CN201180107Y - 模造荧光玻璃镜片 - Google Patents

Abstract

一种模造荧光玻璃镜片(Molded fluorescent glass lens)，其是先利用荧光材料涂布于玻璃预形体(glass perform)之表面上或模具模仁之模穴表面上，再利用玻璃模造(glass molding)制造方法，通过模具模仁的加热加压以将玻璃预形体铸造(casting)成形一模造荧光玻璃镜片，使该模造荧光玻璃镜片不但具有模造成形(molded forming)镜片的形状与光学特性，且具有一由荧光材料压渗入玻璃内所形成的荧光外表层而兼具有荧光特性，可应用于作为道路等目的使用的反光体，亦可应用于白光发光二极体或光学元件。

Description

模造荧光玻璃镜片

技术领域

本实用新型是有关一种模造荧光玻璃镜片(molded fluorescent glass lens)，尤指一种具有荧光表层的玻璃镜片。

背景技术

荧光玻璃镜片(fluorescent glass lens)为具有玻璃镜片的特性并具有荧光特性的镜片，已大量应用于白光发光二极体(white light emitting diode，white LED)或光学元件(optical elements)上。例如：如日本专利JP2001184921、JP2003197978、JP2006052345、JP2002252372；美国专利US2004/257797、US6956243、US20070114914；德国专利202007001048.6等所揭露，其是通过LED晶体发出光线，经过含有荧光特性的镜片，激发荧光而产生白光，该含有荧光特性的镜片称为波长转换元件(wavelength-converting elements)，该波长转换元件可为塑胶或玻璃制成。在道路或标志使用的玻璃反光体(reflector shall)，如美国专利US 5,825,544、US 6,398,369，亦揭露荧光的使用。以玻璃制成的波长转换元件即为荧光玻璃镜片，荧光玻璃镜片在产业上有相当的运用。

目前，白光LED的封装上，商用化技术包括了利用RGB(红绿蓝)三色晶片，或蓝光LED加上具有黄色荧光材料的波长转换元件，或蓝光LED加上绿色及红色荧光材料的波长转换元件，或UV(紫外线)LED加上RGB荧光材料的波长转换元件，或使用ZnSe荧光材料散发出白光。

传统上荧光玻璃镜片可使用表面烧结(enameling)的方式制造，如中国专利CN1557777所教导，但该方法难以精密化；现代技术则是以玻璃模造技术来制造荧光玻璃镜片，目前已有下列各种不同结构及不同制法：一种是将荧光材料均匀混入玻璃内而制成荧光玻璃镜片如美国专利US2002/07049、US2004/0166320及日本专利JP2003258308、JP2006052345、JP2005/011429等所揭露；具体过程如图3所示，先将荧光材料3均匀混入玻璃材料内以制成预形体(preform)8，再以玻璃模造方法(glass molding)制成荧光玻璃镜片2；此种荧光玻璃镜片虽可具有模造镜片之形状、光学特性(光学面)及荧光效果，但其机械强度因添加荧光材料于玻璃内而降低。另一种是将荧光材料与其他材料先制成薄膜(film)再压制(press)或喷涂固化于玻璃镜片上，如日本专利JP63169370、JP57113546、JP2001215301等，具体过程如图1所示，先以玻璃模造方法制成一玻璃镜片2，再将荧光膜5压制(或贴附)于玻璃镜片2上而形成一荧光玻璃镜片。另一种是将荧光材料涂布于玻璃镜片上，再覆以玻璃或其他材料之透光片(transparent layer)6，如日本专利JP8017343、JP2004158695、JP2005246926、JP2004088009等；说明如图2所示，先以玻璃模造制造技术制成一玻璃镜片2，再将荧光材料3夹于一透光片6与玻璃镜片2之间，再压制形成一荧光玻璃镜片；此种荧光玻璃镜片因增加制造程序，致相对具有成本较高的问题。

为使玻璃镜片具有预定的形状或光学面，最常使用玻璃精密模造(glassprecision molding manufacture)技术，其是将接近成品规格之玻璃预形体(glasspreform)或玻璃材料置入模造模具之上模仁(或称第一模仁)及下模仁(或称第二模仁)中；再进行加热至玻璃材料软化点，在玻璃工艺中称为火抛；再进行上模仁与下模仁闭合之铸造(casting)过程，并于一预定时间后降温，在玻璃工艺中称为退火(annealing)；再分离上模仁与下模仁取出模造玻璃镜片；此制造方法可方便、快速、且避免玻璃研磨而精确制成达到规格的光学镜片，如本实用新型之发明人之一所发明之台湾专利I265913号，或台湾专利申请号093128938、美国专利US6766661、US2005028558、US20070171535、US2004194508、US2007204655、US2007204654、US5762673及日本专利JP7315853、JP11171555等。其中玻璃预形体可为固化的玻璃球(glass ball)、玻璃滴(glass gob)、玻璃碟(glass disk)、方型玻璃(glass cube)、或接近成品形状之预形体(preform)等，也可为熔融玻璃滴(melting glass drop)。但通常玻璃精密模造时，为避免玻璃镜片沾粘于模仁上不易脱离，常必须添加使用碳粉(carbon rich material)或其他有助于脱模(de-molding)的脱模剂(releaser)于模仁(模穴)上或玻璃预形体上，如美国专利US2006026992所揭露；常用的材料如碳粉膜(carbon film)如US5851252所揭露，或如无机氧化物(inorganic oxide)或贵金属(novel composition)如美国专利US4071368、US5720791及日本专利JP9227137所揭露；此也相对增加制造时的复杂度与成本。

由于荧光玻璃镜片有实际且广泛的用途，且玻璃精密模造(glass precisionmolding)制造方法为一玻璃镜片快速、方便的制程，因此特别发展一种简单结构的荧光玻璃镜片，既能为玻璃精密模造所制造，又能免去将荧光材料先混入玻璃材料内或制成如三明治的荧光夹层的繁复程序，更能降低或免除脱模剂的使用，因此可相对提升制造效能、降低成本，并促进产业进步。

发明内容

本发明主要目的乃在于提供一种模造荧光玻璃镜片，该模造荧光玻璃镜片具有模造玻璃镜片的预定形状与光学特性且具有荧光材料表层而具有荧光特性，可供为LED的荧光透镜(fluorescent lens)、其他使用目的的光学元件(opticalelements)或道路或标志使用的反光体(reflector shall)。该模造荧光玻璃镜片可替代现有LED的混有荧光材料的玻璃透镜其形状受限或难以构成复杂的光学面的缺点。

本实用新型提供了一种模造荧光玻璃镜片，其是一利用玻璃精密模造(glassprecision molding)制造方法而模造成形(molded forming)的模造玻璃镜片，使其具有模造成形(molded forming)镜片之形状与光学特性，并具有一由荧光材料压渗入玻璃内而形成之荧光外表层以具有荧光特性；其中，该荧光外表层是利用荧光材料(phosphor material)先涂布于玻璃预形体(glass preform)或模具模仁(moldcore)之模穴表面上，再利用玻璃精密模造(glass precision molding)制造方法以铸造(casting)成形一模造玻璃镜片，使该荧光材料可在模具加热加压之铸造(casting)过程中同时压渗入模造玻璃镜片之玻璃表层内而构成；藉此，该模造荧光玻璃镜片可克服现有LED以均匀混合荧光材料之玻璃预形体制成致机械强度不足或使用塑胶材质制成致产生材质老化的问题，并改善使用塑胶材质致抗温性不足或因制造程序繁复致无法降低成本的缺点。

本实用新型提供的模造荧光玻璃镜片，其中该荧光材料可选用适合玻璃转化温度之高温环境下使用的荧光材料，包含：含有铈(Ce)与铽(Tb)元素之钇铝石榴石结构(yttrium-aluminum-garnet)荧光粉(简称为YAG荧光粉)，或含有铈(Ce)与铽(Tb)或钇(Y)、钆(Gd)、镧(La)元素之石榴石结构荧光粉(简称为TAG荧光粉)荧光粉，或含有II A族金属、稀土族元素与氮烧结而成之氮化物荧光体(Nitride Phosphor)之任一种。

