专利名称：石榴石材料、其制造方法及包括石榴石材料的发射辐射的元件的制作方法
技术领域：
本专利申请要求美国专利申请第12/841989号的优先权，其公开内容通过引用合并到本文中。本发明涉及用于利用短波长的光进行激发并且将其转换成较长波长的光的石榴石磷光体材料、包括该材料的光电元件和用于制造该材料的方法。
背景技术：
在光电元件如发光二极管(LED)中将稀土金属和第十三族元素的激活石榴石用作磷光体。所使用的第十三族元素中的元素取决于所需要的波长。使用另一稀土元素如铈或镨、或者过渡金属如铬或锰来激活的稀土金属铝石榴石如钇铝石榴石(YAG)是显著的磷光体。掺有铈的镥铝石榴石(LuAG) (LuAG = Ce或(Lu，Ce) 3A15012)被报告为稳定的绿色磷光体。对于在光电元件中的应用而言，期望致密且高度透明的陶瓷材料。因此，需要具有改善性能的磷光体如石榴石
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的石榴石材料，其适合用于光电目的，例如作为LED中的磷光体。另一目的是提供具有更好效率的光电元件以及由易于获得的前体来合成石榴石材料。公开了一种材料,该材料包括具有由式a3_xb5o12:dx(或(a,d)3b5o12)表示的组成的石榴石和包括含钡氧化物，或者由所述石榴石和含钡氧化物构成。在石榴石a3_xb5o12:dx中，A选自镥、钇、钆、铽、钪、另一稀土金属或其混合物。例如，钆和/或铽可以部分地取代材料中的钇或镥。B选自铝、钪、镓、铟、硼或其混合物。D为选自铈、镨、钆、另一稀土金属、过渡金属(如铬和锰)或其组合中的掺杂剂。掺杂剂以X为O < X < 2存在。特别地，X通常为0<x<0.2。在下文中，该材料也被称为“石榴石材料”。通常，该石榴石材料是透明的和多晶的。掺杂剂是以低浓度添加到晶格中以改变材料的光学性能和/或电性能的物质。在发光材料中，如在磷光体中，所述掺杂剂可以是活化剂，也就是发射由材料所产生或所转换的光的发射中心。所发射的光的波长取决于用作掺杂剂的元素。在一个实施方案中，在包含在所述石榴石材料中的石榴石中，A选自镥、钇、钆、铽、钪或其混合物；B选自铝、或者铝与镓或钪的混合物。掺杂剂D选自铈、镨或其混合物。掺杂剂以X为O < X≤0.15、通常为O < X≤0.07以及经常为O < X≤0.04的低浓度存在。特别地，在石榴石中A可以是镥，B可以是铝，并且掺杂剂D可以是铈。在一个实施方案中，钡(包含在含钡氧化物中)相对于本发明的石榴石材料的量可以为高至2.5wt% (wt% =按重量计的百分数)，特别是大于0.01wt%,例如为0.04wt%至1.5wt% ο在一个实施方案中，石榴石材料的含钡氧化物至少部分地作为离散相存在。通常，钡的总量的至少99wt%以离散相存在。这些离散相可以通过波长色散X射线分析(WDXA)和光学方法(如电子探针分析(EMPA)或扫描电子显微镜(SEM))来确定。在一个实施方案中，这些离散相的EMPA图像的总面积的至少80%具有小于3μπι的直径，并且至少95%具有小于5 μ m的直径，如根据EMPA分析所确定的。这些离散相可以由式BaxAl2y0x+3y (其中，x和I为大于O的整数)的钡铝氧化物，例如铝酸钡(BaAl2O4)和/或六铝酸钡(BaAl12O19或BaO * 6A1203)组成，或者可以包括式BaxAl2y0x+3y(其中，1和7为大于O的整数)的钡铝氧化物，例如铝酸钡(BaAl2O4)和/或六铝酸钡(BaAl12O19或BaO * 6A1203)。在另一实施方案中，石榴石材料可以包括各自为小于lwt%的低浓度的一种或更多种金属物质。特别地，上述金属物质可以是钙、镁、锶、硼、硅、锆、另外的铝以及钪。通常，一种或更多种金属物质是金属氧化物。这些金属物质可以在如下情况下存在:例如，在使用包含金属物质作为非有意杂质(所有的非有意杂质通常总计为最多2wt%的量)的预成型石榴石粉末时，或者在故意添加金属物质作为烧结助剂时。这些金属物质可以是或者可以不是另外的离散相的一部分。在另一实施方案中，石槽石材料具有通过图像分析所确定的5μηι至50 μ m、特别是10 μ m至20 μ m的平均粒径。根据一个实施方案，在很大程度上消除了石榴石材料的孔。由于光通过孔散射，所以低孔隙率对于陶瓷材料的高透明性而言是重要的标准。根据本发明的石榴石材料通常示出占石槽石材料总体积的0.0Olvol %至2vol % (vol % =按体积计的百分数)、经常为
