專利名稱：：Lightemittingdevicewithtranslucentceramicplate的制作方法具有半透明陶瓷板的發光裝置相關申請的交叉引用本申請要求2008年2月21日遞交的第61/030496號以及2009年2月17日遞交的第61/153227號美國臨時申請的優先權，這兩個臨時申請的全部內容以引用方式并入本文。
背景技術：
：發明領域本發明涉及包括半透明陶瓷板的發光裝置。現有技術的描述固態發光裝置，如發光二極管(LED)、有機發光二極管(OLED)或有時被稱為有機電致發光裝置(OEL)和無機電致發光裝置(IEL)，已經廣泛用于各種應用，如平板顯示器、各種儀器的指示器、招牌、和裝飾性照明燈。隨著這些發光裝置的發射效率不斷改進，需要非常高的發光強度的應用，如汽車前燈和普通照明，不久將成為可能。對于這種應用，白色LED是有希望的候選物之一并已經吸引了很多關注。如同在US5，998，925和US6，069，440中所公開的那樣，傳統的白色LED基于藍色LED與發黃色光的YAG熒光粉的組合而制成，其中發黃色光的YAG熒光粉分散在如環氧樹脂和硅樹脂的塑料封裝樹脂中。通常的裝置結構如圖IA和IB所示。然而，由于用于該系統的YAG熒光粉的顆粒尺寸為約1-10μm,因此分散在封裝樹脂介質中的YAG熒光粉可能引起強烈的光散射。因此，如圖2所示，來自藍色LED的入射光以及來自YAG熒光粉的黃色發射光中相當大的部分最終后向散射并作為白色光發射的損耗而耗散。對該問題的一個回應是形成由波長轉變材料制成的單體陶瓷構件。然而，這種陶瓷構件也可能因在陶瓷形成過程中形成的空氣空隙(void)而經受減小的發光度。這種空氣空隙能夠導致對LED發射的輻射的降低的透明度和/或增大的后向散射水平。由于空氣與陶瓷材料相比折射率相對較大(約0.5至1.0)，因此微小量的這種氣穴可能引起不相稱的大量后向散射。對該增大的后向散射問題的一種回應是對發光層中所使用的材料的折射率進行控制。例如，使其中嵌入有磷光體顆粒的介質的折射率增大以與磷光體顆粒的折射率更加接近地匹配(US2003/0227249)。DeGraaf等(W02006/097876)描述了嵌入基質中的復合結構，該結構為包括多晶氧化鋁陶瓷材料的陶瓷復合結構。Sakata等(US2006/0124951)描述了包括兩個或更多基質相的固化體，其中基質相的各自成分為兩種或更多種氧化物。然而，增大的不發光材料水平仍然能夠導致增大的散射中心水平，并減小了陶瓷板的總體發光度。減小后向散射的另一回應是通過減少散射中心來增加材料的透明度并因此使產生的后向散射最小化。然而，無散射中心的非常透明的陶瓷板的折射率與空氣或封裝樹脂的折射率相比仍然保持較高的差異。這種較高的差異導致空氣/陶瓷交界處或封裝樹脂/陶瓷交界處增大的臨界角，這樣因全內反射而導致在陶瓷板內捕獲較高水平的輻射。這種高水平的被反射的輻射通常被視為陶瓷側向邊緣的明顯光照(apparentillumination)。因而，盡管改善了透明度，但是裝置的總體發光度實際上可能降低。減小后向散射的又一作為涉及制備納米級YAG磷光體顆粒，其顆粒尺寸遠小于可見光的波長。例如，如在R.Kasuya等的“CharacteristicopticalpropertiesoftransparentcolorconversionfilmpreparedfromYAGiCe3+nanoparticles(由YAGiCe3+納米顆粒制備的透明顏色轉換膜的特有光學性質)”，AppliedPhysicsLetters(應用物理快報)，91，111916(2007)中所公開的那樣，如果尺寸小于約30nm的納米級YAG磷光體顆粒均勻地分散在封裝樹脂中，那么可以為用于白色LED的這種變色介質獲得無后向散射的透明納米組合物。然而眾所周知的是，如果顆粒尺寸達到幾十納米或更少，那么發光強度(或內部量子效率)趨向于降低。這種小顆粒具有凈增加的表面積與體積比，這意味著與相同量的封裝微米級YAG磷光體顆粒相比，不利的表面缺陷點的總量較高。因此，具有納米級YAG磷光體顆粒的LED的白色LED光輸出實際上具有比基于微米級熒光粉的裝置低的效率。盡管在基于納米級熒光粉的裝置中可以使后向散射最小化，但是較差的亮度性質可能超過了在減小后向散射方向的優勢。此外，由于納米級顆粒具有不可抗拒的強烈聚集傾向，因此制備透明或半透明的單分散納米組合物并不容易。到目前為止，不存在任何有效的方式以在不犧牲熒光粉發光效率的情況下通過使后向散射損耗最小化而增強來自白色LED的光輸出。