一种荧光玻璃光转换材料的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种荧光玻璃光转换材料的制备方法，并涉及以该荧光玻璃转换材料作为组成部分的发光器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]白光LED作为新型照明光源，具有节能及寿命长等诸多优点。现在普遍采用将蓝光芯片发出的蓝光与黄色发光荧光粉发出的黄光组合来获得白光，具体来说就是用硅胶或树脂与荧光粉的混合物作LED封装材料。这种传统封装方式有许多不足，具体如下:由于硅胶和树脂的耐热、耐温差以及耐酸碱等耐环境特性不是很充足，经过长时间的光照或经长时间热环境后，硅胶或树脂就易于变质发黄，减少LED的使用寿命。另外，如LED器件或器具的散热不良，则会易于导致工作温度升高，从而会使得荧光体的发光强度发生衰减，导致发光器件的发光效率下降。
[0003]中国发明专利CN201210125776公布了“包含荧光体的玻璃涂层及其制造方法、发光器件及其制造方法”，其中含荧光体的玻璃涂层为荧光体与玻璃的混合物，通过丝网印刷或静电喷涂的方法被制备在玻璃基板上，起光学波长转换作用。运用这种包含荧光体的玻璃涂层和蓝光LED芯片通过远程激发的方法可以制造LED发光器件。这种LED发光器件可以有效缓解散热问题。这种包含荧光体的玻璃涂层的制造方法也有其不足的地方，具体如下:1)由于玻璃粉末及荧光体的密度与溶剂的密度有较大的差异，在配置印刷浆料及印刷后热处理的过程中玻璃粉末及荧光体颗粒容易沉淀，因此在印刷一致性难以保证;2)丝网印刷的固有缺陷(印刷过程中的丝网网格会一定程度上限制浆料的流动)也会导致荧光玻璃涂层的局部不均匀；3)较厚的荧光玻璃涂层需要多次印刷才能达到要求，而每次印刷后都需要经历同样的热处理过程，因此生产效率不高。
【发明内容】
[0004]本发明目的是，提出一种荧光玻璃光转换材料的制备方法及应用。尤其是在玻璃基板上覆盖荧光玻璃薄片，然后利用热处理工艺将荧光玻璃薄片与玻璃基板融为一体，制造一种荧光玻璃光转换材料，以有效解决传统荧光玻璃涂层制造工艺的缺陷，提高荧光玻璃光转换材料制造工艺的一致性，并大幅提高制造效率。本发明还提出以上述荧光玻璃光转换材料为组成部分的发光器件的制造方法。
[0005]本发明的技术方案是，荧光玻璃光转换材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006]1)将质量比为100:1?100:150的玻璃B与荧光体C混合物装进氧化铝或Pt坩祸;将坩祸放进加热装置(如电炉)，并通电加热至温度范围为500°C?1200°C (全融化在1000-1200°C的较高温度)；在温度Τι所述混合物被熔化，并同时被搅拌，混合物熔体得以混合均匀;混合物熔体在h保温1?5小时；
[0007]2)将装混合物熔体的坩祸在h温度处直接退出加热装置，并将熔体倾倒进(特制的)模具造型，冷却后即获得了具有特定形状的荧光玻璃块材;模具的型腔可以呈正方体型、或长方体型、或圆柱体型;正方体、或长方体、或圆柱体，其厚度在0.5mm?30mm;
[0008]3)将获得的荧光玻璃块材利用激光或机械切割成一定尺寸的荧光玻璃薄片，荧光玻璃薄片的厚度为0.1mm?1mm;
[0009]4)将获得的荧光玻璃薄片放置在玻璃基板A上，并进行热处理；所述热处理过程为:升温至T2，使得荧光玻璃薄片软化与玻璃基板Α粘连，冷却后即可获得透明的荧光玻璃光转换材料;升温时间为10分钟一 10小时;T2不应低于玻璃B的软化温度，且温度1~2低于玻璃Α的玻璃化转变温度10°C以上；降温时间为20分钟-10小时。玻璃Β是具有低于玻璃Α软化温度的玻璃。
[0010]玻璃基板A可以是含碱玻璃、无碱玻璃或石英玻璃等其他种类的氧化物或是氟氧化物玻璃，也可以是利用含碱玻璃、无碱玻璃或石英玻璃等其他种类的氧化物或是氟氧化物玻璃制备成的磨砂玻璃。
[0011 ]作为本领域公知常识，玻璃基板A和玻璃B应该有相近的热膨胀系数，以免烧结后或使用过程中发生开裂现象。
[0012]作为本领域公知常识，玻璃B和玻璃基板A应该具有相近的折射率nB和nA，以避免光线在荧光玻璃与玻璃基板A的界面处传输时发生损失，影响发光器件的光效。
[0013]玻璃B为低熔点(软化温度点)玻璃系列，应优选含Bi203、P205、La203、Nb205、B203的低熔点氧化物玻璃。在不造成环境污染的前提下，也可以考虑含PbO的低熔点氧化物玻璃。除上述的氧化物玻璃以外，低熔点氟氧化物玻璃亦是优选系列。这是因为通常情况下，含氟的玻璃会与荧光体有较好的亲和性，大致的得到的含荧光体玻璃层更加致密均质。玻璃B的更优选应是，Si02-Nb205 系、Si02-La203 系、Si02-B203、Si02-P205 系、Ρ205_Ζη0 系、B2O3-F 系、P2O5-F系、Si02-B203-La203系等低熔点玻璃。根据熔点、玻璃转化温度、化学稳定性以及热膨胀特性的具体要求，在上述玻璃组成系列中可适当添其他的成分。
