強散射陶瓷轉換器及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種強散射電光陶瓷轉換器材料、根據本發明的轉換器在以分光形式 運行的光電器件中的用途，以及用于提供本發明的轉換器的制造方法。
【背景技術】
[0002] 轉換器材料用于諸如發光二極管的光電子器件。在這種情況下，轉換器材料將照 射的具有第一波長的激發光（在下文中也稱為藍色激發光）至少部分地轉換為具有第二波 長的發射光。因為其有利的物理性質，陶瓷轉換器材料被越來越多地用于此。
[0003] 大多數情況下，陶瓷轉換器材料用于具有傳輸結構的轉換器。在傳輸轉換器中，藍 色激發光入射在轉換器材料的一側上，并且從轉換器另一側出射的光被利用。
[0004] 為了用傳輸轉換器產生白色印記，所發射的光必須與藍色激發光的一部分進行混 合。所混合的藍色激發光的比例取決于發射的轉換的光的波長和待獲得的顏色位置。
[0005] 并且，所混合的藍色激發光的部分應當具有與轉換的光類似的空間輻射行為。這 是這樣實現的：藍色光通過陶瓷轉換器材料散射。
[0006] 在現有技術中，公開了通過在陶瓷轉換器中并入第二相或通過并入孔作為散射中 心來實現藍色激發光的散射。
[0007] 然而，散射不必然導致在藍色激發光的顯著分光，因為藍色激發光的分光比例并 不有助于有益的光通量，因此降低了轉換器的效率。因此，轉換器材料中的孔隙率和孔尺寸 的精確控制是不可避免的。
[0008] 例如，專利申請公開US2009/0066221A1描述了一種陶瓷轉換元件，在其中，藍色 激發光在孔處被散射，并且其中轉換器的密度為至少97%。在這種情況下，孔隙率是由生坯 不完全燒結所致。孔的直徑為250納米至2900納米，并且主要由所用的反應物的顆粒尺寸 決定。
[0009] W0 2011/094404描述了具有基本上球形的孔的多孔陶瓷。孔的直徑范圍為500納 米至10微米。此處，孔隙率的控制是通過將諸如PMMA顆粒或PE顆粒的球形顆粒作為造孔 添加劑來實現的。在隨后的燒結期間，添加劑被燒掉。
[0010] 通常在轉換器中，轉換后的光最初被均勻地向所有方向發射。在傳輸結構中只有 在傳輸方向上的光被利用。被分光的光丟失或由反射器或涂層"回收"。傳輸轉換器的構造 的替代品是操作以分光形式運行的轉換器。
[0011] 在以分光形式運行的轉換器中，藍色激發光的輸入和所發射的有用的光的離開發 生在轉換器的相同一側。因此，在這種情況下，轉換器的高度分光是有利的。
[0012] 因此，用于分光應用的陶瓷轉換材料的要求顯著不同于用于傳輸應用的轉換器材 料的要求。
[0013] 因此，現有技術中已知的轉換器材料不適合用于分光轉換器。
[0014] 發明目的
[0015] 因此，本發明的目的是提供一種具有用于分光轉換器的最佳光學和機械性能的陶 瓷轉換器材料。此外，本發明的目的是提供了一種用于制備相應的轉換材料的方法，其允許 獲得具有定制的光學性能的陶瓷轉換器材料。
[0016] 該目的通過獨立權利要求的主題以出人意料地簡單方式得以實現。從屬權利要求 的主題是本發明的有利的實施方案和改進方案。
[0017] 本發明的電光陶瓷、下文中也稱為轉換器材料，適用于將具有第一波長的激發光 至少部分地轉換成具有第二波長的發射光。特別是，本發明的電光陶瓷適用于將激發光轉 換成分光的發射光。
[0018]因此，本發明的電光陶瓷是一種強散射轉換器材料，但是其同時具有很高的量子 效率。
[0019] 這是通過轉換器材料的獨特組成和形態實現的。
[0020] 轉換材料是一種僅具有單一電光陶瓷相的多孔電光陶瓷。陶瓷相設置為單一相或 至少基本上單一相。這里本發明意義上的術語"單一相"僅指轉換器材料的陶瓷部分，其在 本發明的含義中是指轉換器材料中存在的孔不被視為第二陶瓷相。此外，本發明意義上的 術語"單一相陶瓷相"并不排除其他陶瓷相以微小程度存在，如例如在偏差誤差范圍內的由 處理相關的稱重偏差所引起的。例如，也可以考慮在稱量中的研磨球的磨損。
[0021] 例如由原材料的不完全轉換所引起的任何痕量的第二陶瓷相是處理相關的，而不 是有意的。
[0022] 轉換器材料的低密度是其孔隙率的結果。電光陶瓷中的孔引起強的光散射，其在 下文中僅被稱為散射。對于用于分光轉換器的轉換器材料，強散射是有利的。指定的密度 是幾何上確定的密度。
[0023] 這適用于其中要制備白光的應用、以及其中獲得盡可能純的光譜的顏色通道的應 用。
[0024] 對于產生白光，散射必須是如此之強，使得藍色激發光的一部分不被轉換器吸收， 而是被分光并與所發射的轉換光結合。
[0025] 對于在其中實現盡可能純的光譜的顏色通道的分光應用，例如對于投影儀，僅產 生轉換器材料的發射光譜是至關重要的。在這種情況下，藍色激發光可以最完全吸收提高 了轉換器的效率。因此，用于藍色光的分光的散射相對于藍色光的吸收必須不能太強。然 而，如果可能的話，該關系應當通過較強的藍色吸收而不是通過較弱的散射來進行調整，因 為強散射在該應用中也是有利的：散射對轉換器表面上的所發射的轉換光的空間分布具有 有利的影響。以這種方式，可以實現轉換器表面上轉換的光的量不大于或僅稍大于藍色激 發光的相應量。該光斑的定位可以通過轉換器材料的高散射實現并導致在整個轉換器上的 均勻的顏色印記。
[0026] 因此，轉換器材料包括組合物^85012的陶瓷相，其中A=Y、Gd、Lu和其組合以及 B=Al、Ga和其組合。
[0027] 通過電光陶瓷的組分可以選擇性地調整發射光的波長范圍。優選地，電光陶 瓷相是一種活性￥#15012相或1^1#150 12相。根據本發明的一個實施例，電光陶瓷相是 (Gd，Y)3A15012相或（Y，Lu) #15012相。此外，優選地，電光陶瓷相是Lu3(A1，Ga)5012相。
[0028] 此外，陶瓷相包含鈰作為活性元素。優選地，電光陶瓷包含鈰作為活性元素。鈰 的含量被指定為Ce02含量與反應物的總初始重量的重量百分比，優選范圍為0. 001-3重 量％，更優選為0.05-0. 25重量％。這里，活性元素被化學計算為晶體系統的A位點。根據 本發明的特別有利的實施例，鈰的含量為〇. 003-0. 3重量％。具有這樣的鈰含量的電光陶 瓷表現出特別有利的散射長度和吸收長度的比值。
[0029] 根據本發明的改進方案，建議使用至少一種另外的活性元素。通過活性元素的類 型和濃度，可以調整散射長度與吸收長度的比值。該比例是多少藍色激發光被分光的決定 因素。因此，可以通過活性元素的類型和濃度來調整轉換器的顏色位置。優選地，電光陶瓷 包括選自由元素鋱、鐠、釤及其組合所組成的組中的元素，作為另一活性元素。
[0030] 根據本發明的一個實施例，電光陶瓷包括釓作為第二元素A。特別是，電光陶瓷的 Gd203含量為計算為A位點的0. 5-8摩爾％、優選1-4摩爾％，更優選1. 5-3. 5摩爾％。釓 優選與釔組合用作元素A。最優選地，在釔鋁石榴石中使用釓。
[0031] 根據本發明的另一實施例，電光陶瓷包括鎵作為第二元素B。特別是，電光陶瓷的 Ga203含量為計算為B位點的0. 5-15摩爾％、優選1-10摩爾％，更優選1. 5-7摩爾％。優 選地，鎵與镥組合使用作元素B。
[0032] 在一個實施例中，優選使用25-30摩爾％的1^1含量。這對于其中要產生綠色光的 應用是特別有利。根據本發明的另一實施例，镥含量為0.5-7摩爾％。該比例對應當表現 出高溫度穩定性的轉換器是特別有利的。
[0033] 根據本發明的轉換器材料因此有利地允許通過其密度或孔隙度、電光陶瓷相的組 成和其中的活化劑的濃度和選擇來調整顏色位置，取決于各自的要求。
[0034] 根據本發明的一個實施例，散射通過上述參數調整，使得藍色激發光的一部分不 被轉換器吸收，而是被分光并與發射光結合。在分光要產生盡可能接近白色的顏色位置的 應用中，這是特別重要的。
[0035] 現有技術中，通過并入第二相實現散射的電光陶瓷是已知的。相比之下，根據本發 明的轉換器材料僅包括一個陶瓷相。特別是，本發明的陶瓷至少基本上不含初級顆粒。根 據一個實施例，A3B5012中游離A203和/或B203顆粒、即不與燒結的陶瓷相結合的顆粒的含量 為小于5體積％，更優選小于2. 5體積％，最優選小于1. 5體積％ (由SEM圖測定）。
[0036] 這是特別有利的，因為例如通過激光，本發明的陶瓷可以因此被激發具有高的功 率密度。相比之下，在包括聚集的初級顆粒形式的A1203作為第二相的陶瓷中，例如，存在以 下風險：這些顆粒升溫至其可以導致陶瓷開裂。
[0037] 根據有利的實施例，平均孔尺寸為0. 1-100微米，優選0. 5-50微米，更優選3-5微 米。基于SEM圖測定顆