CN106219990B - 用于双层荧光体基层的微晶玻璃及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED白光照明技术领域，尤其是涉及一种双层结构远程的荧光体、制备方法及具有该双层结构荧光体的远程LED器件。该种双层结构远程的荧光体，包括镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，该镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃表面覆盖有一层含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶层。上述双层结构远程的荧光体在基体玻璃和硅胶中分别均匀镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉和CASN：Eu红色荧光粉的双层结构远程的荧光体，硅胶层表面平整光滑，并且与微晶玻璃层结合紧密；远程荧光体制备工艺简单、成本低廉，无毒无污染，具有良好的热学和化学稳定性，该荧光体构建的远程LED器件，通电后器件发射明亮的暖白光。

Description

用于双层荧光体基层的微晶玻璃及制备方法
技术领域
本发明涉及LED白光照明技术领域，尤其是涉及一种用于双层荧光体基层的微晶玻璃及制备方法。
背景技术
作为第四代固态照明光源的白光LED具有高效节能，绿色环保，使用寿命长等优点，已渗透至通用照明的各个领域。由于其具有重大的经济和社会效益，世界各国纷纷将之纳入国家战略性计划。
当下，主流白光LED的封装方法主要是采用点胶工艺将混合YAG：Ce黄色荧光粉的硅胶直接涂覆在蓝光GaN芯片上，然后经加热固化成型。众所周知，LED光源在发光的同时也产生大量热量，特别是，对于大功率LED而言，随着LED输出功率的增加，正向电流If增大，芯片产生的高温甚至可达100、150℃。传统封装材料主要使用硅胶等有机聚合物，其热导率低、热稳定和化学稳定较差。在长时间使用过程中，这些弊端会逐渐显现——材料老化变黄，导致白光LED的光衰和色漂移。如何解决这一难题是发展长寿命、高功率白光LED技术的关键。近年来，人们提出采用无机发光材料，如Y3Al5O12：Ce3+透明陶瓷、玻璃陶瓷、荧光粉微晶玻璃(PiG)来取代有机封装材料。由于玻璃/陶瓷无机基体具有优良的热学和化学稳定性，将有望大幅延长现行白光LED的使用寿命。其中，利用低温共烧法将荧光粉和低熔点玻璃在小于1000度熔融条件下均匀混合制得的微晶玻璃被认为是一类最有希望的无机封装材料。
为解决上述问题，中国科学院福建物构所申请的中国发明专利CN201310123356.X提供了一种“用于白光LED的Ce：YAG微晶玻璃及其制备方法”，该专利中PiG荧光转换体具有十分优异的发光性能，其耦合蓝光芯片构建的白光LED器件的光效可达到124流明/瓦。然而，该荧光材料的发射光谱中缺少红光成分，相应器件的色温较高(6674K)、显色指数较低(70)，无法满足室内照明应用中的需求。如何设计研发出一种新型暖白光LED用无机光转换微晶玻璃是各国研究人员面临的一个亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于双层荧光体基层的微晶玻璃及制备方法。
为实现上述目的，用于双层荧光体基层的微晶玻璃，所述微晶玻璃为镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，其特征在于：所述微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：SiO2 24-27mol％、TeO2 22-26mol％、ZnO 15-18mol％、Ae2O 6-9mol％、GeO2 12-15mol％、B2O3 9-12mol％、BaO 2.1-0.9mol％、TiO2 2.7-3.1mol％，其中Ae选自Li，Na或K。
优化的，YAG：Ce荧光粉的含量(质量比)为基体玻璃的5-8wt％。
优化的，微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：26SiO2mol％、24TeO2mol％、17ZnO mol％、6Na2CO3mol％、12GeO2mol％、10H3BO3mol％、2BaO mol％、3TiO2mol％。
优化的，微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：24SiO2mol％、24TeO2mol％、17ZnO mol％、7Na2CO3mol％、12GeO2mol％、10H3BO3mol％、3BaO mol％、3TiO2mol％。
优化的，微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：26SiO2mol％、24TeO2mol％、15ZnO mol％、6Na2CO3mol％、13GeO2mol％、10H3BO3mol％、2BaO mol％、4TiO2mol％。
优化的，微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：26SiO2mol％、22TeO2mol％、17ZnO mol％、6Na2CO3mol％、12GeO2mol％、11H3BO3mol％、3BaO mol％、3TiO2mol％。
优化的，微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：25SiO2mol％、24TeO2mol％、16ZnO mol％、6Na2CO3mol％、12GeO2mol％、10H3BO3mol％、3BaO mol％、4TiO2mol％。
用于双层荧光体基层的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，制作权利要求1-7任意一项所述的微晶玻璃，包括如下步骤：
步骤1，按照玻璃基体配比准确称量后置于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀后置于坩埚中，加热原料粉体使之熔融；