0.0Olvol%至Ivol%、并且特别是0.0Olvol%至0.1vol%的孔隙率。另外，石榴石材料的孔隙率通常为每cm3小于1000000个孔，经常为每cm3小于1000个孔，并且其孔隙率可以为每cm3小于100个孔 。材料中直径为0.Ιμπι至2μηι的圆形封闭腔被视为孔。陶瓷材料是无机非金属固体，其具有结晶、多晶或部分结晶的结构，并且通过加热且随后冷却的操作来制备。在另一实施方案中，石榴石材料是高度透明的。透明度由通过将样品盘置于积分球的端口中在分光计上测得的总正向透射率来定义。波长为2000nm(远离石榴石材料中发生例如激发和吸收时的波长)的红外线中的总正向透射提供了针对材料透明度的良好指标。石榴石材料在2000nm的总透射率通常为至少66%，并且特别是大于71 %。总正向透射率可以高于75%，例如79%，其接近单晶如LuAG = Ce的理论总正向透射率(约80% )。对于光电元件中的应用而言，期望的是实现尽可能高的透明度。在600nm的波长下的总正向透射率高于51%，通常高于55%，并且其可以高于60%。根据一个实施方案，石槽石材料可以转换通常400nm至490nm,例如最大420nm至470nm的短波长的光。然后所转换的光通常不出460nm至700nm,例如最大500nm至580nm,特别地510nm至560nm的波长。因此，石榴石材料适合于在可以包括如蓝色LED光源的光电元件中应用为绿色转换器。所发射的转换光和透射的蓝光对应于如下绿色:在CIE色度图中其Cx值可以为0.28至0.42，例如0.29至0.38 ;并且其Cy值可以为0.44至0.060，例如 0.46 至 0.55。
如上所述，根据本发明的石榴石材料可以是优异的绿光转换器，并且能够高效地转换光，例如将短波长的蓝光转换成绿光。发光效能高，所述发光效能为在具有石榴石材料的转换器芯片的情况下在光源的光束路径中所测得的Im除以在不具有转换器芯片的情况下所测得的相对于空气的蓝光源(如主波长为440nm)的W。石榴石材料的发光效能比由氮化铟镓(InGaN)光源产生的常规绿光的发光效能高。可以观察到相对于空气的发光效能高于2901m/W并且经常高于2951m/W。根据本发明的另一方面，公开了烧结助剂的用途。根据上述所有实施方案的石榴石材料可以使用含钡氧化物或含钡氧化物的前体作为烧结助剂来制造。含钡氧化物可以是例如铝酸钡。其它含钡的氧化物，例如氧化钡、六铝酸钡或相应的前体也是可以的。含钡氧化物的前体是在加热时可以直接或间接地形成含钡氧化物的化合物。如果使用前体，则在制造过程中，例如在烧结或煅烧步骤中可以形成分解产物。例如，碳酸钡以及具有或不具有结晶水的含钡氢氧化物、硫酸盐、硝基氧(nitroxide)等,可以在加热中直接形成含钡氧化物。在这些情况下,如果使用碳酸钡,则经常形成气态分解产物如二氧化碳。含钡氧化物如铝酸钡、六铝酸钡或氧化钡在制造的过程中被加热时不会形成分解产物。因此，避免了可以降低石榴石材料的透明度的分解产物的杂质。例如，当通过前体的分解形成挥发性化合物时，该挥发性化合物可能会在烧结期间被捕集并且形成孔。作为前体，也可以使用在加热时不直接形成含钡氧化物的其它钡盐。所形成的中间体必须在所述处理期间或在单独的处理步骤中使用挥发性化合物形式的另一试剂来进行转换且同时形成含钡氧化物。例如，当使用氟化钡时，需要硼衍生物以除去氟化物杂质。然而，由于这些前体需要另外的试剂，所以烧结过程更困难。已观察到，利用含钡氧化物作为烧结助剂，利用例如甚至具有增加的平均粒径的预成型LuAG:Ce粉 末来用于制造，获得了高度致密的透明石榴石材料。通常，不可能将将粗糙颗粒烧结成透明的多晶石榴石材料；通常需要小于0.5 μ m的粒径。然而，当根据本发明使用含钡氧化物作为烧结助剂时，利用大于I μ m甚至大于3 μ m的预成型石榴石材料颗粒也获得透明多晶石榴石材料。