基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层、荧光发射层的制备方法和应用。该荧光发射层的化学通式为Y2O3·

【技术实现步骤摘要】
基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及照明
，尤其是涉及一种基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业技术的不断进步，照明技术也不断升级换代。从最初的依靠天然动植物材料，再到化石燃料，之后到点光源，如白炽灯和荧光灯。而在上世纪90年代，节能高效的白光LED固态照明开始出现。而由于激光二极管的成本逐渐降低，性能趋于稳定，使得采用激光作为照明光源成为可能。
[0003]激光照明技术，技术原理同白光LED技术类似。在白光LED照明技术中，通过蓝光(或紫光等)LED芯片激发荧光材料，LED芯片发出的光与荧光材料激发后发出的光组合在一起，最终获得白光。激光照明技术的实现方式，如专利文件1(王达健，宋维伟，毛智勇，李广浩，孙涛，卢志娟，一种高效率激光照明用远程荧光涂层及其应用，ZL201410609545.2)所描述的，通常采用激光二极管(可发射蓝光的激光二极管最为普遍)激发荧光材料，激光二极管发出的光与荧光材料受激发后发出的光组合在一起，最终获得白光。
[0004]但激光照明技术面临着许多独特的技术难题。其中最为棘手的是：荧光材料的发热问题。这是因为，由于内部缺陷、能量传递等因素的影响，荧光材料在蓝光激光下的光转化效率(量子效率)通常都小于100％，因此相当一部分激光能量会转换为热的形式，导致荧光材料的温度上升，这导致荧光材料产生明显的热淬灭(导致发光强度降低)。另外，以常见的蓝光激光激发黄色荧光材料为例，对于黄色荧光材料，当其吸收蓝光转换为黄光时，由于蓝光与黄光之间波长的不同，蓝光与黄光之间存在着能量差异，即斯托克斯位移。因此，无论荧光材料的量子效率如何，蓝光激发黄色荧光材料时，能量损失是必然，不可消除的。这部分的能量损失势必会转换为热量。而荧光材料存在热猝灭特性，即随着温度升高，荧光材料的发光性能会下降。又由于激光是准直光，由于光束集中，激光光斑的功率密度极高。因此当激光照射到荧光材料表面后，荧光材料温度升高愈专利技术显。
[0005]因此，对于激光照明而言，最为重要的技术手段就是如何把荧光材料在激光照射下产生的热量带走(导出)。常见的技术手段包括将荧光材料陶瓷化或玻璃化至高导热基板上，或者将荧光材料分散至导热材料中。实际上，在该
有相当多文献已公开。例如，专利文件2(R
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库尔特，R
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R
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德伦滕，E
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J
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M
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保卢森，A
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瓦尔斯特，D
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富尼耶，用于激光应用的灯，CN102482576B)公开了一种方法，以解决发热问题，减轻荧光体内的热累积。通过包含荧光体的透明体促进热传输的同时，提高激光应用的光学性能。这种方法具体而言就是支座和荧光体之间的附着优选通过熔融玻璃、陶瓷胶水实现，更优选地通过透明压力陶瓷或硅热界面材料实现。但整体而言，器件之间的界面较多，热阻较高，器件导热性能一般，不能把激光照射荧光材料后产生的热量迅速导走。
[0006]专利文件3(王达健，高文宇，毛智勇，陈静静，田华，杨超，安娜，史远东，低熔点玻
璃粉及其制造的激光照明用玻璃陶瓷，CN106587641B)公开了一种低熔点玻璃粉及其制造的激光照明用玻璃陶瓷。该专利技术的低熔点玻璃粉具有较低的玻璃相转变温度，且其玻璃相转变温度在200～500℃范围内可调节，适用于封接玻璃和真空元器件的制作及LED的封装，特别适用于与荧光粉材料制造发光玻璃陶瓷，该发光玻璃陶瓷尤其适用于激光照明。玻璃陶瓷在较低温度下成型烧结，可有效避免了荧光粉在高温下的热劣化，在激光照明领域具有重要的应用价值。但整体而言，玻璃的导热系数相对较低，不能把激光照射荧光材料后产生的热量迅速导走。
