本發明屬于高功率白光激光照明與顯示
技術領域：
，更具體地，涉及一種高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷及其制備方法和應用。
背景技術：
：高功率白光半導體光源是特殊照明與顯示的前沿技術。由于高功率的半導體光源能夠短時間內產生大量的熱，使得被照射的材料達到高于200℃的高溫，這使得采用傳統的半導體光源與硅膠等有機材料封裝的半導體白光光源的封裝材料因無法承受如此高的溫度，而無法通過使用高功率的半導體激發光激發而實現更大的流明和亮度，亦無法滿足人們對特殊光源的迫切需求。為克服這一實用化難題，采用兼具發光與封裝功能的玻璃陶瓷制備白光半導體光源成為新的選擇。眾所周知，玻璃具有熱導率較高，折射率可調，耐熱老化性能好等優勢。若能找到一種折射率可調、可見光區的透過率高、重熔溫度低的玻璃，在復合yag:ce3+熒光粉制成yag:ce3+-pig復合材料后，能夠較好的保持yag:ce3+熒光粉的發光性能不受影響，則該yag:ce3+-pig復合材料既具有熒光轉換功能，又具有封裝功能，是一種可以實際應用于高功率白光光源的光轉換封裝材料。用該玻璃陶瓷制備出的高功率白光半導體光源相較于傳統的低功率白光半導體光源，其在特殊照明與顯示領域的應用更具前景。技術實現要素：本發明的目的在于根據現有技術中的不足，提供了一種高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷。本發明同時提供上述高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷的制備方法。本發明還提供上述高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷在制備高功率白光照明與顯示光源中的應用。本發明的目的通過以下技術方案實現：本發明提供了一種高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷的組成表達式為(1-x)a:xb，其中，x為b的重量百分比，x的取值范圍為1~30%；a為母體玻璃，組成為：asb2o3-bb2o3-czno-dm2o，a、b、c、d均為摩爾百分比，a+b+c+d=100%，m2o中m代表堿金屬，m2o為堿金屬氧化物或堿金屬碳酸鹽；b為yag:ce3+熒光粉。優選地，a:b:c:d=(40~60):(15~20):(5~20):(15~20)。優選地，a:b:c:d=(50~60):(17.5~20):(5~10):(17.5~20)。優選地，m為ca、ba或sr。本發明同時提供所述的高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷的制備方法，包括如下步驟：s1.按照摩爾百分比將母體玻璃的各組成原料混合，高溫熔融后，冷卻，研磨后得到母體玻璃粉末；s2.將s1中母體玻璃粉末與yag:ce3+熒光粉按照重量百分比混合，熔融反應，經過保溫，退火，拋光得到所述高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷。優選地，步驟s1中所述的高溫熔融的溫度為900~1100℃，高溫熔融的時間為5min~60min。優選地，步驟s1中研磨的時間6~24h。優選地，步驟s2中熔融反應的溫度為600℃~750℃，保溫時間為10~50min；退火溫度為200℃~400℃，退火時間為3h~5h。本發明同時保護所述的高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷在制備高功率白光照明與顯示光源中的應用。進一步地，所述高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷與藍光半導體光源結合制備高功率白光照明與顯示光源。與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：本發明提供的高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷中，母體玻璃熔結溫度較低，折射率為1.81~1.88；母體玻璃在制備最終產物過程中無析晶且母體玻璃本身對藍光沒有吸收。本發明提供的玻璃陶瓷的激光量子效率為70~80%，與高功率藍光半導體光源結合制備出白光半導體光源的光效為300~400lm/w。具有光轉換效率高、發光性能優異等特性，本發明提供的制備方法成本低廉、性能優異、綠色無污染、適宜于大規模工業化生產等優點，能夠應用在照明光源和顯示光源，如汽車大燈、探照燈、投影儀、激光電影院等領域，在高功率白光照明與顯示領域有很大的應用前景。