包含新型固態(tài)透明熒光材料的白光led及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種透明熒光材料，尤其是透明陶瓷熒光體、透明玻璃熒光體、和透明 復(fù)合熒光體，以及應(yīng)用這三種透明熒光體的白光LED。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管（LightEmittingDiode-LED)可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。LED芯片 由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，主要 是電子。當(dāng)這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)"P-N結(jié)"。當(dāng)電流通過導(dǎo) 線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光 子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。
[0003]LED作為一種新型光源，由于具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、啟動(dòng)速度快、能控制發(fā)光光 譜和禁止帶幅的大小使色彩度更高等傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢(shì)而得到了空前的發(fā)展。
[0004] 一般而言，LED通常有兩種產(chǎn)生白光的主要方法，一種是使用發(fā)射紅、綠、藍(lán)的三個(gè) 單色二極管，混色形成白光。另一種是使用熒光材料將藍(lán)或紫外LED發(fā)出的單色光轉(zhuǎn)換成 寬頻譜的白色光。其中前一種方法產(chǎn)生的白光主要應(yīng)用于大屏幕顯示技術(shù)，而后一種方法 產(chǎn)生的白光主要應(yīng)用于照明與背光源。
[0005]對(duì)于后一種白光技術(shù)，日本日亞公司擁有該領(lǐng)域的開創(chuàng)性發(fā)明（US5998925A):米 用藍(lán)色GaN芯片激發(fā)YAG黃色熒光粉而獲得白光，該專利的發(fā)明點(diǎn)在于釔鋁石榴石熒光粉， 該熒光粉吸收450nm至470nm波長藍(lán)光，激發(fā)產(chǎn)生550nm至560nm波長黃光，具有成本低、 效率高的優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于普通藍(lán)光或紫外LED芯片，其光電轉(zhuǎn)換效率一般低于30%，即使是目 前最好的LED芯片，其光電轉(zhuǎn)換效率也不會(huì)高于50 %。因此LED在發(fā)光時(shí)將伴隨產(chǎn)生大量 的熱。一般在點(diǎn)亮的芯片周圍，溫度會(huì)到達(dá)150攝氏度至200攝氏度。這樣的溫度將造成 熒光粉的效率下降20-30%，從而產(chǎn)生光源的色溫與色坐標(biāo)的偏移。同時(shí)也影響了LED光 源的光效與穩(wěn)定性。而釔鋁石榴石（YAG)熒光粉在120攝氏度以上的溫度會(huì)發(fā)生退化，同 時(shí)由于涂敷的熒光粉材料為非透明材料，在藍(lán)光或紫外芯片發(fā)出的光通過時(shí)會(huì)發(fā)生散射吸 收等現(xiàn)象，使得出光效率不高；同時(shí)由于涂敷厚度的不均勻會(huì)嚴(yán)重影響其光斑和白光色溫。 例如由于涂敷不均勻造成的黃色光圈、藍(lán)色光斑、白光色溫不一致等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的前述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，光效高而且性能可靠 的熒光陶瓷材料以及包含該陶瓷材料的LED芯片，以及利用LED芯片發(fā)光激發(fā)熒光陶瓷，產(chǎn) 生白光的白光LED的制備方法，同時(shí)還提供一種白光LED芯片結(jié)構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008]一、透明熒光材料
[0009]本發(fā)明提供一種透明陶瓷熒光體，其中包括如下方面的技術(shù)方案：
[0010] (1) 一種透明陶瓷熒光體，其特征在于，所述熒光體具有如下化學(xué)式：Re3Al5012，其 中稀土元素Re選自Ce,Eu,Er,Nd,Tb,Sm,Tm,Dy,Y,Gd,Pr,Lu,Ho,Pm,La或Yb中的一種或任 意幾種的混合物。
[0011] (2)根據(jù)（1)的透明陶瓷熒光體，其特征在于，所述透明熒光體在250nm-480nm范 圍內(nèi)的直線透過率大于5 %，優(yōu)選透過率為大于50 %，在480nm-780nm范圍內(nèi)的直線透過率 大于5 %，優(yōu)選透過率為大于80 %。
[0012] (3)根據(jù)（1)或（2)的透明陶瓷熒光體，其特征在于，所述透明陶瓷熒光體激發(fā)譜 的峰值波長在250nm-480nm范圍內(nèi)，發(fā)射譜的峰值波長在480-780nm范圍內(nèi)。
[0013] (4)根據(jù)（1)-⑶任一項(xiàng)的透明陶瓷熒光體，其特征在于，所述透明陶瓷熒光體的 厚度為〇. 5_2mm。
[0014] (5)根據(jù)（1)-⑷任一項(xiàng)的透明陶瓷熒光體，其特征在于，所述透明陶瓷熒光體可 以根據(jù)需要制備為片狀、盒狀、半球狀等。
[0015] 本發(fā)明還提供一種如上（1)_(5)任一項(xiàng)的透明陶瓷熒光體的制備方法，其包括如 下技術(shù)方案：
[0016] (6)-種透明陶瓷熒光體的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
[0017]a.粉體制備：按Re3Al5012的化學(xué)計(jì)量比稱量A1 203與Re203粉末，并添加一定的燒 結(jié)助劑、粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑，
