[發明專利]一種發光顏色可調諧的透明玻璃陶瓷及其制備技術

無效

• 申請號: 200910112947.0
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN102092952A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 黃萍;陳大欽;王元生
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C03C10/16
• 分類號: C03C10/16;C03B32/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及固體發光材料領域，尤其是涉及發光顏色可調諧的稀土摻雜透明玻璃陶瓷及其制備工藝。

技術背景

固體照明，尤其是固體白光照明具有節電、無污染、長壽命等特點，是替代傳統白熾燈和熒光燈的新一代半導體光源。目前常見的商用白光LED是由藍光GaN芯片和摻Ce³⁺的釔鋁石榴石(YAG)熒光粉封裝在一起制成的，熒光粉混合于環氧樹脂中并涂覆于芯片上。GaN芯片發出的藍光部分被熒光粉吸收，使其受激發出黃光，而未被吸收的藍光與熒光粉發出的黃光混合，便得到白光。由于藍光芯片與YAG熒光粉的發光壽命不一樣，使用一段時間后，LED的發光會產生色差。為了解決該問題，可以通過采用紫外光芯片涂覆特殊熒光粉的方式來制造白光LED。此時，芯片發出的不能被肉眼所見的紫外光被熒光粉完全吸收，使熒光粉受激發射藍光和黃光(或紅、綠、藍三色光)，混合后得到白光。采用這種技術可以基本避免產生色差，但由于環氧樹脂在紫外光長期照射下會出現老化，將使白光LED器件的使用壽命變短。研發在紫外光激發下發射強烈白光、且耐紫外光輻照(結構、性能穩定)的新型固體發光材料，是國際上發展白光LED技術的最新研究方向[Y.Zheng，A.G.Clare，Phys.Chem.Glasses.，46，467(2005)]。

稀土摻雜的透明氟氧化物玻璃陶瓷由無機玻璃態材料發生部分晶化而得，其結構特征是特定的氟化物納米晶均勻鑲嵌于玻璃基體中，且稀土發光離子固溶于納米晶中。作為一類新型固體發光材料，它綜合了氟化物晶體與玻璃材料的優點，可具有與晶體相近甚至更好的光學性能，而又有類似于玻璃材料制備技術簡單、熱穩定性和化學穩定性高的優勢。在紫外光激發下發射強烈白光的透明玻璃陶瓷可以加工成平板狀直接覆蓋在芯片上，因此，可望用來替代常規的熒光粉構建新型白光LED器件。與常規LED器件相比，這種新型器件將具有光色穩定、使用壽命長的顯著優點。

基于上述考慮，我們研制了一種稀土Eu³⁺離子摻雜、含氟化鑭(LaF₃)納米晶的透明玻璃陶瓷。作為發光中心的Eu³⁺離子具有豐富的能級，如圖1所示。LaF₃納米晶為Eu³⁺離子提供了一個低聲子能量的環境，當Eu³⁺固溶于LaF₃納米晶中，可實現如下能級躍遷(發光)：⁵D₀→⁷F_J(J＝0，1，2，3，4)(發紅光)，⁵D₁→⁷F_J(J＝0，1，2，3，4)(發綠光)，⁵D₂→⁷F_J(J＝0，1，2，3，4)(發綠光和藍光)，⁵D₃→F_J(J＝0，1，2，3，4)(發藍光)。通過對玻璃陶瓷組分進行調節，控制LaF₃納米晶的晶化行為，實現了在近紫外光激發下，玻璃陶瓷發射顏色可調諧的可見光，包括強烈的白光。該材料的應用前景之一是用來替代常規的熒光粉構建光色穩定、使用壽命長的新型白光LED器件。

發明內容

本發明提出一種Eu³⁺摻雜的含LaF₃納米晶透明玻璃陶瓷的組分及其制備工藝，目的在于制備出性能穩定、能在近紫外光激發下實現不同顏色(含白光)發光的透明固體發光材料。

本發明的透明玻璃陶瓷的組分和摩爾百分含量如下：

SiO₂：40-60mol％；Al₂O₃：10-30mol％；NaF：5-25mol％；LaF₃：8-15mol％；EuF₃：0.005-1mol％；MSO₄：＜0.02％；Fe：＜0.02％。其中M代表Mg或Ca或Ba或Sr。