专利名称：荧光层及其制造方法与用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光层及其制造方法与用途，尤其是涉及一种可用于发光二极管的荧光层及其制造方法。
背景技术：
近年由于节能议题及环保意识抬头，白光发光二极管已成为全球最受瞩目的新兴产品并逐渐取代传统照明设备，因其具有小尺寸(可因应设备微型化的趋势)、耗电量低(用电量为一般灯泡的八分之一至十分之一，日光灯的二分之一)、寿命长(可达10万小时以上)、发热量低(热辐射低)、反应速度佳(可高频操作)等优点，可解决多项过去白炽灯泡(incandescent bulbs)所无法解决的问题，已成为二^ 世纪照明的新光源。此外，白色发光二极管也因兼具省电与环保概念而被喻为“绿色照明光源”。
早期的白光发光二极管由多种不同波长的发光二极管组合而成。然而，此种装置因体积过大、发光效率不彰、混色不均等因素，故难以应用在各种需高照度的照明装置上。现今的白光发光二极管，就一般原理而言，大多由单波长的发光源(发光二极管芯片)及至少一种可被该发光源激发的荧光材料所组成，其中，由荧光材料受激发所发射的荧光与发光源的发射光(未被突光材料吸收的光)混色成白光。在结构上，在现今的白光发光二极管中，荧光材料一般与如环氧树脂的封装材料混合成封装胶体，然后以该胶体包覆发光源，即于发光源上形成突光层，提供该白光发光二极管。然而，当上述的发光装置使用达一段时间后，常会遇到荧光层老化(黄化)的现象，这是因为其中的环氧树脂会因吸收紫外光或因二极管所产生的热量而过度交联，此老化会相当程度地减缓发光装置的发光效益。此外，随着温度上升，发光层中的荧光材料亦会产生如热衰竭甚至热淬灭的现象。目前业界大多致力于改善发光装置散热性，以求降低荧光材料热衰竭程度并延缓环氧树脂的老化(黄化)。其中，US 7，361，938揭露一种荧光板构件来改善上述的散热问题，该专利直接将YAG荧光粉以约1700°C的温度热压处理而成。前述手段所提供的荧光板，虽可避免树脂荧光层老化的困扰且可降低光散色现象，然须使用大量荧光材料并进行多次高温热处理，所费不赀。基于上述需求，本发明提供另一种荧光层及其制造方法，其可增进发光二极管的散热效果，且本发明荧光层因不含有机树脂，不会有老化(黄化)的问题，使得最后产品发光的质量稳定、经久、耐用。此外，本发明使用成本较低的煅烧粉并可于较低的温度下进行烧结，可减少制作成本并降低制造工艺难度，一举克服先前技术中所面临的众多问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种突光层，其包含突光材料与煅烧材料，且以该突光层的总重量计，该荧光材料的含量是约5重量％至约95重量％。本发明的另一目的在于提供一种蓝宝石荧光板，其包含蓝宝石基板及位于该蓝宝石基板上的如前述的荧光层。本发明的又一目的在于提供一种制造突光层的方法,其包括混合突光材料与煅烧材料以形成生胚体薄层，其中以该生胚体薄层的总重量计，该荧光材料的用量为约5重量％至约95重量以该煅烧材料的共熔点(eutectic point)左右的温度下,对该生还体薄层进行热处理。本发明的再一目的在于提供一种制造蓝宝石荧光板的方法，其包括提供蓝宝石基板；混合荧光材料与煅烧材料以形成生胚体薄层，其中以该生胚体薄层的总重量计，该荧光材料的用量为约5重量％至约95重量以及将该生胚体薄层置于该蓝宝石基板上并对该生胚体薄层与该蓝宝石基板进行热处理，其中在该煅烧材料的共熔点左右的温度下进行该热处理。本发明的再一目的在于提供一种发光装置，其包含激发光源及如前述的荧光层或 蓝宝石荧光板。
图I所示为根据本发明的具体实施方式
的荧光层的示意图。图2所示为根据本发明的具体实施方式
的蓝宝石荧光板的示意图。图3所示为根据本发明的具体实施方式
