一種基于熒光玻璃的白光led及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于熒光玻璃的白光LED及其制備方法，該制備方法包括：步驟1、將YAG摻Ce3+熒光粉和SiO2玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料；步驟2、將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理；步驟3、將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體；步驟4、將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件；步驟5、將藍(lán)光LED芯片和熒光玻璃部件依次封裝在封裝載體。本發(fā)明采用熒光玻璃封裝獲得白光LED，可以提高白光LED的耐熱性、穩(wěn)定性，而且可以提高白光LED的光通量和發(fā)光效率，而且制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本較低，可廣泛應(yīng)用于LED照明行業(yè)中。
【專利說(shuō)明】
一種基于熒光玻璃的白光LED及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及白光LED照明領(lǐng)域，特別是涉及一種基于熒光玻璃的白光LED及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]LED白光照明具有傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈照明無(wú)法比擬的高速響應(yīng)、長(zhǎng)壽命、低功耗等優(yōu)勢(shì)，在迎合全球“節(jié)能減排，綠色能源”理念中，獲得了各國(guó)政府的大力支持和信心，在 21世紀(jì)的照明行業(yè)中所贏得的市場(chǎng)份額越來(lái)越大。
[0003]目前，主流的白光LED照明技術(shù)是由藍(lán)光LED激發(fā)熒光粉產(chǎn)生白光，通過(guò)藍(lán)光LED芯片發(fā)出的藍(lán)光貫穿熒光材料，形成擴(kuò)散的白光。這種方式相較于傳統(tǒng)的發(fā)光方式，能大大提高流明效率，且這種白光LED的各項(xiàng)光學(xué)性能指標(biāo)具有較好的穩(wěn)定性，已成為L(zhǎng)ED白光照明的一大新發(fā)展趨勢(shì)。但是，藍(lán)光LED芯片發(fā)出光線的光能量密度之大，對(duì)封裝工藝提出了極其苛刻的要求。而傳統(tǒng)封裝方法是采用環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠封裝材料，隨著芯片發(fā)光功率的提高，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，更易對(duì)傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)所采用的環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠的破壞，從而導(dǎo)致白光LED出現(xiàn)光色衰減和色溫飄移等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)光效率降低、壽命變短?？偟膩?lái)說(shuō)，目前的白光LED存在耐熱性差、穩(wěn)定性差等問(wèn)題。而且目前白光LED的制備過(guò)程中，采用的是以 Y203、Al203、Si02為主體原料進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，這種方式主體原料較多，制備工藝較為復(fù)雜，控制條件較為嚴(yán)苛，生產(chǎn)效率較低，而且成本較高，限制了白光LED的推廣。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于熒光玻璃的白光LED，本發(fā)明的另一目的是提供一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于熒光玻璃的白光LED，包括封裝載體、藍(lán)光LED芯片以及熒光玻璃部件，所述藍(lán)光LED芯片設(shè)在封裝載體上，所述熒光玻璃部件與封裝載體連接且設(shè)置在藍(lán)光LED芯片的上方。
[0006]進(jìn)一步，所述熒光玻璃部件是由YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后通過(guò)高溫熔融制成的。
[0007]進(jìn)一步，所述高溫熔融的溫度為1300 ±50°C。[〇〇〇8]進(jìn)一步，所述熒光玻璃部件中，Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%，YAG摻Ce3+ 熒光粉的質(zhì)量百分比為3%?15%。
[0009]進(jìn)一步，所述熒光玻璃部件為片狀、半球形或球泡狀。
[0010]進(jìn)一步，所述藍(lán)光LED芯片的發(fā)光波長(zhǎng)為450nm~480nm〇
