[發明專利]GaInN白光LED用復合結構熒光陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201110102733.2
• 申請日: 2011-04-22
• 公開（公告）號: CN102249660A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 周圣明;林輝;滕浩
• 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;C04B35/12;C04B35/622;B32B18/00
• 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

本發明涉及熒光陶瓷材料，特別是一種用于GaInN白光發光二極管(簡稱為LED)的復合結構熒光陶瓷及其制備方法，該復合結構熒光陶瓷由上層(Ce_xY_1-x)₃Al₅O₁₂(0.0003≤x≤0.06)透明陶瓷和下層(Ce_wY_1-w)₃(Cr_zAl_1-z)₅O₁₂(0.0001≤w≤0.06，0.0001≤z≤0.06)透明陶瓷通過側面粘合構成。

背景技術

目前使用最廣泛、技術最成熟的白光LED技術是GaN基藍光芯片加YAG黃色熒光粉(摻鈰釔鋁石榴石，Ce³⁺:Y₃Al₅O₁₂，簡記為Ce:YAG)技術，它是用GaN-LED芯片發藍光，然后去激發Ce:YAG熒光粉產生黃光，剩余的藍光與黃光混合形成白光。

白光LED在封裝時是將Ce:YAG熒光粉和硅膠高分子材料混合在一起形成熒光粉膠，而有機高分子封裝材料的散熱性能差且在高溫輻照下易變色、老化，導致器件光衰問題突出，特別是在大功率LED的場合。另外，熒光粉硅膠中存在大量離散分布的熒光粉顆粒，Ce:YAG熒光粉顆粒的折射率(1.8)與硅膠的折射率(1.5～1.6)差異較大，光線入射到熒光粉膠中會出現強烈的散射現象。

采用Ce:YAG透明熒光陶瓷替代“Ce:YAG熒光粉+硅膠”，可以有效解決上述問題。目前，國際上Philip?Luminleds公司、日本京都大學等知名機構均在從事這方面的研究。其中，Philip?Luminleds已開發出使用陶瓷熒光材料的大功率LED產品-Lumiramic?LUXEONa?LED，用于奧迪R8等車型的車前燈照明。其獨有技術的核心就是基于陶瓷熒光板(Luniramic)結合薄膜倒裝技術(Thin?Film?Flip?Chip，TFFC)。該技術可將LED的色溫變化降低到原來的1/4，大大改善了各個LED間色溫不均的現象。另外，Ce:YAG熒光透明陶瓷板導熱性能好，不但可以抗光衰，減少光散射，還可以提高亮度和光譜的穩定性。

然而，陶瓷熒光材料還有許多問題亟待解決，如目前“藍光GaInN芯片+Ce:YAG”的組合因Ce:YAG中的熒光光譜中缺少紅光成分而使混合后白光的色溫較高，不柔和，即所謂“炫光”。而且，紅光等色彩的缺失使得LED的顯色指數較低。

通常采用摻Gd、La等使Ce³⁺峰位產生紅移或摻Cr³⁺、Tb³⁺、pr³⁺引入紅光發光來改善色溫及提高顯色指數，但都有很大的局限性，同時對Ce³⁺的發光效率還有負面影響，如Ce³⁺與其他激活離子間的能量轉移導致Ce³⁺發光效率下降并出現溫度淬滅效應。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于GaInN白光LED的復合結構熒光陶瓷及其制備方法，該復合結構熒光材料具有溫和色溫(～5300K)，高顯色指數(Ra＞90)及良好的溫度淬滅性能(＞400K)，且有制備工藝簡單、低成本等優點。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于GaInN白光LED的復合結構熒光陶瓷，特點在于其由上層透明陶瓷和下層透明陶瓷通過側面粘合構成：上層透明陶瓷的化學組成為(Ce_xY_1-x)₃Al₅O₁₂，其中x的取值范圍為：0.0003≤x≤0.06；下層透明陶瓷的化學組成為(Ce_wY_1-w)₃(Cr_zAl_1-z)₅O₁₂，其中w、z的取值范圍分別為：0.0001≤w≤0.06，0.0001≤z≤0.06。這是一種發黃光Ce³⁺:YAG透明陶瓷與發紅光Ce³⁺，Cr³⁺:YAG透明陶瓷的復合結構熒光陶瓷。

所述的復合結構熒光陶瓷的制備方法，包括下列步驟：