專利名稱：一種稀土摻雜發(fā)光玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光電子、照明工程科技領(lǐng)域發(fā)光材料及其制備方法，尤其是涉及白光LED用稀土離子摻雜的發(fā)光玻璃。

背景技術(shù)：
20世紀(jì)90年代藍(lán)光LED和長(zhǎng)波紫外激發(fā)二極管技術(shù)的突破及產(chǎn)業(yè)化是光電子、照明工程科技領(lǐng)域的重要成就，極大地推動(dòng)了白光發(fā)光二極管的發(fā)展。照明光源的發(fā)展有三大類白熾燈、熒光燈及各類高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)，均屬于真空電光源器件，各有優(yōu)缺點(diǎn)。白光LED是一種新的固體光源。其中以半導(dǎo)體化合物InGaN為基礎(chǔ)的白光LED有小型固體化，耐震動(dòng)，不易損壞，瞬時(shí)啟動(dòng)和快響應(yīng)，節(jié)能且壽命長(zhǎng)，無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來，白光LED的光通、光效和成本價(jià)格已取得舉世矚目的成果，目前的光效已大大超過了白熾燈泡，期望將來能達(dá)到和超過熒光燈。白光LED有望在今后發(fā)展成為第四代新照明光源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的綠色照明。目前商業(yè)化的大部分白光LED照明器件采用的是藍(lán)光InGaN LED芯片及受藍(lán)光激發(fā)發(fā)出黃光或者紅、綠光的熒光粉。這種裝備方式具有以下不足a)顯色指數(shù)較低；b)色溫較高；c)環(huán)氧樹脂易老化等。稀土離子摻雜的發(fā)光玻璃結(jié)合了稀土離子發(fā)光豐富，穩(wěn)定和玻璃良好的物理，化學(xué)及熱穩(wěn)定性，在控制成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，更加環(huán)保等方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)，成為白光LED用發(fā)光材料的另一個(gè)可選擇的途徑。
稀土化合物的發(fā)光基于它們的4f電子在f-f組態(tài)之內(nèi)或f-d組態(tài)之間的躍遷。具有未充滿的4f殼層的稀土離子或原子，其光譜大約有30000條可以觀察到的譜線，覆蓋了390-760nm的可見區(qū)。稀土發(fā)光材料具有許多優(yōu)點(diǎn)發(fā)光譜帶窄，色純度高，色彩鮮艷；光吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高；發(fā)射波長(zhǎng)分布區(qū)域?qū)挘粺晒鈮勖鼜募{秒跨越到毫秒達(dá)6個(gè)數(shù)量級(jí)；物理和化學(xué)性能穩(wěn)定，耐高溫，可承受大功率電子束、高能輻射和強(qiáng)紫外光的作用。因此，稀土摻雜的發(fā)光玻璃具有成為白光LED用發(fā)光材料的可能，具有很高的研究?jī)r(jià)值。
本發(fā)明制備了共摻Tb3+和Mn2+的PZS磷酸鹽發(fā)光玻璃。此發(fā)光玻璃具有穩(wěn)定的發(fā)光和在紫外區(qū)的優(yōu)良吸收，各種光色可以混合形成白光。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種稀土摻雜發(fā)光玻璃及其制備方法，以作為除了熒光粉以外的白光LED照明用的候選材料。
本發(fā)明稀土摻雜發(fā)光玻璃的組成通式為55-70P2O5·10-30ZnO·10-20SrO:xTb4O7·yMnO(mol％)，x＝0.1-0.5；y＝1-4mol％。在一定范圍內(nèi)改變基玻璃組成和發(fā)光離子的配比，可以改變其紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)發(fā)光的強(qiáng)度，由此調(diào)整色坐標(biāo)，得到不同色溫的白光。此外，通過Tb3+對(duì)Mn2+的能量傳遞，也可以調(diào)整RGB發(fā)光的強(qiáng)度，調(diào)整色坐標(biāo)。
Tb3+離子的發(fā)光主要位于541nm的綠光區(qū)域，同時(shí)Tb3+還存在藍(lán)光區(qū)的次強(qiáng)發(fā)射(484nm)，Mn2+離子主要產(chǎn)生580-615nm左右的紅黃色發(fā)光。兩種離子同時(shí)存在于磷酸鹽基質(zhì)玻璃中的時(shí)候，可以產(chǎn)生RGB發(fā)射，復(fù)合出白光。所摻雜的兩種離子在高濃度時(shí)易產(chǎn)生濃度猝滅效應(yīng)，故要求其摻雜濃度在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，而且考慮到Tb3+的發(fā)光較強(qiáng)，因此，Tb3+和Mn2+的濃度分別定為0.1-0.5mol％和1-4mol％范圍內(nèi)，而Tb3+對(duì)Mn2+的能量傳遞會(huì)導(dǎo)致Tb3+強(qiáng)烈的綠光發(fā)射減弱而Mn2+所發(fā)射的紅光增強(qiáng)。因此在以上濃度條件下，玻璃能在紫外350nm左右光的激發(fā)下發(fā)生白光。
