CN110092585A - 耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法，原料包括组分A、Sb2O3和NaNO3；组分A中，按各组分所占的摩尔百分数比包括30‑50mol％的Bi2O3、35‑40mol％的ZnO、10‑20mol％的SiO2和5‑10mol％的B2O3；Sb2O3、NaNO3与组分A的质量比为：0‑1：0‑1：100。本发明中，原料易于获取，通过上述原料获得的成品光转化效率高，发光热稳定性好的特点，实现“蓝光芯片+无机低温荧光玻璃”封装与发光一体化结构，发光效率接近目前大功率LED产品发光效率，能够广泛应用在小尺寸、大电流、大功率LED芯片封装领域，能够广泛应用于小尺寸、大电流、大功率白光LED领域。
Description
技术领域
本发明涉及荧光玻璃封装材料领域，尤其涉及耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法。
背景技术
封装是实现LED从芯片走向最终产品所必需的中间环节，具有保护芯片、电信号连接和增强性能等功能，对于白光LED还具有调节色温以及显色性的功能。理论上，在理想条件下LED可以工作长达十万小时而不会出现失效。但是，实际情况是LED芯片对环境非常敏感，静电、湿气、高温、化学腐蚀、振动等都会对芯片的性能造成严重的影响。因而，发展先进的封装技术对于实现LED芯片长久可靠的工作至关重要。
早期的LED芯片由于尺寸小、功率低和功能单一等特性，对于封装技术的要求比较低，在封装形式上一般采用引脚式封装。这种封装形式的优点是在后续的装配使用较为方便，与一般的引脚式电子元器件在电路板上的焊接方法一致，可以迅速的应用到各种电子产品中。引脚式封装的环氧树脂透镜能把LED芯片发出的光会聚至轴向，具有很强的指向性。因此，基于此封装的小功率LED一般用于指示性产品，如交通灯、信号灯、汽车尾灯等。
随着LED应用产品的增加，如显示屏、手机背光屏、光带等，一些四引脚食人鱼式封装的表面贴片封装技术逐渐发展起来。
进入20世纪90年代以后，高亮度LED的出现、LED芯片以及LED使用功率的增加，逐渐使得之前的这些封装形式无法满足越来越严格的散热要求。在引脚式封装和早期的表面贴装器件中，芯片发出的热量只能通过两个或四个长薄的引脚传导到电路板上进行散热，散热能力十分有限。但是，当LED功率超过0.1W以后，在封装中积累的热量会导致芯片性能出现明显衰退乃至死灯。
CSP封装，作为最新一代的芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1：1.14，凡是符合这一标准的封装都可以称之为“CSP封装”。CSP在降低成本上具有潜在优势，除此之外，在其他环节也具有明显优势；如在灯具设计上，由于CSP封装尺寸减小，灯珠的耐高温性、稳定性大幅度提高，使灯具设计更加灵活，结构也会更加紧凑简洁。
但是，发展大功率LED的封装技术成为一种迫切需求。目前大功率白光LED光源封装结构基本上采用环氧树脂或有机硅与荧光粉混合，混合物涂敷或包裹在蓝光芯片的四周，形成环氧树脂或有机硅荧光涂层。使用中，环氧树脂或有机硅荧光涂层存在易老化、耐热性差、不阻燃、不耐紫外线辐照、高温和短波光照下易变色等问题；另外，环氧树脂或有机硅荧光涂层与支架之间粘着性较差，具有一定的透气性，使得潮气相对容易渗透进入LED内部，导致出现支架硫化和封装材料老化黄化等现象；这样不仅影响发光效率，还会导致LED光源失效。这些缺点限制了LED光源的使用范围，特别是在户外和恶劣环境下使用时，LED的寿命及其安全性大打折扣。
由于节能减排的需要，室外路灯开始广泛采用大功率LED照明。LED封装材料目前的主流是环氧树脂和硅酮树脂，前者存在着耐热、耐旋光性不足、后者存在着气密性不足的缺点。
为实现大功率LED的高光效、低热阻和长寿命的性能，在封装的光学、热学和可靠性三个方面逐渐形成了包括提高取光效率、颜色合成与控制、封装结构与工艺、热管理与可靠性等一些研究热点，国内外研究人员在这些热点领域已经开展了部分研究并取得了一些显著成果。
随着材料性能的不断优化，耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装白光LED的发光效率已经能够达到通用照明的要求，其发光热稳定性和材料耐热性能优异，这为低熔点荧光玻璃封装材料替代传统白光LED中的有机树脂封装奠定了坚实的基础。采用低熔点荧光玻璃代替环氧树脂或有机硅封装材料制备白光LED，将颠覆现在通用的封装技术，解决目前环氧树脂或有机硅荧光涂层所导致的不耐热、不阻燃、易老化、不耐紫外线辐照等缺点。由于低熔点荧光玻璃封装材料相比环氧树脂或有机硅涂层具有更佳的导热性能，更加适合小尺寸、大电流、大功率白光LED光源的应用，新一代白光LED光源具有耐热，发光热稳定性、抗紫外线辐照等优点。
