專利名稱：一種具有余輝特性的高顯色白光led器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED領(lǐng)域，具體涉及一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件。
背景技術(shù)：
近年來，Ga (In) N基發(fā)光二極管(LED)發(fā)展迅速，使得白光發(fā)光二極管有望取代熒光燈成為21世紀(jì)的新一代光源。目前應(yīng)用廣泛，發(fā)射白光的LED是將約460nm發(fā)射藍(lán)色的Ga (In) N與發(fā)射黃光的Y3Al5O12: Ce3+ (YAGiCe3+)熒光粉結(jié)合起來，但是這種方法產(chǎn)生的白光二極管色溫可調(diào)范圍小，顯色指數(shù)也不高，滿足不了實(shí)際照明要求，并且現(xiàn)有的LED需要持續(xù)供電才能維持照明，使用不方便，特別是在夜間，若突然斷電對(duì)人類非常不方便，而在這種情況下非常微弱的照明也能起到重要作用。硅酸鹽熒光材料的研究比較早，是最早獲得應(yīng)用的一類熒光體，如Mn2+激活的硅酸鋅和硅酸鋅鈹是最早用做熒光燈和CRT顯示器的綠色熒光體。堿土硅酸鹽是支持稀土離子發(fā)光的高效的基質(zhì)材料，具有穩(wěn)定性好，發(fā)射光譜覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，一直以來，也是各種應(yīng)用范圍的稀土熒光材料研究的熱點(diǎn)體系。藍(lán)光芯片+YAG鋁酸鹽黃色熒光粉，即“藍(lán)光LED+YAG”，是當(dāng)前白光LED的主流實(shí)現(xiàn)方式，具有體積小、成本低、控制回路設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，然而，這種傳統(tǒng)的白光LED器件的顯色指數(shù)不高，往往達(dá)不到照明的高要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為
一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件，包括藍(lán)光LED芯片和稀土熒光粉，所述稀土熒光粉含有堿土硅酸鹽熒光粉、發(fā)射黃色光的熒光粉和發(fā)射紅色光的熒光粉，所述堿土硅酸鹽熒光粉摻雜有稀土，其化學(xué)組成表示式為M3_aSi05:aRe，式中，0. 01彡a彡0. 3，M為Ca、Sr、Ba 中的至少一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。優(yōu)選的，發(fā)射黃色光的熒光粉為釔鋁石榴石，其化學(xué)組成表示式為Y3_aMaAl5_bGab012，式中，0 < a < 3,0 < b < 5, M 為 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的一種。優(yōu)選的，發(fā)射紅色光的熒光粉為堿土氮化物，其化學(xué)組成表示式為M2Si5N8 = Re,式中，M 為 Ca、Sr、Ba 中的一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。優(yōu)選的，所述稀土熒光粉含有10 50wt%堿土硅酸鹽熒光粉、10 80wt%發(fā)射黃色光的熒光粉和5 40 wt%發(fā)射紅色光的熒光粉。優(yōu)選的，藍(lán)光LED芯片為GaN基無機(jī)半導(dǎo)體LED晶粒。優(yōu)選的，所述堿土硅酸鹽熒光粉的制備方法，包括如下步驟按該熒光粉的化學(xué)組成表示式稱取各元素的氧化物或相應(yīng)的鹽類，加入助熔劑硼酸，經(jīng)研磨混勻后，在空氣下500 700°C灼燒I 3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在還原氣氛下，1100 1400°C燒結(jié)2 8h,冷卻后粉碎過篩,得到所需熒光粉。優(yōu)選的,還原氣氛為氫氣、氨氣、炭、一氧化碳、或氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚狻１景l(fā)明的藍(lán)光LED芯片發(fā)出的藍(lán)光位于430 470nm區(qū)域。
本發(fā)明的白光LED器件中的堿土硅酸鹽熒光粉、氮化物熒光粉和釔鋁石榴石熒光粉被半導(dǎo)體LED芯片發(fā)出的位于430 470 nm區(qū)域的藍(lán)光激發(fā)后，分別轉(zhuǎn)化為綠光、黃橙光、紅光，和芯片剩余的藍(lán)光混合后即得到具有余輝性能的高顯色的白光。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的白光LED器件采用了堿土硅酸鹽熒光粉，其與其他熒光粉混合、封裝而成LED器件，其光譜能量分布合理，覆蓋范圍廣，具有高顯色指數(shù)的特點(diǎn)，且停止通電后，余輝時(shí)間可達(dá)5小時(shí)以上，并彌補(bǔ)了傳統(tǒng)白光LED器件的白光顯色指數(shù)低的缺陷。本發(fā)明的堿土娃酸鹽突光粉發(fā)射黃橙色光，在430 470nm藍(lán)光波段具有強(qiáng)吸收，轉(zhuǎn)化效率高，并且具有余輝特性，可廣泛應(yīng)用于顯示和裝飾照明方面，達(dá)到節(jié)能目的。


圖I是實(shí)施例I的堿土硅酸鹽熒光粉室溫下的激發(fā)和發(fā)射光譜 圖2是實(shí)施例I的堿土硅酸鹽熒光粉室溫下停止激發(fā)照射不同時(shí)間段后的余輝光譜
圖3是實(shí)施例I的具有余輝特性的高顯色白光LED器件的電致發(fā)射光譜 圖4是對(duì)比例I的白光LED器件的電致發(fā)射光譜圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不局限如此。實(shí)施例中藍(lán)光LED芯片均為GaN基無機(jī)半導(dǎo)體LED晶粒，其發(fā)出的藍(lán)光位于430 470nm區(qū)域。實(shí)施例所述的百分比為質(zhì)量百分比。實(shí)施例I
