CN108558213A - 荧光玻璃陶瓷材料、其制造方法及包括其的发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种荧光玻璃陶瓷材料、其制造方法及包括其的发光装置。荧光玻璃陶瓷材料包括玻璃材料以及荧光粉，其中玻璃材料包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3。上述荧光玻璃陶瓷材料、其制造方法及包括其的发光装置可避免传统封装材料所造成的劣化以及黄化的问题，进而提高发光装置的发光效率。

Description

荧光玻璃陶瓷材料、其制造方法及包括其的发光装置
技术领域
本发明涉及一种玻璃陶瓷材料、其制造方法及发光装置，尤涉及一种荧光玻璃陶瓷材料、其制造方法及发光装置。
背景技术
发光二极管(light emitting diode，LED)除了具有低耗能、体积小、亮度高、使用寿命长等优点，也是一种符合环保和节能的绿色光源。一般来说，包括发光二极管的发光装置主要是以荧光粉与树脂结合成的封装材料来进行封装，然而该封装材料在长时间使用下有劣化以及黄化的问题，进而降低发光装置的发光效率。
发明内容
本发明提供一种荧光玻璃陶瓷材料、其制造方法及包括其的发光装置，可避免传统封装材料所造成的劣化以及黄化的问题，进而提高发光装置的发光效率。
本发明提出一种荧光玻璃陶瓷材料，包括玻璃材料以及荧光粉。玻璃材料包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3。
在本发明的一实施例中，在上述的荧光玻璃陶瓷材料中，以玻璃材料以及荧光粉的总重量计，玻璃材料可为90重量％至99重量％，且荧光粉可为1重量％至10重量％。
在本发明的一实施例中，在上述的荧光玻璃陶瓷材料中，玻璃材料可包括67.2重量％至82.1重量％的SiO2、6.5重量％至8重量％的Al2O3、5.5重量％至6.7重量％的Na2O、1.7重量％至2.1重量％的K2O、0.7重量％至0.9重量％的CaO与8.4重量％至10.3重量％的B2O3。
在本发明的一实施例中，在上述的荧光玻璃陶瓷材料中，荧光粉可包括(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、α-SiAlON:Eu2+、β-SiAlON:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu2+或K2(Si,Ti)F6:Mn4+。
本发明提出一种荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，包括下列步骤。对玻璃材料与荧光粉进行混合处理，以形成混合物，其中玻璃材料包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3。对混合物进行烧结处理。对经烧结处理后的混合物进行降温处理，而获得荧光玻璃陶瓷材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，玻璃材料可包括67.2重量％至82.1重量％的SiO2、6.5重量％至8重量％的Al2O3、5.5重量％至6.7重量％的Na2O、1.7重量％至2.1重量％的K2O、0.7重量％至0.9重量％的CaO与8.4重量％至10.3重量％的B2O3。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，荧光粉可包括(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、α-SiAlON:Eu2+、β-SiAlON:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu2+或K2(Si,Ti)F6:Mn4+。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，在混合处理中，以玻璃材料以及荧光粉的总重量计，例如是将90重量％至99重量％的玻璃材料与1重量％至10重量％的荧光粉混合。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，进行烧结处理时的烧结温度可为800℃～1200℃。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，降温处理例如是采用自然降温法。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，更可包括在混合处理之后，且在烧结处理之前，使用承载片承载混合物。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，承载片例如是石英棉片。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，更可包括在降温处理之后，使荧光玻璃陶瓷材料与承载片分离。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，更可包括将荧光玻璃陶瓷材料切割为片状。
依照本发明的一实施例所述，在上述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法中，片状的荧光玻璃陶瓷材料厚度可为0.01毫米(mm)至10毫米。
本发明提出一种发光装置，包括发光二极管以及上述荧光玻璃陶瓷材料。荧光玻璃陶瓷材料覆盖发光二极管。