2010年武汉理工大学程金树等提出一种白光LED用低熔点荧光玻璃及其制备方法(中国发明专利CN200910063528.2)，采用的制备方法是首先用熔融法制备出低熔点玻璃，再将低熔点玻璃粉与荧光粉混合，经烧结后得到低熔点荧光玻璃。所制备的低熔点荧光玻璃具有良好的发光性能及优异的稳定性能。通过熔融法制备的低熔点荧光玻璃粉可以热压成形制备各种形状的荧光玻璃。但是该熔融法制备低熔点荧光玻璃工艺复杂，不适合大规模应用生产。
2012年张国生提出了一种高可靠高效率的LED封装用荧光玻璃及其制备方法(中国发明专利CN201210228419.3)，荧光玻璃粉浆料涂覆在超白玻璃衬底上并经热处理后，所制备的荧光玻璃粉浆料固化在超白玻璃衬底上，荧光玻璃粉涂层与超白玻璃衬底形成完整的一体，采用大颗粒(粒度大于15μm)荧光粉，能实现荧光粉颗粒均匀分布，实现LED封装过程简单化，并且封装后具有极低的水汽透过率，还能减少紫外线照射对封装材料的老化作用。
2012年江苏脉锐光电科技有限公司的钱志强等提出了包含荧光体的玻璃涂层及其制造方法、发光器件及其制造方法(中国发明专利CN201210125776)，该专利公布了“包含荧光体的玻璃涂层及其制造方法、发光器件及其制造方法”，其中含荧光体的玻璃涂层为荧光体与玻璃的混合物，通过丝网印刷或静电喷涂的方法被制备在玻璃基板上，起光学波长转换作用。运用这种包含荧光体的玻璃涂层和蓝光LED芯片通过远程激发的方法可以制造LED发光器件。
2015年南京大学的殷江等提出了一种荧光玻璃光转换材料的制备方法及应用(中国发明专利CN201510828541.8)，该发明在玻璃基板上覆盖荧光玻璃薄片，然后利用热处理工艺将荧光玻璃薄片与玻璃基板融为一体，制造一种荧光玻璃光转换材料，以有效解决传统荧光玻璃涂层制造工艺的缺陷，提高荧光玻璃光转换材料制造工艺的一致性，并大幅提高制造效率。
以上几种专利，采用了不同的工艺在白玻基板上形成一层荧光玻璃光转换材料，该材料与蓝光芯片复合后拥有优异的热导线和发光热稳定性；但是，荧光玻璃光转换材料与玻璃基板复合后，设备对蓝光的光吸收与传播产生了一定的影响，导致蓝光吸收率下降，进而影响整体设备的发光效率。
为了获得折光指数高、透光性好、耐热性和耐久性较佳的LED封装材料，目前国内外对环氧树脂的技术改进主要集中在低粘度化和提高耐热性、降低吸水率两个方面，普遍采用有机无机复合透明树脂或有机硅树脂制成新型封装材料。但是该类封装材料的主体组分是有机高分子化合物，在分子结构上含有C-C、C＝C、C-H等化学键，在紫外线等短波长光曝晒下会断键产生自由基，攻击树脂造成黄变劣化。研究开发室外路灯半导体照明用、高耐紫外、不含易黄变基团的纯无机封装材料已经成为LED行业亟待解决的问题。
在纯无机封装材料技术攻关中，利用纯无机材料封装的LED光衰比采用树脂材料封装的LED小。由于全部采用无机材料，制备的大功率半导体照明器件具有稳定可靠的优异性能(耐紫外，低光衰，高折射)，溶胶-凝胶技术为制备LED纯无机封装材料提供了科学依据和可行性。但是把掺有荧光粉的低熔点玻璃粉涂布在其它基材上，再烧结形成低熔点荧光玻璃薄膜的特点是它们都属于远程荧光粉技术，荧光层远离蓝光LED芯片，低熔点荧光玻璃薄膜与蓝光LED芯片并没有发生直接的接触。虽然该种结构可以有效降低荧光玻璃薄膜的工作温度，降低温度淬灭效应，但是低熔点荧光玻璃光转换材料与基板复合后对蓝光的光吸收与传播产生了一定的影响，导致蓝光吸收率下降，进而影响整体器件的发光效率。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法，制备工艺简单，光转化效率高，发光热稳定性好的特点，可以广泛应用于小尺寸、大电流、大功率白光LED领域。
(二)技术方案
1、为解决上述问题，本发明提供了一种耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法，原料包括组分A、Sb2O3和NaNO3；组分A中，按各组分所占的摩尔百分数比包括30-50mol％的Bi2O3、35-40mol％的ZnO、10-20mol％的SiO2和5-10mol％的B2O3；
Sb2O3、NaNO3与组分A的质量比为：0-1：0-1：100。
优选的，组分A中，按各组分所占的摩尔百分数比包括44mol％的Bi2O3、36mol％的ZnO、14mol％的SiO2和6mol％的B2O3。
优选的，Sb2O3、NaNO3与组分A的质量比为：0.5：0.5：100。
本发明，根据上述耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料，还提出一种耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取原料：组分A、Sb2O3和NaNO3；
S2、将原料充分混合均匀，得到混合物A；
S3、将混合物A在1300℃条件下加热融化，持续3小时候，再将熔融状态下的混合液冷却至600℃，再于550±50℃条件下退火至室温，得到玻璃B；
S4、将玻璃B碾磨成粉，并加入Ce：YAG荧光粉和混合有机溶剂，再次充分搅拌，得到混合物C；其中，Ce：YAG与玻璃B的质量比为8-20：100；混合有机溶剂包括：松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯，其沸点分别为220℃、247℃和340℃，松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯的质量比例为7：2：1；
S5、将混合物C碾磨均匀后，加入乙基纤维素，混合均匀，采用最后采用丝网印刷法在喷涂有脱模剂的陶瓷基板上成膜；将陶瓷板以及膜在保护气体下烧结，烧结温度500-600℃，升温速率4℃/min，烧结时间0.5-3h，得到白光LED用低熔点荧光玻璃的封装片材D；其中，乙基纤维素与混合物C的质量比为2-10：100，
S6、将封装片材D由陶瓷基板上取下，进行超声波洗涤后，切割成各种尺寸的成品E；
S7、成品E与蓝光芯片封装成LED发光模组，并进行发光性能测试，。
优选的，S2中，混合物A加热融化使用铂金坩埚，并位于电炉中加热。
优选的，在S5中，混合物放置于玛瑙研钵中研磨。
优选的，在S5中，烧结步骤如下：首先，将陶瓷基板上的成膜升温到100℃，并保温40min；待排除部分有机溶剂后，升温至350℃，并保温1h；待排除乙基纤维素后，再升温至500-600℃，烧结0.5h后，得到白光LED用低熔点荧光玻璃的封装片材D。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明中，原料易于获取，通过上述原料获得的成品光转化效率高，发光热稳定性好的特点，实现“蓝光芯片+无机低温荧光玻璃”封装与发光一体化结构，发光效率接近目前大功率LED产品发光效率，能够广泛应用在小尺寸、大电流、大功率LED芯片封装领域，能够广泛应用于小尺寸、大电流、大功率白光LED领域。
本发明中，创新性地把荧光玻璃浆料采用印刷的涂布方法应用到全无机白光LED光源的制作中，为白光LED光源制作提供了一种全新的工艺流程与方法。在实际使用中，具有优异的发光热稳定性，能够长期在150℃的高温条件下工作，解决了目前环氧树脂或有机硅封装材料不能适应小尺寸、大功率LED内部高温的问题。
附图说明
图1为本发明提出的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法中低熔点荧光玻璃封装后发光光谱图。
图2为本发明提出的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法中不同荧光粉含量低熔点荧光玻璃封装后的发光效率曲线图。
图3为本发明提出的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法中不同烧结温度低熔点荧光玻璃封装后的发光效率曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提出的一种耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法，原料包括组分A、Sb2O3和NaNO3；组分A中，按各组分所占的摩尔百分数比包括30-50mol％的Bi2O3、35-40mol％的ZnO、10-20mol％的SiO2以及5-10mol％的B2O3；
Sb2O3、NaNO3与组分A的质量比为：0-1：0-1：100。
在一个可选的实施例中，组分A中，按各组分所占的摩尔百分数比包括44mol％的Bi2O3、36mol％的ZnO、14mol％的SiO2和6mol％的B2O3。
在一个可选的实施例中，Sb2O3、NaNO3与组分A的质量比为：0.5：0.5：100。
本发明中，原料易于获取，通过上述原料获得的成品光转化效率高，发光热稳定性好的特点，能够广泛应用于小尺寸、大电流、大功率白光LED领域。
本发明，根据上述的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料，还提出一种耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取原料：组分A、Sb2O3和NaNO3；
S2、将原料充分混合均匀，得到混合物A；
S3、将混合物A在1300℃条件下加热融化，持续3小时候，再将熔融状态下的混合液冷却至600℃，再于550±50℃条件下退火至室温，得到玻璃B；