这显示了含钡氧化物作为烧结助剂的潜力。已观察到，使用含钡氧化物作为烧结助剂，几乎没有清除石榴石结构中的钡。与通常用于制造YAG或LuAG的其它烧结助剂(如CaO、SiO2, MgO、ZrO2, A1203、Sc2O3或其组合)的金属相比，钡较少溶于石榴石结构中，使含钡氧化物成为比从文献中已知的烧结助剂更加有效的烧结助剂。含钡氧化物在低浓度下有效地提供完全消除孔的高度致密的透明石榴石材料。一种解释可以是钡阳离子(Ba+2)的大离子半径。此外，含钡氧化物通常具有相对低的蒸气压，因此在低浓度下有效。从而，与其中金属具有大的阳离子(如锶、锡和铅)的其它金属盐相比，含钡氧化物有望成为优异的烧结助剂。特别地，在给定温度下，锡和铅具有比钡显著更高的蒸汽压。据推测，锶更好地溶于石榴石材料的结构中，并且在给定的温度下具有比钡更高的蒸气压。除单独的钡氧化物之外，还可以使用含钡氧化物与另一金属氧化物的组合。特别地，过量的氧化铝即对于石榴石结构的化学计量而言不需要的氧化铝的量，以及钙、镁、锶、硅、锆和钪的氧化物或其混合物，在与含钡氧化物组合时是有用的烧结助剂。当使用铝酸钡作为烧结助剂以形成石榴石材料时，晶粒生长得到有效控制。使用根据现有技术的烧结助剂所获得的不受控的或过大的晶粒生长导致不透明的石榴石材料，原因是孔可以被捕集在大晶粒内。由于钡氧化物如铝酸钡是非常强力的烧结助剂，所以它们使得能够在相对低的烧结温度(其比通常使用的温度如1850°C低例如50°C至100°C )下制造透明石榴石材料如LuAG:Ce。通常，低的烧结温度导致点缺陷如氧空位的浓度降低，从而提供更高的石榴石材料的透明度。根据本发明的另一方面，公开了一种用于制造根据本发明的石榴石材料的方法。该方法包括以下步骤:由起始材料形成浆料，该起始材料包括用于石榴石的起始材料、烧结助剂(特别是含钡氧化物)、一种或更多种有机粘合剂和水。然后，由浆料形成生坯。对生坯进行预烧。对在预烧步骤中所获得的生坯进行烧结。用于石榴石的起始材料可以是各石榴石粉末本身，或者是混合金属氧化物即不同的二元金属氧化物的混合物。随后被转化为金属氧化物的金属氧化物的前体，或者石榴石粉末和/或二元金属氧化物和/或金属氧化物前体的组合也可以用于制造根据本发明的石榴石材料。金属氧化物通常可以以平均粒径小于0.5 μ m(例如为0.3 μ m)的合适品质获得。烧结助剂可以是含钡氧化物(如铝酸钡)、含钡氧化物的前体或者含钡氧化物或其前体与另一金属氧化物的组合。
为了形成浆料，将化合物进行充分混合。例如，可以使用球磨机来混合固体化合物，然后添加一种或更多种有机粘合剂和水。为了形成生坯，可以将该浆料例如凝胶灌制成预定形状或灌制成带，所述带随后可以成形为芯片。原则上，也可以形成任何其它形状。或者，可以使用用于石榴石的起始材料和烧结助剂与有机粘合剂和/或水的柔软团聚体来制成可流动的粉末，所述粉末通过干压成型形成为生坯。在空气中例如在800°C至1400°C下对生坯进行预烧，从而提供压实体。通常，预烧步骤的温度为1050°C至1250°C，例如1150°C。在预烧期间，除去有机粘合剂和水，并且上述压实体获得一定的机械稳定性。如果使用含钡氧化物的前体或金属氧化物的前体，则在预烧步骤中通常会发生这些前体的分解。在1650°C至1900°C下对压实体(即，在预烧步骤中所获得的材料)进行烧结至多20小时，从而提供石榴石材料。通常，烧结步骤的温度是1700°C至1800°C，例如在1750°C下，持续4h至20h。烧结步骤可以在无压条件下进行。通常，使用还原性环境如湿氢来用于烧结。也可以使用其它环境，例如中性气体(如氮或氩)、合成气体即至少一种中性气体与氢的混合气体、或可以具有一定碳压力的真空。最后，根据本发明的另一方面公开了一种包括根据本发明的至少一个实施方案的石榴石材料的光电元件。因此，所公开的针对石榴石材料的所有特征同样针对光电元件公开。在光电元件中，通过石榴石材料将第一波长的一次辐射至少部分地转换成比第一波长长的第二波长的二次辐射。在一个实施方案中，光电兀件可以是发光二极管LED。光电兀件包括底壳如塑料或陶瓷材料的底壳，并且通常包括位于底壳中的凹部。