一种陶瓷-玻璃复合结构荧光色轮及其制备方法和在激光显示源中的应用技术

本发明专利技术提供一种陶瓷

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮及其制备方法和在激光显示源中的应用


[0001]本专利技术涉及新型显示光源材料领域，具体涉及一种激光显示应用陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮及其制备方法。

技术介绍

[0002]与传统的LCD液晶显示相比，激光显示在一系列性能指标上均表现出了显著的潜在优势。在激光显示系统中，除成像系统外，最重要的核心部件便是光源部分。现阶段主要通过组合三基色激光(即红、绿、蓝三束激光)来实现激光显示光源，但此方式面临成本过高、散斑消除困难以及不同颜色激光器性能匹配困难等问题(T.T.K.Tran,et al.,App.Optics,2016,55(6):1267
‑
1274)，严重阻碍了激光显示技术的市场化进程。为了避开三基色激光带来的瓶颈问题，另外一种采用蓝色激光激发荧光材料(“蓝光激光+荧光材料”)的技术方案被提了出来，即荧光激光显示，由于该方案中仅使用蓝色激光而显著降低了成本，规避了不同颜色激光器之间的匹配问题，而且无需消相干，成为了目前实现激光显示光源的最佳替代方案。
[0003]在上述荧光激光显示技术中，激光显示光源的核心技术是荧光色轮，它是决定激光显示终端的亮度、色域和寿命等关键性能的核心因素。由于高能量激光激发时会产生强烈的热效应，为了保证激光显示光源的发光效率及工作的稳定性，需要荧光色轮具有优异的散热性能及高温稳定性。而传统的固态照明封装材料(如有机树脂等)不但导热系数较低，而且在长时间、高功率激发光照射下也会出现变黄的现象，从而导致整个照明器件性能的劣化。荧光陶瓷材料具有优异的热导性能及高温稳定性，在激光显示及照明领域展现出了良好的应用优势。迄今为止，应用于激光显示(基于荧光色轮)的白光光源，同白光LED光源一样，主要通过采用蓝光激发黄色YAG:Ce
3+
荧光陶瓷而实现，但由于光源中红、绿光成分的缺少，导致最终激光光源存在着显色/色域偏低的问题(C.Cozzan,et al.,ACS Appl.Mater.Inter.,2018(10):5673
‑
5681)。
[0004]在传统LED白光光源技术中，通常采用添加氮化物红色荧光粉(CaAlSiN3:Eu
2+
)的方法来实现光源红光成分的提升。但氮化物荧光材料由于使用Si3N4作为原料，而Si3N4的扩散系数较低，因此难以利用原料直接制备出性能良好的氮化物荧光陶瓷材料。同时，由于氮化物荧光材料的高温稳定性较差，因此也难以利用复相陶瓷合成技术在保证氮化物荧光粉发光性能的前提下将其分散到相应的陶瓷基质中[Li S,et al.,J.Mater.Chem.C,2016,4(35):8197
‑
8205.]。当前，为了实现红色发光氮化物荧光材料在激光显示及照明领域的应用，通常将其与玻璃基质进行复合制备出荧光玻璃材料[Zhu Q Q,et al.,J.Alloy.Compd.,2017,702:193
‑
198]，或在陶瓷基板上将其制备成荧光玻璃薄膜[Jian Xu,etal.J.Eur.Ceram.Soc.,2020,40(13):4704
‑
4708]。但由于玻璃基质的热导率较低(～1Wm
‑1K
‑1)，难以快速耗散掉高功率激光激发时所产生的热量，导致红色发光氮化物荧光玻璃的光效较低，这使得当前红色氮化物荧光材料难以满足激光显示对高亮度光源的应用需
求。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮及其制备方法和在激光显示源中的应用。
[0006]一种陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮，所述陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮包括连续相多孔绿色发光荧光陶瓷基质及分布于其气孔中的红色发光荧光玻璃。
[0007]本专利技术提供的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮中荧光陶瓷基质的气孔率为5～40％，优选为10～20％，气孔直径范围为5～30微米，优选为10～20微米；荧光陶瓷基质为Y3‑
x
Ce
x
Al5‑
y
Ga
y
O
12
(0<x≤0.5，优选为0.05≤x≤0.14，0<y<5，优选为1≤y≤3)或Lu3‑
x
Ce
x
Al5O
12
(0<x≤0.5，优选为0.05≤x≤0.14)单一相结构或相应荧光粉与Al2O3组成的复相结构，优选为荧光粉与Al2O3组成的复相结构，荧光粉质量百分比在10～50％之间，优选为20～40％。
[0008]本专利技术提供的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮中红色发光荧光玻璃为CaAlSiN3:Eu(Ca1‑
x
Eu
x
AlSiN3，0<x≤0.5，优选为0.05≤x≤0.14)荧光粉与玻璃粉的混合相，荧光粉质量百分比在30～70％之间，优选为40～60％。
[0009]本专利技术还提供一种陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮的制备方法，包括以下步骤：
[0010]a)将绿色发光荧光粉和Al2O3粉体混合后通过干压成型获得陶瓷坯体，将陶瓷坯体通在高温条件下进行烧结获得多孔绿色发光荧光陶瓷基质；
[0011]b)将红色发光荧光粉与玻璃粉在无水乙醇中通过球磨混合获得荧光玻璃浆料，然后将上述荧光陶瓷基质放入荧光玻璃浆料中进行浸泡，待无水乙醇挥发完全后，将吸附有红色发光荧光粉与玻璃粉的荧光陶瓷基质经低温烧结获得具有陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮。
[0012]所述步骤a)中，陶瓷坯体的烧结为还原气氛常压烧结，烧结温度为1200～1600℃，优选为1300～1400℃，保温时间为1～5小时，优选为2～3小时，烧结气氛为氮气或氮/氢混合气，优选为氮/氢混合气。进一步优选，烧结温度为1300～1400℃，保温时间为3～4小时，烧结气氛为氮气或氮/氢混合气。
[0013]所述步骤b)中荧光玻璃浆料的固含量在5～50vol％之间，优选为20～30vol％之间。
[0014]所述步骤b)中低温烧结为还原气氛常压烧结，烧结温度为400～800℃，烧结温度根据玻璃粉软化温度进行优化，保温时间为5～30分钟，优选为10～15分钟，烧结气氛为氮气或氮/氢混合气，优选为氮/氢混合气。进一步优选，烧结温度为650～700℃，保温时间为5～10分钟，烧结气氛为氮气或氮/氢混合气。
[0015]所述的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮在蓝色激光激发下可以实现高亮度红、绿、蓝三基色发光，提高获得白光的显色指数和色域。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0017]本专利技术获得的陶瓷
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮，其特征在于，所述陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮包括连续相多孔绿色发光荧光陶瓷基质及分布于其气孔中的红色发光荧光玻璃。2.根据权利要求1所述的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮，其特征在于，所述的多孔绿色发光荧光陶瓷基质的气孔率为5～40％，气孔直径范围为5～30微米。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮，其特征在于，所述的多孔绿色发光荧光陶瓷基质为绿色发光荧光粉单一相结构或者为绿色发光荧光粉与Al2O3组成的复相结构；所述的绿色发光荧光粉为YAGG:Ce或LuAG:Ce。4.根据权利要求3所述的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮，其特征在于，所述的复相结构中绿色发光荧光粉质量百分比为20～40％。5.根据权利要求1所述的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮，其特征在于，所述的红色发光荧光玻璃为红色发光荧光粉与玻璃粉的混合相。6.根据权利要求5所述的陶瓷
‑
玻璃复合结构荧光色轮，其特征在于，所述的红色发光荧光粉为Ca1‑
x
Eu
x
AlSiN3荧光粉，0&lt...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾强强，殷召敏，王乐，翟玥，张宏，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：