CN109437561B - 一种荧光玻璃材料及其制备方法、灯罩和灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种荧光玻璃材料及其制备方法、灯罩和灯具。本发明提供了一种荧光玻璃材料，荧光玻璃材料的化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)x；其中，0.01≤x≤0.025。本发明荧光玻璃材料能够在激发光源的激发下发射出白光，发射的白光由峰值在410nm左右的蓝紫光和峰值在520nm和580nm的黄光混合得到，本发明荧光玻璃材料相对于传统的荧光粉，具有更好的热稳定性，避免了荧光粉粉体在有机树脂中分散不均匀的问题，减少了由于光散射造成的损失，并且，本发明荧光玻璃材料的生产成本低、制备简单、便于加工成各种形状，适合大批量生产。

Description

一种荧光玻璃材料及其制备方法、灯罩和灯具
技术领域
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种荧光玻璃材料及其制备方法、灯罩和灯具。
背景技术
目前，主流的照明方式为白光发光二极管(White Light Emitting Diode，WLED)和荧光灯等。WLED实现白光主要有两种方式，第一种采用多芯片WLED，通过红、绿、蓝三种单色光LED芯片混合出目标白光；第二种采用荧光粉转换WLED，通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉或者用紫外LED芯片激发三基色荧光粉混合出目标白光。
多芯片WLED能实现较高的发光效率，不存在与荧光粉相关的老化及封装时沉粉色差等问题，但是不同的LED芯片需要不同的驱动电路，在结构制造上复杂、成本高，导致其没有得到广泛应用。
目前商业上的WLED主要采用荧光粉转换WLED，通过发射高能量蓝光或紫光的LED芯片分别激发黄色荧光粉或三基色荧光粉复合得到白光，并用树脂封装成器件。然而，采用荧光粉转换WLED存在较为普遍的缺陷，为提高白光LED的亮度，需要增大LED芯片的输出功率，不可避免地会导致温度升高，作为荧光粉封装材料的有机树脂会由于化学键的断裂而产生黄化与碳化，使得LED出现色漂移以及发光效率降低等问题。
发明内容
本发明提供了一种荧光玻璃材料及其制备方法、灯罩和灯具，用于解决现有技术荧光粉转换WLED中作为荧光粉封装材料的有机树脂会由于化学键的断裂而产生黄化与碳化，使得LED出现色漂移以及发光效率降低的问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种荧光玻璃材料，荧光玻璃材料的化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)x；
其中，0.01≤x≤0.025。
本发明荧光玻璃材料能够在激发光源的激发下发射出白光，发射的白光由峰值在410nm左右的蓝紫光和峰值在520nm和580nm的黄光混合得到，本发明荧光玻璃材料相对于传统的荧光粉，在光学性能上具有更好的热稳定性，避免了荧光粉粉体在有机树脂中分散不均匀的问题，减少了由于光散射造成的损失。
本发明中，荧光玻璃材料发射白光的色温可通过调节Mn离子掺杂量进行调节，Mn离子掺杂量增加会使得荧光玻璃材料发射的峰值在410nm左右的蓝紫光相对强度降低，发射的峰值在580nm左右的黄光相对强度增加且出现红移，进而实现发射白光的色温的调节。
优选的，x为0.01、0.02或0.025。
本发明还提供上述技术方案所述荧光玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：
将磷源、硼源、铝源、氟化锌和锰源进行固相反应，得到化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)x的荧光玻璃材料；
其中，0.01≤x≤0.025。
本发明荧光玻璃材料的制备方法简单、成本低，不需要使用昂贵的稀土离子。
本发明荧光玻璃材料的制备方法简单、生产成本低、便于加工成各种形状，适合大批量生产。本发明荧光玻璃材料能够用于制备WLED，作为一种新型的荧光玻璃材料，具有巨大的发展优势与广阔的研究前景。
优选的，所述固相反应的温度为1350℃～1550℃；
所述固相反应的时间为10min～40min。
