反应烧结法制备Ce:YAG透明陶瓷及其在白光LED的应用

摘要

白光LED作为第四代照明光源，相对于传统照明光源，在光效、寿命、亮度和节能方面具有很大的优势。对传统白光LED器件的研究发现，荧光粉对传统的荧光粉白光LED器件的性能有很大影响。在这种封装结构中，由于荧光粉与环氧树脂不能完全混合均匀，导致其光学均匀性较理论值相差较大。另外，虽然 LED电光转换效率高，被称为冷光源，但在大功率 LED器件的工作过程中，产生的热量仍然可观。由于兼具透镜作用的环氧树脂的包覆，LED器件热量散发受阻，结温过高会导致荧光粉性能下降，也会使环氧树脂老化、甚至脱落。因此急需用新型的荧光体材料来克服这一问题。本论文通过用散热特性较好的Ce:YAG透明陶瓷作为荧光体进行封装，旨在努力克服LED器件的散热问题。
　　目前制备 Ce:YAG透明陶瓷主要有两种方式：一种是先制成 Ce:YAG纳米粉，然后进行固相烧结；另一种是在真空或气氛条件下直接反应烧结成型。相对于前者，直接通过反应烧结法制备荧光体能够节省时间、节约资源，利于其工业化生产。本论文采用的是一步反应烧结法制备荧光体。分别利用真空和常压反应烧结法制备出 Ce:YAG陶瓷，并对陶瓷和封装器件进行系列表征和对比分析。
　　通过所制备陶瓷的X射线衍射物相结构分析得知，两种烧结方式得到的产物均为 YAG相，未见第二相。制备出的 Ce:YAG透明陶瓷硬度较大，超过了1400kg/mm2。由陶瓷断面扫描电镜和透过率分析可以发现，真空烧结反应法制备的透明陶瓷致密度比常压烧结的更高，内部孔隙较少，陶瓷具备一定的透过率。对制备的 Ce:YAG透明陶瓷进行激发光谱和发射光谱检测，发现激发光谱波长在340nm和458nm处，发射光谱在545nm处，发射光谱范围是490nm-675nm。说明该透明陶瓷可以在蓝光的激发下产生黄光，用作白光 LED器件的荧光体，该透明陶瓷片的量子效率在60%以上。
　　将真空烧结法制备的 Ce:YAG透明陶瓷片封装为COB白光LED器件，进行分析测试，包括光效和光通量，色坐标和色温，显色指数和色容差等光电色参数。并将 Ce:YAG黄色荧光粉以同样工艺封装并测试其性能，与透明陶瓷封装器件性能对比。由于人眼对555nm附近的黄光较敏感，因此，在一定范围内，增加 Ce3+的含量或陶瓷片的厚度可以提高其光通量和光效。通过显色指数和色坐标测试可以知道，0.25%和0.5%掺杂浓度的透明陶瓷封装成的白光LED器件相对于纯白色坐标颜色均偏黄，说明其厚度较厚或者 Ce3+较高。综合比较各性能，在1750℃真空反应烧结条件下，掺杂浓度为0.25%、厚度为0.4mm的透明陶瓷封装的 LED器件光效最高，光学性能较好。对封装的白光 LED器件进行色容差检测发现，其色容差较大，与市场要求还有一定差距。

目录

第1章 绪 论

1.1 概述

1.2 LED光源简介

1.3 白光LED实现原理及存在的问题

1.4 Ce:YAG透明陶瓷白光LED

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 实验过程和实验方法

2.1 实验方法和依据

2.2 实验原料

2.3 实验设备

2.4 样品制备过程

2.5 样品表征方法

第3章Ce:YAG透明陶瓷的制备及表征

3.1 引言

3.2 Ce:YAG透明陶瓷的制备

3.3 Ce:YAG透明陶瓷的分析测试

3.4 本章小结

第4章 透明陶瓷白光LED的封装与性能测试

4.1 引言

4.2 透明陶瓷白光LED器件的制备

4.3 透明陶瓷白光LED的光色电参数

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