[发明专利]一种复合荧光陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合荧光陶瓷及其制备方法，所述复合荧光陶瓷包括：至少一个表面构筑有微腔结构阵列的I类发光陶瓷作为基底和均匀分布在微腔结构阵列中的II类发光材料作为增益介质；所述I类发光陶瓷为稀土掺杂黄、绿色荧光陶瓷，所述II类发光介质为稀土/过渡金属族元素掺杂的荧光材料。

技术领域

本发明涉及一种高显色的复合荧光陶瓷材料及其制备方法，属于激光照明与显示用发光材料领域。

背景技术

以激光LD(Laser Diode)为激发光源、荧光材料为光转换载体的光源模块凭借高亮度、结构紧凑、小型化以及更长的使用寿命等优势，在照明与显示领域得到了越来越多的关注。

面向高功率/功率密度的激光照明与显示器件，传统的荧光粉分散树脂(PiS)及荧光粉分散玻璃(PiG)等荧光材料因无法承受高的热流密度和温度而发生效率骤降、结构失效等。荧光陶瓷凭借优异的导热系数和发光热稳定性，成为当前高功率激光照明与显示器件的首选材料。

然而，目前最受欢迎的铈离子掺杂石榴石结构荧光陶瓷由于发光波长单一，光谱中缺少红光成分，导致其用于照明和显示领域时显色指数偏低。为增强荧光陶瓷光谱的红光成分，发明专利1(CN104609848A)公开了一种稀土和过渡族金属离子共掺的(Ce_xPr_yY_1-x-y)₃(Cr_zAl_1-z)₅O₁₂复相透明陶瓷，通过Ce³⁺-Pr³⁺、Ce³⁺-Cr³⁺之间的能量传递，实现红光增益。但是能量传递过程中存在较大的能量损失，对荧光陶瓷的发光效率有负面影响；发明专利2(CN108997014A)公开了一种复相陶瓷，将黄色陶瓷粉料与市售红色粉料通过球磨的方式混合，并压制成块体进行烧结。但是两种粉料烧结条件不一致：黄色陶瓷经真空无压烧结即可获得，而市售红色粉料是氮化物，烧结扩散系数低，不仅需要氢气-氮气气氛高温烧结，而且难以致密化。此外，其与黄色多晶陶瓷的烧结收缩和热膨胀系数不一致，两者共混容易因热膨胀不匹配发生开裂；发明专利3(CN109336582A)公开了一种复合结构透明陶瓷，通过将黄色和红色光转换陶瓷粉料叠压形成两层复合结构的荧光陶瓷，实现红光补偿。但是两层荧光介质的厚度在成型和加工(减薄或抛光)阶段均难以分别控制，导致光谱组成和发光强度不能稳定控制。

发明内容

为了改进现有技术的不足，本发明提供一种激光照明与显示用红光增益的复合荧光陶瓷材料及其制备方法，该荧光陶瓷具有高的发光效率、发光稳定性、发光均匀性和优异的显色指数。

一方面，本发明提供了一种复合荧光陶瓷，包括：至少一个表面构筑有微腔结构阵列的I类发光陶瓷作为基底和均匀分布在微腔结构阵列中的II类发光材料作为增益介质；所述I类发光陶瓷为稀土掺杂黄、绿色荧光陶瓷，所述II类发光介质为稀土/过渡金属族元素掺杂的荧光材料。

在本公开中，在I类发光陶瓷(稀土掺杂黄、绿色荧光陶瓷)表面构筑微腔结构阵列作为基底，并将Ⅱ类发光介质(红色荧光介质)置于微腔中与基底烧结成为一体，形成结构和功能皆独立的复合荧光陶瓷。该特定结构的复合荧光陶瓷显色性能和发光稳定性得到显著增强。

较佳的，所述稀土掺杂黄、绿色荧光陶瓷选自YAG:Ce、LuAG:Ce和GGAG:Ce中的至少一种；所述稀土/过渡金属族元素掺杂的红色荧光材料选自(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu、Sr₂Si₅N₈:Eu、YAG:Pr、LuAG:Mn和YAG:Cr中的至少一种。

较佳的，所述微腔结构阵列的单元为低于基底表面的微腔，所述微腔的形状为倒多棱台、倒多棱锥、倒圆台、倒圆锥中的一种。

较佳的，所述微腔的侧壁与基底平面之间的夹角θ满足95°＜θ＜160°。