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TWI654078B - 陶瓷磷光板及包括其之照明裝置 - Google Patents

陶瓷磷光板及包括其之照明裝置

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Publication number
TWI654078B
TWI654078B TW104101064A TW104101064A TWI654078B TW I654078 B TWI654078 B TW I654078B TW 104101064 A TW104101064 A TW 104101064A TW 104101064 A TW104101064 A TW 104101064A TW I654078 B TWI654078 B TW I654078B
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Taiwan
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phosphor
plate
ceramic
transparent ceramic
layer
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TW104101064A
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TW201545863A (zh
Inventor
Jin Gyeong Park
朴鎭慶
Won Jin Kim
金元振
In Jae Lee
李仁宰
Original Assignee
Lg Innotek Co., Ltd.
韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司
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Priority claimed from KR1020140007764A external-priority patent/KR102203680B1/ko
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Abstract

本文提供一種陶瓷磷光板，其包括含有在一透明陶瓷基質中之一短波磷光體的一第一磷光體層及含有一長波磷光體的一第二磷光體層，從而使得能夠藉由降低高價長波磷光體(紅色磷光體)之用量來降低生產成本。

Description

陶瓷磷光板及包括其之照明裝置 【對相關申請案之交叉參考】
本申請案主張2014年1月13日向韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2014-0004003號及2014年1月22日向韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2014-0007764號之優先權，該等申請案之全部內容特此以引用之方式併入。
本發明之實施例係關於一種照明裝置及一種構成該照明裝置之磷光板。
低功率/高效率光源使用磷光體作為以相對較窄光譜寬度發光之低波光源，且因此，為了實際使用，應將磷光體轉化成白光。在此轉化過程期間，可產生由高溫/高密度及低波長光束引起的諸如磷光體劣化及分解之可靠性降低問題。為了解決此類問題，需要關於磷光體之研究，以使得光源及磷光體可經安置成彼此分隔。
為了塗佈磷光體，需要單獨的基底基板。此基板僅充當磷光體膜之支撐層，且變成引起照明構件之材料成本增加的因素。又，該基板在光學上充當中間層，從而引起部分透射率及光損失。如圖1中所示，當生產磷光板10時，以混合狀態使用兩類磷光體11、12以便設定用於特定色彩之溫度。可自圖2之曲線圖看出，不同種類之磷光體之吸收波長及發射波長彼此重疊，從而引起性質降低。
又，當將磷光體作為遠端磷光體應用於照明裝置時，暴露於該照明裝置外部之磷光體之一部分極其可能被外部之濕氣及灰塵污染。此 外，螢光幕可歸因於刮擦及類似者而部分受損，且此情況變成光學效率降低之主要因素。即使習知磷光體可以UV固化形式應用於顯示低輸出之照明裝置，但其在延伸應用範疇方面仍具有限制，此係因為在將磷光體應用至顯示高輸出之照明裝置時磷光體層容易受到熱損害。
此外，使用玻璃粉末(玻璃粉)及磷光體生產用於LED元件之磷光板。該磷光板具有複合結構，其中基於無機晶體之磷光體經分散在玻璃基質中。在藉由燒製玻璃粉末生產磷光板時，產生諸如孔洞及類似者之結構缺陷。此類結構缺陷變成引起磷光板之強度降低的因素。該結構缺陷由於在諸如研磨製程、切割製程、封裝製程或類似者之後處理期間及在長期驅動LED元件期間產生的實體損害而引起毀壞或損害。
