(57)【要約】【課題】  発光ダイオード用蛍光ガラスおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】  発光ダイオード用蛍光ガラスは、ガラス粉末および蛍光粉末を含み、このガラス粉末および蛍光粉末は、混合されて蛍光ガラスを形成しており、ガラス粉末を製造するための材料は、二酸化ケイ素を２０ｗｔ％から３７ｗｔ％、三酸化ホウ素を３１ｗｔ％〜４７ｗｔ％、および酸化カルシウムを１６ｗｔ％〜３５ｗｔ％で含み、蛍光粉末の材料は、Ｃｅ−ＹＡＧ、ＬｕＡＧ、シリケート、および窒化物／酸窒化物の蛍光粉末の１種から選択される。本開示の蛍光ガラスは、ガラス粉末および蛍光粉末を混合し焼結することによって形成され、低い焼結温度を有し、その結果、高温に起因する蛍光粉末の色の劣化が回避されるようになる。したがって本開示の蛍光ガラスは良好な透明度を有し、この蛍光ガラスを利用する発光ダイオードは良好な発光効率を有する。【選択図】        図１
2019014643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス粉末および蛍光粉末を含む、発光ダイオード用蛍光ガラスであって、前記ガラス粉末および前記蛍光粉末が混合されて蛍光ガラスを形成しており、前記ガラス粉末を製造するための材料が、二酸化ケイ素を２０ｗｔ％から３７ｗｔ％、三酸化二ホウ素を３１ｗｔ％〜４７ｗｔ％、および酸化カルシウムを１６ｗｔ％〜３５ｗｔ％で含み、前記蛍光粉末の材料が、Ｃｅ−ＹＡＧ、ＬｕＡＧ、シリケート、および窒化物／酸窒化物の蛍光粉末の１種から選択される、発光ダイオード用蛍光ガラス。
【請求項２】
前記ガラス粉末を製造するための前記材料が、酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛をさらに含み、前記酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛の重量パーセントが０ｗｔ％から１７ｗｔ％の間である、請求項１に記載の発光ダイオード用蛍光ガラス。
【請求項３】
前記ガラス粉末を製造するための前記材料が酸化アルミニウムをさらに含み、前記酸化アルミニウムの重量パーセントが０ｗｔ％から１２ｗｔ％の間である、請求項２に記載の発光ダイオード用蛍光ガラス。
【請求項４】
発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法であって、
二酸化ケイ素を２０ｗｔ％から３７ｗｔ％、三酸化二ホウ素を３１ｗｔ％〜４７ｗｔ％、および酸化カルシウムを１６ｗｔ％〜３７ｗｔ％で含む、ガラス粉末を製造するための材料を準備すること、
前記ガラス粉末を製造するための前記材料を融解して融解ガラスを形成することであり、融解温度が１４００℃より低いものであること、
前記融解ガラスを水に注入して急冷し、ガラス砂が得られるようにすること、
前記ガラス砂をガラス粉末に磨砕すること、
前記ガラス粉末および蛍光粉末を混合し、前記ガラス粉末および前記蛍光粉末を加圧して蛍光ガラス核にすることであり、前記蛍光粉末の材料が、Ｃｅ−ＹＡＧ、ＬｕＡＧ、シリケート、および窒化物／酸窒化物の蛍光粉末の１種から選択されるものであること、
前記蛍光ガラス核を焼結して蛍光ガラス・インゴットにすることであり、焼結温度が７５０℃から８５０℃の間にあるものであること、および
前記蛍光ガラス・インゴットを切断して、シート形状の少なくとも１枚の蛍光ガラスにすること
を含む、発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法。
【請求項５】
前記ガラス粉末を製造するための前記材料が、酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛をさらに含み、前記酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛の重量パーセントが０ｗｔ％から１７ｗｔ％の間である、請求項４に記載の発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法。
【請求項６】
前記ガラス粉末を製造するための前記材料が、酸化アルミニウムをさらに含み、前記酸化アルミニウムの重量パーセントが、０ｗｔ％から１２ｗｔ％の間である、請求項５に記載の発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法。
【請求項７】
