CN104112812A - 一种白光led光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体及其制备方法。该陶瓷荧光体为一N层复合结构(N＞1)，由透光层和荧光层复合而成。复合陶瓷结构可通过所有公知的陶瓷成型工艺获得。本发明通过采用复合陶瓷结构，在保证陶瓷机械力学强度与导热的同时，可使得陶瓷荧光层薄至100um以下，从而消除了单层陶瓷荧光体封装光源出现的黄边、绿边、红边、蓝边及五彩边缘等边缘色差效应。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷制备领域以及LED发光技术领域，尤其涉及一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体及其制备方法。
背景技术
近年来，LED陶瓷封装技术作为一种新的封装技术，采用透明陶瓷荧光体替代“荧光粉+硅胶”，由于具有高导热率，高量子效率，抗色衰，无老化，可同时替代荧光粉、封胶、灯壳，低成本等传统封装技术无可比拟的优势而得到了迅速的发展。国际上Philip Luminleds公司、日本京都大学等知名机构均在从事这方面的研发工作。
但目前，单层陶瓷荧光体作为盖板封装时，往往出现严重的黄边、绿边、红边、蓝边等边缘色差问题，以及发光面上因光成份差异导致的“五彩”问题，从而导致光源品质不佳，影响光源的正常使用。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的前述问题，而提供一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种陶瓷荧光体，该陶瓷荧光体为一N层复合结构(N＞1)，由荧光层和透光层(0.5mm-20mm)单层复合或多层交叉复合而成，复合陶瓷结构可通过公知的陶瓷成型工艺获得，尤其是利用压片成型、注浆成型、凝胶注模成型、流延成型、注塑成型、挤出成型等工艺获得。
所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于所述的荧光层可为稀土掺杂的石榴石结构透明陶瓷体或倍半氧化物透明陶瓷体，石榴石结构陶瓷体可为稀土掺杂的钇铝石榴石陶瓷(Re:YAG)，镥铝石榴石结构陶瓷(Re:LuAG)等；倍半氧化物陶瓷体可为稀土掺杂的氧化钇陶瓷(Re:Y2O3)，氧化钪陶瓷(Re:Sc2O3)或氧化镥陶瓷(Re:Lu2O3)等。
所述稀土元素可为单掺的Ce，或者Ce与Eu、Er、Nd、Pr、Gd、Tb、Sm、Tm、Dy、Yb和Lu中的一种或任意几种共掺。
稀土元素掺杂量为0.001到10wt.％。
所述的透光层为一无发光特性的透明陶瓷结构层，包括氧化铝陶瓷(Al2O3)，氧化钇陶瓷(Y2O3)，氧化镥陶瓷(Lu2O3)，氧化钪陶瓷(Sc2O3)，钇铝石榴石陶瓷(Y3Al5O12)、镥铝石榴石陶瓷(Lu3Al5O12)以及其他高导热透明材料。
陶瓷荧光体中的透光层不会吸收可见光，而荧光层吸收350nm-500nm的可见光，并发射520nm-780nm的可见光。
所述的单层复合或多层交叉复合，一方面透光层和荧光层可任意排列，透光层可在荧光层下方，也可在荧光层上方；可一层荧光层，上下各一层透光层；也可一层透光层，上下各一层荧光层；以及更多层的荧光层和透光层交叉排列等；另一方面，各个透光层及荧光层的材料体系可以是同体系的复合，也可以是不同体系的复合。
陶瓷荧光体中的荧光层厚度为0.05mm-1mm，优选地为0.05mm-0.1mm。
所述的陶瓷荧光体外形可根据LED光源封装需要为圆形、矩形及各种三维不规则形状等。
所述的复合结构陶瓷荧光体为成型后一体式烧结，烧结温度为800-1800℃，上下层之间无边界；上下表面可以抛光处理，也可以不抛光。
所述的压片成型该复合结构时，需采用双向加压液压机及可双向加压模具；所述的注浆成型该复合结构时，需采用真空除泡装置，带抽气装置的石膏模具，及隔液板；所述的凝胶注模成型该复合结构时，需采用真空除泡装置，四边可向内收缩的玻璃、塑料或金属模具，及引发剂；所述的流延成型该复合结构时，需采用真空除泡装置，流延成型机，及温控80-200℃的金属模具；所述的注塑成型该复合结构时，需采用注塑成型设备，带隔离板的注塑模具；所述的挤出成型该复合结构时，需采用挤出成型设备，带隔离板的挤出模具。
