CN103395997B

CN103395997B - 一种白光led用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN103395997B
Application number: CN201310312850.0A
Authority: CN
Inventors: 王祥夫; 颜晓红; 步妍妍; 轩岩; 郑晋
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: CN103395997A

Abstract

本发明公开了一种白光LED用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法。以稀土离子Dy³⁺、Tm³⁺、Tb³⁺和Eu³⁺为发光中心，将其单掺或共掺在硼硅酸盐玻璃陶瓷前驱体中，在紫外激发下发出暖白光。其制备方法包括：（a）原料的选取，（b）配料的混合，(c)玻璃陶瓷熔制三个步骤。在紫外激发下，单掺Dy³⁺时，微晶玻璃呈现白光发射。通过掺杂Tm³⁺、Tb³⁺和Eu³⁺，实现了由蓝光向白光最后到达红光颜色调节。

Description

一种白光LED用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及稀土材料合成技术领域，尤其涉及一种白光LED用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法。

背景技术

LED是一种高效率、性能稳定、低成本的固态光源，可广泛用于各种照明设备上，市场前景广阔。白光LED有望成为第四代新照明光源，实现节能环保的绿色照明。白光LED实现有很多种方式，目前商业化的大部分白光LED照明器件采用的是蓝光InGaNLED芯片联合能发射黄光、绿光、橙光的荧光粉。这类荧光粉发光效率较高，但是因红光发射强度不足，因此显色指数偏低，且色温较高，白光易漂移，无法满足高性能器件的需求。为满足其使用要求，掺杂制备出一种能直接发射白光的单体材料势在必行。

发明内容

发明目的：公开了一种白光LED用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法，以此作为除了荧光粉以外的白光LED的候选材料。:

技术方案，制备白光LED用稀土掺杂微晶发光玻璃，各组分及其摩尔百分比（mol%）为：SiO₂:25%，B₂O₃:10%，Na₂O:9%，SrF₂:4%，GdF₃2%，Re³⁺:x%，一定量B₂O₃的引入可以改变玻璃网络结构，增强共价性，进而改变稀土离子的发光强度；SrF₂和GdF₃的引入，使得该玻璃中长出GdSr₂F₂的微晶。

Tb³⁺的发光主要位于542nm的绿光区域，Eu³⁺离子主要产生612nm的红色发光，Dy³⁺离子的发光主要位于黄、蓝光区，因此单掺Dy³⁺时，通过掺杂浓度和基质前驱体共同调节发射白光。稀土离子在高浓度时易产生浓度淬灭效应，要求稀土离子的掺杂浓度在一个合适的范围之内，因此当Dy³⁺=0.1-0.5mol%时，玻璃陶瓷的发光亮度和发射光谱能满足紫外380-420nm激发，发出白光。共掺杂时，为了方便发射强度比的调节，固定Dy³⁺的浓度为0.3mol%，仅仅改变Tm³⁺、Tb³⁺和Eu³⁺的浓度，来达到调节色坐标的目的，实现由蓝光、白光、绿光、红光的调节。

本发明涉及的透明玻璃陶瓷的制备方法包括以下步骤：

（a）原料的选取

玻璃陶瓷原料主要为分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选择纯度为99.99%的氟化物。

（b）玻璃陶瓷配合料的混合

按照配比精确的称取原料，放入研钵中加无水乙醇充分研磨0.5小时。

（c）玻璃陶瓷熔制

玻璃熔制采用的是刚玉坩埚，经过熔制，熔制温度为1400℃，时间40分钟，然后进行了热处理。再经过退火，退火温度为640℃，时间为8小时。

有益效果：

（1）本发明制备方法简便，适合工业批量生产。

（2）本发明制得的玻璃陶瓷较荧光粉具有良好的热稳定性和化学稳定性。

（3）本发明的玻璃陶瓷不仅实现了白光发射，同时，可以实现蓝光、白光、绿光、红光宽频区调节。

（4）这种透明玻璃陶瓷不需要用环氧树脂封装，避免了光照容易老化这一缺点。

（5）本发明制备了单掺（Dy³⁺）,共掺（Dy³⁺,Tm³⁺、Dy³⁺,Tb³⁺、Dy³⁺,Eu³⁺）的透明玻璃陶瓷。此玻璃陶瓷具有高效稳定的发光，在紫外具有良好的吸收。

