波长转换器以及具有所述波长转换器的发光器件的制作方法
【专利说明】波长转换器以及具有所述波长转换器的发光器件
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请是要求题为"WAVELENGTH CONVERTER AND LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING SAME"的并且于2013年9月26日提交的美国专利申请No. 14/038，709的权益的国际申请，该 美国申请的整体内容被通过引用合并到此。
【背景技术】
[0002] 发光二极管(LED)在电磁谱的特定区域中生成可见光或不可见光。取决于LED的材 料成分，从LED输出的光可以是例如蓝色、红色、绿色、紫外(UV)和/或近UV谱区域中的光。当 想要构建产生与LED的输出色彩不同的色彩的光的LED光源时，已知的是使用光致发光将具 有第一波长或波长范围的从LED输出的光（"主级光"或"激励光"）转换为具有第二波长或波 长范围的光（"次级光"或"发射光"）。
[0003] 光致发光一般牵涉利用波长转换材料(诸如磷或磷的混合物)来吸收更高能量主 级光。吸收主级光可以将波长转换材料激励到更高能态。当波长转换材料返回到更低能态 时，其发射一般具有与主级光不同的波长/波长范围的次级光。次级光的波长/波长范围取 决于所使用的波长转换材料的成分。像这样，可以通过恰当选择波长转换材料来实现想要 的波长/波长范围的次级光。这种处理可以理解为"波长下转换"，并且与包括波长转换材料 (诸如磷）的波长转换结构组合以产生次级光的LED可以被描述为"磷转换的LED"（pc-LED) 或"波长转换的LED"。
[0004] 波长转换材料可以通过适当的方法(诸如按压并且烧结粉末状的材料)而被形成 为固体单片陶瓷工件。典型地采用板的形式的陶瓷波长转换器可以于是被直接附接到LED 管芯，以实现LED所发射的光的芯片级转换(CLC)，或者其可以被放置在距LED的发光表面一 定距离处，以便实现远距转换布置。因为透明陶瓷波长转换器不遭受来自把被转换的光后 向散射到LED源一在LED源处被转换的光可能被吸收一的损耗，所以对于这些应用而言透明 陶瓷波长转换器具有潜力来生成最高水平的转换效率。然而，由于以更高的透明度制成陶 瓷波长转换器，因此总内部反射(TIR)变为限制因素，约束可以从转换器提取的光的量，并 且由此限制光源的效力。
【发明内容】
[0005] 本发明将透明陶瓷的高转换效率的优点与增加流明输出的光提取改进组合。更特 别地，提供一种具有包含第二相的氧化铝(优选地作为氧化铝微晶）的表面层的基于氧化铝 的陶瓷波长转换器。作为用于形成自身实质上透明的体块陶瓷的烧结处理的结果，形成表 面层。
[0006] 根据本发明的一方面，提供一种包括冷光陶瓷材料的固体单片工件的波长转换 器。所述陶瓷材料由能够将具有第一峰值波长的主级光转换为具有第二峰值波长的次级光 的基于氧化铝的磷构成。所述转换器的体块部分实质上是透明的，并且所述转换器具有至 少一个主表面，所述至少一个主表面带有具有氧化铝第二相的烧结态的表面层。
[0007] 根据本发明的另一方面，提供一种发光器件，包括:发光二极管，其发射具有第一 峰值波长的主级光；以及波长转换器，被定位为从所述发光二极管接收所述主级光。所述波 长转换器包括冷光陶瓷材料的固体单片工件。所述陶瓷材料包括能够将所述主级光的至少 一部分转换为具有第二峰值波长的次级光的基于氧化铝的磷。所述转换器的体块部分实质 上是透明的，并且所述转换器具有至少一个主表面，所述至少一个主表面带有具有氧化铝 第二相的烧结态的表面层。
【附图说明】
[0008] 图1是根据本发明的实施例的利用具有陶瓷波长转换器的LED的发光器件的横截 面的示意性图解。
[0009]图2是根据本发明的另一实施例的利用具有陶瓷波长转换器的LED的发光器件的 横截面的示意性图解。
[0010]图3是示出孔隙和第2相氧化铝夹杂物（inclusion)的所烧结的YGdAG:Ce陶瓷波长 转换器的横截面的SEM显微图。
