GaInN白光LED用复合结构荧光陶瓷及其制备方法技术

一种用于GaInN白光LED的复合结构荧光陶瓷及其制备方法，该复合结构荧光陶瓷由上层透明陶瓷和下层透明陶瓷通过侧面粘合构成：上层透明陶瓷的化学组成为(CexY1-x)3Al5O12，其中x的取值范围为：0.0003≤x≤0.06；下层透明陶瓷的化学组成为(CewY1-w)3(CrzAl1-z)5O12，其中w、z的取值范围分别为：0.0001≤w≤0.06，0.0001≤z≤0.06。本发明专利技术复合结构荧光材料具有温和色温(～5300K)，高显色指数(Ra＞90)及良好的温度淬灭性能(＞400K)，且有制备工艺简单、低成本等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及荧光陶瓷材料，特别是一种用于白光发光二极管(简称为LED)的复合结构荧光陶瓷及其制备方法，该复合结构荧光陶瓷由上层 (CexY1^x) 3A15012 (0. 0003 ^ χ ^ 0. 06)透明陶瓷和下层(CewY1J 3 (CrzAl1J 5012 (0. 0001 ^ W^ 0. 06,0. 0001 ^ ζ ^ 0. 06)透明陶瓷通过侧面粘合构成。
技术介绍
目前使用最广泛、技术最成熟的白光LED技术是GaN基蓝光芯片加YAG黄色荧光粉(掺铈钇铝石榴石，Ce3+ = Y3Al5O12,简记为Ce:YAG)技术，它是用GaN-LED芯片发蓝光，然后去激发Ce:YAG荧光粉产生黄光，剩余的蓝光与黄光混合形成白光。白光LED在封装时是将Ce:YAG荧光粉和硅胶高分子材料混合在一起形成荧光粉胶，而有机高分子封装材料的散热性能差且在高温辐照下易变色、老化，导致器件光衰问题突出，特别是在大功率LED的场合。另外，荧光粉硅胶中存在大量离散分布的荧光粉颗粒， Ce:YAG荧光粉颗粒的折射率(1.8)与硅胶的折射率(1. 5 1. 6)差异较大，光线入射到荧光粉胶中会出现强烈的散射现象。采用Ce:YAG透明荧光陶瓷替代“Ce:YAG荧光粉+硅胶”，可以有效解决上述问题。目前，国际上WiiliP Luminleds公司、日本京都大学等知名机构均在从事这方面的研究。其中，Philip Luminleds已开发出使用陶瓷荧光材料的大功率LED产品-Lumiramic LUXEONa LED，用于奥迪R8等车型的车前灯照明。其独有技术的核心就是基于陶瓷荧光板 (Luniramic)结合薄膜倒装技术(Thin Film Flip Chip，TFFC)。该技术可将LED的色温变化降低到原来的1/4，大大改善了各个LED间色温不均的现象。另外，Ce:YAG荧光透明陶瓷板导热性能好，不但可以抗光衰，减少光散射，还可以提高亮度和光谱的稳定性。然而，陶瓷荧光材料还有许多问题亟待解决，如目前“蓝光(MnN芯片+Ce:YAG”的组合因Ce:YAG中的荧光光谱中缺少红光成分而使混合后白光的色温较高，不柔和，即所谓 “炫光”。而且，红光等色彩的缺失使得LED的显色指数较低。通常采用掺GcULa等使Ce3+峰位产生红移或掺Cr3+、Tb3+、pr3+引入红光发光来改善色温及提高显色指数，但都有很大的局限性，同时对Ce3+的发光效率还有负面影响，如Ce3+ 与其他激活离子间的能量转移导致Ce3+发光效率下降并出现温度淬灭效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于fe^nN白光LED的复合结构荧光陶瓷及其制备方法，该复合结构荧光材料具有温和色温( 5300K)，高显色指数(Ra > 90)及良好的温度淬灭性能(> 400K)，且有制备工艺简单、低成本等优点。本专利技术的技术解决方案如下一种用于fe^nN白光LED的复合结构荧光陶瓷，特点在于其由上层透明陶瓷和下层透明陶瓷通过侧面粘合构成上层透明陶瓷的化学组成为(CexYh)3Al5O12，其中χ的取值范围为0. 0003 ^ χ ^ 0. 06 ；下层透明陶瓷的化学组成为(CewY1-J3(CrzAl1J5O12，其中w、z 的取值范围分别为0. 0001 ^ W^ 0. 06，0. 0001 ^ ζ ^ 0. 06。这是一种发黄光Ce3+: YAG透明陶瓷与发红光Ce3+，Cr3+ = YAG透明陶瓷的复合结构荧光陶瓷。所述的复合结构荧光陶瓷的制备方法，包括下列步骤①选定复合结构荧光陶瓷的参数x、z、W，采用氧化钇(Υ203)、氧化铝(Α1203)、氧化铈(CeO2)、氧化铬(Cr2O3)为原料，按上层透明陶瓷(CexY1J3Α15012化学组成和下层透明陶瓷(CewY1J3(CrzAlh)5O12化学组成分别配置上层透明陶瓷粉体原料和下层透明陶瓷粉体原料；②再分别用湿法球磨以无水乙醇或去离子水为介质制备陶瓷粉料，两种粉料分别经干后、造粒、压片，再对其施以150MPa以上冷等静压成上层陶瓷坯体和下层陶瓷坯体；③将所述的上层陶瓷坯体和下层陶瓷坯体放入真空烧结炉或热压烧结炉中烧结， 获得上层透明荧光陶瓷和下层透明荧光陶瓷；④将所述的上层透明荧光陶瓷和下层透明荧光陶瓷表面抛光，再在其结合处侧面粘合得到由上层透明荧光陶瓷和下层透明荧光陶瓷构成的复合结构荧光陶瓷。所述的上层透明陶瓷(CexYh)3Al5O12坯体和下层透明陶瓷(CewY1I)3(CrzAl1J5C)12 坯体在真空烧结炉中烧结时，烧结保温温度为1650 1780°C，烧结保温时间为1 M小时。所述的上层透明陶瓷(CexYh)3Al5O12坯体和下层透明陶瓷(CewY1I)3(CrzAl1J5C)12 坯体在所述的热压烧结炉中烧结时，施加的压力为10 40MPa，烧结保温温度为1400 1700°C，烧结保温时间为1 10小时。本专利技术的技术效果本专利技术中的复合荧光材料，可以有效解决当前白光LED发展中遇到的由于有机封装材料老化着色、散热性能差所引起的光衰、光谱稳定性不够理想，以及Ce:YAG荧光粉红光成分不足等问题，改善蓝光LED激发下混合所得白光的色温( 5300K)及显色指数(Ra > 90)，同时该复合结构荧光材料具有良好的温度淬灭性能(发光淬灭温度> 400K)。附图说明图1是本专利技术复合结构荧光陶瓷的结构示意2是本专利技术复合结构荧光陶瓷在蓝光激发下的发光原理图具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术用于(MnN白光LED的复合结构荧光陶瓷的结构如图1所示，图中1为侧面粘合处，2为上层透明陶瓷，CeiYAG黄光荧光陶瓷，3为下层透明陶瓷，Ce, CriYAG红光荧光陶瓷，4为侧面粘合处。该复合结构陶瓷荧光材料在fe^nN-LED发出蓝光激发下，下层Ce3+，Cr3+: YAG材料中Ce3+吸收蓝光，通过能量转移使Cr3+发红光；上层中Ce3+被蓝光激发发黄光。红光强度可以通过下层厚度以及其中的Ce3+/Cr3+离子浓度来调节。由于红、黄、蓝的强度可以独立调节，该复合结构能得到很好色温和显色指数的白光。图2是本专利技术复合结构荧光陶瓷在蓝光激发下的发光原理图，该复合结构中的 Ce3+，Cr3+:YAG荧光陶瓷在蓝光激发下发出的红光可以不被吸收而透过Ce3+ = YAG透明荧光陶瓷，而Ce3+ = YAG荧光陶瓷在蓝光的激发下则可以发出黄光，最后红、黄荧光与(iaInN蓝光混合获得白光。本专利技术很有希望通过优化激活离子的掺杂浓度及陶瓷厚度等来获得温和色温、高显色指数及高发光淬灭温度的复合荧光材料。该复合结构透明荧光陶瓷的制备方法为采用氧化钇(Y2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化铬(Cr2O3)为原料，按 (CexY1J 3A15012、(CewY1-J 3 (CrzAl1-J5O12 (其中， · 0003 彡 χ 彡 0. 06,0. 0001 ^ w ^ 0. 06， 0. 0001 ^ ζ ^O. 06)组成分别配置好两种粉体原料，再分别用湿法球磨以无水乙醇或去离子水为介质制备陶瓷粉料，两种粉料分别经烘干、造粒、压片本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于ＧａＩｎＮ白光ＬＥＤ的复合结构荧光陶瓷，其特征在于由上层透明陶瓷和下层透明陶瓷通过侧面粘合构成：上层透明陶瓷的化学组成为（ＣｅｘＹ１－ｘ）３Ａｌ５Ｏ１２，其中ｘ的取值范围为：０．０００３≤ｘ≤０．０６；下层透明陶瓷的化学组成为（ＣｅｗＹ１－ｗ）３（ＣｒｚＡｌ１－ｚ）５Ｏ１２，其中ｗ、ｚ的取值范围分别为：０．０００１≤ｗ≤０．０６，０．０００１≤ｚ≤０．０６。

【技术特征摘要】
1.一种用于fe^nN白光LED的复合结构荧光陶瓷，其特征在于由上层透明陶瓷和下层透明陶瓷通过侧面粘合构成上层透明陶瓷的化学组成为(CexYh)3Al5O12，其中χ的取值范围为0. 0003 ^ χ ^ 0. 06 ；下层透明陶瓷的化学组成为(CewY1-J3(CrzAl1J5O12，其中w、z的取值范围分别为0. 0001 ^ w ^ 0. 06，0. 0001彡ζ彡0. 06。2.权利要求1所述的复合结构荧光陶瓷的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤①选定复合结构荧光陶瓷的参数x、z、《，采用氧化钇(Y2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化铈 (Ce02)、氧化铬(Cr2O3)为原料，按上层透明陶瓷(CexY1J3A15012化学组成和下层透明陶瓷 (CewY1J3(CrzAlh)5O12K学组成分别配置上层透明陶瓷粉体原料和下层透明陶瓷粉体原料；②再分别用湿法球磨以无水乙醇或去离子水为介质制备陶瓷粉料，两种粉料分别经干后、造粒、压片，再对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周圣明，林辉，滕浩，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31