一種用于白光led熒光轉(zhuǎn)換的復合相透明陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熒光陶瓷材料，特別是一種用于白光LED熒光轉(zhuǎn)換的復合相透明陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，使用半導體發(fā)光的發(fā)光裝置被廣泛地使用，特別是高效藍光發(fā)光二極管以及基于藍光的半導體白光照明裝置被成功開發(fā)，此發(fā)光裝置較已知的冷陰極燈管、白熾燈等發(fā)光裝置，具有高發(fā)光效率、體積小、低電耗、低成本等優(yōu)點，因此可作為高效節(jié)能光源來使用。
[0003]現(xiàn)行的白光二極管發(fā)光裝置，主要藉由補色原理進行開發(fā)。由半導體發(fā)光組件發(fā)出藍光，往熒光體入射后，熒光體部分吸收藍光并轉(zhuǎn)換為黃光發(fā)出，藍光與黃光混合同時進入人眼時，人則感受為白光。目前市售黃色熒光體多為粉狀物，在其封裝時需要高分子粘合劑，但是隨著使用時間的增加粘合劑老化將直接影響發(fā)光效率。因此如何延長發(fā)光裝置使用壽命并同時達到輝度提升，成為現(xiàn)行熒光體技術(shù)開發(fā)重點之一。
[0004]Ce = YAG透明熒光陶瓷具有比硅膠高得多的熱導率和熱穩(wěn)定性，可以抗光衰，減少散射損失，而且具有較高的硬度等力學性能，延長白光LED的使用壽命，具有較高的經(jīng)濟效益。目前，國際上Philip Luminleds公司、Osram公司以及日本京都大學等知名機構(gòu)均在從事這方面的研宄。其中，Philip Luminleds已開發(fā)出使用陶瓷熒光材料的大功率LED產(chǎn)品一Lumiramic LUXEONa LED，其技術(shù)核心就是陶瓷焚光板(Lumiramic)結(jié)合薄膜倒裝芯片(Thin Film Flip Chip，TFFC)。該技術(shù)可將白光LED的色溫變化降低到原來的1/4，大大改善了各個LED間色溫不均的現(xiàn)象，還提高了亮度和光譜的穩(wěn)定性。有代表性的研宄成果:1、公開號為CN101080823A的中國發(fā)明專利申請，申請人宇部興產(chǎn)株式會社，該專利闡述了光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體及利用了該光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體的發(fā)光裝置，其中所提及的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體是一種凝固體由a -Al2O3晶相和用鈰賦活的Y #15012晶相三維地相互纏結(jié)而形成的，其制備方法需要高溫恪融后單向凝固，且所得陶瓷幾乎不透明。2、Lu shen，Yang Li, and QingHuang, ‘‘Ultrafast fabricat1n of solid phosphor based white light emittingd1des:From powder synthesis to devices，，Appl.Phys.Lett.103，2 (2013)。在該文獻中闡述了一種利用SPS燒結(jié)制備Ce = YAG和MgAl2O4復合陶瓷熒光體的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供用于白光LED熒光轉(zhuǎn)換的復合相透明陶瓷及其制備方法，采用藍光LED激發(fā)該復合相陶瓷，陶瓷產(chǎn)生的黃光和紅光與透過的藍光混合成白光，具有發(fā)光效率高、顯色指數(shù)高、物化性能穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
[0007]一種用于白光LED熒光轉(zhuǎn)換的復合相陶瓷，特點在于該復合相透明陶瓷由第一相(CexPryYm) JCrzAl1J5O1^相與第二相A1 A晶相組成，其中x，y和z的取值范圍分別為:0.0001 ^ X ^ 0.01,0 ^ y ^ 0.01,0 ^ z ^ 0.01且第二相的體積控制在總體積的0.1% -30%之間。這是一種能夠提高熒光體發(fā)光效率和顯色指數(shù)的熒光透明陶瓷。
[0008]所述的復合相透明陶瓷的制備方法，包括下列步驟:
[0009]①選定復合相透明陶瓷的參數(shù)X，y和z以及第二相占總體積百分數(shù)，采用氧化釔(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈰(CeO2)、氧化鐠(Pr6O11)、氧化鉻(Cr2O3)為原料，選擇氧化鎂(MgO)、正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙二醇(PEG)中的一種或幾種作為添加劑，根據(jù)復合相透明陶瓷化學組成配置陶瓷粉體原料；
[0010]②再用濕法球磨以無水乙醇或去離子水為球磨介質(zhì)制備陶瓷粉料，粉料經(jīng)干燥、過篩、壓片，再對其施以150MPa以上冷等靜壓形成陶瓷坯體；
[0011]③將所述的陶瓷坯體放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，獲得透明陶瓷；
[0012]④將所述的透明陶瓷切割成所需厚度的薄片，即得到用于白光LED熒光轉(zhuǎn)換的復合相透明陶瓷。
[0013]所述的透明陶瓷坯體在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)時，真空度優(yōu)于10_2Pa，燒結(jié)保溫溫度為1650?1780°C，燒結(jié)保溫時間為I?24小時。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0015]I)本發(fā)明的熒光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要是以第二相Al2O3晶相以顆粒狀均勻分布于第一相(CexPryY1H)3(CrzAlh) 5012晶相中，其制備方法為固相反應法，不需要熔融，制備溫度相對更低，所得陶瓷透明性較好，且由于引入了 Pr和(或)Cr的能量轉(zhuǎn)移紅光發(fā)射，大幅提高了復合相透明陶瓷發(fā)光的顯色指數(shù)和光譜品質(zhì)，更適合室內(nèi)照明。
[0016]2)采用固相反應真空燒結(jié)得到(CexPryYm)3(CrzAl1J5012與Al 203混合的透明陶瓷熒光體，實驗結(jié)果表明含Al2O3的復合相熒光陶瓷比含MgAl 204的復合相熒光陶瓷的發(fā)光效率更高，而且由于引入了 Pr和(或)Cr的能量轉(zhuǎn)移紅光發(fā)射使得顯色性能更好。
[0017]3)有效解決當前白光LED發(fā)展中遇到的由于含有機成分的封裝材料老化著色引起的光衰、光譜穩(wěn)定性不夠理想，熒光粉的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降等問題。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明復合相熒光陶瓷的結(jié)構(gòu)示意圖
[0019]圖2是本發(fā)明復合相熒光陶瓷在藍光激發(fā)下的發(fā)光原理圖
[0020]符號說明
[0021]I 第一相(CexPryY1Ty) JCrzAl1J5O12J 第二相 Al 203;3 混合高品質(zhì)白光；4 (CexPryY1^y) 3 (CrzAl1^z) 5012ig Al 203復合相透明陶瓷熒光體；5InGaN/GaN 基藍光 LED。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]圖1是本發(fā)明復合相熒光陶瓷的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，一種用于白光LED熒光轉(zhuǎn)換的復合相透明陶瓷由第一相(CexPryYn) JCrzAl1J5O1^相I與第二相Al 203晶相2組成，其中x，y和z的取值范圍分別為:0.0001彡X彡0.01，0彡y彡0.01，0彡z彡0.01且第二相的體積控制在總體積的0.1% -30%之間。
[0024]復合相透明陶瓷熒光材料在InGaN/GaN基藍光LED激發(fā)下，(CexPryYm) JCrzAl1J5O12相中Ce 3+激發(fā)發(fā)出黃光以及Pr 3+和Cr 3+發(fā)出紅光。黃光與紅光強度可以通過改變復合相透明陶瓷的厚度以及其中的Ce3+、Pr3+和Cr 3+離子濃度來調(diào)節(jié)。
[0025]圖2是本發(fā)明復合相透明陶瓷在藍光激發(fā)下的發(fā)光原理圖，該復合相透明陶瓷中的Ce3+在藍光激發(fā)下發(fā)出的黃光、Pr3+和(或)Cr3+發(fā)出的紅光以及InGaN/GaN發(fā)出的未被吸收的藍光混合獲得高品質(zhì)白光。
[0026]本發(fā)明通過優(yōu)化激活離子的摻雜濃度以及透明陶瓷厚度等來獲得溫和色溫、高顯色指數(shù)以及高發(fā)光淬滅溫度的復合相熒光材料。
[0027]本發(fā)明復合相透明陶瓷的制備方法為:
[0028]采用氧化紀(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鐘(CeO2)、氧化鐠(Pr6O11)、氧化絡(Cr2O3)為原料，選擇氧化鎂(MgO)、正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙二醇(PEG)中的一種或幾種作為添加劑，按第一相(CexPryYm) JCrzAl1J5O12其中x，y和z的取值范圍分別為:0.0001彡X彡0.01，O彡y彡0.01，0彡Z彡0.01以及第二相Al2O3體積控制在總體積的0.1%-30%之間，同時添加適當且適量添加劑。配置好粉體原料，再用濕法球磨以無水乙醇或去離子水為球磨介質(zhì)制備陶瓷粉料，粉料經(jīng)干燥、過篩、壓片；后對其施以150MPa以上冷等靜壓成坯體；然后放入真空中在一定溫度下燒結(jié)若干小時，獲得陶瓷，將所得到的熒光陶瓷材料切成所需的厚度，得到如圖1所示的復合透明陶瓷。