專利名稱：用于發(fā)光器件的光學(xué)元件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)光器件的光學(xué)元件及其制備方法，其中該光學(xué)元件包括包含波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和散射層的燒結(jié)陶瓷體。
背景技術(shù)：
發(fā)光器件包括至少一個(gè)發(fā)光二極管(LED)，該發(fā)光二極管通常與光學(xué)元件布置在 一起。該光學(xué)元件通常包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層包括對(duì)發(fā)出的光重定向的熒光劑和 /或?qū)?。由此，可以通過各種方式來影響從LED發(fā)出的基色光。上發(fā)射LED指的是這樣的發(fā)光二極管其具有光學(xué)元件，其中由LED生成的光在光 學(xué)元件的上表面發(fā)出。對(duì)于上發(fā)射LED中的光學(xué)元件，期望諸如高透明度和最佳波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 之類的屬性。這優(yōu)選地通過使用包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的光學(xué)元件來完成，其中具有第一波長(zhǎng)的 光束由熒光劑變換成第二波長(zhǎng)，繼而透射通過該層。側(cè)發(fā)射LED指的是這樣的發(fā)光二極管其具有光學(xué)元件，其中由LED生成的光在光 學(xué)元件的側(cè)表面發(fā)出。對(duì)于側(cè)發(fā)射LED中的光學(xué)元件，通常期望諸如高透明度和最佳波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換之類的屬性處于光學(xué)元件的下部，同時(shí)通常期望光學(xué)元件的上外部分的高反射率。這 優(yōu)選地通過使用包括第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的光學(xué)元件來完成，其中光由熒光劑變換繼而由第二 層反射。US 2007/0284600A1描述了包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和反射體的側(cè)發(fā)射LED。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層 可以是透明或半透明粘合劑中的燒結(jié)熒光劑顆粒或熒光劑顆粒，其可以是有機(jī)的或無機(jī) 的。反射體可以是鏡面反射體或漫反射體，其使得光以許多角度并且最終以小于臨界角被 反射。描述了鏡面反射體可以由有機(jī)層或無機(jī)層形成，例如鋁或其他反射性金屬。此外，描 述了漫反射體可以由沉積在粗糙化表面或漫反射材料(諸如合適的白漆)上的金屬形成。當(dāng)光學(xué)元件包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和散射層兩者時(shí)，存在若干問題需要考慮。例如，期望 獲得良好的物理和光學(xué)接觸；以及熱穩(wěn)定性以及避免化學(xué)退化。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層與散射層之間的良好物理接觸是至關(guān)重要的，以便避免機(jī)械故障，諸 如光學(xué)元件發(fā)生分層。當(dāng)前，額外的粘合劑層被頻繁使用以便取得光學(xué)元件中各層之間足 夠的粘合度。在使用過程中，光學(xué)元件受到溫度變化，這可能導(dǎo)致由于在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和散射 層中使用了具有不同熱膨脹屬性的材料而產(chǎn)生的熱致應(yīng)力。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層與散射層之間的良好光學(xué)接觸是至關(guān)重要的，這是因?yàn)榧幢闶莾蓪又?間非常細(xì)小的間隙也可能導(dǎo)致在側(cè)面以不期望的角度發(fā)生光泄漏。這可能導(dǎo)致從正常光強(qiáng) 度分布的不期望的偏離。另外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層與散射層之間的化學(xué)相互作用可能導(dǎo)致光學(xué)元件的功能退化， 諸如毀壞的發(fā)光或發(fā)射顏色的變化。