一种采用新型透明陶瓷的led灯具的制作方法 [0002] 白光LED自问世以来，便因其使用寿命长、高效节能、绿色环保等优点被誉为继白 炽灯、荧光灯、气体放电之后的第四代照明光源，被广泛应用于LCD、手机、数码相机等领域。 近几年来，随着以白光LED为主的半导体照明产业的飞速发展，白光LED在固态照明方面显 示出了巨大的市场潜力和应用前景，引起了各国政府、公司及科研院所的高度重视，纷纷设 立专门的机构推动半导体照明技术的发展。 [0003] 目前白光LED是利用蓝光LED激发黄色荧光粉涂覆层发出黄光，进而蓝光与黄光 复合后发出白光。这种白光LED具有寿命长、绿色环保等特点，蕴含巨大市场潜力和应用前 旦 -5^ 〇 [0004] 黄色荧光粉的主要成分是铈掺杂的钇铝石榴石（YAG:Ce)。传统的粉体封装白光 LED采用环氧树脂或者硅胶固定蓝光芯片，制备出白光LE0的缺点有：一方面由于涂敷在芯 片表面的突光粉与娃胶混合层的厚度很难控制，白光相关色温（CCT)角向分布不均勻，导 致出射白光有蓝圈、黄圈的现象；另一方面白光LED的寿命短、稳定性差。同时，由于蓝色 LED芯片散发的热量和短波辐射，导致用于固定蓝色LED芯片上荧光粉的有机材料透光率 下降，使得白光LED的寿命趋于缩短；由于荧光粉紧贴芯片发热源，温升导致荧光粉性能劣 化，影响了产品的稳定性。 [0005] 解决这些问题的关键在于改变荧光粉的封装方式。近几年，人们尝试将陶瓷的均 匀性高、稳定性好及使用寿命长等特点，利用在白光LED的封装上，对YAG: Ce陶瓷进行大量 的研究，并取得了一定的成果。 [0006] 2005年，日本电气玻璃公司首先制备出用于白光LED的Ce:YAG微晶玻璃陶瓷荧光 体，由于它兼有玻璃和陶瓷的许多优点，如坚硬、耐热、耐潮湿、耐腐蚀等，用在白光LED封 装上取得了不错的效果。 [0007] Jong等人研究荧光粉远置封装方式，既降低了荧光粉温度，又减少了芯片对荧光 粉散射光的吸收，提高了出光效率。Shunsuke等人研究玻璃陶瓷荧光粉，但由于玻璃基质为 A1203-Si02,且采用传统的高温固相法，所以制备温度高达1500?1650°C。
[0008] 中国专利CN102501478A公开了一种用于白光LED荧光转换的复合透明陶瓷及其 制备方法，该复合透明陶瓷由上下两层透明陶瓷粘合而成，上层透明陶瓷采用Pr改性的 YAG透明陶瓷，下层采用Ce改性的YAG透明陶瓷。采用蓝光LED激发该复合透明陶瓷，产生 的红光和透过的蓝光形成高品质的白光，具有显色指数高，色温温和的特点。
[0009] 中国专利CN102390982A公开了 一种发白光的低温共烧陶瓷材料及其制备方法， 该陶瓷材料各组分的摩尔百分比为：Ca0:10-20%，B20 3:50-60%，Si02:50-60%，光激活剂 离子1-9%。该陶瓷采用Sol-gol法，烧结温度较低，收缩率在13-17%之间。制备出的陶 瓷材料可以用于照明及显示等领域。



[0010] 本发明的目的在于提供一种用于高功率LED照明领域的使用改进的Ce:YAG透明 陶瓷材料的LED灯具，与现有技术相比，该LED灯具在显色指数和色温方面有改进。具有热 导率高，化学稳定性好，寿命长，发光效率高的特点。
[0011] 本发明在传统的Ce:YAG透明陶瓷材料增加了添加剂Si02，其含量对于对钇铝石榴 石基质的表面形貌，晶体结构和相纯度有重要的影响，本发明利用传统的固相法优化和改 进YAG:Ce远程荧光体的制备工艺，优化了 Si02的掺杂质量比，本发明人意外的发现当Si02 的掺杂比例在10-15%时候，得到的改性YAG陶瓷的透明度和透光率最大，同时适量的Si02 的可以降低Ce:YAG透明陶瓷材料的煅烧温度。适量的Si02加入Ce:YAG透明陶瓷材料后 形成了固溶胶，有助于在晶体结构中形成空位，从而提高透光度。
[0012] 本发明人还从常用的稀土添加剂中优选出LiF和Pr203、Eu 203、Lu203引入陶瓷体系 中，增加的稀土元素改善了晶体场的周围环境，引起了能级的分裂，导致了发射峰位迁移， 使得制备的透明陶瓷经过蓝光照射，使得陶瓷的发射光谱发生适当的红移，采用该陶瓷制 备出的LED灯具发出的光线更接近于自然日光，色温控制在4000-5000K，此外少量LiF和稀 土元素 Pr203、Eu203、Lu20 3的引入还有助于提高发光强度。优选Pr203、Eu20 3、Lu203的质量比 为 1-2:1:1。
[0013] B203、SiC和CaO的引入，改善了陶瓷中晶粒粒度大小和分布，降低了焙烧引起的陶 瓷收缩率，从而进一步改善了陶瓷的品质。
[0014] 本发明的改进之处还在于煅烧工艺的改善，本发明采用先在较高温度下煅烧一段 时间后再降温到较低温度下煅烧一段时间。这样的处理工艺使得晶粒尺寸减小，从而进一 步提高透明陶瓷的透光度。
