一种用流延法制备三明治状的Ce：YAG微晶玻璃片的方法与流程

本发明涉及一种三明治状的Ce：YAG微晶玻璃片的制备方法，该微晶玻璃片可直接与光源进行封装匹配，简化工艺、节约成本，可实现工业大规模生产。

背景技术：

白光LED作为逐步替代白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯的新一代固体照明光源，因其发光效率高、寿命长、节能、环保等优点，显示了巨大的市场潜能和应用前景。当前商业化的白光LED主要是是通过蓝光InGaN芯片和黄色荧光粉的组合来实现的，其工作原理就是InGaN芯片发出的蓝光部分被黄色荧光粉吸收，被激发的荧光粉发出黄光，而未被吸收的蓝光则穿过荧光粉层与荧光粉发出的黄光复合，从而得到白光。目前采用硅胶或树脂包裹荧光粉来进行封装，因荧光粉材料紧贴芯片发热源，芯片温度升高热辐射会降低荧光粉性能，同时由于热辐射和短波辐射会加速封装材料老化使其透过率降低，这些问题会导致LED寿命缩短、光效下降、色坐标偏移等。此外，荧光粉在硅胶中分布不均匀、折射率不匹配等问题同样也会影响LED的光学性能。

尽管LED的商业化发展已经走过了半个多世纪，特别是InGaN蓝光芯片的发明加速了固态器件实现白光LED的可能性。目前用树脂或硅胶包裹荧光粉封装的商业白光LED存在的导热性能差、较高的热膨胀系数、较低的热和化学稳定性等问题，大大限制了其在室内照明、汽车大灯等大功率LED上的应用。Ce：YAG微晶玻璃、单晶荧光材料、荧光陶瓷等固体荧光材料因坚硬、耐热、耐潮湿、耐腐蚀等优点，在提高白光LED的热稳定性、寿命、发光效率等方面取得一些进展，正引起国内外学者的广泛关注和研究。特别是Ce：YAG微晶玻璃较单晶荧光材料与荧光陶瓷的制备成本低(相对较低烧制温度，能耗少)、周期短、工艺技术简单，对制备无环氧树脂、寿命长、大功率的白光LED器件具有潜在的应用价值和更广阔的发展空间，研究它有比较实用的意义和价值。目前Ce：YAG微晶玻璃还未被证实商业化。

用Ce：YAG微晶玻璃封装的白光LED与环氧树脂包裹的Ce：YAG荧光粉相比，具有寿命长、光效高、导热性好、机械强度好等优点。目前采用Ce：YAG微晶玻璃作为固体荧光材料用于白光LED的专利如下：“白光LED用低熔点荧光玻璃及其制备方法(中国专利号CN 101643315B)”，“用于白光LED Ce：YAG微晶玻璃及其制备方法(中国专利号CN 103183473A)”,“一种Ce：YAG微晶玻璃及其在白光LED中的应用(中国专利号CN 104529166A)”，“一种透明Ce：YAG微晶玻璃及其在白光LED中的应用(中国专利号CN 104529170A)”，“一种金属增强的Ce：YAG微晶玻璃及其制备方法(中国专利号CN 103319092A)”。它们都是将Ce：YAG微晶相均匀镶嵌在玻璃中形成Ce：YAG微晶玻璃。已经公开的Ce：YAG微晶玻璃的封装方法都是将制备好的荧光玻璃切割成片后再与LED芯片光源相匹配，这种封装方法在一定程度上优化了市场主流LED的封装工艺，但仍然存在缺点。比如荧光玻璃与芯片直接接触后产生的热辐射会降低荧光粉性能，制备出的荧光玻璃是大块状，难以切割加工，并且切割的边角料难再回收利用，造成资源浪费，限制了其在工业上大规模化生产，延阻了Ce：YAG微晶玻璃市场商业化的进程。