因此，在本領(lǐng)域中需要向發(fā)光器件提供包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和散射層的光學(xué)元件及其 制備方法，其中克服了這些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是至少部分克服上文提到的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題并且滿足 本領(lǐng)域中的需求，從而向發(fā)光器件提供陶瓷光學(xué)元件及其制備方法。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和散射層的陶瓷光學(xué)元件，其中該光學(xué) 元件適于在包括側(cè)發(fā)射LED的發(fā)光器件的制備中使用。尤其是，期望不使用任何粘合劑的 支持波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層與散射層之間高光學(xué)接觸的緊密接觸。本發(fā)明的又一目標(biāo)是提供包括燒結(jié)陶瓷體的光學(xué)元件的制備方法，其中提供了波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層與散射層之間的高物理接觸，即，沒有使用粘合劑。此外，本發(fā)明的目標(biāo)是提供制 備方法，其中光學(xué)元件的兩個(gè)層在同一制備步驟中產(chǎn)生。此外，期望具有高耐久性的魯棒材 料結(jié)構(gòu)、高制備性能以及生產(chǎn)光學(xué)元件的簡(jiǎn)易并且低成本的方法。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供如下發(fā)光器件，該發(fā)光器件具有至少一個(gè)包括新型光學(xué) 元件的基本上側(cè)發(fā)射的元件。本發(fā)明的又一目標(biāo)是提供用于提供發(fā)光器件的方法，該發(fā)光器件包括根據(jù)本發(fā)明 的光學(xué)元件。這些目標(biāo)和其他目標(biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的方法和產(chǎn)品來完成。在第一方面中，本發(fā)明提供了如下光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括具有第一層和布置 在該第一層上的第二層的燒結(jié)陶瓷體，其中該第一層包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，其中第二層的孔 隙度高于第一層的孔隙度，并且第二層中的孔隙被布置用于提供由光源生成的光束的散 射。通過使用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件，通過在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和散射層兩者中使用陶瓷材料提 供了基本上側(cè)發(fā)射的光學(xué)元件。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件具有若干優(yōu)勢(shì)。例如，在光學(xué)元件 中只使用一個(gè)陶瓷體產(chǎn)生魯棒的材料結(jié)構(gòu)。另外，熱不穩(wěn)定性可以通過在兩層中只使用陶 瓷材料來顯著減少或避免。此外，由于只使用了一個(gè)燒結(jié)陶瓷體，因此有可能取得兩層之間 的緊密接觸，這會(huì)產(chǎn)生高效的光學(xué)耦合。另一有利之處是，本發(fā)明允許兩個(gè)部件之間的完美 物理接觸而不需要使用任何粘合劑。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光學(xué)元件的第二層的反射率可以>90%。該高反射率會(huì) 產(chǎn)生高側(cè)發(fā)射能力。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述光學(xué)元件的第二層中孔隙的平均直徑可以在從大約 0. Iym到大約ιμπι的范圍中。為了提供可見光的高效散射，該孔隙度優(yōu)選在此區(qū)間內(nèi)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光學(xué)元件的第一層的孔隙度優(yōu)選可以低于大約10%。該 低孔隙度使得第一層中幾乎沒有散射中心，這使得光高效透射通過第一層。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光學(xué)元件的第一層的熱膨脹系數(shù)和第二層的熱膨脹系數(shù) 可以相互匹配，即，各層中的熱膨脹系數(shù)相互之間偏離不超過10%。通過使用具有相似熱 系數(shù)的材料，能夠避免由受到熱變化而導(dǎo)致的機(jī)械故障。