施加有至少一个光源，优选地为可以具有可包括无机和/或有机和/或聚合材料的一个或更多个活性层的发光半导体芯片如LED。光源可以是蓝色发光二极管(即第一波长可以为400nm至490nm)。光源可以包括透明导电材料如铟锡氧化物(ITO)，特别是作为电极。光源可以施加在凹部的底部上，并且其是电互连的。底壳可以穿透有电互连。凹部的壁(包括底部)可以包括反射材料以形成反射器。凹部可以填充有灌制化合物，所述灌制化合物可以形成透镜。灌制化合物可以是透明树脂，例如环氧树脂或丙烯酸酯树脂、聚硅氧烷、陶瓷、玻璃或有机-无机混合材料，特别是软化点低于300°C的材料。灌制化合物可以包括另外的添加剂，例如用于改进光散射。例如，聚硅氧烷的灌制化合物可以包含TiO2颗粒。在一个实施方案中，光电元件包括灌制化合物，该灌制化合物含有包括根据本发明的石榴石材料或由根据本发明的石榴石材料组成的颗粒作为磷光体。石榴石材料颗粒可以均匀地分布在灌制化合物中。颗粒的其它分布也可以是可用的。石榴石材料颗粒尺寸的平均粒径可以小于50 μ m，例如为5 μ m至20 μ m。在另一实施方案中，根据本发明的石榴石材料可以存在于转换器芯片或转换器板中。该转换器芯片可以由石榴石材料构成或者包括石榴石材料和其它材料，例如为芯片提供机械稳定性。该芯片可以具有任何形状。该转换器芯片施加在所述光源的光束路径中。其可以直接施加在光源上。在前述两个实施方案中，还`可以存在任意形状的一个或更多个另外的磷光体材料。例如，当由石榴石材料发射的二次波长在可见光谱的绿色区域中时，可以使用另外的红色磷光体如掺杂铕的磷光体，如Sr2Si具:Eu、(Sr，Ba)2Si具:Eu、Ca2Si8Al4N16 = Eu'CaAlSiN3:Eu、Sr2SiO4:Eu。根据本发明的光电元件可以用于产生白光。
下面参照大量实施例和示例性实施方案结合图1至图6对本发明进行更加详细地描述。用相同的附图标记来表示在不同图中出现的相同设计和功能的元件。图1示出根据本发明的一个实施方案的光电元件的截面图。图2示出根据本发明的另一实施方案的光电元件的截面图。图3不出LuAG:Ce陶瓷材料的抛光部分的EMPA背散射电子图像。图4示出图3的LuAG: Ce材料中的相的WDXA分析。图5不出与LuAG:Ce材料的常规试样相比较，根据本发明的LuAG:Ce材料的发射光谱。图6示出与InGaN绿光相比较，以根据本发明所获得的LuAG = Ce来完全转换绿光的效率。
具体实施例方式图1不出根据本发明一个实施方案的光电兀件I的截面图。底壳2可以具有凹部3，其中在凹部3的底部施加有发光半导体芯片7。半导体芯片7可以是具有一个或更多个活性层的发光二极管，并且通过电子连接器6a且经由在发光半导体芯片的顶上的接合线8与电子连接器6b电子互连。电子连接器6a和6b被引向壳体2的外部。底部和侧壁9包括反射材料，从而形成反射器。光电元件I的凹部3填充有在本实施方案中形成透镜5的灌制化合物4。石榴石材料10的颗粒分散在灌制化合物4中。因而，石榴石材料颗粒10可以至少部分地转换由发光半导体芯片7产生的光。图2示出根据本发明的第二实施方案的光电元件I的截面图。具有带有侧壁9和发光半导体芯片7的凹部3的底壳2、电子连接器6a和6b以及接合线8与上述光电元件类似。填充凹部3的灌制化合物4形成透镜5。在发光半导体芯片7的光束路径中施加有包括根据本发明的石榴石材料的转换器芯片11。在此情况下，转换器芯片11直接施加在半导体芯片7上，但是其它的布置也是可用的。因此，通过转换器芯片11中的石榴石材料来至少部分地转换由半导体芯片7产生的光。在图3中，示出根据本发明的用Ce取代Imol % Lu的烧结LuAG = Ce陶瓷材料(即(Lua99Ceatll)3Al5O12)的芯片的抛光部分的电子探针分析(EMPA)背散射电子图像。明亮部分由LuAG = Ce 20、LuAG = Ce 21的两个不同相构成。暗的晶粒22是含钡氧化物的离散相。超过95% (相对于整个含钡氧化物区域)的这些含钡氧化物相的直径小于5 μ m。超过80%的这些含钡氧化物相的直径小于3 μ m。图4示出通过WDXA对EMPA图中的不同相的分析。上部光谱示出LuAG:Ce材料20的相，中间光谱示出LuAG = Ce材料21的 另一相。这些相20、21是多晶LuAG = Ce陶瓷材料。下部光谱示出暗的晶粒22的分析。暗的晶粒22是含钡氧化物如铝酸钡的离散相。暗的晶粒22不包含任何LuAG = Ce材料。图5示出与具有根据现有技术程序制备的用Ce取代0.5mol% Lu的常规LuAG = Ce材料31的转换器芯片的蓝光LED的发射光谱相比较，具有根据本发明的用Ce取代