附图说明

图1是现有技术利用荧光膜压制于玻璃镜片以形成荧光玻璃镜片之示意图；

图2是现有技术利用玻璃镜片加上荧光材料再外加透光片以压制成荧光玻璃镜片之示意图；

图3是现有技术利用含有荧光材料于玻璃材料内部或将荧光材料与玻璃材料粉混合后的预形体压制成荧光玻璃镜片之示意图；

图4A是本实用新型模造荧光玻璃镜片一实施例示意图；

图4A’是图4A中一局部之放大示意图；

图4B是本实用新型模造荧光玻璃镜片另一实施例具有红色(以○代表)、黄色(以×代表)、蓝色(以△代表)荧光材料之示意图；

图4B’是图4B中一局部之放大示意图；

图5是本实用新型模造荧光玻璃镜片使用粉末喷枪涂布荧光材料之制造方法示意图；

图6是本实用新型模造荧光玻璃镜片使用毛刷涂布荧光材料之制造方法示意图；

图7是本实用新型模造荧光玻璃镜片使用静电喷涂装置涂布荧光材料之制造方法示意图；

图8是本实用新型模造荧光玻璃镜片使用滴状玻璃预形体之模制造方法示意图；

图9是本实用新型模造荧光玻璃镜片使用球状玻璃预形体之制造方法示意图；

图10是本实用新型模造荧光玻璃镜片使用块状玻璃预形体之制造方法示意图；

图11是本实用新型模造荧光玻璃镜片使用玻璃熔滴装置制成玻璃熔滴之制造方法示意图；

图12是本实用新型模造荧光玻璃镜片之模造制程之温度、压力控制示意图。

附图标记说明：1：模造荧光玻璃镜片(molded fluorescent glass lens)；2：玻璃镜片(glass lens)；3：荧光材料(inorganic phosphor material)；4：玻璃预形体(glassperform)；5：荧光膜(fluorescent film)；6：透光片(transparent layer)；7：玻璃熔滴(melting glass drop)；8：混有荧光材料之玻璃预形体(glassmixed withfluorescent)；9：滴状玻璃预形体(glass gob)；9a：玻璃预形体；11：第一模仁(firstmold core)；12：第二模仁(second mold core)；13：模仁轴套(moldjacket)；14：第一模座(first mold base)；15：第二模座(second mold base)；16：加热装置(heater)；17：粉末喷枪(dispenser)；18：毛刷(brush)；19：静电喷涂装置(electrostatic)；20：夹钳(clam)；21：玻璃熔滴装置(glass melter)；31：红色荧光材料(red phosphormaterial)；32：黄色荧光材料(yellow phosphor material)；33：蓝色荧光材料(bluephosphor material)。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行说明。参考图4A、4A’，本实用新型的模造荧光玻璃镜片1是包含一具有预定镜片形状之玻璃镜片2及在该玻璃镜片2之表层经玻璃模造方法而压渗入的荧光材料3所构成；其特征在于：该模造荧光玻璃镜片1之表层内以玻璃模造方法将荧光材料3压渗入，使玻璃镜片2具有预定之镜片形状及光学特性，且具有荧光特性；其中，玻璃镜片2之玻璃材料与荧光材料3并不限制；兹以下列二实施例分别说明本实用新型模造荧光玻璃镜片1之结构：

<实施例一>

如图4A、4A’，本实施例之模造荧光玻璃镜片1是应用于白光LED之荧光玻璃镜片，当GaN发光二极体(light emitting diode，简称为LED)受激发发出蓝光时，经过荧光玻璃镜片可形成波长转换而形成白色光线。本实施例模造荧光玻璃镜片1之玻璃镜片2是由B₂O₃(三氧化二硼)、SiO₂(二氧化硅)为主要成份所构成，而荧光材料3则选用含有铈(Ce，Cerium)与铽(Tb，terbium)元素之钇铝石榴石结构(yttrium-aluminum-garnet)荧光粉(简称为YAG荧光粉，YAG phosphor)，经以玻璃模造(glass molding)制造方法，在超过玻璃转化点的温度下进行模造，由于玻璃镜片2之玻璃材料已超过玻璃转化温度而软化，通过模造之模仁加压下，将YAG荧光粉(YAG phosphor)之荧光材料3压入软化的玻璃材料表层而形成荧光外表层，由此制成模造荧光玻璃镜片1。

