专利名称：发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光发器件，其包括辐射源、包含发光材料的无机层 以及包含散射微粒的散射层。散射层位于所述辐射源和所述无机层之 间。
背景技术：
白光可以例如通过利用黄色磷光体对诸如LED (发光二极管) 之类的蓝色光源进行部分转换来得到。由所述LED发出的蓝光激励 该磷光体，使得其发出黄光。由所述LED发出的蓝光与由该磷光体 发出的黄光混合，观察者将蓝光和黄光的混合物感知成白光。
所述LED以各向异性的方式发出蓝光，即该光是方向相关的， 并且所述磷光体各向同性地发光，即沿所有方向发光。在混合光中， 所述各向异性光与各向同性的发射图样相结合导致非均勾的分布，该 分布在发射中通常表现为蓝色环。
通过将磷光体嵌入到透明磷光体主体中而不是使用强烈散射的 磷光体粉末层，可以获得效率的显著提高。然而，由于光源的光只有 一部分被磷光体主体转换，因而该光源对发射图样(emission pattern ) 的贡献总是存在的。
可以通过在磷光体主体中留下一定的散射(未完全致密化的主体 材料，导致半透明材料)或者通过在密封剂(或透镜)中引入一定的 散射来进行校正。
控制磷光体主体中的孔隙率以便控制散射将导致更薄的板，其处 理起来更加困难。此外，散射特性是否能够可复制地进行控制也是个 问题。
在密封剂中引入一定的散射将散射经过转换的光以及光源的光 二者，导致效能增益(efficacy gain)的降低。而且，该密封剂将导 致更大的光源，这对于许多相关的应用是不希望的。此外，同样不能 确定在未来的产品中仍然将l吏用这种密封剂(encapsulant)。
US6791259公开了一种白色固态灯，其目的是获得均匀化的光。
3US6791259的灯包括辐射源、发光材料以及位于辐射源和发光材料之 间的辐射散射材料。发光材料包括压紧的磷光体微粒层或者扩散在聚 合物密封材料(例如环氧树脂或硅树脂)中的磷光体微粒。因此，发 光材料是强散射层，其为仅仅磷光体微粒的形式或磷光体微粒扩散在 有机基质(matrix)中的形式。该强散射层导致器件的效率低，并且 器件色点的控制困难(~ 10jim的总层厚度的ljim变化导致色点的显 著变化)。
因此，持续存在对于发光器件、特别是磷光体转换的LED的需 要，其不受光分布非均匀、效率低和/或色点控制困难的缺陷的不利 影响。
发明内容
本发明的一个目的是提供发光器件，其克服了上述光非均匀、效 率低和/或色点控制困难的缺陷。
这个目的是通过一种发光器件来实现的，该发光器件包括辐射 源；包含发光材料的无机层；以及包含散射微粒的散射层，所述散射 层位于所述辐射源和所述无机层之间，其中该无机层由陶瓷材料组 成。
通过依照本发明的发光器件，其中利用散射光学粘结剂将透明或 半透明陶瓷主体粘合到所述LED上，获得了具有惊人的高均匀性的 发射图样。
散射微粒优选地为涂敷了 Si02的Ti02微粒，并且散射层可以包 含硅树脂材料。散射层将所述无机层粘合到所述辐射源，并且因而可 以称为散射光学粘结剂。
陶瓷材料可能是透明的。可替换地，它例如由于米氏(Mie)散 射的原因而可能是半透明的。陶瓷材料可以是小片的形式。辐射源可 以是发出蓝光的LED。
发光材料优选地为发出黄光的磷光体，例如掺杂了铈的钇铝石榴 石或者掺杂了镁的硫化锌。
本发明还涉及包括根据上述的发光器件的显示器件。
4图l表示依照本发明的发光器件的示意性侧截面视图。
具体实施例方式
在导致本发明的研究工作中，意外地找到了 一种避免磷光体转换
的LED出现非均匀光分布同时维持器件的高效率的方法。
磷光体转换的LED的发射图样可以包含来自该LED的非朗伯 (non-lambertian )成分，该成分在发射中表现为蓝色环。这是器件
的不希望的特性，因为它损害了器件的性能。
依照本发明，这个问题是通过在陶瓷层中结合磷光体并且通过在
LED和陶瓷层之间的光学粘结剂中引入散射微粒来克服的。
参照图1，依照本发明的发光器件(1)包括辐射源(2)、由陶
瓷材料组成并且包含发光材料的无机层(3)以及包含散射微粒(6)
的散射层(5)。散射层(5)位于辐射源(2)和无机层(3)之间。 "由陶瓷材料组成"指的是所述无机层主要包含陶瓷材料。然而，
由于例如杂质的原因，"由陶瓷材料组成的"无机层仍然不会是100%
的陶瓷。
辐射源优选地为发出420-490nm波长范围内的蓝光的LED。在 依照本发明的器件中，也可以使用若干LED。
所述无机陶资层一般为自支撑层，优选地为小片的形式。然而， 该陶瓷层的其他几何形状也包含在本发明的范围内。
所述陶瓷层可以通过在高压下加热粉末磷光体直到磷光体微粒 的表面开始变软和熔化来形成。部分熔化的微粒粘在一起，从而形成 坚硬的微粒团块。与光学上表现为没有光学间断的单一的大磷光体微 粒的薄膜不同的是，陶瓷层表现为紧压的单独的磷光体微粒，从而在 不同磷光体微粒之间的界面处存在小的光学间断。因此，陶瓷层光学
率。与共形,^^体层或者设置在诸如树脂之类的透明材料中A磷光体 层不同的是，陶瓷层一般不需要磷光体自身之外的粘合剂材料(例如 有机树脂或环氧树脂)，因而在单个磷光体微粒之间存在不同折射率 的材料或者非常小的空间。结果，陶瓷层是透明或半透明的，而不像 共形磷光体层那样。
可以形成于陶瓷层中的磷光体的例子包括铝石榴石(aluminiumgarnet)磷光体，其通式为(Luu于a-bYxGdy)3(Ah-zGaz)sOu:CeaPrb， 其中 0<x<l ， 0<y<l ， 0<z<0.1 ， 0<a<0.2并且0<b<0.1 , 例如 Lu3AlsOu:Ce3+和Y3Al5012:Ce3+，其发出黄绿色范围内的光；以及 (SrlxyBaxCay)2.zSi5aAlaN8-aOa:Euz2+，其中0<a<5， 0<x<l， 0<y<l并 且0<z<l，例如Sr2Si5N8:Eu2+,其发出红色范围内的光。适当的 Y3AlsOi2:Ce"陶瓷层可以从北卡罗来纳州的夏洛特Baikowski国际公 司购买。其他的发出绿色、黄色和红色的磷光体也是合适的，包括 (Sn+bCabBaJSixNyOjEua" ( a=0.002-0.2， b=0.0-0.25， c=0.0-0.25， x=1.5-2.5， y=1.5-2.5， z=1.5-2.5 )，其包括例如SrSi2N202:Eu2+; (Sr1.u.v.xMguCavBax)(Ga2.y.zAlyInzS4):Eu2+,其包括例如SrGa2S4:Eu2+; Sn.JBaxSi04:Eu2+;以及(€81.^1\)8:￡112+,其中0<x<l ，包括例如 CaS:Eu2> SrS:Eu2+。
如上所述，陶瓷层可以是完全透明的(根本没有散射)或者半透 明的。为此目的，陶瓷主体具有90%以上的陶瓷密度，特别是至少 95%-97%的陶瓷密度，特别地几乎100%的陶瓷密度。陶瓷层可以包 括具有lnm-100nm范围的颗粒尺寸的微晶。该颗粒尺寸是陶乾微结 构的孩i晶的等效直径。该颗粒尺寸优选地为10jim-50nm。该颗粒尺 寸允许实现高效的发光转换。
当陶瓷层半透明时，它包含前向方向上的有限数量的米氏散射。 这是通过包含少量的小"外来，，微粒(不同折射率)或者孔隙来实现 的。对于由具有非立方晶格结构的材料制成的陶瓷，也观察到一定的 散射。 一种可替换方案是将例如YAG:Ce^颗粒(磷光体微粒)结合 到A1203基质中。
也称为洛伦茨-米氏(Lorenz-Mie)理论的米氏理论是电磁辐射 球形微粒散射的完整数学物理理论。米氏散射包含了所有可能的直径 波长比。它假设均匀、各向同性且光学线性的材料由无限延展平面波 辐射激发。
用于本发明的优选陶瓷层是所谓的LUMIRAMIC小片，其在公 开号为2004/0145308和2005/0269582的美国专利中进行了详细的描 述，其通过参照引入本文。陶瓷层中不存在散射或者存在非常有限数 量的散射是非常有利的，因为可以获得更好的效率以及良好的颜色控 制(~ 100nm的lnm变化远小于lOjim上的ljim,即典型的磷光体粉末厚度)。
陶瓷层中的发光材料(4)优选地包含磷光体或者磷光体的混合 物。适当的发光材料(4)的实例是诸如铝酸盐、石榴石或硅酸盐之 类的基础材料，其部分地掺杂有稀土金属。对于发出蓝色的LED， 发光材料(4)优选地包含发出黄色的磷光体，例如掺杂了 (聚合) 结晶铈的钇铝石榴石(YAG:Ce"或Y3Al5012:Ce3+)或者掺杂了镁的 硫化锌(ZnS:Mn2+)。可替换地，YAG:Ce"可以与入1203—起烧结， 从而得到发光陶瓷。磷光体优选地均匀扩散在陶瓷层中。
