CN103347982B - 具有掺杂浓度梯度的发射性陶瓷材料及其制造方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了发射性陶瓷材料，该发射性陶瓷材料具有沿着钇铝石榴石(YAG)区域的厚度的掺杂浓度梯度。掺杂浓度梯度可包括最大掺杂浓度、半最大掺杂浓度以及在半最大掺杂浓度处或附近的斜率。在一些实施方案中，发射性陶瓷可表现出高内量子效率(IQE)。在一些实施方案中，发射性陶瓷可包括多孔区域。本文还公开了通过烧结具有掺杂层和非掺杂层的组件来制造发射性陶瓷的方法。

Description

具有掺杂浓度梯度的发射性陶瓷材料及其制造方法和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月1日提交的美国申请第61/418,725号的优先权，该申请通过引用将其整体并入本文。

发明背景

发明领域

本申请涉及具有掺杂浓度的发射性陶瓷材料。

相关领域描述

诸如发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)(或有时称为有机电致发光装置(OEL))以及无机电致发光装置(IEL)的固态发光装置已广泛地用于诸如平板显示器、各种仪器的指示器、布告牌以及装饰性照明等各种应用。随着这些发光装置的发射效率持续改善，需要更高亮度强度的应用(诸如汽车前灯以及一般照明)可能很快就变得可行。对于这些应用，白色LED为有前途的候选者之一且已引起广泛关注。

内量子效率(IQE)为由发射性材料产生的光子与由同一材料吸收的光子的比率。增加的IQE值可改善照明装置的能量效率；然而，增加IQE而同时不使亮度效率变小的可靠方法仍不存在。因此，需要能克服这些与IQE相关的限制的新发射性材料。

发明简述

本文公开的一些实施方案为发射性陶瓷材料，该发射性陶瓷材料具有沿着钇铝石榴石(YAG)区域的厚度的掺杂浓度梯度。

本文公开的一些实施方案为具有一个或多个多孔区域的发射性陶瓷材料。

本文公开的一些实施方案包括发射性陶瓷，其包括钇铝石榴石(YAG)区域以及掺杂剂，所述掺杂剂具有沿着YAG区域的厚度在第一表面与第二表面之间的浓度梯度，其中所述浓度梯度包括最大掺杂浓度、第一半最大掺杂浓度以及在第一半最大掺杂浓度处或附近的第一斜率，其中第一斜率的绝对值为约0.001至约0.004(原子%/μm)。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度为约0.25原子%至约0.5原子%。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于距离第一表面或第二表面不超过约100μm处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于距离YAG区域的厚度中心不超过约100μm处。在一些实施方案中，第一半最大掺杂浓度位于距离最大掺杂浓度的位置至少约25μm处。在一些实施方案中，第一半最大掺杂浓度位于距离第一表面和第二表面至少50μm处。

在一些实施方案中，发射性陶瓷包括第二半最大掺杂浓度，所述第二半最大掺杂浓度位于距离第一半最大掺杂浓度的位置至少25μm处。在一些实施方案中，第二半最大掺杂浓度位于距离最大掺杂浓度的位置至少25μm处。

在一些实施方案中，发射性陶瓷包括在第二半最大掺杂浓度处或附近的第二斜率，其中第二斜率的绝对值为0.001至0.004(原子%/μm)。在一些实施方案中，第一斜率的绝对值与第二斜率的绝对值大致相同。

在一些实施方案中，掺杂浓度梯度包括半峰值全宽为约50μm至约400μm的峰。

在一些实施方案中，YAG区域的厚度为约100μm至约1mm。

在一些实施方案中，YAG区域还包括第一多孔区域。在一些实施方案中，第一多孔区域的孔隙体积为约0.5%至约80%。在一些实施方案中，第一多孔区域的孔隙体积为约1%至约30%。

在一些实施方案中，第一多孔区域包括平均大小为约0.5μm至约50μm的孔隙。在一些实施方案中，孔隙的平均大小为约1.0μm至约10μm。

在一些实施方案中，YAG区域还包括第一非多孔区域和第二非多孔区域，并且其中第一多孔区域布置在第一非多孔区域与第二非多孔区域之间。

在一些实施方案中，YAG区域还包括第一非多孔区域和第二多孔区域，并且其中第一非多孔区域布置在第一多孔区域与第二多孔区域之间。

在一些实施方案中，第一多孔区域位于距离YAG区域的厚度中心不超过约100μm处。

在一些实施方案中，第一多孔区域位于距离YAG区域的厚度中心至少约25μm处。

在一些实施方案中，第一多孔区域位于YAG区域的第一表面处或附近，或者位于YAG区域的第二表面处或附近。

在一些实施方案中，YAG区域与多孔区域的大小大致相同。

在一些实施方案中，第一多孔区域的厚度为约10μm至约400μm。

在一些实施方案中，通过使YAG区域或其前体内的有机颗粒挥发来获得第一多孔区域。

本文公开的一些实施方案包含发射性陶瓷，其包括钇铝石榴石(YAG)区域以及掺杂剂，所述掺杂剂具有沿着YAG区域的厚度的浓度梯度，其中所述浓度梯度包括最大掺杂浓度、第一半最大掺杂浓度以及在第一半最大掺杂浓度处或附近的第一斜率，其中第一斜率的绝对值为最大掺杂浓度除以厚度的约八分之一至最大掺杂浓度除以厚度的约两倍。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于沿着YAG区域的厚度的约四分之一至约四分之三处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于YAG区域的厚度中心处或附近。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于距离在YAG区域的厚度的相对侧上的第一表面或第二表面不超过十分之一厚度处。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度为约0.25原子%至约0.5原子%。在一些实施方案中，第一斜率为0.001至0.004(原子%/μm)。

在一些实施方案中，所述掺杂浓度还包括在第二半最大掺杂浓度处或附近的第二斜率，其中第二斜率的绝对值为最大掺杂浓度除以厚度的约八分之一至最大掺杂浓度除以厚度的约两倍。

在一些实施方案中，第一斜率的绝对值与第二斜率的绝对值大致相同。

在一些实施方案中，第一半最大掺杂浓度距离第一表面和第二表面两者至少约十分之一的YAG区域厚度，并且其中第一半最大掺杂浓度距离最大掺杂浓度至少约十分之一厚度。

在一些实施方案中，第二半最大掺杂浓度距离第一表面和第二表面两者至少约十分之一的YAG区域厚度，并且其中第二半最大掺杂浓度距离最大掺杂浓度和第一半最大浓度两者至少约十分之一厚度。

在一些实施方案中，YAG区域的厚度为约100μm至约1mm。

在一些实施方案中，所述掺杂浓度梯度对于YAG区域的中心处或附近的点为大致对称的。

在一些实施方案中，所述掺杂浓度梯度包含沿着YAG区域的基本上整个厚度的有效产生荧光的掺杂浓度。

在一些实施方案中，掺杂浓度梯度的平均掺杂浓度为约0.01原子%至约0.5原子%。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度与平均掺杂浓度的比为约5:1至约1.5:1。

在一些实施方案中，所述掺杂浓度梯度还包括半峰值全宽为约五分之一厚度至约五分之四厚度的峰。

在一些实施方案中，YAG区域还包括第一多孔区域。

在一些实施方案中，第一多孔区域的孔隙体积为约0.5%至约80%。

如技术方案43所述的发射性陶瓷，其中第一多孔区域的孔隙体积为约10%至约30%。

在一些实施方案中，第一多孔区域包括平均大小为约0.5μm至约50μm的孔隙。在一些实施方案中，孔隙的平均大小为约1.0μm至约10μm。

在一些实施方案中，YAG区域还包括第一非多孔区域和第二非多孔区域，并且其中第一多孔区域布置在第一非多孔区域与第二非多孔区域之间。

在一些实施方案中，YAG区域还包括第一非多孔区域和第二多孔区域，并且其中第一非多孔区域布置在第一多孔区域与第二多孔区域之间。

在一些实施方案中，第一多孔区域位于距离YAG区域的厚度中心不超过约100μm处。

在一些实施方案中，第一多孔区域位于距离YAG区域的厚度中心至少约25μm处。

在一些实施方案中，第一多孔区域位于YAG区域的第一表面处或附近，或者位于YAG区域的第二表面处或附近。

在一些实施方案中，YAG区域与多孔区域的大小大致相同。

在一些实施方案中，第一多孔区域的厚度为约10μm至约400μm。

在一些实施方案中，通过使YAG区域或其前体内的有机颗粒挥发来获得第一多孔区域。

在一些实施方案中，发射性陶瓷当暴露于波长为约455nm的辐射时表现出至少约0.80的内量子效率(IQE)。

本文公开的一些实施方案包括形成发射性陶瓷的方法，所述方法包括烧结组件，其中所述组件包括布置在第一非掺杂层的一侧上的掺杂层，其中：掺杂层包括钇铝石榴石(YAG)、YAG前体或其组合，以及掺杂剂，其中掺杂层的厚度为约10μm至约200μm；第一非掺杂层包括YAG、YAG前体或其组合，其中第一非掺杂层的厚度为约40μm至约800μm；并且在所述过程期间，掺杂层中至少约30%的掺杂剂扩散到掺杂层以外。

在一些实施方案中，掺杂层布置在第一非掺杂层与第二非掺杂层之间，所述第二非掺杂层包括YAG、YAG前体或其组合，并且其中第一非掺杂层和第二非掺杂层各自独立地具有约40μm至约400μm的厚度。

在一些实施方案中，在烧结期间，掺杂层中的至少一部分掺杂剂扩散入第一非掺杂层和第二非掺杂层两者。

在一些实施方案中，在所述过程期间，掺杂层中不超过约80%的掺杂剂扩散到掺杂层以外。

在一些实施方案中，掺杂层的厚度为约40μm至约80μm。

在一些实施方案中，第一非掺杂层的厚度与第二非掺杂层的厚度大致相同；并且第一非掺杂层的厚度和第二非掺杂层的厚度都大于掺杂层的厚度。

在一些实施方案中，第一非掺杂层的厚度小于第二非掺杂层的厚度；并且第二非掺杂层的厚度大于或等于掺杂层的厚度。

在一些实施方案中，组件的总厚度为约100μm至约1mm。

在一些实施方案中，掺杂层包括约0.1原子%至约5原子%。

在一些实施方案中，在所述过程期间，掺杂层中第一量的掺杂剂扩散入第一非掺杂层；在所述过程期间，掺杂层中第二量的掺杂剂扩散入第二非掺杂层；并且掺杂剂的第一量与掺杂剂的第二量的比为约4:1至约1:4。

在一些实施方案中，掺杂剂的第一量与掺杂剂的第二量大致相同。

在一些实施方案中，烧结所述组件包括在约1000°C至约1900°C的温度下加热组件至少约2小时。

在一些实施方案中，所述温度为约1300°C至约1800°C。

在一些实施方案中，组件在所述温度下加热至少约5小时。

在一些实施方案中，组件在所述温度下加热不超过约20小时。

在一些实施方案中，掺杂层或第一非掺杂层中的至少一个包括有机颗粒。

在一些实施方案中，有机颗粒包括聚合物。

在一些实施方案中，有机颗粒的最大直径为约0.5μm至约50μm。

在一些实施方案中，掺杂层和第一非掺杂层中的所述至少一个包括约0.5体积%至约80体积%的量的有机颗粒。

在一些实施方案中，掺杂层包括有机颗粒。在一些实施方案中，第一非掺杂层包括机颗粒。在一些实施方案中，组件的每一层包括有机颗粒。在一些实施方案中，组件中至少一层基本上不含有机颗粒。

本文公开的一些实施方案包含通过本文公开的任何方法而制造的发射性陶瓷。

在一些实施方案中，发射性陶瓷当暴露于波长为约455nm的辐射时表现出至少约0.80的内量子效率(IQE)。

本文公开的一些实施方案包括照明装置，其包括：配置为发射蓝色辐射的光源；以及本文公开的任何发射性陶瓷，其中发射性陶瓷配置为接收至少一部分蓝色辐射。

产生光的方法，其包括将技术方案1至55以及79中任一项所述的发射性陶瓷暴露于蓝色辐射。

附图简述

图1A至图1C示出发射性陶瓷的非限制性实例。

图2为示出沿着钇铝石榴石区域的厚度的掺杂浓度分布的现有技术实例的图表。

图3为示出在本申请范围内的掺杂浓度梯度的一个实施方案的图表。

图4为示出仍在本申请范围内的掺杂浓度梯度的另一实施方案的图表。

图5A至图5B示出可根据本文公开的方法而进行烧结的组件的一个实施方案。

图6A至图6B示出可根据本文公开的方法而进行烧结的组件的另一实施方案。

图7示出包括层压的形成发射性陶瓷的一个实施方案的制备流程图。

图8为可包含本文公开的发射性陶瓷的照明装置的实例。

图9为如何测定内量子效率(IQE)的实例。

图10示出实施例5中样品1的TOF-SIMS(飞行时间二次离子质谱分析)结果。

图11示出实施例5中样品2的TOF-SIMS(飞行时间二次离子质谱分析)结果。

图12示出实施例5中样品3的TOF-SIMS(飞行时间二次离子质谱分析)结果。

图13示出具有夹层结构的样品中IQE随发射层厚度的变化，夹层结构具有在0.2原子%至1.25原子%的范围内变化的掺杂浓度(Ce)。

图14示出具有夹层结构的样品中IQE随发射层厚度的变化，夹层结构具有在1.25原子%至2.0原子%的范围内变化的掺杂浓度(Ce)。

图15为示出具有夹层结构的YAG:Ce陶瓷中IQE随掺杂剂(Ce)浓度变化的图表。

图16示出具有不同掺杂剂(Ce)浓度的多个掺杂片在烧结之前的结构的比较样品。

图17示出实施例10中样品的荧光的强度与波长的曲线。

图18示出校准曲线，其中基于改变的Ce+浓度绘制铈离子强度(Ce+/Y+)以原子百分数计的比，通过使用具有不同Ce+浓度的标准品来制作所述校准曲线以进行定量分析。