模造荧光玻璃镜片1是利用玻璃模造方法所制成，可参考图5所示，其是将玻璃预形体4置入模造第一模仁11(或称上模仁)及第二模仁12(或称下模仁)中，再将荧光材料3以刷涂或喷涂等方式涂布于第一模仁11、第二模仁12或玻璃预形体4上，进行加热至玻璃材料软化点以上，再进行第一模仁11与第二模仁12闭合之铸造(casting)过程，于预定时间后降温，再分离第一模仁11与第二模仁12取出模造荧光玻璃镜片1；其中，涂布的方式或玻璃预形体4的形式则不受限制。

若荧光材料3是选用TAG荧光剂(terbium-aluminum garnet，TAG phosphor)，则玻璃预形体4(即玻璃镜片2)选用低温玻璃材料为最佳，其中，TAG荧光剂为石榴石结构，主要成份为铈(Ce，Cerium)与铽(Tb，terbium)或钇(Y，Yttrium)、钆(Gd，Gadolinlium)、镧(La，Lanthanum)等；若玻璃预形体4(即玻璃镜片2)使用以Na2CO3、H3BO3、SiO2、TiO2为主要成份所组成，则荧光材料3以选用氮化物荧光体为最佳，其中，氮化物荧光体主要成份为II A族之金属、稀土族与氮烧结而成。

<实施例二>

如图4B、4B’所示，其中荧光材料3可选用由红色荧光材料31(以○代表)、黄色荧光材料32(以×代表)与蓝色荧光材料33(以△代表)混合成之荧光材料，经由玻璃模造(glass molding)制程后，制成一在表层具有红、黄、蓝色荧光材料3之模造荧光玻璃镜片1；本实施例之模造荧光玻璃镜片1可使用于白光LED上，或使用于UV-LED(紫外线发光二极体)上，使UV-LED受激发发出紫外线(UV)时，照射于表层具有红、黄、蓝色荧光材料之模造荧光玻璃镜片1，而产生白光。在本实施例使用的红、黄、蓝色(无机)荧光材料3，其中黄色荧光材料32可为黄色YAG荧光粉(YAG phosphor)、TAG荧光剂(TAGphosphor)或氮化物荧光体(Nitride Phosphor)；红色(无机)荧光材料31可选用由Y2O3与Eu2O3(Y-钇，Yttrium；Eu-铕，Europium)为主要元素所组成；蓝色(无机)荧光材料33可选用由ZnS是添加Ag、Cl为主要元素所组成。

本实用新型之模造荧光玻璃镜片1之制造方法，可称为荧光粉压渗玻璃(Phosphor powder Inserted Glass Surface，简称为PIGS)制造技术，其是先利用荧光材料3涂布于玻璃预形体(glass perform)4之表面上或模具之模仁11、12(mold core)之模穴表面上，再利用玻璃模造(glass molding)制造方法，藉模具模仁之加热加压以将玻璃预形体4铸造(casting)成形一模造荧光玻璃镜片1；由于本实用新型模造荧光玻璃镜片1可采用不同步骤之制造方法制成，兹以下列各种制造方法之实施例分别说明如下：

<实施例一>

参照图5，模造荧光玻璃镜片1的制造方法包括以下步骤：步骤一，先准备一玻璃预形体4；步骤二，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于第二模仁12的模穴表面上；步骤三，将玻璃预形体4置入喷涂有荧光材料3的第二模仁12模穴上；步骤四，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于玻璃预形体4表面上；步骤五，对第一模仁11及第二模仁12进行加热至玻璃预形体4的玻璃转化点温度Tg以上(在本实施例为Tg+20℃)，使该玻璃预形体4软化，再以压力P1(在本实施例为P1＝1.25KN)对第一模仁11及第二模仁12加压，此时第一模仁11受第一模座14压力而于模仁轴套13中向下运动，第二模仁12受第二模座15压力而于模仁轴套13中向上运动，而在第一模仁11与第二模仁12闭合的铸造(casting)成形过程中，使荧光材料3压渗入玻璃预形体4的表层内，且软化的玻璃预形体4被第一模仁11及第二模仁12铸造成一具有预定的形状及光学特性(光学面)的玻璃镜片；在本实施例，使用的温度与压力随时间变化如图12所示；步骤六，将第一模仁11及第二模仁12降温至玻璃转化点温度Tg以下(本实施例为240℃)，再降低压力而分开第一模仁11及第二模仁12，此时具有预定的形状及光学特性(光学面)的模造荧光玻璃镜片1已制成；步骤七，自第二模仁12上取出模造荧光玻璃镜片1。

其中步骤五的温度、压力控制程序如图12所示，先对第一模仁11、第二模仁12加温至T₀，T₀通常高于玻璃转化温度Tg约10℃-80℃，本实施例为T₀＝Tg+20℃，此时尚未加压，压力为P₀＝0.01KN；在保持一段时间后，玻璃预形体4开始软化，于t₁开始加压至P₁，并以此压力保持至t₂时间，在本实施例P₁＝10KN；于t₂时间开始，使温度由T₁逐渐降低至T₅、T₃达到T₆，压力也以阶梯式由P₁降低至P₂、P₃、P₄；其中T₆通常为低于玻璃转化温度Tg约10℃-30℃，于本实施例T₆＝Tg-20℃，P₄＝1.2KN；在t₅时间开始，阶段降压至P₄压力，并持续降温至T₄，当温度降至T₄时于t₆时间分离第一模仁11及第二模仁12，取出荧光玻璃镜片1成品；在本实施例T₄为200℃。

<实施例二>

参照图6，模造荧光玻璃镜片1的制造方法包括以下步骤：步骤一，先准备一玻璃预形体4；步骤二，将玻璃预形体4置入第二模仁12模穴上；步骤三，使用毛刷18将荧光材料3刷涂于玻璃预形体4表面上的预定区域，此预定区域为3mm宽；步骤四，对第一模仁11及第二模仁12进行加热至玻璃预形体4的玻璃转化点温度Tg+20℃，使该玻璃预形体软化，再以P₁＝10KN对第一模仁11及第二模仁12加压，此时第一模仁11受第一模座14压力而于模仁轴套13中向下运动，第二模仁12受第二模座15压力而于模仁轴套13中向上运动，使荧光材料3压渗入玻璃预形体4表层内，且软化的玻璃预形体4被第一模仁11及第二模仁12铸造成一具有预定的形状及光学特性(光学面)的玻璃镜片；步骤五，将第一模仁11及第二模仁12降温至玻璃转化点温度以下约240℃时，将第一模仁11及第二模仁12降低压力而分开第一模仁11及第二模仁12，此时具有预定的形状及光学特性(光学面)的模造荧光玻璃镜片1已制成；步骤六，自第二模仁12上取出模造荧光玻璃镜片1，该模造荧光玻璃镜片1只在单一个光学面上有3mm宽度的荧光表层。此模造荧光玻璃镜片1当用于LED时，可发出蓝色光线但有3mm宽的白光的特殊效果。

<实施例三>

参照图7，模造荧光玻璃镜片1的制造方法包括以下步骤：步骤一，先准备一玻璃预形体4；步骤二，使用静电喷涂装置19将荧光材料3喷涂于玻璃预形体4上；步骤三，将喷涂有荧光材料3的玻璃预形体4使用夹钳20置入第二模仁12模穴上；步骤四，对第一模仁11及第二模仁12进行加热至玻璃预形体4的玻璃转化点温度玻璃转化点温度Tg+20℃，使该玻璃预形体4软化，再以P1＝10KN的压力对第一模仁11及第二模仁12加压，此时第一模仁11受第一模座14压力而于模仁轴套13中向下运动，第二模仁12受第二模座15压力而于模仁轴套13中向上运动，使荧光材料3压渗入玻璃预形体4表层内，且软化的玻璃预形体4被第一模仁11及第二模仁12铸造成形一具有预定的形状及光学特性(光学面)的玻璃镜片；步骤五，将第一模仁11及第二模仁12降温至玻璃转化点温度以下的Tg+20℃，将第一模仁11及第二模仁12降低压力而分开第一模仁11及第二模仁12，此时具有预定的形状及光学特性(光学面)的模造荧光玻璃镜片1已制成；步骤六，自第二模仁12上取出模造荧光玻璃镜片1。由于本实施例是使用静电喷涂装置19以离线(off line)方式先将荧光材料3喷涂于玻璃预形体4上，再移入模造设备中进行模造，除可使荧光材料3均匀涂布于玻璃预形体4上，本实施例制造方法也可形成自动化设备以提高产量。