前記ガラス砂の熱膨張係数が、５×１０−６から７．６×１０−６の間である、請求項４に記載の発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法。
【請求項８】
前記ガラス粉末の粒度が１００μｍよりも小さい、請求項４に記載の発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法。
【請求項９】
前記融解温度が１２５０℃から１４００℃の間である、請求項４に記載の発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法。
【請求項１０】
前記蛍光ガラスのそれぞれの厚さが、１２０μｍから２００μｍの間である、請求項４に記載の発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年７月４日に出願された中国特許出願第２０１７１０５３６０２２．３号の優先権の利益を主張するものであり、当該中国特許出願の全開示を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本開示は、一般に蛍光ガラスに関し、より詳細には発光ダイオード用の蛍光ガラス、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、白色発光ダイオードは、蛍光粉末およびポリマー・シリコーンを混合し、青色光チップ上にコーティングすることによって形成される。青色光チップは、光を発して蛍光粉末を励起し、黄色光が発生するようにし、黄色光および青色光は混合されて白色光を形成する。しかし長時間および高温の状態の下、白色発光ダイオードのシリコーンは容易に黄変および劣化を発生させ、それによって白色発光ダイオードの発光効果が影響を受ける。現在、上記問題は、蛍光ガラスを使用する白色発光ダイオードによって解決され、蛍光ガラスは、ガラス・シートの表面に蛍光粉末層をコーティングすることによって形成され、ガラス・シートの材料のほとんどは、鉛または鉛フリーのアルカリ・ガラスであり、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系列またはＰ２Ｏ５系列は、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属酸化物を付加する。
【０００４】
上記ガラス・シートがアルカリ・フリー・ガラスを利用する場合、アルカリ・フリー・ガラスは、アルカリ金属酸化物を含むガラスを含有しない。しかし、このガラスはアルカリ金属を付加せず、二酸化ケイ素を高含量で有する。このガラスは、融解するのに高温を必要とする。融解温度は１５００℃より高く、この高温の時間は数時間または１０時間保持され、したがってアルカリ・フリー・ガラスの成分は融解し均質になって融解ガラスを形成するようになる。融解ガラスの粘度は高く、融解ガラスの流動性は不十分であり、したがってその後続のプロセスを操作するのが比較的難しい。さらに、このガラスの熱膨張係数は約３．０×１０−６から４．０×１０−６であり、蛍光粉末の熱膨張係数は約８．０×１０−６である。ガラスの熱膨張係数と蛍光粉末の熱膨張係数との差は大きい。焼結温度は、ガラスおよび蛍光粉末が焼結されるときに、より高いことが必要であり、したがって焼結時には応力が容易に発生し、後続の蛍光ガラスの製造が容易ではない。
【０００５】
このセクションに記述されるこの従来技術は、本開示の理解を単に助けるためのものである。このセクションに開示される内容は、当業者に公知ではないいくつかの従来技術を含有し得る。このセクションにより開示された内容は、本開示の出願前に当業者に公知のまたは認識されている本開示の１つまたは複数の実施形態によって解決される内容または問題を表さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の目的は、発光ダイオード用蛍光ガラスおよびその製造方法を、提供することである。発光ダイオード用蛍光ガラスは、ガラス粉末および蛍光粉末を混合し焼結することによって形成され、蛍光粉末はガラス媒体上に分布される。本開示の蛍光ガラスが発光ダイオードに利用される場合、発光ダイオードのチップにより発生した光はガラス媒体内を直接通過し、ガラス媒体上に分布された蛍光粉末を励起する。したがって、透過プロセスでの光損失が回避され、発光ダイオードの発光効率が効果的に改善される。
【０００７】
