(三)发明内容
本发明的目的在于扩大用于白光LED照明用的材料,提供一种新型的发光效率高、均匀性高、热稳定性高、透过率高的制作工艺简单的用于LED白光照明的发光玻璃及其制备方法。该发光玻璃可被从250nm到450nm的近紫外光激发,而且光转换效率高,可稳定的发射出从400nm到750nm的覆盖了整个可见光范围的白光,是一种适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型材料。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案是:
一种白光LED用硼酸盐发光玻璃,其特征在于所述玻璃的组成如下列化学表达式所示:
aSrO·bMgO·cB2O3:xEu2+,yMn2+,zTb3+
其中,a,b,c,x,y,z为各自的摩尔分数,其中,0.5<a<2,0.5<b<2,2≤c≤4,0.005≤x<0.1,0.03≤y≤0.2,0≤z<0.2。
优选的,所述化学表达式中,a+x+z=1,b+y=1。
优选的,所述化学表达式中:0.8<a<1.2,0.8<b<1.2,2≤c≤4,0.01≤x≤0.06,0.09≤y≤0.15,0.01≤z≤0.08。
本发明还提供所述的白光LED用硼酸盐发光玻璃的制备方法,所述方法为:以各自含Sr、Mg、Eu、Mn或Tb的化合物、含B的化合物为原料,按照所述白光LED用硼酸盐发光玻璃的化学表达式中各元素的摩尔比例称取相应的所述原料,直接以固体粉末或加入少量乙醇或丙酮润湿,研磨混匀得混合物,将混合物在空气或还原性气氛中,升温至900~1300℃温度下进行焙烧,升温速率通常为5℃/min~20℃/min,冷却得最终焙烧产物即制得所述白光LED用硼酸盐发光玻璃;所述的焙烧是指每次焙烧时间为1~7小时,焙烧1~5次,优选焙烧1次即可,多次焙烧时,每两次焙烧之间冷却到室温进行研磨处理,最后一次焙烧在还原性气氛下进行,所述还原性气氛为含5-10v%氢气的氮气混合气、含5-10v%一氧化碳的氮气混合气或活性炭在高温下和空气中的氧气反应产生的一氧化碳气氛;
所述含Sr、Mg、Eu、Mn或Tb的化合物物为含Sr、Mg、Eu、Mn或Tb各自对应的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硼酸盐或有机酸盐;所述的含B的化合物为含硼的氧化物、硼酸或硼酸盐。
进一步,所述含Sr、Mg、Eu、Mn或Tb的化合物优选为含Sr、Mg、Eu、Mn或Tb各自对应的氧化物或碳酸盐。
在于所述的含B的化合物优选为硼酸。
本发明所述研磨可在玛瑙研钵或球磨机中进行。所述研磨可以加入少量乙醇或丙酮润湿,起到均匀介质的作用,通常加入量使固体原料成糊状即可,这是本领域技术人员公知的。
本发明制备方法中,最后一次焙烧至熔融状态后,将熔融液按需要倒入设定形状的模具,冷却得到相应形状的所述白光LED用硼酸盐发光玻璃。
或者最后一次得到的最终焙烧产物可以经过切割、抛光成所需要的形状,制得特定形状的白光LED用硼酸盐发光玻璃。
本发明提供的白光LED用硼酸盐发光玻璃,在z=0时,为双掺Eu2+和Mn2+的硼酸盐发光玻璃,在波长为380nm紫外光激发下,所述硼酸盐发光玻璃的发射波长范围为400-750nm,其中包括400-550nm的蓝光区域和550-750nm的红光区域,发射主波长分别为460nm和630nm。
而当0<z<0.06,即三掺Eu2+、Mn2+和Tb3+的硼酸盐发光玻璃,玻璃中Tb3+的存在能有效提高发光玻璃的显色指数,并使色坐标更接近于正白光。在波长为350nm紫外光激发下,所述硼酸盐发光玻璃的发射波长范围为400-750nm,比双掺Eu2+和Mn2+的硼酸盐发光玻璃多了488nm处的蓝光和增多了543nm的绿光。
由此可见,本发明提供的硼酸盐发光玻璃可以发射出系列偏红、偏蓝的白光和正白光,显色指数可达90以上。
本发明的提供的白光LED用硼酸盐发光玻璃的化学组成决定了其激发光谱非常宽,在250~450nm范围内具有强的吸收,适合于紫外光LED芯片激发。本发明发光玻璃的发射光谱覆盖了从400nm到750nm的整个可见光区,是一种具有高显色指数、非常适合于白光LED的新型材料。同时该发光玻璃具有性能稳定,发光效率高等优点。并且制备方法工艺简单、易于操作、无污染、成本低。
(五)具体实施方式
下面以具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此:
实施例1:0.995SrO·0.82MgO·3B2O3:0.005Eu2+,0.18Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7345克碳酸锶(SrCO3)、0.1652克氧化镁(MgO)、1.8549克硼酸(H3BO3)、0.0044克三氧化二铕(Eu2O3)、0.1035克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以活性炭粉作为产生还原气氛的条件,升温速率为5℃/min,以1100℃焙烧6小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的偏红白光在380nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例2:0.95SrO·0.97MgO·2.5B2O3:0.05Eu2+,0.03Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7012克碳酸锶(SrCO3)、0.1955克氧化镁(MgO)、1.5458克硼酸(H3BO3)、0.044克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0172克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中,添加2mL乙醇进行研磨,研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%一氧化碳的氮气混合气作为还原气氛,升温速率为10℃/min,以1200℃焙烧4小时,在熔融时倒入模具,得到特定的形状,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的偏蓝白光在380nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例3:0.99SrO·0.85MgO·2.8B2O3:0.01Eu2+,0.15Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7308克碳酸锶(SrCO3)、0.1713克氧化镁(MgO)、1.7312克硼酸(H3BO3)、0.0088克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0862克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中,添加2mL丙酮进行研磨,研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%一氧化碳的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为15℃/min,以1300℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。