專利名稱：基于藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光材料，特別是一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)射黃光的熒光粉及其在制備LED中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
白光LED(Light Emitting Diode)具有無(wú)毒、壽命超長(zhǎng)(10萬(wàn)小時(shí))、高效節(jié)能、全固態(tài)、工作電壓低、抗震性及安全性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種照明設(shè)施上，包括室內(nèi)用燈、交通指示燈、路燈、汽車尾燈、方向燈、剎車燈、戶外用超大型屏幕、顯示屏和廣告板等，是一種環(huán)保、節(jié)能的綠色照明光源，被普遍認(rèn)為是21世紀(jì)替代傳統(tǒng)照明器件的新光源。
目前實(shí)現(xiàn)白光LED普遍采取的是在藍(lán)色LED芯片上涂敷高效的可被藍(lán)光激發(fā)而發(fā)射黃光的熒光粉，其原理是藍(lán)光LED激發(fā)熒光材料產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的黃光，再利用透鏡原理將藍(lán)光、黃光予以混合，使人眼產(chǎn)生白光的視覺。目前此種熒光粉主要是YAG釔鋁石榴石，其化學(xué)式為Y3Al5O12:Ce3+(美國(guó)專利5,998,925和歐洲專利862,794)。這種熒光粉制作的白光LED具有很高的流明效率，但是由于發(fā)射光譜的紅光成分較少而使其顯色指數(shù)偏低。近年來(lái)，一些其它體系的黃色熒光粉如，Eu2+作為發(fā)光中心的Ca-α-SiAlON(R.-J.Xie，N.Hirosaki，K.Sakuma，Y.Yamamoto，and M.Mitomo，Appl.Phys.Lett.84，5404(2004))，Sr2SiO4(J.K.Park，M.A.Lim，C.H.Kim，H.D.Park，J.T.Park，and S.Y.Choi，Appl.Phys.Lett.82，683(2003))，CaSi2O2N2(Y.Q.Li，A.C.A.Delsing，G.de With，and H.T.Hintzen，Chem.Mater.17，3242(2005))，Li2SrSiO4(M.P.Saradhi and U.V.Varadaraju，Chem.Mater.18，5267(2006))，以及Ce3+作為發(fā)光中心的LaSr2AlO5(W.B.Im，Y.-II Kim，N.N.Fellows，H.Masui，G.A.Hirata，S.P.DenBaars，and R.Seshadri，Appl.Phys.Lett.93，091905(2008))等被相繼報(bào)道。在這些所報(bào)道的黃色熒光粉中，有些熒光材料其合成條件要求較高，如氮氧化物一般需要高溫高壓條件，有的熒光粉(LaSr2AlO5)制作的白光LED的流明效率較低。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種發(fā)光強(qiáng)度高，激發(fā)波長(zhǎng)寬、化學(xué)穩(wěn)定性好并易于制備的基于藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉。該黃色熒光粉可用于制作出高亮度的白光LED。
本發(fā)明基于藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉，是具有以下化學(xué)式的化合物(Ca3-x-yLuxCey)(Sc2-zMgz)Si3O12+δ，其中0.04≤x≤0.94，0.01≤y≤0.1，0.3≤z≤1，δ＝(x+y-z)/2。
該化合物中Lu占據(jù)Ca的格位，通過調(diào)節(jié)材料中Ca/Lu、Sc/Mg的比例，改變基質(zhì)晶場(chǎng)強(qiáng)度，可使熒光材料的發(fā)光中心Ce3+在420～480nm的藍(lán)光激發(fā)下，發(fā)射峰值范圍在520～565nm的黃色熒光。
本發(fā)明基于藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉的制備方法如下 1)按化學(xué)劑量比稱取鈰、镥、鈧、鎂和硅的氧化物，鈣的碳酸鹽，一起研磨混合均勻； 2)將上述步驟得到的混合物料置入剛玉坩堝或鉑坩堝中，放入高溫爐中，在一氧化碳或氫還原氣氛條件下，在1100-1300℃加熱3-5小時(shí)； 3)將上述步驟得到的燒結(jié)體研磨后即得所述的熒光粉。
采用本發(fā)明方法合成的熒光粉可在420～480nm的藍(lán)光激發(fā)下發(fā)出峰值范圍在520～565nm的黃色熒光。該熒光粉發(fā)光強(qiáng)度高，激發(fā)波長(zhǎng)寬、化學(xué)穩(wěn)定性好。將此黃色熒光粉和藍(lán)色LED相結(jié)合，可以制備出高亮度的白光LED。本發(fā)明涉及的合成熒光粉的方法簡(jiǎn)單、無(wú)污染、易于操作。