本发明通过采用复合陶瓷结构，在保证陶瓷机械力学强度与导热的同时，可使得陶瓷荧光层薄至100um以下，从而消除了单层陶瓷荧光体封装光源出现的黄边、绿边、红边、蓝边及五彩边缘等边缘色差效应。
附图说明
图1为实施例1，2的复合陶瓷荧光体结构示意图。
图中：荧光层(1)；透光层(2)。
图2为实施例3，4的复合陶瓷荧光体结构示意图。
图中：荧光层(1)；透光层(2)；荧光层(3)；透光层(4)。
具体实施方式
例1通过球磨工艺制备纯YAG粉体作为透光层粉体以及含量为0.001wt.％Ce:YAG粉体作为荧光层粉体。将准备好的透光层粉体先进行低压预压，压力为2Mpa，然后升高下模高度，留下一合适尺寸空隙，填入准备好的荧光层粉体。再次施压，压实坯体，然后将下模上压，使坯体上下压力更加均匀。然后脱模，取样，经脱脂，高温烧结，氧化退火后获得所需的复合陶瓷结构荧光体(如图1所示)，荧光层部分厚度为0.5mm，陶瓷荧光体总厚度为1.5mm。该陶瓷荧光体进行LED封装，在20mA恒流驱动下，450nm蓝光芯片激发，得到白光LED，光色均匀，无色差产生。
例2通过球磨工艺混合一定量的纯YAG浆料作为透光层浆料以及含量为1wt.％Ce:YAG浆料作为荧光层浆料。将准备好的荧光层浆料和透光层浆料进行真空除泡，然后根据所需要的透光层和荧光层尺寸，在石膏模具内放置隔液板。选取透光层浆料，打开抽气装置，边抽气，边往石膏模具里注入透光层浆料，待透光层浆料固化后，取走隔液板，同样，边抽气，边沿着透光层固化后的坯体边缘注入荧光层浆料。待荧光层浆料部分固化后，脱模，风干，取样。再经脱脂，高温烧结，氧化退火后获得所需的复合陶瓷结构荧光体(如图1所示)，荧光层部分厚度为0.4mm，陶瓷荧光体总厚度为2mm。该陶瓷荧光体进行LED封装，在20mA恒流驱动下，450nm蓝光芯片激发，得到白光LED，光色均匀，无色差产生。
例3通过球磨工艺混合一定量的纯YAG浆料作为透光层浆料以及含量为10wt.％Ce:YAG浆料作为荧光层浆料。将准备好的荧光层浆料和透光层浆料进行真空除泡，然后将透光层浆料注入竖直放置的玻璃模具，再加入0.2wt.％的过硫酸铵作为引发剂，待透光层浆料初步凝固，模具内部会出现一段空隙，将模具外壁向内移动，使四壁贴紧透光凝固体。后在透光凝固体上注入荧光层浆料，再次加入微量过硫酸铵，待荧光层浆料也初凝后，再以同样的方法，依次增加一层透光层，荧光层，待全部干燥后，脱模。根据所需要的透光层及荧光层尺寸，进行切割，然后自然风干，取样。再经脱脂，高温烧结，氧化退火后获得所需的复合陶瓷结构荧光体(如图2所示)，荧光层部分厚度为0.1mm，陶瓷荧光体总厚度为2mm。该陶瓷荧光体进行LED封装，在20mA恒流驱动下，450nm蓝光芯片激发，得到白光LED，光色均匀，无色差产生。
例4通过球磨工艺混合一定量的纯YAG浆料作为透光层浆料以及含量为5wt.％Ce:YAG浆料作为荧光层浆料。将准备好的荧光层浆料和透光层浆料进行真空除泡，然后在成型机上分别成型荧光层和透光层素坯。根据所需要的发光层尺寸，在150℃的金属模具内叠合一定厚度的荧光层坯体；根据所需要的透光层尺寸，在150℃的金属模具内叠合一定厚度的透光层坯体。将荧光层坯体与透光层坯体，再次置于温控150℃的金属模具内叠压成一体，然后脱模，取样。再经脱脂，高温烧结，氧化退火后获得所需的复合陶瓷结构荧光体(如图2所示)，荧光层部分厚度为0.25mm，陶瓷荧光体总厚度为2mm。该陶瓷荧光体进行LED封装，在20mA恒流驱动下，450nm蓝光芯片激发，得到白光LED，光色均匀，无色差产生。
上述内容只是本发明的四个具体实施例，而并非对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对上面的实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍然属于本发明的技术内容和范围。
Claims (11)
1.一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体及其制备方法，其特征在于：该陶瓷荧光体为一N层复合结构(N＞1)，由荧光层和透光层(0.5mm-20mm)单层复合或多层交叉复合而成，复合陶瓷结构可通过公知的陶瓷成型工艺获得，尤其是利用压片成型、注浆成型、凝胶注模成型、流延成型、注塑成型、挤出成型等工艺获得。
2.根据权利要求1所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于所述的荧光层可为稀土掺杂的石榴石结构透明陶瓷体或倍半氧化物透明陶瓷体，石榴石结构陶瓷体可为稀土掺杂的钇铝石榴石陶瓷(Re:YAG)，镥铝石榴石结构陶瓷(Re:LuAG)等；倍半氧化物陶瓷体可为稀土掺杂的氧化钇陶瓷(Re:Y2O3)，氧化钪陶瓷(Re:Sc2O3)或氧化镥陶瓷(Re:Lu2O3)等。
3.根据权利要求1与2所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于所述稀土元素可为单掺的Ce，或者Ce与Eu、Er、Nd、Pr、Gd、Tb、Sm、Tm、Dy、Yb和Lu中的一种或任意几种共掺。
4.根据权利要求1、2与3所述的一种白光LED光源制造时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于稀土元素掺杂量为0.001到10wt.％。
5.根据权利要求1所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于所述的透光层为一无发光特性的透明陶瓷结构层，包括氧化铝陶瓷(Al2O3)，氧化钇陶瓷(Y2O3)，氧化镥陶瓷(Lu2O3)，氧化钪陶瓷(Sc2O3)，钇铝石榴石陶瓷(Y3Al5O12)、镥铝石榴石陶瓷(Lu3Al5O12)以及其他高导热透明材料。
6.根据权利要求1所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于陶瓷荧光体中的透光层不会吸收可见光，而荧光层吸收350nm-500nm的可见光，并发射520nm-780nm的可见光。
7.根据权利要求1所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于所述的单层复合或多层交叉复合，一方面透光层和荧光层可任意排列，透光层可在荧光层下方，也可在荧光层上方；可一层荧光层，上下各一层透光层；也可一层透光层，上下各一层荧光层；以及更多层的荧光层和透光层交叉排列等；另一方面，各个透光层及荧光层的材料体系可以是同体系的复合，也可以是不同体系的复合。
8.根据权利要求1所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于陶瓷荧光体中的荧光层厚度为0.05mm-1mm，优选地为0.05mm-0.1mm。
9.根据权利要求1所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于所述的陶瓷荧光体外形可根据LED光源封装需要为圆形、矩形及各种三维不规则形状等。
10.根据权利要求1所述的一种白光LED光源封装时可有效消除边缘色差效应的陶瓷荧光体，其特征在于所述的复合结构陶瓷荧光体为成型后一体式烧结，烧结温度为800-1800℃，上下层之间无边界；上下表面可以抛光处理，也可以不抛光。
11.根据权利要求1所述的复合陶瓷结构的制备方法，其特征在于所述的压片成型该复合结构时，需采用双向加压液压机及可双向加压模具；所述的注浆成型该复合结构时，需采用真空除泡装置，带抽气装置的石膏模具，及隔液板；所述的凝胶注模成型该复合结构时，需采用真空除泡装置，四边可向内收缩的玻璃、塑料或金属模具，及引发剂；所述的流延成型该复合结构时，需采用真空除泡装置，流延成型机，及温控80-200℃的金属模具；所述的注塑成型该复合结构时，需采用注塑成型设备，带隔离板的注塑模具；所述的挤出成型该复合结构时，需采用挤出成型设备，带隔离板的挤出模具。
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2014
- 2014-02-18 CN CN201410054977.1A patent/CN104112812A/zh active Pending
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