一种低熔点的透明荧光玻璃及其制备方法和在白光LED中的应用技术

本发明专利技术公开了一种低熔点的透明荧光玻璃及其制备方法和在白光LED中的应用，所述荧光玻璃由以下摩尔分数的有效材料制成：B2O3：10-20％，Bi2O3：15-30％，TeO2：25-40％，ZnO：15-30％，Na2O：4-15％，Sb2O3：0-5％，NaNO3:0-5％，Ce:YAG荧光粉：1-10％。所述的荧光玻璃的制备方法包括：(1)将原料B2O3、Bi2O3、TeO2、ZnO、Na2CO、Sb2O3、NaNO3、Ce:YAG荧光粉按摩尔分数在研钵里充分混合、研磨后，然后倒入刚玉坩埚；(2)将玻璃混合料置入马弗炉中烧结，设置马弗炉的温度为500-650℃，保温1小时-4小时后得到熔融玻璃料；(3)将熔融玻璃料倒入温度为300-500℃的铸铁模上，然后置于马弗炉中进行退火，于玻璃转变温度Tg温度保温2-4小时，然后随炉自然冷却至20℃形成荧光玻璃。所述的荧光玻璃光学性能优异、透明度高、熔点低，可用于白光LED中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机材料领域，尤其是涉及一种低熔点的透明荧光玻璃材料及其制备方法和在白光LED中的应用。
技术介绍
白光LED具有节能、高效、无污染、长寿命等优点，是一种符合环保和节能要求的绿色照明光源，被人们看成未来最有潜力替代白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统照明光源的新一代高效固态照明光源。其工作原理是通过蓝光InGaN芯片和黄色荧光粉组合(或者其他的组合方式)，InGaN芯片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，使其受激发出黄光，而未被吸收的蓝光与荧光粉发出的黄光混合，便得到白光。当前主要是利用硅胶和树脂与荧光粉混合来进行封装。但是这种封装方式(尤其是对大功率LED封装)发光时将伴随产生大量的热，一般在点亮的芯片周围，这样将造成荧光粉的效率的下降，同时也会使得光源的色温与色坐标的偏移。此外，Ce:YAG微晶颗粒高的折射率(n = l.84)与环氧树脂/硅胶低的折射率(η= 1.45-1.55)不匹配，将导致高的光散射损失和低的光取出效率。因此，研发发光效率高、热导率高、物化性能稳定的新型固体发光材料势在必行。低熔点玻璃包括封接玻璃、焊接玻璃、表面涂层及珐琅熔块，由于低熔点玻璃的熔点显著低于普通玻璃的熔点，故称之为低熔点玻璃。低熔点玻璃可以作为焊料的一种，它可以应用在电子技术和真空技术，也可以作为易恪釉和法狼的一种组分，在微电子学中，低恪点玻璃作为热敏电阻、晶体三极管和微型电路的防护层。相比无机低熔点玻璃和有机电介质在半导体仪器仪表的无壳密封中，无机低熔点玻璃在防潮和坚固性方面都具有更为明显的优越性。此外，无机低熔点玻璃在能够耐高温能力上比有机介质强。针对LED存在的问题，国内外学者做了大量的工作。通过改性荧光粉的合成工艺，研制发光性能优良的荧光粉;通过后处理改善荧光粉的稳定性，通过化学方法进行包膜处理后，对荧光粉的表面进行了修饰，可以使荧光粉具有较好的物理化学稳定性;改进荧光粉的涂覆工艺;改变荧光粉的基质，如改用玻璃、微晶玻璃、陶瓷等等。采用荧光粉掺杂到玻璃基质中制备低熔点荧光玻璃可以有效解决LED封装存在的问题。因为玻璃在光照下具有比硅胶和树脂更优良的热稳定性。制备掺杂Ce:YAG荧光粉的荧光玻璃已有一些，但是制备方法一般包括两个步骤:1、设计组成后通过熔融方法制备基质玻璃;2、将基质玻璃充分粉碎后与荧光粉混合均匀，然后将该混合物共同烧结。采用这种方法制备应用于白光LED的荧光玻璃的专利，如:武汉理工大学申请的中国专利技术专利CN 101643315 B，“白光LED用低熔点荧光玻璃及其制备方法”，该专利中公开了含Ce: YAG晶相的低熔点荧光玻璃的制备方法，玻璃基体组分为Si02-Al203-B203-Ca0-Zn0-Na20-Mg0。该材料透明性差，发光性能也不好。中国科学院福建物构所申请的中国专利技术专利CN103183473 A，“用于白光LED的Ce: YAG微晶玻璃及其制备方法”，该专利公开了制备Ce: YAG荧光玻璃的方法。通过将商用微米级Ce: YAG荧光粉与低熔点玻璃混合共熔的方式，实现荧光玻璃材料的可控制备。该专利技术的低熔点荧光玻璃在465纳米蓝光激发下发出明亮的黄光，其最大量子效率可达94%，将其与商用蓝光芯片组合后可产生白光发射。