CN108895314A - 激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备 - Google Patents

激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备 Download PDF

Info

Publication number
CN108895314A
CN108895314A CN201810738173.1A CN201810738173A CN108895314A CN 108895314 A CN108895314 A CN 108895314A CN 201810738173 A CN201810738173 A CN 201810738173A CN 108895314 A CN108895314 A CN 108895314A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitride phosphor
glass
transition components
laser lighting
complex light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810738173.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108895314B (zh
Inventor
解荣军
游世海
郑鹏
周天亮
李淑星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN201810738173.1A priority Critical patent/CN108895314B/zh
Publication of CN108895314A publication Critical patent/CN108895314A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108895314B publication Critical patent/CN108895314B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21KNON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21KNON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/90Methods of manufacture
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30Semiconductor lasers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备,涉及光转换组件。由氮化物荧光粉/玻璃复合涂层和高导热陶瓷基体组成,所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层紧密地生长在高导热陶瓷基体上。制备荧光粉浆料;制备激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件。所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件可在激光照明中的应用。将提供的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件与发射波长为450nm左右的激光光源耦合可得到280lm/W以上的光效。

Description

激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备
技术领域
本发明涉及光转换组件,尤其是涉及激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备方法。
背景技术
白光LED具有节能、环保、高效、长寿命等优点,被认为是超越白炽灯、荧光灯的第四代照明光源。商用的白光LED主要是由InGaN蓝光LED芯片和YAG:Ce黄色荧光粉封装在一起实现的,其中封装过程通常是将YAG:Ce荧光粉混在有机环氧树脂或硅树脂中,然后直接涂覆在LED芯片表面。但是这种“LED芯片+有机树脂封装”的方案在实现高亮度白光照明时遇到了三大问题:(1)LED芯片随着输入电流密度的增大面临严重的“效率骤降”问题;(2)白光LED工作时会产生大量的热,有机封装材料极易发生老化甚至碳化,严重影响光源可靠性;(3)YAG:Ce黄色荧光粉在较高工作温度下有严重的热猝灭现象,在200℃时外量子效率下降超过20%。上述问题严重制约了高亮度白光照明的实现。
激光二极管的发光原理是受激辐射,随着输入电流密度的增大无“效率骤降”现象,而且光束扩散角小,能够汇集到小面积区域,输出高流明密度光束(J.J.Wierer,et al“Laser Photonics Rev.”2013;7(6):963-993),因此由激光二极管替代LED芯片的激光照明技术被认为是实现高亮度白光照明的优选方案。但是,高密度的激光辐照和热效应使得现行的有机树脂封装方式几乎瞬间失效。
为了解决有机封装结构可靠性差这一关键问题,国内外竞相开展了全无机光转换材料的研究并采取了远程封装方式,包括单晶、荧光陶瓷和荧光玻璃。其中,单晶和荧光陶瓷虽然具有较高的热导率和热稳定性能,但是制备工艺繁复,成本高,重现性差,不利于工业化生产。荧光玻璃一般由荧光粉和低熔点玻璃粉在较低温度(例如500~800℃)下共烧制成,兼具发光材料与封装材料的功能,且工艺过程简单、普适性强。中国发明专利(CN107176791A、CN 107500529A、CN 107352795A)和中山大学(X.Zhang,et al“ACSAppl.Mater.Interfaces”2015;7:28122-28127)等公开了YAG:Ce荧光玻璃光转换组件的制备工艺及其在白光LED中的应用,但仍然存在玻璃基质本身导热能力有限(通常<1W/(m·K))、玻璃结构力学性能较差和YAG:Ce荧光粉热猝灭性能严重等问题,不能完全满足激光照明的要求。
与YAG:Ce等氧化物荧光粉相比,氮化物荧光粉具有更加优异的热猝灭性能、较高的量子效率和宽广的色域,具有应用于激光照明的潜力。然而,氮化物荧光粉玻璃制备过程中,熔融玻璃液对氮化物荧光粉的腐蚀会严重劣化其发光性能。中国发明专利(CN103819091A)和中科院上海光学精密机械研究所(Q.Q.Zhu,et al“J.Alloys Compd.”2017;702:193-198)等报道了基于CaAlSiN3:Eu红色荧光粉的荧光玻璃,遭遇了严重的发光性能下降。东华大学王宏志等(中国专利CN 106833611A)采取了SiO2包覆CaAlSiN3:Eu来抑制玻璃液的腐蚀作用,使得CaAlSiN3:Eu荧光玻璃的发光性能得到了一定提高,但制备工艺繁复。而且,仍然存在热导率偏低,红色氮化物荧光玻璃不能和蓝色激光二极管直接复合得到白光等问题。因此,业界认为氮化物荧光粉不适于荧光玻璃的制备。La3Si6N11:Ce是2009年报道的一种新型黄色氮化物荧光粉(T.Seto,et al“ECS Transactions”2009;25(9):247-252),结构刚性极强,在200℃时能够保持98.2%的室温发光强度(F.Du,et al“J.RareEarths”2017;35(11):1059-1064),远优于通用YAG:Ce黄粉(通常<80%),化学性质稳定,能和蓝光复合得到白光,具有与玻璃复合制备荧光玻璃并面向激光照明应用的潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件。
本发明的另一目的在于提供激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的制备方法。
所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件由氮化物荧光粉/玻璃复合涂层和高导热陶瓷基体组成,所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层紧密地生长在高导热陶瓷基体上。
所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层由氮化物荧光粉与低熔点玻璃粉共烧制成。
所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层的厚度小于300μm,优选20~100μm。
所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件可被波长为200~500nm的紫外/可见光有效激发,发射出峰值波长为520~620nm的宽带发射光谱。
所述氮化物荧光粉的化学组成为A3-xB6C11:xCe,其中A为La、Mg、Ca、Ba、Sr、Y、Lu等中的至少一种且至少含有La、Y中的一种,B为Si、Al、Ge、Sn等中的至少一种,C为N或N、O,0<x≤3。具有与La3Si6N11相同的晶体结构。
所述氮化物荧光粉为La3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3。
所述氮化物荧光粉为(La1-aYa)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1。
所述氮化物荧光粉为La3-xSi6-bAlbN11-b/3:xCe,其中0<x≤3,0<b≤1。
所述氮化物荧光粉为(La1-aBaa)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1。
所述氮化物荧光粉为(La1-aCaa)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1。
所述氮化物荧光粉为(La1-aSra)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1。
所述低熔点玻璃粉的玻璃化转变温度为300~1000℃可调节,优选500~700℃。
所述高导热陶瓷基体为热导率>10W/(m·K)的陶瓷基板。
所述高导热陶瓷基板的材质为Al2O3、AlN、Si、SiC、C等中的一种。
所述高导热陶瓷基板的表面具有增强入射光透过和/或阻碍发射光反向透过功能的光子晶体结构。
所述高导热陶瓷基板为Al2O3陶瓷基板。
所述高导热陶瓷基板为AlN陶瓷基板。
所述高导热陶瓷基板为透明蓝宝石基板。
所述高导热陶瓷基板为表面具有增强蓝光透过和阻碍黄光反向透过功能的光子晶体薄膜的透明蓝宝石基板。
所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的制备方法包括以下步骤:
