一種白光led發(fā)光玻璃材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種白光LED用發(fā)光玻璃材料及其制備方法，其制備方法是以磷酸二氫銨（NH4H2PO4）、氧化鋅（ZnO）、碳酸鉀（K2CO3）、碳酸鍶(SrCO3)、碳酸錳（MnCO3）、氧化銩（Tm2O3）、氧化鋱（Tb4O7）為原料，按照組分式aZnO-bSrO-cP2O5-dK2O-eTm2O3-fTb4O7-gMnO配料。經(jīng)球磨混料12h后烘干，在1150-1200℃保溫0.5-1.5h得到熔化的玻璃液；再經(jīng)成型、退火得到均勻透明的發(fā)光玻璃材料。這種白光LED用發(fā)光玻璃材料制備工藝簡單，熔化溫度較低，制備成本低，發(fā)光玻璃在紫外光激發(fā)下得到白光，并且白光的光色品質(zhì)調(diào)控可通過調(diào)節(jié)玻璃組成、離子摻雜濃度和激發(fā)波長方便實現(xiàn)，從而有望實現(xiàn)節(jié)能，環(huán)保，簡化封裝工藝的目的。
【專利說明】一種白光LED發(fā)光玻璃材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光玻璃材料與LED照明領(lǐng)域，具體涉及一種白光LED發(fā)光玻璃材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)(LED)的發(fā)展，LED燈已經(jīng)成為一個照明新寵，備受矚目。如果將白熾燈替換成LED燈，可以實現(xiàn)CO2減排90%。LED是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。白光LED以其長壽命、高效節(jié)能、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點，在固態(tài)照明方面顯示出巨大的市場潛力和應(yīng)用前景。然而，從發(fā)展用于普通照明的大功率、高亮度和高顯色性光源角度考慮，現(xiàn)有的熒光燈成本高，發(fā)光效率低，顯色性較低，穩(wěn)定性低以及后期組裝工藝不完善等問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到社會的需求，所以采用容易制備加工成型，具有優(yōu)良的物理化學(xué)和熱穩(wěn)定性的透明發(fā)光玻璃，與LED芯片直接組裝成為LED發(fā)光器件，無疑是一個簡單易行，追求低碳經(jīng)濟的當(dāng)今社會的首選。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有材料的不足而提供的一種白光LED用發(fā)光玻璃材料及其制備方法，該材料不僅制作成本低，發(fā)光效率高，而且該發(fā)光玻璃材料在紫外光(300-400nm)激發(fā)下得到白光，并且白光的光色品質(zhì)調(diào)控可通過調(diào)節(jié)玻璃組成、離子摻雜濃度和激發(fā)波長方便實現(xiàn)，從而有望實現(xiàn)節(jié)能，環(huán)保，簡化封裝工藝的目的。
[0004]一種白光LED用發(fā)光玻璃材料，其組分式為:aZn0-bSr0-cP205-dK20-eTm203-fTb407-gMn0，其中Tm2O3、Tb4O7和MnO為外加組分，a+b+c+d =100。其中，按摩爾百分?jǐn)?shù)計:40^ a ^ 42, 20 ≤ b ≤ 22，35 ≤ c ≤ 39，d=l。e、f、g 分別為外加 Tm2O3> Tb4O7 和 MnO 的含量，其摩爾百分?jǐn)?shù)為:0.I≤e≤0.2，0.125 ^ f ^ 0.5, 0.5≤g≤3。
[0005]一種白光LED用發(fā)光玻璃材料，包括如下主要步驟:(I)以分析純的磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶、碳酸鉀、純度為99.95%的碳酸錳、純度為99.99%的氧化銩和氧化鋱為原料，按照組分式:aZn0-bSr0-cP205-dK20-eTm203-fTb407_gMn0 進(jìn)行配料。
[0006](2)把上述稱好的原料放入球磨罐中，加入無水乙醇的量以剛好淹沒原料和磨球為宜，研磨If 13 h制成配合料；
(3)待所述配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
(4)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中，先在500°C~70(TC保溫0.5~lh，然后升溫至1150-1200°C保溫0.5^1.5h得到熔化的玻璃液；
(5)隨后將所述玻璃液倒入在25(T350°C預(yù)熱好的銅板模具中成型；
(6)然后將所述成型的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到40(T45(TC的馬弗爐中退火7~9h后，隨爐冷卻到室溫，即得到白光LED用發(fā)光材料。
