[发明专利]具有折光指数适应性的涂布磷光体粒子

说明书

本发明涉及具有改进的折光指数的涂布磷光体粒子及其制造方法。

LED转换磷光体，如YAG:Ce、TAG:Ce、Al₂O₃:Ce等具有大约1.8或更大的高折光指数。在LED中，磷光体通常嵌在粘合剂(通常是聚硅氧烷或环氧树脂)中；这种混合物代表转换层。该粘合剂具有在1.4-1.5范围内的折光指数。粘合剂和磷光体之间折光指数的0.4单位的跳跃造成该转换层中相当大比例的光在粘合剂/磷光体界面处散射。这特别与光的耦合输入(coupling-in)(即旨在激发磷光体的来自LED芯片的光)和耦合输出(coupling-out)(即在磷光体内产生并旨在由此发射的荧光)有关。综合考虑，大的和突然的折光指数跳跃造成转换效率降低，因为较少的激发光以吸收形式与磷光体相互作用。此外，磷光体中产生的荧光以同样的方式通过全反射阻碍从磷光体中耦合输出。在最不利的情况下，发生完全内部反射的光在瑕疵处被吸收并转换成热，因此不再可供随后发生的耦合输出的荧光辐射。这再次降低磷光体的效率。

为了减轻损害整个系统的效率的这些不利现象，必须降低粘合剂和磷光体之间界面处的折光指数差或至少从阶梯式过渡转化成逐渐过渡。

根据现有技术，已经尝试通过向粘合剂中加入具有高折光指数的无色微细粒子来提高粘合剂的折光指数。但是，由于通过粘合剂和高折光指数微细粒子的体积平均折光指数总和给出该粘合剂的所得有效折光指数，因此只可能实现折光指数的不足的小提高。由于不能按需要提高添加的微细粒子的浓度——否则会发生粘合剂混合物加工性能的不利变化，情况尤为如此。

提高粘合剂的折光指数的另一方式在于将特定官能团，特别是芳族基团，整合到例如聚硅氧烷骨架中。但是，这经证实是不利的，因为由此改性的聚硅氧烷具有比未改性的聚硅氧烷低的耐辐射和耐热性。由此改性的粘合剂不能用在高功率LED中，因为在仅工作几百小时后就可能发生粘合剂的降解，这可能表现为灰化形式。这与高达100,000小时工作时间的LED芯片的长寿命不一致。

US 2007/0036988公开了包含磷光体粒子的陶瓷的玻璃涂层，其中该磷光体粒子具有50至250纳米，优选150微米的粒度。通过传统固态合成(“混合和烧制”)制造该磷光体粒子。

US 5220243公开了ZnS基磷光体粒子的涂层，其中该涂层由三甲基铝或三乙基铝构成并通过CVD(化学气相沉积)法施加到磷光体粒子上。CVD法在工艺和装置方面非常复杂：在整个过程中需要极高纯度的(惰性)气体气氛，而且必须设计该流程以使各气流可均匀送至要涂布的材料。

本发明的目的在于实现光耦合输入和输出磷光体的改进而在不损害其它性质，如LED系统的寿命。

令人惊讶地，通过在湿化学法中用无机涂层将磷光体转化成改进光的耦合输入和输出的新型磷光体材料，实现该目的。在最简单的情况下，这是使用中等或高折光指数材料的多孔涂层。

本发明因此涉及包含发光粒子和至少一个金属氧化物、过渡金属氧化物或半金属氧化物涂层的涂布磷光体粒子，其可如下获得：将至少两种原材料与至少一种掺杂剂混合，随后煅烧，优选多步煅烧产生磷光体粒子，用金属氧化物、过渡金属氧化物或半金属氧化物通过湿化学法涂布并再次煅烧。

所述金属、过渡金属或半金属涂层优选基本透明，即其对所用的各转换磷光体的激发光谱和发射光谱而言都必须确保90-100％的透明度。另一方面，对不符合该激发和发射波长的所有波长而言，本发明的涂层的透明度也可以为小于90-100％。

由于该涂层向外递增的孔隙率，由此形成的本发明磷光体材料具有随与原始磷光体表面的距离增加而降低的有效折光指数(参见图1和2)。通过悬浮本发明磷光体材料，折光指数从原始磷光体的本体折光指数值向粘合剂(例如环氧树脂或聚硅氧烷树脂)的折光指数不断下降。在此不发生折光指数跳跃，亦即，在经过粘合剂/新型磷光体材料界面时的光散射降低。进入和离开的光于是不再产生会在此发生反射的鲜明相界面(见图2)。

术语“孔隙率或多孔”是指材料表面上的平均孔隙大小。本发明的涂布磷光体表面优选是介孔或大孔的，其中“介孔”描述2-50纳米的孔隙大小，“大孔”描述＞50纳米的孔隙大小。

这些多孔涂层另外提供进一步降低单层的折光指数的可能性。

本发明的磷光体的粒度为50纳米至40微米，优选1-20微米。

本发明的涂层的厚度为10-200纳米，优选15-100纳米。该金属氧化物、过渡金属氧化物或半金属氧化物涂层的初级粒子的粒度为5-50纳米。