[发明专利]一种复合荧光陶瓷及高亮度LED照明光源

说明书

本发明提供一种复合荧光陶瓷器件及高亮度LED照明光源，所述复合荧光陶瓷由荧光陶瓷片和无发光陶瓷片组成，所述荧光陶瓷片的化学式为(Y_1‑xCe_x)₃Al₅O₁₂，x=0.001~0.01；所述无发光陶瓷片为YAG透明陶瓷，化学式为Y₃Al₅O₁₂。本发明的有益效果在于：采用体系匹配的YAG材料来封装荧光陶瓷，并通过控制烧结温度来实现两者之间的完美烧结，有效实现荧光陶瓷的热量向无发光陶瓷进行传导，运行温度低，发光效率高。

技术领域

本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种复合荧光陶瓷及高亮度LED照明光源设计。

背景技术

当前，LED芯片集成技术越来越成熟，蓝光功率密度超过1~2W/mm²已成必然趋势。然而，光转换材料吸收的能量产生的越多，随之产生的热量也增多，对于光转换材料提出了更高的标准。

一般，光转换材料的热量产生途径有两种：1) 光转换材料斯托克斯损失：发光离子吸收能量从基态跃迁到激发态后，内转换和振动弛豫到激发态的最低能级产生无辐射跃迁，发光光子能量降低，光谱向长波方向移动；2) 光转换材料温度猝灭的“恶性循环效应”：蓝光能量密度过高，光转换材料内部产生热量较快，温度急速上升，导致其量子效率（光转换效率）会急剧下降，当温度超过一定阈值后（约300℃）将下降至30%；这意味着产生的更多热量，反过来引起器件温度继续升高，进而带来永久性破坏。例如，在采用荧光粉作为光转换材料时，超过0.2 W/mm²的蓝光激发下，温度瞬间由198℃升高到549℃，远远超过荧光粉正常运行温度(200℃)，发光严重猝灭并伴随碳化现象。因此，良好的散热设计和相关装置对保障光转换材料的正常运行（运行温度150℃）尤其重要。

在光转换材料中，荧光陶瓷具有极高的热导率，导热性好，且发光性能优异，被认为是最佳的高亮度照明材料。一般的，荧光陶瓷散热的方式有两种方案：一种是将小尺寸荧光陶瓷直接贴合在芯片表面，通过芯片来导热；另一种方式是采用大尺寸荧光陶瓷片，通过自身和基底导热。两者均存在一定的问题。前者在高功率密度时，热累积太大，仅靠向芯片导热效率很低（芯片自身也会产生热量），会达到荧光陶瓷的热猝灭温度，瞬间死灯；后者不利于获得高的光学拓展量，提高光束整形难度，高亮度光源。一种新的技术方案，即多个荧光陶瓷组合方案，有利于陶瓷的散热和发光。例如，专利CN111285680A提出了一种包边结构的荧光陶瓷器件：将荧光陶瓷与非发光陶瓷分别烧结，随后组合在一起，应用在激光照明系统。但要维持荧光陶瓷稳定运行，仍需要给补充额外的散热装置；另一方面，两步烧结工艺复杂，且实现包边圆弧与圆片紧密贴合存在一定的困难，导致荧光陶瓷热量很难传导和辐射出去。因此，综合来看，需要新的组合和烧结方案，既可实现小尺寸、高亮度荧光陶瓷器件，又可实现其稳定运行。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出一种发光陶瓷与非发光陶瓷叠层的荧光陶瓷器件及其照明光源。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种复合荧光陶瓷器件，由荧光陶瓷片和无发光陶瓷片组成，上表层为荧光陶瓷片，下表层为无发光陶瓷片。

优选的，所述荧光陶瓷片的化学式为(Y_1-xCe_x)₃Al₅O₁₂，x=0.001~0.01；所述无发光陶瓷片为YAG透明陶瓷，化学式为Y₃Al₅O₁₂。

优选的，所述荧光陶瓷片的尺寸为3*3 mm，厚度为0.5~1.0 mm；所述无发光陶瓷的尺寸为20*20 mm，厚度为0.5~1.0 mm。

本发明提供一种复合荧光陶瓷器件的制备方法，实现荧光陶瓷与无发光陶瓷的组合，包含有以下步骤：