本開示の別の目的は、発光ダイオード用蛍光ガラスおよびその製造方法であって、ガラス粉末を製造するための材料が低ケイ素含量および高ホウ素含量を有する上記蛍光ガラスおよびその製造方法を提供することである。上記材料を融解するための温度は、１４００℃より低く制御されてもよく、したがって融解ガラスは、後続の加工に関して良好な流動性を有するようになる。
【０００８】
本開示のさらに別の目的は、発光ダイオード用蛍光ガラスおよびその製造方法であって、ガラス粉末の熱膨張係数が蛍光粉末の熱膨張係数に類似しており、したがってガラス粉末および蛍光粉末を混合し焼結するための温度が制御され得る上記蛍光ガラスおよびその製造方法を提供することである。したがって、高い焼結温度から生じた蛍光粉末の色の劣化の出現および蛍光ガラス・インゴットの透明度への影響が回避され、したがって発光ダイオードの発光効率は影響を受けないと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、ガラス粉末および蛍光粉末を含む発光ダイオード用蛍光ガラスであって、ガラス粉末および蛍光粉末が混合されて蛍光ガラスを形成し、ガラス粉末を製造するための材料が、二酸化ケイ素を２０ｗｔ％から３７ｗｔ％、三酸化二ホウ素を３１ｗｔ％〜４７ｗｔ％、および酸化カルシウムを１６ｗｔ％〜３７ｗｔ％含み、蛍光粉末の材料が、Ｃｅ−ＹＡＧ、ＬｕＡＧ、シリケート、および窒化物／酸窒化物の蛍光粉末の１種から選択される、蛍光ガラスを提供する。
【００１０】
本開示はさらに、発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法であって：二酸化ケイ素を２０ｗｔ％から３７ｗｔ％、三酸化二ホウ素を３１ｗｔ％〜４７ｗｔ％、および酸化カルシウムを１６ｗｔ％〜３７ｗｔ％含む、ガラス粉末を製造するための材料を準備すること；ガラス粉末を製造するための材料を融解して融解ガラスを形成することであり、融解温度が１４００℃より低いものであること；融解ガラスを水に注入して急冷し、ガラス砂を得るようにすること；ガラス砂をガラス粉末に磨砕すること；ガラス粉末および蛍光粉末を混合し、ガラス粉末および蛍光粉末を加圧して蛍光ガラス核にすることであり、蛍光粉末の材料が、Ｃｅ−ＹＡＧ、ＬｕＡＧ、シリケート、および窒化物／酸窒化物の蛍光粉末の１種から選択されるものであること；蛍光ガラス核を焼結して蛍光ガラス・インゴットにすることであり、焼結温度が７５０℃から８５０℃の間にあるものであること；および蛍光ガラス・インゴットを切断して、シート形状の少なくとも１枚の蛍光ガラスにすることを含む製造方法を提供する。
【００１１】
しかしこの概要は、本発明の全ての態様および実施形態を含有しなくてもよいこと、この概要は、いか様にも限定しまたは制限しようとするものではないこと、および本明細書に開示される本発明は、その明らかな改善および修正を包含することが当業者に理解されるであろうことを、理解すべきである。
【００１２】
新規であると考えられる例示的な実施形態の特徴と、例示的な実施形態の特徴的な要素および／またはステップを、添付される特許請求の範囲に特に記述する。図は、単なる例示を目的とし、正確なスケールで描かれていない。例示的な実施形態は、組織および操作方法のどちらに関しても、添付図面と併せて解釈される以下に続く詳細な記述を参照することによって、最も良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態による、発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に本開示について、本発明の例示的な実施形態が示されている添付図面を参照しながら、より十分に以下に記述する。しかしこの本開示は、多くの異なる形で具体化されてもよく、本明細書に記述される実施形態に限定されると解釈すべきでない。むしろこれらの実施形態は、本開示が綿密にかつ完全になるように、さらに本開示の範囲を当業者に完全に伝えるよう提供される。
【００１５】
まず、本開示は、発光ダイオード用蛍光ガラスおよびその製造方法であって、発光ダイオード用蛍光ガラスの材料がガラス粉末および蛍光粉末を含み、ガラス粉末および蛍光粉末が混合されて蛍光ガラス核に加圧され、蛍光ガラス核が焼結されて、発光ダイオード用蛍光ガラスが形成されるようにする、上記蛍光ガラスおよびその製造方法を提供する。上述のように、本開示の蛍光ガラスでは、蛍光粉末がガラス上に分布され、ガラスの表面に蛍光粉末が形成されない。本開示の蛍光ガラスを使用した発光ダイオードが光を発すると、光は蛍光ガラスに直接進入し、蛍光ガラスの蛍光粉末を励起する。対照的に、従来の蛍光ガラスを使用した発光ダイオードが光を発すると、光は最初にガラス媒体を通過し、蛍光粉末層に進入し、蛍光粉末層の蛍光粉末を励起する。したがって、本開示の蛍光ガラスを使用した発光ダイオードのチップにより発生した光は、蛍光粉末を完全に励起し得る。光がガラス媒体を通過するときに損失は生じない。したがって、本開示の蛍光ガラスを利用する発光ダイオードの発光効率は、高い。
