一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷及其制備方法技術

本申請公開了一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，通過設置兩層疊加的熒光陶瓷并通過調整兩層熒光陶瓷的相對厚度以及上層熒光陶瓷和下層熒光陶瓷中稀土離子含量，使半導體組件發出的光經過兩次的吸收和轉換，轉化成不同發光波段的光射出，實現不同發光波段比例的調控，具有高的顯色指數，同時，復合結構熒光陶瓷的熱導率達到10.5W/m·K，相比于微晶玻璃和熒光粉粉料具有更高的熱導率，可以更有效的散熱，此外，兩層熒光陶瓷通過燒結連接，結構牢固，且發光均勻，不易老化，使用壽命長。

【技術實現步驟摘要】
一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷及其制備方法
本申請涉及熒光陶瓷材料，尤其涉及一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷及其制備方法。
技術介紹
隨著科學技術的發展，白光LED逐步取代白熾燈，成為未來照明領域的主流光源，白光LED是利用電致發光，直接將電能轉換為光能，具有光電轉換效率高、節能、環保、全固態、使用壽命長等優點，被公認為是二十一世紀的新型綠色光源。根據半導體材料的發光原理可知，單一的LED芯片不可能獲得連續光譜的白光，必須以其他的方式合成出白光。白光LED的實現方式包括：(1)采用紅、綠、藍三種單色的LED芯片組合產生白光；(2)藍光LED芯片結合黃色熒光粉或者紅色、綠色熒光粉；(3)紫外LED芯片結合紅色、綠色、藍色熒光粉。目前白光LED的一個主要工作原理是利用紫外或者藍光芯片激發熒光轉換材料并通過混光技術實現白光，也即通過方式(2)或者(3)實現。目前主流的發光材料是熒光粉，將熒光粉料與有機樹脂(封裝材料)混合，然后將混合物直接涂敷在紫外或者藍光的LED芯片上，熒光粉吸收芯片發射的紫外或者藍光，并將其轉換為其他可見光，通過合適的混光實現白光LED照明。這種封裝方式工藝簡單、易于操作，但普遍存在光衰較快、色溫空間分布不均勻、色漂移明顯等問題，導致上述問題的直接原因是發熱，因為輸入LED的電能有70％以上轉化為熱量，嚴重降低了芯片的輸出光效，加速了熒光粉/封裝材料的老化。尤其對于大功率的LED器件而言，從芯片積累的熱量造成有機樹脂逐漸老化、黃化甚至碳化，嚴重影響了器件的流明效率、色坐標、進而降低了其可靠性和使用壽命。隨后，近些年國內外研究單位發展了熒光玻璃和熒光陶瓷，它們兼具封裝材料和熒光材料的功能，且熱性能優于熒光粉和硅膠的混合物。例如在專利公開號：CN103183473A中公開了一種用于白光LED的Ce:YAGA微晶玻璃及其制備方法，利用熒光粉與低熔點玻璃混合制得微晶玻璃，實現140lm/W光效輸出，但是由于發光波長單一，相對于傳統多熒光粉混合發光的LED器件，顯示指數(Ra)偏低，僅為69。專利申請號為CN106866132A專利技術專利申請中公開了一種用于照明或顯示的熒光陶瓷及其制備方法，所制得的熒光陶瓷具有高的激發與發射時效率，但是發光波長單一，顯示指數偏低。專利公開號為CN104609848A的專利技術專利公開了一種用于白光LED的熒光轉換的復合相透明陶瓷及其制備方法，采用藍光LED激發復合相透明陶瓷，陶瓷產生黃光和紅光與透過的藍光混合成白光，雖然具有高熱導率、高發光效率，但是由于發光波長仍舊單一，顯示指數偏低。
技術實現思路
鑒于目前熒光材料存在的上述不足，本申請提供一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，該熒光陶瓷具有高的顯色指數。為達到上述目的，本申請的實施例采用如下技術方案：一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，所述熒光陶瓷由上層熒光陶瓷和下層熒光陶瓷組成，所述上層熒光陶瓷和所述下層熒光陶瓷燒結成復合結構，所述上層熒光陶瓷的化學組成為Cez:Y(3-m)(1-z/3)Gdm(1-z/3)Al5O12，0.0005≤z≤0.5，0<m≤3，所述下層熒光陶瓷的化學組成為Cex,Rey:Y(3-x-y)Al5O12，0.0005≤x≤0.5，0.0005≤y≤0.5，Re為鉻(Cr)、鐠(Pr)或者銣(Eu)中的任一種。優選的，所述x的范圍為0.005≤x≤0.05，更優選的，所述x的范圍為0.01≤x≤0.05。優選的，所述上層熒光陶瓷和所述下層熒光陶瓷的厚度比為(1：3)-(3：1)；更優選的，所述上層熒光陶瓷和所述下層熒光陶瓷的厚度比為1：1。本申請的另外一個目地是提供一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷的制備方法,包括如下步驟：①選定復合結構熒光陶瓷的參數z、m、x和y的數值，采用氧化釔(Y2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈰(CeO2)和Re氧化物(Cr2O3、Pr2O3或者Eu2O3中的一種)為原料，按照上層熒光陶瓷的化學組成Cez:Y(3-m)(1-z/3)Gdm(1-z/3)Al5O12和下層熒光陶瓷的化學組成Cex,Rey:Y(3-x-y)Al5O12分別配置上層熒光陶瓷粉料和下層熒光陶瓷粉料；②再分別對所述上層熒光陶瓷粉料和下層熒光陶瓷粉料進行以無水乙醇為介質濕法球磨、干燥、過篩、預燒、上下分層壓片，再施以150MPa以上的壓力進行冷等靜壓處理，得到素坯；③將素坯在1600-1850℃真空燒結5-30h，得到復合結構熒光陶瓷粗坯；④將所述復合結構熒光陶瓷粗坯進行退火處理和雙面拋光后得到復合結構熒光陶瓷。優選的，所述無水乙醇與粉料的質量比為5:9。優選的，所述干燥的工藝參數為：干燥溫度為50℃-80℃，保溫時間為3-10h。優選的，所述預燒的工藝條件為：預燒溫度為600-1200℃，預燒時間為2-10h。優選的，所述上下分層壓片具體為：先將所述下層熒光陶瓷粉料倒入模具中壓制，再將所述上層熒光陶瓷粉料倒入壓制好的所述下層熒光陶瓷粉料的上層進一步壓制成型。優選的，所述退火處理的工藝參數為：回火溫度為1200-1600℃，升溫速率為2-10℃/min，保溫時間為8-30h，退火氣氛為空氣氣氛。本申請實施的優點：本申請公開了一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，通過設置兩層疊加的熒光陶瓷并通過調整兩層熒光陶瓷的相對厚度以及上層熒光陶瓷和下層熒光陶瓷中稀土離子含量，使半導體組件發出的光經過兩次的吸收和轉換，轉化成不同發光波段的光射出，實現不同發光波段比例的調控，具有高的顯色指數，同時，復合結構熒光陶瓷的熱導率達到10.5W/m·K，相比于微晶玻璃和熒光粉粉料具有更高的熱導率，可以更有效的散熱，此外，兩層熒光陶瓷通過燒結連接，結構牢固，且發光均勻，不易老化，使用壽命長。附圖說明為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請實施例1-6任一實施例所述的用于白光LED的復合結構熒光陶瓷的結構示意圖。具體實施方式下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。下述實施例中的所用的原料的純度均為分析純，所用試驗設備均為常規設備，顯示指數選用HPC-1色溫儀進行測量。實施例1如圖1所示，一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，所述熒光陶瓷由上層熒光陶瓷1和下層熒光陶瓷2組成，所述上層熒光陶瓷1和所述下層熒光陶瓷2燒結成復合結構。采用分析純的氧化釔(Y2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈰(CeO2)和Re氧化物(Cr2O3、Pr2O3或者Eu2O3中的一種)為原料，按照上層熒光陶瓷1的化學組成Cez:Y(3-m)(1-z/3)Gdm(1-z/3)Al5O12(z＝0.0015,m＝1)，以及下層熒光陶瓷2的化學組成Cex,本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，其特征在于，所述熒光陶瓷由上層熒光陶瓷和下層熒光陶瓷組成，所述上層熒光陶瓷和所述下層熒光陶瓷燒結成復合結構，所述上層熒光陶瓷的化學組成為Cez:Y(3?m)(1?z/3)Gdm(1?z/3)Al5O12，0.0005≤z≤0.5，0

