一種led用透明熒光陶瓷的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LED用透明熒光陶瓷的制備方法；包括如下步驟：將高純的陶瓷原料粉體、燒結(jié)助劑和熒光粉按比例混合；加入球磨罐中，同時加入球磨介質(zhì)、磨球，在球磨機(jī)上球磨一定的時間；將粉體取出烘干并研磨過篩；依次對過篩后的粉體進(jìn)行干壓成型、冷等靜壓成型；成型的坯體依次進(jìn)行真空燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)；退火處理，即得所述高致密LED用透明熒光陶瓷。本發(fā)明在成型和燒結(jié)步驟中，均分別先后采用了兩種不同的方法，使得制備出的透明熒光陶瓷致密度更高，均勻性更好，用于LED器件時，其出光效果更好。
【專利說明】—種LED用透明熒光陶瓷的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED透明熒光材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種LED用透明熒光陶瓷的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]與常見的光源相比，LED器件具有響應(yīng)快、耗電量小、壽命長、無污染等諸多優(yōu)點，已經(jīng)應(yīng)用于照明、顯示屏、背光燈等領(lǐng)域。LED照明更是被稱為“綠色照明”，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?br> [0003]在制備白光LED器件的過程中，熒光粉的封裝十分關(guān)鍵，這關(guān)系到白光LED的發(fā)光效率、顯色性、使用壽命等各項性能。傳統(tǒng)的封裝工藝是將熒光粉與環(huán)氧樹脂或硅膠按照一定的比例混合，攪拌均勻后涂于芯片的表面，形成類似于球冠狀的涂層。這種工藝存在著明顯的缺陷。首先是封裝材料的選擇，環(huán)氧樹脂具有吸濕性，并且耐熱性差，容易老化，這使得LED器件的性能受到很大影響，壽命也大大縮短了 ；再來說硅膠，有機(jī)硅的折射率與芯片相差很大，這會很大程度上影響光的輸出，并且硅膠的生產(chǎn)成本較高，不適合作為熒光粉的封裝材料。另外，傳統(tǒng)工藝涂層的結(jié)構(gòu)也存在嚴(yán)重的問題，球冠狀的結(jié)構(gòu)使得涂層中心到表面的厚度不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致形成的光斑不均勻。因此，研究新型的熒光粉封裝材料和封裝方式具有十分重要的意義。
[0004]近年來，透明陶瓷作為新型的光電材料逐漸進(jìn)入人們的視線。將透明陶瓷作為封裝熒光粉的材料，具有許多明顯的優(yōu)勢:
[0005]1.透明陶瓷具有優(yōu)良的散熱效果，能夠延長芯片的使用壽命；
[0006]2.與樹脂相比較，透明陶瓷的折射率較高，能夠很大程度上提高光源的出光率；
[0007]3.透明陶瓷具有很好的機(jī)械力學(xué)性能，使用壽命長，并且成本低；
[0008]4.相較于與液體樹脂相混合，熒光粉與固體陶瓷粉的混合更加均勻，從而使出光效果更好；
[0009]5.可以簡化封裝工藝。
[0010]然而，通過普通方法制備出的透明陶瓷致密度較低，將其應(yīng)用于LED器件的封裝存在著出光不均勻、散熱效果差及出光率較低等缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種LED用透明熒光陶瓷的制備方法，該方法原料種類少且易得，制得的透明熒光陶瓷致密度高，均勻性好，用于LED封裝可制備出散熱效果好、出光率高的LED器件。
[0012]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0013]本發(fā)明涉及一種LED用透明熒光陶瓷的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0014]A、將高純的陶瓷原料粉體、燒結(jié)助劑和熒光粉按比例混合；加入球磨罐中，同時加入球磨介質(zhì)、磨球，在球磨機(jī)上球磨一定的時間；
[0015]B、將粉體取出烘干并研磨過篩；
[0016]C、依次對過篩后的粉體進(jìn)行干壓成型、冷等靜壓成型；
[0017]D、步驟C中成型的坯體依次進(jìn)行真空燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)；
[0018]E、退火處理，即得所述高致密LED用透明熒光陶瓷。
[0019]優(yōu)選的，所述陶瓷原料粉體選自Al203、Y203、MgAl204、MgA10N、AlN、SiN、Zr02、SiC 中的一種或幾種。
[0020]優(yōu)選的，所述燒結(jié)助劑選自Ca0、Mg0、Ti02、Si02、Mn0、高嶺土中的一種或幾種。
[0021]優(yōu)選的，所述熒光粉的成分SY3Al5O12:Ce3+。所述熒光粉為黃色熒光粉YAG:Ce。
[0022]優(yōu)選的，步驟A中，所述陶瓷原料粉體、燒結(jié)助劑和熒光粉的質(zhì)量配比為:陶瓷原料粉體75?99wt%，燒結(jié)助劑0.9?24.9wt%，熒光粉0.1?1wt %。wt%指的是陶瓷原料粉體、燒結(jié)助劑和熒光粉的混合物中各組分的質(zhì)量百分比含量。
[0023]優(yōu)選的，采用滾筒球磨機(jī)進(jìn)行球磨，所述球磨罐材料為聚氨酯、聚四氟乙烯、高純瑪瑙中的一種或幾種；所述磨球為高純氧化鋯陶瓷球；所述球磨介質(zhì)為去離子水。
[0024]優(yōu)選的，所述球磨的轉(zhuǎn)速為150?500r/min,球磨時間為3?24h。
