摘要
荧光玻璃（phosphor in glass,PiG）作为荧光转换材料广泛应用于发光二极管（Light Emitting Diode,LED）器件封装。然而，使用单一折射率结构荧光玻璃的芯片-封装材料-空气界面间的折射率跨度大，光在界面间传递时会产生很大的损耗，降低LED的出光效率。另外，荧光玻璃的烧结温度普遍较高，会降低荧光粉的光转换效率。针对上述问题，论文制备出梯度折射率结构的无铅硼锌系基质玻璃；将非晶态SiO2包覆在黄色荧光粉表面，再与硼锌系基质玻璃粉混合，结合多层丝网印刷和低温烧结工艺，制备得到梯度折射率结构的荧光粉/硼锌系玻璃复合材料，将其用于LED封装，提高LED器件的出光效率。具体的研究成果如下： （1）通过对A组玻璃（B2O3-ZnO-SiO2-Na2O-TeO2）和B组玻璃（B2O3-ZnO-SiO2-Li2O-La2O3-WO3）两种硼锌系玻璃进行组分设计与性能研究，制备得到适用于荧光玻璃和荧光粉/玻璃复合材料的低熔点玻璃。A组玻璃随着TeO2摩尔含量的增加和SiO2摩尔含量的减小，玻璃转变温度降低，热膨胀系数、密度增加。B组玻璃随着La2O3和WO3摩尔含量的增加，折射率由1.66增加到1.84，折射率数值变化范围大，能用于梯度折射率结构的构建。当La2O3和WO3摩尔含量为15%时，热膨胀系数为84×10-7/℃，460nm处的折射率为1.84，能够同时与基板玻璃的热膨胀系数和黄色荧光粉折射率相匹配。 （2）通过丝网印刷的方法，在基板玻璃上制备B组基质玻璃涂层，研究温度对玻璃粉烧结后透过率的影响。并运用蒙特卡罗数值模拟，探究不同梯度折射率结构的理论透过率。随着烧结温度由550℃增加到650℃，B-6玻璃粉末烧结后的透过率先增加后减小，最佳的透过率在600℃获得。确定了最佳梯度折射率结构由B-6(1.84)、B-3(1.73)、B-1(1.66)的基质玻璃和折射率为1.52的基板玻璃构成。 （3）结合丝网印刷和低温烧结工艺，制备了梯度折射率结构和单折射率结构的荧光玻璃，并探究了荧光玻璃的荧光性能。在600℃下，荧光粉颗粒呈圆球状，均匀分布在熔融的基质玻璃中，保持完整的晶体结构。梯度折射率结构的荧光玻璃对比单一的折射率结构的荧光玻璃，提高了激发峰和发射峰的强度。 （4）探究在SiO2包覆荧光粉的制备工艺。利用正硅酸四乙酯水解的方法，对制备过程的pH和正硅酸四乙酯添加量进行调整，获得表面包覆非晶态SiO2的YAG（SiO2@YAG），再与基质玻璃粉末混合，结合多层丝网印刷与共烧结法制备出SiO2@YAG/玻璃复合材料。 （5）研究了SiO2@YAG/玻璃复合材料与荧光玻璃封装白光LED的出光性能。梯度折射率结构的荧光玻璃对比单折射率结构的荧光玻璃，将器件的出光效率最高能提高8%。SiO2@YAG/玻璃复合材料与荧光玻璃进行对比，最高能将LED器件的出光效率提高13%。
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