发光陶瓷层压制件及其制造方法技术

一种层压的复合材料，包括波长转换层和不发光阻挡层，其中发光层包括石榴石主体材料和发光客体材料，所述不发光阻挡层包括不发光阻挡材料。当石榴石或石榴石类主体材料表示为A3B5O12时，构成不发光阻挡材料的金属元素的离子半径为A阳离子元素和/或构成发光客体材料的元素的离子半径的约80%或更低，不发光阻挡层基本上没有通过发光层和不发光阻挡层之间的界面迁移的发光客体材料。

【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，所述发光器件诸如由发光和不发光阻挡层组成的半透明陶瓷片材及其制造方法。
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(0EL)、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、各类仪器的指示器、布告板以及装饰照明等。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结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光，如黄光或黄绿色光。来自LED的蓝光和来自荧光体的黄绿色光组合产生感知白光。典型的器件结构如图1A和图1B所示。图1A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1B中所示的蓝光LED 11由透明基质13覆盖，YAG =Ce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LEDll的入射光18和从YAG:Ce粉末12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。如图3所示，这一问题的一个解决方案是将单片陶瓷元件22形成为复合波长转换元件。陶瓷元件22可由具有单层或多层荧光体20及透明层24a，24b (例如，24r，24s, 24t, 24u)的多个陶瓷层构成。在光源26发出光的光路28中，发光器件21并入了邻近光源26，例如半导体发光二极管放置的复合波长转换元件22，以接收在发光层20中发出的光。已经认识到，具有足够高激活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。图3所示的配置提供了应对该问题的解决方案，即所述荧光层20与薄陶瓷层24a，24b结合，以方便处理。透明陶瓷层24a，24b可由例如与波长转换材料的主体材料相同的材料构成，而没有任何客体或掺杂剂材料(例如，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，共烧层压层存在另外的问题。由于其中一些层压层通常由通过固相反应生产的石榴石粉形成，本专利技术人意识到，一旦客体材料扩散到层压层，使用这些石榴石粉可导致较差的亮度，即使生产的成本很低。另外，客体材料的层间扩散也可改变发光层中期望的和实际的客体或掺杂剂浓度，同样也导致了器件性能的降低。此外，掺杂剂在低品质石榴石粉中的扩散导致器件效率的降低。从而，本专利技术人意识到需要找到有效的方式以增强白光LED的光输出，通过使用陶瓷复合材料把反向散射损失降到最低，通过层压的结构最小化生产成本。本专利技术人也意识到需要一种层压陶瓷结构，不因层间客体材料扩散牺牲发光效率和器件性能。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例提供了一种陶瓷波长转换元件，包括:至少一个包括石榴石或石榴石类主体材料和发光客体材料的第一发光层；至少一个包括不发光阻挡材料的第一和第二不发光阻挡层，当石榴石或石榴石类主体材料表示为A3B5O12U和B各自由一个、两个或多个元素组成)时，所述不发光阻挡材料含有离子半径为A阳离子元素和/或构成所述发光客体材料的元素的离子半径的约80%或更低的元素，所述第一发光层置于所述第一和第二不发光阻挡层之间。在一些实施例中，所述不发光阻挡层为包括Al2O3或基本上由Al2O3构成的透明层。在一些实施例中，所述第一不发光阻挡层单独使用，而不使用第二不发光阻挡层。在一些实施例中，所述石榴石或石榴石类主体材料选自Y3Al5012、Lu3Al5012、Ca3Sc2Si3012、(Y, Tb)3Al5012、(Y, Gd) 3 (Al, Ga)5012、Lu2CaSi3Mg2O12 和 Lu2CaAl4SiO12 组成的群组。在一些实施例中，所述发光客体材料为Ce。如图14所示，本专利技术的一些实施例提供了一种制造陶瓷波长转换元件的方法，包括以下步骤:提供包括石榴石或石榴石类主体材料和发光客体材料的第一发光层；提供包括不发光阻挡材料的第一 和第二不发光阻挡层，其中所述不发光阻挡材料的离子半径小于发光客体材料的离子半径，所述第一发光层置于所述第一和第二不发光阻挡层之间；同时对所述第一发光层，第一和第二不发光阻挡层施加热处理，所述处理足以将所述三层同时烧结成单一陶瓷波长转换元件，其中所述第一和第二不发光阻挡层基本上保持没有发光客体材料。为了概括本专利技术的各方面以及相对相关技术实现的优点，本公开描述了本专利技术的某些目的和优点。当然，应当理解，本专利技术的具体实施例不必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清楚。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1A和图1B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为具有发光主体-客体层和不发光仅主体层(non-emissivehost-onlylayer,与发光主体-客体层使用相同的主体,但没有客体材料)的传统陶瓷层压结构的示意截面图。图4为具有发光层和不发光阻挡层(没有客体材料)的陶瓷层压结构的实施例的示意截面图。图5为具有多个发光层和多个不发光阻挡层(没有客体材料)的陶瓷层压结构的实施例的示意截面图。图6为包括发光YAG =Ce层和不发光YAG (没有发光客体材料)的波长转换陶瓷层压结构的实施例的示意截面图。图7为描述不同离子从图6中层压的陶瓷结构的发光层/不发光阻挡层界面扩散的TOF-SMS光谱。图8为包括发光YAG =Ce层和不发光Al2O3层(没有发光客体材料)的波长转换陶瓷层压结构的实施例的示意截面图。图9为描述不同离子从图8中层压的陶瓷结构的发光层/不发光阻挡层界面扩散的TOF-SMS光谱。图10为根据公开的实施例中另一个实施例的示意截面图。图11为根据公开的实施例中另一个实施例的示意截面图。图12为根据公开的实施例中另一个实施例的示意截面图。图13为根据公开的实施例中另一个实施例的示意截面图。 图14为显示一个公开实施例的一种制造过程的实施例流程图。具体实施例方式本专利技术人已经发现，基于材料的离子半径选择不发光阻挡层材料的元素可出人意料地降低并置发光层中发光客体材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

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