S4、将玻璃B碾磨成粉，并加入Ce：YAG荧光粉和混合有机溶剂，再次充分搅拌，得到混合物C；其中，Ce：YAG与玻璃B的质量比为8-20：100；混合有机溶剂包括：松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯，其沸点分别为220℃、247℃和340℃，松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯的质量比例为7：2：1；
S5、将混合物C碾磨均匀后，加入乙基纤维素，混合均匀，采用最后采用丝网印刷法在喷涂有脱模剂的陶瓷基板上成膜；将陶瓷板以及膜在保护气体下烧结，烧结温度500-600℃，升温速率4℃/min，烧结时间0.5-3h，得到白光LED用低熔点荧光玻璃的封装片材D；其中，乙基纤维素与混合物C的质量比为2-10：100，
S6、将封装片材D由陶瓷基板上取下，进行超声波洗涤后，切割成各种尺寸的成品E；
S7、成品E与蓝光芯片封装成LED发光模组，并进行发光性能测试
本发明中提出的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料，在实际使用中，具有优异的发光热稳定性，能够长期在150℃的高温条件下工作，解决了目前环氧树脂或有机硅封装材料不能适应小尺寸、大功率LED内部高温的问题，并开创了一个全新的白光LED光源封装方法。
本发明中，创新性地把荧光玻璃浆料采用印刷的涂布方法应用到全无机白光LED光源的制作中，为白光LED光源制作提供了一种全新的工艺流程与方法。
本发明，实现“蓝光芯片+无机低温荧光玻璃”封装与发光一体化结构，发光效率接近目前大功率LED产品发光效率，能够广泛应用在小尺寸、大电流、大功率LED芯片封装领域。
表1：低熔点荧光玻璃发光效率与Ce：YAG荧光粉的含量以及烧结温度之间的关联表；
| Ce：YAG荧光粉 | 烧结温度 | 发光效率 | |
| 案例1 | 14％ | 480℃ | 85lm/W |
| 案例2 | 14％ | 510℃ | 103lm/W |
| 案例3 | 14％ | 540℃ | 118lm/W |
| 案例4 | 14％ | 570℃ | 124lm/W |
| 案例5 | 14％ | 600℃ | 120lm/W |
| 案例6 | 8％ | 570℃ | 117lm/W |
| 案例7 | 10％ | 570℃ | 121lm/W |
| 案例8 | 12％ | 570℃ | 123lm/W |
| 案例9 | 14％ | 570℃ | 124lm/W |
| 案例10 | 16％ | 570℃ | 121lm/W |
表1
参照表1、图1、图2和图3，可知，一种耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料的制备方法中：
在Ce：YAG荧光粉含量不变的前提下，随着烧结温度不断的提高，低熔点荧光玻璃与蓝光芯片封装后的白光LED发光效率也逐渐升高；
烧结温度为570℃，烧结时间为0.5h时，设备达到最高值124lm/W，当烧结温度继续升高到600℃，发光效率下降到120lm/W，即，随着温度的上升，荧光玻璃样品开始向玻璃态转变，样品气孔逐渐减少，发光效率提升；
当烧结温度升高到600℃后，玻璃B与Ce：YAG荧光粉完全相熔，两者界面清晰，但是出现了极少数封闭的规整气孔，影响了发光效率。
当烧结温度为570℃，烧结时长为0.5h不变的前提下，增加Ce：YAG荧光粉含量，由于低熔点玻璃对荧光粉润湿性好，使得荧光粉能够在玻璃中均匀分布，光线经过的平均自由行程缩短，更多的蓝光被吸收，发光效率升高。
当Ce：YAG荧光粉添加量达到14wt％时，设备发射效率达到最大值124lm/W，随着荧光粉含量继续增加，捕获光子的荧光层增加，更多的蓝光和黄光被荧光粉颗粒折射或散射，光损失增加，导致流明效率降低。
在一个可选的实施例中，S2中，混合物A加热融化使用铂金坩埚，并位于电炉中加热，铂金坩埚承受温度高，电炉中温度控制效果好且加热效果稳定。
在一个可选的实施例中，在S5中，烧结步骤如下：首先，将陶瓷基板上的成膜升温到100℃，并保温40min；待排除部分有机溶剂后，升温至350℃，并保温1h；待排除乙基纤维素后，再升温至500-600℃，烧结0.5h后，得到白光LED用低熔点荧光玻璃的封装片材D。
需要说明的是，采用阶段式升温方式对材料进行加热，逐一排除部分有机溶剂和乙基纤维素，获得高纯度的封装片材D，封装片材D的质量高，使用效果好。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料，其特征在于，原料包括组分A、Sb2O3和NaNO3；组分A中，按各组分所占的摩尔百分数比包括30-50mol％的Bi2O3、35-40mol％的ZnO、10-20mol％的SiO2和5-10mol％的B2O3；
Sb2O3、NaNO3与组分A的质量比为：0-1：0-1：100。
2.根据权利要求1所述的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料，其特征在于，组分A中，按各组分所占的摩尔百分数比包括44mol％的Bi2O3、36mol％的ZnO、14mol％的SiO2和6mol％的B2O3。
3.根据权利要求1所述的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料，其特征在于，Sb2O3、NaNO3与组分A的质量比为：0.5：0.5：100。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料，还提出耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取原料：组分A、Sb2O3和NaNO3；
S2、将原料充分混合均匀，得到混合物A；
S3、将混合物A在1300℃条件下加热融化，持续3小时候，再将熔融状态下的混合液冷却至600℃，再于550±50℃条件下退火至室温，得到玻璃B；
S4、将玻璃B碾磨成粉，并加入Ce：YAG荧光粉和混合有机溶剂，再次充分搅拌，得到混合物C；其中，Ce：YAG与玻璃B的质量比为8-20：100；混合有机溶剂包括：松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯，其沸点分别为220℃、247℃和340℃，松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和邻苯二甲酸二丁酯的质量比例为7：2：1；
S5、将混合物C碾磨均匀后，加入乙基纤维素，混合均匀，采用最后采用丝网印刷法在喷涂有脱模剂的陶瓷基板上成膜；将陶瓷板以及膜在保护气体下烧结，烧结温度500-600℃，升温速率4℃/min，烧结时间0.5-3h，得到白光LED用低熔点荧光玻璃的封装片材D；其中，乙基纤维素与混合物C的质量比为2-10：100，
S6、将封装片材D由陶瓷基板上取下，进行超声波洗涤后，切割成各种尺寸的成品E；
S7、成品E与蓝光芯片封装成LED发光模组，并进行发光性能测试。
5.根据权利要求4所述的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法，其特征在于，S2中，混合物A加热融化使用铂金坩埚，并位于电炉中加热。
6.根据权利要求4所述的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法，其特征在于，在S5中，混合物放置于玛瑙研钵中研磨。
7.根据权利要求4所述的耐辐照高可靠性低熔点荧光玻璃封装材料及其制备方法，其特征在于，在S5中，烧结步骤如下：首先，将陶瓷基板上的成膜升温到100℃，并保温40min；待排除部分有机溶剂后，升温至350℃，并保温1h；待排除乙基纤维素后，再升温至500-600℃，烧结0.5h后，得到白光LED用低熔点荧光玻璃的封装片材D。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002241143A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-28 | Ngk Insulators Ltd | 封着用組成物 |
| US20030228471A1 (en) * | 2002-04-24 | 2003-12-11 | Central Glass Company, Limited | Lead-free low-melting glass |
| JP2008297199A (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Schott Ag | 低融点無鉛ソルダーガラスおよびその使用 |
| JP2009046379A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-03-05 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 封着材料および封着タブレット |
| CN101643315A (zh) * | 2009-08-10 | 2010-02-10 | 武汉理工大学 | 白光led用低熔点荧光玻璃及其制备方法 |
| CN102730980A (zh) * | 2012-07-04 | 2012-10-17 | 张国生 | 一种高可靠高效率的led封装用荧光玻璃及其制备方法 |
