一種用于ac-led的黃色余輝微晶玻璃及其制備技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體發(fā)光材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠應(yīng)用于交流(AC)LED的黃色余輝微晶玻璃及其制備工藝。
技術(shù)背景
[0002]當(dāng)前，市場(chǎng)上大功率白光LED照明產(chǎn)品大多需要利用交直流轉(zhuǎn)換器將市電轉(zhuǎn)換為直流電以驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載。由于交直流轉(zhuǎn)換器具有電能損耗高(15-30% )、器件中電解電容器易于損壞(壽命一般低于I萬(wàn)小時(shí))、價(jià)格高、體積大等缺點(diǎn)，很大程度上制約了 LED器件的系統(tǒng)效率、實(shí)際使用壽命、成本和外觀設(shè)計(jì)。顯然，若能以交流電直接驅(qū)動(dòng)LED(AC-LED)，就可以較好地解決上述問(wèn)題，相關(guān)產(chǎn)品在住宅照明、路燈、辦公照明、景觀照明等多個(gè)領(lǐng)域具有傳統(tǒng)DC-LED無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，有望引領(lǐng)大功率白光LED照明市場(chǎng)新的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]然而，交流電的電壓隨時(shí)間呈正弦函數(shù)規(guī)律變化，僅當(dāng)輸入有效電壓值超過(guò)導(dǎo)通電壓時(shí)方可點(diǎn)亮LED，這使得AC-LED在交流電的周期循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)明暗不斷變換的頻閃現(xiàn)象。電光源頻閃會(huì)在人視覺(jué)上產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)效應(yīng)，是發(fā)展AC-LED技術(shù)面臨的一大瓶頸。最近，臺(tái)灣大學(xué)劉如熹教授提出可利用具有特定壽命熒光粉的斷電余輝特性來(lái)降低頻閃(Opt.Express，2012，20，18031)。中國(guó)專(zhuān)利 CN 101705095 公布了一種面向 AC-LED 應(yīng)用的aY203.bAl203.S12:mCe.nB.xNa.yP黃色余輝焚光粉，描述了其余輝發(fā)光(余輝壽命:5-20ms)成功減弱了 AC-LED器件的頻閃。中國(guó)專(zhuān)利CN 102468413公布了多種適合于紫外/藍(lán)光芯片激發(fā)的AC-LED燈用多色余輝熒光粉。鑒于AC-LED具有廣闊的市場(chǎng)前景，發(fā)展新型的AC-LED用余輝熒光材料具有十分重要的意義。
[0004]眾所周知，傳統(tǒng)LED產(chǎn)品的封裝是將熒光粉混在有機(jī)聚合物(環(huán)氧樹(shù)脂或硅膠)中，而后直接涂敷在芯片表面。該技術(shù)存在封裝的有機(jī)聚合物材料抗熱和耐輻射性能差，容易發(fā)生黃化，從而嚴(yán)重降低大功率LED使用壽命的難題。微晶玻璃是在無(wú)機(jī)玻璃基體中均勻鑲嵌了微/納米晶的復(fù)合材料，具有制備技術(shù)簡(jiǎn)單、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)。與有機(jī)封裝材料相比，其熱導(dǎo)率也大得多。此外，微晶玻璃可非常容易地加工成平板狀或者燈泡狀，并遠(yuǎn)離芯片進(jìn)行封裝。因此，若能在玻璃基質(zhì)中析出AC-LED燈用余輝熒光微晶而形成余輝微晶玻璃熒光體、并組裝遠(yuǎn)程AC-LED，這種新型器件將同時(shí)具有頻閃低、光色穩(wěn)定、發(fā)光品質(zhì)高、使用壽命長(zhǎng)的顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明提出一種黃色余輝微晶玻璃及其制備方法，在藍(lán)光激發(fā)下材料發(fā)射黃光；在激發(fā)停止后，材料產(chǎn)生明亮的黃光余輝發(fā)射。在交流電驅(qū)動(dòng)下，基于這種微晶玻璃構(gòu)建的AC-LED器件的頻閃效應(yīng)獲得了大幅改善，頻閃深度僅為49.5%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明涉及一類(lèi)含Ln3Al2Ga3O12: Ce, R(Ln = Y，Gd，Lu 中一種；R = Cr, Bi 中一種)晶相的微晶玻璃及其制備技術(shù)，目的在于制備出物化性能穩(wěn)定、黃色余輝可被藍(lán)光高效激發(fā)、余輝發(fā)光強(qiáng)度高、余輝時(shí)間可控于毫秒量級(jí)(5-20毫秒)的白光AC-LED燈用熒光材料。
[0007]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種玻璃基體，其特征在于:所述玻璃基體的玻璃組分含量(mol% )如下:
[0009]15-35mol % S12; 10_30mol % Al 203;10_25mol % Ln 203;5_20mol % Ga2O3;0-15mol% B203;0-15mol % Ae 20 ；0-5mol % Zr02；0-5mol % T1 2；0.01-0.1mol % CeO2;0.005-0.05mol % R2O3;
[0010]其中，Ae選自Li，Na或K ;Ln選自Y，Gd或Lu ;R = Cr或Bi。上述組分的摩爾總量為 10mol%。
[0011 ]一種Ln3Al2Ga3O12: Ce, R微晶玻璃，其特征在于所述微晶玻璃的玻璃基體如前所述。
[0012]具體地，所述玻璃基體的組分與百分含量(mol% )如下:
[0013]15-35mol % S12; 10_30mol % Al 203;10_25mol % Ln 203;5_20mol % Ga2O3;0-15mol% B203;0-15mol % Ae 20 ；0-5mol % Zr02；0-5mol % T1 2；0.01-0.1mol % CeO2;
0.005-0.05mol % R2O30
[0014]其中
[0015]Ae 選自 Li，Na 或 K ;Ln 選自 Y，Gd 或 Lu ；R = Cr 或 Bi。
[0016]上述組分的摩爾總量為10mol %。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，各組分的優(yōu)選含量如下:
[0018]S12優(yōu)選為 18-33mol%，更優(yōu)選 20-30mol%，還更優(yōu)選 24-26mol% ；
[0019]Al2O3優(yōu)選為 12-26mol%，更優(yōu)選 15_24mol% ；，還更優(yōu)選 18_22mol% ；
[0020]Ln2O3優(yōu)選為 12-20mol %，更優(yōu)選 14_16mol % ；
[0021]Ga2O3優(yōu)選為 8-18mol%，更優(yōu)選 12_16mol% ；
[0022]B2O3優(yōu)選為 5-14mol %，更優(yōu)選 8_12mol % ；
[0023]Ae2O 優(yōu)選為 5_13mol %，更優(yōu)選為 8_12mol % ；
[0024]ZrO2優(yōu)選為 2-3mol% ;
[0025]T12優(yōu)選為 2-3mol% ;
[0026]CeO2優(yōu)選為 0.04mol % ；
[0027]R2O3優(yōu)選為 0.0lmol %。
[0028]本發(fā)明還提供一種能夠在藍(lán)光激發(fā)停止后實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)黃光余輝發(fā)射的Ln3Al2Ga3O12: Ce, R微晶玻璃，所述微晶玻璃的玻璃基體如前所述。
[0029]具體地，所述微晶玻璃的玻璃基體組分與百分含量(mol% )如下:
[0030]15-35mol % S12; 10_30mol % Al 203;10_25mol % Ln 203;5_20mol % Ga2O3;0-15mol% B203;0-15mol % Ae 20 ；0-5mol % Zr02；0-5mol % T1 2；0.01-0.1mol % CeO2;
0.005-0.05mol % R2O30
[0031]其中
[0032]Ae 選自 Li，Na 或 K ;Ln 選自 Y，Gd 或 Lu ；R = Cr 或 Bi。
[0033]上述組分的摩爾總量為10mol %。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，各組分的優(yōu)選含量如下:
[0035]S12優(yōu)選為 18-33mol %，更優(yōu)選 20_30mol %，還更優(yōu)選 24_26mol % ；
[0036]Al2O3優(yōu)選為 12-26mol%，更優(yōu)選 15_24mol% ；，還更優(yōu)選 18_22mol% ；
[0037]Ln2O3優(yōu)選為 12_20mol %，更優(yōu)選 14_16mol % ；
[0038]Ga2O3優(yōu)選為 8_18mol %，更優(yōu)選 12_16mol % ；
[0039]B2O3優(yōu)選為 5-14mol %，更優(yōu)選 8_12mol % ；
