CN105399325A - 用于白光LED的Ce：YAG荧光玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于白光LED的低软化点Ce：YAG荧光玻璃及其制备方法，其是在氧化物玻璃基体中均匀分散有Ce：YAG微晶，所述Ce：YAG微晶的添加量为氧化物玻璃基体重量的1～20％。该荧光玻璃的制备方法包括如下步骤：将几种氧化物粉体混合均匀后，熔化，得到玻璃熔体；将所述玻璃熔体快速倒入冷水中，得到玻璃碎渣；将所述玻璃碎渣捣碎并磨成均匀粉末后，过筛；将过筛后的玻璃粉末Ce：YAG荧光微晶混合均匀后，加热后取出，成型，得到坯体；将所述坯体进行退火，得到白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃。本发明配方组分少，原料价格低，玻璃软化点低，制作工艺简单，适合大量生产。得到的荧光玻璃材料透明度高。

Description

用于白光LED的Ce：YAG荧光玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃及其制备方法，属于发光材料领域。

背景技术

目前，白光发射二极管(LED)照明灯具有节能、环保、长寿命、强可设计性等多方面优点，受到了人们的极大关注，正逐步取代传统的白炽灯、荧光灯。常见的白光LED实现的方式为蓝光LED芯片上涂敷能被蓝光激发的发射黄光的荧光粉，蓝光和黄光混合形成白光。但是涂敷的荧光粉在涂敷之前需要和环氧树脂等粘结剂混合，环氧树脂等粘合剂的导热性和化学稳定性差，环氧树脂容易老化，荧光材料容易光衰，造成白光LED灯色偏、失效。

针对此问题，该领域研究者进行了各种努力。有机材料研究者研究环氧树脂等粘结剂，提高粘结剂的热导率和化学稳定性，但目前这一工作还有待进一步开展或提高；荧光粉研究者通过研究荧光粉的合成配方、工艺和后处理，提高荧光粉的稳定性。

近年，又出现一种荧光玻璃材料，它是在无机玻璃基体中均匀分布荧光颗粒的复合材料。玻璃的热导率比环氧树脂粘结剂大，化学稳定性高，可以有效保护荧光颗粒，使其光色稳定，使用寿命长。因此，可以代替荧光涂敷这一方式，有效解决白光LED光衰的问题。

目前出现的某些用于白光LED荧光玻璃材料的专利技术，如下：

日本电气硝子株式会社与京都大学申请的PCT公开号为WO2005/097938A1的专利“荧光物质和LED”，公开了一种含Ce:YAG荧光晶相的荧光玻璃。由于玻璃基体组分中主要为硅铝氧化物，材料透明性差，高温晶化析出的微晶晶格缺陷较多等原因，导致其发光效率较低。

武汉理工大学申请了中国发明专利CN101643315B的专利“白光LED用低软化点荧光玻璃及其制备方法”，公开了一种含Ce:YAG荧光晶相的荧光玻璃，玻璃基体组分为Na₂O-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO-K₂O，玻璃组分物质较多，玻璃体透明性较低，导致发光效果不好。

中国专利CN103183473A的专利“用于白光LED的Ce:YAG微晶玻璃及其制备方法”，公开了一种含Ce:YAG荧光晶相的荧光玻璃，玻璃基体组分为TeO₂-GeO₂-ZnO-K₂O-SiO₂-B₂O₃-Sb₂O₃-……，玻璃组分的原材料中TeO₂、GeO₂等价格较贵，不适合民用LED荧光材料的规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉、制作工艺简单的Ce:YAG荧光玻璃及其制备方法。材料配方组分少，烧结温度低，得到的荧光玻璃透明度高，能与蓝光LED组合实现白光LED。

第一方面，本发明提供了一种用于白光LED的低软化点Ce：YAG荧光玻璃，其是在氧化物玻璃基体中均匀分散有Ce：YAG微晶，所述Ce：YAG微晶的添加量为氧化物玻璃基体重量的1～20％。