0.5mol% Lu的LuAG = Ce陶瓷材料30的转换器芯片的蓝光LED的发射光谱(Rel.1nt.=作为y轴的相对强度)。具有440nm的第一波长的一次福射被转换成为最大为500nm至580nm
的二次辐射。在图6中，由根据本发明的LuAG:Ce材料40所完全转换的绿光的效能与由InGaN41所产生的“常规”绿光的效能进行比较。图6示出借助于根据本发明所获得的石榴石来将光转换成为绿光明显地更加有效。实施例根据如上所述的用于制造石榴石材料的方法，研究了含钡氧化物作为烧结助剂的用途。将二元金属氧化物用作起始材料，原因是它们容易以合适的品质(如纯度为99.7%且具有例如0.3μπι的小粒径)的二元金属氧化物获得。或者，可以使用预成型的石榴石材料粉末如LuAG = Ce粉末，但其往往含有较高的杂质含量。然而，高纯度、精细的LuAG粉末的合成费力且成本高。起始材料中的一种或更多种可以含有少量的钇。因此，所获得的LuAGiCe材料也可以含有少量的钇，如少于0.5wt%。合适品质(如纯度为99.7%且具有例如0.3μπι的小粒径)的铝酸钡容易获得。另夕卜，铝酸钡是稳定的含钡氧化物，而氧化钡自身可以与来自周围空气的水或二氧化碳反应。铝酸钡以通常在0.01 丨％至2.5wt%、并且经常为0.4 丨％至1.5wt%的低浓度来使用。铝酸钡可以与用于烧结的另一金属盐如过量的氧化铝结合。实施例1:将2.985 摩尔 Lu2O3'5 摩尔 Al2O3'0.03 摩尔 CeO2 和 0.56wt % BaAl2O4(相对于 I摩尔(Lu，Ce)3Al5012)的混合物在球磨机中充分混合，然后形成浆料。然后添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带并随后形成芯片，所述芯片在空气中在1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1750°C进行烧结以成为高度透明的LuAG: Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为120 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是高度透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为78.6%并且在600nm下的总正向透射率为64.7%。所产生的颜色、所转换的光和所透射的光在CIE色度图中具有0.2942的Cx值并且具有0.4487的Cy值。实施例2:将2.985 摩尔 Lu2O3'5 摩尔 Al2O3'0.03 摩尔 CeO2 和 0.09wt% BaAl2O4 (相对于 I 摩尔(Lu，Ce)3Al5012)的混合物在球磨机中充分混合，然后形成浆料。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带并随后形成芯片，这些芯片在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1750°C进行烧结以成为高度透明的LuAG: Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为120 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是高度透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为71.8%并且在600nm下的总正向透射率为58.1%。