RU2484555C2 - Рассеяние света регулируемой пористостью в оптической керамике для светоизлучающих диодов - Google Patents

Рассеяние света регулируемой пористостью в оптической керамике для светоизлучающих диодов Download PDF

Info

Publication number
RU2484555C2
RU2484555C2 RU2010133989/28A RU2010133989A RU2484555C2 RU 2484555 C2 RU2484555 C2 RU 2484555C2 RU 2010133989/28 A RU2010133989/28 A RU 2010133989/28A RU 2010133989 A RU2010133989 A RU 2010133989A RU 2484555 C2 RU2484555 C2 RU 2484555C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
ceramic
polymer particles
ceramic element
light emitting
Prior art date
Application number
RU2010133989/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010133989A (ru
Inventor
Якобус Г. БУРЕКАМП
Оливер Й. СТЕЙГЕЛМАНН
ХАЛ Хенрикус А.М. ВАН
Йоханнес Ф.М. СИЛЛЕССЕН
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Publication of RU2010133989A publication Critical patent/RU2010133989A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2484555C2 publication Critical patent/RU2484555C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C04B35/505—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds based on yttrium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/80—Optical properties, e.g. transparency or reflexibility
    • C04B2111/807—Luminescent or fluorescent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

Согласно изобретению предложен способ изготовления светоизлучающего устройства, включающий обеспечение суспензии, включающей в себя керамические частицы, по меньшей мере, одного материала, преобразующего длину волны, и полимерные частицы (301), имеющие диаметр от 2 до 10 мкм; образование керамического материала (300) из указанной суспензии; удаление указанных полимерных частиц (301) из указанного керамического материала (300) путем подвергания керамического материала термической обработке, заключающейся в разложении или окислении указанных полимерных частиц, чтобы обеспечить пористый керамический элемент (302), имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм; и установку указанного пористого керамического элемента (302), чтобы принимать свет от, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода. Также предложен способ изготовления керамического элемента. Изобретение обеспечивает способ изготовления светоизлучающего устройства, которое предотвращает формирование желтого кольца вокруг устройства и которое предусматривает более управляемый и надежный способ достижения желательной пористости во время производства, причем устройство является простым и недорогим, чтобы изготовление предусматривало массовое производство. 2 н.п., 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству, включающему, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, и, по меньшей мере, один пористый керамический элемент, включающий, по меньшей мере, один материал для преобразования длины волны, причем указанный керамический элемент устраивают так, чтобы принимать свет от указанного светоизлучающего диода; и к способу производства устройства и пористого керамического элемента.
Уровень техники
Полупроводниковые светоизлучающие устройства, включающие светоизлучающие диоды (СИД), находятся среди самых эффективных и надежных источников света, доступных в настоящее время. Освещение требует источников белого света, в частности источников белого света с высокими цветопередающими свойствами. Различные попытки были сделаны, чтобы изготовить системы освещения, излучающие белый свет, используя СИД как источник излучения.
Одним способом получения белого света является использование синего СИД и конвертирование части излученного света в желтый свет (спектр с длины волны приблизительно 580 нм) с помощью материалов, преобразующих длину волны, таких как, например, люминофоры на основе модифицированного YAG:Ce. Так как желтый свет стимулирует красные и зеленые рецепторы глаза, то смесь синего и желтого света дает появление белого цвета.
Как правило, это делают, устраивая люминофорсодержащий материал, то есть материал, преобразующий длину волны, на СИД таким образом, чтобы часть света, излучаемого СИД, поглощалась люминофорами и испускалась как свет с длиной волны, отличающейся от длины волны поглощенного света.
Однако одной проблемой, связанной с таким устройством, является однородность цвета полученного света. Конверсионную силу материала, преобразующего длину волны, регулирует содержание активатора (например, Ce как в YAG:Ce) и длина пробега синего света, который проходит через керамический элемент. Этот путь зависит от толщины и рассеивания материала, преобразующего длину волны. Как правило, керамический элемент проводит синий свет к краям. Так как в этом направлении длина пробега намного больше, чем тогда, когда бы свет излучался в вертикальном направлении, то получают более высокий коэффициент конверсии и это приводит к образованию так называемого "желтого кольца", если смотрят под большими углами.
Чтобы решить проблему образования желтого кольца и получить ощущение однородности цвета, рассеивание должно иметь место в керамическом элементе.
Патент WO 2006/097876 описывает применение люминофора в поликристаллической керамической структуре и светоизлучающего элемента, имеющего поликристаллическую структуру, включающего СИД, в котором комозитная структура частиц люминофора встроена в матрицу, включающую поликристаллический керамический оксид алюминия.
Патент WO 2006/097876 утверждает, что однородность цвета может быть достигнута введением пор и вторых фаз, которые дают рассеяние света. Пористость не должна превышать 1%, и размеры пор должны быть сохранены малыми, например меньше 300 нм, предпочтительно меньше 50 нм.
