一种Ce:YAG荧光玻璃及其制备方法和在白光LED中的应用与流程

本发明属于无机发光材料技术领域，特别涉及一种运用气相传输平衡法(vte)制得的ce：yag荧光玻璃及其制备方法和在白光led中的应用。

背景技术：

白光led被称为第四代照明光源，与传统照明光源相比，其具有节能环保、寿命长(万小时)、高效等优点。商业上常见的白光led是由蓝光ingan芯片和ce:yag黄色荧光粉封装在一起实现，其中的封装过程大部分是将ce:yag荧光粉混合在环氧树脂或传统硅胶中，然后直接涂覆在蓝光芯片表面。这种封装方式存在散热和折射率不匹配的问题，在白光led工作时会产生大量的热量，从而出现有机封装材料(环氧树脂/传统硅胶)极易发生黄化和老化的问题，导致白光led的发光寿命显著降低和严重的色坐标漂移，因此，无法满足高功率白光led的照明需求；此外，ce：yag荧光粉微粒的折射率n＝1.84，而环氧树脂/传统硅胶的折射率n＝1.55，存在折射率不匹配，造成光散射损失严重，影响白光led的发光效率。为了解决白光led的上述问题，研发一种发光效率高、热导率高、物化性能稳定的新型固体发光材料很有必要，也是发展白光led技术的一个最新方向。

针对白光led存在的问题，各国学者做了一系列探究实验，得出一些解决方法。改变荧光粉的基质就是其中之一，如改用玻璃、微晶玻璃、陶瓷等等。在无机玻璃基体中均匀分布荧光粉颗粒，再封装到蓝光芯片表面；蓝光激发ce：yag荧光粉得到的黄光耦合漏出的蓝光实现白光。玻璃的热导率比环氧树脂粘结剂大，化学稳定性高，可以有效保护荧光颗粒，使其光色稳定，使用寿命长。因此，可以代替荧光涂敷这一方式，可有效解决白光led光衰的问题。

目前出现的某些用于白光led荧光玻璃材料的专利技术，如下：

温州大学申请的中国发明专利cn105523715a，“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”，公开了一种低熔点透明荧光玻璃的制备方法，玻璃基体组分为b2o3-bi2o3-teo2-zno-na2o-sb2o3-nano3，掺入ce:yag荧光粉共烧结成荧光玻璃。该荧光玻璃材料配方组分较多，且原料teo2、sb2o3价格较贵，不适合民用白光led规模生产，且ce:yag荧光粉在荧光玻璃中分布不均匀，发光效果不好。

苏州工业园区晶冠瓷材料科技有限公司申请的中国发明专利cn105399325a，“用于白光led的ce：yag荧光玻璃及其制备方法”公开了一种用于白光led的荧光玻璃及其制备方法，其玻璃基体组分为pbo-b2o3-zno-sio2，掺入ce:yag荧光粉共烧结成荧光玻璃。该荧光玻璃的原料中含有pbo，生产过程中可能存在环境污染问题，不易于大规模民用白光led的生产。

低熔点荧光玻璃的制备方法及其在白光led中的应用的发表文献和公开专利已经有很多，但总结后可能都存在两个问题：1)基质玻璃制备配方复杂，且熔融温度过高造成能源浪费。2)材料组成设计不尽合理，掺入荧光粉后光学性能较差。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种运用气相传输平衡法(vte)制得的ce：yag荧光玻璃及其制备方法和在白光led中的应用，所述的ce:yag荧光玻璃的制备实现了熔融玻璃温度低、时间短，且ce:yag荧光粉在荧光玻璃中仍具有较高的发光性能，易于民用白光led大批量生产的要求，应用于白光led后，白光led物理化学性质稳定、热导率高、无污染。

本发明的技术方案如下：

一种ce:yag荧光玻璃，其由以下有效材料制成：质量分数为1:0.01-0.05的a组分原料和ce:yag荧光粉，其中，a组分原料为摩尔分数之和为100％的10-50mol％bi2o3、30-80mol％b2o3和5-20mol％zno。

优选为，所述的bi2o3、b2o3和zno均为分析纯原料。

本发明还公开了一种上述的ce:yag荧光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)玻璃料混合熔融：按权利要求1所述的bi2o3、b2o3和zno的摩尔质量分数配比研磨后混合放入坩埚中，将坩埚置于750℃-950℃马弗炉中熔化，保温在0.5-2小时，接着马上倒入模具中急冷，形成透明基质玻璃；

(2)玻璃粉混合荧光粉：将玻璃研磨成玻璃粉末并过100-300目筛，将研磨得到的玻璃粉末与ce:yag荧光粉混合，其中二者质量分数为1:0.01-0.05；

(3)气相传输平衡方法共烧结：将混合的粉末倒入内层的刚玉坩埚中，并将此刚玉坩埚放在有碳粉的中层大坩埚中，再将双坩埚埋入外层坩埚中的黄沙里，温度设置在600℃-750℃范围内，保温0.2-1h并进行退火，冷却至室温制得荧光玻璃。

