用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷及其制備方法與應用技術

本發明專利技術公開了一種用于白光LED器件的條形碼結構透明熒光陶瓷，是由兩種以上的陶瓷單元構成，每種陶瓷單元經同一種LED芯片激發后發出不同顏色的光，并合成全光譜的白光發射；各種陶瓷單元在水平面交替緊密排列，形成類似條形碼的一體結構；經設置在其上方或下方的LED芯片激發后，該具有條形碼結構的熒光陶瓷發出白光。該熒光陶瓷具有光譜靈活調節、光轉換效率和顯色指數高、使用壽命長、熱穩定性好的特點，使用該熒光陶瓷的白光LED器件既能實現光能的高效利用，又可保證照明系統的小型緊湊化，因而可有效的彌補現有技術的不足和滿足市場商業化要求。

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.

【技術實現步驟摘要】
用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷及其制備方法與應用
本專利技術屬于LED發光
，涉及一種用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷的結構設計及其制備方法。
技術介紹
白光LED以其高亮度、高顯色指數、節能環保、響應速度快、使用壽命長、體積小、可靠性高等眾多優點，成為繼白熾燈、熒光燈和高壓氣體放電燈之后的“第四代綠色照明光源”，并從特種光源應用領域逐漸步入普通照明領域。目前，市場上的白光LED產品主要是使用以粉末態熒光粉為主的熒光材料，具體是將摻雜稀土發光材料的熒光粉均勻分布于環氧樹脂、硅膠等有機材料中，然后封裝在藍光芯片上，將藍光(或紫光)轉換產生白光的光轉換技術來實現。但是由于粉末態熒光粉自身的特點，使得目前商業產品化的LED存在著諸多問題，如熒光粉顆粒于有機材料中的均勻分散性差及表面的大量光散射，有機基材的熱穩定性差，熒光粉紅色成分的缺失等，這些問題對白光LED器件的光學均勻性、發光效率、發光效果及使用壽命都造成了很大損害。另外，目前市場上商業化的熒光粉大部分來自于歐美、日本等國家，我國企業自主產權的缺失，極大地限制了我國LED器件產業的進步和發展。值得關注的是，當熒光粉被制成熒光透明陶瓷后，由于熒光陶瓷能夠透光，擁有優良的機械強度，化學穩定性，耐腐蝕，硬度高等特點，使得器件更耐磨損、抗沖擊，耐高溫，有效避免了現有熒光粉與環氧樹脂/有機硅混合后沉降導致的不均勻和涂膠工藝時間限制不能太長的缺點，省去了涂膠工藝并避免了涂膠均勻性控制問題。且器件經過長時間使用，表面損傷少，保持高透過率，使LED器件使用壽命更長。因而，利用熒光透明陶瓷制作白光LED具有燈光效果好、效率高、工藝簡單流程少、使用壽命長等眾多優勢，因而是發展和推廣LED產品的重要選擇。目前，應用于LED的熒光陶瓷主要有兩種結構方式：中國專利CN104276818A提供了一種多層復合YAG透明陶瓷，其將擁有不同發光中心的熒光陶瓷疊加在一起，通過藍光LED芯片激發疊層陶瓷后發出白光。但是這種疊層結構陶瓷由于接觸面結構和折射率等的差異，使器件的光量損失嚴重，大大降低了燈具的發光效率。中國專利CN103682044A提供了一種透光性陶瓷片作為發光體的白光LED器件，其是在陶瓷基體中摻入不同發光中心離子，通過調節光譜，達到激發后發白光的目的。但是這種方法得到的材料存在著顯色指數和色溫差等問題。
技術實現思路
本專利技術的技術目的是提供一種用于白光LED的熒光陶瓷，其具有光轉換效率和顯色指數高、使用壽命長、熱穩定性好等特點，使用該熒光陶瓷的白光LED器件既能實現光能的高效利用，又可保證照明系統的小型緊湊化，因而可有效的彌補現有技術的不足和滿足市場商業化要求。為了實現上述技術目的，本專利技術人基于紅光、藍光、綠光三基色混合成白光的原理，設計將不同成份組成的熒光陶瓷緊密連接在一起，并且各熒光陶瓷在水平面上有規律地交替緊密排列，形成類似條形碼的整體結構，經垂直水平面的激發光激發后發出白光。即，本專利技術的技術方案為：一種用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷，由兩種以上的陶瓷單元構成，每種陶瓷單元經同一種LED芯片激發后發出不同顏色的光；假設X軸與Y軸互相垂直，二者是構成水平面的坐標軸；各種陶瓷單元沿著X軸和/或Y軸方向交替緊密排列，形成類似條形碼的整體結構；LED芯片設置在水平面上方或下方，經LED芯片激發后，該具有條形碼結構的熒光陶瓷發出白光。所述的陶瓷單元的材料不限，可以是由基體與發光中心組成，其中基體包括YAG、LuAG、GGAG等具有石榴石結構，Na2Ba2Si2O7、Ba9Sc2Si6O24、Ba9Lu2Si6O24等硅酸鹽材料體系或者為Y2O3、Lu2O3、Sc2O3、Al2O3、MgAl2O4、CaF2、ZnS、ALON、MgO、ZrO、BeO中的一種或多種的組合。發光中心為Ce3+、Eu2+、Eu3+、Er3+、Tb3+等稀土離子以及Ti3+、Mn2+、Cr3+、Bi3+等過渡金屬離子中的一種或多種的組合。所述的陶瓷單元種類是由LED芯片類型決定。例如，當所用芯片為藍光LED芯片時，所述的陶瓷單元包括發黃光的陶瓷單元和發紅光的陶瓷單元組成；當所用芯片為紫外LED芯片時，所述的陶瓷單元包括發綠光的陶瓷單元、發黃光的陶瓷單元以及發紅光的陶瓷單元組成。其中，發黃光的陶瓷單元材料不限，可以是GGAG:Ce、YAG:Ce等；發紅光的陶瓷單元材料不限，可以是GGAG:Eu、GGAG:Cr、YAG:Pr、YAG:Eu等；發綠光的陶瓷單元材料不限，可以是摻銪或鉍激活的石榴石或硼鋁酸鹽等等。作為優選，所述的每種陶瓷單元的厚度為0.15-40mm，長度為0.01-25mm，寬度為0.01-15mm。作為優選，所述的條形碼結構熒光陶瓷的厚度為0.15-45mm，長度為0.05-50mm，寬度為0.01-30mm。本專利技術還提供了一種制備上述條形碼結構熒光陶瓷的方法，包括如下步驟：(1)按照各陶瓷單元的組份進行配料，處理后得到粉體；按照所述條形碼結構設計模具；將各粉體注入模具中對應的位置，然后干壓成型，得到素坯；或者，按照各陶瓷單元的組份進行配料，處理后得到粉體，將粉體配制成對應的漿料；按照所述條形碼結構設計模具；將各漿料注入模具中對應的位置，干燥后煅燒，得到素坯；或者，按照各陶瓷單元的組份進行配料，處理后得到粉體，將粉體配制成對應的漿料；按照所述形碼結構將各漿料直接凝固、流延成型或者凝膠成型，得到素坯；(2)將素坯經燒結處理后雙面拋光，得條形碼結構熒光陶瓷。所述的步驟(1)中，作為優選，所述的漿料中還可以包括分散劑、粘結劑、塑化劑等中的一種或者幾種。所述的步驟(2)中，還包括冷等、熱等、退火等處理。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：(1)與現有的熒光粉相比，本專利技術提供的條形碼結構熒光陶瓷可以有效地解決熒光粉顆粒在有機材料中均勻分散性差、表面光散射以及紅色成份缺失等問題，可有效提高器件發光效率，得到低色溫和高顯色指數的白光。并且，熒光陶瓷導熱性能好，且遠離芯片熱源，在封裝過程中可以避免環氧樹脂或者硅膠的使用，故而提高LED器件的發光效率和使用壽命。(2)與疊層透明陶瓷相比，本專利技術提供的條形碼結構熒光陶瓷在一個水平面片體上直接包含不同的陶瓷單元，并且各陶瓷單元沿著X軸或者Y軸緊密排列，構成不同的發光像素單元，在激發光的入射方向沒有不同陶瓷組分的界面存在，不會造成光能的大量損失。所以擁有更好的發光效果。(3)與傳統多摻透明熒光陶瓷相比，本專利技術提供的條形碼結構熒光陶瓷可有效的解決傳統多摻熒光陶瓷中存在的光譜修飾及補償的問題，因而具有更好的發光效率。(4)與透明熒光玻璃相比，本專利技術提供的條形碼結構透明熒光陶瓷是由不同熒光組分制備而成的統一整體，不存在透明熒光玻璃中組分混合的問題。另外，陶瓷比玻璃具有更優異的導熱性能，故可減少器件中熱量的累積，降低熱光衰。(5)本專利技術的條形碼結構熒光陶瓷的透過率≥45％，可被有效激發，并且可以通過調節各陶瓷單元的尺寸和/或各陶瓷單元材料而調節條形碼結構熒光陶瓷的發射光譜，最終實現白光發射，發射光譜覆蓋480～750nm。附圖說明圖1是本專利技術實施例1中的條形碼結構熒光陶瓷的結構示意圖；圖2是中從左往右依次是GGAG:Ce3+熒光陶瓷，實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷，其特征是：由兩種以上的陶瓷單元構成一個整體，每種陶瓷單元經同一種LED芯片激發后發出不同顏色的光；假設X軸與Y軸互相垂直，二者是構成水平面的坐標軸；各種陶瓷單元沿著X軸和/或Y軸方向交替緊密排列，形成類似條形碼的整體結構；LED芯片設置在水平面上方或下方，經LED芯片激發后，該具有條形碼結構的熒光陶瓷發出白光。

【技術特征摘要】
1.一種用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷，其特征是：由兩種以上的陶瓷單元構成一個整體，每種陶瓷單元經同一種LED芯片激發后發出不同顏色的光；假設X軸與Y軸互相垂直，二者是構成水平面的坐標軸；各種陶瓷單元沿著X軸和/或Y軸方向交替緊密排列，形成類似條形碼的整體結構；LED芯片設置在水平面上方或下方，經LED芯片激發后，該具有條形碼結構的熒光陶瓷發出白光。2.如權利要求1所述的用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷，其特征是：所述的陶瓷單元的材料是由基體與發光中心組成；其中，基體包括具有石榴石結構的材料，硅酸鹽材料體系，以及Y2O3、Lu2O3、Sc2O3、Al2O3、MgAl2O4、CaF2、ZnS、ALON、MgO、ZrO、BeO中的一種或多種的組合；發光中心為Ce3+、Eu2+、Eu3+、Er3+、Tb3+稀土離子以及Ti3+、Mn2+、Cr3+過渡金屬離子中的一種或多種的組合。3.如權利要求1所述的用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷，其特征是：當所用芯片為藍光LED芯片時，所述的陶瓷單元包括發黃光的陶瓷單元和發紅光的陶瓷單元；當所用芯片為紫外LED芯片時，所述的陶瓷單元包括發綠光的陶瓷單元、發黃光的陶瓷單元以及發紅光的陶瓷單元。4.如權利要求3所述的用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷，其特征是：發黃光的陶瓷單元材料是GGAG:Ce或者YAG:Ce；發紅光的陶瓷單元材料是GGAG:Eu、GGAG:Cr、YAG:Pr，或者YAG:Eu；發綠光的陶瓷單元材料是摻銪或鉍激活的石榴石或硼鋁酸鹽。5.如權利要求1所述的用于白光LED器件的條形碼結構熒光陶瓷，其特征是：每種陶瓷單元的厚度為0.1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張繼云，羅朝華，蔣俊，江浩川，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：浙江,33