现有的白光LED用低熔点荧光玻璃的制备方法的记载文献和专利虽然已有公开报道，但归结起来普遍存在两个突出问题，一是组成设计不尽合理，Ce: YAG微晶颗粒高的折射率与基质玻璃低的折射率不匹配，因而透明度低，光学性能较差;二是玻璃的制备工艺比较复杂，需要先制备基质玻璃，然后将玻璃粉碎与荧光粉混合共同烧结。同时熔制基质玻璃的烧结温度要高于后来玻璃粉与荧光粉混合烧结的温度，因而制备过程中的能源消耗增大。本专利技术提出一种制备白光LED用低熔点荧光玻璃的制备方法，该方法工艺过程简单，能源消耗少，生产周期短。将该低熔点的荧光玻璃封装成白光LED器件的光电性能非常好，在20mA的电流下，发光效率达到131 Im/W。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种材料组分独特、光学性能优异、透明度高的低熔点的荧光玻璃及其制备方法和在白光LED中的应用，所述荧光玻璃的制备方法实现了玻璃熔制温度低、制备方法简单、易于批量化生产的要求，其产品物理化学性质稳定、高度均匀性、寿命长、热导率高。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案得以实现:一种荧光玻璃，其由以下摩尔分数的有效材料制成:B2O3: 10-20%，Bi203: 15-30 %，TeO2: 25-40 %，ZnO: 15-30 %，Na20:4-15% , Sb2O3:0-5% , NaNO3:0-5%,Ce: YAG 荧光粉:1-10%。进一步，B2O3优选为12-18mol %，更优选为 14_18mol %。进一步，Bi2O3优选为15-25mol %，更优选为 19_25mol %。进一步，TeO2优选为25-36mol%，更优选为28_36mol %。进一步，ZnO优选为18-26mol %，更优选为 19_25mol %。进一步，Na20优选为4_10mol%，更优选为4_8mol%。进一步，Sb203优选为0_4mol%，更优选为0_lmol%。进一步，NaN03优选为0_4mol%，更优选为O-1mol%。进一步，06:￥六6优选为1-811101%，更优选为2-811101%.进一步，所述有效材料Na2O以Na2CO3的形式加入，其余有效材料均以上述化合物形式加入。本专利技术提供了一种制备所述的荧光玻璃的方法，是通过将所有原料按配比混合研磨后直接一步烧结-冷却制备得到，制备方法具体包括玻璃料混合、玻璃料熔化和冷却处理三个步骤:(I)玻璃料混合:将原料 B2O3、Bi 203、TeO2、ZnO、Na2CO、Sb2O3、NaNO3、Ce: YAG 荧光粉按摩尔分数在研钵里充分混合、研磨后，然后倒入刚玉坩祸；(2)玻璃料的熔化:将玻璃混合料置入马弗炉中烧结，设置马弗炉的温度为500-650°C，保温I小时-4小时后得到熔融玻璃料；(3)玻璃料的冷却:将熔融玻璃料倒入温度为300_500°C的铸铁模上，然后置于马弗炉中进行退火，于玻璃转变温度1^温度保温2-4小时，然后随炉自然冷却至20°C形成荧光玻璃。本专利技术还提供了所述的荧光玻璃在白光LED中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:(I)本专利技术通过加入Bi203、Te02以调整玻璃的折射率，TeO2能降低玻璃的熔融温度，Na2O (Na2CO3)能进一步降低玻璃体系的熔融温度防止Ce: YAG荧光粉在高温下分解变性，Sb2O3作为澄清剂，NaNO3作为消泡剂，有利于获得高的透明度、优异的光学性能的低熔点荧光玻璃；(2)本专利技术中荧光玻璃的制备方法，不需要首先制备低熔点的基质玻璃，更不需要将基质玻璃粉碎后与荧光粉混合再烧结的过程，因而可以简化制备工艺，有效节约能源。 (3)本专利技术所制得的荧光玻璃，Ce: YAG微米颗粒均匀地分布在玻璃中，具有透明度高、低熔点、光学性能优异等优点。【附图说明】图1为实施例1制得的低熔点荧光玻璃的实物图。图2为实施例1制得的低熔点荧光玻璃的光学透过率图谱。图3为实施例1制得的低熔点荧光玻璃的XRD图谱。图4为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光玻璃，其由以下摩尔分数的有效材料制成：B2O3：10‑20％，Bi2O3：15‑30％，TeO2：25‑40％，ZnO：15‑30％，Na2O：4‑15％，Sb2O3：0‑5％，NaNO3:0‑5％，Ce:YAG荧光粉：1‑10％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓娟，黄俊，向卫东，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33