[发明专利]一种紫外转换白光LED透明陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外转换白光LED透明陶瓷材料及其制备方法，特指一种可吸收转换紫外光的透明陶瓷材料及制备方法，属于LED发光技术领域。

背景技术

白光LED作为一种新型的照明光源，相对于传统的白炽灯和荧光灯，具有节能、环保、无毒、无污染、寿命长等显著优势。特别在降低能耗和环境减压方面，白光LED的推广和应用发挥了巨大作用。在美国，22％的电力用于照明。若所有的照明光源用LED代替，每年可节约1000TW·h，相当于230座500MW的煤发电站的年发电量，可减少2亿吨CO₂气体排放。在能源日趋紧张、生态破坏严重的今天，发展并推广白光LED技术具有重要意义。

现有的技术中，较为成熟的白光LED实现方式是通过蓝光LED芯片激发荧光粉，发射的黄光与透过的蓝光混合而成白光。这种技术存在一些明显的不足：激发光源发出的光作为组成白光的一种组成成分，其受电流、电压的影响较大，降低了白光的稳定性；树脂作为封装材料，难以保证荧光粉分散的均匀性，封装的工艺复杂；发射光谱中缺少红光，导致制得的白光LED的显色指数不高；蓝光对人眼刺激大，易引起不适，因而难以在照明领域得到广泛应用；树脂热导率低，高温环境下易老化，且荧光粉的发光效率随温度的升高衰减很快，导致白光质量不稳定，且寿命降低。

随着发光二极管芯片技术的进步，LED芯片发射波长不断向低波长发展，价格也越来越低廉。利用紫外LED获得白光的机理是，采用紫外光(320～400nm)作为激发光源辐照光转换材料，光转换材料发射出可见光，这些可见光混合而成白光。紫外光不属于白光的组成部分，因而对白光色度和稳定性影响甚微。近年来紫外光LED转换白光技术在白光LED领域得到越来越广泛的关注。

国内涉及紫外芯片激发的白光LED光转换材料大多集中在荧光粉体方面，此类技术仍需将荧光粉分散于树脂中，不能从根本上解决荧光粉分散和树脂受热老化的问题。因此选择具有高的热稳定性、高热导的封装材料，既能保证发光中心的良好分散性，又能保证发光性能在高温下的稳定性，对提高发光质量、延长LED器件使用寿命至关重要。CN102620167A公开了一种透明陶瓷作为发光体的LED器件,包括蓝光LED芯片、Ce:YAG透明陶瓷以及承载LED芯片和透明陶瓷发光体的载体。该专利用高热导率的块体透明陶瓷取代树脂封装材料虽然提高了热稳定性，有效延长LED器件使用寿命，然而通过蓝光激发获得的白光同样存在显色指数不高，白光稳定性低、对人眼刺激大等缺陷。优势在于其热导率和热稳定性明显提高，且封装难度大幅降低。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种紫外转换白光LED透明陶瓷材料，本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法。

本发明的技术方案为：一种紫外转换白光LED透明陶瓷材料，其特征在于：该透明陶瓷材料的化学式为[R_(1-x-y)Dy_xTm_y]₃Al₅O₁₂，其中，R为Lu、Y、Yb三种元素中的一种或者两种，x,y为摩尔系数，范围是0.005≤x≤0.15，0≤y≤0.04；该透明陶瓷材料在紫外LED芯片激发下发射出白光。

本发明还提供了上述的紫外转换白光LED透明陶瓷材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)根据透明陶瓷材料[R_(1-x-y)Dy_xTm_y]₃Al₅O₁₂，其中0.005≤x≤0.15，0≤y≤0.04的化学计量比，准确称取所需的原料粉体；同时向原料粉体中添加烧结助剂；

(2)将上述原料粉体和烧结助剂与球磨介质共混，进行球磨混匀，球磨后的浆料，干燥并过筛，获得所需的陶瓷粉体混合料；

(3)粉体先采用轴向单向加压方式进行预压成型；预压成型后的素坯冷等静压成型；

(4)成型的素坯经1700～1830℃真空烧结而成，保温时间为4～12h，真空度为10^-4～10^-3Pa；

(5)对真空烧结的陶瓷进行退火处理，空气气氛下1400～1500℃保温4～10h，制备得到透明陶瓷材料。