流延法作为一种生产制备工艺，目前已经在陶瓷、塑料、玻璃等产业中广泛应用。采用流延法制备不同形状的三明治状微晶玻璃片改进了微晶玻璃的制备工艺，能有效解决目前纯Ce：YAG微晶玻璃直接接触芯片、难以切割、浪费边角料、与不同尺寸光源匹配难等问题。鉴于此，三明治状的Ce：YAG微晶玻璃片非常适合作为一种新型的荧光材料。目前公开的文献及专利，没有涉及到利用三明治状的Ce：YAG微晶玻璃片作为大功率LED封装的固态荧光材料。借助流延法制备微晶玻璃片简化了工序、节约成本，可实现大批量、大尺寸、多形状的工业化生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种材料组分独特、透明度高、光学性能优异的三明治状Ce：YAG微晶玻璃片的制备方式，该方法实现了三明治状玻璃片熔制温度低、制备方法简单、不同形状的玻璃片直接与光源匹配、可在工业上实现批量化生产的要求，其产品具有物理化学性质稳定、发光效率高、高度均匀性、寿命长、热导率高的优点。

本发明可以通过以下技术方案得以实现：

一种用流延法制备三明治状的Ce：YAG微晶玻璃片的方法，包括下列步骤：

(1)混合浆料调制：玻璃原料由下述有效材料组成：ZnO、Sb₂O₃、TeO₂、Li₂O、K₂0和Ce:YAG荧光粉；以玻璃原料的总摩尔数为100％计，各有效材料的含量以摩尔分数表示为：

将玻璃原料在研钵里充分混合、研磨后，将混合料与蒸馏水以质量比1：0.05-0.2混合调制成混合浆料；

(2)混合浆料的流延：将混合浆料在流延机上均匀涂敷在厚度为0.1-0.5mm并与光源尺寸、形状相匹配的白玻璃片上，根据需要控制混合浆料的悬浊度与流延的速度和刀片的厚度；

(3)三明治状微晶玻璃片的烘干和烧制：将被涂敷的白玻璃片置于200-300℃真空干燥箱中，烘干6-9小时，水分蒸发后在混料表层盖上同样形状、尺寸的白玻璃片，呈三明治状的玻璃夹片放于马弗炉中烧结，设置马弗炉的温度为600-800℃，保温1-4小时，然后随炉自然冷却至室温形成厚度为0.4-1.5mm的三明治状的Ce：YAG微晶玻璃片。

进一步，ZnO含量优选为10-20mol％，更优选为12-16mol％。

进一步，Sb₂O₃含量优选为10-25mol％，更优选为15-23mol％。

进一步，Te₂0含量优选为25-40mol％，更优选为32-40mol％。

进一步，Li₂0含量优选为6-13mol％，更优选为6-8mol％。

进一步，K₂0含量优选为10-15mol％，更优选为12-13mol％。

进一步，Ce:YAG荧光粉含量优选为5-20mol％，更优选为12-20mol％。

进一步，所采用的白玻璃片的透过率须大于90％、折射率须接近夹层玻璃基体折射率或者Ce:YAG荧光粉的折射率，减少光损失；且其软化点温度须高于800℃，保持在600-800℃烧结玻璃时的力学强度，白玻璃优选K9、钠钙硅、钠钙铝玻璃，此白玻璃厚度优选0.3-0.5mm。

进一步，为保持混合浆料涂敷在白板玻璃表面的均匀性，流延刀片的速度可通过流延设备调控,优选为0.02-0.05m/s，更优选为0.04m/s。

进一步，流延刀片的厚度可通过调节刀片上螺旋测微器控制，为保持较强的发光强度和微晶玻璃与两白玻璃片间较好的吸附强度，刀片厚度优选为0.1-0.5mm,更优选为0.2-0.3mm。

本发明制备的三明治状微晶玻璃片可直接与光源匹配封装，制备白光LED。

与现有白光LED的封装技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过三明治式设计将荧光材料Ce:YAG微晶玻璃封装在三明治夹层中，通过控制流延的刀片厚度和调节Ce:YAG微晶玻璃的成分使其在相对较低的温度下烧制成光电参数较好的三明治微晶玻璃，具有以下优势：

