本公開內(nèi)容涉及玻璃材料與熒光材料的熒光復(fù)合材料，更特別涉及玻璃材料的組成。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(led)隨其發(fā)光效率的不斷提升，且由于其所具有的“節(jié)能”與“環(huán)?！钡碾p重特性，一般被認(rèn)為將會(huì)是取代熱熾燈與熒光燈的革命性光源。熒光材料為制作單芯片白光led不可或缺的光轉(zhuǎn)換材料，其攸關(guān)到發(fā)光效率、穩(wěn)定性、演色性、色溫、使用壽命等項(xiàng)特性，可謂是單芯片白光led系統(tǒng)中最重要的關(guān)鍵材料。

目前l(fā)ed封裝混合熒光粉與有機(jī)基質(zhì)材料如硅樹脂(silicone)，再將混合物點(diǎn)膠于led封裝體上。但上述方式有兩項(xiàng)缺點(diǎn)：(1)硅樹脂(silicone)與熒光粉的折射率不匹配。一般硅樹脂的折射率為約1.5，而常見的釔鋁石榴石yag熒光粉的折射率為1.85，兩者的折射率差異影響發(fā)光(取光)效率。(2)硅樹脂(silicone)為有機(jī)物質(zhì)，在較高功率應(yīng)用時(shí)的環(huán)境穩(wěn)定性仍有提升空間。

綜上所述，目前亟需新的基質(zhì)材料用于熒光粉，以克服已知有機(jī)硅樹脂的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式提供玻璃材料，其組成為：m2o-zno-m'2o3-bi2o3-sio2，其中m為li、na、k、或其組合(或上述的組合)；以及m'為b、al、或其組合，其中基于所述玻璃材料的總重量，m2o占0.5wt％(重量％)至20wt％；zno占1wt％至20wt％；m'2o3占3wt％至60wt％；bi2o3占25wt％至90wt％；以及sio2占1wt％至30wt％。

本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式提供熒光復(fù)合材料，包括：熒光材料；以及上述玻璃材料。

本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式提供發(fā)光裝置，包括：激發(fā)光源；以及上述熒光復(fù)合材料，其位于激發(fā)光源上。

附圖說(shuō)明

圖1、3、5、6、和8為本公開內(nèi)容的實(shí)施例中的熒光復(fù)合材料的發(fā)射(放射)光譜。

圖2、4、7、和9-13為本公開內(nèi)容的實(shí)施例中的藍(lán)光led與熒光復(fù)合材料的封裝結(jié)構(gòu)的發(fā)射光譜。

具體實(shí)施方式

為克服有機(jī)硅樹脂的問(wèn)題，本公開內(nèi)容將熒光材料搭配玻璃材料制作熒光復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)控玻璃材料的配方，可達(dá)到高的折射率(>2)，進(jìn)而提高發(fā)光效率。此外，玻璃材料為無(wú)機(jī)材料，其化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于有機(jī)封裝樹脂。不過(guò)，紅光熒光粉的結(jié)構(gòu)較易與玻璃材料發(fā)生反應(yīng)，在燒結(jié)后發(fā)光特性衰減。換言之，一般玻璃與紅光熒光粉的兼容性不足。為了克服兼容性不足的問(wèn)題，本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式提供的玻璃材料的組成為m2o-zno-m'2o3-bi2o3-sio2。上述m為li、na、k、或其組合，而m'為b、al、或其組合。以玻璃材料的總重量(100wt％)為基準(zhǔn)，m2o占0.5wt％至20wt％，zno占1wt％至20wt％，m'2o3占3wt％至60wt％，bi2o3占25wt％至90wt％，以及sio2占1wt％至30wt％。在另一實(shí)施方式中，m2o占5wt％至10wt％，zno占5wt％至20wt％，m'2o3占3wt％至24.5wt％，bi2o3占60wt％，以及sio2占7wt％至10wt％。以bi2o3的重量(100重量份)作為基準(zhǔn)，bi2o3與m2o的重量比為100:0.8至100:80，bi2o3與zno的重量比為100:1至100:80，bi2o3與m'2o3的重量比為100:3至100:200，以及bi2o3與sio2的重量比為100:1至100:50。在另一實(shí)施例中，bi2o3與m2o的重量比為100:0.8至100:16.7，bi2o3與zno的重量比為100:8至100:34，bi2o3與m'2o3的重量比為100:5至100:40.8，以及bi2o3與sio2的重量比為100:11至100:16.6。

bi2o3的添加可大幅降低軟化點(diǎn)溫度及提升玻璃材料的折射率等特性。若bi2o3的比例過(guò)低，則玻璃的軟化點(diǎn)溫度會(huì)超出熒光粉可承受的范圍，使得發(fā)光效率大幅降低。若bi2o3的比例過(guò)高，則玻璃粘度過(guò)低無(wú)發(fā)形成玻璃質(zhì)，使玻璃耐化學(xué)穩(wěn)定性變差。