所产生的颜色、所转换的光和所透射的光在CIE色度图中具有0.3029的Cx值并且具有0.4751的Cy值。所测得的相对于空气的发光效能为3021m/W。实施例3:将2.955 摩尔 Lu2O3'5 摩尔 Al2O3'0.09 摩尔 CeO2 和 0.09wt% BaAl2O4 (相对于 I 摩尔(Lu，Ce)3Al5012)的混合物在球磨机中充分混合，然后形成浆料。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带并随后形成芯片，这些芯片在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1750°C进行烧结以成为高度透明的LuAG: Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为90 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是高度透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为
75.3%并且在600nm下的总正向透射率为66.6%。所产生的颜色、所转换的光和所透射的光在CIE色度图中具有0.3430的Cx值并且具有0.4998的Cy值。所测得的发光效能在空气中为2961m/W。实施例4:将2.985 摩尔 Lu2O3>5 摩尔 Α1203、0.03 摩尔 CeO2 和 2.0wt% BaAl204(相对于 I 摩尔(Lu，Ce)3Al5012)的混合物在球磨机中充分混合，然后形成浆料。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带并随后形成芯片，这些芯片在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1750°C进行烧结以成为高度透明的LuAG: Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为130 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是高度透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为
76.8%并且在600nm下的总正向透射率为57.2%。所测得的发光效能在空气中为3001m/I
实施例5至实施例6:试样是根据实施例4的步骤制备的。实施例7:将2.985 摩尔 Lu2O3>5 摩尔 Α1203、0.03 摩尔 Ce02、0.15wt% BaAl2O4 (相对于 I 摩尔(Lu，Ce)3Al5012)和0.75wt% Al2O3 (相对于I摩尔(Lu，Ce)3Al5012)的混合物在球磨机中充分混合，然后形成浆料。在该实施例中将铝酸钡和过量氧化铝的组合物用作烧结助剂。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带并随后形成芯片，这些芯片在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1750°C进行烧结以成为高度透明的LuAG = Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为130 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是高度透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为71.0%并且在600nm下的总正向透射率为55.9%。所产生的颜色、所转换的光和所透射的光在CIE色度图中具有0.3046的Cx值并且具有0.4873的Cy值。所测得的发光效能在空气中为3051m/W。实施例8:将2.955 摩尔 Lu 2O3>5 摩尔 Α1203、0.09 摩尔 Ce02、0.15wt% BaAl2O4 (相对于 I 摩尔(Lu，Ce)3Al5012)和0.75wt% Al2O3 (相对于I摩尔(Lu，Ce)3Al5012)的混合物在球磨机中充分混合，然后形成浆料。