CN103319095A - 低温玻璃荧光体及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温玻璃荧光体，包括低温玻璃材料及荧光粉，该低温玻璃材料由钠玻璃系统的二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钠(Na₂O)组成，或由磷酸盐玻璃系统的五氧化二磷(P₂O₅)、氧化锡(SnO)、氧化钡(BaO)组成；本发明还提供了一种低温玻璃荧光体的制法包括透低温烧结步骤、水淬成型步骤、研磨步骤、混合预烧步骤、混合研磨步骤和热压成型步骤，本发明的低温玻璃荧光体能降低其玻璃转化温度、玻璃软化温度及玻璃起始结晶温度，形成符合光学玻璃等级要求应用于白光LED模块的低温玻璃荧光体。

Description

低温玻璃荧光体及其制法

技术领域

本发明涉及一种LED封装材料，特别是涉及一种应用于白光LED模块，且以低温烧结形成的低温玻璃荧光体及其制法。

背景技术

近年来，由于白光发光二极管(white light-emitting diodes，WLEDs)具有如使用寿命长、体积小、发光效率佳等许多优势而逐渐取代传统灯泡光源。

目前，高功率白光LED封装制程的主要方法之一，使用蓝光芯片搭配涂布于蓝光芯片的高分子荧光胶，使该蓝光经穿透该高分子荧光胶形成白光光源；其中，高分子荧光胶包含钇铝石榴石(YttriumAluminum Garnet，YAG)荧光粉及硅胶；然而，由于发光二极管应用于白光照明日趋普及，所需的亮度及功率亦随之增加，且蓝光芯片的消耗功率与热能成正比，因此当蓝光芯片应用于高亮度的场合而需要极高的功率时，蓝光芯片表面所产生的热能将导致硅胶迅速老化，如此将使得发光光源出现流明损失加剧、色度飘移趋于严重及质量稳定性不佳的情况。

由于玻璃具有良好的光穿透性，且具有与荧光粉混合均匀的能力，故有发明人提出以具有更良好耐热性的玻璃材料取代硅胶与荧光粉混合烧结，形成一同时具有玻璃特性与荧光特性的玻璃荧光体，而大幅的改善因高分子材料的先天限制造成的热效应影响，得到不易受LED芯片发出热能影响导致老化现象的LED封装材料；然而，玻璃材料的加工温度普遍在1000℃以上，除了提高制程上的困难，同时也会使荧光粉的晶格结构因高温破坏而丧失荧光能力；

此外，若玻璃的加工温度过低，则玻璃无法达到可成型的软化点或是熔点，将无法使玻璃粉熔融聚集而只能形成易碎且透光性极差的粉状块体，故制作玻璃荧光体时，玻璃材料的成分组成即成为影响其加工温度以及荧光效率的重要因素。

发明内容

有鉴于上述现有技术的使用问题，本案发明人认为有必要开发一种藉其玻璃材料组成比例降低其玻璃转化温度、玻璃软化温度等性质的低温玻璃材料，以使该低温玻璃材料能进行低温烧结，并与荧光粉混合制备成具高效能的低温玻璃荧光体。

本发明要解决的技术问题是提供一种低温玻璃荧光体，其由低温玻璃材料及荧光粉制成，该低温玻璃材料是由二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钠(Na₂O)组成的钠玻璃系统低温玻璃材料，或由五氧化二磷(P₂O₅)、氧化锡(SnO)、氧化钡(BaO)组成的磷酸盐玻璃系统低温玻璃材料，并藉调整该低温玻璃材料的组成比例以降低其玻璃转化温度、玻璃软化温度、玻璃起始结晶温度，达到于该玻璃荧光体制程中进行低温烧结；其中：

于该钠玻璃系统中，该二氧化硅(SiO₂)占该低温玻璃材料整体重量的40～50wt％，该氧化铝(Al₂O₃)占5～10wt％以及该氧化钠(Na₂O)占40～50wt％；透过固定该二氧化硅(SiO₂)所占比例，以及增加氧化钠(Na₂O)比例、减少氧化铝(Al₂O₃)比例，达到降低该低温玻璃材料的玻璃转化温度、玻璃软化温度、玻璃起始结晶温度；

