[发明专利]高功率LED/LD照明用暖白光高显指荧光陶瓷及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高功率LED/LD照明用暖白光高显指荧光陶瓷及其制备方法与应用，该荧光陶瓷化学式为：(Gd_1‑x‑zLu_xCe_z)₃(Al_1‑yGa_y)₅O₁₂:zCe³⁺，其中x为晶体结构稳定离子Lu³⁺掺杂Gd³⁺位的摩尔百分数，y为晶体结构稳定离子Ga³⁺掺杂Al³⁺位的摩尔百分数，z为Ce³⁺掺杂Gd³⁺位的摩尔百分数，0.05≤x≤0.15，0.15≤y≤0.2，0.001≤z≤0.01；采用流延法和高温固相反应烧结实现陶瓷素坯的成型与烧结。本发明的透明荧光陶瓷材料具有发射光谱主峰575～580nm之间，半高宽在140～145nm之间，在高功率LED(350～500mA)或LD(4W～10W)激发下，实现暖白光发射，色温2800～3000K，显色指数80～84，且制备工艺简单，过程可控。

技术领域

本发明涉及透明荧光陶瓷材料领域，具体涉及一种高功率LED/LD照明用暖白光高显指荧光陶瓷及其制备方法与应用。

背景技术

作为第四代照明光源的白光LED/LD有着节能、环保、寿命长及响应迅速的优点，已经在城市景观灯、室内外照明、车用灯、平板显示背光源等领域得到应用。目前，商用白光LED灯的封装方案是将一种以上的荧光粉和环氧树脂或者硅胶混合后涂覆在InGaN/GaN基蓝光芯片上，InGaN/GaN-LED芯片发出的蓝光与去激发的荧光粉产生其他颜色的光混合后形成白光。然而这种封装方式存在一些问题：有机封装材料散热性能较差且有热积累效应，有机材料在高温下极易老化变质，造成光衰及色漂移，大大降低了白光LED的使用寿命。而且荧光粉在封装材料中也一直处于高温环境，导致荧光粉老化，引起温度猝灭，同样造成光效降低现象。荧光粉在封装材料中由于沉淀或其他原因引起的分散不均匀，也会导致光源发光颜色不均匀和光散射。特别是在大功率LED的场合，这种封装方式直接影响器件的使用寿命和光参量的品质。上述问题都极大的影响了白光LED的应用和推广，也限制了其在大功率白光LED领域的发展。

采用Ce:Y₃Al₅O₁₂(Ce:YAG)透明荧光陶瓷替代“Ce:YAG荧光粉+树脂”，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，还可以提高白光LED/LD亮度和光谱的稳定性。然而，Ce:YAG中的发射光谱中红光成分不足，使得与InGaN/GaN-LED蓝光芯片混合后得到的白光相对色温较高，红光的缺失也使得LED的显色指数较低。要解决这个问题，通常是在陶瓷材料中加入能使Ce³⁺发射峰纯移动或者引入红光波段的发射峰的元素来改善Ce:YAG透明荧光陶瓷的光谱和色度学参量。例如，通过共掺杂Gd³⁺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，且色温改善效果不明显。采用共掺杂Cr³⁺、Pr³⁺等元素则可以直接补充红光波段的发射峰，但Ce³⁺与Cr³⁺、Pr³⁺离子间的能量转移将导致Ce³⁺发光效率明显下降，且诱发淬灭温度大幅下降。

目前，中国专利CN108264899 A公开了一种替代荧光粉用于LED照明的多元素掺杂透明陶瓷，通过蓝光LED芯片激发后发出白光，但是，这种陶瓷的余辉时间较长，极大的限制了其发光效率，使器件的光量损失严重。中国专利CN 108018040 A公开了一种低色温荧光陶瓷材料，但是，其在八面体和四面体格位掺杂元素限定为Mg、Ti、Si、Ge，没有解决陶瓷透明化的问题，存在大量界面散射，必定大大降低光转换效率。多掺杂的荧光陶瓷材料诱发的新问题还有不同掺杂离子之间的相互作用、能量转移等，机理较为复杂，对发光效率，色坐标等指标势必有负面影响。