發明概述為了提高白色LED裝置的發光強度，可將一個或多個半透明燒結的陶瓷板與藍色LED相結合使用以產生高強度的白色光。通過對燒結的陶瓷板的透明度進行控制，可在不犧牲發光特性的條件下使后向散射損耗最小化。一個實施方式提供了一種發光裝置，其包括發光元件，其發射具有第一峰值波長的光；以及位于所述發光元件上的至少一個燒結的陶瓷板，其中，所述至少一個燒結的陶瓷板包括多相材料，所述多相材料包括約85%至約99.99%體積比的發射相以及約15%至約0.01%體積比的第二相。所述至少一個燒結的陶瓷板能夠吸收從所述發光元件發射的光的至少一部分并發射具有第二峰值波長的光，其中所述至少一個燒結的陶瓷板在所述第二峰值波長處具有大于約40%的總光透射率。另一實施方式提供了一種用于提高發光裝置的發光強度的方法，其包括提供發光元件；以及將包括多相材料的至少一個燒結的陶瓷板安置在所述發光元件上，所述多相材料包括約85%至約99.99%體積比的發射相以及約15%至約0.01%體積比的第二相，其中，所述至少一個燒結的陶瓷板在峰值透射波長處具有至少約40%的透射率，由此從所述發光裝置發射白色光。附圖的簡要說明圖IA和IB是兩個傳統白色LED裝置結構的橫截面圖；圖2示出了從藍色LED發射的光被白色LED裝置中的微米級黃色熒光粉后向散射；圖3是具有根據本發明一個實施方式制成的半透明燒結的陶瓷板的白色LED裝置的側視圖4示出了用于對穿過燒結的陶瓷板的總光透射率進行測量的裝置的一個實施方式的示意圖；圖5示出了用于半透明燒結的陶瓷板的一個實施方式的制備流程圖；圖6示出了白色LED的一個實施方式；圖7示出了白色LED的另一實施方式；圖8示出了白色LED的一個實施方式；圖9和10是根據本公開的實施方式所制備的兩個白色LED的側視圖；圖11示出了具有基礎LED陣列的光學裝置的一個實施方式；圖12-14是根據所公開的實施方式制成的3個白色LED的橫截面圖；圖15示出了具有厚度不同的燒結的YAG:Ce陶瓷板的白色LED的3個實施方式的CIE色度圖；圖16是具有燒結的YAG:Ce陶瓷板的白色LED的一個實施方式的發射光譜；圖17示出了陶瓷板的一個實施方式的總光透射率和光致發光光譜；圖18示出了來自根據公開的實施方式和比較樣本制成的LED樣本的白色發射的CIE色度圖；圖19示出了來自根據公開的實施方式和比較樣本制成的LED樣本的白色光輸出；以及圖20示出了根據公開的實施方式制成的陶瓷板的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。優選實施方式的詳細描述可通過使用透明或半透明的燒結的陶瓷板來制成改進的白色發光二極管(LED)，其中透明或半透明的燒結的陶瓷板能夠對從基礎LED發出的光中的至少一部分進行調制。一個實施方式提供了一種發光裝置，其包括發光元件，其發射具有第一峰值波長的光；以及位于發光元件上方的至少一個燒結的陶瓷板，其中，至少一個燒結的陶瓷板包括多相材料，所述多相材料包括約85%至約99.99%體積比的第一相(即，發射相)和約15%至約0.01%體積比的第二相。至少一個燒結的陶瓷板能夠吸收從所述發光元件發射的光的至少一部分并發射具有第二峰值波長的光，其中，所述燒結的陶瓷板在第二峰值波長處具有大于約40%的總光透射率。在一些實施方式中，所述發光裝置可以是白色LED(即，發射白色光的LED)，其將基礎LED用作發射具有第一峰值波長的光的發光元件，該具有第一峰值波長的光可至少部分地由包括多相材料的燒結的陶瓷板所吸收。在一些實施方式中，第一峰值波長落入約440nm與約470nm之間。然后，燒結的陶瓷板發射具有第二峰值波長的光，該第二峰值波長與由發光元件發射的峰值波長不同。來自發光元件的光中未被燒結的陶瓷板吸收的部分與從燒結的陶瓷板發射的光相結合以形成白色光。參照圖3，白色LED的一個實施方式包括安裝在子基板10上的傳統的基礎LED11，位于基礎LED11上方的燒結的陶瓷板14，以及覆蓋整個裝置的封裝樹脂13。在一些實施方式中，基礎LED11可以是藍色LED或發射藍色光的LED。從藍色LED發射的藍色光的一部分被包括多相材料的燒結的陶瓷板14吸收，然后燒結的陶瓷板14發射具有不同波長的光，例如黃色光。藍色光的其它部分可由藍色LED發射而不被燒結的陶瓷板14吸收。從而，藍色光和黃色光都從LED發出，人眼認為合成的或混合的光為白色光。通常通過使用基6于AlInGaN的單晶半導體材料形成藍色LED，并且該藍色LED在安裝在子基板10上時進行電連接。藍色LED11能夠發射峰值波長為約440nm至約470nm的藍色光。