【００１６】
本開示の蛍光ガラスにより使用されるガラス粉末および蛍光粉末の材料について、以下に詳細に記述する。ガラス粉末を製造するための材料は、二酸化ケイ素を２０ｗｔ％から３７ｗｔ％、三酸化二ホウ素を３１ｗｔ％〜４７ｗｔ％、および酸化カルシウムを１６ｗｔ％〜３５ｗｔ％含む。二酸化ケイ素および三酸化二ホウ素は、ガラス粉末を製造するための主成分である。二酸化ケイ素は、その形成されたガラスの構造安定性を増大させ、ガラスの熱膨張係数を低下させ、ガラスの熱衝撃安定性、化学安定性、および機械的強度を改善し得る。三酸化二ホウ素は、ガラスを形成するための融解温度を低下させ、ガラスの粘度を低下させ得る。酸化カルシウムはガラスの粘度も低下させる可能性があり、したがってガラスは容易に融解し均質になる。本開示のガラス粉末を製造するための材料の二酸化ケイ素の含量は、発光ダイオード用の現行のガラスの二酸化ケイ素の含量よりも少なく、その三酸化二ホウ素の含量は、発光ダイオード用ガラスの三酸化二ホウ素の含量よりも高く、本開示のガラス粉末を製造するための材料の融解温度は１４００℃より低い。上記蛍光粉末の材料は、Ｃｅ−ＹＡＧ、ＬｕＡＧ、シリケート、および窒化物／酸窒化物の蛍光粉末の１種から選択される。
【００１７】
図１を参照すると、図１は、本開示の実施形態による発光ダイオード用蛍光ガラスの製造方法のフローチャートである。図１を参照すると、ステップＳ１０が最初に行われ、ガラス粉末を製造するための上記材料を融解する。ガラス粉末を製造するための上記材料を坩堝内に置き、ガラス粉末を製造するための上記材料を含有する坩堝を、ある雰囲気または還元性雰囲気を含有する炉内に置いて融解し、均質化融解ガラスが得られるようにするが、この融解温度は１４００℃より低い。融解したガラスの粘度は高くなく、したがって融解ガラスは良好な流動性を有する。次いでステップＳ１１を行い、融解ガラスを水に注入して急冷し、ガラス砂が得られるようにする。融解ガラスの流動性は良好であるので、融解ガラスを水に注入することは容易である。融解ガラスのより高い粘度または不十分な流動性が理由となって、急冷するのに水に注入できないという融解ガラスの問題は、解決することができる。ガラス砂の熱膨張係数は、５×１０−６から７．６×１０−６の間であり、ガラス砂のガラス転移温度（Ｔｇ）は６２０℃から６７５℃の間であり、ガラス砂の軟化温度（Ｔｓ）は６６０℃から７３０℃の間である。次いでステップＳ１２を行い、ガラス砂を磨砕してガラス粉末にするが、このガラス粉末の粒度は１００μｍよりも小さい。製造するための材料の二酸化ケイ素の含量はより少ないので、ガラス砂の硬さは高くなく、したがってガラス砂は容易に粉末に磨砕される。次いでステップＳ１３を行い、ガラス粉末および蛍光粉末を混合し、加圧して蛍光ガラス核にし、ガラス粉末と蛍光粉末との間には良好な接着があり、その結果、蛍光ガラス核に容易に亀裂が生じるのが回避されるようになる。次いでステップＳ１４を行い、蛍光ガラス核を焼結して蛍光ガラス・インゴットにし、その焼結温度は７５０℃から８５０℃の間である。ガラス砂の熱膨張係数は５×１０−６から７．６×１０−６の間であるので、ガラス粉末および蛍光粉末の焼結温度は低下させてもよく、蛍光ガラス・インゴットの透明度に影響を及ぼし得る蛍光粉末の色の劣化は低温焼結を通して回避される。ステップＳ１５を行い、蛍光ガラス・インゴットを、シート形状を持つ蛍光ガラスに切断する。次いでステップＳ１６を行い、蛍光ガラスを磨砕するが、この蛍光ガラスの厚さは１２０μｍから２００μｍの間である。最後に、磨砕された蛍光ガラスを、１ｍｍ×１ｍｍとしての長さおよび幅の寸法を持つ蛍光ガラス・シートに切断し、蛍光ガラス・シートを青色発光ダイオードに取着して素子を形成し、次いで光学品質測定を行う。
【００１８】
