一种Ce:YAGG复合玻璃材料及其制备和应用的制作方法

文档序号:25543862发布日期:2021-06-18 20:41
一种Ce:YAGG复合玻璃材料及其制备和应用的制作方法
本发明涉及一种ce:yagg复合玻璃材料及其制备和在制备led和ld中的应用。
背景技术
:作为第四代照明光源,白光led因节能环保、寿命长、使用电压低、响应快等优点,在室内外、特种照明领域领域受到广泛应用。常见的商用白光led是用硅胶或环氧树脂包yag:ce荧光粉后直接涂敷在蓝光ingan芯片上制成的。然而这种封装方式存在三个问题:(1)由于传统有机封装材料的热导率太差,在长时间的热辐射的工作环境中容易老化、黄化,导致led光衰、色坐标偏移,降低了其使用寿命;(2)、yag:ce荧光粉颗粒折射率与有机封装材料折射率不匹配,同样会导致光散射损失;(3)、yag:ce荧光粉发射光谱中红光成分不足,封装成的白光led器件显色指数偏低、色温偏高使其难以得到暖白光。因而,具有热导率高、结构稳定、光输出性能良好且兼有显色指数、色温可调等特性的新型光学材料正成为半导体照明技术研究的热点。为了解决上述存在的问题,科研工作者对此进行深入研究并提出了多种解决方案。使用共掺杂的红色发光离子,如pr3+、mn2+、或cr3+,由于它们缺乏尖锐的红色排放,不是实现温暖白光的有效方法。通过添加gd或mg-si可以增加yag:ce的红色排放。然而,能源损失和效率下降是不可避免的。因此,如果一个稳定的发光材料,由于丰富的红色排放可以成为透明陶瓷,它可能是非常有希望的hp-wled和ld照明,有舒适的温暖白光。使用低熔点玻璃作为封装荧光粉的基质,简称pig(phosphor-in-glass)。制备pig有两种方法:玻璃析晶和低温共烧结,其中低温共烧结因工艺简单、成本低,成为目前主流的制备方法。通过检索:中国专利cn103183473a“用于白光led的ce:yag微晶玻璃及其制备方法”公开了含ce:yag微晶的低熔点微晶玻璃的制备方法。但因该材料中只含发黄光的ce:yag微晶,缺少红光成分,导致与蓝光led芯片封装后的白光led器件显色指数不高。最近,一种高效的红色荧光粉caalsin3:eu2+,具有最佳的耐热稳定性、量子效率和化学稳定性,因此建议加入到yag:cepig里,但在陶瓷烧结过程中需要仔细处理这种氮化物红色荧光粉的氧化分解。目前led照明正在向特种照明发展,对大功率照明器件在高亮度、长寿命以及照射距离等方面要求越来越高。与led照明相比,激光照明的效率和亮度更高,可调制性更好,可以通过加大输入功率来提高亮度,而高功率产生的高温高热对材料的导热性、可靠性和封装模式均提出更高要求。通过检索:中国专利cn111285683a“具有高稳定性的大功率激光照明用荧光陶瓷及其制备方法”公开了ce:luag荧光陶瓷的制备方法及在大功率激光照明的应用,但光效较低、显色指数偏低。因yagg石榴石通过改变晶体场分裂具有可调谐发光,因此,有必要研发发光效率高、显色指数高、热稳定性好的新型荧光转换材料,以满足大功率led/ld的发展需求。技术实现要素:本发明要解决的第一个技术问题是提供一种ce:yagg复合玻璃材料。本发明要解决的第二个技术问题是提供一种ce:yagg复合玻璃材料的制备方法。本发明要解决的第三个技术问题是提供所述ce:yagg复合玻璃材料在制备白光led中的应用。本发明要解决的第四个技术问题是提供所述ce:yagg复合玻璃材料在制备ld激光照明中的应用。本发明为解决上述问题所采用的技术方案:第一方面,本发明提供了一种ce:yagg复合玻璃材料,包括玻璃基体和ce:yagg荧光粉,所述的玻璃基体由以下组分组成,各组成的质量百分比含量表示如下:sio2:40~60%,b2o3:15~20%,cao:1~6%,na2o:15~35%;所述的ce:yagg荧光粉的含量为玻璃基体的10-60wt%,该ce:yagg荧光粉镶嵌在玻璃基体中。作为优选,所述玻璃基体的组成为:sio2:40-45%,b2o3:15-20%,cao:4-6%,na2o:30-35%。进一步优选所述玻璃基体的组成为:sio2:40%,b2o3:20%,cao:5%,na2o:35%。第二方面,本发明提供了一种ce:yagg复合玻璃材料的制备方法,包括如下步骤:(1)将sio2、b2o3、cao、na2o粉体原料按照组分配比称量,然后放入研钵中,均匀混合研磨后置于坩埚中加热到1300-1400℃,保温10-20min,熔融淬冷,获得基玻璃;(2)将步骤(1)获得的基玻璃用玛瑙研钵研磨成粉体,然后加入ce:yagg荧光粉,混合均匀、置于涂覆了纳米al2o3层的刚玉坩埚中,放入马弗炉中加热800-900℃并保温10-20min使之熔融成型,然后随炉冷却获得ce:yagg复合玻璃材料。作为优选,所用坩埚为刚玉坩埚。作为优选,步骤(1)中,基玻璃熔制温度为1300℃,熔制时间为10分钟。作为优选,步骤(2)中,加热至850℃,保温时间为15分钟。第三方面,本发明提供了所述ce:yagg复合玻璃材料与蓝光led芯片耦合制备白光led的应用。