[0025]優(yōu)選的，步驟B中，所述烘干溫度為90?120°C，烘干時間為5?10小時；所述研磨過篩采用200目篩。
[0026]優(yōu)選的，步驟C中，所述干壓成型的壓力為50?180MPa，保壓時間為O?10分鐘。
[0027]優(yōu)選的，步驟C中，所述冷等靜壓成型的壓力為200?350MPa，保壓時間為2?15分鐘。
[0028]優(yōu)選的，步驟D中，所述真空燒結(jié)的燒結(jié)溫度為1500?1800°C，保溫時間為5?30小時，真空度為KT1?l(T4Pa。
[0029]優(yōu)選的，步驟D中，所述熱等靜壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度為1600?1800°C，保溫時間為I?5小時，壓力為120?180MPa。
[0030]優(yōu)選的，步驟E中，所述退火處理具體為:在800?1500°C保溫5?40小時，然后隨爐冷卻。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0032]1、本發(fā)明的方法原料種類少且易得，生產(chǎn)成本低；
[0033]2、本發(fā)明在成型和燒結(jié)步驟中，均分別先后采用了兩種不同的方法，使得制得的透明熒光陶瓷致密度高，均勻性好，用于LED器件上，可得到散熱效果好、出光率高的LED器件。

【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035]實施例1
[0036]稱取純度為99.99 %的a -Al2O3粉95g、高純CaO粉體3.5g和黃色熒光粉Y3Al5O12ICe3+L 5g放入聚氨酯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在110°C烘箱中烘5小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以10MPa壓力干壓3min得到坯體，然后取出坯體在200MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓5min。將成型的坯體在1600°C下真空燒結(jié)，保溫時間10小時，真空度為2X10_3Pa，再將坯體于1700°C、130MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)3小時。將燒結(jié)好的坯體在1300°C保溫12小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95% ;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0037]實施例2
[0038]稱取純度為99.99 %的a -Al2O3粉92.5g、高純CaO粉體7g和黃色熒光粉Y3Al5O12ICe3+0.5g放入聚氨酯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在110°C烘箱中烘5小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以10MPa壓力干壓3min，然后取出坯體在200MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓5min。將成型的素坯在1580°C下真空燒結(jié)，保溫時間10小時，真空度為2X 10_3Pa，再將坯體于1650°C、130MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)3小時。將燒結(jié)好的坯體在1250°C保溫12小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95%;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0039]實施例3
[0040]稱取純度為99.99 %的a -Al2O3粉96.5g、高純CaO粉體3g和黃色熒光粉Y3Al5O12ICe3+0.5g放入聚氨酯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在110°C烘箱中烘5小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以10MPa壓力干壓3min得到坯體，然后取出坯體在200MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓5min。將成型的坯體在1500°C下真空燒結(jié)，保溫時間10小時，真空度為2X10_3Pa，再將坯體于1650°C、130MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)3小時。將燒結(jié)好的坯體在1250°C保溫12小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95% ;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0041]實施例4