[0007](7)樣品的加工
塊狀玻璃經(jīng)切割成為1_左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。[0008]所述磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶、碳酸鉀為分析純的原料，碳酸錳為高純原料(純度99.95%)，稀土原料純度均為99.99%
所述步驟(4)先在600°C保溫0.5h，然后升溫至1150-120(TC保溫I h。
[0009] 所述步驟(6)中取預(yù)熱溫度為450°C，退火時間為8小時為最佳。
[0010]本發(fā)明Tm203、Tb4O7和MnO引入的離子為Tm3+、Tb3+和Mn2+，其中Tm3+在玻璃中表現(xiàn)為位于452nm處的藍(lán)光發(fā)射帶，Tb3+在玻璃中的主發(fā)射峰位于綠光區(qū)域的542nm,同時在583nm和485nm還有Tb3+的發(fā)射峰。Mn2+在紅光區(qū)域呈現(xiàn)三個發(fā)射峰，分別為629nm、670nm和558nm，其中629nm處強度最高。三種離子共摻于磷酸鋅鍶玻璃中，在紫外光激發(fā)下，產(chǎn)生藍(lán)綠紅三色發(fā)射從而復(fù)合產(chǎn)生白光。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:
這種白光LED用發(fā)光玻璃材料制備工藝簡單，熔化溫度較低，不需要還原氣氛就可以得到，因此降低了制備成本；而且磷酸鹽玻璃摻雜離子濃度較高，使得玻璃材料的發(fā)光強度和發(fā)光效率提高。通過調(diào)節(jié)玻璃組成和離子濃度以及激發(fā)波長可方便地調(diào)控白光色純度。該發(fā)光玻璃材料可望與發(fā)射紫外光的半導(dǎo)體芯片直接組裝成LED發(fā)光器件，能簡化封裝工藝。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
一種白光 LED 用發(fā)光玻璃材料，組分式為:42Zn0-20Sr0-37P205-lK20-0.2Tm203-xTb407-1MnO, (χ=0.125，0.25, 0.5)。
[0013]其制備方法，包括如下主要步驟:(1)以分析純的磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶、碳酸鉀、純度為99.95%的碳酸錳、純度為99.99%的氧化銩和氧化鋱為原料，按照組分式:42Zn0-20Sr0-37P205-lK20-0.2Tm203-xTb407_lMn0，(x=0.125，0.25，0.5)進(jìn)行配料。
[0014](2)把上述稱好的原料放入球磨罐中，加入無水乙醇的量以剛好淹沒原料和磨球為宜，研磨12h制成配合料；
(3)待所述配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
(4)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中，先在550°C保溫0.5h，然后升溫至1150°C保溫0.5h得到熔化的玻璃液；
(5)隨后將所述玻璃液倒入在300°C預(yù)熱好的銅板模具中成型；
(6)然后將所述成型的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到450°C的馬弗爐中退火9h后，隨爐冷卻到室溫，即得到白光LED用發(fā)光材料。
[0015](7)樣品的加工:
塊狀玻璃經(jīng)切割成為1_左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0016]產(chǎn)品經(jīng)測試:在377nm激發(fā)光的激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射光譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為413nm，綠光發(fā)射峰中心為542nm，紅光發(fā)射峰中心為618nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0017]上述玻璃在波長為377nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(X，y)分別為(0.306，
0.324)、(0.310，0.350)和(0.323，0.362)，可以從冷白光調(diào)節(jié)到暖白光。
[0018]實施例2一種白光 LED 用發(fā)光玻璃材料，組分式為:42Zn0-22Sr0-35P205-lK20-0.2Tm203_0.5Tb407_χΜη0, (χ=0.5, I, 2)。
[0019]其制備方法，包括如下主要步驟:(1)以分析純的磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶、碳酸鉀、純度為99.95%的碳酸錳、純度為99.99%的氧化銩和氧化鋱為原料，按照組分式:42Zn0-22Sr0-35P205-lK20-0.2Tm203_0.5Tb407_xMn0，(χ=0.5，I, 2)進(jìn)行配料；
(2)把上述稱好的原料放入球磨罐中，加入無水乙醇的量以剛好淹沒原料和磨球為宜，研磨12 h制成配合料；
(3)待所述配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
(4)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中，先在550°C保溫0.5h，然后升溫至1150°C保溫0.5h得到熔化的玻璃液；
(5)隨后將所述玻璃液倒入在300°C預(yù)熱好的銅板模具中成型；
(6)然后將所述成型的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到450°C的馬弗爐中退火9h后，隨爐冷卻到室溫，即得到白光LED用發(fā)光材料。
[0020]其中原料磷酸二氫銨(ΝΗ4Η2Ρ04)、氧化鋅(ZnO)、碳酸鉀(K2CO3)和碳酸鍶(SrCO3)為分析純原料，碳酸錳為高純原料(濃度99.95%)，稀土原料氧化銩(Tm203)、氧化鋱(Tb4O7)的純度為99.99%。
[0021](7)樣品的 加工:
塊狀玻璃經(jīng)切割成為1_左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0022]產(chǎn)品經(jīng)測試:在波長377nm激發(fā)源的激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為414nm，綠光發(fā)射峰中心為542nm，紅光發(fā)射峰中心為618nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0023]上述玻璃在波長為377nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(X，y)分別為(0.313，
0.390)、(0.323，0.362)和(0.328，0.360)，可以調(diào)節(jié)到白光色調(diào)。
[0024]實施例3
一種白光 LED 用發(fā)光玻璃材料，組分式為:42Zn0-20Sr0-37P205-lK20-0.2Tm203-xTb407-1MnO, (x=0.5, I, 2)。
[0025]其制備方法，包括如下主要步驟:(I)以分析純的磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶、碳酸鉀、純度為99.95%的碳酸錳、純度為99.99%的氧化銩和氧化鋱為原料，按照組分式:42Zn0-20Sr0-37P205-lK20-0.2Tm203-xTb407-lMn0，(χ=0.5，I, 2)進(jìn)行配料;
(2)把上述稱好的原料放入球磨罐中，加入無水乙醇的量以剛好淹沒原料和磨球為宜，研磨12 h制成配合料；
(3)待所述配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
(4)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中，先在550°C保溫0.5h，然后升溫至1150°C保溫0.5h得到熔化的玻璃液；
(5)隨后將所述玻璃液倒入在300°C預(yù)熱好的銅板模具中成型；
(6)然后將所述成型的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到450°C的馬弗爐中退火8h后，隨爐冷卻到室溫，即得到白光LED用發(fā)光材料。
[0026]其中原料磷酸二氫銨(ΝΗ4Η2Ρ04)、氧化鋅(ZnO)、碳酸鉀(K2CO3)和碳酸鍶(SrCO3)為分析純原料，碳酸錳為高純原料(濃度99.95%)，稀土原料氧化銩(Tm203)、氧化鋱(Tb4O7)的純度為99.99%。
[0027]4)樣品的加工
塊狀玻璃經(jīng)切割成為1_左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0028]產(chǎn)品經(jīng)測試:在351nm激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為450nm,綠峰中心為542nm，紅峰中心為668nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0029]上述玻璃在波長為358nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(X，y)分別為(0.314，
0.339)、(0.315，0.338)和(0.333,0.330)，當(dāng)MnO增加時，接近于標(biāo)準(zhǔn)白光色坐標(biāo)(0.333，0.333)。
[0030]實施例4
一種白光LED用發(fā)光玻璃材料，其組分式為41Zn0-21Sr0-37P205-lK20-0.2Tm203_0.5Tb407_χΜη0, (χ=0.5, 1, 2)。