步骤2，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状前驱玻璃；
步骤3，将获得的前驱玻璃敲碎，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入荧光粉，再进一步研磨后置于坩埚中，加热玻璃粉末到使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状微晶玻璃；
步骤4,将步骤3获得的微晶玻璃放入电阻炉中退火以消除内应力，并对其切割打磨，得到所需尺寸的微晶玻璃。
进一步的，步骤1中原料粉体的熔融温度为1200-1300℃，保温时间为1-3小时。
进一步的，步骤3中玻璃粉末的熔融温度为650-700℃，保温时间为1-3小时。
由上述对本发明的描述可知，本发明提供的微晶玻璃成本低廉，无毒无污染，具有良好的热学和化学稳定性，可应用于构建双层结构远程的荧光体；作为双层结构远程的荧光体的基层，通过独特的组分及制作工艺所制成的微晶玻璃，能保证双层结构远程的荧光体的成形性与透明性，保证其有较高的发光效率，并使硅胶层与微晶玻璃层结合紧密。
附图说明
图1为双层结构远程荧光体的断面结构扫描电镜图。
图2为双层结构远程荧光体的制备方法的工艺流程图。
图3为具体实施例1至5具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件的结构示意图。
图4为具体实施例1具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件的电致发光图谱图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1所示，一种双层结构远程的荧光体，包括镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，该镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃表面覆盖有一层含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶层；
镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：SiO2 24-27mol％、TeO2 22-26mol％、ZnO 15-18mol％、Ae2O 6-9mol％、GeO212-15mol％、B2O3 9-12mol％、BaO 2.1-0.9mol％、TiO2 2.7-3.1mol％，其中Ae选自Li，Na或K。
微晶玻璃中的YAG：Ce荧光粉为Y3Al5O12：Ce3+黄色荧光粉，Y3Al5O12：Ce3+黄色荧光粉的含量(质量比)为基体玻璃的5-8wt％；
CASN：Eu红色荧光粉为CaAlSiN3：Eu2+红色荧光粉，CaAlSiN3：Eu2+红色荧光粉的含量为硅胶的10-50wt％。
参照图1、2所示，一种双层结构远程的荧光体的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，制备镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃；
步骤2，制备含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶，将CASN：Eu红色荧光粉和硅胶按一定比例混合并搅拌均匀，而后在真空环境下去除气泡；
步骤3，将步骤2制得的混有红色荧光粉的荧光粉硅胶涂覆在步骤1制备的微晶玻璃表面上，随后将其移入干燥箱中，在100、200℃温度条件下固化1、4小时成型，得到所需的双层结构荧光体。
参照图3所示，一种具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件，包括壳体，发光芯片和远程荧光体，所述发光芯片为蓝光芯片，所述蓝光芯片设置于镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃下方，有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶层覆盖于镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃的上表面。
具体实施例一：
参照图1至图4所示，具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件，包括壳体100，发光芯片200和远程荧光体300，所述发光芯片100为纳米蓝光芯片，在460纳米蓝光激发下，双层结构荧光体300发射黄光与红光，黄光、红光与芯片蓝光组合产生明亮的暖白光，发光效果图与电致发光谱分别如图4，色度坐标为(0.3490，0.3845)，色温为4959K，显色指数为69.8，光效为109.4流明/瓦。
其中远程荧光体300使用下述方法制备：
步骤1，制备镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，
1.1将分析纯SiO2、TeO2、ZnO、Na2CO3、GeO2、H3BO3、BaO、TiO2粉体原料，按照26SiO2、24TeO2、17ZnO、6Na2CO3、12GeO2、10H3BO3、2BaO、3TiO2(摩尔百分比)配比准确称量后置于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀后置于坩埚中，放入电阻炉中加热到1250℃后保温2小时使之熔融,将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状前驱玻璃，
1.2将获得的前驱玻璃破碎，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入5wt％的YAG：Ce荧光粉，再进一步研磨2小时后置于坩埚中，随后放入电阻炉中加热到700℃后保温1小时使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状微晶玻璃，
