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CN113024251A - 具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷及其制备方法 - Google Patents

具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷及其制备方法 Download PDF

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CN113024251A CN201911251985.4A CN201911251985A CN113024251A CN 113024251 A CN113024251 A CN 113024251A CN 201911251985 A CN201911251985 A CN 201911251985A CN 113024251 A CN113024251 A CN 113024251A
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Abstract

本发明公开具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷及其制备方法，包含有，包含有，陶瓷本体，其化学组成为：(CexY1‑x)3Al5O12，其中，x的取值范围为：0.001≤x≤0.03，所述陶瓷本体的顶面上布置有平凸形隆起部；以及，薄膜层体，其覆盖于所述陶瓷本体的顶面，所述薄膜层体的底面上布置有与所述平凸形隆起部对应的平凹形凹陷部，所述平凹形凹陷部与所述平凸形隆起部相配合，并且，所述薄膜层体的内部分布有红色的荧光粉体。本发明的有益效果在于：能够有效地解决照明产品中由于蓝光空间分布不均匀导致光斑颜色不均匀的问题，薄膜掺杂的红色荧光粉能够改善使用YAG：Ce荧光材料红光成分不足导致的色温高显色性低等问题。

Description

具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷及其制 备方法
技术领域
本发明涉及激光照明用荧光材料领域，特别地是，具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷及其制备方法。
背景技术
白光激光照明是指以半导体激光器为核心光源，采用激光激发荧光体或纯激光混光等技术，产生高亮白光照明。激光因为具有方向性强、光亮度高等特点，在照明领域尤其是大功率照明领域得到了越来越多的应用，目前较为成熟的是采用蓝光激光激发黄色荧光体合成白光，但是使用此种方式得到的白光光谱中缺少红光成分，因此其色温较高，显色指数较低。此外，由于激光的发光角极窄，由蓝光激光芯片作为激发光源的激光照明产品通常会产生光斑中间区域与边缘区域色温不一致的现象。
荧光陶瓷和LED芯片为360°发光，其发光特性近似朗伯体发光，在空间中光强分布较为均匀，在使用蓝光LED作为激发光源时蓝光与荧光体发出的黄光发光角与光强分布较为一致，因此可以得到相对均匀的白光光斑。激光光源相比于LED光源具有极窄的发光角，在使用蓝光激光作为激发光源时蓝光发光角和光强分布集中，荧光体发出的黄光发光角与光强分布分散。导致光斑中心区域“白”，周围区域“黄”。
发明内容
人们一直期望解决现有技术中激发的黄光和经过陶瓷内部反射出的蓝光复合成白光，复配出的光呈现中间白周围黄的现象，但始终未能获得成功。本发明提供一种具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷及其制备方法，薄膜中的平凹形结构能够将蓝光匀化，通过对不同区域平凹结构尺寸的设计能够使蓝光的空间分布进一步匀化。此设计能有效解决激光照明产品光斑颜色不均匀的问题，从而复配出均匀的白光，并且通过分散在薄膜中的红色荧光粉补充光谱中红光部分，增加激光照明产品的显色性。
本发明的技术方案是这样实现的：具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，包含有，
陶瓷本体，其化学组成为：(CexY1-x)3Al5O12，其中，x的取值范围为：0.001≤x≤0.03，所述陶瓷本体的顶面上布置有平凸形隆起部；以及，
薄膜层体，其覆盖于所述陶瓷本体的顶面，所述薄膜层体的底面上布置有与所述平凸形隆起部对应的平凹形凹陷部，所述平凹形凹陷部与所述平凸形隆起部相配合，并且，所述薄膜层体的内部分布有红色的荧光粉体。
