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CN104780636A - 陶瓷磷光体板以及包括其的照明装置 - Google Patents

陶瓷磷光体板以及包括其的照明装置 Download PDF

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CN104780636A CN201510017334.4A CN201510017334A CN104780636A CN 104780636 A CN104780636 A CN 104780636A CN 201510017334 A CN201510017334 A CN 201510017334A CN 104780636 A CN104780636 A CN 104780636A
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Abstract

本发明提供了一种陶瓷磷光体板，该陶瓷磷光体板包括：在透明陶瓷基体中包含短波磷光体的第一磷光体层以及包含长波磷光体的第二磷光体层，由此，使得能够通过减少高价长波磷光体(红色磷光体)的使用量来降低制造成本。

Description

陶瓷磷光体板以及包括其的照明装置
技术领域
本发明的实施方案涉及照明装置以及构成该照明装置的磷光体板。
背景技术
低功率/高效率光源使用磷光体作为在相对窄的谱宽内发射光的短波光源，因此，为了实际使用，磷光应该被转换为白色光。在此转换过程中，可能产生由高温/高密度和低波长光束而引起的可靠性降低的问题，例如磷光体的劣化和分解。为了解决这样的问题，已经需要关于磷光体的研究使得光源和磷光体可以被设置成彼此间隔开。
为了涂覆磷光体，需要单独的基底基板。这种基板简单地用作磷光体膜的支承层并且成为导致用于照明构件的材料成本增加的因素。此外，基板在光学上用作中间层，由此引起局部透射和光损失。如图1所示，在制造磷光体板10时，两种磷光体11、12以混合的状态使用以设定用于特定颜色的温度。由图2的图可看出，不同种类的磷光体的吸收波长和发光波长彼此重叠，由此导致性能降低。
此外，在将磷光体施用于照明装置作为远程磷光体(remotephosphor)时，磷光体暴露于照明装置外部的一部分被外部的水分和灰尘污染的可能性高。此外，荧光屏可能由于划痕等而部分损坏，并且这成为光学效率降低的主要因素。尽管常规磷光体可应用于显示低输出的如UV固化形式的照明，但是常规磷光体在扩展应用范围方面存在限制，这是因为在将磷光体应用于显示高输出的照明装置时，磷光体层容易因热而受损。
此外，用于LED元件的磷光体板使用玻璃粉末(玻璃料)和磷光体制造。磷光体板具有其中基于无机晶体的磷光体分散在玻璃基体中的复合结构。在通过对玻璃粉末进行烧制来制造磷光体板时，产生例如孔等结构缺陷。这样的结构缺陷成为导致磷光体板的强度降低的因素。结构缺陷由于在例如研磨处理、切割处理、封装处理等的后处理期间以及在长时间驱动LED元件期间产生的物理损伤而导致破坏或损坏。
发明内容
本发明已经考虑到上述问题而做出，本发明的实施方案的一个方面提供了一种陶瓷磷光体板，该陶瓷磷光体板包括：包含在透明陶瓷基体中的短波磷光体的第一磷光体层以及包括长波磷光体的第二磷光体层，其中该陶瓷磷光体板通过减少高价长波磷光体(红色磷光体)的使用量来降低制造成本，并且使得能够根据各自的期望性能而容易地调节色温，使得能够提高物理性能例如显色指数(CRI)、光学效率等。
本发明的实施方案的另一方面提供了一种陶瓷磷光体板，该陶瓷磷光体板通过实现高强度磷光体-透明陶瓷复合板而使得由于在例如研磨处理、切割处理、钻孔处理、封装处理等的后处理期间以及在操作环境下产生的小物理损伤而导致的缺陷率能够降低。
根据本发明的实施方案的一个方面，提供了一种陶瓷磷光体板，该陶瓷磷光体板包括：包含在透明陶瓷基体中的短波磷光体的第一磷光体层；以及包含长波磷光体的第二磷光体层。
此外，根据本发明的实施方案的另一方面，提供了一种照明装置，该照明装置包括：在透明陶瓷基体中的包含具有510nm至580nm的波长的短波磷光体的第一磷光体层；包含具有580nm至680nm的波长的长波磷光体的第二磷光体层；以及光入射部。
在本发明的一个实施方案中，提供了一种磷光体-透明陶瓷复合组合物，并且提供了一种包括该磷光体-透明陶瓷复合组合物的陶瓷磷光体板，相对于100重量份的透明陶瓷粉末，该磷光体-透明陶瓷复合组合物包括：5重量份至30重量份的至少一种粉末状的无机磷光体；以及0.2重量份至15重量份的粘合剂化合物，该粘合剂化合物包含至少一种硅酸酯并且通过热处理交联。
