TWI576327B - 內部擴散有稀土元素之氧化物陶瓷螢光材料 - Google Patents

內部擴散有稀土元素之氧化物陶瓷螢光材料 Download PDF

Info

Publication number
TWI576327B
TWI576327B TW102110724A TW102110724A TWI576327B TW I576327 B TWI576327 B TW I576327B TW 102110724 A TW102110724 A TW 102110724A TW 102110724 A TW102110724 A TW 102110724A TW I576327 B TWI576327 B TW I576327B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
activator
sintered body
ceramic
oxide
fluorescent
Prior art date
Application number
TW102110724A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201404761A (zh
Inventor
津森俊宏
綿谷和浩
Original Assignee
信越化學工業股份有限公司
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 信越化學工業股份有限公司 filed Critical 信越化學工業股份有限公司
Publication of TW201404761A publication Critical patent/TW201404761A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI576327B publication Critical patent/TWI576327B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7774—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
    • C04B35/01—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
    • C04B35/10—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 aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/115—Translucent or transparent products
    • 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
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/75—Products with a concentration gradient
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/60—Forming at the joining interface or in the joining layer specific reaction phases or zones, e.g. diffusion of reactive species from the interlayer to the substrate or from a substrate to the joining interface, carbide forming at the joining interface

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

內部擴散有稀土元素之氧化物陶瓷螢光材料
本發明關於用於藍色LED形式的光源之氧化物陶瓷螢光材料，其係用於對來自該光源的一部分光進行波長轉換，以產生適合於照明裝置(包括一般的照明裝置、背光裝置和大燈裝置)的所欲色調之光。
發光二極體(LED)為目前可取得之最有效率的光源之一。近年來藉由組合藍色LED與磷光體或螢光材料而積極致力於發展白色LED。主流為以藍色LED與黃色發光磷光體之組合為基礎的擬白色(pseudo-white)LED裝置。黃色發光磷光體的實例包括Y3Al5O12：Ce、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12：Ce、(Y,Gd)3Al5O12：Ce、Tb3Al5O12：Ce、CaGa2S4：Eu、(Sr,Ca,Ba)2SiO4：Eu和Ca-α-SiAlON：Eu。
