[发明专利]一种用于白光LED的石榴石型结构的复合荧光透明陶瓷体

说明书

技术领域

本发明涉及LED透明荧光陶瓷领域，特别是涉及一种用于高光效白光LED复合透明荧光陶瓷结构。

背景技术

白光LED具有小型固体化，瞬时启动和快响应(μs)，节能，寿命长，绿色高效等许多优点，广泛应用于各种建筑与景观照明，汽车照明，医疗以及各种便携式照明等，已经发展成为第四代新照明光源。目前使用最广泛、技术最成熟的白光LED技术是GaN基蓝光芯片加黄色荧光粉(掺铈钇铝石榴石，Ce:Y₃Al₅O₁₂)技术，它是通过GaN芯片激发蓝光，部分蓝光激发Ce:Y₃Al₅O₁₂荧光粉产生黄光，黄光与剩余的蓝光混合形成白光。

白光LED在封装时是将荧光粉和树脂或硅胶混合在一起形成荧光粉胶后粘在芯片上。然而此类的LED封装在研究过程中，存在着一个突出问题：热稳定性差。树脂类材料长期暴露于高温环境或紫外辐照下，透明度严重下降，产生严重老化，极大缩短了白光LED的寿命；硅胶的性能虽然优于树脂，但随着温度升高，硅胶内部热应力加大，导致折射率降低，影响LED的光效和光强分布；荧光粉的量子效率会由于温度淬灭效应而降低，较高的温度还会加速荧光粉的老化。

采用Ce:YAG透明荧光陶瓷替代“Ce:YAG荧光粉+硅胶”，可以有效解决上述问题。荧光透明陶瓷导热性能好，不但可以抗光衰，减少光散射，还可以 提高亮度和光谱的稳定性。目前，国际上Philip Luminleds公司、日本京都大学等知名机构均在从事这方面的研究。然而，陶瓷荧光材料也存在着一些不足。Ce:YAG中的荧光光谱中缺少红光成分，使得与GaN蓝光芯片混合后得到的白光色温较高，红光的缺失也使得LED的显色指数较低。要解决这个问题，可以通过在荧光陶瓷材料中掺稀土元素使得Ce³⁺发射峰红移或者引入红光波段的发射峰来改善。但多掺杂的荧光陶瓷材料诱发的新问题是不同掺杂离子之间的相互作用、能量转移等较为复杂，对发光效率有负面影响。复合荧光透明陶瓷能很好的解决这个问题，其不同部分的之间的稀土离子不会发生相互影响。

CN102531564A，CN102501478A，CN102249660A均公开了一种白LED复合透明陶瓷及其制备方法，该复合结构荧光陶瓷是由上层透明陶瓷和下层透明陶瓷通过侧面粘合构成，所述复合透明陶瓷为Ce:YAG陶瓷片分别与Eu3+，Pr3+，Cr3+掺杂的YAG复合得到。通过不同稀土的掺杂，增加了LED光谱中红光成分，提高了显色指数和温和的色温。的此种方法存在的问题是：上下两层陶瓷片界面之间存在着一定厚度的空气夹层，造成一定程度出光量的损失，使得发光效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供用于高光效白光LED复合透明荧光陶瓷结构，以克服现有技术的不足，得到高光效、高显色指数、高量子效率以及优良的温度淬灭性能的白光LED。

本发明所述透明荧光陶瓷结构的制备方法，包括原料称量、球磨混合、筛 粉、干压成型、冷等静压成型、脱脂、真空烧结、退火处理、平面研磨、抛光，各工艺过程的特征在于：

(1)原料称量：

按(Ce_xY_1-x-kRe_k)₃Al₅O₁₂的化学计量比称量市售的纯度在99.9％以上的Y2O3粉体，Al₂O₃粉体，CeO₂粉体，Re₂O₃粉体，并添加一定量的烧结助剂、粘结剂、增塑剂、分散剂；其中，0≤x≤0.05，0≤k≤1，Re为Lu³⁺，La³⁺，Gd³⁺，Pr³⁺，Sm³⁺，Eu³⁺中的一种。

(2)球磨混合工艺：

采用行星式球磨机混合2～48小时。球磨介质由液体介质和磨球组成，液体介质为去离子水或醇类，或由两者按一定比例混合的液体；磨球采用氧化铝球、玛瑙球中的一种，球磨罐采用氧化铝罐、玛瑙罐中的一种。原料∶球∶液体介质的质量比=1∶(2～5)∶(0.5～3)。球磨机转速为200～500rpm。

(3)流延成型工艺：