此外，根据本发明的实施方案的又一方面，提供了一种通过对磷光体-玻璃复合组合物通过至少两步的热处理进行烧制而形成的磷光体-透明陶瓷复合板，该磷光体-透明陶瓷复合板包括分散在透明陶瓷粉末中的至少一种粉末状无机磷光体以及通过热处理交联的交联剂。
此外，根据本发明的实施方案的又一方面，提供了一种照明装置，该照明装置包括：通过对磷光体-玻璃复合组合物通过至少两步的热处理进行烧制而形成的具有小于1％的孔隙率的磷光体-透明陶瓷复合板，该磷光体-玻璃复合组合物包括分散在透明陶瓷粉末中的至少一种粉末状无机磷光体以及通过热处理交联的交联剂。
附图说明
本申请包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的示例性实施方案并且与描述一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1是示出了常规磷光体板的截面图；
图2是示出了根据每种颜色光的波长区域的图；
图3是根据本发明一个实施方案的陶瓷磷光体板的平面图和截面图；
图4是根据本发明的实施方案的图案化陶瓷磷光体板的平面图和截面图；
图5是示意性示出了其中从光源辐射的光在穿过根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板时被激发情况的示意图；
图6是示出了根据本发明的实施方案的照明装置的示意性结构的截面图；
图7(A)是从使根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的烧制温度和厚度浮动所得到的图，图7(B)是示出了根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的透射率与厚度和烧制温度之间的相关性的面图。
图8(A)是从使关于根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的烧制温度和厚度的光学效率浮动所得到的图，图8(B)是示出根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的光学效率与厚度和烧制温度之间的相关性的面图。
图9是示出了图案面积比率与色温CCT之间的相关性以及红色磷光体的含量与色温CCT之间的相关性的图；
图10是示出了依据根据本发明的实施方案的磷光体-透明陶瓷复合物的热处理的物理变化的示意图；
图11是包括根据本发明的实施方案的磷光体-透明陶瓷复合板的照明装置的示意性截面图；以及
图12(A)是示出了用于确认根据本发明的实施方案的磷光体-透明陶瓷复合板的孔隙率所拍摄的截面的SEM(扫描电子显微镜)照片，图12(B)是示出了比较例的磷光体-透明陶瓷复合板的截面的SEM(扫描电子显微镜)照片。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施方案的构造和操作。然而，本发明可以以不同形式实施并且不应该解释为限于本文中所述的实施方案。在参照附图的说明中，无论附图的附图标记为何，贯穿说明书，类似的附图标记指代类似的元件，并且省略对其的重复说明。表述例如第一项和第二项可以用于说明各构成元件，但是构件元件不应该限于这些表述。这些表述仅用于区分一个构成元件与另一构成元件的目的。
图3是根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板100的平面图和截面图。
参照图3，根据本发明的本实施方案的陶瓷磷光体板100包括第一磷光体层110和第二磷光体层120。第一磷光体层110包括在透明陶瓷基体中的短波长区域的磷光体。短波长区域的磷光体可以是波长为510nm至580nm的绿色区域或黄色区域的无机磷光体。可以使用在该波长范围内的至少两种磷光体的混合物作为短波长区域的磷光体。通过压缩和烧制以板形式制造第一磷光体层110以代替常规磷光体板中的基板。
无机磷光体以粉末形式混合。无机磷光体混合有作为透明陶瓷基体的陶瓷粉末，并且使用球磨机对该混合物进行充分混合和分散。关于陶瓷粉末的种类，基于100μm的厚度，可以使用透光率为40％或更大的陶瓷。例如，可以在陶瓷粉末中使用适于作为光学材料(例如硼酸盐玻璃或磷酸盐玻璃等)的透明硅酸盐基陶瓷和氧化铝基陶瓷。在透明陶瓷基体中以1wt％至10wt％的量包含短波长区域的磷光体。
将无机磷光体和玻璃粉末的混合物放入SUS(不锈钢用钢，StainlessUse Steel)模具中并且进行单轴压缩以具有板形式或盘形式。此时，在7吨下进行压缩5分钟。将经压缩的无机磷光体和玻璃粉末的混合物放入烧制炉中，由此进行烧制。此时，可以根据无机磷光体和玻璃粉末的玻璃化转变温度Tg来调节用于进行烧制的温度和时间。
