[发明专利]一种发光颜色可调谐的透明玻璃陶瓷及其制备技术

说明书

技术领域

本发明涉及固体发光材料领域，尤其是涉及发光颜色可调谐的稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备工艺。

技术背景

固体照明，尤其是固体白光照明具有节电、无污染、长寿命等特点，是替代传统白炽灯和荧光灯的新一代半导体光源。目前常见的商用白光LED是由蓝光GaN芯片和掺Ce³⁺的钇铝石榴石(YAG)荧光粉封装在一起制成的，荧光粉混合于环氧树脂中并涂覆于芯片上。GaN芯片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，使其受激发出黄光，而未被吸收的蓝光与荧光粉发出的黄光混合，便得到白光。由于蓝光芯片与YAG荧光粉的发光寿命不一样，使用一段时间后，LED的发光会产生色差。为了解决该问题，可以通过采用紫外光芯片涂覆特殊荧光粉的方式来制造白光LED。此时，芯片发出的不能被肉眼所见的紫外光被荧光粉完全吸收，使荧光粉受激发射蓝光和黄光(或红、绿、蓝三色光)，混合后得到白光。采用这种技术可以基本避免产生色差，但由于环氧树脂在紫外光长期照射下会出现老化，将使白光LED器件的使用寿命变短。研发在紫外光激发下发射强烈白光、且耐紫外光辐照(结构、性能稳定)的新型固体发光材料，是国际上发展白光LED技术的最新研究方向[Y.Zheng，A.G.Clare，Phys.Chem.Glasses.，46，467(2005)]。

稀土掺杂的透明氟氧化物玻璃陶瓷由无机玻璃态材料发生部分晶化而得，其结构特征是特定的氟化物纳米晶均匀镶嵌于玻璃基体中，且稀土发光离子固溶于纳米晶中。作为一类新型固体发光材料，它综合了氟化物晶体与玻璃材料的优点，可具有与晶体相近甚至更好的光学性能，而又有类似于玻璃材料制备技术简单、热稳定性和化学稳定性高的优势。在紫外光激发下发射强烈白光的透明玻璃陶瓷可以加工成平板状直接覆盖在芯片上，因此，可望用来替代常规的荧光粉构建新型白光LED器件。与常规LED器件相比，这种新型器件将具有光色稳定、使用寿命长的显著优点。

基于上述考虑，我们研制了一种稀土Eu³⁺离子掺杂、含氟化镧(LaF₃)纳米晶的透明玻璃陶瓷。作为发光中心的Eu³⁺离子具有丰富的能级，如图1所示。LaF₃纳米晶为Eu³⁺离子提供了一个低声子能量的环境，当Eu³⁺固溶于LaF₃纳米晶中，可实现如下能级跃迁(发光)：⁵D₀→⁷F_J(J＝0，1，2，3，4)(发红光)，⁵D₁→⁷F_J(J＝0，1，2，3，4)(发绿光)，⁵D₂→⁷F_J(J＝0，1，2，3，4)(发绿光和蓝光)，⁵D₃→F_J(J＝0，1，2，3，4)(发蓝光)。通过对玻璃陶瓷组分进行调节，控制LaF₃纳米晶的晶化行为，实现了在近紫外光激发下，玻璃陶瓷发射颜色可调谐的可见光，包括强烈的白光。该材料的应用前景之一是用来替代常规的荧光粉构建光色稳定、使用寿命长的新型白光LED器件。

发明内容

本发明提出一种Eu³⁺掺杂的含LaF₃纳米晶透明玻璃陶瓷的组分及其制备工艺，目的在于制备出性能稳定、能在近紫外光激发下实现不同颜色(含白光)发光的透明固体发光材料。

本发明的透明玻璃陶瓷的组分和摩尔百分含量如下：

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。