[發明專利]一種用于白光LED熒光轉換的復合相透明陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201510067861.6
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104609848B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 周圣明;唐燕如;易學專;張帥;陳沖;豐岳;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: H01L33/64
• 分類號: H01L33/64;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,張寧展

技術領域

本發明涉及熒光陶瓷材料，特別是一種用于白光LED熒光轉換的復合相透明陶瓷及其制備方法。

背景技術

近年，使用半導體發光的發光裝置被廣泛地使用，特別是高效藍光發光二極管以及基于藍光的半導體白光照明裝置被成功開發，此發光裝置較已知的冷陰極燈管、白熾燈等發光裝置，具有高發光效率、體積小、低電耗、低成本等優點，因此可作為高效節能光源來使用。

現行的白光二極管發光裝置，主要藉由補色原理進行開發。由半導體發光組件發出藍光，往熒光體入射后，熒光體部分吸收藍光并轉換為黃光發出，藍光與黃光混合同時進入人眼時，人則感受為白光。目前市售黃色熒光體多為粉狀物，在其封裝時需要高分子粘合劑，但是隨著使用時間的增加粘合劑老化將直接影響發光效率。因此如何延長發光裝置使用壽命并同時達到輝度提升，成為現行熒光體技術開發重點之一。

Ce:YAG透明熒光陶瓷具有比硅膠高得多的熱導率和熱穩定性，可以抗光衰，減少散射損失，而且具有較高的硬度等力學性能，延長白光LED的使用壽命，具有較高的經濟效益。目前，國際上Philip Luminleds公司、Osram公司以及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，其技術核心就是陶瓷熒光板(Lumiramic)結合薄膜倒裝芯片(Thin Film Flip Chip，TFFC)。該技術可將白光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，還提高了亮度和光譜的穩定性。有代表性的研究成果：1、公開號為CN101080823A的中國發明專利申請，申請人宇部興產株式會社，該專利闡述了光轉換結構體及利用了該光轉換結構體的發光裝置，其中所提及的光轉換結構體是一種凝固體由α-Al₂O₃晶相和用鈰賦活的Y₃Al₅O₁₂晶相三維地相互纏結而形成的，其制備方法需要高溫熔融后單向凝固，且所得陶瓷幾乎不透明。2、Lu shen，Yang Li,and Qing Huang,“Ultrafast fabrication of solid phosphor based white light emitting diodes:From powder synthesis to devices”Appl.Phys.Lett.103,2(2013)。在該文獻中闡述了一種利用SPS燒結制備Ce:YAG和MgAl₂O₄復合陶瓷熒光體的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供用于白光LED熒光轉換的復合相透明陶瓷及其制備方法，采用藍光LED激發該復合相陶瓷，陶瓷產生的黃光和紅光與透過的藍光混合成白光，具有發光效率高、顯色指數高、物化性能穩定、成本低等優點。

本發明提出的技術方案為：

一種用于白光LED熒光轉換的復合相陶瓷，特點在于該復合相透明陶瓷由第一相(Ce_xPr_yY_1-x-y)₃(Cr_zAl_1-z)₅O₁₂晶相與第二相Al₂O₃晶相組成，其中x，y和z的取值范圍分別為：0.0001≤x≤0.01，0≤y≤0.01，0≤z≤0.01且第二相的體積控制在總體積的0.1％-30％之間。這是一種能夠提高熒光體發光效率和顯色指數的熒光透明陶瓷。

所述的復合相透明陶瓷的制備方法，包括下列步驟：

①選定復合相透明陶瓷的參數x，y和z以及第二相占總體積百分數，采用氧化釔(Y₂O₃)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化鉻(Cr₂O₃)為原料，選擇氧化鎂(MgO)、正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙二醇(PEG)中的一種或幾種作為添加劑，根據復合相透明陶瓷化學組成配置陶瓷粉體原料；

②再用濕法球磨以無水乙醇或去離子水為球磨介質制備陶瓷粉料，粉料經干燥、過篩、壓片，再對其施以150MPa以上冷等靜壓形成陶瓷坯體；