所得玻璃经切割、抛光可形成特定的透镜形状。该发光玻璃发射的偏红白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例4:0.98SrO·0.94MgO·2B2O3:0.02Eu2+,0.06Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7234克碳酸锶(SrCO3)、0.1894克氧化镁(MgO)、1.2366克硼酸(H3BO3)、0.0176克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0345克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中,添加2mL丙酮进行研磨,研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为20℃/min,先以900焙烧5小时,再以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的偏蓝白光在400nm到730nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例5:0.97SrO·0.91MgO·3.5B2O3:0.03Eu2+,0.09Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7160克碳酸锶(SrCO3)、0.1834克氧化镁(MgO)、2.1641克硼酸(H3BO3)、0.0264克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0517克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以活性炭粉作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧4小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的白光在400nm到730nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例6:0.96SrO·0.88MgO·3.2B2O3:0.04Eu2+,0.12Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7086克碳酸锶(SrCO3)、0.1773克氧化镁(MgO)、1.9786克硼酸(H3BO3)、0.0352克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0690克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%一氧化碳的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例7:0.9SrO·0.8MgO·2.5B2O3:0.1Eu2+,0.2Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.6643克碳酸锶(SrCO3)、0.1612克氧化镁(MgO)、1.5458克硼酸(H3BO3)、0.0880克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0575克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中,添加3mL丙酮进行研磨,研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的白光在400nm到760nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例8:0.995SrO·0.97MgO·3.5B2O3:0.005Eu2+,0.03Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7345克碳酸锶(SrCO3)、0.1995克氧化镁(MgO)、2.1641克硼酸(H3BO3)、0.0044克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0172克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%一氧化碳的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的偏红白光在380nm到730nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例9:0.98SrO·0.88MgO·4B2O3:0.02Eu2+,0.12Mn2+发光玻璃的制备。制备方法如下:
分别称取0.7234克碳酸锶(SrCO3)、0.1773克氧化镁(MgO)、2.4732克硼酸(H3BO3)、0.0176克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0690克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中,添加2mL丙酮进行研磨,研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以活性炭粉作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的白光在400nm到760nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例10:0.96SrO·0.91MgO·3.8B2O3:0.04Eu2+,0.09Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.7086克碳酸锶(SrCO3)、0.1834克氧化镁(MgO)、2.3495克硼酸(H3BO3)、0.0352克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0517克碳酸锰(MnCO3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%一氧化碳的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例11:0.94SrO·0.88MgO·3B2O3:0.02Eu2+,0.12Mn2+,0.04Tb3+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.6939克碳酸锶(SrCO3)、0.1773克氧化镁(MgO)、1.8549克硼酸(H3BO3)、0.0176克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0690克碳酸锰(MnCO3)、0.0366克氧化铽(Tb2O3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中,添加2mL丙酮进行研磨,研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的正白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃,显色指数达到90以上。
实施例12:0.93SrO·0.91MgO·2..5B2O3:0.04Eu2+,0.09Mn2+,0.03Tb3+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.6865克碳酸锶(SrCO3)、0.1834克氧化镁(MgO)、1.5458克硼酸(H3BO3)、0.0352克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0517克碳酸锰(MnCO3)、0.0274克氧化铽(Tb2O3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的正白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃,显色指数达到90以上。
实施例13:0.93SrO·0.82MgO·3.5B2O3:0.01Eu2+,0.18Mn2+,0.06Tb3+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.6865克碳酸锶(SrCO3)、0.1652克氧化镁(MgO)、2.1641克硼酸(H3BO3)、0.0088克三氧化二铕(Eu2O3)、0.1035克碳酸锰(MnCO3)、0.0549克氧化铽(Tb2O3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的偏红白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例14:0.96SrO·0.91MgO·3.8B2O3:0.04Eu2+,0.09Mn2+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.8430克草酸锶(SrC2O4)、0.1834克氧化镁(MgO)、2.3495克硼酸(H3BO3)、0.0352克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0391克二氧化锰(MnO2),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%一氧化碳的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。
实施例15:0.94SrO·0.88MgO·3B2O3:0.02Eu2+,0.12Mn2+,0.04Tb3+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.6939克碳酸锶(SrCO3)、1.1281克硝酸镁(MgN2O6.6H2O)、1.8549克硼酸(H3BO3)、0.0176克三氧化二铕(Eu2O3)、0.0690克碳酸锰(MnCO3)、0.0366克氧化铽(Tb2O3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中,添加2mL丙酮进行研磨,研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的正白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃,显色指数达到90以上。
实施例16:0.93SrO·0.91MgO·2..5B2O3:0.04Eu2+,0.09Mn2+,0.03Tb3+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.9841克硝酸锶(Sr(NO3)2)、0.1834克氧化镁(MgO)、1.5458克硼酸(H3BO3)、0.0352克三氧化二铕(Eu2O3)、0.1102克乙酸锰(Mn(CH3COO)2·4H2O)、0.0274克氧化铽(Tb2O3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的正白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃,显色指数达到90以上。
实施例17:0.93SrO·0.82MgO·3.5B2O3:0.01Eu2+,0.18Mn2+,0.06Tb3+发光玻璃的制备。
制备方法如下:
分别称取0.6865克碳酸锶(SrCO3)、0.7147克磷酸氢镁(MgHPO4·3H2O)、2.1641克硼酸(H3BO3)、0.0088克三氧化二铕(Eu2O3)、0.1035克碳酸锰(MnCO3)、0.0549克氧化铽(Tb2O3),以上原料均为分析纯。将上述原料混合物在玛瑙研钵中研磨均匀以后,装入刚玉坩埚中,在高温炉中以含5-10v%氢气的氮气混合气作为产生还原气氛的条件,升温速率为10℃/min,以1100℃焙烧2小时,冷却至室温,制得发光玻璃。该发光玻璃发射的偏红白光在400nm到750nm之间,覆盖了整个可见光范围。该发光玻璃可被从250nm到450nm的紫外光激发,是适合于紫外光LED芯片激发的白光LED应用的新型发光玻璃。