[0040]Ae2O 優(yōu)選為 5-13mol %，更優(yōu)選為 8_12mol % ；
[0041 ] ZrO2優(yōu)選為 2-3mol % ；
[0042]T12優(yōu)選為 2-3mol% ;
[0043]CeO2優(yōu)選為 0.04mol % ；
[0044]R2O3優(yōu)選為 0.0lmol %。
[0045]本發(fā)明的Ln3Al2Ga3O12 = Ce, R微晶玻璃，其特征在于:顯微結(jié)構(gòu)特征為L(zhǎng)n3Al2Ga3O12:Ce, R熒光微晶均勻鑲嵌在氧化物玻璃基體中。
[0046]本發(fā)明還提供一種Ln3Al2Ga3O12 = Ce, R微晶玻璃的制備方法，其特征在于:采用熔體急冷法結(jié)合后續(xù)熱處理工藝。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，所述制備方法包括:
[0048](I)將 Si02、Al203、Ln203、Ga203、B203、Ae20、Zr02、Ti02、Ce0#P R2O3粉體原料按照一定組分配比稱(chēng)量，放入電阻爐中加熱并保溫使之熔融，經(jīng)熔體急冷并退火后，獲得塊狀前驅(qū)玻璃；
[0049](2)將步驟(I)獲得的前驅(qū)玻璃放入電阻爐中加熱，進(jìn)行等溫?zé)崽幚?，使之發(fā)生部分晶化，獲得塊狀微晶玻璃。
[0050]根據(jù)本發(fā)明，步驟(I)中，放入電阻爐之前，先將粉體原料混合并研磨均勻后置于坩禍中。
[0051]根據(jù)本發(fā)明，步驟(I)中，在電阻爐中加熱到1400-1600°C。保溫1_5小時(shí)，優(yōu)選2-4小時(shí)使粉體原料熔融。
[0052]根據(jù)本發(fā)明，步驟⑴中，將玻璃熔體取出并快速倒入模具中成形，得到塊狀前驅(qū)玻璃。
[0053]根據(jù)本發(fā)明，步驟⑴中，將前驅(qū)玻璃放入電阻爐中退火以消除內(nèi)應(yīng)力。退火溫度為600-850°C，優(yōu)選700-800°C。退火時(shí)間為1_5小時(shí)，優(yōu)選2_4小時(shí)。
[0054]根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)中，前驅(qū)玻璃在電阻爐中加熱到900-1100°C。保溫1_5小時(shí)，優(yōu)選2-4小時(shí)，使玻璃發(fā)生部分晶化。
[0055]根據(jù)本發(fā)明，所述熔體急冷法和后續(xù)熱處理工藝具體包括如下步驟:
[0056](I)將 Si02、Al2O3' Ln2O3> Ga2O3> B2O3' Ae2O, ZrO2, Ti02、CeO2^P R 203粉體原料按照一定組分配比稱(chēng)量，在瑪瑙球磨罐中混合并研磨均勻后置于坩禍中，放入電阻爐中加熱到1400-1600°C后保溫2小時(shí)使之熔融，而后，將玻璃熔體取出并快速倒入模具中成形，并放入電阻爐中于750°C退火2小時(shí)以消除內(nèi)應(yīng)力，從而得到塊狀前驅(qū)玻璃；
[0057](2)將獲得的前驅(qū)玻璃放入電阻爐中加熱到900-1100°C后，進(jìn)行2小時(shí)等溫?zé)崽幚恚怪l(fā)生部分晶化，獲得塊狀微晶玻璃。
[0058]根據(jù)本發(fā)明，在制備過(guò)程中使用的坩禍可以是鉑金坩禍或剛玉坩禍。
[0059]本發(fā)明中，采用以上材料組分和制備工藝，可以獲得在氧化物玻璃基體中均勻鑲嵌Ln3Al2Ga3O12: Ce, R晶粒的透明微晶玻璃。其中，Ce離子為黃色發(fā)光中心；Ga不僅是缺陷中心，賦予材料余輝發(fā)光特性，還可調(diào)控基質(zhì)能帶結(jié)構(gòu)，使得材料的余輝可被藍(lán)光高效激發(fā)；R離子起調(diào)節(jié)缺陷的深度與濃度的作用。透明微晶玻璃在460納米藍(lán)光激發(fā)下，發(fā)出強(qiáng)烈的黃光；在藍(lán)光激發(fā)停止后，產(chǎn)生明亮的黃光余輝發(fā)射，余輝壽命為5-20毫秒。
[0060]本發(fā)明還涉及一種微晶玻璃的應(yīng)用，其特征在于，所述微晶玻璃用作熒光材料。
[0061]根據(jù)本發(fā)明，所述微晶玻璃用于構(gòu)建藍(lán)光芯片激發(fā)的白光AC-LED。通電時(shí)，器件發(fā)射明亮的白光；斷電時(shí)，材料毫秒級(jí)的余輝發(fā)光可以彌補(bǔ)頻閃。
[0062]本發(fā)明的微晶玻璃制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，無(wú)毒無(wú)污染，具有良好的熱學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，可望開(kāi)發(fā)應(yīng)用于構(gòu)建藍(lán)光芯片激發(fā)的高