[发明专利]一种多层复合YAG透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于白光LED灯的多层YAG透明陶瓷的制备方法。

背景技术

白光LED是利用蓝光LED激发黄色荧光粉涂覆层发出黄光，进而蓝光与黄光复合后发出白光。这种白光LED具有寿命长、绿色环保等特点，蕴含巨大市场潜力和应用前景。

黄色荧光粉的主要成分是铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)。传统的粉体封装白光LED采用环氧树脂或者硅胶固定蓝光芯片，制备出白光LEO的缺点有：一方面由于涂敷在芯片表面的荧光粉与硅胶混合层的厚度很难控制，白光相关色温(CCT)角向分布不均匀，导致出射白光有蓝圈、黄圈的现象；另一方面白光LED的寿命短、稳定性差。同时，由于蓝色LED芯片散发的热量和短波辐射，导致用于固定蓝色LED芯片上荧光粉的有机材料透光率下降，使得白光LED的寿命趋于缩短；由于荧光粉紧贴芯片发热源，温升导致荧光粉性能劣化，影响了产品的稳定性。

解决这些问题的关键在于改变荧光粉的封装方式。近几年，人们尝试将陶瓷的均匀性高、稳定性好及使用寿命长等特点，利用在白光LED的封装上，对YAG:Ce陶瓷进行大量的研究，并取得了一定的成果。

2005年，日本电气玻璃公司首先制备出用于白光LED的Ce:YAG微晶玻璃陶瓷荧光体，由于它兼有玻璃和陶瓷的许多优点，如坚硬、耐热、耐潮湿、耐腐蚀等，用在白光LED封装上取得了不错的效果。

Jong等人研究荧光粉远置封装方式，既降低了荧光粉温度，又减少了芯片对荧光粉散射光的吸收，提高了出光效率。Shunsuke等人研究玻璃陶瓷荧光粉，但由于玻璃基质为Al₂O₃-SiO₂，且采用传统的高温固相法，所以制备温度高达1500～1650℃。

中国专利CN102501478A公开了一种用于白光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下两层透明陶瓷粘合而成，上层透明陶瓷采用Pr改性的YAG透明陶瓷，下层采用Ce改性的YAG透明陶瓷。采用蓝光LED激发该复合透明陶瓷，产生的红光和透过的蓝光形成高品质的白光，具有显色指数高，色温温和的特点。

中国专利CN102390982A公开了一种发白光的低温共烧陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料各组分的摩尔百分比为：CaO:10-20％，B₂O₃:50-60％，SiO₂:50-60％，光激活剂离子1-9％。该陶瓷采用Sol-gol法，烧结温度较低，收缩率在13-17％之间。制备出的陶瓷材料可以用于照明及显示等领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高功率LED照明领域使用的、改进的YAG透明陶瓷材料的制备方法，与现有技术相比，采用该YAG透明陶瓷的LED灯具在更好的显色指数和色温。

本发明采用多层复合透明陶瓷材料，在上下透明陶瓷层中分别引入荧光材料Ce和Pr，采用提高SiO₂含量的中间层，用一步煅烧法制备多层复合透明陶瓷，改善了传统的黄光Ce:YAG透明陶瓷LED灯具的发光特性，使蓝光激发光源发出的蓝光透射过YAG透明陶瓷后发出的白光具有更好的色温和显色指数，还提高了多层透明陶瓷的机械性能和使用寿命。

本发明区别于现有技术中将Ce:YAG和Pr:YAG分别煅烧，然后采用粘合剂将二者粘合起来的技术方案，采用一次煅烧成型的方法，使得多层复合透明陶瓷材料具有更好的机械性能。现有技术中采用的粘合剂粘合的方法，大多采用有机粘合剂，在强光照射下，很容易发生光化学反应，导致有机物粘合剂的透光率缓慢下降，最终影响灯具的寿命。本发明采用具有较高含量SiO₂的中间层，产生较多的玻璃相连续晶体，利用SiO₂的高透光性能和粘合性，使上下两个功能层更紧密的结合，同时避免了由于材料性质不同而导致的高温收缩率不同，减少了内部应力，使上下两层不同材料之间有更加良好的机械性能过渡，不仅提高了复合陶瓷层的透光性能，减少了气泡的生成而且对于提高复合陶瓷的耐高温性能，对延长使用寿命也有很大的帮助。