本發(fā)明的稀土摻雜發(fā)光玻璃的制備方法包括如下步驟 a)原料的選取 磷酸鹽玻璃原料來源于分析純的氧化物，磷酸鹽和碳酸鹽。Mn2+離子選用分析純的碳酸鹽，稀土離子選用純度99.99％的氧化物。
b)玻璃配合料的混合 精確稱取玻璃配合料，在陶瓷研磨中研磨混合充分均勻。
c)玻璃熔制 玻璃熔制采用剛玉坩堝。玻璃料的預(yù)熱溫度為400-450℃，時(shí)間為1-2小時(shí)。熔制溫度為1250℃，時(shí)間2-3小時(shí)。退火溫度為400-450℃，保溫2-3小時(shí)。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 采用NH4H2PO4，ZnO，SrCO3，MnCO3和Tb4O7為主要原料，按55P2O5·30ZnO·15SrO:0.25Tb4O7·1MnO(mol％)組成稱取配合料30g，原料質(zhì)量如表1所示 表1 實(shí)施例1的玻璃組成
精確稱料后在陶瓷研磨中研磨混合均勻。配合料置于剛玉坩堝中首先在450℃保溫1小時(shí)，隨后置于1250℃的電爐中熔制2.5小時(shí)。玻璃液在預(yù)熱的模具中澆注成型，在450℃溫度下退火3小時(shí)，得到實(shí)例1樣品。玻璃的激發(fā)光譜為350nm，兩種共摻離子的主要發(fā)射波長(zhǎng)為Tb3+484和541nm，Mn2+582nm，相對(duì)強(qiáng)度比(R∶G∶B)為0.28∶1∶0.38，色坐標(biāo)為x＝0.36，y＝0.44。
實(shí)施例2-3 實(shí)施例255P2O5·30ZnO·15SrO:0.25Tb4O7·2MnO，實(shí)施例355P2O5·30ZnO·15SrO:0.25Tb4O7·4MnO中發(fā)光玻璃的制備工藝相似于實(shí)例1，配合料總量均為30g，其個(gè)原料質(zhì)量和發(fā)光性能參數(shù)如附表1和表2所示。
附表1 實(shí)施例2-3的玻璃組成
附表2 實(shí)施例2-3的發(fā)光性能參數(shù)

權(quán)利要求
1.一種稀土摻雜磷酸鹽發(fā)光玻璃，其組成為
55-70P2O5·10-30ZnO·10-20SrO:xTb4O7·yMnO，
x＝0.1-0.5；y＝1-4mol％。
2.所采用的紫外激發(fā)源滿足現(xiàn)有紫外LED芯片的發(fā)射波長(zhǎng)(350-400nm)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土摻雜發(fā)光玻璃，其制備方法及特征在于包括以下步驟
a)原料的選取
磷酸鹽玻璃原料來源于分析純的氧化物，磷酸鹽和碳酸鹽。Mn2+離子選用分析純的碳酸鹽，稀土離子選用純度99.99％的氧化物。
b)玻璃配合料的混合
精確稱取玻璃配合料，在陶瓷研磨中研磨混合充分均勻。
c)玻璃熔制
玻璃熔制采用剛玉坩堝。玻璃料的預(yù)熱溫度為400-450℃，時(shí)間為1-2小時(shí)。熔制溫度為1250℃，時(shí)間2-3小時(shí)。退火溫度為400-450℃，保溫2-3小時(shí)。
全文摘要
一種稀土摻雜發(fā)光玻璃及其制備方法，本發(fā)明涉及以Mn2+離子和稀土離子Tb3+離子摻雜的磷酸鹽發(fā)光玻璃及其制備方法。現(xiàn)在白光LED作為一種新的固體光源，其中以半導(dǎo)體化合物InGaN為基礎(chǔ)的白光LED有型固體化，耐震動(dòng)，不易損壞，節(jié)能且壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。本發(fā)明中涉及的發(fā)光玻璃作為L(zhǎng)ED基質(zhì)玻璃具有穩(wěn)定的發(fā)光和在紫外區(qū)的優(yōu)良吸收特點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)改變Tb3+離子和Mn2+的摻入量，并通過在玻璃中Tb3+對(duì)Mn2+的能量傳遞作用，可以混合形成白光。
文檔編號(hào)C03C3/12GK101759361SQ20101002288
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者劉垠垚, 鄒兆松, 梁曉巒, 楊云霞, 陳國(guó)榮 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)