对经烧制的磷光体板(第一磷光体层110)进行表面抛光使得可以调节经烧制的磷光体板的厚度和表面粗糙度以与本实施方案所需要的性能匹配。此时，第一磷光体层110被研磨成厚度为200μm至1000μm并且表面粗糙度为0.1μm至0.3μm。
通过用包含长波长区域的磷光体的糊料涂覆以板形式制备的第一磷光体层110的一个表面来形成第二磷光体层120。长波长区域的磷光体可以是具有580nm至680nm的波长的红色区域的无机磷光体。可以使用其中混合有在该波长范围内至少两种磷光体的混合物作为长波长区域的磷光体。
磷光体糊料通过将具有陶瓷粉末的长波长区域的磷光体和乙基纤维素基有机载体进行混合来制备。可以使用玻璃粉末作为透明陶瓷粉末，并且可以使用用于光学材料的合适的透明玻璃(例如硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等)用于玻璃粉末。长波长的磷光体可以具有1μm至20μm的粒径，并且玻璃粉末可以具有1μm至20μm的粒径。在粉末状玻璃的粒径非常小时，在与有机载体进行混合时可能发生团聚。与此相反，在粒径非常大时，与在磷光体中激发的光的量相比，穿过磷光体的光的量增加，因此，可能无法获得具有良好性能的白光。此外，可以使用通过将具有相对大粒径的粉末与具有相对小粒径的粉末进行混合形成的混合物用于玻璃粉末。可以以35wt％至50wt％的量混合有透明陶瓷粉末，并且可以以35wt％至50wt％的量添加有机载体。根据各自期望光学性能，透明陶瓷粉末和有机载体可以通过调节与磷光体的混合比来添加。
在长波长磷光体的粒径小于1μm时，在与有机载体进行混合时可能发生团聚。与此相反，在磷光体的粒径大于20μm时，可能无法获得足够的粘度。因此，在透明基板上印刷磷光体糊料时难以获得所需形式的图案。此外，因为磷光体颗粒之间的空间增加，所以与在磷光体中激发的光的量相比，穿过磷光体的光的量可能增加。可以以15wt％至30wt％的量包含长波长磷光体。与透明陶瓷粉末的量相比，磷光体的量可以在25％至55％的范围内。当磷光体的量小于25％时，红色磷光体的量大大减少，因此难以表现红光。此外，因为透明陶瓷粉末的量增加，所以糊料的总透射率可能降低。与此相反，当磷光体的量大于55％时，磷光体的量大大增加使得磷光体不能充分被包封在透明陶瓷中，由此，导致物理划痕以及在高温潮湿环境下的可靠性降低。可以根据磷光体的种类来调节磷光体的含量。
此外，与有机载体的含量相比，包含在磷光体糊料中的磷光体与透明陶瓷粉末的固体含量比可以是1.5：1至1：1。在固体含量比小于1时，磷光体糊料的粘度大大减小，使得图案的形状可能扭曲并且在印刷时不能完全保持。与此相反，在固体含量比大于1.5时，磷光体糊料的粘度增加，印刷能力可能显著降低。
将长波区域的磷光体、透明陶瓷粉末和有机载体放入糊料混合器中，然后通过以100rpm至1000rpm进行公转和自转混合1分钟至30分钟来使其混合。然后，将混合物放入三辊磨机中，并且再次以100rpm至1000rpm进行混合1分钟至30分钟。使用棒涂覆法、丝网涂覆法等，利用再次混合的混合物涂覆第一磷光体层110，由此形成第二磷光体层120。然后，通过干燥或热处理来完成其中在第一磷光体层110上形成有第二磷光体层120的本实施方案的陶瓷磷光体板。热处理旨在对磷光体糊料进行烧结并且去除有机载体。热处理方法在很大程度上不受限制。可以在热处理炉或烘箱中进行热处理。
图4是根据本发明的实施方案的图案化陶瓷磷光体板200的平面图和截面图。
参考图4，根据本发明的本实施方案的陶瓷磷光体板200包括：第一磷光体层210和在第一磷光体层上图案化的第二磷光体层220。通过压缩和烧制将第一磷光体层210制造成板形式，以代替在常规磷光板中的基板。因为形成第一磷光体层210的方法与先前参照图3所描述的方法相同，所以其描述被省略以避免重复。此外，因为构成第二磷光体层220的包括长波长区域的磷光体的磷光体糊料与先前参照图3描述的相同，所以其描述被省略以避免重复。
与图3中涂覆在第一磷光体层(图3的附图标记110)的整个表面上的磷光体糊料不同，将磷光体糊料印刷以形成图案222。在图4中，图案222示出为圆形图案，但其不限于此。除了圆形形状之外，可以根据各个磷光体板的期望性能来印刷具有各种形状的图案，例如矩形形状、正方形形状、六边形形状、三角形形状等。根据打算实现的色坐标和显色指数(CRI)来调节图案222的尺寸。图案222可以具有500μm2至106μm2的面积，与图案的形状无关。图案222可以通过调节图案的数目以及图案与相邻图案之间的间隔距离来形成，使得与第一磷光体层210的面积相比，图案222的总面积在20％至100％的范围内。随着第一磷光体层210与第二磷光体层220的面积比逐渐增加，即，图案220的面积或数目逐渐增加，暖白光可以更容易地实现。在后面将详细描述性能例如色温等。
