CN102442778B - 一种荧光玻璃及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种荧光玻璃及其制备方法与应用，荧光粉采用圆球形的不聚集型荧光粉体，光学性能更好，在制备荧光玻璃过程中，只需要用搅拌机进行高速搅拌，搅拌混合时间段，效率高，而且不需要进过目筛、平面磨削、抛光等处理，加工工艺更为简单、成本更低，所制得的荧光玻璃透光率更好，且气密性优越；将制得的荧光玻璃应用于LED芯片封装时，亦采用玻璃微粉涂布芯片之上，玻璃微粉比硅胶或透明胶具有更好的气密性和透光、防老化性能，而后采用点胶法将荧光玻璃点至芯片上玻璃微粉层，封装操作更为简便，且气密性、透光性更为优越，散热性能良好。本发明尤其适用于紫外线LED的封装。

Description

一种荧光玻璃及其制备方法与应用

技术领域

本发明特别涉及一种LED荧光玻璃及其制备方法与应用，属于发光材料领域。

背景技术

LED作为一种新型的照明光源以其节能、环保、发光效率高、寿命长等突出优点正越来越广泛地应用于各种场合。采用LED应用在灯具中现在已经可以作为路灯、广告灯等大型、小型灯具使用。

LED发光二极管由于节约能源成为研究和应用的热点。LED发光二极管中的重要部件为芯片。LED封装是指发光芯片的封装，该封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光，因此在LED封装中对封装材料有特殊的要求。过去LED的封装常采用荧光粉与环氧树脂或与有机硅胶进行混合制得的方法。

其中，荧光粉材料是制约LED性能的重要环节。目前用于LED封装材料的荧光粉多选用球磨机制得的荧光粉，此类荧光粉在涂料时，容易从荧光浆料中析出并沉淀，造成涂层不均匀，易导致产生白光的色调漂移，使发光二极管的颜色出现蓝色或黄色斑点。而且，由于现有球磨机制得的荧光粉粒度分布较宽，外貌呈不规格状，容易聚集，这就使得在制备封装材料时，需要与刚玉磨珠一起置于球磨机中球磨混合至少2小时、干燥，然后还需要将干燥后的复合粉体进行目筛，接着进行高温热压、烧结等处理，最后还得将烧结体进行平面磨削、抛光，方可完成制备，具体参阅申请号为200910154360、申请日为2009年11月30日，名称为“一种应用于半导体照明的荧光粉/玻璃复合体及其制备方法”的中国发明专利申请。

采用上述荧光粉进行LED材料的制备，主要存在以下缺点：需要采用球磨机，并与刚玉磨珠进行球磨混合，混合时间过长；需要将干燥后的复合粉体进行目筛，而后还需要进行平面磨削、抛光，整个制备过程工艺复杂、效率低、成本较高。

另一方面，采用环氧树脂的缺陷为：环氧树脂在光线的长期照射、空气当水分、氧气及环境温度的长期影响下，易于老化、裂解、黄变，造成LED芯片的热传导不出来，LED芯片光衰甚至被击穿。而且环氧树脂的透明度为80％左右，光的利用率不高，所以采用环氧树脂封装LED，其发光效率较低，气密性差。

相比于环氧树脂，更为先进的封装是改用耐候性、耐光性更为优秀的硅胶封装，硅胶克服了环氧树脂的大部分缺点，但是仍不能适用于严苛的环境中，如(1)室外使用：如路灯，在高温、紫外线长期照射环境中；(2)应用于以提高主照明LED亮度的紫外光LED芯片中，等等。这是由于硅胶与荧光粉的混合，很难避免分子间造成通路，水汽仍会经由此通路进入，而在使用紫外光作为LED发光源时，硅胶的耐紫外线仍会快速裂解，气密性差。

目前，最为前沿的技术是采用玻璃微粉与荧光粉混合制作LED封装材料，粘连效果更好，气密性能更高，可有效防止采用环氧树脂、硅胶所存在的气密性、透光性不足，是LED封装的理想材料。但鉴于前述荧光粉所存在的不足，其与前述荧光粉混合后，还存在发光效率较低、发光性能不稳定等缺点，不能适应人们对LED高可靠性、超长寿命、高透光率的要求，以及对LED制备、封装方法、效率、成本的要求。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种荧光玻璃，本发明荧光玻璃透光率高、发光性能稳定，而且，气密性好。

本发明的另一目的在于提供所述荧光玻璃的制备方法，该方法工艺简单、效率高、成本低。

本发明的再一目的在于提供所述荧光玻璃的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种荧光玻璃，含有质量百分比为80～95％的玻璃微粉和5～20％的荧光粉，其中，荧光粉采用圆球形的不聚集型荧光粉体。

