[发明专利]一种表面光陷阱结构增强发光的荧光陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供一种表面光陷阱结构增强发光的荧光陶瓷及其制备方法，所述荧光陶瓷表面构筑有有序排列的微结构光陷阱，所述微结构光陷阱为圆锥体；所述圆锥体的参数包括：10μm≤φ≤100μm，8.6μm≤h≤100μm，10μm≤L≤150μm，0＜θ≤60^°，其中，φ为圆锥体的底面直径，h为圆锥体的高，L为相邻圆锥体底面圆心之间的距离，θ为圆锥体的母线与高之间夹角的2倍。

技术领域

本发明涉及一种表面光陷阱结构增强发光的荧光陶瓷及其制备方法，具体涉及一种提高荧光陶瓷发光效率的方法，属于3D打印荧光陶瓷应用技术领域。

背景技术

当前，以LED及LD为光源的照明与显示技术得到了广泛应用。与传统的汞灯、卤素灯等相比，其具有高亮度、高光效、小型化、更宽色域以及更长的使用寿命等特点。目前商用的LED照明器件通常荧光粉分散在树脂中的模式，为适应更大功率及功率密度的需求，透明陶瓷凭借优异的热学性能和发光热稳定性，有望取代商业用的树脂分散荧光粉的封装模式，应用于新型大功率及高功率密度LED/LD照明与显示领域。

LED/LD照明与显示的工作原理为：LED/LD芯片或光源发出蓝光或者紫外光，激发封装在芯片上的荧光体，荧光体受光源的激发转化为特定颜色的荧光。激发光入射到荧光体上，一部分进入荧光体，激发稀土离子，发出荧光；一部分在陶瓷入射表面处被反射回芯片，无法有效激发荧光体中的稀土离子，造成激发光源的能量损失。为减少反射等因素导致的光损耗，提高器件的发光效率，使其在更广领域获得应用，公开号为CN202231060U、CN201766096U、CN202423281U的中国申请专利公布了透镜形状的透明陶瓷，用于降低菲涅尔损失系数。公开的这些制造荧光材料的方法虽然可以获得发光性能的提升，但是需要对荧光透明陶瓷进行多次加工，制作工艺复杂。陶瓷为硬质、脆性材料，对于复杂几何构型的陶瓷加工，不仅加工成本高，而且工期长。另外，材料的损耗严重，增加了材料及器件的成本。因此，获得更高发光效率的LED/LD照明及显示器件，并降低其成本，成为当前迫切需要解决的难题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种表面具有光陷阱结构的荧光陶瓷及其制备方法，可显著提高荧光陶瓷的流明效率。

一方面，本发明提供了一种表面光陷阱结构增强发光的荧光陶瓷，所述荧光陶瓷表面构筑有有序排列的微结构光陷阱，所述微结构光陷阱为圆锥体；

所述圆锥体的参数包括：8.6μm≤h≤100μm，10μm≤L≤150μm，0＜θ≤60°，其中，φ为圆锥体的底面直径，h为圆锥体的高，L为相邻圆锥体底面圆心之间的距离，θ为圆锥体的母线与高之间夹角的2倍。

本发明通过在荧光陶瓷表面设计有序微结构阵列，可有效减小反射，增强对激发光源的捕获和利用。其中有序微结构阵列为有序排列的圆锥体，如图1所示，当激发光源1从陶瓷2表面入射，一旦进入特定圆锥角的圆锥体阵列3，光发生折射和反射，折射和反射光方向皆趋入荧光陶瓷内部，反射至陶瓷外的光大幅减少，因而陶瓷对激发光的利用效率得到提高，进一步地，陶瓷的光转换效率得到增强。

较佳地，26μm≤h≤100μm，20μm≤L≤100μm，30°≤θ≤60°。

较佳地，所述荧光陶瓷为稀土掺杂透明陶瓷，优选为YAG:Ce陶瓷、Al₂O₃/YAG:Ce陶瓷、Al₂O₃:Tb陶瓷、Lu₂O₃:Ce陶瓷、Y₂O₃:Ce陶瓷、LuAG:Ce陶瓷中的一种。

另一方面，本发明还提供了一种如上所述的表面光陷阱结构增强发光的荧光陶瓷的制备方法，包括：

将陶瓷粉体和光敏树脂混合后，得到陶瓷浆料；

按照荧光陶瓷的微结构光陷阱的参数设计的模型进行3D打印，得到陶瓷生坯；