依照本发明的一实施例所述，在上述的发光装置中，发光二极管的波长可为254纳米(nm)至480纳米。
依照本发明的一实施例所述，在上述的发光装置中，荧光玻璃陶瓷材料的形状可为片状。
基于上述，在本发明所提出的荧光玻璃陶瓷材料及其制造方法中，由于上述荧光玻璃陶瓷材料包括玻璃材料与荧光粉，且玻璃材料包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3，因此可具有高热稳定性、高散热性、高透光性，进而能避免传统封装材料所造成的劣化以及黄化的问题。此外，由于本发明所提出的发光装置是藉由上述荧光玻璃陶瓷材料来覆盖发光二极管，因此可具有较佳的发光效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的荧光玻璃陶瓷材料的示意图。
图2为本发明一实施例的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法的流程图。
图3为本发明一实施例的发光装置的示意图。
图4为实验例1所制得的荧光玻璃陶瓷材料的荧光光谱。
图5为实验例1所制得的的荧光玻璃陶瓷材料的变温光谱。
图6为实验例1所制得的的荧光玻璃陶瓷材料与一般商业用荧光粉YAG:Ce3+的进行标准化后的变温光谱。
图7为实验例2至4所制得的发光装置的定电流电致激发光谱。
图8为实验例5至7所制得的发光装置的定电流电致激发光谱。
图9为实验例3所制得的发光装置的变电流电致激发光谱。
图10为实验例6所制得的发光装置的变电流电致激发光谱。
附图标记说明：
100：荧光玻璃陶瓷材料
110：玻璃材料
120：荧光粉
200：发光装置
210：发光二极管
S100、S110、S120、S130、S140、S150：步骤
具体实施方式
图1为本发明一实施例的荧光玻璃陶瓷材料的示意图。
请参照图1，荧光玻璃陶瓷材料100包括玻璃材料110以及荧光粉120。荧光玻璃陶瓷材料100的形状可为片状。以玻璃材料110以及荧光粉120的总重量计，玻璃材料110可为90重量％至99重量％，且荧光粉120可为1重量％至10重量％。
玻璃材料110包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3(亦可用SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-CaO-B2O3来表示)。玻璃材料可包括67.2重量％至82.1重量％的SiO2、6.5重量％至8重量％的Al2O3、5.5重量％至6.7重量％的Na2O、1.7重量％至2.1重量％的K2O、0.7重量％至0.9重量％的CaO与8.4重量％至10.3重量％的B2O3。
此外，荧光粉120可包括(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、α-SiAlON:Eu2+、β-SiAlON:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu2+或K2(Si,Ti)F6:Mn4+。
基于上述实施例可知，由于荧光玻璃陶瓷材料100包括玻璃材料110与荧光粉120，且玻璃材料110包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3，因此可具有高热稳定性、高散热性、高透光性，进而能避免传统封装材料所造成的劣化以及黄化的问题。此外，荧光玻璃陶瓷材料100能应用于LED等发光装置的封装上，且经过光学测试后具有良好的光学表现，进而使得具有荧光玻璃陶瓷材料100的发光装置能够应用在高功率照明及各类屏幕显示器。
图2为本发明一实施例的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法的流程图。
本实施例的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法是以用于制作图1的荧光玻璃陶瓷材料100来进行说明，但本发明并不以此为限。荧光玻璃陶瓷材料100的各构件的详细说明可参照上述实施例的说明，于此不再重复说明。
请参照图1与图2，进行步骤S100，对玻璃材料110与荧光粉120进行混合处理，以形成混合物，其中玻璃材料110包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3。举例来说，在混合处理中，以玻璃材料以及荧光粉的总重量计，可将90重量％至99重量％的玻璃材料与1重量％至10重量％的荧光粉混合。
在混合物中的玻璃材料110可包括67.2重量％至82.1重量％的SiO2、6.5重量％至8重量％的Al2O3、5.5重量％至6.7重量％的Na2O、1.7重量％至2.1重量％的K2O、0.7重量％至0.9重量％的CaO与8.4重量％至10.3重量％的B2O3。
另外，在混合物中的荧光粉120可包括(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、α-SiAlON:Eu2+、β-SiAlON:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu2+或K2(Si,Ti)F6:Mn4+。
可选择性地进行步骤S110，使用承载片承载混合物。承载片例如是石英棉片。
进行步骤S120，对混合物进行烧结处理。进行烧结处理时的烧结温度可为800℃～1200℃，如900℃。举例来说，烧结处理可包括下列步骤。首先，将混合物置入高温炉，然后在空气气氛中以每分钟5℃的升温速率升温，并且当温度上升至300℃以及600℃时分别持温30分钟。最后，以每分钟5℃的升温速率升温至900℃时，持温4小时。
进行步骤S130，对经烧结处理后的混合物进行降温处理，而获得荧光玻璃陶瓷材料100。降温处理例如是采用自然降温法将经烧结处理后的混合物的温度降至室温。在此实施例中，所获得的荧光玻璃陶瓷材料100可为块状。
可选择性地进行步骤S140，使荧光玻璃陶瓷材料100与承载片分离。
可选择性地进行步骤S150，将荧光玻璃陶瓷材料100切割为片状。其中片状的荧光玻璃陶瓷材料的厚度例如是0.01mm至10mm。
基于上述实施例可知，荧光玻璃陶瓷材料100的制造方法所制作出的荧光玻璃陶瓷材料100可具有高热稳定性、高散热性、高透光性，进而能避免传统封装材料所造成的劣化以及黄化的问题。此外，荧光玻璃陶瓷材料100能应用于LED等发光装置的封装上，且经过光学测试后具有良好的光学表现，因而使得具有荧光玻璃陶瓷材料100的发光装置可应用在高功率照明及各类屏幕显示器。
图3为本发明一实施例的发光装置的示意图。
以下，藉由图3来说明将图1的荧光玻璃陶瓷材料100应用于发光装置的实施例。此外，图3与图1中相同的元件以相同的符号表示，且不再重复说明。
请参照图3，发光装置200包括发光二极管210以及荧光玻璃陶瓷材料100，其中荧光玻璃陶瓷材料100覆盖发光二极管210。发光二极管的波长可为254nm至480nm。
基于上述实施例可知，由于发光装置200使用荧光玻璃陶瓷材料100作为封装材料，因此可避免传统封装材料所造成的劣化以及黄化的问题，且具有良好的光学表现，因而可应用在高功率照明及各类屏幕显示器。
以下，藉由实验例来确认上述实施例的功效，但本发明的范围并不侷限于以下内容。
<实验例>
<实验例1至实验例7的荧光玻璃陶瓷材料的制备方法>
首先，依照下表1所示的玻璃材料与荧光粉的种类与重量，对玻璃材料与荧光粉进行混合处理，以形成混合物。玻璃材料采用SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-CaO-B2O3，其中玻璃材料包括74.64重量％的SiO2、7.27重量％的Al2O3、6.06重量％的Na2O、1.91重量％的K2O、0.79重量％的CaO与9.32重量％的B2O3。
表1
接着，使用石英棉片分别承载实验例1至实验例7的混合物。然后，将混合物置入高温炉进行烧结处理，其中烧结处理包括下列步骤。在空气气氛中以每分钟5℃的升温速率升温，并且当温度上升至300℃以及600℃时，分别持温30分钟。最后，以每分钟5℃的升温速率升温至900℃时，持温4小时。
之后，以自然降温法对实验例1至实验例7的经烧结处理后的混合物进行降温处理，使温度降低至室温，而形成块状的荧光玻璃陶瓷材料。继之，使石英棉片与块状的荧光玻璃陶瓷材料分离。再者，将块状的荧光玻璃陶瓷材料切割为片状，其中实验例1至实验例7所制得荧光玻璃陶瓷片的厚度如表1所示。
<荧光光谱分析>
图4为实验例1所制得的荧光玻璃陶瓷材料的荧光光谱。
对实验例1所制得的荧光玻璃陶瓷材料进行荧光光谱分析，结果如图4所示，实验例1的荧光玻璃陶瓷材料与一般商业用荧光粉YAG:Ce3+的荧光光谱大致相同。
<变温光谱分析>
图5为实验例1所制得的的荧光玻璃陶瓷材料的变温光谱。图6为实验例1所制得的的荧光玻璃陶瓷材料与一般商业用荧光粉YAG:Ce3+的进行标准化后的变温光谱。
对实验例1所制得的荧光玻璃陶瓷片与荧光粉YAG:Ce3+分别进行变温光谱分析。
根据图5的结果，温度变化对实验例1所制得的荧光玻璃陶瓷片在波峰处的波长值影响非常小，所以说明了该荧光玻璃陶瓷片具备很高的热稳定性。
图6为实验例1所制得的荧光玻璃陶瓷片与一般商业用荧光粉YAG:Ce3+的进行标准化后的变温光谱。根据图6的结果，当温度相同时，实验例1的荧光玻璃陶瓷片的标准化发光强度较大，所以说明了该荧光玻璃陶瓷片具有高散热性。
<实验例2至实验例7的发光装置的制备方法>
将上述实验例2至7的荧光玻璃陶瓷片分别覆盖于同一种发光二极管，以制作成六个发光装置，且其中该发光二极管发出的光的波长为450nm至460nm。
<定电流电致激发光谱分析>
图7为实验例2至4所制得的发光装置的定电流电致激发光谱。图8为实验例5至7所制得的发光装置的定电流电致激发光谱。
对包含实验例2至4的发光装置分别进行定电流电致激发光谱分析，其结果如图7所示。另，将实验例5至7的发光装置分别进行定电流电致激发光谱分析，其结果如图8所示。其中，图7与图8中，左半部为发光二极管的光谱，右半部为荧光玻璃陶瓷片的光谱。此外，根据图7与图8可知，当荧光玻璃陶瓷片的厚度增加时，发光二极管的发光强度降低，而荧光玻璃陶瓷片的发光强度相对较高，所以藉由调整荧光玻璃陶瓷片的厚度可以改变发光装置的发光颜色。
<CIE色度分析>
对实验例2至7的发光装置进行国际照明委员会(CIE)色度分析，其结果如表2所示。
表2
根据表2可知，藉由调整实验例2至7所制得的荧光玻璃陶瓷片的厚度可以改变发光装置的发光颜色。
<变电流电致激发光谱分析>
图9为实验例3所制得的发光装置的变电流电致激发光谱。图10为实验例6所制得的发光装置的变电流电致激发光谱。
对实验例3与实验例6所制得的发光装置进行变电流电致激发光谱分析，其结果分别如图9与图10所示。在图9与图10中，左半部为发光二极管的光谱，右半部为荧光玻璃陶瓷片的光谱。此外，根据图9与图10的结果可知，电流变化对实验例3与实验例6所制得的荧光玻璃陶瓷片与发光二极管在波峰处的波长值影响非常小，所以说明了电流变化对实验例3与实验例6的发光装置的发光颜色的影响很小。
<发光效率测试>
对实验例2至7所制得的发光装置进行发光效率测试，其结果如表3所示。
表3
根据表3可知，实验例2至7所制得的发光装置具有很高的发光效率。
综上所述，在上述实施例的荧光玻璃陶瓷材料、其制造方法及包括其的发光装置中，由于荧光玻璃陶瓷材料中的玻璃材料具有特定的组成，因此可避免传统封装材料所造成的劣化以及黄化的问题，进而提高发光装置的发光效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (18)

1.一种荧光玻璃陶瓷材料，其特征在于，包括：
玻璃材料，包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3；以及
荧光粉。
2.根据权利要求1所述的荧光玻璃陶瓷材料，其特征在于，以所述玻璃材料以及所述荧光粉的总重量计，所述玻璃材料为90重量％至99重量％，且所述荧光粉为1重量％至10重量％。
3.根据权利要求1所述的荧光玻璃陶瓷材料，其特征在于，所述玻璃材料包括67.2重量％至82.1重量％的SiO2、6.5重量％至8重量％的Al2O3、5.5重量％至6.7重量％的Na2O、1.7重量％至2.1重量％的K2O、0.7重量％至0.9重量％的CaO与8.4重量％至10.3重量％的B2O3。
4.根据权利要求1所述的荧光玻璃陶瓷材料，其特征在于，所述荧光粉包括(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、α-SiAlON:Eu2+、β-SiAlON:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu2+或K2(Si,Ti)F6:Mn4+。
5.一种荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，包括：
对玻璃材料与荧光粉进行混合处理，以形成混合物，其中所述玻璃材料包括SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、CaO与B2O3；
对所述混合物进行烧结处理；以及
对经烧结处理后的所述混合物进行降温处理，而获得荧光玻璃陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，所述玻璃材料包括67.2重量％至82.1重量％的SiO2、6.5重量％至8重量％的Al2O3、5.5重量％至6.7重量％的Na2O、1.7重量％至2.1重量％的K2O、0.7重量％至0.9重量％的CaO与8.4重量％至10.3重量％的B2O3。
7.根据权利要求5所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，所述荧光粉包括(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、α-SiAlON:Eu2+、β-SiAlON:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu2+、K2(Si,Ti)F6:Mn4+。
8.根据权利要求5所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，在所述混合处理中，以所述玻璃材料以及所述荧光粉的总重量计，将90重量％至99重量％的所述玻璃材料与1重量％至10重量％的所述荧光粉混合。
9.根据权利要求5所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，进行所述烧结处理时的烧结温度为800℃～1200℃。
10.根据权利要求5所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，所述降温处理包括采用自然降温法。
11.根据权利要求5所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，更包括在所述混合处理之后，且在所述烧结处理之前，使用承载片承载所述混合物。
12.根据权利要求11所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，所述承载片包括石英棉片。
13.根据权利要求11所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，更包括在所述降温处理之后，使所述荧光玻璃陶瓷材料与所述承载片分离。
14.根据权利要求5所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，更包括将所述荧光玻璃陶瓷材料切割为片状。
15.根据权利要求14所述的荧光玻璃陶瓷材料的制造方法，其特征在于，片状的所述荧光玻璃陶瓷材料厚度为0.01毫米至10毫米。
16.一种发光装置，其特征在于，包括：
发光二极管；以及
根据权利要求1所述的荧光玻璃陶瓷材料，覆盖所述发光二极管。
17.根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，所述发光二极管的波长为254纳米至480纳米。
18.根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，所述荧光玻璃陶瓷材料的形状包括片状。
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