图19示出说明实施例12样品7的Ce%通过发射区域的扩散(沿着厚度[μm]的Ce浓度[%])的各自TOF-SIMS分布。

图20示出说明实施例12样品6的Ce%通过发射区域的扩散(沿着厚度[μm]的Ce浓度[%])的各自TOF-SIMS分布。

图21示出说明实施例12样品5的Ce%通过发射区域的扩散(沿着厚度[μm]的Ce浓度[%])的各自TOF-SIMS分布。

图22示出说明实施例12样品8的Ce%通过发射区域的扩散(沿着厚度[μm]的Ce浓度[%])的各自TOF-SIMS分布。

图23示出说明实施例12样品9的Ce%通过发射区域的扩散(沿着厚度[μm]的Ce浓度[%])的各自TOF-SIMS分布。

图24示出说明实施例12样品10的Ce%通过发射区域的扩散(沿着厚度[μm]的Ce浓度[%])的各自TOF-SIMS分布。

图25A至图25C示出具有一个或多个多孔区域的发射性陶瓷的非限制性实例。

图26示出用于测量发射性陶瓷的色度角依赖性的机构。

图27示出测量色度角依赖性的结果。方形表示实施例15中制备的发射性陶瓷的测量值。圆圈表示实施例11中制备的发射性陶瓷的测量值。

发明详述

本文中公开了发射性陶瓷材料，其可通过包含沿着至少一个维度的掺杂浓度梯度来提供优异的内量子效率。申请人已惊奇地发现，掺杂浓度分布在某些条件下提供了优异的内量子效率。发射性陶瓷可任选地包括一个或多个多孔区域。本文还公开了制造包含掺杂浓度分布的发射性陶瓷的方法。另外，本申请包括具有发射性陶瓷材料的照明装置以及使用发射性陶瓷材料的方法。

发射性陶瓷

本文公开的一些实施方案包括具有钇铝石榴石(YAG)区域和掺杂剂的发射性陶瓷，掺杂剂具有沿着YAG区域的厚度的浓度梯度。发射性陶瓷可例如通过烧结组件来制备。因此，“发射性陶瓷”一般描述可用于照明目的的最终发射材料，而“组件”为可经烧结以形成发射性陶瓷的复合物。如将在下文进一步论述的，烧结组件为引起掺杂剂扩散的一种方法，掺杂剂扩散在最终发射性陶瓷内形成掺杂浓度梯度。

发射性陶瓷可包括沿着“YAG区域的厚度”的掺杂浓度梯度。图1A至图1C示出发射性陶瓷各种非限制性实例的沿着z轴的YAG区域厚度。图1A示出发射性陶瓷的一个非限制性实例。发射性陶瓷100可包括发射性掺杂剂材料于钇铝石榴石主体材料内的大致均匀的散布，且包括分别沿着x轴、y轴以及z轴的长度、宽度以及厚度。在一些实施方案中，YAG区域的厚度为发射性陶瓷的最小维度。举例而言，发射性陶瓷可具有均等于约1mm的长度和宽度，以及约100μm的厚度。在一些实施方案中，厚度不为最小维度。当然，众多其他几何形状在本申请的范围内，其不限于图1A中描绘的大致立方体的几何形状。举例而言，发射性陶瓷还可为圆柱形、立方体等。此外，不要求发射性陶瓷为对称的、包含清楚界定的边缘或特定数目的面。

图1B示出发射性陶瓷的另一实施方案。发射性陶瓷110可包括大致均匀分散的钇铝石榴石且具有圆柱形或盘状几何形状。发射性陶瓷110包括沿着z轴的厚度。

图1C示出发射性陶瓷的一些实施方案，其不包括整个发射性陶瓷内大致均匀分散的钇铝石榴石。发射性陶瓷115包括插入在两个非YAG区域130与140(例如，由氧化铝组成的区域)之间的发射性钇铝石榴石区域120。界面150在发射性钇铝石榴石区域120与非YAG区域140之间。类似地，界面160在发射性钇铝石榴石区域120与非YAG区域130之间。在此实施方案中，钇铝石榴石区域的厚度不包括非YAG区域130和140的部分。钇铝石榴石区域120的厚度沿着z轴在表面150与表面160之间。钇铝石榴石区域120的厚度因此小于发射性陶瓷115的厚度。

图2为示出沿着发射性钇铝石榴石区域的厚度的掺杂浓度分布的现有技术实例的图表。水平轴为沿着发射性钇铝石榴石区域的厚度(例如，沿着图1A中所示的发射性陶瓷100的z轴)的位置。沿着水平轴的位置“0”在发射性层的第一表面(例如，发射性陶瓷100的底面)。沿着水平轴的位置“1/2L”在沿着厚度的中点(例如，在沿着发射性陶瓷100的厚度的约中心处)。水平轴上的位置“L”在发射性层的沿着厚度与第一表面相对的第二表面(例如，发射性陶瓷100的顶面)。因此，第一表面和第二表面在厚度的相对侧上(例如，发射性陶瓷100的底面和顶面在沿着z轴的相对侧上)。

同时，图2中的垂直轴为在沿着厚度的给定位置处的掺杂浓度。此现有技术掺杂浓度分布具有若干显著特征。第一，所述实例大体包括沿着厚度基本上恒定的掺杂浓度分布(即，沿着整个厚度斜率为约0)。第二，掺杂浓度分布具有沿着基本上整个厚度而得到的最大掺杂浓度(C_max)。第三，最小掺杂浓度(C_min)与最大掺杂浓度大致相同。第四，掺杂浓度大于沿着基本上整个厚度的最大掺杂浓度的一半。换言之，基本上恒定的掺杂浓度分布不包括半最大掺杂浓度(C_max/2)。

图3为示出在本申请的范围内的掺杂浓度梯度的一个实施方案的图表。最大掺杂浓度位于钇铝石榴石区域的第一表面处或附近，而最小掺杂浓度位于沿着厚度与第一表面相对的第二表面处或附近。并且，半最大掺杂浓度位于钇铝石榴石区域的中心处或附近。

相对于图2中的基本上恒定的掺杂浓度分布，图3所描绘的掺杂浓度梯度具有包括非零值的变化的斜率。如本文中所使用，术语“斜率”意指浓度变化相对于沿着厚度(例如，图2中的水平轴)的位置变化的比率。若掺杂浓度可合理地由连续函数f(x)表示，则斜率可此函数的导数确定。作为实例，在图3中的约1/2L处(或在约半最大掺杂浓度处)的斜率的绝对值约大于最大掺杂浓度除以钇铝石榴石区域的厚度(C_max/L)。

图4为示出仍在本申请的范围内的掺杂浓度梯度的另一实施方案的图表。最大掺杂浓度是在钇铝石榴石区域的中心处或附近，而最小掺杂浓度位于在沿着厚度的相对侧上的第一表面和第二表面处或附近。并且，两个半最大掺杂浓度位于约四分之一L(即，1/4L)和四分之三L处。在此实施方案中，两个半最大掺杂浓度均具有数值大致相同的斜率。对于沿着基本上整个厚度的掺杂浓度，掺杂浓度梯度还表现为非零值(或大于痕量)。

图4所示的实施方案的掺杂浓度梯度还对于钇铝石榴石区域的中心为大致对称的。换言之，若掺杂浓度梯度可合理地由连续函数f(x)表示，则对于0≤z≤1/2L，f(1/2L-z)将与f(1/2L+z)大致相同。掺杂浓度梯度还可由单峰来表征。此峰具有为约1/2L(即，3/4L减去1/4L)的半峰值全宽(例如，在沿着厚度的两个半最大掺杂浓度之间的距离)。

可用以表征掺杂浓度梯度的另一特征为平均掺杂浓度。可通过对沿着整个厚度的一系列均匀散布的浓度求和且将此和除以在求和中使用的浓度的总个数来确定平均掺杂浓度。或者，若掺杂浓度梯度可合理地由连续函数f(x)表示，则平均掺杂浓度可等于作为简单实例，图2所示的分布的平均掺杂浓度将为最大掺杂浓度。相对而言，图3和图4两者均示出小于最大掺杂浓度的平均浓度分布。

如本领域技术人员将了解到的，图2至图4表示掺杂浓度分布的简化说明。在将这些分布与实验结果比较时，应考虑各种因素。举例而言，人们可能需要考虑使测量到的掺杂浓度失真的噪声。这可能需要使用本领域中已知的各种方法(例如，使用傅立叶变换、对测量值取平均值等)处理数据以减小失真。类似地，由于材料中的表面效应或轻微缺陷，可产生另外的失真。本领域技术人员可想到这些失真，并认识到这些差值不是与本文公开的例示掺杂浓度梯度相区别的特征。

最大掺杂浓度

发射性陶瓷的一些实施方案包括具有最大掺杂浓度的掺杂浓度梯度。申请人已发现最大掺杂浓度可能与内量子效率相关。在不束缚于任何特定理论的情况下，认为的是，高最大掺杂浓度引起过度猝灭，从而降低效率。此外，低的最大掺杂浓度降低效率，其原因在于发射中心的数目减小，这明确地限制产生光子的能力。

因此，在一些实施方案中，最大掺杂浓度为约0.1原子%(at%)至约1原子%。最大掺杂浓度可例如为至少约0.1原子%；至少约0.2原子%；至少约0.25原子%；至少约0.275原子%；至少约0.28原子%；或至少约0.3原子%。最大掺杂浓度可例如不大于约1原子%；不大于约0.75原子%；不大于约0.5原子%；不大于约0.4原子%；或不大于约0.3原子%。

最大掺杂浓度可位于沿着钇铝石榴石区域的厚度的一个或多个位置处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于远离在厚度的相对侧上的第一表面和第二表面处。举例而言，最大掺杂浓度可位于沿着钇铝石榴石区域的厚度的约四分之一厚度至约四分之三厚度之间的位置。作为实例，若钇铝石榴石区域的厚度为约100μm，则最大掺杂浓度可位于沿着厚度的约25μm至约75μm之间。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度可位于沿着厚度的如下位置处：至少约三分之一厚度；至少约八分之三厚度；至少约五分之二厚度；至少约七分之三厚度；或至少约九分之四厚度。在一些实施方案中，最大掺杂浓度可位于沿着厚度的如下位置处：不超过约三分之二厚度；不超过约八分之五厚度；不超过约五分之三厚度；不超过约七分之四厚度；或不超过约九分之五厚度。

最大掺杂浓度还可位于沿着厚度距离中点不超过规定距离处。作为一个实例，最大掺杂浓度可位于沿着厚度距离中点不超过约250μm处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度可位于沿着厚度距离中点不超过约200μm处；沿着厚度距离中点不超过约100μm处；沿着厚度距离中点不超过约50μm处；沿着厚度距离中点不超过约25μm处；或沿着厚度距离中点不超过约10μm处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度可在一些实施方案中位于沿着厚度距离中点不超过约八分之三厚度处；沿着厚度距离中点不超过约四分之一厚度处；沿着厚度距离中点不超过约五分之一厚度处；沿着厚度距离中点不超过约八分之一厚度处；或沿着厚度距离中点不超过约十分之一厚度处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于钇铝石榴石区域的中心处或附近。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度可位于距离第一表面或第二表面不超过规定距离处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度可位于距离第一表面或第二表面不超过约200μm处；距离第一表面或第二表面不超过约100μm处；距离第一表面或第二表面不超过约50μm处；距离第一表面或第二表面不超过约25μm处；或距离第一表面或第二表面不超过约10μm处。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于第一表面或第二表面处或附近。

第一半最大掺杂浓度

掺杂浓度梯度还可包括第一半最大掺杂浓度。半最大掺杂浓度是指为特定发射性陶瓷的最大掺杂浓度的一半的掺杂浓度。举例而言，在一个实施方案中，掺杂浓度梯度可具有为约0.5原子%的最大掺杂浓度以及为约0.25原子%的半最大掺杂浓度。

在一些实施方案中，第一半最大掺杂浓度可在沿着厚度距离第一表面和第二表面某一距离处。第一半最大掺杂浓度可例如位于距离第一表面和第二表面至少10μm处；距离第一表面和第二表面至少约25μm处；距离第一表面和第二表面至少约50μm处；距离第一表面和第二表面至少约100μm处；距离第一表面和第二表面至少约200μm处；或距离第一表面和第二表面至少约250μm处。第一半最大掺杂浓度可例如位于距离第一表面和第二表面至少十分之一厚度处；距离第一表面和第二表面至少约八分之一厚度处；距离第一表面和第二表面至少约五分之一厚度处；距离第一表面和第二表面至少约四分之一厚度处；或距离第一表面和第二表面至少约八分之三厚度处。

第一半最大掺杂浓度还可在距离最大掺杂浓度某一距离处。第一半最大掺杂浓度可例如在距离最大掺杂浓度至少10μm处；距离最大掺杂浓度至少约25μm处；距离最大掺杂浓度至少约50μm处；距离最大掺杂浓度至少约100μm处；距离最大掺杂浓度至少约200μm处；或距离最大掺杂浓度至少约250μm处。第一半最大掺杂浓度可例如位于距离最大掺杂浓度至少十分之一厚度处；距离最大掺杂浓度至少约八分之一厚度处；距离最大掺杂浓度至少约五分之一厚度处；距离最大掺杂浓度至少约四分之一厚度处；或距离最大掺杂浓度至少约八分之三厚度处。

在一些实施方案中，掺杂浓度梯度包括在第一半最大掺杂浓度处或附近的第一斜率。第一斜率的绝对值可例如为最大掺杂浓度除以厚度的约八分之一(即，C_max除以8L)至最大掺杂浓度除以厚度的约两倍。作为实例，若最大掺杂浓度为约0.2原子%且厚度为约100μm，则第一斜率的绝对值将为约0.00025原子%/μm至约0.004原子%/μm。

第一斜率的绝对值可例如为最大掺杂浓度除以厚度的至少约四分之一；最大掺杂浓度除以厚度的至少约八分之三；最大掺杂浓度除以厚度的至少约二分之一；最大掺杂浓度除以厚度的至少约四分之三；或至少约为最大掺杂浓度除以厚度。