В керамике пористость обычно получают, останавливая спекание на промежуточной стадии процесса, чтобы избежать образования устойчивого, полностью плотного керамического материала. Свойством такого процесса является то, что регулирование определенного уровня пористости является трудным делом, поскольку малая разность температур может вызывать большие изменения плотности (и пористости), имеющие последствия для силы конверсии цвета, и, таким образом, однородности цвета. Такие керамические элементы не соответствуют массовому производству.
Следовательно, есть потребность в технологии производить светоизлучающее устройство, которое предотвращает формирование желтого кольца вокруг устройства и которое предусматривает более управляемый и надежный способ достижения желательной пористости во время производства, причем устройство является простым и недорогим, чтобы изготовление предусматривало массовое производство.
Сущность изобретения
Одной целью настоящего изобретения является, по меньшей мере, частично восполнить вышеупомянутую потребность и обеспечить светоизлучающее устройство, которое излучает свет с высокой однородностью цвета, особенно, где избегают выходящего света, приводящего к формированию желтого кольца вокруг светоизлучающего устройства.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечить такое светоизлучающее устройство, которое просто и недорого производить, таким образом, давая возможность массового производства таких светоизлучающих устройств.
Эти и другие цели настоящего изобретения достигают светоизлучающим устройством и способами его производства согласно приложенной формуле изобретения.
Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству, включающему, по меньшей мере, один светоизлучающий диод и, по меньшей мере, один пористый керамический элемент. Пористый керамический элемент включает, по меньшей мере, один материал, преобразующий длину волны, и устроен так, чтобы принимать свет от светоизлучающего диода (диодов). Керамический элемент имеет средний диаметр пор от 2 до 10 мкм.
В устройстве по настоящему изобретению свет, который излучается СИД под косыми углами, будет входить в пористый керамический элемент и будет рассеиваться порами, обеспеченными там. Функция пор - быть центрами рассеивания, и в результате синее первичное излучение и желтое вторичное излучение смешиваются однородно. Следовательно, получают ощущение однородного цвета, и формирование желтого кольца на краях устройства предотвращается.
Средний интервал диаметров пор от 2 до 10 мкм обеспечивает желательное рассеивание, тем самым приводя к однородному излучению света. Другое преимущество этого среднего интервала диаметров пор состоит в том, что регулированная пористость может быть получена во время стадии спекания производственного процесса. Обычно эта стадия является критической стадией, так как поры с диаметром меньше, чем описанный интервал, трудно поддерживать в керамическом материале при спекании.
В вариантах изобретения керамический элемент образуют из керамических частиц, имеющих средний размер частиц 5-10 мкм.
Для керамических элементов, образованных из керамических частиц, имеющих вышеупомянутый размер частиц, средний диаметр пор составляет предпочтительно больше, чем 2 мкм. Это имеет место вследствие того факта, что поддержание пористости во время спекания является трудным и ненадежным делом, так как поры меньше чем приблизительно 2 мкм трудно поддерживать. С другой стороны, если средний диаметр превышает 10 мкм, большая степень света рассеивается в обратном направлении, то есть к светоизлучающему диоду (диодам), так что эффективность светового выхода снижается.
Следовательно, средний диаметр пор от 2 до 10 мкм согласно настоящему изобретению предусматривает компромисс между достигнутой однородностью цвета и световой отдачей, которая снижается вследствие обратного рассеяния.
Рассеивание, полученное с порами вышеупомянутого интервала среднего диаметра, приводит к повышенной конверсии синего света в желтый свет таким образом, что угловая однородность цвета и эффективность светового излучения все еще является достаточной.
Предпочтительно, диаметр пор указанного керамического элемента составляет от 2 до 5 мкм. В пределах этого интервала потеря света вследствие обратного рассеяния снижается далее.
В одном варианте настоящего изобретения пористость керамического элемента находится в интервале от 1,5 до 5% по объему. Пористость в пределах этого интервала может быть легко получена во время производства и остается постоянной во время заключительной стадии спекания.
Кроме того, интервал пористости от 1,5 до 5% приводит к желательному рассеиванию и предотвращает образование желтого кольца вокруг светоизлучающего устройства.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу производства светоизлучающего устройства, включающему:
обеспечение суспензии, включающей керамические частицы, по меньшей мере, одного материала, преобразующего длину волны, и полимерные частицы, имеющие диаметр от 2 до 10 мкм;
образование керамического материала из указанной суспензии;
удаление указанных полимерных частиц из указанного керамического материала, чтобы обеспечить пористый керамический элемент, имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм; и
монтаж указанного пористого керамического элемента, чтобы получать свет от, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.
Способ по изобретению прост и недорог и, таким образом, дает возможность массового производства светоизлучающих устройств.
Важным преимуществом способа по изобретению является то, что он нацелен на желательное рассеивание регулируемой пористостью спеченного керамического материала. Соответственно, регулируемая пористость может быть достигнута в финальной стадии спекания, избегая необходимости использовать частичное спекание.
Способ по изобретению делает возможным точно регулировать пористость (и рассеяние) до требуемого количества. В вариантах изобретения керамические материалы имеют средний размер частиц от 5 до 10 мкм.
В предпочтительном варианте изобретения полимерные частицы имеют средний диаметр от 2 до 5 мкм, обеспечивая поры в керамическом элементе, имеющие, по существу, тот же самый средний диаметр. В пределах этого интервала меньше света теряется вследствие обратного рассеяния.
В вариантах осуществления полимерные частицы включают, например, полистирол или полиакрилат. Такие полимеры могут быть легко диспергированы и полностью удаляются при термообработке.
В способе выше полимерные частицы удаляют, подвергая указанный керамический (зеленый) материал термообработке при температуре до 1000°C. Тем самым полимерные частицы и материал связующего компонента, если таковой вообще имеется, удаляют из керамического материала.
Пористый керамический элемент, полученный в стадии (c), может затем быть подвергнут термообработке при температуре выше 1000°C такой, что обеспечивает стабильный и максимально уплотненный пористый керамический элемент, имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм. Во время этой стадии процесса смесь спекают таким образом, что керамические частицы сплавляются. Следовательно, таким образом, получают конечный керамический элемент, включающий поры, имеющие средний диаметр пор от 2 до 10 мкм, причем указанный пористый керамический элемент является твердым и максимально уплотненным.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает очень надежный способ достичь желательной пористости, и, следовательно, определенно настроенный уровень рассеивания в спеченном керамическом люминофоре может быть реализован.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к производству керамического элемента, включающему:
обеспечение суспензии, включающей керамические частицы, по меньшей мере, одного материала, преобразующего длины волн, и полимерные частицы, имеющие диаметр от 2 до 10 мкм;
образование керамического материала из указанной суспензии;
удаление указанных полимерных частиц из указанного керамического материала, чтобы обеспечить пористый керамический элемент, имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм.
Такой керамический элемент может быть произведен заранее и позже смонтирован на светоизлучающих диодах с образованием светоизлучающего устройства. Это облегчает массовое производство светоизлучающих устройств по настоящему изобретению.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и выявлены в отношении варианта (вариантов), описанного в дальнейшем.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является схемой, поясняющей светоизлучающее устройство по настоящему изобретению.
Фиг.2 показывает отклонение координаты v' цвета как функции угла наблюдения для светоизлучающего устройства, включающего условный керамический элемент (фиг.2a) по сравнению с изобретательским светоизлучающим устройством, включающим пористый керамический элемент (фиг.2b).
Фиг.3 показывает способ производства светоизлучающего устройства по изобретению.
Фиг.4a показывает микроструктуру керамического элемента после спекания, который не был подвергнут изобретательскому способу производства.
Фиг.4b показывает микроструктуру керамического элемента после спекания, который был подвергнут изобретательскому способу производства.
Фиг.5a показывает пористость керамического пористого элемента в зависимости от концентрации полимерных частиц.
Фиг.5b показывает пропускание керамического пористого элемента в зависимости от концентрации полимерных частиц.
Подробное описание вариантов изобретения
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству, включающему, по меньшей мере, один светоизлучающий диод и, по меньшей мере, один пористый керамический элемент, включающий, по меньшей мере, один материал, преобразующий длину волны, и способы производства светоизлучающего устройства и пористого керамического элемента.
Один вариант конструкции светоизлучающего устройства 100 согласно настоящему изобретению показан на фиг.1. Светоизлучающее устройство 100 включает, по меньшей мере, один светоизлучающий диод 101 и, по меньшей мере, один пористый керамический элемент 102. Пористый керамический элемент 102 устроен так, чтобы принимать свет от светоизлучающего диода 101. Керамический элемент 102 имеет керамическую микроструктуру, характеризующуюся средним диаметром пор от 2 до 10 мкм.
Пористый керамический элемент 102 получает свет, излучаемый светоизлучающим диодом (диодами) 101, и преобразует его в свет с более длинной длиной волны.
Пористый керамический элемент 102 служит элементом, преобразующим длину волны, и является самонесущим. Такой самонесущий керамический элемент может быть массово производен в большом объеме, дополнен включенными порами и может затем на более поздней стадии быть установлен на светоизлучающем устройстве по изобретению. Кроме того, керамический элемент является устойчивым к воздействию температуры, окисления и излучения и не будет ухудшаться, когда подвергается действию тепла, кислорода и(или) света. Керамический элемент по настоящему изобретению имеет высокий показатель преломления, увеличивающий взаимодействие света в элементе преобразования длины волны.
Обычно пористый керамический элемент является чрезвычайно прозрачным.
Предпочтительно, СИД 101 является диодом, излучающим синий свет, а керамический элемент адаптирован, чтобы поглощать синий свет, излучая желтый свет. Комбинированное испускание неконвертированного синего излучения СИД и желтого конвертированного света производит ощущение белого света.
При контакте с порами 103 в керамическом материале свет будет рассеиваться в различных направлениях (показано стрелками на фиг.1), а испускаемый свет 104 был эффективно преобразован материалом, преобразующим длину волны в пористом керамическом элементе 103, таким образом, что получают ощущение однородного цвета.
В вариантах конструкции изобретения керамический элемент образуют из керамических частиц, имеющих средний размер частиц 5-10 мкм.
Таким образом, средний диаметр пор 103 должен быть в пределах интервала от 2 до 10 мкм. Если поры являются слишком малыми, то есть меньше чем приблизительно 2 мкм, керамическому элементу трудно оставаться стабильным, то есть сохранять поры во время заключительного этапа производственного процесса, которым является спекание при высокой температуре. Поры со средним диаметром ниже 2 мкм, вероятно, исчезают во время этой стадии.
Однако если поры 103 являются слишком большими, то есть больше чем 10 мкм, свет, излучаемый СИД 101, может быть рассеян в обратном направлении, то есть в направлении к светоизлучающему диоду (диодам) 101, приводя к потере света и эффективности устройства.
Соответственно, основной проблемой является найти компромисс между однородностью цвета, достигаемой за счет увеличения числа и размера пор, и световой отдачей, которая снижается вследствие обратного рассеяния.
Вышеупомянутый целевой интервал среднего диаметра пор 2-10 мкм решает эту задачу и является оптимальным для рассеивания, в то время как поры сохраняются в пределах керамического элемента во время производства. Соответственно, образование желтого кольца также предотвращается, как показано на фиг.2.
Светоизлучающее устройство, включающее пористый керамический элемент, обеспечивает почти постоянное значение координаты v' цвета по углу наблюдения (фиг.2a), тогда как светоизлучающее устройство, включающее обычный керамический элемент, характеризуется более высокими v' (цвет кажется более желтоватым) под большими углами.
Пористый керамический элемент светоизлучающего устройства по изобретению может быть точно настроен и отрегулирован во время способа производства керамики.
В предпочтительном варианте конструкции средний диаметр пор пористого керамического элемента составляет от 2 до 5 мкм. В пределах этого интервала меньше света теряется вследствие обратного рассеивания.
В вариантах изобретения пористость керамического элемента составляет между 1,5 и 5%. Пористость в пределах этого интервала может быть легко получена во время производства и остается постоянной во время заключительной стадии спекания. Кроме того, интервал пористости от 1,5 до 5% приводит к желательному рассеиванию и предотвращает образование желтого кольца вокруг светоизлучающего устройства.
Используемый здесь термин "пористость" определяют как безразмерное число, представляющее часть полного объема изделия, которая занята порами.
Керамический элемент по настоящему изобретению может включать любой материал, преобразующий длину волны, обычно используемый в технологии. Обычно применяют люминофор типа алюмоиттриевого граната АИГ (YAG, основная формула: Y3AI5O12), допированный Ce3+. Предпочтительно, материал, преобразующий длину волны, является неорганическим материалом, преобразующим длину волны. Примеры включают, но не ограничиваются ими, YAG:Ce, YAG(Gd):Ce (основная формула: (Y,Gd)3AI5O12), LuAG:Ce (основная формула: Lu3AI5O12), Sr-SiNO:Eu (оксинитридный люминофор) или (BaSr)SiN:Eu (нитридный люминофор) в качестве основных материалов и любую комбинацию двух или больше из них.
В вариантах конструкции керамический элемент включает больше, чем один материал, преобразующий длину волны.
Термин "материал, преобразующий длину волны", как используют здесь, относится к материалу, который поглощает свет первой длины волны и испускает свет второй, более длинной, длины волны. После поглощения света электроны в материале становятся возбужденными до более высокого энергетического уровня. После релаксации назад с более высоких энергетических уровней избыточная энергия выделяется из материала в форме света, имеющего более длинную длину волны, чем поглощенный свет. Следовательно, термин относится как к флуоресцентному, так и к фосфоресцентному преобразованию длины волны.
Настоящее изобретение также относится к способу производства светоизлучающего устройства, включающему:
обеспечение суспензии, включающей керамические частицы, по меньшей мере, одного материала, преобразующего длину волны, и полимерные частицы, имеющие диаметр от 2 до 10 мкм;
образование керамического материала из указанной суспензии;
удаление указанных полимерных частиц из указанного керамического материала, чтобы обеспечить пористый керамический элемент, имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм; и
установку указанного пористого керамического элемента, чтобы получать свет от, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.
В настоящем изобретении указанную суспензию получают, смешивая керамические частицы материала, преобразующего длину волны, и полимерные частицы, имеющие средний диаметр от 2 до 10 мкм, если требуется, с любым другим подходящим средством, таким как связующий компонент, диспергирующее средство, противопенное средство, разделительное средство и(или) пластификатор. Средний размер керамических частиц обычно составляет от 5 до 10 мкм.
Как упомянуто ранее, средний диаметр пор в пределах интервала от 2 до 10 мкм предпочтителен, так как это дает желательный эффект рассеивания в пределах пористого керамического элемента, и пористость устройства будет регулироваться во время производства. Обычные способы остановки спекания на промежуточной стадии производственного процесса не позволяют регулировать конкретный уровень пористости или конкретный средний диаметр пор. Это является следствием того, что малая разность температур во время обжига может вызвать большие изменения пористости, имеющие последствия для однородности цвета. Частичное спекание, например, путем снижения температуры спекания может привести к большому изменению пористости в спекаемом наборе образцов и даже в единственном образце вследствие температурных градиентов, типичных для промышленных печей спекания. Полимерные частицы, имеющие средний диаметр от 2 до 5 мкм, образуют особенно предпочтительный вариант изобретения.
В вариантах настоящего изобретения полимерные частицы включают полистирол или полиакрилат, но настоящее изобретение не ограничивается ими. Любой полимер, который может быть суспендирован в воде или органическом растворителе, может использоваться в настоящем изобретении.