1)制备荧光粉浆料;
在步骤1)中,所述制备荧光粉浆料的具体方法可为:将低熔点玻璃粉和氮化物荧光粉按比例混合,再加入有机黏结剂,即得荧光粉浆料;所述低熔点玻璃粉的粒径小于200目,优选粒径小于20μm;所述氮化物荧光粉的粒径为5~20μm;荧光粉的质量分数为0.1%~90%,优选1%~80%。
2)制备激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件。
在步骤2)中,所述制备激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的具体方法可为:将荧光粉浆料均匀地涂覆在高导热陶瓷基体上,在60~150℃下固化,于300~1000℃下热处理10~60min,冷却,即得激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件;所述涂覆方法可为浸渍涂覆法、喷涂法、旋涂法、刮刀法、丝网印刷等中的一种;所述热处理的气氛可为空气、氮气、氩气、氮氢混合气和真空中的至少一种。
本发明所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件可在激光照明中的应用。将本发明提供的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件与发射波长为450nm左右的激光光源耦合可得到280lm/W以上的光效。
从氮化物荧光粉的角度,有效抑制荧光玻璃制备过程中玻璃液的腐蚀作用对保证光转换组件发光性能十分关键,经过大量实验,筛选了结构刚性极强的A3-xB6C11:xCe系氮化物荧光粉和低熔点玻璃粉,并在较低温度下短时烧成。首先,A3-xB6C11:xCe系氮化物荧光粉极强的刚性结构使得其化学稳定性十分优异,能有效抵制玻璃液的腐蚀作用;其次,低熔点玻璃粉的选用和短时间烧成制度也能最大限度降低玻璃液对荧光粉的影响。
本发明从激光二极管高密度光输出和强烈热效应的角度,光转换组件优异的热稳定和导热性能显得尤为重要,采用了氮化物荧光粉和高导热陶瓷基体协同的方案,期望产生如下效果:一方面利用氮化物荧光粉优异的热猝灭性能,保证激光辐照下光转换组件良好的发光性能;另一方面,利用高导热陶瓷基体高的热导率和机械强度,迅速将激光辐照产生的大量热量导出并保证光转换组件良好的力学性能。最终通过高可靠性的光转换组件的设计和制备实现高亮度的激光照明。
本发明以热猝灭性能优异的氮化物荧光粉为主体,打破氮化物荧光粉不适于荧光玻璃制备的传统认识,制备一种发光性能好、热稳定性好、力学性能好、导热性能优异的高可靠性光转换组件,并配合蓝光激光二极管实现高亮度白光照明成为了我们面临的严峻挑战,也是本发明拟解决的关键技术问题。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、使用了A3-xB6C11:xCe系黄色氮化物荧光粉,与通用的YAG:Ce黄色荧光粉相比,在具有高的量子效率的同时具有更加优异的热猝灭性能,更能应对激光照明的高光功率密度辐照和随之而来的热效应;
2、低熔点玻璃粉玻璃化转变温度很低,A3-xB6C11:xCe系荧光粉的结构刚性极强,具有很好的化学稳定性,能够有效遏制玻璃液的腐蚀作用,保持荧光粉的发光性能,得到高透明度和良好发光性能的荧光粉/玻璃复合涂层;
3、采用了荧光粉/玻璃涂层和高导热陶瓷基体的复合结构,荧光粉/玻璃涂层可仅为数十微米,传热距离很短,有利于热量的快速传递,高导热陶瓷基体具有高的热导率和机械强度,相对于现行的荧光玻璃块体,具有更优异的导热能力、力学性能;
4、激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件在450nm左右的蓝色激光激发下发出明亮的黄光,可通过“蓝+黄”的简单方案复合得到白光。激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件优秀的发光性能、导热性能、热稳定性能和力学性能能够有效解决激光照明面临的可靠性问题,而且制备工艺简单,对设备要求低,具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的结构示意图;
图2为透射式激光照明器件的简单结构示意图;
图3为反射式激光照明器件的简单结构示意图;
图4为实施例1制备的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的实物图;
图5为实施例1制备的高导热氮化物荧光粉/玻璃复合涂层的XRD图;
图6为实施例1制备的高导热氮化物荧光粉/玻璃复合涂层的电子显微图;
图7为实施例1得到的激光白光光源的照片;
图8为实施例1得到的激光白光光源的光谱图。
具体实施方式
本发明提供的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的发明构思主要从激光二极管高密度激光辐照和随之而来的强烈热效应角度出发,充分考虑了光转换组件面临高密度激光辐照应具备的优异热稳定性能和导热性能,并从荧光粉本身和光转换组件结构设计两方面给出了解决方案。
首先要说明的是,本发明的氮化物荧光粉/玻璃复合方案是在充分考虑到玻璃液对荧光粉腐蚀从而引起发光性能劣化的前提下,通过大量实验筛选了结构刚性极强的A3- xB6C11:xCe系黄色氮化物荧光粉,打破了氮化物荧光粉不适于荧光玻璃制备的传统认识,从发光材料本身首先保证了氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件良好的发光性能。