在考慮到以上問題的情況下做出本發明，本發明實施例之一態樣提供一種陶瓷磷光板，該陶瓷磷光板在透明陶瓷基質中包括含有短波磷光體的第一磷光體層及含有長波磷光體之第二磷光體層，其中該陶瓷磷光板藉由降低高價長波磷光體(紅色磷光體)之用量而降低生產成本，且使得能夠根據每一所需性質容易地調整色溫，從而使得能夠改良諸如演色指數(CRI)、光學效率及類似者之物理性質。
本發明實施例之另一態樣提供一種陶瓷磷光板，其可藉由實施一種高強度磷光體-透明陶瓷複合板而使得能夠降低歸因於在諸如研磨製程、切割製程、鑽孔製程、封裝製程及類似者之後處理期間及在操作環境中產生的小實體損害的缺陷率。
根據本發明實施例之一態樣，提供一種陶瓷磷光板，其包括：含有在透明陶瓷基質中之短波磷光體的第一磷光體層；及含有長波磷光體之第二磷光體層。
又，根據本發明實施例之另一態樣，提供一種照明裝置，其包括：含有在透明陶瓷基質中之波長為510nm至580nm之短波磷光體的第一磷光體層；含有波長為580nm至680nm之長波磷光體的第二磷光體層；及光傳入部件。
在本發明之一實施例中，提供一種磷光體-透明陶瓷複合組 成物，其相對於100重量份之透明陶瓷粉末包括5重量份至30重量份之至少一種粉末狀無機磷光體及0.2重量份至15重量份之含有至少一矽酸根且藉由熱處理交聯的黏合劑化合物，且提供一種包括磷光體-透明陶瓷複合組成物之陶瓷磷光板。
又，根據本發明實施例之又一態樣，提供一種藉由燒製磷光體-玻璃複合組成物形成的磷光體-透明陶瓷複合板，該複合組成物包括分散在透明陶瓷粉末中之至少一種粉末狀無機磷光體及藉由至少兩個步驟的熱處理交聯之交聯劑。
又，根據本發明實施例之再一態樣，提供一種包括磷光體-透明陶瓷複合板之照明裝置，該複合板具有低於1%之孔隙度且藉由燒製磷光體-玻璃複合組成物形成，該複合組成物包括分散在透明陶瓷粉末中之至少一種粉末狀無機磷光體及藉由至少兩個步驟的熱處理交聯之交聯劑。
10‧‧‧磷光板
11‧‧‧磷光體
12‧‧‧磷光體
100‧‧‧陶瓷磷光板
110‧‧‧第一磷光體層
120‧‧‧第二磷光體層
200‧‧‧圖案化之陶瓷磷光板
210‧‧‧第一磷光體層
220‧‧‧第二磷光體層
222‧‧‧圖案
310‧‧‧複合物
320‧‧‧模製體
400‧‧‧照明裝置
410‧‧‧光學元件
420‧‧‧磷光體-透明陶瓷複合板
430‧‧‧黏接層
440‧‧‧電極
442‧‧‧電線
1100‧‧‧光源/光傳入部件
1200‧‧‧陶瓷磷光板
1210‧‧‧短波磷光體層
1220‧‧‧長波磷光體層
1222‧‧‧圖案
2000‧‧‧照明裝置
2100‧‧‧光源
2200‧‧‧陶瓷磷光板
2300‧‧‧殼體
B‧‧‧黏合劑化合物
B'‧‧‧交聯
G‧‧‧透明陶瓷粉末
LE1‧‧‧激勵光
LE2‧‧‧激勵光
LI‧‧‧入射光
T1‧‧‧初次熱處理
T2‧‧‧二次熱處理
Tg‧‧‧玻璃態化溫度
包括隨附圖式以提供對本發明之進一步理解，且隨附圖式併入於本說明書中且構成本說明書之一部分。圖式說明本發明之例示性實施例，且與描述一起用來解釋本發明之原理。在圖式中：圖1為說明一習知磷光板之橫截面圖；圖2為根據光之每一色彩展示波長區域之曲線圖；圖3為根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之平面圖及橫截面圖；圖4為根據本發明之實施例之經圖案化之陶瓷磷光板的平面圖及橫截面圖；圖5為示意性地說明自光源輻照之光在穿過根據本發明之實施例之陶瓷磷光板時經激勵的情況的示意圖；圖6為說明根據本發明之實施例之照明裝置之示意性結構的橫截面圖；圖7之(A)為由浮動根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之燒製溫度及厚度產生的曲線圖，且圖7之(B)為展示根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之厚度與燒製溫度之間的透射率相關性的表面曲線圖；圖8之(A)為由關於根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之燒製溫度及厚度浮動光學效率產生的曲線圖，且圖8之(B)為展示根據本發明之實施 例之陶瓷磷光板之厚度與燒製溫度之間的光學效率相關性的表面曲線圖；圖9為展示圖案面積比率與色溫CCT之間的相關性及紅色磷光體之含量與色溫CCT之間的相關性的曲線圖；圖10為展示根據對根據本發明之實施例之磷光體-透明陶瓷複合物的熱處理之物理變化的示意圖；圖11為包括根據本發明之實施例之磷光體-透明陶瓷複合板的照明裝置之示意性橫截面圖；及圖12之(A)為展示經捕獲用於確認根據本發明之實施例之磷光體-透明陶瓷複合板之孔隙度的橫截面的SEM(掃描電子顯微鏡)照片，且圖12之(B)為展示比較實例之磷光體-透明陶瓷複合板的橫截面的SEM(掃描電子顯微鏡)照片。
下文中，將參考隨附圖式詳細描述根據本發明之實施例的組態及操作。然而，本發明可以不同形式體現且不應將本發明解釋為限於本文中所闡述的實施例。在參考隨附圖式之解釋中，與圖式之參考數字無關，整個說明書中相同數字指代相同元件，且省略對其之反覆解釋。諸如第一術語及第二術語之術語可用於解釋各種構成元件，但該等構成元件不應限於此等術語。此等術語僅用於區別一構成元件與其他構成元件之目的。
圖3為根據本發明之實施例之陶瓷磷光板100之平面圖及橫截面圖。
參考圖3，根據本發明之本實施例之陶瓷磷光板100包括第一磷光體層110及第二磷光體層120。第一磷光體層110包括在透明陶瓷基質中之短波長區域的磷光體。短波長區域之磷光體可為具有510nm至580nm之波長的綠色或黃色區域之無機磷光體。該波長範圍內之至少兩種磷光體的混合物可用作短波長區域之磷光體。經由壓縮及燒製以板形式生產第一磷光體層110，以替換習知磷光板中之基板。
無機磷光體係以粉末形式混合。無機磷光體與陶瓷粉末(其為透明陶瓷基質)混合，且使用球磨機充分混合及分散該混合物。關於陶瓷粉末之種類，基於100μm之厚度，可使用具有40%之透光率之陶瓷。舉 例而言，可在陶瓷粉末中使用適合作為諸如硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃或類似者之光學材料的透明的基於矽酸鹽之陶瓷及基於氧化鋁之陶瓷。短波長區域之磷光體以1wt%至10wt%之量含於透明陶瓷基質中。
將無機磷光體及玻璃粉末之混合物放入不鏽鋼(SUS；Stainless Use Steel)模具中且該混合物經受單軸壓縮以具有板或盤形式。此時，在7噸下執行壓縮達5分鐘。將無機磷光體及玻璃粉末之經壓縮混合物放入燒製爐中，從而執行燒製。此時，可根據無機磷光體及玻璃粉末之玻璃態化溫度Tg調整用於執行燒製之溫度及時間。
經燒製磷光板(第一磷光體層110)經受表面拋光，使得該經燒製磷光板之厚度及表面粗糙度可經調整以與本實施例所需性質匹配。此時，研磨第一磷光體層110以具有200μm至1000μm之厚度及0.1μm至0.3μm之表面粗糙度。
第二磷光體層120係藉由用含有長波長區域之磷光體的膏狀物塗佈以板形式製備的第一磷光體層110上之一個表面而形成。長波長區域之磷光體可為具有580nm至680nm之波長的紅色區域之無機磷光體。其中混合有該波長範圍內之至少兩種磷光體的混合物可用作長波長區域之磷光體。
磷光體膏狀物係藉由混合長波長區域之磷光體與陶瓷粉末及基於乙基纖維素之有機媒劑而製備。玻璃粉末可用作透明陶瓷粉末，且可在該玻璃粉末中使用諸如硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃或類似者之用於光學材料之適當透明玻璃。長波長之磷光體可具有1μm至20μm之粒徑，且玻璃粉末可具有1μm至20μm之粒徑。當粉末狀玻璃之粒徑過小時，可在混合有機媒劑時產生凝聚。與此相反，當該粒徑過大時，穿過磷光體之光的量與在磷光體中激勵之光的量相比增多，故不能獲得具有良好性質之白光。又，可在粉末狀玻璃中使用藉由混合具有相對較大粒徑之粉末與具有相對較小粒徑之粉末形成的混合物。透明陶瓷粉末可以35wt%至50wt%之量混合，且有機媒劑可以35wt%至50wt%之量添加。根據每一所需光學性質，可藉由調整與磷光體之混合比率而添加透明陶瓷粉末及有機媒劑。
當長波長磷光體之粒徑低於1μm時，可在混合有機媒劑時 產生凝聚。相反，當磷光體之粒徑超過20μm時，不可獲得足夠的黏度。由此，當將磷光體膏狀物印刷在透明基板上時，難以獲得具有所需之形式的圖案。又，由於磷光粒子之間的間隔增加，故穿過磷光體之光的量與在磷光體中激勵之光的量相比可能增加。可以15wt%至30wt%之量含有長波長磷光體。相較於透明陶瓷粉末之量，磷光體之量的範圍可為25%至55%。當磷光體之量低於25%時，紅色磷光體之量大大降低，故難以表現出紅光。此外，由於透明陶瓷粉末之量增加，故膏狀物之總透射率可降低。相反，當磷光體之量高於55%時，磷光體之量大大增加，使得磷光體無法充分囊封在透明陶瓷中，從而引起實體刮擦及在高溫與潮濕環境中可靠性的降低。可根據磷光體之種類調整磷光體之含量。
又，含於磷光體膏狀物中之磷光體與透明陶瓷粉末相較於有機媒劑之含量的固體含量比率可為1.5：1至1：1。當固體含量比率低於1時，磷光體膏狀物之黏度大大降低，使得圖案之形狀可變形且在印刷時無法完全維持該形狀。相反，當固體含量比率高於1.5時，磷光體膏狀物之黏度增加，印刷能力可能明顯降低。
將長波長區域之磷光體、透明陶瓷粉末及有機媒劑放入膏狀物混合器中，且隨後藉由以100rpm至1000rpm執行迴轉及旋轉混合來混合達1分鐘至30分鐘。隨後，將混合物放入三輥碾磨機中且再次以100rpm至1000rpm混合達1分鐘至30分鐘。使用棒塗方法、網版塗佈法或類似者對第一磷光體層110塗佈已被再次混合的該混合物，從而形成第二磷光體層120。隨後，藉由乾燥或熱處理完成第二磷光體層120形成於第一磷光體層110上的本實施例的陶瓷磷光板。熱處理旨在燒結磷光體膏狀物及移除有機媒劑。熱處理方法基本上不受限制。熱處理可在熱處理爐或烘箱中執行。
圖4為根據本發明之實施例之經圖案化之陶瓷磷光板200之平面圖及橫截面圖。