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的另一技術(shù)方案是:一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，包括:步驟1、將YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料；步驟2、將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理；步驟3、將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體；步驟4、將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件；步驟5、將藍(lán)光LED芯片和熒光玻璃部件依次封裝在封裝載體。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟1中獲得的混合原料中Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%， YAG摻Ce3+焚光粉的質(zhì)量百分比為3%?15%。[0〇13]進(jìn)一步，所述步驟2,其具體為:將混合原料放入熔爐中以1300 °C進(jìn)行高溫熔融2h后，在800 °C下進(jìn)行退火處理2h。 [〇〇14]進(jìn)一步，所述步驟4中切片處理后獲得的熒光玻璃部件的厚度為0.lmm~0.8mm。 [0〇15]進(jìn)一步，所述步驟2,其具體為:將混合原料放入熔爐中以1300°C進(jìn)行高溫熔融2h后，通過(guò)吹制或拉制方式，制成包括多個(gè)半球形或球泡形的球形結(jié)構(gòu)的熒光玻璃體，然后在800°C下進(jìn)行退火處理2h。
[0016]進(jìn)一步，所述步驟4和步驟5之間還包括以下步驟:將熒光玻璃部件進(jìn)行磨拋處理。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:一種基于熒光玻璃的白光LED，包括封裝載體、藍(lán)光LED芯片以及熒光玻璃部件，所述藍(lán)光LED芯片設(shè)在封裝載體上，所述熒光玻璃部件與封裝載體連接且設(shè)置在藍(lán)光LED芯片的上方。本白光LED采用熒光玻璃封裝獲得，可以提高白光LED的耐熱性、穩(wěn)定性，而且可以提高白光LED的光通量和發(fā)光效率，而且制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、 成本較低，適合推廣應(yīng)用。
[0018]本發(fā)明的另一有益效果是:本發(fā)明的一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，包括:步驟1、將YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料;步驟2、將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理；步驟3、將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體;步驟4、將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件;步驟5、將藍(lán)光LED芯片和熒光玻璃部件依次封裝在封裝載體。本制備方法采用熒光玻璃封裝獲得白光LED，可以提高白光LED的耐熱性、穩(wěn)定性，而且可以提高白光LED 的光通量和發(fā)光效率，而且制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本較低，適合推廣應(yīng)用?！靖綀D說(shuō)明】[〇〇19]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]圖1是本發(fā)明的一種基于熒光玻璃的白光LED的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)施例三的熒光玻璃部件和YAG: Ce3+熒光粉的XRD衍射譜對(duì)照?qǐng)D；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例三的熒光玻璃部件在光學(xué)顯微鏡和SEM掃描電子顯微鏡下的掃描圖譜；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例三的熒光玻璃部件和YAG:Ce3+熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜對(duì)照?qǐng)D；圖5是本發(fā)明的實(shí)施例四中制備的不同組分比例的熒光玻璃部件在不同波長(zhǎng)的芯片激發(fā)下，流明效率隨熒光粉含量變化的關(guān)系圖；圖6是本發(fā)明的實(shí)施例四中制備的不同組分比例的熒光玻璃部件在不同波長(zhǎng)的芯片激發(fā)下，色溫隨熒光粉含量變化的關(guān)系圖；圖7是本發(fā)明的實(shí)施例四中制備的不同組分比例的熒光玻璃部件在不同波長(zhǎng)的芯片激發(fā)下，顯色指數(shù)隨熒光粉含量變化的關(guān)系圖；圖8是本發(fā)明的實(shí)施例四中制備的不同組分比例的熒光玻璃部件在不同波長(zhǎng)的芯片激發(fā)下，色坐標(biāo)x、y的變化情況隨熒光粉含量變化的關(guān)系圖；圖9是本發(fā)明的實(shí)施例五中在450nm的芯片的激發(fā)下，熒光玻璃部件的溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0021 ]參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供了一種基于熒光玻璃的白光LED，包括封裝載體1、藍(lán)光LED芯片2以及熒光玻璃部件3,所述藍(lán)光LED芯片2設(shè)在封裝載體1上，所述熒光玻璃部件3與封裝載體1連接且設(shè)置在藍(lán)光LED芯片2的上方。