[發明專利]高功率LED/LD照明用暖白光高顯指熒光陶瓷及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201811464585.7
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109592978B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張樂;馬躍龍;陳浩
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C04B35/44
• 分類號: C04B35/44;C04B35/622;C09K11/80;H01L33/48;H01L33/50;F21V9/00;F21V9/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種高功率LED/LD照明用暖白光高顯指熒光陶瓷及其制備方法與應用，該熒光陶瓷化學式為：(Gd_1?x?zLu_xCe_z)₃(Al_1?yGa_y)₅O₁₂:zCe³⁺，其中x為晶體結構穩定離子Lu³⁺摻雜Gd³⁺位的摩爾百分數，y為晶體結構穩定離子Ga³⁺摻雜Al³⁺位的摩爾百分數，z為Ce³⁺摻雜Gd³⁺位的摩爾百分數，0.05≤x≤0.15，0.15≤y≤0.2，0.001≤z≤0.01；采用流延法和高溫固相反應燒結實現陶瓷素坯的成型與燒結。本發明的透明熒光陶瓷材料具有發射光譜主峰575～580nm之間，半高寬在140～145nm之間，在高功率LED(350～500mA)或LD(4W～10W)激發下，實現暖白光發射，色溫2800～3000K，顯色指數80～84，且制備工藝簡單，過程可控。

技術領域

本發明涉及透明熒光陶瓷材料領域，具體涉及一種高功率LED/LD照明用暖白光高顯指熒光陶瓷及其制備方法與應用。

背景技術

作為第四代照明光源的白光LED/LD有著節能、環保、壽命長及響應迅速的優點，已經在城市景觀燈、室內外照明、車用燈、平板顯示背光源等領域得到應用。目前，商用白光LED燈的封裝方案是將一種以上的熒光粉和環氧樹脂或者硅膠混合后涂覆在InGaN/GaN基藍光芯片上，InGaN/GaN-LED芯片發出的藍光與去激發的熒光粉產生其他顏色的光混合后形成白光。然而這種封裝方式存在一些問題：有機封裝材料散熱性能較差且有熱積累效應，有機材料在高溫下極易老化變質，造成光衰及色漂移，大大降低了白光LED的使用壽命。而且熒光粉在封裝材料中也一直處于高溫環境，導致熒光粉老化，引起溫度猝滅，同樣造成光效降低現象。熒光粉在封裝材料中由于沉淀或其他原因引起的分散不均勻，也會導致光源發光顏色不均勻和光散射。特別是在大功率LED的場合，這種封裝方式直接影響器件的使用壽命和光參量的品質。上述問題都極大的影響了白光LED的應用和推廣，也限制了其在大功率白光LED領域的發展。

采用Ce:Y₃Al₅O₁₂(Ce:YAG)透明熒光陶瓷替代“Ce:YAG熒光粉+樹脂”，可以有效解決上述問題。熒光透明陶瓷導熱性能好，不但可以抗光衰，減少光散射，還可以提高白光LED/LD亮度和光譜的穩定性。然而，Ce:YAG中的發射光譜中紅光成分不足，使得與InGaN/GaN-LED藍光芯片混合后得到的白光相對色溫較高，紅光的缺失也使得LED的顯色指數較低。要解決這個問題，通常是在陶瓷材料中加入能使Ce³⁺發射峰純移動或者引入紅光波段的發射峰的元素來改善Ce:YAG透明熒光陶瓷的光譜和色度學參量。例如，通過共摻雜Gd³⁺可以使Ce³⁺離子的發光峰位產生紅移，但是移動范圍十分有限，且色溫改善效果不明顯。采用共摻雜Cr³⁺、Pr³⁺等元素則可以直接補充紅光波段的發射峰，但Ce³⁺與Cr³⁺、Pr³⁺離子間的能量轉移將導致Ce³⁺發光效率明顯下降，且誘發淬滅溫度大幅下降。

目前，中國專利CN108264899 A公開了一種替代熒光粉用于LED照明的多元素摻雜透明陶瓷，通過藍光LED芯片激發后發出白光，但是，這種陶瓷的余輝時間較長，極大的限制了其發光效率，使器件的光量損失嚴重。中國專利CN 108018040 A公開了一種低色溫熒光陶瓷材料，但是，其在八面體和四面體格位摻雜元素限定為Mg、Ti、Si、Ge，沒有解決陶瓷透明化的問題，存在大量界面散射，必定大大降低光轉換效率。多摻雜的熒光陶瓷材料誘發的新問題還有不同摻雜離子之間的相互作用、能量轉移等，機理較為復雜，對發光效率，色坐標等指標勢必有負面影響。