CN110818248B

CN110818248B - 一种高导热、高折射率荧光玻璃层及其制备方法

Info

Publication number: CN110818248B
Application number: CN201911158555.8A
Authority: CN
Inventors: 高权; 陈龙; 蓬朝阳; 李秀斌
Original assignee: Guangzhou Guanglian Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Guanglian Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2039-11-22
Also published as: CN110818248A

Abstract

本发明提供的一种高导热、高折射率的荧光玻璃层及其制备方法，所述荧光玻璃层包括以下按重量份计算的组分：荧光粉10～70份、低温玻璃粉10～90份、高导热粒子1～20份和高折射粒子5～30份；所述的低温玻璃粉为玻璃化转变温度为300℃～500℃的玻璃粉；所述高折射粒子的折射率不小于1.8。与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提供的荧光玻璃层具有较高导热性和折射率，能够满足大功率光源对荧光转换材料的要求。

Description

一种高导热、高折射率荧光玻璃层及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃及玻璃制备技术领域，更具体地，涉及一种高导热、高折射率荧光玻璃层及其制备方法。

背景技术

目前，LED行业发展迅猛，凭借其节能环保、能耗低、寿命长以及发光效率高等特点，已成为光源的主要发展方向，广泛应用于各种行业的照明。目前LED行业常规使用的荧光粉封装材料主要是有机胶封装荧光粉(包括硅胶、环氧树脂)以及玻璃封装荧光粉，有机胶封装荧光粉技术主要应用于低功率或者使用环境不极端(极端环境如高温、高湿)的地方，玻璃封装荧光粉技术相比于有机胶封装荧光粉技术，克服了老化、变黄、稳定性差、吸湿性等问题，使得玻璃封装荧光粉技术的应用环境更广、稳定性更好。

有机胶封装荧光粉中的有机胶热导率只有0.3W/(m·k)，荧光粉直接涂敷在芯片上面，在芯片工作时，芯片释放的热量直接作用在荧光粉上面，导致了荧光粉的温度上升，使得荧光粉在高温下转化效率降低。

目前芯片的折射率在2～4之间如GaN(n＝2.5)、GaP(n＝3.45)均远高于硅胶(n≈1.41)或者环氧树脂(n≈1.5)，折射率差异过大导致全反射发生，将光线反射回芯片上，造成的后果是光损失增大、芯片温度升高。即使使用承受较高温度的荧光玻璃材料，也由于目前使用的玻璃的热导率低、折射率低而无法满足大功率光源对荧光转换材料的要求，目前使用的玻璃封装荧光粉的玻璃的折射率一般在n≈1.5左右依旧无法匹配芯片的折射率。

因此，急需研究开发一种高导热、高折射率的荧光玻璃材料。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种高导热、高折射率的荧光玻璃层，用于解决现有的荧光玻璃导热率低、折射率低而无法满足大功率光源对荧光转换材料的要求。

本发明的另一个目的在于提供一种高导热、高折射率的荧光玻璃层的制备方法，

本发明采取的技术方案是：

一种高导热、高折射率荧光玻璃层，所述荧光玻璃层包括以下按重量份计算的组分：荧光粉10～70份、低温玻璃粉10～90份、高导热粒子1～20份和高折射粒子5～30份；所述的低温玻璃粉为玻璃化转变温度为300℃～500℃的玻璃粉；所述高折射粒子的折射率不小于1.8。具体的，所述荧光粉可以选用YAG:Ce。

本技术方案所提供的荧光玻璃采用的配方是在荧光粉与低温玻璃粉之外加入了高导热粒子和高折射粒子，其中，需要选用玻璃化转变温度为300℃～500℃的低温玻璃粉，加入的所述高折射粒子需要满足折射率不小于1.8，是考虑到添加的高折射粒子的折射率太小会与芯片差异过大，从而易导致全反射发生，而目前芯片的折射率在2～4之间如GaN(n＝2.5)、GaP(n＝3.45)均远高于硅胶(n≈1.41)或者环氧树脂(n≈1.5)，本发明中荧光玻璃层可更好地适用于现有常规芯片中。

本发明提供的荧光玻璃层具有较高导热性和折射率，能够满足大功率光源对荧光转换材料的要求。

进一步的，所述高导热粒子为粒径在1nm～40nm范围内的氮化铝、氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硼或氮化钛中的一种或多种混合物。