在一些實施方式中，基礎LED11還可以是UVLED30，其發射峰值波長為約350nm至約410nm的光。在一些實施方式中，由磷光體材料制成的半透明的燒結的陶瓷板14置于藍色LED11上方，半透明燒結的陶瓷板14能夠吸收來自藍色LED11的藍色光并發射黃色光。燒結的陶瓷板14的尺寸可與藍色LED11的尺寸相匹配或者可以大于藍色LED11的尺寸。在一些實施方式中，可以通過改變陶瓷板在藍色LED11的尺寸上的覆蓋率(即，變色介質)來控制白平衡。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板14的尺寸可以小于藍色LED11的尺寸。可以通過使用封裝樹脂13、特定的粘合劑、或機械保持件將燒結的陶瓷板14置于和/或固定于藍色LED11上方。封裝樹脂13和粘合劑可以包括硅樹脂、環氧樹脂、低熔點玻璃、透明粘合劑、或其它材料。在用UVLED30代替藍色LED11的實施方式中，環氧樹脂或者在從LED發射的UV光的波長區域內具有光吸收的其它材料可能退化。此外，如果LED像粉末(Powder)LED那樣在非常高的操作條件下被驅動，那么極接近LED表面的地方可能變熱且粘合劑還可能退化。因此，可優選地采用如硅樹脂和低熔點玻璃那樣的耐熱且耐UV的材料。在一些實施方式中，還可以通過燒結的陶瓷板14的厚度對白平衡進行控制。如果燒結的陶瓷板14較薄，那么發射的光趨向于呈淺藍色。相反，如果燒結的陶瓷板14較厚，那么發射的光的顏色趨向于淺黃色。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板14的厚度一般處于約20μm至約500μm之間、約30μm至約300μm之間或者約50μm至約200μm之間。盡管用于白色光發射的燒結的陶瓷板14的優選厚度取決于作為激活劑的稀土金屬的摻雜量以及陶瓷板14的散射程度。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板14在發射的峰值波長處或者在磷光體材料的光致發光光譜的峰值波長處的總光透射率至少大于理論的總光透射率的約40%，優選地大于理論的總光透射率的約60%，更優選地大于理論的總光透射率的約90%。理論的總光透射率的量取決于陶瓷材料的折射率。假設陶瓷材料不帶有散射中心并具有折射率ns，可以通過使用以下等式對空氣(η=1)與陶瓷材料之間的表面反射率(R)和透射率(T)進行計算ins-lYR=-T=I-RKns+I^考慮上表面和底面反射，可以通過使用以下等式計算理論的總光透射率理論的總光透射率丄+丄-1)‘例如，通過使用這些方法，對于YAG:Ce(n=1.83)陶瓷板的理論的總光透射率為從發光元件或輻射源發射的初始應用的輻射的約84.16%。圖4示出了用于對穿過燒結的陶瓷板14的總光透射率進行測量的裝置的一個實施方式的示意圖。積分球15用于收集全部透射光22，包括散射的光。后向散射光19并不透射到積分球中，因此無法被探測器17探測到。如果燒結的陶瓷板14包含有大量空氣空隙或缺陷，那么總的光透射率趨向于較低。空氣空隙相當難以克服，因為折射率的巨大差異(空氣與發射材料相比)使得控制難以進行。然而，如果對變色介質進行精細地燒結，這樣導致充分大的晶粒結晶尺寸并且不存在空氣空隙和缺陷，那么總的光透射率趨向于較高。在一些實施方式中，陶瓷板可具有處于約IOOnm與約100μm之間的平均晶粒尺寸。在其它實施方式中，陶瓷板可具有處于約1μm與約50μm之間或者約5μm與約30μm之間的平均晶粒尺寸。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板可具有小于理論最大密度的約0.1%的孔隙率(porosity)。在其它實施方式中，陶瓷板可具有小于理論最大密度的約0.01%的孔隙率。燒結的陶瓷板的理論最大密度是這種無任何空氣空隙的板的密度。此外，如果入射光18的波長與用于制成燒結的陶瓷板14的磷光體材料的吸收區域重疊，那么將測量不到透射率，因為入射光主要通過磷光體吸收而耗散了。因此，在磷光體發射區域的波長處，尤其在磷光體材料的光致發光光譜的峰值波長附近進行總光透射率的測量。在一些實施方式中，如果磷光體不必在如在紅外波長區域附近的波長區域具有光發射，那么總光透射率不一定較高。對用于燒結的陶瓷板14的發射相的磷光體類型進行選擇以通過考慮不同類型磷光體的吸收和發射光譜來獲得期望的白點(即，色溫)。在一些實施方式中，半透明的燒結的陶瓷板包括石榴石。石榴石可具有成分A3B5O12，其中A和B獨立地選自三價金屬。