作为优选方案，所述氧化物玻璃基体由按摩尔百分数计的如下组分组成：

PbO：0～60％；B₂O₃：20～60％；ZnO：0～30％、SiO₂：0～10％。

作为优选方案，所述Ce：YAG微晶的添加量为氧化物玻璃基体重量的2～8％。

第二方面，本发明还提供了一种低软化点Ce：YAG荧光玻璃的制备方法，其包括如下步骤：

a)将PbO、B₂O₃、ZnO、SiO₂粉体混合均匀后，在500～1100℃下熔化，得到玻璃熔体；

b)将所述玻璃熔体快速倒入冷水中，得到玻璃碎渣，迅速倒入水中以达到急速冷却的效果；

c)将所述玻璃碎渣捣碎并磨成均匀粉末后，过100～325目筛；

d)将过筛后的玻璃粉末Ce：YAG荧光微晶混合均匀后，在500～700℃下保温20～60min后取出，成型，得到坯体；

将所述坯体在200～400℃下退火，得到白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃。

第三方面，本发明还提供了另一种低软化点Ce：YAG荧光玻璃的制备方法，其包括如下步骤：

a)将软化温度小于500～700℃并且在此温度下能完全熔融的玻璃在500～1100℃下熔化，得到玻璃熔体；

b)将所述玻璃熔体快速倒入冷水中，得到玻璃碎渣；

c)将所述玻璃碎渣捣碎并磨成均匀粉末后，过100～325目筛；

d)将过筛后的玻璃粉末Ce：YAG荧光微晶混合均匀后，在500～700℃下保温20～60min后取出，成型，得到坯体；

e)将所述坯体在200～400℃下退火，得到白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃。

本技术中的玻璃配方，不会与Ce：YAG粉发生化学反应，并且软化点低，形成玻璃粉后与Ce：YAG粉混合，此时需在500～700℃下的较低温度下处理成型。若采用通常的玻璃，熔化(非软化)的温度区间高于700℃，混合在一起的Ce：YAG粉的荧光性能将大大失效。

该荧光玻璃内部结构为在氧化物玻璃基体中均匀镶嵌了Ce：YAG微晶，在蓝光激发条件下，可实现黄光发射，从而组合产生白光。

与现有技术相比，本发明提出一种廉价的、新的组分配方的荧光玻璃及其制备方法，软化点低，工艺简单，材料配方组分少，原料价格低，能保证白光LED荧光材料的耐久性、稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是实施例1荧光玻璃的实物照片；

图2是采用实施例1制备的荧光玻璃与蓝光芯片一起封装后的实物图；

图3是蓝光芯片光源光谱图；

图4采用实施例1制备的荧光玻璃与蓝光芯片一起封装后的光谱图；

图5采用实施例1制备的荧光玻璃与蓝光芯片一起封装后的白光色品图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

一种白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃及其制备方法，它按下述步骤依次进行：

将PbO、B₂O₃、ZnO、SiO₂粉体原料按照一定比例称量，混合均匀，备用；

将混合均匀的粉末均匀熔化，熔化温度500～1100℃，保温1～3小时，得到玻璃熔体；将玻璃熔体快速倒入冷水中，得到玻璃碎渣；

将玻璃碎渣捣碎并磨成均匀粉末，并将粉末过100～325目筛；

将玻璃粉末与一定质量的Ce：YAG荧光微粉(Ce：YAG荧光微粉的含量为玻璃基体的1～20wt％)均匀混合，备用；

将混合均匀的玻璃-荧光粉末直接放入温度500～700℃电阻炉内，保温20～60min；

保温后取出，迅速倒入模具中成型所需形状，并置于温度200～400℃的电阻炉内退火冷却，从而获得白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃。

实施例1

按48％PbO：33％B₂O₃：14％ZnO：5％SiO₂(mol比例)称量粉体原料，混匀后熔化，温度为800℃，保温3小时，按上述步骤得到玻璃粉后，加入3wt％的Ce：YAG荧光微粉，混匀后用坩埚盛放，直接放入600℃的电阻炉内，保温30min后成型，退火温度300℃，得到荧光玻璃片。

荧光玻璃片如图1，观察表明该工艺制备的材料均匀度好，含有钇铝石榴石晶相(YAG)已均匀分布在玻璃基体中。荧光玻璃片经过研磨抛光后，与蓝光芯片一起封装，实物如图2。图3为蓝光光谱图，峰值波长为450nm，在该蓝光激发下，该荧光玻璃材料发射黄光，与蓝光芯片发射的蓝光复合成白光，如图4光谱图所示。从图5色品图可知，位于正白光区域，属正白光。