[0042]稱取純度為99.99 %的a -Al2O3粉88g、高純CaO粉體10.8g和黃色熒光粉Y3Al5O12ICe3+L 2g放入聚氨酯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在110°C烘箱中烘5小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以10MPa壓力干壓3min得到坯體，然后取出坯體在200MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓5min。將成型的坯體在1700°C下真空燒結(jié)，保溫時間10小時，真空度為2X10_3Pa，再將坯體于1750°C、130MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)3小時。將燒結(jié)好的素坯在1300°C保溫12小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95% ;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0043]實施例5
[0044]稱取純度為99.99 %的a -Al2O3粉85g、高純CaO粉體12.5g和黃色熒光粉Y3Al5O12:Ce3+2.5g放入聚氨酯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在110°C烘箱中烘5小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以10MPa壓力干壓3min得到坯體，然后取出坯體在200MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓5min。將成型的坯體在1600°C下真空燒結(jié)，保溫時間10小時，真空度為2X10_3Pa，再將坯體于1680°C、130MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)3小時。將燒結(jié)好的素坯在110(TC保溫12小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95% ;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0045]實施例6
[0046]稱取純度為99.99 %的SiC粉85g、高純T12粉體5g和黃色熒光粉Y3Al5O12: Ce3+1g放入聚四氟乙烯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以500r/min的轉(zhuǎn)速球磨3小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在90°C烘箱中烘10小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以50MPa壓力干壓1min得到坯體，然后取出坯體在300MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓15min。將成型的素坯體在1800°C下真空燒結(jié)，保溫時間5小時，真空度為I X KT1Pa,再將坯體于1600°C、180MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)I小時。將燒結(jié)好的坯體在1500°C保溫5小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95%;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0047]實施例7
[0048]稱取純度為99.99 %的MgAl2O4粉75g、高純MnO粉體24.0g和黃色熒光粉Y3Al5O12: Ce3+L Og放入高純瑪瑙的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以150r/min的轉(zhuǎn)速球磨24小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在120°C烘箱中烘6小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以ISOMPa壓力干壓0.5min得到坯體，然后取出坯體在350MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓2min。將成型的坯體在1650°C下真空燒結(jié)，保溫時間30小時，真空度為lX10_4Pa，再將坯體于1800°C、120MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)5小時。將燒結(jié)好的坯體在800°C保溫40小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95% ;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0049]實施例8
[0050]稱取純度為99.99 %的Y2O3粉99g、高純MgO粉體0.9g和黃色熒光粉Y3Al5O12ICe3+0.1g放入聚氨酯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨12小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在105°C烘箱中烘8小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以IlOMPa壓力干壓5min得到坯體，然后取出坯體在250MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓lOmin。將成型的坯體在1600°C下真空燒結(jié)，保溫時間8小時，真空度為5X10_3Pa，再將坯體于1700°C、130MPa的壓力下熱等靜壓燒結(jié)3小時。將燒結(jié)好的坯體在1300°C保溫12小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約1_的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度> 99.95% ;用于LED器件上后，通過測試，得到的色坐標(biāo)分布集中，主波長范圍分布小，出光均勻；通過測試引腳溫度計算結(jié)溫，透明熒光陶瓷的散熱性明顯好于熒光粉與硅膠混合的封裝材料。
