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一种发光元件及发光元件的高能粒子辐射方法、抛光方法

阅读:378发布:2020-05-13

专利汇可以提供一种发光元件及发光元件的高能粒子辐射方法、抛光方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 的发光元件的 抛光 方法利用高能离子对所述发光元件进行 能量 梯度递增的 辐射 ,使所述发光元件的A相在所述发光元件的表面以下的预定深度范围内产生均一的损伤,直到所述A相的莫氏硬度与所述Y相的莫氏硬度大致相同,随后将辐射后的发光元件抛光到该深度得到平坦的表面。可以避免不同相之间由于硬度和 研磨 速率不同而造成微米级的凹凸起伏的表面,使得在其表面粘贴的反射层等更加牢固,不容易脱落。,下面是一种发光元件及发光元件的高能粒子辐射方法、抛光方法专利的具体信息内容。

1.一种发光元件,其特征在于,所述发光元件由A相原料和Y相原料至少两种原料烧结而成,形成包括A相和Y相至少两个相的复相结构,所述A相的莫氏硬度大于所述Y相的莫氏硬度,所述A相的DPA值大于所述Y相的DPA值,受到离子辐射造成损伤后A相的莫氏硬度降低到与Y相大致相同。
2.根据权利要求1所述的发光元件,其特征在于,所述发光元件为Y3Al5O12:Ce3+荧光粉和Al2O3颗粒经烧结而成的片状波长转换层,所述A相为Al2O3相,所述Y相为Y3Al5O12:Ce3+相。
3.根据权利要求2所述的发光元件,其特征在于,所述波长转换层的厚度为350μm-450μm。
4.一种发光元件的高能离子辐射方法,其特征在于,所述发光元件采用如权利要求1-3任意一项所述的发光元件,利用高能离子对所述发光元件进行能量梯度递增的辐射,使所述发光元件的A相在所述发光元件的表面以下的预定深度范围内产生均一的损伤,使所述发光元件的A相在所述发光元件的表面以下的预定深度范围内产生均一的损伤,直到所述A相的莫氏硬度与所述Y相的莫氏硬度大致相同。
5.根据权利要求4所述的发光元件的高能离子辐射方法,其特征在于,所述高能离子为能量70MeV-80MeV的C离子或N离子。
6.根据权利要求4所述的发光元件的高能离子辐射方法,其特征在于,所述A相的莫氏硬度与所述Y相的莫氏硬度的差值不超过0.5。
7.根据权利要求5所述的发光元件的高能离子辐射方法,其特征在于,所述C离子辐射的剂量为1×1015ions/cm2,辐射速率为1×1013ions/cm2·s,辐射能量为70MeV。
8.根据权利要求7所述的发光元件的高能离子辐射方法,其特征在于,经过第一次辐射后,每一次辐射的辐射能量以1MeV为公差递增。
9.一种发光元件的抛光方法,其包含如权利要求4~8任意一项所述的高能离子辐射方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:提供具有复相结构的发光元件,将发光元件粘到离子注入机的样品台上,抛光面曝露;
步骤S2:对所述发光元件的抛光面进行高能离子辐射,每一个能量辐射完成后不取出样品,修改辐射参数进行下一次辐射,反复多次直到在预定深度范围内产生均一的损伤;
步骤S3:抛光至所述预定深度范围内得到平坦的表面。
10.根据权利要求9所述的发光元件的抛光方法,其特征在于,所述步骤S1为通过导电胶带或胶粘剂实现发光元件的粘接,粘接面积小于所述发光元件的表面积。
11.根据权利要求9所述的发光元件的抛光方法,其特征在于,在步骤S2后或步骤S3后还包括步骤S4:取出所述发光元件,用丙去除导电胶带或粘接剂。
12.根据权利要求9所述的发光元件的抛光方法,其特征在于,步骤S2中的所述预定深度范围为100μm-145μm。