[〇〇22]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熒光玻璃部件3是由YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后通過(guò)高溫熔融制成的。[〇〇23]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述高溫熔融的溫度為1300±50°C。
[0024]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熒光玻璃部件3是通過(guò)以下步驟制備獲得的:將YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料；將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理；將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體；將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件3。
[0025]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熒光玻璃部件3中，Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%，YAG摻Ce3+熒光粉的質(zhì)量百分比為3%?15%。
[0026]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熒光玻璃部件3為片狀、半球形或球泡狀。[〇〇27]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述藍(lán)光LED芯片2的發(fā)光波長(zhǎng)為450nm?480nm。
[0028]本發(fā)明還提供了一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，包括:步驟1、將YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料；步驟2、將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理；步驟3、將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體；步驟4、將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件3;步驟5、將藍(lán)光LED芯片2和熒光玻璃部件3依次封裝在封裝載體1。
[0029]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟1中獲得的混合原料中Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%，YAG摻Ce3+熒光粉的質(zhì)量百分比為3%?15%。
[0030]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟2，其具體為:將混合原料放入熔爐中以1300 °C進(jìn)行高溫熔融2h后，在800 °C下進(jìn)行退火處理2h。
[0031]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟4中切片處理后獲得的熒光玻璃部件3的厚度為0.lmm~0.8mm。[〇〇32]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟2，其具體為:將混合原料放入熔爐中以1300°C進(jìn)行高溫熔融2h后，通過(guò)吹制或拉制方式，制成包括多個(gè)半球形或球泡形的球形結(jié)構(gòu)的熒光玻璃體，然后在800°C下進(jìn)行退火處理2h。
[0033]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟4和步驟5之間還包括以下步驟:將熒光玻璃部件3進(jìn)行磨拋處理。[〇〇34]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。[〇〇35]實(shí)施例一參照?qǐng)D1，一種基于熒光玻璃的白光LED，包括封裝載體1、藍(lán)光LED芯片2以及熒光玻璃部件3,所述藍(lán)光LED芯片2設(shè)在封裝載體1上，所述熒光玻璃部件3與封裝載體1連接且設(shè)置在藍(lán)光LED芯片2的上方。熒光玻璃部件3與封裝載體1通過(guò)導(dǎo)熱錫膏連接。藍(lán)光LED芯片2的發(fā)光波長(zhǎng)為450nm?480nm〇