參考圖4，根據本發明之本實施例之陶瓷磷光板200包括：第一磷光體層210及圖案化於該第一磷光體層上之第二磷光體層220。經由壓縮及燒製以板形式生產第一磷光體層210，以替換習知磷光板中之基板。 由於形成第一磷光體層210之方法等同於先前參考圖3所描述之方法，故為避免重複而省略其描述。又，由於包括構成第二磷光體層220之長波長區域之磷光體的磷光體膏狀物等同於先前參考圖3所描述之磷光體膏狀物，故為避免重複而省略其描述。
不同於在圖3中塗佈於第一磷光體層(圖3之參考數字110)之整個表面上的磷光體膏狀物，該磷光體膏狀物經印刷以形成圖案222。在圖4中，圖案222經說明為圓形圖案，但並不限於此。除圓形形狀之外，可印刷根據磷光板之每一所需性質具有各種形狀(諸如矩形形狀、正方形形狀、六角形狀、三角形形狀及類似者)之圖案。圖案222之大小可根據意欲實施之色彩座標及演色指數(CRI)來調整。不論圖案之形狀如何，圖案222可具有500μm2至106μm2之面積。可藉由調整圖案之數目及圖案與鄰近圖案之間的間隔距離，以使得圖案222相較於第一磷光體層210之面積的總面積的範圍為20%至100%而形成圖案222。隨著第一磷光體層210與第二磷光體層220之面積比率逐漸增加，亦即圖案220之面積或數目逐漸增加，可更容易地實施暖白光。稍後將詳細地描述諸如色溫及類似者之性質。
可使用同時執行圖案化及塗佈之方法(諸如網版印刷方法、凹版塗佈方法及類似者)形成圖案222。當使用網版印刷方法時，可藉由調整網目之數目容易地調整圖案之數目，但歸因於圖案之形狀，相對難以調整圖案之間的間隔距離。相反，當使用凹版塗佈方法時，將所需圖案形成於銅板中，從而促進圖案化，但需要用於生產銅板之額外成本。因此，可使用根據照明裝置之每一所需性質的適當印刷方法。
圖5為示意性地說明自光源1100輻照之光在穿過根據本發明之實施例的陶瓷磷光板1200時經激勵的情況的示意圖；參考圖5，根據本實施例之另一態樣的照明裝置包括具有短波磷光體層1210及長波磷光體層1220的陶瓷磷光板1200。短波磷光體層1210包括具有510nm至580nm之波長的無機磷光體，且長波磷光體層1220包括具有580nm至680nm之波長的無機磷光體。光傳入部件1100安置在接近長波磷光體層1220之處。
又，構成短波磷光體層1210之透明陶瓷基質具有與構成長波磷光體層1220之基質之折射率相同的折射率，或即使存在折射率差異，構成長波磷光體層1220之基質亦可由具有比構成短波磷光體層之基質之折射率更高之折射率的材料製成。由於先前已解釋短波磷光體層1210及長波磷光體層1220之材料及組態，故為避免重複而省略其描述。
光傳入部件1100可發射藍色波長區域之光。當自光傳入部件1100發射之入射光LI經輻照至陶瓷磷光板1200時，每一激勵光LE1、LE2的波長種類根據陶瓷磷光板1200之每一區域變化。亦即，當入射光LI經輻照至短波磷光體層1210所暴露之部分時，自短波磷光體激勵光。然而，當入射光LI穿過短波磷光體層1210之透明陶瓷基質時，傳輸作為藍色波長區域之光的經激勵光LE1。相反，當入射光LI經輻照至存在長波磷光體層1220之圖案之區域時，激勵作為紅色波長區域之光的經激勵光LE2。
因此，經激勵光之色溫根據短波磷光體層1210之面積與長波磷光體層1220之圖案1222之總面積的比率變化。亦即，當短波磷光體層1210之面積與長波磷光體層1220之圖案1220之總面積的比率為20%至35%時，藍色波長、黃色波長或綠色波長區域之光之比率增加，使得可實施具有冷白色及4000K至6000K之色溫的白光。相反，當短波磷光體層1210之面積與長波磷光體層1220之圖案1222之總面積的比率超過35%時，紅色波長區域之光的比率增加，使得可實施具有暖白色及4000K至6000K之色溫的白光。
圖6為說明根據本發明之實施例之照明裝置2000之示意性結構的橫截面圖。
參考圖6，根據本發明之本實施例的照明裝置2000包括如上文所描述之陶瓷磷光板2200。陶瓷磷光板2200經提供為與光源2100分隔。與光源分隔之距離可為10mm至20mm。分隔距離可較佳地為12mm至18mm。當分隔距離大於20mm時，不可充分執行光提取。相反，分隔距離小於10mm時，陶瓷磷光板2200可歸因於自光源2100產生的熱而熱變形。
照明裝置包括殼體2300，該殼體經組態以基於光源2100隨 著光源2100自底表面至頂表面逐漸增大。光源2100為用於發光之光學元件，且作為一個實例，可應用固態發光元件作為光源。可應用選自發光二極體(LED；Light emitting Diode)、有機發光二極體(OLED；Organic Light Emitting Diode)、雷射二極體(LD；laser diode)、雷射及垂直腔面發射雷射(VCSEL；Vertical Cavity Surface Emitting Laser)中之任何一者作為固態發光元件。陶瓷磷光板2200經提供於殼體2300之上端且安置為與光源2100分離。如先前所描述，陶瓷磷光板2200包括由玻璃粉及分散在基質中之陶瓷磷光體構成的基質。殼體內部可填充有折射率高於或等於陶瓷磷光板2200之折射率的材料。
又，可以此類形式藉由積分球量測光學性質。積分球具有在任何角度下皆均勻之內部亮度且捕獲自樣品表面反射之光，使得光可分佈至具有均勻粗糙度之積分球表面。特殊塗料(聚四氟乙烯(PTFE)或類似者)可用作積分球內壁之塗佈材料。積分球內部不應被污染。就光譜透射率而言，無樣品之透射光之比率為100%，且由諸如鐵板或類似者之不透明物件完全阻擋之光之比率為0%。當透射色彩中之一者在透射材料中具有大分散效應時，較佳的是使用積分球量測性質。
以展示55mm至60mm之WT、35mm至40mm之WB及15mm至20mm之H的大小製備積分球。首先，在不存在陶瓷磷光板2200之狀態下，量測作為光源2100之藍色LED之輻射通量。隨後，安裝陶瓷磷光板2200，且量測光通量(流明)。由此，當用光通量除以先前量測之藍色LED之輻射通量時，可獲得光學效率之值。
圖7之(A)為由浮動根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之燒製溫度及厚度產生的曲線圖。圖7之(B)為展示根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之厚度與燒製溫度之間的透射率相關性的表面曲線圖。
圖8之(A)為由關於根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之燒製溫度及厚度浮動光學效率產生的曲線圖，且圖8之(B)為展示根據本發明之實施例之陶瓷磷光板之厚度與燒製溫度之間的光學效率相關性的表面曲線圖。
參考圖7及圖8，可見透射率根據陶瓷磷光板之每一厚度及 燒製溫度而降低，但光學效率增加。因此，為維持高透射率而不降低光學效率，需要調整厚度及燒製溫度。然而，由於在實體調整厚度方面存在限制，故如上文所描述圖案化長波磷光體層，以具有展示高光學效率而不降低光學效率的厚度及使得能夠調整圖案之大小及數目以防止透射率降低。
在下文中，將基於實例更詳細地描述本發明。然而，本發明可以不同形式體現且不應被解釋為受限於為了理解本發明之目的而描述之實例。
【實例】
實例1至實例3
藉由包括具有550nm之發光波長的LuAg磷光體(綠色)來以具有0.5mm之厚度及60mm之直徑的圓形板形式製備玻璃基質中磷光體(PiG；Phosphor in Glass Matrix)基質。混合20wt%之具有620nm之發光波長的氮化物磷光體(紅色)、40wt%之玻璃粉末及60wt%之乙基纖維素以製備紅色磷光體膏狀物，且使用絲網方法對圓形板塗佈紅色磷光體膏狀物。在表1中展示圖案條件及性質量測結果。
比較實例1
藉由包括具有550nm之發光波長之LuAG磷光體及具有620nm之發光波長之氮化物磷光體來以具有0.5mm之厚度及60mm之直徑的圓形板形式製備PiG基質。在表1中展示生產條件及性質量測結果。
如上表1中所展示，不同於紅色磷光體及綠色磷光體兩者包括於PiG基質中之比較實例1之陶瓷磷光板，在根據本實例之陶瓷磷光板 中，高價紅色磷光體之需求量可降低多達約1/100至1/250。又，諸如演色指數、光學效率、光通量及類似者之物理性質隨色溫之各種變化以類似方式維持或經高度維持。基於此結果，在圖9中說明圖案面積比率與色溫CCT之間的相關性及紅色磷光體之含量與色溫CCT之間的相關性。根據圖9，可藉由圖案之印刷面積或紅色磷光體之含量容易地調整根據每一照明裝置所需之色溫。
實例4至實例7：基於LuAG之磷光體
藉由包括7wt%之具有550nm之發光波長的LuAg磷光體(綠色)來以具有0.5mm之厚度及60mm之直徑的圓形板形式製備玻璃基質中磷光體(PiG；Phosphor in Glass Matrix)基質。混合20wt%之具有620nm及630nm之發光波長的氮化物磷光體(紅色)、40wt%之玻璃粉末及60wt%之乙基纖維素以製備紅色磷光體膏狀物，且使用絲網方法對圓形板塗佈紅色磷光體膏狀物。在表2中展示圖案條件及性質量測結果。
比較實例2
藉由包括具有550nm之發光波長之LuAG磷光體及具有620nm之發光波長之氮化物磷光體來以具有0.5mm之厚度及60mm之直徑的圓形板形式製備PiG基質。在表2中展示生產條件及性質量測結果。
比較實例3
藉由包括具有550nm之發光波長之LuAG磷光體及具有620nm之發光波長之氮化物磷光體來以具有0.5mm之厚度及60mm之直徑的雙層圓形板形式製備PiG基質。在表2中展示生產條件及性質量測結果。
如以上表2中所展示，當執行對基於LuAG之黃色磷光體之評估時，可見根據本實例之陶瓷磷光板具有優良性質，且相較於根據展示兩類磷光體包括於單層中之圖案應用的PiG方法(比較實例2)或將每一磷光體包括至雙層板中之方法(比較實例3)的陶瓷磷光板消耗較少紅色磷光體。又，當紅色磷光體具有630nm之波長時，可降低紅色磷光體之需求量。
實例8至實例10：基於氮化物之磷光體
藉由包括具有550nm之發光波長之氮化物磷光體(綠色)以具有0.5mm之厚度及60mm之直徑的圓形板形式製備玻璃基質中磷光體(PiG；Phosphor in Glass Matrix)基質。混合20wt%之具有620nm及630nm之發光波長的氮化物磷光體(紅色)、40wt%之玻璃粉末及60wt%之乙基纖維素以製備紅色磷光體膏狀物，且使用絲網方法對圓形板塗佈紅色磷光體膏狀物。在表3中展示圖案條件及性質量測結果。
比較實例4
藉由包括具有550nm之發光波長之氮化物磷光體及具有620nm之發光波長之氮化物磷光體來以具有1mm之厚度及60mm之直徑的圓形板形式製備PiG基質。在表3中展示生產條件及性質量測結果。
比較實例5
藉由包括具有550nm之發光波長之氮化物磷光體及具有620nm之發光波長之氮化物磷光體來以具有0.5mm之厚度及60mm之直徑的圓形板形式製備PiG基質。在表3中展示生產條件及性質量測結果。
如圖3中所展示，當執行對基於氮化物之黃色磷光體之評估時，可確認實施了與基於LuAg之黃色磷光體產生之效應相同的效應。然而，可確認即使將厚度自500μm增加多達兩倍至1000μm，紅色磷光體之增加量仍不大。
下文將參考圖10至圖12描述用於實施陶瓷磷光板之另一組成物之實例。本實例中例示之組成物可應用於先前基於實例1至實例10解釋之每一陶瓷磷光板。
根據本實例之磷光體-透明陶瓷複合組成物含有：透明陶瓷粉末；至少一種粉末狀無機磷光體；至少一種矽酸鹽；及藉由熱處理交聯之黏合劑化合物。
在根據本實例之磷光體-透明陶瓷複合組成物中，透明陶瓷粉末充當基質，無機磷光體分散於其中。透明陶瓷粉末藉由囊封無機磷光體而允許保護磷光體免受物理或化學影響。透明陶瓷粉末可為基於矽酸鹽之玻璃粉末，諸如硼矽酸鈉、鋁矽酸鹽、硼矽酸鋅、矽酸鋅鋇或其混合物。玻璃粉末可適當地用作光學材料。透明陶瓷粉末可具有1μm至50μm之平均粒徑D50。當透明陶瓷粉末之平均粒徑D50低於1μm時，磷光體可能不由透明陶瓷粉末充分囊封，或粉末可凝聚而非充分分散。相反，當平均粒徑D50超過50μm時，穿過磷光體之光的量與在磷光體中激勵之光的量相比增加，故不可獲得具有良好性質之白光。又，可將具有相對較大平均粒 徑之粉末與具有相對較小平均粒徑之粉末的混合物用作透明陶瓷粉末。較佳的是考慮到磷光體粉末之平均粒徑選擇具有適當粒徑分佈之透明陶瓷粉末。
可將基於釔鋁石榴石(YAG)、釕鋁石榴石(LuAG)、氮化物、矽酸鹽或硫化物之無機磷光體粉末用作無機磷光體粉末。根據光之每一所需性質，可以混合狀態使用一種或兩種磷光體。相對於100重量份之透明陶瓷粉末，可以5重量份至30重量份之量含有無機磷光體粉末。當無機磷光體之量低於5重量份時，透射光之量與激勵光之量相比增加。相反，當無機磷光體之量超過30重量份時，無機磷光體可能不由透明陶瓷粉末充分囊封，且可引起成本增加。又，根據磷光板之每一厚度，調整無機磷光體之含量。當磷光板之厚度降低時，無機磷光體之含量應增加。舉例而言，當磷光板之厚度為120μm時，無機磷光體之含量增加多達在磷光板之厚度為200μm時無機磷光體之含量的約1.5倍。無機磷光體粉末之平均粒徑D50的範圍可為5μm至25μm。當選擇無機磷光體粉末之平均粒徑時，可考慮到透明陶瓷粉末之平均粒徑而進行選擇。
黏合劑化合物起作用以改良透明陶瓷粉末及磷光體粉末之混合物的強度。可使用在分子中具有至少一矽酸根(SiO2)的材料作為黏合劑化合物。此外，可使用對磷光板及照明裝置之光學性質沒有影響的材料作為黏合劑化合物。儘管稍後將詳細地描述，但在磷光體-透明陶瓷複合組成物經受熱處理時，矽酸根與透明陶瓷粉末之矽酸根交聯。因此，防止可在熱處理磷光體-透明陶瓷複合組成物之後產生之孔洞的形成，使得可改良磷光板之強度。可使用正矽酸四乙酯(TEOS)、正矽酸四甲酯、正矽酸四丙酯、正矽酸四異丙酯或其混合物作為黏合劑化合物。相對於100重量份之透明陶瓷粉末，以0.2重量份至5重量份之量含有黏合劑化合物。當黏合劑化合物之量低於0.2重量份時，經交聯矽酸根之量不足，使得可在磷光板中產生孔洞。相反，當黏合劑化合物之量超過5重量份時，諸如過量有機化合物之雜質可在熱處理之後保持未移除之狀態。經由實施例解釋之磷光體-透明陶瓷複合組成物可應用於根據實例1至實例10的每一陶瓷磷光板之第一磷光體層或第二磷光體層。在此情況下，磷光板之實體硬度可增加。
根據本實例之另一態樣之磷光體-透明陶瓷複合板係藉由燒製磷光體-透明陶瓷複合組成物形成，該複合組成物包括分散在透明陶瓷粉末中之至少一種粉末狀無機磷光體及藉由至少兩個步驟的熱處理交聯之交聯劑。由於先前已描述了磷光體-透明陶瓷複合組成物，故為避免重複而省略該描述。
將磷光體-透明陶瓷複合組成物放入球磨機裝置中且隨後在 130rpm至150rpm下於室溫下充分粉碎及混合達10至30小時。經粉碎及混合之磷光體-透明陶瓷複合組成物在被放入SUS(不鏽鋼)模具中之狀態下經受單軸壓縮以具有板或盤形式。此時，在1噸至10噸之壓力下執行壓縮達1分鐘至10分鐘。模具可具有圓形形式，該圓形形式具有100μm至300μm之厚度及50mm至100mm之直徑。經由至少兩個步驟使以板形式模製之磷光體-透明陶瓷複合組成物經受熱處理。此磷光體-透明陶瓷複合組成物亦可應用於根據實例1至實例10的每一陶瓷磷光板之第一磷光體層或第二磷光體層。