的发光装置的示意图。图4所示为根据本发明的另一具体实施方式
的发光装置的示意图。图5所示为根据本发明实施例中发光装置I的发光光谱。图6所示为根据本发明实施例中发光装置I的放射光所转换的CIE坐标图。I荧光层11煅烧材料12荧光材料100蓝宝石荧光板2蓝宝石基板200发光装置201发光装置5激发光源
具体实施例方式以下将参考附图具体地描述根据本发明的部分具体实施方式
；惟，在不背离本发明的精神下，本发明尚可以多种不同形式的方式来实践，不应将本发明保护范围解释为限于说明书所陈述的实施方式。此外，在附图中，为明确起见可能夸示各对象及区域的尺寸，而未按照实际比例绘示。另，除非文中有另外说明，在本说明书中(尤其是在权利要求书中)所使用的“一”、“该”及类似用语应理解为包含单数及复数形式。参考图1，是根据本发明的具体实施方式
的荧光层的示意图。其中，荧光层I包含荧光材料12与煅烧材料11，且以煅烧材料11为结构主体。荧光材料12则分散于煅烧材料11中，较佳的是均匀地分散于其中。所谓“以煅烧材料11为结构主体”，是指以煅烧材料11为空间上的主要连续相，以支撑荧光层I的立体结构。除图I所示的分散方式以外，荧光材料12亦可以例如菱形交错或斜纹等其它方式而分散于煅烧材料11中。本发明所用的煅烧材料包含第一成分与第二成分。其中，该第一成分可选自任何合宜的透光性陶瓷材料，例如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)及其组合，较佳是使用氧化铝与二氧化硅的组合作为第一成分。该第二成分经选用，可破坏第一成分(即陶瓷材料)的部分键结结构使其熔点下降，以降低材料的热处理温度，即提供助熔的效果。第二成分包含氧化钡，且除氧化钡之外，可视需要进一步包含另一物质以取代部分氧化钡，该另一物质可为例如其它碱土金属(即不同于钡的碱土金属)的氧化物，如氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、及前述的任意组合等。该另一物质的取代量可视所欲的助熔效果、最终产品的应用及制作成本等加以调整，但通常不超过氧化钡的约50摩尔％。在本发明的部分实施方式中，使用a(BaO) · Al2O3 · b (SiO2) (2彡a彡3且8 ^ b ^ 12)作为煅烧材料。其中，当煅烧材料的第二成分进一步包含另一物质时，氧化钡与该另一物质的总用量仍应使煅烧材料中各成分维持上述的比例关系。举例言之，当第二成分由氧化钡与氧化钙所组成时，煅烧材料可表示为a((l-y)BaO、yCaO) -Al2O3 *b (SiO2) (O <y < O. 5、2 < a < 3且8 < b < 12)，当第二成分由氧化钡、氧化钙与氧化镁所构成时，煅烧材料可表不为 a ((1-W-Z) Ba。、wCaO、zMgO) · Al2O3 · b (SiO2) (O < w+z ^ 0. 5、2 ^ a ^ 3且8彡b彡12)，以此类推。在后附实施例中，例示使用a (BaO) -Al2O3 *b (SiO2) (2 ^ a ^ 3且9彡b彡11)作为煅烧材料。可使用市面上常见的荧光材料于本发明中，以与煅烧材料提供荧光层，例如氮氧化物荧光材料、稀土类石榴石荧光材料等。根据本发明的具体实施方式
，使用稀土类石榴石荧光材料，例如M3^xAl5O12: Cex (O < X彡O. 5)，M系Y、Lu或其组合。根据比尔定律(Beer' s Law)，荧光效益由荧光层中放入荧光材料含量以及荧光层厚度所决定，故可藉由调整该二参数以提供所欲的荧光效果。在本发明中，以荧光层的总重量计，荧光材料的含量一般为约5重量％至约95重量％，较佳为约20重量％至约70重量％，更佳约30重量％至约50重量％。当荧光材料的含量过低时，恐无法提供足够、合意的发光效果；反之若含量过高，则荧光层内气孔太多而影响发光效率。至于荧光层的厚度，通常控制在约O. 05毫米至约2毫米的范围，较佳约O. 2毫米至约I. 5毫米的范围。若荧光层厚度太薄，则制备过程中荧光层易发生损坏；反之若厚度太厚，则无法满足现今微型化的需求。此外，在本发明的部分实施方式中，可先制备厚度较厚且尺寸较大的荧光层，随后藉由研磨的方式薄化至所欲的厚度，并视实际需要裁切成适当的大小，以利后续使用。本发明亦提供一种制造荧光层的方法，包括混合荧光材料与煅烧材料以形成生胚体薄层；以及对该生坯体薄层进行热处理。可用于本发明方法中的荧光材料与煅烧材料的种类、用量与变化方式均如前述。较佳地，荧光材料是M3_xAl5012:Cex(0 < X彡O. 5)，M是Y、Lu或其组合；煅烧材料为a (BaO) · Al2O3 · b (SiO2) (2彡a彡3且8彡b彡12)。在本发明方法的具体实施态样中，选用a(BaO) · Al2O3 *b (SiO2) (2彡a彡3且9彡b彡11)作为煅烧材料。根据本发明的方法，以生胚体薄层的总重量计，荧光材料的用量为约5重量％至约95重量％，较佳为约20重量％至约70重量％，更佳约30重量％至约50重量％。混合煅烧材料与荧光材料以形成生胚体薄层的手段并无任何特殊限制，可使用常见的干式压锭或湿浆成形。其中，当以湿浆成形时，荧光材料的含量计算是以生胚体薄层的干料重量计(即不含溶剂或分散剂的重量)。此外，为增加生胚体薄层的结构强度，可视需要于其中混入少量的粘合剂，例如聚乙二醇，其可在约350°C的温度下完全分解脱逸，故不会影响后续的制造工艺及产物特性。在本发明方法中所使用的煅烧材料除可直接自市面上取得外，亦可通过反应而自前驱物制得。例如，经由提供前驱物混合物，接着于高于该前驱物混合物中各成分的热分解温度的温度下，热处理该前驱物混合物而提供，前述即所谓的固态反应法。在上述固态反应法中，该前驱物混合物包含第一前驱物成分与第二前驱物成分。该第一前驱物成分选自以下群组氧化铝、氧化铝的前驱物、二氧化硅、二氧化硅的前驱物、及前述的任意组合。所谓氧化铝的前驱物是指可藉由加热以形成氧化铝的化合物，例如含铝的氢氧化物、有机酸盐、无机酸盐，具体例子如氢氧化铝、柠檬酸铝、醋酸铝、硝酸铝、碳酸铝等；所谓二氧化硅的前驱物则指可藉由加热以形成二氧化硅的化合物，例如硅烧化合物，具体例子如四乙氧基娃烧(tetraethoxysilane, TE0S)、二甲氧基二甲基娃烧(dimethoxydimethylsilane)等。该第二前驱物成分包含可藉由加热以形成氧化钡的氧化钡的前驱物，例如氢氧化钡、柠檬酸钡、醋酸钡、硝酸钡、碳酸钡等。在部分具体实施方式
中，该第二前驱物成分可进一步包含另一物质的前驱物，如其它碱土金属(即不同于钡者) 的氧化物的前驱物。所谓其它碱土金属的氧化物的前驱物，指可藉由加热以形成碱土金属的氧化物的化合物，例如含碱土金属的氢氧化物、有机酸盐或无机酸盐，具体例子如氢氧化锶、氢氧化钙、柠檬酸锶、柠檬酸钙、醋酸锶、醋酸钙、硝酸锶、硝酸钙、碳酸锶、碳酸钙等。在本发明的部分实施方式中，该第一前驱物成分包含氧化铝与二氧化硅，该第二前驱物成分则为碳酸钡。可用于本发明方法中的前驱物混合物的组成与用量，主要视所欲煅烧材料而定，其相关说明与变化方式如前述。在获得该前驱物混合物之后，接着于高于该前驱物混合物中各成分的热分解温度的温度下，对该前驱物混合物进行热处理，以获得煅烧材料。其中，“热分解温度”是指各前驱物成分可受热反应成高温稳定的陶瓷相(通常是氧化物型态)的最低温度。举例言之，当前驱物成分为碳酸钡时，其热分解温度为碳酸钡热分解为氧化钡的温度，而若前驱物成分已为高温稳定陶瓷相如氧化铝，则无须考虑其热分解温度。本发明本领域技术人员，在参酌本发明说明书后，可依其知识与前驱物成分的物种，选择热处理前驱物混合物的合宜条件。