[0036]熒光玻璃部件3是通過(guò)以下步驟制備獲得的:將YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料；將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理，具體為將混合原料放入熔爐中以1300 °C進(jìn)行高溫熔融2h后，在800 °C下進(jìn)行退火處理2h。
[0037]將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體；將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件3,切片處理后獲得的熒光玻璃部件3的厚度為0.lmm~0.8mm。切片后，對(duì)熒光玻璃部件3進(jìn)行磨拋處理。[〇〇38]優(yōu)選的，熒光玻璃部件3中，Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%，YAG摻Ce3+熒光粉的質(zhì)量百分比為3%?15%。
[0039]熒光玻璃部件3為片狀、半球形或球泡狀，是在高溫熔融后通過(guò)吹制或拉制方式， 制成包括多個(gè)半球形或球泡形的球形結(jié)構(gòu)的。
[0040]實(shí)施例二一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，包括:步驟1、將YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料；步驟2、將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理;其具體為:將混合原料放入熔爐中以1300 °C進(jìn)行高溫熔融2h后，在800 °C下進(jìn)行退火處理2h。更詳細(xì)的，步驟2具體為:將混合原料放入熔爐中以1300°C進(jìn)行高溫熔融2h后，通過(guò)吹制或拉制方式，制成包括多個(gè)半球形或球泡形的球形結(jié)構(gòu)的熒光玻璃體，然后在800°C下進(jìn)行退火處理2h。
[0041]步驟3、將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體；步驟4、將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件3,切片處理后獲得的熒光玻璃部件3的厚度為0.lmm~0.8mm。
[0042]步驟5、將藍(lán)光LED芯片2和熒光玻璃部件3依次封裝在封裝載體1。[〇〇43]優(yōu)選的，步驟1中獲得的混合原料中Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%，YAG摻 Ce3+熒光粉的質(zhì)量百分比為3%?15%。
[0044]優(yōu)選的，步驟4和步驟5之間還包括以下步驟:將熒光玻璃部件3進(jìn)行磨拋處理。[〇〇45]實(shí)施例三取YAG摻Ce3+熒光粉(以下簡(jiǎn)稱YAG:Ce3+熒光粉)和Si02玻璃粉體為主體原料，兩者按 YAG: Ce3+熒光粉與Si02玻璃粉體質(zhì)量比為1:8的比例，進(jìn)行稱取配料，配料總量視成品量需求而定，并混合均勻。然后采取高溫熔融法制備熒光玻璃部件3,將混合均勻的料體置于熔爐中，以1300°C高溫反應(yīng)2h，在800°C下退火2h。然后將高溫反應(yīng)并退火后的料體置入石墨盒中，進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體。最后將析晶的熒光玻璃體取出，進(jìn)行切片處理，獲得切片厚度為0.4mm的熒光玻璃部件3,然后對(duì)熒光玻璃部件3進(jìn)行磨拋處理。最后進(jìn)行以下 3個(gè)測(cè)試:1、將所得到的成品熒光玻璃部件3和原料YAG:Ce3+熒光粉進(jìn)行XRD測(cè)試對(duì)比，所獲得的XRD衍射譜對(duì)照?qǐng)D如圖2所示;2、將熒光玻璃部件3在光學(xué)顯微鏡和SEM掃描電子顯微鏡下進(jìn)行掃描，所獲得的圖譜如圖3所示;3、將焚光玻璃部件3和YAG:Ce3+焚光粉進(jìn)行PL光譜測(cè)試，對(duì)比分析兩者的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，所獲得的PL譜測(cè)試對(duì)照?qǐng)D如圖4所示。[〇〇46]如附圖2所示，本實(shí)施例由12.5wt%熒光玻璃部件3和YAG: Ce3+熒光粉的XRD衍射譜對(duì)照?qǐng)D分析可知，熒光玻璃部件3在20約為17°?30°之間存在一個(gè)寬峰波包，這是明顯的 Si02非晶相的衍射峰;而在衍射圖譜的其他衍射峰位置，熒光玻璃部件3與YAG: Ce3+熒光粉兩者是相互吻合的。因此說(shuō)明，Si02玻璃粉體與YAG:Ce3+熒光粉以高溫熔融法制備的Si02-YAG: Ce3+熒光玻璃，其內(nèi)部YAG: Ce3+熒光粉的結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞，焚光玻璃同時(shí)具備晶相和玻璃相，內(nèi)部晶相能夠保持原有的優(yōu)良發(fā)光性能。[〇〇47]熒光粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%的熒光玻璃部件3在光學(xué)顯微鏡和SEM掃描電子顯微鏡下的掃描圖譜如附圖3所示。圖3中，將SEM掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡的掃描圖譜疊加顯示，底部圖片為光學(xué)顯微鏡的掃描圖譜，右上角的小面積區(qū)域的圖片為SEM掃描電子顯微鏡的掃描圖譜，從光學(xué)顯微鏡的掃描圖譜中可以看出，熒光粉呈均勻狀態(tài)分布在玻璃基質(zhì)中。 從SEM電子顯微鏡的掃描圖譜可以看出熒光粉顆粒性狀整體保持均一性，形貌完好，粒徑約在10?1 5mi左右，與熒光粉的初始狀態(tài)保持一致。
