本發(fā)明涉及一種uv-led激發(fā)白光led多層玻璃及制備方法。

背景技術(shù)：

led白光照明是目前市場(chǎng)是應(yīng)用最為廣泛的照明方式，具有亮度高、環(huán)保、低功率效率高等優(yōu)點(diǎn)。市場(chǎng)上白光led商品通常以藍(lán)光led搭載黃光熒光粉或可以發(fā)出紅綠藍(lán)三色的熒光粉最為普遍，盡管其具有技術(shù)成熟且成本低廉的優(yōu)勢(shì)，但是這種白光led封裝工藝復(fù)雜、色偏、演色性不佳并且環(huán)氧樹(shù)脂容易老化，基于這些缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種用uv-led作為激發(fā)光源的白光led稀土摻雜發(fā)光多層微晶玻璃材料來(lái)解決這些缺陷，該多層微晶玻璃具有制備簡(jiǎn)單、稀土離子分布均勻、發(fā)光的色坐標(biāo)容易控制、發(fā)光玻璃容易成型等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到現(xiàn)有的led白光封裝上，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定及寬光譜范圍的白光發(fā)光，該多層玻璃除具有封裝容易還可實(shí)現(xiàn)與芯片非接觸封裝的優(yōu)點(diǎn)，有利于led芯片散熱問(wèn)題的解決。激發(fā)光源選用的是uv-led(紫外發(fā)光二極管)，uv-led的波長(zhǎng)一般在400nm以下，uv-led具有熱量低、體積小、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)本發(fā)明技術(shù)針對(duì)uv-led實(shí)現(xiàn)完整連續(xù)可見(jiàn)光帶分布的白光發(fā)光，可滿(mǎn)足大功率照明光源的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種uv-led激發(fā)白光led多層玻璃，通過(guò)摻雜稀土離子ce³⁺、tb³⁺和eu³⁺實(shí)現(xiàn)白光的輸出，在紫外光的激發(fā)下，與近紫外半導(dǎo)體芯片的發(fā)射波長(zhǎng)吻合，可以將其應(yīng)用到白光led上，解決現(xiàn)在的白光led色偏、演色性不佳、不易封裝等的缺點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案：

一種uv-led激發(fā)白光led多層玻璃，采用高溫固相法，采用組分為50sio2+50pbf2+1na2o的氟硅酸鹽基質(zhì)，這種氟硅酸鹽基質(zhì)熱穩(wěn)定性好、光透過(guò)性較高，通過(guò)摻入不同濃度的稀土離子ce³⁺、tb³⁺和eu³⁺，形成發(fā)光的氟硅酸鹽多層玻璃。eu³⁺離子存在一個(gè)離子之間的相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡即：基質(zhì)加入堿性氧化物可以阻止eu³⁺離子向右的轉(zhuǎn)化，所以加入適量的na2o，eu³⁺和eu²⁺之間的平衡向左移動(dòng)，從而獲取更多的eu³⁺。

所述氟硅酸鹽多層玻璃組分為：

50sio2+50pbf2+1na2o+xtbf3；

50sio2+50pbf2+1na2o+ycef3；

50sio2+50pbf2+1na2o+zeuf3；

一種包括摩爾組成為以下(1)～(3)的基于uv-led白光發(fā)射稀土摻雜多層封裝玻璃，

(1)50sio2+50pbf2+1na2o+xtbf3；

(2)50sio2+50pbf2+1na2o+ycef3；

(3)50sio2+50pbf2+1na2o+zeuf3；

采用包括以下步驟的方法制備：

①計(jì)算和稱(chēng)量，選取每層所需的基質(zhì)和稀土原料，按照組分的摩爾配比精確稱(chēng)量，所有的稱(chēng)量精確到千分位，即小數(shù)點(diǎn)的第三位；

②研磨，每層所有的原料倒入洗凈并干燥好的瑪瑙研缽中，充分研磨1～2小時(shí)；

③高溫煅燒和雙層玻璃制備，將步驟②研磨后的每層混合物分別裝入剛玉坩堝，將坩堝放入事先設(shè)定溫度和時(shí)間的高溫電阻爐中，1050℃下先同時(shí)燒結(jié)(1)、(2)的各層組分混合物，充分煅燒，待粉末混合物完全熔融，保持恒溫1050℃半個(gè)小時(shí)，然后將(1)、(2)各組分混合物依次倒入石墨磨具中，并迅速將石墨磨具放回退火爐中380℃退火3個(gè)小時(shí)并自然降溫到室溫；

④三層玻璃制備，將步驟③制備好的雙層玻璃進(jìn)行拋光，使得cef3玻璃層和tbf3玻璃層厚度一樣；

再分別將(3)組分混合物放入高溫電阻爐煅燒熔融，保持1050℃恒溫30分鐘，取出(3)組混合物倒入裝有雙層玻璃的石墨磨具中，完成后迅速將磨具放回退火爐中退火3個(gè)小時(shí)并自然冷卻至室溫；

