TWI455350B - 特別用於含發光二極體的白或彩色光源之轉換材料及其製法和含此轉換材料的光源 - Google Patents

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Description

特別用於含發光二極體的白或彩色光源之轉換材料及其製法和含此轉換材料的光源 發明領域
本發明係關於一種轉換材料特別係用於包含半導體光源之白光源或彩色光源，以及包含此種轉換材料之光源。
 發明背景
本發明之目的特別係用於製造用於一次光源輻射(此處該一次輻射例如包含藍光)之至少部分轉換成為其它波長光之轉換材料，該其它波長光於後文稱作為二次輻射，可包含黃光(舉例)，此處，由於一次輻射與該任選的寬頻二次輻射的重疊結果，可產生彩色光或白光。
利用適當選擇轉換材料，以及整體系統的調變，可設定此光源之光色或彩度座標。
為了將一次光源輻射轉成有其它波長之光，使用習稱作為「磷光體」之螢光物質。此等螢光物質原則上係埋設於基體內，經由基體輻射一次光。轉換程度可藉轉換材料之厚度調整，以及藉螢光物質之摻雜物類別與濃度調整。
此處藉將一次輻射之轉換設定於某個極限以內，可設定所發光的彩度座標，因此於產生白光之情況下，所得總輻射之暖白點及冷白點二者皆變成可能。
例如經由將一次光源產生的藍光重疊一次光源之藍光轉換所產生的黃光。
晚近已經可經由將一次光源發射的藍光重疊經由該一次光源之藍光轉換所產生的黃光而產生白光。
目前已確立的技術解決之道係基於呈結合於通常由環氧樹脂或聚矽氧所組成之聚合物基體形式而存在的磷光體。
此處此等實施例之缺點為聚合物對環境條件特別敏感，該等環境條件諸如水分、輻射，特別為短波長輻射(紫外光)，及例如大於120℃之升高的溫度。此等條件個別或組合導致聚合物原先已經非最佳的光學性質的惡化或老化。由於開始溶脹、霧化或變色(黃化或褐化)或甚至由於聚合物分解結果，使用該等原料的光學系統之效能及壽命嚴重受影響。
隨著基於LED或雷射二極體(LD)之半導體光源之效率的增高，特別發光效率的增高，耐溫性的重要性遞增，原因在於光源功率的增高係由於具有較高容許功率密度或較高電流等其它因素之半導體所達成，結果導致整個系統不僅暴露於較高輻射通量，同時也暴露於較高熱負載。
常用溫度已經約為150℃或顯著更高，某些情況下已經大於180℃，且遵循大於200℃溫度的明確趨勢。經過數萬小時或以上的長期使用期間，聚合物今日已經於其利用性邊緣範圍，因而必須考慮此等光源之壽命限制性參數。
EP0936682 B9(Nichia，「發光裝置與顯示裝置」)說明基於GaN作為一次光源，及基於(Y1-r Gdr )3 Al5 O12 ：Ce，具有r為0至1之螢光物質用於轉換的藍發光二極體(LED)。至於用於埋設螢光物質之基體，使用透明材料例如環氧樹脂、尿素樹脂、矽樹脂或玻璃。
但前述全部聚合物缺點也於此處顯現。於本步驟不考慮某些玻璃類別的特有缺點，諸如出現於某些組成之鋅磷酸鹽之缺點，例如與螢光物質反應，於本環境及特性變色下之氧化還原反應，其對總光源之轉換及效能性質造成負面影響。
US2006/0113906A1(Nichia，「發光裝置及其製造方法」)描述有玻璃板用於罩蓋於保護發光晶片之二極體，此處玻璃必然由B2 O3 (20-30wt%)及ZnO(50-60wt%)，及任選地SiO2 (0-10wt%)及/或TiO2 (0-10wt%)及/或其它組分所組成，較佳具有200℃至700℃，更佳430℃至600℃之玻璃溫度Tg，可含有用於光轉換之螢光物質。描述設置距離晶片某個距離作為半導體晶片蓋板之玻璃板。此外，說明中指出玻璃可含有螢光物質，但未考慮如何以螢光物質製造此種玻璃，原因在於如已知，Ce：YAG以及其它螢光物質無法於玻璃熔體內加工，要求獲得如此處所述作為蓋板之玻璃板。使用尋常溫度處理，於該玻璃與該螢光物質間通常容易出現交互化學反應傾向，至兩種組分就此方面而言尚未彼此明示調適的地步。此外於含螢光物質之玻璃之給定的特殊設計中，可能出現特有著色及其解離。
於EP1471777A2中，敘述具有石榴石結構之經Ce活化的螢光物質，此處鋱及Y、Lu、Sc、La、Gd或Sm為主晶格的主要組分。
填充化合物包含具有前文已經說明之全部缺點之聚合物。
DE10137641A1描述用於埋設螢光物質之蓋形基體，係由玻璃狀本體所製成。於發射一次光之晶片與帶有埋設的螢光物質之蓋之間有一凹部，該凹部係以有高折射率之光學透明介質填補。蓋係由含螢光物質之玻璃、螢光玻璃或螢光玻璃陶瓷所組成。說明螢光物質如何嵌置於玻璃的原理，但未曾考慮於不適當之玻璃的情況下，於埋設過程中螢光物質被攻擊，因而至少部分或甚至完全喪失其轉換性質，可能負面改性玻璃，透過該程序，強力減少其透射性質，如此顯著減低LED的效率，原因在於此處顯著傾向於特有的著色。
DE102005023134說明使用埋設於玻璃基體內之螢光物質。至於玻璃基體敘述兩個玻璃家族，亦即硼冠玻璃(含例如16-25% K2 O)及鑭冠玻璃(含例如5-25% ThO2 )。本公開文獻中也未曾考慮玻璃轉換器系統的製造性，因而預期對包含一次光源及轉換器的整體系統可能造成負面影響。此外，由於硼冠玻璃故，由於高強鹼含量以及強鹼的遷移入半導體，特別於高溫時尤為如此，預期有負面交互作用而對使用壽命造成強力不利影響。所述鑭冠玻璃之特徵為受到ThO2 含量之負面影響，此外同時由於使用原料故，價格昂貴。於製造、使用及回收期間與環保的相容性也造成額外問題。
US 6,642,618 B2說明使用由溶膠-凝膠剝離製造成其中摻雜螢光物質作為轉換材料之用途。至於螢光物質，可考慮使用(Sr,Ba,Ca)Ga2 S4 ：Eu2+ 類別硫化物。使用溶膠-凝膠途徑製造的玻璃含有選自於PbO、Ga2 O3 、Bi2 O3 、CdO、ZnO、BaO及Al2 O3 所組成之組群中之至少一種組分。溶膠-凝膠途徑又有轉換器本身之變化性缺點，原因在於於緊壓形式時只可製造厚度小於10微米之極薄層。
藉溶膠-凝膠途徑製備緊壓體積本體實際上為原則上可能；但由於乾燥期間長，大於24小時因而昂貴，導致用於多項重要應用時必須考慮昂貴問題因而不實用。
此外，所述玻璃也含有根據RoHS禁忌使用的組分。
縮寫RoHS(「Beschrnkung der Verwendung bestimmter gefhrlicher Stoffe in Elektro-und Elektronikgerten」)「於電氣及電子設備中使用某些有害物質的限制」，要言之，係指某些物質用於電氣及電子裝置之組件的製造與加工上的禁忌之EC規範2002/95/EC，且轉成國家規格允許至多0.01wt%鎘，及至多各0.1wt%鉛、汞、六價鉻、PBB、及PBDE。
此外溶膠-凝膠層厚度限制螢光物質的摻雜性，結果導致只有高度有限數目的優異彩度座標可製造出，此外造成主要為藍色的色調印象，如此系統效率有上限。由於眼睛的敏感度低，藍光成分只對總亮度有極輕微貢獻，尋常溶膠-凝膠前驅物組成，依據類別而定含有化學上高度活潑的物質(可察覺濃度的無機酸)，通常提供晶片於製造期間受損的可能。
EP 1605526 A說明含埋設的轉換材料之玻璃板的使用，以及玻璃板的分離及其進一步加工為蓋。基體玻璃含有選自於由GeO2 、TeO2 、PbO、CaO及B2 O3 所組成之組群中之至少一種組分。此外包括前述問題等缺點為含鉛，鉛被ROHS禁忌使用，以及使用昂貴的GeO2 及毒性TeO2 原料。
日本專利公告案第2007-123410號之專利摘要說明以其中埋設磷光體之高度折射玻璃覆蓋的發光二極體。藉碎玻璃段與給定磷光體的同時熔解，獲得摻雜玻璃。欲使用的玻璃需含TeO2 (40-53mol%)、B2 O3 (5-30mol%)及ZnO(3-20mol%)，以及視需要可含Ga2 O3 、Bi2 O3 、GeO2 、Y2 O3 、La2 O3 、Gd2 O3 (0-7mol%)及Ta2 O5 。此等玻璃由於含Bi2 O3 及TeO2 一方面具有特有著色的風險，另一方面其缺點已經如前文說明，再度使用高比例昂貴的且略有毒性的原料(TeO2 、Ga2 O3 、Bi2 O3 、GeO2 )皆不利於其商業用途。此外，由於特殊規格中解離/結晶化敏感度高，其商業應用性成問題。
日本專利公告案第2007-016171號之專利摘要說明由具有軟化點700℃或更高的氧氮化物玻璃製造的波長轉換材料，基於氮化物之螢光材料分布於其中，此處該等螢光物質已經於熔融物中添加，玻璃本身也可以有用方式由螢光物質製造。
此處也有諸如反應性及特性著色的缺點。於高於600℃之升高溫度預期交互反應性增高。此外，氧氮化物玻璃的製造比例如矽酸鹽玻璃的製造更費人力且昂貴。
於WO2007145047A1，揭示具有主要組分SnO、B2 O3 及P2 O5 以及基於氮化物之螢光材料分布於其中之由低熔點玻璃製成的波長轉換材料。此處所述玻璃或玻璃家族傾向於著色，特別因含有P2 O5 故容易著色，因此至少於某些組成物中不適合用於製造有效波長轉換器。
EP1880983敘述一種複合材料，係經由將玻璃粉末混合螢光物質混合及烤乾製造。如此製造的轉換器達成至少10%的能量轉換效率。類似多種前文說明的玻璃，所述玻璃含有高比例的例如ZnO、B2 O3 及強鹼帶有相關的缺點。特別於所述組成範圍及所述製造方法，具有特性著色的可能。結果整體系統效率減低，只有略微(若有)高於10%宣稱的限度。
要言之，業界現況描述基於LED或雷射二極體光源之光源帶有螢光物質與基體材料組成的波長轉換器，其中特別基體材料造成特性脆弱及缺點。於聚合物之情況下，此等缺點特別為對熱應力及環境影響不安定，以及折射率相當低。
於所述無機基體材料之情況下，缺點包含：
．與欲埋設的螢光物質具有化學反應性，對轉換器於升溫(玻璃基體)或高溫(陶瓷基體或熔融玻璃)(包括含磷光體，其熱安定性係高於要求的製程溫度，例如Ce：YAG)，於轉換器製造過程中對磷光體之螢光性質造成負面影響或摧毀
．於轉換器製造過程螢光物質之有害影響
．基體個別組分之毒性對製造能力的影響
．特殊合成方法因而昂貴，持續要求特殊製造方法，因而只能小量製造，如此再度具有堆高成本效應
．基體玻璃的組成昂貴
．所述基體材料、玻璃及玻璃家族於其退火、由粉末熔解或再熔解後至少可能有特性著色的風險。
此等「缺點」個別地或共同地導致轉換器無效率，發光效率低或甚至試驗件無法發揮功能，發明人本身對若干前述玻璃及玻璃家族進行實驗及顯示有此等缺點。
 發明概要
本發明之目的係提供一種使用含至少一種埋設的螢光物質之基體玻璃，用於藉不同波長光或就光譜表現而言為具有不同規格光譜之加成彩色混合物產生白光或彩色光之無機波長轉換材料。
此項問題可使用具有如申請專利範圍第1項之特徵之轉換材料解決，該轉換材料較佳係根據具有如申請專利範圍第24項之特性之方法製造。優異實施例構成相對應之申請專利範圍各個附屬項之目的。
本轉換材料包含玻璃，於後文也稱作為基體或基體玻璃。基體玻璃之起始物料係呈塊材/體積材料或疏鬆粉末形式。
塊材或體積材料描述基體玻璃於其製造亦即熔解後，而於形成玻璃料之前及/或將玻璃碾磨成為粉末之前。如此塊材為「緊壓體」或熔融玻璃本體。塊材為固體材料或有均勻密度之本體。塊材例如係呈玻璃板或玻璃塊形式。
詳言之，於本發明之內文中，一種轉換材料包含基體玻璃。
其係呈塊材，於約1毫米厚度d，於一次光源發光範圍之350nm至800nm之波長範圍，具有大於80%之純透射τi ，及此處該基體玻璃係由具有粒徑d100.7微米，d503微米及d90150微米之粒徑分布的粉末組成為一燒結體。轉換材料於其備用狀態或於應用狀態，包含至少一種螢光物質。然後該至少一種螢光物質係埋設於或摻混於基體玻璃。
圖式簡單說明
第1圖示例說明參數T半 (頂)及T前向 (底)之測量值。
第2圖顯示粒徑分布之累進值呈顆粒直徑之函數。
第3圖顯示實例I至III之透射T半 及T前向 呈光波長之函數。
第4圖顯示實例IV及V之透射T半 及T前向 呈光波長之函數。
第5圖代表T半 對T前向 之比。
 較佳實施例之詳細說明
轉換器特別適合用於包含半導體光源作為一次光源之白光源或彩色光源。
燒結體也稱作為燒結玻璃本體。後者係由已經碾磨成為粉末而藉燒結「連結的」基體玻璃所製成。基體玻璃經碾磨。粉末置於模具內。藉燒結粉末而形成燒結體。
根據本發明之粒徑分布d100.7微米，d503微米及d90150微米係對粉末測定。
對欲燒結之燒結體及/或欲選用之粒徑分布，對於不含埋置螢光物質之燒結體，於光譜範圍之透射與再發射之和為350-800nm，於一次光源發光之光譜範圍，發射至少大於80%，較佳大於85%，及最佳大於90%。
特別，燒結體之燒結方式及/或粒徑分布之選擇方式使得於350nm至800nm之波長範圍T半 ：T前向 之比為1<T半 ：T前向 70。該比例允許所製造的燒結體就透射及/或散射表現具有規定的特性。有關額外細節及參數T半 及T前向 之定義，請參考有關後文第1圖之說明。
本發明之範圍也涵蓋包含半導體光源作為一次光源之用於白光源或彩色光源之轉換材料，該轉換材料包含一基體玻璃，其呈純質玻璃本體，於約1毫米厚度d，於350nm至800nm之波長範圍及其中一次光源發光之範圍，具有大於80%之純透射τi ，以及由具有粒徑d100.7微米，d503微米及d90150微米之粒徑分布的粉末碾磨玻璃，將該生坯體置於模具內及隨後燒結所製造的不含螢光物質之燒結玻璃本體之透射與再發射之和，於350-800nm之光譜範圍，亦即其中一次光源發光之光譜範圍係大於80%，以及於350nm至800nm之光譜範圍，此燒結本體之T半 ：T前向 之商為1<T半 ：T前向 70。
由粉末製造的生坯體進給入燒結過程。
發明人得知基體玻璃就此之性質以及由基體玻璃所製造之玻璃粉末之性質，於燒結後形成用於埋設螢光物質之基體，該等性質對轉換器之光學性質具有決定性影響。
另一方面，發明人了解基體玻璃之粒徑及粒徑分布對燒結基體玻璃(未經摻雜)及轉換器元件(摻雜磷光體)之光
學性質有相當大影響。另一方面，發明人也了解朝向較大直徑選用粒徑對燒結基體玻璃(未經摻雜)及轉換器元件(摻雜磷光體)之光學性質具有優異的效果。此係與業界現況相反，根據業界現況反而期望製造有小型粒徑例如中間粒子直徑50小於約2.5微米的粉末。
目前於此處一致認同，基於假設過度粗大粒子導致燒結體孔隙度升高，具有塊狀無法控制的散射中心效應，如此預期轉換器元件之光學性質不適合用於控制的設定值。如此製造之本體或轉換器元件之效率將降至未臻滿意的程度。
但發明人發現，利用根據本發明之粒徑分布，可將透射、再發射、吸光及/或散射等光學相關輪廓資料以鎖定目標的方式設定或修改。此外，觀察到大型粒子或粗大粒子結果導致接近透明的燒結體，此外容易燒結。
至於使用的透明基體，於本發明中於第一組較佳實施例中，玻璃之熱膨脹係數為3至11×10-6 K-1 ，折射率nd 推定值大於1.6或等於1.6。
此外，基體玻璃之特徵在於使用的磷光體(例如Ce：YAG)不會或不會可察覺地於熔解/退火/燒結期間攻擊或溶解，結果導致其功能至少不會受限制，或完全喪失。
於熔解/退火/燒結後所得之本體於後文也稱作為燒結體或稱作為轉換器或轉換材料。
基體玻璃之組成不含有毒組分及/或對環境或健康有害的組分。
於轉換材料之應用狀態，轉換材料包含具有粒子中間直徑d50為1微米至50微米，特佳為1微米至20微米，及最佳為1微米至15微米之至少一種螢光物質。
於本發明之另一個實施例或互補實施例中，轉換材料包含具有粒子平均直徑d50小於300nm，特佳小於100nm，及最佳小於40nm之至少一種螢光物質。
經由螢光物質之添加，吸收一次輻射。所產生的二次輻射以及一次輻射也被散射。為了確保充分吸光，如此確保一次輻射的轉換，一次輻射的散射不可過大。此項目的係利用相當大型螢光物質粒子(d50為1微米至50微米，特佳為1微米至20微米，及最佳為1微米至15微米)達成；或精確言之利用nm級粒子(d50小於300nm，特佳小於100nm及最佳小於40nm)達成。若螢光物質粒子變過大，則其於燒結過程之加工變更困難。此外，由於轉換元件厚度(典型小於250微米)故實用的粒徑有上限。
本發明之範圍也涵蓋轉換材料之製造。製造之進行方式較佳係經由熔解玻璃原料，經由將熔融物(舉例)倒入水中(或二冷卻輥輪間)而形成玻璃料(或細小段)，將玻璃料研磨成玻璃粉，基體玻璃粉末混合螢光物質(磷光體)及加熱處理例如燒結而形成新穎玻璃體/玻璃基體複合物，亦即轉換器。基體玻璃研磨成為玻璃粉之進行方式使得粉末具有d100.7微米，d503微米及d90150微米粒徑之粒徑分布。
該方法特別適合用於根據本發明之轉換材料之製造。
於一個實施例中，燒結係於特定氣氛下進行。特定氣氛較佳係由氮氣、形成氣體及/或氬氣所組成；或於部分真空下進行，例如至多為10e-6毫巴之真空。此類製程管理可保護螢光物質免於外部影響，例如氧化或還原。此外，於某些玻璃如此首先讓埋置變成可能。此外，藉此方式，也可設定基體玻璃及/或螢光物質之某些氧化還原狀態。藉由於低溫燒結，可能的孔洞數目及/或大小可變最小化或被設定。至於替代之道或補充辦法，也可藉加壓燒結(單軸或等靜力壓)達成，此處特定氣氛之設定必須根據對欲加工之材料組合為優異之參數維持氣氛設定。壓力係於100巴至3000巴，較佳500巴至2500巴及最佳500巴至1500巴之範圍。此外，溫度處理係於高於玻璃之軟化點(Ts)至多約150度K之溫度範圍進行或使得使用之玻璃黏度於h=1014 dPas 至h=106 dPas，較佳h=1013.5 dPas至h=107 dPas，及特佳h=1010 dPas至h=107 dPas之範圍。此處退火係使用0分鐘至300分鐘，較佳15分鐘至300分鐘，及特佳100分鐘至180分鐘之範圍之滯留時間進行。使用之螢光物質例如Ce：YAG具有中間粒子直徑d50為1微米至50微米，特佳1微米至20微米，及最佳1微米至15微米之範圍。另外或此外，使用具有平均粒子直徑d50小於300nm，特佳小於100nm，及最佳小於40nm之螢光物質。
於該方法之另一個實施例，螢光物質接受初步處理，較佳為加熱處理。溫度須根據螢光物質的類別選擇。較佳初步處理係於特定氣氛進行。後者特別係由氮氣、形成氣體及/或氬氣組成或於分壓下例如高達10e-6毫巴之真空下進行。
於本發明之額外實施例中，保護層例如用於燒結期間保護磷光體被剝離之化學攻擊及反之亦然；或作為螢光物質表面或外側上之障壁層對抗LED系統中之水分。此係於混合基體玻璃之前發生。此保護層「屏蔽」螢光物質免於環境影響及/或熱影響。螢光物質經包囊。結果，可避免或至少減少螢光物質的降級分解。保護層視需要可為無機。
例如藉濕化學法、溶膠-凝膠法，PVD及/或CVD形成或沈積。
另外或此外，已完成的、已加工的及/或已再加工的轉換元件也可例如根據前述方法中之一者設置保護層。例如對抗水分之障壁層組成保護層之可能的實施例。
於該方法之變化法中，於燒結後進行燒結體之額外溫度處理及視需要地進行壓力支援的處理(單軸或等靜力壓)。結果，可最佳地設定前述轉換材料之光學輪廓資料或未經摻雜已燒結的基體玻璃之光學輪廓資料，達成更牢固的連結及/或去除可能的應力。
於一實施例中，所述進一步退火為第二燒結。進一步燒結例如係於250巴至2500巴，較佳為500巴至1500巴範圍之壓力進行。此外，進一步退火係於特定溫度進行，使得所用玻璃黏度係於1014 dPas至h=106 dPas，較佳h=1013.5 dPas至h=107 dPas，及特佳h=1010 dPas至h=107 dPas之範圍。此處進一步退火係以30分鐘至600分鐘，較佳60分鐘至300分鐘，及特佳100分鐘至180分鐘之滯留時間進行。
此外，玻璃基體之特徵為已經呈純質的、緊壓的、熔融玻璃體或玻璃板(前文也稱作為塊材)，不具有來自於前述製程的特性著色，如此可對彩色混合提供一次光及二次光二者用於理想上不變，換言之，不會因吸光而光譜變弱或修改之混色。
大致上，考慮波長w1 或光譜波長範圍w1 之光轉成波長w2 或光譜波長範圍w2 之光；或於使用n種螢光物質之情況下，轉成波長wn 或光譜波長範圍wn 之光，而原則上獲得具有光譜分布z1 *w1 +z2 *w2 +...+zn *wn 之光之和，此處因數z指示參與混色之相關波長或波長範圍之比例及色強度。
例如基於一次光源，LED(發光二極體)或LD(雷射二極體)根據螢光物質之激光光譜發射至少部分光，如此導致發射其它波長光。使用之光源雖然無需，但促成其本身之光混合，部分匯聚成為其它波長。
如此，較佳也製備無機基體材料/基體玻璃
．其耐熱且耐化學品及對環境影響有抗性
．其未含對環境及/或健康有害組分
．無需龐大體積之耗費勞力方法即可製造，如此具有成本效益
．就所埋設之螢光物質(反之亦然)化學表現惰性
．於設計作為轉換材料之基體中具有[：]
(1)不含螢光物質，實質上無特性著色，及
(2)含螢光物質，特別對根據本發明之粒徑分布，於其吸光頻帶之光譜範圍有低再發射(反向散射)。詳言之因而：基體玻璃呈塊材/玻璃具有高純透射τi >80%，光輻射通過基體玻璃之厚度d為1毫米，於350nm至800nm之波長範圍實質上無吸收帶，及當單獨燒結(亦即無摻雜)時，基體玻璃之透射及再發射和較佳係於350-800nm光譜範圍(包括一次光源之光譜範圍)之透射與再發射之和至少大於80%，較佳大於85%，及通常係大於90%及/或於此等光譜範圍確立的再發射與透射間之差之最大量與最小量之差異不大於40%，較佳不大於25%，及最佳不大於15%，及/或摻雜螢光物質之基體玻璃於燒結狀態於一次光源之光譜範圍的再發射係小於30%，較佳小於25%，及最佳小於15%，及/或以螢光物質摻雜之基體玻璃於燒結狀態於350-800nm之光譜範圍(一次光源之光譜範圍除外)之透射與再發射之和至少大於80%，較佳大於85%，及最佳小於90%及/或於此等光譜範圍確立的再發射與透射間之差之最大量與最小量之差異不大於40%，較佳不大於25%，及最佳不大於15%，及/或於第一組較佳實施例中，具有大於或等於1.6之折射率。
並未限於額外光源的產生，如此允許藍光轉成黃光，而獲得總和而言為白光之光，或產生白光之生理色彩印象之光。於後文使用白光一詞不僅用來表示可見光之完整光譜，同時特別指至少於人體可產生白光感受之光。
特定言之，本發明較佳包含：
-利用螢光物質將一次光源之光轉成黃光，要言之，產生白光色彩感受。於特殊情況下，用於知覺上為白光，基於藍LED及Cc：YAG型螢光(發光波長範圍約為560nm)之光源的製造。
-利用至少一種適當螢光物質將藍光轉成黃光及/或紅光及/或綠光而總和獲得白光(以RGB或RGGB混色)利用至少一種適當螢光物質將藍光轉成黃光及/或紅光及/或綠光而總和獲得某種色彩之光。
較佳螢光物質作為主材料，含有選自於包含氧化物、氮化物、氧氮化物、硫化物、氧硫化物、鹵化物、鹵氧化物、鹵硫化物、碲化物及硒化物所組成之組群中之至少一種物質，此處主材料摻雜選自於含烯土金屬(Ce、Eu、Tb、Gd、......)、過渡金屬(Cr、Mn)、及重金屬(Tl、Pb、Bi)之組群中之至少一種物質。
於所述情況下，於紫外光之轉換中，於各例中需要發射藍光譜範圍之額外螢光物質。
第一組玻璃及玻璃家族
根據本發明之第一組較佳基體玻璃顯示下列性質：
a)折射率大於或等於1.6，此處基體玻璃具有折射率大於或等於1.6，較佳1.65~2.0，更佳1.8~1.95，如此適合螢光物質(特別為Ce：YAGn~1.8)。
b)與半導體元件材料之折射率之差為「最小化」，該折射率依據半導體之組態而定，例如為：1.8(藍寶石)、2.6(GaN或InGaN)至3.5(AlInGaP)。於轉換器與半導體元件直接接觸的情況下，至可能的程度，此種適配特別重要，俾便將光有效涉入轉換器內。
c)基體玻璃實質上不具特性著色，涵蓋，基體玻璃呈塊材/玻璃具有高純透射τi >80%於d=1毫米，於350nm至800nm之範圍不具吸收帶，單獨研磨玻璃/單獨基體玻璃(亦即未經摻雜)當單獨燒結時，特別對粒徑分布d100.7微米，d503微米及d90150微米，於350-800nm之光譜範圍(包括給定一次光源之光譜範圍)之透射與再發射和至少大於80%，較佳大於85%，及最佳大於90%，此處一次光源發光之光譜範圍稱作為一次光源之光譜範圍以及於此等光譜範圍確立的再發射與透射間之差之最大量與最小量之差異不大於40%，較佳不大於25%，及最佳不大於15%，摻雜螢光物質之基體玻璃於燒結狀態於一次光源之光譜範圍的再發射係小於30%，較佳小於25%，及最佳小於15%，及以螢光物質摻雜之基體玻璃於燒結狀態於350-800nm之光譜範圍(一次光源之光譜範圍除外)之透射與再發射之和至少大於80%，較佳大於85%，及最佳小於90%，及於此等光譜範圍確立的再發射與透射間之差之最大量與最小量之差異不大於40%，較佳不大於25%，及最佳不大於15%。
此外，根據本發明之基體玻璃之優點為轉換器厚度可設定於寬廣範圍內(約30微米至數千微米)：結果導致製備高效率轉換材料時的設計自由度較大，原因在於螢光物質密度及絕對量可分開改變，如此可最佳設定設置基體玻璃之光源及一次光源的彩度座標及效率。
對欲嵌置的磷光體具有化學惰性，反之亦然，也極為優異；此點係指欲嵌置的磷光體或螢光物質相對於基體玻璃之化學惰性。
此外，基體玻璃及螢光物質之極佳優點為不僅相對於彼此為惰性，此外，於升高溫度不可彼此反應；或於反應之情況下，螢光物質性質不可受到負面影響。此乃轉換器製造情況，對所得光源操作期間亦為真。
於已確立的工業製程中加工性須允許簡單製造幾乎為最終形式，或以合理成本製造最終形式，以及轉換器的特殊規格(例如摻雜螢光物質之梯度、額外光學元件)。
下列玻璃及玻璃家族出乎意外地可滿足根據本發明之要求：含鋅之鑭-矽酸硼玻璃、含釔之硼矽酸鋁及鹼土金屬矽酸鹽。
玻璃之實例為：
．N-LaSF40(首德集團(SCHOTTAG))、N-LASF46(首德集團)
．P-laSF47(首德集團)，K-VC89(住田公司(Sumita))，
．N-KzFS5(首德集團)，S-NBH5(大原公司(Ohara))，
．N-KzFS8(首德集團)，
．具有nd 大於或等於1.6之含Y2 O3 玻璃(首德集團)：N-LAK9、N-LAK33A、N-LAK34、N-LAF2、N-LAF7、N-LAF21、N-LAF34、N-LASF44、P-LASF47及K-LAFK60(住田公司)。
此外，本發明允許之另一項優異可能為欲製備轉換材料用之玻璃基體，藉此方式，特別係也基於生態考量，未使用Tl2 O、TeO2 及As2 O3 ，也較佳未使用組分Bi2 O3 ，同時使用低加工溫度，可獲得期望的優異的光學性質(nd /vd )。
此等問題作為基體玻璃不可有任何混濁、結晶化或特性著色；此外，也必須可燒結而無特性著色，必須相對於後來變成其內容物的一部分之螢光物質儘可能不產生化學反應。
根據本發明之第一組基體玻璃具有nd 1.6之折射率nd ，且較佳有低加工溫度。此外，必須容易熔解與加工，具有足夠反玻化抗性，允許於連續操作單元製造玻璃。
特別，可製造具有nd 1.6之折射率nd 之不含砷玻璃且較佳不含Bi2 O3 玻璃，包含下列組分(以氧化物為基準之wt%為單位表示)。
下表包含第一組之實例2至4
下表包含第一組之實例5
下表包含第一組之實例6 較佳為 根據本發明之玻璃也較佳不含著色的及/或光學活性組分例如雷射活性組分。
特別，根據本發明之玻璃也較佳不含屬於氧化還原敏感的組分諸如Ag2 O或Bi2 O3 ，及/或不含毒性組分或有害健康組分，例如Tl、Te、Be及As之氧化物。
根據本發明之額外實施例，於本詳細說明部分及申請專利範圍所述玻璃也較佳不含於申請專利範圍中未述及的其它組分，換言之，根據本額外實施例，玻璃實質上係由所述組分所組成。此處「實質上所組成」一詞表示其它組分至多係呈污染物存在，而非蓄意添加至玻璃組成物作為分開組分。
根據本發明之玻璃可含有小量尋常精煉劑。所添加之精煉劑之和至多為2.0wt%，更佳至多為1.0wt%。至於精煉劑，根據本發明之玻璃可含有下列組分中之一者(以wt%表示，其餘玻璃組成亦如此)： 氟及含氟化合物傾向於熔解過程以及燒結處理期間氣化，如此於玻璃基體燒結後造成玻璃組成物之精準設定變困難。根據本發明之玻璃於此處較佳不含氟。
表中含有於較佳組成範圍之實施例。實例中所述玻璃依據玻璃的物理性質而定係以不同的製程參數製造。
基體玻璃製造之具體實施例 製造例6
氧化物原料經稱重，加入一種或多種精煉劑例如As2 O3 ，然後徹底混合。玻璃混合物於批料熔解單元中於約1330℃熔解，然後精煉(1380℃)及均化。於約1380℃之鑄塑溫度，玻璃可傾倒且加工成為期望尺寸，例如加工成帶狀。於大體積連續單元中，依照經驗，溫度可降低至少達約100度K。
帶狀物係經由將玻璃傾倒於兩根輥輪上獲得，可優異地研磨成粉末作為燒結前驅物，而非呈片段。
如此所得玻璃之性質示於實例6之下表。
轉換材料之製造方法之較佳具體實施例
後文說明根據本發明之第一組及第二組具體實施例實質上係採用相同製造方法。
研磨成粒子，具有粒徑分布d100.7微米，d503微米及d90150微米之原料玻璃粉末與螢光物質一起稱重，例如螢光物質為具有平均直徑d50為1微米至50微米，特佳為1微米至20微米，及最佳為1微米至15微米之Ce：YAG基於重量百分比於混合單元混合，混合單元例如為滾筒妥布拉(Turbula)(型號T2C/Willi A.Bachofen/巴西)或史比德密(Sppdmix)(型號DAC 150 FVZ/郝斯卻工程公司(Hauschildt Enginerering))歷經1分鐘至120分鐘，較佳分別為1分鐘至5分鐘(史比德密)及15分鐘至120分鐘(妥布拉)，及最佳為1分鐘至5分鐘(史比德密)及15分鐘至120分鐘(妥布拉)。
D50或稱做中間值為50%粒子比該值更細小而50%比該值更粗大之粒徑值。
也存在有nm級磷光體；表示具有外徑於數nm範圍，特別小於100nm至200nm之螢光物質。
粉末混合物或純玻璃粉末也部分移除，因此可製造具有約10毫米，較佳5毫米，及最佳小於5毫米但至少為1毫米直徑及約3毫米，較佳為1毫米或最佳為0.5-0.1毫米高度之粉末本體。
然後於例如限制傾倒之管狀元件或環狀元件中，於熱安定性基材上進行傾倒，以人工方式固結及/或進給入單軸加壓製程(例如保羅偉伯(Paul Weber)[公司]壓機；型號PW40)及/或冷等靜力壓製程(保羅偉伯[公司]壓機；型號KIP500E)，經由加上尋常加壓助劑可獲得最佳設計。單軸加壓製程之壓力範圍為100巴至5000巴，較佳為500巴至2500巴。冷等靜力加壓製程之壓力範圍為500巴至3000巴，較佳為1000巴至2500巴。其進行方式為隨後可移除外部限制。
然後使用就其軟化點而言調整適合基體玻璃之溫度及時間計畫(加熱速率及滯留時間)進行試樣的退火。與玻璃之黏度曲線陡峭度無關，非限制性地，退火之標的溫度T係於基體玻璃之Ts(軟化點)至Tp(加工溫度)，原則上為Ts+150度K，或藉此方式使用之玻璃黏度係於h=1014 dPas至h=106 dPas，較佳h=1013.5 dPas至h=107 dPas，及特佳h=1010 dPas至h=107 dPas之範圍。
加熱方式可推定為於爐內且特別為進料之或任選地數批進料之溫度平衡。
特別，此處時間計畫之選擇典型係與退火單元之類型、尺寸及設計(也包括規格規定)獨立無關。於本烤爐(拿伯森(Nabertherm)型號N70/H；規格拿伯(Naber)C16及優洛森(Eurotherm)型號2604)，加熱速率1度K/分鐘至30度K/分鐘，較佳1度K/分鐘至20度K/分鐘及最佳1度K/分鐘至10度K/分鐘，隨後冷卻，此種計畫顯示適合獲得0至60分鐘，較佳0至30分鐘，及最佳10分鐘至30分鐘之烤爐特性曲線。
於退火步驟後，如此所形成之包含玻璃基體及至少一種螢光物質之複合本體使用拋光及/或磨光磨蝕裝置，裝置上具有至多為400微米(兩側上)粒子形成且視情況而定至多為1微米(一側上)鑽石拋光劑粒子形成的裝置再加工，如此獲得兩側粗糙或一側粗糙之拋光面。
光學再發射或透射資料之測量係於尋常光譜儀(例如伯金愛瑪公司(Perkin Elmer)λ(Lambda)9或900)，使用積分球體之前(透射)或之後(再發射)之試樣於250nm至2500nm之波長範圍，但至少於300nm至800nm之波長範圍進行，俾測定前述參數。參數T半 及T前向 之測定也係利用積分球進行。有關額外細節，參考第1圖說明。
嵌置於玻璃基體之螢光物質之內部轉換量子產率相對於未經嵌置螢光物質之內部轉換量之產率之減低係不大於20%，較佳不大於10%，及最佳不大於5%。於各例中係測量利用螢光物質中所激發之光學變遷衰減時間之內部轉換量子產率。
第二組玻璃及玻璃家族
第二組較佳具體實施例之玻璃及玻璃家族說明如下，出乎意外地也滿足根據本發明之要求，但具有小於1.6之折射率。
此等玻璃之折射率較佳為1.43至1.6，及最佳為1.45至1.49。結果此等玻璃相當適合環繞光源/單元的聚合物之折射率(環氧化物或聚矽氧，通常為具有nd 為1.3至1.6之聚合物)。
此外，比較空氣亦即環繞整個光源系統之介質的折射率，折射率差明顯減低。
特別於轉換器材料及半導體元件與額外周圍元件(組成元件)直接接觸之情況下，此項調整相當重要，俾便有效耦合來自於轉換器之通過轉換器的激發光(例如藍光LED)及轉換器內產生之光。此處間接接觸係指無直接機械接觸之排列；如此特別表示環繞該給定材料之傳播光的衰減場不會重疊或不會實質上以可量測之方式重疊。
較佳此組玻璃例如包含磷酸鋅、矽酸硼、硼矽酸鋁、及鹼土金屬矽酸鹽。
玻璃之實例為：
．BF33/BF40(首德集團)，派樂克士玻璃(Pyrex)(康寧公司(Corning))
．8250(首德集團)．AF32(首德集團)，AF37(首德集團)，AF45(首德集團)，1737(康寧公司)，伊葛(Eagle)2000(康寧公司)，伊葛XG(康寧公司)
．N-SK57(首德集團)
．D263(首德集團)
．光學玻璃K-PBK40(住田公司)，K-CSK120(住田公司)，P-SK5(平木公司(Hikari))，K-PSK50(住田公司)，D-K9L(GDGM)，D-ZK2(GDGM)，D-ZK3(GDGM)
本發明之優點包括提供用於轉換材料之玻璃基體，特別基於生態考量，藉此可獲得期望的且優異的光學性質(nd /vd )而未使用Tl2 O、TeO2 及As2 O3 ，且較佳也不含Bi2 O3 組分。
此等玻璃作為基體玻璃不會呈現混濁、結晶或特性著色，此外，可經燒結而不會出現特性著色。此處，此等玻璃相對於所使用之螢光物質只有極少化學反應性。
此外，此等玻璃容易熔解及加工處理，具有足夠反玻化安定性及結晶安定性，允許於連續操作單元製造玻璃。
特別製造具有nd <1.6之折射率nd 之不含砷玻璃且較佳也不含Bi2 O3 玻璃，該玻璃包含下列組分(以氧化物為基準之wt%表示)：
下表包含第二組之實例1 較佳
下表包含第二組之實例2 較佳
下表包含第二組之實例3 較佳
下表包含第二組之實例5
下表包含第二組之實例6 根據本發明之玻璃也較佳不含著色的及/或光學活性組分例如雷射活性組分。
特別，根據本發明之玻璃也較佳不含屬於氧化還原敏感的組分諸如Ag2 O或Bi2 O3 ，及/或不含毒性組分或有害健康組分，例如Tl、Te、Be及As之氧化物。於任一種情況下玻璃較佳不含砷。
根據本發明之實施例，根據本發明之玻璃較佳不含於申請專利範圍中未述及的其它組分，換言之，根據本額外實施例，玻璃實質上係由所述組分所組成。
此處「實質上所組成」一詞表示其它組分至多係呈污染物存在，而非蓄意添加至玻璃組成物作為分開組分。
根據本發明之玻璃可含有小量尋常精煉劑。所添加之精煉劑之和至多為2.0wt%，更佳至多為1.0wt%。至於精煉劑，根據本發明之玻璃可含有下列組分中之一者(以wt%表示，其餘玻璃組成亦如此)： 氟及含氟化合物傾向於熔解過程以及燒結處理期間氣化，如此於玻璃基體燒結後造成玻璃組成物之精準設定變困難。根據本發明之玻璃於此處較佳不含氟。
表中含有於較佳組成範圍之實施例。實例中所述玻璃依據玻璃的物理性質而定係以不同的製程參數製造。
基體玻璃製造之具體實施例 製造例2
氧化物原料經稱重，加入一種或多種精煉劑例如Sb2 O3 ，然後徹底混合。玻璃混合物於批料熔解單元中於約1320℃熔解，然後精煉(1370℃)及均化。於約1320℃之鑄塑溫度，玻璃可傾倒且加工成為期望尺寸，例如加工成帶狀。於大體積連續單元中，依照經驗，溫度可降低至少達約100度K。
帶狀物係經由將玻璃傾倒於兩根輥輪上獲得，可優異地研磨成粉末作為燒結前驅物，而非呈片段。
如此所得玻璃之性質示於下表5作為實例8。
轉換材料製造之額外具體實施例
後文說明之第二組玻璃實例實質上係採用相同製造方法(有關此主題且參考第一組玻璃)。有關額外細節或遺漏的細節請參考前文說明。
研磨成粒子，具有粒徑分布d100.7微米，d503微米及d90150微米之原料玻璃粉末與螢光物質一起稱重，例如螢光物質為具有平均直徑d50為1微米至50微米，特佳為1微米至20微米，及最佳為1微米至15微米之Ce：YAG基於重量百分比於混合單元混合，混合單元例如為滾筒妥布拉(Turbula)(型號T2C/Willi A.Bachofen/巴西)或史比德密(Sppdmix)(型號DAC 150 FVZ/郝斯卻工程公司(Hauschildt Enginerering))歷經1分鐘至120分鐘，較佳分別為1分鐘至5分鐘(史比德密)及15分鐘至120分鐘(妥布拉)，及最佳為1分鐘至5分鐘(史比德密)及15分鐘至120分鐘(妥布拉)。
然後分成數份由該模型中移出粉末混合物或純質玻璃粉末，因而可製備具有約12毫米/8毫米/小於5毫米直徑及約3毫米/2/1高度的粉末本體。
然後於熱安定性基材上於限制傾倒的管形元件或環形元件進行傾倒，經手動固化或進給入單軸壓縮製程及/或冷等靜力壓縮製程，藉加入尋常壓縮助劑可調整為最佳化，隨後可移除外部界線。
然後於配合起始玻璃相對於其轉化點之溫度-時間計畫(加熱速率及滯留時間)進行試樣退火。依據黏度陡峭度之函數加工處理玻璃，非限制性地退火目標溫度T係於基體玻璃之軟化點Ts至加工溫度Tp之範圍，原則上為Ts+150K計畫。
加熱方式可於烤爐且特別為進料或可能數批進料獲得平衡溫度。
特別欲選用之時間計畫典型係依據溫度單元之類別尺寸及設計(包括規格)決定。本烤爐中(拿伯森型號N70/H；規格拿伯C16及優洛森型號2604)，加熱速率為1度K/分鐘至30度K/分鐘，較佳1度K/分鐘至20度K/分鐘及最佳1度K/分鐘至10度K/分鐘，加熱至目標溫度，於冷卻前之停滯時間對烤爐之特徵曲線發現0至60分鐘，較佳0至30分鐘，及最佳10至30分鐘為適宜。
於退火步驟後，如此形成的包含玻璃基體及至少一種螢光物質之複合體經再加工，此處使用具有粒子形成至多為400微米(兩側上)之拋光劑及/或磨光劑以及於某些情況下例如使用具有粒子形成至多為1微米(一側上)之鑽石拋光劑，因而存在有兩側粗糙面或一側粗糙面或已拋光面。
再發射或透射光學資料測量係於尋常光譜儀內使用試樣於250nm至2500nm但至少於300nm至800nm波長範圍之積分球(烏伯契(Ulbrich)球)之輸入(透射)或背側輸出(再發射)之前的試樣進行，俾便測定前述參數。
將進一步參考第1至5圖說明本發明。
首先，第1圖示例顯示利用積分球3，已經研磨且燒結成粉末之基體玻璃試樣2進行參數T半 (頂)及T前向 (底)之測量。
積分球3具有60毫米直徑及約12毫米至15毫米直徑之球形開口。矩形孔隙(截面積：6*12平方毫米)設置於積分球3前方作為額外元件。相對於作為測量光束之輻射實質上只發射平行光之光源1係設置於距積分球3約50厘米位置。測量光束具有4*10平方毫米截面積。欲檢驗之試樣2係設置於積分球3與光源1間之不同分隔位置。試樣2具有外部直徑係大於約12毫米，或大於12毫米x大於12毫米(於矩形試樣2之情況下)。試樣厚度約為1毫米(±0.05毫米)。帶有光檢測器用於檢測積分球3所收集的光之光譜儀4係緊鄰設置於射線方向上於積分球3後方。
於T半測量期間，試樣2係設置於積分球3上分開位置，小於或等於約3毫米，俾便收集直接透射光及也收集由平行光源1發射的及於試樣2散射的部分光。
相反地，於T前向 之測量中，試樣2係與積分球3分開設置。分隔約43厘米。結果，只收集直接透射的或前向發光部分。
此類測量允許此處使用之未經摻雜之試樣2及/或視需要可使用已摻雜試樣2就其透射表現及/或散射表現配置。試樣2之分類或試樣2之特徵化可以商數T半 ：T前向 表示。
對理想上光學透明之非散射試樣2，因而光束可排它地於輻射方向前進，獲得T半 ：T前向 之比值為1或約為1。相反地，具有高散射表現之試樣將獲得T半 ：T前向 之大數值。
於透射測量中，試樣2係置於積分球3前方，特別係置於積分球3之輸入端。相反地，於再發射測量期間，試樣2係設置於積分球3後方，特別於出口端。光譜儀4之檢測器係位於積分球3周邊的任一個期望點。
於第2-5圖中，呈現若干結果係對前述玻璃實例2(參考表2及3)及前述玻璃實例11(參考表2及3)測定。第2圖顯示根據本發明之粒徑分布，第3至5圖顯示T半 ：T前向 之相關結果。
光學參數例如可使用商用光譜儀(例如伯金愛瑪λ9或900)測定。
為了達成此項目的，粒徑分布呈顆粒直徑之函數的累加值顯示於第2圖(例如使用型號希萊司(Cilas)1064粒徑測量裝置測量)。詳言之，各種情況下，對前述兩種玻璃實例2及實例11顯示三種不同粒徑分布(KGV1、KGV2及KGV3)。對於d10、d50及d90粒徑屬於第7圖之「數位」結果摘述於下表7。第一欄顯示表8使用之名稱。
表示所示數據使用實例11做說明KGV3(行V)：10%顆粒或粒子具有小於約23.6微米之直徑，50%粒子具有小於約55.8微米之直徑，及90%粒子具有小於94.9微米之直徑。可知實例11 KGV3粒子具有最大直徑。
用於玻璃實例2 KGV1(II)、2 KGV2(I)、11 KGV1(IV)、11 KGV3(V)之製程參數摘述於下表8。此處，對玻璃實例2，KGV1，指示兩種不同方法：(II)雙重退火，亦即燒結及隨後加熱處理例如第二次燒結；及(III)單純退火或燒結。參數(t@T/’)描述於T之滯留時間，以分鐘為單位。
第3圖顯示前述實例I至III之透射T半 及T前向 呈光波長之函數。第4圖顯示前述實例IV至V之透射T半 及T前向 呈光波長之函數。若曲線T半 與T前向 之分隔，換言之，座標值之差相當小，試樣2顯示極少散射。另一方面，若曲線彼此分隔相當大，則試樣2具有大散射。試樣2係以比值T半 ：T前向 決定特徵。
此外，T半 /T前向 之比總結顯示於第5圖。對全部所示實例I至V，所達成之比值係於根據本發明為優異之範圍。對實例5，其中粒子有最大直徑，甚至到達T半 ：T前向 值約為1。燒結玻璃本體具有極少散射。試樣內部之散射為非期望或甚至合乎所需係基於轉換器系統，亦即含有嵌置的螢光物質或基於系統要求藉助於整體轉換LED系統決定。舉例言之，於螢光物質與基體玻璃之折射率彼此接近之系統中，可能需要大量散射。特別，滿足透射與再發射之和的標準也有關鍵重要性。
前述基體玻璃可用於光源特別為白光源或彩色光源之製造，此處帶有螢光物質之基體玻璃係對應於轉換材料，該轉換材料較佳包含如申請專利範圍第1-23項中任一項定義之轉換材料之特徵，且係藉如申請專利範圍第24項之特徵方法製造。
於較佳實施例中，光源包含一次光源，特別為半導體光源作為一次光源，發射225-520nm，較佳350-480nm，及最佳400-480nm範圍之波長之光。
於另一種配置中，一次光源包含發射於400-480nm，及較佳420-480nm範圍之波長光之LED。
於額外較佳實施例中，一次光源包含發射於235-400nm，及較佳350-400nm範圍之波長光之UV-LED。
於又另一個實施例中，一次光源包含發射400-480nm範圍之波長光之半導體雷射二極體。
光源可包含一個或多個，特別也包含數個不同的一次光源。
此等光源之額外說明及其特殊設計性質可參考專利申請案名稱「Optik-Konverter-System fr(W)LEDs」，「用於WLED之光學轉換器系統」，內部參考號碼08SGL0020DEP或P 3156以及於專利申請案名稱「Gehuse fr LEDs mit hoher Leistung」，「具有高輸出功率之LED殼體」，內部參考號碼08SGL0060DEP或P3063，二案有相同申請人且與本案有相同申請日，其完整內容以引用方式構成本案之內容。
使用數種一次光源及數種螢光物質，可製造光源藉此特別藉由一次光源的選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X，Y)色空間具有如下彩度座標之光，
A=(0.16，0.02)
B=(0.05，0.30)
C=(0.02，0.76)
D=(0.21，0.76)
E=(0.72，0.28)。
結果，色空間界定於或跨據於多邊形曲線ABCDE內部，於其中藉該光源可實質上發射全部彩度座標之光。
於前述多邊形曲線以及後文指示之多邊形曲線內部之彩度座標測量值可一次進行，且以固定方式定義，建立給定之螢光物質比值及濃度，以及於數種光源之情況下，建立給定之一次光源之發射強度。
此外，於數種一次光源之情況下，彩度座標也可藉改變一個或多個一次光源之發射強度而改變至某種程度。
於光源之又一個實施例中，特別藉由一次光源的選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X，Y)色空間具有如下彩度座標之光，
F=(0.28，0.24)
G=(0.37，0.35)
H=(0.37，0.40)
I=(0.24，0.28)
於光源之又另一個實施例中，特別藉由一次光源的選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X，Y)色空間具有如下彩度座標之光，
J=(0.37，0.35)
K=(0.37，0.42)
L=(0.50，0.45)
M=(0.50，0.38)
於再度擴大之光源之實施例中，特別藉由一次光源的選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X，Y)色空間具有如下彩度座標之光，
N=(0.21，0.76)
O=(0.66，0.345)
P=(0.60，0.34)
Q=(0.15，0.76)。
結果，特別可製造飽和色綠-黃-橙(琥珀色)NOPQ，此外，藉由選擇一次光源或多個一次光源，可產生於535-610nm之光譜範圍的全部飽和色，否則使用純LED只可以低效率呈現。
為求了解如下申請專利範圍，須注意於本發明之第一個實施例中，「於一次光源發光之光譜範圍」一詞經常只包含單一一次光源的光譜範圍。此種單一一次光源於此處為前文詳細說明部分或後文申請專利範圍所述之一次光源中之一者。
於根據本發明之額外實施例中，「於光譜範圍，其中一次光源發光」一語包含多於單一光源之光譜範圍。此處，可使用有不同發射光波之兩種或大於兩種一次光源的特別允許跨據較大色空間。但此二個或多個一次光源只包含於前文詳細說明部分或後文申請專利範圍所述之一次光源。
熟諳技藝人士顯然易知須了解所述實施例為實例。本發明非僅囿限於此，反而可未悖離本發明之範圍以多種方式改變之。個別實施例之特性及於大致說明部分所述特性彼此組合。
第1圖示例說明參數T半 (頂)及T前向 (底)之測量值。
第2圖顯示粒徑分布之累進值呈顆粒直徑之函數。
第3圖顯示實例I至III之透射T半 及T前向 呈光波長之函數。
第4圖顯示實例IV及V之透射T半 及T前向 呈光波長之函數。
第5圖代表T半 對T前向 之比。

Claims (51)

  1. 一種特別用於白光源或彩色光源之轉換材料，該光源係包含一作為一次光源之半導體光源，包含一基體玻璃，該基體玻璃呈塊材，於1毫米厚度d，於350nm至800nm之波長範圍中且於該一次光源發光之範圍中表現純透射τi 大於80%，及該基體玻璃呈燒結體，係由具粒徑分布d100.7微米，d503微米及d90150微米之基體玻璃粉末製成。
  2. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，其中對不含螢光物質之燒結體，於350-800nm光譜範圍且於其中一次光源發光之光譜範圍，透射與再發射之總和係至少大於80%，較佳大於85%，及最佳大於90%。
  3. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，其中於350nm至800nm之光譜範圍，及於一次光源發光之範圍，於此等光譜範圍建立之再發射與透射間之差之最大量及最小量差異係不大於40%，較佳係不大於25%以及最佳係不大於15%。
  4. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，其中於一次光源發光之光譜範圍中，摻雜螢光物質之基體玻璃於燒結狀態之再發射係小於30%，較佳係小於25%，及最佳係小於15%，以及於350-800nm之光譜範圍，一次光源發光之光譜範圍除外，摻雜螢光物質之基體玻璃呈燒結狀態之透射與 再發射和，至少係大於80%，較佳大於85%，及最佳係大於90%。
  5. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，包含至少一種螢光物質具有粒子平均直徑d50為1微米至50微米，特佳為1微米至20微米，及最佳為1微米至15微米。
  6. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，包含具平均直徑d50小於300nm，較佳小於100nm，及最佳小於40nm之粒子之螢光物質。
  7. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，其中於350nm至800nm之光譜範圍，但一次光源發光之光譜範圍除外，於此等光譜範圍所建立之再發射與透射間之差的最大量與最小量差異係不大於40%，較佳不大於25%及最佳不大於15%。
  8. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，其中埋設於玻璃基體之螢光物質之內部轉換量子產率比較未經埋設的螢光物質之內部轉換量子產率係減低不超過20%，較佳不大於10%，及最佳不大於5%。
  9. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，其中該基體玻璃呈塊材具有大於1.6或為1.6之折射率，較佳具有1.65至2.0之值及最佳具有1.8至1.95之值。
  10. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，包含含鋅之鑭一矽酸硼玻璃、含釔之鋁-矽酸硼及鹼土金屬矽酸鹽。
  11. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含
  12. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含
  13. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含 於各例中較佳包含
  14. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，其中該基體玻璃呈塊材，具有小於1.6之折射率，較佳為1.43至1.6之值，及最佳為1.45至1.49之值。
  15. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，使用基體玻璃其包含磷酸鋅、矽酸硼、硼矽酸鋁、及/或鹼土金屬矽酸鹽。
  16. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含 於各例中較佳包含
  17. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含 於各例中較佳包含
  18. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含 於各例中較佳包含
  19. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含
  20. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，帶有基體玻璃以重量百分比表示，於各例中包含
  21. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，係以未使用Tl2 O、TeO2 及As2 O3 ，且較佳也不含組分Bi2 O3 及/或PbO之基體玻璃之製造性為其特徵，此處製造性之最低要求被視為該轉換材料於其製造後具有如申請專利範圍第3項定義之特徵。
  22. 如申請專利範圍第1項之轉換材料，包含螢光物質其係作為主材料，包含選自於由氧化物、氮化物、氧氮化物、硫化物、氧硫化物、鹵化物、鹵氧化物、鹵硫化物、碲化物、及硒化物所組成之組群中之至少一種物質，此處主材料係以選自於稀土金屬(Ce、Eu、Tb、Gd、......)、過渡金屬(Cr、Mn)、及重金屬(Tl、Pb、Bi)所組成之組群中之至少一種物質摻雜。
  23. 一種用於製造一轉換材料之方法，該轉換材料係特別為 具有如申請專利範圍第1-22項定義之特性之轉換材料，包含製備基體玻璃，特別為具有如申請專利範圍第1-22項所述性質之基體玻璃，將該基體玻璃研磨成為粉末，具有粒徑d100.7微米，d503微米及d90150微米之粒徑分布，粉狀基體玻璃與呈粉末形式存在之螢光物質混合，將粉狀基體玻璃壓縮，該粉狀基體玻璃係已經與呈粉末形式存在之螢光物質混合，以及燒結含有該基體玻璃及螢光物質之已壓縮的混合物。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中燒結係於特別由氮氣、形成氣體及/或氬氣所產生之特定氣氛下或於部分真空進行。
  25. 如申請專利範圍第23項之方法，其中螢光物質之初步加熱處理較佳係於特別由氮氣、成形氣體及/或氬氣所產生的特定氣氛或於部分真空進行。
  26. 如申請專利範圍第23項之方法，其中係藉加壓燒結含有該基體玻璃及螢光物質之已壓縮的混合物。
  27. 如前述申請專利範圍第26項之方法，其中該加壓燒結係於100巴至3000巴較佳500巴至2500巴，及特佳500巴至1500巴之範圍之壓力進行。
  28. 如申請專利範圍第23項之方法，其中係於螢光物質表面上形成一保護層。
  29. 如申請專利範圍第23項之方法，其中係於已經完成加工或較佳再加工之轉換元件上形成保護層。
  30. 如申請專利範圍第28或29項之方法，其中該保護層係使用濕化學法、溶膠-凝膠法、物理氣相沈積(PVD)及/或化學氣相沈積(CVD)形成。
  31. 如申請專利範圍第23項之方法，其中使用螢光物質例如Ce：YAG具有粒子帶有1微米至50微米，特佳為1微米至20微米，及最佳為1微米至15微米之平均粒徑d50。
  32. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該螢光物質含有粒子具小於300nm，特佳小於100nm，及最佳小於40nm之平均粒徑d50。
  33. 如申請專利範圍第23項之方法，其中於含該基體玻璃及螢光物質之混合物壓縮後，係使用就玻璃原料之軟化點調整適合該玻璃原料之溫度及/或時間方案(加熱速率及滯留時間)進行。
  34. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該燒結包含將含有基體玻璃及染料物質之已壓縮之混合物溫熱至於該基體玻璃之軟化點Ts至加工溫度Tp之範圍間之目標溫度T，較佳係溫熱至高於軟化點至至多高於軟化點150度K之溫度範圍之目標溫度。
  35. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該燒結係於特定溫度進行，因而所使用之玻璃黏度係於h=1014 dPas至h=106 dPas，較佳h=1013.5 dPas至h=107 dPas，及特佳h=1010 dPas至h=107 dPas之範圍。
  36. 如申請專利範圍第23項之方法，其中於加熱期間係使用1度K/分鐘至30度K/分鐘，較佳1度K/分鐘至20度K/分鐘及最佳1度K/分鐘至10度K/分鐘之加熱速率。
  37. 如申請專利範圍第23項之方法，其中含基體玻璃及螢光物質之已加熱且已壓縮混合物逾期冷卻前係維持於目標溫度歷經0至60分鐘，較佳0至30分鐘，及最佳10分鐘至30分鐘之時間，然後冷卻至室溫。
  38. 如申請專利範圍第23項之方法，其中含有該基體玻璃及螢光物質之已燒結且已壓縮之混合物進一步退火，亦即藉熱協助及/或視需要可藉壓力協助處理而退火。
  39. 如申請專利範圍第38項之方法，其中該進一步退火為第二退火。
  40. 如申請專利範圍第38項之方法，其中該進一步退火係於250巴至2500巴，較佳為500巴至1500巴範圍之壓力進行。
  41. 如申請專利範圍第38項之方法，其中該進一步退火係於特定溫度進行，因而所使用之玻璃黏度係於h=1014 dPas至h=106 dPas，較佳h=1013.5 dPas至h=107 dPas，及特佳h=1010 dPas至h=107 dPas之範圍。
  42. 申請專利範圍第38項之方法，其中該進一步退火係以於30分鐘至60分鐘，較佳60分鐘至300分鐘，及特佳100分鐘至180分鐘範圍之滯留時間進行。
  43. 一種轉換材料，其較佳包含如申請專利範圍第1-22項中任一項之特性，且其係以具有如申請專利範圍第23-42 項中任一項之特徵之方法製造或可製造。
  44. 一種光源，其特別為白光源或彩色光源，具有一轉換材料，該轉換材料係較佳包含如申請專利範圍第1-22項中任一項之轉換材料的特性，且係以具有如申請專利範圍第23-42項中任一項之特徵之方法製造或可製造，以及具有一次光源，其係較佳地為作為一次光源之半導體光源，發射具有225-520nm，較佳350-480nm，及最佳400-480nm範圍之波長之光。
  45. 如申請專利範圍第44項之光源，其中該一次光源包含LED，其發射於400-480nm，較佳420-480nm範圍之波長之光。
  46. 如申請專利範圍第44項之光源，其中該一次光源包含UV-LED，其發射於235-400nm，較佳365-400nm範圍之波長之光。
  47. 如申請專利範圍第44項之光源，其中該一次光源包含半導體雷射二極體，其發射於400-480nm範圍之波長之光。
  48. 如申請專利範圍第44至47項中任一項之光源，其中特別藉由一次光源之選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X,Y)色空間之下列彩度座標之光，A=(0.16，0.02)B=(0.05，0.30)C=(0.02，0.76)D=(0.21，0.76) E=(0.72，0.28)以及結果於如所界定之多邊形曲線ABCDE內部之一色空間，其中實質上全部彩度座標之光皆可由該光源發射。
  49. 如申請專利範圍第44至47項中任一項之光源，其中特別藉由一次光源之選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X,Y)色空間之下列彩度座標之光，F=(0.28，0.24)G=(0.37，0.35)H=(0.37，0.40)I=(0.24，0.28)以及結果於如所界定之多邊形曲線FGHI內部之一色空間，其中實質上全部彩度座標之光皆可由該光源發射。
  50. 如申請專利範圍第44至47項中任一項之光源，其中特別藉由一次光源之選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X,Y)色空間之下列彩度座標之光，J=(0.37，0.35)K=(0.37，0.42)L=(0.50，0.45)M=(0.50，0.38)以及結果於如所界定之多邊形曲線JKLM內部之一色空間，其中實質上全部彩度座標之光皆可由該光源發射。
  51. 如申請專利範圍第44至47項中任一項之光源，其中特別藉由一次光源之選擇，藉由螢光物質的選擇以及藉由螢光物質濃度及/或轉換器材料厚度的設定，可發射於(X，Y)色空間之下列彩度座標之光，N=(0.21，0.76)O=(0.66，0.345)P=(0.60，0.34)Q=(0.15，0.76)以及結果於如所界定之多邊形曲線NOPQ內部之一色空間，其中實質上全部彩度座標之光皆可由該光源發射。
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