一种微晶玻璃及其制备工艺以及远程暖白光LED器件的制作方法

本发明涉及LED白光照明技术领域，尤其是涉及一种微晶玻璃及其制备工艺以及远程暖白光LED器件。

背景技术：

作为第四代照明的白光LED具有高光效、长寿命、响应快、节能环保等优点，在世界照明市场的份额正日益扩大。当下，主流白光LED的实现方式是采用蓝光LED芯片耦合Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺黄色荧光材料，通过点胶工艺将混有荧光粉的有机硅胶直接涂覆在蓝光LED芯片表面。然而，随着使用时间推移，白光LED产品的光效会逐渐降低、色度也会发生漂移。究其原因，主要是由于有机硅胶材料的抗热和耐辐射性能差，容易发生黄化，从而严重降低LED的使用寿命。近年来，基于全无机封装材料的白光LED受到人们广泛关注。尤其是，镶嵌Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺晶体的透明微晶玻璃，由于其制备技术简单、热学和化学性能稳定，热导率较高，易于加工成平板状或者灯泡状，并远离LED芯片进行远程封装，已然成为LED领域的研究热点。

为了解决上述问题，专利CN201010533651公开了一种稀土掺杂钇铝石榴石微晶玻璃材料。将原料Y₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、和稀土元素氧化物按一定的比例准确称量，混合均匀后高温下形成熔体，而后迅速急冷成型，再经过析晶处理制得发光微晶玻璃。虽然，该微晶玻璃在蓝光激发下能发射黄光，但发射光谱中缺少红色成分，致使器件的色温较高、显色指数较低，制约了该材料在室内照明中的应用。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于远程暖白光LED的微晶玻璃及其制备工艺，目的在于制备出物化性能稳定、可被蓝光高效激发、发射橙光的远程白光LED荧光材料。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃组分及含量(mol％)如下：SiO₂为23-26％、Sb₂O₃为17-21％、BaO为8-10％、Y₂O₃为26-29％、Al₂O₃为17-20％、CeO₂为0.1-2％、稀土氧化物ReO为0.5-2％，其中，Re选自Pr、Sm、La、Tb、Gd中的一种或几种。

优化的，微晶玻璃组分及含量(mol％)如下：SiO₂为21％、Sb₂O₃为18％、BaO为9％、Y₂O₃为25％、Al₂O₃为24％、CeO₂为1％、稀土氧化物ReO为2％。

优化的，微晶玻璃组分及含量(mol％)如下：SiO₂为24％、Sb₂O₃为20％、BaO为8％、Y₂O₃为27％、Al₂O₃为18％、CeO₂为1.1％、稀土氧化物ReO为1.9％。

优化的，微晶玻璃组分及含量(mol％)如下：SiO₂为27％、Sb₂O₃为20％、BaO为9％、Y₂O₃为25％、Al₂O₃为17％、CeO₂为0.3％、稀土氧化物ReO为1.7％。

优化的，微晶玻璃组分及含量(mol％)如下：SiO₂为30％、Sb₂O₃为17％、BaO为9.5％、Y₂O₃为22％、Al₂O₃为20％、CeO₂为0.5％、稀土氧化物ReO为1％。

一种微晶玻璃的制备方法，其特征在于，制作上述的双层结构远程的荧光体，包括如下步骤：

步骤1，将原料粉体按照配比精确称量装入球磨罐中，再加入与混合料等质量且大小不同的玛瑙球，在球磨机上球磨；

步骤2，将混合均匀的玻璃粉料移入刚玉坩埚并置入电阻炉中加热，使之充分熔融；

步骤3，将玻璃熔体快速倒入模具中成形，并放入电阻炉中消除内应力，从而得到块状前驱玻璃；

步骤4，将获得的前驱玻璃放入电阻炉中加热，进行等温热处理并随炉冷却，使之发生部分晶化，获得块状微晶玻璃。

进一步的，步骤2中玻璃粉料熔融温度为1200-1400℃，保温时间为2-5小时。

进一步的，步骤3中前驱玻璃退火温度为600-800℃，退火时间为0.5-2.5小时。

进一步的，步骤4中微晶玻璃退火温度为900-1100℃，退火时间为1-2小时。

一种远程暖白光LED器件，包括灯体设置于灯体内的蓝光LED芯片，其特征在于：还包括上述的微晶玻璃，该微晶玻璃设置于灯体的灯口处。

由上述对本发明的描述可知，本发明提供的微晶玻璃及其制备工艺，可以获得在氧化物玻璃基体中均匀镶Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂：Ce，Re晶粒的透明微晶玻璃。

