專利名稱：一種熒光玻璃片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玻璃及玻璃制備技術(shù)，具體涉及一種熒光玻璃片及其制備方法，該熒光玻璃片主要應(yīng)用于LED封裝，可減少熒光粉配制工藝，降低封裝材料和工藝成本。
背景技術(shù)：
對(duì)于大功率白光LED封裝而言,突光粉的作用在于光色復(fù)合,形成白光。常用的突光粉涂敷方式是將熒光粉與封裝膠(環(huán)氧樹脂或硅膠)混合，然后點(diǎn)涂在LED芯片上。由于涂覆工藝難以對(duì)熒光粉涂敷層的厚度和形狀進(jìn)行精確控制，導(dǎo)致LED器件的色溫和顯色性指數(shù)波動(dòng)很大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，由于熒光粉膠層是由環(huán)氧樹脂或硅膠與熒光粉調(diào)配而成，耐熱性、抗老化性和抗?jié)駳庑阅茌^差。如隨著溫度上升，熒光粉量子效率降低，輻射波 長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生變化，從而引起白光LED色溫變化，當(dāng)受到紫光或紫外光輻射時(shí)，容易老化，使發(fā)光效率降低，影響LED器件的可靠性。為了提高熒光粉層的耐熱性和抗老化性能，國(guó)內(nèi)外開展了一系列的研究。2005年日本通用電氣玻璃公司報(bào)導(dǎo)采用高溫固相法(1500 1650°C下加熱5小時(shí))，制備出可用于LED封裝的YAG熒光玻璃。由于該熒光玻璃具有良好的耐熱性和抗?jié)駳庑裕啾绕胀ǖ臒晒夥勰z層，LED封裝器件的可靠性大大提高；美國(guó)專利(US 2009/0212697 Al和US2010/0207512 Al)公開了一種含熒光粉的半透明陶瓷片制備方法，主要由陶瓷粉、熒光粉、粘結(jié)劑、燒結(jié)助劑在高溫(1400-1500°C )惰性氣體環(huán)境下燒結(jié)而成；中國(guó)專利文獻(xiàn)(公開號(hào)101314519A)公開了一種白光LED用稀土摻雜發(fā)光玻璃及其制備方法，通過高溫熔制(1450-1550°C下2-3小時(shí))制備出含稀土熒光粉的熒光玻璃體；中國(guó)專利文獻(xiàn)(公開號(hào)101723586 A)則公開了一種應(yīng)用于半導(dǎo)體照明的熒光粉玻璃體及其制備方法，通過在硼鋁酸鹽玻璃粉中混合稀土摻雜鋁酸鹽熒光粉，在高溫(400-50(TC )下熱壓燒結(jié)而成。此外，丁唯嘉等人利用溶膠-凝膠法制備出低溫?zé)晒獠Ａ?，朱學(xué)繪等人則利用真空燒結(jié)技術(shù)制備出CeiYAG熒光玻璃，用于LED封裝并提高了 LED器件性能。采用熒光玻璃封裝LED，不僅省略了封裝過程中熒光粉與封裝膠的配制與涂覆工藝，提高了白光LED封裝效率，而且提高了熒光粉的均勻性和熱穩(wěn)定性，從而改善了 LED器件的發(fā)光質(zhì)量與可靠性。如德國(guó)Sumita公司采用熒光玻璃封裝LED模塊，在85°C環(huán)境中點(diǎn)亮10000小時(shí)候后亮度沒有衰退，反而略有上升，而普通LED封裝模塊(采用熒光粉膠層)在相同條件下亮度降低了 20%。但在上述熒光玻璃制備過程中，由于熒光粉是內(nèi)摻于玻璃粉中一起燒結(jié)，不僅熒光粉消耗量大(材料成本高)，而且高溫?zé)Y(jié)過程(大于1000°C )會(huì)對(duì)熒光粉的晶相(晶體結(jié)構(gòu))產(chǎn)生損壞，使熒光粉失去熒光特性從而影響熒光粉的發(fā)光效率。更為重要的是，該熒光玻璃體需要切割、研磨、拋光后才能用于LED封裝，工藝成本很聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種熒光玻璃片及其制備方法，以滿足大功率LED模組封裝需求。本發(fā)明所提供的一種突光玻璃片，其特征在于，它由玻璃基片及其表面的突光玻璃層組成，熒光玻璃片總厚度為0. 5毫米至3毫米，熒光玻璃層材料的折射率等于或略小于玻璃基片材料的折射率。本發(fā)明所提供的一種熒光玻璃片的制備方法，包括以下步驟I)選用透光率> 80%，折射率為1. 4 1. 6的玻璃基片，并對(duì)玻璃基片表面進(jìn)行清洗；2)配制含熒光粉的玻璃漿料；3)在玻璃基片表面涂覆形成厚度均勻的玻璃漿料層，玻璃漿料層厚度在50微米至500微米之間； 4)將表面涂覆有玻璃漿料層的玻璃基片進(jìn)行燒結(jié)，使?jié){料層玻璃化，形成透明且熒光粉均勻分布的熒光玻璃層，得到熒光玻璃片。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，步驟2)中，玻璃漿料組分包括低溫玻璃粉、熒光粉、增強(qiáng)劑、粘合劑和分散劑；其中低溫玻璃粉是指玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于800°C ;熒光粉為單色熒光粉、多色熒光粉或多種熒光粉的混合物，熒光粉摻量為玻璃粉重量的5% -50%;增強(qiáng)劑為納米氧化鋯、納米氧化鋁或納米二氧化硅粉末，摻量為玻璃粉重量的1% -5% ;粘合劑為松油醇、聚乙烯醇或羧甲基纖維素，摻量為玻璃粉重量的60% -100% ;分散劑為魚油、纖維素及其衍生物、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇或聚丙烯酰胺，摻量為玻璃粉重量的1% _5%。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟4)中，玻璃漿料層的燒結(jié)溫度高于低溫玻璃粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，且比玻璃基片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低50°C以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1)由于表面熒光玻璃層厚度均勻且遠(yuǎn)離LED芯片，可提高LED封裝質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)色溫、色坐標(biāo)和顯色指數(shù)的有效控制；2)在相對(duì)低溫下制備出熒光玻璃片，降低了工藝成本，并提高了熒光玻璃片的使用性能(低應(yīng)力、高轉(zhuǎn)換效率)；3)由于僅在玻璃基片表面制備了熒光玻璃層，降低了熒光粉材料成本；4)該熒光玻璃片可用于各色LED芯片封裝，既可以實(shí)現(xiàn)單顆LED芯片封裝，也可用于多芯片陣列LED模塊和LED燈具封裝；5)工藝簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，適宜于規(guī)模化生產(chǎn)。通過材料和結(jié)構(gòu)組合，可制備出不同的熒光玻璃片，滿足LED封裝要求。


圖1為內(nèi)摻熒光粉的熒光玻璃結(jié)構(gòu)示意圖。I為玻璃基片，2為熒光粉顆粒。圖2為本發(fā)明熒光玻璃片的結(jié)構(gòu)示意圖。I為玻璃基片，2為熒光粉顆粒，3為熒光玻璃層。圖3為本發(fā)明熒光玻璃片的制備工藝圖。I為玻璃基片，2為熒光粉顆粒，3為含熒光粉的玻璃漿料，4為燒結(jié)后得到的熒光玻璃層，5為絲網(wǎng)印刷版，6為刮板。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過在玻璃基片表面涂覆含熒光粉的低溫玻璃漿料層，燒結(jié)后制備出熒光玻璃片。與內(nèi)摻法制備的熒光玻璃相比，由于僅在玻璃基片表面制備了熒光玻璃層，大幅度降低了工藝成本(不用切割、研磨和拋光玻璃片)和熒光粉材料成本；同時(shí)，由于采用了低溫玻璃粉，燒結(jié)溫度降低，從而降低了熒光玻璃片內(nèi)部的熱應(yīng)力，提高了其使用性能。本發(fā)明提供的一種熒光玻璃片，具體由玻璃基片及其表面的熒光玻璃層組成。熒光玻璃片總厚度為0. 5毫米至3毫米，熒光玻璃層厚度取決于熒光粉濃度和LED封裝要求，一般為50微米至500微米，最優(yōu)值為100微米至300微米。熒光玻璃層材料的折射率等于玻璃基片材料的折射率，或者略小于玻璃基片材料的折射率(如熒光玻璃層材料的折射率比玻璃基片材料的折射率低0. 2以內(nèi))。熒光玻璃片的制備過程包括以下步驟I)選用透光率> 80%，折射率為1. 4 1. 6的玻璃基片，并對(duì)玻璃基片表面進(jìn)行清洗；
2)配制含熒光粉的玻璃漿料，玻璃漿料組分包括低溫玻璃粉、熒光粉、增強(qiáng)劑、粘合劑、分散劑等。其中低溫玻璃粉為硼酸鹽玻璃、硼鋁酸鹽玻璃等，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于800°C ；熒光粉可以是單色熒光粉，也可以是多色熒光粉或多種熒光粉的混合物，摻量為玻璃粉重量的5% -50% ；增強(qiáng)劑為納米氧化鋯、納米氧化鋁或納米二氧化硅粉末，摻量為玻璃粉重量的1% -5% ；粘合劑為松油醇、聚乙烯醇、羧甲基纖維素等，摻量為玻璃粉重量的60% -100% ；分散劑為魚油、纖維素及其衍生物、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、聚丙烯酰胺等，摻量為玻璃粉重量的1% -5% ;3)在玻璃基片表面涂覆形成厚度均勻的玻璃漿料層；玻璃漿料層厚度在50-500 U m之間，優(yōu)化厚度范圍100-300 U m ；4)將表面涂覆有玻璃漿料層的玻璃基片進(jìn)行燒結(jié)，使?jié){料層玻璃化，形成透明且熒光粉均勻分布的熒光玻璃層，得到熒光玻璃片。玻璃漿料層的燒結(jié)溫度高于低溫玻璃粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，但比玻璃基片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低50°C以上。熒光玻璃層材料的折射率等于或略小于玻璃基片的折射率。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。實(shí)施例1I)選取厚度為2mm的硼硅酸鹽玻璃片(型號(hào)為Pyrex 7740，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為821 °C，折射率1. 48，透光率大于85% )，采用丙酮溶液超聲清洗，烘干后備用；2)稱取60克松油醇，加入I克纖維素和3克納米氧化鋯粉末，在70°C下超聲攪拌成混合溶液，然后分別加人100克低溫玻璃粉(主要成分為PbO-B2O3，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為650°C，折射率為1. 45)和50克市售Y3Al5O12: Ce3+黃色熒光粉(YAG)，在球磨機(jī)中混合攪拌60分鐘，制備成均質(zhì)的玻璃漿料；3)采用旋涂工藝，在玻璃基片表面均勻涂覆一層厚度為50um的玻璃漿料層；4)將完成涂覆的玻璃基片置于高溫爐內(nèi)，由室溫升至700°C，保溫?zé)Y(jié)30分鐘，隨后以10°C /min的速率降至300°C，保溫退火30分鐘，之后隨爐冷卻至室溫，得到表面為一層熒光玻璃的熒光玻璃片。5) X射線衍射分析(XRD)分析表明，該熒光玻璃片表面保留了熒光粉的原始晶相；光譜分析表明，該熒光玻璃片和YAG熒光粉膠體的發(fā)光譜線完全一致，因此，采用該熒光玻璃片取代熒光粉膠體，由于具有更好的成型性能、耐熱性和發(fā)光穩(wěn)定性，用于LED封裝優(yōu)勢(shì)明顯。實(shí)施例2I)選取厚度為3mm的硼硅酸鹽玻璃片(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為640°C，折射率1. 40，透光率大于80% )，采用丙酮溶液超聲清洗，烘干后備用；2)稱取80克聚乙烯醇，加入3克魚油和5克納米二氧化硅粉末，在70°C下超聲攪拌成溶液，然后分別加人100克低溫玻璃粉(主要成分為B203+Al203+Na20，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為450°C，折射率為1. 40)和5克市售Y3Al5O12: Ce3+黃色熒光粉(YAG)，在球磨機(jī)中混合攪拌60分鐘，制備成均質(zhì)的玻璃漿料； 3)采用絲網(wǎng)印刷工藝，在玻璃基片表面均勻涂覆一層厚度為500um的玻璃漿料層；4)將完成涂覆的玻璃基片置于高溫爐內(nèi)，由室溫升至500°C，保溫?zé)Y(jié)30分鐘，隨后以10°C /min的速率降至300°C，保溫退火30分鐘，之后隨爐冷卻至室溫，得到表面為一層熒光玻璃的熒光玻璃片。為了避免燒結(jié)過程中熒光粉中的發(fā)光離子氧化或還原，在高溫爐中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體；5) X射線衍射分析(XRD)分析表明，該熒光玻璃片表面保留了熒光粉的原始晶相；光譜分析表明，該熒光玻璃片和YAG熒光粉膠體的發(fā)光譜線完全一致，因此，采用該熒光玻璃片取代熒光粉膠體，由于具有更好的成型性能、耐熱性和發(fā)光穩(wěn)定性，用于LED封裝優(yōu)勢(shì)明顯。實(shí)施例3I)選取厚度為0. 5mm的硼硅酸鹽玻璃片(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為780V，折射率1. 60，透光率大于90% )，采用丙酮溶液超聲清洗，烘干后備用；2)稱取100克羧甲基纖維素，加入5克甲基戊醇和I克納米氧化鋁粉，在60°C下超聲攪拌成溶液，然后分別加人100克硼鋁酸鹽玻璃粉(主要成分為B203+Al203+Na20，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為500°C，折射率為1. 56)、8克Y3Al5O12 = Ce3+黃色熒光粉、5克BaMgAlltlO17 = Eu2+藍(lán)色熒光粉和5克MgAl11O19 = Ce3+綠色熒光粉(RGB三色熒光粉)，在球磨機(jī)中混合攪拌60分鐘，制備成均質(zhì)的玻璃漿料；3)采用絲網(wǎng)印刷工藝，在玻璃基片表面均勻涂覆一層厚度為200um的玻璃漿料層；4)將完成涂覆的玻璃片置于高溫爐內(nèi)，由室溫升至600°C，保溫?zé)Y(jié)30分鐘，隨后以10°C /min的速率降至300°C，保溫退火30分鐘，之后隨爐冷卻至室溫，得到表面為一層熒光玻璃的熒光玻璃片。為了避免燒結(jié)過程中熒光粉中的發(fā)光離子氧化或還原，在高溫爐中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體；5) X射線衍射分析(XRD)分析表明，該熒光玻璃片表面保留了熒光粉的原始晶相；光譜分析表明，該熒光玻璃片和RGB三色熒光粉膠體的發(fā)光譜線完全一致。因此，采用該熒光玻璃片取代熒光粉膠體，由于具有更好的成型性能、耐熱性和發(fā)光穩(wěn)定性，用于LED封裝優(yōu)勢(shì)明顯。實(shí)施例4-6實(shí)施例4-6所采用的原料及工藝參數(shù)選擇如下表所示，按照上述實(shí)例的操作過程可以制備得到具有本發(fā)明技術(shù)效果的熒光玻璃片。
權(quán)利要求
1.一種熒光玻璃片，其特征在于，它由玻璃基片及其表面的熒光玻璃層組成，熒光玻璃片總厚度為O. 5毫米至3毫米，熒光玻璃層材料的折射率等于或略小于玻璃基片材料的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光玻璃片，其特征在于，熒光玻璃層厚度為50微米至500微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光玻璃片，其特征在于，熒光玻璃層厚度為100微米至300微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光玻璃片，其特征在于，熒光玻璃層材料的折射率比玻璃基片材料的折射率低O. 2以內(nèi)。
5.一種熒光玻璃片的制備方法，包括以下步驟 1)選用透光率>80%，折射率為1. 4 1. 6的玻璃基片，并對(duì)玻璃基片表面進(jìn)行清洗； 2)配制含熒光粉的玻璃漿料； 3)在玻璃基片表面涂覆形成厚度均勻的玻璃漿料層，玻璃漿料層厚度在50微米至500微米之間； 4)將表面涂覆有玻璃漿料層的玻璃基片進(jìn)行燒結(jié)，使?jié){料層玻璃化，形成透明且熒光粉均勻分布的熒光玻璃層，得到熒光玻璃片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熒光玻璃片的制備方法，其特征在于，步驟2)中，玻璃漿料組分包括低溫玻璃粉、熒光粉、增強(qiáng)劑、粘合劑和分散劑；其中 低溫玻璃粉是指玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于800°C ； 熒光粉為單色熒光粉、多色熒光粉或多種熒光粉的混合物，熒光粉摻量為玻璃粉重量的 5% -50% ； 增強(qiáng)劑為納米氧化鋯、納米氧化鋁或納米二氧化硅粉末，摻量為玻璃粉重量的1% -5% ； 粘合劑為松油醇、聚乙烯醇或羧甲基纖維素，摻量為玻璃粉重量的60% -100% ； 分散劑為魚油、纖維素及其衍生物、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇或聚丙烯酰胺，摻量為玻璃粉重量的1% -5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的熒光玻璃片的制備方法，其特征在于，步驟2)中，玻璃漿料層厚度為100 μ m-300 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的熒光玻璃片的制備方法，其特征在于，步驟4)中，玻璃漿料層的燒結(jié)溫度高于低溫玻璃粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，但比玻璃基片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低50°C以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熒光玻璃片的制備方法，其特征在于，步驟4)中，玻璃漿料層的燒結(jié)溫度高于低溫玻璃粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，且比玻璃基片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低50°C以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一所述的熒光玻璃片的制備方法，其特征在于，步驟4)中，置于高溫氣氛爐中燒結(jié)，高溫氣氛爐中通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熒光玻璃片及其制備方法。在玻璃基片表面涂覆含熒光粉的漿料層，漿料主要成分包括低溫玻璃粉、熒光粉、增強(qiáng)劑、粘合劑、分散劑等；對(duì)涂覆有漿料層的玻璃基片進(jìn)行燒結(jié)，通過控制燒結(jié)工藝得到含熒光粉的玻璃片。該熒光玻璃片主要應(yīng)用于LED封裝，可減少熒光粉配制工藝，降低封裝材料和工藝成本；由于熒光玻璃片的高熱導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性，可顯著提高LED模塊和燈具性能及其可靠性；同時(shí)，由于表面熒光粉層厚度均勻且遠(yuǎn)離LED芯片，可提高LED封裝質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)色溫、色坐標(biāo)和顯色指數(shù)的有效控制。該熒光玻璃片可用于各色LED芯片封裝，既可以實(shí)現(xiàn)單顆LED芯片封裝，也可用于多芯片陣列LED模塊和LED燈具封裝，方法簡(jiǎn)單易行，適宜于規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)C03C14/00GK103011614SQ20121049275
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者陳明祥 申請(qǐng)人:武漢利之達(dá)科技有限公司