其次,本发明提供的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件不同于现行的荧光玻璃光转换组件方案。现行的照明用荧光玻璃方案通常为YAG:Ce与低熔点玻璃复合的块体,为了兼顾力学性能一般较厚,数百微米甚至数毫米,而玻璃基质的热导率仍然较低(<1W/(m·K)),直接限制了整个组件的导热能力;而本方案的高导热陶瓷基体兼具高热导率和高机械强度的优点,使得氮化物荧光粉/玻璃复合涂层可仅为数十微米,传热距离大大缩短,荧光粉/玻璃涂层和高导热陶瓷基体的复合结构确保了整个组件优异的导热性能。
请参见图1,图1为本发明实施例的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的结构示意图,激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件包括氮化物荧光粉101、低熔点玻璃粉基质102和高导热陶瓷基体103。
氮化物荧光粉101的化学组成为A3-xB6C11:xCe,其中A为La、Mg、Ca、Ba、Sr、Y、Lu中的一种、两种或多种且至少含有La、Y中的一种,B为Si、Al、Ge、Sn中的一种、两种或多种,C为N或N、O,0<x≤3,可以是商用粉也可以自行合成。例如,为了保证激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件发光性能的稳定性,可以直接购买不同峰值发射波长(520~620nm)的商用氮化物荧光粉。作为一个示例,自行合成A3-xB6C11:xCe氮化物荧光粉,合成过程例如可以包括:以Si3N4、CeN、LaN等为原料,在一定氮气压力下采用高温固相法合成得到La3- xSi6N11:xCe氮化物荧光粉。
低熔点玻璃粉102可以直接购买也可自行制备。例如,直接购买具有不同玻璃化转变温度(300~1000℃)和粒径(小于200目)的低熔点玻璃。另外,自行制备低熔点玻璃粉,制备过程例如可以包括:以SiO2、Al2O3、B2O3、ZnO、Na2O等为原料,按比例称取、混匀后装入铂金坩埚并在马弗炉中融化、澄清,然后将玻璃液倒入水中淬冷,得到玻璃渣,再球磨至不同粒径,玻璃化转变温度可以通过不同组成调节。
本发明中,高导热陶瓷基体103为商用产品,热导率大于10W/(m·K)。根据激光照明实现方式的不同,直接购买不同材质的透明或不透明的高导热陶瓷基体,例如可以是透明蓝宝石基板、透明AlN基板、透明Si基板、Al2O3陶瓷基板、AlN陶瓷基板、SiC陶瓷基板等。
本实施例的更优实施方案中,高导热陶瓷基体103的表面具有光子晶体材料或结构。这样,可以提高特定波长光的透过率或者反射率,例如提高蓝光透过率和/或黄光反射率。
下面对本发明的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的制备过程进行描述。
首先,将氮化物荧光粉、低熔点玻璃粉按照一定质量比混合均匀,然后加入一定量的有机黏结剂,混合均匀得到荧光粉浆料。
本发明中,氮化物荧光粉的含量可以为0.1~90wt%,优选1~80wt%。有机黏结剂与混合粉体的比例可以为(0.5~2)mL︰1g。
本发明中,氮化物荧光粉的粒径为微米级,低熔点玻璃粉的粒径为微米级或亚微米级。作为一个示例,氮化物荧光粉的粒径可以为5~20μm,低熔点玻璃粉的粒径可以为1~10μm。
接着,将荧光粉浆料均匀地涂覆在高导热陶瓷基体上,在60~150℃下固化,然后在一定气氛中于300~1000℃下热处理10~60min,冷却,即得氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件。
本发明中,涂覆的方法可采用浸渍涂覆法、喷涂法、旋涂法、刮刀法、丝网印刷。涂覆的厚度应控制在300μm以下,优选20~100μm。热处理温度应高于相应低熔点玻璃粉的玻璃化转变温度。热处理设备可以为马弗炉、气氛炉、水平管式炉,热处理气氛可以是空气、氮气、氩气、氮氢混合气、真空中的至少一种。
下面对本发明的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件在激光照明中的应用进行描述。
请参见图2和3,图2和3分别为两种激光照明实现方式的示意图:透射式和反射式。透射式激光照明的实现主要是通过激光光源201发射出蓝色激光束204,投射到激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件202上,然后激发出的黄光与剩余蓝光经反光碗203混光、投射出白光205。反射式激光照明的实现是通过激光光源201发射出蓝色激光束204,投射到激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件202上,然后激发出的黄光与被反射的蓝光经反光碗203混光,投射出白光205。
本发明中,激光光源为蓝光激光,发射波长为450nm左右。
以下给出具体实施例。具体的工艺参数等仅是合适范围中的一个示例,即本领域技术人员可通过本文的说明做合适的范围内选择,而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