[0014]为了使荧光体C受激发出的光线与LED蓝光芯片发出的蓝光混合后可以获得较高品质的白光，荧光体C可以是黄色发光荧光粉。为了提高白光的显色指数，荧光体也可以是绿色发光荧光粉与红色发光荧光粉的混合物，或者是黄色发光荧光粉与少量红色发光荧光粉的混合物。荧光体C可以由本领域技术人员根据实际需要进行选择。
[0015]所述荧光玻璃光转换材料的制备方法还可以采用如下的工艺步骤:
[0016](1)将玻璃B粉碎成细小的颗粒，其粒径分布为d5Q= 1微米?45微米；
[0017](2)将玻璃B的粉末与荧光体C的粉末充分混合，然后模压成特殊的物理形状，可以呈正方体型、或长方体型、或圆柱体型;正方体、或长方体、或圆柱体的厚度在0.5mm?30mm;
[0018](3)将模具缓慢加热至温度T3，T3—般在500°C?850°C的较低温度，使得低熔点玻璃B的粉末开始软化，彼此之间发生粘连，并包覆荧光体C;温度T3高于低熔点玻璃B的软化温度，但低于低熔点玻璃Β的熔化温度，且低于玻璃基板Α的软化温度10°C以上;升温时间为10分钟一 10小时;缓慢冷却至室温即获得了荧光玻璃光转换材料的块材；降温时间为20分钟-10小时；
[0019](4)将获得的荧光玻璃块材利用激光或砂轮切割成一定厚度的荧光玻璃薄片，薄片的厚度为0.1mm?1mm;
[0020](5)将获得的荧光玻璃薄片放置在玻璃基板A上，并进行热处理;所述热处理过程为:升温至T2，使得荧光玻璃薄片软化与玻璃基板Α粘连，冷却后即可获得透明的荧光玻璃光转换材料;升温时间为10分钟一 10小时;T2不应低于玻璃B的软化温度，且温度1~2低于玻璃Α的玻璃化转变温度10°C以上;降温时间为20分钟-10小时。
[0021]采用经上述制造办法得到的荧光玻璃光转换材料制造的发光器件的结构示意图如图2所示:该发光装置采用LED远程激发的方式，S卩LED芯片5与荧光玻璃光转换材料之间有物理间隙；各种形状的发光器件应包含图中所示意的热沉4(或支架)，LED蓝光芯片5，芯片的电极引线6。更重要的是必须使用本专利所述包含有荧光玻璃光转换材料的玻璃基板A作为上述LED芯片的光转换材料，玻璃基板A包含荧光玻璃光转换材料的一面可以面对LED芯片5所发出的光线，也可以背对LED芯片5所发出的光线。
[0022]LED蓝光芯片5可以是宝石(A1203)衬底上生长的蓝光芯片，也可以是SiC衬底上生长的蓝光芯片，或者是以Si为衬底生长的蓝光芯片等，总之可以是所有发蓝光的LED光源；所述LED芯片5可以是单颗LED芯片，也可以是由多颗或多组LED芯片组成的芯片组，其目的是提供所需的蓝光发光光源。
[0023]通过电极6给LED芯片5接通电源，LED蓝光芯片4就可以发出蓝光，如图2中的7和9所示。
[0024]经LED芯片5发出的蓝光，荧光玻璃光转换材料2中的荧光体3就会受激发光，根据所选择荧光体的不同，荧光体会发出黄光、绿光或红光，亦或者是上述三种光中的某两种光的混合光线。具体荧光体发出何种光线取决于荧光体3，而该荧光体则要根据不同的应用目的来选择。
[0025]LED芯片5发出的蓝光与焚光体3受激发出的光线相混合即可发出白光。
[0026]LED芯片5还可以是紫光芯片，通过电极6给LED芯片5接通电源，LED芯片5就可以发出紫外光;相对应地，荧光体3必须是两种以上的LED荧光体的混合物，如LED黄绿色荧光粉和LED红色荧光粉的混合物，或者是LED绿色荧光粉、LED蓝色荧光粉及LED红色荧光粉的混合物。
[0027]由于本发明制造的荧光玻璃光转换材料是在玻璃基板上覆盖荧光玻璃薄片，然后利用热处理工艺使得薄片与玻璃基板融为一体的制造工艺来制造荧光玻璃光转换材料，可以有效解决传统荧光玻璃光转换涂层制造工艺的缺陷，提高荧光玻璃光转换材料制造工艺的一致性，并大幅提高制造效率。
【附图说明】
[0028]图1是荧光体玻璃光转换材料的结构示意图。
[0029]图2是利用荧光玻璃光转换材料制造的发光器件的结构示意图。
[0030]以上图中，1是玻璃基板A，2是荧光玻璃光转换材料，3是荧光玻璃光转换材料2中包含的荧光体C，4是热沉(或支架)，5是LED芯片，6是LED芯片的电极，7和9是LED芯片在通电后发出的光线，8和10是荧光玻璃光转换材料2中包含的荧光体C受激发后发出的光线。
具体实施例:
[0031 ]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0032]实施例1，以图1对荧光玻璃光转换材料的制造方法进行详细说明。
[0033]玻璃基板A是厚度为1毫米的普通钠钙玻璃，，其在460纳米波长处的折射率约为1.52。玻璃化转变温度为570°C，软化温度为620°C ；
[0034]玻璃B为一种低熔点磷酸盐玻璃，组分包含P205:41%,Zn0:34%, B2O3:19%,(Li203%+N