擬白色LED照明裝置通常係藉由將黃色發光磷光體粒子分散在透明樹脂中以形成經樹脂黏結之螢光材料，及將螢光材料放置在藍色LED前端而建構。擬白色光係藉 由使藍色LED所發射之光的一部分進行波長轉換及梳理(combing)與其餘光之輸出而產生。
關於此點，JP-A 2007-150331揭示包含柘榴石或類似者的螢光材料，尤其為能夠以發光組件所發射之光激發時發射螢光的均勻透光之螢光材料，及包含螢光材料之發光裝置。此螢光材料被預期具有比包含粉末狀磷光體和磷光體分散於其中的樹脂之先前技術的經樹脂黏結之螢光材料更高的耐熱性和更高的機械強度，且亦被預期具有對抗未來隨著發光組件輸出增加而增加之熱的耐久性。
此種經燒結之螢光材料係藉由調配具有與最終螢光材料相同的成分元素組成之粉末原料、成形、機械加工及燒結而製備。
引文列表
專利文件1：JP-A 2007-150331
(US 7514721、EP 1958269)
咸信從透光率的觀點來看較佳的是經燒結之螢光材料具有80微米等級之厚度，該材料為適用為螢光中心之晶體的高密度聚集體。然而，此薄的經燒結之氧化物部件卻遭逢低的製造產率，部分因為該等易在燒結後之尺寸測量和整理期間斷裂及部分因為該等之發射性能取決於尺寸而定。在許多應用中，在燒結前的螢光原料中之活化劑類型和濃度必須依照在該應用中所要求之螢光材料的特性和厚 度來調整。
本發明的目的係提供一種摻雜有稀土元素之均勻的薄壁氧化物陶瓷螢光材料，其具有所欲特性，其係藉由將適用為活化劑之稀土元素從透明陶瓷燒結體表面擴散至該燒結體中而獲得。
以藍光可激發且適合於白色照明應用之均勻的耐熱性螢光材料為目標，本發明者試圖製備具有改進之耐熱性的經燒結之螢光材料，該製備係使用Y3Al5O12：Ce 2%作為螢光原料粉末及將其在1,800℃之溫度下燒結。所得螢光材料在以藍色LED光照射時顯出黃色螢光。然而，若嘗試縮減能夠發射白色光的燒結體厚度至0.1毫米或更小尺寸時，則由於燒結體厚度以及Ce從燒結體揮發而出現材料強度損失的問題。
另一方面，若螢光特性係藉由將燒結體形成實質厚度及減少Ce含量來調整時，則不均勻的Ce分布被引入材料內，造成螢光性質的變動。
基於上述發現，嘗試在表面上形成具有螢光層之氧化物陶瓷螢光材料，其係藉由製備各種透明的氧化物陶瓷燒結材料，將適用為螢光活化劑之稀土元素氧化物以濺鍍或類似者塗覆於氧化物陶瓷燒結材料的表面上，及徐冷而讓元素擴散至材料內部。以陶瓷材料、活化劑及活化劑擴散層的厚度進行更多研究，完成具有改進之發射特性的氧化物陶瓷螢光材料。
本發明提供氧化物陶瓷螢光材料，其包含至少一種選 自Y3Al5O12、Lu3Al5O12、(Y,Lu)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12及Al2O3之氧化物的多晶陶瓷燒結體，其中至少一種選自Ce、Eu和Tb之稀土元素已從燒結體表面擴散作為螢光活化劑。稀土元素之濃度在從燒結體表面起測量50微米至600微米深之範圍內的深度為1重量%且在比該深度更靠近燒結體表面的任何位置為至少1重量%。陶瓷燒結體係由多晶粒所建構。作為螢光活化劑之稀土元素較佳地具有使得濃度從表面沿著晶粒邊界向燒結體中心減少的濃度分布。
呈氧化物陶瓷燒結體形式之螢光材料與先前技術的經樹脂黏結之螢光材料相比而具有耐熱性且適合於高功率擬白色LED照明應用。相對容易取得的厚壁式透明陶瓷材料可用作為基質或基材，導致顯著改進之機械強度和製造產率。本發明排除對許多具有各種活化劑濃度之光源材料的需求，其為先前技術用以調整螢光特性所必要的，因為該等須經適當地組合及後整理，以形成具有必要特性之螢光層。
較佳具體例的說明
在本文所使用的透光之氧化物陶瓷基材較佳地選自可單獨或摻合使用的Y3Al5O12、Lu3Al5O12、(Y,Lu)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12及Al2O3之中。該等氧化物陶瓷燒結體相對 容易取得，因為該等被廣泛地用作為除了本文所涵蓋的螢光應用以外的光學和結構材料。在使用該等材料作為基材製備螢光燒結體之先前技術方法中，螢光材料係藉由就各所欲螢光性能預先調配具有不同的活化劑濃度及不同的粒徑之氧化物陶瓷粉末、成形及燒結而獲得。從以此方法所製備的經燒結之螢光材料來產生所欲發射特性之嘗試失敗了，即使尺寸和活化劑濃度僅稍微偏離指定的值。因此有必要在成形後依照構造嚴格控制活化劑濃度和粒徑。
即使當螢光材料係以先前技術的燒結方法製備時，燒結體的螢光特性亦可藉由合成具有不同的活化劑濃度之原料、將原料混合、成形及燒結來調整。應注意的是，該方法具有必須以許多原料來形成具有特定的活化劑濃度之混合物的問題。在使用藍色LED作為光源來產生白色光的嘗試中，燒結體厚度必須在可獲得具有照度均勻性及適當的藍色光透光率之燒結體前縮減至0.1毫米等級。此薄的燒結體需要在燒結後精確的機械加工。