第一斜率的绝对值可例如不大于约最大掺杂浓度除以厚度；不大于最大掺杂浓度除以厚度的约四分之三；不大于最大掺杂浓度除以厚度的约二分之一；或不大于最大掺杂浓度除以厚度的约八分之三。

第一斜率的绝对值还可在某一数值范围内。举例而言，第一斜率的绝对值可为约0.001原子%/μm至约0.004原子%/μm。在一些实施方案中，第一斜率的绝对值可为至少约0.0001原子%/μm；至少约0.0005原子%/μm；至少约0.001原子%/μm；至少约0.0015原子%/μm；或至少约0.002原子%/μm。在一些实施方案中，第一斜率的绝对值可不大于约0.006原子%/μm；不大于约0.005原子%/μm；不大于约0.004原子%/μm；或不大于约0.003原子%/μm。

第二半最大掺杂浓度

掺杂浓度梯度还可包括第二半最大掺杂浓度。在一些实施方案中，第二半最大掺杂浓度可位于沿着厚度距离第一表面和第二表面某一距离处。第二半最大掺杂浓度可例如位于距离第一表面和第二表面至少10μm处；距离第一表面和第二表面至少约25μm处；距离第一表面和第二表面至少约50μm处；距离第一表面和第二表面至少约100μm处；距离第一表面和第二表面至少约200μm处；或距离第一表面和第二表面至少约250μm处。第二半最大掺杂浓度可例如位于距离第一表面和第二表面至少十分之一厚度处；距离第一表面和第二表面至少约八分之一厚度处；距离第一表面和第二表面至少约五分之一厚度处；距离第一表面和第二表面至少约四分之一厚度处；或距离第一表面和第二表面至少约八分之三厚度处。

第二半最大掺杂浓度可例如位于距离最大掺杂浓度至少10μm处；距离最大掺杂浓度至少约25μm处；距离最大掺杂浓度至少约50μm处；距离最大掺杂浓度至少约100μm处；距离最大掺杂浓度至少约200μm处；或距离最大掺杂浓度至少约250μm处。第二半最大掺杂浓度可例如位于距离最大掺杂浓度至少十分之一厚度处；距离最大掺杂浓度至少约八分之一厚度处；距离最大掺杂浓度至少约五分之一厚度处；距离最大掺杂浓度至少约四分之一厚度处；或距离最大掺杂浓度至少约八分之三厚度处。

在一些实施方案中，第二半最大掺杂浓度位于沿着厚度距离第一半最大掺杂浓度至少规定的距离处。第二半最大掺杂浓度可例如位于距离第一半最大掺杂浓度至少10μm处；距离第一半最大掺杂浓度至少约25μm处；距离第一半最大掺杂浓度至少约50μm处；距离第一半最大掺杂浓度至少约100μm处；距离第一半最大掺杂浓度至少约200μm处；或距离第一半最大掺杂浓度至少约250μm处。第二半最大掺杂浓度可例如位于距离第一半最大掺杂浓度至少十分之一厚度处；距离第一半最大掺杂浓度至少约八分之一厚度处；距离第一半最大掺杂浓度至少约五分之一厚度处；距离第一半最大掺杂浓度至少约四分之一厚度处；或距离第一半最大掺杂浓度至少约八分之三厚度处。

在一些实施方案中，掺杂浓度梯度包括在第二半最大掺杂浓度处或附近的第二斜率。第二斜率的绝对值可例如为最大掺杂浓度除以厚度的约八分之一(即，C_max除以8L)至最大掺杂浓度除以厚度的约两倍。作为实例，若最大掺杂浓度为约0.2原子%且厚度为约100μm，则第二斜率的绝对值将为约0.00025原子%/μm至约0.004原子%/μm。

第二斜率的绝对值可例如为最大掺杂浓度除以厚度的至少约四分之一；最大掺杂浓度除以厚度的至少约八分之三；最大掺杂浓度除以厚度的至少约二分之一；最大掺杂浓度除以厚度的至少约四分之三；或至少约为最大掺杂浓度除以厚度。

第二斜率的绝对值可例如不大于约最大掺杂浓度除以厚度；不大于最大掺杂浓度除以厚度的约四分之三；不大于最大掺杂浓度除以厚度的约二分之一；或不大于最大掺杂浓度除以厚度的约八分之三。

第二斜率的绝对值还可在某一数值范围内。举例而言，第二斜率的绝对值可为约0.001原子%/μm至约0.004原子%/μm。在一些实施方案中，第二斜率的绝对值可为至少约0.0001原子%/μm；至少约0.0002原子%/μm；至少约0.0005原子%/μm；至少约0.001原子%/μm；或至少约0.002原子%/μm。在一些实施方案中，第二斜率的绝对值可不大于约0.01原子%/μm；不大于约0.008原子%/μm；不大于约0.004原子%/μm；不大于约0.002原子%/μm；或不大于约0.001原子%/μm。

在一些实施方案中，第一斜率的绝对值与第二斜率的绝对值大致相同。

可例如使用飞行时间二次离子质谱(Time-Of-FlightSecondaryIonMassSpectroscopy)来测定各个关注点的掺杂浓度、厚度或距离/位置，以及各个关注点处的所得斜率。

其他特性

钇铝石榴石区域的厚度不受特别限制。在一些实施方案中，钇铝石榴石区域的厚度为约100μm至约1mm。钇铝石榴石区域的厚度可例如为至少约100μm；至少约150μm；至少约200μm；至少约250μm；至少约400μm；或至少约500μm。钇铝石榴石区域的厚度可例如不大于约1mm；不大于约900μm；不大于约800μm；不大于约750μm；不大于约600μm；或不大于约500μm。

掺杂浓度梯度的一些实施方案对于钇铝石榴石区域的中心处或附近的点为大致对称的(例如，如图4所描绘的)。掺杂浓度梯度的一些实施方案对于钇铝石榴石区域的中心处或附近的点为大致不对称的(例如，如图3所描绘的)。其他实施方案可不对称于远离钇铝石榴石区域中心的点，例如，C_max在0至1/2L之间(例如1/4L)，或在另一实施方案中，C_max在1/2L至L之间(例如3/4L)(未图示)。

在一些实施方案中，掺杂浓度梯度可包括沿着基本上整个厚度的非零掺杂浓度。即，掺杂浓度沿着基本上整个厚度大于零。在一些实施方案中，掺杂浓度梯度可包含沿着基本上整个厚度有效产生荧光的掺杂浓度。

掺杂浓度梯度可包括具有规定的半峰值全宽的峰。举例而言，半峰值全宽可为约50μm至约500μm。半峰值全宽可例如为至少约50μm；至少约75μm；至少约100μm；至少约150μm；或至少约200μm。半峰值全宽可例如不大于约500μm；不大于约400μm；不大于约300μm；不大于约250μm；不大于约200μm；或不大于约150μm。在一些实施方案中，半峰值全宽可为YAG区域的厚度的至少约十分之一；YAG区域的厚度的至少约四分之一；YAG区域的厚度的至少约八分之一；YAG区域的厚度的至少约四分之一；或YAG区域的厚度的至少约八分之三。在一些实施方案中，半峰值全宽可不大于YAG区域的厚度的约八分之五；不大于YAG区域的厚度的约二分之一；不大于YAG区域的厚度的约八分之三；或不大于YAG区域的厚度的约四分之一。在一些实施方案中，掺杂浓度梯度基本上由单峰组成。

此外，掺杂浓度梯度可由沿着整个厚度的平均掺杂浓度来表征。平均掺杂浓度可例如为约0.1原子%至约0.5原子%。在一些实施方案中，平均掺杂浓度可为至少约0.05原子%；至少约0.1原子%；至少约0.2原子%；或至少约0.25原子%。在一些实施方案中，平均掺杂浓度可为不大于约1原子%；不大于约0.5原子%；不大于约0.4原子%；不大于约0.3原子%；或不大于约0.25原子%。最大掺杂浓度与平均掺杂浓度的比可例如为约5:1至约1.5:1；为约4:1至约1.5:1；或为约3:1至约2:1。

可并入钇铝石榴石区域以形成掺杂浓度梯度的掺杂剂的非限制性实例包括Nd、Er、Eu、Cr、Yb、Sm、Tb、Ce、Pr、By、Ho、Gd、Lu以及其组合。在一些实施方案中，掺杂剂为Ce。作为实例，掺杂的钇铝石榴石区域可由通式(Y_1-xCe_x)₃Al₅O₁₂表示。

如上文公开，本文公开的发射性陶瓷的一个优点表现为优异的内量子效率。在一些实施方案中，发射性陶瓷当暴露于波长为约455nm的辐射时表现出至少约0.80的内量子效率(IQE)。在一些实施方案中，发射性陶瓷当暴露于波长为约455nm的辐射时表现出至少约0.85的内量子效率(IQE)。在一些实施方案中，发射性陶瓷当暴露于波长为约455nm的辐射时表现出至少约0.90的内量子效率(IQE)。

多孔区域

发射性陶瓷可任选地包括一个或多个多孔区域(例如，零个、一个、两个、三个或更多个多孔区域)。在不束缚于任何特定理论的情况下，认为的是，添加多孔层减小发射性陶瓷的光发射特性的角依赖性。换言之，多孔区域可减小发射性陶瓷的光发射特性中的任何各向异性。

YAG区域内的一个或多个多孔区域的位置以及大小不受特别限制。在一些实施方案中，YAG区域至少包括第一多孔区域和第一非多孔区域。在一些实施方案中，YAG区域包括第一多孔区域、第一非多孔区域以及第二非多孔区域。在一些实施方案中，YAG区域包括第一多孔区域、第二多孔区域以及第一非多孔区域。

图25A为包括多孔区域的发射性陶瓷的一个实例。多孔层2505插入在第一非多孔层2510与第二非多孔层2515之间。多孔层2505、第一非多孔层2510以及第二非多孔层2515中的每一者均可包含YAG主体材料(即，所述组件共同形成发射性陶瓷的YAG区域)。如图25A中描绘，多孔区域可位于发射性陶瓷的中心处或附近。

在一些实施方案中，发射性陶瓷可包括第一多孔区域以及第二多孔区域，其中第一多孔区域和第二多孔区域具有不同的孔隙体积百分率。在一些实施方案中，发射性陶瓷可包括第一多孔区域以及第二多孔区域，其中第一多孔区域和第二多孔区域具有不同的平均孔隙大小。

图25B为包括具有不同孔隙体积的多个多孔层的发射性陶瓷的一个实例。发射性陶瓷包括第一多孔层2520，第一多孔层2520具有比第二多孔层2525低的孔隙率(例如，更低的平均孔隙大小和/或更低的孔隙体积百分率)。第一多孔层2520以及第二多孔层2525两者均布置在第一非多孔层2530与第二非多孔层2535之间。第一多孔层2520、第二多孔层2525、第一非多孔层2530以及第二非多孔层2535中的每一者均可包含YAG主体材料(即，所述组件共同形成发射性陶瓷的YAG区域)。

图25C为包括具有不同孔隙体积的多个多孔层的发射性陶瓷的另一实例。发射性陶瓷包括布置在第二多孔层2545与第三多孔层2550之间的第一多孔层2540。第一多孔层2540可具有与第二多孔层2545和第三多孔层2550两者都不同的孔隙率(例如，更低的平均孔隙大小和/或更低的孔隙体积百分率)。在一些实施方案中，第二多孔层2545与第三多孔层2550两者均具有相同孔隙率。在一些实施方案中，第二多孔层2545与第三多孔层2550具有不同孔隙率。第二多孔层2545以及第三多孔层2550可布置在第一非多孔层2555与第二非多孔层2560之间。第一多孔层2540、第二多孔层2545、第三多孔层2550、第一非多孔层2555以及第二非多孔层2560中的每一者均可包含YAG主体材料(即，所述组件共同形成发射性陶瓷的YAG区域)。

在一些实施方案中，发射性陶瓷中基本上所有YAG区域均为多孔的。即，YAG区域遍布有孔。在一些实施方案中，YAG区域具有沿着其厚度的均匀孔隙率。在一些实施方案中，YAG区域的孔隙率沿着其厚度改变。

一个或多个多孔区域中的孔隙的大小不受特别限制。一个或多个多孔区域中的平均孔隙大小可为例如至少约0.5μm；至少约1μm；至少约2μm；至少约4μm；或至少约7μm。多孔区域中的平均孔隙大小可为例如不大于约50μm；不大于约25μm；不大于约10μm；或不大于约7μm。在一些实施方案中，一个或多个多孔区域中的孔隙的平均大小可为约0.5μm至约50μm。举例而言，平均孔隙大小可为约4μm。如所提及的，发射性陶瓷可包括各自具有不同平均孔隙大小的两个或更多个多孔区域。

一个或多个多孔区域中的孔隙的体积百分率也可变化。一个或多个多孔区域中的孔隙的体积百分率可为例如至少约0.5%；至少约1%；至少约2%；至少约4%；至少约10%；或至少约20%。一个或多个多孔区域中的孔隙的体积百分率可为例如不大于约80%；不大于约50%；不大于约30%；不大于约20%；不大于约10%；或不大于约8%。在一些实施方案中，一个或多个多孔区域中的孔隙的体积百分率可为约0.5%至约80%。举例而言，一个或多个多孔区域中的孔隙的体积百分率可为约6%。如所提及的，发射性陶瓷可包括各自具有不同孔隙体积百分率的两个或更多个多孔区域。