Керамический материал затем образуют первым гранулированием керамической суспензии, включающей полимерные частицы, и затем формированием керамического материала, то есть пластинки, включающей керамический материал, преобразующий длину волны. Любой обычный способ образования такой керамической пластинки может использоваться, например, прессование, шликерное литье, пленочное литье, прессование между валиками, экструдирование или литье под давлением.
Необязательно керамическая пластинка может быть высушена, чтобы удалить любую жидкость, остающуюся в керамическом материале.
Полимерные частицы после этого удаляют, подвергая керамический (зеленый) материал термообработке. Термин "удаление" полимерных частиц означает, что полимерные частицы разлагаются или окисляются в результате термообработки. Следовательно, они по существу исчезают из керамического материала, оставляя открытые поры на своем месте.
Как показано на фиг.3, керамический материал, то есть керамическую пластинку 300, включающую полимерные частицы 301, подвергают термообработке таким образом, что получают пористый керамический элемент 302. Пористый керамический элемент 302 включает поры 303, имеющие средний диаметр пор от 2 до 10 мкм. Эти поры остаются после термообработки.
Как правило, эту термообработку выполняют при температуре до 1000°C, предпочтительно при температуре до 500°C в зависимости от температуры разложения или окисления используемого полимера. Во время этой стадии полимерные частицы 301 и любые связующие материалы, добавленные в вышеупомянутом процессе, удаляют из керамического материала 300, обеспечивая поры 303, имеющие средний диаметр пор от 2 до 10 мкм, обычно от 2 до 5 мкм.
Способ по изобретению обычно включает дополнительную стадию термообработки указанного пористого керамического элемента при температуре выше 1000°C после стадии (c). После термообработки получают твердый и максимально уплотненный пористый керамический элемент, включающий материал, преобразующий длину волны. Как правило, эту термообработку выполняют при температуре выше 1000°C, например, между 1600°C и 1700°C для YAG:Ce. Во время этой стадии способа керамический материал спекается таким образом, что керамические частицы сплавляются, тем самым обеспечивая конечный пористый керамический элемент, который является твердым и уплотненным до максимального значения. Вторая термообработка, то есть спекание, может быть выполнена, например, на воздухе или в атмосфере азота или в любой другой подходящей атмосфере спекания.
Фиг.4 показывает различие в микроструктуре керамического элемента, который был подвергнут изобретательскому способу (фиг.4b), по сравнению с обычным спеканием без использования полимерных частиц (фиг.4a). Как может быть замечено на фиг.4b, поры остаются после стадии спекания. После этого пластинки могут быть выращены до желательной толщины и могут также быть нарезаны на множество пористых керамических элементов.
Пористый керамический элемент затем устанавливают на, по меньшей мере, одном светоизлучающем устройстве, то есть устраивают так, чтобы принимать свет от светоизлучающего диода (диодов). Это может быть сделано немедленно после вышеупомянутых стадий (a)-(c). Альтернативно произведенные пористые керамические элементы хранят какое-то время, прежде чем устанавливать их на СИД.
Что касается фиг.5a и 5b, пористость и, следовательно, также пропускание пористого керамического элемента зависит от количества полимерных добавленных частиц. Графики на фиг.5a и 5b показывают, что пористость может быть точно настроена и отрегулирована взвешиванием средства для используемого количества образцов.
Элемент, преобразующий длину волны, устраивают так, чтобы принимать свет от СИД, обычно посредством соединяющего слоя, как обычно известно специалистам в технологии. В дальнейшем аспекте настоящего изобретения предложен способ производства керамического элемента. Такой способ включает:
обеспечение суспензии, включающей керамические частицы, по меньшей мере, одного материала, преобразующего длину волны, и полимерные частицы, имеющие диаметр от 2 до 10 мкм;
образование керамического материала из указанной суспензии; и
удаление указанных полимерных частиц из указанного керамического материала, чтобы обеспечить пористый керамический элемент, имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм; и
установку указанного пористого керамического элемента так, чтобы получать свет от, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.
Подводим итог: настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству, включающему, по меньшей мере, один светоизлучающий диод и, по меньшей мере, один пористый керамический элемент, который керамический элемент монтирует так, чтобы получать свет от светоизлучающего диода (диодов). Настоящее изобретение также относится к способам производства светоизлучающего устройства и пористого керамического элемента.
В то время как изобретение показано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, такие чертежи и описание нужно считать иллюстративными или типичными, а не ограничивающими; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами.
Другие изменения раскрытых вариантов могут быть поняты и произведены специалистами в технологии при осуществлении заявленного изобретения из изучения чертежей, описания и приложенной формулы изобретения. Например, настоящее изобретение не ограничивается использованием синего СИД. Кроме того, другие типы СИД с различным цветом и комбинациями длин волн могут использоваться.
Кроме того, элемент, преобразующий длину волны, не ограничивается применением к конкретному типу СИД, но может быть применен ко всем типам доступных СИД.
Способ производства элементов, преобразующих длину волны, из пластинки, включающей материал, преобразующий длину волны, не ограничивается конкретной толщиной или размером пластинки, но может быть изменен для различных приложений.
Далее единственный элемент, преобразующий длину волны, может быть устроен для нескольких светоизлучающих диодов для преобразования света из больше чем одного СИД.

Claims (8)

1. Способ изготовления светоизлучающего устройства, включающий в себя: обеспечение суспензии, включающей в себя керамические частицы, по меньшей мере, одного материала, преобразующего длину волны, и полимерные частицы (301), имеющие диаметр от 2 до 10 мкм;
образование керамического материала (300) из указанной суспензии;
удаление указанных полимерных частиц (301) из указанного керамического материала (300) путем подвергания керамического материала термической обработке, заключающейся в разложении или окислении указанных полимерных частиц, чтобы обеспечить пористый керамический элемент (302), имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм; и
установку указанного пористого керамического элемента (302), чтобы принимать свет от, по меньшей мере, одного светоизлучающего диода.
2. Способ по п.1, в котором указанные керамические частицы имеют средний размер частиц от 5 до 10 мкм.
3. Способ по п.1 или 2, в котором указанные полимерные частицы (301) имеют средний диаметр от 2 до 5 мкм.
4. Способ по п.1 или 2, в котором указанные полимерные частицы (301) включают полистирол или полиакрилат.
5. Способ по п.1 или 2, в котором указанную термообработку выполняют при температуре до 1000°C.
6. Способ по п.5, в котором указанную термообработку выполняют при температуре до 500°C.
7. Способ по п.1 или 2, далее включающий термообработку указанного пористого керамического элемента (302) при температуре выше 1000°C после указанной стадии удаления полимерных частиц.
8. Способ изготовления пористого керамического элемента, включающий в себя:
обеспечение суспензии, включающей в себя керамические частицы, по меньшей мере, одного материала, преобразующего длину волны, и полимерные частицы (301), имеющие диаметр от 2 до 10 мкм;
образование керамического материала (300) из указанной суспензии;
удаление указанных полимерных частиц (301) из указанного керамического материала (300) посредством подвергания керамического материала термической обработке, заключающейся в разложении или окислении указанных полимерных частиц, чтобы обеспечить пористый керамический элемент (302), имеющий средний диаметр пор от 2 до 10 мкм.
RU2010133989/28A 2008-01-15 2009-01-09 Рассеяние света регулируемой пористостью в оптической керамике для светоизлучающих диодов RU2484555C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08150250.2 2008-01-15
EP08150250 2008-01-15
PCT/IB2009/050086 WO2009090580A1 (en) 2008-01-15 2009-01-09 Light scattering by controlled porosity in optical ceramics for leds