[0011] 图4是利用TE0S烧结助剂制成的所烧结的YGdAG: Ce陶瓷波长转换器的横截面的 SEM显微图。
[0012] 图5是利用TE0S烧结助剂制成的所烧结的YGdAG:Ce陶瓷波长转换器的表面的SEM。 [0013]图6是利用TE0S烧结助剂制成的所烧结的LuAG:Ce陶瓷波长转换器的表面的光显 微镜图像。
[0014] 图7在(i)烧结态的条件与（ii)被抛光以移除表面上的第2相氧化铝晶体中对利用 TE0S烧结助剂烧结的YGdAG: Ce陶瓷波长转换器的直线透射进行比较。
[0015] 图8对具有烧结态的YGdAG:Ce陶瓷转换器板的pc-LED的发射谱与来自同一 pc-LED 配置的发射谱进行比较，其中，转换器的一侧或两侧已经被抛光以移除具有氧化铝的第2相 的表面层。
【具体实施方式】
[0016] 为了连同本发明的其它和进一步的目的、优点和能力一起更好地理解本发明，参 照结合上面描述的附图所作的以下公开和所附权利要求。
[0017]如在此所使用的那样，"陶瓷波长转换器"意味着由已经通过烧结粉末状材料(诸 如无机磷)形成的固体单片陶瓷工件构成的波长转换器。一般地，烧结态的陶瓷波长转换器 是多晶的。术语"陶瓷波长转换器"不包括由聚合物基质(诸如硅酮或环氧树脂）中的磷颗粒 的分散构成的波长转换器。术语"表面层"意味着相邻于并且包括有关表面的层。
[0018] 实质上透明意味着材料展现通过材料的光的很少的散射，并且更特别地其展现其 中材料没有吸收峰值的电磁谱的区域中如所测量的至少60%的直线透射。例如，由于材料归 因于Ce 3+催化剂而在350nm和460nm处具有强吸收峰值，因此将在高于550nm的波长处测量用 于铈催化的铝石榴石材料的直线透射。特别是，被滤波以扫描波长范围的氙气灯一般地被 用于测量直线透射。
[0019] LED"管芯"（又被提及为LED"芯片"）是采用其最基本形式（即，采用通过切分半导 体层被沉积于其上的更大得多的晶片而产生的小的单独的工件的形式）的LED1ED管芯可 以包括适合用于应用电功率的接触。
[0020] 对磷、LED或转换材料的色彩的提及一般提及其发射色彩，除非另外指定。因此，蓝 色LED发射蓝色光，黄色磷发射黄色光并且依此类推。
[0021] 现在参照具有更大特定性的附图，图1中示出采用具有陶瓷波长转换器104的pc-led 的形式的发光器件 100。陶瓷波长转换器由基于氧化铝 (ai2〇3) 的磷材料，例如冷光钇铝 石榴石Υ3Α15〇12(其也可以写为3Υ 2〇3 · 5Al2〇3)构成。优选地，陶瓷波长转换器由可以由通式 A3B5〇12: Ce表示的基于氧化铝的磷构成，其中，A是Y、Sc、1^、6(1、1^或113，并且8是41、63或3(3。 优选地，A是Y，Gd、Lu或Tb，并且B是A1。更优选地，磷是如下之一:Y 3Al5〇12: Ce、（Y，Gd)3Α15〇12: Ce、Tb3Al50i2: Ce 和 Lu3Al50i2: Ce、其可以分别被提及为 YAG: Ce、YGdAG: Ce、TbAG: Ce 和 LuAG: Ce。波长转换器104-般具有20μπι和500μπι之间并且优选地100μπι和250μπι之间的厚度Ti。在 优选的实施例中，波长转换器具有平坦板的形状，虽然其不被限制成这样。
[0022] 从蓝色发射LED管芯102的发光表面107发射的主级光106通入到陶瓷波长转换器 104中，陶瓷波长转换器104将蓝色光的至少一部分转换为具有不同峰值波长的次级光116 (诸如黄色光）。最终从转换器104的发光表面120发射的光的色彩将取决于转换器内的通过 转换器的未转换的主级光106的量对于转换为次级光116的主级光的量的比率。
[0023] 在图1所示的实施例中，陶瓷波长转换器104具有抛光的底部表面118,其面对LED 管芯102的发光表面107。包括发光表面120的相对侧具有包含第二相的氧化铝(优选地作为 氧化铝微晶）的整体的烧结态的表面层110。表面层边界由虚线126表示。陶瓷波长转换器 104的体块材料124是由基于