作为具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的优选方案，所述薄膜层体的成分为SiO2、环氧树脂、透明硅胶中的一种、任意两种或全部。
作为具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的优选方案，所述薄膜层体的厚度为100-300μm。
作为具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的优选方案，所述荧光粉体的化学组成为：(EuyY1-y)3Al5O12，其中，y的取值范围为：0.0005≤y≤0.04。
作为具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的优选方案，所述平凹形凹陷部中，距离所述陶瓷本体的中心越近的所述平凹形凹陷部的直径越大且深度越大。上述微结构，能够有效地解决当前激光照明产品中由于蓝光分部不均匀导致光斑颜色不均匀。
作为具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的优选方案，所述平凹形凹陷部的直径为20-150μm，深度为10-50μm。
作为具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的优选方案，所述荧光粉体的激发波长为440-500nm，发射波长为590-650nm，粉体粒径为2-20μm。
本发明还提供具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的制备方法，用于制备上述荧光陶瓷，其特征在于，包含有以下步骤，
步骤S1，以CeO2、Y2O3、Al2O3为原料，按所述陶瓷化学组成(CexY1-x)3Al5O12配置所述陶瓷粉体原料，其中，x的取值范围为：0.001≤x≤0.03；
步骤S2，使用湿法球磨，以无水乙醇作为分散介质，球磨6-20h后干燥；
步骤S3，将干燥后的粉体使用模具施以5-10MPa的压力成型获得陶瓷素坯；
步骤S4，将所述陶瓷素坯施以150-250MPa冷等静压，形成致密的陶瓷素坯；
步骤S5，将所述致密的陶瓷素坯放入真空烧结炉1500-1800℃，4-20h保温后，经退火得到陶瓷本体；
步骤S6，将所述陶瓷本体加工至目标规格后，使用激光雕刻或化学刻蚀方法获得所述平凸形隆起部；
步骤S7，将红色的荧光粉体均匀地分散在薄膜层体的原料中，其中，所述薄膜层体的原料由SiO2、环氧树脂、透明硅胶等中的一种、任意两种或全部，所述红色的荧光粉体与所述薄膜层体的原料的质量比为m，m的取值范围为：0.01≤m≤0.1；以及，
步骤S8，经喷涂、涂布、滚刷，丝网印刷方式将混合后的原料涂覆后加热干燥或高温熔融在所述陶瓷本体的顶面形成所述薄膜层体，厚度为100-300μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：有效地解决当前激光照明产品中由于蓝光分部不均匀导致光斑颜色不均匀、使用YAG：Ce荧光材料红光成分不足导致的色温高显色性低等问题。
附图说明
图1为本发明的结构横截面示意图。
图2为陶瓷表面缺陷分布俯视示意图。
图3为一个缺陷单元的横截面示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参见图1至3，具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，包含有，
陶瓷本体11，其化学组成为：(CexY1-x)3Al5O12，其中，x的取值范围为：0.001≤x≤0.03，所述陶瓷本体的顶面上布置有平凸形隆起部；以及，
薄膜层体10，其覆盖于所述陶瓷本体的顶面，所述薄膜层体的底面上布置有与所述平凸形隆起部对应的平凹形凹陷部，所述平凹形凹陷部与所述平凸形隆起部相配合，并且，所述薄膜层体的内部分布有红色的荧光粉体12。
实施例1：
本实施例中荧光陶瓷的具体制备方法为：
选定的下层荧光陶瓷化学组成为：(Ce0.001Y0.999)3Al5O12，薄膜层原料为环氧树脂，红色荧光粉为激发波长为450nm的市售荧光粉，红色荧光粉与薄膜层原料质量比m为0.05，按照其化学计量比称取CeO2、Y2O3、Al2O3原料，以无水乙醇作为介质，湿法球磨10h。
