一种透明陶瓷白光ＬＥＤ器件制造技术

本发明专利技术涉及一种透明陶瓷白光ＬＥＤ器件，其特征在于包括作为发光材料的块体透明陶瓷发光体，ＬＥＤ芯片以及承载ＬＥＤ芯片和透明陶瓷发光体的载体，载体开设有凹槽，ＬＥＤ芯片位于凹槽底部，透明陶瓷发光体直接叠放在ＬＥＤ芯片上或镶嵌在载体中。本发明专利技术提供的器件具有光学均匀性好，色温低，亮度高的白光，避免了采用荧光颗粒必须采用透光树脂进行封装的问题，简化封装技术，器件受热影响小，使用寿命长。其结构简单，性能优异，尤其适合大功率白光ＬＥＤ器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LED发光
，特指一种白光LED器件，更准确的说涉及一种透明 陶瓷白光LED器件。
技术介绍
白光LED(White light-emitting diode)具有小型固体化，耐震动，瞬时启动和 快响应(μ S)，节能且寿命长(万小时)，绿色高效等许多优点，尤其是当前在白炽灯、荧光 灯和高压气体放电灯等传统光源的能效几乎都已达到了极限，而基于LED照明技术的能效 有望在今后10年内提高一到两倍，未来可广泛应用于各种建筑与景观照明，LCD(Liguid Crystal Display)背景光，医疗，航海、航空，汽车照明，及各种便携式照明，有望作为一种 节能、环保的绿色固态照明(SSL)技术，发展成为第四代新照明光源。白光LED的发光原理主要是将荧光粉涂覆在蓝光LED或紫外LED芯片上，通过波 长转换实现白光。然而当前在白光LED的研究发展过程中，主要存在以下突出问题1).发光效率低，显色性不好用蓝光LED芯片与黄光Ce:YAG荧光粉组合发出的 白光，由于红绿蓝三基色中的红色成份少，导致白光LED的色温偏高，衰减严重；同时蓝光 LED持续点亮会造成温度升高，使荧光粉发生退化，从而导致出光效率不高，难以符合各种 照明要求；虽然近年来人们开始关注采用紫外芯片激发红绿蓝三波长荧光粉的方案，以提 高发光效率和显色性，但是如何实现三波长荧光粉的合成和在芯片上的均勻有效涂覆，使 白光LED的色彩质量及一致性达到理想的状态，仍是业内人士面临的挑战。2).色温(CCT)变化对于荧光粉转换型(Phosphor converted, PC)白光LED，色 温变化是目前面临的主要挑战。粉体在蓝光或紫外芯片发出的光通过时会产生散射和吸收 等现象，涂覆厚度的不均勻及荧光粉的形貌和粒径等因素，都会导致产生黄色光斑，蓝色光 斑，白光色温不一致等问题。另外荧光粉涂覆在蓝色芯片上的时候需要用硅胶混合，由于 LED大部分能量发热导致温度升高，荧光粉在高温下的发光效率降低，长时间在高温下，荧 光粉的衰减也较大，而硅胶会老化会影响荧光粉的使用寿命。针对以上问题，全球三大照明公司之一的飞利浦公司2007年发表了陶瓷荧光板 焚光技术(Lumiramic Phosphor Technology)，如附图 1 所示。该技术将荧光粉压成陶瓷片(不透明)，可将LED的色温范围减低为原本的1/4， 减少了各个LED间色温不均的现象。不仅简化了封装问题，同时在指定色温的前提下，节省 75%的荧光粉用量，并简化了光源的制造工艺。但是由于陶瓷荧光板是普通压制烧结而成， 在抗震、散热等方面存在不足；不透明的陶瓷板同样存在荧光粉的光散射问题，且该设计需 要采用薄层芯片倒装技术(TFFC)，使得新器件的设计发展存在局限性。国内关于白光LED用荧光材料方面的专利申请多集中在粉体材料方面，也有一些 专利提出了替代材料的技术方案，例如CN1815765A提出了一种YAG晶片式白光发光二极 管及其封装方法，它是将稀土掺杂的YAG晶片用作荧光材料，但是单晶材料相比陶瓷，在机 械、力学稳定性方面存在不足，限制了加工制造的灵活性，且单晶生长需要高温，制备成本较高，且该技术方案仍需树脂封装晶片，不能从根本上解决树脂受热老化问题。