[0018] 其中所述Re為稀土元素。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述Re203粉末選自Ce203,Eu203,Er203,Nd203,Tb203,Sm203,Tm203,Dy203， Y203,Gd203,Pr203,Lu203,H〇203,Pm203,La203或Yb203中的一種或幾種的混合物；
[0020] b.陶瓷素坯成型：將步驟（1)獲得的熒光陶瓷粉體原料通過傳統(tǒng)的濕法或干法成 型，干燥后制成素還。
[0021]C.排膠：將步驟⑵獲得的素坯放入900-1500 °C的高溫爐中煅燒，時(shí)間為 20min-20h，以排出素坯中的有機(jī)成份；
[0022] d.燒結(jié)：將步驟⑷的陶瓷素坯放入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，所述燒結(jié)溫度為 800-2100°C，優(yōu)選溫度為 1000-1900°C，更優(yōu)選 1200-1850°C，升溫速率為 0? 5-10°C/min。燒 結(jié)時(shí)間2-20小時(shí)，優(yōu)選：12-30小時(shí)；
[0023]e.退火：將燒結(jié)致密化后的陶瓷放入退火爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為 900-1500°C，優(yōu)選溫度為1200°C-1500°C，退火時(shí)間為lh-20h。升溫速率為0? 5-10°C/min。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，所述燒結(jié)助劑為MgO或CaO或TE0S或Si02，添加量為所述A1203與 Re203混合粉末質(zhì)量的0~2wt%，優(yōu)選0. 5-lwt%。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，所述粘結(jié)劑選自聚乙烯醇縮丁醛、聚乙二醇、聚乙烯醇、阿拉伯樹膠、 海藻酸胺、甲基纖維素、羥甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、甲基丙烯酰胺、亞甲基 雙丙烯酰胺、羥丙基纖維素、聚氧乙烯中的一種或多種。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，所述粘結(jié)劑的添加量為上述混合氧化物質(zhì)量的0. 1~10%。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，所述增塑劑選自脂肪酸、多元醇、脂肪酸脂、檸檬酸脂、聚酯增塑劑、 環(huán)氧增塑劑中的一種或多種。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，所述增塑劑的添加量為混合氧化物質(zhì)量的0. 1~10%。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，所述分散劑選自聚丙烯酸、聚丙烯、聚丙烯胺、聚乙烯、聚乙二烯、聚 乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠、鯡魚油、魚油、油酸、蓖麻油中的一種或多種。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明，所述分散劑的添加量根據(jù)原始粉料的粒徑大小調(diào)節(jié)用量。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，所述步驟（2)的成型方法包括傳統(tǒng)的干壓法、等靜壓法、流延法、注 漿法、澆鑄法、擠出法、注塑法與凝膠注模成型法等。
[0032] 本發(fā)明還提供一種透明玻璃熒光體，其包括如下技術(shù)方案：
[0033] (1)-種透明玻璃熒光體，其特征在于，所述透明玻璃熒光體的摩爾百分比組成 為：
[0034]AF、BF2、A20或B0中的一種或幾種的混合物：0_25% ;
[0035]Re203或ReF3中的一種或幾種的混合物：0? 001-25%;
[0036] Al2〇3：2〇-40% ；
[0037]Si02：20-70%；
[0038] 其中A選自堿金屬Li、Na、K、Rb、Cs;
[0039]B選自堿土金屬Be、Mg、Ca、Sr、Ba;
[0040]Re選自稀土元素：Ce,Eu,Er,Nd,Tb,Sm,Tm,Dy,Y,Gd,Pr,Lu,Ho,Pm,La或Yb中的一 種或幾種。
[0041] ⑵根據(jù)⑴的透明玻璃熒光體，其特征在于，所述熒光體在250nm-480nm范圍內(nèi) 的直線透過率大于5%，優(yōu)選透過率大于50%，在480nm-780nm范圍內(nèi)的直線透過率大于 5%，優(yōu)選透過率大于80%。
[0042] (3)根據(jù)⑴或⑵的透明玻璃熒光體，其特征在于，所述透明玻璃熒光體激發(fā)譜 的峰值波長在250nm-480nm范圍內(nèi)，發(fā)射譜的峰值波長在480-780nm范圍內(nèi)。
[0043] (4)根據(jù)（1)-⑶任一項(xiàng)的透明玻璃熒光體，其特征在于，所述透明玻璃熒光體的 厚度為〇. 5_2mm。
[0044] (5)根據(jù)（1)-⑷任一項(xiàng)的透明玻璃熒光體，其特征在于，所述透明玻璃熒光體的 形狀為片狀、盒狀、半球狀等。
[0045] 本發(fā)明還提供上述（1)_(5)任一項(xiàng)的透明玻璃熒光體的制備方法，其包括如下技 術(shù)方案：
[0046] (6) -種上述（1)_(5)任一項(xiàng)的透明玻璃熒光體的制備方法，其特征在于，所述方 法包括如下步驟：
[0047] 按上述（1)_(5)任一項(xiàng)的摩爾百分比的配方：
[0048]AF、BF2、A20或B0中的一種或幾種的混合物：0_20% ;
[0049]Re203:0. 001-25%、A1 203:21-40%;
[0050] Si02:25-70%，稱量原料，
[0051] 將原料混合均勻后倒進(jìn)坩堝中熔化，熔制溫度1400-1700°C，保溫2-15小時(shí)后將 玻璃熔體倒入鑄鐵模上，然后置于高溫爐中進(jìn)行退火，退火溫度為400-1500°C，退火時(shí)間為 2-10小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫。