CN103043908B - 一种新型荧光玻璃制备方法 - Google Patents

Abstract

一种新型荧光玻璃及其制备方法，该荧光玻璃由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O组成的玻璃基质和Ce-YAG荧光粉原料合成，其中玻璃基质各组分的摩尔百分比为：P₂O₅：30%～50%、ZnO：15%～30%、MgO：15%～25%、Na₂O：5%～13%、Li₂O：0.5%～2%，且Ce-YAG荧光粉的用量占玻璃基质总重量的1%～50%。本发明采用荧光玻璃片材作为白光LED的封装材料，能够有效的控制荧光玻璃片材的形状和厚度，很好的解决荧光粉涂敷不均匀，从而提高白光LED发光效率、使用寿命和光谱稳定性，而且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。

Description

一种新型荧光玻璃制备方法

技术领域

本发明涉及LED荧光灯的材料制备，特别是涉及一种新型荧光玻璃制备方法。

背景技术

白光LED自问世以来,便因其使用寿命长、高效节能、绿色环保等优点被誉为继白炽灯、荧光灯、气体放电之后的第四代照明光源。目前小功率的LED工作电流为几十毫安，功率较小，现有的封装材料和封装技术已经能满足它的需要。而对于瓦级大功率LED，其芯片的工作电流一般在350mA以上，消耗的电功率从1W到5W甚至更高，这种大功率的芯片封装对封装材料和技术提出了新的要求。大功率会导致环氧树脂封装材料加速老化，从而影响LED的发光效率及使用寿命，而与树脂相比，玻璃材料更耐高温，导热性也更好。稀土掺杂的荧光玻璃是一种很有前途的发光材料, 目前以其优良的性能成为一类新型的功能和结构材料,备受研究者的青睐。荧光玻璃的许多优点，诸如耐热、耐潮湿、耐腐蚀及易加工等,在结构和化学稳定性方面性能独特。白光LED以其高效、节能及环保等特点迅速进入汽车、个人通讯设备和照明等领域,具有良好的市场前景。

中国发明专利CN102442778A公开了一种荧光玻璃及其制备方法与应用，其特征是用玻璃微粉与荧光粉混合制作LED封装材料，再用传统的点胶工艺方法进行封装。还是存在发光效率较低、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

本发明的目的在于针对上述问题的存在，提供一种制备工艺简单，且具有耐高温、导热性好、弯曲强度大、使用寿命长、发光均匀、发光效率高、易加工等特性的新型荧光玻璃制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的新型荧光玻璃，其特点是所述荧光玻璃由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O组成的玻璃基质和Ce-YAG荧光粉原料合成，其中玻璃基质各组分的摩尔百分比为：P₂O₅：30%～50%、ZnO：15%～30%、MgO：15%～25%、Na₂O：5%～13%、Li₂O：0.5%～2%，且Ce-YAG荧光粉的用量占玻璃基质总重量的1%～50%。

其中，上述Ce-YAG荧光粉为黄色荧光粉（YAG：Ce3+，钇铝石榴石结构），该黄色荧光粉混合比例在范围为10%～25%中效果最好，当黄色荧光粉添加比例为15%时达到最佳状态。

本发明所述的新型荧光玻璃的制备方法，其特点是包含以下步骤：

a）按设定量P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O和Li₂O的摩尔百分比称量P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠和Li₂O的玻璃基质原料，并均匀混合；

b）将玻璃基质原料在1000-1150℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

c）将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

d）将步骤c）得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

e）将玻璃粉与占玻璃粉总重量的1%～50%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度600℃-1000℃ ，煅烧时间30min-1.5h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，得到所述的荧光玻璃。

本发明由于采用了稀土掺杂的荧光透明玻璃作为LED新型封装材料，并封装使用在LED器件上。可以从以下几个方面解决LED在封装和使用的问题：

1）由于国内企业普遍采用大功率白光LED主要是在蓝光LED芯片上点滴荧光粉的封装方法实现白光，但在这种封装过程中荧光粉的涂敷厚度和形状难以控制，造成LED器件色温的均匀性不理想。但本发明可以根据封装形式的需要通过物理加工有效的控制荧光透明玻璃片材的形状和厚度，很好的解决荧光粉涂敷不均匀，从而提高白光LED发光效率、使用寿命和光谱稳定性。

