[发明专利]包含转化磷光体和具有负的热膨胀系数的材料的复合陶瓷

说明书

本发明涉及复合陶瓷及其制备方法。此外，本发明还涉及本发明复合陶瓷作为发射转化材料的用途，优选用作白光源中的发射转化材料，以及涉及光源、照明装置和显示器件。

现有技术公开了当它们用蓝光谱区或UV区中的光激发时显示出可见光发射的各种化合物。这些所谓的转化磷光体以粉末形式或者作为陶瓷用于光源中。熟知的转化磷光体为YAG:Ce(铈掺杂的钇铝石榴石)或LuAG:Ce(铈掺杂的镥铝石榴石)，由于它们在受蓝光激发时在黄色光谱区中发射，其使白光源成为可能。

如果转化磷光体以粉末的形式使用，则它们具有这一缺点：由光源发射的光的高反向散射，使得“包装收益(package gain)”(光源中的可能包装密度)以及因此的效率降低。由于包含转化磷光体的粉末中的散射系数取决于粒度，尝试通过纳米颗粒的合成而降低不想要的散射效应。然而，纳米颗粒形式的掺有稀土元素的转化磷光体的使用通常产生由于强表面缺陷导致的差发光性能，和由于小粒度导致的强聚集。尽管粉末形式使用的某些转化磷光体，例如YAG:Ce或LuAG:Ce显示出由于低散射效应而导致的良好效力，然而，此处的光量子产率仍能够改进。

陶瓷形式的转化磷光体例如适于将高能辐射如X射线和γ辐射转化成可见光。这类闪烁体陶瓷通常用稀土元素掺杂，例如由Lu₂SiO₅:Ce或Gd₂O₂S:Ce,Pr组成。然而，各种铈掺杂的陶瓷也可例如作为转化磷光体用于光源如LED(发光器件)(WO 2007/107915)中以实现某些色分布。陶瓷的使用通常产生比粉末情况下更高的光量子产率，但从蓝光至黄光的转化效率通常仍非常低，因为大量能量作为热损失。现有技术公开了用于LED中的掺杂的YAG陶瓷，特别是稀土元素掺杂的(WO 2008/012712)。特别地，各种掺杂的稀土元素石榴石化合物的发射(US 2010/0277673 A1)也作为背光用于LCD(液晶显示器)中。试图找到显示出高光量子产率和高效率的作为固态光源的转化体的发光陶瓷。由于大多数转化磷光体如YAG:Ce具有低导热率，作为热损失的能量不能容易地消散。该热应力导致陶瓷中的缺陷和裂纹形成，导致导热率甚至进一步下降，这又导致散射能力极大地提高。包含这类陶瓷作为发射转化材料的光源的效率在操作过程中显著降低。

需要除高光量子产率和高效率外，还促进光源的长寿命的转化磷光体。

因此，本发明的目的是提供用于光源的发射转化材料，其具有高效率和高光量子产率，并且能够生产具有长寿命的光源。

令人惊讶的是，已经发现，包含转化磷光体和具有负的热膨胀系数的其它材料的复合陶瓷提供所有这些所述优点。

“复合陶瓷”中的术语“复合”意欲考虑其微结构具有至少两种粒子类型的情况。第一粒子类型由转化磷光体形成，另一粒子类型由所述其它材料形成。这里所述其它材料意欲通过具有负的热膨胀系数而补偿转化磷光体材料的热膨胀。

在本申请中，术语“转化磷光体”意指吸收电磁谱的特定波长区，优选蓝光或UV区，特别是蓝光谱区中的辐射，并发射电磁谱的另一波长区的可见光的材料。

在本申请中，术语“发射转化材料”意指包含至少一种转化磷光体和任选其它材料，优选具有负的热膨胀系数的材料的材料。

转化磷光体优选为含Ce、含Eu和/或含Mn的材料。含Ce、含Eu和/或含Mn的材料优选为无机陶瓷材料，其中一些晶格格位特别优选被Ce³⁺、Eu²⁺、Eu³⁺和/或Mn²⁺或Mn⁴⁺离子占据。

含Ce、含Eu和/或含Mn的材料中的Ce、Eu和/或Mn的含量优选为0.01-5原子％，优选0.01-5原子％，更优选0.05-3原子％，基于含Ce、Eu和/或含Mn的材料中的在晶格格位代替Ce、Eu和/或Mn的原子的总数，例如基于YAG中的Y。

根据本发明优选的含Ce、含Eu和/或含Mn的材料为本身是本领域技术人员已知的适合作为发光二极管中的转化磷光体的那些。这些特别是硅酸盐，例如原硅酸盐、氧原硅酸盐(oxyorthosilicates)、二硅酸盐(disilicates)、sialone、硅氧氮化物(silicooxynitrides)、硅氮化物(siliconitrides)、铝酸盐、石榴石，以及其它三元和四元氧化物和氮化物。