(1)这种设计减少了主流LED荧光粉与蓝光芯片的直接接触，延长白光LED的使用寿命。

(2)本发明的Ce:YAG微晶玻璃的成分使得其具有较低熔点，并且微晶玻璃基质的折射率与荧光粉的折射率接近。

(3)本发明制备与光源相匹配的不同形状的三明治状微晶玻璃片，不用切割，直接封装，节约了成本、简化了工艺。本发明制备的三明治状微晶玻璃可以大规模用于工业化生产。

附图说明

下面结合不同附图和实例对本发明做进一步详细说明，但绝非限制本发明。

附图1为实施例1流延法制备的三明治状微晶玻璃片的晶圆模型图。

附图2为实施例1流延法制备的三明治状微晶玻璃片晶圆模型封装的结构示意俯视图。

附图3为实施例2流延法制备的三明治状微晶玻璃片的方形模型图。

附图4为实施例2流延法制备的三明治状微晶玻璃片方形封装的结构示意俯视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施对本发明作进一步的详细说明，但绝非限制本发明。

本发明实施例使用的Ce:YAG荧光粉生产厂家是江门市科恒实业股份有限公司，型号：L-552。

实施例1：

将分析纯的ZnO，Sb₂O₃，Te₂0，Li₂0，K₂O，Ce:YAG，按12ZnO:17Sb₂O₃:37Te₂0:6Li₂0:13K₂O:15Ce:YAG荧光粉(摩尔比)的配比精确称量后置于玛瑙研钵中，在玛瑙研钵中混合研磨后得到的混合料与蒸馏水按照94:6质量比混合调制成浆料，用流延机均匀涂在Φ50*3mm大小的K9晶圆玻璃片上，螺旋测微仪设置0.2mm为流延刀片的厚度、流延的速度控制为0.04m/s，在200℃的真空干燥箱烘干6小时，冷却取出，在混料表层盖上Φ50*3mm的K9晶圆玻璃片，呈三明治状的玻璃夹片放于电阻炉中加热到650℃后保温1小时，然后随炉冷却至20℃形成透明低熔点、厚度为6.2mm、透过率达到72％的三明治状的微晶玻璃晶圆模型片(附图1)。如图1所示，微晶玻璃1均匀的夹在白玻璃片2之间，该微晶玻璃片呈夹层三明治状的模型。

将流延法制备的低熔点三明治状的微晶玻璃晶圆模型片(附图1)与光源匹配进行封装的结构示意俯视图如附图2。该模型中，制备好的夹层三明治状微晶玻璃片4覆盖在光源(蓝光芯片)3上进行白光LED封装测试，光效达到了112.8lm/W，色温为5216K，显色指数为74.2。

实施例2：

将分析纯的ZnO，Sb₂O₃，Te₂0，Li₂0，K₂O，Ce:YAG，按16ZnO:15Sb₂O₃:35Te₂0:6Li₂0:13K₂O:15

Ce:YAG荧光粉(摩尔比)的配比精确称量后置于玛瑙研钵中，在玛瑙研钵中混合研磨后得到的混合料与蒸馏水按照94:6质量比混合调制成浆料，用流延机均匀涂在在50*50mm的方形K9白玻璃片上，螺旋测微仪设置0.3mm为流延刀片的厚度、流延的速度控制为0.04m/s。在200℃的真空干燥箱烘干6小时，冷却取出盖片后直接放入电阻炉中加热到620℃后保温1小时，然后随炉冷却至20℃形成透明低熔点、厚度为6.3mm、透过率达到69％的三明治状的微晶玻璃方形片(附图3)。如图3所示，微晶玻璃1均匀的夹在白玻璃片2之间，该微晶玻璃片呈夹层三明治状的模型。

如附图4，制备好的三明治状微晶玻璃方形片4覆盖在蓝光芯片3上面，如上述，进行封装不再重述。测试光效为119.5lm/W，色温为5450K，显色指数为71.6。