[發明專利]用于高亮度白光發光二極管的透明陶瓷及其制備方法

無效

• 申請號: 201110002463.8
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102173773A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 滕浩;周圣明;林輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C04B35/44
• 分類號: C04B35/44;C04B35/622
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及透明陶瓷，特別是一種用于高亮度白光發光二極管(以下簡稱為LED)的透明陶瓷及其制備方法，屬于特種光功能陶瓷制備技術領域。

背景技術

與傳統照明光源相比，白光LED具有體積小、能耗少、響應快、壽命長、無污染等特點，在城市景觀照明、室內外普通照明、信號指示燈、平板顯示以及背光源等領域具有極大的市場前景，被普遍認為是替代傳統照明器件的新光源，受到國內外高度重視，特別是在全球節能和環保問題日益突出的情況下，發展高效節能的半導體固態照明意義十分重大。

目前最普遍的制作白光LED的方法是用高效InGaN/GaN基藍光LED芯片發出藍光激發鈰激活的釔鋁石榴石Y₃Al₅O₁₂:Ce(YAG:Ce)熒光粉，采用環氧樹脂或硅膠封裝，即YAG:Ce熒光粉分布在環氧樹脂或硅膠內。YAG:Ce熒光粉與藍光芯片匹配性好，發光效率高，但存在紅光成分不足、顯色指數低等問題，為解決這些問題常常加入一些稀土離子(例如釓Gd、鐠Pr等)作為摻雜劑，增大YAG結構的晶格畸變使Ce³⁺離子在黃光波段的發光紅移，或者直接補充紅光波段的發光，來提高白光LED的顯色性能。但是對于大功率高亮度的白光LED，以傳統的熒光粉做轉換材料存在比較嚴重的問題：藍光LED芯片在大注入電流下點亮會持續發熱，而環氧樹脂或硅膠外殼達不到散熱要求將使LED芯片溫度升高，發光效率下降；另一方面熒光粉在溫度升高時轉換效率下降，而環氧樹脂或硅膠外殼在連續熱量的積累下會加速老化，使熒光粉的轉換效率也下降，導致高亮度白光LED出現熱致光衰現象，影響其實用性。透明陶瓷具有比環氧樹脂或硅膠高得多的熱導率和熱穩定性，而且具有較高的硬度等力學性能，使用透明熒光陶瓷來轉換波長同時作為封裝外殼，可極大的緩解高亮度白光LED的散熱問題，延長其使用壽命，具有較高的經濟效益。

國內關于白光LED用熒光轉換材料也做了一些研究工作，如中國專利CN1815765提出一種YAG晶片式白光發光二極管及其封裝方法，將稀土摻雜的YAG晶片用作熒光材料，但是與透明陶瓷相比，單晶的生長溫度和制備成本都較高，而且在機械、力學穩定性方面存在不足，限制了加工制造的靈活性。且該技術方案中激活離子在YAG單晶中的分凝系數很低，較大的摻雜量將導致晶體質量嚴重下降，制約其轉換效率。中國專利CN101338879A公開了一種利用YAG透明陶瓷制備白光LED的方法，實際上是多晶顆粒涂覆層，顆粒尺寸在1～300nm，而不是塊體陶瓷材料，與傳統熒光粉差別不大。目前采用YAG:Ce體系(包括摻雜Gd、Pr、Sm、Dy等)的透明陶瓷雖然可以用做白光LED的轉換材料，但其轉換效率仍與傳統YAG:Ce體系的熒光粉相比有差距。

在對高轉換效率透明熒光陶瓷的研究中，我們發現當將非常少量的共激活離子如Li⁺摻入到基質中會顯著增強熒光體的發光強度。我們認為，以Li⁺作為共激活離子一方面可起燒結助劑的作用，可以改善結晶質量，提高激活離子的發光強度；另一方面，Li⁺離子的引入也可產生適量的氧空位，而氧空位可作為有效能量傳輸的敏化劑。

發明內容

本發明目的在于提供一種用于高亮度白光發光二極管(以下簡稱為LED)的透明陶瓷及其制備方法，該方法制得的透明陶瓷應具有透過率高、熱導率高，化學和熱穩定性好和熒光轉換效率高的特點。

本發明的技術解決方案如下：

一種高亮度白光LED用透明陶瓷，其特點在于該透明陶瓷的化學式為：(Y_3-x-y-zCe_xLi_yR_z)(Al_5-nM_n)O₁₂，其中R可為La、Pr、Sm、Gd、Tb、和Dy中的至少一種，M為Sc、Ti、V、Cr和Mn中的至少一種，x、y、z和n的取值范圍是0.003≤x≤0.06，0.003≤y≤0.06，0≤z≤0.75，0≤n≤0.75。

所述高亮度白光LED用透明陶瓷的制備方法，該方法包括如下步驟：

①選定所需制備的透明陶瓷的化學式：