一種led用熒光透明陶瓷薄片的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LED用熒光透明陶瓷薄片的制備方法，采用簡單的一次成型凝膠注模技術(shù)和兩層板組合模具制備厚度可控的LED用熒光透明陶瓷薄片，屬于LED熒光透明材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]白光LED，作為一種新穎的半導(dǎo)體光源，具有效率高、功耗小、壽命長、固態(tài)節(jié)能以及綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于液晶顯示器背光源、交通信號燈、市內(nèi)照明、廣場照明等，具有巨大的市場潛力。
[0003]傳統(tǒng)的白光LED主流技術(shù)是熒光粉轉(zhuǎn)換，即將熒光粉與灌封膠混合后，通過涂覆或者點(diǎn)膠方式，涂抹在藍(lán)光LED芯片上，圖層厚度約I?2mm，通過波長轉(zhuǎn)換為白光。熒光粉的粒度、尺寸分布以及其在膠體中的分散性決定著LED的質(zhì)量，均勻性較差。因此存在光提取率不高、耐熱性差、散熱性能差的缺點(diǎn)。
[0004]為了克服上述技術(shù)缺陷，美國專利[6630691B1]報道了用Ce:YAG單晶取代藍(lán)寶石或者碳化硅作為襯底，使藍(lán)光LED晶粒外延生長在上面。單晶不僅作為芯片的襯底材料，同時具有熒光轉(zhuǎn)換的功能。中國專利[CN 1815765A]報道了一種YAG晶片式白光發(fā)光二極管，將稀土摻雜的YAG晶片用作熒光材料代替熒光粉。但是大尺寸YAG單晶材料的制備需要特殊設(shè)備和復(fù)雜工藝，周期長、成本高，廣泛的推廣應(yīng)用受到了限制。
[0005]相比于單晶，YAG透明陶瓷有很多優(yōu)勢如:大尺寸透明陶瓷較易于制備，形狀可控；制備快捷，成本低廉;容易實(shí)現(xiàn)高濃度的摻雜;且相比于玻璃、環(huán)氧樹脂或硅膠等材料，YAG陶瓷材料的熱導(dǎo)率更高，利于熱量散發(fā);熔點(diǎn)高，能夠承擔(dān)更高輻射功率，單色性較好，利于激光的連續(xù)輸出。中國專利[CN 101697367A]和中國專利[CN 201576698U]等先后報道了用熒光YAG透明陶瓷制備LED，將發(fā)光體直接放在LED芯片上，經(jīng)芯片激發(fā)后，激發(fā)光與受激發(fā)射光混合，形成白光。釔鋁石榴石(YAG)是一種理想的激光材料和高溫結(jié)構(gòu)材料，其作為熒光粉的應(yīng)用非常廣泛。由于Y〈，3+>的離子半徑的與價稀土離子非常接近，稀土摻雜的YAG被廣泛研究和應(yīng)用。稀土摻雜的YAG用RE: YAG表示，式中RE為Sc ,La,Ce,Tm,Ho,Sm,Gd,Dy, Lu和Pr中的任意一種或幾種組合。已經(jīng)有很多制備稀土摻雜釔鋁石榴石(RE:YAG)粉體的方法被公開出來。如濕化學(xué)法:化學(xué)沉淀法[非專利文獻(xiàn)1、2]、溶膠凝膠法[非專利文獻(xiàn)4、5]、醇鹽水解法[非專利文獻(xiàn)3]、水熱法[非專利文獻(xiàn)6]制備RE:YAG粉體和高溫固相法[非專利文獻(xiàn)7]制備RE: YAG粉體。
[0006]LED用熒光透明陶瓷形狀特征為薄片狀，尺寸通常為:I?1cmX I?1cmX0.01?
0.2cm。通常薄片狀陶瓷采用干壓或者流延成型。中國專利[CN 102924072A]采用了壓片和冷等靜壓的方式成型，燒結(jié)后通過磨制拋光得到Imm厚的熒光YAG透明陶瓷。這兩種工藝對設(shè)備模具要求高，工藝相對復(fù)雜，而且對于大尺寸薄片樣品不易成型。相比之下，凝膠注模成型技術(shù)可以成型各種復(fù)雜形狀的陶瓷素坯，工藝簡單、成本低，而且素坯具有很好的均勻性和機(jī)械強(qiáng)度。目前為止，沒有直接采用凝膠注模一步成型方法制備LED用熒光透明陶瓷薄片的報道。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
[非專利文獻(xiàn)I]劉景和，樸賢卿，盧利平，等.碳酸鹽共沉淀法制備Er:YAG透明激光陶瓷粉體[J].人工晶體學(xué)報，2004，33(3): 407-410.[非專利文獻(xiàn)2]楊勇.共沉淀法制備YAG粉體及其透明陶瓷的研究[D].長春理工大學(xué)，
2010.[非專利文獻(xiàn)3]仝世紅.醇水溶劑共沉淀法制備Nd:YAG粉體及透明陶瓷的研究[D].四川大學(xué)，2007.[非專利文獻(xiàn)4]王海麗，田庭燕，袁雷，等.溶膠-凝膠和冷凍干燥法制備Nd: YAG納米粉體及透明陶瓷的制備[J].硅酸鹽通報，2013，(12):2564-2567.[非專利文獻(xiàn)5]張大江，劉立強(qiáng).高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制備納米YAG粉體[J].山東陶瓷，2007,30(3):22-24.[非專利文獻(xiàn)6]李志強(qiáng)，趙起，莊云飛，等.水熱法制備YAG: Ce納米熒光粉[J].河北大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2009,29(2):133-136.[非專利文獻(xiàn)7 ]牟中飛，胡義華.YAG: Ce3+黃色熒光粉的高溫固相法制備[J].廣州化工，2011,39(8):1-2.。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于采用凝膠注模成型方法，結(jié)合兩層板組合模具，提供一種LED用熒光透明陶瓷薄片的一步成型厚度可控的制備方法。
[0009]本發(fā)明提供一種LED用熒光透明陶瓷薄片的制備方法，包括:
在去離子水中加入與水質(zhì)量比為2:1?5:1的稀土摻雜的釔鋁石榴石(RE:YAG)原料粉體、燒結(jié)助劑和分散劑混合球磨0.5?4小時得到均勻分散的水性漿料，再分別加入水溶性環(huán)氧樹脂和固化劑分別球磨I?4小時和0.1?I小時；其中所述RE: YAG粉體化學(xué)式為RexY3-χΑ?5θ?2，其中RE為Sc ,La ,Ce ,Tm ,Ho ,Sm ,Gd ,Dy ,Lu和Pr中的任意一種或幾種組合，χ為O?1.5；
將所述水性漿料注入由兩層板中間夾以墊條構(gòu)成的組合模具中成型得到陶瓷薄片素坯;其中所述墊條用以控制所述薄片素坯的厚度，墊條厚度為0.2?2_;所述兩層板尺寸相同，為6?12cm*6?12cm;
將所述陶瓷薄片素坯經(jīng)燒成工序和退火處理得到所述熒光透明陶瓷薄片。
[0010]此外，本發(fā)明還提供另外一種LED用熒光透明陶瓷薄片的制備方法，所述制備方法包括:
在包括Y2O3粉體、Al2O3粉體和RE2O3粉體的混合粉體中加入與所述混合粉體質(zhì)量比為1:2?1:5的去離子水、燒結(jié)助劑和分散劑混合球磨0.5?4小時得到均勻分散的水性漿料，再分別加入水溶性環(huán)氧樹脂和固化劑分別球磨I?4小時和0.1?I小時；其中Y203+RE203粉體與Al2O3粉體摩爾比為3: 5 ,RE2O3粉體摩爾分?jǐn)?shù)為0.001?50%，RE為Sc，La ,Ce，Tm，Ho，Sm，Gd，Dy，Lu和Pr中的任意一種或幾種組合；