[0048]YAG:Ce3+熒光粉和Si02-YAG:Ce3+熒光玻璃部件3的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜對(duì)照?qǐng)D如附圖4所示。由圖可看出，兩種樣品PL譜的峰值位置較為吻合:激發(fā)波長(zhǎng)均在藍(lán)光部分有一個(gè)峰值，為465nm，與此相對(duì)應(yīng)的發(fā)射波長(zhǎng)為535nm。通過(guò)熒光玻璃部件3和純YAG:Ce3+熒光粉的PL譜對(duì)照，可以看出兩者激發(fā)和響應(yīng)關(guān)系基本保持一致，不會(huì)因?yàn)椴ＡЩ|(zhì)的存在而發(fā)生很大變化。這同樣能說(shuō)明，高溫熔融法制備的熒光玻璃部件3仍然保留了發(fā)光主體YAG: Ce3+熒光粉的熒光響應(yīng)特性。
[0049]實(shí)施例四取YAG摻Ce3+熒光粉(以下簡(jiǎn)稱YAG:Ce3+熒光粉)和Si02玻璃粉體為主體原料，兩者按 YAG: Ce3+熒光粉與Si02玻璃粉體質(zhì)量比為3:17，1:8，1:10，2:23(8%)，3:47的比例，分別進(jìn)行稱取配料，所有組的配料總量視該組分成品量需求而定，并將每組原料組成混合均勻。
[0050]采取高溫熔融法依次制備不同組分的熒光玻璃部件3。每組混合均勻的料體均按照以下步驟依次進(jìn)行:將料體置于熔爐中，以1300°C高溫反應(yīng)2h，在800°C下退火2h。然后將高溫反應(yīng)并退火后的料體置入石墨盒中，進(jìn)行冷卻析晶，獲得熒光玻璃體。最后將析晶的熒光玻璃體取出，進(jìn)行切片處理，獲得切片厚度為〇.2mm的熒光玻璃部件3，然后對(duì)熒光玻璃部件3進(jìn)行磨拋處理。[〇〇51]將磨拋處理的不同組分的熒光玻璃部件3依次與不同波長(zhǎng)的藍(lán)光LED芯片2(依次為以下5個(gè)波段的芯片:450-452nm，452-454.2nm，455-457.5nm，457.5-459.9nm，464-466.9nm，平均波段分別為450.88nm，453.8nm，456.lnm，458.54nm，465.2nm)組合封裝制成白光LED照明器件，熒光玻璃部件3與封裝載體1之間以導(dǎo)熱錫膏連接。將采用不同組分的熒光玻璃部件3封裝獲得的白光LED，依次置入浙大三色LED光色電參數(shù)測(cè)試機(jī)3190-JCH中進(jìn)行光通量、色溫、顯色指數(shù)和色坐標(biāo)相關(guān)光學(xué)性能的測(cè)試。五種不同波長(zhǎng)的藍(lán)光LED芯片2激發(fā)不同組分的熒光玻璃部件3時(shí)，熒光玻璃部件3中熒光粉含量變化與流明效率變化的關(guān)系圖如圖5所示。由圖中可以看出，整體上同一波長(zhǎng)的激發(fā)下，熒光玻璃部件3中熒光粉含量從 6%增加至8%時(shí)，不同組的流明效率均有較大提升；熒光粉含量從8%增加至12.5%的過(guò)程中， 流明效率變化趨勢(shì)不大;熒光粉含量從12.5%增加至15%時(shí)，流明效率略有降低。這可能是因?yàn)?，熒光玻璃部?中熒光粉含量增加，激發(fā)光子能被更多的熒光粉吸收，量子效率增加，轉(zhuǎn)換效率相應(yīng)提高，流明效率增大；當(dāng)激發(fā)功率一定，熒光粉濃度繼續(xù)增加時(shí)，量子轉(zhuǎn)換效率逐漸趨于飽和，導(dǎo)致光通量增加幅度不大;繼續(xù)增大熒光粉濃度，使得熒光玻璃的光的透過(guò)率減弱，流明效率相應(yīng)降低。由圖5可以看出，平均波長(zhǎng)為485.54nm的藍(lán)光芯片激發(fā)熒光粉含量為10%的熒光玻璃時(shí)，能得到234.81 lm/W的流明效率。熒光玻璃部件3可以實(shí)現(xiàn)LED器件流明效率的大幅度提升，在基于熒光玻璃技術(shù)的白光LED封裝結(jié)構(gòu)中，反向發(fā)射的熒光被芯片吸收的概率和比例降低，從而可以提高器件的光通量和發(fā)光效率。另外，玻璃基質(zhì)相比于傳統(tǒng)封裝用有機(jī)樹(shù)脂具有更好的透過(guò)率，也能在一定程度上提升器件的發(fā)光效率。[〇〇52]五種不同波長(zhǎng)的藍(lán)光LED芯片2激發(fā)不同組分的熒光玻璃部件3時(shí)，熒光玻璃部件3 中熒光粉含量變化與色溫變化變化的關(guān)系圖如圖6所示。如附圖6所示，熒光粉含量增加時(shí)， 色溫大小單調(diào)遞減，其變化率逐漸減小，規(guī)律性較為明顯。這個(gè)變化趨勢(shì)的原因可以解釋為:藍(lán)光LED芯片2發(fā)出的光分為兩部分，一部分藍(lán)光激發(fā)焚光粉產(chǎn)生黃光，另一部分藍(lán)光與激發(fā)產(chǎn)生的黃光復(fù)合成白光。