将球磨后的浆料在60℃环境下烘干，再将烘干后的粉体放置于模具中施以10MPa压力干压成型获得陶瓷素坯，最后再将成型后陶瓷素坯施以150MPa冷等静压，保压3min获得更加致密的陶瓷素坯。将冷等后的素坯放在马弗炉中800℃保温2h以去除素坯中残存的有机物。
将素坯放在真空烧结炉中1650℃保温4h后得到荧光陶瓷。
将荧光陶瓷放在马弗炉1400℃保温2h以去除烧结过程中产生的氧空位。
将荧光陶瓷使用磨抛机和激光切割机加工至10mm×10mm,厚度0.4mm，表面粗糙度1μm。
将荧光陶瓷使用激光雕刻机刻蚀出中心区域至边缘区域渐变的150μm-50μm缺陷，深度20μm。
将红色荧光粉与环氧树脂混合，机械法搅拌均匀获得浆料。
将浆料使用气体喷枪喷涂于有缺陷一面的荧光陶瓷表面，厚度150μm，80℃固化2h
实施例2：
本实施例荧光陶瓷的制备方法与实施例一相同，不同点在于：本实施例选定的荧光陶瓷化学组成为：(Ce0.002Y0.998)3Al5O12，薄膜层原料选择SiO2，加热温度550℃保温4h。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，其特征在于，包含有，陶瓷本体，其化学组成为：(CexY1-x)3Al5O12，其中，x的取值范围为：0.001≤x≤0.03，所述陶瓷本体的顶面上布置有平凸形隆起部；以及，
薄膜层体，其覆盖于所述陶瓷本体的顶面，所述薄膜层体的底面上布置有与所述平凸形隆起部对应的平凹形凹陷部，所述平凹形凹陷部与所述平凸形隆起部相配合，并且，所述薄膜层体的内部分布有红色的荧光粉体。
2.根据权利要求1所述的具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，其特征在于，所述薄膜层体的成分为SiO2、环氧树脂、透明硅胶中的一种、任意两种或全部。
3.根据权利要求1或2所述的具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，其特征在于，所述薄膜层体的厚度为100-300μm。
4.根据权利要求1所述的具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，其特征在于，所述荧光粉体的化学组成为：(EuyY1-y)3Al5O12，其中，y的取值范围为：0.0005≤y≤0.04。
5.根据权利要求1所述的具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，其特征在于，所述平凹形凹陷部中，距离所述陶瓷本体的中心越近的所述平凹形凹陷部的直径越大且深度越大。
6.根据权利要求4所述的具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，其特征在于，所述平凹形凹陷部的直径为20-150μm，深度为10-50μm。
7.根据权利要求1所述的具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷，其特征在于，所述荧光粉体的激发波长为440-500nm，发射波长为590-650nm，粉体粒径为2-20μm。
8.具有平凹形结构薄膜的高显色性激光照明用荧光陶瓷的制备方法，用于制备权利要求1至7中任意一项所述的荧光陶瓷，其特征在于，包含有以下步骤，
步骤S1，以CeO2、Y2O3、Al2O3为原料，按所述陶瓷化学组成(CexY1-x)3Al5O12配置所述陶瓷粉体原料，其中，x的取值范围为：0.001≤x≤0.03；
步骤S2，使用湿法球磨，以无水乙醇作为分散介质，球磨6-20h后干燥；
步骤S3，将干燥后的粉体使用模具施以5-10MPa的压力成型获得陶瓷素坯；
步骤S4，将所述陶瓷素坯施以150-250MPa冷等静压，形成致密的陶瓷素坯；
步骤S5，将所述致密的陶瓷素坯放入真空烧结炉1500-1800℃，4-20h保温后，经退火得到陶瓷本体；
步骤S6，将所述陶瓷本体加工至目标规格后，使用激光雕刻或化学刻蚀方法获得所述平凸形隆起部；
步骤S7，将红色的荧光粉体均匀地分散在薄膜层体的原料中，其中，所述薄膜层体的原料由SiO2、环氧树脂、透明硅胶等中的一种、任意两种或全部，所述红色的荧光粉体与所述薄膜层体的原料的质量比为m，m的取值范围为：0.01≤m≤0.1；以及，
步骤S8，经喷涂、涂布、滚刷，丝网印刷方式将混合后的原料涂覆后加热干燥或高温熔融在所述陶瓷本体的顶面形成所述薄膜层体，厚度为100-300μm。
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