JP2013534892A - 白光を発射する透明ガラスセラミック及びその調製方法 - Google Patents

白光を発射する透明ガラスセラミック及びその調製方法 Download PDF

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Abstract

【課題】白光を発射する透明ガラスセラミックス及びその調製方法を提供する。該透明ガラスセラミックスの化学式がaSiO・bAl・cNaF・dCeF・xDyFで、式中、a、b、c、d、xがモル部数であり、aの取る値の範囲が35〜50、bの取る値の範囲が15〜30、cの取る値の範囲が5〜20、dの取る値の範囲が5〜20、xの取る値の範囲が0.01〜1、且つa+b+c+d=100である。該透明ガラスセラミックスはエポキシ樹脂またはシリカゲルと蛍光粉との一体化モジュールLEDを代替できる。該透明ガラスセラミックスは紫外領域において強いブロードバンド励起スペクトルを有し、且つ紫外光の励起下で強い白光を発射できる。
【選択図】なし

Description

本発明は光電子及び照明材料技術分野に関し、具体的には紫外光の励起下で強い白光を発射できる透明ガラスセラミックス及びその調製方法に関する。
近年、白光LEDが普通の白熱灯及び蛍光灯と比べて省エネ及びエコロジーの面において最も優勢であるため、次世代の照明光源として広範に注目されており、同等な明度下で電気消耗量がわずか普通の白熱灯の1/10であり、寿命が10万時間以上にも到達することができる。また、白光LEDはエネルギーを節約し、応用が円滑である等の長所を有するため、各種の指示、表示、装飾、背面光及び普通の照明等の分野に汎用できる。現在、多くの白光LED照明器具に使用されているものは、青光または紫光LEDチップと適当な蛍光粉とのマッチングであり、エポキシ樹脂またはシリカゲルを用いてLEDチップにパッケージする。但し、蛍光粉と青光チップとの異なる老化減衰の速度によって、色度座標が不安定であり、白光が流動しやすくなり、また、エポキシ樹脂またはシリカゲルが青光または紫外線に長期に輻射される。このため、パッケージすることに用いられるエポキシ樹脂が老化しやすくなり、器具の寿命が降下されるなどの問題を引き起こした。
本発明が解決しようとする技術的課題は、従来の蛍光粉の寿命が低く、その調製方法の総合コストが高く、及び実験条件が複雑等の問題を解決できるように、良好な光透過性、化学安定性及び熱安定性を有する、白光を発射する透明ガラスセラミックス及びその調製方法を提供することにある。
本発明の技術的課題を解決する技術的手段は、白光を発射する透明ガラスセラミックスを提供し、前記白光を発射する透明ガラスセラミックスの化学式がaSiO・bAl・cNaF・dCeF・xDyFで、式中、a、b、c、d、xがモル部数であり、且つa+b+c+d=100、aの取る値の範囲が35〜50、bの取る値の範囲が15〜30、cの取る値の範囲が5〜20、dの取る値の範囲が5〜20、xの取る値の範囲が0.01〜1である。
本発明の白光を発射する透明ガラスセラミックス材料において、aの取る値の範囲が40〜50、bの取る値の範囲が20〜30、cの取る値の範囲が10〜20、dの取る値の範囲が10〜20、xの取る値の範囲が0.1〜1である。
また、白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法であって、
化学量論比に基づいて二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化ナトリウム、フッ化セリウム及びフッ化ジスプロシウムを秤量し、前記化学量論比が化学式aSiO・bAl・cNaF・dCeF・xDyFにおける相応する元素に基づくモル比で、式中、aの取る値の範囲が35〜50、bの取る値の範囲が15〜30、cの取る値の範囲が5〜20、dの取る値の範囲が5〜20、xの取る値の範囲が0.01〜1である、ステップ1と、
ステップ1に秤量した化合物を混合して且つ均一に研磨し、その後高温加熱し、保温して、混合溶液を形成するステップ2と、
ステップ2からの混合溶液を事前加熱したモールドに注入して、前駆ガラスを得るステップ3と、
ステップ3からの前駆ガラスを焼鈍し、その後加熱し且つ保温して前記前駆ガラスに結晶化を発生させて、前記白光を発射する透明ガラスセラミックスを得るステップ4と、を含む。
本発明の調製方法には、前記ステップ1において、aの取る値の範囲が40〜50、bの取る値の範囲が20〜30、cの取る値の範囲が10〜20、dの取る値の範囲が10〜20、xの取る値の範囲が0.1〜1である。前記ステップ2において、加熱温度が1300℃〜1500℃、保温時間が0.5時間〜5時間である。前記ステップ3において、前記モールドが銅製のモールドで、事前加熱温度が300℃である。前記ステップ4において、焼鈍条件が500℃の温度の条件下で2時間保温する。前記ステップ4において、焼鈍した後続けて加熱する温度が600℃〜700℃で、保温時間が1時間〜10時間である。