将0.5g La3Si6N11:Ce荧光粉和0.5g玻璃化转变温度为620℃的低熔点玻璃粉(D90=10μm)置于研钵中混合均匀,然后加入1mL有机黏结剂,混合均匀得到荧光粉浆料,然后采用刮刀法将其均匀涂覆在表面具有光子晶体膜的透明蓝宝石基板上,控制厚度为50μm。待荧光粉浆料流平后,置于120℃的热台上固化10min,然后转移到马弗炉中,以10℃/min升温到650℃并保温10min,随炉冷却,即得激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,如图4所示。热导率为20W/(m·K),远高于普通的荧光玻璃(<1W/(m·K))。图5为La3Si6N11:Ce荧光粉/玻璃复合涂层的XRD图,为荧光粉特征衍射峰与玻璃粉馒头峰物理叠加,无明显的化学反应发生。图6为所制备的高导热氮化物荧光粉/玻璃复合涂层的SEM照片。将激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件和波长为450nm左右的蓝光激光二极管(输入电流为0.5A)按图2耦合,可得到透射式的激光照明白光光源,如图7所示,其光谱图如图8所示,色坐标为(0.33,0.38),落在白光区域,色温为5622K,显色指数为64,流明效率为287lm/W。
实施例2
将0.7g La3Si6N11:Ce荧光粉和0.3g玻璃化转变温度为550℃的低熔点玻璃粉(D90=20μm)置于研钵中混合均匀,然后加入1.5mL有机黏结剂,混合均匀得到荧光粉浆料,然后采用刮刀法将其均匀涂覆在白色Al2O3陶瓷基板上,控制厚度为30μm。待荧光粉浆料流平后,置于120℃的热台上固化10min,然后转移到马弗炉中,以10℃/min升温到570℃并保温10min,随炉冷却,即得激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,热导率为13W/(m·K)。将激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件和波长为450nm左右的蓝光激光二极管(输入电流为0.5A)按图3耦合,可得到反射式的激光照明白光光源,色坐标为(0.33,0.38),落在白光区域,色温为5483K,显色指数为64,流明效率为236lm/W。
实施例3
将0.6g La3Si6N11:Ce荧光粉和0.4g玻璃化转变温度为620℃的低熔点玻璃粉(D90=10μm)置于研钵中混合均匀,然后加入1mL有机黏结剂,混合均匀得到荧光粉浆料,然后采用刮刀法将其均匀涂覆在灰色AlN陶瓷基板上,控制厚度为50μm。待荧光粉浆料流平后,置于120℃的热台上固化10min,然后转移到马弗炉中,以10℃/min升温到650℃并保温10min,随炉冷却,即得激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,热导率为70W/(m·K)。将激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件和波长为450nm左右的蓝光激光二极管(输入电流为0.5A)按图3耦合,可得到反射式的激光照明白光光源,色坐标为(0.31,0.34),落在白光区域,色温为6412K,显色指数为68,流明效率为151lm/W。
实施例4
将0.4g La3Si6N11:Ce荧光粉和0.6g玻璃化转变温度为550℃的低熔点玻璃粉(D90=20μm)置于研钵中混合均匀,然后加入1mL有机黏结剂,混合均匀得到荧光粉浆料,然后采用刮刀法将其均匀涂覆在透明蓝宝石基板上,控制厚度为30μm。待荧光粉浆料流平后,置于120℃的热台上固化10min,然后转移到马弗炉中,以10℃/min升温到570℃并保温10min,随炉冷却,即得激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,热导率为23W/(m·K)。将激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件和波长为450nm左右的蓝光激光二极管(输入电流为0.5A)按图2耦合,可得到透射式的激光照明白光光源,色坐标为(0.31,0.34),落在白光区域,色温为6411K,显色指数为66,流明效率为225lm/W。
表1为本发明制备的激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件与激光二极管耦合得到的白光光源的光学性能参数。
表1
实施例 色坐标 色温(K) 显色指数 流明效率(lm/W)
1 (0.33,0.38) 5622 64 287
2 (0.33,0.38) 5483 64 236
3 (0.31,0.34) 6412 68 151
4 (0.31,0.34) 6411 66 225
工业应用性:
本发明提供的一种激光照明用激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,具有非常优异的发光性能、热稳定性能、力学性能和导热性能,能够承受高密度激光辐照和随之而来的热效应,满足激光照明对光转换组件的要求。其制备方法简单,对设备要求低,非常有利于实现工业化量产。耦合蓝光激光二极管可以实现高流明效率的大功率固态照明,而且实施例均未采取额外散热措施,可以预见,配合现行LED照明的散热装置能够获得更高亮度的激光照明光源,有望促进激光照明的快速发展。

Claims (10)