在一些實施方式中，A可選自以下元素A1、Ga、La和Tb；B可選自Al、Ga、和In。在一些實施方式中，石榴石摻雜有至少一種稀土金屬。在一些實施方式中，稀土金屬選自Ce、Gd、La、Tb、Pr禾口Eu。可用的磷光體的示例包括Y3Al5012:Ce、(Y，Tb)3A15012Ce、(Y，GcD3(Al,Ga)5012:Ce、(Sr,Ca,Ba)2Si04:Eu、Ca3Sc2Si3O12Ce、Ba3MgSi2O8:Eu、BaMgAl10O17:Eu、La2O2S:Eu、SrGa2S4:Eu、CaAlSiN3:Eu、Ca2Si5N8=Eu和CaSiAlON:Eu。在一個實施方式中，磷光體材料包括Y3Al5O12:Ce3+。隨著空氣空隙的減少，陶瓷更加透明并允許更多原輻射穿過。然而，通過全反射而誘捕的原輻射的量也會增加，從而減少實際上由陶瓷板發射的總光量。半透明陶瓷層通常具有高折射率，例如對于Y2Al5O12=Ce3+而言為約1.83。陶瓷層與空氣或者封裝樹脂之間的折射率差可足夠大以導致高的全內反射。在一些實施方式中，可通過將第二相材料弓I入燒結的陶瓷板中來減少陶瓷磷光體/空氣或者陶瓷磷光體/封裝樹脂的交界處的全內反射。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板包括多相材料，該多相材料包括發射相和第二相。在一些實施方式中，發射相包括至少一種磷光體材料，第二相包括與發射相中的磷光體材料相對應的至少一種金屬氧化物。磷光體材料的示例如上面所列出的。第二相材料的示例包括但不限于:A1203>Y2O3>CaO、TiO2,MgO,La2O3>CeO2,Nd2O3>Tb4O7,Eu2O3>BaO,Gd2O3等等。在一些實施方式中，發射相可包括摻雜有稀土金屬(例如，Y3Al5O12ICe)WY3Al5O12,而第二相包括以下材料中的至少一種Υ203、A1203、YAlO3(釔鋁鈣鈦礦或YAP)和Y4Al12O9(釔鋁單斜晶或YAM)。在一些實施方式中，發射相的體積為多相材料總體積的約85%至約99.99%。在一些實施方式中，第二相的體積為多相材料總體積的約15%到約0.01%。在一些實施方式中，發射相的體積百分比處于約90%與約99.99%之間、約95%與約99%之間、或者約98%與約99%之間；第二相的體積百分比處于約10%與約0.01%之間、約7%與約0.01%之間、約5%與約0.01%之間、約3%與約0.01%之間、約2%與約0.01%之間、或者約與約0.01%之間。在一些實施方式中，當第一相與第二相的體積比為發射相占有顯著比重時，例如，約85%的發射相和約15%的第二相、約90%的發射相和約10%的第二相、約95%的發射相和約5%的第二相、約98%的發射相和約2%的第二相以及約99%的發射相和約1%的第二相時，包括多相材料的成分在平衡高透明度與有限后向散射方面相當有效。圖5示出了半透明燒結的陶瓷板14的一個實施方式的制備流程圖。首先，提供磷光體的未加工粉末。在一些實施方式中，用于制成燒結的陶瓷板14的磷光體材料的未加工粉末一般為納米級顆粒，其平均顆粒尺寸不大于約lOOOnm，優選地不大于500nm，更優選地不大于200nm。如果顆粒尺寸不大于約lOOOnm，那么非常難以使總光透射率高于約50%，因為這種大顆粒甚至在高溫和高壓的燒結條件下都不容易相互熔合。結果可能是陶瓷板中趨向于保留大量空氣空隙。另一方面，納米級顆粒可容易地相互熔合，這使我們能夠制備精細的且無空氣氣隙的陶瓷板。可通過使用任何傳統或適當的方法來制備納米粉末，方法包括但不限于濕化學法禾口氣相高溫分角軍法。在題為“MethodofProducingNanoparticlesUsingAtomizedDroplet(使用霧化液滴生產納米顆粒的方法)”和“RapidThermalHeatTreatmentMethodforNano-SizedPhosphorMaterialProduction(用于納米級磷光體材料生產的快速熱處理方法)，，的相關申請中公開了通過使用RF感應等離子炬生產納米顆粒的方法，這兩個申請的全部內容以引用方式并入本文。未加工的不必具有與得到的磷光體陶瓷板相同的組成或晶體結構。在一個實施方式中，可通過使用YAG:Ce粉末、含有非晶體粉末的Y-Al-O-Ce、YAlO3:Ce和Al2O3粉末的混合物、Y203、Al2O3和CeO2粉末的混合物、以及上述物質的任意組合來制成YAG:Ce板。在一些實施方式中，如果需要的化，可以使用少量助熔劑材料(例如，燒結助劑)，如Si02、MgO和原硅酸四乙酯(TEOS)，以改善燒結的性質。助熔劑材料的附加示例包括但不限于堿金屬鹵化物，如NaCl或KC1，以及有機化合物，如尿素。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板包括約0.01%到約5%重量比、約0.05%到約5%重量比、約0.到約4%重量比、或約0.3%到約重量比的助熔劑材料或燒結助劑。可通過直接在用于形成陶瓷板的未加工的中添加特定的助燒結的劑、或通過采用包括期望的燒結助劑的充足的前體物質來提供燒結的陶瓷板中的燒結助劑。例如，在一些實施方式中，可將原硅酸四乙酯(TEOS)添加至前體物質中以提供所需量的燒結助劑。在一個實施方式中，向燒結的陶瓷板提供約0.05wt%至約TE0S。在另一實施方式中，TEOS的量可處于約0.3wt%到約lwt%之間。在一些實施方式中，可通過向未加工的粉末中不定期添加粘合劑樹脂和溶劑來使混合和模制過程變得更加容易。粘合劑是對受熱以形成陶瓷固體的組合物的顆粒的粘附進行改善的任何物質。粘合劑的一些非限制性示例包括聚乙烯醇、多乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、和聚乙烯基丁醛等。在一些而非全部情形下，粘合劑充分地易揮發可能是有用的，這樣在燒結階段，粘合劑可被完全移除或去除。可通過使用研缽及研杵、球磨機、珠磨機或其它等同的設備來完成混合過程。對于模制過程而言，可以采用用于片劑成型(tabletmolding)、熱等靜壓(HIP)、或冷等靜壓(CIP)的簡單模具。在一個實施方式中，將受控數量的未加工的粉末裝載到鑄模中，然后施加壓力以形成板。9隨后，在不超過產生的磷光體材料的熔點的高溫下對所獲得的板進行燒結。在一些實施方式中，可在施加壓力的同時進行燒結。燒結的條件如溫度曲線、大氣壓、壓力、和持續時間取決于磷光體材料的類型。可以使用任何種類的適當的陶瓷燒結技術來制備半透明燒結的陶瓷板。應注意，如果磷光體材料的晶體結構具有各向異性方面，那么基本上難以制備半透明燒結的陶瓷板。由于燒結的陶瓷并非單晶體而是隨機定向的晶粒的聚結，因此折射率根據結晶方向而輕微地變化并產生光散射性質。在一些實施方式中，還可以采用透明的單晶板來代替燒結的陶瓷板。可通過使用通常與制作半透明陶瓷板相同的方法來制成包括多相材料的陶瓷板。在一些實施方式中，可通過對前體溶液的成分比率進行調整來引入用于形成第二相的材料。例如，通過增加前體溶液中九水合硝酸鋁九水合物的量，通過感應耦合的RF熱等離子高溫分解然后進行退火而產生的納米粉末將包括YAG和Al2O315在一些實施方式中，對釔和鋁前體溶液的比率進行調整可以產生這樣的納米粉末，該納米粉末包括YAG和以下材料中的一個或多個YAP、YAM、Y2O3、或A1203。可以使用包含濕化學法或氣相高溫分解法的其它傳統方法來制成適合于制成包括多相材料的陶瓷板的這種混合的納米粉末。在其它實施方式中，可在燒結步驟之前將第二相材料引入磷光體納米粉末中并將第二相材料混合在磷光體納米粉末中。在一些實施方式中，可在燒結步驟之前以所需的化學計算量對包括市場上可獲得的前體粉末的通過任何方法制成的前體粉末進行混合。例如，當通過作為發射相的Y3Al5O12=Ce3+制成陶瓷板時，可以以化學計算量將Y203、A1203和CeO2混合在一起以形成YAG:Ce相，并且可在燒結之前添加所需的額外量的Y2O3或Al2O3粉末以形成第二相。在一些實施方式中，可以使用基礎LED與磷光體材料的任何種類的顏色組合。在一些實施方式中，可將由具有不同發射峰值波長的不同的磷光體制成的兩個或更多燒結的陶瓷板共同疊置在藍色LED11或UVLED30上。圖6示出了藍色LED11與疊置的發射黃色和紅色光的磷光體陶瓷板31和32的組合，其中疊置的發射黃色和紅色光的磷光體陶瓷板31和32位于藍色LED11上方以改善顏色再現性。在其它實施方式中，還可以使用發射綠色和紅色光的磷光體陶瓷板組合。在另一實施方式中，可將紅色熒光粉29或微晶體分散在黃色磷光體陶瓷板31中。在一些實施方式中，如圖8中所示，可以采用UVLED30與紅色、綠色、和藍色磷光體陶瓷板32、33和34的組合。本發明不限于制作白色LED。例如，還可以基于藍色或UVLED制成藍色、淺藍色、綠色、黃色、橙色、和紅色LED。盡管陶瓷板的形狀通常類似于平面板，但是根據光學設計可以采用任何種類的形狀或放置位置，如圓頂形、不同厚度、帶有蓋或容器形。在一些實施方式中，如果陶瓷板的折射率大于封裝樹脂的折射率，那么來自磷光體的發射光的一部分可因全內反射而被約束在陶瓷板中，尤其是隨著陶瓷板的總光透射率變得較高。在一些實施方式中，陶瓷板的表面可以是粗糙或不規則的如形成微透鏡陣列以將被約束的光取出。圖9和10是根據本公開的實施方式制備的兩個白色LED的側視圖。圖11示出了具有基礎LED11陣列的光學裝置，其中分開的燒結的陶瓷板14位于每個基礎LED11上方。可在子基板11上安裝一個以上的基礎LED以形成基礎LED11陣列，并且可在基礎LED11陣列上方安置由黃色磷光體制成的至少一個半透明的燒結的陶瓷板14。如圖9所示，可以采用一個燒結的陶瓷板14以覆蓋全部基礎LED11。如圖10和11所示，還可在陣列中的每個基礎LED11上方安置分開的燒結的陶瓷板14。在一些實施方式中，還可在成排或成列的基礎LED11上方安置燒結的陶瓷板14的長帶。全部的裝置部件封裝在封裝樹脂13中。圖12-14是根據所公開的實施方式制成的3個白色LED結構的橫截面圖。白色LED結構可包括金屬陽極20，并且光發射層21位于金屬陽極20上。金屬陽極20提供用于對發射層21進行電連接的必要裝置。發射層21可以是有機或無機藍色發射層。將透明陽極23沉積在發射層21上，然后將玻璃子基板24沉積在透明陽極23上以對半透明燒結的陶瓷板進行支撐。在圖13中，兩個不同的陶瓷板，即紅色磷光體陶瓷板32和綠色磷光體陶瓷板33安置在玻璃基板24上以吸收從綠色發射層21發射的光并發射具有不同波長的光。在圖14中，由不同的磷光體(例如，紅色磷光體和綠色磷光體)制成的較小或單獨的陶瓷板安置在玻璃基板24上以對從發射層21發射的藍色光進行調制。盡管已經描述了包含LED的裝置且將這些裝置用作示例，但是這些LED僅代表實施方式中的一部分。用于并入燒結的陶瓷板的其它適當光學裝置包括但不限于OLED和IEL。這些實施方式通過將由磷光體材料制成的半透明燒結的陶瓷板而非傳統的熒光粉/樹脂系統用作變色介質，從而能夠提供較少的后向散射損耗并保持或者甚至提高磷光體層的發光效率。在一個實施方式中，減少的空氣氣隙以及因此而增大的透明度，與通過采用第二相材料而實現的減小的或者受限量的后向散射相結合，實現了對燒結的陶瓷板性質進行較為精細的調節，因此降低了全內反射的效果并增大了總發光強度。因此，與傳統的熒光粉/樹脂復合系統相比，具體為LED的發光裝置的白色光發射效率可以進一步得到提高。由于陶瓷板在抵抗熱和光照射(甚至UV光)方面相當穩定，因此LED的操作特性的溫度波動、耐久性、和壽命可得到改善。此外，由于制備陶瓷板的極為平坦的表面以及使厚度均勻并非很難，因此白平衡在產品之間的可再現性可以得到顯著地改善，并且傳統的粉末/樹脂系統具有顯著的白色波動，這種白色波動如源自于熒光粉在樹脂中不均勻的分散、熒光粉因較大密度而產生的沉淀、以及變色介質自身的厚度變化。一些實施方式提供了用于提高LED發光強度的方法。在一些實施方式中，至少一個半透明的燒結的陶瓷板安置在發光元件上，如藍色LED或UVLED上，以提供來自LED的白光發射。半透明的燒結的陶瓷板包括至少一種磷光體材料并可具有處于峰值透射波長處的至少約40%的透射率。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板的透射率可以為至少約60%，優選地為至少約80%且更優選地至少約90%。可通過使用平均顆粒尺寸小于約lOOOnm、優選地不大于約500nm、更優選地不大于約200nm的納米級未加工的陶瓷粉末來制備至少一種燒結的陶瓷板。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板包括多相材料，其中多相材料包括如上所述的發射相和第二相。在一些實施方式中，燒結的陶瓷板可包括以不同峰值波長透射光的兩種或更多種磷光體材料。在一些實施方式中，這兩種或更多種磷光體材料包括發射紅色光的磷光體和發射黃色光的磷光體。在其它實施方式中，至少一種燒結的陶瓷板可包括兩個或更多疊置的燒結的陶瓷板，并且疊置的燒結的陶瓷板中的每一個以不同的峰值波長透射光。發射的白色光可具有為(0.33士0.15，0.33士0.15)的CIE色度值。在一個實施方式中，發光元件是發射藍色光的LED，燒結的陶瓷板中的至少一個發射黃色光。在上面已對燒結的陶瓷板的成分進行了描述。現在對代表性實施方式進行描述，其中包括如何實現這種實施方式。可以理解，方法、材料、條件、過程參數、設備和類似物并不必然限制本發明的范圍。