图案222可以使用同时进行图案化和涂覆的方法，例如丝网印刷法、凹版涂覆法等来形成。当采用丝网印刷法时，图案的数目可以通过调节丝网网格的数目而容易地调节，但是由于图案的形状，图案之间的间隔距离相对难以调节。与此相反，当采用凹版涂覆法时，在铜板中形成期望图案，由此有助于图案化，但还需要额外的成本用以制造铜板。因此，可以根据照明装置的各自所期望的性能而使用适当的印刷方法。
图5是示意性地示出了其中从光源1100辐射的光在穿过根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板1200时被激发的情况的示意图。
参考图5，根据本实施方案的另一方面的照明装置包括具有短波磷光体层1210和长波磷光体层1220的陶瓷磷光体板1200。短波磷光体层1210包括具有510nm至580nm的波长的无机磷光体，长波磷光体层1220包括具有580nm至680nm的波长的无机磷光体。光入射部1100设置在靠近长波磷光体层1220的位置处。
此外，构成短波磷光体层1210的透明陶瓷基体具有与构成长波磷光体层1220的基体的折射率相同的折射率，或者即使上述折射率之间存在差异，构成长波磷光体层1220的基体可以由折射率比构成短波磷光体层的基体的折射率高的材料制成。因为短波磷光体层1210和长波磷光体层1220的材料和构造先前已经说明，所以省略其描述以避免重复。
光入射部1100可以发射蓝色波长区域的光。在从光入射部1100发射的入射光LI照射到陶瓷磷光体板1200时，各激发光LE1、LE2的波长的种类根据陶瓷磷光体板1200的各个区域而变化。即，当入射光LI照射到短波磷光体层1210被露出的部分时，光从短波磷光体激发。然而，当入射光LI穿过短波磷光体层1210的透明陶瓷基体时，激发光LE1被透射为蓝色波长区域的光。与此相反，当入射光LI照射到其中存在长波磷光体层1220的图案的区域时，激发光LE2被激发为红色波长区域的光。
因此，激发光的色温是根据短波磷光体层1210的面积与长波磷光体层1220的图案1222的总面积的比率而变化的。即，当短波磷光体层1210的面积与长波磷光体层1220的图案1222的总面积的比率为20％至35％时，蓝色、黄色或绿色波长区域的光的比率增加，使得可以实现具有冷白色且色温为4000K至6000K的白光。与此相反，当短波磷光体层1210的面积与长波磷光体层1220的图案1222的总面积的比率大于35％时，红色波长区域的光的比率增加，使得可以实现具有暖白色且色温为4000K至6000K的白光。
图6是示出了根据本发明的实施方案的照明装置2000的示意性结构的截面图。
参考图6，根据本发明的本实施方案的照明装置2000包括如上所述的陶瓷磷光体板2200。陶瓷磷光体板2200设置成与光源2100间隔开。与光源间隔开的距离可以是10mm至20mm。间隔距离可以优选为12mm至18mm。当间隔距离超过20mm时，光提取可能不能充分地进行。与此相反，当间隔距离小于10mm时，陶瓷磷光体板2200可能由于从光源2100产生的热而引起热变形。
照明装置包括壳体2300，该壳体2300配置成基于光源2100从底表面到顶表面相对于光源2100逐渐增加。光源2100为用于发射光的光学元件，作为一个实例，可以应用固体发光元件作为光源。可以应用选自LED(发光二极管)、OLED(有机发光二极管)、LD(激光二极管)、激光和VCSEL(垂直腔表面发射激光器)中的任意一种作为固体发光元件。陶瓷磷光体板2200被设置在壳体2300的上端并且被设置成与光源2100间隔开。如先前所描述的，陶瓷磷光体板2200包括由玻璃料组成的基体以及分散在基体中的陶瓷磷光体。壳体的内部可以填充有折射率高于或等于陶瓷磷光体板2200的折射率的材料。
此外，可以通过积分球(integrating sphere)以这样的形式测量光学性能。积分球具有以任意角度规律的内部亮度，并且捕获从样品表面反射的光使得光能够分布到具有均匀粗糙度的积分球的表面上。可以使用特殊的涂料、聚四氟乙烯(PTFE)等用作积分球的内壁的涂覆材料。积分球的内部不应该被污染。在光谱透射率的情况下，在没有样品的情况下，透射的光的比率是100％，并且被不透明对象(例如铁板等)完全阻挡的光的比率为0％。当透射颜色中一种在透射材料中具有大的色散效果时，优选使用积分球来测量性能。
积分球被制备成示为WT为55mm至60mm、WB为35mm至40mm以及H为15mm至20mm的尺寸。首先，在陶瓷磷光体板2200不存在的状态下，测量作为光源2100的蓝色LED的辐射通量。接着，安装陶瓷磷光体板2200，并且测量光通量(流明)。由此，当用光通量除以之前测量的蓝色LED的辐射通量时，可以获得光学效率的值。