將所述水性漿料注入由兩層板中間夾以墊條構(gòu)成的組合模具中成型得到陶瓷薄片素坯;其中所述墊條用以控制所述薄片素坯的厚度，墊條厚度為0.2?2_;所述兩層板尺寸相同，為6?12cm*6?12cm;
將所述陶瓷薄片素坯經(jīng)燒成工序和退火處理得到所述熒光透明陶瓷薄片。
[0011]本發(fā)明提供一種以漿料注模成型制備LED用熒光透明陶瓷薄片的方法，所制備的陶瓷薄片尺寸、厚度皆可控，樣品質(zhì)量高。
[0012]本發(fā)明使用的成型模具為兩層板組合模具，所述兩層板材料為玻璃、陶瓷、金屬或者塑料;所述墊條材料為塑料或橡膠等具有密封作用的材料。
[0013]本發(fā)明的制備方法將所述水性漿料注入組合模具中室溫條件原位固化I?6小時、并干燥得到所述陶瓷薄片素坯，其中所述干燥包括第一步在50?70°C干燥6?48小時以及第二步在100?120°C干燥6?48小時。
[0014]本發(fā)明的方法將所述陶瓷薄片素坯經(jīng)燒成工序和退火處理得到所述熒光透明陶瓷薄片。其中所述燒成優(yōu)選地包括預(yù)燒和真空燒結(jié)工序。所述預(yù)燒的工藝參數(shù)優(yōu)選以I?5°C/分鐘的升溫速率至600?1200°C，保溫2?12小時。所述真空燒結(jié)的工藝參數(shù)優(yōu)選以升溫速率I?5°C/分鐘，升溫到1700?1900°C，保溫3?24小時;所述退火處理的工藝參數(shù)包括升溫速率I?5°C/分鐘，升溫到1300?1600°C，保溫3?48小時。
[0015]本發(fā)明的制備方法將水溶性環(huán)氧樹脂和固化劑加入到水性漿料中，所述固化劑為能溶于水并使所述水溶性環(huán)氧樹脂固化的脂肪族多胺，優(yōu)選聚乙烯基亞胺、二丙三胺或四乙烯五胺，所述固化劑與水溶性環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為(0.2?3):1。
[0016]本發(fā)明的制備方法將水溶性環(huán)氧樹脂和固化劑加入到水性漿料中，所述水溶性環(huán)氧樹脂至少含有兩個環(huán)氧基團(tuán)且在水中溶解度不小于5%，所述水溶性環(huán)氧樹脂與水的質(zhì)量比為(0.01?0.6):1。
[0017]較佳地，所述水溶性環(huán)氧樹脂為山梨糖醇縮水甘油醚、丙三醇縮水甘油醚或乙二醇縮水甘油醚。
[0018]本發(fā)明的制備方法中，所述燒結(jié)助劑為正硅酸乙酯、氧化鎂、氧化硅、氟化鋰、氟化鈣、氟化鎂、氧化鋰、氧化鈉、氧化鈣、氧化鑭中的任意一種或幾種組合，且所述燒結(jié)助劑的加入量為所述RE: YAG粉體或者所述混合粉體的0.01?Iwt %。
[0019]本發(fā)明中的制備方法中，所述分散劑為聚電解質(zhì)類分散劑，優(yōu)選聚乙烯基亞胺、聚丙烯酸銨或聚丙烯酸鈉，且所述分散劑與水的質(zhì)量比為(0.01?0.2):1。
[0020]本發(fā)明是采用凝膠注模成型方法，結(jié)合多層板組合模具，提供一種LED用熒光透明陶瓷薄片的制備方法，國內(nèi)屬首次報道。凝膠注模成型方法，工藝簡單、制備效率高、成本低，尤其適合一步成型制備薄片形狀的陶瓷部件。本發(fā)明制備的陶瓷薄片尺寸，厚度皆可控，樣品質(zhì)量高，工藝簡單、制備效率高、成本低，大大拓寬了LED用RE: YAG透明陶瓷薄片的制備途徑。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一個實(shí)施示例中所述成型