TWI486254B - 發光陶瓷層板及其製造方法 - Google Patents

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TWI486254B
TWI486254B TW100133245A TW100133245A TWI486254B TW I486254 B TWI486254 B TW I486254B TW 100133245 A TW100133245 A TW 100133245A TW 100133245 A TW100133245 A TW 100133245A TW I486254 B TWI486254 B TW I486254B
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emission
garnet
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Bin Zhang
Guang Pan
Hiroaki Miyagawa
Hironaka Fujii
Rajesh Mukherjee
Toshitaka Nakamura
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Nitto Denko Corp
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Description

發光陶瓷層板及其製造方法
本發明係關於適合發光裝置的發光層，例如由發射與非發射阻擋層組成的半透明陶瓷片和該發光層的製造方法。
固態發光裝置，例如有時稱為有機電激發光裝置(OEL)的發光二極體(LEDs)、有機發光二極體(OLEDs)和無機電激發光裝置(IEL)，已廣泛用作各種應用，例如平面顯示器、各種儀器的指示器、招牌和裝飾照明等。這些發光裝置的發射效率仍持續改善，是以作為需很高發光強度的應用(例如汽車大燈和一般照明)將指日可待。白光LED為這些應用的候選品項之一且備受關注。
習知白光LED係以結合藍光LED與發射黃光之釔鋁石榴石：鈰(YAG:Ce)磷質粉體做為波長轉換材料且分散於封裝樹脂(例如環氧樹脂和矽酮樹脂)為基礎製造，此如美國專利案第5,998,925號和第6,069,440號所述。波長轉換材料依此配置以吸收部分的藍光LED發光及以如黃光或黃綠光的不同波長再發光。結合出自LED的藍光和出自磷質的黃綠光可產生感知白光。第1A圖及第1B圖圖示典型的裝置結構。第1A圖所示次底座10具有藍光LED 11裝設於上且覆蓋透明基質13，其中YAG:Ce磷質粉體12分散於透明基質13且由保護樹脂15封裝。如第1B圖所示，藍光LED 11覆蓋上透明基質13，YAG:Ce磷質粉體12則配置其中。然因用於此系統的YAG:Ce磷質粉體粒徑為約1至10微米(μm)，故分散於透明基質13的YAG:Ce粉體12將引起強烈的光散射。因此，如第2圖所示，來自藍光LED 11的入射光18與自YAG:Ce粉體12發射的黃光19有相當大的部分係以背散射和散逸終結，導致白光發射損失。
如第3圖所示，此問題的一個解決方式為形成單塊陶瓷構件22作為複合波長轉換元件。陶瓷構件22可由單一或多重磷質層20的複數個陶瓷層和透明層24a、24b(例如24r、24s、24t、24u)組成。照明裝置21併入複合波長轉換元件22，複合波長轉換元件22設置鄰接光源26(例如半導體發光二極體)且位於光源26發射的光路徑28上，以接收發射層20內的發射光。應理解具足夠多活化物含量且厚度為數十微米級的磷質陶瓷薄層可大幅降低製造成本。然為適當轉換顏色，薄磷質層顯得易碎又難以處理。第3圖所示構造提供此問題的解決方式，即結合磷質層20與薄陶瓷層24a、24b，以助於處理。透明陶瓷層24a、24b例如由和波長轉換材料的主體材料一樣的材料組成，但可不含任何客體或摻質材料(如美國專利第7,361,938號)。這些疊層亦可呈發光陶瓷澆鑄帶形式，澆鑄帶經層疊及共燒(美國專利第7,514,721號和美國專利公開申請案第2009/0108507號)。
然共燒疊層尚遭遇其他問題。由於某些疊層通常係由固態反應製得的石榴石粉體組成，本發明人發現，使用石榴石粉體時，儘管製造成本低廉，但一旦客體材料擴散到疊層內將導致發光度不佳。另外，客體材料內層擴散亦改變發射層中所需及實際的活化客體或摻質濃度，以致降低裝置性能。另外，摻質擴散到低品質石榴石粉體會造成裝置效率降低。
故本發明人體認到仍需要有效方式來增進白光LED的光輸出，同時使用陶瓷複合物以最小化背散射損失，及使用層疊結構以最小化製造成本。本發明人亦體認到層疊陶瓷結構的需求，該結構不會因內層客體材料擴散而犧牲發光效率和裝置性能。
一些實施例提供陶瓷波長轉換元件，包含：至少第一發射層，發射層包含石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料；至少第一和第二非發射阻擋層，非發射阻擋層包含非發射阻擋材料，當石榴石或類石榴石主體材料以A3 B5 O12 表示時(A與B各自由一個或二個或更多個元素組成)，非發射阻擋材料具有離子半徑為A陽離子元素離子半徑及/或構成發射客體材料元素離子半徑的約80%或以下的元素，第一發射層置於第一與第二非發射阻擋層之間。在一些實施例中，非發射阻擋層係透明層，透明層包含或實質由氧化鋁(Al2 O3 )組成。在一些實施例中，單獨使用第一非發射阻擋層而無第二非發射阻擋層。在一些實施例中，石榴石或類石榴石主體材料係選自Y3 A15 O12 、Lu3 Al5 O12 、Ca3 Sc2 Si3 O12 、(Y,Tb)3 Al5 O12 、(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12 、Lu2 CaSi3 Mg2 O12 和Lu2 CaAl4 SiO12 。在一些實施例中，發射客體材料係Ce。
如第14圖所示，一些實施例提供製造陶瓷波長轉換元件的方法，包含下列步驟：提供第一發射層，發射層包含石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料；提供第一和第二非發射阻擋層，非發射阻擋層包含非發射阻擋材料，非發射阻擋材料的離子半徑小於發射客體材料的離子半徑，第一發射層置於第一與第二非發射阻擋層之間；同時施加熱處理至第一發射層和第一與第二非發射阻擋層，該熱處理足以同時將三層燒結成單一陶瓷波長轉換元件，其中第一與第二非發射阻擋層仍實質無發射客體材料。
