用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于白光LED器件的条形码结构透明荧光陶瓷，是由两种以上的陶瓷单元构成，每种陶瓷单元经同一种LED芯片激发后发出不同颜色的光，并合成全光谱的白光发射；各种陶瓷单元在水平面交替紧密排列，形成类似条形码的一体结构；经设置在其上方或下方的LED芯片激发后，该具有条形码结构的荧光陶瓷发出白光。该荧光陶瓷具有光谱灵活调节、光转换效率和显色指数高、使用寿命长、热稳定性好的特点，使用该荧光陶瓷的白光LED器件既能实现光能的高效利用，又可保证照明系统的小型紧凑化，因而可有效的弥补现有技术的不足和满足市场商业化要求。

Bar code structure fluorescent ceramic for white light LED device, preparation method and application thereof

The invention discloses a structure for bar code transparent fluorescent ceramic white LED devices, is composed of more than two kinds of ceramic units, each unit by the same kind of LED ceramic chip excited to emit light of different colors, and the synthesis of full spectrum white light emission; all ceramic units closely arranged in a horizontal plane alternately formed a structure similar to bar code; the LED chip is arranged in the above or below the fluorescence excitation, the ceramic structure has a light bar code. The fluorescence spectrum ceramics with flexible regulation, light conversion efficiency and high color rendering index, long service life, good thermal stability, efficient use of white LED devices using the fluorescent ceramics can achieve energy, but also ensure the compact lighting system, which can compensate for the lack of existing technology and effective to meet the market requirements of commercial.

【技术实现步骤摘要】
用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷及其制备方法与应用
本专利技术属于LED发光
，涉及一种用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷的结构设计及其制备方法。
技术介绍
白光LED以其高亮度、高显色指数、节能环保、响应速度快、使用寿命长、体积小、可靠性高等众多优点，成为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后的“第四代绿色照明光源”，并从特种光源应用领域逐渐步入普通照明领域。目前，市场上的白光LED产品主要是使用以粉末态荧光粉为主的荧光材料，具体是将掺杂稀土发光材料的荧光粉均匀分布于环氧树脂、硅胶等有机材料中，然后封装在蓝光芯片上，将蓝光(或紫光)转换产生白光的光转换技术来实现。但是由于粉末态荧光粉自身的特点，使得目前商业产品化的LED存在着诸多问题，如荧光粉颗粒于有机材料中的均匀分散性差及表面的大量光散射，有机基材的热稳定性差，荧光粉红色成分的缺失等，这些问题对白光LED器件的光学均匀性、发光效率、发光效果及使用寿命都造成了很大损害。另外，目前市场上商业化的荧光粉大部分来自于欧美、日本等国家，我国企业自主产权的缺失，极大地限制了我国LED器件产业的进步和发展。值得关注的是，当荧光粉被制成荧光透明陶瓷后，由于荧光陶瓷能够透光，拥有优良的机械强度，化学稳定性，耐腐蚀，硬度高等特点，使得器件更耐磨损、抗冲击，耐高温，有效避免了现有荧光粉与环氧树脂/有机硅混合后沉降导致的不均匀和涂胶工艺时间限制不能太长的缺点，省去了涂胶工艺并避免了涂胶均匀性控制问题。且器件经过长时间使用，表面损伤少，保持高透过率，使LED器件使用寿命更长。因而，利用荧光透明陶瓷制作白光LED具有灯光效果好、效率高、工艺简单流程少、使用寿命长等众多优势，因而是发展和推广LED产品的重要选择。目前，应用于LED的荧光陶瓷主要有两种结构方式：中国专利CN104276818A提供了一种多层复合YAG透明陶瓷，其将拥有不同发光中心的荧光陶瓷叠加在一起，通过蓝光LED芯片激发叠层陶瓷后发出白光。但是这种叠层结构陶瓷由于接触面结构和折射率等的差异，使器件的光量损失严重，大大降低了灯具的发光效率。中国专利CN103682044A提供了一种透光性陶瓷片作为发光体的白光LED器件，其是在陶瓷基体中掺入不同发光中心离子，通过调节光谱，达到激发后发白光的目的。但是这种方法得到的材料存在着显色指数和色温差等问题。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是提供一种用于白光LED的荧光陶瓷，其具有光转换效率和显色指数高、使用寿命长、热稳定性好等特点，使用该荧光陶瓷的白光LED器件既能实现光能的高效利用，又可保证照明系统的小型紧凑化，因而可有效的弥补现有技术的不足和满足市场商业化要求。为了实现上述技术目的，本专利技术人基于红光、蓝光、绿光三基色混合成白光的原理，设计将不同成份组成的荧光陶瓷紧密连接在一起，并且各荧光陶瓷在水平面上有规律地交替紧密排列，形成类似条形码的整体结构，经垂直水平面的激发光激发后发出白光。即，本专利技术的技术方案为：一种用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷，由两种以上的陶瓷单元构成，每种陶瓷单元经同一种LED芯片激发后发出不同颜色的光；假设X轴与Y轴互相垂直，二者是构成水平面的坐标轴；各种陶瓷单元沿着X轴和/或Y轴方向交替紧密排列，形成类似条形码的整体结构；LED芯片设置在水平面上方或下方，经LED芯片激发后，该具有条形码结构的荧光陶瓷发出白光。所述的陶瓷单元的材料不限，可以是由基体与发光中心组成，其中基体包括YAG、LuAG、GGAG等具有石榴石结构，Na2Ba2Si2O7、Ba9Sc2Si6O24、Ba9Lu2Si6O24等硅酸盐材料体系或者为Y2O3、Lu2O3、Sc2O3、Al2O3、MgAl2O4、CaF2、ZnS、ALON、MgO、ZrO、BeO中的一种或多种的组合。发光中心为Ce3+、Eu2+、Eu3+、Er3+、Tb3+等稀土离子以及Ti3+、Mn2+、Cr3+、Bi3+等过渡金属离子中的一种或多种的组合。所述的陶瓷单元种类是由LED芯片类型决定。例如，当所用芯片为蓝光LED芯片时，所述的陶瓷单元包括发黄光的陶瓷单元和发红光的陶瓷单元组成；当所用芯片为紫外LED芯片时，所述的陶瓷单元包括发绿光的陶瓷单元、发黄光的陶瓷单元以及发红光的陶瓷单元组成。其中，发黄光的陶瓷单元材料不限，可以是GGAG:Ce、YAG:Ce等；发红光的陶瓷单元材料不限，可以是GGAG:Eu、GGAG:Cr、YAG:Pr、YAG:Eu等；发绿光的陶瓷单元材料不限，可以是掺铕或铋激活的石榴石或硼铝酸盐等等。作为优选，所述的每种陶瓷单元的厚度为0.15-40mm，长度为0.01-25mm，宽度为0.01-15mm。作为优选，所述的条形码结构荧光陶瓷的厚度为0.15-45mm，长度为0.05-50mm，宽度为0.01-30mm。本专利技术还提供了一种制备上述条形码结构荧光陶瓷的方法，包括如下步骤：(1)按照各陶瓷单元的组份进行配料，处理后得到粉体；按照所述条形码结构设计模具；将各粉体注入模具中对应的位置，然后干压成型，得到素坯；或者，按照各陶瓷单元的组份进行配料，处理后得到粉体，将粉体配制成对应的浆料；按照所述条形码结构设计模具；将各浆料注入模具中对应的位置，干燥后煅烧，得到素坯；或者，按照各陶瓷单元的组份进行配料，处理后得到粉体，将粉体配制成对应的浆料；按照所述形码结构将各浆料直接凝固、流延成型或者凝胶成型，得到素坯；(2)将素坯经烧结处理后双面抛光，得条形码结构荧光陶瓷。