实施例2

按48％PbO：33％B₂O₃：14％ZnO：5％SiO₂(mol比例)称量粉体原料，混匀后熔化，温度为800℃，保温3小时，按上述步骤得到玻璃粉后，加入5wt％的Ce：YAG荧光微粉，混匀后用坩埚盛放，直接放入600℃的电阻炉内，保温30min后成型，退火温度300℃，得到荧光玻璃片。研磨抛光后与蓝光芯片发射的蓝光复合成正白光。

实施例3

按48％PbO：33％B₂O₃：14％ZnO：5％SiO₂(mol比例)称量粉体原料，混匀后熔化，温度为800℃，保温3小时，按上述步骤得到玻璃粉后，加入2wt％的Ce：YAG荧光微粉，混匀后用坩埚盛放，直接放入600℃的电阻炉内，保温30min后成型，退火温度300℃，得到荧光玻璃片。研磨抛光后与蓝光芯片发射的蓝光复合成正白光。

实施例4

按52％PbO：33％B₂O₃：10％ZnO：5％SiO₂(mol比例)称量粉体原料，混匀后熔化，温度为800℃，保温3小时，按上述步骤得到玻璃粉后，加入3wt％的Ce：YAG荧光微粉，混匀后用坩埚盛放，直接放入600℃的电阻炉内，保温30min后成型，退火温度300℃，得到荧光玻璃片。研磨抛光后与蓝光芯片发射的蓝光复合成正白光。

实施例5

按52％PbO：33％B₂O₃：10％ZnO：5％SiO₂(mol比例)称量粉体原料，混匀后熔化，温度为800℃，保温3小时，按上述步骤得到玻璃粉后，加入5wt％的Ce：YAG荧光微粉，混匀后用坩埚盛放，直接放入600℃的电阻炉内，保温30min后成型，退火温度300℃，得到荧光玻璃片。研磨抛光后与蓝光芯片发射的蓝光复合成正白光。

实施例6

按52％PbO：33％B₂O₃：10％ZnO：5％SiO₂(mol比例)称量粉体原料，混匀后熔化，温度为800℃，保温3小时，按上述步骤得到玻璃粉后，加入2wt％的Ce：YAG荧光微粉，混匀后用坩埚盛放，直接放入600℃的电阻炉内，保温30min后成型，退火温度300℃，得到荧光玻璃片。研磨抛光后与蓝光芯片发射的蓝光复合成正白光。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种用于白光LED的Ce：YAG荧光玻璃，其特征在于，是在氧化物玻璃基体中均匀分散有Ce：YAG荧光微晶，所述Ce：YAG荧光微晶的添加量为氧化物玻璃基体重量的1～20％。

2.如权利要求1所述的低软化点Ce：YAG荧光玻璃，其特征在于，所述氧化物玻璃基体由按摩尔百分数计的如下组分组成：

PbO：0～60％；B₂O₃：20～60％；ZnO：0～30％、SiO₂：0～10％。

3.如权利要求1所述的低软化点Ce：YAG荧光玻璃，其特征在于，所述Ce：YAG微晶的添加量为氧化物玻璃基体重量的2～8％。

4.一种如权利要求1、2或3所述的Ce：YAG荧光玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将PbO、B₂O₃、ZnO、SiO₂粉体混合均匀后，在500～1100℃下熔化，得到玻璃熔体；

b)将所述玻璃熔体快速倒入冷水中，得到玻璃碎渣；

c)将所述玻璃碎渣捣碎并磨成均匀粉末后，过100～325目筛；

d)将过筛后的玻璃粉末Ce：YAG荧光微晶混合均匀后，在500～700℃下保温20～60min后取出，成型，得到坯体；

e)将所述坯体在200～400℃下退火，得到白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃。

5.一种如权利要求1、2或3所述的荧光玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将软化温度小于500～700℃并且在此温度下能完全熔融的玻璃在500～1100℃下熔化，得到玻璃熔体；

b)将所述玻璃熔体快速倒入冷水中，得到玻璃碎渣；

c)将所述玻璃碎渣捣碎并磨成均匀粉末后，过100～325目筛；

d)将过筛后的玻璃粉末Ce：YAG荧光微晶混合均匀后，在500～700℃下保温20～60min后取出，成型，得到坯体；

e)将所述坯体在200～400℃下退火，得到白光LED用低软化点Ce：YAG荧光玻璃。