举例言之，可在空气氛围中、在约750°C至约950°C温度下，对该前驱物混合物进行热处理。根据本发明制造荧光层的方法，在获得生胚体薄层之后，接着对该生胚体薄层进行热处理以获得该荧光层；其中，是在该煅烧材料的共熔点左右的温度下进行该热处理。易言之，对该生胚体薄层进行热处理的温度是视所使用的煅烧材料而定，综合考虑成本因素，较佳是在空气或还原氛围下，在低于约1500°C的温度下进行。例如，在使用a (BaO) · Al2O3 -b (SiO2) (2彡a彡3且9彡b彡11)作为煅烧材料的情况下，可于空气氛围下、在约1(KKTC至约130(TC温度下，对该生胚体薄层进行热处理，较佳是在约110(TC至约1200°C温度下，对该生胚体薄层进行热处理。本发明的荧光层利用煅烧材料取代传统树脂材料以封装荧光材料，故可避免树脂层老化(黄化)所导致的发光效率与质量下降的缺失。而基于提高荧光层的散热效益或避免荧光层因热应力破裂等考虑，本发明的荧光层可与散热基板结合应用。因此，本发明另提供一种蓝宝石荧光板。参考图2，是根据本发明的具体实施方式
的蓝宝石荧光板的示意图，蓝宝石荧光板100包含蓝宝石基板2及位于蓝宝石基板2上的突光层I。本发明荧光板采用蓝宝石(氧化铝)薄片作为基板，蓝宝石基板的热传导系数为约30瓦/米· K至40瓦/米· K，可增进所应用的发光装置的散热效果并提升光转换效果，且蓝宝石基板的热膨胀系数(5.8X10_6/K)与一般二极管材料(如氮化镓二极管为
5.6XlO-6A)相当，更可避免使用过程中因热应力而产生破裂现象。本发明可采用任何市售的蓝宝石基板，惟考虑到成本效益，蓝宝石基板的厚度较佳以约O. 2毫米至约2毫米为宜，更佳为约O. 3毫米至约O. 6毫米。另一方面，本发明亦提供一种制造蓝宝石荧光板的方法，包括提供蓝宝石基板；以如上述的制造荧光层的方法中所述的步骤提供生胚体薄层；以及将该生胚体薄层置于该蓝宝石基板上并对该生胚体薄层与该蓝宝石基板进行热处理，其中是在该煅烧材料的共熔点左右的温度下进行该热处理。本发明方法所采用的蓝宝石基板，如上述，其厚度较佳为约O. 2毫米至约2毫米， 更佳为约O. 3毫米至约O. 6毫米。在提供该蓝宝石基板及该生胚体薄层后，接着藉由热处理而接合该二者，其中先将生胚体薄层置于蓝宝石基板上，并在煅烧材料的共熔点左右的温度下对该生胚体薄层与该蓝宝石基板进行热处理，以使生胚体薄层的表面部分熔融并进一步与蓝宝石基板接合。该热处理温度一般是视所使用的煅烧材料而定，综合考虑成本因素，较佳是于空气或还原氛围下，在低于约1500°C的温度下进行。举例言之，在使用a(BaO) · Al2O3 · b (SiO2)(2彡a彡3且9彡b彡11)作为煅烧材料的情况下，可在空气氛围中、约1000°C至约1300°C温度下热处理蓝宝石基板与生胚体薄层，较佳是在约120(TC至约130(TC温度下热处理蓝宝石基板与生胚体薄层。本发明亦提供一种发光装置，其包含激发光源及如上述荧光层或蓝宝石荧光板。图3为根据本发明的具体实施方式
的发光装置200的示意图，其中激发光源5与荧光层I接合。图4则为根据本发明的另一具体实施方式
的发光装置201的示意图，其中激发光源5与蓝宝石荧光板100接合。在本发明的发光装置中，激发光源的发射光波长应与突光层中的突光材料互相协配，即该激发光源的波长应可激发荧光层中的荧光材料，且该激发光源所发射的光可与该荧光材料受激发后所发射的荧光相混成白光。较佳的激发光源为蓝光或紫外光二极管(包含雷射二极管)，其可激发大多数的荧光材料。举例言之，蓝光激发光源搭配含有YAG荧光材料的荧光层即可发出白光，紫外光发光二极管则可搭配含多种荧光材料的蓝宝石荧光板材以获得白光。根据本发明的发光装置，激发光源与荧光层/蓝宝石荧光板的接合方式并无特殊限定，只要使激发光源与荧光层/蓝宝石荧光板稳固结合即可。举例言之，可藉由粘合剂来粘合激发光源与荧光层/蓝宝石基板。可用于本发明中的粘合剂通常选用透光性树脂粘合齐IJ，包含如环氧树脂、聚酰胺树脂等，较佳是并用金刚石粉、氮化铝粉、氧化铝粉或前述的任意组合等。亦或，可藉由物理贴合的方式(如扣件)使荧光层/蓝宝石基板固定在激发光源上。除上述举例方法外，本发明本领域技术人员在参酌本发明内容后，可因应实际需要采用合宜的接合方式。在本发明另一个具体实施方式