如上文提及的，一个或多个多孔区域可为发射性陶瓷中的一个或多个层(例如，图25A中描绘的多孔层2505)。一个或多个多孔层的厚度可变化。一个或多个多孔层(例如，一个、两个、三个或更多个多孔层)可各自独立地具有约10μm至约800μm的厚度。在一些实施方案中，一个或多个多孔层可各自独立地具有约20μm至约400μm的厚度。一个或多个多孔层可例如各自独立地具有至少约10μm；至少约40μm；至少约80μm；至少约100μm；或至少约200μm的厚度。一个或多个多孔层可例如各自独立地具有不大于约400μm；不大于约300μm；不大于约250μm；不大于约200μm；不大于约150μm；不大于约100μm；或不大于约80μm的厚度。在一些实施方案中，至少一个多孔层(例如，一或两个多孔层)的厚度可小于或等于至少一个非多孔层的厚度。在一些实施方案中，至少一个多孔层(例如，一或两个多孔层)的厚度大于或等于至少一个非多孔层的厚度。

如将在下文进一步描述的，可例如通过烧结组件来制备一个或多个多孔层，所述组件包含分散于所述组件的至少一部分中的有机颗粒。可例如在脱脂或烧结期间使有机颗粒挥发以在发射性陶瓷的区域内产生孔隙。不同于掺杂剂，有机颗粒在加热时表现出最小(若存在)的扩散；因此，多孔区域的位置与组件中具有有机颗粒的层相关。因此，多孔区域的孔隙大小、孔隙体积百分率以及位置可由有机颗粒大小、有机颗粒的量以及有机颗粒在组件中的散布来控制。多孔层和非多孔层(若存在)的布置可因此易于通过改变用于制备发射性陶瓷的组件的结构而变化。此外，如上文论述的，组件的层中的掺杂浓度可类似地变化以获得所需掺杂剂和孔隙率散布。

非多孔区域可基本上不含孔隙。非多孔区域中的孔隙的体积百分率可例如不大于约0.05%；不大于约0.01%；或不大于约0.001%。

如上文提及的，一个或多个非多孔区域可为发射性陶瓷中的一个或多个层(例如，图25A中描绘的第一非多孔层2510)。一个或多个非多孔层的厚度可变化。一个或多个非多孔层(例如，一个、两个、三个或更多个非多孔层)可各自独立地具有约10μm至约800μm的厚度。在一些实施方案中，一个或多个非多孔层可各自独立地具有约20μm至约400μm的厚度。一个或多个非多孔层可例如各自独立地具有至少约10μm；至少约40μm；至少约80μm；至少约100μm；或至少约200μm的厚度。一个或多个非多孔层可例如各自独立地具有不大于约400μm；不大于约300μm；不大于约250μm；不大于约200μm；不大于约150μm；不大于约100μm；或不大于约80μm的厚度。

发射性陶瓷中的一个或多个多孔区域的位置可任选地在发射性陶瓷中具有对称结构。举例而言，图25A描绘了对称发射性陶瓷，条件是(i)第一非多孔层2510的厚度与第二非多孔层2515的厚度大致相同，以及(ii)在多孔层2505中孔隙率大致均匀。在一些实施方案中，发射性陶瓷中的一个或多个多孔区域可在发射性陶瓷中具有不对称结构。举例而言，图25B描绘了不对称发射性陶瓷，其原因至少在于第一多孔层2520与第二多孔层2525具有不同孔隙率。

至少一个多孔区域还可位于沿着厚度距离中点不超过规定的距离处。作为一个实例，至少一个多孔区域可位于沿着厚度距离中点不超过约250μm处。在一些实施方案中，至少一个多孔区域可位于沿着厚度距离中点不超过约200μm处；沿着厚度距离中点不超过约100μm处；沿着厚度距离中点不超过约50μm处；沿着厚度距离中点不超过约25μm处；或沿着厚度距离中点不超过约10μm处。在一些实施方案中，至少一个多孔区域可位于沿着厚度距离中点不超过约八分之三厚度处；沿着厚度距离中点不超过约四分之一厚度处；沿着厚度距离中点不超过约五分之一厚度处；沿着厚度距离中点不超过约八分之一厚度处；或沿着厚度距离中点不超过约十分之一厚度处。在一些实施方案中，至少一个多孔区域位于钇铝石榴石区域的中心处或附近。

在一些实施方案中，至少一个多孔层可位于距离第一表面或第二表面不超过规定的距离处。在一些实施方案中，至少一个多孔区域可位于距离第一表面或第二表面不超过约200μm处；距离第一表面或第二表面不超过约100μm处；距离第一表面或第二表面不超过约50μm处；距离第一表面或第二表面不超过约25μm处；或距离第一表面或第二表面不超过约10μm处。在一些实施方案中，至少一个多孔区域位于第一表面或第二表面处或附近。在一些实施方案中，第一多孔区域位于第一表面处或附近，并且第二多孔区域位于第二表面处或附近。

在一些实施方案中，至少一个非多孔区域位于第一表面或第二表面处或附近。在一些实施方案中，第一非多孔区域位于第一表面处或附近，并且第二非多孔区域位于第二表面处或附近。

在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于多孔层中。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于非多孔层中。在一些实施方案中，第一半最大掺杂浓度位于非多孔层中。在一些实施方案中，第一半最大掺杂浓度位于多孔层中。在一些实施方案中，第二半最大掺杂浓度位于非多孔层中。在一些实施方案中，第二半最大掺杂浓度位于多孔层中。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于多孔层中，第一半最大掺杂浓度位于第一非多孔层中，并且第二半最大掺杂浓度位于第二非多孔层中。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于第一多孔层中，第一半最大掺杂浓度位于第二多孔层中，并且第二半最大掺杂浓度位于第三多孔层中。在一些实施方案中，最大掺杂浓度位于第一多孔层中，第一半最大掺杂浓度位于第二多孔层中，并且第二半最大掺杂浓度位于第一非多孔层中。

制造发射性陶瓷的方法

本文公开的一些实施方案包括形成发射性陶瓷(诸如上文公开的任何发射性陶瓷)的方法。所述方法可包括烧结组件，其中组件包括布置在非掺杂层的一侧上的掺杂层。

图5A和图5B示出可根据本文公开的方法烧结的组件的一个实施方案。图5A为组件500的侧视图，组件500具有布置在非掺杂层520的一侧上的掺杂层510。图5B示出组件500的透视图。组件500可例如在适当条件下配置且烧结以获得与图3中所描绘的掺杂浓度梯度类似的掺杂浓度梯度。

图6A和图6B示出可根据本文公开的方法烧结的组件的另一实施方案。图6A为组件600的侧视图，组件600具有插入第一非掺杂层620与第二非掺杂层630之间的掺杂层610。图6B示出组件600的透视图。组件600可例如在适当条件下配置且烧结以获得与图4中所描绘的掺杂浓度梯度类似的掺杂浓度梯度。

组件的掺杂层可包含钇铝石榴石、钇铝石榴石前体，或其组合。钇铝石榴石前体可为在所述过程期间会形成钇铝石榴石的任何组分。作为实例，钇铝石榴石前体可为在烧结期间形成钇铝石榴石的化学计量比为3:5的Y₂O₃与Al₂O₃的混合物。在一些实施方案中，掺杂层包含至少50%的钇铝石榴石和/或其等效量的前体。在一些实施方案中，掺杂层包含至少80%的钇铝石榴石和/或其等效量的前体。在一些实施方案中，掺杂层包含至少90%的钇铝石榴石和/或其等效量的前体。在一些实施方案中，掺杂层基本上由钇铝石榴石和所需掺杂剂组成。

掺杂层还包含掺杂剂，例如Nd、Er、Eu、Cr、Yb、Sm、Tb、Ce、Pr、Gd、Dy、Ho、Lu以及其组合。在一些实施方案中，掺杂剂为Ce。掺杂层中掺杂剂的量可为在烧结完成之后有效赋予发射性陶瓷发荧光性的量。此外，申请人已发现掺杂层中掺杂剂的初始浓度可影响发射性陶瓷的内量子效率。因此，在一些实施方案中，掺杂层包含约0.1原子%至约5原子%的掺杂剂。掺杂层可例如包含至少约0.5原子%；至少约1原子%；至少约1.5原子%；或至少约2原子%的掺杂剂。掺杂层可例如包含不大于约4.5原子%；不大于约4原子%；不大于约3.5原子%；或不大于约3原子%的掺杂剂。在一些实施方案中，掺杂层含有大致均匀散布的掺杂剂。

组件(例如，可经烧结以形成发射性陶瓷的组件)中的一个或多个非掺杂层还可包含钇铝石榴石、钇铝石榴石前体，或其组合。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层包含至少50%的钇铝石榴石和/或其前体。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层包含至少80%的钇铝石榴石和/或其等效量的前体。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层包含至少90%的钇铝石榴石和/或其等效量的前体。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层基本上由钇铝石榴石和/或其等效量的前体组成。然而，一个或多个非掺杂层可基本上不含掺杂剂。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层可包含不能赋予发射性陶瓷发荧光性的量的掺杂剂。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层可包含小于约0.05原子%的掺杂剂。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层可包含小于约0.01原子%的掺杂剂。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层可包含小于约0.001原子%的掺杂剂。

在一些实施方案中，掺杂层与一个或多个非掺杂层的相对厚度可影响内量子效率。举例而言，对于较薄的发射性层，掺杂层内的掺杂剂可扩散入相邻非掺杂层，这减小了最大掺杂浓度。在不束缚于任何特定理论的情况下，认为的是，较低的掺杂浓度减少猝灭且因此增加内量子效率。相对而言，较厚的发射性层可能不表现出最大掺杂浓度的类似减小，其原因在于掺杂剂不能跨越较厚的掺杂层而扩散。这反过来可能引起较高的最大掺杂浓度，后者会增加猝灭。

因此，在一些实施方案中，掺杂层具有配置为能够减小掺杂层内的初始掺杂浓度的厚度。在一些实施方案中，掺杂层具有配置为能够在烧结期间从掺杂层扩散且扩散入非发射层或多个非发射层中的厚度。在一些实施方案中，掺杂层的厚度为约10μm至约200μm。在一些实施方案中，掺杂层的厚度为约40μm至约80μm。掺杂层可例如厚度为至少约20μm；至少约30μm；至少约40μm；或至少约50μm。掺杂层还可例如厚度为不大于约150μm；不大于约120μm；不大于约100μm；不大于约80μm；或不大于约70μm。

一个或多个非掺杂层(例如，一或两个非掺杂层)可各自独立地具有约40μm至约800μm的厚度。在一些实施方案中，一个或多个非掺杂层可各自独立地具有约40μm至约400μm的厚度。一个或多个非掺杂层可例如各自独立地具有至少约40μm；至少约80μm；至少约100μm；或至少约200μm的厚度。一个或多个非掺杂层可例如各自独立地具有不大于约400μm；不大于约300μm；不大于约250μm；不大于约200μm；不大于约150μm的厚度。在一些实施方案中，至少一个非掺杂层(例如，一或两个非掺杂层)可小于或等于掺杂层的厚度。在一些实施方案中，至少一个非掺杂层(例如，一或两个非掺杂层)大于或等于掺杂层的厚度。

组件可例如基本上由掺杂层和非掺杂层组成。换言之，组件包括掺杂层和非掺杂层，但不包括形成钇铝石榴石区域的任何其他层(例如，图5A以及图5B中的组件500)。非掺杂层的厚度可例如大于掺杂层的厚度。在一些实施方案中，非掺杂层的厚度相对于掺杂层的厚度的比可为约20:1至约1.5:1。非掺杂层的厚度相对于掺杂层的厚度的比可例如不大于约15:1；不大于约12:1；不大于约10:1；不大于约8:1；或不大于约5:1。非掺杂层的厚度相对于掺杂层的厚度的比还可例如为至少约2:1；至少约3:1；至少约4:1；或至少约5:1。

组件还可包括一个掺杂层和两个非掺杂层，或基本上由一个掺杂层和两个非掺杂层组成(例如，图6A以及6B中的组件600)。组件可因此具有第一非掺杂层和第二非掺杂层。第一非掺杂层和第二非掺杂层可各自独立地具有任何厚度，诸如上文所公开的那些厚度。举例而言，第一非掺杂层可厚度为约40μm至约400μm，并且第二非掺杂层可厚度为约40μm至约400μm。在一些实施方案中，第一非掺杂层比掺杂层厚。在一些实施方案中，第二非掺杂层比掺杂层厚。在一些实施方案中，第一非掺杂层和第二非掺杂层两者都比掺杂层厚。在一些实施方案中，第一非掺杂层与第二非掺杂层具有不同厚度。在一些实施方案中，第一非掺杂层与第二非掺杂层具有大致相同的厚度。

第一非掺杂层或第二非掺杂层相对于掺杂层的比可各自独立地在上文论述的范围内。举例而言，第一非掺杂层的厚度相对于掺杂层的厚度的比可为约20:1至约1.5:1。并且，第二非掺杂层的厚度相对于掺杂层的厚度的比可为约20:1至约1.5:1。

组件中的一个或多个层可任选地包含有机颗粒。可使这些有机颗粒挥发以在最终的发射性陶瓷中形成一个或多个多孔区域。在一些实施方案中，有机颗粒可包含聚合物。举例而言，有机颗粒可为交联聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)珠、聚苯乙烯珠以及聚乙烯珠。在一些实施方案中，组件中的至少一个掺杂层包含有机颗粒。在一些实施方案中，组件中的至少一个非掺杂层包含有机颗粒。在一些实施方案中，基本上整个组件均包含有机颗粒。在一些实施方案中，组件中的至少一个层基本上不含有机颗粒。

可基于最终发射性陶瓷中多孔区域的所需孔隙大小选择有机颗粒的大小。有机颗粒的平均最大尺寸可为例如至少约0.5μm；至少约1μm；至少约2μm；至少约4μm；或至少约7μm。有机颗粒的平均最大尺寸可为例如不大于约50μm；不大于约25μm；不大于约10μm；或不大于约7μm。在一些实施方案中，有机颗粒的平均最大尺寸可为约0.5μm至约50μm。举例而言，有机颗粒的平均最大尺寸可为约4μm。在一些实施方案中，组件可包括两个或更多个具有有机颗粒的层，其中至少两个层中的有机颗粒的平均最大尺寸不同。举例而言，组件可包括具有平均最大尺寸为约1μm的有机颗粒的掺杂层以及具有平均最大尺寸为约4μm的有机颗粒的非掺杂层。

