[发明专利]用于白光LED荧光转换的复合透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及透明荧光陶瓷材料，特别是一种用于白光激光二极管(以下简称为LED)荧光转换的复合透明陶瓷及其制备方法，该复合透明陶瓷由上层(Pr_xY_1-x)₃Al₅O₁₂(0.0003≤x≤0.06)透明陶瓷和下层(Ce_yY_1-y)₃Al₅O₁₂(0.0003≤y≤0.06)透明陶瓷通过侧面粘合构成。

背景技术

白光LED发展迅速，已经在城市景观、室内外普通照明、车用灯、平板显示背光源等领域得到应用。目前最普遍的白光LED制作方案是InGaN/GaN基蓝光芯片加掺铈的钇铝石榴石Ce³⁺:Y₃Al₅O₁₂(Ce:YAG)荧光粉，InGaN/GaN芯片发出蓝光激发Ce:YAG荧光粉产生黄光，剩余的蓝光与黄光混合形成白光。

Ce:YAG荧光粉与蓝光芯片的发光波长匹配性好，发光效率高，然而Ce:YAG的荧光光谱中缺少红光成分而使混合后白光的色温较高，光线不柔和，而且作为背光源还原物体色彩的性能较差，即显色指数较低。通过共掺杂Gd、Tb等可以使Ce³⁺离子的发光峰位产生红移，但是移动范围十分有限(小于20nm)，色温改善效果不明显。如果采用共掺杂Pr³⁺等则可以直接补充红光发光，但Ce³⁺与Pr³⁺离子间的能量转移将导致Ce³⁺发光效率明显下降，而且发光淬灭温度大幅降低。此外，现在普遍采用的白光LED封装是将荧光粉均匀分散在环氧树脂或硅胶层中形成荧光粉胶。由于这些有机高分子封装材料的散热性能较差，LED芯片在持续发热下不仅荧光粉胶层中的荧光粉颗粒随着温度的升高发光效率下降，而且封装材料自身也易变色、老化，导致器件光衰问题突出，特别是在大功率LED的场合，这种方式封装的器件在发光光谱稳定性、使用寿命以及成本上相对于传统光源优势不明显。

Ce:YAG透明荧光陶瓷具有比硅胶高得多的热导率和热稳定性，可以抗光衰，减少散射损失，而且具有较高的硬度等力学性能，延长白光LED的使用寿命，具有较高的经济效益。目前，国际上Philip Luminleds公司、Osram公司以及日本京都大学等知名机构均在从事这方面的研究。其中，Philip Luminleds已开发出使用陶瓷荧光材料的大功率LED产品-Lumiramic LUXEONa LED，其技术核心就是陶瓷荧光板(Lumiramic)结合薄膜倒装芯片(Thin Film Flip Chip，TFFC)。该技术可将白光LED的色温变化降低到原来的1/4，大大改善了各个LED间色温不均的现象，还提高了亮度和光谱的稳定性。

然而，使用Ce:YAG透明荧光陶瓷也需解决红光成分不足的问题。如果采取与荧光粉类似的做法，即共掺杂其它离子制备透明陶瓷，也存在很大的局限性：一种是共掺杂其它离子调节Ce:YAG发光光谱的红移，需要共掺杂离子的浓度很高才使发光峰位移动，不但增加制备工艺的难度和成本，而且收效不明显；另一种是共掺杂直接发红光的离子，Ce³⁺离子与其它离子之间的能量转移也导致其发光效率明显下降；还有一种是Ce:YAG透明陶瓷与Ce敏化发红光的过渡金属元素掺杂的YAG透明陶瓷复合，Ce与过渡金属元素之间的能量转移受温度影响较大，发光稳定性不佳。如果采用Ce:YAG透明陶瓷与发红光的Pr:YAG透明陶瓷直接复合则可解决上述问题，Pr³⁺离子在460nm附近蓝光激发下直接发出610nm左右的红光，而且在黄光波段没有吸收，通过调节Pr:YAG透明陶瓷的掺杂浓度或厚度即可调节补充红光的强弱，这样可排除发光离子之间的相互影响，有利于提高白光LED的发光效率与显色性能。

发明内容

本发明的目的在于提供用于白光LED荧光转换的复合透明陶瓷及其制备方法，采用蓝光LED激发该复合透明陶瓷，下层透明陶瓷产生的黄光与上层透明陶瓷产生的红光以及透过的蓝光混合成高品质白光，具有显色指数高，色温温和的特点，而且本发明复合透明陶瓷具有发光淬灭温度高，物化性能稳定、成本低等优点。

本发明的技术解决方案如下：