本発明は透明ガラスセラミックスでエポキシ樹脂またはシリカゲルと蛍光粉との一体化モジュールLEDを代替でき、透明ガラスセラミックスは紫外領域において強いブロードバンド励起スペクトルを有し、且つ紫外光の励起下で強い白光を発射できる。粉末材料と比べ、青光または紫光の励起下で白光ガラスの有する顕著な長所を実現でき、(1)良好な光透過性を有し、(2)良好な化学安定性及び熱安定を有し、(3)調製プロセスが簡単で、コストが低く、(4)バルク及び異なる形状に製作しやすく、(5)良好な抗紫外線及び抗老化の特性を有するため、LED照明領域の白光媒体材料として非常に適する。
以下図面及び実施例に合わせて本発明に対してさらに説明する。図中、
本発明の、白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法のフローチャートである。 実施例7における、0.1%DyFドーピングされ及び0.1%DyFドーピングされなかった発光ガラスの発射スペクトルで、励起波長が255nmである。 実施例8における、0.2%DyFドーピングされ及びドーピングされなかった発光ガラスの発射スペクトルで、励起波長が255nmである。
本発明の目的、技術的解決手段及び長所をより明瞭にするため、以下、図面及び実施例に合わせて、本発明に対してさらに詳細に説明する。理解すべきなのは、ここで説明する具体的な実施例は本発明を解釈するために用いられるのみであり、本発明を限定することではない。
本発明は白光を発射する透明ガラスセラミックスを提供し、前記白光を発射する透明ガラスセラミックスの化学式がaSiO・bAl・cNaF・dCeF・xDyFで、式中、a、b、c、d、xがモル部数であり、且つa+b+c+d=100、aの取る値の範囲が35〜50、bの取る値の範囲が15〜30、cの取る値の範囲が5〜20、dの取る値の範囲が5〜20、xの取る値の範囲が0.01〜1である。本発明の、白光を発射する透明ガラスセラミックス材料において、aの取る値の範囲が40〜50、bの取る値の範囲が20〜30、cの取る値の範囲が10〜20、dの取る値の範囲が10〜20、xの取る値の範囲が0.1〜1である。
図1を参照し、図1は本発明の、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製する方法のフローを示し、該調製方法は、
化学量論比に基づいて二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化ナトリウム、フッ化セリウム及びフッ化ジスプロシウムを秤量し、前記化学量論比が化学式aSiO・bAl・cNaF・dCeF・xDyFにおける相応する元素に基づくモル比で、式中、aの取る値の範囲が35〜50、bの取る値の範囲が15〜30、cの取る値の範囲が5〜20、dの取る値の範囲が5〜20、xの取る値の範囲が0.01〜1である、ステップS01と、
ステップS01に取った化合物を混合して且つ均一に研磨し、その後高温加熱し、保温して、混合溶液を形成するステップS02と、
ステップS02からの混合溶液を事前加熱したモールドに注入して、前駆ガラスを得るステップS03と、
ステップS03からの前駆ガラスを焼鈍し、その後加熱し且つ保温して前記前駆ガラスに結晶化を発生させて、前記白光を発射する透明ガラスセラミックスを得るステップS04と、を含む。
本発明の調製方法には、前記ステップS01において、aの取る値の範囲が40〜50、bの取る値の範囲が20〜30、cの取る値の範囲が10〜20、dの取る値の範囲が10〜20、xの取る値の範囲が0.1〜1である。前記ステップS02において、抵抗炉における加熱温度が1300℃〜1500℃、保温時間が0.5時間〜5時間である。前記ステップS03において、銅製のモールド内に事前加熱を行い、事前加熱温度が300℃である。前記ステップS04において、焼鈍条件が500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍した後続けて加熱する温度が600℃〜700℃で、1時間〜10時間保温して、それに結晶化を発生させる。
本発明は透明ガラスセラミックスでエポキシ樹脂またはシリカゲルと蛍光粉との一体化モジュールLEDを代替でき、透明ガラスセラミックスは紫外領域において強いブロードバンド励起スペクトルを有し、且つ紫外光の励起下で強い白光を発射できる。粉末材料と比べ、青光または紫光の励起下で白光ガラスの有する顕著な長所を実現でき、(1)良好な光透過性を有し、(2)良好な化学安定性及び熱安定を有し、(3)調製プロセスが簡単で、コストが低く、(4)バルク及び異なる形状に製作しやすく、(5)良好な抗紫外線及び抗老化の特性を有するため、LED照明領域の白光媒体材料として非常に適する。
以下、複数の実施例を通じて例を挙げて本発明の、白光を発射する透明ガラスセラミックスの異なる調製方法及びその他の特徴などを説明する。
実施例1
二酸化ケイ素(SiO)7.03g、酸化アルミニウム(Al)10.23g、フッ化ナトリウム(NaF)2.81g、フッ化セリウム(CeF)9.89g及びフッ化ジスプロシウム(DyF)0.006gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1300℃で溶解させ、0.5時間保温した後、ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて600℃で10時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が35SiO・30Al・20NaF・15CeF・0.01DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。
実施例2
二酸化ケイ素7.72g、酸化アルミニウム6.55g、フッ化ナトリウム2.69g、フッ化セリウム12.66g及びフッ化ジスプロシウム0.7gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1400℃で溶解させ、5時間保温した後、ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて650℃の温度で1時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が40SiO・20Al・20NaF・20CeF・1DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。
実施例3
二酸化ケイ素9.87g、酸化アルミニウム5.02g、フッ化ナトリウム2.07g、フッ化セリウム12.95g及びフッ化ジスプロシウム0.07gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1450℃で溶解させ、2時間保温した後ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて700℃の温度で1時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が50SiO・15Al・15NaF・20CeF・0.1DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。
実施例4
二酸化ケイ素9.71g、酸化アルミニウム9.89g、フッ化ナトリウム0.67g、フッ化セリウム9.56g及びフッ化ジスプロシウム0.14gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1500℃で溶解させ、2時間保温した後ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて700℃の温度で5時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が50SiO・30Al・5NaF・15CeF・0.2DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。
実施例5
二酸化ケイ素11.63g、酸化アルミニウム11.84g、フッ化ナトリウム2.43g、フッ化セリウム3.81g及びフッ化ジスプロシウム0.25gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1450℃で溶解させ、3時間保温した後ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて650℃の温度で3時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が50SiO・30Al・15NaF・5CeF・0.3DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。
実施例6
二酸化ケイ素10.63g、酸化アルミニウム10.82g、フッ化ナトリウム1.48g、フッ化セリウム6.97g及びフッ化ジスプロシウム0.07gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1450℃で溶解させ、4時間保温した後ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて670℃の温度で2時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が50SiO・30Al・10NaF・10CeF・0.1DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。
実施例7
二酸化ケイ素8.69g、酸化アルミニウム11.06g、フッ化ナトリウム3.03g、フッ化セリウム7.12g及びフッ化ジスプロシウム0.07gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1350℃で溶解させ、2時間保温した後ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて650℃の温度で2時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が40SiO・30Al・20NaF・10CeF・0.1DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。同様な方法でDyFがドーピングされなかったサンプルを調製し得、図2に示すように、図2は本実施例により調製された、0.1mol% DyFドーピングされたサンプルの、255nm励起下の発射スペクトル(曲線1)及びDyFドーピングされなかったサンプルの、255nm励起下の発射スペクトル(曲線2)であり、メイン発射ピックは約420nm、470nm及び562nmにおいて白光に組み合わせる。
実施例8
