发光陶瓷层压制件及其制造方法技术

一种陶瓷复合层压制件，包括波长转换层和不发光层，其中该陶瓷复合层压制件具有至少0.650的波长转换效率(WCE)。所述陶瓷复合层压制件也可以包括包含发光材料和散射材料的波长转换陶瓷层，其中该层压的复合材料具有约40％至约85％的总透光率。该波长转换层可由等离子体YAG:Ce粉末形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及适于发光器件的发光层及其制造方法，所述发光器件诸如层压的透明与半透明陶瓷元件。
技术介绍
固态发光器件，诸如发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)有时称作有机电致发光器件(OEL)、以及无机电致发光器件(IEL)已被广泛用于各类应用，诸如平板显示器、各类仪器指示器、招牌以及装饰照明等。由于这些发光器件的发光效率不断提高，需要更高发光强度的应用很快会变得可行，诸如汽车大灯和通用照明。对于这些应用，白光LED是最有可能的候选之一并受:到了闻度关注。 传统白光LED基于蓝光LED配合分散在封装树脂中用作波长转换材料的发黄色光YAG(钇铝石榴石)Ce(铈)荧光粉制成，所述封装树脂诸如环氧树脂和硅树脂，参见美国专利号5，998，925和美国专利号6，069，440的公开。波长转换材料布置成能吸收一部分蓝光LED发射的光并重新发射波长不同的黄光或黄绿色光。来自LED的蓝光和来自荧光体的黄绿色光配合产生感知白光。典型的器件结构如图IA和图IB所示。图IA中所示的底座10具有安装在其上并由透明基质13覆盖的蓝光LED 11，YAG = Ce荧光粉12分散布置在透明基质13中并由保护树脂15封装。图IB中所示的蓝光LED 11由透明基质13覆盖，YAGiCe荧光粉12分散在透明基质13中。然而，由于本系统中使用的YAG:Ce荧光粉的粒径为约1-10 μ m，所以分散在透明基质13中的YAG:Ce荧光粉12可产生很强的光散射。结果是，如图2所示，来自蓝光LED 11的入射光18和从YAG = Ce粉末中发射的黄光19中相当一部分最后被反向散射并消散，造成白光发射的损失。这一问题的一个解决方案是形成单片陶瓷元件作为波长转换材料。陶瓷元件可由具有单层或多层荧光体或透明层的多个陶瓷层构成。透明陶瓷层可由例如相同的主体材料作为波长转换材料，而没有任何掺杂剂(美国专利号7，361，938)。这些层压层可为层压和共烧的发光陶瓷浇注带形式(美国专利号7，514，721和美国专利申请公布号2009/0108507)。然而，由于这些层压层通常由低IQE(内量子效率)的石榴石粉末通过固相反应或共沉淀法形成，本专利技术人意识到这些发光层产生的合成光度不佳，即使制造成本低。液相前体的射频热等离子体处理产生的发光体纳米颗粒显示出了较高的波长转换效率(W02008/112710)，并且很容易控制化学计量，但通常具有较高的生产成本。结果是，完全由等离子体纳米颗粒组成的单片陶瓷板会增加生产成本。另外，高IQE的纳米颗粒在形成陶瓷时不一定产生高波长转换效率(WCE)的陶瓷层。IQE是撞击到发光材料的光子转换为发光材料发射的光子的转换效率的量度。WCE是蓝光转换为白光的转换效率的量度。因而，在白光发光器件中，WCE尤为重要。本专利技术人意识到具有足够高活化剂含量的厚度为几十微米量级的荧光陶瓷薄层，可显著降低生产成本。不过，虽然适于色彩转换，但是薄荧光层易碎并很难处理。因而，本专利技术人意识到有必要找到有效的方式以增强白光LED的光输出，并在不牺牲荧光粉发光强度的情况下，把反向散射损失降到最低。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例提供了一种发光陶瓷复合层压制件，包括至少一个包括发光材料的波长转换陶瓷层(也称作“发光层”)，和至少一个基本上透明的陶瓷材料的不发光层，其中该波长转换陶瓷层和不发光层在厚度方向上层压，该陶瓷复合层压制件对预期入射光具有至少约O. 