⑤熱處理將步驟④多層玻璃放入退火爐中進(jìn)行熱處理，溫度為430℃，時(shí)間為6小時(shí)，樣品自然降到室溫之后，對(duì)樣品進(jìn)行拋光，采用金剛石粉水溶液或者金剛石膏，并使得三層玻璃每層玻璃厚度一樣并且各個(gè)表面足夠光滑。

⑥對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行光譜測(cè)試，進(jìn)行組分的調(diào)整，通過(guò)調(diào)整ce³⁺、tb³⁺和eu³⁺離子濃度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且寬波段的白光輸出。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的uv-led激發(fā)白光led多層玻璃具有以下有益效果：

1、稀土摻雜的發(fā)光玻璃白光發(fā)射更加穩(wěn)定，覆蓋白光范圍更廣，且具有色純度高、物化性能穩(wěn)特點(diǎn)定等。

2、稀土摻雜的發(fā)光玻璃制備生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行，不需要還原氣氛，生產(chǎn)成本低。采用近紫外光led與近紫外光半導(dǎo)體芯片的發(fā)射波長(zhǎng)吻合，減小了成本，更有利于大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)。

3、相對(duì)于熒光粉，更有利于器件的裝配。

4、采用稀土摻雜的多層玻璃也更好的解決了單層玻璃因多摻和稀土離子濃度過(guò)高造成的濃度猝滅問(wèn)題。即避免了不同稀土離子之間的雜質(zhì)猝滅和雜質(zhì)敏化。使得稀土離子之間的無(wú)輻射躍遷降到最低。

5、采用不同以往是的敏化離子和激發(fā)離子在同一玻璃基質(zhì)中，而本方案是將敏化層和激發(fā)層分開(kāi)，中間層是敏化層cef3,上下兩層是tbf3和euf3層，cef3玻璃層作為敏化稀土離子，有效的增強(qiáng)了稀土離子之間能量傳遞，提高了發(fā)光效率。同時(shí)ce³⁺本身發(fā)藍(lán)光也參與了白光的合成作用，ce³⁺在發(fā)光的過(guò)程中充當(dāng)敏化劑和激活劑雙重身份。

6、發(fā)光玻璃相比于傳統(tǒng)二極管激發(fā)熒光粉(能夠發(fā)出黃色或者紅綠藍(lán)三種色的熒光粉)組合的白光led更加容易成型，可以做成所需要的發(fā)光玻璃器件模型。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明多層玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例2的多層玻璃實(shí)際發(fā)光效果圖；

圖3是實(shí)施例2發(fā)射光譜圖；

圖4是實(shí)施例2cie色度圖；

圖5是實(shí)施例2監(jiān)測(cè)光譜425nm下ce³⁺離子激發(fā)光譜圖；

圖6是實(shí)施例2ce³⁺-tb³⁺-eu³⁺離子之間能量傳遞圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例2作為發(fā)光源組成的發(fā)光器件圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例的包括摩爾組成為以下(1)～(3)的uv-led激發(fā)白光led多層玻璃，

(1)50sio2+50pbf2+1na2o+xtbf3；

(2)50sio2+50pbf2+1na2o+ycef3；

(3)50sio2+50pbf2+1na2o+zeuf3；

采用包括以下步驟的方法制備：

①計(jì)算和稱(chēng)量，選取每層所需的基質(zhì)和稀土原料，按照組分的摩爾配比精確稱(chēng)量，所有的稱(chēng)量精確到千分位，即小數(shù)點(diǎn)的第三位；

②研磨，每層所有的原料倒入洗凈并干燥好的瑪瑙研缽中，充分研磨1～2小時(shí)；

③高溫煅燒和雙層玻璃制備，將步驟②研磨后的每層混合物分別裝入剛玉坩堝，將坩堝放入事先設(shè)定溫度和時(shí)間的高溫電阻爐中，1050℃下先同時(shí)燒結(jié)(1)、(2)的各層組分混合物，充分煅燒，待粉末混合物完全熔融，保持恒溫1050℃半個(gè)小時(shí)，然后將(1)、(2)各組分混合物依次倒入石墨磨具中，將石墨磨具放回退火爐中380℃退火3個(gè)小時(shí)并自然降溫到室溫；

④三層玻璃制備，將步驟③制備好的雙層玻璃進(jìn)行拋光，使得cef3玻璃層和tbf3玻璃層厚度一致；

再分別將(3)組分混合物放入高溫電阻爐煅燒熔融，保持1050℃恒溫30分鐘，取出(3)組混合物倒入裝有雙層玻璃的石墨磨具中，完成后迅速將磨具放回退火爐中退火3個(gè)小時(shí)并自然冷卻至室溫；

⑤熱處理將步驟④多層玻璃放入退火爐中進(jìn)行熱處理，溫度為430℃，時(shí)間為6小時(shí)，樣品自然降到室溫之后，對(duì)樣品進(jìn)行拋光，采用金剛石粉水溶液或者金剛石膏，并使得三層玻璃每層玻璃厚度一樣并且各個(gè)表面足夠光滑。