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010133989A RU2010133989A (ru) 2012-02-27
RU2484555C2 true RU2484555C2 (ru) 2013-06-10

Family

ID=40474645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010133989/28A RU2484555C2 (ru) 2008-01-15 2009-01-09 Рассеяние света регулируемой пористостью в оптической керамике для светоизлучающих диодов

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8728835B2 (ru)
EP (1) EP2245111B1 (ru)
JP (1) JP5670745B2 (ru)
KR (1) KR101500976B1 (ru)
CN (1) CN101910361B (ru)
RU (1) RU2484555C2 (ru)
TW (1) TWI487773B (ru)
WO (1) WO2009090580A1 (ru)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102782088B (zh) * 2010-01-28 2015-08-26 奥斯兰姆施尔凡尼亚公司 发光陶瓷转换器及其制备方法
WO2011115820A1 (en) 2010-03-19 2011-09-22 Nitto Denko Corporation Garnet-based phosphor ceramic sheets for light emitting device
EP2378575A1 (de) * 2010-04-19 2011-10-19 EMPA Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Optisches Element, insbesondere zur Veränderung des von einer LED- Lichtquelle emittierten Lichts, und Verfahren zu dessen Herstellung
US9133392B2 (en) 2010-07-22 2015-09-15 Osram Opto Semiconductors Gmbh Garnet material, method for its manufacturing and radiation-emitting component comprising the garnet material
JP6096121B2 (ja) * 2010-12-01 2017-03-15 日東電工株式会社 ドーパントの濃度勾配を有する放射性セラミック材料、ならびにその製造方法および使用方法
DE102011010118A1 (de) 2011-02-02 2012-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Keramisches Konversionselement, Halbleiterchip mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements
KR101952138B1 (ko) 2011-02-24 2019-02-26 닛토 덴코 가부시키가이샤 형광체 성분을 갖는 발광 복합물
KR101877463B1 (ko) * 2011-07-18 2018-07-13 엘지이노텍 주식회사 표시장치
DE102011084961A1 (de) * 2011-10-21 2013-04-25 Osram Gmbh Leuchtstoffrad, Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffrads und Beleuchtungsanordnung
DE102012005654B4 (de) * 2011-10-25 2021-03-04 Schott Ag Optischer Konverter für hohe Leuchtdichten
JP2015510954A (ja) 2012-03-06 2015-04-13 日東電工株式会社 発光デバイス用のセラミック体
US8931922B2 (en) * 2012-03-22 2015-01-13 Osram Sylvania Inc. Ceramic wavelength-conversion plates and light sources including the same
US9337398B2 (en) 2012-03-29 2016-05-10 Koninklijke Philips N.V. Phosphor in inorganic binder for LED applications
CN103968332B (zh) * 2013-01-25 2015-10-07 深圳市光峰光电技术有限公司 一种波长转换装置、发光装置及投影系统
DE102013100832A1 (de) * 2013-01-28 2014-07-31 Schott Ag Stark streuender keramischer Konverter sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung
DE102013100821B4 (de) * 2013-01-28 2017-05-04 Schott Ag Polykristalline Keramiken, deren Herstellung und Verwendungen
US9599724B2 (en) 2013-05-08 2017-03-21 Koninklijke Philips N.V. Gamma radiation detection device
WO2014185562A1 (ko) * 2013-05-13 2014-11-20 주식회사 나노신소재 유기발광소자용 광산란막 및 그 제조방법
WO2015077357A1 (en) * 2013-11-22 2015-05-28 Nitto Denko Corporation Light extraction element
US20160023242A1 (en) * 2014-07-28 2016-01-28 Osram Sylvania Inc. Method of making wavelength converters for solid state lighting applications
KR102203690B1 (ko) * 2014-08-21 2021-01-15 엘지이노텍 주식회사 형광체 플레이트 및 이를 제조하는 방법
EP3280952B1 (en) * 2015-04-07 2020-03-04 Materion Corporation Optically enhanced solid-state light converters
KR102187150B1 (ko) * 2017-01-13 2021-01-08 심만식 황색링 제거와 배광도 및 균일도를 향상시킨 광학렌즈
CN109467453B (zh) * 2017-09-07 2021-12-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有特征微观结构的荧光陶瓷及其制备方法和应用
US10761246B2 (en) 2017-12-22 2020-09-01 Lumileds Llc Light emitting semiconductor device having polymer-filled sub-micron pores in porous structure to tune light scattering
CN111712936B (zh) * 2017-12-22 2023-10-20 亮锐有限责任公司 对光散射进行调谐的多孔微米尺寸颗粒
CN110615679B (zh) * 2019-06-25 2022-07-01 苏州创思得新材料有限公司 一种高光效陶瓷荧光片
CN112420897A (zh) * 2019-08-20 2021-02-26 群创光电股份有限公司 电子装置
CN113024252A (zh) * 2019-12-09 2021-06-25 上海航空电器有限公司 白光激光照明用多级孔结构陶瓷荧光体及其制备方法
WO2023076349A1 (en) * 2021-10-29 2023-05-04 Lumileds Llc Patterned deposition mask formed using polymer dispersed in a liquid solvent

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2212734C1 (ru) * 2002-07-10 2003-09-20 Закрытое Акционерное Общество "Светлана - Оптоэлектроника" Полупроводниковый источник света
US20060170332A1 (en) * 2003-03-13 2006-08-03 Hiroto Tamaki Light emitting film, luminescent device, method for manufacturing light emitting film and method for manufacturing luminescent device
WO2006097876A1 (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Phosphor in polycrystalline ceramic structure and a light-emitting element comprising same
WO2007107917A2 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Electroluminescent device
US20070262335A1 (en) * 2006-05-12 2007-11-15 Stanley Electric Co., Ltd. Light emitting device with porous alumina reflector and its manufacture