當(dāng)熒光粉的含量增加，使得藍(lán)光激發(fā)熒光粉而產(chǎn)生黃光增加， 能用于和黃光復(fù)合成白光的藍(lán)光減少，因此出射的白光紅移，色溫降低。根據(jù)這個(gè)變化趨勢(shì)，可以預(yù)測(cè)熒光玻璃加入相應(yīng)的熒光粉含量以得到所要求的色溫。而隨著熒光玻璃部件3 中熒光粉含量的增加，不同激發(fā)波長(zhǎng)下的色溫逐漸趨于一致，激發(fā)波長(zhǎng)越來(lái)越成為影響色溫的次要因素，色溫主要由熒光粉含量決定。整體來(lái)看，激發(fā)熒光玻璃得到的色溫處于一個(gè)高色溫狀態(tài)。[〇〇53]五種不同波長(zhǎng)的藍(lán)光LED芯片2激發(fā)不同組分的熒光玻璃部件3時(shí)，熒光玻璃部件3 中熒光粉含量變化與顯色指數(shù)CRI的變化的關(guān)系圖如圖7所示。從圖中可以看出，顯色指數(shù) CRI與熒光粉含量變化大致呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān):增加熒光粉含量，會(huì)降低顯色指數(shù)。綜合不同組數(shù)據(jù)來(lái)看，基于熒光玻璃封裝獲得的白光LED，其顯色指數(shù)整體水平不高，呈現(xiàn)低顯色指數(shù)的現(xiàn)象。這可能是熒光玻璃的低顯色性問(wèn)題。因此，本發(fā)明適用于高亮度、高光效要求的白光LED，暫不適用于高顯色指數(shù)要求的白光LED。
[0054]五種不同波長(zhǎng)的藍(lán)光LED芯片2激發(fā)不同組分的熒光玻璃部件3時(shí)，色坐標(biāo)x與y的變化關(guān)系隨熒光玻璃部件3中熒光粉含量變化的關(guān)系圖如圖8所示。如附圖8所示，圖中色坐標(biāo)中x與y呈現(xiàn)較為良好的線性變化關(guān)系:不同波長(zhǎng)激發(fā)下的色坐標(biāo)呈現(xiàn)大致相同的線性變化率，熒光粉含量增加時(shí)，色坐標(biāo)x與y線性正相關(guān)；同一熒光粉含量下，不同組別色坐標(biāo)的位置區(qū)別不大。整體來(lái)看，激發(fā)熒光玻璃部件3產(chǎn)生白光的色坐標(biāo)均處于(0.33,0.33)附近， 尤其是熒光粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%的熒光玻璃，能得到(0.3279，0.3448)的色坐標(biāo)，表現(xiàn)良好。
[0055]實(shí)施例五取YAG摻Ce3+熒光粉(以下簡(jiǎn)稱YAG:Ce3+熒光粉)和Si02玻璃粉體為主體原料，兩者按 YAG:Ce3+熒光粉與Si02玻璃粉體質(zhì)量比為3:97的比例，進(jìn)行稱取配料，配料總量視成品量需求而定，并混合均勻。采取高溫熔融法制備熒光玻璃部件3,將混合均勻的料體置于熔爐中， 以1300 °C高溫反應(yīng)2h，在800 °C下退火2h。然后將高溫反應(yīng)并退火后的料體置入石墨盒中，進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體。最后將析晶的熒光玻璃體取出，進(jìn)行切片處理，獲得切片厚度為0.5mm的熒光玻璃部件3,然后對(duì)熒光玻璃部件3進(jìn)行磨拋處理。采用功率約為 8.7w、波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)光LED芯片2激發(fā)熒光玻璃部件3，用Fluke Ti 100紅外線熱像儀探測(cè)熒光玻璃部件3的溫度變化情況，每隔20s記錄一次，所測(cè)得的熒光玻璃部件3的溫度變化與時(shí)間變化的關(guān)系圖如圖9所示。如附圖9所示，在激光照射熒光玻璃20s后，熒光玻璃發(fā)光區(qū)域的溫度呈現(xiàn)驟升趨勢(shì)。照射100s之后，溫度隨時(shí)間的上升趨勢(shì)逐漸趨緩至平穩(wěn)狀態(tài)，最大溫差約為20.7°C。在照射200s時(shí)關(guān)閉激光源，熒光玻璃的表面溫度驟降，直至恢復(fù)與室溫同一的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，相比于有機(jī)封裝材料硅膠，無(wú)機(jī)熒光玻璃散熱性能更為優(yōu)異，具有更高的熱穩(wěn)定性，在反復(fù)高溫輻射下，性能損耗率較低。這也是熒光玻璃用于白光LED封裝具有穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命的一大特征。
