专利名称：一种蓝光激发的白光led用荧光玻璃透镜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及发光材料及光源制备领域，尤其涉及一种蓝光激发的白光LED用荧光 玻璃透镜及其制备方法。
背景技术：
LED(Light Emitting Diode)半导体发光器件作为一种新型高效的固态光源，展 现出传统光源所不可比拟的性能优势低功耗、高光效、高稳定性、超长使用寿命、无频闪、 无环境污染等等，是符合节能环保的"绿色照明"光源。LED现已广泛应用于移动通讯、城市 景观照明、汽车灯、交通信号灯、LCD背光源、室内外普通照明等多种照明领域，并将成为人 类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次质的飞跃。世界各发达国家均在21世纪初纷纷 推出国家半导体照明计划，力争在新世纪抢占半导体产业新一轮制高点。同时，LED半导体 照明产业对我国缓解能源和环保等国民经济发展瓶颈、改善人民生活质量具有重要意义， 对传统产业的提升和优化、相关产业的促进与带动都将产生深刻影响。
由于白光LED具有各种优越的性能，并有望替代传统光源从而开启庞大的白光普 通照明市场，因此专注于高端照明用白光LED产品的研究与生产单位越来越多。目前能实 现白光LED的途径主要有3种通过LED芯片所发光激发荧光粉，芯片和荧光粉发出的光混 合形成白光，即荧光粉涂敷光转变法；利用红光、绿光、蓝光LED制备LED白光组件，即三基 色LED组合法；采用多个活性层使LED直接发白光，即多量子阱法。其中，第一条途径是当 前研究开发的技术主流。例如20世纪末实现商品化的白光LED，就是由蓝色LED芯片与 YAG:Ce3+黄色荧光粉相匹配制得；日本、美国等国家采用紫外或近紫外LED芯片，并在其上 方涂覆红、绿、蓝三基色稀土荧光粉，同样制得了白光LED。 在商业化的白光LED生产中，出光质量在很大程度上取决于荧光粉的涂覆工艺。 目前广泛采用的人工点胶涂覆工艺显现出诸多不足，如荧光粉涂层厚度及形状不规整，能 直接导致单颗白光LED出光的空间分布不均匀；人工涂覆操作不能保证产品一致性，同一 批产品的出光质量存在很大差异，而且生产效率不高，难以适应工业化批量生产。
此外，为了实现白光LED替代传统灯具从而进入普通照明市场，则须不断提高单 颗LED的输入电功率，而且还需多个大功率LED组合排列成统一的照明系统。然而实施此 方法以提升灯具输出光通量的同时，也将导致LED芯片温度的升高，进而加速LED芯片上涂 覆荧光粉及树脂的老化，严重降低了发光效率和使用寿命。 在LED芯片与荧光粉的组合中，除了以上制约白光LED出光性能的因素外，由于 粉末状荧光材料对光的不可控反射和折射效应，还会不可避免地产生较大的光的再吸收损 耗，限制了外量子效率的进一步提高。
发明内容
本发明目的之一是提供一种能被蓝光激发的荧光玻璃材料，用于替代荧光粉和树 脂材料作为白光LED的透镜使用，从而克服现有白光LED制造中荧光粉涂覆工艺的不足、荧光粉及树脂易于老化变质、粉末状荧光材料对光的再吸收损耗较大等等不利因素，进一步 提高白光LED的出光质量。该荧光玻璃材料的化学式为2Sr0-Al203-xB203-0. 01Eu0，其中x =1. 5 5. 0。 本发明目的之二是提供一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜的制备方法， 包括如下步骤 (1)将SrO、Al203、H3B03和Eu203，按照上述化学式的化学计量比，计算称量原料，研 磨混合均匀，得到上述原料的混合物； (2)将步骤(1)得到的混合物在还原气氛下，加热到1550 170(TC熔融并保持 1 5h，所述还原气氛为体积含量3% 15%的H2与Ar的混合气体；
(3)停止供应^，在纯Ar气氛中将步骤(2)得到的熔融体温度降至1150 1300°C ，然后倒入水冷装置中使其快速冷却，得到荧光玻璃中间体。 (4)将步骤(3)得到的荧光玻璃中间体在H2气氛中，再次加热到1150 1300°C 熔融并保持0. 5 3h，然后倒入带有水冷的钢质透镜模具中成型并淬火，再经切割、抛光， 得到一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜。 上述制备方法中，所述水冷装置为由两块钢盘组成的扁形槽体，每块钢盘自带冷 却水循环装置，且间距为3 6mm。
本发明具有下述技术效果 1.本发明所制得的荧光玻璃透镜经X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外吸收光谱 (FTIR)分析，确定其全部为组分均匀的透明无定形固态结构，并且从光吸收谱中可以看出， Eu2+离子在450nm波长附近形成了宽带吸收，未观察到Eu3+离子7F_5D跃迁所对应的线性吸 收，表明该荧光玻璃为Eu2+离子掺杂情况。 2.本发明制得荧光玻璃透镜的激发光谱较宽，其激发主峰的范围为400 500nm， 适合使用蓝光LED芯片激发。在波长为450nm蓝光激发下，荧光玻璃透镜的发射光谱呈现 出400 700nm的宽带发射峰，且宽带发射最强谱峰位置随B203含量x的减小而产生红移， 因此可以利用不同的8203含量调节荧光玻璃透镜的发光颜色从黄绿光覆盖至黄光区，再与 LED芯片发出的蓝光相混合，产生适合于照明用的白光。 3.本发明制得的荧光玻璃透镜经抛光后透明且无气泡。将其替代荧光粉和树脂材 料作为白光LED的透镜使用时，不仅可以大大降低粉末状荧光材料对光的再吸收损耗，也 无需荧光粉涂覆工艺而避免了相应不足，而且导热和耐高温性能远优于树脂材料，不存在 长期使用中出现的老化变色情况，同时还具有制造工艺简单、产品质量稳定、成本低、易于 量产、弯曲强度大、易加工成各种形状及表面形貌以调配光路等特性。
图1为不同B203浓度下荧光玻璃透镜的发射光谱图，激发波长为450nm。
图2为荧光玻璃透镜最强发射峰位置随B203含量的变化，激发波长为450nm。
图3不同B203浓度下荧光玻璃透镜的激发光谱图，其监控波长各自对应于不同浓 度下最强发射峰位置。
具体实施例方式以下将参照附图和实施例详细说明本发明的优选实施方案。
实施例1 —种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜的化学式为 2Sr0-Al203-l. 5B203-0. OlEuO，其制备方法包括以下步骤 1)按上述化学计量比称取SrO、 A1203、 H3B03和Eu203原料，并研磨混合均匀；2)将 原料混合物装入铂坩埚中，在体积含量为10%的H2与Ar的混合还原气氛下，加热到1600°C 熔融并保持2h ;3)停止供应H2，在纯Ar气氛中将熔融体的温度降至120(TC，然后倒入水冷 装置内使其快速冷却，本发明采用的水冷装置为由可装卸的两块钢盘组成的扁形槽体，每 块钢盘自带冷却水循环装置，且间距为3 6mm，也可以采用其他的水冷装置；4)将得到的 荧光玻璃中间体放入坩埚，在H2气氛中再次加热到120(TC再次熔融并保持lh，然后倒入带 有水冷的钢质透镜模具中成型并淬火，再经切割、抛光，得到一种被蓝光激发的白光LED用 荧光玻璃透镜。 上述方法所得荧光玻璃透镜的最强发射峰波长为573nm(激发波长450nm)，处于 黄光区；在监控波长为573nm时，荧光玻璃透镜的最强激发峰波长为433nm，处于蓝光区。因 此，该荧光玻璃透镜能很好的应用于蓝光激发的白光LED中。
实施例2 —种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜的化学式为 2SrO-Al203-2. 5B203_0. OlEuO，其制备方法包括以下步骤 1)按上述化学计量比称取SrO、 A1203、 H3B03和Eu203原料，并研磨混合均匀；2)将 原料混合物装入铂坩埚中，在体积含量为3%的H2与Ar的混合还原气氛下，加热到1700°C 熔融并保持5h ;3)关闭H2供应阀门，在纯Ar气氛中将熔融体的温度降至130(TC，然后倒入 水冷装置内使其快速冷却，水冷装置同实施例1 ;4)将得到的荧光玻璃中间体放入坩埚，在 H2气氛中再次加热到130(TC再次熔融并保持3h，然后倒入带有水冷的钢质透镜模具中成型 并淬火，再经切割、抛光，得到一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜。
上述方法所得荧光玻璃透镜的最强发射峰波长为531nm(激发波长450nm)，处于 黄光区；在监控波长为531nm时，荧光玻璃透镜的最强激发峰波长为452nm，处于蓝光区。因 此，该荧光玻璃透镜能很好的应用于蓝光激发的白光LED中。
实施例3 —种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜的化学式为 2SrO-Al203-4B203-0. OlEuO，其制备方法包括以下步骤 1)按上述化学计量比称取SrO、 A1203、 H3B03和Eu203原料，并研磨混合均匀；2)将 原料混合物装入铂坩埚中，在体积含量为15%的H2与Ar的混合还原气氛下，加热到1550°C 熔融并保持lh ;3)关闭Hj共应阀门，在纯Ar气氛中将熔融体的温度降至115(rC，然后倒入 水冷装置内使其快速冷却，水冷装置同实施例1 ;4)将得到的荧光玻璃中间体放入坩埚，在 ^气氛中再次加热到115(TC再次熔融并保持0. 5h，然后倒入带有水冷的钢质透镜模具中成 型并淬火，再经切割、抛光，得到一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜。
上述方法所得荧光玻璃透镜的最强发射峰波长为516nm(激发波长450nm)，处于 黄绿光区；在监控波长为516nm时，荧光玻璃透镜的最强激发峰波长为441nm，处于蓝光区。
5因此，该荧光玻璃透镜能较好的应用于蓝光激发的白光LED中。
实施例4 —种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜的化学式为 2Sr0-Al203-5B203-0. OlEuO，其制备方法包括以下步骤 1)按上述化学计量比称取SrO、 A1203、 H3B03和Eu203原料，并研磨混合均匀；2)将 原料混合物装入铂坩埚中，在体积含量为5%的H2与Ar的混合还原气氛下，加热到1650°C 熔融并保持4h ;3)关闭Hj共应阀门，在纯Ar气氛中将熔融体的温度降至125(rC，然后倒入 水冷装置内使其快速冷却，水冷装置同实施例1 ;4)将得到的荧光玻璃中间体放入坩埚，在 H2气氛中再次加热到125(TC再次熔融并保持2h，然后倒入带有水冷的钢质透镜模具中成型 并淬火，再经切割、抛光，得到一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜。
上述方法所得荧光玻璃透镜的最强发射峰波长为503nm(激发波长450nm)，处于 黄绿光区；在监控波长为503nm时，荧光玻璃透镜的最强激发峰波长为439nm，处于蓝光区。 因此，该荧光玻璃透镜能较好的应用于蓝光激发的白光LED中。 图l为在激发波长为450nm时，不同B203浓度下荧光玻璃透镜的发射光谱图。图2 为激发波长为450nm时，荧光玻璃透镜最强发射峰位置随B203含量的变化示意图。图3为 在不同B203浓度下荧光玻璃透镜的激发光谱图，其监控波长各自对应于不同浓度下最强发 射峰位置。
权利要求
一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜，构成该种透镜的荧光玻璃材料的化学式为其化学式为2SrO-Al2O3-xB2O3-0.01EuO，其中x＝1.5～5.0。
2. —种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜的制备方法，其特征在于，构成该种透 镜的荧光玻璃材料的化学式为2Sr0-Al203-xB203-0. OlEuO，其中x = 1. 5 5. 0，按照下列步 骤制备(1) 将Sr0、Al203、H3B0^P Eu203，按照上述化学式的化学计量比，计算称量原料，研磨混 合均匀，得到上述原料的混合物；(2) 将步骤(1)得到的混合物在还原气氛下，加热到1550 170(TC熔融并保持1 5h，所述还原气氛为体积含量3% 15%的H2与Ar的混合气体；(3) 停止供应H2，在纯Ar气氛中将步骤(2)得到的熔融体温度降至1150 130(TC，然 后倒入水冷装置中使其快速冷却，得到荧光玻璃中间体。(4) 将步骤(3)得到的荧光玻璃中间体在H2气氛中，再次加热到1150 130(TC熔融 并保持0. 5 3h，然后倒入带有水冷的钢质透镜模具中成型并淬火，再经切割、抛光，得到 一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃透镜。
3. 根据权利要求2所述的荧光玻璃透镜的制备方法，其特征在于，所述水冷装置为由 两块钢盘组成的扁形槽体，每块钢盘自带冷却水循环装置，且间距为3 6mm。
全文摘要
本发明属于发光材料及光源制备领域，提供一种被蓝光激发的白光LED用荧光玻璃材料，其化学式为2SrO-Al2O3-xB2O3-0.01EuO，其中x＝1.5～5.0。本发明同时提供一种上述荧光玻璃透镜的制备方法，该方法将原料混合物在还原气氛下，加热到1550～1700℃熔融并保持1～5h后，在纯Ar气氛中将步骤(2)得到的熔融体温度降至1150～1300℃，再倒入水冷装置中使其快速冷却，得到荧光玻璃中间体，之后将其在H2气氛中，再次加热到1150～1300℃熔融并保持0.5～3h，然后倒入带有水冷的钢质透镜模具中成型并淬火，再经切割、抛光制得。本发明提供的荧光玻璃材料，能够替代荧光粉和树脂材料作为白光LED的透镜使用，可进一步提高白光LED的出光质量。
文档编号C09K11/80GK101749642SQ20091024493
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者于莉媛, 唐成春, 张建新, 李养贤, 杨广华, 牛萍娟 申请人:天津工业大学