说明书全文

一种发光元件及发光元件的高能粒子辐射方法、抛光方法

技术领域

[0001] 本发明属于发光材料技术领域,尤其涉及一种用于发光装置的发光元件及发光元件的高能离子辐射方法、抛光方法。

背景技术

[0002] 目前存在一种荧光粉同玻璃粉或陶瓷粉体混合烧结而获得的发光元件,如发光陶瓷/发光玻璃。该发光陶瓷/发光玻璃通过在背向激发光的一侧粘接一层反射层以及导热支撑装置形成发光装置,用于将激发光转换成预定波长的受激光。由于荧光粉烧结形成的相与玻璃粉或陶瓷粉烧结形成的相的莫氏硬度不同,导致研磨速率不同,所以抛光发光元件时形成凹凸表面,凹凸表面的起伏在微米级,在此凹凸表面覆盖反射层,导致反射层容易脱落。
[0003] 因此,针对上述不足,实有必要提供一种新的用于激光光源的发光元件的高能离子辐射方法和抛光方法,以解决现有抛光方法成本高且性能不足的问题。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种发光元件及发光元件的高能离子辐射方法和抛光方法,以解决现有技术抛光时形成微米级起伏的凹凸表面,在此凹凸表面覆盖反射层,导致反射层结合不牢固容易脱落的问题。
[0005] 具体方式为,提供一种发光元件,由包括A相原料和Y相原料的至少两种原料烧结而成,形成包括A相和Y相至少两个相的复相结构,所述A相的莫氏硬度大于所述Y相的莫氏硬度,所述A相的DPA值大于所述Y相的DPA值,在受到离子辐射造成损伤后A相的莫氏硬度降低到与Y相大致相同。
[0006] 优选的,所述发光元件为Y3Al5O12:Ce3+荧光粉和Al2O3颗粒经烧结而成的片状波长转换层,所述A相为Al2O3相,所述Y相为Y3Al5O12:Ce3+相。
[0007] 优选的,所述波长转换层的厚度为350μm-450μm。
[0008] 为解决上述问题,本发明还提供一种发光元件的高能离子辐射方法,其中,所述发光元件采用如上所述的具有复相结构的发光元件,利用高能离子对所述发光元件进行能量梯度递增的辐射,使所述发光元件的A相在所述发光元件的表面以下的预定深度范围内产生均一的损伤,直到所述A相的莫氏硬度与所述Y相的莫氏硬度大致相同。
[0009] 优选的,所述高能离子为能量70MeV-80MeV的C离子或N离子。
[0010] 优选的,所述A相的莫氏硬度与所述Y相的莫氏硬度的差值不超过0.5。
[0011] 优选的,所述C离子辐射的剂量为1×1015ions/cm2,辐射速率为1×1013ions/cm2·s,辐射能量为70MeV。
[0012] 优选的,经过第一次辐射后,每一次辐射的辐射能量以1MeV为公差递增。
[0013] 为解决上述问题,本发明还提供一种发光元件的抛光方法,其包括如上所述的高能离子辐射方法,包括如下步骤:
[0014] 步骤S1:提供具有复相结构的发光元件,将发光元件粘到离子注入机的样品台上,抛光面曝露;
[0015] 步骤S2:对所述发光元件的抛光面进行高能离子辐射,每一个能量辐射完成后不取出样品,修改辐射参数进行下一次辐射,反复多次直到在预定深度范围内产生均一的损伤;
[0016] 步骤S3:抛光至所述预定深度范围内得到平坦的表面。
[0017] 优选的,所述步骤S1为通过导电胶带或胶粘剂实现发光元件的粘接,粘接面积小于所述发光元件的表面积。
[0018] 优选的,在步骤S2后或步骤S3后还包括步骤S4:取出所述发光元件,用丙去除导电胶带或粘接剂。
[0019] 优选的,步骤S2中的所述预定深度范围为100μm-145μm。
[0020] 相对于现有技术,本发明的有益效果如下:本发明的发光元件及其高能离子辐射方法、抛光方法利用高能离子对具有复相结构的发光元件进行能量梯度递增的辐射,使所述发光元件中具有较高莫氏硬度的相在发光元件表面以下的预定深度范围内产生均一的损伤,从而使其莫氏硬度降低到与发光元件中另一相的莫氏硬度大致相同,随后将辐射后的发光元件抛光到该深度得到平坦的表面。可以避免不同相之间由于硬度和研磨速率不同而造成微米级的凹凸起伏的表面,使得在其表面粘贴的反射层等更加牢固,不容易脱落。
[0021] 下面将结合附图实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

[0022] 图1是本发明发光元件直接进行抛光后的的表面结构示意图;
[0023] 图2是本发明对发光元件进行多次辐射后Y3Al5O12:Ce3+相的损伤程度示意图;
[0024] 图3是本发明对发光元件进行多次辐射后Al2O3相的损伤程度示意图;
[0025] 图4是本发明发光元件不同相之间的损伤程度示意图;
[0026] 图5是本发明发光元件经提前抛光后再进行辐射后不同相的损伤程度示意图;
[0027] 图6是本发明发光元件的抛光方法的流程示意图。