二酸化ケイ素8.03g、酸化アルミニウム9.45g、フッ化ナトリウム2.38g、フッ化セリウム9.88g及びフッ化ジスプロシウム0.14gをそれぞれ秤量し、秤量した後の原料を乳鉢において研磨し均一に混合した後、コランダム坩堝に注入する。その後原料が注入されており、蓋付けのコランダム坩堝を高温箱式炉内に置いて1400℃で溶解させ、2時間保温した後ガラス溶体を300℃事前加熱した銅製モールドに注入して、透明ガラスに加圧成形し、抵抗炉内に、500℃の温度の条件下で2時間保温し、焼鈍して、内部応力を消去するように、室温まで炉内冷却する。その後焼鈍した後のガラスを10mm×10mm×2mmの小さいブロックのサンプルに切断し、且つ抵抗炉に置いて650℃の温度で2時間結晶化熱処理し、最後に抵抗炉を閉め、室温まで炉内冷却して、化学式が40SiO・28Al・17NaF・15CeF・0.2DyFであり、CeFナノ結晶を含有する、白光を発射する透明ガラスセラミックスを調製し得る。同様な方法でDyFがドーピングされなかったサンプルを調製し得、図3に示すように、図3は本実施例により調製された、0.2mol% DyFドーピングされたサンプルの、255nm励起下の発射スペクトル(曲線3)及びDyFドーピングされなかったサンプルの、255nm励起下の発射スペクトル(曲線4)であり、メイン発射ピックは約420nm、470nm及び562nmにおいて白光に組み合わせる。
以上に説明した実施例は本発明の好適な実施例にすぎず、本発明を制限するものではない。本発明の主旨及び原則内に行われたいずれの修正、等価の変更及び改良等は、すべて本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (8)

  1. 白光を発射する透明ガラスセラミックスにおいて、前記白光を発射する透明ガラスセラミックスの化学式がaSiO・bAl・cNaF・dCeF・xDyFで、式中、a、b、c、d、xがモル部数であり、且つa+b+c+d=100、aの取る値の範囲が35〜50、bの取る値の範囲が15〜30、cの取る値の範囲が5〜20、dの取る値の範囲が5〜20、xの取る値の範囲が0.01〜1である、ことを特徴とする白光を発射する透明ガラスセラミックス。
  2. aの取る値の範囲が40〜50、bの取る値の範囲が20〜30、cの取る値の範囲が10〜20、dの取る値の範囲が10〜20、xの取る値の範囲が0.1〜1である、ことを特徴とする請求項1に記載の白光を発射する透明ガラスセラミックス。
  3. 白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法において、
    化学計量比に基づいて二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化ナトリウム、フッ化セリウム及びフッ化ジスプロシウムを秤量し、前記化学計量比が化学式aSiO・bAl・cNaF・dCeF・xDyFにおける相応する元素に基づくモル比で、式中、aの取る値の範囲が35〜50、bの取る値の範囲が15〜30、cの取る値の範囲が5〜20、dの取る値の範囲が5〜20、xの取る値の範囲が0.01〜1である、ステップ1と、
    ステップ1に取った化合物を混合して且つ均一に研磨し、その後高温加熱し、保温して、混合溶液を形成するステップ2と、
    ステップ2からの混合溶液を事前加熱したモールドに注入して、前駆ガラスを得るステップ3と、
    ステップ3からの前駆ガラスを焼鈍し、その後加熱し且つ保温して前記前駆ガラスに結晶化を発生させて、前記白光を発射する透明ガラスセラミックスを得るステップ4と、
    を含む、白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法。
  4. 前記ステップ1において、aの取る値の範囲が40〜50、bの取る値の範囲が20〜30、cの取る値の範囲が10〜20、dの取る値の範囲が10〜20、xの取る値の範囲が0.1〜1である、ことを特徴とする請求項3に記載の白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法。
  5. 前記ステップ2において、加熱温度が1300℃〜1500℃、保温時間が0.5時間〜5時間である、ことを特徴とする請求項3に記載の白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法。
  6. 前記ステップ3において、前記モールドが銅製のモールドで、事前加熱温度が300℃である、ことを特徴とする請求項3に記載の白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法。
  7. 前記ステップ4において、焼鈍条件が500℃の温度の条件下で2時間保温する、ことを特徴とする請求項3に記載の白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法。
  8. 前記ステップ4において、焼鈍した後続けて加熱する温度が600℃〜700℃で、保温時間が1時間〜10時間である、ことを特徴とする請求項3に記載の白光を発射する透明ガラスセラミックスの調製方法。
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