在一些实施方案中，有机颗粒可为大体球形的(例如，珠)。在一些实施方案中，有机颗粒可具有小于约10；小于约5；或小于约2的长宽比。在一些实施方案中，有机颗粒具有约为1的长宽比。

各层中的有机颗粒的量可根据所需孔隙体积百分率而变化。获得所需孔隙体积百分率所必需的有机颗粒的量将根据诸如有机颗粒的大小和密度的各种因素而变化。本领域技术人员根据本申请的教导可容易地确定此量。在一些实施方案中，组件的至少一个层中的有机颗粒的量配置为产生具有孔隙体积百分率为约0.5%至约80%的多孔区域的最终发射性陶瓷。在一些实施方案中，组件的至少一个层中的有机颗粒的量配置为产生具有孔隙体积百分率为约1%至约30%的多孔区域的最终发射性陶瓷。

形成组件

可通过层压两个或更多个浇铸带(casttape)来形成组件，其中浇铸带可包含钇铝石榴石。至少一个浇铸带还将包含掺杂剂以形成掺杂层。层压以及烧结两个或更多个浇铸带的实例以及方法公开于美国专利第7,514,721号以及美国专利公开第2009/0108507号中，所述两者的全部内容并入本文作为参考。图7示出包括层压的形成发射性陶瓷的一个实施方案的制备流程图。

首先，可任选地调整原料(例如，基于硝酸盐或氧化物的原料，诸如用于形成YAG的Y₂O₃以及Al₂O₃)的粒径以减少溶剂蒸发期间由毛细管力导致的浇铸带破裂。举例而言，可通过预退火原料颗粒来调整粒径以获得所需粒径。可在约800°C至约1800°C(或更优选1000°C至约1500°C)的温度范围内预退火原料颗粒以获得所需粒径。预退火可在真空、空气、O₂、H₂、H₂/N₂或惰性气体(例如，He、Ar、Kr、Xe、Rn或其组合)中发生。在实施方案中，将各原料(例如，用于形成YAG的Y₂O₃以及Al₂O₃)调整为大致相同的粒径。在另一实施方案中，颗粒具有约0.5m²/g至约20m²/g(优选约1.0m²/g至约10m²/g，或更优选约3.0m²/g至约6.0m²/g)的BET表面积。

然后，可制备浆料以用于随后浇铸成带。预制的磷光体(例如，通过本文描述的基于流动的热化学合成路径制备的磷光体)和/或化学计量的原料可与各种组分混合以形成混合物。混合物的示例性组分包括，但不限于，掺杂剂、分散剂、增塑剂、粘合剂、烧结助剂以及溶剂。

在一些实施方案中，根据需要可使用少量的助熔材料(例如，烧结助剂)以便改善组件的烧结特性。在一些实施方案中，烧结助剂可包括，但不限于，正硅酸四乙酯(TEOS)、胶态二氧化硅、氧化锂、氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钡、氧化钙、氧化锶、氧化硼或氟化钙。其他烧结助剂包括，但不限于，诸如NaCl或KCl的碱金属卤化物，以及诸如脲的有机化合物。在一些实施方案中，组件包括约0.01重量%至约5重量%、约0.05重量%至约5重量%、约0.1重量%至约4重量%，或约0.3重量%至约1重量%的一种或多种助熔材料或烧结助剂。烧结助剂可与原料混合。举例而言，在一些实施方案中，正硅酸四乙酯(TEOS)可添加至原料中以提供所需量的烧结助剂。在一个实施方案中，在组件中提供约0.05重量%至约5重量%的TEOS。在一些实施方案中，TEOS的量可为约0.3重量%至约1重量%。

在一些实施方案中，还可包含各种增塑剂以降低玻璃转化温度和/或改善陶瓷的柔韧性。增塑剂的非限制性实例包括：基于二羧酸酯/三羧酸酯的增塑剂，例如邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸双(正丁基)酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异丁酯以及邻苯二甲酸二正己酯；基于己二酸酯的增塑剂，诸如己二酸双(2-乙基己基)酯、己二酸二甲酯、己二酸单甲酯以及己二酸二辛酯；基于癸二酸酯的增塑剂，诸如癸二酸二丁酯，以及顺丁烯二酸酯；顺丁烯二酸二丁酯；顺丁烯二酸二异丁酯；聚烷二醇，诸如聚乙二醇、聚丙二醇以及其共聚物；苯甲酸酯；环氧化植物油；磺酰胺，诸如N-乙基甲苯磺酰胺、N-(2-羟丙基)苯磺酰胺以及N-(正丁基)苯磺酰胺；有机磷酸酯，诸如磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯；二醇/聚醚，诸如三乙二醇二己酸酯、四乙二醇二庚酸酯；柠檬酸烷酯，诸如柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三辛酯、柠檬酸三己酯、乙酰柠檬酸三己酯、丁酰柠檬酸三己酯以及柠檬酸三甲酯；烷基磺酸苯酯；以及其混合物。

在一些实施方案中，通过不定时地添加粘合剂树脂和溶剂到原料粉末中来使过程变得更容易。粘合剂为改善经加热以形成复合物的组合物的颗粒的粘着的任何物质。粘合剂的一些非限制性实例包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯以及聚丁酸乙烯酯等。在一些(但非所有)情况下，粘合剂可能适合具有充分挥发性以使得其可在烧结阶段期间从前体混合物完全移除或消除。可使用的溶剂包括，但不限于：水；低碳烷醇，诸如但不限于，变性乙醇、甲醇、异丙醇以及其混合物，优选为变性乙醇；二甲苯；环己酮；丙酮；甲苯及甲基乙基酮；以及它们的混合物。在一优选实施方案中，溶剂为二甲苯与乙醇的混合物。

在一些实施方案中，分散剂可为Flowen、鱼油、长链聚合物、硬脂酸、氧化鲱鱼油、诸如丁二酸的二羧酸、脱水山梨糖醇单油酸酯、乙二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸以及其混合物。

在一些实施方案中，可添加有机颗粒以向最终的发射性陶瓷中的一个或多个层赋予孔隙率。有机颗粒可为上文关于组件所论述的任何有机颗粒。举例而言，有机颗粒可为交联聚甲基丙烯酸甲酯珠。在一些实施方案中，有机颗粒的平均最大尺寸可为约0.5μm至约50μm。此外，可基于最终的发射性陶瓷中的任何多孔区域的所需孔隙体积百分率来选择有机颗粒的量。

然后，可通过例如球磨研磨混合物约0.5小时至约100小时(优选约6小时至约48小时，或更优选约12小时至约24小时)来粉碎混合物以形成浆料。球磨研磨可利用研磨球，研磨球包含与混合物内混合的组分不同的材料(例如，对于形成YAG的混合物，研磨球可为ZrO₂)。在一实施方案中，球磨研磨包括在一段时间之后通过过滤或其他已知分离方法来分离研磨球。在一些实施方案中，浆料具有约10cP至约5000cP(优选约100cP至约3000cP，或更优选约400cP至1000cP)的粘度。

第三，可在脱模基板(releasingsubstrate)(例如，涂布有硅酮的聚对苯二甲酸乙二酯基板)上浇铸浆料以形成带。举例而言，浆料可使用刮浆刀浇铸在移动载体上且干燥以形成带。可通过改变刮浆刀与移动载体之间的间隙来调整浇铸带的厚度。在一些实施方案中，刮浆刀与移动载体之间的间隙为约0.125mm至约1.25mm(优选约0.25mm至约1.00mm，或更优选约0.375mm至约0.75mm)。同时，移动载体的速度可具有约10cm/min至约150cm/min(优选约30cm/min至约100cm/min，或更优选约40cm/min至约60cm/min)的速率。通过调整移动载体速度以及刮浆刀与移动载体之间的间隙，带可具有约20μm至约300μm的厚度。带可任选地在浇铸之后切割成所需形状。

层压两个或更多个带以形成组件。层压步骤可包含叠加两个或更多个带(例如，叠加2至100个带)且对经叠加的带施加加热以及单轴压力(例如，垂直于带表面的压力)。举例而言，可加热经叠加的带至高于带中所含的粘合剂的玻璃转化温度(T_g)，且使用金属模具单轴压缩。在一些实施方案中，单轴压力为约1MPa至约500MPa(优选约30MPa至约60MPa)。在一些实施方案中，施加加热以及压力约1分钟至约60分钟(优选约15分钟至约45分钟，或更优选约30分钟)。层压步骤可任选地包括通过例如使用成形模具在组件中形成各种形状(例如，孔或柱)或图案。

组件的一些实施方案包括至少一个含有钇铝石榴石或其前体且基本上不含掺杂剂的带。另外，组件包括至少一个具有钇铝石榴石或其前体以及掺杂剂的带。经叠加的带可经布置以获得所需组件结构和层厚度。举例而言，带可经叠加以获得图5A以及5B或图6A以及图6B中所示的结构。可通过改变组件中带的数目来改变掺杂层以及一个或多个非掺杂层的厚度。举例而言，为获得较厚的非掺杂层，可将另外层的带添加至组件中。

组件可任选地包括至少一个具有有机颗粒的带。在一些实施方案中，组件包括至少一个具有有机颗粒的带以及至少一个基本上不含有机颗粒的带。在一些实施方案中，组件包括至少一个具有第一大小的有机颗粒的带以及至少一个具有第二大小的有机颗粒的带，其中有机颗粒的第一大小不同于有机颗粒的第二大小。在一些实施方案中，组件包括至少一个具有以重量计的第一量的有机颗粒的带以及至少一个具有以重量计的第二量的有机颗粒的带，其中第一量不同于第二量。

烧结组件

本文公开的方法可包括烧结组件以获得发射性陶瓷。本领域技术人员根据本申请的教导可选择组件的适当结构以及烧结条件以获得发射性陶瓷，例如本文公开的具有掺杂浓度梯度的那些发射性陶瓷。

在不束缚于任何特定理论的情况下，认为的是，本文公开的过程会使掺杂剂扩散到掺杂层以外且扩散入非掺杂层。此扩散过程在最终的发射性陶瓷中产生掺杂浓度梯度。扩散大体描述为物质(例如，掺杂剂)自高浓度区域至低浓度区域移动。因此，掺杂剂可自具有高掺杂浓度的掺杂层扩散至具有较低掺杂浓度的非掺杂层。

烧结之后获得的发射性陶瓷的厚度上的相对浓度可使用费克第二定律：建模，其中x为沿着发射性陶瓷的厚度的位置；t为时间，且C(x,t)为在位置x处的掺杂浓度。根据边界条件(例如，组件的初始结构)而定，此方程式可使用各种解法。参见例如J.Crank，TheMathematicsofDiffusion(扩散数学)，牛津大学出版社，伦敦，1956年，其全部内容并入本文作为参考。

可使用简单解法来建模如图5A和5B所示而配置的组件。然而，此解法假设掺杂层以及非掺杂层两者都足够厚，使得掺杂浓度沿着厚度在第一表面以及第二表面附近保持不变。若此假设为合理的，则掺杂浓度梯度可建模为其中C₀为掺杂层中的初始掺杂浓度，且x为距离两个层之间界面的距离。最值得注意的是，此方程式显示界面附近的扩散梯度的斜率随时间降低。此变化还与扩散系数成比例。扩散系数大体随温度呈指数式增加。并且，在此模型中，半最大掺杂浓度将在两个层之间的界面附近。

基于上文，显而易见的是，烧结条件将影响最终的掺杂浓度分布。举例而言，烧结较长时间将降低浓度梯度的斜率，且产生较宽的峰。同时，升高烧结温度将增加扩散系数，其可加速扩散且与较低烧结温度相比在更短时间内产生降低的斜率。当然，上文提供的方程式仅提供本领域技术人员可用来选择合适烧结条件以获得所需掺杂浓度分布的简化模型。本领域技术人员将认识到，这些方程仅作为指导，其原因在于基本假设并不总是适用的。举例而言，费克第二定律假设扩散系数与浓度无关而为恒定的。然而，此假设并不总是适当的。

因此，本文公开的过程包括使至少一部分掺杂剂扩散到掺杂层以外。在一些实施方案中，至少30%的掺杂剂在所述过程期间扩散到掺杂层以外。在一些实施方案中，至少40%的掺杂剂在所述过程期间扩散到掺杂层以外。在一些实施方案中，至少50%的掺杂剂在所述过程期间扩散到掺杂层以外。在一些实施方案中，至少60%的掺杂剂在所述过程期间扩散到掺杂层以外。在一些实施方案中，至少70%的掺杂剂在所述过程期间扩散到掺杂层以外。

至少一部分掺杂剂可扩散入非掺杂层。举例而言，掺杂层中约30%的掺杂剂可扩散入非掺杂层。在一些实施方案中，至少一部分掺杂剂可扩散入第一非掺杂层和第二非掺杂层。作为实例，掺杂层中至少约20%的掺杂剂可扩散入第一非掺杂层中，并且掺杂层中至少约20%的掺杂剂可扩散入第二非掺杂层。

一些实施方案在烧结期间使掺杂层中第一量的掺杂剂扩散入第一非掺杂层且使掺杂层中第二量的掺杂剂扩散入第二非掺杂层。可部分地通过组件的几何形状来改变第一量与第二量的相对值。举例而言，在适当条件下，相对于较薄的第二非掺杂层，较厚的第一非掺杂层可接收更高量的掺杂剂。第一量与第二量的比可例如为约4:1至约1:4；为约3:1至约1:3；或为约2:1至约1:2。在一些实施方案中，第一量与第二量大致相同。

第一量的掺杂剂可例如为掺杂层中的至少约20%的掺杂剂；掺杂层中的至少约25%的掺杂剂；掺杂层中的至少约30%的掺杂剂；掺杂层中的至少约35%的掺杂剂；或掺杂层中的至少约40%的掺杂剂。第二量的掺杂剂可例如为掺杂层中的至少约20%的掺杂剂；掺杂层中的至少约25%的掺杂剂；掺杂层中的至少约30%的掺杂剂；掺杂层中的至少约35%的掺杂剂；或掺杂层中的至少约40%的掺杂剂。

还可调整烧结条件以相对于组件中掺杂层的初始最大掺杂浓度(例如，烧结之前)来控制发射性陶瓷中的最大掺杂浓度。举例而言，可烧结具有0.5原子%的Ce掺杂层的组件以产生具有最大掺杂浓度为约0.25原子%Ce的掺杂浓度梯度的发射性陶瓷。因此，在此情况下，最大掺杂浓度为掺杂层中的初始最大掺杂浓度的约50%。在一些实施方案中，发射性陶瓷的掺杂浓度梯度包括不大于组件的掺杂层中的初始掺杂浓度的约65%的最大掺杂浓度。发射性陶瓷的掺杂浓度梯度还可包括例如不大于组件的掺杂层中的初始掺杂浓度的约60%；不大于组件的掺杂层中的初始掺杂浓度的约55%；不大于组件的掺杂层中的初始掺杂浓度的约50%；不大于组件的掺杂层中的初始掺杂浓度的约40%；或不大于组件的掺杂层中的初始掺杂浓度的约25%的最大掺杂浓度。

在烧结之前，可完成任选的脱脂过程。脱脂过程包括使组件内的至少一部分有机组分分解(例如，使组件内的粘合剂、有机颗粒以及增塑剂挥发)。作为实例，可以约0.1°C/min至约10°C/min(优选约0.3°C/min至约5°C/min，或更优选约0.5°C/min至约1.5°C/min)的速率在空气中将组件加热至约300°C至约1200°C(优选约500°C至约1000°C，或更优选约800°C)的温度。加热步骤还可包括保持所述温度约30分钟至约300分钟，这可基于组件的厚度而进行选择。

可在真空、空气、O₂、H₂、H₂/N₂或惰性气体(例如，He、Ar、Kr、Xe、Rn或其组合)中、在约1200°C至约1900°C(优选约1300°C至约1800°C，或更优选约1350°C至约1700°C)的温度下烧结组件约1小时至约20小时(优选约2小时至约10小时)。在一些实施方案中，在单个步骤中完成脱脂和烧结过程。

在加热步骤期间组件可夹在盖板之间以减小组件的变形(例如，扭曲、翘曲、弯曲等)。盖板可包含熔点高于加热步骤期间所施加的温度的材料。此外，盖板可为足够多孔的，以准许已挥发组分穿过盖板而输送。作为实例，盖板可为具有约40%的孔隙率的二氧化锆。

在一些实施方案中，烧结或脱脂条件可有效地使组件中的任何有机颗粒挥发。这可在组件中产生与组件中有机颗粒的大小、量以及位置相对应的一个或多个多孔区域。在一些实施方案中，可在单独的加热步骤期间使有机颗粒挥发。

使用发射性陶瓷的照明装置以及方法

一些实施方案提供具有光源和发射性陶瓷的照明装置，所述发射性陶瓷配置为接收由光源发射的至少一部分辐射。发射性陶瓷可包含具有掺杂浓度梯度的钇铝石榴石区域，例如上文公开的任一种。

在一些实施方案中，光源可配置为发射蓝色辐射。蓝色辐射可例如具有约360nm至约500nm的峰值发射波长。在一些实施方案中，光源发射具有约450nm至约500nm的峰值发射波长的辐射。一些实施方案包含为半导体LED的光源。作为实例，光源可为耦合至电源的基于AlInGaN的单晶半导体材料。

图8为可包含本文公开的发射性陶瓷的照明装置的实例。副底座10具有光源15，诸如LED安装于其上的常规底座。光源15邻近发光层30，发光层30接收从光源15发射的至少一部分光。任选的密封树脂25放置于光源15以及发射层30上方。发射层30可包含本申请公开的任何发射性陶瓷。

在一些实施方案中，照明装置包含具有第一多孔区域和第二多孔区域的发射性陶瓷(例如，图8所描绘的发射层30)，其中第一多孔区域具有比第二多孔区域大的孔隙率(例如，更高的平均孔隙大小和/或更高的孔隙体积百分率)。第二多孔区域可例如布置在第一多孔区域与光源(例如，光源15)之间。

本文还公开产生光的方法，其包括将本申请公开的任何发射性陶瓷暴露于蓝色辐射。蓝色辐射可例如具有约360nm至约500nm的峰值发射波长。在一些实施方案中，蓝色辐射具有约450nm至约500nm的峰值发射波长。

在一些实施方案中，发射性陶瓷(例如，图8所描绘的发射层30)具有第一多孔区域和第二多孔区域，其中第一多孔区域具有比第二多孔区域大的孔隙率(例如，更高的平均孔隙大小和/或更高的孔隙体积百分率)。第二多孔区域可布置在发射性陶瓷的第一表面与第一多孔区域之间。所述方法可包括例如将蓝色辐射施加于发射性陶瓷的第一表面。

实施例

在以下实施例中进一步详细地公开其他实施方案，实施例决不意欲限制权利要求的范围。

实施例1：层压复合物的非发射层(未掺杂的主体材料)

使用55g具有3mm直径的经Y₂O₃稳定的ZrO₂球填充于50ml高纯度Al₂O₃球磨罐。在20ml玻璃瓶中，将0.153g分散剂(FlowlenG-700.Kyoeisha)、2ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)及2ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)混合，直至分散剂完全溶解。将分散剂溶液以及作为烧结助剂的四乙氧基硅烷(0.038g，Fluka)添加至球磨罐中。

将BET表面积为4.6m²/g的Y₂O₃粉末(3.984g，99.99%，批次N-YT4CP，NipponYttriumCompanyLtd.)以及BET表面积为6.6m²/g的Al₂O₃粉末(2.998g，99.99%，AKP-30级，SumitomoChemicalsCompanyLtd.)添加至球磨罐中。总粉末重量为7.0g，且Y₂O₃与Al₂O₃的比为化学计量比3:5。通过球磨研磨将Y₂O₃粉末、Al₂O₃粉末、分散剂、四乙氧基硅烷、二甲苯及乙醇混合24小时来制造第一浆料。

通过将3.5g聚(乙烯醇缩丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯)(Aldrich)、1.8g邻苯二甲酸正丁苄酯(98%，AlfaAesar)以及1.8g聚乙二醇(Mn=400，Aldrich)溶解于12ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)和12ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)中，从而制备粘合剂和增塑剂的溶液。通过将4g粘合剂溶液添加至第一浆料中，接着再研磨24小时来制备第二浆料。当球磨研磨完成时，使第二浆料穿过孔隙大小为0.05mm的注射器辅助金属网过滤器。通过使浆料中的溶剂蒸发并在室温下搅拌，从而将第二浆料的粘度调整成400厘泊(cP)。接着使用可调整涂膜机(PaulN.GardnerCompany,Inc.)以30cm/min的浇铸速率将浆料浇铸于脱模基板(例如，涂布有硅酮的载体基板(TapeCastingWarehouse))上。涂膜机上的刮浆刀间隙设定为0.381mm(15mil)。使浇铸带在环境大气下干燥过夜以产生约100μm厚的生片(greensheet)。

实施例2：层压复合物的非发射层(Al ₂ O ₃ 材料)

除了使用BET表面积为6.6m²/g的Al₂O₃(5g，99.99%，AKP-30级，SumitomoChemicalsCompanyLtd.)代替如上文描述的Y₂O₃以及Al₂O₃粉末来制备Al₂O₃生片之外，根据实施例1制造非发射层。制造约100μm厚的生片。

实施例3：发射层的等离子体层压物

将BET表面积为约20m²/g的含有1.0原子%铈(相对于钇)的等离子体制造的非晶氧化钇铝(化学计量为Y:Al:O=3:5:12)粉末(5.2g)添加至高纯度氧化铝燃烧舟中，随后在管形炉(MTIGSL-1600)中以3°C/min至5°C/min的加热缓变(ramp)在空气或3%H₂/97%N₂中退火至1350°C历时2小时。接着，以5°C/min的缓变使其冷却至室温。在退火之后获得BET表面积为4.6m²/g的黄色粉末。

使用24g具有3mm直径的经Y₂O₃稳定的ZrO₂球填充于50ml高纯度Al₂O₃球磨罐。接着，在20ml玻璃瓶中，将0.084g分散剂(FlowlenG-700.，Kyoeisha)、2ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)及2ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)混合，直至分散剂完全溶解。将分散剂溶液以及作为烧结助剂的四乙氧基硅烷(0.045g，99.0%纯度，Fluka)添加至球磨罐中。将BET表面积为4.6m²/g的经退火的等离子体YAG粉末(3.0g)添加至球磨罐中。通过球磨研磨将YAG粉末、分散剂、四乙氧基硅烷、二甲苯及乙醇混合24小时来制造第一浆料。

通过将5.25g聚(乙烯醇缩丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯)(Aldrich)、2.6g邻苯二甲酸正丁苄酯(98%，AlfaAesar)以及2.6g聚乙二醇(Mn=400，Aldrich)溶解于18ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)和18ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)中，从而制备粘合剂和增塑剂的溶液。通过将1.2g粘合剂溶液添加至第一浆料中，接着再研磨24小时来制造第二浆料。在球磨研磨完成时，使第二浆料穿过孔隙大小为0.05mm的注射器辅助金属网过滤器。通过使浆料中的溶剂蒸发并在室温下搅拌，从而将第二浆料的粘度调整成400厘泊(cP)。接着使用可调整涂膜机(PaulN.GardnerCompany,Inc.)以30cm/min的浇铸速率将浆料浇铸于脱模基板(例如，涂布有硅酮的载体基板(TapeCastingWarehouse))上。涂膜机上的刮浆刀间隙设定为0.127mm(5mil)。使浇铸带在环境大气下干燥过夜以产生约40μm厚的黄色生片。

实施例4：用于在TOF-SIMS(飞行时间二次离子质谱分析)中建立校准曲 线的YAG陶瓷

通过遵循如实施例3所描述的相同加工程序来制备等离子体YAG生片，其用于制造YAG:Ce陶瓷作为标准品来建立校准曲线。所制备的生片分别含有0.5原子%、1.0原子%以及1.5原子%的Ce。通过使用如实施例1所描述的相同加工程序的固态反应来制备YAG生片。所制备的生片不含有Ce。

实施例5：层压复合物

非发射性生片(例如，未掺杂的主体材料)包含原子比率为3:5的Y₂O₃和Al₂O₃粉末，每一片具有约100μm的厚度。发射性生片包含含有约1.0原子%Ce的经预退火的等离子体合成YAG:Ce粉末(40μm厚度)。Al₂O₃生片包含厚度为100μm的Al₂O₃粉末。使用激光切割机将这些生片切割成直径为约13mm的圆形形状。通过改变所切割的非发射性片段、发射性片段以及Al₂O₃片段的数目，如表1中所阐述的那样来构成多个层压复合物。

表1：组件结构

在表1中，[2-1-2]指代在一个发射层的每一侧上具有两个非发射层的分层。同时，[2-3-2]指代在3×40μm的复合发射层的每一侧上具有两个非发射层的分层。

将冲压的圆形形状的未掺杂生片以及等离子体YAG:Ce生片的各个片段放置在具有经镜面抛光的表面的圆形模具之间，并在热板上加热至80°C，随后在液压机中以5公吨的单轴压力压缩，并在所述压力下保持5分钟。由此制造发射层与非发射层的层压复合物。

为进行脱脂，将层压的生片夹在ZrO₂盖板(厚度为1mm，42510-X级，ESLElectroscienceInc.)之间，并且放置于5mm厚的Al₂O₃板上；接着在管形炉中、在空气中以0.5°C/min的缓变率加热至800°C，并且保持2小时以从生片移除有机组分。

脱脂之后，使组件在1500°C和20Torr下以1°C/min的加热速率退火5小时，以完成非发射层中的Y-Al-O非石榴石相(包括，但不限于，非晶氧化钇、YAP、YAM或Y₂O₃以及Al₂O₃)向钇铝石榴石(YAG)相的转化，并且增加最终的YAG粒度。

在第一退火之后，在10^-3Torr的真空中、在约1700°C下以5°C/min的加热速率进一步烧结组件5小时，并且以10°C/min的冷却速率冷却至室温，以制造约0.4mm厚度的半透明YAG陶瓷片。使烧结的浅褐色陶瓷片在炉中在20Torr和1400°C下分别以10°C/min的加热速率以及20°C/min的冷却速率(20Torr)再氧化2小时。烧结的层压复合物在800nm下表现出大于70%的透射率。当使用峰值发射波长为455nm的蓝色LED照射时，可观测到在发射层与非发射层之间无明确的边界，这表明铈自掺杂的等离子体YAG层显著扩散至非掺杂的YAG层。

实施例6：层压复合物的IQE测量结果

使用OtsukaElectronicsMCPD7000多信道光检测器系统(Osaka，JPN)连同诸如如下文描述的积分球、光源、单色器、光纤以及样品架的所需光学组件来进行IQE测量。

将直径为约11mm的如上文描述而构建的YAG:Ce磷光体陶瓷板放置于峰波长为455nm的发光二极管(LED)上，发光二极管(LED)具有折射率为约1.45的丙烯酸透镜。在积分球内部设置具有YAG:Ce的LED。由LED照射YAG:Ce陶瓷板，并且分别记录蓝色LED以及YAG:Ce陶瓷的光学辐射。接下来，从LED移除YAG:Ce陶瓷板，接着测量具有丙烯酸透镜的蓝色LED的辐射。

通过如图9所示的对仅为蓝色的LED与蓝色LED/YAG:Ce组合的辐射差异进行积分来计算IQE。测定层压复合物样品的IQE为90%(在200μm厚的YAG未掺杂层之间具有40μm厚的YAG:Ce层(1.0原子%的Ce)的等离子体产生的YAG)、85%(在200μm厚的YAG未掺杂层之间具有120μm厚的YAG:Ce层(1重量%的Ce)的等离子体产生的YAG)以及55%(在200μm厚的Al₂O₃未掺杂层之间具有40μm厚的YAG:Ce层(1重量%的Ce)的等离子体产生的YAG)。