透明陶瓷作为近年来迅速发展起来的一种新型光电功能材料，在热学、力学性能、 光性能、复合结构以及规模化生产方面优势明显，透明陶瓷目前已在窗口材料，激光材料和 闪烁材料得到应用1)透明化的发光材料可以解决荧光粉对光的散射和吸收，提高发光效率；2)陶瓷不存在单晶的分凝系数问题，可以实现多种发光离子的高浓度均勻共掺， 从而可以通过精确控制陶瓷片荧光体的透过率，发光波段等各种参数，调节和控制荧光体 陶瓷片转换的黄光与未被转换的蓝光之间的比例，利用透明陶瓷自身的均勻性，获得均一 高质量的白光，并可进行发光设计，开发新材料；3)透明陶瓷具有优异的机械和热力学性能，抗振动，导热性好，可解决蓝光LED持 续点亮下温度升高造成的各种发光问题，进一步提高器件的发光稳定性和使用寿命，尤其 适合大功率白光LED器件；4)陶瓷相对单晶，在成型和复杂结构设计制备方便具有优势，且相对高熔点的 Ce:YAG体系(熔点1950°C )，陶瓷不需熔融，在较低温度下就可以烧制成功，商业成本低廉， 发展前景广阔。本专利技术拟将透明陶瓷作为发光材料，引入到白光LED器件中，将有利于解决当前 荧光粉突出存在热问题，同时陶瓷优良的机械力学性能，将有利于简化器件的封装，并为器 件结构设计带来更大的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种透明陶瓷白光LED器件。本专利技术提供的白光LED器件 的发光原理，是采用蓝光LED芯片或紫外LED芯片，激发作为发出的蓝光材料的透明陶瓷， 由蓝光芯片发光和受激发的透明陶瓷发光体所发的黄光混合形成白光，或紫外芯片激发透 明陶瓷发光体分别发出的红光，绿光和蓝光，再由这三色光混合，形成白光。本专利技术提供的透明陶瓷白光LED器件，其特征在于包括作为发光材料的块体透明 陶瓷发光体，LED芯片以及承载LED芯片和透明陶瓷发光体的载体，载体开设有凹槽，LED芯 片位于凹槽底部，透明陶瓷发光体直接叠放在LED芯片上或镶嵌在载体中。本专利技术在原有技术的基础上，提出一种用多晶透明陶瓷替代传统荧光粉，在蓝光 LED芯片或紫外LED芯片激发下，获得光学均勻性好，色温低，亮度高的白光的技术方案，避 免了采用荧光颗粒必须采用透光树脂进行封装的问题，简化封装技术，器件受热影响小，使 用寿命长。其结构简单，性能优异，尤其适合大功率白光LED器件。其具体特征如下1)发光原理仍同传统白光LED器件相同，但是发光材料由荧光粉改为透明多晶陶 瓷，透明多晶陶瓷以块体的形式存在于器件中，厚度0. Imm 5mm;2)透明多晶陶瓷能在蓝光LED芯片或紫外LED芯片激发下，发出一种或多种波段 的光；发光陶瓷受激发出的光能与芯片发出的光混合组成白光，或受激发透明陶瓷发出的 一种以上的光相互组合形成白光；3)作为发光材料的透明多晶陶瓷与蓝光LED芯片或紫外LED芯片的距离范围为 Ocm 5cm;也即透明多晶陶瓷可以直接叠放在LED芯片之上，也可以镶嵌在载体中，与芯片 保持一定距离5cm)，进一步优化散热性能，在大功率，长时间使用的灯具中，如路灯，景观灯等，具有优势；4)其特征在于，本专利技术设计的结构，无需树脂封装发光体，简化了封装技术，避免 了树脂受热老化引起的发光效率降低问题；5)本专利技术涉及的透明多晶陶瓷发光体，包括但不限于发黄光的Ce:YAG(Ce3+掺杂 Y3Al5O12)透明陶瓷，其特征在于Ce3+掺杂浓度范围0. 05 0. 3at% ；进一步的还可以通过 在YAG透明陶瓷中掺杂或共掺Tb，Pr, Eu, Nd, Tm, Dy稀土发光离子，实现发光调控；掺杂基 质包括但不限于IO3，LuAG, Lu2O3，Sc2O3，MgAl2O4，CaF2，ZnS0在LED芯片激发下，发出一种 或多波段的光。附图说明图IPhilips Lumileds陶瓷荧光板荧光技术的白光LED简易2根据本专利技术构思，可采用的Ce:YAG透明陶瓷发光体照片；图3根据本专利技术构思，可采用的白光LED器件直接叠放式结构示意图；图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种透明陶瓷白光ＬＥＤ器件，其特征在于包括作为发光材料的块体透明陶瓷发光体，ＬＥＤ芯片以及承载ＬＥＤ芯片和透明陶瓷发光体的载体，载体开设有凹槽，ＬＥＤ芯片位于凹槽底部，透明陶瓷发光体直接叠放在ＬＥＤ芯片上或镶嵌在载体中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石云，潘裕柏，冯锡淇，姜本学，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]