[0051]對比例I
[0052]稱取純度為99.99 %的a -Al2O3粉95g、高純CaO粉體3.5g和黃色熒光粉Y3Al5O12ICe3+L 5g放入聚氨酯的球磨罐中，再加入300g氧化鋯磨球和80g去離子水，在滾筒球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15小時得到混合物，然后將混合物從球磨罐中取出，然后在110°C烘箱中烘5小時。將粉體取出研磨并過200目篩，以10MPa壓力干壓3min得到坯體，然后取出坯體在200MPa壓力下進(jìn)行冷等靜壓5min。將成型的坯體在1600°C下真空燒結(jié)，保溫時間10小時，真空度為2X 10_3Pa。將燒結(jié)好的坯體在1300°C保溫12小時退火，然后隨爐冷卻。磨平、拋光后得到厚度約Imm的陶瓷片，進(jìn)行性能測試。制得的陶瓷片相對密度為87.50% ;用于LED器件上后，通過測試，出光均勻效果較實施例1-8差，引腳測試溫度比實施例1-8中的引腳測試溫度高3-5°C，散熱性稍差。由此可見，實施例1-8中均在燒結(jié)步驟中采用真空燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)，相比較對比例I單純采用真空燒結(jié)制得的陶瓷片的相對密度更高，因此高致密的陶瓷片用于LED器件上后可達(dá)到出光均勻性更好、散熱效果更好及出光率更高的效果。
[0053]以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: A、將陶瓷原料粉體、燒結(jié)助劑和熒光粉按比例混合；加入球磨罐中，同時加入球磨介質(zhì)、磨球，在球磨機(jī)上球磨一定的時間得到混合物； B、將混合物取出烘干并研磨過篩； C、依次對過篩后的粉體進(jìn)行干壓成型、冷等靜壓成型得到坯體； D、步驟C中成型的坯體依次進(jìn)行真空燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)； E、退火處理，即得所述高致密LED用透明熒光陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，所述陶瓷原料粉體選自A1203、Y203、MgAl204、MgAlON、AIN、SiN、Zr02、SiC中的一種或幾種；所述燒結(jié)助劑選自Ca0、Mg0、Ti02、Si02、Mn0、高嶺土中的一種或幾種；所述熒光粉的成分為Y3Al5012:Ce3+。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟A中，所述陶瓷原料粉體、燒結(jié)助劑和熒光粉的質(zhì)量配比為:陶瓷原料粉體75?99wt%，燒結(jié)助劑0.9 ?24.9wt%，熒光粉 0.1 ?10wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，采用滾筒球磨機(jī)進(jìn)行球磨，所述球磨罐材料為聚氨酯、聚四氟乙烯、高純瑪瑙中的一種；所述磨球為高純氧化鋯陶瓷球；所述球磨介質(zhì)為去離子水；所述球磨的轉(zhuǎn)速為150?500r/min，球磨時間為3?24h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟B中，所述烘干溫度為90?120°C，烘干時間為5?10小時；所述研磨過篩采用200目篩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟C中，所述干壓成型的壓力為50?180MPa，保壓時間為0?10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟C中，所述冷等靜壓成型的壓力為200?350MPa，保壓時間為2?15分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟D中，所述真空燒結(jié)的燒結(jié)溫度為1500?1800°C，保溫時間為5?30小時，真空度為ΙΟ—1?10_4Pa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟D中，所述熱等靜壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度為1600?1800°C，保溫時間為1?5小時，壓力為120?180MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用透明熒光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟E中，所述退火處理具體為:在800?1500°C保溫5?40小時，然后隨爐冷卻。
【文檔編號】C04B35/10GK104291796SQ201410491094
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】陳必壽, 許禮, 王鵬, 崔佳國 申請人:上海三思電子工程有限公司, 上海三思科技發(fā)展有限公司, 嘉善三思光電技術(shù)有限公司