<实施例四>

参照图8，模造荧光玻璃镜片1的制造方法包括以下步骤：步骤一，先准备一滴状玻璃预形体9；步骤二，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于第二模仁12的模穴表面上；步骤三，将滴状玻璃预形体9置入喷涂有荧光材料3的第二模仁12模穴上；步骤四，先进行第一次加温及加压模造，将滴状玻璃预形体9预先铸造(pre-casting)成接近成品的外形的玻璃预形体9a；步骤五，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于已预先铸造完成的玻璃预形体9a的表面上；步骤五，进行第二次加温及加压模造，此称为精密模造，如同实施例一的步骤五；步骤六，降温及降压，此时具有预定的形状及光学特性(光学面)的模造荧光玻璃镜片1已制成；步骤七，自第二模仁12上取出模造荧光玻璃镜片1。

<实施例五>

参照图9，模造荧光玻璃镜片1的制造方法包括以下步骤：步骤一，先准备一球形玻璃预形体4；步骤二，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于第二模仁12的模穴表面上；步骤三，将玻璃预形体4置入喷涂有荧光材料3的第二模仁12模穴上；步骤四，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于第一模仁11模穴上；步骤五，如同实施例一的步骤五，进行加温及加压模造；步骤六，降温及降压；步骤七，取出模造荧光玻璃镜片1。

<实施例六>

参照图10，模造荧光玻璃镜片1的制造方法包括以下步骤：步骤一，先准备一块状玻璃预形体4；步骤二，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于第一模仁11的模穴与第二模仁12的模穴表面上；步骤三，将块状玻璃预形体4置入喷涂有荧光材料3的第二模仁12模穴上；步骤四，如同实施例一的步骤五，进行加温及加压模造；步骤五，降温及降压；步骤六，取出模造荧光玻璃镜片1。

<实施例七>

参照图11，是直接使用玻璃熔滴7，而不使用玻璃预形体4；模造荧光玻璃镜片1的制造方法包括以下步骤：：步骤一，将玻璃材料于玻璃熔滴装置21进行熔融；步骤二，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于第二模仁12的模穴表面上；步骤三，将玻璃熔滴7滴入已喷涂荧光材料3的第二模仁12上；步骤四，使用粉末喷枪17将荧光材料3喷涂于玻璃熔滴7表面上，或者，若仅有一面要形成荧光表层时，则可不再喷涂荧光材料3；步骤五，如同实施例一的步骤五，进行加温及加压模造；步骤六，降温及降压；步骤七，取出模造荧光玻璃镜片1。

以上所示仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1、一种模造荧光玻璃镜片，其特征在于，模造荧光玻璃镜片包含一具有预定的形状与光学特性的玻璃镜片及在该玻璃镜片表层内渗入的荧光材料所构成的荧光外表层。

2、根据权利要求1所述的模造荧光玻璃镜片，其特征在于，所述荧光材料为YAG荧光粉、TAG荧光粉或氮化物荧光体之任一种。

3、根据权利要求1所述的模造荧光玻璃镜片，其特征在于，所述荧光材料为一种或多种荧光材料所混合。

4、根据权利要求1所述的模造荧光玻璃镜片，其特征在于，所述荧光材料为红色、黄色、蓝色荧光材料所混合。

5、根据权利要求1所述的模造荧光玻璃镜片，其特征在于，所述荧光外表层是分布于玻璃镜片之表层一特定区域或全部。

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