1.激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,其特征在于由氮化物荧光粉/玻璃复合涂层和高导热陶瓷基体组成,所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层紧密地生长在高导热陶瓷基体上。
2.如权利要求1所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,其特征在于所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层由氮化物荧光粉与低熔点玻璃粉共烧制成;所述氮化物荧光粉/玻璃复合涂层的厚度可小于300μm,优选20~100μm。
3.如权利要求1所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,其特征在于所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件被波长为200~500nm的紫外/可见光有效激发,发射出峰值波长为520~620nm的宽带发射光谱。
4.如权利要求1所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,其特征在于所述氮化物荧光粉的化学组成为A3-xB6C11:xCe,其中A为La、Mg、Ca、Ba、Sr、Y、Lu中的至少一种且至少含有La、Y中的一种,B为Si、Al、Ge、Sn中的至少一种,C为N或N、O,0<x≤3;具有与La3Si6N11相同的晶体结构。
5.如权利要求1所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,其特征在于所述氮化物荧光粉为La3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3;所述氮化物荧光粉优选(La1-aYa)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1;所述氮化物荧光粉优选La3-xSi6-bAlbN11-b/3:xCe,其中0<x≤3,0<b≤1;所述氮化物荧光粉优选(La1-aBaa)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1;所述氮化物荧光粉优选(La1-aCaa)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1;所述氮化物荧光粉优选(La1-aSra)3-xSi6N11:xCe,其中0<x≤3,0<a≤1。
6.如权利要求2所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,其特征在于所述低熔点玻璃粉的玻璃化转变温度为300~1000℃,优选500~700℃。
7.如权利要求1所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件,其特征在于所述高导热陶瓷基体为热导率>10W/(m·K)的陶瓷基板;所述高导热陶瓷基板的材质优选Al2O3、AlN、Si、SiC、C中的一种;所述高导热陶瓷基板的表面优选具有增强入射光透过和/或阻碍发射光反向透过功能的光子晶体结构;所述高导热陶瓷基板优选Al2O3陶瓷基板;所述高导热陶瓷基板优选AlN陶瓷基板;所述高导热陶瓷基板优选透明蓝宝石基板;所述高导热陶瓷基板优选表面具有增强蓝光透过和阻碍黄光反向透过功能的光子晶体薄膜的透明蓝宝石基板。
8.如权利要求1~7所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)制备荧光粉浆料;
2)制备激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件。
9.如权利要求8所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的制备方法,其特征在于在步骤1)中,所述制备荧光粉浆料的具体方法为:将低熔点玻璃粉和氮化物荧光粉按比例混合,再加入有机黏结剂,即得荧光粉浆料;所述低熔点玻璃粉的粒径小于200目,优选粒径小于20μm;所述氮化物荧光粉的粒径为5~20μm;荧光粉的质量分数为0.1%~90%,优选1%~80%。
10.如权利要求8所述激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的制备方法,其特征在于在步骤2)中,所述制备激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件的具体方法为:将荧光粉浆料均匀地涂覆在高导热陶瓷基体上,在60~150℃下固化,于300~1000℃下热处理10~60min,冷却,即得激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件;所述涂覆方法可为浸渍涂覆法、喷涂法、旋涂法、刮刀法、丝网印刷中的一种;所述热处理的气氛可为空气、氮气、氩气、氮氢混合气和真空中的至少一种。