实施例7：TOF-SIMS分析

通过TOF-SIMS(飞行时间二次离子质谱分析)分析从实施例5的样品1获得的烧结的陶瓷，并且在图10中示出结果。由图可见，如由点A(发射层与非发射层之间的界面)附近延伸入非发射层至少约100μm的Ce的拖尾量(tailingamount)所指示，Ce扩散入非掺杂层。Ce浓度减少至约0.45个单位。

还通过TOF-SIMS分析从实施例5的样品2获得的烧结的陶瓷。如图11中所示，使用120μm/YAG(0%的Ce)连同YAG未掺杂层的200μm层减小了Ce的扩散。这产生了在烧结之后保持基本上不变(例如，约10.0个单位)的最大浓度。

作为比较，还通过TOF-SIMS分析从实施例5的样品3获得的烧结的陶瓷。如图12中所示，使用Al₂O₃层基本上阻断了Ce的扩散，且得到基本不含掺杂剂的非发射层。并且，在烧结之后最大掺杂浓度保持基本上相同(例如，约10.0个单位)。

实施例8

根据实施例1、3以及5制备并烧结十六个不同组件。组件包括夹在两个约200μm厚的非掺杂层(每一侧上层压2×100μm片)之间的掺杂层。掺杂层具有约30μm至约160μm的厚度以及0.2%至约1.25%Ce的浓度。如上文在实施例5中所阐述的那样来测定每一复合板的IQE。在图13中示出结果。

实施例9

根据实施例1、3以及5制备并烧结九个不同组件。组件包括夹在两个约200μm厚的非掺杂层(每一侧上层压2×100μm片)之间的掺杂层。掺杂层具有约20μm至约50μm的厚度以及1.25%至约2.0%Ce的浓度。如上文在实施例5中所阐述的那样来测定每一复合板的IQE。在图14中示出结果。图15描绘了作为Ce浓度函数而绘制的IQE。所述图表明在浓度超过2.0原子%时渐增IQE表现为平高线。

实施例10

非发射性(例如，未掺杂)生片包含原子比率为3:5的Y₂O₃与Al₂O₃粉末，每一片具有约100μm的厚度。发射性生片包含含有约2.0原子%Ce的经预退火的等离子体合成YAG:Ce粉末(37μm厚度)。通过在发射层的每一侧上放置两个非发射生片(200μm)构建生片的层压物。使用激光切割机将这些生片切割成直径为约13mm的圆形形状。在比较样品中，使用包括下述的发射层构建YAG:Ce层压物，所述发射层包括含有1.0原子%Ce的等离子体YAG:Ce生片以及在每一侧上的含有0.5原子%Ce的等离子体YAG生片，如图16所示。掺杂层中的Ce浓度大致相同，而每一结构中的Ce浓度梯度不同。通过遵循如上文关于退火及评估所描述的程序，获得IQE值且在图17中示出。标记为050的样品表现出0.93的IQE，且标记为051的样品表现出0.71的IQE。此差异表明掺杂浓度梯度影响IQE。具有较高Ce浓度的薄发射层表现为有利于在无浓度猝灭的情况下通过扩散实现高IQE。

实施例11

非发射性(例如，未掺杂)生片包含原子比率为3:5的Y₂O₃与Al₂O₃粉末，每一具有约100μm的厚度的片如实施例1中所阐述的那样进行制备。在样品5至样品10中，如实施例3中所阐述的那样制备包含含有以下原子%Ce量的经预退火的等离子体合成YAG:Ce粉末的发射性生片：约0.5原子%Ce(37μm厚度)、1.5原子%Ce(28μm厚度)、2.0原子%Ce(23μm厚度)、0.2原子%Ce(160μm厚度)、1.25原子%Ce(100μm厚度)，以及4.0原子%Ce(16μm厚度)，除了使用各个所需Ce量来获得所需原子%并选择各个刮浆刀间隙来获得所需生片厚度，例如，对于37μm选择0.127mm(5mil)，对于28μm选择0.127mm(5mil)，对于23μm选择0.127mm(5mil)，对于40μm以及4×40叠加(160μm)选择0.127mm(5mil)，对于50μm以及2×50μm叠加(100μm)选择0.254mm(10mil)，对于16μm选择0.1016mm(4mil)。

在样品11中，如实施例3中所阐述的那样制备含有约1.0原子%Ce的发射性生片(50μm厚度)，除了使用Ce量来获得所需原子%并选择各个刮浆刀间隙来获得所需生片厚度(例如，对于50μm选择0.254mm(10mil))，并且所述生片包含如实施例1中描述的Y₂O₃以及Al₂O₃粉末(BET表面积为4.6m²/g的Y₂O₃粉末[3.984g，99.99%，批次N-YT4CP，NipponYttriumCompanyLtd.]以及BET表面积为6.6m²/g的Al₂O₃粉末[2.998g，99.99%，AKP-30级，SumitomoChemicalsCompanyLtd.)。

通过在发射层的每一侧上放置两个非发射性生片(200μm)来构建生片的层压物，如图6所示。使用激光切割机将这些生片切割成直径为约13mm的圆形形状。通过遵循如实施例4中关于退火及评估描述的程序(除了使这些生片在800°C下、在空气中退火以移除有机组分且在真空中、在1700°C下烧结约5小时)，获得如表2所示的IQE值。

表2：发射性陶瓷的组件结构以及所得IQE

样品	非掺杂层厚度	掺杂层厚度	掺杂层中Ce浓度	IQE
					5	200μm	40μm	0.5原子%	0.93
6	200μm	28μm	1.5原子%	0.90
					7	200μm	23μm	2.0原子%	0.95
8	200μm	160μm	0.2原子%	0.67
					9	200μm	100μm	1.25原子%	0.86
10	200μm	16μm	4.0原子%	0.79
					11	200μm	50μm	1.0原子%	0.94

实施例12

还分析如实施例11中制备的样品5至样品10以提供飞行时间二次离子质谱分析分布。

将YAG:Ce陶瓷板嵌入于环氧树脂中。在嵌入环氧树脂固化之后，机械抛光陶瓷样品。通过使用铋离子溅射移除样品的表面污染物。

使用TOF-SIMS5(ION-TOFGmbH，Munster，Germany)来进行TOF-SIMS分析。使用以25kV加速的脉冲铋一次离子(Bi+)照射陶瓷样品的表面。为获得质谱，通过反射型飞行时间质量分析器收集从样品发射的正二次离子，并且通过具有10kV后加速能量的微通道板检测器来检测。在分析模式下利用低能量淹没式电子枪(electronfloodgun)进行电荷中和。

首先制备离子影像(Al+、Ce+、Y+等)。接着，从离子影像重建沿着陶瓷的厚度方向的每一离子的分布曲线。产生表示信号强度与离子浓度之间关系的校准曲线。通过多个已知离子浓度的标准品绘制TOF-SIMS仪器的信号强度，从而提供如图18所示的校准曲线的确立。最终使用此校准曲线分析沿着每一YAG:Ce陶瓷板的厚度方向的实际Ce+离子原子百分数。

图19至图24示出实施例11的样品5至样品10的各自的TOF-SIMS分布。样品8以及样品9的Ce+TOF-SIMS分布与样品5至样品7的Ce+TOF-SIMS分布截然不同。

实施例13：具有聚合物珠的掺杂层

使用55g具有3mm直径的经Y₂O₃稳定的ZrO₂球填充于50ml高纯度Al₂O₃球磨罐。在20ml玻璃瓶中，将0.153g分散剂(FlowlenG-700.Kyoeisha)、2ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)及2ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)混合，直至分散剂完全溶解。将分散剂溶液以及作为烧结助剂的四乙氧基硅烷(0.038g，Fluka)添加至球磨罐中。

将BET表面积为4.6m²/g的Y₂O₃粉末(3.94g，99.99%，批次N-YT4CP，NipponYttriumCompanyLtd.)以及BET表面积为6.6m²/g的Al₂O₃粉末(3.00g，99.99%，AKP-30级，SumitomoChemicalsCompanyLtd.)以及Ce(NO₃)₃6H₂O(0.153g，99.99%，Aldrich)添加至球磨罐中。总粉末重量为7.0g，并且Y₂O₃与Al₂O₃的比为化学计量比3:5。通过球磨研磨将Y₂O₃粉末、Al₂O₃粉末、Ce(NO₃)₃6H₂O、分散剂、四乙氧基硅烷、二甲苯及乙醇混合24小时来制造第一浆料。

通过将3.5g聚(乙烯醇缩丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯)(Aldrich)、1.8g邻苯二甲酸正丁苄酯(98%，AlfaAesar)以及1.8g聚乙二醇(Mn=400，Aldrich)溶解于12ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)和12ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)中，从而制备粘合剂和增塑剂的溶液。通过将4g粘合剂溶液添加至第一浆料中，接着再研磨24小时来制造第二浆料。在球磨研磨完成时，使第二浆料穿过孔隙大小为0.05mm的注射器辅助金属网过滤器。

使用15g具有3mm直径的经Y₂O₃稳定的ZrO₂球填充于50ml高纯度Al₂O₃球磨罐。将10g第二浆料以及0.081g聚合物珠(1μm，交联聚甲基丙烯酸甲酯树脂，NipponShokubai，EpostarMA1001)添加至Al₂O₃球磨罐中，接着研磨4小时。通过使浆料中的溶剂蒸发并在室温下搅拌来将浆料的粘度调整成400厘泊(cP)。接着使用可调整涂膜机(PaulN.GardnerCompany,Inc.)以30cm/min的浇铸速率将浆料浇铸于脱模基板(例如，涂布有硅酮的载体基板(TapeCastingWarehouse))上。涂膜机上的刮浆刀间隙设定为0.127mm(5mil)。使浇铸带在环境大气下干燥过夜以产生约50μm厚的生片。

实施例14：具有聚合物珠的非掺杂层

使用55g具有3mm直径的经Y₂O₃稳定的ZrO₂球填充于50ml高纯度Al₂O₃球磨罐。在20ml玻璃瓶中，将0.153g分散剂(FlowlenG-700.Kyoeisha)、2ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)以及2ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)混合，直至分散剂完全溶解。将分散剂溶液以及作为烧结助剂的四乙氧基硅烷(0.038g，Fluka)添加至球磨罐中。

将BET表面积为4.6m²/g的Y₂O₃粉末(3.94g，99.99%，批次N-YT4CP，NipponYttriumCompanyLtd.)以及BET表面积为6.6m²/g的Al₂O₃粉末(3.00g，99.99%，AKP-30级，SumitomoChemicalsCompanyLtd.)添加至球磨罐中。总粉末重量为7.0g，且Y₂O₃与Al₂O₃的比为化学计量比3:5。通过球磨研磨将Y₂O₃粉末、Al₂O₃粉末、四乙氧基硅烷、二甲苯及乙醇混合24小时来制造第一浆料。

通过将3.5g聚(乙烯醇缩丁醛-共-乙烯醇-共-乙酸乙烯酯)(Aldrich)、1.8g邻苯二甲酸正丁苄酯(98%，AlfaAesar)以及1.8g聚乙二醇(Mn=400，Aldrich)溶解于12ml二甲苯(FisherScientific，实验室级)和12ml乙醇(FisherScientific，试剂醇)中，从而制备粘合剂和增塑剂的溶液。通过将4g粘合剂溶液添加至第一浆料中，接着再研磨24小时来制造第二浆料。在球磨研磨完成时，使第二浆料穿过孔隙大小为0.05mm的注射器辅助金属网过滤器。

使用15g具有3mm直径的经Y₂O₃稳定的ZrO₂球填充于50ml高纯度Al₂O₃球磨罐。将10g第二浆料以及2.284g聚合物珠(4μm，交联聚甲基丙烯酸甲酯树脂，NipponShokubai，EpostarMA1004)添加至Al₂O₃球磨罐中，接着研磨4小时。通过使浆料中的溶剂蒸发并在室温下搅拌来将浆料的粘度调整成400厘泊(cP)。接着使用可调整涂膜机(PaulN.GardnerCompany,Inc.)以30cm/min的浇铸速率将浆料浇铸于脱模基板(例如，涂布有硅酮的载体基板(TapeCastingWarehouse))上。涂膜机上的刮浆刀间隙设定为0.101mm(4mil)。使浇铸带在环境大气下干燥过夜以制造约40μm厚的生片。

实施例15：具有多孔层的发射性陶瓷

出于通过散射光致发光来改善色度的角依赖性的目的，将两种包含原子比为3:5的Y₂O₃与Al₂O₃粉末的非掺杂层(例如，未掺杂的主体材料)插入在掺杂层与不含有聚合物珠的非掺杂层之间，一种所述非掺杂层具有100μm的厚度且无聚合物珠，另一种则具有约40μm的厚度并具有60体积%的4μm的聚合物珠。掺杂层包含Y₂O₃与Al₂O₃，其含有约1.0原子%的Ce(50μm厚度)和5体积%的1μm大小的聚合物珠，以减小由波导效应引起的光致发光的输出耦合损耗。使用激光切割机将这些层切割成直径为约13mm的圆形形状。如表3中所阐述的那样来构成层压复合物的对称结构。

表3：组件结构

	层	珠载量(体积%)	珠大小(μm)	厚度(μm)	组合物
						1	非发射性	0	-	100	Y3Al5O12
2	非发射性	60	4	40	Y3Al5O12
						3	发射性	5	1	50	(Y0.99Ce0.01)3Al5O12
4	非发射性	60	4	40	Y3Al5O12
						5	非发射性	0	-	100	Y3Al5O12

将冲压的圆形形状的未掺杂生片以及掺杂生片的各个片段放置在具有经镜面抛光的表面的圆形模具之间，并且在热板上加热至80°C，随后在液压机中以5公吨的单轴压力压缩，并且在所述压力下保持5分钟。由此制造掺杂层与非掺杂层的层压复合物。