更优选的，固相反应的温度为1400℃～1500℃；
固相反应的时间为10min～30min。
进一步优选的，固相反应的温度为1450℃；
固相反应的时间为10min。
本发明中，进行固相反应之前还包括：将磷源、硼源、铝源、氟化锌和锰源进行研磨，混合均匀。
固相反应具体包括：在空气氛围下以4℃/min～8℃/min从25℃加热到1350℃～1550℃后，在1350℃～1550℃下进行10min～40min固相反应。
固相反应之后还包括：在270℃～310℃淬火，再在270℃～310℃退火2h～3h。
优选的，所述磷源选自NH4H2PO4、(NH4)2HPO4或(NH4)3PO4；
所述硼源为H3BO3；
所述铝源选自Al2O3、Al(OH)3或Al2(CO3)3；
所述锰源选自MnCO3、MnO、Mn(OH)2、MnC2O4、乙酸锰或乙酸锰水合物。
优选的，所述磷源中的磷、所述硼源中的硼、所述铝源中的铝、所述氟化锌中的锌和所述锰源中的锰的摩尔比为(55～57)：(14～16)：(19～21)：(9～11)：(1～2.5)。
更优选的，所述磷源中的磷、所述硼源中的硼、所述铝源中的铝、所述氟化锌中的锌和所述锰源中的锰的摩尔比为(55.5～56.5)：(14.5～15.5)：(19.5～20.5)：(9.5～10.5)：(1～1.5)。
进一步优选的，所述磷源中的磷、所述硼源中的硼、所述铝源中的铝、所述氟化锌中的锌和所述锰源中的锰的摩尔比为56：15：20：10：1。
本发明还提供一种玻璃，玻璃的材料包括上述技术方案所述荧光玻璃材料或上述技术方案所述制备方法制得的荧光玻璃材料。
本发明还提供一种灯罩，灯罩的材料包括上述技术方案所述荧光玻璃材料或上述技术方案所述制备方法制得的荧光玻璃材料。
本发明灯罩可根据需要设计成不同面积，不存在光源自身散热问题及光线分布不均匀的问题。
本发明还提供一种灯具，包括上述技术方案所述灯罩和激发光源。
本发明中，灯具为WLED，灯具能够在激发光源的激发下，发射由峰值在410nm左右的蓝紫光和峰值在520nm和580nm的黄光混合得到白光，能够取代通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉或者用紫外LED芯片激发三基色荧光粉混合出白光的灯具，不需要采用有机硅胶加荧光粉的封装方式，能够大大简化灯管制作工艺，并能够产生很好的发光效果。
优选的，所述激发光源的波长为240nm～270nm。
更优选的，所述激发光源的波长为245nm～265nm。
进一步优选的，所述激发光源的波长为254nm。低压汞灯发射光谱能量集中在253.7nm左右，是可以使用的一种激发光源，相应波长的LED芯片也可用作激发光源。
综上所述，本发明提供了一种荧光玻璃材料，荧光玻璃材料的化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)x；其中，0.01≤x≤0.025。本发明荧光玻璃材料能够在激发光源的激发下发射出白光，发射的白光由峰值在410nm左右的蓝紫光和峰值在520nm和580nm的黄光混合得到，本发明荧光玻璃材料相对于传统的荧光粉，具有更好的热稳定性，避免了荧光粉粉体在有机树脂中分散不均匀的问题，减少了由于光散射造成的损失，并且，本发明荧光玻璃材料的生产成本低、制备简单、便于加工成各种形状，适合大批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中PBA-1％Mn、PBA-2％Mn和PBA-2.5％Mn的紫外可见吸收光谱图；
图2为本发明实施例中PBA-1％Mn在254nm光激发下的发射光谱图；
图3为本发明实施例中PBA-1％Mn在监控410nm和576nm波长条件下的激发光谱图；
图4为本发明实施例中PBA-2％Mn在254nm光激发下的发射光谱图；
图5为本发明实施例中PBA-2％Mn在监控410nm和590nm波长条件下的激发光谱图；
图6为本发明实施例中PBA-2.5％Mn在254nm光激发下的发射光谱图；
图7为本发明实施例中PBA-2.5％Mn在监控406nm和600nm波长条件下的激发光谱图；
图8为本发明实施例中PBA-1％Mn、PBA-2％Mn和PBA-2.5％Mn在254nm光照射下的CIE色坐标图；
图9为本发明实施例5中提供的一种植物灯的主视图；