所述荧光粉采用喷雾热解法或溶胶凝胶法制得，为市售的Y₂O₃:Eu、Gd₂O₃:Eu、(Y，Gd)₂O₃:Eu、(Y，Gd)BO₂:Eu、Y₃Al₅O₁₂:Eu、Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu红色荧光粉；或者为Y₃Al₅O₁₂:Ce、Y₂SiO₅:Ce、BaAl₁₂O₁₉:Mn蓝色荧光粉，或者为Ce_1-xTbxMgAl₁₁O₁₉、Y₂SiO₃:Tb、Y₃Al₅O₁₂:Tb绿色荧光粉等。

所述的荧光粉为微米、亚微米或纳米级；优选粒度为0.1μm～8μm的荧光粉。

所述的玻璃微粉是具有以下特点的玻璃微粉：透光率为85～95％，软化温度T_g为300～500℃，烧结温度为350～600℃，粒径为微米、亚微米或纳米级；

所述荧光玻璃的制备方法，包含以下步骤：

(1)将质量百分比80～95％的玻璃微粉和质量百分比5～20％的荧光粉为起始原料，与无水乙醇进行搅拌混合，得到复合粉体；

(2)将步骤(1)得到的复合粉体进行过滤，再于100～150℃干燥，得到荧光玻璃；

步骤(1)中所述无水乙醇的用量优选为相当于复合粉体质量的20～70％；

步骤(1)中所述搅拌的速度优选为1300～1800rpm；

上述制得的荧光玻璃应用于LED芯片封装，其具体操作如下：于LED芯片固晶、焊线完成后，在芯片上覆盖一层玻璃微粉；待冷却后，用点胶刮刀涂布法在LED芯片上的玻璃微粉层点上熔融的荧光玻璃，在1～10s内急速降温至150℃以下，冷却即可得到封装完成的LED。

所述在芯片上覆盖一层玻璃微粉的方式优选为真空蒸镀法或超音波雾化涂布法；

所述荧光玻璃的熔融温度t＜600℃；

所述在芯片上覆盖一层玻璃微粉，厚度优选为0.1μm～2μm。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明的荧光粉采用圆球形的不聚集型荧光粉体，光学性能更好，在制备荧光玻璃过程中，只需要用搅拌机进行高速搅拌，搅拌混合时间段，效率高，而且不需要进过目筛、平面磨削、抛光等处理，加工工艺更为简单、成本更低，所制得的荧光玻璃透光率更好，且气密性优越；将制得的荧光玻璃应用于LED芯片封装时，亦采用玻璃微粉涂布芯片之上，玻璃微粉比硅胶或透明胶具有更好的气密性和透光、防老化性能，而后采用点胶法将荧光玻璃点至芯片上玻璃微粉层，封装操作更为简便，且气密性、透光性更为优越。本发明尤其适用于紫外线LED的封装。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)将800g玻璃微粉(透光率为85～95％，软化温度T_g为300℃，烧结温度为350℃)和200g荧光粉(Y₂O₃:Eu红色荧光粉、BaAl₁₂O₁₉:Mn蓝色荧光粉，Ce_1-xTbxMgAl₁₁O₁₉绿色荧光粉，三种荧光粉的质量比为1∶2∶3，且粒径均为0.1～1μm，均为圆球形的不聚集型荧光粉体)作为起始材料，与250g无水乙醇在搅拌机中以1800rpm的速度进行搅拌混合，得到复合粉体；

(2)将步骤(1)得到的复合粉体进行过滤，再于100℃干燥，得到荧光玻璃；

(3)将荧光玻璃于600℃以下熔融；

(4)于LED芯片固晶、焊线完成后，在芯片上真空蒸镀覆盖一层玻璃微粉(厚度为0.1μm)；待冷却后，用点胶刮刀涂布法在LED芯片上的玻璃微粉层点上熔融的荧光玻璃，在1～10s内急速降温至150℃以下，冷却即可得到封装完成的LED。

实施例2

(1)将950g玻璃微粉(透光率为85～95％，软化温度T_g为500℃，烧结温度为580℃)和50g荧光粉(Y₃Al₅O₁₂:Eu红色荧光粉、Y₂SiO₅:Ce蓝色荧光粉、Y₃Al₅O₁₂:Tb绿色荧光粉，三种荧光粉的质量比为1∶1∶2，且粒径均为2～3μm，均为圆球形的不聚集型荧光粉体)作为起始材料，与430g无水乙醇在搅拌机中以1300rpm的速度进行搅拌混合，得到复合粉体；

(2)将步骤(1)得到的复合粉体进行过滤，再于150℃干燥，得到荧光玻璃；

(3)将荧光玻璃于600℃以下熔融；

(4)于LED芯片固晶、焊线完成后，在芯片上真空蒸镀覆盖一层玻璃微粉(厚度为0.2μm)；待冷却后，用点胶刮刀涂布法在LED芯片上的玻璃微粉层点上熔融的荧光玻璃，在1～10s内急速降温至150℃以下，冷却即可得到封装完成的LED。