散射层(5)可以包括例如环氧树脂或者硅树脂。散射层(5)可 以具有不同的几何形状，并且用作辐射源和陶瓷层之间的粘结剂，即
所谓的光学粘结剂。
结合到散射层(5)中的散射微粒(6)优选地为涂敷了 Si02的 Ti02微粒。对Ti02微粒涂敷SK)2是非常有利的，因为光催化活性 Ti02表面因而与有机基质隔离，从而防止了基质材料的迅速退化。 尽管涂敷了 Si02的Ti02微粒是优选的，其他具有高折射率的微粒(例 如ZrOj也可以用作散射微粒。
通过使用小的散射微粒(6)，即数十纳米，那么所述散射将是 米氏类型的(前向散射)，不会导致系统效能的降低。适当的是，微 粒尺寸小于50nm。散射微粒(6)可以是适合被结合到散射层中并且 提供希望的散射效果的任何几何形状。优选地，散射微粒(6)被均 匀扩散在散射层(5)中。
在依照本发明的发光器件(1)中，散射层(5 )优选地基本上覆 盖辐射源(2)的整个上表面，并且陶瓷层(3)优选地基本上覆盖散 射层(5)的整个上表面。
依照本发明的发光器件(1)中，结合陶瓷板并且在所述光学粘 结剂中使用散射微粒，提供了一种方案，满足了长期的对于获得具有 均匀光发射和高效率的磷光体转换的LED的需求。
下面的非限制性实例中描述了用于制造依照本发明的发光器件 的适当过程。
实例
将1克涂敷了 Si()2的TK)2纳米微粒与5克硅凝胶混合。通过使
7用调剂(dispensing)将少量的这种材料施加到LED上。使用拾放机
将LUMIRAMIC小片置于该扩散物上。在硅凝胶固化之后，坡面 (dome)置于管芯(die)上并且填充(透明的)密封剂。光学粘结 (即涂敷了 Si02的Ti02纳米微粒在硅凝胶中的扩散)的厚度可以由
拾放机进行控制。过量的材料将流出管芯，填充LUMIRAMIC板之
下的空间(数量由调剂的数量控制)。
权利要求
1. 一种发光器件(1)，包括-辐射源(2)；-包含发光材料(4)的无机层(3)；以及-包含散射微粒(6)的散射层(5)，所述散射层(5)位于所述辐射源(2)和所述无机层(3)之间；其特征在于，所述无机层(3)由陶瓷材料组成。
2. 依照权利要求1的发光器件(1)，其中所述散射微粒(6) 为涂敷了 Si02的Ti02微粒。
3. 依照权利要求1或2的发光器件(1),其中所述散射层(5) 包含硅树脂材料。
4. 依照前面的权利要求中任何一项的发光器件(1)，其中所述 陶瓷材料是透明的。
5. 依照权利要求1-4中任何一项的发光器件(1)，其中所述陶 瓷材料是半透明的。
6. 依照权利要求5的发光器件(1)，其由于米氏散射从而是半 透明的。
7. 依照前面的权利要求中任何一项的发光器件(1)，其中所述 陶瓷材料为小片的形式。
8. 依照前面的权利要求中任何一项的发光器件(1)，其中所述 辐射源(2)为发出蓝光的LED。
9. 依照前面的权利要求中任何一项的发光器件(1)，其中所述 发光材料(4)为发出黄光的磷光体。
10. 依照权利要求9的发光器件(1)，其中所述磷光体掺杂了 铈的钇铝石榴石或者掺杂了镁的硫化锌。
11. 依照前面的权利要求中任何一项的发光器件(1)，其中所 述散射层(5)将所述无机层(3)粘合到所述辐射源(2)。
12. —种显示器件，包括依照前面的权利要求中任何一项的发光 器件(1)。
全文摘要
公开了一种发光器件(1)，其包括辐射源(2)，包含发光材料(4)的无机层(3)；以及包含散射微粒(6)的散射层(5)。散射层(5)位于辐射源(2)和无机层(3)之间，其由陶瓷材料组成。
文档编号H01L33/50GK101467266SQ200780021258
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月4日 优先权日2006年6月8日
发明者A·L·韦杰斯, C·穆特, M·P·J·皮特斯, R·J·亨德里克斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司