图10为本发明实施例5中提供的一种植物灯的左视图；
图11为本发明实施例5中提供的一种植物灯的俯视图；
图12为本发明实施例6中提供的一种植物灯的主视图；
图13为本发明实施例6中提供的一种植物灯的左视图；
图14为本发明实施例6中提供的一种植物灯的俯视图；
图15为本发明实施例7中提供的一种植物灯的主视图；
图16为本发明实施例7中提供的一种植物灯的左视图；
图17为本发明实施例7中提供的一种植物灯的俯视图；
其中，PBA-1％Mn为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)0.01，PBA-2％Mn为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)0.02，PBA-2.5％Mn为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)0.025；
图示说明：1.灯罩；2.激发光源；3.灯头；4.UV-LED。
具体实施方式
本发明提供了一种荧光玻璃材料及其制备方法、灯罩和灯具，用于解决现有技术荧光粉转换WLED中作为荧光粉封装材料的有机树脂会由于化学键的断裂而产生黄化与碳化，使得LED出现色漂移以及发光效率降低的问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例进行PBA-1％Mn荧光玻璃材料的制备，采用摩尔比为56：15：20：10：1的NH4H2PO4、H3BO3、Al2O3、ZnF2和MnCO3经过研磨预混合均匀，在电炉中空气氛围下以5℃/min从25℃加热到1450℃后立即取出，倒在290℃铜板上淬火，然后在290℃退火3h即得化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)0.01的PBA-1％Mn荧光玻璃材料。
实施例2
本实施例进行PBA-2％Mn荧光玻璃材料的制备，采用摩尔比为56：15：20：10：2的NH4H2PO4、H3BO3、Al2O3、ZnF2和MnCO3经过研磨预混合均匀，在电炉中空气氛围下以5℃/min从25℃加热到1450℃后立即取出，倒在290℃铜板上淬火，然后在290℃退火3h即得化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)0.02的PBA-2％Mn荧光玻璃材料。
实施例3
本实施例进行PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料的制备，采用摩尔比为56：15：20：10：2.5的NH4H2PO4、H3BO3、Al2O3、ZnF2和MnCO3经过研磨预混合均匀，在电炉中空气氛围下以5℃/min从25℃加热到1450℃后立即取出，倒在290℃铜板上淬火，然后在290℃退火3h即得化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)0.025的PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料。
实施例4
对实施例1PBA-1％Mn荧光玻璃材料、实施例2PBA-2％Mn荧光玻璃材料和实施例3PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料进行紫外可见吸收光谱检测，结果如图1所示。结果表明，PBA-1％Mn荧光玻璃材料、PBA-2％Mn荧光玻璃材料和PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料在可见光区无明显吸收，均为无色透明玻璃材料。
对PBA-1％Mn荧光玻璃材料的发射光和激发光进行检测，结果如图2和图3所示。结果表明，PBA-1％Mn荧光玻璃材料在254nm光激发下，发射光的峰值为418nm和616nm，PBA-1％Mn荧光玻璃材料在410nm和576nm的最强激发光为254nm。请参阅图8和表1，PBA-1％Mn发出的光接近高色温的白光，可在对显色指数不高的场合用于照明使用。其中，低压汞灯发射光谱能量集中在253.7nm左右，是可以使用的一种激发光源，相应波长的LED芯片也可用作激发光源。