CN201810738173.1A 2018-07-06 2018-07-06 激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备 Expired - Fee Related CN108895314B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810738173.1A CN108895314B (zh) 2018-07-06 2018-07-06 激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810738173.1A CN108895314B (zh) 2018-07-06 2018-07-06 激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108895314A true CN108895314A (zh) 2018-11-27
CN108895314B CN108895314B (zh) 2020-05-15

Family

ID=64348450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810738173.1A Expired - Fee Related CN108895314B (zh) 2018-07-06 2018-07-06 激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108895314B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109827096A (zh) * 2019-01-23 2019-05-31 厦门大学 一种使用空心氧化铝微球的激光照明组件及其制造方法
CN110316963A (zh) * 2019-05-17 2019-10-11 有研稀土新材料股份有限公司 一种荧光玻璃陶瓷材料以及含该材料的发光装置
CN110642642A (zh) * 2019-09-25 2020-01-03 中国计量大学 一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用
CN111517804A (zh) * 2020-04-27 2020-08-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种氮化物红色复相荧光陶瓷及其制备方法
CN113251326A (zh) * 2021-06-04 2021-08-13 厦门大学 一种实现高品质暖白光激光照明光源的荧光转换器件
CN114752383A (zh) * 2022-03-31 2022-07-15 陕西师范大学 La2Ca3Si4N4O8晶体及荧光粉和制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008195779A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Sharp Corp 発光装置
CN101769507A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 中国制釉股份有限公司 具荧光粉的基板与白光led光源组件的制造方法
CN103881718A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 有研稀土新材料股份有限公司 一种氮氧化物橙-黄色荧光粉及含有该荧光粉的发光膜或发光片、发光器件
CN107849448A (zh) * 2016-07-04 2018-03-27 松下知识产权经营株式会社 荧光体以及发光装置
CN108105605A (zh) * 2017-12-01 2018-06-01 厦门大学 一种基于透明基体制造的发光片及其制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008195779A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Sharp Corp 発光装置
CN101769507A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 中国制釉股份有限公司 具荧光粉的基板与白光led光源组件的制造方法
CN103881718A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 有研稀土新材料股份有限公司 一种氮氧化物橙-黄色荧光粉及含有该荧光粉的发光膜或发光片、发光器件
CN107849448A (zh) * 2016-07-04 2018-03-27 松下知识产权经营株式会社 荧光体以及发光装置
CN108105605A (zh) * 2017-12-01 2018-06-01 厦门大学 一种基于透明基体制造的发光片及其制作方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109827096A (zh) * 2019-01-23 2019-05-31 厦门大学 一种使用空心氧化铝微球的激光照明组件及其制造方法
CN110316963A (zh) * 2019-05-17 2019-10-11 有研稀土新材料股份有限公司 一种荧光玻璃陶瓷材料以及含该材料的发光装置
CN110642642A (zh) * 2019-09-25 2020-01-03 中国计量大学 一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用