650 (在其他实施例中，至少约O. 700)的波长转换效率(WCE)。在一些实施例中，不发光透明层可选为具有大于波长转换陶瓷层的厚度。在另一些实施例中，波长转换层和不发光层可选为烧结陶瓷带浇注层的形式。在一些实施例中，发光层本身具有至少约O. 650的WCE，可选具有约50%至约80%的透光率(用800nm的光测得)。本专利技术的一些实施例提供了一种发光陶瓷复合层压制件，包括至少一个包括发光材料和散射材料的波长转换陶瓷层(也称作“发光层”)，和至少一个基本上透明的陶瓷材料的不发光层，其中该波长转换陶瓷层和不发光层在厚度方向上层压，该陶瓷复合层压制 件具有约40%至约85%的总透光率。在一些实施例中，发光材料为YAG:Ce。在一些实施例中，散射材料包括Al2O3。本专利技术的一些实施例提供了一种发光器件，包括(a)半导体发光源,用于发射光路，(b)发光陶瓷复合层压制件，该发光陶瓷复合层压制件在光路中邻近该半导体发光源布置，以接收从半导体发光源发出的光，该复合层压制件包括(bl)具有至少约O. 650的波长转换效率的发光材料的波长转换陶瓷层，(b2)基本上透明的陶瓷不发光材料的不发光层。在一些实施例中，不发光透明层可选为具有大于发光层的厚度。在一些实施例中，波长转换层和不发光层可选为烧结陶瓷带浇注层的形式。如图10所示，本专利技术的一些实施例提供了一种制造发光YAG:Ce复合层压制件的方法，包括(i)提供至少一个由不发光材料形成的浇注带和至少一个由具有至少约O. 650的波长转换效率的发光材料形成的浇注带，(步骤1)，( )堆叠部分所述由不发光材料形成的浇注带和所述由发光材料形成的浇注带以形成组件(步骤2)，(iii)压紧该组件以生成预制件(步骤3)，(iv)加热该预制件以生成生预制件(步骤4)，以及(V)烧结该生预制件以生成发光YAG: Ce复合层压制件(步骤5)。 下文将更详细地描述这些及其他实施例。为了概括本专利技术的方面以及在相关领域实现的优点，本公开描述了本专利技术的某些目的和优点。当然，应理解本专利技术的具体实施例不一定实现所有这些目的或优点。因而，例如本领域技术人员应意识到本专利技术可以以实现或优化此处教导的一个优点或一组优点，而不必实现此处教导或暗示的其他目的或优点的方式得以体现或实现。本专利技术另外的方面、特征和优点将在以下详细说明中变得显而易见。附图说明下面将结合本专利技术优选实施例的附图，对本专利技术的这些及其他特征进行描述，所描述的优选实施例用以说明本专利技术，而非对其限制。为了便于说明，附图过于简化而且不一定按比例绘制。图IA和图IB为传统白光LED器件的截面图。图2为从蓝光LED器件发出的光如何被传统白光LED器件中的微米量级的黄色荧光粉反向散射的示图。图3为波长转换陶瓷层压结构的实施例的截面图。图4为波长转换陶瓷层压结构的另一实施例的截面图。图5为发光器件的实施例的截面图。图6为发光器件的实施例的截面图。图7a为发光器件的实施例的截面图。图7b为发光器件的实施例的截面图。图7c为发光器件的实施例的截面图。 图8为描述基于物料流的热化学合成(例如RF热等离子体)的YAG = Ce粉末、固态合成的粉末以及湿溶液(共沉淀)合成的粉末的内量子效率)的示图。图9为描述分别基于物料流的热化学合成的YAG = Ce粉末、固态合成的粉末以及湿溶液(共沉淀)合成的粉末形成的发光层的波长转换效率(mW/mW)与透光率)之间关系的不图。图10为此处公开的制备发光层的方法的示例性实施例的示图。图11示出使用固态合成的YAG:Ce(SSR)制成的陶瓷波长转换板的发光器件的波长转换效率(WCE)与公开的实施例中的两个结构比较的示图。图12示出公开的实施例形成的另一个实施例。图12A示出“基本上半球形”的实施例。图12B示出“基本上半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.04 US 61/301,5151.