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带并随后形成芯片，这些芯片在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1750°C进行烧结以成为高度透明的LuAG = Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为100 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是高度透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为66.3%并且在600nm下的正向透射率为51.5%。所产生的颜色、所转换的光和所透射的光在CIE色度图中具有0.3708的Cx值并且具有0.5344的Cy值。实施例9:将使作为掺杂剂的铈取代Imol %的镥，并且还包含750ppm钡、5000ppm钇、I IOppm娃、58ppm|丐、53ppm礼、35ppm硼、22ppm错和17ppm镁的平均粒径为3 μ m的预成型LuAG:Ce粉末在球磨机中充分混合，然后形成浆料。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带并随后形成芯片，这些芯片在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1800°C进行烧结以成为高度透明的LuAG:Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为130 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为31.9%并且在600nm下的总正向透射率为31.7%。对比例1:将2.985摩尔Lu203、5摩尔Al2O3和0.03摩尔CeO2的混合物在球磨机中充分混合，然后形成浆料。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带，该带在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1800°C进行烧结以成为LuAG = Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为130 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为54.0%并且在600nm下的总正向透射率为49.2%。所产生的颜色、所转换的光和所透射的光在CIE色度图中具有0.3099的Cx值并且具有0.5037的Cy值。所测得的发光效能在空气中为2841m/W。对比例2至对比例6:试样是根据对比例I的步骤制备的。对比例7:将2.985 摩尔 Lu2O3>5 摩尔 Α1203、0.03 摩尔 CeO2 和 2.0wt% Α1203(相对于 I 摩尔(Lu7Ce)3Al5O12)的混合物在球磨机中 充分混合，然后形成浆料。然后，添加有机粘合剂(如水基丙烯酸粘合剂)和水以形成浆料。由浆料灌制成带，该带在空气中以1150°C进行预烧，然后在没有压力的湿氢下、以1800°C进行烧结以成为LuAG:Ce陶瓷材料。所形成的芯片的尺寸为Imm * Imm并且厚度为150 μ m。密度为6.67g/cm3的该材料几乎是完全致密的，并且其是高度透明的。该材料在2000nm的波长下的总正向透射率为52.9%并且在600nm下的总正向透射率为43.7%。所产生的颜色、所转换的光和所透射的光在CIE色度图中具有0.3058的Cx值并且具有0.4913的Cy值。对比例8:试样是根据对比例7的步骤制备的。表I中汇总有实施例。表1:
权利要求