| US20130090226A1 (en) * | 2010-06-29 | 2013-04-11 | Central Glass Company, Ltd. | Lead-Free Low Melting Point Glass Composition |
| CN103183474A (zh) * | 2011-12-27 | 2013-07-03 | 比亚迪股份有限公司 | 一种无机玻璃粉及其制备方法、一种导电浆料及其制备方法 |
| CN106495490A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-15 | 福州大学 | 一种含SiO2的LED低温封接玻璃 |
| CN106746687A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-05-31 | 上海应用技术大学 | 一种采用丝网印刷法制备led封装用荧光玻璃片的方法 |
| CN107352795A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-11-17 | 深圳大学 | 一种全无机低温荧光玻璃材料及其制备方法 |
| CN109721250A (zh) * | 2016-12-01 | 2019-05-07 | 天津理工大学 | 用低熔点玻璃粉制备发光玻璃陶瓷的方法 |
-
2019
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Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002241143A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-28 | Ngk Insulators Ltd | 封着用組成物 |
| US20030228471A1 (en) * | 2002-04-24 | 2003-12-11 | Central Glass Company, Limited | Lead-free low-melting glass |
| JP2008297199A (ja) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Schott Ag | 低融点無鉛ソルダーガラスおよびその使用 |
| JP2009046379A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-03-05 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 封着材料および封着タブレット |
| CN101643315A (zh) * | 2009-08-10 | 2010-02-10 | 武汉理工大学 | 白光led用低熔点荧光玻璃及其制备方法 |
| US20130090226A1 (en) * | 2010-06-29 | 2013-04-11 | Central Glass Company, Ltd. | Lead-Free Low Melting Point Glass Composition |
| CN103183474A (zh) * | 2011-12-27 | 2013-07-03 | 比亚迪股份有限公司 | 一种无机玻璃粉及其制备方法、一种导电浆料及其制备方法 |
| CN102730980A (zh) * | 2012-07-04 | 2012-10-17 | 张国生 | 一种高可靠高效率的led封装用荧光玻璃及其制备方法 |
| CN106495490A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-15 | 福州大学 | 一种含SiO2的LED低温封接玻璃 |
| CN109721250A (zh) * | 2016-12-01 | 2019-05-07 | 天津理工大学 | 用低熔点玻璃粉制备发光玻璃陶瓷的方法 |
| CN106746687A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-05-31 | 上海应用技术大学 | 一种采用丝网印刷法制备led封装用荧光玻璃片的方法 |
| CN107352795A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-11-17 | 深圳大学 | 一种全无机低温荧光玻璃材料及其制备方法 |
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