1.3，将获得的微晶玻璃放入电阻炉中280℃退火以消除内应力，并对其切割打磨，得到所需尺寸的微晶玻璃；
步骤2，制备含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶，将CASN：Eu红色荧光粉和硅胶按10：90(质量比)比例混合并搅拌均匀，而后在真空环境下去除气泡；
步骤3，将混有红色荧光粉的硅胶采用匀胶工艺涂覆在制备的微晶玻璃表面上，随后将其移入干燥箱中150℃条件下2小时固化成型，得到所需的双层结构远程的荧光体。
双层结构荧光体的断面结构扫面电镜结果表明，硅胶层表面平整光滑，并且与微晶玻璃层结合紧密。
具体实施例二：
参照图2、图3所示，具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件，包括壳体100，发光芯片200和远程荧光体300，所述发光芯片100为纳米蓝光芯片，在460纳米蓝光激发下，双层结构荧光体300发射黄光与红光，黄光、红光与芯片蓝光组合产生明亮的暖白光，色度坐标为(0.3635，0.3888)，色温为4519K，显色指数为71.9，光效为105.0流明/瓦。
上述远程荧光体300使用下述方法制备：
步骤1，制备镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，
1.1将分析纯SiO2、TeO2、ZnO、Na2CO3、GeO2、H3BO3、BaO、TiO2粉体原料，按照24SiO2、24TeO2、17ZnO、7Na2CO3、12GeO2、10H3BO3、3BaO、3TiO2(摩尔百分比)配比准确称量后置于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀后置于坩埚中，放入电阻炉中加热到1300℃后保温2小时使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状前驱玻璃，
1.2，将获得的前驱玻璃破碎，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入5wt％的YAG：Ce荧光粉，再进一步研磨2小时后置于坩埚中，随后放入电阻炉中加热到690℃后保温1小时使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状微晶玻璃，
1.3将获得的微晶玻璃放入电阻炉中280℃退火以消除内应力，并对其切割打磨，得到所需尺寸的微晶玻璃；
步骤2,制备含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶，将CASN：Eu红色荧光粉和硅胶按20：80(质量比)混合并搅拌均匀，而后在真空环境下去除气泡；
步骤3，将混有红色荧光粉的硅胶采用匀胶工艺涂覆在制备的微晶玻璃表面上，随后将其移入干燥箱中150℃条件下2小时固化成型，得到所需的双层结构的远程荧光体。
具体实施例3：
参照图2、图3所示，具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件，包括壳体100，发光芯片200和远程荧光体300，所述发光芯片100为纳米蓝光芯片，在460纳米蓝光激发下，双层结构荧光体300发射黄光与红光，黄光、红光与芯片蓝光组合产生明亮的暖白光，色度坐标为(0.3883，0.3977)，色温为3947K，显色指数为74.8，光效为97.2流明/瓦。
上述远程荧光体300使用下述方法制备：
步骤1，制备镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，
1.1将分析纯SiO2、TeO2、ZnO、Na2CO3、GeO2、H3BO3、BaO、TiO2粉体原料，按照26SiO2、24TeO2、15ZnO、6Na2CO3、13GeO2、10H3BO3、2BaO、4TiO2(摩尔百分比)配比准确称量后置于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀后置于坩埚中，放入电阻炉中加热到1250℃后保温2小时使之熔融，而后，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状前驱玻璃，
1.2将获得的前驱玻璃破碎，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入5wt％的YAG：Ce荧光粉，再进一步研磨2小时后置于坩埚中，随后放入电阻炉中加热到650℃后保温1小时使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状微晶玻璃，
1.3将获得的微晶玻璃放入电阻炉中280℃退火以消除内应力，并对其切割打磨，得到所需尺寸的微晶玻璃；
步骤2，制备含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶，将CASN：Eu红色荧光粉和硅胶按30：70(质量比)混合并搅拌均匀，而后在真空环境下去除气泡；
步骤3，将混有红色荧光粉的硅胶采用匀胶工艺涂覆在制备的微晶玻璃表面上，随后将其移入干燥箱中150℃条件下2小时固化成型，得到所需的双层结构荧光体。
具体实施例4：
参照图2、图3所示，具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件，包括壳体100，发光芯片200和远程荧光体300，所述发光芯片100为纳米蓝光芯片，在460纳米蓝光激发下，双层结构荧光体300发射黄光与红光，黄光、红光与芯片蓝光组合产生明亮的暖白光，色度坐标为(0.4183，0.4049)，色温为3346K，显色指数为77.3，光效为93.9流明/瓦。
上述远程荧光体300使用下述方法制备：
步骤1，制备镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，
1.1将分析纯SiO2、TeO2、ZnO、Na2CO3、GeO2、H3BO3、BaO、TiO2粉体原料，按照26SiO2、22TeO2、17ZnO、6Na2CO3、12GeO2、11H3BO3、3BaO、3TiO2(摩尔百分比)配比准确称量后置于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀后置于坩埚中，放入电阻炉中加热到1300℃后保温2小时使之熔融，而后，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状前驱玻璃，
1.2将获得的前驱玻璃破碎，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入5wt％的YAG：Ce荧光粉，再进一步研磨2小时后置于坩埚中，随后放入电阻炉中加热到700℃后保温1小时使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状微晶玻璃，
1.3将获得的微晶玻璃放入电阻炉中280℃退火以消除内应力，并对其切割打磨，得到所需尺寸的微晶玻璃；
步骤2，制备含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶，将CASN：Eu红色荧光粉和硅胶按40：60(质量比)混合并搅拌均匀，而后在真空环境下去除气泡；
步骤3，将混有红色荧光粉的硅胶采用匀胶工艺涂覆在制备的微晶玻璃表面上，随后将其移入干燥箱中150℃条件下2小时固化成型，得到所需的双层结构荧光体。
具体实施例5，
参照图2、图3所示，具有双层结构的远程荧光体的远程LED器件，包括壳体100，发光芯片200和远程荧光体300，所述发光芯片100为纳米蓝光芯片，在460纳米蓝光激发下，双层结构荧光体300发射黄光与红光，黄光、红光与芯片蓝光组合产生明亮的暖白光，色度坐标为(0.4572，0.4139)，色温为2763K，显色指数为80.2，光效为78.7流明/瓦。
上述远程荧光体300使用下述方法制备：
步骤1，制备镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，
1.1将分析纯SiO2、TeO2、ZnO、Na2CO3、GeO2、H3BO3、BaO、TiO2粉体原料，按照25SiO2、24TeO2、16ZnO、6Na2CO3、12GeO2、10H3BO3、3BaO、4TiO2(摩尔百分比)配比准确称量后置于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀后置于坩埚中，放入电阻炉中加热到1250℃后保温2小时使之熔融，而后，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状前驱玻璃；
1.2将获得的前驱玻璃破碎，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入5wt％的YAG：Ce荧光粉，再进一步研磨2小时后置于坩埚中，随后放入电阻炉中加热到680℃后保温1小时使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状微晶玻璃；
1.3获得的微晶玻璃放入电阻炉中280℃退火以消除内应力，并对其切割打磨，得到所需尺寸的微晶玻璃；
步骤2，制备含有CASN：Eu红色荧光粉的硅胶，将CASN：Eu红色荧光粉和硅胶按50：50(质量比)混合并搅拌均匀，而后在真空环境下去除气泡；
步骤3，将混有红色荧光粉的硅胶采用匀胶工艺涂覆在制备的微晶玻璃表面上，随后将其移入干燥箱中150℃条件下2小时固化成型，得到所需的双层结构荧光体。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (5)

1.用于双层荧光体基层的微晶玻璃，所述微晶玻璃为镶嵌YAG：Ce黄色荧光粉的微晶玻璃，其特征在于：所述微晶玻璃玻璃基体的组分及含量(摩尔百分比)如下：SiO2 24-27mol％、TeO2 22-26mol％、ZnO 15-18mol％、Ae2O 6-9mol％、GeO212-15mol％、B2O3 9-12mol％、BaO 2.1-0.9mol％、TiO2 2.7-3.1mol％，其中Ae选自Li，Na或K。
2.根据权利要求1所述的用于双层荧光体基层的微晶玻璃，其特征在于，所述YAG：Ce荧光粉的含量(质量比)为基体玻璃的5-8wt％。
3.用于双层荧光体基层的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，制作权利要求1-2任意一项所述的微晶玻璃，包括如下步骤：
步骤1，按照玻璃基体配比准确称量后置于玛瑙研钵中，混合并研磨均匀后置于坩埚中，加热原料粉体使之熔融；
步骤2，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状前驱玻璃；
步骤3，将获得的前驱玻璃敲碎，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入荧光粉，再进一步研磨后置于坩埚中，加热玻璃粉末到使之熔融，将玻璃熔体取出并快速倒入模具中成形得到块状微晶玻璃；
步骤4,将步骤3获得的微晶玻璃放入电阻炉中退火以消除内应力，并对其切割打磨，得到所需尺寸的微晶玻璃。
4.根据权利要求3所述的用于双层荧光体基层的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：步骤1中原料粉体的熔融温度为1200-1300℃，保温时间为1-3小时。
5.根据权利要求3所述的用于双层荧光体基层的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：所述步骤3中玻璃粉末的熔融温度为650-700℃，保温时间为1-3小时。
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