所述的步骤(1)中，作为优选，所述的浆料中还可以包括分散剂、粘结剂、塑化剂等中的一种或者几种。所述的步骤(2)中，还包括冷等、热等、退火等处理。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)与现有的荧光粉相比，本专利技术提供的条形码结构荧光陶瓷可以有效地解决荧光粉颗粒在有机材料中均匀分散性差、表面光散射以及红色成份缺失等问题，可有效提高器件发光效率，得到低色温和高显色指数的白光。并且，荧光陶瓷导热性能好，且远离芯片热源，在封装过程中可以避免环氧树脂或者硅胶的使用，故而提高LED器件的发光效率和使用寿命。(2)与叠层透明陶瓷相比，本专利技术提供的条形码结构荧光陶瓷在一个水平面片体上直接包含不同的陶瓷单元，并且各陶瓷单元沿着X轴或者Y轴紧密排列，构成不同的发光像素单元，在激发光的入射方向没有不同陶瓷组分的界面存在，不会造成光能的大量损失。所以拥有更好的发光效果。(3)与传统多掺透明荧光陶瓷相比，本专利技术提供的条形码结构荧光陶瓷可有效的解决传统多掺荧光陶瓷中存在的光谱修饰及补偿的问题，因而具有更好的发光效率。(4)与透明荧光玻璃相比，本专利技术提供的条形码结构透明荧光陶瓷是由不同荧光组分制备而成的统一整体，不存在透明荧光玻璃中组分混合的问题。另外，陶瓷比玻璃具有更优异的导热性能，故可减少器件中热量的累积，降低热光衰。(5)本专利技术的条形码结构荧光陶瓷的透过率≥45％，可被有效激发，并且可以通过调节各陶瓷单元的尺寸和/或各陶瓷单元材料而调节条形码结构荧光陶瓷的发射光谱，最终实现白光发射，发射光谱覆盖480～750nm。附图说明图1是本专利技术实施例1中的条形码结构荧光陶瓷的结构示意图；图2是中从左往右依次是GGAG:Ce3+荧光陶瓷，实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷，其特征是：由两种以上的陶瓷单元构成一个整体，每种陶瓷单元经同一种LED芯片激发后发出不同颜色的光；假设X轴与Y轴互相垂直，二者是构成水平面的坐标轴；各种陶瓷单元沿着X轴和/或Y轴方向交替紧密排列，形成类似条形码的整体结构；LED芯片设置在水平面上方或下方，经LED芯片激发后，该具有条形码结构的荧光陶瓷发出白光。

【技术特征摘要】
1.一种用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷，其特征是：由两种以上的陶瓷单元构成一个整体，每种陶瓷单元经同一种LED芯片激发后发出不同颜色的光；假设X轴与Y轴互相垂直，二者是构成水平面的坐标轴；各种陶瓷单元沿着X轴和/或Y轴方向交替紧密排列，形成类似条形码的整体结构；LED芯片设置在水平面上方或下方，经LED芯片激发后，该具有条形码结构的荧光陶瓷发出白光。2.如权利要求1所述的用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷，其特征是：所述的陶瓷单元的材料是由基体与发光中心组成；其中，基体包括具有石榴石结构的材料，硅酸盐材料体系，以及Y2O3、Lu2O3、Sc2O3、Al2O3、MgAl2O4、CaF2、ZnS、ALON、MgO、ZrO、BeO中的一种或多种的组合；发光中心为Ce3+、Eu2+、Eu3+、Er3+、Tb3+稀土离子以及Ti3+、Mn2+、Cr3+过渡金属离子中的一种或多种的组合。3.如权利要求1所述的用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷，其特征是：当所用芯片为蓝光LED芯片时，所述的陶瓷单元包括发黄光的陶瓷单元和发红光的陶瓷单元；当所用芯片为紫外LED芯片时，所述的陶瓷单元包括发绿光的陶瓷单元、发黄光的陶瓷单元以及发红光的陶瓷单元。4.如权利要求3所述的用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷，其特征是：发黄光的陶瓷单元材料是GGAG:Ce或者YAG:Ce；发红光的陶瓷单元材料是GGAG:Eu、GGAG:Cr、YAG:Pr，或者YAG:Eu；发绿光的陶瓷单元材料是掺铕或铋激活的石榴石或硼铝酸盐。5.如权利要求1所述的用于白光LED器件的条形码结构荧光陶瓷，其特征是：每种陶瓷单元的厚度为0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继云，罗朝华，蒋俊，江浩川，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33