m2o具有助熔的效果，添加量越高，則玻璃材料的熔點(diǎn)越低。若m2o的比例過(guò)低，則無(wú)法有效降低玻璃材料的熔點(diǎn)，因此過(guò)高的燒結(jié)溫度使熒光復(fù)合材料的發(fā)光特性衰減。若m2o的比例過(guò)高，則玻璃的化學(xué)抗蝕性變差。當(dāng)m2o為k2o時(shí)，因k原子的半徑較大、有增強(qiáng)鍵結(jié)的效果，同時(shí)其膨脹因數(shù)比na2o小，也可提高玻璃材料的彈性，對(duì)熱穩(wěn)定性也較有利。

zno有助熔、降低膨脹系數(shù)、增加光澤的效果，另外也可加寬玻璃燒成溫度范圍。若zno的比例過(guò)低，則無(wú)助熔效果。若zno的比例過(guò)高，則易與sio2形成結(jié)晶而影響玻璃的透明性及玻璃的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

b2o3可有效降低玻璃材料的熔融溫度，但若b2o3比例過(guò)高，則有化學(xué)穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。al2o3可增加玻璃材料的耐磨與熔點(diǎn)、粘度等特殊性質(zhì)，但比例過(guò)高會(huì)增加玻璃材料的熔點(diǎn)。若m'2o3的比例過(guò)低，則玻璃強(qiáng)度不足。若m'2o3的比例過(guò)高，則玻璃的軟化點(diǎn)會(huì)增加。

一般而言，sio2為形成玻璃網(wǎng)絡(luò)的成分。若sio2的比例過(guò)高，則玻璃材料的熔融溫度及軟化點(diǎn)上升，反應(yīng)溫度提高，在混合熒光粉后進(jìn)行燒結(jié)易造成熒光粉劣化。若sio2的比例過(guò)低，則無(wú)法形成玻璃質(zhì)，玻璃耐化學(xué)性質(zhì)變差。

本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式依上述比例稱取m2o、zno、m'2o3、bi2o3、和sio2后加熱至熔融，再將熔融后的混合物水淬形成玻璃塊。接著將玻璃塊初步粉碎后球磨，以得d50為約10-20μm的玻璃粉。取上述玻璃粉與熒光粉混合均勻后，填入模具以油壓方式加壓形成預(yù)成型體。以400～650℃燒結(jié)預(yù)成型體后即可得到熒光復(fù)合材料?？梢岳斫獾氖?，熒光復(fù)合材料中的玻璃粉與熒光粉彼此混合而非分層。

在一個(gè)實(shí)施方式中，熒光粉的d50為約10-20μm。上述熒光材料可為紅光熒光材料、綠光熒光材料、黃光熒光材料、或其組合。上述紅光熒光材料可為硅酸鹽如(ba1-x-ysrxcay)2sio4:eu²⁺、氮化物如(ca,sr)alsin3:eu²⁺或(ca,sr)2si5n8:eu²⁺、氮氧化物alpha-sialon:eu²⁺、或硫化物(ca,sr)s:eu²⁺。上述綠光熒光材料可為鋁酸鹽如(y,lu,gd)3(al,ga)5o12:ce³⁺、氮氧化物如(ba1-x-ysrxcay)si2o2n2:eu²⁺、beta-sialon:eu²⁺、或硫化物如sr(al,ga)2s4:eu²⁺。上述黃光熒光材料可為鋁酸鹽如y3al5o12:ce³⁺。在一個(gè)實(shí)施方式中，熒光復(fù)合材料中的熒光材料與玻璃材料的重量比為1:999至90:10。若玻璃材料比例過(guò)低，則熒光復(fù)合材料強(qiáng)度不夠。若玻璃材料比例過(guò)高，則熒光復(fù)合材料 發(fā)光效率不足。