CN110642642B (zh) * 2019-09-25 2021-07-06 中国计量大学 一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用
CN111517804A (zh) * 2020-04-27 2020-08-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种氮化物红色复相荧光陶瓷及其制备方法
CN113251326A (zh) * 2021-06-04 2021-08-13 厦门大学 一种实现高品质暖白光激光照明光源的荧光转换器件
CN114752383A (zh) * 2022-03-31 2022-07-15 陕西师范大学 La2Ca3Si4N4O8晶体及荧光粉和制备方法
CN114752383B (zh) * 2022-03-31 2023-09-01 陕西师范大学 La2Ca3Si4N4O8晶体及荧光粉和制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108895314B (zh) 2020-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108895314A (zh) 激光照明用氮化物荧光粉/玻璃复合光转换组件及其制备
JP7056553B2 (ja) 蛍光体、発光装置、照明装置及び画像表示装置
US8987687B2 (en) Silicophosphate phosphors
Huang et al. Patterned glass ceramic design for high-brightness high-color-quality laser-driven lightings
JP5575488B2 (ja) 合成モノリシックセラミック発光変換体を含む照明システム
US20130063926A1 (en) Phosphors
TW200536927A (en) Phosphor, process for producing the same, lighting fixture and image display unit
JPWO2006001316A1 (ja) 白色発光ダイオード装置
JP2008537002A (ja) 赤色光を放射するセラミック・ルミネッセンス・コンバータから成る照明システム
SG173767A1 (en) Nitridosilicates co-doped with zirconium and hafnium
TW200530374A (en) Phosphor and light-emitting equipment using phosphor
CN111574062B (zh) 一种氮化物红光玻璃及其应用
US20130120964A1 (en) Aluminate phosphors
CN108863317A (zh) 一种荧光复合陶瓷及其制备方法和应用
WO2022068144A1 (zh) 红光发射玻璃陶瓷及其制备方法与 led/ld 发光装置
JP5752257B2 (ja) 窒素化合物発光材料及びそれによって製造された白色led照明光源
Sun et al. Green emitting spinel/Ba2SiO4: Eu2+/spinel sandwich structure robust ceramic phosphor prepared by spark plasma sintering
TWI629339B (zh) 製備氮化物螢光體的方法
Zheng et al. Phosphor in glass composited with CsPb (BrI) 3 perovskite nanocrystals embedded glass for high CRI WLED application
Su et al. Orange-red-emitting (Sr, Ba) 3SiO5: Eu2+ phosphor-in-glass film for enhanced color rendering of laser lighting
Zeng et al. High CRI white light-emitting phosphor-in-glass film for laser lighting applications by adding cyan phosphor BaSi2O2N2: Eu2+
JP2014517081A (ja) カルボジイミド発光物質
Li et al. All-inorganic color converter based on a phosphor in bismuthate glass for white laser diode lighting
Jiang et al. High color rendering and high-luminance laser lighting using all inorganic nitride phosphor films
CN112645592B (zh) 一种高效可调复合荧光玻璃材料的制备和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200515

Termination date: 20210706

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee