[發(fā)明專利]一種表面光陷阱結(jié)構(gòu)增強發(fā)光的熒光陶瓷及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810339102.4
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108530070A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡松;周國紅;張蕓莉;李宏書;王士維
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/505
• 分類號: C04B35/505;C04B35/10;C04B35/50;C04B35/622;C04B35/638;B33Y10/00;C09K11/77
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明提供一種表面光陷阱結(jié)構(gòu)增強發(fā)光的熒光陶瓷及其制備方法，所述熒光陶瓷表面構(gòu)筑有有序排列的微結(jié)構(gòu)光陷阱，所述微結(jié)構(gòu)光陷阱為圓錐體；所述圓錐體的參數(shù)包括：10μm≤φ≤100μm，8.6μm≤h≤100μm，10μm≤L≤150μm，0＜θ≤60^°，其中，φ為圓錐體的底面直徑，h為圓錐體的高，L為相鄰圓錐體底面圓心之間的距離，θ為圓錐體的母線與高之間夾角的2倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面光陷阱結(jié)構(gòu)增強發(fā)光的熒光陶瓷及其制備方法，具體涉及一種提高熒光陶瓷發(fā)光效率的方法，屬于3D打印熒光陶瓷應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)前，以LED及LD為光源的照明與顯示技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的汞燈、鹵素?zé)舻认啾?，其具有高亮度、高光效、小型化、更寬色域以及更長的使用壽命等特點。目前商用的LED照明器件通常熒光粉分散在樹脂中的模式，為適應(yīng)更大功率及功率密度的需求，透明陶瓷憑借優(yōu)異的熱學(xué)性能和發(fā)光熱穩(wěn)定性，有望取代商業(yè)用的樹脂分散熒光粉的封裝模式，應(yīng)用于新型大功率及高功率密度LED/LD照明與顯示領(lǐng)域。

LED/LD照明與顯示的工作原理為：LED/LD芯片或光源發(fā)出藍光或者紫外光，激發(fā)封裝在芯片上的熒光體，熒光體受光源的激發(fā)轉(zhuǎn)化為特定顏色的熒光。激發(fā)光入射到熒光體上，一部分進入熒光體，激發(fā)稀土離子，發(fā)出熒光；一部分在陶瓷入射表面處被反射回芯片，無法有效激發(fā)熒光體中的稀土離子，造成激發(fā)光源的能量損失。為減少反射等因素導(dǎo)致的光損耗，提高器件的發(fā)光效率，使其在更廣領(lǐng)域獲得應(yīng)用，公開號為CN202231060U、CN201766096U、CN202423281U的中國申請專利公布了透鏡形狀的透明陶瓷，用于降低菲涅爾損失系數(shù)。公開的這些制造熒光材料的方法雖然可以獲得發(fā)光性能的提升，但是需要對熒光透明陶瓷進行多次加工，制作工藝復(fù)雜。陶瓷為硬質(zhì)、脆性材料，對于復(fù)雜幾何構(gòu)型的陶瓷加工，不僅加工成本高，而且工期長。另外，材料的損耗嚴重，增加了材料及器件的成本。因此，獲得更高發(fā)光效率的LED/LD照明及顯示器件，并降低其成本，成為當(dāng)前迫切需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種表面具有光陷阱結(jié)構(gòu)的熒光陶瓷及其制備方法，可顯著提高熒光陶瓷的流明效率。

一方面，本發(fā)明提供了一種表面光陷阱結(jié)構(gòu)增強發(fā)光的熒光陶瓷，所述熒光陶瓷表面構(gòu)筑有有序排列的微結(jié)構(gòu)光陷阱，所述微結(jié)構(gòu)光陷阱為圓錐體；

所述圓錐體的參數(shù)包括：8.6μm≤h≤100μm，10μm≤L≤150μm，0＜θ≤60°，其中，φ為圓錐體的底面直徑，h為圓錐體的高，L為相鄰圓錐體底面圓心之間的距離，θ為圓錐體的母線與高之間夾角的2倍。

本發(fā)明通過在熒光陶瓷表面設(shè)計有序微結(jié)構(gòu)陣列，可有效減小反射，增強對激發(fā)光源的捕獲和利用。其中有序微結(jié)構(gòu)陣列為有序排列的圓錐體，如圖1所示，當(dāng)激發(fā)光源1從陶瓷2表面入射，一旦進入特定圓錐角的圓錐體陣列3，光發(fā)生折射和反射，折射和反射光方向皆趨入熒光陶瓷內(nèi)部，反射至陶瓷外的光大幅減少，因而陶瓷對激發(fā)光的利用效率得到提高，進一步地，陶瓷的光轉(zhuǎn)換效率得到增強。

較佳地，26μm≤h≤100μm，20μm≤L≤100μm，30°≤θ≤60°。

較佳地，所述熒光陶瓷為稀土摻雜透明陶瓷，優(yōu)選為YAG:Ce陶瓷、Al₂O₃/YAG:Ce陶瓷、Al₂O₃:Tb陶瓷、Lu₂O₃:Ce陶瓷、Y₂O₃:Ce陶瓷、LuAG:Ce陶瓷中的一種。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種如上所述的表面光陷阱結(jié)構(gòu)增強發(fā)光的熒光陶瓷的制備方法，包括：

將陶瓷粉體和光敏樹脂混合后，得到陶瓷漿料；

按照熒光陶瓷的微結(jié)構(gòu)光陷阱的參數(shù)設(shè)計的模型進行3D打印，得到陶瓷生坯；