一种发光陶瓷复合层压制件，包括 至少一个包括发光材料的波长转换陶瓷层；和 至少一个基本上透明陶瓷材料的不发光层，其中该波长转换陶瓷层和不发光层在厚度方向上层压； 其中该发光陶瓷复合层压制件具有至少约0. 650的波长转换效率(WCE)。2.根据权利要求I所述的陶瓷复合层压制件，其中每个不发光层具有大于每个波长转换陶瓷层的厚度。3.根据权利要求2所述的陶瓷复合层压制件，其中至少一个波长转换陶瓷层的总厚度与至少一个不发光层的总厚度比为约1/3或更低。4.根据权利要求2所述的陶瓷复合层压制件，其中至少一个波长转换陶瓷层的总厚度与至少一个不发光层的总厚度比为约1/10或更低。5.根据权利要求I所述的陶瓷复合层压制件，其中每个波长转换层和每个不发光层为烧结陶瓷带浇注层的形式。6.根据权利要求I所述的陶瓷复合层压制件，其中所述发光材料包括基于物料流的热化学合成材料。7.根据权利要求I所述的陶瓷复合层压制件，其中所述发光材料包括射频感应耦合热等离子体合成的YAG:Ce。8.根据权利要求I所述的陶瓷复合层压制件，进一步包括至少一个附加的不发光层，该附加的不发光层与所述至少一个不发光层相对地层压在至少一个波长转换陶瓷层上。9.根据权利要求I所述的陶瓷复合层压制件，其中该发光材料包括活化掺杂剂，该活化掺杂剂相对于发光材料的主要元素具有约0. 05摩尔％至约10. 0摩尔％的浓度，并且基本上透明陶瓷材料为非掺杂的石榴石材料。10.一种发光器件，包括 发光源，用于发射光路； 权利要求I所述的陶瓷复合层压制件，该陶瓷复合层压制件在该光路中邻近该发光源布置，以接收从发光源发出的光。11.根据权利要求10所述的发光器件，其中每个不发光层具有大于每个波长转换陶瓷层的厚度。12.根据权利要求10所述的发光器件，其中每个波长转换陶瓷层和每个不发光层为烧结陶瓷带浇注层的形式。13.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述发光材料包括基于物料流的热化学合成的 YAG:Ce。14.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述发光材料包括射频感应耦合热等离子体合成的YAG:Ce。15.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述波长转换陶瓷层布置在不发光层和发光源之间。16.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述不发光层布置在波长转换陶瓷层和发光源之间。17.根据权利要求10所述的发光器件，其中所述发光材料包括活化掺杂剂，该活化掺杂剂相对于发光材料的主要元素具有约0. 05摩尔％至约10. 0摩尔％的浓度，并且不发光材料为非掺杂的石榴石材料。18.根据权利要求10所述的发光器件，其中至少一个波长转换陶瓷层的总厚度与至少一个不发光层的总厚度比为约1/3或更低。19.根据权利要求18所述的发光器件，其中至少一个波长转换陶瓷层的总厚度与至少一个不发光层的总厚度比为约1/10或更低。20.—种制造发光YAG:Ce复合层压制件的方法,包括 提供至少一个由不发光材料形成的浇注带和至少一个由发光材料形成的浇注带；堆叠部分所述至少一个由不发光材料形成的浇注带和所述至少一个由发光材料形成的浇注带以形成组件； 压紧该组件以生成预制件； 加热该预制件以生成生预制件；以及 烧结该生预制件以生成发光YAG: Ce复合层压制件，其中烧结后，所述发光YAG: Ce复合层压制件具有至少约0. 650的波长转换效率(WCE)。21.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘光，藤井宏中，宫川浩明，拉杰什·慕克吉，张彬，中村年孝，望月周，
申请(专利权)人：日东电工株式会社，
类型：发明
国别省市：