[0015] 一种使用经过改进的YAG透明陶瓷的白光LED灯，包括发射波长为450-480nm的 氮化镓芯片和经过改进的YAG透明陶瓷，所述YAG透明陶瓷由以下重量份的原料组成烧制 而成，Al 203220-300 份，Y203300-380 份，Si0260-75 份，Ce0215-20 份，Pr2035-10 份，Eu2032-5 份，Lu2032-4份，LiFl-2份，B20 33-5份，SiC3-5份，CaOO. 5-1份，所述原料的纯度都在 99. 99wt% 以上。
[0016] 所述透明陶瓷中Si02的质量百分比优选控制在10-15%，更优选是12-14%。
[0017] 所述的透明陶瓷在可见光区的光线透过率达到65% -75%。
[0018] 所述透明陶瓷的色温为4000_5000k。
[0019] 所述透明陶瓷在制备的过程中采用两段法焙烧，焙烧温度分别控制在 1250-1300°C 和 1520-1580°C。
[0020] 一种制备用于白光LED灯的YAG透明陶瓷的方法，其包括以下步骤：
[0021] a)将按照比例配制好的原料颗粒加入无水乙醇，用球磨机进行粉碎，出料经过烘 干过筛后得到原料粉末；
[0022] b)对步骤a)得到的原料粉末进行干压成型，控制压力为50-100MPa，保持时间为 1-10分钟；
[0023] c)对步骤b)中得到的成型素胚进行真空煅烧，煅烧的温度控制在1520-1580°C， 煅烧时间为7-10小时，煅烧压力为10-20MPa ;
[0024] d)经过步骤b)真空煅烧后，降温到1250-1300°C，煅烧时间为12-15小时，煅烧压 力为5-10MPa，得到所述透明陶瓷。
[0025] 步骤a)中所述过筛后得到的原料粉末的粒度小于20微米。
[0026] 所述步骤c)的煅烧温度优选控制在1260°C。
[0027] 所述步骤d)的煅烧温度控制在1550°C。


[0028] 以下结合具体实施例进一步阐述本发明，应该注意的是，这些实施例仅用于举例 说明本发明的技术方案而不是限定本发明的保护范围。
[0029] 实施例1
[0030] 透明陶瓷的质量组成为：Al203280 份，Y203360 份，Si026 5 份，Ce0220 份，Pr20310 份， Eu2035份，Lu2034份，LiF2份，B 2035份，SiC5份，CaOOl份。将上述原料进行预混合，放入球 磨机中，加入无水乙醇500ml，然后球磨10小时，在100°C烘箱中烘干，研磨后过600目筛。 然后在80MPa压力下压制成素胚，然后将粗胚放置在坩埚中。加热到1250°C，升温速度为 20°C /min，保温7小时，以10°C /min的速度升温到1520°C后并保温12小时，然后自然冷 却。最后对烧制的透明陶瓷进行打磨和抛光，及得到透明陶瓷产品A1。
[0031] 实施例2
[0032] 透明陶瓷的质量组成为：Al203260份，Υ20 3320份，Si0240份，Ce0215份，Pr20 35份， Eu2032份，Lu2032份，LiFl份，B 2033份，SiC3份，CaOO. 5份。将上述原料进行预混合，放入球 磨机中，加入无水乙醇500ml，然后球磨10小时，在100°C烘箱中烘干，研磨后过600目筛。 然后在lOOMPa压力下压制成素胚，然后将粗胚放置在坩埚中。加热到1300°C，升温速度为 20°C /min，保温10小时，以10°C /min的速度升温到1580°C后并保温15小时，然后自然冷 却。最后对烧制的透明陶瓷进行打磨和抛光，及得到透明陶瓷产品A2。
[0033] 对比例1
[0034] 对比例1采用和实施例1基本的原料组成，不同之处在于将Si02的加入量改为100 份。
[0035]透明陶瓷的质量组成为：Al203280 份，YA360 份，Si02100 份，Ce0220 份，Pr20310 份，Eu2035份，Lu2034份，LiF2份，B 2035份，SiC5份，CaOOl份。将上述原料进行预混合，放 入球磨机中，加入无水乙醇500ml，然后球磨10小时，在100°C烘箱中烘干，研磨后过600目 筛。然后在80MPa压力下压制成素胚，然后将粗胚放置在坩埚中。加热到1520°C，升温速度 为20°C /min，保温7小时，以10°C /min的速度升温到1250°C后并保温12小时，然后自然 冷却。最后对烧制的透明陶瓷进行打磨和抛光，及得到透明陶瓷产品D1。
[0036] 对比例2
[0037] 对比例2采用和实施例1相同的原料组成，不同之处在于将煅烧阶段改为一个温 度下煅烧。
[0038]透明陶瓷的质量组成为：Al203280 份，Υ203360 份，Si02100 份，Ce0220 份，Pr20310 份，Eu2035份，Lu2034份，LiF2份，B 2035份，SiC5份，CaOOl份。将上述原料进行预混合，放 入球磨机中，加入无水乙醇500ml，然后球磨10小时，在100°C烘箱中烘干，研磨后过600目