图7(A)是使根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的烧制温度和厚度浮动而得到的图。图7(B)是示出了根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的透射率与厚度和烧制温度的相关性的面图。
图8(A)是使关于根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的烧制温度和厚度的光学效率浮动而得到的图，图8(B)是示出了根据本发明的实施方案的陶瓷磷光体板的光学效率与厚度和烧制温度的相关性的面图。
参照图7和图8，可看出透射率根据陶瓷磷光体板的各自厚度和烧制温度而减小，但是光学效率提高。因此，为了在不降低光学效率的情况下保持高透射率，需要调节厚度和烧制温度。然而，由于在物理调节厚度方面存在限制，所以如上所述对长波磷光体层进行图案化以具有在不降低光学效率的情况下显示高的光学效率的厚度，并且使得能够调节图案的尺寸和数量以防止透射率降低。
下文中，将基于实施例更详细地描述本发明。然而，本发明可以实施为不同的形式，并且不应被理解为限于为理解本发明的目的所描述的实施例。
[实施例]
实施例1至实施例3
通过包括具有550nm的发光波长的LuAg磷光体(绿色)来制备具有0.5mm的厚度和60mm的直径的圆板形式的PiG(玻璃基体中磷光体)基体。将20wt％的具有620nm的发光波长的氮化物磷光体(红色)、40wt％的玻璃粉末以及60wt％的乙基纤维素混合以制备红色磷光体糊料，并且利用丝网法使用该红色磷光体糊料来涂覆圆板。表1中示出了图案情况和性能测量结果。
比较例1
通过包括具有550nm的发光波长的LuAG磷光体和具有620nm的发光波长的氮化物磷光体来制备具有0.5mm的厚度和60mm的直径的圆板形式的PiG基体。表1中示出了制造条件和性能测量结果。
[表1]
如上面的表1所示，与比较例1中的在PiG基体中包括红色磷光体和绿色磷光体两者的陶瓷磷光体板不同，在根据本实施例的陶瓷磷光体板中，对高价红色磷光体的需求量可以最高减少到约1/100至1/250。另外，物理性能如显色指数、光学效率、光通量等与色温的各种变化类似地或高度地保持。基于该结果，在图9中示出了图案面积比与色温CCT之间的相关性以及红色磷光体的含量与色温CCT之间的相关性。根据图9，可以通过图案的印刷区域或者红色磷光体的含量来容易地调节根据各个照明装置所需的色温。
实施例4至实施例7：LuAG基磷光体
通过包括7wt％的具有550nm的发光波长的LuAg磷光体(绿色)来制备具有0.5mm的厚度和60mm的直径的圆板形式的PiG(玻璃基体中磷光体)基体。将20wt％的具有620nm和630nm的发光波长的氮化物磷光体(红色)，40wt％的玻璃粉末和60wt％的乙基纤维素混合以制备红色磷光体糊料，并且利用丝网法使用红色磷光糊料来涂覆圆板。表2中示出了图案情况的性能测量结果。
比较例2
通过包括具有550nm的发光波长的LuAG磷光体和具有620nm的发光波长的氮化物磷光体来制备具有0.5mm的厚度和60mm的直径的圆板形式的PiG基体。表1中示出了制造条件和性能测量结果。
比较例3
通过包括具有550nm的发光波长的LuAG磷光体和具有620nm的发光波长的氮化物磷光体来制备具有0.5mm的厚度和60mm的直径的两层的圆板形式的PiG基体。表1中示出了制造条件和性能测量结果。
[表2]
如上表2所示，当对LuAG基黄色磷光体进行评估时，可看出，相比于根据示出在单个层中包括两种磷光体的图案应用的PiG法(比较例2)或者将各自的磷光体包括在两层板中的方法(比较例3)的陶瓷磷光体板，根据本实施例的陶瓷磷光体板具有红色磷光体消耗少的优异性能。另外，当红色磷光体具有630nm的波长时，可以降低红色磷光体的需求量。
实施例8至实施例10：氮化物基磷光体
通过包括具有550nm的发光波长的氮化物磷光体(绿色)来制备具有0.5mm的厚度和60mm的直径的圆板形式的PiG(玻璃基体中磷光体)基体。将20wt％的具有620nm和630nm的发光波长的氮化物磷光体(红色)、40wt％的玻璃粉末以及60wt％的乙基纤维素混合以制备红色磷光体糊料，并且利用丝网法使用红色磷光体糊料来涂覆圆板。表3中示出了图案情况和性能测量结果。
比较例4
通过包括具有550nm的发光波长的氮化物磷光体和具有620nm的发光波长的氮化物磷光体来制备具有1mm的厚度和60mm的直径的圆板形式的PiG基体。表3中示出了制造条件和性能测量结果。
比较例5
通过包括具有550nm的发光波长的氮化物磷光体和具有620nm的发光波长的氮化物磷光体来制备具有0.5mm的厚度和60mm的直径的圆板形式的PiG基体。表3中示出了制造条件和性能测量结果。
[表3]
如表3中所示，当基于氮化物基黄色磷光体来进行评估时，可以确定的是，实现了与由LuAg基黄色磷光体所产生的效果相同的效果。然而，可以确定的是，即使厚度从500μm至1000μm增加高达两倍，红色磷光体的增加量亦不大。
下文中将参照图10至图12来描述用于实现陶瓷磷光体板的另一组合物的实施例。本实施例中例示的组合物可以应用于之前基于实施例1至实施例10所说明的各个陶瓷磷光体板。
根据本实施例的磷光体-透明陶瓷复合组合物包含：透明陶瓷粉末；至少一种粉末状无机磷光体；至少一种硅酸酯/盐；以及通过热处理交联的粘合剂化合物。
在根据本实施例的磷光体-透明陶瓷复合组合物中，透明陶瓷粉末用作无机磷光体分散于其中的基体。透明陶瓷粉末使得能够通过封装无机磷光体来保护磷光体免受物理影响或化学影响。透明陶瓷粉末可以是硅酸盐基玻璃粉末如硼硅酸钠、硅铝酸盐、硼硅酸锌、硅酸锌钡及其混合物。玻璃粉末可以适当地用于光学材料。透明陶瓷粉末可以具有1μm至50μm的平均粒径D50。当透明陶瓷粉末的平均粒径D50小于1μm时，磷光体可能不能被透明陶瓷粉末充分封装，或者粉末可能凝结而不能充分分散。相反，当平均粒径D50为大于50μm时，因为相比于在磷光体中激发的光的量，穿过磷光体的光的量增加，所以无法获得具有良好性能的白色光。另外，可以使用具有相对大的平均粒径的粉末和具有相对小的平均粒径的粉末的混合物作为透明陶瓷粉末。优选的是，选择具有适合粒径分布的透明陶瓷粉末同时考虑磷光体粉末的平均粒径。
可以使用钇铝石榴石(YAG)基无机磷光体粉末、钌铝石榴石(LuAG)基无机磷光体粉末、氮化物基无机磷光体粉末、硅酸盐基无机磷光体粉末或硫化物基无机磷光体粉末作为无机磷光体粉末。根据各自期望的光学性能，可以在混合的状态下使用一种或两种磷光体。可以以相对于100重量份的透明陶瓷粉末5重量份至30重量份的量包含无机磷光体粉末。当无机磷光体的量小于5重量份时，相比于激发的光的量，透射的光的量增加。相反，当无机磷光体的量大于30重量份时，无机磷光体可能不能被透明陶瓷粉末充分封装，并且可能造成成本增加。另外，根据各自磷光体板的厚度，调节无机磷光体的含量。当磷光体板的厚度减小时，应该增加无机磷光体的含量。例如，当磷光体板的厚度为120μm时，无机磷光体的含量增加至高达当磷光体板的厚度为200μm时的无机磷光体的含量的约1.5倍。无机磷光体粉末的平均粒径D50的范围可以为5μm至25μm。在选择无机磷光体粉末的平均粒径时，可以考虑透明陶瓷粉末的平均粒径来选择。
粘合剂化合物用于提高透明陶瓷粉末和磷光体粉末的混合物的强度。可以使用具有至少一种分子形式的硅酸酯(SiO2)材料作为粘合剂化合物。此外，可以使用对磷光体板和照明装置的光学性能没有影响的材料作为粘合剂化合物。尽管稍后将详细描述，但是当磷光体-透明陶瓷复合组合物经受热处理时，该硅酸酯与透明陶瓷粉末的硅酸盐交联。因此，避免了在磷光体-透明陶瓷复合组合物的热处理之后可能产生的孔的形成，使得可以提高磷光体板的强度。可以使用原硅酸四乙酯(TEOS)、原硅酸四甲酯、原硅酸四丙酯、原硅酸四异丙酯或其混合物作为粘合剂化合物。以相对于100重量份的透明陶瓷粉末0.2重量份至5重量份的量包含粘合剂化合物。当粘合剂化合物的量小于0.2重量份时，交联的硅酸酯的量不足够，使得可能在磷光体板中产生孔。相反，当粘合剂化合物的量大于5重量份时，杂质如过量的有机化合物可能在热处理之后保持为未去除的状态。通过实施方案说明的磷光体-透明陶瓷复合组合物可以应用于根据实施例1至实施例10的各个陶瓷磷光体板的第一磷光体层或第二磷光体层。在这样的情况下，可以提高磷光体板的物理硬度。
通过至少两步的热处理烧制磷光体-透明陶瓷复合组合物来形成根据本实施例的另一方面的磷光体-透明陶瓷复合板，该磷光体-透明陶瓷复合组合物包括分散在透明陶瓷粉末中的至少一种粉末状无机磷光体和交联的交联剂。因为之前已经对磷光体-透明陶瓷复合组合物进行了描述，所以为了避免重复省略该描述。
将磷光体-透明陶瓷复合组合物放入球磨装置中，接着在室温下以130rpm至150rpm充分粉碎和混合10小时至30小时。使经粉碎和经混合的磷光体-透明陶瓷复合组合物在被放入SUS(不锈用钢)模具中的状态下经受单轴压缩以具有板或盘的形式。此时在1吨至10吨的压力下进行压缩1分钟至10分钟。模具可以具有厚度为100μm至300μm以及直径为50mm至100mm的圆形形式。通过至少两步使模制成板形式的磷光体-透明陶瓷复合组合物经受热处理。该磷光体-透明陶瓷复合组合物也可以应用于根据实施例1至实施例10的各个陶瓷磷光体板的第一磷光体层或第二磷光体层。
图10是示出了依据根据本发明的实施方案的磷光体-透明陶瓷复合组合物的热处理的物理变化的示意图。
当磷光体-透明陶瓷复合组合物在200℃至300℃的温度下经受一次热处理T110分钟至60分钟时，粘合剂化合物B被水解以形成透明陶瓷粉末G和交联B'，从而在一次烧制之后制造了复合物310。也就是说，粘合剂化合物B在一次热处理T1时被水解，使得可以分离出碳化合物基团，并且可以使剩余的硅酸酯与透明陶瓷粉末G的硅酸盐交联。然而，在一次热处理T1的步骤中的磷光体板在如图10中所示的复合物310中具有许多孔。为了去除这些孔并且提高磷光体板的强度，进行二次热处理T2。
根据由透明陶瓷和粘合剂化合物B的种类得出的各自的温度来改变二次热处理T2的温度。根据透明陶瓷和粘合剂化合物B的各自的玻璃化转变温度Tg来改变热处理温度。此时，当该温度非常高时，其可以对磷光体具有不利影响，并且因此，在600℃至650℃的温度下进行热处理10分钟至60分钟。以超过透明陶瓷和粘合剂化合物B的各自玻璃化转变温度Tg的温度加热的一次烧制的复合物310被熔融，并由此在二次烧制之后成为具有减少直至小于1％的孔隙率的模制体320。因为根据本实施方案的磷光体-透明陶瓷复合板由无机化合物构成，所以缺陷如孔等对模制体的强度和硬度具有大的影响。因此，在二次热处理T2期间缺陷被充分去除。
为了调节根据本实施方案的磷光体板透明陶瓷复合板的表面粗糙度，在二次热处理之后进行表面抛光处理。磷光体-透明陶瓷复合板的表面粗糙度减小得越多，就有越多的从光源辐射的光均匀入射到磷光体-透明陶瓷复合板，从而使得能够提高光学性能。此时，进行研磨处理，使得磷光体-透明陶瓷复合板可以具有0.2μm或更小的表面粗糙度。
使如上所述制造的磷光体-透明陶瓷复合板经受切割处理、钻孔处理以及封装处理以用于照明装置。包括研磨处理的后处理对磷光体-透明陶瓷复合板造成物理损伤。另外，当驱动LED元件时，在操作环境(150℃)和再流环境(reflow environment)(250℃)下，将数个N/mm2(MPa)的应力施加到磷光体-透明陶瓷复合板。因为根据本实施方案的磷光体-透明陶瓷复合板具有100N/mm2或更大的弯曲强度，所以磷光体-透明陶瓷复合板可以具有小的损伤，即使在造成物理影响的处理如研磨处理、切割处理、钻孔处理、封装处理等时亦如此。
可以通过下式来计算弯曲强度。
[式1]
此处，L表示磷光体-透明陶瓷复合板的总长度(mm)，F表示最大负荷，b表示磷光体-透明陶瓷复合板的有效宽度(mm)，并且d表示磷光体-透明陶瓷复合板的厚度。
下文中，将基于实施例更详细地描述本发明。然而，本发明可以实施为不同的形式，并且不应该被理解为限于为了理解本发明的目的所描述的实施例。
[实施例11]
为了实现6000K的色温，将15g的具有550nm波长的LuAG:Ce(掺杂铈的镥铝石榴石)基磷光体、1.5g的具有595nm波长的氮化物基磷光体(α-SiAlON)以及73.5g的硼硅酸锌玻璃粉末进行混合，并且将10g的原硅酸四乙酯(TEOS)添加到该混合物。接着，使用球磨装置以136rpm对组合物进行粉碎和混合24小时。
将该组合物放入SUS模具中并使其在7吨的压力下经受单轴压缩5分钟，以模制成具有500μm的厚度和60mm的直径的磷光体板形式。将模制的生坯放入烧制炉中并使其在250℃的温度下经受一次加热30分钟。接着，在640℃的温度下进行烧制30分钟。使经烧制的磷光体板经受表面抛光以具有0.2μm的表面粗糙度。
将磷光体板加工成15mm×200mm的尺寸和200μm的厚度，并由此利用微放射自显影(micro-autoradiography)来测量其弯曲强度。在表1中示出其结果。另外，在切割磷光体板的横截面之后，利用SEM(扫描电子显微镜)观察其表面(图3(A))。
[比较例6]
其他条件与实施例1的条件相同。通过制造没有添加TEOS的磷光体板，使用微放射自显影来测量其弯曲强度。在表1中示出其结果。另外，在切割磷光体板的横截面之后，利用SEM(扫描电子显微镜)观察其表面(图3(B))。
[表4]
如表4和图12所示，可确定，在本实施例中制造的磷光体板的弯曲强度增加高达40％或更多。关于孔隙率和表面划痕，产生了大的差别(图12(A)示出在实施例11中制造的磷光体板，图12(B)示出在比较例6中制造的磷光体板)。
下文中将参照图11对使用之前参照图10描述的磷光体-透明陶瓷复合组合物来实现具有不同结构的照明装置的应用实施例进行描述。
图11是包括根据本发明的实施方案的磷光体-透明陶瓷复合板120的照明装置400的示意性截面图。
参照图11，根据本发明的又一方面的照明装置400包括：分散在透明陶瓷粉末中的至少一种粉末状无机磷光体；以及通过至少两步的热处理烧制磷光体-玻璃复合组合物所形成的具有小于1％的孔隙率的磷光体-透明陶瓷复合板420，该磷光体玻璃复合组合物包括交联的交联剂。因为之前已经对通过烧制磷光体玻璃组合物所形成的磷光体-玻璃复合组合物和磷光体-玻璃复合板420进行了描述，所以为了避免重复省略该描述。
