[发明专利]用于发光二极管的光学陶瓷中通过受控孔隙度的光散射

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光器件，该发光器件包含至少一个发光二极管以及包含至少一种波长转换材料的至少一个多孔陶瓷元件，所述陶瓷元件布置成接收来自所述发光二极管的光；并且涉及一种制造该器件以及该多孔陶瓷元件的方法。

背景技术

包含发光二极管(LED)的半导体发光器件是目前可获得的最高效和鲁棒的光源之一。照明需要白色光源，特别是显色性能高的白色光源。通过使用LED作为辐射源，已经进行各种尝试来制作发射白色光的照明系统。

获得白色光的一种方法是使用蓝色LED并且经由诸如波长转换材料(例如改性YAG:Ce基磷光体)将所发射的光的一部分转换成黄色光(波长谱在约580nm)。由于黄色光激励眼睛的红色和绿色受体，所得到的蓝色光和黄色光的混合给出了白色的外观。

典型地，这是通过将含有磷光体的材料即波长转换材料布置在LED上来完成的，使得由LED发射的光的一部分被磷光体吸收并且作为波长与所吸收的光的波长不同的光被发射。

然而，与这种布置相关联的一个问题在于所提供的光的颜色均匀性。波长转换材料的转换强度受到激活剂成份(例如YAG:Ce中的Ce)以及蓝色光行进经过陶瓷元件的路径长度控制。该路径依赖于波长转换材料的厚度和散射。典型地，陶瓷元件将蓝色光引导朝向边缘。由于在这个方向上路径长度比光沿垂直方向出射的情形长得多，更高的转换比例被获得且这导致当在更大角度处观看时形成所谓的“黄色环”。

为了解决形成黄色环的问题并且获得均匀的颜色印象，必须在陶瓷元件内引入散射。

WO 2006/097876描述了在多晶陶瓷结构中使用磷光体以及设有该磷光体的包含LED的发光元件，其中磷光体颗粒的复合结构嵌在包含多晶陶瓷氧化铝的基体内。

WO 2006/097876指出颜色均匀性可以通过引入孔和第二相来实现，所述孔和第二相引入光散射。孔隙度应不超过1％且孔尺寸应保持小，例如小于300nm，优选地低于50nm。

在陶瓷中，孔隙度在常规上是通过在工艺的中间阶段停止烧结从而避免形成稳定的完全致密化的陶瓷坯体来获得的。如这种工艺所固有的，对特定孔隙度水平的控制是困难的，因为小的温度差异会导致大的密度(和孔隙度)变动，对颜色转换强度且因而对颜色均匀性产生影响。这种陶瓷元件不适于批量生产。

因此，本领域中存在这样的需求，即提供一种发光器件，该发光器件防止在器件周围形成黄色环，且该发光器件允许一种更为受控和鲁棒的工艺以在制造期间获得所期望的孔隙度，该器件制造容易且不昂贵而允许批量生产。

发明内容

本发明的一个目的是至少部分满足上述需求以及提供一种发光器件，其中该发光器件发射具有高颜色均匀性的光，特别是其中导致在发光器件周围形成黄色环的光耦出得以避免。

本发明的另一目的是提供这样的发光器件，该发光器件制造容易且不昂贵，由此使得能够批量生产这种发光器件。

本发明的这些和其它目的是通过根据所附权利要求的发光器件以及它们的生产方法来实现的。

因而，在第一方面，本发明涉及一种发光器件，该发光器件包含至少一个发光二极管以及至少一个多孔陶瓷元件。该多孔陶瓷元件包含至少一种波长转换材料且布置成接收来自一个或多个发光二极管的光。陶瓷元件具有2μm至10μm的平均孔直径。

在本发明的器件中，由LED在倾斜角发射的光将进入多孔陶瓷元件并被设于其中的孔所散射。孔用作散射中心，且结果蓝色初级辐射和黄色次级辐射均匀地混合。因此，获得了均匀的颜色印象，并且防止了在器件边缘处形成黄色环。

2μm至10μm的平均孔直径范围提供所期望的散射，由此导致均匀的光发射。此平均孔直径范围的另一优点为可以在制造工艺的烧结阶段期间获得受控孔隙度。通常这是关键的步骤，因为比所描述范围小的孔在烧结之后难以维持在陶瓷坯体内。

在本发明的实施例中，陶瓷元件是由具有5μm至10μm的平均颗粒尺寸的陶瓷颗粒形成。

对于由具有上述颗粒尺寸的陶瓷颗粒形成的陶瓷元件，平均孔直径优选地高于2μm。这是因为这样的事实，在烧结期间维持孔隙度是困难且棘手的，因为小于约2μm的孔难以维持。另一方面，如果平均直径超过10μm，很大程度上光沿向后方向，即朝向一个或多个发光二极管被散射，使得光输出效率降低。

因此，根据本发明的2μm至10μm的孔平均直径提供了在所获得的颜色均匀性与由于背散射而降低的光效率之间的折衷。

使用上述平均直径范围的孔获得的散射导致增强的蓝色光到黄色光转换，使得在角度上的颜色均匀性以及光发射效率仍是足够的。