圖10為展示根據對根據本發明之實施例之磷光體-透明陶瓷複合組成物的熱處理之物理變化的示意圖。
當在200℃至300℃之溫度下使磷光體-透明陶瓷複合組成物經受初次熱處理T1歷時10至60分鐘時，黏合劑化合物B經水解以形成透明陶瓷粉末G及交聯B'，從而在初次燒製之後產生複合物310。亦即，黏合劑化合物B在初次熱處理T1後經水解，使得可分離碳化合物基團，且剩餘矽酸根可與透明陶瓷粉末G之矽酸根交聯。然而，初次熱處理T1步驟中之磷光板如圖10中所展示具有在複合物310之間的許多孔洞。為了移除孔洞及改良磷光板之強度，執行二次熱處理T2。
根據由透明陶瓷及黏合劑化合物B的種類導致之每一溫度，改變二次熱處理T2之溫度。根據透明陶瓷及黏合劑化合物B之每一玻璃態化溫度Tg改變熱處理溫度。此時，當溫度極高時，其可能對磷光體具有不良影響，且因此，在600℃至650℃之溫度下執行熱處理達10至60分鐘。在二次燒製之後，在超出透明陶瓷及黏合劑化合物B之每一玻璃態化溫度Tg之溫度下加熱的初次燒製複合物310熔化，且因此變成孔隙度減小 到低於1%之模製體320。由於根據本實施例的磷光體-透明陶瓷複合板由無機化合物構成，故諸如孔洞及類似者之缺陷對模製體之強度及硬度具有較大影響。因此，在二次熱處理T2期間充分移除缺陷。
為了調整根據本實施例的磷光體-透明陶瓷複合板之表面粗糙度，在二次熱處理之後執行表面拋光製程。磷光體-透明陶瓷複合板之表面粗糙度減小越多，則有越多自光源輻照之光均勻入射至磷光體-透明陶瓷複合板，從而使得能夠改良光學性質。此時，執行研磨製程使得磷光體-透明陶瓷複合板可具有0.2μm或0.2μm以下之表面粗糙度。
使如上文所描述生產之磷光體-透明陶瓷複合板經受切割製程、鑽孔製程及封裝製程以便用於照明裝置中。包括研磨製程之後處理導致對磷光體-透明陶瓷複合板之實體損害。又，當在操作環境(150℃)及重熔環境(250℃)下驅動LED元件時，若干N/mm2(MPa)之應力施加至磷光體-透明陶瓷複合板。由於根據本實施例的磷光體-透明陶瓷複合板具有100N/mm2或更大之彎曲強度，故磷光體-透明陶瓷複合板即使在導致實體衝擊之製程(諸如研磨製程、切割製程、鑽孔製程、封裝製程及類似者)之後損害仍可較小。
可藉由下式計算彎曲強度。
此處，L表示磷光體-透明陶瓷複合板之整體長度(mm)，F表示最大負荷，b表示磷光體-透明陶瓷複合板之有效寬度(mm)，且d表示磷光體-透明陶瓷複合板之厚度。
在下文中，將基於實例更詳細地描述本發明。然而，本發明可以不同形式體現且不應被解釋為受限於為了理解本發明之目的而描述之實例。
【實例11】
為了實施6000K之色溫，混合15g具有550nm之波長的基於LuAG：Ce(摻鈰的鑥鋁石榴石)的磷光體、1.5g具有595nm之波長 的基於氮化物之磷光體(α-SiAlON)及73.5g硼矽酸鋅玻璃粉末，且將10g正矽酸四乙酯(TEOS)添加至該混合物。隨後，使用球磨機裝置在136rpm下粉碎及混合該組成物達24小時。
將該組成物放入SUS模具中且在7噸之壓力下使其經受單軸壓縮達5分鐘，以便模製成具有500μm之厚度及60mm之直徑的磷光板形式。將模製之生坯放入燒製爐中且在250℃之溫度下使其經受初次加熱達30分鐘。隨後，在640℃之溫度下執行燒製達30分鐘。使經燒製之磷光板經受表面拋光以具有0.2μm之表面粗糙度。
將磷光板處理成15mm×200mm之大小及200μm之厚度，且因此使用微自動放射攝影術(micro-autoradiography)量測其彎曲強度。在表1中展示其結果。又，在切割磷光板之橫截面之後，使用掃描電子顯微鏡(SEM；scanning electron microscope)觀測其表面(圖3之(A))。
【比較實例6】
其他條件與實例1之條件相同。藉由生產不添加TEOS之磷光板，使用微自動放射攝影術量測其彎曲強度。在表1中展示其結果。又，在切割磷光板之橫截面之後，使用掃描電子顯微鏡(SEM；scanning electron microscope)觀測其表面(圖3之(B))。
如表4及圖12中所展示，可確認在本實例中生產之磷光板之彎曲強度增加多達40%或更多。在孔隙度及表面刮擦方面，產生較大差異(圖12之(A)展示實例11中生產之磷光板，且圖12之(B)展示比較實例6中生產之磷光板)。
將在下文中參考圖11描述其中使用先前參考圖10所描述之磷光體-透明陶瓷複合組成物實施具有不同結構之照明裝置的應用實例。
圖11為包括根據本發明之實施例的磷光體-透明陶瓷複合板120之照明裝置400的示意性橫截面圖。