圖1實(shí)施例1所制熒光粉的XRD圖； 圖2實(shí)施例2所制熒光粉的XRD圖； 圖3實(shí)施例5所制熒光粉的XRD圖； 圖4為實(shí)施例2中熒光粉的激發(fā)光譜(λem＝560nm)； 圖5為實(shí)施例1-10所制熒光粉的發(fā)射光譜(λex＝460nm)； 圖6為實(shí)施例1-10所制熒光粉的發(fā)射主峰相對(duì)強(qiáng)度； 圖7為實(shí)施例11-18所制熒光粉的歸一化發(fā)射光譜(λex＝460nm)； 圖8為實(shí)施例11-18所制熒光粉的發(fā)射主峰相對(duì)強(qiáng)度； 圖9為用實(shí)施例12所制熒光粉制作的白光LED的光譜圖。

具體實(shí)施例方式 通過以下附表1所列出的實(shí)施例可對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步理解。
實(shí)施例1(比較例) 制備Ca2.94Sc1.4Mg0.6Si3O11.73:Ce0.06(即當(dāng)所述化學(xué)式中x＝0，y＝0.06，z＝0.6時(shí))熒光粉。
按化學(xué)劑量比稱取2.0596gCaCO3，0.6762gSc2O3，0.1693gMgO，1.2617gSiO2，0.0722gCeO2，將稱取的原料充分研磨混均勻后，置入高純剛玉坩堝，放入高溫爐中，在氫還原氣氛條件下，在1250℃加熱4小時(shí)，研磨，即得Ca2.94Sc1.4Mg0.6Si3O11.73:Ce0.06熒光粉。
實(shí)施例2 制備Ca2.9Lu0.04Sc1.4Mg0.6Si3O11.75:Ce0.06(即當(dāng)所述化學(xué)式中x＝0.04，y＝0.06，z＝0.6時(shí))熒光粉。
按化學(xué)劑量比稱取2.0316gCaCO3，0.0557gLu2O3，0.6762gSc2O3，0.1693gMgO，1.2617gSiO2，0.0722gCeO2，將稱取的原料充分研磨混均勻后，置入高純剛玉坩堝，放入高溫爐中，在氫還原氣氛條件下，在1250℃加熱4小時(shí)，研磨，即得Ca2.9Lu0.04Sc1.4Mg0.6Si3O11.75:Ce0.06熒光粉。
實(shí)施例3至實(shí)施例36按表1中各實(shí)施例化學(xué)式組成及其化學(xué)劑量比稱取相應(yīng)的原料，制備過程與以上實(shí)施例皆相同，其合成樣品的發(fā)射主峰波長(zhǎng)和相對(duì)強(qiáng)度列于表中。
由圖1-圖3樣品的XRD圖可以看出，基質(zhì)材料中隨著Lu的量增加，樣品XRD的主峰位置逐漸向大角度方向移動(dòng)，因此可以看出材料中Lu占據(jù)Ca的格位。由圖5-圖8可以看出，經(jīng)過上述實(shí)施例，Lu的最佳范圍在x＝0.3～0.6，Mg的最佳范圍在z＝0.4～0.7，激活劑Ce的最佳濃度在y＝0.06～0.08之間。選取實(shí)施例12、13、14、30制作的白光LED，其顯色指數(shù)(Ra)和流明效率(lm/W)分別為84.7、85.5、85.2、86.1和38.3、34.5、35.2、33.6。
由以上實(shí)驗(yàn)可以看出本發(fā)明的熒光材料制作方法簡(jiǎn)單，熒光發(fā)射強(qiáng)，化學(xué)性能穩(wěn)定，可以和藍(lán)光LED芯片相結(jié)合制作出高亮度的白光LED。
采用本發(fā)明黃色熒光粉與環(huán)氧樹脂按照質(zhì)量比1∶5均勻混合配成漿液，通過涂敷覆蓋方式，直接將漿液涂敷在藍(lán)光(460nm)LED芯片上，最后在120℃下固化成型，即制得白光LED。
表1實(shí)施例1-36的化學(xué)式及其發(fā)射主峰波長(zhǎng)
權(quán)利要求
1.一種基于藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉，其特征在于，所述黃色熒光粉的化學(xué)式為(Ca3-x-yLuxCey)(Sc2-zMgz)Si3O12+δ，其中0.04≤x≤0.94，0.01≤y≤0.1，0.3≤z≤1，δ＝(x+y-z)/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉，其特征在于，所述化學(xué)式中的x＝0.3～0.6，y＝0.06～0.08，z＝0.4～0.7。
3.權(quán)利要求1所述的黃色熒光粉在制備白光LED中的應(yīng)用，是將所述的黃色熒光粉與環(huán)氧樹脂按照質(zhì)量比1∶5均勻混合配成漿液，通過涂敷覆蓋方式，直接將漿液涂敷在藍(lán)光LED芯片上，即獲得發(fā)射白光的LED。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于藍(lán)光激發(fā)的黃色熒光粉及其應(yīng)用，所述熒光粉具有以下化學(xué)式(Ca3-x-yLuxCey)(Sc2-zMgz)Si3O12+δ，其中0.04≤x≤0.94，0.01≤y≤0.1，0.3≤z≤1，δ＝(x+y-z)/2，該化合物中Lu占據(jù)Ca的格位。在420～480nm的藍(lán)光激發(fā)下，發(fā)射峰值范圍在520～565nm的黃色熒光。該熒光粉發(fā)光強(qiáng)度高，激發(fā)波長(zhǎng)寬、化學(xué)穩(wěn)定性好。將此黃色熒光粉和藍(lán)色LED相結(jié)合，可以制備出高亮度的白光LED。
文檔編號(hào)C09K11/79GK101560390SQ200910066988
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者張家驊, 劉永福, 霞 張 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所