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62176970A (ja) * 1985-06-27 1987-08-03 トヨタ自動車株式会社 メカニカルシ−ル用焼結セラミツク製スラストワツシヤ
US20020197456A1 (en) * 1993-06-30 2002-12-26 Pope Edward J. A. Integrated electro-luminescent biochip
US6210612B1 (en) * 1997-03-31 2001-04-03 Pouvair Corporation Method for the manufacture of porous ceramic articles
US6429583B1 (en) * 1998-11-30 2002-08-06 General Electric Company Light emitting device with ba2mgsi2o7:eu2+, ba2sio4:eu2+, or (srxcay ba1-x-y)(a1zga1-z)2sr:eu2+phosphors
US6703780B2 (en) * 2001-01-16 2004-03-09 General Electric Company Organic electroluminescent device with a ceramic output coupler and method of making the same
US6613255B2 (en) * 2001-04-13 2003-09-02 The Boeing Company Method of making a permeable ceramic tile insulation
US7554258B2 (en) 2002-10-22 2009-06-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light source having an LED and a luminescence conversion body and method for producing the luminescence conversion body
PL214676B1 (pl) 2003-02-12 2013-09-30 Ngk Insulators Ltd Sposób wytwarzania porowatej ceramiki
JP4429004B2 (ja) * 2003-12-17 2010-03-10 京セラ株式会社 摺動部材用多孔質セラミック焼結体の製造方法とこれにより得られた摺動部材用多孔質セラミック焼結体並びにこれを用いたシールリング
JP2007217254A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 Hiroshima Industrial Promotion Organization 多孔質リン酸カルシウム系セラミックス及びその製造方法
JP2009530839A (ja) * 2006-03-23 2009-08-27 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ セラミックガーネット材料を有する発光デバイス

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2212734C1 (ru) * 2002-07-10 2003-09-20 Закрытое Акционерное Общество "Светлана - Оптоэлектроника" Полупроводниковый источник света
US20060170332A1 (en) * 2003-03-13 2006-08-03 Hiroto Tamaki Light emitting film, luminescent device, method for manufacturing light emitting film and method for manufacturing luminescent device
WO2006097876A1 (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Phosphor in polycrystalline ceramic structure and a light-emitting element comprising same
WO2007107917A2 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Electroluminescent device
US20070262335A1 (en) * 2006-05-12 2007-11-15 Stanley Electric Co., Ltd. Light emitting device with porous alumina reflector and its manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
KR101500976B1 (ko) 2015-03-10
EP2245111B1 (en) 2013-03-27
EP2245111A1 (en) 2010-11-03
TWI487773B (zh) 2015-06-11
WO2009090580A1 (en) 2009-07-23
US8728835B2 (en) 2014-05-20
CN101910361B (zh) 2013-08-07
RU2010133989A (ru) 2012-02-27
KR20100103694A (ko) 2010-09-27
US20100276717A1 (en) 2010-11-04
JP5670745B2 (ja) 2015-02-18
TW200944579A (en) 2009-11-01
CN101910361A (zh) 2010-12-08
JP2011510487A (ja) 2011-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2484555C2 (ru) Рассеяние света регулируемой пористостью в оптической керамике для светоизлучающих диодов
Liu et al. Composition and structure design of three-layered composite phosphors for high color rendering chip-on-board light-emitting diode devices
RU2510946C1 (ru) Люминесцентный керамический преобразователь и способ его изготовления
CN101605866B (zh) 包含复合物单片陶瓷发光转换器的照明系统
JP5613222B2 (ja) 表面被覆ストロンチウムシリケート蛍光体粒子及び該蛍光体粒子を具備する発光ダイオード
EP2903040B1 (en) Wavelength conversion member
TW201723148A (zh) 穩定紅色陶瓷磷及包含其之技術
JP2009528397A (ja) ナノリン光体を微小光学的構造中に導入するための方法
JP2013227481A (ja) セラミックス複合体
JP2014201726A (ja) セラミック蛍光体、その製造方法及び発光装置
JP5740017B2 (ja) セラミックス複合体
TW200932886A (en) Light emitting device comprising a multiphase SiAlON-based ceramic material
JP2018531413A6 (ja) 安定な赤色セラミック蛍光体およびそれを含む技術
JP2013056999A (ja) セラミックス複合体
TW200949308A (en) Color filter for a light emitting device
Bechtel et al. Fully phosphor-converted LEDs with Lumiramic phosphor technology
KR102438286B1 (ko) 형광체 장치 및 방법
KR20100106495A (ko) 적색 방출 ＳｉＡｌＯＮ 기반 재료
KR20170093320A (ko) 광 확산제를 사용한 형광체 플레이트
JP2022543764A (ja) 安定なリン光体変換型ｌｅｄおよびそれを用いたシステム

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20190823

PD4A Correction of name of patent owner