本发明选择SiO₂-Sb₂O₃-BaO-Y₂O₃-Al₂O₃玻璃体系，通过调整Sb₂O₃、BaO与SiO₂的配比有效调节玻璃折射率，实现Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂：Ce，Re微晶与玻璃基质的折射率匹配，减少散射，提高微晶玻璃的透明度，本发明的微晶玻璃制备工艺简单、反应条件易于控制、成本低廉，无毒无污染，具有良好的热学和化学稳定性。

使用上述微晶玻璃构建的远程暖白光LED器件，在纳米蓝光激发下，发出明亮的橙光，橙光与芯片蓝光组合形成暖白光。

附图说明

图1为实例1中微晶玻璃样品的X射线衍射图。

图2为实例1中微晶玻璃样品的扫描电镜照片。

图3为实例1中微晶玻璃样品的激发、发射光谱。

图4为实例1中微晶玻璃样品的内量子效率测试曲线。

图5为微晶玻璃构建的远程暖白光LED器件的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

一种微晶玻璃，其特征在于，所述微晶玻璃组分及含量(mol％)如下：SiO₂为23-26％、Sb₂O₃为17-21％、BaO为8-10％、Y₂O₃为26-29％、Al₂O₃为17-20％、CeO₂为0.1-2％、稀土氧化物ReO为0.5-2％，其中，Re选自Pr、Sm、La、Tb、Gd中的一种或几种。

具体实施例一：

一种微晶玻璃的制备方法，其特征在于，制作上述的双层结构远程的荧光体，包括如下步骤：

步骤1，将21SiO₂-18Sb₂O₃-9BaO-25Y₂O₃-24Al₂O₃-1CeO₂(mol％)和粉稀土氧化物0.5Pr₆O₁₁-0.2Sm₂O₃-0.8La₂O₃-0.5Tb₄O₇粉体原料按照配比精确称量装入球磨罐中，再加入与混合料等质量且大小不同的玛瑙球，在球磨机上球磨2小时；

步骤2，将混合均匀的玻璃粉料移入刚玉坩埚并置入电阻炉中加热，在1300℃温度条件下保温3小时使之充分熔融；

步骤3，将玻璃熔体快速倒入模具中成形，并放入电阻炉中于650℃退火2小时以消除内应力，从而得到块状前驱玻璃；

步骤4，将获得的前驱玻璃放入电阻炉中加热到950℃后，进行2小时等温热处理并随炉冷却，使之发生部分晶化，获得块状微晶玻璃。

如图1所示，X射线衍射图谱表明在玻璃基体中析出了Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂：Ce微米晶相。

如图2所示，扫描电镜结果表明Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂：Ce微米晶均匀地分布在玻璃基体之中。

如图3所示，用FLS920荧光光谱仪测量样品室温下的激发和发射光谱。

如图4所示，在监控Ce³⁺离子600纳米发射的激发谱上，探测到对应于Ce³⁺:4f→5d跃迁的蓝光波段(中心波长为475纳米)的激发带；在475纳米激发的发射谱上，出现对应于Ce³⁺:5d→4f跃迁的强的橙光发射(中心波长为600纳米)；微晶玻璃样品的发光量子效率为67.4％。

具体实施例2-4：

改变实施例1的原料配比(见表1，表2)，保持工艺条件不变，分别获得相应的微晶玻璃。采用远程封装技术将额定功率为3W、发射波长为475纳米的蓝光芯片与微晶玻璃玻璃封装成LED器件，并对其进行性能测试。所有的远程微晶玻璃玻璃片经蓝光芯片激发后均发射橙光，橙光与透过微晶玻璃的蓝光组合产生明亮的暖白光。

表1本实施例2-4中玻璃原料配比

表2本实施例2-4中Re原料配比

参照图5所示，

一种远程暖白光LED器件，包括灯体1、蓝光芯片2、反光杯3、混光腔4和微晶玻璃5；蓝光芯片2设置于灯体1内，蓝光芯片2为额定功率为3W、发射波长为475纳米的蓝光芯片；反光杯2位于蓝光LED芯片1的正上方；在灯体1的灯口处安装平板形状的微晶玻璃5，混光腔4为蓝光芯片2和微晶玻璃5之间所有光线可能达到的空间，蓝光芯片2和微晶玻璃5发出的光线在混光腔4内经过涂有高反射材料的反光杯3多次反射后重新被提取出来，混光腔4使LED灯具出光非常均匀，无需使用散光板即可得到均匀、舒适的光线。远程微晶玻璃片经蓝光芯片激发后发射橙光，橙光与透过微晶玻璃的蓝光组合产生明亮的暖白光。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。