CN102173579A - 一种用于led的光转换玻璃材料的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种用于大功率LED单个元件或者发光模组的光转换玻璃材料的制备方法，步骤如下：1)将二氧化硅、硼酸、碳酸钠、碳酸钡和混合后充分研磨；2)将混合料置于刚玉坩埚中烧结后保温；3)采用骤冷方式退火，即可制得该光转换玻璃材料。本发明的优点是：制备工艺简单、成本低廉；制备的光转换玻璃材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，光学质量高；其激发源不仅能够与目前LED市场的主流蓝光芯片相匹配，而且能够被YAG发射的黄绿光激发实现次级激发，发射出的红光能够解决白光LED的红光不足问题，从而实现白光色品调控。

Description

一种用于LED的光转换玻璃材料的制备方法及应用

【技术领域】

本发明涉及光电子材料制备技术，特别是一种用于LED的光转换荧光玻璃材料的制备方法及应用。

【背景技术】

对于普通照明而言，人们需要的主要是白色的光源。固态白光技术以其节能、环保和长寿命等优点，成为世界各国竞争的高技术之一。

目前，LED实现白光的方法主要有三种：通过LED红绿蓝的三基色多芯片组合发光合成白光，该种方法具有实现效率高、色温可控、显色性较好等优点，但该模式下，三种芯片光衰不同导致色温不稳定以及控制电路负杂、成本高的等缺点是推广应用的瓶颈；通过紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光是实现白光的另一种途径，但目前紫外芯片效率较低，有紫外光泄漏问题，及荧光粉温度稳定性等问题有待解决；基于蓝光芯片激发黄绿色荧光粉YAG模式是当前市场的主流，并已商业化。对大功率LED，采用的荧光粉与环氧树脂或者硅胶配合作为导光透镜的方式存在严重的热稳定性问题，并且该模式还由于缺少红光成分，显色指数低，在某些特殊场合其应用受到限制。有文献报道，在第三种模式下通过混加红粉可以有效的提高其显色指数。

目前白光LED用红色荧光粉主要有硫化物，氮化物和钼/钨酸盐荧光粉。硫化物体系主要是(Ca_1-x，Sr_x)S:Eu²⁺体系，在蓝区宽带激发，红区宽带发射，改变Ca²⁺的掺杂量，可使发射峰在609~647nm间移动，但硫化物物化性能很不稳定，易潮解，易产生腐蚀性强的H₂S，致使LED器件性能严重受损和毁坏；Eu²⁺激活的氮化物和氮氧化物也受到很大关注，Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺(M＝Ca，Sr，Ba)荧光体，该样品在470nm蓝光激发下发射以605nm为中心的宽带红光，半高宽约为150nm，与蓝光芯片组合后得到的白光LED，但此类荧光粉的合成需要高温(1600~1800℃)、高压，合成条件较为苛刻，对电能的损耗很大；采用传统高温固相法研制出的CaMoO₄:Eu³⁺，这种荧光粉可以被395nm的紫外光和465nm的蓝光有效激发，发射613nm的红光，激发波长与紫外和蓝光LED都很吻合，并发出纯度很高的红色光。但是这些利用高温固相法制备的荧光粉颗粒形貌不规则，粒度分布广，对于作为LED荧光粉来说是个不小的缺陷。在封装应用中会出现混粉问题，不同荧光粉之间存在热稳定性差异，再吸收和光导出等问题。而稀土离子掺杂的光转换玻璃具有以往红色荧光粉的特点之外，还具有(a)制备工艺简单，成本低廉；(b)良好的化学稳定性；(c)良好的热稳定性；(d)光学质量高；(e)与LED结合加工简单等优点，这些优点使得光转换玻璃成为LED调节光色参数的一个潜在途径。

因此，研发一种用于LED的光转换玻璃材料，对于克服目前白光混合荧光粉存在的共性问题和解决红光缺失导致的光色参数问题，有重要的应用价值和潜在市场价值。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种用于LED的光转换玻璃材料的制备方法及应用，以作为红色荧光粉以外的白光LED补光用的候选材料。

本发明的技术方案：

一种用于LED的光转换玻璃材料的制备方法，步骤如下：

1)原料采用分析纯的氧化物、碳酸盐及纯度为99.99％的稀土氧化物，将原料混合后在玛瑙研钵中研磨1-2小时或在球磨机中球磨1-2小时，所述分析纯的氧化物为SiO₂，分析纯的硼酸H₃BO₃，分析纯的碳酸盐为Na₂CO₃和BaCO₃，纯度为99.99％的稀土氧化物为Eu₂O₃；

2)将研磨后的混合料置于刚玉坩埚中烧结，烧结温度为1200-1600℃、气氛为空气、保温时间为2-4小时；

3)将烧结后的产物采用骤冷方式退火，即可制得该光转换玻璃材料。

一种所述用于LED的光转换玻璃材料的应用，作为红色荧光粉以外的白光LED补光材料。

本发明的工作原理：

一种用于LED的光转换玻璃材料的制备方法及应用：该光转换玻璃材料的化学式为30SiO₂-30B₂O₃-(40-y)Na₂O-yBaO:xEu³⁺，x＝0.18-0.80mol％，y＝20-40mol％。调节BaO的比例能够改变玻璃的网状结构，控制Eu³⁺的稳定存在。在调节玻璃成分基础上通过激活剂掺杂浓度来调节光转换玻璃的发光强度，在浓度猝灭范围内调节Eu³⁺的掺杂浓度，当x＝0.52mol％时，玻璃的发光达到最强，这种光转换玻璃材料可以被395nm(近紫外)、466nm(蓝光)和534(YAG黄绿光)有效激发，发射592nm和613nm的红光。

本发明的优点是：本发明制备工艺简单、成本低廉；制备的光转换玻璃材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，光学质量高；其激发源不仅能够与目前LED市场的主流蓝光芯片相匹配，而且能够被YAG发射的黄绿光激发实现次级激发，发射出的红光能够解决白光LED的红光不足问题，从而实现白光色品调控。

【附图说明】

图1为实例1所制备的光转换玻璃材料的激发光谱。

图2为实例1所制备的光转换玻璃材料的发射光谱。

图3为实例2所制备的光转换玻璃材料的发射光谱。

图4为实例3所制备的光转换玻璃材料的发射光谱。

【具体实施方式】

实施例1：

采用分析纯的SiO₂、H₃BO₃、Na₂CO₃、BaCO₃和99.99％的Eu₂O₃为原料，按30SiO₂-30B₂O₃-5Na₂O-35BaO:0.52Eu³⁺组成，称取原料。各质量如表1。

表1(单位：克)

精确称取原料，在玛瑙研钵中充分研磨0.5小时。采用刚玉坩埚，在马弗炉中烧结温度为1500℃，保温时间3小时。骤冷获得玻璃材料。光转换玻璃材料的激发光谱如图1所示，监测发射波长λ_em＝613nm，三个激发峰395nm、466nm和534nm分别与近紫外芯片、蓝光芯片和YAG荧光粉激发源相对应。说明这种光转换玻璃能够被这三种激发源有效激发。光转换玻璃材料的发射光谱如图2，分别在395nm、466nm和534nm的激发下玻璃材料的发射主波长在592和613nm的红光范围。因此可以用来补充目前白光LED的红光不足，提高显色性，降低色温。

实施例2：

采用分析纯的SiO₂、H₃BO₃、Na₂CO₃、BaCO₃和99.99％的Eu₂O₃为原料，按30SiO₂-30B₂O₃-(40-y)Na₂O-yBaO:0.36Eu³⁺，y取20、30、40组成，分别称取3组原料。各质量如表2所示。

表2(单位：克)

烧结温度为1300摄氏度，保温时间4小时，其他制备步骤同方式一。2-4样品在466激发下的发射光谱如图3所示，2-4样品在466激发下，玻璃的发射强度随玻璃成分的变化而变化，当BaO含量摩尔百分比为30％时发射最强。

实施例3：

采用分析纯的SiO₂、H₃BO₃、Na₂CO₃、BaCO₃和99.99％的Eu₂O₃为原料，按30SiO₂-30B₂O₃-5Na₂O-35BaO:xEu³⁺，x取0.18、0.52、0.80组成，分别称取3组原料。各质量如表3所示。

表3(单位：克)

烧结温度为1600摄氏度，保温时间2小时，其他制备步骤同方式一。5-7样品在466激发下的发射光谱如图4所示，5-7样品在466激发下，玻璃的发射强度随Eu³⁺掺杂的变化而变化，当Eu³⁺浓度摩尔百分比为0.52％时发射最强。

Claims (2)

1.一种用于LED的光转换玻璃材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

1)原料采用分析纯的氧化物、碳酸盐及纯度为99.99％的稀土氧化物，将原料混合后在玛瑙研钵中研磨1-2小时或在球磨机中球磨1-2小时，所述分析纯的氧化物为SiO₂，分析纯的硼酸H₃BO₃，分析纯的碳酸盐为Na₂CO₃和BaCO₃，纯度为99.99％的稀土氧化物为Eu₂O₃；

2)将研磨后的混合料置于刚玉坩埚中烧结，烧结温度为1200-1600℃、气氛为空气、保温时间为2-4小时；

3)将烧结后的产物采用骤冷方式退火，即可制得该光转换玻璃材料。

2.一种如权利要求1所述用于LED的光转换玻璃材料的应用，作为红色荧光粉以外的白光LED补光材料。

Images