為總結本發明的態樣和優於相關領域的優點，本文將敘述本發明的一些目的和優點。當理解所有目的或優點不必然要根據本發明的任何特定實施例達成。故如熟諳此領域者將理解本發明可以達成或最佳化本文所教示的一個優點或一組優點、但不一定達成本文所教示或暗示的其他目的或優點的方式體現或施行。
本發明的其他態樣、特徵和優點從以下詳細說明將變得更清楚易懂。
本發明人發現，依據材料的離子半徑選擇非發射阻擋層材料元素，可大幅減少發射客體材料從相鄰發射層擴散到非發射阻擋層內，從而提供更高的波長轉換效率及提高裝置性能。例如，本發明人獲悉Al2 O3 可用來取代YAG作為非發射阻擋層材料。至少在某種程度上，因Al3+ 的離子半徑比Ce3+ 小，故可減少客體材料擴散到Al2 O3 。Al2 O3 用於發光裝置係便宜許多的材料，甚至比定期純化的未摻雜YAG還便宜。再者，Al2 O3 非發射阻擋層可和YAG發射層一起層疊及共燒而得實質高透明度。在一些實施例中，對其他使用Ce作為主要客體材料的石榴石或類石榴石磷質層而言，Al2 O3 可用作非發射阻擋層。
藉由在非發射阻擋層中使用Al2 O3 ，可更有效使客體材料(例如Ce)受制於發射層內。Al2 O3 的低成本加上可使用更高Ce濃度來製作更薄發射層，將能進一步降低製造成本。再者，對任何使用Ce作為主要客體材料的石榴石或類石榴石磷質層而言，Al2 O3 可用作非發射阻擋層。
有數種方法可製備發射材料。任何適合方法(包括習知方法)都可採行。例如，可以濕式化學共沉澱、水熱合成、超臨界合成、固態反應、燃燒、雷射熱解、火焰熔射、噴霧熱解及/或電漿合成來合成磷質。為達高波長轉換效率，磷質材料需有極高純度(例如高於99.99%)和無缺陷結晶結構，此通常意指高合成費用。在這些合成方法中，電漿合成，特別是射頻(RF)感應耦合熱電漿合成，可獲得極純的最終產物，此係因為沒有使用可燃氣體(例如，火焰熔射使用甲烷燃料)且產物不會接觸任何電極。
例如，如專利公開案第WO 2008112710 A1號所教示，藉由使霧化形式的前驅物溶液流入RF熱電漿炬的熱區域，從而使磷質微粒成核，可製造尺寸控制、高純度與高發光效率的磷質微粒。這些微粒接著以適當過濾元件收集。例如，使用具化學計量的硝酸釔、硝酸鋁與硝酸鈰水溶液，並透過RF電漿炬中心的雙流體霧化作用霧化此溶液而蒸發及分解前驅物，然後使Y-Al-O微粒成核，以合成鈰摻雜之釔鋁氧化物微粒。利用適當過濾機制，從流出氣體萃取出微粒。收集的微粒經在適當爐腔中以高於1000℃熱退火後，可完全轉化成純相鈰摻雜之釔鋁石榴石(Y3 A15 O12 )微粒。摻質位準取決於任何預定應用，熟諳此領域者可理解在不悖離概念基礎的情況下，當可改變客體材料位準。本發明人亦發現，比起其他方法，RF電漿合成的磷質有最高波長轉換效率。所述實施例的合成細節和其他重要事項可參見第WO 2008112710 A1號，上述文獻全文內容以引用方式併入本文。
所述實施例將詳述於後。在未指明條件及/或結構的本文中，熟諳此領域者可視本文進行例行性實驗而輕易提供條件及/或結構，若有需要，還可參考揭示案第WO 2008/112710號的內容，以利用RF熱電漿合成來製造鈰摻雜之YAG粉體，上述文獻全文內容以引用方式併入本文。另外，為獲得由Ce摻雜之YAG粉體組成的陶瓷層而提供波長轉換效率(WCE)至少為0.65的陶瓷複合層板，摻質或活化物於陶瓷內的分散性可當作控制變數，此如共同申請之美國專利臨時申請案第61/301,515號所述，上述文獻全文內容以引用方式併入本文。
如第4圖所示，本發明的一個實施例提供陶瓷波長轉換元件22a，陶瓷波長轉換元件22a具有至少第一發射層20，第一發射層20具有石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料和至少第一(24c)與第二(24d)非發射阻擋層，非發射阻擋層包含非發射阻擋材料，非發射阻擋材料的離子半徑為發射客體材料離子半徑的約80%或以下，第一發射層20置於第一(24c)與第二(24d)非發射阻擋層之間。在一個實施例中，非發射阻擋材料具有金屬元素。在一個實施例中，非發射阻擋材料係Al2 O3 。
在一個實施例中，發射層20的厚度為約10μm至約100μm。在另一實施例中，發射層20的厚度為約20μm至60μm。在又一實施例中，發射層20的厚度為約30μm至60μm。在一些實施例中，相對釔的客體或摻質濃度為約0.5莫耳%至約10.0莫耳%(包括約0.8莫耳%至約2.5莫耳%)，此將說明於後。在一些實施例中，客體或摻質濃度取決於YAG：Ce層的厚度。在一個實施例中，若 YAG：Ce層為約35μm，則客體或摻質濃度為約1.75%。在另一實施例中，若YAG：Ce層為約45μm，則客體或摻質濃度為約1.00%。以上可應用到除YAG：Ce層外的發射層。
在第4圖所示一個實施例中，發光裝置包含半導體發光裝置21，半導體發光裝置21包含層疊發射複合物22a，複合物22a設置鄰接發光源26且位於光源26發射的光路徑28上，層疊發射複合物22a進一步包含至少第一發射層20，第一發射層20具有石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料和至少第一(24c)與第二(24d)非發射阻擋層，非發射阻擋層包含非發射阻擋材料，非發射阻擋材料的離子半徑為發射客體材料離子半徑的約80%或以下，第一發射材料置於第一與第二非發射阻擋層之間。在一些實施例中，發光源26係半導體發光二極體。在一些實施例中，發光源26係包含鋁銦鎵氮化物((AlInGa)N)的半導體發光二極體。在一個實施例中，至少第一(24c)與第二(24d)非發射阻擋層各自的厚度大於發射層20的厚度(例如30至400μm或50至200μm)，且發射層和非發射阻擋層呈燒結陶瓷帶澆鑄層形式。在另一實施例中，第一與第二非發射阻擋層各自包含複數個非發射阻擋層(例如2至5層，例如分別為24z與24y和24x與24w)。在又一實施例中，複數個非發射阻擋層(例如各層24z、24y、24x、24w)各自的厚度大於發射層。