附图说明

图1为实施例1-5的样品在354nm激发下的发射光谱。

图2为实施例6-10的样品在354nm激发下的发射光谱。

图3为实施例11-15的样品在382nm激发下的发射光谱。

图4为实施例16-20的样品在382nm激发下的发射光谱。

具体实施方式：

实施例1－20按如下步骤制备白光LED用稀土掺杂透明玻璃陶瓷：

（a）原料的选取

（b）玻璃陶瓷配合料的混合

（c）玻璃陶瓷熔制

实施例1-5

基质材料选用分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选用浓度为99.99%的氟化物为主要原料，按照SiO₂：25%，B₂O₃：10%，Na₂O：9%，SrF₂：4%，GdF₃：2%，Dy³⁺：x，x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5mol%的比例称取原料共5g，各原料质量如表1所示。

表1实施例1-5的玻璃组成

实施例6-10

基质材料选用分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选用浓度为99.99%的氟化物为主要原料，按照SiO₂：25%，B₂O₃：10%，Na₂O：9%，SrF₂：4%，GdF₃：2%：0.3Dy³⁺xTm³⁺，x=0.15,0.3,0.45,0.6,0.75mol%的比例称取原料共5g，各原料质量如表2示。

表2实施例6-10的玻璃组成

实施例11-15

基质材料选用分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选用浓度为99.99%的氟化物为主要原料，按照SiO₂：25%，B₂O₃：10%，Na₂O：9%，SrF₂：4%，GdF₃：2%：0.3Dy³⁺xEu3⁺,x=0.5，1.0，1.5，2.0，2.5mol%的比例称取原料共5g，各原料质量如表3。

表3实施例11-15的玻璃组成

实施例16-20

基质材料选用分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选用浓度为99.99%的氟化物为主要原料，按照SiO₂：25%，B₂O₃：10%，Na₂O：9%，SrF₂：4%，GdF₃：2%：0.3Dy³⁺xTb3+,x=0.5，1.0，1.5，2.0，2.5mol%的比例称取原料共5g，各原料质量如表4。

表4实施例16-20的玻璃组成

Claims

1.一种白光LED用稀土掺杂透明玻璃陶瓷其组成为：

各组分及其摩尔比为：SiO₂:B₂O₃:Na₂O:SrF₂:GdF₃:Dy³⁺＝25:10:9:4:2:x，x＝0.1或0.2或0.3或0.4或0.5。

2.一种白光LED用稀土掺杂透明玻璃陶瓷其组成为：

各组分及其摩尔比为：SiO₂:B₂O₃:Na₂O:SrF₂:GdF₃:Dy³⁺:Re³⁺＝25:10:9:4:2:0.3:x，

其中Re³⁺为Tm³⁺或Eu³⁺或Tb³⁺，

当Re³⁺＝Tm³⁺时，x＝0.15或0.3或0.45或0.6或0.75；

当Re³⁺＝Eu³⁺或Tb³⁺时，x＝0.5或1.0或1.5或2.0或2.5。

3.一种如权利要求1或2所述的稀土掺杂透明玻璃陶瓷制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(a)原料的选取

玻璃陶瓷原料为分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选择纯度为99.99％的氟化物；

(b)玻璃陶瓷配合料的混合

精确地按照配比称取原料，放入研钵中加无水乙醇充分研磨0.5小时；

(c)玻璃陶瓷熔制

玻璃陶瓷熔制采用的是刚玉坩埚，高温熔制一段时间，然后迅速冷却成玻璃陶瓷，再经过退火，增加微晶的结晶度。

4.根据权利要求3所述的稀土掺杂透明玻璃陶瓷制备方法，其特征在于，步骤(c)中熔制温度为1400℃，时间40分钟。

5.根据权利要求3所述的稀土掺杂透明玻璃陶瓷制备方法，其特征在于，步骤(c)中退火温度为640℃，时间为8小时。