[0007]专利文件4(冯少尉，夏小春，王红，朱锦超，李春晖，张攀德，叶勇，李东升，用于激光照明与显示的全光谱复相荧光陶瓷及制备方法，CN111285682A)公开了用于用于激光照明与激光显示的全光谱复相荧光陶瓷，该专利技术的有益效果在于：具有完全致密的微观结构，优异的热导率和机械力学性能，能有效提高发光材料产生的热量带走，降低器件整体的温度，提高光的提取效率。但整体而言，相对于玻璃，荧光陶瓷的导热系数有明显的提升，但荧光陶瓷的制备工艺过于复杂。
[0008]专利文件5(李乾，许颜正，波长转换装置及其光源系统、投影系统，CN203489180U)公开了一种波长转换装置及其光源系统、投影系统。所述波长转换装置包括支承件和多个相互拼合的波长转换模块，每个所述波长转换模块包括陶瓷载体和置于所述陶瓷载体上的荧光粉，所述支承件将所述多个波长转换模块保持相对固定。光源系统和投影系统均包括该波长转换装置。采用本技术，利用陶瓷材料作为荧光粉的陶瓷载体，能够耐高温，且不会因高温而变形导致荧光粉难以附着。显然，荧光材料陶瓷化是本领域常见的导走热量、降低器件温度的方法。由于荧光陶瓷本身是透光的，因此最适合的器件结构显然是透射式的，即激发光会穿过荧光陶瓷本身。
[0009]同样采用陶瓷化工艺，但通过产生第二相，一样也能改善器件的导热性能。专利文件6(朱宁，用于蓝光激发的白光照明的复相荧光陶瓷、制备方法及光源装置，CN109896852A)公开了用于蓝光激发的白光照明的复相荧光陶瓷、制备方法及光源装置。所述复相荧光陶瓷具有镥铝石榴石结构的荧光相和Al2O3高热导相，所述Al2O3高热导相中微晶分布均匀且环绕在所述镥铝石榴石荧光相的周围，并形成三维网络通道直达所述复相荧光陶瓷的表面。本专利技术的有益效果在于：有效解决当前白光激光照明中荧光材料的抗热冲击性能弱，荧光材料的发光效率随着温度的升高而下降等高温荧光特性差问题。但整体而言，由于第二相的引入，虽然材料的导热效果有明显的提升，但所得材料的发光效率低于常规的荧光陶瓷。
[0010]除了陶瓷化，荧光材料结合低熔点玻璃粉的薄膜化工艺，也能很好将荧光材料在激光激发下产生的热量导走。例如，专利文件7(解荣军，游世海，郑鹏，周天亮，李淑星，激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备，CN108895314B)公开了一种激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件。由氮化物荧光粉/玻璃复合涂层和高导热陶瓷基体组成，所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层紧密地生长在高导热陶瓷基体上。但整体而言，虽然作为基体的陶瓷导热系数较高，但荧光粉/玻璃复合涂层与陶瓷基体的连接处存在明显的界面，热阻较大，所得荧光粉/玻璃复合光转换组件的导热效果有待提升。
[0011]另外，同时考虑激光二极管和荧光材料两者产生的热量，进行必要的热管理，也具有重要的意义。例如，专利文件8(曹永革，夏泽强，申小飞，麻朝阳，用于照明或显示的激光
白光发光装置，CN105826457B)公开了一种用于照明或显示的激光白光发光装置。本专利技术将透明荧光陶瓷与激发光源的芯片结合，避免了荧光粉和硅胶因器件发热而导致发光效率的下降或光源失效；若根据应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层，其特征在于，包括：金属铝基介孔氧化铝以及设置在所述金属铝基介孔氧化铝上的荧光发射层；所述金属铝基介孔氧化铝为一种单面含有介孔氧化铝的金属铝板，所述介孔氧化铝的孔径尺寸为2～50nm，所述介孔氧化铝的厚度为20～200μm；所述荧光发射层的化学通式为Y2O3·
aAl2O3·
bCeO2，其中，3≤a≤6，0.01<b<0.1。2.根据权利要求1所述的基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层，其特征在于，所述荧光发射层的化学通式中，a＝4.5，b＝0.04。3.根据权利要求1或2所述的基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层，其特征在于，在蓝光450nm激发下，所述金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层产生的发射光谱波长范围介于460～760nm、发射光谱的主峰介于530～550nm。4.根据权利要求1
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3任一项所述的基于金属铝基介孔氧化铝制备的荧光发射层的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：1)将Y前驱体和Ce前驱体配制成质量浓度为40％～60％的水溶液，所述Y前驱体和Ce前驱体中Y和Ce的摩尔比为2︰b，其中，0.01<b<0.1；2)将金属铝基介孔氧化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐，解荣军，周天亮，张宏，邾强强，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：