具体实施方式

[0028] 本发明提供一种新的用于发光装置的发光元件的抛光方法,本发明的发光元件为发光陶瓷或发光玻璃,在对上述发光元件进行本发明的抛光方法后,可以形成平坦的表面,随后在该表面上可以贴附反射层等,进一步形成发光装置。通过本发明的抛光方法可以有效解决现有技术抛光时形成微米级起伏的凹凸表面,在此凹凸表面覆盖反射层,导致反射层结合不牢固容易脱落的问题。
[0029] 本发明的抛光方法应用于通过包括A相原料和Y相原料的至少两种原料烧结而成的发光元件,该发光元件包括A相和Y相至少两个相,构成复相结构。其中Y相和A相具有不同的莫氏硬度,其耐磨和耐损伤性均不相同,具体是A相莫氏硬度大于Y相莫氏硬度。且A相的DPA值大于Y相的DPA值,在受到离子辐射被损伤后,其莫氏硬度改变,具体地,其莫氏硬度会降低。应当说明的是,DPA(displacements per atom)是指被辐射的发光陶瓷中平均每个原子被移位的次数,表示损伤程度,DPA值越大,表示损伤越严重。
[0030] 具体在本实施方式中,Y相原料为Y3Al5O12:Ce3+荧光粉,A相原料为Al2O3颗粒,形成的A相为Al2O3相,Y相为Y3Al5O12:Ce3+相。当然,本发明的抛光方式也适用于其他复相结构的发光元件,而并不限于本实施方式说明的材料和结构,例如:Y相原料为LuAG:Ce3+荧光粉,A相原料为玻璃粉,形成的A相为玻璃相,Y相为LuAG:Ce3+相。
[0031] 本实施方式采用Y3Al5O12:Ce3+荧光粉和Al2O3颗粒经烧结而成片状的波长转换层,即发光元件,其中Y3Al5O12:Ce3+荧光粉可以直接购买商业用荧光粉,或者用称取一定量的Y2O3(纯度99.99%)、Al2O3(纯度99.99%),CeO2混合烧结而成。将上述发光元件切成厚度350μm-450μm的圆片状备用,厚度优选400μm。如图1所示,该发光元件直接进行抛光后的表面粗糙度在20μm左右,其中凸起部分为Al2O3相,凹陷部分为Y3Al5O12:Ce3+相,这是由于Al2O3的莫氏硬度大于Y3Al5O12:Ce3+的莫氏硬度,导致Al2O3的磨损速率比Y3Al5O12:Ce3+低,所以抛光后的表面为凹凸状。
[0032] 如图2至图4所示,本发明提供一种使用高能离子对该发光元件进行能量梯度递增的辐射方法和应用该方法的抛光方法,使发光元件的A相在发光元件表面以下的预定深度范围内产生均一的损伤,直到A相的莫氏硬度与Y相的莫氏硬度大致相同,随后将辐射后的发光元件抛光到该深度得到平坦的表面。其中高能离子具体为能量在70MeV-80MeV的C离子或N离子。需要说明的是,本发明中所说的A相莫氏硬度与Y相莫氏硬度大致相同应当理解为A相莫氏硬度与Y相莫氏硬度的差值不超过0.5,优选不超过0.3。
[0033] 具体的,以本实施方式为例,本发明抛光方法的步骤为:
[0034] 步骤S1:将发光元件通过导电胶带或粘接剂粘到离子注入机的样品台上,其中抛光面曝露。具体可以采用在背离抛光面的一侧涂覆双面导电胶带或胶粘接剂,其中双面碳导电胶带或银胶形成的粘接面积小于所述发光元件待粘接所在面的表面积,这样,可以保证胶不会露出,从而防止离子打到胶带上引起溅射污染。
[0035] 步骤S2:对所述发光元件的抛光面进行高能离子辐射,每一个能量辐射完成后不取出样品,修改辐射参数进行下一次辐射,反复多次直到在预定深度范围内产生均一的损伤。
[0036] 其中高能离子可采用元素周期表中化学活泼性低的非气态元素,如C(碳)、P(磷)、B()、N(氮)等元素。不同辐射元素,由于原子量、电子结构不同,在基材内产生的损伤深度分布、损伤程度不同,因此可以根据实际情况设置辐射粒子的能量、种类、剂量等。以复相的发光陶瓷为例,复相发光陶瓷的抛光深度要与辐射损伤在发光陶瓷中的深度要匹配。优选的,可以采用C离子或N离子,具体在本实施方式中,采用C离子辐射,剂量为1×1015ions/cm2,辐射速率为1×1013ions/cm2·s,首次辐射时的辐射能量为70MeV,经过第一次辐射后,接下来每次辐射的剂量和注入速率保持不变而辐射能量以1MeV为公差递增,得到如图2所3+
