一种梯度折射率荧光玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种梯度折射率荧光玻璃，它包括玻璃基片及其表面的多层荧光玻璃涂层，其中最内层荧光玻璃涂层的折射率大于玻璃基片的折射率，并且折射率由内向外逐层增加，形成梯度折射率；其中每一层荧光玻璃涂层分别以改性玻璃粉、荧光粉为原料，采用多层丝网印刷和低温烧结技术制备而成。所述梯度折射率荧光玻璃主要应用于大功率白光LED封装，采用梯度折射率结构能够减少从LED芯片发出的光在封装界面上由于折射率变化较大引起的光的全反射和菲涅尔反射，从而提高其出光效率；同时，由于获得的荧光玻璃涂层兼具晶体材料良好的发光性能及玻璃材料的高热稳定性，可有效解决当前白光LED耐久性和色稳定性差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于荧光玻璃制备和LED应用材料领域，具体涉及一种大功率白光LED封装用梯度折射率荧光玻璃涂层及其制备方法。
技术介绍
白光LED因具有高效节能、绿色环保、体积小、寿命长等特点，故而其进入照明领域成为大势所趋，它将成为人类照明史上超越白炽灯、钠灯和荧光灯的第四代照明光源。作为21世纪最有前途的电光源，白光LED照明技术的发展将对一个国家的能源战略和环保战略产生深远的影响。目前，提高LED的出光效率，一直是个热点问题。而对于传统的LED封装结构，封装材料的折射率只能为某一特定的数值，使得LED芯片(蓝光：n＝2.50)/封装材料/空气的折射率(n＝1.0)跨度非常大，从而导致出光的临界角小且菲涅尔反射损耗大，这大大降低了LED的出光效率。同时，传统的封装胶材料的耐热性、抗老化性和抗湿气性较差，还会影响LED器件的发光效率和可靠性。研究发现，在封装过程中使用梯度折射率的LED封装结构，能够大大提高LED的出光效率；同时，还发现荧光玻璃兼具晶体材料良好的发光性能及玻璃材料的高热稳定性，故而被用作LED封装。2010年，余仁勇等利用封装胶中掺杂纳米颗粒以及采用梯度折射率的LED封装模式，用蒙特卡罗方法模拟光在胶体中的传播，分析散射系数对透光率的影响，从而验证了梯度折射率值逐渐减小的多层纳米掺杂封装结构，能够提高LED的出光效率。但是，由于其仍旧使用封装胶作封装材料，故而LED的热稳定性以及抗老化等性能依旧未得到改善。中国专利(公布号：CN103332868)公开了一种梯度折射率玻璃片及其制备方法，通过采用在低温玻璃粉中掺杂高折率纳米颗粒以及利用丝网印刷技术和改变纳米颗粒的掺量，从而实现具有梯度折射率结构的玻璃片。但是，由于纳米颗粒在玻璃粉中的分散均匀性太差，故而很难制备得到此种玻璃片。此外，孙雨南等采用硼酸盐玻璃进行离子交换获得了梯度折射率玻璃，但是由于玻璃中阳离子扩散深度的局限，所以只适用于尺寸较小的元件，且获得的折射率梯度也很有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铈镧掺杂氟化钡透明陶瓷及其制备方法，采用铈、镧对氟化本专利技术的目的是提供一种梯度折射率荧光玻璃，适用于封装LED，提高LED的出光效率，同时具有良好的发光性能及优异的稳定性；且涉及的制备方法简单，适合推广应用。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种梯度折射率荧光玻璃，它包括玻璃基片(折射率为1.40～1.50，热膨胀系数为80～90×10-7/℃)及设置在其表面的多层荧光玻璃涂层，其中最内层荧光玻璃涂层的折射率大于玻璃基片的折射率，并且折射率由内向外逐层增加，形成梯度折射率；其中每一层荧光玻璃涂层分别以改性玻璃粉、荧光粉为原料，采用多层丝网印刷和低温烧结技术制备而成。上述方案中，所述改性玻璃粉和荧光粉的质量比为(40～80):(20～60)。上述方案中，所述改性玻璃粉由基础玻璃组分和折射率调节剂为原料制备而成，其中基础玻璃组分中各组分所占摩尔百分比为：P2O535～55％，ZnO25～45％，B2O38～12％，Al2O32～5％，R2O5～10％，其中R2O为Li2O、Na2O、K2O中的一种或几种；折射率调节剂的掺量占基础玻璃组分总摩尔量的5～20％。上述方案中，所述折射率调节剂为Ta2O5、Bi2O3、La2O3、Ga2O3、BaO、CaO中的一种或几种。上述方案中，加入的调节剂不仅能够显著提高荧光玻璃的而折射率，同时还能有效控制荧光玻璃的热膨胀系数，使得每层荧光玻璃涂层之间以及最内层荧光玻璃涂层与玻璃基片之间的线热膨胀系数差△α≤10×10-7/℃；从而确保在使用过程中消除相互之间存在的应力，防止荧光玻璃涂层开裂。上述方案中，所述改性玻璃粉在25～600℃的条件下的热膨胀系数为85～120×10-7/℃。上述方案中，所述改性玻璃粉的折射率为1.44-1.80。上述一种梯度折射率荧光玻璃的制备方法，它包括如下步骤：1)改性玻璃粉配料：按以下摩尔配比称取基础玻璃组分的各组分：P2O535～55％，ZnO25～45％，B2O38～12％，Al2O32～5％，R2O5～10％，其中R2O为Li2O、Na2O、K2O中的一种或几种；并称取占基础玻璃组分总摩尔量5～20％的折射率调节剂，称取折射率调节剂逐渐增加的若干组折射率调节剂粉末；将称取的粉料混合均匀，得不同折射率调节剂含量的配合料；2)制备不同折射率的改性玻璃粉将所得不同折射率调节剂含量的配合料分别以3～5℃/min的速率升温到1100～1200℃后保温2～3小时；然后分别倒入石墨模具中成型，并在350～450℃中退火1～1.5小时；将制备得到的玻璃块破碎，研磨1～2小时后过500目，分别得到不同折射率的改性玻璃粉；3)制备不同折射率的荧光玻璃浆料将所得不同折射率的改性玻璃粉和YAG:Ce荧光粉按(40～80):(20～60)的质量比均匀混合后加入溶剂和粘合剂，经磁力搅拌0.5～1小时后，得到不同折射率的荧光玻璃浆料；4)制备梯度折射率荧光玻璃利用丝网印刷技术，将不同折射率的荧光玻璃浆料按照折射率调节剂含量由小变大的顺序依次涂覆于载玻片上，待下层荧光玻璃浆料在100～150℃干燥10～15min后得玻璃涂层，再进行上层涂覆，且最内层的玻璃涂层的折射率大于玻璃基板的折射率，折射率由内向外，逐层增加，形成梯度折射率；最后进行烧结，烧结温度为500～600℃，升温速率为3～6℃/min，烧结时间为1～2小时，随炉冷却至室温后即得所述梯度折射率荧光玻璃。上述方案中，步骤3)中所述溶剂为乙醇、松油醇或聚乙烯醇。上述方案中，步骤3)中所述粘合剂为纤维素及其衍生物。优选的，所述步骤1)中称取2～6组折射率调节剂粉末.上述方案中，所述溶剂和粘合剂的质量比为(90～95):(5～10)。上述方案中，所述改性玻璃粉和YAG:Ce荧光粉的总质量与溶剂和粘合剂的总质量之比为1:(1～1.2)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术所述梯度折射率荧光玻璃具有梯度折射率结构，使用于进行LED封装，能够减少封装界面上由于折射率变化较大引起的光的全反射和菲涅尔反射，从而提高其出光效率。2)本专利技术采用Ta2O5、Bi2O3、La2O3等氧化物作为折射率调节剂，将其直接与基础玻璃组分混合调节改性玻璃粉的折射率，在简化荧光玻璃折射率调节工艺的前提下，可同时改性玻璃粉的膨胀系数，使所得荧光玻璃涂层与玻璃基片以及荧光玻璃涂层之间的膨胀系数差保持在较小区域内，防止涂层开裂，提高封装材料的稳定性。3)荧光玻璃涂层由于兼具晶体材料良好的发光性能及玻璃材料的高热稳定性，故而能够提高LED耐久性和色稳定性。4)制备工艺比较简单，适用于规模化生产。附图说明图1梯度折射率荧光玻璃涂层结构及其LED封装示意图；图2实施例3中不同Ba添加量所得改性玻璃粉的热膨胀曲线；图3实施例3中不同Ba添加量所得改性玻璃粉的折射率曲线。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种梯度折射率荧光玻璃，它包括玻璃基片及其表面的多层荧光玻璃涂层，其中最内层荧光玻璃涂层的折射率大于玻璃基片的折射率，并且折射率由内向外逐层增加，形成梯度折射率；各层荧光玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，它包括玻璃基片及设置在其表面的多层荧光玻璃涂层，其中最内层荧光玻璃涂层的折射率大于玻璃基片的折射率，并且折射率由内向外逐层增加，形成梯度折射率；其中每一层荧光玻璃涂层分别以改性玻璃粉、荧光粉为原料，采用多层丝网印刷和低温烧结技术制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，它包括玻璃基片及设置在其表面的多层荧光玻璃涂层，其中最内层荧光玻璃涂层的折射率大于玻璃基片的折射率，并且折射率由内向外逐层增加，形成梯度折射率；其中每一层荧光玻璃涂层分别以改性玻璃粉、荧光粉为原料，采用多层丝网印刷和低温烧结技术制备而成。2.根据权利要求1所述的梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，所述改性玻璃粉和荧光粉的质量比为(40～80):(20～60)。3.根据权利要求1所述的梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，所述改性玻璃粉以基础玻璃组分和折射率调节剂为原料制备而成，其中基础玻璃组分中各组分所占摩尔百分比为：P2O535～55％，ZnO25～45％，B2O38～12％，Al2O32～5％，R2O5～10％，其中R2O为Li2O、Na2O、K2O中的一种或几种；折射率调节剂的掺量占基础玻璃组分总摩尔量的5～20％。4.根据权利要求3所述的梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，所述折射率调节剂为Ta2O5、Bi2O3、La2O3、Ga2O3、BaO、CaO中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，改性玻璃粉在25～600℃的条件下的热膨胀系数为85～120×10-7/℃。6.根据权利要求5所述的梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，每层荧光玻璃涂层之间以及最内层荧光玻璃涂层与玻璃基片之间的线热膨胀系数差△α≤10×10-7/℃。7.根据权利要求1所述的梯度折射率荧光玻璃，其特征在于，所述改性玻璃粉的折射率为1.44-1.80。8.权利要求1～7任一项所述梯度折射率荧光玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)改性玻璃粉配料：按以下摩尔配比称取基础玻璃组分的各组分：P2O535...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏，卓永，许旭佳，陈思，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42