一种用于全光谱LED的分层式排列结构荧光玻璃的制备方法
技术领域
本发明属于LED用荧光玻璃材料制备方法技术领域,涉及一种用于全光谱LED的分层式排列结构荧光玻璃的制备方法。
背景技术
随着生活水平的日益提高以及科学技术的不断发展,光能源也成功的发展到了第四代光源-LED光源。与传统光源相比,LED光源不存在汞污染,是一种具有环保、节能、长寿命等特性的绿色光源。虽然LED作为第四代光源,为人类的生产生活带来很大的便利,但是LED照明光源同样也对人体产生了危害。LED照明相关产品不会产生高危险性的蓝光危害,但由于白光LED的光谱范围较窄,特别是蓝光波段范围能量比较集中,使LED照明光源对人体长时间照射会产生不利影响,例如“富蓝化”的光谱质量很容易就会影响人的司辰节律,降低人的免疫力。
冯荣标陈伟等发明的一种全光谱LED荧光粉,其专利公开号为CN104263359A,该荧光粉所得到的发射光谱连续性好、显色性高、接近日光全光谱,能实现4000K-6500K色温的封装。但该荧光粉同样具有荧光粉反向散射蓝光、不同荧光粉之间的再吸收问题以及封装时硅胶老化引起的热稳定性差等问题。
发明内容
为了解决上述不同荧光粉之间再吸收问题、荧光粉反向散射蓝光、硅胶老化引起的热稳定性差、普通LED显指低且“富蓝化”对眼睛的伤害大以及封装工艺中光色一致性差等问题,本发明提供了一种用于全光谱LED的分层式排列结构荧光玻璃的制备方法。
本发明的技术方案如下:
一种用于全光谱LED的分层式排列结构荧光玻璃的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备玻璃基质
称取30-60mol%B2O3、10-25mol%SiO2、15-35mol%ZnO、5-20mol%BaO和10-25mol%Na2O,混匀后置于1000~2000℃下,保温1~2h,移出并在常温下的铜板上冷却形成固态玻璃基质,再将其倒入冷水,待冷却后取出烘干,最后磨研成粉,过筛;
(2)制备荧光玻璃基板
以质量比为0.01~0.1∶1取490nm的BaSi2O2N2∶Eu2+(BSON)与玻璃基质、以质量比为0.01~0.1∶1取Lu2.74Y0.2Al5O12∶0.06Ce3+(LuAG)与玻璃基质和以质量比为0.001~0.01∶1取Ca0.65Sr0.35AlSiN3∶0.05Eu2+(CASN)与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板
(3)制备分层式排列结构的荧光玻璃
排列上述荧光玻璃基板,并在两荧光玻璃基板之间充填玻璃基质,置于400-700℃下,保温10-20min,即制得。
在本发明的一实施例,步骤(1)中,在玛瑙钵里混合均匀后倒入氧化铝坩埚加热保温。
在本发明的一实施例,步骤(1)中磨成粉后过200目筛。
在本发明的一实施例,步骤(3)中,按红绿青、红青绿、青红绿、青绿红、绿红青或绿青红中的一种排列上述荧光玻璃基板。
上述,研磨设备可选为玛瑙研钵,加热设备可选为马弗炉。
本发明还公开了一种白光的LED,上述制得的荧光玻璃基板封装在一个或者多个GaN/InGaN蓝光芯片上。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
将本发明方法制得的红绿青、红青绿、青红绿、青绿红、绿红青和绿青红荧光玻璃基板中的一种,封装在GaN/InGaN蓝光芯片上,得到白光的LED,该LED可以最大程度模拟5000K的太阳光谱,减少蓝光伤害,以及“富蓝化”对人体眼睛的伤害的用于全光谱LED的分层式排列结构的荧光玻璃,其封装的全光谱LED灯的光谱波长可以覆盖所有可见光波区,并有少量紫外光、红外光且光谱连续;另,该分层式排列结构荧光玻璃具有制作简单、成本低廉、热稳定性高等优点。
附图说明
图1为本发明的一种用于全光谱LED的分层式排列结构荧光玻璃的制备方法的过程示意图;
图2为本发明实施例1的一种红绿青排放方式分层式荧光玻璃结构;
图3为本发明实施例1的一种红青绿排放方式分层式荧光玻璃结构;
图4为本发明实施例1的一种青绿红排放方式分层式荧光玻璃结构;
图5为本发明实施例1的一种青红绿排放方式分层式荧光玻璃结构;
图6为本发明实施例1的一种绿红青排放方式分层式荧光玻璃结构;
图7为本发明实施例1的一种绿青红排放方式分层式荧光玻璃结构;
图8为本发明实施例4的各分层式排列结构荧光玻璃的PL谱图;
图9为本发明实施例4的各分层式排列结构荧光玻璃的PLE谱图;
图10为本发明实施例4的一种红青绿排列方式分层式荧光玻璃结构的EL谱图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1
参见图1所示,将40mol%B2O3、15mol%SiO2、20mol%ZnO、10mol%BaO以及15mol%Na2O按照配比称量,混合均匀后倒入氧化铝坩埚中,将氧化铝坩埚放入温度为1000-2000℃的马弗炉中保温1h,将透明的玻璃基质溶液倒入500ml冷水中,待冷却后取出烘干,在玛瑙研磨中磨研成粉并过200目筛;
以质量比为0.03∶1取青色荧光粉BSON与玻璃基质、以质量比为0.03∶1取绿色荧光粉LuAG与玻璃基质和以质量比为0.003∶1取红色荧光粉CASN与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板;
将所得三种玻璃以红绿青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中,400-700℃保温10-15min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,如图2所示。
将实施例1所得三种玻璃以红青绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,如图3所示,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例1所得三种玻璃以青绿红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,如图4所示,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例1所得三种玻璃以青红绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,如图5所示,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例1所得三种玻璃以绿红青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,如图6所示,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例1所得三种玻璃以绿青红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,如图7所示,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
实施例2
将40mol%B2O3、15mol%SiO2、20mol%ZnO、10mol%BaO以及15mol%Na2O按照配比称量,混合均匀后倒入氧化铝坩埚中,将氧化铝坩埚放入温度为1000-2000℃的马弗炉中保温1h,将透明的玻璃基质溶液倒入500ml冷水中,待冷却后取出烘干,在玛瑙研磨中磨研成粉并过200目筛;
以质量比为0.03∶1取青色荧光粉BSON与玻璃基质、以质量比为0.04∶1取绿色荧光粉LuAG与玻璃基质和以质量比为0.003∶1取红色荧光粉CASN与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板;
将所得三种玻璃以红绿青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中,400-700℃保温10-15min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃。
将实施例2所得三种玻璃以红青绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例2所得三种玻璃以青绿红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例2所得三种玻璃以青红绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例2所得三种玻璃以绿红青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例2所得三种玻璃以绿青红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
实施例3
将40mol%B2O3、15mol%SiO2、20mol%ZnO、10mol%BaO以及15mol%Na2O按照配比称量,混合均匀后倒入氧化铝坩埚中,将氧化铝坩埚放入温度为1000-2000℃的马弗炉中保温1h,将透明的玻璃基质溶液倒入500ml冷水中,待冷却后取出烘干,在玛瑙研磨中磨研成粉并过200目筛;
以质量比为0.03∶1取青色荧光粉BSON与玻璃基质、以质量比为0.04∶1取绿色荧光粉LuAG与玻璃基质和以质量比为0.004∶1取红色荧光粉CASN与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板;
将所得三种玻璃以红绿青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中,400-700℃保温10-15min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃。
将实施例3所得三种玻璃以红青绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例3所得三种玻璃以青绿红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例3所得三种玻璃以青红绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例3所得三种玻璃以绿红青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例3所得三种玻璃以绿青红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
实施例4
将40mol%B2O3、15mol%SiO2、20mol%ZnO、10mol%BaO以及15mol%Na2O按照配比称量,混合均匀后倒入氧化铝坩埚中,将氧化铝坩埚放入温度为1000-2000℃的马弗炉中保温1h,将透明的玻璃基质溶液倒入500ml冷水中,待冷却后取出烘干,在玛瑙研磨中磨研成粉并过200目筛;
以质量比为0.04∶1取青色荧光粉BSON与玻璃基质、以质量比为0.04∶1取绿色荧光粉LuAG与玻璃基质和以质量比为0.004∶1取红色荧光粉CASN与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板;
将所得三种玻璃以红绿青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中,400-700℃保温10-15min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃。
将实施例4所得三种玻璃以红青绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例4所得三种玻璃以青绿红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例4所得三种玻璃以青红绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例4所得三种玻璃以绿红青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例4所得三种玻璃以绿青红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将上述制得的六种分层式排列结构荧光玻璃,即红青绿、红绿青、青红绿、青绿红、绿红青、绿青红,我们对所制得的六种全光谱分层式结构的荧光玻璃进行性能测试,为了避免其他因素的影响,先分析荧光材料的排列结构的优劣。首先用Hitachi F-7000荧光分光光度计记录所有样品的光致发光(PL)和PL激发(PLE)图谱,分别如图8和图9所示,并以氙灯作为光源记录积分球;根据图8可知,虽然红绿青、青红绿排列结构的全光谱荧光玻璃的发光强度高于红青绿排列结构,但是前两者的光谱不能覆盖整个可见光,不满足全光谱的要求,而红青绿排列结构的全光谱荧光玻璃其光谱覆盖了整个可见光,且发光强度高于其他满足光谱覆盖整个可见光的排列结构。