于该磷酸盐玻璃系统中，该氧化锡(SnO)占该低温玻璃材料整体重量的55～70wt％，该五氧化二磷(P₂O₅)占25～35wt％，以及该氧化钡(BaO)占5～10wt％；透过固定该五氧化二磷(P₂O₅)所占比例，并增加氧化锡(SnO)比例、减少氧化钡(BaO)比例，达到降低玻璃转化温度、玻璃软化温度、玻璃起始结晶温度以及提高折射率；或者，透过固定该氧化钡(BaO)所占比例，并增加五氧化二磷(P₂O₅)比例、减少氧化锡(SnO)比例，达到降低玻璃转化温度、玻璃软化温度。

较佳的是，于该钠玻璃系统中，该低温玻璃材料具有占其整体重量比例35wt％的二氧化硅(SiO₂)、55wt％的氧化铝(Al₂O₃)以及10wt％的氧化钠(Na₂O)，且该低温玻璃材料的折射率为1.64，其玻璃转移温度为400℃，其玻璃软化温度为650℃，其可见光穿透率为大于90％。

较佳的是，于该磷酸盐玻璃系统中，该低温玻璃材料具有占其整体重量比例65wt％的氧化锡(SnO)、5wt％的氧化钡(BaO)以及30wt％的五氧化二磷(P₂O₅)，且该低温玻璃材料的折射率为1.76，其玻璃转化温度为300℃，其玻璃软化温度为365℃，其可见光穿透率为大于90％。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种低温玻璃荧光体的制法，其使用如前述的低温玻璃荧光体进行制备，令该低温玻璃材料经低温烧结而与该荧光粉均匀混合，再置入一热压模机加热熔融，最后固化形成具一种高可靠度、高耐热且符合光学玻璃等级所需要求的低温玻璃荧光体；其方法步骤包括：a、低温烧结步骤，b、水淬成型步骤，c、研磨步骤，d、混合预烧步骤，e、混合物研磨步骤以及f、热压成型步骤。

该低温玻璃荧光体的制法主要是将该低温玻璃材料以1100～1300℃进行低温烧结后，置入水或液态氮进行冷却，使该低温玻璃材料冷却并研磨形成一粒径为100～200μm的玻璃细砂(请注意，权利要求中研磨步骤是2～6μm玻璃细砂，研磨具体应为多少需确认)，接着将该玻璃细砂与该荧光粉干式混合后进行一次预烧，而形成一呈粉状或颗粒状之混合物，再将该混合物研磨至粒径为2～6μm且均匀混合之玻璃荧光粉，将该玻璃荧光粉置入一热压模机的模穴内，并加热该模穴为400～1100℃，令该玻璃荧光粉于该模穴内热融，待该热压模机冷却，该玻璃荧光粉离型形成该低温玻璃荧光体。

本发明要低温玻璃荧光体，其由低温玻璃材料及荧光粉制成，藉调整该低温玻璃材料的组成比例以降低其玻璃转化温度、玻璃软化温度、玻璃起始结晶温度，达到于该玻璃荧光体制程中进行低温烧结。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明低温玻璃荧光体的制法流程图

附图标记说明

a是低温烧结步骤

b是水淬成型步骤

c是研磨步骤

d是混合预烧步骤

e是混合物研磨步骤

f是热压成型步骤

具体实施方式

于本发明的实施例中，将说明该低温玻璃荧光体的配方及其制法。

本发明低温玻璃荧光体包括低温玻璃材料及荧光粉，其中该荧光粉系可选自铝酸盐(YAG)、硅酸盐(Silicate)、氮化物(Nitride)等荧光材料，于本实施例中，该荧光粉选择钇铝石镏石荧光粉(YAG，yttrium aluminum garnet)，化学式为Y₃A_l5O₁₂，并以铈(Ce，Cerium)为主体晶格(Host Lattice)而钇铝石镏石荧光粉为活化剂(Activator)成分组成；其中铈元素原子量为58，融点为795℃。

该低温玻璃材料为由二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钠(Na₂O)组成的钠玻璃系统低温玻璃材料，或由五氧化二磷(P₂O₅)、氧化锡(SnO)、氧化钡(BaO)组成的磷酸盐玻璃系统低温玻璃材料；

于该钠玻璃系统中，如表一所示，该二氧化硅(SiO₂)占该低温玻璃材料整体重量的40～50wt％，该氧化铝(Al₂O₃)占5～10wt％以及该氧化钠(Na₂O)占40～50wt％；于本实施例中，如表二所示，当固定该低温玻璃材料的二氧化硅(SiO₂)含量，并增加氧化钠(Na₂O)比例、减少氧化铝(Al₂O₃)比例，达到降低该低温玻璃材料的玻璃转化温度、玻璃软化温度、玻璃起始结晶温度，当固定氧化铝(Al₂O₃)含量，并增加二氧化硅(SiO₂)比例、减少氧化钠(Na₂O)比例，则可强化玻璃结构，而提高玻璃转化温度、玻璃软化温度及玻璃起始结晶温度；

如表一、表二所示，其中，以钠玻璃系统的该低温玻璃材料的较佳成分比例为，具有占其整体重量40wt％的二氧化硅(SiO₂)、10wt％的氧化铝(Al₂O₃)、50wt％的氧化钠(Na₂O)成分比例，且该低温玻璃材料的玻璃转化温度为400℃，玻璃软化温度为650℃，折射率为1.64，穿透率为大于68％。

于该磷酸盐玻璃系统中，如表三所示，该氧化锡(SnO)占该低温玻璃材料整体重量的55～70wt％，该五氧化二磷(P₂O₅)占25～35wt％，以及该氧化钡(BaO)占5～10wt％；透过固定该五氧化二磷(P₂O₅)所占比例，并增加氧化锡(SnO)比例、减少氧化钡(BaO)比例，达到降低玻璃转化温度、玻璃软化温度、玻璃起始结晶温度以及提高折射率；或者，透过固定该氧化钡(BaO)所占比例，并增加五氧化二磷(P₂O₅)比例、减少氧化锡(SnO)比例，达到降低玻璃转化温度、玻璃软化温度。

如表三、表四所示，其中磷酸盐玻璃系统的该低温玻璃材料的较佳成分比例为，具有占其整体重量比例65wt％的氧化锡(SnO)、5wt％的氧化钡(BaO)以及30wt％的五氧化二磷(P₂O₅)，且该低温玻璃材料的折射率为1.76，玻璃转移温度为375℃，玻璃软化温度为588℃，穿透率为大于90％。

以上所述即为本发明低温玻璃荧光体之配方实施例主要说明，至于本发明低温玻璃荧光体较佳实施例的制备方法及其功效，做以下说明。

如图1所示，本发明低温玻璃荧光体的制法，其主要以前述的低温玻璃材料及荧光粉进行制备；其中，该方法步骤包括a、低温烧结步骤，b、水淬成型步骤，c、研磨步骤，d、混合预烧步骤，e、混合物研磨步骤以及f、热压成型步骤；其中：

a、低温烧结步骤，将前述低温玻璃材料置于一容器内，并以1100～1300℃进行低温烧结；

b、水淬成型步骤，将该低温玻璃材料置入水或液态氮中进行冷却，令该低温玻璃材料冷却后形成一玻璃细砂；

c、研磨步骤，将该玻璃细砂置入一行星式球磨机，并研磨至粒径为2～6μm；于本实施例中，该玻璃细砂研磨至粒径3μm为较佳；

d、混合预烧步骤，将该玻璃细砂与该荧光粉干式混合，形成一混合粉体；于本实施例中，该混合预烧步骤d将该玻璃细砂与该荧光粉置入一旋转搅拌机，并搅拌混合30～60分钟后得该混合粉体；

e、混合研磨步骤，将该混合粉体研磨至粒径为2～6μm，得一均匀混合之玻璃荧光粉；于本实施例中，该混合研磨步骤e以一研钵研磨该混合粉体20～30分钟后得该玻璃荧光粉。

综上所述，本发明藉由调制该低温玻璃材料之成分比例，达到降低其玻璃转化温度、玻璃软化温度及玻璃起始结晶温度，使经过低温烧结、水淬成型、研磨、混合等步骤后形成的玻璃细砂，能与该荧光粉再经混合搅拌、混合研磨等步骤，令该低温玻璃材料与该荧光粉在热压成型步骤的相对低温下，两材料熔融混合均匀并固化离型，形成符合光学玻璃等级要求应用于白光LED模块的低温玻璃荧光体。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低温玻璃荧光体，该玻璃荧光体包括低温玻璃材料及荧光粉，其特征在于：

所述低温玻璃材料由40～50wt％的二氧化硅(SiO₂)、5～10wt％之氧化铝(Al₂O₃)以及40～50wt％的氧化钠(Na₂O)组成，且该低温玻璃材料具有402～485℃的玻璃转化温度，650～705℃的玻璃软化温度，且该低温玻璃材料的可见光穿透率为68～72％，折射率为1.57～1.68。

2.如权利要求1所述的低温玻璃荧光体，其特征在于：所述二氧化硅(SiO₂)占该低温玻璃材料整体重量的40wt％，所述氧化铝(Al₂O₃)占该低温玻璃材料整体重量的10wt％，所述氧化钠(Na₂O)占该低温玻璃材料整体重量的50wt％，且该低温玻璃材料的玻璃转化温度为400℃，玻璃软化温度为650℃，且该低温玻璃材料具有大于68％的可见光穿透率，折射率为1.64。

3.一种低温玻璃荧光体，该玻璃荧光体包括低温玻璃材料及荧光粉，其特征在于：所述低温玻璃材料由占其整体重量55～70wt％的氧化锡(SnO)、25～35wt％五氧化二磷(P₂O₅)以及5～10wt％氧化钡(BaO)组成，且该低温玻璃材料具有339～357℃的玻璃转化温度，534～588℃的玻璃软化温度，且该低温玻璃材料的可见光穿透率为86～90％，折射率为1.74～1.78。

4.如权利要求3所述的低温玻璃荧光体，其特征在于：所述氧化锡(SnO)占该低温玻璃材料整体重量的65wt％，所述五氧化二磷(P₂O₅)占该低温玻璃材料整体重量的30wt％，所述氧化钡(BaO)占该低温玻璃材料整体重量的5wt％，且该低温玻璃材料的玻璃转化温度为375，玻璃软化温度为588，且该低温玻璃材料具有90％的可见光穿透率，折射率为1.76。

5.如权利要求1或3所述的低温玻璃荧光体，其特征在于：所述荧光粉为钇铝石镏石荧光粉，且该荧光粉占该低温玻璃荧光体整体重量的0.1～10wt％。

6.一种低温玻璃荧光体的制法，其特征在于：该方法步骤包括：

a、低温烧结步骤：将该低温玻璃材料置于一容器内，并以1100～1300℃进行低温烧结；

b、水淬成型步骤：将该低温玻璃材料置入水或液态氮进行冷却，令该低温玻璃材料冷却后形成一玻璃细砂；

c、研磨步骤：将该玻璃细砂置入一球磨机，并研磨至粒径为2～6μm；

d、混合预烧步骤：将该玻璃细砂与该荧光粉干式混合后进行预烧，形成一呈粉状或颗粒状的混合物；

e、混合物研磨步骤：将该混合物研磨至粒径为2～6μm，得一均匀混合的玻璃荧光粉；

f、热压成型步骤：将该玻璃荧光粉置入一热压模机的模穴内，并加热该模穴为400～1100，令该玻璃荧光粉于该模穴内热融，待该热压模机冷却，该玻璃荧光粉离型形成该低温玻璃荧光体。

7.如权利要求6所述的低温玻璃荧光体制法，其特征在于：步骤c，研磨步骤以球磨机研磨所述玻璃细砂30～60分钟，且该球磨机为一行星式球磨机。

8.如权利要求6所述的低温玻璃荧光体制法，其特征在于：步骤e，混合研磨步骤以一研钵研磨所述混合粉体20～30分钟而得玻璃荧光粉。

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