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2 9QSi05:0. 05Eu2+, 0. 05Er3+(M=Sr, Re=Eu2+、Er3+，a=0. I)的制備稱取原料
SrCO3: 4. 2813 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 088 gEr2O3 : 0. 0956 gH3BO3: 0.0323 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下600°C灼燒2 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氫氣還原氣氛下，1200°C燒結(jié)6 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合30%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、50%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為Y2.92Cea(l8Al4.5Gaa5012)、20%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8: 0. IEu2+, 0. ICe3+)，將所得混合熒光粉與藍(lán)光LED芯片封裝，得到白光LED器件。
實(shí)施例2
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2 93Si05:0. 03Eu2+，0. 04Dy3+(M=Sr, Re=Eu2+' Dy3+，a=0. 07)的制
備
稱取原料
SrCO3: 4.3256 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 0528 gDy2O3 : 0. 0746 gH3BO3: 0.0329 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下500°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w還原氣氛下，1100°C燒結(jié)8 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合30%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、55%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為Y2.95Tba(l5Al5012)、15%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為=M2Si5N8:0. IEu2+, 0. 05Ho3+)，將所得混合熒光粉與藍(lán)光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實(shí)施例3
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2 2Caa5Si05:0. IEu2+, 0. ITm3+, 0. IHo3+ (M=Ca, Sr, Re=Eu2+, Tm3+、Ho3+，a=0. 3)的制備
稱取原料
SrCO3: 3.2479 gCaCO3: 0. 50 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 176 gTm2O3 : 0. 1929 gHo2O3 : 0. 1893 gH3BO3: 0.0294 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下500°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在炭還原氣氛下，1200°C燒結(jié)7h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合50%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、10%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為Y2.93Ce0. 05Eu0. 02A15012)、40%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8IO. 05Eu2+，0. 05Er3+)，將所得混合熒光粉與藍(lán)光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實(shí)施例4
堿土硅酸鹽熒光粉 Ca2 85SiO5 = O. IEu2+, 0. 05Ce3+ (M=Ca,Re= Eu2+、Ce3+，a=0. 15)的制備稱取原料
CaCO3: 2. 85 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 176 gCeO2 : 0.086gH3BO3: 0.021 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下700°C灼燒I h，冷卻后粉碎研磨混勻，在一氧化碳還原氣氛下，1300°C燒結(jié)4 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合35%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、60%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為=YuGdCeaiAl5O12X5%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為=M2Si5N8:
0.05Eu2+)，將所得混合熒光粉與藍(lán)光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實(shí)施例5
堿土硅酸鹽熒光粉 Ba2 99SiO5 = O. 002Eu2+，0. 008 Yb 3+ (M=Ba, Re= Eu2+、Yb 3+，a=0. 01)的制備