进一步的，所述高折射粒子为粒径在1nm～40nm范围内的二氧化钛、一氧化钛、氮氧化铝、硫酸钡、氧化镁、二氧化锆、氧化锌或氧化钽中的一种或多种混合物。由于粒子团聚形成的微米级粒子是造成材料光散射现象的主要因素，而且材料的光散射性能会随着粒子尺寸的增加而增加，这种现象将会直接影响材料的光学透过性。因此，本发明为了避免粒子所带来的光散射现象，通过降低无机粒子的填充体积，即保证所采用的高折射粒子的粒径小于40nm。

进一步的，所述低温玻璃粉为硼硅酸盐玻璃、低温含铅玻璃、硼磷酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或碲酸盐玻璃中的一种或多种的混合物。作为优选的，可以选择硼硅酸盐玻璃作为低温玻璃粉。

上述高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，包括玻璃浆料的制备和荧光玻璃层的制备，具体步骤分别如下：

(1)玻璃浆料的制备：

S1：按重量比称取低温玻璃粉、高导热粒子、高折射粒子混合，并加入水或者酒精放入混料桶进行混合，混合时间为3～10h；

S2：将步骤S1混合物烘干后造粒；

S3：称取计量份的荧光粉与步骤S2得到的混合粉末一起混合，烘干造粒；

S4：称取18～40份有机溶剂，将有机溶剂与步骤S4得到的混合粉末物理搅拌且研磨均匀，形成玻璃浆料；

(2)荧光玻璃层的制备：

L1：选用一块玻璃基板，将制得的玻璃浆料通过涂刮、丝网印刷、喷涂或旋涂等工艺覆盖到玻璃基板表面；

L2：将步骤L1获得的荧光浆料层连同玻璃基板放入烘箱进行低温烘烤，烘烤温度为150℃～300℃，烘烤时间为1～5h；

L3：将步骤L2中的荧光玻璃层从玻璃基板上剥离下来，单独将荧光玻璃层放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为300℃～500℃，烧结时间不超过30min。

其中，步骤S1中加入的水或酒精的量为所称取低温玻璃粉、高导热粒子、高折射粒子总质量的1～5倍；步骤L3中的烧结气氛可以是常压无保护气氛烧结、氮气气氛保护烧结、氩气气氛保护烧结。

进一步的，步骤S4中的有机溶剂占混合粉末粉体质量的15％～40％。

本发明中关于荧光玻璃层的制备分两部进行烘干和烘烤，其中先经过烘烤去除低温有机物，使得荧光玻璃片有一定的强度可以进行转移，然后再进行高温烧结去除高温有机物并烧结成荧光玻璃，这样两步烧结更彻底的去除有机物，防止有机物残留造成的荧光玻璃使用过程中有机物高温分解或挥发而损坏。需要说明的是，本发明中所提到的低温有机物是指分解温度在120℃以下的有机物；步骤L3中采用高温烧结去除高温有机物，这里所指的高温有机物具有至少350℃以上的分解温度，分解温度为120-350℃这段在高温烧结时会挥发一部分，另一部分会缩短链段长度。另外，我们采用先将低温有机物去除再对荧光玻璃片进行转移的方法，是考虑到这样可以保证荧光玻璃片在转移的时候不含有液体有机物，具有一定强度从而不会形变。

进一步的，所述有机溶剂包括粘接剂和分散剂，所述粘接剂为聚乙烯醇、松油醇、柠檬酸三丁酯或二甲酸二丁酯中的一种或多种混合物；所述分散剂为水、纤维素或二乙二醇丁醚中的一种或多种混合物。

进一步的，步骤S1中所用溶液为水或酒精中的一种或其混合物。

进一步的，步骤L1中选用的玻璃基板为玻璃化转变温度为600℃～900℃的高温玻璃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种荧光玻璃层的配方在荧光粉与低温玻璃粉之外加入了高导热粒子和高折射粒子，加入的高折射粒子的折射率在2.01～2.80范围内，使得荧光玻璃具备较高导热性和折射率，能够满足大功率光源对荧光转换材料的要求；所述的高导热、高折射率荧光玻璃层的制备过程采用两步烧结，在彻底的去除有机物的同时，有效防止了有机物残留造成的荧光玻璃使用过程中有机物高温分解或挥发而损坏，综上，本申请提供的一种高导热、高折射率的荧光玻璃层的制备方法简单，市场价值高，应用前景好。

附图说明

图1为本发明中玻璃浆料的分散结构示意图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

本实施例提供的一种高导热、高折射率荧光玻璃层，所述荧光玻璃层包括以下按重量份计算的组分：YAG:Ce荧光粉90份、粒径为20μm硼硅酸盐玻璃10份、粒径为120nm氮化硼粉末1份和粒径为2nm氧化锌粉末15份；硼硅酸盐玻璃的玻璃化转变温度为300℃，这里选用的氧化锌粉末的折射率为2.02。

(1)玻璃浆料的制备：

S1：称取玻璃化转变温度是300℃、粒径为20μm硼硅酸盐玻璃10份、粒径为40nm氮化硼粉末1份、粒径为2nm氧化锌粉末10份和200份酒精，放入混料桶中进行混合，混合时间为5h；

S2：将混合后的粉末放入烤箱中进行烘干，烤箱温度为60℃，烘烤时间为2h，待烘干完成后，研磨过筛，筛网为120目；

S3：称取YAG：Ce荧光粉90份，与S2混合粉一起放入混料桶混合，混合介质为酒精，混合时间为5h，将混合烘干后的混合粉充分研磨后待用；

S4：称取松油醇15份，乙基纤维素3份，混合后，加热搅拌，制成高粘度有机溶剂，将制得的有机溶剂与步骤S4得到的混合粉末机械搅拌且研磨均匀，形成玻璃浆料；

(2)荧光玻璃层的制备：

L1：选用玻璃化转变温度为600℃的玻璃基板，用酒精清洗干净，将制得的玻璃浆料采用喷涂工艺将其喷涂到玻璃基板表面；

L2：将步骤L1获得的荧光浆料层连同玻璃基板放入烘箱进行低温烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为1h；

L3：将步骤L2中的荧光玻璃层从玻璃基板上剥离下来，单独将荧光玻璃层放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为300℃，烧结时间为30min。

实施例2

本实施例提供的一种高导热、高折射率荧光玻璃层，所述荧光玻璃层包括以下按重量份计算的组分：YAG:Ce荧光粉55份、粒径为35μm硼硅酸盐玻璃45份、粒径为3nm氮化硼粉末20份和粒径为22nm氧化钛粉末5份；硼硅酸盐玻璃的玻璃化转变温度为390℃；这里选用的氧化钛粉末的折射率为2.7。

(1)玻璃浆料的制备：

S1：称取玻璃化转变温度是390℃、粒径为35μm硼硅酸盐玻璃45份、粒径为200nm氮化硼粉末5.5份、粒径为22nm氧化钛粉末15份和200份酒精，放入混料桶中进行混合，混合时间为10h；

S3：称取YAG:Ce荧光粉55份，与S2混合粉一起放入混料桶混合，混合介质为酒精，混合时间为3h，将混合烘干后的混合粉充分研磨后待用；

S4：称取水20份，聚乙烯醇2份，混合后，加热搅拌，制成高粘度有机溶剂，将制得的有机溶剂与步骤S4得到的混合粉末机械搅拌且研磨均匀，形成玻璃浆料；

(2)荧光玻璃层的制备：

L1：选用玻璃化转变温度为600℃的玻璃基板，用酒精清洗干净，将制得的玻璃浆料采用涂刮工艺将其涂刮到玻璃基板表面；

L2：将步骤L1获得的荧光浆料层连同玻璃基板放入烘箱进行低温烘烤，烘烤温度为250℃，烘烤时间为2h；

L3：将步骤L2中的荧光玻璃层从玻璃基板上剥离下来，单独将荧光玻璃层放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为450℃，烧结时间为30min。

实施例3

本实施例提供的一种高导热、高折射率荧光玻璃层，所述荧光玻璃层包括以下按重量份计算的组分：YAG:Ce荧光粉90份、粒径为20μm硼硅酸盐玻璃90份、粒径为25nm氮化铝粉末1份和粒径为40nm氮氧化铝粉末30份；硼硅酸盐玻璃的玻璃化转变温度为300℃；这里选用的氮氧化铝粉末的折射率为1.8。

(1)玻璃浆料的制备：

S1：称取玻璃化转变温度是300℃、粒径为20μm硼硅酸盐玻璃90份、粒径为400nm氮化铝粉末1份、粒径为40nm氮氧化铝粉末30份和200份酒精，放入混料桶中进行混合，混合时间为3h；

S3：称取YAG：Ce荧光粉10份，与S2混合粉一起放入混料桶混合，混合介质为酒精，混合时间为5h，将混合烘干后的混合粉充分研磨后待用；

S4：称取松油醇33份，乙基纤维素7份，混合后，加热搅拌，制成高粘度有机溶剂，将制得的有机溶剂与步骤S4得到的混合粉末机械搅拌且研磨均匀，形成玻璃浆料；

(2)荧光玻璃层的制备：

L1：选用玻璃化转变温度为900℃的玻璃基板，用酒精清洗干净，将制得的玻璃浆料采用喷涂工艺将其喷涂到玻璃基板表面；

L2：将步骤L1获得的荧光浆料层连同玻璃基板放入烘箱进行低温烘烤，烘烤温度为300℃，烘烤时间为5h；

L3：将步骤L2中的荧光玻璃层从玻璃基板上剥离下来，单独将荧光玻璃层放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为500℃，烧结时间为30min。

对比例1

本对比例与实施例1不同之处在于所选用的硫酸钡粉末的折射率为1.65，不在本技术方案中要求的高折射粒子的折射率不小于1.8范围内。

对比例2

本对比例与实施例1不同之处在于其原料成分中未添加高导热粒子。

对比例3

本对比例与实施例2不同之处在于所选用的氧化锌粉末的粒径为780nm，不在本技术方案中要求的作为高折射粒子的最佳粒径范围内。

对比例4

本对比例与实施例2不同之处在于所选用的氮化硼粉末的粒径为70nm，不在本技术方案中要求的作为高导热粒子的最佳粒径范围内。

如下表一为实施例1～3以及对比例1～4的制备的样品的性能测试结果：

综上，可以发现只有采用本技术方案添加了符合要求的高导热粒子和高折射粒子才能有效提高荧光玻璃的导热率和折射率，并且所述高折射粒子的折射率需要不小于1.8，否则其折射率会受限。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。

本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，其特征在于，

包括玻璃浆料的制备和荧光玻璃层的制备，具体步骤分别如下：

（1）玻璃浆料的制备：

S1：按重量份称取10~90份低温玻璃粉、1~20份高导热粒子、5~30高折射粒子混合，并加入水或/和酒精放入混料桶进行混合，混合时间为3 ~10h；所述的低温玻璃粉为玻璃化转变温度为300℃~500℃的玻璃粉；所述高折射粒子的折射率不小于1.8；所述高导热粒子粒径在1nm～40nm范围内；所述高折射粒子粒径在1nm～40nm范围内；

S2：将步骤S1混合物烘干后造粒；

S4：称取18~40份有机溶剂，将有机溶剂与步骤S4得到的混合粉末物理搅拌且研磨均匀，形成玻璃浆料；

（2）荧光玻璃层的制备：

L1：选用一块玻璃基板，将制得的玻璃浆料通过涂刮、丝网印刷、喷涂或旋涂工艺覆盖到玻璃基板表面；

L2：将步骤L1获得的荧光浆料层连同玻璃基板放入烘箱进行低温烘烤，烘烤温度为150℃~300℃，烘烤时间为1~5h；

L3：将步骤L2中的荧光玻璃层从玻璃基板上剥离下来，单独将荧光玻璃层放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为300℃~500℃，烧结时间不超过30min；

其中步骤L3中的烧结气氛是常压烧结、氮气气氛保护烧结或氩气气氛保护烧结。

2.根据权利要求1所述的一种高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，其特征在于，所述高导热粒子为氮化铝、氧化铝、碳化硅、碳化硼、氮化硼或氮化钛中的一种或多种混合物。

3.根据权利要求或1或2所述的一种高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，其特征在于，所述高折射粒子为二氧化钛、一氧化钛、氮氧化铝、硫酸钡、氧化镁、二氧化锆、氧化锌或氧化钽中的一种或多种混合物。

4.根据权利要求或1或2所述的一种高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，其特征在于，所述低温玻璃粉为硼硅酸盐玻璃、低温含铅玻璃、硼磷酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或碲酸盐玻璃中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，其特征在于，步骤S4中的有机溶剂占混合粉末粉体质量的15％～40％。

6.根据权利要求1或5所述的一种高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括粘接剂和分散剂，所述粘接剂为聚乙烯醇、松油醇、柠檬酸三丁酯或二甲酸二丁酯中的一种或多种混合物；所述分散剂为水、纤维素或二乙二醇丁醚中的一种或多种混合物。

7.根据权利要求1所述的一种高导热、高折射率荧光玻璃层的制备方法，其特征在于，步骤L1中选用的玻璃基板为玻璃化转变温度为600℃～900℃的高温玻璃。