中，发光装置中的激发光源可与高导热基板接合以增进发光装置的散热效果。高导热基板的材料通常为金属材料，较佳是铜、铝或铜铝合金等，这是因为它们具有较优越的散热效果。以下列具体实施方式
进一步例示说明本发明，惟这些方式仅作为说明的用途，并无限制本发明范围的含义。实施例[制备荧光层]依2. 5 : I : 10的摩尔比秤取BaC03、Al2O3及SiO2并利用氧化铝球磨珠湿式球磨历时30分钟，然后将所获得的球磨浆料干燥并获得煅烧材料的前驱物混合物，随后于空气氛围下，在约850°C的温度下对该前驱物混合物进行热处理历时约4小时，获得煅烧材料2. 5 (BaO) · Al2O3 · IO(SiO2)。依约40 60的重量比秤取Y2.93A15012: Ceatl7及所得的煅烧材料 2.5 (BaO) · Al2O3 · 10 (SiO2)，随后研磨混合并以干式压锭的方式形成厚度约I毫米的生胚
体薄层。将所得的生胚体薄层在空气氛围及约1140°C的温度下热处理历时约2小时，获得厚度约O. 8毫米的荧光层F，结构如图I所示。[制备蓝宝石荧光板]依2. 5 : I : 10的摩尔比秤取BaC03、Al2O3及SiO2并利用氧化铝球磨珠湿式球磨历时30分钟，然后将所获得的球磨浆料干燥并获得煅烧材料的前驱物混合物，随后在空气氛围下，在约850°C的温度下对该前驱物混合物进行热处理历时约4小时，获得煅烧材料
2.5 (BaO) · Al2O3 · IO(SiO2)。依约36 64的重量比秤取Y2.93A15012: Ceatl7及所得的煅烧材料
2.5 (BaO) · Al2O3 · 10 (SiO2),随后并研磨混合并以干式压锭的方式形成厚度约I毫米的生胚体薄层。将所得的生胚体薄层置于厚度为O. 425毫米的蓝宝石基板上，并在空气氛围及约1250°C的温度下热处理历时约2小时，获得荧光层厚度为O. 8毫米的蓝宝石荧光板A，结构如图2所示。[制备发光装置]*发光装置I*将蓝宝石荧光板A固定于蓝光发光二极管(氮化镓二极管)上，以获得发光装置I，如图4所示。利用由杭州远方光电信息有限公司出厂型号为PMS-80的紫外-可见-近红外光谱分析仪，在电压为3伏特，电流为O. 2安培条件下测试发光装置I的发光光谱，结果如图5所示。由图5可知，发光装置I的发光光谱主要由波长约为460纳米(蓝光)的窄峰及波长约为560纳米(黄光)的宽峰所构成。将图5的结果转换至CIE(Commission Internatioalede i' Eclairage)坐标图即得到发光装置I的混色结果(如图6所示)，其可获得X =
O.3065与y = O. 3352的白光，此证实本发明的蓝宝石荧光板可替代传统的荧光材料胶体并获得白光。上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，并阐述本发明的技术特征，而非用于限制本发明的保护范畴。任何熟悉本技术者在不违背本发明的技术原理及精神下，可轻易完成的改变或安排，均属本发明所主张的范围。因此，本发明的权利保护范围如 权利要求书所列。
权利要求
1.一种荧光层，其特征在于，其包含荧光材料与煅烧材料，且以该荧光层的总重量计，该荧光材料的含量是约5重量％至约95重量％。