作为优选,所述的ce:yagg复合玻璃材料中,所述玻璃基体的组成为:sio2:40%,b2o3:20%,cao:5%,na2o:35%;所述的ce:yagg荧光粉的含量为玻璃基体的50wt%。该ce:yagg复合玻璃材料具有较高的光效和显色指数。第四方面,本发明提供了所述ce:yagg复合玻璃材料在制备蓝色激光激发的ld照明中的应用。作为优选,所述的ce:yagg复合玻璃材料中,所述玻璃基体的组成为:sio2:40%,b2o3:20%,cao:5%,na2o:35%;所述的ce:yagg荧光粉的含量为玻璃基体的10wt%。该ce:yagg复合玻璃材料具有较高的光效和显色指数。与现有技术相比,本发明的优点是:(1)本发明提供了一种ce:yagg复合玻璃材料的制备方法,以sio2-b2o3-cao-na2o基玻璃体系,引入ce:yagg荧光粉,通过高温熔融工艺,在空气氛围中制备得到了ce:yagg复合玻璃材料,该制备工艺简单、成本低、易于批量生产。(2)本发明提供的ce:yagg复合玻璃材料具有高量子效率、良好的光学性能(发光强度高、亮度高)和热稳定性。(3)本发明制备的ce:yagg复合玻璃材料应用于白光led,表现出高光效和高显指,可应用于大功率长时间的led照明。(4)本发明制备的ce:yagg复合玻璃材料应用于白光ld,表现出高饱和阈值、高光通量和高光效,可应用于大功率长时间的ld照明。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。图1为本发明实施例1-6制备的ce:yagg复合玻璃材料在常光(上方)和紫外灯(下方)下的样品图(从左至右分别对应实施例1-6);图2为本发明实施例1-6制备的同ce:yagg复合玻璃材料的xrd图;图3为本发明实施例1-6制备的ce:yagg复合玻璃材料的荧光图;图4为本发明实施例5、对比例1制备的ce:yagg复合玻璃材料和ce:yagg荧光粉的量子效率图;图5为用本发明实施例5制备的ce:yagg复合玻璃材料匹配的led图;图6为用本发明实施例1制备的ce:yagg复合玻璃材料制备的ld激光照明的照片;图7为用本发明实施例1制备的ce:yagg复合玻璃材料匹配的ld图;图8为本发明实施例5制备的ce:yagg和ce:yagg荧光粉变温图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。实施例1-6按以下表1称取质量比例的原料进行混合研磨均匀,装入刚玉坩埚后放置于高温炉中,升温至1300℃,保温10min,倒入冷水中淬冷,获得前驱玻璃。获得的前驱玻璃研磨成粉,加入表1所示的掺杂量的ce:yagg荧光粉,研磨、置于涂抹了纳米al2o3层的坩埚中,放入高温熔融炉加热至850℃并保温15min使之熔融成型,使之随炉冷却获得ce:yagg复合玻璃材料。制备得到的ce:yagg复合玻璃材料在常光和紫外光下的样品图如图1所示,xrd图如图2所示,荧光发射图谱如图3所示。表1实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6sio240wt%40wt%40wt%40wt%40wt%40wt%b2o320wt%20wt%20wt%20wt%20wt%20wt%cao5wt%5wt%5wt%5wt%5wt%5wt%na2o35wt%35wt%35wt%35wt%35wt%35wt%ce:yagg10wt%20wt%30wt%40wt%50wt%60wt%量子效率82%85%88%90%95%92%对比例1按以下表2称取质量比例的原料进行混合研磨均匀,装入刚玉坩埚后放置于高温炉中,升温至1300℃,保温10min,倒入冷水中淬冷,获得前驱玻璃。获得的前驱玻璃研磨成粉,加入表2所示的掺杂量的ce:yagg荧光粉,研磨、置于涂抹了纳米al2o3层的坩埚中,放入高温熔融炉加热至850℃并保温15min使之熔融成型,使之随炉冷却获得ce:yagg复合玻璃材料。表2实施例5和对比例1制备的ce:yagg复合玻璃材料以及商业ce:yagg荧光粉的量子效率图如图4所示,由图可见,利用本发明的基玻璃制备得到的ce:yagg复合玻璃材料相比于利用对比例1的基玻璃制备得到的ce:yagg复合玻璃材料具有更高的量子效率。实施例7将实施例5所制备的ce:yagg复合玻璃材料切割成1*1*0.12mm(双面不抛光)与商业460nmgan蓝光led芯片耦合发出明亮的白光,其在不同电流下的光效、色温、显指和色坐标如表3所示。表3实施例8实施例1-6制备得到的复合玻璃材料切割成10*10*0.6mm(双面不抛光)在3w、450nm蓝色激光照射下(见图6),结果如图7所示,当蓝色激光功率增加到3.4w/mm2时,10%ce:yagg复合玻璃材料出现饱和阈值,其光通量高达288lm,光效为143lm/w。综上,本发明的ce:yagg稳定性能好、高光效、高显指可应用于大功率长时间的led/ld照明。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。当前第1页1 2 3 
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