本開示のガラス粉末を製造するための材料は、酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛をさらに含み、酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛の重量パーセントは０ｗｔ％から１７ｗｔ％の間である。酸化マグネシウムまたは酸化亜鉛を添加して、この材料により形成されたガラスの安定性および耐候性を増大させ、ガラスの熱膨張係数を低下させる。本開示のガラス粉末を製造するための材料は、酸化アルミニウムをさらに含む。酸化アルミニウムの重量パーセントは０ｗｔ％から１２ｗｔ％の間である。この材料は、ガラスの熱安定性、機械的強度、および屈折率を増大させ得る。
【００１９】
上述のように、本開示のガラス粉末を製造するための材料の組成物は、１４００℃より低い融解温度で融解ガラスを形成することができ、融解ガラスの粘度は高くなく、融解ガラスは良好な流動性を有し、その結果、急冷、磨砕、焼結、切断などの後続のプロセスが容易に行われるようになる。上記材料により形成されたガラス粉末の粘度は高くないが、粘着性は、ガラス粉末および蛍光粉末が混合され加圧されるときにガラス粉末と蛍光粉末との間に依然として存在し、したがって蛍光ガラス核は、焼結前に容易に亀裂が入らない。しかし、ガラス粉末の熱膨張係数は蛍光粉末の熱膨張係数に類似しており、ガラス粉末および蛍光粉末の焼結温度は７５０℃から８５０℃の間で制御され、その結果、蛍光ガラス・インゴットの透明度に影響をもたらす蛍光粉末の色の劣化が回避されるようになる。蛍光ガラス・インゴットを切断することによって形成された蛍光ガラスは、良好な透明度を有し、発光ダイオードとしての蛍光ガラスの発光効率を改善する。
【００２０】
６つの実施形態が、下記の通り提示される。各実施形態におけるガラス砂は、ガラス粉末を製造するための上記材料によって製造され、各実施形態のガラス砂の材料組成およびその性質のリストを提示する。下記の表は、本開示のガラス砂を製造するための融解温度が１４００℃より下で制御され得ることを確実にするために、各実施形態のガラス砂の融解温度が１２５０℃から１４００℃の間であることを示す。下記の表は、各実施形態のガラス砂の熱膨張係数が５×１０−６から７．６×１０−６の間であることを示す。ガラス砂を磨砕した後に、ガラス粉末および蛍光粉末の焼結温度を制御してもよい。以下の実施形態のそれぞれでガラス砂を磨砕することにより発生したガラス粉末、および蛍光粉末は、ガラスの光沢を持つ蛍光ガラスが形成されるように焼結されてもよく、このことは、蛍光粉末が、蛍光ガラスのルミネセンスに影響を及ぼすと考えられる色の劣化を持たない可能性も示す。また、このことは、下記の実施形態でガラス砂を磨砕することにより発生したガラス粉末、および蛍光粉末を、焼結することによって形成された蛍光ガラスを発光ダイオードに利用することを確実にする。発光ダイオードの発光効率は、大幅に改善することができる。
【００２１】
【表１】
2019014643.tif 000003
【００２２】
まとめると、本開示は、発光ダイオード用蛍光ガラスおよびその製造方法を開示し、発光ダイオード用蛍光ガラスは、ガラス粉末および蛍光粉末を混合し焼結することによって形成され、蛍光粉末は、ガラス媒体上に分布される。蛍光ガラスを発光ダイオードに利用する場合、発光ダイオードのチップにより発生した光は、ガラス媒体中を直接通過することができ、ガラス媒体上に分布された蛍光粉末を励起する。したがって、透過プロセスにおける光損が回避され、発光ダイオードの発光効率が効果的に改善される。さらに、本開示のガラス粉末を製造するための材料は、低ケイ素含量および高ホウ素含量を有し、上記材料を融解するための温度を１４００℃より低く制御することができ、したがって融解ガラスは、後続の加工で良好な流動性を有する。上記材料によって形成されるガラス粉末の熱膨張係数は、蛍光粉末の熱膨張係数に類似しており、したがってガラス粉末および蛍光粉末を混合し焼結するための温度を制御することができる。したがって、蛍光粉末の色の劣化の出現および蛍光ガラス・インゴットの透明度への影響をもたらす、より高い焼結温度が回避され、その結果、発光ダイオードの発光効率が影響を受けるようになる。
【００２３】
本開示は、その好ましい実施形態に関して説明してきたが、本開示を限定するものではない。本明細書に特に記述されるそれら実施形態の範囲を超えた例示的な実施形態のその他の修正を、本発明の精神から逸脱することなく行うことができることが、この本開示を考慮することにより当業者に明らかにされよう。したがってそのような修正例は、添付される特許請求の範囲によってのみ限定されるように本発明の範囲内と見なされる。
【図１】
2019014643.tif 000004