附圖說明圖1為實施例1所制備的母體玻璃與yag:ce3+-pig樣品的xrd。圖2為實施例2所制備的yag:ce3+-pig樣品sem圖。圖3為實施例4所制備的yag:ce3+-pig的激發與發射光譜(分別為yag：ce3+熒光粉的激發與發射光譜、yag:ce3+-pig玻璃陶瓷的激發與發射光譜，其中激發波長為450nm，監測發射波長為550nm)圖4為實施例5所制備出的yag:ce3+-pig與高功率藍光半導體光源結合制備白光激光光源的電致光譜圖。圖5為實施例5所制備出的yag:ce3+-pig與高功率藍光半導體光源結合制備白光激光光源的流明隨激光驅動電流的電流變化曲線。具體實施方式以下結合具體實施例和附圖來進一步說明本發明，但實施例并不對本發明做任何形式的限定。除非特別說明，本發明采用的試劑、方法和設備為本
技術領域：
常規試劑、方法和設備。除非特別說明，本發明所用試劑和材料均為市購。實施例1：b:a=23:77玻璃陶瓷的合成工藝表1實施例1母體玻璃的原料組成及合成工藝原料sb2o3h3bo3znok2co3質量（g）17.49112.16420.40702.4186a的組成為a:b:c:d=60:17.5:5:17.5,如表1所示對應質量。按照表1精確稱量分析純的三氧化二銻（sb2o3）、硼酸（h3bo3）、氧化鋅（zno）、碳酸鉀（k2co3）。將精確稱量的原料在瑪瑙研缽中研磨1~2h后，轉移至坩堝中，而后在900℃爐中熔融30min，將熔融玻璃液倒入石墨模具中驟冷，取出碎玻璃，對碎玻璃進行6h研磨，磨成a粉末備用。按照b和a粉末質量分數為23:77進行稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨0.5h，然后倒入坩堝中，并放入700℃爐中熔融30min，再將熔融玻璃液倒入預熱的石墨模具中成型，最后再放入350℃爐中退火4h，即可得到樣品。再用金剛石線性切割機切制適當的厚度后，拋光至雙面達到鏡面，即可用得到符合要求的封裝用yag:ce3+-pig玻璃陶瓷。其中圖1即為所合成yag:ce3+-pig玻璃陶瓷的xrd圖，其中，yag：ce3+熒光粉的xrd曲線見glassfrit，標準卡片pdf#33-0040見jpcds(33-0040)，可見玻璃基質在合成過程中并未有新的晶體生成，且yag:ce3+-pig玻璃陶瓷中的晶體衍射峰與yag:ce3+熒光粉及yag的標準卡片的衍射峰一一對應，說明合成的yag:ce3+-pig玻璃陶瓷（高功率半導體光源激發用玻璃陶瓷）中含有yag:ce3+熒光粉。實施例2：b:a=5:95玻璃陶瓷的合成工藝表2實施例2母體玻璃的原料組成及合成工藝原料sb2o3h3bo3znok2co3質量（g）16.03352.47330.40702.7641a的組成為a:b:c:d=55:20:5:20,如表2所示對應質量。按照表2精確稱量分析純的三氧化二銻（sb2o3）、硼酸（h3bo3）、氧化鋅（zno）、碳酸鉀（k2co3）。將精確稱量的原料在瑪瑙研缽中研磨1~2h后，轉移至坩堝中，而后在950℃爐中熔融15min，將熔融玻璃液倒入石墨模具中驟冷，取出碎玻璃，對碎玻璃進行6h研磨，磨成a粉末備用。按照b和a粉末質量分數為5:95進行稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨0.5h，然后倒入坩堝中，并放入650℃爐中熔融30min，再將熔融玻璃液倒入預熱的石墨模具中成型，最后再放入350℃中退火3h，即可得到樣品。再用金剛石線性切割機切制適當的厚度后，拋光至雙面達到鏡面，即可用得到符合要求的封裝用yag:ce3+-pig玻璃陶瓷。圖2即為該樣品的sem圖，圖2a為sem圖，圖中的深色的顆粒狀的部分即為yag:ce3+熒光粉，淺色的部分為玻璃原料；圖2b為圖2a中area1和area2對應的eds能譜數據，area1部分的組成元素為y、al、o、ce等元素為y3al5o12:ce3+，不含有玻璃組分，而area2部分的組成元素為sb、k、zn、o等元素為玻璃的組成元素，不含有y3al5o12:ce3+。可見yag:ce3+熒光粉很好的存在于玻璃中，未出現侵蝕和破壞等情況。實施例3：b:a=5:95玻璃陶瓷的合成工藝表3實施例2母體玻璃的原料組成及合成工藝原料sb2o3h3bo3znona2co3質量（g）13.11832.16421.62821.8548a的組成為a:b:c:d=60:17.5:5:17.5,如表3所示對應質量。按照表3精確稱量分析純的三氧化二銻（sb2o3）、硼酸（h3bo3）、氧化鋅（zno）、碳酸鈉（na2co3）。