在另一實施例中，如第14圖所示，描述製造陶瓷波長轉換元件的方法，方法包含下列步驟：提供發射層，發射層具有至少一個石榴石或類石榴石主體材料與至少一個發射客體材料；且提供第一和第二非發射阻擋層，非發射阻擋層包含至少一種非發射阻擋材料，非發射阻擋材料的離子半徑為發射客體材料離子半徑的80%或以下；且同時施加熱處理至第一發射層和第一與第二非發射阻擋層，該熱處理足以同時將該等層燒結成單一陶瓷波長轉換元件，其中第一與第二非發射阻擋層仍實質或幾乎無發射客體材料遷移。在一個實施例中，非發射阻擋材料包含離子半徑小於發射客體材料離子半徑的金屬元素。在一個實施例中，發射客體材料包含Ce，非發射阻擋材料包含Al2 O3 ，例如Al的離子半徑(0.050奈米(nm)，參見下表1)小於Ce的離子半徑(0.103nm，參見下表1)。在一些實施例中，提供發射層和非發射阻擋層的步驟包括提供包含發射材料的澆鑄帶，及提供包含所述非發射阻擋材料的澆鑄帶。在一些實施例中，施加熱處理的步驟進一步包括堆疊部分的該等層而產生預成型體、加熱預成型體而形成生坯預成型體及燒結生坯預成型體，以同時燒結發射與非發射阻擋材料而製造發射複合層板。在一些實施例中，複合層板包含Al2 O3 /YAG:Ce/Al2 O3 。在一個實施例中，發射層與非發射阻擋層均為澆鑄帶層。在另一實施例中，發射層係澆鑄帶層，且非發射阻擋層為包含上述非發射阻擋材料的基板。
在一個實施例中，提供由非發射阻擋材料組成的澆鑄帶的步驟包含混合Al2 O3 粉體、分散劑、燒結助劑和有機溶劑；利用不同於Al2 O3 材料的銑球來研磨混合物，以形成已研磨的第一漿料；將類型1與類型2的塑化劑和有機黏結劑混合至該第一漿料中而形成第二漿料；研磨第二漿料，以形成已研磨的第二漿料；帶澆鑄已研磨的第二漿料，以製造非發射澆鑄帶；以及乾燥含非發射材料澆鑄帶，以製造非發射乾燥帶。
在一個實施例中，提供由具石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料的發射材料組成的澆鑄帶的步驟包括電漿產生重量平均粒徑為50nm至約500nm的磷質奈米微粒；以足以將奈米微粒實質轉化成實質所有石榴石或類石榴石相磷質奈米微粒的溫度，預退火處理磷質奈米微粒；混合已預退火處理的磷質奈米微粒、分散劑、燒結助劑和有機溶劑；利用不同於Y2 O3 或Al2 O3 材料的銑球來球磨混合物，以形成已研磨的第一漿料；將類型1與類型2的塑化劑和有機黏結劑混合至該第一漿料中而形成第二漿料；研磨第二漿料，以形成已研磨的第二漿料；帶澆鑄已研磨的第二漿料，以製造由具客體材料的發射材料組成的澆鑄帶，客體材料具有離子半徑比非發射阻擋層元素的離子半徑大的元素，非發射阻擋層元素的離子半徑又比客體材料的離子半徑大；以及乾燥含發射材料的澆鑄帶，以製造發射乾燥帶。
材料
在一個實施例中，發射材料包含磷質。考量不同磷質類型的吸收與發射光譜，選擇用於燒結陶瓷板發射相的磷質類型，以達到預定或預期白點(即色溫)。在一些實施例中，磷質包含石榴石或類石榴石材料。在一些實施例中，發射層包含石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料。在一些實施例中，石榴石或類石榴石結構係指三元無機化合物結構。石榴石可按立方晶系結晶，其中三個軸實質等長且互相垂直。此物理特性促成所得材料的透明度或其他化學或物理特性。石榴石或類石榴石結構可以A3 B2 C3 O12 表示，其中A陽離子(例如Y3+ )位於十二面體座標位置，B陽離子(例如Al3+ 、Fe3+ 等)位於八面體位置，C陽離子(例如Al3+ 、Fe3+ 等)位於四面體位置。
石榴石或類石榴石材料可由組成物A3 B5 O12 組成，其中A與B個別選自三價金屬。在一些實施例中，A係至少一個下列元素：釔(Y)、鎦(Lu)、鈣(Ca)、釓(Gd)、鑭(La)和鋱(Tb)；B係至少一個下列元素：鋁(Al)、鎂(Mg)、錳(Mn)、矽(Si)、鎵(Ga)和銦(In)。A與B可各自包含二個或更多個元素。在一些實施例中，發射層包括石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料。在一些實施例中，發射客體材料代入十二面體座標位置(A陽離子)。在一些實施例中，A陽離子選自Y、Lu、Ca、Tb及/或Gd。在一些實施例中，當Y為主要的A陽離子時，Ce代入A位置。在一些實施例中，發射客體材料為至少一種稀土金屬。在一些實施例中，稀土金屬選自由鈰(Ce)、釹(Nd)、鉺(Er)、銪(Eu)、鐿(Yb)、釤(Sm)、鋱(Tb)、釓(Gd)和鐠(Pr)所組成的群組。在一些實施例中，發射客體材料代入A陽離子座標位置。在一些實施例中，客體材料至少為Ce。在一些實施例中，客體材料進一步包括選自由釹(Nd)、銪(Eu)、鉻(Cr)、釤(Sm)、鋱(Tb)、釓(Gd)和鐠(Pr)所組成群組的發射材料。可用磷質實例包括Y3 Al5 O12 :Ce、Lu3 Al5 O12 :Ce、Ca3 Sc2 Si3 O12 :Ce、Lu2 CaSi3 Mg2 O12 :Ce、Lu2 CaAl4 SiO12 :Ce、(Y,Tb)3 Al5 O12 :Ce及/或(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12 :Ce。在這些實例中，A陽離子分別為Y、Lu、Ca、Lu/Ca、Y/Tb或Y/Gd。在一個實施例中，磷質材料包含電漿產生的Y3 Al5 O12 :Ce3+ (YAG:Ce)。
在一些實施例中，構成非發射阻擋材料的元素的離子半徑為構成發射客體的元素及/或構成主體材料之A陽離子元素的離子半徑的80%或以下。在一些實施例中，非發射阻擋材料包含實質透明的金屬氧化物材料。在一些實施例中，透明金屬氧化物材料包含雙元素材料或單金屬氧化物材料。在一些實施例中，材料包含具式Mx Oy 的化合物，其中1x3，且1y8，其中M選自Al、鈦(Ti)、Si或Ga中的一個或任一個。在一些實施例中，透明金屬氧化物選自Al2 O3 、TiO2 及/或SiO2 。在一些實施例中，M係B陽離子/元素。在一些實施例中，透明金屬氧化物係Al2 O3 。在一些實施例中，材料實質無發射層的金屬石榴石或類石榴石主體元素。在一些實施例中，材料實質無A陽離子/元素。在一些實施例中，材料包含離子半徑小於發射客體材料離子半徑的金屬元素。在一些實施例中，實質透明的金屬氧化物材料係指材料透射率為至少60%、70%、80%、90%。發射客體材料為Ce且石榴石或類石榴石主體材料為YAG時，非發射阻擋材料可為Al2 O3 。在其他實施例中，非發射阻擋材料元素的離子半徑小於發射客體材料元素及/或構成主體材料之A陽離子元素的離子半徑(埃或奈米)的50%、55%、60%、65%、70%、75%或80%中任一個。此例如參見表1所列材料。
可從附加來源確定各元素的有效離子半徑(例如參見「Table 14,Effective Ionic Radii,pg,4-123,Handbook of Chemistry and Physics,81 st ed.,CRC Press,New York,2000 」、「Shannon,R.D. and Prewitt,C.T.,Acta Cryst. 25,925(1969) 」和「Shannon,R.D. and Prewitt,C.T.,Acta Cryst.,26,1046(1970) 」，上述文獻全文內容以引用方式併入本文)。在一些實施例中，屬於第13族(例如鋁、硼)、第14族(例如矽、鍺)和第4族(例如鈦、鋯)的任何元素可用於非發射阻擋材料。
在一個實施例中，選擇石榴石或類石榴石主體、發射客體材料和非發射阻擋材料而得波長轉換元件，其中發射客體材料實質上仍在發射層內，且非發射阻擋層仍實質無發射客體材料。「實質無」客體材料一詞係指就從非發射阻擋層與發射層間界面到非發射阻擋層內10μm、20μm或50μm的距離而言，非發射阻擋層的發射客體材料濃度為下列任一情形：低於約0.01%、低於約0.001%、低於約0.0001%。
在一個實施例中，發射層20包含濃度為0.05莫耳%至約10.0莫耳%的發射客體材料。在另一實施例中，發射層20包含濃度為0.25莫耳%至約5.0莫耳%的發射客體材料。在又一實施例中，發射層20包含濃度為0.5莫耳%至約3.0莫耳%的發射客體材料。在另一實施例中，發射層20包含濃度為0.75莫耳%至約2.75莫耳%的發射客體材料，包括1.00莫耳%、1.5莫耳%、1.75莫耳%或2.00莫耳%，但不以此為限。
在第5圖所示一個實施例中，波長轉換元件22b包括第一發射層20a，且波長轉換元件22b進一步包括至少第二發射層20b，第二發射層20b包括石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料，其中至少一個非發射阻擋層24y置於第一(20a)與第二(20b)發射層之間。在一些實施例中，複數個發射層包括相同的石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料，例如YAG：Ce。在一些實施例中，複數個發射層包括相同的發射客體材料，然複數個發射層中的客體材料可具不同濃度，例如YAG：Ce(Ce 1.00%)和YAG：Ce(Ce 1.5%)。在一些實施例中，複數個發射層包括不同的石榴石或類石榴石主體材料。在一些實施例中，發射客體材料的濃度為至少約0.1莫耳%以上、至少0.5莫耳%以上或至少1.0莫耳%以上。在一些實施例中，具更長發射峰波長(更紅)的發射層設置得更靠近光源。例如，就某些暖白光應用而言，第一發射層包含YAG：Ce(Ce=1.0%)，且第二發射層包含Lu2 CaMg2 Si3 O12 (Ce=6.0%)。在一些實施例中，複數個發射層各自包括不同的發射客體材料。
在一些實施例中，發射層實質由石榴石或類石榴石主體材料與發射客體材料組成，且非發射阻擋層實質由非發射透明材料組成，且可另加入以下輔助元素。製造期間，層疊發射層或非發射阻擋層或二者可包括燒結助劑。在一些實施例中，燒結助劑可為四乙氧基矽烷(TEOS)、二氧化矽(SiO2 )、矽酸鋯或矽酸鎂、膠體二氧化矽及/或上述物質的混合物，但不以此為限；氧化物和氟化物，例如氧化鋰、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋇、氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化硼、氟化鈣及/或上述物質的混合物，但不以此為限；較佳為四乙氧基矽烷(TEOS)。
在一些實施例中，製造期間，層疊發射層或非發射阻擋層或二者可包括分散劑。在一些實施例中，分散劑可為Flowen、魚油、長鏈聚合物、硬脂酸；氧化鯡魚油、二羧酸，例如丁二酸、乙二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、鄰酞酸、對酞酸及/或上述物質的混合物。其他可用分散劑包括山梨糖單油酸酯，較佳為氧化鯡魚油(MFO)。
在一些實施例中，製造期間，層疊發射層或非發射阻擋層或二者可包括黏結劑。在一些實施例中，有機黏結劑可為乙烯聚合物，例如聚乙烯丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙酶乙烯(PVAc)、聚丙烯腈、上述物質的混合物與上述物質的共聚物、聚乙烯亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氯乙烯-乙酸酯及/或上述物質的混合物，但不以此為限；較佳為PVB。
在一些實施例中，製造期間，層疊發射層或非發射阻擋層或二者可包括塑化劑。在一些實施例中，塑化劑可包括塑化劑類型1，類型1通常會降低玻璃轉換溫度(Tg)而如使材料更可撓，例如酞酸酯(包括酞酸正丁(二丁)酯)、酞酸二辛酯、酞酸丁芐酯及/或酞酸二甲酯，及包括塑化劑類型2，類型2能製作更可撓、更易變形的膜層且可減少層疊造成的孔隙量，例如乙二醇(包括聚乙二醇)、聚烯烴乙二醇、聚丙二醇、三伸乙甘醇及/或二丙基乙二醇安息酸乙二醇。
塑化劑類型1可用於製造透明陶瓷材料(例如透明YAG，但不以此為限)，塑化劑類型1包括酞酸丁芐酯、二羧酸/三羧酸酯系塑化劑，例如、但不限於酞酸酯系塑化劑，例如、但不限於酞酸雙(2-乙基己基)酯、酞酸二異壬酯、酞酸雙(正丁)酯、酞酸丁芐酯、酞酸二異癸酯、酞酸二正辛酯、酞酸二異辛酯、酞酸二乙酯、酞酸二異丁酯、酞酸二正己酯及/或上述物質的混合物；己二酸酯系塑化劑，例如、但不限於己二酸雙(2-乙基己基)酯、己二酸二甲酯、己二酸單甲酯、己二酸二辛酯及/或上述物質的混合物；癸二酸酯系塑化劑，例如、但不限於癸二酸二丁酯和順丁烯二酸酯。類型2的塑化劑例如為順丁烯二酸二丁酯、順丁烯二酸二異丁酯及/或上述物質的混合物，但不以此為限；聚烯烴乙二醇，例如、但不限於聚乙二醇、聚丙二醇及/或上述物質的混合物。其他可用塑化劑包括苯甲酸酯、環氧植物油、磺胺，例如、但不限於N-乙基甲苯磺胺、N-(2-羥基丙基)苯磺胺、N-(正丁基)苯磺胺、有機磷酸酯，例如、但不限於磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯、乙二醇/聚醚，例如、但不限於三伸乙甘醇二己酸酯、四伸乙甘醇二庚酸酯及/或上述物質的混合物，但不以此為限；烷基檸檬酸鹽，例如、但不限於三乙基檸檬酸鹽、乙醯基三乙基檸檬酸鹽、三丁基檸檬酸鹽、乙醯基三丁基檸檬酸鹽、三辛基檸檬酸鹽、乙醯基三辛基檸檬酸鹽、三己基檸檬酸鹽、乙醯基三己基檸檬酸鹽、丁醯基三己基檸檬酸鹽、三甲基檸檬酸鹽、烷基磺酸苯酯及/或上述物質的混合物。
可用於製造發射與非發射阻擋層的溶劑包括水、低級烷醇，例如、但不限於變性乙醇、甲醇、異丙醇及/或上述物質的混合物，較佳為變性乙醇、二甲苯、環己酮、丙酮、甲苯和甲基乙基酮及/或上述物質的混合物，較佳為二甲苯與乙醇的混合物，但不以此為限。
粒徑調整
在一些實施例中，用於帶澆鑄的原料微粒為奈米級。為避免溶劑蒸發時毛細力造成澆鑄帶破裂，Al2 O3 和合成YAG的粒徑需在適當範圍。藉由在真空下、氧氣(O2 )、氫氣(H2 )、H2 /氮氣(N2 )與空氣環境中，以800℃至1800℃、較佳1000℃至1500℃、更佳1100℃至1400℃來預退火處理微粒，可調整YAG和Al2 O3 的粒徑。已退火微粒的布厄特(BET)表面積為0.5至20平方公尺/克(m2 /g)，較佳為1至10m2 /g，更佳為3至6m2 /g。
漿料製作
本文描述根據一些實施例製作漿料的方法，以利用帶澆鑄來製造釔鋁石榴石(YAG)和Al2 O3 坯片。將含電漿之活化物(例如、但不限於三價鈰離子或Al2 O3 )合成的YAG微粒與分散劑、燒結助劑(若有需要)和溶劑混合，然後以球磨混合0.5至100小時，較佳6至48小時，更佳12至24小時。將已球磨的漿料與聚合黏結劑(例如、但不限於聚乙烯丁醛(PVB))、塑化劑(例如、但不限於酞酸芐正丁酯(BBP))和聚乙二醇(PEG)混合。PEG的平均分子量較佳為100至5000，更佳為400至4000。黏結劑和塑化劑可直接加入漿料混合，或先溶於溶劑、再加到漿料中。
混合物經球磨0.5至100小時，較佳6至48小時，更佳12至24小時。在一個實施例中，銑球包含不同於主體材料的材料，例如若主體材料為YAG，則銑球材料包含ZrO2 。漿料通過過濾器而分離銑球和漿料。將漿料黏度調整成10至5000厘泊(cP)，較佳為50至3000cP，更佳為100至1000cP。
帶澆鑄
本文描述根據一些實施例的帶澆鑄方法。利用可調整間隙的刮刀，把具適當黏度的漿料澆鑄在離型基板上，例如矽酮塗覆之Mylar(聚酞酸乙二酯)基板。利用刮刀間隙、漿料黏度和澆鑄速率，調整澆鑄帶厚度。在周圍大氣下，乾燥澆鑄帶，並偕同加熱或不加熱基板。澆鑄帶中的溶劑蒸發後，可得不同厚度的坏片。刮刀間隙的改變範圍為0.125至1.25毫米(mm)，較佳為0.25至1.00mm，更佳為0.375至0.75mm。澆鑄速率較佳為約10至約150公分/分鐘，更佳為30至100公分/分鐘，又更佳為40至60公分/分鐘。依此，坏片厚度可調整成20至300微米。
層疊
本文描述根據一些實施例，利用層疊來製造發射與非發射坏片複合物的方法。將包含發射與非發射阻擋材料的澆鑄帶切成預定形狀和尺寸，接著把單一坏片堆疊在一起而組裝。視單一坏片厚度和發射層的活化物濃度而定，堆疊的坏片總數可為2至100個。將澆鑄帶與最頂、最底或非發射阻擋層間的發射層堆疊結構放到金屬模具之間，模具由如不銹鋼等金屬製成。接觸層疊坏片的金屬模具表面經鏡面拋光。加熱澆鑄帶堆疊結構達高於黏結劑的Tg溫度，接著以1至500MPa、較佳30至60MPa的壓力進行單軸壓縮。持續對坏片堆疊結構施壓及加熱1至60分鐘，較佳30分鐘，更佳10分鐘，接著釋放壓力。在另一態樣中，利用具層疊設計圖案的模具，將坏片中的圖案(例如孔洞、填孔、支柱或粗度)形成在坏片上。此類圖案可利用波導作用而減少側向光傳播，藉以增進光輸出方向上的光耦合及萃取。
燒製
本文描述根據一些實施例，同時施加熱處理至第一發射層和第一與第二非發射阻擋層的方法，該處理足以同時將該等層燒結成單一陶瓷波長轉換元件，其中第一與第二非發射阻擋層仍實質無發射客體材料。在一些實施例中，「實質無」發射客體材料一詞係指非發射阻擋層的發射客體材料濃度低於約0.01莫耳%、低於約0.001莫耳%、低於約0.0001莫耳%或低於相鄰共燒非發射阻擋層的可偵測位準或和非發射阻擋層中其他元素相關的一般雜質一樣少量。本文描述同時將層疊坏片燒結成密實陶瓷片的方法。首先，按預定順序設置的層疊坏片(例如，至少一個發射層置於至少第一與第二非發射阻擋層之間)夾設在蓋板之間，蓋板由孔隙度約40%的ZrO2 製成(但不限於ZrO2 )，以減少脫脂及燒結期間坏片翹曲、拱起和彎曲。或者，複數個坏片堆疊在多孔ZrO2 蓋板之間。在空氣中加熱坏片，以分解有機組分，例如黏結劑、塑化劑。接著視層疊坏片厚度而定，按0.01至10℃/分鐘、較佳0.05至5℃/分鐘、更佳0.5至1.0℃/分鐘的速率，加熱坏片達300℃至1100℃，較佳達500℃至900℃，更佳達800℃，並且持續30至300分鐘。
脫脂後，在真空下、H2 /N2 、H2 、Ar/H2 環境中，以1200℃至1900℃、較佳1500℃至1800℃、更佳1600℃至1700℃來燒結坏片，歷時1小時至100小時，較佳2至10小時。脫脂及燒結可個別進行或以一個步驟操作(大氣轉換除外)。在還原大氣中燒結的層疊坏片通常會因燒結時形成如氧空位等缺陷而呈褐色或茶褐色。在空氣或氧氣大氣中再氧化通常為使陶磁片在可見光波長範圍有高透射率所必需。以1000℃至1500℃和1至20℃/分鐘的加熱速率施行再氧化30至300分鐘，較佳以1300℃和5℃/分鐘的加熱速率進行2小時。
粉體內部量子效率(IQE)的評估方法
藉由在預定強度的標準激光輻照下，測量磷質粉體發射率，可評估磷質粉體的發光效率。磷質的內部量子效率(IQE)為磷質產生之光子數量與穿透磷質之激光光子數量的比率。
磷質材料的IQE可以下列公式表示：
內部量子效率=
外部量子效率(λ )=內部量子效率(λ )‧[1-R(λ )]，
吸收率(λ )=1-R(λ )，
在任何關注波長λ下，E(λ)為激發光譜中入射磷質的光子數量，R(λ)為反射激光光譜中的光子數量，且P(λ)為磷質之發射光譜中的光子數量。Ohkubo等人發表的「“Absolute Fluorescent Quantum Efficiency of NBS Phosphor Standard Samples”,87-93,J. Illum Eng Inst. Jpn. Vol. 83,No. 2,1999 」亦提供此IQE測量方法，上述文獻全文內容以引用方式併入本文。
總計陶瓷複合物透射率的方法
利用高靈敏度多通道光偵測器(MCPD 7000，Otsuka Electronics公司)，測量所得陶瓷複合物的總透射率。首先，以出自鹵素燈源(150瓦，Otsuka Electronics MC2563)的連續頻譜光輻照玻璃板而取得參考透射率資料。接著，將陶瓷複合物放到參考玻璃上並加以輻照。接著利用光偵測器(MCPD)，取得各樣品的透射光譜。測量時，玻璃板上的陶瓷複合物可塗覆折射率和玻璃板一樣的石蠟油。光波長800nm的透射率可用作定量測量所得陶瓷複合物的透明度。
測定發射層與非發射阻擋層間擴散的方法
利用靜態二次離子質譜儀來分析層疊波長轉換元件，以測定發射離子擴散到非發射阻擋層內的情形。利用飛行時間二次離子質譜儀(TOF-SIMS)，分析發射客體材料擴散到非發射阻擋層內的情形。參見第7圖及第9圖。
實例：粉體的IQE測量及比較
本發明將參照實例詳加說明，但本發明不限於這些實例。
(1)電漿產生之YAG:Ce粉體合成
將56.36克的硝酸釔(III)六水合物(純度99.9%，Sigma-Aldrich)、94.92克的硝酸鋁九水合物(純度>98%，Sigma-Aldrich)和1.30克的硝酸鈰(III)六水合物(純度99.99%，Sigma-Aldrich)溶於去離子水，然後經超音波震盪30分鐘，以製備完全透明的溶液。
利用液體泵，使濃度2.0M的前驅物溶液經由霧化探針運送到類似專利公開案第WO 2008112710 A1號所示的電漿反應腔室內。專利公開案第WO 2008112710 A1號教示的原理、技術和範圍全文以引用方式併入本文。
以RF感應電漿炬(TEKNA電漿系統公司的PL-35)進行合成實驗，RF感應電漿炬由在3.3兆赫(MHz)下操作的Lepel RF電源供應器供電。在合成實驗方面，腔室壓力保持約25千帕(kPa)至75kPa，RF產生器平板功率為10至30千瓦。平板功率和腔室壓力為使用者控制參數。氬氣引入電漿炬做為旋流鞘氣體(20至100標準升/分鐘(SLM))和中央電漿氣體(10至40slm)。加入氫氣(1至10slm)，以補充鞘氣流。利用徑向霧化探針(TEKNA電漿系統公司的SDR-772)，注入反應物，徑向霧化探針依雙流體霧化原理操作。注入反應物期間，探針設在電漿羽中心。合成時，利用原位霧化，以1至50毫升/分鐘的速率，將反應物送入電漿羽。以氬氣做為霧化氣體來霧化液態反應物，氬氣輸送流率為1至30slm。反應物通過RF熱電漿的熱區域時，將經歷蒸發、分解及成核的組合作用。以適合的多孔陶瓷或玻璃過濾器收集流動流的成核微粒。
實例1：YAG:Ce/Al2 O3 /YAG和YAG:Ce/YAG陶瓷複合物製備及光學性能測量
a.　用於YAG:Ce坏片製備的電漿原料粉體
將相對釔含1.75莫耳%之鈰的電漿合成YAG粉體(5克)加到高純度氧化鋁燃燒船，並在管爐(MTI GSL 1600)中、流入3% H2 與97% N2 的混合氣體的條件下，以1200℃退火處理約2小時。測得已退火的YAG粉體的BET表面積為約5.5m2 /g。已退火的YAG粉體用於YAG:Ce坏片製備。
b.　用於Al2 O3 坏片製備的Al2 O3 原料粉體
將BET表面積6.6m2 /g的Al2 O3 (5克、99.99%、AKP-30級，Sumitomo Chemicals有限公司)用於Al2 O3 坏片製備。
c.　用於YAG坏片製備的固態反應(SSR)原料粉體
將BET表面積4.6m2 /g的Y2 O3 粉體(2.846克、99.99%、N-YT4CP批，Nippon Yttrium有限公司)、BET表面積6.6m2 /g的Al2 O3 (2.146克、99.99%、AKP-30級，Sumitomo Chemicals有限公司)按莫耳比3：5用於SSR YAG坏片製備。SSR YAG樣品不含Ce。
d.　坏片製備及層疊
將30克的Y2 O3 穩定之ZrO2 球(直徑3mm)填入50毫升高純度Al2 O3 球磨瓶。接著，將5克的上述粉體混合物(電漿YAG(1.75莫耳%的Ce)、Al2 O3 或SSR YAG)、0.10克的分散劑(Flowlen G-700，Kyoeisha)、0.30克的聚(乙烯丁醛-共聚-乙烯醇-共聚-乙酸乙烯)(Aldrich)、0.151克的酞酸芐正丁酯(98%，Alfa Aesar)和0.151克的聚乙二醇(Mn=400，Aldrich)、0.025克做為燒結助劑的正矽酸乙酯(Fluka)(以電漿與SSR YAG為例)、1.5毫升的二甲苯(Fisher Scientific，實驗室級)與1.5毫升的乙醇(Fisher Scientific，試劑酒精)加入瓶中。利用球磨混合混合物約24小時，以製造漿料。
當完成球磨時，接著利用注射器和具金屬外殼的過濾器，使漿料通過孔徑0.05mm的金屬篩過濾器。利用調整式塗膜器(Paul N. Gardner Company公司)，以30公分/分鐘的澆鑄速率，把所得漿料澆鑄在離型基板上，例如矽酮塗覆之Mylar承載基板(帶澆鑄棧)。塗膜器上的刮刀間隙經設定以取得所需厚度。在周圍大氣下，乾燥澆鑄帶一整夜而製造坏片。
利用金屬打孔器，將包含電漿YAG(1.75莫耳%的Ce)或Al2 O3 或SSR YAG粉體的乾燥澆鑄帶切成直徑13mm的圓形。在一個層板結構中，一片電漿YAG(1.75莫耳%的Ce)切割澆鑄帶(90μm)、一片Al2 O3 切割澆鑄帶(50μm)和兩片SSR YAG切割澆鑄帶(每片為200μm)層疊成Al2 O3 澆鑄帶位於電漿YAG(1.75莫耳%的Ce)與SSR YAG層(兩個SSR層彼此相鄰設置)之間。接著將層狀複合物放在具鏡面拋光表面的圓形模具之間，並在熱盤上加熱達80℃，然後利用液壓機，以5噸力的單軸壓力壓縮且維持受壓約5分鐘。依此將製得發射與非發射阻擋層的層疊複合物。
至於對照實驗，在一個層板結構中，一片電漿YAG(1.75莫耳%的Ce)切割澆鑄帶(90μm)和兩片彼此相鄰設置的SSR YAG切割澆鑄帶(每片為200μm)層疊在一起，及經類似上述方式處理而得層疊複合物。
e.　燒結
層疊坏片夾設在ZrO2 蓋板(厚度為1mm、42510-X級，ESL Electroscience公司)之間且置於厚度5mm的Al2 O3 板上。接著，在管爐中、空氣環境下，以0.5℃/分鐘的速率加熱上述結構達約800℃並維持約2小時，以移除坏片中的有機組分而產生預成型體。此製程稱為脫脂。
脫脂後，在10-1 托耳的真空下，以1500℃退火處理預成型體約5小時，且加熱速率為1℃/分鐘，使非發射阻擋層中YAG的非石榴石相(包括、但不限於無定形氧化釔、YAP、YAM或Y2 O3 和Al2 O3 )完全轉化成釔鋁石榴石(YAG)相，及增大YAG晶粒尺寸。
第一次退火後，在10-3 托耳的真空下，以1700℃進一步燒結預成型體約5小時，且加熱速率為5℃/分鐘，並以10℃/分鐘的速率冷卻至室溫，以製造透明/半透明的YAG陶瓷片。當在具石墨加熱器與碳氈內襯的爐腔中退火處理層疊坏片時，預成型體埋置在1至5微米的犧牲YAG粉體中，以免樣品因強還原大氣而部分還原成成分金屬。在爐腔中、真空大氣下，以約1400℃再氧化褐色燒結陶瓷片約2小時，且加熱和冷卻速率分別為10℃/分鐘和20℃/分鐘。所得燒結層疊複合物在800nm下的透射率大於70%。
f.　光學性能測量
利用切塊機(MTI，EC400)，將各陶瓷片切成2mm×2mm。
使用Otsuka Electronics的多通道光偵測系統MCPD 7000和所需光學組件，例如光纖(Otuka Electronics)、直徑12吋的積分球(Gamma Scientific，GS0IS12-TLS)、配置供總通量測量的校正光源(Gamma Scientific，GS-IS12-OP1)和激發光源(Cree的藍光LED晶片，主要波長455nm，C455EZ1000-S2001)，進行光學測量。
將波峰波長455nm的藍光LED放在積分球的中間位置，並以25毫安培的驅動電流操作。首先，取得出自裸藍光LED晶片當作激光的輻射功率。接著，將塗覆石蠟油的切塊磷質層裝設在LED晶片上，石蠟油的折射率近似常用封裝樹脂(例如環氧樹脂)。然後取得YAG磷質層與藍光LED的結合輻射功率。
實例2
依實例1所述程序，製造複數個坏片，該等坏片包含SSR YAG(無發射客體材料，例如Ce)，且各坏片的厚度為200μm。
依據實例1的程序，製造90μm、包含電漿YAG的坏片，電漿YAG相對釔含1.75莫耳%的Ce3+ 做為活化物。
依據實例1的程序，製造50μm、包含Al2 O3 的坏片。
使用兩片SSR YAG切割澆鑄帶(0% Ce，各為200μm)和一片電漿YAG切割澆鑄帶(1.75莫耳%的Ce，90μm)(YAG:Ce/SSR YAG1/SSR YAG2)而得第一層疊坏片。如第6圖所示，依實例1中用於脫脂、第一次燒結、第二次燒結及再氧化的程序，製造第一陶瓷複合物。
兩片SSR YAG切割澆鑄帶(0% Ce，各為200μm)、一片Al2 O3 切割澆鑄帶(50μm)和一片電漿YAG切割澆鑄帶(1.75莫耳%的Ce，90μm)層疊成Al2 O3 片位於SSR YAG與電漿YAG片之間(YAG:Ce/Al2 O3 /SSR YAG1/SSR YAG2)而得第二層疊坏片。如第8圖所示，依實例1中用於脫脂、第一次燒結、第二次燒結及再氧化的程序，製造第二陶瓷複合物。
利用飛行時間二次離子質譜儀(TOF-SIMS)，分析具YAG(1.75% Ce)20/YAG(0% Ce)24e構造的複合物組成(第6圖)，結果如第7圖所示。從圖可知，Ce+ 擴散到YAG(0% Ce)層內，此如從約A點(發射層與非發射阻擋層間的界面)延伸到非發射阻擋層至少約100μm處的Ce+ 尾渣量所示。作為對照，亦以TOF-SIMS分析具YAG(1.75% Ce)20/Al2 O3 24f/YAG(0% Ce)24e構造的複合物組成(第8圖)。如第9圖所示，使用Al2 O3 層，可實質阻擋Ce擴散，致使非發射阻擋層實質無客體材料。據悉採用較厚的Al2 O3 非發射阻擋層(例如厚度大於約50μm)，可完全防止Ce擴散。
此外，由於YAG(0% Ce)層通常較厚且由較便宜的低純度YAG粉體組成，故Ce交互擴散將降低整個複合物的光學性能，且此潛在疑慮可藉由使用Al2 O3 代替YAG(0% Ce)層而減至最少。
實例3
兩片Al2 O3 切割澆鑄帶(各為120μm)24g和一片電漿YAG切割澆鑄帶(1.00莫耳%的Ce，45μm)20a層疊成電漿YAG片位於Al2 O3 片之間而得層疊坏片(第10圖)。依實例1中用於脫脂、第一次燒結、第二次燒結及再氧化的程序，製造陶瓷複合物。以飛行時間二次離子質譜儀(TOF-SIMS)進行組成分析。即使所用Ce摻雜濃度高達1.00莫耳%，若採取當前Al2 O3 片厚度，據悉Ce將完全受制於電漿YAG層。
實例4
如第11圖所示，兩片Al2 O3 切割澆鑄帶(各為120μm)24g、一片電漿YAG切割澆鑄帶(0.2莫耳%的Ce，120μm)20b、一片電漿YAG切割澆鑄帶(1.0莫耳%的Ce，50μm)20a和一片電漿YAG切割澆鑄帶(2.0莫耳%的Ce，35μm)20c層疊成Al2 O3 片位於各電漿YAG片之間而得層疊坏片。依實例1中用於脫脂、第一次燒結、第二次燒結及再氧化的程序，製造陶瓷複合物。
以和實例1一樣的方法評估光學性質。
實例5
依實例1所述程序，製造複數個坏片，該等坏片包含Al2 O3 ，且各坏片的厚度為200μm。
依據實例1的程序，製造50μm、由電漿YAG粉體組成的坏片，電漿YAG粉體相對釔含1.75莫耳%的Ce3+ 做為活化物，坏片並與Al2 O3 片層疊。依據實例1的程序，製造由坏片20d與Al2 O3 層24h組成的層疊坏片，除了具金字塔或三棱鏡陣列圖案的模具係設在無活化物的層側。依實例1中用於脫脂、第一次燒結、第二次燒結的程序，製造陶瓷複合物(第12圖)。
以和實例1一樣的方法評估光學性質。
實例6
依據實例1的程序，製造50μm、由電漿YAG粉體組成的坏片，電漿YAG粉體相對釔含2.0莫耳%的Ce3+ 做為活化物，坏片並與Al2 O3 片層疊。依據實例1的程序，製造由坏片20d與Al2 O3 層24i組成的層疊坏片，然後接合到具預定曲率的主體半球陶瓷透鏡，主體半球陶瓷透鏡係藉由滑鑄、真空鑄造、離心鑄造、乾壓成型、凝膠澆鑄、熱壓鑄造、熱射出成型、押出成型、均壓成型，隨後在高溫和控制大氣下脫脂及燒結而製得。接合材料包含聚合物、低熔點玻璃、陶瓷(第13圖)。
熟諳此領域者將明白在不脫離本發明範圍的情況下，當可對上述方法作各種省略、增添及修改，所有更動與潤飾擬落在本發明的保護範圍內。
10．．．次底座
11．．．LED
12．．．磷質粉體
13．．．基質
15．．．樹脂
18．．．入射光
19．．．黃光
20．．．發射層/YAG
20a-c．．．YAG澆鑄帶
20d．．．坏片
21．．．發光裝置
22．．．陶瓷構件
22a．．．複合物
22b．．．波長轉換元件
24a-d、24r-u、24w-z．．．非發射阻擋層
24e．．．YAG
24f．．．Al2 O3
24g．．．Al2 O3 澆鑄帶
24h、24i．．．Al2 O3 層
26．．．光源
28．．．光路徑
本發明的上述和其他特徵現將參照較佳實施例的圖式加以描述，此擬說明、但不限定本發明。為便於說明，圖式已經簡化且不必然按比例繪製。
第1A圖及第1B圖圖示習知白光LED裝置的截面。
第2圖圖示在習知白光LED裝置中，藍光LED裝置的發射光如何遭微米級黃光磷質粉體背散射。
第3圖圖示習知陶瓷層疊結構的截面，該陶瓷層疊結構具有發射主體-客體層和非發射唯一主體層(使用和發射主體-客體層一樣的主體、但無客體材料)。
第4圖圖示陶瓷層疊結構實施例的截面，該陶瓷層疊結構具有發射層和非發射阻擋層(無客體材料)。
第5圖圖示陶瓷層疊結構實施例的截面，該陶瓷層疊結構具有複數個發射層和複數個非發射阻擋層(無客體材料)。
第6圖圖示波長轉換陶瓷層疊結構實施例的截面，該陶瓷層疊結構包含發射YAG:Ce層和非發射YAG(無發射客體材料[Ce])。
第7圖圖示TOF-SIMS光譜，圖繪示各種離子從第6圖層疊陶瓷結構的發射層/非發射阻擋層界面擴散。
第8圖圖示波長轉換陶瓷層疊結構實施例的截面，該陶瓷層疊結構包含發射YAG:Ce層和非發射Al2 O3 層(無發射客體材料[Ce])。
第9圖圖示TOF-SIMS光譜，圖繪示各種離子從第8圖層疊陶瓷結構的發射層/非發射阻擋層界面擴散。
第10圖圖示根據所述實施例推得的另一實施例的截面。
第11圖圖示根據所述實施例推得的又一實施例的截面。
第12圖圖示根據所述實施例推得的再一實施例的截面。
第13圖圖示根據所述實施例推得的另一實施例的截面。
第14圖圖示用以製造所述實施例的一種方法實施例的流程圖。
20．．．發射層
21．．．發光裝置
22a．．．複合物
24c、24d、24w、24x、24y、24z．．．非發射阻擋層
26．．．發光源
28．．．光路徑

Claims (22)

  1. 一種陶瓷波長轉換元件，包含：至少一第一發射層，該第一發射層包含一石榴石或類石榴石主體材料與一發射客體材料；以及至少一第一非發射阻擋層，該第一非發射阻擋層包含一非發射阻擋材料，當該石榴石或類石榴石主體材料以A3 B5 O12 表示時，該非發射阻擋材料實質由離子半徑為一A陽離子元素之離子半徑及/或構成該發射客體材料之一元素的離子半徑的約80%或以下的元素組成，其中該第一發射層和該第一非發射阻擋層係設置互相接觸並燒結在一起，該第一非發射阻擋層實質無遷移通過該第一發射層與該第一非發射阻擋層間的一界面的該發射客體材料。
  2. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，其中該第一發射層的一厚度小於約200微米(μm)。
  3. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，其中該非發射阻擋層實質由一雙元素材料組成。
  4. 如請求項3之陶瓷波長轉換元件，其中該雙元素材料係氧化鋁(Al2 O3 )。
  5. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，其中該石榴石主體材料係選自由Y3 A15 O12 、Lu3 Al5 O12 、Ca3 Sc2 Si3 O12 、(Y,Tb)3 Al5 O12 、(Y,Gd)3 (Al,Ga)5 O12 、Lu2 CaSi3 Mg2 O12 和Lu2 CaAl4 SiO12 所組成的群組。
  6. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，其中構成該發射客體材料的該元素包含鈰(Ce)。
  7. 如請求項6之陶瓷波長轉換元件，其中構成該發射客體材料的該元素進一步包含錳(Mn)、釹(Nd)、鉺(Er)、銪(Eu)、鉻(Cr)、鐿(Yb)、釤(Sm)、鋱(Tb)、釓(Gd)及/或鐠(Pr)。
  8. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，進一步包含一第二非發射阻擋層，該第二非發射阻擋層包含一非發射阻擋材料，其中當該石榴石或類石榴石主體材料以A3 B5 O12 表示時，構成該第二非發射阻擋材料的一金屬元素的離子半徑為該A陽離子元素之離子半徑及/或構成該發射客體材料之該元素的離子半徑的約80%或以下，其中該第一發射層置於該第一非發射阻擋層與該第二非發射阻擋層之間，該第一發射層並接觸該第一非發射阻擋層和該第二非發射阻擋層且燒結在一起，該第二非發射阻擋層實質無遷移通過該第一發射層與該第二非發射阻擋層間的一界面的該發射客體材料。
  9. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，其中該第一非發射阻擋層包含該非發射阻擋材料的多個子層。
  10. 如請求項9之陶瓷波長轉換元件，其中該第一發射層和該第一非發射阻擋層的各子層係一陶瓷澆鑄帶。
  11. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，進一步包含一第二發射層，該第二發射層包含一石榴石主體材料與一發射客體材料，其中至少一個非發射阻擋層置於該第二發射層與該第一發射層之間，該至少一個非發射阻擋層並接觸該第二發射層和該第一發射層。
  12. 如請求項11之陶瓷波長轉換元件，其中該第一發射層和該第二發射層包含相同的石榴石主體材料與發射客體材料。
  13. 如請求項11之陶瓷波長轉換元件，其中該第一發射層和該第二發射層包含不同的石榴石主體材料。
  14. 如請求項13之陶瓷波長轉換元件，其中該第一發射層和該第二發射層包含相同的發射客體材料。
  15. 如請求項14之陶瓷波長轉換元件，其中該第一發射層和該第二發射層具有相同的發射客體材料濃度。
  16. 如請求項14之陶瓷波長轉換元件，其中該第一發射層和該第二發射層具有不同的發射客體材料濃度。
  17. 如請求項1之陶瓷波長轉換元件，其中該發射客體材料相對一金屬元素的一濃度為約0.05莫耳%至約10.0莫耳%，該金屬元素位於該石榴石主體材料的十二面體座標位置。
  18. 一種半導體發光裝置，包含：一發光源，該發光源提供一發射輻射；以及如請求項1至17中任一項之該陶瓷波長轉換元件，其中該陶瓷波長轉換元件設置以接收該發光源的該發射輻射。
  19. 一種製造如請求項1之陶瓷波長轉換元件的方法，該方法包含下列步驟：提供一第一發射層，該第一發射層包含一石榴石或類石榴石主體材料與一發射客體材料；提供一第一非發射阻擋層，該第一非發射阻擋層包含一非發射阻擋材料，其中當該石榴石或類石榴石主體材料以A3 B5 O12 表示時，構成該非發射阻擋材料的一金屬元素的離子半徑為一A陽離子元素之離子半徑及/或構成該發射客體材料之一元素的離子半徑的約80%或以下；將該第一發射層和該第一非發射阻擋層配置成互相接觸；以及同時施加一熱處理至該第一發射層和該第一非發射阻擋層，該熱處理足以同時將該等層燒結成一單一陶瓷波長轉換元件，其中該第一非發射阻擋層實質無遷移通過該第一發射層與該第一非發射阻擋層間的一界面的該發射客體材料。
  20. 如請求項19之方法，其中該石榴石主體材料係釔鋁石榴石(YAG)。
  21. 如請求項19之方法，其中構成該發射客體材料的該元素包含鈰(Ce)。
  22. 如請求項21之方法，其中該發射客體材料相對一金屬元素的一濃度為約0.05莫耳%至約10.0莫耳%，該金屬元素位於該石榴石主體材料的十二面體座標位置。
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