上述熒光復(fù)合材料搭配激發(fā)光源后，即形成發(fā)光裝置。舉例來(lái)說(shuō)，激發(fā)光源可為發(fā)光二極管、激光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管、冷陰極燈管、或外部電極熒光燈管。在一個(gè)實(shí)施方式中，上述發(fā)光裝置可用于照明、投影機(jī)、車燈、或顯示器。舉例來(lái)說(shuō)，以藍(lán)光led作為激發(fā)光源，其發(fā)出的藍(lán)光有部分穿過(guò)激發(fā)光源上的熒光復(fù)合材料。其它部分的藍(lán)光將激發(fā)熒光復(fù)合材料中的熒光材料，使其放出紅光、綠光、黃光、或其組合，視熒光材料的種類而定。在一些實(shí)施方式中，可進(jìn)一步將熒光復(fù)合材料貼合于激發(fā)光源表面，使發(fā)光裝置發(fā)出的光色等同于熒光材料發(fā)出的光色。在其它實(shí)施方式中，穿過(guò)熒光復(fù)合材料的部分藍(lán)光將與熒光材料發(fā)射的其它顏色的光混色。在一個(gè)實(shí)施方式中，熒光復(fù)合材料中的熒光材料包含綠光熒光材料與紅光熒光材料，因此熒光材料受藍(lán)光激發(fā)后發(fā)射的紅光與綠光將與穿過(guò)熒光復(fù)合材料的藍(lán)光混色成白光。如此一來(lái)，發(fā)光裝置即為所謂的白光發(fā)光裝置。通過(guò)調(diào)整熒光粉的種類和比例，可調(diào)整白光發(fā)光裝置的色溫。在一個(gè)實(shí)施方式中，白光發(fā)光裝置的色溫為2000k至6000k。

為了讓本公開內(nèi)容的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉數(shù)個(gè)實(shí)施例配合所附圖示，作詳細(xì)說(shuō)明如下：

實(shí)施例

制備例1

按照表1的重量％(即表2的重量份)稱取li2o、na2o、k2o、zno、b2o3、al2o3、bi2o3、和sio2后，置于白金坩鍋內(nèi)，加熱至800℃至1000℃后熔融，再將熔融后的混合物水淬形成玻璃塊。將玻璃塊初步粉碎后球磨，以得到d50為約10μm的玻璃粉。

取上述玻璃粉(編號(hào)a至n)與熒光材料lu3al5o12:ce³⁺-及(ca,sr)alsin3:eu²⁺混合均勻后，填入模具以油壓方式加壓成型為直徑5cm且厚度為1cm的圓形片狀預(yù)成型體。以600℃燒結(jié)預(yù)成型體后即可得到熒光復(fù)合材料。在表1和表2中，○即表示玻璃粉與熒光材料的兼容性最佳，△次之，×則最差。所謂兼容性最佳即熒光材料與玻璃粉形成復(fù)合材料后，仍保有熒光材料的原本的激發(fā)發(fā)光性質(zhì)。所謂兼容性最差即熒光材料與玻璃粉形成復(fù)合材料后，其激發(fā)發(fā)光性質(zhì)大幅降低。如表1和2所示，編號(hào)b、d、 和h的玻璃材料與熒光粉有較佳的兼容性。

表1

續(xù)表1

表2(以bi2o3的重量份為基準(zhǔn))

續(xù)表2

制備例2

按照表3的重量％稱取na2o、k2o、zno、b2o3、al2o3、sio2、bao、cao、和mgo，置于白金坩鍋內(nèi)，加熱至800℃至1000℃后熔融，再將熔融后的混合物水淬形成玻璃塊。將玻璃塊初步粉碎后球磨，以得到d50為約10μm的玻璃粉。

取上述玻璃粉(編號(hào)o至p)與熒光材料lu3al5o12:ce³⁺及(ca,sr)alsin3:eu²⁺混合均勻后，填入模具以油壓方式加壓成型為直徑5cm且厚度為1cm的圓形片狀預(yù)成型體。以600℃燒結(jié)預(yù)成型體后即可得到熒光復(fù)合材料。如表3所示，編號(hào)o與p的玻璃材料缺乏bi2o3且與熒光粉的兼容性差。

表3

實(shí)施例1

取90wt％、80wt％、與70wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉，與相應(yīng)的10wt％、20wt％、與30wt％的y3al5o12:ce³⁺(yag)(黃光熒光粉，中國(guó)制釉yy563ll)混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。以450nm的藍(lán)光激發(fā)上述熒光復(fù)合材料后，可得到發(fā)光峰值在550nm的yag寬帶發(fā)光，如圖1所示。上述發(fā)射光譜的測(cè)量?jī)x器為horibafluoromax-4。隨著yag添加量增加，其發(fā)光強(qiáng)度也會(huì)逐漸增加。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量其發(fā)射光譜圖，如圖2所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)yag后發(fā)射黃光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光與黃光混光(混合)后的結(jié)果。

實(shí)施例2

取90wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與10wt％的lu3al5o12:ce³⁺(luag)(綠光熒光粉，中國(guó)制釉lg535l)混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。以450nm的藍(lán)光激發(fā)上述熒光復(fù)合材料后，可得到發(fā)光峰值在520nm至545nm之間的寬帶發(fā)光，如圖3所示。上述發(fā)射光譜的測(cè)量?jī)x器為horibafluoromax-4。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量其發(fā)射光譜圖如圖4所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)luag后發(fā)射綠光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光與綠光混光后的結(jié)果。

實(shí)施例3

取90wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與10wt％的y3(al,ga)5o12:ce³⁺(gayag)(綠光熒光粉，中國(guó)制釉gg535m)混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。以450nm的藍(lán)光激發(fā)上述熒光復(fù)合材料后，可得到發(fā)光峰值在520nm至545nm之間的寬帶發(fā)光，如圖5所示。上述發(fā)射光譜的測(cè)量?jī)x器為horibafluoromax-4。

實(shí)施例4

取90wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與10wt％的(ca,sr)alsin3:eu²⁺(紅光熒光粉，三菱化學(xué)-br102q)混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。以450nm的藍(lán)光激發(fā)上述熒光復(fù)合材料后，可得到發(fā)光峰值在615nm至670nm之間的寬帶發(fā)光，如圖6所示。上述發(fā)射光譜的測(cè)量?jī)x器為horibafluoromax-4。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量其發(fā)射光譜圖如圖7所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)(ca,sr)alsin3:eu²⁺后發(fā)射紅光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光與紅光混光后的結(jié)果。

實(shí)施例5

取90wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與10wt％的(ca,sr)2si5n8:eu²⁺(紅光熒光粉，中國(guó)制釉nr625a2)混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。以450nm的藍(lán)光激發(fā)上述熒光復(fù)合材料后，可得到發(fā)光峰值在615nm至670nm之間的寬帶發(fā)光，如圖8所示。上述發(fā)射光譜的測(cè)量?jī)x器為horibafluoromax-4。

實(shí)施例6

取85wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與15wt％的熒光粉混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。上述熒光粉包含綠光熒光粉lu3al5o12:ce³⁺與紅光熒光粉(ca,sr)alsin3:eu²⁺，兩者的重量比為95:5。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量 其發(fā)射光譜圖如圖9所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)lu3al5o12:ce³⁺與(ca,sr)alsin3:eu²⁺后發(fā)射綠光與紅光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光、綠光、與紅光混光后的結(jié)果。上述混光后的發(fā)射光譜色溫為3000k。

實(shí)施例7

取85wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與15wt％的熒光粉混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。上述熒光粉包含綠光熒光粉lu3al5o12:ce³⁺與紅光熒光粉(ca,sr)alsin3:eu²⁺，兩者的重量比為90:10。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量其發(fā)射光譜圖如圖10所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)lu3al5o12:ce³⁺與(ca,sr)alsin3:eu²⁺后發(fā)射綠光與紅光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光、綠光、與紅光混光后的結(jié)果。上述混光后的發(fā)射光譜色溫為2000k。

實(shí)施例8

取85wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與15wt％的熒光粉混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。上述熒光粉包含綠光熒光粉y3(al,ga)5o12:ce³⁺與紅光熒光粉(ca,sr)alsin3:eu²⁺，兩者的重量比為85:15。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量其發(fā)射光譜圖如圖11所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)y3(al,ga)5o12:ce³⁺與(ca,sr)alsin3:eu²⁺后發(fā)射綠光與紅光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光、綠光、與紅光混光后的結(jié)果。上述混光后的發(fā)射光譜色溫為2700k。

實(shí)施例9

取90wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與10wt％的熒光粉混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。上述熒光粉包含綠光熒光粉y3(al,ga)5o12:ce³⁺與紅光熒光粉(ca,sr)alsin3:eu²⁺，兩者的重量比為90:10。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量其發(fā)射光譜圖如圖12所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)y3(al,ga)5o12:ce³⁺與(ca,sr)alsin3:eu²⁺后發(fā)射綠光與紅光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光、綠光、與紅光混光后的結(jié)果。上述混光后的發(fā)射光譜色溫為5000k。

實(shí)施例10

取80wt％的制備例1中編號(hào)b的玻璃粉與20wt％的熒光粉混合、預(yù)成型、和燒結(jié)后，形成熒光復(fù)合材料。上述熒光粉包含綠光熒光粉y3(al,ga)5o12:ce³⁺與紅光熒光粉(ca,sr)alsin3:eu²⁺，兩者的重量比為90:10。

將上述熒光復(fù)合材料片搭配藍(lán)光led封裝后，以labsphere積分球測(cè)量其發(fā)射光譜圖如圖13所示。藍(lán)光led發(fā)射的部分藍(lán)光穿過(guò)熒光復(fù)合材料(發(fā)射光譜圖的左方)，而部分藍(lán)光激發(fā)y3(al,ga)5o12:ce³⁺與(ca,sr)alsin3:eu²⁺后發(fā)射綠光與紅光(發(fā)射光譜的右方)。此封裝后的發(fā)射光譜即上述藍(lán)光、綠光、與紅光混光后的結(jié)果。上述混光后的發(fā)射光譜色溫為3000k。

雖然本公開內(nèi)容已以數(shù)個(gè)實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本公開內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行任意的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本公開內(nèi)容的保護(hù)范圍當(dāng)以所附權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。