为了进一步验证封装的优劣,将红青绿排列结构的全光谱荧光玻璃封装在一个蓝光芯片上得到全光谱LED灯,测试其光学性能,测试结果如图10和表一所示,其中,显色指数高于90,色温达到4231K,媲美太阳光,可有效降低普通LED显指低且“富蓝化”对眼睛的伤害。
表一
实施例5
将40mol%B2O3、15mol%SiO2、20mol%ZnO、10mol%BaO以及15mol%Na2O按照配比称量,混合均匀后倒入氧化铝坩埚中,将氧化铝坩埚放入温度为1000-2000℃的马弗炉中保温1h,将透明的玻璃基质溶液倒入500ml冷水中,待冷却后取出烘干,在玛瑙研磨中磨研成粉并过200目筛;
以质量比为0.04∶1取青色荧光粉BSON与玻璃基质、以质量比为0.05∶1取绿色荧光粉LuAG与玻璃基质和以质量比为0.004∶1取红色荧光粉CASN与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板;
将所得三种玻璃以红绿青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中,400-700℃保温10-15min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃。
将实施例5所得三种玻璃以红青绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例5所得三种玻璃以青绿红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例5所得三种玻璃以青红绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例5所得三种玻璃以绿红青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例5所得三种玻璃以绿青红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
实施例6
将40mol%B2O3、15mol%SiO2、20mol%ZnO、10mol%BaO以及15mol%Na2O按照配比称量,混合均匀后倒入氧化铝坩埚中,将氧化铝坩埚放入温度为1000-2000℃的马弗炉中保温1h,将透明的玻璃基质溶液倒入500ml冷水中,待冷却后取出烘干,在玛瑙研磨中磨研成粉并过200目筛;
以质量比为0.04∶1取青色荧光粉BSON与玻璃基质、以质量比为0.05∶1取绿色荧光粉LuAG与玻璃基质和以质量比为0.005∶1取红色荧光粉CASN与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板;
将所得三种玻璃以红绿青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中,400-700℃保温10-15min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃。
将实施例6所得三种玻璃以红青绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例6所得三种玻璃以青绿红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例6所得三种玻璃以青红绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例6所得三种玻璃以绿红青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例6所得三种玻璃以绿青红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
实施例7
将40mol%B2O3、15mol%SiO2、20mol%ZnO、10mol%BaO以及15mol%Na2O按照配比称量,混合均匀后倒入氧化铝坩埚中,将氧化铝坩埚放入温度为1000-2000℃的马弗炉中保温1h,将透明的玻璃基质溶液倒入500ml冷水中,待冷却后取出烘干,在玛瑙研磨中磨研成粉并过200目筛;
以质量比为0.05∶1取青色荧光粉BSON与玻璃基质、以质量比为0.05∶1取绿色荧光粉LuAG与玻璃基质和以质量比为0.005∶1取红色荧光粉CASN与玻璃基质,分别混匀后,均置于600~800℃下,保温20~30min,分别制得青色荧光玻璃基板、绿色荧光玻璃基板和红色荧光玻璃基板;
将所得三种玻璃以红绿青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中,400-700℃保温10-15min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃。
将实施例7所得三种玻璃以红青绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例7所得三种玻璃以青绿红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例7所得三种玻璃以青红绿排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例7所得三种玻璃以绿红青排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
将实施例7所得三种玻璃以绿青红排放方式,在夹层中放入少量玻璃基质在马弗炉中保温5-10min制得用于全光谱的分层式荧光玻璃,其余制备过程及工艺参数同实施例1,在此不再赘述。
以此类推,将一定量的玻璃基质粉末分别与在范围为1-10%的质量分数的530nm-LuAG绿色荧光粉比例中的一个、在范围为0.1-1%的质量分数的650nm-CASN红色荧光粉比例中的一个以及在范围为1-10%的质量分数的490nm-BSON青色荧光粉比例中的一个进行混合,采用低温共烧结的方法,600-800℃保温20min分别制得三种玻璃;每制得的三种不同比例的荧光玻璃分别按照红绿青、红青绿、青红绿、青绿红、绿红青和绿青红进行排列。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。