实施例3

(1)将900g玻璃微粉(透光率为85～95％，软化温度T_g为420℃，烧结温度为450℃)和100g荧光粉(Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu红色荧光粉、Y₂SiO₅:Ce蓝色荧光粉、Y₃Al₅O₁₂:Tb绿色荧光粉，三种荧光粉的质量比为1∶1∶2，且粒径均为2～3μm，均为圆球形的不聚集型荧光粉体)作为起始材料，与1500g无水乙醇在搅拌机中以1500rpm的速度进行搅拌混合，得到复合粉体；

(2)将步骤(1)得到的复合粉体进行过滤，再于120℃干燥，得到荧光玻璃；

(3)将荧光玻璃于600℃以下熔融；

(4)于LED芯片固晶、焊线完成后，在芯片上真空蒸镀覆盖一层玻璃微粉(厚度为0.1μm)；待冷却后，用点胶刮刀涂布法在LED芯片上的玻璃微粉层点上熔融的荧光玻璃，在1～10s内急速降温至150℃以下，冷却即可得到封装完成的LED。

测试结果：

对实施例1～3制备的LED进行测试：将LED接500mA、3.2v～3.8v的电源置于85～100℃的烘箱内烘烤，烘烤1000小时后，未观察到实施例1～3制备的LED存在任何异常，LED依然保持正常工作状态。

对照组：用硅胶和荧光粉组成的LED封装材料对台湾晶电公司的蓝光LED芯片进行封装，其中硅胶采用美国道化学公司所生产的任意一种光学硅胶，荧光粉分别选用BaAl₁₂O₁₉:Mn蓝色荧光粉、Y₃Al₅O₁₂:Eu红色荧光粉；硅胶和荧光粉分别按质量比8∶2混合，用LED点胶机进行封装，将封装好的LED接500mA、3.2v～3.8v的电源置于85～100℃的烘箱内烘烤，烘烤200小时后，实验发现硅胶和荧光粉组成的封装材料出现烧焦或龟裂，光衰达到30％～50％。

由于玻璃微粉相对于硅胶、环氧树脂具有更好的气密性，因此本发明制备得到荧光玻璃气密性更好。实施例1～3制备的LED在烘烤1000小时后，依然正常，说明其寿命更长，发光性能更为稳定。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种荧光玻璃，其特征在于：荧光玻璃按下述方法制备：(1)将900g玻璃微粉，其透光率为85～95％，软化温度Tg为420℃，烧结温度为450℃，和100g荧光粉，该荧光粉由Sr₅(PO4)₃Cl:Eu红色荧光粉、Y₂SiO₅:Ce蓝色荧光粉和Y₃Al₅O₁₂:Tb绿色荧光粉按质量比为1∶1∶2组成，且粒径均为2～3μm，均为圆球形的不聚集型荧光粉体作为起始材料，与1500g无水乙醇在搅拌机中以1500rpm的速度进行搅拌混合，得到复合粉体；(2)将步骤(1)得到的复合粉体进行过滤，再于120℃干燥，得到荧光玻璃。

2.一种如权利要求1所述荧光玻璃的制备方法，其特征在于：(1)将900g玻璃微粉，其透光率为85～95％，软化温度Tg为420℃，烧结温度为450℃，和100g荧光粉，该荧光粉由Sr₅(PO4)₃Cl:Eu红色荧光粉、Y₂SiO₅:Ce蓝色荧光粉和Y₃Al₅O₁₂:Tb绿色荧光粉按质量比为1∶1∶2组成，且粒径均为2～3μm，均为圆球形的不聚集型荧光粉体作为起始材料，与1500g无水乙醇在搅拌机中以1500rpm的速度进行搅拌混合，得到复合粉体；(2)将步骤(1)得到的复合粉体进行过滤，再于120℃干燥，得到荧光玻璃。

3.如权利要求1所述荧光玻璃在LED封装材料上的应用。

4.根据权利要求3所述荧光玻璃在LED封装材料上的应用，其特征在于：所述荧光玻璃应用于LED芯片封装，其具体操作如下：于LED芯片固晶、焊线完成后，在芯片上覆盖一层玻璃微粉；待冷却后，用点胶刮刀涂布法在LED芯片上的玻璃微粉层点上熔融的荧光玻璃，在1～10s内急速降温至150℃以下，冷却即可得到封装完成的LED。

5.根据权利要求4所述荧光玻璃在LED封装材料上的应用，其特征在于：所述荧光玻璃的熔融温度＜600℃；

所述在芯片上覆盖一层玻璃微粉，形成的玻璃微粉层厚度为0.1μm～2μm。