磷光体玻璃复合板420被封装在光学元件410上。光学元件410可以是用于发光的装置，并且作为一个实例，可以应用固体发光元件。可以应用选自LED、OLED、LD(激光二极管)、激光器以及VCSEL(垂直腔表面发射激光器)中的任意一种作为固体发光元件。当磷光体-玻璃复合板被封装在光学元件410上时，通过将粘合层430置于磷光体-玻璃复合板与光学元件之间来安装磷光体-玻璃复合板420。在将粘合层430涂覆或层叠在磷光体-玻璃复合板420的一个表面上或光学元件410的一个表面上之后，通过在使磷光体-玻璃复合板420接触光学元件410的状态下施加压力来将磷光体-玻璃复合板420安装到光学元件410。照明装置还可以包括电极440和导线442作为其他构成元件。
关于根据本实施方案的照明装置，实现了这样的磷光体-透明陶瓷复合组合物：该磷光体-透明陶瓷复合组合物包括相对于100重量份的透明陶瓷粉末为5重量份至30重量份的至少一种粉末状无机磷光体以及0.2重量份至15重量份的包含至少一种硅酸酯和通过热处理交联的粘合剂化合物，并且经由两步的热处理制造了具有小于1％的孔隙率的高强度磷光体-透明陶瓷复合板，使得在后处理如研磨处理、切割处理、封装处理等期间和在操作环境中可以减小物理损伤，从而使得能够降低缺陷率。
如前所述，根据本发明的一些实施方案，因为包括含有短波长磷光体的第一磷光层和含有长波长磷光体的第二磷光层的陶瓷磷光体板实现为透明陶瓷基体，所以所使用的高价长波长磷光体(红色磷光体)的量减少，使得可以降低制造成本。
另外，根据本发明的一些实施方案，可以根据各自期望的性能来容易地调节色温，并且可以改善物理性能如显色指数(CRI)、光学效率等。
根据本发明的一些实施方案，实现了这样的磷光体-透明陶瓷复合组合物：该磷光体-透明陶瓷复合组合物包括相对于100重量份的透明陶瓷粉末为5重量份至30重量份的至少一种粉末状无机磷光体以及0.2重量份至15重量份的包含至少一种硅酸酯和通过热处理交联的粘合剂化合物，并且经由两步的热处理制造了具有小于1％的孔隙率的高强度磷光体-透明陶瓷复合板，使得在后处理如研磨处理、切割处理、封装处理等期间以及在操作环境中可以减小物理损伤，从而使得能够降低缺陷率。
如前所示，在本发明的详细描述中，已经描述了本发明的详细实施例实施方案，应该明显的是，在没有脱离本发明的精神或范围的情况下，普通技术人员可以作出修改方案和变化方案。因此，要理解的是，前述内容是本发明的实施例性说明而且不理解为限于所公开的具体实施方案，以及旨在将对公开的实施方案的修改方案以及其他实施方案包括在所附权利要求书及其等同内容的范围内。

Claims (10)

1.一种陶瓷磷光体板，包括：
包括在透明陶瓷基体中的短波磷光体的第一磷光体层；以及
包括长波磷光体的第二磷光体层。
2.根据权利要求1所述的陶瓷磷光体板，其中所述短波磷光体为具有510nm至580nm的波长的磷光体，并且所述长波磷光体为具有580nm至680nm的波长的磷光体。
3.根据权利要求1所述的陶瓷磷光体板，其中在所述透明陶瓷基体中以1wt％至10wt％的量包含所述短波磷光体。
4.根据权利要求3所述的陶瓷磷光体板，其中所述第二磷光体层包括在所述第一磷光体层的一个表面上的包括所述长波磷光体的糊料，在所述糊料中以15wt％至30wt％的量包含所述长波磷光体。
5.根据权利要求1所述的陶瓷磷光体板，其中所述第二磷光体层配置成使得形成磷光体图案以部分地占据所述第一磷光体层的一个表面的面积。
6.根据权利要求5所述的陶瓷磷光体板，其中与所述第一磷光体层的所述一个表面的面积相比，所述第二磷光体层的所述磷光体图案具有20％至100％的总面积。
7.根据权利要求1所述的陶瓷磷光体板，其中相对于100重量份的透明陶瓷粉末，所述第一磷光体层或所述第二磷光体层包含：5重量份至30重量份的至少一种粉末状的无机磷光体；以及0.5重量份至15重量份的包含至少一种硅酸酯并且通过热处理交联的粘合剂化合物。
8.根据权利要求1所述的陶瓷磷光体板，其中所述第一磷光体层或所述第二磷光体层通过对磷光体-透明陶瓷复合组合物通过至少两步的热处理进行烧制而形成，所述磷光体-透明陶瓷复合组合物包含分散在透明陶瓷粉末中的至少一种粉末状无机磷光体以及通过热处理交联的交联剂，并且所述第一磷光体层或所述第二磷光体层具有小于1％的孔隙率。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的陶瓷磷光体板，其中所述陶瓷磷光体板具有100N/mm2或更大的弯曲强度。
10.一种照明装置，其包括根据权利要求1所述的陶瓷磷光体板。
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