对PBA-2％Mn荧光玻璃材料的发射光和激发光进行检测，结果如图4和图5所示。结果表明，PBA-2％Mn荧光玻璃材料在254nm光激发下，发射光的峰值为418nm和616nm，PBA-2％Mn荧光玻璃材料在410nm和590nm的最强激发光为254nm。请参阅图8和表1，PBA-2％Mn发出的光接近高色温的白光，可在对显色指数不高的场合用于照明使用。其中，低压汞灯发射光谱能量集中在253.7nm左右，是可以使用的一种激发光源，相应波长的LED芯片也可用作激发光源。
对PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料的发射光和激发光进行检测，结果如图6和图7所示。结果表明，PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料在254nm光激发下，发射光的峰值为406nm和600nm，PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料在406nm和600nm的最强激发光为254nm。请参阅图8和表1，PBA-2.5％Mn发出的光接近高色温的白光，可在对显色指数不高的场合用于照明使用。其中，低压汞灯发射光谱能量集中在253.7nm左右，是可以使用的一种激发光源，相应波长的LED芯片也可用作激发光源。
表1荧光玻璃材料在254nm光照射下发射光的CIE色坐标
荧光玻璃材料 CIE x CIE y
PBA-1％Mn荧光玻璃材料 0.2908 0.2482
PBA-2％Mn荧光玻璃材料 0.3486 0.3005
PBA-2.5％Mn荧光玻璃材料 0.3851 0.3267
实施例5
本实施例提供了一种灯具，请参阅图9至图11，分别为本发明实施例5中提供的一种灯具的主视图、左视图和俯视图。本实施例灯泡型灯具包括灯罩1、激发光源2和灯头3，激发光源2设置于灯罩1内，灯罩1的材料为本发明荧光玻璃材料。
实施例6
本实施例提供了一种灯具，请参阅图12至图14，分别为本发明实施例6中提供的一种灯具的主视图、左视图和俯视图。本实施例灯具包括灯罩1、激发光源2和UV-LED 4，激发光源2设置于灯罩1内，灯罩1的纵截面为梯形，灯罩1的材料为本发明荧光玻璃材料，激发光源2为低压汞灯，UV-LED 4作为补充激发光源，对灯罩的混合光成分进行调节。
实施例7
本实施例提供了一种灯具，请参阅图15至图17，分别为本发明实施例7中提供的一种灯具的主视图、左视图和俯视图。本实施例灯具包括灯罩1和激发光源2，激发光源2设置于灯罩1内，灯罩为圆柱形，灯罩1的材料为本发明荧光玻璃材料，激发光源2为低压汞灯。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种灯具，其特征在于，包括灯罩和激发光源；
所述灯罩的材料包括荧光玻璃材料，所述荧光玻璃材料的化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)x；
其中，0.01≤x≤0.025；
所述激发光源的波长为240nm～270nm。
2.根据权利要求1所述的灯具，其特征在于，所述荧光玻璃材料的化学组成中x为0.01、0.02或0.025。
3.权利要求1所述的灯具，其特征在于，所述荧光玻璃材料的制备方法包括以下步骤：
将磷源、硼源、铝源、氟化锌和锰源进行固相反应，得到化学组成为(P2O5)0.56(B2O3)0.15(Al2O3)0.20(ZnF2)0.10(MnO)x的荧光玻璃材料；
其中，0.01≤x≤0.025。
4.根据权利要求3所述的灯具，其特征在于，所述固相反应的温度为1350℃～1550℃；
所述固相反应的时间为10min～40min。
5.根据权利要求3所述的灯具，其特征在于，所述磷源选自NH4H2PO4、(NH4)2HPO4或(NH4)3PO4；
所述硼源为H3BO3；
所述铝源选自Al2O3、Al(OH)3或Al2(CO3)3；
所述锰源选自MnCO3、MnO、Mn(OH)2、MnC2O4、乙酸锰或乙酸锰水合物。
6.根据权利要求3所述的灯具，其特征在于，所述磷源中的磷、所述硼源中的硼、所述铝源中的铝、所述氟化锌中的锌和所述锰源中的锰的摩尔比为(55～57)：(14～16)：(19～21)：(9～11)：(1～2.5)。
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