优选为，步骤(1)中所述的坩埚结构为三层。

优选为，所述的坩埚为刚玉坩埚或铂金坩埚。

本发明还公开了上述的ce:yag荧光玻璃在白光led中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

一、本发明以bi2o3-b2o3-zno为基质玻璃体系，zno能有效降低基质玻璃的熔融温度，防止ce:yag荧光粉在高温下分解变性，b2o3作为玻璃网络调节体，bi2o3作为玻璃形成体，均有利于获得熔点低、透明度高的基质玻璃；

二、本发明用气相传输平衡(vte)制备荧光玻璃的方法，基质玻璃原料的熔融和混合ce:yag荧光粉后的vte共烧结不需要外界提供过高的温度，而且制备过程中无有害气体排放，实现了节能环保；

三、本发明所制得的荧光玻璃，ce:yag微米颗粒较均匀地分布在荧光玻璃中，ce:yag荧光粉中受460-470nm蓝光激发能形成黄光的有效离子为三价铈离子，较难被氧化变成不能受激发成黄光的四价铈离子，所以具有更好的发光性能。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为实施例1制得的ce:yag荧光玻璃的实物图；

图2为实施例1制得的ce:yag荧光玻璃与蓝光ingan芯片耦合后实物样品的发光照片；

图3为实施例1制得的ce:yag荧光玻璃与蓝光ingan芯片耦合的光谱图；

图4为实施例1制得的ce:yag荧光玻璃的发射光谱图；

图5为实施例1制得的ce:yag荧光玻璃的激发光谱图；

图6为实施例1制得的ce:yag荧光玻璃与蓝光芯片耦合后的白光色品图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

按25mol％bi2o3，70mol％b2o3，5mol％zno的配比称量，将其混合均匀后置于刚玉坩埚中，放入900℃的马弗炉中保温2小时得到基质玻璃，然后对冷却的玻璃进行研磨过200目筛，取一定量的玻璃粉末与ce:yag荧光粉混合，其中，ce:yag荧光粉占玻璃粉末的质量分数5％，通过气相传输平衡方法共烧结，温度设置在600℃，保温0.2h并进行退火，冷却至室温制得荧光玻璃，如图1所示。

采用荧光光谱仪(fls8900，英国爱丁堡instruments公司)对上述所得的ce:yag荧光玻璃进行测定，所得的发射谱图如图4所示，在470nm波长激发下，它的发射波长位于548nm，对应于ce³⁺的5d1→²f7/2的电子跃迁。激发谱图如图5所示，激发谱图为一宽带，其中心在470nm，对应于ce³⁺的4f→5d的跃迁。将荧光玻璃与460nm的蓝光芯片耦合，发出明亮的白光，如图2所示。光谱图如图3所示，其发射峰为一宽带峰。耦合后的白光色品图如图6所示，色坐标点落在白光区域内。

实施例2

按25mol％bi2o3，70mol％b2o3，5mol％zno配比称量，将其混合均匀后置于刚玉坩埚中，放入900℃的马弗炉中保温2小时得到基质玻璃，然后对冷却的玻璃进行研磨过200目筛，取一定量的玻璃粉末与ce:yag荧光粉混合，其中，ce:yag荧光粉占玻璃粉末的质量分数3％，通过气相传输平衡方法共烧结，温度设置在600℃，保温0.2h并进行退火，冷却至室温制得荧光玻璃。

实施例3

按25mol％bi2o3，70mol％b2o3，5mol％zno配比称量，将其混合均匀后置于刚玉坩埚中，放入900℃的马弗炉中保温2小时得到基质玻璃，然后对冷却的玻璃进行研磨过200目筛，取一定量的玻璃粉末与ce:yag荧光粉混合，其中，ce:yag荧光粉占玻璃粉末的质量分数1％，通过气相传输平衡方法共烧结，温度设置在600℃，保温0.2h并进行退火，冷却至室温制得荧光玻璃。

实施例4

按35mol％bi2o3，60mol％b2o3，5mol％zno配比称量，将其混合均匀后置于刚玉坩埚中，放入900℃的马弗炉中保温2小时得到基质玻璃，然后对冷却的玻璃进行研磨过200目筛，取一定量的玻璃粉末与ce:yag荧光粉混合，其中，ce:yag荧光粉占玻璃粉末的质量分数5％，通过气相传输平衡方法共烧结，温度设置在600℃，保温0.2h并进行退火，冷却至室温制得荧光玻璃。

实施例5

按35mol％bi2o3，60mol％b2o3，5mol％zno配比称量，将其混合均匀后置于刚玉坩埚中，放入900℃的马弗炉中保温2小时得到基质玻璃，然后对冷却的玻璃进行研磨过200目筛，取一定量的玻璃粉末与ce:yag荧光粉混合，其中，ce:yag荧光粉占玻璃粉末的质量分数3％，通过气相传输平衡方法共烧结，温度设置在600℃，保温0.2h并进行退火，冷却至室温制得荧光玻璃。

实施例6

按35mol％bi2o3，60mol％b2o3，5mol％zno配比称量，将其混合均匀后置于刚玉坩埚中，放入900℃的马弗炉中保温2小时得到基质玻璃，然后对冷却的玻璃进行研磨过200目筛，取一定量的玻璃粉末与ce:yag荧光粉混合，其中，ce:yag荧光粉占玻璃粉末的质量分数1％，通过气相传输平衡方法共烧结，温度设置在600℃，保温0.2h并进行退火，冷却至室温制得荧光玻璃。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。