1.一种材料，其包括具有由式a3_xb5o12:dx表示的组成的石榴石和含钡氧化物，其中在所述石榴石A3_xB5012:: A选自镥、钇、钆、铽、钪、另一种稀土金属或其混合物， B选自铝、钪、镓、铟、硼或其混合物， D为选自铬、锰和稀土金属中的至少一种掺杂剂，并且 O ^ X ^ 2o
2.根据权利要求1所述的材料，其中在所述石榴石A3_xB5012:Dx中: A选自镥、乾、礼、铺、钪或其混合物， B选自招、或者招与镓或钪的混合物， D选自铈、镨或其混合物，并且 X为O < X≤0.15，特别是O < X≤0.07。
3.根据权利要求1或2所述的材料，其中在所述材料中钡的量为0.0lwt %至2.5wt%,特别是 0.04wt %M1.5wt% ο
4.根据权利要求1至3中的一项所述的材料，其中所述含钡氧化物的至少一部分形成离散相，特别是BaAl2O4或者BaAl12O19的离散相。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的材料，其中所述材料包括一定量的至少一种另外的金属氧化物，其中所述至少一种另外的金属氧化物选自钙、镁、锶、硼、硅、锆、铝、钪的氧化物或其混合物。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的材料，其中所述材料是透明的，并且在2000nm的波长下的总正向透射率为至少66%，特别是至少71%。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的材料，其中所述材料吸收波长为400nm至490nm的光，特别是吸收波长最大值为420nm至470nm的光，并且其中所述材料发射波长为460nm至700nm的光，特别是发射波长最大值为500nm至580nm的光。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的材料，所述材料的发光效能高于2901m/W，特别是高于2951m/W。
9.含钡氧化物在烧结过程中作为用于制造石榴石材料、特别是用于制造根据权利要求1至8所述的材料的烧结助剂的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，其中所述含钡氧化物为BaAl204、Ba0和/或BaAl12019。
11.根据权利要求9或10所述的用途，其中用于所述石榴石的起始材料是二元金属氧化物粉末或者二元金属氧化物粉末与石榴石粉末的混合物。
12.一种制造根据权利要求1至8中的一项所述的材料的方法，包括以下步骤: 由起始材料形成浆料，所述起始材料包括烧结助剂、有机粘合剂和用于所述石榴石的起始材料，其中所述烧结助剂包括含钡氧化物； 由所述浆料形成生坯； 对所述生坯进行预烧；以及 对所述预烧的生坯进行烧结。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在800°C至1400 °C下、特别是在1050°C至1250°C下进行所述预烧，并且其中在1650°C至1900°C下、特别是在1700°C至1800°C下进行所述烧结。
14.一种发射辐射的元件，其包括根据权利要求1至8中的一项所述的材料，其中所述材料将第一波长的一次辐射至少部分地转换成第二波长的二次辐射，所述第二波长比所述第一波长更长。
15.根据权利要求14所述的发射辐射的元件，其中所述一次辐射的最大值为420nm至470nm,并且其中所述二 次福射的最大值为500nm至580nm。
全文摘要
一种包括具有由式A3-xB5O12:Dx表示的组成的石榴石并且包括含钡氧化物的材料。在石榴石A3-xB5O12:Dx中，A选自镥、钇、钆、铽、钪、另一稀土金属或其混合物。B选自铝、钪、镓、铟、硼或其混合物。D为选自铬、锰和稀土金属中的至少一种掺杂剂，特别是铈、镨或钆。掺杂剂以x为0≤x≤2存在。
文档编号C09K11/77GK103080272SQ201180035668
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者克里斯特·贝格内克, 乔治·C·魏, 马迪斯·劳卡斯, 纳丹·M·津克, 斯特凡·朗格 申请人:欧司朗光电半导体有限公司