示的经过11次辐射的Y3Al5O12:Ce 相损伤程度图,以及如图3所示的经过11次辐射的Al2O3相损伤程度图,X轴表示发光陶瓷表面以下的深度,Y轴表示采用C离子辐射造成的损伤程度。
其中,图2和图3各图从左至右的11支单个峰形图分别是单次损伤图形。本发明采用多个能量组合多次辐射的原因在于,单一能量辐射,只能产生高斯分布的损伤,如图2和图3中的单次损伤图形,每一次能量辐射产生的损伤分布都是在各自深度范围内具有单个峰值的高斯分布,而无法在预定深度内产生均一的损伤。而本发明采用的多次不同能量的辐射方法可以在预定深度区间,产生均一的损伤分布,参见图2和图3所示的总的损伤。图2示出在发光元件表面以下125μm~165μm的深度范围内Y3Al5O12:Ce3+相形成较为均一的损伤,图3示出在发光元件表面以下105μm~145μm的深度范围内Al2O3相形成较为均一的损伤。
[0037] 图4是Y3Al5O12:Ce3+相和Al2O3相在受到上述相同条件下的C离子辐射后的总的损伤情况对比。可见,Y3Al5O12:Ce3+中的损伤深度大于Al2O3中的损伤深度,Y3Al5O12:Ce3+相中损伤分布在表面下125μm-165μm,Al2O3相中损伤分布在表面下105μm-145μm,且同样条件的辐射,在Al2O3相中的损伤大于在Y3Al5O12:Ce3+相中产生的损伤。
[0038] 发明人对发光元件进行提前抛光,然后再进行高能离子辐射。由于Y相和A相的磨3+
损速率不同,前者磨损速率低于后者,具体在本实施方式中,Y相为Y3Al5O12:Ce 相,A相为Al2O3相,抛光后形成的表面如图1所示,Y3Al5O12:Ce3+相的表面低于Al2O3相的表面,其表面粗糙度在20μm。再根据上述步骤S2方法对该抛光的发光元件进行高能离子辐射将表面粗糙度的凹凸情况考虑到之后,如图5所示,以A相的表面作为发光元件的表面,Y3Al5O12:Ce3+相的均一损伤发生在表面以下145μm-185μm的深度范围,Al2O3相的均一损伤依然发生在表面下105μm-145μm。因此,应当理解的是,无论发光元件是直接进行多次高能离子辐射,还是先经过一道抛光工艺再进行多次高能离子辐射,具有较高莫氏硬度的A相的都是在较为稳定的深度范围内发生均一损伤,该深度范围即为本发明所述的预定深度范围。以上,经过步骤S2的多次辐射后在预定深度范围内使得A相产生均一的损伤,只需确保该损伤可以导致A相的莫氏硬度降低到与Y相的莫氏硬度大致相同即可,以便有助于后续抛光。
[0039] 发明人经过实验发现,在前述的实验参数下Al2O3相的Dpa值为16,表示Al2O3相中平均每个原子被撞离开原来的位置16次,如此高的离位率足以导致Al2O3非晶化。非晶化的Al2O3硬度降低,磨损速率变大。在此损伤下,Al2O3的莫氏硬度由原来的9变为8.5,约等于Y3Al5O12:Ce3+的莫氏硬度。即在105μm-145μm深度,二者研磨速率相同。因此在后续抛光工艺中,在该深度范围内抛光辐射后的样品,就可以形成平坦的表面。
[0040] 步骤S3:将经过高能离子辐射后的发光元件抛光到上述的预定深度范围,从而得到平坦的表面。以具有Y3Al5O12:Ce3+相和Al2O3相的发光陶瓷为例,预定深度为105μm-145μm。
[0041] 步骤S4:取出发光元件,用丙酮去除导电胶带或粘接剂。
[0042] 经过上述步骤,可以得到表面光滑平坦的发光元件,随后可以在发光元件的抛光面进行贴设反光层等进一步加工,从而实现波长装换装置的加工。
[0043] 相对于现有技术,本发明的有益效果如下:本发明的发光元件的抛光方法利用高能离子对具有复相结构的发光元件进行能量梯度递增的辐射,使所述发光元件中具有较高莫氏硬度的相在发光元件表面以下的预定深度范围内产生均一的损伤,从而使其莫氏硬度降低到与发光元件中另一相的莫氏硬度大致相同,随后将辐射后的发光元件抛光到该深度得到平坦的表面。可以避免不同相之间由于硬度和研磨速率不同而造成微米级的凹凸起伏的表面,使得在其表面粘贴的反射层等更加牢固,不容易脱落。
[0044] 上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
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