為了避免這些製造難度，可能希望是否可以控制透明陶瓷中的活化劑量而不受基材類型及機械加工尺寸的支配。本發明提供在此方面超越先前技術之螢光材料。
因為透光之氧化物陶瓷(諸如Y3Al5O12、Lu3Al5O12、(Y,Lu)3Al5O12、(Y,Gd)3Al5O12及Al2O3)具有固定的組成，所以相對容易由其製備單一尺寸之燒結體。關於該等陶瓷燒結體之製法，例如JP 2866891詳細說明Y3Al5O12陶瓷材料之製法。根據吾等的發明，活化劑係藉由以活化 劑塗佈氧化物陶瓷燒結體的表面及讓活化劑擴散至陶瓷體中而引入此透光之氧化物陶瓷燒結體中。在本文所使用之透明陶瓷體必須由多晶粒建構。這是因為活化劑係沿著晶粒邊界擴散至內部及進一步擴散至晶粒中。若陶瓷體為單晶形，則活化劑不可能以足夠行使波長轉換器功能的量引入陶瓷體中。使活化劑擴散至透光之氧化物陶瓷燒結體的所欲措施係將經活化劑塗佈之陶瓷燒結體表面在高溫下徐冷。
在本文所使用之活化劑通常為選自鈰、銪和鋱之稀土元素的氧化物。
當活化劑塗覆於氧化物陶瓷燒結體時，活化劑可為任何形式之氧化物粒子、金屬箔、經蒸氣沉積之氧化物、無機鹽、有機鹽、複合物或類似者，只要可在作為基材之陶瓷體上形成均勻的塗層。一種較佳的塗佈程序如下：將氧化物粒子或類似者分散在溶劑(諸如水或醇)中，將分散液塗覆於陶瓷體及經由蒸發或類似者移除溶劑。或者，可將活化劑以濺鍍或真空蒸發而沉積或塗覆於陶瓷體。
作為活化劑的塗佈重量較佳地在3×10-6莫耳/平方公分至3×10-5莫耳/平方公分之範圍內。若塗佈重量少於3×10-6莫耳/平方公分，則有效擴散的活化劑量太少而不能提供作為發光之陶瓷材料的所欲性能。若塗佈重量超過3×10-5莫耳/平方公分，則在高溫燃燒期間可能發生活化劑單獨在表面上燒結或活化劑與靠近表面的基材反應，產生阻礙活化劑擴散至基材中的複合物，無法達成有效的活化 劑擴散。
當活化劑的塗佈重量係在上述範圍內改變時，可控制陶瓷的螢光效率，即使當以相同的藍色LED照射時亦然。例如，假設光轉換構件係藉由以氧化鈰均勻地塗佈透光之YAG及接著徐冷而製造，則以較少的氧化鈰塗佈重量所製得之光轉換構件在以藍色LED照射時供給較低比例的黃色光轉換及因此供給具有高色溫的發光。當氧化鈰塗佈重量增加時，則發光整個轉變為暖色。根據本發明，波長轉換構件的發光色可藉由改變活化劑的塗佈重量而變化。此有利於消除波長轉換構件進行精確的機械加工之必要性。
可將塗佈於陶瓷體之活化劑乾燥，在或低於800℃下煅燒或在塗佈後以其他方式處理，其係取決於活化劑的形式而定。
接著將以活化劑塗佈之透明陶瓷體在高溫下加熱，為讓活化劑從陶瓷體的表面擴散至陶瓷體中。雖然適合於活化劑擴散的燃燒溫度係隨陶瓷和活化劑二者的類型而改變，但是燃燒溫度較佳地在1,000至1,800℃之範圍內，更佳為1,500至1,700℃，而甚至更佳為1,600至1,700℃。低於1,000℃之溫度可能不足以讓活化劑擴散至陶瓷體中，而超過1,800℃之溫度可能引起陶瓷基材本身變形。在任一情況中，可提高獲得滿意的波長轉換構件之難度。燃燒氛圍可為空氣、減壓氛圍或真空氛圍，雖然此選擇係取決於活化劑類型而定。可在燃燒後再於高溫下進行 熱處理。燃燒時間通常為1至24小時，較佳為3至15小時，而更佳為5至12小時。
活化劑擴散至透明陶瓷體首先係沿著陶瓷體內的晶粒邊界發生。隨後活化劑進一步從晶粒邊界擴散至晶粒內部。因為活化劑係沿著陶瓷體內的晶粒邊界擴散，所以靠近晶粒邊界的濃度比晶粒中心高。圍繞各晶粒之活化劑亦具有使得濃度可從晶粒邊界向晶粒中心減少的濃度分布。
因為沿著晶粒邊界的擴散模式表示擴散係發生在晶粒之間的窄區帶中，所以活化劑在深度方向的擴散距離在不同的區域之間實質上是相同的。
活化劑的擴散深度通常在50至600微米之範圍內，雖然其係取決於陶瓷類型、晶粒尺寸、活化劑類型和塗佈重量、燃燒溫度和燃燒時間而定。根據本發明，活化劑(亦即特定的稀土元素)濃度在從燒結體表面起測量50微米至600微米深，較佳為200微米至500微米深之範圍內的深度為1重量%且在更靠近燒結體表面的任何位置為至少1重量%。應瞭解活化劑濃度在深度方面遠離燒結體表面的任何位置為少於1重量%。若活化劑濃度等於1重量%之位置係從表面起淺於50微米，亦即若擴散層厚度少於50微米，則螢光特性係由於不足的螢光組份而變差。若活化劑濃度等於1重量%之位置係從表面起深於600微米，亦即若擴散層厚度超過600微米，則以螢光材料透射之藍光比例相對於螢光為縮減，因為厚度增加而無法產生白光。
在較佳的具體例中，活化劑具有使得燒結體之厚度方向的濃度係從燒結體表面至深度逐漸減少的濃度分布。
透光之氧化物陶瓷體(或多晶陶瓷燒結體)較佳地具有0.1至3毫米，更佳為0.5至2毫米之厚度。