由此，可以促進(jìn)光學(xué)元件壽命的延 長(zhǎng)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光學(xué)元件的第一層的折射率與第二層的折射率可以相互 匹配，即，各層中的折射率相互之間偏離不超過10%。通過在各層中使用具有相似折射率的 陶瓷材料，光線基本上不會(huì)受到影響，從而可以避免不期望的效果。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光學(xué)元件可以包括第一層和第二層，其中第一層包括第 一材料并且第二層包括第二材料，其中第一材料和第二材料可以包括相同的主要成分。這 里的主要成分指的是包括在坯體中的基本材料成分。如這里使用的，基本材料指的是濃度
4占5%以上的材料。通過使用相同的主要成分，化學(xué)相互作用和熱不穩(wěn)定性能夠被減少或排 除。另外，在各層中還能提供相似的折射率。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，第一層的助熔劑濃度可以高于第二層的助熔劑濃度。這 里的助熔劑指的是該成分中的組分，該組分例如通過填充到孔隙中來增強(qiáng)燒結(jié)過程。助熔 劑可以具有在比主要成分更低范圍中的熔點(diǎn)。助熔劑的選擇依賴于將要用于光學(xué)元件的陶 瓷材料的主要成分，以及該主要成分的量。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，光學(xué)元件的第一層和第二層可以包括包含YAG結(jié)構(gòu)的陶 瓷材料。發(fā)現(xiàn)YAG是用于這種光學(xué)元件的合適材料，并且通過在光學(xué)元件中使用YAG結(jié)構(gòu) 的材料有可能取得良好的光學(xué)效果。這里的YAG結(jié)構(gòu)的材料指的是釔鋁石榴石結(jié)構(gòu)，其中 該結(jié)構(gòu)中的晶格位置可以被取代并且/或者其中間隙位置可以被填充。在本發(fā)明的其中光學(xué)元件包括YAG結(jié)構(gòu)的材料的實(shí)施方式中，第一層可以包括濃 度范圍從大約200ppm到大約2000ppm的SW2作為助熔劑，并且第二層可以包括濃度范圍 從大約Oppm到大約500ppm的Si02。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)提供了幾乎密實(shí)的第一層以及在第二層 中獲得了高效的散射。在第二方面，本發(fā)明提供了包括至少一個(gè)LED和根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的發(fā)光器 件，其中光學(xué)元件第一層面對(duì)LED布置用于接收至少部分由該LED發(fā)出的光。本發(fā)光器件 具有良好的側(cè)發(fā)射效果以及良好的熱穩(wěn)定性，這是因?yàn)閮蓪又卸际褂昧颂沾刹牧稀Ｔ诘谌矫?，本發(fā)明提供了用于制備光學(xué)元件的方法，包括提供包含第一材料的 第一層和第二材料的第二層的坯體；以及將各層共同燒結(jié)至單個(gè)燒結(jié)陶瓷體；調(diào)整第一層 和第二層的成分，使得在燒結(jié)之后，第二層的孔隙度高于第一層的孔隙度，并且第二層中的 孔隙被布置用于提供由光源產(chǎn)生的光束的散射。根據(jù)本發(fā)明的方法允許使用針對(duì)各層的共同燒結(jié)過程。該方法的優(yōu)勢(shì)在于多個(gè)方 面。根據(jù)本方法，在同一制備步驟中產(chǎn)生兩個(gè)層。另外，本方法促進(jìn)了高制備性能，生產(chǎn)光 學(xué)元件的簡(jiǎn)易和低成本的方法。此外，各層的共同燒結(jié)產(chǎn)生波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層與散射層之間的緊 密接觸，而不需要粘合劑。由于通過使用該方法可以獲得非常好的粘合，因此提供了具有高 耐久性的魯棒光學(xué)元件。還提供了其他優(yōu)勢(shì)，例如，由于共同燒結(jié)的層提供了魯棒的材料結(jié) 構(gòu)，因此該方法允許通常更易碎的第二層的改進(jìn)的研磨能力。在本方法的實(shí)施方式中，第一層可以包括如下材料成分，該材料成分在燒結(jié)期間 具有比第二層更高的密實(shí)度。通過修改層的陶瓷成分，可以控制密實(shí)度水平。因此，密實(shí)結(jié) 構(gòu)可以在第一層中獲得，同時(shí)孔隙層可以在第二層中獲得。在本方法的實(shí)施方式中，孔隙度可以通過在第一層中使用比第二層中更高量的助 熔劑來控制。通過改變助熔劑的濃度，從而可以控制光學(xué)元件中的孔隙度和反射率。高濃 度的助熔劑產(chǎn)生燒結(jié)到高密度的低溫度。因此，優(yōu)選在第一層(波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層)中使用高濃 度的助熔劑，而第二層中的助熔劑濃度保持比在第一層中的低，以便提供散射。這會(huì)導(dǎo)致該 密實(shí)化處理在第二層中效率較低，這產(chǎn)生出孔隙結(jié)構(gòu)。在本方法的實(shí)施方式中，第一層包括第一材料并且第二層包括第二材料，其中第 一材料和第二材料包括相同的主要成分。因此，化學(xué)相互作用和熱不穩(wěn)定性可以被減少或 排除。另外，在各層中提供了相似的折射率。在第四方面，本發(fā)明提供了用于制備包括至少一個(gè)LED的發(fā)光器件的方法，包括提供根據(jù)本產(chǎn)品權(quán)利要求的任意一項(xiàng)的、或通過本方法權(quán)利要求的任意一項(xiàng)可獲得的光學(xué) 元件；并且布置該光學(xué)元件來接收至少部分由發(fā)光二極管發(fā)出的光，并且使得第一層面對(duì) 至少一個(gè)LED。通過在發(fā)光器件的制備中使用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件，提供了具有高耐用性 的發(fā)光器件。


參考所附示意圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，通過示例的方式說明本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選的 實(shí)施方式。圖1示出了安裝在LED上的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的示例。
具體實(shí)施例方式大體上，本發(fā)明涉及用于發(fā)光器件的光學(xué)元件及其制備方法，其中該光學(xué)元件包 括由單個(gè)燒結(jié)陶瓷體形成的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和散射層。圖1中示出了關(guān)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖，示出了包括發(fā)光二極管 (LED) 2和光學(xué)元件3的發(fā)光器件1，光學(xué)元件3包括具有第一層4和布置在該第一層4上 的第二層5的燒結(jié)陶瓷體，其中第一層4包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述第二層5的孔隙度高于所 述第一層4的孔隙度。發(fā)光器件1根據(jù)應(yīng)用而不同地構(gòu)造。發(fā)光器件1包括至少一個(gè)產(chǎn)生 光束(諸如，可見光、紫外線輻射或紅外線光)的LED 2。該LED 2可以根據(jù)常規(guī)已知的方 法獲得。如果需要，LED 2可以交換成任何其他光源。光學(xué)元件3包括燒結(jié)陶瓷體并且直 接或間接面對(duì)LED 2布置。光學(xué)元件3包括第一層4和第二層5，該第一層4位于光學(xué)元件 3的下部。第一層4基本上是密實(shí)的陶瓷層，并且包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，諸如熒光劑。陶瓷材料 可以包括能夠被認(rèn)為是陶瓷的任何材料?？梢孕纬商沾刹ㄩL(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的熒光劑示例包括釔 鋁石榴石熒光劑，其具有通式(LUl_x_y_a_bYxGdy)3 (AlhGaz)5O12: CeaPrb,其中 0 < χ < 1、0 < y < 1、0 < z≤ 0. 1、0 < a ≤ 0. 2 以及 0 < b ≤ 0. 1，諸如 Lu3Al5O12:Ce3+和 Y3Al5O12:Ce3+， 其發(fā)出黃色-綠色范圍中的光；以及(Sr1TyBEtxCay)2_zSi5_aAlaN8_a0a:Euz2+其中0≤a < 5、 0 < χ≤1、0≤y≤1以及0 <z≤1，諸如Sr2Si5N8:Eu2+，其發(fā)出紅色范圍中的光。合適 的 Y3Al5O12 = Ce3+陶瓷板可以從 Baikowski International Corporation of Charlotte, N.C購(gòu)買。其他發(fā)綠色、黃色和紅色光的熒光劑也可以是合適的，包括(Sr1IbCabBac) SixNyOz:Eua2+(a = 0. 002-0. 2、b = 0. 0-0. 25、c = 0. 0-0. 25、χ = 1. 5-2. 5、y = 1· 5-2. 5、 z = 1. 5-2. 5)，包括例如 SrSi2N2O2IEu2+ ； (SrlmMguCavBax) (Ga2_y_zAlyInzS4) Eu2+，包括例如 SrGa2S4IEu2+ ；SivxBiixSiO4:Eu2+ ；以及(Cai_xSrx) S:Eu2+其中 0 < χ ≤ 1，包括例如 CaS:Eu2+禾口 SrS:Eu2+0第一層的孔隙度優(yōu)選低于大約10%，更優(yōu)選地低于大約5%。第二層5基本上是多孔陶瓷層，并且包括布置用于提供光束散射的孔隙。第二層 可以設(shè)計(jì)用于反射任何特定波長(zhǎng)區(qū)間，諸如可見光、紫外線輻射或紅外線光。由此這里的術(shù) 語(yǔ)孔隙度指的是在燒結(jié)之后出現(xiàn)在陶瓷材料中的大小從大約0. 2 μ m至大約20 μ m的腔。孔隙度優(yōu)選平均分布在光學(xué)元件的整個(gè)第二層。孔隙的大小分布依賴于起始材料 和燒結(jié)條件而變化。例如，在燒結(jié)期間，所得的孔隙度依賴于坯體使用的粉末的顆粒大小。 同樣已知在坯體壓制期間的條件是重要的，以便避免大的不期望的孔隙。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何優(yōu)化壓制條件，以便減少在坯體中出現(xiàn)這種偏差的風(fēng)險(xiǎn)。為了提供光束的高效散 射，在燒結(jié)之后第二層中孔隙的大小應(yīng)當(dāng)在要散射的光束的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)。因此，為了 可見光的散射，第二層中的平均孔隙直徑優(yōu)選為0. 1-1 μ m。應(yīng)當(dāng)注意，雖然相同的主要成分可以在兩個(gè)層中使用，但是第一層中的不同基本 材料的濃度可以有別于第二層。第一層的功能屬性可以由例如摻雜到第一層的材料成分的 摻雜劑的添加劑來提供。第二層的功能可以通過改變孔隙度來控制，例如通過改變助熔劑 的濃度，這會(huì)導(dǎo)致兩層的燒結(jié)速度彼此不同。有利地，通過在第一層和第二層中使用相同的主要陶瓷成分，各層的熱膨脹系數(shù) 相互匹配。另外，第一層的折射率與第二層的折射率相互匹配?，F(xiàn)在返回圖1，示出了本發(fā)明實(shí)施方式的示意圖，示出了由LED2生成的光束6。生 成的光束6穿過光學(xué)元件的第一層，并且依賴于存在的不同波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料而進(jìn)行變換。光 束6繼而由第二層5反射，并且最終光束基本上在光學(xué)元件3的第一層4的側(cè)表面7中的 一個(gè)側(cè)表面發(fā)出。本發(fā)明還包括用于制備光學(xué)元件的方法，包括提供包括第一材料的第一層和第二 材料的第二層的坯體；以及將各層共同燒結(jié)成燒結(jié)陶瓷體，其中調(diào)整第一層和第二層的成 分，使得在燒結(jié)之后，第二層的孔隙度高于第一層的孔隙度。坯體可以通過壓制粉末、熱壓 制或任何其他常規(guī)已知的方法來獲得。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“坯體”指的是沒有經(jīng)過燒結(jié)的 壓制體或壓縮體。共同燒結(jié)會(huì)產(chǎn)生單個(gè)燒結(jié)體。燒結(jié)界面可以包括在各層的燒結(jié)過程期間 形成的元素濃度梯度。共同燒結(jié)由已知技術(shù)在高溫下執(zhí)行，諸如包括壓制和/或暴露在受 控的氣態(tài)氛圍中。兩個(gè)層4和5的孔隙度可以通過在第一層中使用比在第二層中更高量的助熔劑來 控制。通常，使用的助熔劑越多，在燒結(jié)期間密實(shí)化過程發(fā)生越快，這會(huì)產(chǎn)生縮小的孔隙大 小以及減少的孔隙度。因此，可能獲得幾乎密實(shí)的第一層結(jié)構(gòu)，而第二層可以包括大量的孔 隙，這些孔隙可以用于光束的散射。孔隙度還可以通過使用第一層4中的材料成分進(jìn)行調(diào)整，該材料成分在燒結(jié)期間 具有比第二層5更高的燒結(jié)速度。這可以通過改變兩層中特定陶瓷主要成分或次要陶瓷成 分的濃度來完成。因此，該方法可以包括第一層和第二層的材料可以包括相同的主要或次 要陶瓷成分，但是其中成分的濃度在該兩個(gè)層中是不同的?？蛇x地，孔隙度可以通過改變與燒結(jié)之后獲得的孔隙度相關(guān)的任何條件進(jìn)行控 制，諸如粉末的顆粒大小和/或使用兩層的不同壓制條件。本發(fā)明的光學(xué)元件可以在包括至少一個(gè)LED的發(fā)光器件的制備中使用，其中該光 學(xué)元件可以布置用于接收至少部分由發(fā)光器件發(fā)出的光，并且使得第一層面對(duì)至少一個(gè) LED。由此，可以提供包括基本上側(cè)發(fā)射的LED的發(fā)光器件。雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合其特定實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以做出各種修改、變化和調(diào)整而不脫離所要求的范圍。例如，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件可以包括附加層，例如若干波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層。光學(xué)元件中 的各個(gè)層可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。另外，各層的厚度可以是不同的，只要能達(dá)到光學(xué)元件 的目標(biāo)。例如，光學(xué)元件的第二層的厚度可以是10-300nm，諸如80-150nm或120nm。在本 發(fā)明的其他實(shí)施方式中，光學(xué)元件中的層不具有恒定的厚度。此外，其他附加層可以包括在光學(xué)元件中。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，該兩個(gè)層中的至少一個(gè)層可以包括一種或多種添加劑， 以便提供該一個(gè)或兩個(gè)層的期望的材料屬性或功能屬性。相同或不同的添加劑可以在兩個(gè) 層中使用，并且濃度可以根據(jù)光學(xué)元件的應(yīng)用而變化。應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)行修改而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，坯體可 以比如通過單獨(dú)加熱進(jìn)行預(yù)處理，然后安裝在一起，最后燒結(jié)。本發(fā)明進(jìn)一步由以下示例進(jìn)行說明，其不應(yīng)當(dāng)解釋為限制，而僅是作為本發(fā)明某 些優(yōu)選特征的說明。示例 1根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的制備包括第一層(波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層)，以及具有散射屬性的 第二層，其中所述光學(xué)元件基于Y3Al5O1215以下氧化物成分用于坯體Y2O3,比表面積15m2/g，可從Rodia獲得；Al2O3'比表面積 8m2/g，可從 Reynolds/Malakoff 獲得；CeO2,比表面積4m2/g，可從Rodia獲得；以及Gd2O3 (在紅移波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的情況下)，比表面積17m2/g。另外，將用于燒結(jié)基于Y3Al5O12的陶瓷材料的適當(dāng)助熔劑SiO2以200-2000ppm的 濃度添加至第一層并且以0-500ppm的濃度添加至第二層。第一層摻雜有0. 01-2%的Ce。坯體通過一次性單軸向壓制兩個(gè)粉末層(圖1中的層4和層幻，隨后冷等靜壓制 達(dá)到最大密實(shí)化，來進(jìn)行制備。燒結(jié)繼而在空氣中以1650°C進(jìn)行，使用125°C /hr的加熱溫 度斜坡，在最高溫度暴露4個(gè)小時(shí)，以及125°C /hr的下降溫度斜坡。由此兩個(gè)層被反應(yīng)地?zé)Y(jié)，從而產(chǎn)生了包括兩個(gè)層的Y3Al5O12型的一個(gè)陶瓷體。這 是由于使用了上文的燒結(jié)參數(shù)，因此上文提到的第一粉末層中的SiO2濃度和第二粉末層中 的SiO2濃度使得第一層變?yōu)閹缀趺軐?shí)的，而第二層變?yōu)槎嗫椎模渲械诙又械目紫短峁?對(duì)于可見光的高效散射。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件(3)，包括具有第一層(4)和布置在所述第一層(4)上的第二層(5) 的燒結(jié)陶瓷體，其中所述第一層(4)包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述第二層( 的孔隙度高于所述 第一層的孔隙度，并且所述第二層(5)中的孔隙布置用于提供光束的散射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第二層(5)的反射率>90%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第二層(5)中孔隙的平均直徑 在從0. Ιμ 至Ιμ 的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)在前權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第一層的孔隙度 低于大于10%。
5.根據(jù)在前權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第一層的熱膨脹 系數(shù)與所述第二層(5)的熱膨脹系數(shù)相互匹配。
6.根據(jù)在前權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第一層的折射率 與所述第二層(5)的折射率相互匹配。
7.根據(jù)在前權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第一層(4)包括第一 材料并且所述第二層( 包括第二材料，其中所述第一材料和所述第二材料包括相同的主 要成分。
8.根據(jù)在前權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第一層的助熔劑 濃度高于所述第二層(5)的助熔劑濃度。
9.根據(jù)在前權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第一層(4)和第二層 (5)包括包含YAG結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件(3)，其中所述第一層(4)包括濃度范圍從 200ppm-2000ppm的SiO2,并且第二層(5)包括濃度范圍從0ppm-500ppm的Si02。
11.一種包括至少一個(gè)發(fā)光二極管( 和根據(jù)在前權(quán)利要求1-10的任意一項(xiàng)所述的光 學(xué)元件C3)的發(fā)光器件(1)，其中所述光學(xué)元件的所述第一層(4)布置為面對(duì)所述發(fā)光二極 管O)以接收至少部分由所述發(fā)光二極管( 發(fā)出的光。
12.一種用于制備光學(xué)元件(3)的方法，包括提供包括第一材料的第一層和第二材料的第二層的坯體；以及將所述層共同燒結(jié)成燒結(jié)陶瓷體；調(diào)節(jié)所述第一層和第二層的成分，使得在燒結(jié)之后，所述第二層(5)的孔隙度高于所 述第一層的孔隙度，并且所述第二層(5)中的孔隙布置用于提供光束的散射。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于制備光學(xué)元件的方法，其中所述第一層(4)包括如下 材料成分，所述材料成分在燒結(jié)期間具有比所述第二層( 更高的燒結(jié)速率。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述孔隙度通過在所述第一層(4)中使用 比所述第二層(5)中更高量的助熔劑進(jìn)行控制。
15.一種用于制備包括至少一個(gè)發(fā)光二極管O)的發(fā)光器件(1)的方法，包括提供根據(jù)權(quán)利要求1-10的任意一項(xiàng)所述的、或可以由權(quán)利要求12-14所述的方法得到 的光學(xué)元件⑶；以及布置所述光學(xué)元件(3)用于接收至少部分由所述發(fā)光二極管(2)發(fā)出的光，并且使得 所述第一層(4)面對(duì)至少一個(gè)發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于發(fā)光器件的光學(xué)元件及其制備方法，其中該光學(xué)元件包括包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層(4)和散射層(5)的燒結(jié)陶瓷體(3)。更具體地，本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件，其包括具有第一層(4)和布置在該第一層上的第二層(5)的燒結(jié)陶瓷體(3)，其中第一層包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，第二層的孔隙度高于第一層的孔隙度，并且第二層中的孔隙布置用于提供光束的散射。用于制備該光學(xué)元件的方法包括提供包括第一材料的第一層和第二材料的第二層的坯體；以及將所述各層共同燒結(jié)成燒結(jié)陶瓷體；調(diào)整第一層和第二層的成分，使得在燒結(jié)之后，第二層的孔隙度高于第一層的孔隙度，并且所述第二層中的孔隙布置用于提供光束的散射。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102106003SQ200980128676
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者H·A·M·范哈爾, H·J·B·雅格特, J·F·M·希勒森, O·J·斯泰吉爾曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司