參考圖11，根據本實施例之又一態樣之照明裝置400包括：分散在透明陶瓷粉末中之至少一種粉末狀無機磷光體；及藉由燒製磷光體-玻璃複合組成物形成之具有低於1%之孔隙度的磷光體-透明陶瓷複合板420，該複合組成物包括藉由至少兩個步驟的熱處理交聯之交聯劑。由於先前已描述磷光體-玻璃複合組成物及藉由燒製該磷光體-玻璃組成物形成之磷光體-玻璃複合板420，故為避免重複而省略該描述。
磷光體-玻璃複合板420封裝在光學元件410上。光學元件410可為用於發光之裝置，且作為一個實例，可應用固態發光元件。可應用選自LED、OLED、雷射二極體(LD；laser diode)、雷射及垂直腔面發射雷射(VCSEL；vertical cavity surface emitting laser)中之任何一者作為固態發光元件。當磷光體-玻璃複合板封裝在光學元件410上時，藉由在磷光體-玻璃複合板與光學元件之間插入黏接層430來安裝磷光體-玻璃複合板420。藉由在將黏接層430塗佈或層壓在磷光體-玻璃複合板420之一個表面上或光學元件410之一個表面上之後，在使磷光體-玻璃複合板420接觸光學元件410之狀態下施加壓力來將磷光體-玻璃複合板420安裝至光學元件410。照明裝置可進一步包括電極440及電線442作為其他構成元件。
關於根據本實施例的照明裝置，實施磷光體-透明陶瓷複合組成物，該複合組成物相對於100重量份之透明陶瓷粉末包括5重量份至30重量份之至少一種粉末狀無機磷光體及0.2重量份至15重量份之黏合劑化合物，該黏合劑化合物含有至少一矽酸根且藉由熱處理交聯，且經由兩個步驟之熱處理生產孔隙度低於1%之高強度磷光體-透明陶瓷複合板，使得可在諸如研磨製程、切割製程、封裝製程及類似者之後處理期間及在操作環境中減少實體損害，從而使得能夠降低缺陷率。
如上文所闡述，根據本發明的一些實施例，由於在透明陶瓷基質中實施包括含有短波長磷光體之第一磷光體層及含有長波長磷光體之第二磷光體層的陶瓷磷光板，故減少高價長波長磷光體(紅色磷光體)之用量，使得可降低生產成本。
又，根據本發明的一些實施例，可根據每一所需性質容易地調整色溫，且可改良諸如演色指數(CRI)、光學效率及類似者之物理性質。
根據本發明的一些實施例，實施磷光體-透明陶瓷複合組成物，該複合組成物相對於100重量份之透明陶瓷粉末包括5重量份至30重量份之至少一種粉末狀無機磷光體及0.2重量份至15重量份之黏合劑化合物，該黏合劑化合物含有至少一矽酸根且藉由熱處理交聯，且經由兩個步驟之熱處理生產孔隙度低於1%之高強度磷光體-透明陶瓷複合板，使得可在諸如研磨製程、切割製程、封裝製程及類似者之後處理期間及在操作環境中減少實體損害，藉此使得能夠降低缺陷率。
如先前所描述，在本發明之【實施方式】中，已描述了本發明之詳細例示性實施例，應顯而易見的是，熟習此項技術者可在不脫離本發明之精神或範疇的情況下做出修改及變化。因此，應理解，前述內容說明本發明但不應解釋為限於所揭示之具體實施例，且對所揭示實施例之修改以及其他實施例意欲包括在所附申請專利範圍及其等效物之範疇內。

Claims (10)

  1. 一種陶瓷磷光板，其包含：一第一磷光層，其包括在一透明陶瓷基質中之一短波磷光體，該透明陶瓷基質具有500μm至1000μm之厚度以及0.1μm至0.3μm之表面粗糙度；及一第二磷光體層，其塗佈於該第一磷光體層的一表面上，其中該第二磷光體層由一透明陶瓷粉末與一長波長磷光體組成，以及其中該長波長磷光體具有1μm至20μm之粒徑，且磷光體之量相較於透明陶瓷粉末之量的範圍為25%至55%。
  2. 如請求項1之陶瓷磷光板，其中該短波磷光體為具有510nm至580nm之一波長的一磷光體，且該長波磷光體為具有580nm至680nm之一波長的一磷光體。
  3. 如請求項1之陶瓷磷光板，其中該短波磷光體以1wt%至10wt%之一量含於該透明陶瓷基質中。
  4. 如請求項3之陶瓷磷光板，其中該第二磷光體層包含在該第一磷光體層之一個表面上之一膏狀物，該膏狀物包括該長波磷光體，該長波磷光體以15wt%至30wt%之一量含於該膏狀物中。
  5. 如請求項1之陶瓷磷光板，其中該第二磷光體層經組態以使得形成一磷光體圖案以部分佔據該第一磷光體層之一個表面的一面積，其中第二磷光體層的該磷光體圖案與該第一磷光體層的該表面之總面積的比率為20%至35%。
  6. 如請求項5之陶瓷磷光板，其中該陶瓷磷光板的一光通量(流明)為418.9至473.5範圍內，該陶瓷磷光板的一色溫CCT(K)為2924.6至4084.1範圍內，以及該陶瓷磷光板的一光學效率(lm/Wrad.藍)為161.1至182.1範圍內。。
  7. 如請求項5之陶瓷磷光板，其中該磷光體圖案具有500μm2至106μm2之面積範圍內。
  8. 如請求項1之陶瓷磷光板，其中該第一磷光體層或該第二磷光體層具有低於1%之一孔隙度。
  9. 如請求項1之陶瓷磷光板，其中該陶瓷磷光板具有100N/mm2或更大之一彎曲強度。
  10. 一種照明裝置，其包含如請求項1之一陶瓷磷光板。
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