[发明专利]用于高功率激光照明的复合陶瓷荧光体、制备方法及光源装置

说明书

本发明公开用于高功率激光照明的复合陶瓷荧光体，包含有，复合荧光体第一层，其为(Ce_xY_1‑x)₃Al₅O₁₂颗粒与Al₂O₃颗粒均匀交错构造的复相荧光体，(Ce_xY_1‑x)₃Al₅O₁₂颗粒的质量占比为30%~100%，Al₂O₃颗粒的质量占比为0~70%；以及，复合荧光体第二层，其为(Ce_yGd_zY_1‑y‑z)₃Al₅O₁₂颗粒与Al₂O₃颗粒均匀交错构造的复相荧光体，(Ce_yGd_zY_1‑y‑z)₃Al₅O₁₂颗粒的质量占比为30%~100%，Al₂O₃颗粒的质量占比为0~70%。本发明的优点：具有显著提高的热导率和显色指数、稳定的色温、优异的发光效率。

技术领域

本发明涉及激光领域，特别地是用于高功率激光照明的复合陶瓷荧光体、制备方法及光源装置。

背景技术

目前，商业化的白光照明主流方案为采用蓝光芯片激发不同颜色的荧光体来实现白光输出的白光LED照明。但是，随着驱动功率密度的增加，蓝光LED存在与散热无关的“效率骤降”现象，即在高功率密度下，出光效率快速衰减。近年来，各国科学家围绕LED“效率骤降”这一问题提出了一些改进措施，虽然在一定程度上提升了效率，但迄今为止并未从根本上克服功率与效率之间的矛盾。为了保证具有较高的转换效率，蓝光LED只能工作在较低的驱动功率密度下。这样导致单个蓝光 LED 器件只能产生少量光通量，严重影响大功率LED照明的推广普及。

与此同时，激光二极管（LD）具有诸多优点:（1）无“效率骤降”现象，在高电流密度下工作仍有高的转换效率，因此可以通过提高单芯片的出光强度来降低光源成本；（2）单色性好，可根据 LD 输出波长匹配合适的荧光体以实现高转换效率，目前产品化的半导体激光器的电光转换效率可达到 45%～55%；（3）体积更小、亮度更高，使终端照明体的设计拥有更大的设计自由度，同等亮度下的体积约为LED的1/3等。因此，科学家认为基于蓝光LD激发的白光光源是比较具有可塑性的新一代固态照明光源。

作为接受蓝色光而发出黄色光的荧光体，Ce:YAG由于具有发光效率高、化学稳定性好、无毒无辐射、自身寿命长、稳定性好、猝灭温度高和耐热耐辐射等优势，其黄色荧光粉已经成功商业化应用于LED和LD照明。但是黄色荧光粉封装中的有机树脂非常容易发生热老化，严重影响灯具的发光效率和发光的颜色，降低灯具寿命。而具有高均匀性、高光学透过率、高热导率和耐热老化特点的透明陶瓷更适合作为新一代黄色荧光体。

由于YAG:Ce黄色荧光材料缺乏红光，导致显色指数较低，石云等提出利用连接剂粘接(Ce_xY_1-x)₃Al₅O₁₂透明陶瓷荧光层与(Ce_yGd_zY_1-y-z)₃Al₅O₁₂透明陶瓷荧光层，形成双层陶瓷复合体，在引入Gd³⁺增加红光成分改善白光显色指数的同时，避免Gd³⁺的掺入降低发光效率。但是，位于中间层的连接剂热导率非常低，且稀土掺杂也会引起YAG基质的热导率显著降低，导致在高功率激光辐照密度下，复相荧光体无法高效散热，容易引起荧光体随温度升高转换效率降低，透射蓝光激光和发射黄光复合的出射白光色坐标漂移，严重时引发辐照损伤和缺陷裂纹产生，甚至形成开裂而影响激光照明灯具的使用寿命。