具有活化劑擴散於其中的透明陶瓷體可以移除未擴散之活化劑為目的而在經活化劑塗佈之表面進行研磨，或以增加粗糙度來改進光擴散或透光率為目的而以噴砂或類似者進行粗糙化。
因此製造之波長轉換構件具有高的透明度及螢光效率。
如此徐冷之陶瓷體具有平坦且光滑的表面。在以BEI觀察的橫截面上，使活化劑沿著基質內的晶粒邊界擴散之區域被證實從表面穿越有限的狹窄範圍。此活化劑擴散區域的厚度及活化劑擴散狀態在陶瓷基材表面上的每個地區皆為均勻的。
如實例中所例證，螢光材料在激發時從藍色LED產生白色光。如本文所使用之術語〝白色光〞係指在色度座標系統中具有0.28至0.4之x值及0.3至0.45之y值的色調的光。根據本發明使用450奈米波長之激發光的透射型之螢光材料可藉由改變活化劑擴散深度而產生在上述範圍內的任何色調之光。擴散深度對色調之關係接近於以下的表2，雖然一些變動係因諸如陶瓷體中的雜質及陶瓷體的表面粗糙度之因素而發生。擴散深度係就此理由而選擇在50微米至600微米之範圍內。
圖1為實例1中活化劑(氧化鈰)之擴散處理後的透明陶瓷基材之橫截面的顯微照片。
圖2顯示在擴散處理後靠近表面之元素分布。
圖3為實例2中靠近表面之橫截面的二次電子影象(放大倍率×50)。
本發明的實例係以例示方式而非以限制方式於下文提出。
實例1
將具有99.99%之純度及在450奈米波長下具有75%之線性透光率的透光之YAG陶瓷基材(1毫米厚度)以具有200奈米之平均粒徑的氧化鈰粒子塗佈。將塗佈之基材在600℃下煅燒且在1,650℃下於98%之Ar與2%之氫氣的混合氣體氛圍中燃燒5小時。將如此燃燒的經氧化鈰塗佈之陶瓷基材表面以拋光工具拋光，完成波長轉換構件。
以SEM觀察波長轉換構件之橫截面，發現鈰係沿著晶粒邊界擴散至陶瓷基材中。擴散深度為從表面起約100微米。
當以450奈米波長之光照射時，波長轉換構件發射除了透射光以外的具有波峰在~552奈米波長之光。來自氧 化物陶瓷表面之光為白色光。
圖1例證以SEM(BEI×2000)所觀察在活化劑(氧化鈰)之擴散處理後的透光之YAG陶瓷基材的橫截面。表1顯示在圖1中的表面白色部位P1和灰色部位P2及YAG陶瓷(燒結體)之半定量測定值。
應注意與定量分析不同的半定量分析包含從光譜數據的定量校正。特定言之，半定量測定值係由以下方式獲得：以定性分析軟體鑑定元素，以經鑑定之元素為基準從定性光譜測定波峰背景強度，計算強度對純元素之特性X-射線強度之比，及由此進行校正。
圖2例證在擴散處理後的靠近表面之元素分布。
實例2
將氧化鈰粒子使用磁控管濺鍍系統塗佈在具有99.99%之純度及在450奈米波長下具有75%之線性透光率的透光之YAG陶瓷基材(1毫米厚度)表面上。將經氧化鈰塗佈之YAG陶瓷基材在1,650℃下於98%之Ar與2%之氫 氣的混合氣體氛圍中燃燒5小時。將如此燃燒的經氧化鈰塗佈之陶瓷基材表面以拋光工具拋光，完成波長轉換構件。
以EPMA觀察波長轉換構件之橫截面。圖3為靠近表面之橫截面的二次電子影像(放大倍率×50)。如圖3所見，鈰係沿著晶粒邊界以515微米之擴散深度擴散至陶瓷基材中。當以450奈米波長之光照射時，波長轉換構件發射除了透射光以外的具有波峰在~552奈米波長之光。來自氧化物陶瓷表面之光為白色光。
比較例1
將氧化鈰粒子使用磁控管濺鍍系統塗佈在具有99.99%之純度及在450奈米波長下具有75%之線性透光率的透光之YAG陶瓷基材(1毫米厚度)表面上。將經氧化鈰塗佈之YAG陶瓷基材在1,700℃下於98%之Ar與2%之氫氣的混合氣體氛圍中燃燒1小時。將如此燃燒的經氧化鈰塗佈之陶瓷基材表面以拋光工具拋光，完成(波長轉換)構件。
觀察構件的橫截面，發現鈰係沿著晶粒邊界以約20微米之擴散深度擴散至陶瓷基材中。當陶瓷基材之構件以450奈米波長之光照射時，在陶瓷基材的透射面上察覺到藍色光。
比較例2
將氧化鈰粒子使用磁控管濺鍍系統塗佈在具有99.99%之純度及在450奈米波長下具有75%之線性透光率的透光之YAG陶瓷基材(1毫米厚度)表面上。將經氧化鈰塗佈之YAG陶瓷基材在1,650℃下於98%之Ar與2%之氫氣的混合氣體氛圍中燃燒12小時。將如此燃燒的經氧化鈰塗佈之陶瓷基材表面以拋光工具拋光，完成波長轉換構件。
觀察波長轉換構件的橫截面，發現鈰係沿著晶粒邊界以約900微米之擴散深度擴散至陶瓷基材中。當陶瓷基材之構件以450奈米波長之光照射時，在陶瓷基材的背面上察覺到黃色螢光發射。
表2列出在實例1和2及比較例1和2之擴散深度及色度座標系統中的x和y座標。

Claims (10)

  1. 一種氧化物陶瓷螢光材料，其包含至少一種選自由Y3Al5O12、Lu3Al5O12、(Y,Lu)3Al5O12及(Y,Gd)3Al5O12所組成之群組中之氧化物的多晶陶瓷燒結體，其中至少一種選自由Ce、Eu和Tb所組成之群組中之稀土元素已從該燒結體表面擴散作為螢光活化劑，其中該稀土元素之濃度在從燒結體表面起測量50微米至600微米深之範圍內的深度為1重量%且在比該深度更靠近燒結體表面的任何位置為至少1重量%。
  2. 根據申請專利範圍第1項之氧化物陶瓷螢光材料，其中該多晶陶瓷燒結體為Y3Al5O12，且該稀土元素為Ce。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之氧化物陶瓷螢光材料，其中該陶瓷燒結體係由多晶粒所建構，且該作為螢光活化劑之稀土元素具有使得濃度從表面沿著晶粒邊界向該燒結體中心減少的濃度分布。
  4. 根據申請專利範圍第1項之氧化物陶瓷螢光材料，其係藉由以活化劑塗覆該多晶陶瓷燒結體之表面並藉由在1000至1800℃之範圍的溫度下燒製以讓該螢光活化劑擴散至該陶瓷燒結體中而獲得。
  5. 根據申請專利範圍第2項之氧化物陶瓷螢光材料，其係藉由以活化劑塗覆該多晶陶瓷燒結體之表面並藉由在1000至1800℃之範圍的溫度下燒製以讓該螢光活化劑擴散至該陶瓷燒結體中而獲得，且其中該塗覆在該多晶陶瓷 燒結體之表面上的活化劑為氧化鈰。
  6. 根據申請專利範圍第1或2項之氧化物陶瓷螢光材料，其中該多晶陶瓷燒結體具有0.1至3毫米之厚度。
  7. 一種擬白色LED照明裝置，其包含藍色LED及申請專利範圍第1或2項之氧化物陶瓷螢光材料。
  8. 根據申請專利範圍第7項之擬白色LED照明裝置，其發出在色度座標系統中具有0.28至0.4之x值及0.3至0.45之y值的白色光。
  9. 一種製備申請專利範圍第1項之氧化物陶瓷螢光材料的方法，其包含下列步驟：以活化劑塗覆該多晶陶瓷燒結體之表面，及藉由在1000至1800℃之範圍的溫度下燒製以讓該螢光活化劑擴散至該陶瓷燒結體中。
  10. 一種製備申請專利範圍第2項之氧化物陶瓷螢光材料的方法，其包含下列步驟：以活化劑塗覆該多晶陶瓷燒結體之表面，及藉由在1000至1800℃之範圍的溫度下燒製以讓該螢光活化劑擴散至該陶瓷燒結體中，且其中該塗覆在該多晶陶瓷燒結體之表面上的活化劑為氧化鈰。
TW102110724A 2012-03-27 2013-03-26 內部擴散有稀土元素之氧化物陶瓷螢光材料 TWI576327B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012071174A JP5842701B2 (ja) 2012-03-27 2012-03-27 希土類元素が拡散された酸化物セラミック蛍光材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201404761A TW201404761A (zh) 2014-02-01
TWI576327B true TWI576327B (zh) 2017-04-01

Family

ID=47913285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102110724A TWI576327B (zh) 2012-03-27 2013-03-26 內部擴散有稀土元素之氧化物陶瓷螢光材料

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9115311B2 (zh)
EP (1) EP2644581A1 (zh)
JP (1) JP5842701B2 (zh)
KR (1) KR102059425B1 (zh)
CN (1) CN103360110B (zh)
TW (1) TWI576327B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2598630B1 (en) 2010-07-28 2015-11-25 Lanzatech New Zealand Limited Novel bacteria and methods of use thereof
KR20180063541A (ko) * 2016-12-02 2018-06-12 엘지전자 주식회사 다결정 형광막 및 그 제조 방법 및 그를 이용한 차량 램프 장치
CN108610023B (zh) 2016-12-09 2021-07-23 深圳光峰科技股份有限公司 陶瓷复合材料的制备方法、陶瓷复合材料及波长转换器
CN107763462A (zh) * 2017-09-29 2018-03-06 安徽省华腾农业科技有限公司 一种白光led灯的制备方法
JP6923804B2 (ja) * 2017-12-08 2021-08-25 日亜化学工業株式会社 波長変換部材及びその製造方法
KR102500926B1 (ko) * 2018-07-11 2023-02-17 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 광파장 변환 부재 및 발광 장치
CN110078510B (zh) * 2019-04-28 2021-07-23 苏州君诺新材科技有限公司 一种自透镜激光照明用荧光陶瓷平片及其制造方法
CN110423109A (zh) * 2019-09-02 2019-11-08 谢琳祥 一种陶瓷配方、制备方法、陶瓷管及陶瓷管使用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040145308A1 (en) * 2002-10-22 2004-07-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light source having an LED and a luminescence conversion body and method for producing the luminescence conversion body
TW200811078A (en) * 2006-07-26 2008-03-01 Koninkl Philips Electronics Nv YAG-based ceramic garnet material comprising at least one multi-site element
US20120068213A1 (en) * 2010-09-20 2012-03-22 Nitto Denko Corporation Light emissive ceramic laminate and method of making same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2866891B2 (ja) 1990-06-21 1999-03-08 神島化学工業株式会社 多結晶透明イットリウムアルミニウムガーネット焼結体及びその製造方法
JP2005023317A (ja) * 2003-06-13 2005-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蛍光体とその製造方法、および前記蛍光体を用いたガス放電表示パネルおよび蛍光ランプ
US7361938B2 (en) 2004-06-03 2008-04-22 Philips Lumileds Lighting Company Llc Luminescent ceramic for a light emitting device
US7341878B2 (en) * 2005-03-14 2008-03-11 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Wavelength-converted semiconductor light emitting device
JP5490407B2 (ja) * 2005-03-14 2014-05-14 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 多結晶セラミック構造の蛍光体、及び前記蛍光体を有する発光素子
US7514721B2 (en) * 2005-11-29 2009-04-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Luminescent ceramic element for a light emitting device
US20080066683A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-20 General Electric Company Assembly with Enhanced Thermal Uniformity and Method For Making Thereof
US7902564B2 (en) 2006-12-22 2011-03-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-grain luminescent ceramics for light emitting devices
DE102008051029A1 (de) * 2008-10-13 2010-04-15 Merck Patent Gmbh Dotierte Granat-Leuchtstoffe mit Rotverschiebung für pcLEDs
CN102782089B (zh) * 2010-02-04 2015-07-22 日东电工株式会社 发光陶瓷层压制件及其制造方法