[0056]綜合上述實(shí)施例，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:(1)本發(fā)明專利采用熔融法，可沿用任何一種玻璃的成型方法來(lái)成型熒光玻璃部件3， 如壓制、壓延、吹制、拉制、澆鑄等，以制成如平面片狀、半球狀等各種合適的封裝形式。與通常的陶瓷成型工藝相比，適合合成形狀復(fù)雜、尺寸精密的制品，便于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)；制品組成均勻，無(wú)氣孔。[〇〇57](2)本發(fā)明專利直接采用YAG: Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體，通過(guò)固相反應(yīng)熔融法完成熒光玻璃部件3的制備，從產(chǎn)業(yè)化角度來(lái)看，制備所需原料更便捷可行，制備工藝更易于行事，更易適應(yīng)市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化需求。[〇〇58](3)本發(fā)明專利在高溫1300°C情況下熔融制備Si02-YAG:Ce3+熒光玻璃時(shí)，YAG:Ce3+熒光粉的結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞，熒光玻璃同時(shí)具備晶相和玻璃相，內(nèi)部晶相能夠保持原有的優(yōu)良發(fā)光性能。[〇〇59](4)本發(fā)明專利所制備的熒光玻璃部件3用于LED白光照明封裝，使得熒光粉與芯片的距離增大，可以降低熒光粉受到芯片的輻射作用，從而降低熒光粉的溫度，提高熒光玻璃的耐熱性能，白光LED的穩(wěn)定性也得到相應(yīng)提高。
[0060](5)本發(fā)明專利所制備的白光LED結(jié)構(gòu)中，反向發(fā)射的熒光被芯片吸收的概率和比例降低，從而可以提高白光LED器件的光通量和發(fā)光效率的大幅度提升。另外，玻璃基質(zhì)相比于傳統(tǒng)封裝用有機(jī)樹(shù)脂具有更好的透過(guò)率，也能在一定程度上提升白光LED器件的發(fā)光效率。
[0061](6)本發(fā)明專利制備的無(wú)機(jī)熒光玻璃部件3相比于有機(jī)封裝材料硅膠，散熱性能更為優(yōu)異，具有更高的熱穩(wěn)定性，在反復(fù)高溫輻射下，性能具有不退性。
[0062]以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于熒光玻璃的白光LED，其特征在于，包括封裝載體、藍(lán)光LED芯片以及熒光玻 璃部件，所述藍(lán)光LED芯片設(shè)在封裝載體上，所述熒光玻璃部件與封裝載體連接且設(shè)置在藍(lán) 光LED芯片的上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熒光玻璃的白光LED，其特征在于，所述熒光玻璃部 件是由YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后通過(guò)高溫熔融制成的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熒光玻璃的白光LED，其特征在于，所述熒光玻璃部 件中，Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%，YAG摻Ce3+熒光粉的質(zhì)量百分比為3%?15%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熒光玻璃的白光LED，其特征在于，所述熒光玻璃部 件為片狀、半球形或球泡狀。5.—種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，其特征在于，包括:步驟1、將YAG摻Ce3+熒光粉和Si02玻璃粉體混合均勻后獲得混合原料；步驟2、將混合原料放入熔爐中進(jìn)行高溫熔融后，進(jìn)行退火處理；步驟3、將退火處理后的料體放入石墨盒中進(jìn)行冷卻析晶后，獲得熒光玻璃體；步驟4、將熒光玻璃體進(jìn)行切片處理后獲得多個(gè)獨(dú)立的熒光玻璃部件；步驟5、將藍(lán)光LED芯片和熒光玻璃部件依次封裝在封裝載體。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，其特征在于，所述 步驟1中獲得的混合原料中Si02玻璃粉體的質(zhì)量百分比為85%?97%，YAG摻Ce3+熒光粉的質(zhì)量 百分比為3%?15%。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，其特征在于，所述 步驟2,其具體為:將混合原料放入熔爐中以1300 °C進(jìn)行高溫熔融2h后，在800 °C下進(jìn)行退火處理2h。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，其特征在于，所述 步驟4中切片處理后獲得的熒光玻璃部件的厚度為0.lmm~0.8mm。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，其特征在于，所述 步驟2,其具體為:將混合原料放入熔爐中以1300°C進(jìn)行高溫熔融2h后，通過(guò)吹制或拉制方式，制成包括 多個(gè)半球形或球泡形的球形結(jié)構(gòu)的熒光玻璃體，然后在800°C下進(jìn)行退火處理2h。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于熒光玻璃的白光LED的制備方法，其特征在于，所述 步驟4和步驟5之間還包括以下步驟:將熒光玻璃部件進(jìn)行磨拋處理。
【文檔編號(hào)】C03C4/12GK106016179SQ201610318561
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】何苗, 黃波, 鄭樹(shù)文, 李述體
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)