⑥對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行光譜測(cè)試并繪制cie色度圖，確定x、y、z的最佳范圍，通過(guò)調(diào)整ce³⁺、tb³⁺和eu³⁺離子濃度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且寬波段的白光輸出。具體方法為通過(guò)采用對(duì)做多層玻璃進(jìn)行光譜測(cè)試，將得到數(shù)據(jù)通過(guò)色度圖計(jì)算色度值并且描繪色坐標(biāo)的具體位置，通過(guò)參照對(duì)比cie色度圖標(biāo)準(zhǔn)色度值(x＝0.33，y＝0.33)，當(dāng)色坐標(biāo)偏向藍(lán)紫光區(qū)域即左下角的時(shí)候，增加tb³⁺和eu³⁺的量(或者減少ce³⁺的量)，當(dāng)色坐標(biāo)偏向綠光和紅橙光區(qū)域，則可類(lèi)比上述方法相對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

按照表1、2、3的配比(摩爾比)，按上述制備方法得到實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3的多層玻璃，最終產(chǎn)品在進(jìn)行光譜測(cè)試的時(shí)候，要將激光打到中間敏化層，即cef3層，這樣ce³⁺離子可以將能量傳遞給上下兩層(tbf3層和euf3層)。

表1

表2

表3

圖1是本實(shí)施例1的多層玻璃結(jié)構(gòu)示意圖圖，圖中中間層是cef3，上下兩層分別是tbf3和euf3。

圖2是制備的玻璃在實(shí)施2多層封裝玻璃和激發(fā)光源組成器件發(fā)光實(shí)物圖，在視覺(jué)上已經(jīng)出來(lái)效果很好的白光。

圖3是330nm激發(fā)下，實(shí)施例2多層發(fā)光玻璃的發(fā)射光譜圖，從圖中可以明顯看出，在藍(lán)光(450nm附近)、綠光(540nm附近)以及紅橙光(650nm附近)波段均有較強(qiáng)的發(fā)光，整個(gè)發(fā)射光譜為連續(xù)譜，連續(xù)光譜相比于單色光譜組合得到的白光會(huì)更接近于標(biāo)準(zhǔn)白光。

圖4是三種不同配比實(shí)施方案下的制備的多層玻璃測(cè)得的數(shù)據(jù)在cie色坐標(biāo)圖中描出來(lái)的色坐標(biāo)，如圖三個(gè)坐標(biāo)分別為a、b、c。c坐標(biāo)對(duì)應(yīng)實(shí)施例3,此時(shí)的色坐標(biāo)偏向藍(lán)紫光，c色坐標(biāo)值為(x＝0.275，y＝0.28)，與標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)差別較大，此時(shí)的組分不符合最佳組分的要求，所以增加組分tb³⁺和eu³⁺離子濃度，即實(shí)施例2和實(shí)施例3，其對(duì)應(yīng)的色坐標(biāo)分別為b、c，色坐標(biāo)值為b(x＝0.33，y＝0.31)和色坐標(biāo)c(x＝0.34，y＝0.38)，從三種實(shí)施方案，色坐標(biāo)b與標(biāo)準(zhǔn)色坐標(biāo)值(x＝0.33，y＝0.33)已經(jīng)十分接近，達(dá)到日用白光的使用標(biāo)準(zhǔn)，即實(shí)施例2為最佳的方案，產(chǎn)品外觀(guān)上看各層玻璃結(jié)合比較緊密，能夠很好的結(jié)合在一起，沒(méi)有出現(xiàn)分裂等問(wèn)題。此時(shí)具體組分為：

50sio2+50pbf2+1na2o+0.03tbf3；

50sio2+50pbf2+1na2o+0.15cef3；

50sio2+50pbf2+1na2o+0.06euf3。

圖5是監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)為430nm下的cef3離子的激發(fā)光譜圖，從圖中可知，在波長(zhǎng)為330nm波長(zhǎng)附近，ce³⁺離子對(duì)能量有很好的吸收。

圖6是ce³⁺離子、tb³⁺離子、eu³⁺離子的能量傳遞圖，從圖中可以清晰的看出：在330nm紫外光激發(fā)下，ce³⁺離子從基態(tài)躍遷的激發(fā)態(tài)，電子從基態(tài)能級(jí)躍遷到分裂的能級(jí)較高的5d能級(jí)，在這個(gè)過(guò)程中，電子可以馳豫到較低的能級(jí)，完成自然特征光譜，也可以經(jīng)過(guò)馳豫將能量傳遞給tb³⁺離子，tb³⁺離子中的電子完成能級(jí)的躍遷進(jìn)而呈現(xiàn)出tb³⁺離子的特征光譜發(fā)射，同時(shí)也可以經(jīng)過(guò)馳豫將能量傳遞給eu³⁺離子，eu³⁺離子中的自由電子完成能級(jí)躍遷進(jìn)而呈現(xiàn)出相應(yīng)的特征光譜。

圖7是對(duì)于發(fā)光玻璃的一種發(fā)光玻璃設(shè)計(jì)的一種器件組合，該器件組合可以減少激發(fā)光光源向外的漏光，多層玻璃在制備完成后，可以加工成類(lèi)似半球的型圓弧燈珠，圓弧形狀的燈珠可以增大白光的發(fā)光面積，相比于傳統(tǒng)白光led可以有效地增加發(fā)光效率和發(fā)光面積。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。