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040145308A1 (en) * 2002-10-22 2004-07-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Light source having an LED and a luminescence conversion body and method for producing the luminescence conversion body
TW200811078A (en) * 2006-07-26 2008-03-01 Koninkl Philips Electronics Nv YAG-based ceramic garnet material comprising at least one multi-site element
US20120068213A1 (en) * 2010-09-20 2012-03-22 Nitto Denko Corporation Light emissive ceramic laminate and method of making same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013203766A (ja) 2013-10-07
KR102059425B1 (ko) 2019-12-26
TW201404761A (zh) 2014-02-01
JP5842701B2 (ja) 2016-01-13
US9115311B2 (en) 2015-08-25
EP2644581A1 (en) 2013-10-02
CN103360110A (zh) 2013-10-23
CN103360110B (zh) 2018-04-10
KR20130110076A (ko) 2013-10-08
US20130256600A1 (en) 2013-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI576327B (zh) 內部擴散有稀土元素之氧化物陶瓷螢光材料
JP6834491B2 (ja) 焼結蛍光体、発光装置、照明装置、車両前照灯、及び焼結蛍光体の製造方法
CN109467453B (zh) 一种具有特征微观结构的荧光陶瓷及其制备方法和应用
US20120068213A1 (en) Light emissive ceramic laminate and method of making same
JP2009530839A (ja) セラミックガーネット材料を有する発光デバイス
JP2016204563A (ja) 蛍光部材、その製造方法および発光装置
CN101536199A (zh) 包括单片陶瓷发光转换器的照明系统
TW200904245A (en) Illumination system comprising composite monolithic ceramic luminescence converter
CN1839192A (zh) 氧氮化物荧光体和发光器具
WO2018021418A1 (ja) 焼結蛍光体、発光装置、照明装置及び車両用表示灯
JPWO2009154193A1 (ja) セラミックス組成物、蛍光体セラミックス及びその製造方法、並びに発光素子
JP5862841B1 (ja) 光変換用セラミックス複合材料、その製造方法、およびそれを備えた発光装置
TW201406929A (zh) 波長轉換構件，其製法，及發光裝置
CN110903088B (zh) 一种多孔荧光陶瓷及其制备方法、发光装置和投影装置
JP2011012215A (ja) セラミックス複合体
JP2016204561A (ja) 蛍光部材、その製造方法および発光装置
KR20190053240A (ko) 광 파장 변환 부재 및 발광 장치
JP6882335B2 (ja) セラミック組成物
Lee et al. Enhancement of the luminous efficiency of a ceramic phosphor plate by post-annealing for high-power LED applications
CN112340982A (zh) 一种复合玻璃材料及其制备和应用
TWI619906B (zh) 使用光擴散劑之磷光板
CN202308057U (zh) 白光发光装置
JP2022104527A (ja) 蛍光体プレート
CN111286329A (zh) 铈离子掺杂YAG与铬离子掺杂LuAG混晶材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees