一種led用發(fā)光玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LED用發(fā)光玻璃及其制備方法。該LED用發(fā)光玻璃的玻璃基質(zhì)的主要成分為SiO2、Al2O3、B2O3、CaF2、CaO、ZnO和Na2O，稀土離子Tb3+、Eu3+、Dy3+、Ce3+和Sm3+為發(fā)光中心，將稀土離子雙摻或三摻在玻璃基質(zhì)中，配合紫外LED芯片發(fā)出白光；采用高溫熔融法制備發(fā)光玻璃。本發(fā)明公開的發(fā)光玻璃通過改變玻璃基質(zhì)組分、稀土離子濃度及激發(fā)波長，可以調(diào)控發(fā)光玻璃的發(fā)射光譜、色坐標(biāo)及色溫等，從而實(shí)現(xiàn)材料的智能發(fā)光，滿足不同的使用環(huán)境對(duì)LED器件發(fā)光性能的要求。本發(fā)明公開的發(fā)光玻璃具有良好的發(fā)光性能及穩(wěn)定的物化性能，是一種具有很高應(yīng)用價(jià)值的新型白光發(fā)射材料，可用于LED發(fā)光器件，以解決目前LED色穩(wěn)定性差，封裝樹脂易老化等問題。
【專利說明】一種LED用發(fā)光玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光顯示、光電子、照明工程科技領(lǐng)域的發(fā)光材料及其制備方法，特別涉及一種LED用發(fā)光玻璃及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light emitting diode, LED)是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件。高亮度白光LED的開發(fā)成功，使LED在照明領(lǐng)域得以更好地推廣和應(yīng)用，同時(shí)使照明技術(shù)面臨一場新的革命。與白熾燈和熒光燈相比，LED作為新型光源，具有節(jié)能、壽命長、啟動(dòng)時(shí)間短、環(huán)保、低壓安全等特點(diǎn)，現(xiàn)在已成為極具發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。白光發(fā)光二極管(W-LED)有望取代目前的白熾燈和熒光燈成為二十一世紀(jì)照明的主導(dǎo)，已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的研究熱潮。
[0003]目前商業(yè)化的大部分白光LED照明器件采用的是藍(lán)光InGaN半導(dǎo)體芯片及受藍(lán)光激發(fā)發(fā)出黃光或者紅、綠光的熒光粉。這種組合方式具有以下不足:a)發(fā)光色度的均勻性較差；b)顯色指數(shù)較低；c)色溫較高；d)環(huán)氧樹脂易老化；e)易產(chǎn)生溫度猝滅效應(yīng)，致使半導(dǎo)體芯片和熒光粉發(fā)光效率下降；f)成本較高。盡管目前LED用熒光粉的研究取得了很大的進(jìn)展，但是，無論是對(duì)傳統(tǒng)的熒光粉系統(tǒng)進(jìn)行改造，或者是開發(fā)新的化合物系統(tǒng)，都不可能突破粉末材料的固有缺陷。稀土離子摻雜的發(fā)光玻璃可應(yīng)用于LED器件，作為發(fā)光激活劑的稀土離子可以均勻地分散在玻璃中，所得白光的色度品質(zhì)穩(wěn)定并容易控制；玻璃基體熱穩(wěn)定性好，并且容易加工成各種所需形狀，可以將發(fā)光玻璃做成適當(dāng)?shù)男螤钆cLED半導(dǎo)體芯片直接封裝，不必采用環(huán)氧樹脂，可使LED照明燈的制造工藝簡單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，存在實(shí)現(xiàn)大面積平板發(fā)光的可能性。稀土離子摻雜的發(fā)光玻璃結(jié)合了稀土離子發(fā)光豐富和玻璃良好的物理，化學(xué)及熱穩(wěn)定性，用于LED領(lǐng)域，在節(jié)約成本，簡化生產(chǎn)工藝流程等方面具有突出的優(yōu)勢。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種白光LED用發(fā)光玻璃及其制備方法，以作為除了熒光粉以外的白光LED照明用的候選材料。主要涉及稀土摻雜的SiO2-Al2O3-B2O3-ZnO-CaF2-CaO-Na2O系統(tǒng)發(fā)光玻璃及其制備方法，所得到的發(fā)光玻璃可取代LED中所用熒光粉及環(huán)氧樹脂，也可用于其它光電子器件。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種LED用發(fā)光玻璃，以SiO2-Al2O3-B2O3-ZnO-CaF2-CaO-Na2O系統(tǒng)玻璃作為基質(zhì)，稀土化合物中的稀土離子作為發(fā)光中心，所述稀土化合物包括Eu203、Tb407、Ce2O3、Sm2O3和Dy2O3,其特征在于:所述各組分的摩爾百分比為:Si02:40%-65%, Al2O3:0%-30%, B2O3:0%-30%, ZnO:0%-25%, CaF2:0%-25%, CaO:0%-30%, Na2O:0%-20%, Eu2O3:0%-l%, Tb4O7:0.01%-0.5%, Dy2O3:0%-l%, Ce2O3:0%-l%, Sm2O3:0%_1%。
[0006]所述稀土離子為雙組分Tb3+/Eu3+共摻或三組分EU3+/Tb3/Dy3+或Ce37Tb3+/Sm3+共摻。
[0007]本發(fā)明提供的上述稀土摻雜的LED發(fā)光玻璃采用高溫熔融法制備，具體包括如下步驟:
(1)確定玻璃基質(zhì)和稀土化合物的摩爾組成；
(2)配料:選取二氧化硅、氧化鋁、硼酸、氧化鋅、氟化鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、氧化銪、氧化鋱、硝酸鈰、氧化釤和氧化鏑原料，按照步驟(1)中設(shè)計(jì)的玻璃組成，精確稱量各種原料，將這些原料在瑪瑙研缽中研磨20-40 min,混合均勻,得到玻璃配合料；
(3)熔制:將玻璃配合料裝入剛玉或鉬金坩堝中，于高溫爐內(nèi)以2-7°C/min的升溫速度升溫至1400-1550°C后保溫1-3 h，得到玻璃液；
(4)成形及退火:將玻璃液倒入已預(yù)熱的不銹鋼模具中成形，并送入馬弗爐中在400-550°C退火1-2 h，隨爐冷卻至室溫，得到發(fā)光玻璃。
[0008]在所述成形及退火過程中，不銹鋼模具需要在馬弗爐中于300-500°C預(yù)熱15_60min后使用，以防止玻璃炸裂。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所制備的發(fā)光玻璃具有穩(wěn)定的發(fā)光和在近紫外區(qū)的優(yōu)良吸收，各種光色可以混合形成白光。通過改變基質(zhì)玻璃組成、稀土離子摻雜種類及濃度，激發(fā)光波長可以改變各發(fā)射帶的相對(duì)強(qiáng)度，由此調(diào)整色坐標(biāo)，得到不同色溫的白光，從而實(shí)現(xiàn)材料的智能發(fā)光，滿足不同的使用環(huán)境對(duì)LED器件發(fā)光性能的要求。本發(fā)明對(duì)解決LED照明商業(yè)化進(jìn)程中的技術(shù)瓶頸，避開傳統(tǒng)熒光粉的一些劣勢，推動(dòng)相關(guān)器件的制備和實(shí)用化，具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)`一步的說明。
[0011]附圖1為實(shí)施例1的玻璃在不同激發(fā)波長下的發(fā)射光譜；
附圖2是實(shí)施例2的玻璃在372 nm波長激發(fā)下的發(fā)射光譜；
附圖3是實(shí)施例3的玻璃在365 nm波長激發(fā)下的發(fā)射光譜；
附圖4為實(shí)施例4的玻璃在372 nm波長激發(fā)下的發(fā)射光譜；
附圖5為實(shí)施例5的玻璃在355 nm波長激發(fā)下的發(fā)射光譜；
附圖6為實(shí)施例5的玻璃在355 nm波長激發(fā)，613 nm波長監(jiān)控下的熒光壽命曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0013]實(shí)施例1:
(1)設(shè)計(jì)玻璃摩爾組成為45Si02 15A1203 IOZnO 20CaF2 IOCaO:0.075Eu203,
0.025 Tb4O7,0.125Dy203 ；
(2)按照步驟(1)中設(shè)計(jì)的玻璃組成，精確稱取二氧化硅10.5609g、氧化鋁5.9742 g、氧化鋅3.1793 g、氟化鈣6.0992 g、碳酸鈣3.9098 g、氧化銪0.1031 g、氧化鋱0.0730 g和氧化鏑0.1821 g，將這些原料在瑪瑙研缽中充分研磨25 min，混合均勻后得到玻璃配合料；(3)將玻璃配合料倒入剛玉坩堝中，放入高溫爐中進(jìn)行熔化，熔化溫度為1450°C，保溫Ih，得到玻璃液；
(4)將玻璃液倒入450°C預(yù)熱30min的不銹鋼模具中成形，隨后放入馬弗爐中于450°C退火2 h，隨爐冷卻至室溫得到發(fā)光玻璃。
[0014]將實(shí)施例1所得發(fā)光玻璃進(jìn)行性能測試。附圖1是該發(fā)光玻璃分別在350、363、372、387和393 nm波長的光的激發(fā)下的發(fā)射光譜，發(fā)射帶主要來源于Eu3+，Tb3+和Dy3+離子的電子躍遷。該玻璃在紫外光激發(fā)下，在藍(lán)光、綠光、黃光和紅光區(qū)域有發(fā)射帶，這幾種發(fā)射帶復(fù)合可以產(chǎn)生白光。在不同波長紫外光的激發(fā)下，各發(fā)射帶相對(duì)強(qiáng)度不同，說明復(fù)合光的色調(diào)和色溫可以通過改變激發(fā)波長來實(shí)現(xiàn)。表1列出了該發(fā)光玻璃在不同激發(fā)波長激發(fā)下的色坐標(biāo)和色溫。
【權(quán)利要求】
1.一種LED用發(fā)光玻璃，以SiO2-Al2O3-B2O3-ZnO-CaF2-CaO-Na2O系統(tǒng)玻璃作為基質(zhì)，稀土化合物中的稀土離子作為發(fā)光中心，所述稀土化合物包括Eu2O3、Tb4O7、Ce2O3、Sm2O3和Dy2O3,其特征在于:所述各組分的摩爾百分比為=SiO2:40%_65%，Al2O3:0%_30%，B2O3:0%-30%, ZnO:0%_25%，CaF2:0%_25%，CaO:0%_30%，Na2O:0%_20%，Eu2O3:0%_1%，Tb4O7:0.01%-0.5%, Dy2O3:0%_1%，Ce2O3:0%_1%，Sm2O3:0%_1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED用發(fā)光玻璃，其特征在于:所述稀土離子為雙組分Tb3VEu3+ 共摻或三組分 Eu3+/Tb3/Dy3+ 或 Ce37Tb3+/Sm3+ 共摻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED用發(fā)光玻璃的制備方法，采用高溫熔融法制備LED用發(fā)光玻璃，其特征在于:包括如下步驟: (1)確定玻璃基質(zhì)和稀土化合物的組成； (2)配料:選取二氧化硅、氧化鋁、硼酸、氧化鋅、氟化鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、氧化銪、氧化鋱、硝酸鈰、氧化釤和氧化鏑原料，按照步驟(1)中設(shè)計(jì)的玻璃組成，精確稱量各種原料，將這些原料在瑪瑙研缽中研磨20-40 min,混合均勻,得到玻璃配合料； (3)熔制:將玻璃配合料裝入剛玉或鉬金坩堝中，于高溫爐內(nèi)以2-7°C/min的升溫速度升溫至1400-1550°C后保溫1-3 h，得到玻璃液； (4)成形及退火:將玻璃液倒入已預(yù)熱的不銹鋼模具中成形，并送入馬弗爐中在400-550°C退火1-2 h，隨爐冷卻至室溫，得到發(fā)光玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種 LED用發(fā)光玻璃的制備方法，其特征在于:所述成形及退火過程中，不銹鋼模具在馬弗爐中于300-500°C預(yù)熱15-60 min后使用。
【文檔編號(hào)】C03C4/12GK103803797SQ201310726029
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】朱超峰, 王佳 申請(qǐng)人:齊魯工業(yè)大學(xué)