CN101696085A - 钇铝石榴石荧光玻璃及其制造方法和用途 - Google Patents

钇铝石榴石荧光玻璃及其制造方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钇铝石榴石荧光玻璃及其制造方法和用途，玻璃基质为：BaO-Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3，并具有钇铝石榴石荧光粉成分。制造时由初始成分与钇铝石榴石荧光粉混合后，经煅烧、浇铸成形制得。本发明具有制备工艺简单、易于加工成型、原材料廉价和能大规模工业化生产的优势，而YAG荧光粉能较好的匹配蓝光InGaN芯片，具有发光效率高、性能稳定等优点，是封装白光LED首选的黄色荧光材料。把YAG荧光粉烧结在玻璃内制作的YAG荧光玻璃，不失为一种高性能低成本、应用广阔的新型荧光材料。

Description

钇铝石榴石荧光玻璃及其制造方法和用途
技术领域：
本发明涉及一种蓝光芯片激发的钇铝石榴石荧光玻璃及其制造方法和用途。
背景技术：
发光二极管(LED)以其固有的优点，如省电、寿命长、耐振动、响应速度快、和绿色环保等特点广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏等领域，正开始进入照明光源领域。目前利用蓝色氮化铟镓(InGaN)LED芯片和黄色掺铈离子(Ce3+)激活的钇铝石榴石(Cerium-doped YttriumAluminum Garnet，简称YAG:Ce3+)荧光粉，在实现白光LED的方案中占有主导地位。对于这种实现白光LED的方法，现阶段国内主要采用的是点荧光粉混合胶工艺，即直接在芯片表面涂覆荧光粉和有机树脂或硅胶混合体。采用这种涂敷方法的白光LED，由于提高输出功率使得LED芯片温度增加。由于荧光粉紧贴芯片发热源，温升导致荧光粉性能劣化，产生光色参数衰变，同时，蓝色LED芯片散发的热量和短波辐射，导致蓝色LED芯片上荧光粉的有机树脂基质透光率下降，使得白光LED的寿命趋于缩短。为了解决这些问题，CN1836339A专利叙说在白光LED透镜表面镀荧光粉膜的方法，CN101016618专利叙说气相沉积成膜的方法，CN10112386专利叙说把荧光粉填充到开洞荧光屏的涂敷方法，CN1976069专利叙说把荧光粉涂敷在玻璃或树脂表面。这些及类似专利没有涉及把YAG荧光粉均匀分布在具体玻璃中的制作方法。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种发光效率高、性能稳定、工艺简单、易于加工成型、原材料廉价的钇铝石榴石荧光玻璃及其制造方法和用途。
本发明的技术解决方案是：
一种钇铝石榴石荧光玻璃，其特征是：玻璃基质为：BaO-Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3，并具有钇铝石榴石荧光粉成分。
一种钇铝石榴石荧光玻璃的制造方法，其特征是：由初始成分与钇铝石榴石荧光粉混合后，经煅烧、浇铸成形制得；其中初始成分由下列重量百分比的成分组成：
BaCO3    20-40％
Na2CO3   5-20％
H3BO3    20-40％
SiO2     5-20％
Al2O3    10-30％；
钇铝石榴石荧光粉的用量为初始成分重量的10～50％。
钇铝石榴石荧光粉是YAG:Ce、Y3-XGeXAl5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce中的一种或几种混合物。
煅烧温度为1000～1500℃，煅烧时间为1～12小时。
浇铸成形后还经退火、切割、打磨、抛光处理。
钇铝石榴石荧光玻璃的表面是平面、凹面或凸面。
一种钇铝石榴石荧光玻璃在制备LED灯中的应用。
钇铝石榴石荧光玻璃激发源为发射450-480nm的蓝色氮化铟镓LED芯片，YAG荧光玻璃吸收激发源蓝光转换为黄光，黄光与蓝光构成互补色，形成白光光源。钇铝石榴石荧光玻璃呈可拆卸形式。简单地改变YAG荧光玻璃地厚度，可以改变白光LED或LED灯的色温。
本发明具有制备工艺简单、易于加工成型、原材料廉价和能大规模工业化生产的优势，而YAG荧光粉能较好的匹配蓝光InGaN芯片，具有发光效率高、性能稳定等优点，是封装白光LED首选的黄色荧光材料。把YAG荧光粉烧结在玻璃内制作的YAG荧光玻璃，不失为一种高性能低成本、应用广阔的新型荧光材料。
用YAG荧光玻璃封装制备白光LED或LED灯，可以避免把荧光粉直接涂覆在芯片表面，造成的荧光粉和有机树脂或硅胶混合体衰变的缺点，减少芯片对散射光的吸收，提高出光效率。而且YAG荧光玻璃薄片利用成熟的玻璃加工技术，易于加工成各种形状，便于调整光强分布、色温分布和显色性指标，提高批量生产中色温及其它指标的一致性和产品的成品率。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是实施例4的白光LED封装结构示意图。
图2是实施例5的白光LED筒灯结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
按照玻璃基质初始材料配方，称量所需药品粉末，即BaCO3(1g)、Na2CO3(0.4g)、H3BO3(0.9g)、SiO2(0.3g)、Al2O3(0.56g)，YAG(0.83g)，将称量好的玻璃基质初始材料用研钵研磨，使其混合均匀。将经过研磨后的混合材料装入的刚玉坩埚，加上坩埚盖，放入气氛保护电阻炉中。在1300℃下煅烧4小时，浇铸成形后500℃退火、切割、打磨、抛光成YAG荧光玻璃薄片，玻璃基质为：BaO-Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3，用于白光LED封装。
实施例2：
按照玻璃基质初始材料配方，称量所需药品粉末，即BaCO3(1g)、Na2CO3(0.4g)、H3BO3(0.9g)、SiO2(0.3g)、Al2O3(0.56g)，Y3-XGeXAl5O12:Ce(0.83g)，将称量好的玻璃基质初始材料用研钵研磨，使其混合均匀。将经过研磨后的混合材料装入的刚玉坩埚，加上坩埚盖，放入气氛保护电阻炉中。在1300℃下煅烧4小时，浇铸成形后500℃退火、切割、打磨、抛光成YAG荧光玻璃薄片，玻璃基质为：BaO-Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3，用于低色温白光LED封装。
实施例3：
按照玻璃基质初始材料配方，称量所需药品粉末，即BaCO3(1g)、Na2CO3(0.4g)、H3BO3(0.8g)、SiO2(0.3g)、Al2O3(0.65g)，YAG(0.83g)，将称量好的玻璃基质初始材料用研钵研磨，使其混合均匀。将经过研磨后的混合材料装入的刚玉坩埚，放入高温电阻炉中。在1400℃下煅烧4小时，浇铸成形后500℃退火、切割、打磨、抛光成YAG荧光玻璃薄片，玻璃基质为：BaO-Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3，用于白光LED封装。
实施例4：
首先按照实施例1制得透镜形状YAG荧光玻璃3，依照图1的白光LED结构示意图进行封装。在支架4构成的反射碗内通过键合材料2键合蓝色氮化铟镓(InGaN)LED芯片1，芯片1发射波长为450-480nm的蓝光，在芯片上不涂YAG荧光粉，直接在支架4上安装透镜形状YAG荧光玻璃3，在YAG荧光玻璃透镜与支架反射碗之间灌硅胶5。透镜形状YAG荧光玻璃吸收激发源部分蓝光转换为黄光，黄光与透射蓝光构成互补色，形成白光光源。
实施例5：
按照实施例2制得平板形状YAG荧光玻璃，依照图2所示白光LED筒灯结构示意图，把发射波长为450-480nm的蓝色氮化铟镓(InGaN)LED芯片6，通过键合材料7直接键合在抛物形状金属外壳8内，利用大面积的筒灯金属外壳8散热，抛物形状金属外壳8内侧镀高反射率膜，芯片6位于抛物形状焦点位置，芯片1上依然不涂YAG荧光粉，直接在筒灯出光口，安装平板形状YAG荧光玻璃9，YAG荧光玻璃9吸收芯片6激发源部分蓝光转换为黄光，黄光与透射蓝光叠加构成白光光源。图中还有硅胶10。
实施例6：
初始成分由下列重量百分比的成分组成：
BaCO3      20-40％(例20％、30％、40％)
Na2CO3     5-20％(例5％、12％、20％)
H3BO3    20-40％(例20％、30％、40％)
SiO2     5-20％(例5％、12％、20％)
Al2O3    10-30％(例10％、20％、30％)；
钇铝石榴石荧光粉的用量为初始成分重量的10～50％(例10％、30％、50％)。
其余同实施例1。

Claims (9)

1.一种钇铝石榴石荧光玻璃，其特征是：玻璃基质为：BaO-Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3，并具有钇铝石榴石荧光粉成分。
2.一种钇铝石榴石荧光玻璃的制造方法，其特征是：由初始成分与钇铝石榴石荧光粉混合后，经煅烧、浇铸成形制得；其中初始成分由下列重量百分比的成分组成：
BaCO3    20-40％
Na2CO3   5-20％
H3BO3    20-40％
SiO2     5-20％
Al2O3    10-30％；
钇铝石榴石荧光粉的用量为初始成分重量的10～50％。
3.根据权利要求2所述的钇铝石榴石荧光玻璃的制造方法，其特征是：钇铝石榴石荧光粉是YAG:Ce、Y3-XGeXAl5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce中的一种或几种混合物。
4.根据权利要求2或3所述的钇铝石榴石荧光玻璃的制造方法，其特征是：煅烧温度为1000～1500℃，煅烧时间为1～12小时。
5.根据权利要求2或3所述的钇铝石榴石荧光玻璃的制造方法，其特征是：浇铸成形后还经退火、切割、打磨、抛光处理。
6.根据权利要求2或3所述的钇铝石榴石荧光玻璃的制造方法，其特征是：钇铝石榴石荧光玻璃的表面是平面、凹面或凸面。
7.一种权利要求1所述的钇铝石榴石荧光玻璃在制备LED灯中的应用。
8.根据权利要求7所述的钇铝石榴石荧光玻璃在制备LED灯中的应用，其特征是：钇铝石榴石荧光玻璃激发源为发射450-480nm的蓝光的蓝色氮化铟镓LED芯片。
9.根据权利要求7所述的钇铝石榴石荧光玻璃在制备LED灯中的应用，其特征是：钇铝石榴石荧光玻璃呈可拆卸形式。
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