實施例1誦避應艦&RF纏軒豁謹軍艦偷工碰在250ml的去離子水中溶解0.14923mol(14.29g)硝酸釔六水合物(99.9%純度，Sigma-Aldrich)、0.25mol(23.45g)硝酸鋁九水合物(99.97%純度，Sigma-Aldrich)和0.015mol(0.08lg)硝酸鈰六水合物(99.99%純度，Sigma-Aldrich)，然后進行30分鐘超聲波處理以制備透明的前體溶液。使用液體泵通過霧化探針將0.4M的這種前體溶液輸送到等離子反應腔室中。通過運行于3.3MHz的RF感應等離子炬(ΤΕΚΝΑPlasmaSystem,IncPL-35)進行全部的沉積試驗。對于沉積試驗而言，使腔室壓力維持在約25kPa-35kPa，RF發生器板功率處于10-12kW范圍內。板功率和沉積壓力都是受用戶控制的參數。將氬氣作為漩渦狀的鞘流氣(swirlingsheathgas)和中央等離子氣體經由進氣口引入等離子炬中。使鞘流氣流速維持在30slm(每分鐘標準升)，而中央氣體流速為lOslm。使用徑向霧化探針(ΤΕΚΝΑPlasmaSystem,IncSDR-772)進行反應物注射。在反應物注射過程中將探針安置于等離子炬的中心處。在沉積過程中將反應物以lOml/min的速率給送至等離子炬中。在氬氣作為霧化氣體以15slm的流速輸送的條件下進行液體反應物的霧化。按照制造商的推薦，使供應至霧化探針的冷卻水維持在4slm的流速和1.2MPa的壓力。使用通過BrukerAXS微衍射儀(CuKα)獲得的X射線衍射(XRD)光譜對沉積的顆粒的晶相進行研究。將獲得的樣本的晶相認為是非晶質和釔鋁鈣鈦礦(YAP)的混合物。基于從Micrometritics的Gemini2365型氣體吸附計獲取的數據，由BET表面積獲得平均顆粒直徑(Davg)。所獲得的樣本的Davg為75nm。由YAG:Ce磷光體材料制成的燒結的陶瓷板的制備使用YAG:Ce磷光體納米粉末制成燒結的陶瓷板。通過研缽及研杵良好地混合通過上述方法制備的4g納米粉末、0.21g聚(乙烯縮丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯)(poly(vinylbutyral-co-vinylalcohole_co_vinylacetate)，平均Mw90,000-120,000粉末，Sigma-Aldrich)、0.012克火成二氧化硅粉末(CAB-0-SILHS-5，CabotCorporation)和IOml甲醇，直到混合泥漿溶液變得非常調勻。通過吹入熱空氣形成干燥器并使研杵保持移動，將甲醇完全去除，然后獲得干的粉末。通過將裝載量改變為45.0,47.5、50.0和52.5mg,將所獲得的干粉末分布到直徑為3mm的模具組中(產品號0012_6646，3mmKBrDieSet,InternationalCrystalLaboratories，Inc)，然后通過使用液力壓力機施力口4000psi的壓力。然后，在大氣環境下通過使用箱式電爐將所獲得的板在1500°C下燒結5小時(加熱速率為5°C/min)。通過使用該方法制備具有黃色的由YAG:Ce磷光體制成的4個燒結的陶瓷板樣本。通過XRD將全部陶瓷板樣本的晶相確定為釔鋁石榴石。通過使用傳統的測微計測量陶瓷板的厚度，厚度匯總在表1中。12CN101953230A說明書10/13頁光學測量在2.9V、DCIOmA的操作條件下將這4個陶瓷板樣本逐個安裝在藍色LED末端。對于每個步驟而言，通過使用光電探測器以及積分球((MCPD7000,OtsukaElectronics,Inc)獲取白色光光譜。為了消除陶瓷板與LED末端之間的空氣間隙，將石蠟油填充在間隙中。在這些測量過程中采用相同的LED末端和操作條件。由這些發射光譜計算CIE色度(x，y)，計算的CIE色度匯總在表1中并繪制在圖15中。圖15中還繪制了藍色LED的(x，y)值。隨著陶瓷板的厚度增加，發射的光的顏色從淺藍色變為淺黃色。其中，樣本1-3即將發射白色光，圖16中給出了發射光譜。此外，還通過使用如圖4中所示的測量系統(MCPD7000，OtsukaElectronics,Inc，配備有Xe燈、單色儀和積分球)對樣本1-3的總光透射率數據進行測量。還通過使用相同的光電探測器獲取樣本1-3的由來自單色儀的藍色光(峰值波長為460nm)激發的光致發光光譜。圖17示出了陶瓷板(樣本1-3)的總光透射率光譜和光致發光光譜。在圖17中，YAG:Ce陶瓷板的峰值波長為約530nm，530nm處的總光透射率為約43%。表權利要求一種發光裝置，其包括發光元件，其發射第一峰值波長為約440nm至約470nm的光；以及位于所述發光元件上方的至少一個燒結的陶瓷板，其中，所述至少一個燒結的陶瓷板包括多相材料，所述多相材料包括約85％至約99.99％體積比的發射相以及約15％至約0.01％體積比的第二相；其中，所述至少一個燒結的陶瓷板能夠吸收從所述發光元件發射的光的至少一部分并發射第二峰值波長的光，并且所述至少一個燒結的陶瓷板在所述第二峰值波長處具有大于約40％的總光透射率。2.如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述多相材料包括約95%至約99.5%體積比的發射相以及約5%至約0.5%體積比的第二相。3.如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述多相材料包括約98%至約99.5%體積比的發射相以及約2%至約0.05%體積比的第二相。4.如權利要求1-3中任一項所述的發光裝置，其中，通過使用平均顆粒尺寸小于IOOOnm的納米級未加工的陶瓷粉末來制備所述至少一個燒結的陶瓷板。5.如權利要求1-4中任一項所述的發光裝置，其中，所述至少一個燒結的陶瓷板還包括約0.05%至約5%重量比的燒結助劑。6.如權利要求5所述的發光裝置，其中，所述燒結助劑選自Mg0、Si02和原硅酸四乙酯。7.如權利要求1-6中任一項所述的發光裝置，其中，所述發射相包括磷光體材料。8.如權利要求7所述的發光裝置，其中，所述磷光體材料包括由分子式A3B5O12表示的石榴石，其中A和B是三價金屬，其中A選自Y、Gd、La和Tb，B選自Al、Ga和In。9.如權利要求8所述的發光裝置，其中，所述石榴石摻雜有至少一種稀土金屬。10.如權利要求9所述的發光裝置，其中，所述稀土金屬選自Ce、Gd、La、Tb、Pr和Eu。11.如權利要求7-10中任一項所述的發光裝置，其中，所述磷光體材料包括Y3Al5O12:Ce3+。12.如權利要求1-11中任一項所述的發光裝置，其中，所述第二相包括選自Y203、A1203、YAP和YAM的材料。13.如權利要求1-12中任一項所述的發光裝置，其中，所述第二相是Al2O3或￥203。14.一種用于提高發光裝置的發光強度的方法，包括提供發光元件；以及將包括多相材料的至少一個燒結的陶瓷板安置在所述發光元件上方，所述多相材料包括約85%至約99.99%體積比的發射相以及約15%至約0.01%體積比的第二相，其中，所述至少一個燒結的陶瓷板在峰值透射波長處具有至少約40%的透射率，由此從所述發光裝置發射白色光。15.如權利要求14所述的方法，其中，所述多相材料包括約95%至約99.5%體積比的發射相以及約5%至約0.5%體積比的第二相。16.如權利要求14所述的方法，其中，所述多相材料包括約98%至約99.5%體積比的發射相以及約2%至約0.5%體積比的第二相。17.如權利要求14-16中任一項所述的方法，其中，通過使用平均顆粒尺寸小于IOOOnm的納米級未加工的陶瓷粉末來制備所述至少一個燒結的陶瓷板。18.如權利要求14-17中任一項所述的方法，其中，所述至少一個燒結的陶瓷板還包括約0.05%至約5%重量比的燒結助劑。19.如權利要求18所述的方法，其中，所述燒結助劑選自MgO、SiO2和原硅酸四乙酯。20.如權利要求14-19中任一項所述的方法，其中，所述發射相包括磷光體材料。21.如權利要求20所述的方法，其中，所述磷光體材料包括由分子式A3B5O12表示的石榴石，其中A和B是三價金屬，其中A選自Y、Gd、La和Tb，B選自Al、Ga和In。22.如權利要求21所述的方法，其中，所述石榴石摻雜有至少一種稀土金屬。23.如權利要求22所述的方法，其中，所述稀土金屬選自Ce、Gd、La、Tb、Pr和Eu。24.如權利要求20-23中任一項所述的方法，其中，所述磷光體材料包括￥#15012:&3+。25.如權利要求14-24中任一項所述的方法，其中，所述第二相包括選自Y203、A1203、YAP和YAM的材料。26.如權利要求14-25中任一項所述的方法，其中，所述第二相是Al2O3或￥203。全文摘要文檔編號H05B33/14GK101953230SQ20098010582公開日2011年1月19日申請日期2009年2月19日優先權日2008年2月21日發明者NakamuraToshitaka,FujiiHironaka,MiyagawaHiroaki,MukherjeeRajesh,ZhangBin,MochizukiAmane申請人:NittoDenkoCorp