[发明专利]发光陶瓷层压制件及其制造方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

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高度关注。

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1-10μm，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，本发明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(WO2008/112710)，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。

本发明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，本发明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。

发明内容

本发明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0.650(在其他实施例中，至少约0.700)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0.650的WCE，可选具有约50％至约80％的透光率(用800nm的光测得)。

本发明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。