2）LED长期点亮会使环氧树脂（或硅胶）温度上升而发生老化，加快环氧树脂（或硅胶）的老化，透明度严重下降，极大缩短了白光LED的寿命，并影响LED的发光效率。与树脂（或硅胶）相比，荧光玻璃材料更耐高温、抗腐蚀、导热性高等特点，在结构和化学稳定性方面具有独特性能。另外，将含有荧光粉的树脂直接涂敷在芯片上，使其长期处于高温环境下，荧光粉的量子效率会由于温度淬灭效应而降低，较高的温度还会加速荧光粉的老化。为了获得性能更加稳定的白光LED器件，本发明在封装时将荧光玻璃片与芯片分开，能有效降低荧光粉表面温度，从而大大提高荧光粉光转换效率。

3）本发明可以方便地通过改变荧光粉的质量比和荧光玻璃片的厚度来改变白光LED的色温和显色指数。

4）同时，荧光玻璃材料具有一定的可塑性，可加工成不同的形状以满足不同的封装需求，为光源领域开拓了前所未有的灵活性及创造性。

因此本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

1）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。

2）采用荧光玻璃片材作为白光LED的封装材料，能够有效的控制荧光玻璃片材的形状和厚度，很好的解决荧光粉涂敷不均匀，从而提高白光LED发光效率、使用寿命和光谱稳定性。

3）采用荧光玻璃封装白光LED（现有的LED采用的荧光材料相比），由于荧光玻璃具有相对较高的化学稳定性和热稳定性，能有效改善荧光转换材料在高温下老化和衰减问题，提高LED寿命，改善LED光均匀性及色温的稳定性。同时本发明在封装时将荧光玻璃片材与芯片分开，能有效降低荧光粉表面温度，从而大大提高荧光粉光转换效率。

4）能方便地通过改变荧光粉的质量比和不同的厚度来改变白光LED的色温和显色指数。

5）由于该荧光玻璃材料具有一定的可塑性，从而为光源领域开拓了前所未有的灵活性及创造性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明所述的荧光玻璃在白光LED封装中的结构示意图。其中，1为荧光玻璃薄片、2为LED芯片、3为电极、4为环氧树脂透光体、5为散热基板、6为反光杯、7为填充连接物、11为荧光玻璃薄片的顶面、12为荧光玻璃薄片的底面。

具体实施方式

本发明所述的新型荧光玻璃，该荧光玻璃由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O组成的玻璃基质和Ce-YAG荧光粉原料合成，其中玻璃基质各组分的摩尔百分比为：P₂O₅：30%～50%、ZnO：15%～30%、MgO：15%～25%、Na₂O：5%～13%、Li₂O：0.5%～2%，且Ce-YAG荧光粉的用量占玻璃基质总重量的1%～50%。其中，本发明中各组分采用以下各百分比范围时，效果最好，此时，上述P₂O₅占玻璃基质的摩尔百分比为35%～45%，上述ZnO占玻璃基质的摩尔百分比为18%～25%，上述MgO占玻璃基质的摩尔百分比为18%～20%，上述Na₂O占玻璃基质的摩尔百分比为6.5%～10.5%，上述Li₂O占玻璃基质的摩尔百分比为：1.0%～1.5%，上述Ce-YAG荧光粉占玻璃基质总重量的百分数为10%～25%。同时，本发明所述的新型荧光玻璃的制备方法，包含以下步骤：

a）按设定量P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O和Li₂O的摩尔百分比称量P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠和Li₂O的玻璃基质原料，并均匀混合；

b）将玻璃基质原料在1000-1150℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

c）将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

d）将步骤c）得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

e）将玻璃粉与占玻璃粉重量的1%～50%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度600℃-1000℃ ，煅烧时间30min-1.5h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，得到所述的荧光玻璃。

实施例1：

一种新型荧光玻璃，由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O和Ce-YAG荧光粉原料合成。原材料摩尔百分比及工艺参数如下表所示：

1)                                                   

2)    按照上表中的配方称量一定重量的分析纯原料P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠、Li₂O和Ce-YAG荧光粉；

3)    将玻璃基质原料在1050℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

4)    将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

5)    将上一步得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

6)    将玻璃粉与占玻璃粉重量百分比为10%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度600℃ ，煅烧时间1.5h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，即得到新型荧光玻璃薄片。

实施例2：

一种新型荧光玻璃，由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O和Ce-YAG荧光粉原料合成。原材料摩尔百分比及工艺参数如下表所示：

7)    

8)    按照上表中的配方称量一定重量的分析纯原料P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠、Li₂O和Ce-YAG荧光粉；

9)    将玻璃基质原料在1050℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

10) 将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

11) 将上一步得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

10）将玻璃粉与占玻璃粉重量百分比为15%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度700℃ ，煅烧时间1.5h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，即得到新型荧光玻璃薄片。

实施例3：

一种新型荧光玻璃，由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O和Ce-YAG荧光粉原料合成。原材料摩尔百分比及工艺参数如下表所示：

11）按照上表中的配方称量一定重量的分析纯原料P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠、Li₂O和Ce-YAG荧光粉；

12）将玻璃基质原料在1050℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

13）将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

14）将上一步得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

15）将玻璃粉与占玻璃粉重量百分比为25%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度800℃ ，煅烧时间1h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，即得到新型荧光玻璃薄片。

实施例4：

一种新型荧光玻璃，由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O和Ce-YAG荧光粉原料合成。原材料摩尔百分比及工艺参数如下表所示：

16）按照上表中的配方称量一定重量的分析纯原料P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠、Li₂O和Ce-YAG荧光粉；

17）将玻璃基质原料在1050℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

18）将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

19）将上一步得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

20）将玻璃粉与占玻璃粉重量百分比为50%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度900℃ ，煅烧时间1h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，即得到新型荧光玻璃薄片。

实施例5：

一种新型荧光玻璃，由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O和Ce-YAG荧光粉原料合成。原材料摩尔百分比及工艺参数如下表所示：

21）按照上表中的配方称量一定重量的分析纯原料P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠、Li₂O和Ce-YAG荧光粉；

22）将玻璃基质原料在氮气保护气氛下1050℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

23）将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

24）将上一步得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

25）将玻璃粉与占玻璃粉重量百分比为15%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度1000℃ ，煅烧时间0.5h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，即得到新型荧光玻璃薄片。

实施例6：

一种新型荧光玻璃，由P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O、Li₂O和Ce-YAG荧光粉原料合成。原材料摩尔百分比及工艺参数如下表所示：

21）按照上表中的配方称量一定重量的分析纯原料P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠、Li₂O和Ce-YAG荧光粉；

22）将玻璃基质原料在氮气保护气氛下1050℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

23）将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

24）将上一步得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

25）将玻璃粉与占玻璃粉重量百分比为1%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度1000℃ ，煅烧时间0.5h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，即得到新型荧光玻璃薄片。

Claims (1)

1.一种新型荧光玻璃的制备方法，其特征在于包含以下步骤：

a）按设定量P₂O₅、ZnO、MgO、Na₂O和Li₂O的摩尔百分比称量P₂O₅、ZnO、MgO、六偏磷酸钠和Li₂O的玻璃基质原料，其中玻璃基质各组分的摩尔百分比为：P₂O₅：30%～50%、ZnO：15%～30%、MgO：15%～25%、Na₂O：5%～13%、Li₂O：0.5%～2%，且Ce-YAG荧光粉的用量占玻璃基质总重量的1%～50%，并均匀混合；

b）将玻璃基质原料在1000-1150℃煅烧，保温0.5-2h，得到玻璃液；

c）将得到的玻璃液倒入冷水中进行水淬，得到透明的玻璃基质；

d）将步骤c）得到的玻璃基质捣碎、球磨，得到微米级的玻璃粉末；

e）将玻璃粉与占玻璃粉总重量的1%～50%的Ce-YAG荧光粉在球磨机中充分混合，煅烧温度600℃-1000℃ ，煅烧时间30min-1.5h，然后进行浇铸成型、退火、切割、打磨和抛光处理，得到所述的荧光玻璃。