2.如权利要求I所述的荧光层，其特征在于，以该荧光层的总重量计，该荧光材料的含量是约20重量％至约70重量％。
3.如权利要求I所述的荧光层，其特征在于，其中该煅烧材料包含第一成分与第二成分，该第一成分选自以下群组氧化铝、二氧化硅及其组合，该第二成分包含氧化钡。
4.如权利要求3所述的荧光层，其特征在于，其中该第二成分进一步包含不同于钡的碱土金属的氧化物。
5.如权利要求I所述的荧光层，其特征在于，其中该荧光材料为M3_xAl5012:Cex(0<X≤O. 5)，M是Y、Lu或其组合；煅烧材料为a(BaO) · Al2O3 · b (SiO2) (2≤a≤3且9≤b≤11)。
6.如权利要求I所述的荧光层，其特征在于，其厚度是约O.05毫米至约2毫米。
7.一种制造突光层的方法，其包括 混合荧光材料与煅烧材料以形成生胚体薄层，其中以该生胚体薄层的总重量计，该荧光材料的用量为约5重量％至约95重量％ ;以及 在该煅烧材料的共熔点左右的温度下，对该生坯体薄层进行热处理。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中以该生胚体薄层的总重量计，该荧光材料的用量为约20重量％至约70重量％。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中该煅烧材料是经由以下方式制得 提供前驱物混合物，其包含第一前驱物成分与第二前驱物成分，该第一前驱物成分选自以下群组氧化铝、氧化铝的前驱物、二氧化硅、二氧化硅的前驱物、及前述的任意组合，该第二前驱物成分包含氧化钡的前驱物；以及 在高于该前驱物混合物中各成分的热分解温度的温度下，对该前驱物混合物进行热处理。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其中该第二前驱物成分进一步包含不同于钡的碱土金属的氧化物的前驱物。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其中该第一前驱物成分包含氧化铝及二氧化硅，该第二前驱物成分是碳酸钡。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其中在空气氛围中、约750°C至约950°C温度下，对该前驱物混合物进行热处理。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中该荧光材料为M3_xAl5012:Cex(0<X≤O. 5)，M是Y、Lu或其组合；该煅烧材料为a (BaO) · Al2O3 · b (SiO2) (2彡a彡3且9≤b≤11)。
14.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中在空气氛围或还原氛围中、约1000°C至约130(TC温度下，对该生胚体薄层进行热处理。
15.一种发光装置，其特征在于，其包含 激发光源；以及 如权利要求I至6中任一项所述的荧光层或由如权利要求7至14中任一项的方法所制得的荧光层。
16.如权利要求15所述的发光装置，其特征在于，其中该激发光源是蓝光的发光二极 管。
全文摘要
一种荧光层及其制造方法与用途。该荧光层包含荧光材料与煅烧材料，且以该荧光层的总重量计，该荧光材料的含量是约5重量％至约95重量％。本发明荧光层可用于发光二极管，改变发光颜色并可增进发光二极管的散热效果，且本发明荧光层因不含有机树脂，不会有老化(黄化)的问题，使得最后产品发光的质量稳定、经久、耐用。
文档编号H01L33/50GK102881809SQ20121011709
公开日2013年1月16日 申请日期2012年4月19日 优先权日2011年7月12日
发明者江德馨, 刘如熹, 江德信, 江长阳 申请人:信源陶磁股份有限公司