为进行脱脂，将组件夹在ZrO₂盖板(厚度为1mm，42510-X级，ESLElectroscienceInc.)之间，并且放置于5mm厚的Al₂O₃板上；接着在管形炉中、在空气中以0.5°C/min的缓变率加热至800°C，并且保持2小时以从生片移除有机组分。在此过程中，通过烧耗聚合物组分而在含有聚合物珠的层的一部分中形成多孔结构。

脱脂之后，使组件在1500°C和20Torr下以1°C/min的加热速率退火5小时，以完成非发射性层中的Y-Al-O非石榴石相(包括，但不限于，非晶氧化钇、YAP、YAM或Y₂O₃以及Al₂O₃)至钇铝石榴石(YAG)相的转化，并且增加最终的YAG粒度。

在第一退火之后，在10^-3Torr的真空中、在约1700°C下以5°C/min的加热速率进一步烧结组件5小时，并且以10°C/min的冷却速率冷却至室温，以制造约0.4mm厚度的半透明YAG陶瓷片。使烧结的浅褐色陶瓷片在炉中、在20Torr和1400°C下分别以10°C/min的加热速率以及20°C/min的冷却速率(20Torr)再氧化2小时。烧结的层压复合物在800nm下表现出大于50%的透射率。当使用峰值发射波长为455nm的蓝色LED照射时，可观测到在发射层与非发射层之间无明确的边界，这表明铈从掺杂的等离子体YAG层显著扩散至非掺杂的YAG层。

实施例16：层压复合物的IQE以及角依赖性测量结果

使用如实施例6中描述的设备及机构进行IQE测量。根据实施例15制造的具有多孔层的层压复合物样品的IQE为90%。

使用如图26所示的机构来测量YAG磷光体陶瓷的色度坐标的角依赖性。该机构包括用于收集光致发光信号的高敏度多通道光检测器以及积分球(OTSUKAELECTRONICS，OsakaJapan)。360度旋转平台以及位移台允许光致发光源的角度相对于积分球在0度至360度的范围内变化。通过硅酮树脂将切割成1.0mm×1.0mm的磷光体陶瓷附接至蓝色LED源(CreeInc.)，并且在环境大气下、在150°C下固化1小时以形成LED模块。将LED模块安装到样品架上，样品架附接至旋转平台。为测量角依赖性，向LED模块施加3.0V的直流电压以及0.1A的电流。从0度(定义为YAG陶瓷表面朝向积分球法线的位置)开始，以10度的间隔，在顺时针方向以及逆时针方向上至90度(意指YAG陶瓷的边缘指向积分球)记录YAG陶瓷的光致发光。

通过相对角度绘制色度坐标来获得YAG陶瓷的角依赖性，如图27所示。方形数据点是对实施例15所制备的发射性陶瓷测量的，而圆形数据点是对实施例11制备的发射性陶瓷(即，无任何多孔区域)测量的。自图27可见，在发射性陶瓷中包括多孔区域改善了发光特性的各向同性。

Claims (82)

1.发射性陶瓷，其包括钇铝石榴石(YAG)区域以及掺杂剂，所述掺杂剂具有沿着所述YAG区域的厚度在第一表面与第二表面之间的浓度梯度，其中所述浓度梯度具有非零值的变化斜率并且包括最大掺杂浓度、第一半最大掺杂浓度以及在所述第一半最大掺杂浓度处或附近的第一斜率，其中所述第一斜率的绝对值为0.001原子％/μm至0.004原子％/μm。

2.如权利要求1所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度为0.25原子％至0.5原子％。

3.如权利要求1或2所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度位于距离所述第一表面或所述第二表面不超过100μm处。

4.如权利要求1或2所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度位于距离所述YAG区域的厚度的中心不超过100μm处。

5.如权利要求1所述的发射性陶瓷，其中所述第一半最大掺杂浓度位于距离所述最大掺杂浓度的位置至少25μm处。

6.如权利要求1所述的发射性陶瓷，其中所述第一半最大掺杂浓度位于距离所述第一表面和所述第二表面至少50μm处。

7.如权利要求1所述的发射性陶瓷，其还包括第二半最大掺杂浓度，所述第二半最大掺杂浓度位于距离所述第一半最大掺杂浓度的位置至少25μm处。

8.如权利要求7所述的发射性陶瓷，其中所述第二半最大掺杂浓度位于距离所述最大掺杂浓度的位置至少25μm处。

9.如权利要求7所述的发射性陶瓷，其还包括在所述第二半最大掺杂浓度处或附近的第二斜率，其中所述第二斜率的绝对值为0.001原子％/μm至0.004原子％/μm。

10.如权利要求9所述的发射性陶瓷，其中所述第一斜率的绝对值与所述第二斜率的绝对值相同。

11.如权利要求1所述的发射性陶瓷，其中所述掺杂浓度梯度包括半峰值全宽为50μm至400μm的峰。

12.如权利要求1所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域的厚度为100μm至1mm。

13.如权利要求1所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域还包括第一多孔区域。

14.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域的孔隙体积为0.5％至80％。

15.如权利要求14所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域的孔隙体积为1％至30％。

16.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域包含平均大小为0.5μm至50μm的孔隙。

17.如权利要求16所述的发射性陶瓷，其中所述孔隙的平均大小为1.0μm至10μm。

18.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域还包括第一非多孔区域以及第二非多孔区域，并且其中所述第一多孔区域布置在第一非多孔区域与第二非多孔区域之间。

19.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域还包括第一非多孔区域以及第二多孔区域，并且其中所述第一非多孔区域布置在第一多孔区域与第二多孔区域之间。

20.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域位于距离所述YAG区域的厚度的中心不超过100μm处。

21.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域位于距离所述YAG区域的厚度的中心至少25μm处。

22.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域位于所述YAG区域的第一表面处或附近，或者位于所述YAG区域的第二表面处或附近。

23.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域与所述多孔区域的大小相同。

24.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域的厚度为10μm至400μm。

25.如权利要求13所述的发射性陶瓷，其中通过使所述YAG区域或其前体内的有机颗粒挥发来获得所述第一多孔区域。

26.发射性陶瓷，其包含钇铝石榴石(YAG)区域以及掺杂剂，所述掺杂剂具有沿着所述YAG区域的厚度在第一表面和第二表面之间的浓度梯度，其中所述浓度梯度具有非零值的变化斜率并且包括最大掺杂浓度、第一半最大掺杂浓度以及在所述第一半最大掺杂浓度处或附近的第一斜率，其中所述第一斜率的绝对值为所述最大掺杂浓度除以所述厚度的八分之一至所述最大掺杂浓度除以所述厚度的两倍。

27.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度位于沿着所述YAG区域的厚度的四分之一至四分之三之间。

28.如权利要求27所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度位于所述YAG区域的厚度的中心处或附近。

29.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度位于距离在所述YAG区域的厚度的相对侧上的第一表面或第二表面不超过十分之一厚度处。

30.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度为0.25原子％至0.5原子％。

31.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述第一斜率的绝对值为0.001原子％/μm至0.004原子％/μm。

32.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述浓度梯度还包括在第二半最大掺杂浓度处或附近的第二斜率，其中所述第二斜率的绝对值为所述最大掺杂浓度除以所述厚度的八分之一至所述最大掺杂浓度除以所述厚度的两倍。

33.如权利要求32所述的发射性陶瓷，其中所述第一斜率的绝对值与所述第二斜率的绝对值相同。

34.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述第一半最大掺杂浓度距离所述第一表面以及所述第二表面两者至少十分之一所述YAG区域厚度，并且其中所述第一半最大掺杂浓度距离所述最大掺杂浓度至少十分之一所述厚度。

35.如权利要求32所述的发射性陶瓷，其中所述第二半最大掺杂浓度距离所述第一表面以及所述第二表面两者至少十分之一所述YAG区域厚度，并且其中所述第二半最大掺杂浓度距离所述最大掺杂浓度以及所述第一半最大浓度两者至少十分之一所述厚度。

36.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域的厚度为100μm至1mm。

37.如权利要求26至36中任一项所述的发射性陶瓷，其中所述掺杂浓度梯度对于位于所述YAG区域的中心处或附近的点为对称的。

38.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述掺杂浓度梯度包括沿着整个所述YAG区域厚度的有效产生荧光的掺杂浓度。

39.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述掺杂浓度梯度的平均掺杂浓度为0.01原子％至0.5原子％。

40.如权利要求39所述的发射性陶瓷，其中所述最大掺杂浓度与所述平均掺杂浓度的比为5:1至1.5:1。

41.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述掺杂浓度梯度还包括半峰值全宽为五分之一所述厚度至五分之四所述厚度的峰。

42.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域还包括第一多孔区域。

43.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域的孔隙体积为0.5％至80％。

44.如权利要求43所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域的孔隙体积为10％至30％。

45.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域包括平均大小为0.5μm至50μm的孔隙。

46.如权利要求45所述的发射性陶瓷，其中所述孔隙的平均大小为1.0μm至10μm。

47.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域还包括第一非多孔区域以及第二非多孔区域，并且其中所述第一多孔区域布置在第一非多孔区域与第二非多孔区域之间。

48.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域还包括第一非多孔区域以及第二多孔区域，并且其中所述第一非多孔区域布置在第一多孔区域与第二多孔区域之间。

49.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域位于距离所述YAG区域的厚度的中心不超过100μm处。

50.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域位于距离所述YAG区域的厚度的中心至少25μm处。

51.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域位于所述YAG区域的第一表面处或附近，或者位于所述YAG区域的第二表面处或附近。

52.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述YAG区域与所述多孔区域的大小相同。

53.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中所述第一多孔区域的厚度为10μm至400μm。

54.如权利要求42所述的发射性陶瓷，其中通过使所述YAG区域或其前体内的有机颗粒挥发来获得所述第一多孔区域。

55.如权利要求26所述的发射性陶瓷，其中所述发射性陶瓷当暴露于波长为455nm的辐射时表现出至少0.80的内量子效率(IQE)。

56.形成发射性陶瓷的方法，其包括烧结组件，其中所述组件包括布置在第一非掺杂层的一侧上的掺杂层，其中：

所述掺杂层包含钇铝石榴石(YAG)、YAG前体或其组合、以及掺杂剂，其中所述掺杂层的厚度为10μm至200μm；

所述第一非掺杂层包含YAG、YAG前体或其组合，其中所述第一非掺杂层的厚度为40μm至800μm；以及

在所述过程期间，所述掺杂层中至少30％的所述掺杂剂扩散到所述掺杂层以外。

57.如权利要求56所述的方法，其中所述掺杂层布置在所述第一非掺杂层与第二非掺杂层之间，所述第二非掺杂层包含YAG、YAG前体或其组合，并且其中所述第一非掺杂层以及所述第二非掺杂层各自独立地具有40μm至400μm的厚度。

58.如权利要求57所述的方法，其中在所述烧结期间，所述掺杂层中至少一部分所述掺杂剂扩散入所述第一非掺杂层以及所述第二非掺杂层两者。

59.如权利要求56所述的方法，其中在所述过程期间，所述掺杂层中不超过80％的所述掺杂剂扩散到所述掺杂层以外。

60.如权利要求56所述的方法，其中所述掺杂层的厚度为40μm至80μm。

61.如权利要求57所述的方法，其中：

所述第一非掺杂层的厚度与所述第二非掺杂层的厚度相同；以及

所述第一非掺杂层的厚度以及所述第二非掺杂层的厚度均大于所述掺杂层的厚度。

62.如权利要求57所述的方法，其中：

所述第一非掺杂层的厚度小于所述第二非掺杂层的厚度；以及

所述第二非掺杂层的厚度大于或等于所述掺杂层的厚度。

63.如权利要求56所述的方法，其中所述组件的总厚度为100μm至1mm。

64.如权利要求56所述的方法，其中所述掺杂层包括0.1原子％至5原子％。

65.如权利要求57所述的方法，其中：

在所述过程期间，所述掺杂层中第一量的掺杂剂扩散入所述第一非掺杂层；

在所述过程期间，所述掺杂层中第二量的掺杂剂扩散入所述第二非掺杂层；以及

所述掺杂剂的第一量与所述掺杂剂的第二量的比为4:1至1:4。

66.如权利要求65所述的方法，其中所述掺杂剂的第一量与所述掺杂剂的第二量相同。

67.如权利要求56所述的方法，其中烧结所述组件包括在1000℃至1900℃的温度下加热所述组件至少2小时。

68.如权利要求67所述的方法，其中所述温度为1300℃至1800℃。

69.如权利要求67所述的方法，其中所述组件在所述温度下加热至少5小时。

70.如权利要求67所述的方法，其中所述组件在所述温度下加热不超过20小时。

71.如权利要求56所述的方法，其中所述掺杂层或所述第一非掺杂层中的至少一个包含有机颗粒。

72.如权利要求71所述的方法，其中所述有机颗粒包括聚合物。

73.如权利要求71所述的方法，其中所述有机颗粒的最大直径为0.5μm至50μm。

74.如权利要求71所述的方法，其中所述掺杂层及所述第一非掺杂层中的至少一个包含0.5体积％至80体积％的量的有机颗粒。

75.如权利要求71所述的方法，其中所述掺杂层包含所述有机颗粒。

76.如权利要求71所述的方法，其中所述第一非掺杂层包含所述有机颗粒。

77.如权利要求71所述的方法，其中所述组件的每一层包含所述有机颗粒。

78.如权利要求71所述的方法，其中所述组件中至少一个层不含所述有机颗粒。

79.发射性陶瓷，其通过权利要求56所述的方法制造。

80.如权利要求79所述的发射性陶瓷，其中所述发射性陶瓷当暴露于波长为455nm的辐射时表现出至少0.80的内量子效率(IQE)。

81.照明装置，其包括：

光源，其配置为发射蓝色辐射；以及

权利要求1所述的发射性陶瓷，其中所述发射性陶瓷配置为接收至少一部分所述蓝色辐射。

82.产生光的方法，其包括将权利要求1所述的发射性陶瓷暴露于蓝色辐射。