將精確稱量的原料在瑪瑙研缽中研磨1~2h后，轉移至坩堝中，而后在920℃爐中熔融30min，將熔融玻璃液倒入石墨模具中驟冷，取出碎玻璃，對碎玻璃進行6h研磨，磨成a粉末備用。按照b和a粉末質量分數為5:95進行稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨0.5h，然后倒入坩堝中，并放入700℃爐中熔融30min，再將熔融玻璃液倒入預熱的石墨模具中成型，最后再放入350℃爐中退火4h，即可得到樣品。再用金剛石線性切割機切制適當的厚度后，拋光至雙面達到鏡面，即可用得到符合要求的封裝用yag:ce3+-pig玻璃陶瓷。實施例4：b:a=5:95玻璃陶瓷的合成工藝表4實施例4母體玻璃的原料組成及合成工藝原料sb2o3h3bo3znok2co3質量（g）11.66072.47331.62822.7641a的組成為a:b:c:d=55:20:5:20,如表4所示對應質量。按照表4精確稱量分析純的三氧化二銻（sb2o3）、硼酸（h3bo3）、氧化鋅（zno）、碳酸鉀（k2co3）。將精確稱量的原料在瑪瑙研缽中研磨1~2h后，轉移至坩堝中，而后在950℃爐中熔融15min，將熔融玻璃液倒入石墨模具中驟冷，取出碎玻璃，對碎玻璃進行6h研磨，磨成a粉末備用。按照b和a粉末質量分數為5:95進行稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨0.5h，然后倒入氧化鋁坩堝中，并放入700℃爐中熔融30min，再將熔融玻璃液倒入預熱的石墨模具中成型，最后再放入350℃爐中退火4h，即可得到樣品。再用金剛石線性切割機切制適當的厚度后，拋光至雙面達到鏡面，即可用得到符合要求的封裝用yag:ce3+-pig玻璃陶瓷。圖3即為yag:ce3+-pig玻璃陶瓷的激發發射光譜，其發射光譜與yag:ce3+熒光粉的發射光譜基本吻合，激發光譜與yag:ce3+熒光粉的激發光譜略有差異，這是由于玻璃基質對400nm之前的光有吸收。實施例5：b:a=23:77玻璃陶瓷的合成工藝表5實施例5母體玻璃的原料組成及合成工藝原料sb2o3h3bo3znok2co3質量（g）14.57592.47330.81412.7641a的組成為a:b:c:d=50:20:10:20,如表5所示對應質量。按照表5精確稱量分析純的三氧化二銻（sb2o3）、硼酸（h3bo3）、氧化鋅（zno）、碳酸鉀（k2co3）。將精確稱量的原料在瑪瑙研缽中研磨1~2h后，轉移至坩堝中，而后在930℃爐中熔融20min，將熔融玻璃液倒入石墨模具中驟冷，取出碎玻璃，對碎玻璃進行6h研磨，磨成a粉末備用。按照b和a粉末質量分數為23:77進行稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨0.5h，然后倒入氧化鋁坩堝中，并放入690℃爐中熔融30min，再將熔融玻璃液倒入預熱的石墨模具中成型，最后再放入350℃爐中退火4h，即可得到樣品。再用金剛石線性切割機切制適當的厚度后,拋光至雙面達到鏡面，即可用得到符合要求的封裝用yag:ce3+-pig玻璃陶瓷。圖4、圖5為樣品在激光半導體光源上的測試數據，其中圖4的光譜圖為不同驅動電流下的電致光譜圖，圖5為圖4不同驅動電流對應的流明變化曲線。具體數據見表6所示：表6樣品藍光半導體光源激發下的效率測試樣品實施例5激光內效率80.1%流明效率lm/w366.93藍光吸收率93.6%實施例6：b:a=23:77玻璃陶瓷的合成工藝表7實施例6母體玻璃的原料組成及合成工藝原料sb2o3h3bo3znoli2co3質量（g）14.57592.47330.81411.4778a的組成為a:b:c:d=50:20:10:20,如表7所示對應質量。按照表7精確稱量分析純的三氧化二銻（sb2o3）、硼酸（h3bo3）、氧化鋅（zno）、碳酸鋰（li2co3）。將精確稱量的原料在瑪瑙研缽中研磨1~2h后，轉移至坩堝中，而后在930℃爐中熔融20min，將熔融玻璃液倒入石墨模具中驟冷，取出碎玻璃，對碎玻璃進行6h研磨，磨成a粉末備用。按照b和a粉末質量分數為23:77進行稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨0.5h，然后倒入氧化鋁坩堝中，并放入690℃爐中熔融30min，再將熔融玻璃液倒入預熱的石墨模具中成型，最后再放入350℃爐中退火4h，即可得到樣品。再用金剛石線性切割機切制適當的厚度后,拋光至雙面達到鏡面，即可用得到符合要求的封裝用yag:ce3+-pig玻璃陶瓷。當前第1頁12