【技術特征摘要】
1.一種用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，其特征在于，所述熒光陶瓷由上層熒光陶瓷和下層熒光陶瓷組成，所述上層熒光陶瓷和所述下層熒光陶瓷燒結成復合結構，所述上層熒光陶瓷的化學組成為Cez:Y(3-m)(1-z/3)Gdm(1-z/3)Al5O12，0.0005≤z≤0.5，0<m≤3，所述下層熒光陶瓷的化學組成為Cex,Rey:Y(3-x-y)Al5O12，0.0005≤x≤0.5，0.0005≤y≤0.5，Re為鉻(Cr)、鐠(Pr)或者銣(Eu)中的任一種。2.根據權利要求1所述的用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，其特征在于，所述x的范圍為0.005≤x≤0.05。3.根據權利要求2所述的用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，其特征在于，所述x的范圍為0.01≤x≤0.05。4.根據權利要求1所述的用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，其特征在于，所述上層熒光陶瓷和所述下層熒光陶瓷的厚度比為(1：3)-(3：1)。5.根據權利要求4所述的用于白光LED的復合結構熒光陶瓷，其特征在于，所述上層熒光陶瓷和所述下層熒光陶瓷的厚度比為1：1。6.根據權利要求1-5任一項所述的用于白光LED的復合結構熒光陶瓷的制備方法,其特征在于，包括如下步驟：①選定復合結構熒光陶瓷的參數z、m、x和y的數值，采用氧化釔(Y2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈰(CeO2)和Re氧化物(Cr2O3、Pr2O...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪陽，
申請(專利權)人：汪陽，
類型：發明
國別省市：上海,31