[0031]其制備方法，包括如下主要步驟:以分析純的磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶、碳酸鉀、純度為99.95%的碳酸錳、純度為99.99%的氧化銩和氧化鋱為原料，按照組分式:41ΖηΟ-21Sr0-37P205-lK20-0.2Tm203-0.5Tb407-xMn0，(χ=0.5，I, 2)進(jìn)行配料;
(2)把上述稱好的原料放入球磨罐中，加入無水乙醇的量以剛好淹沒原料和磨球為宜，研磨12 h制成配合料；
(3)待所述配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
(4)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中，先在550°C保溫0.5h，然后升溫至1150°C保溫0.5h得到熔化的玻璃液；
(5)隨后將所述玻璃液倒入在300°C預(yù)熱好的銅板模具中成型；
(6)然后將所述成型的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到450°C的馬弗爐中退火8小時后，隨爐冷卻到室溫，即得到白光LED用發(fā)光材料。
[0032]其中原料磷酸二氫銨(ΝΗ4Η2Ρ04)、氧化鋅(ZnO)、碳酸鉀(K2CO3)和碳酸鍶(SrCO3)為分析純原料，碳酸錳為高純原料(濃度99.95%)，稀土原料氧化銩(Tm203)、氧化鋱(Tb4O7)的純度為99.99%。
[0033](7)樣品的加工
塊狀玻璃經(jīng)切割成為1_左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0034]產(chǎn)品經(jīng)測試:在368nm激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為413nm,綠峰中心為542nm，紅峰中心為618nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0035]上述玻璃在波長為368nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(X，y)分別為(0.315，
0.380)、(0.327，0.359)、(0.330，0.352)和(0.321，0.325)。
【權(quán)利要求】
1.一種白光LED用發(fā)光玻璃材料的制備方法，包括如下步驟: Cl)以分析純的磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶、碳酸鉀，純度為99.95%的碳酸錳和純度為99.99%的氧化銩和氧化鋱為原料，按照組分式:aZn0-bSr0-cP205-dK20-eTm203-fTb407_gMnO進(jìn)行配料； (2)把上述稱好的原料放入球磨罐中，加入無水乙醇的量以剛好淹沒原料和磨球為宜，研磨11~13 h制成配合料； (3)將玻璃配合料置于電爐中，先在500V~700 V保溫0.5^1h,然后升溫至1150-1200°C保溫0.5-1.5 h得到熔化好的玻璃液； (4)隨后將所述玻璃液倒入在25(T350°C預(yù)熱好的銅板模具中成型； (5)然后將所述成型的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到40(T45(TC的馬弗爐中退火7~9h后，隨爐冷卻到室溫，即得到白光LED用發(fā)光玻璃材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(1)所述的:aZn0-bSr0-cP205-dK20-eTm203_fTb407-gMn0，其中 Tm2O3、Tb4O7 和 MnO 為外加組分，a+b+c+d =100，其中，按摩爾百分?jǐn)?shù)計:40 ^ a ^ 42, 20 ≤ b ≤ 22，35 ≤ c ≤ 39，d=l，e、f、g 分別為外加 Tm2O3Jb4O7 和MnO的含量，其摩爾百分?jǐn)?shù)為:0.I≤e≤0.2，0.125 ^ f ^ 0.5, 0.5 ^ g ^ 3。
3.如權(quán)利要求書I所述的白光LED用發(fā)光玻璃材料，其特征在于:步驟(3)所述玻璃配合料先在600°C保溫0.5h，然后升溫至1150-1200°C保溫I h。
4.如權(quán)利要求書I所述的白光LED用發(fā)光玻璃材料，其特征在于:步驟(4)所述銅板模具預(yù)熱溫度為300°C。
5.如權(quán)利要求書I所述的白光LED用發(fā)光玻璃材料，其特征在于:步驟(5)所述預(yù)熱溫度為450°C。
6.如權(quán)利要求書I所述的白光LED用發(fā)光玻璃材料，其特征在于:步驟(5)所述退火時間為8 h。
【文檔編號】C03C3/097GK103951187SQ201410165081
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】陳國華, 王家鑫, 康曉玲, 袁昌來, 周昌榮 申請人:桂林電子科技大學(xué)