稱取原料
BaCO3: 5. 9047 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 0035 gYb2O3 : 0.0156 gH3BO3: 0.0392 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下600°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w還原氣氛下，1400°C燒結(jié)2 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土突光粉按下重量比混合25%上述的堿土娃酸鹽突光粉、55%發(fā)射黃色光的宇乙鋁石榴石(組成式為Y2.99Cea(llAl4.3Gaa7012)、20%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8:Ce3+)，將所得混合熒光粉與藍(lán)光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實(shí)施例6
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2.90Si05:0. ICe3+ (M=Sr，Re= Ce3+，a=0. I)的制備
稱取原料
SrCO3: 4. 2813 gSiO2:0.6008 g CeO2 : 0. 172 gH3BO3: 0.0323 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下600°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w還原氣氛下，1400°C燒結(jié)2 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合10%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、80%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為=Li^8CeaiPraiAl43Gaa7O12X 10%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8: Eu2+)，將所得混合熒光粉與藍(lán)光LED芯片封裝，得到白光LED器件。對(duì)比例I
單組分白光LED器件的制備
將實(shí)施例I的堿土硅酸鹽熒光粉與藍(lán)光LED芯片直接封裝制得具有余輝性質(zhì)的白光LED器件。
實(shí)施例I的堿土硅酸鹽熒光粉在室溫下的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜見圖I。由圖可知，本發(fā)明的熒光粉發(fā)射黃橙光，曲線I為發(fā)射光譜，其發(fā)射波長X em為570 nm,曲線2、曲線3和曲線4為激發(fā)光譜，其激發(fā)波長入ex對(duì)應(yīng)為280，370，和450 nm。實(shí)施例I的堿土硅酸鹽熒光粉在室溫下照射5min后，停止激發(fā)照射不同時(shí)間段后的余輝光譜見圖2，發(fā)射波長為450nm，曲線I 曲線5依次對(duì)應(yīng)為停止激發(fā)照射lmin、2min、4min、6min、IOmin后的余輝光譜圖，圖2清楚地表明了在停止激發(fā)照射一段時(shí)間后，該熒光粉具有較高的余輝發(fā)光強(qiáng)度和更長的余輝發(fā)光時(shí)間，本發(fā)明的堿土硅酸鹽熒光粉具 有余輝特性。實(shí)施例I的具有余輝特性的高顯色白光LED器件的電致發(fā)射光譜圖如圖3所示，由圖可知，該LED器件電致發(fā)射光譜覆蓋整個(gè)可見區(qū)域，光譜分布較好，因此，得到白光LED的顯色指數(shù)可達(dá)到84，色溫為4300K。對(duì)比例I的白光LED器件的電致發(fā)射光譜圖如圖4所示，由圖可知，其發(fā)射主峰分別位于藍(lán)光(芯片的電致發(fā)光)和黃橙區(qū)域(堿土硅酸鹽熒光粉的光致發(fā)光)，得到LED器件的顯色指數(shù)66，色溫為6000K。實(shí)施例1、2的具有余輝特性的高顯色白光LED器件與對(duì)比例I的LED器件的性能指標(biāo)，檢測結(jié)果見表1，由表I的對(duì)比數(shù)據(jù)可知，對(duì)比例的單組分白光LED器件的顯色指數(shù)低，本發(fā)明的白光LED器件具體高顯色指數(shù)，可達(dá)80以上，色溫在4500K左右。
權(quán)利要求
1.一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件，包括藍(lán)光LED芯片和稀土熒光粉，所述稀土熒光粉含有堿土硅酸鹽熒光粉、發(fā)射黃色光的熒光粉和發(fā)射紅色光的熒光粉，所述堿土硅酸鹽熒光粉摻雜有稀土元素，其化學(xué)組成表示式為M3_aSi05:aRe，式中，O. Ol < a < O. 3，M為 Ca、Sr、Ba 中的至少一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于發(fā)射黃色光的熒光粉為釔鋁石榴石，其化學(xué)組成表示式為Y3-aMaAl5_bGab012，式中，O < a彡3，O^ b ^ 5，M 為 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于發(fā)射紅色光的熒光粉為堿土氮化物，其化學(xué)組成表示式為M2Si5N8 = Re,式中，M為Ca、Sr、Ba中的一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于所述稀土熒光粉含有10 50wt%堿土硅酸鹽熒光粉、10 80 wt%發(fā)射黃色光的熒光粉和5 40wt%發(fā)射紅色光的熒光粉。
5.根據(jù)利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于藍(lán)光LED芯片為GaN基無機(jī)半導(dǎo)體LED晶粒。
6.根據(jù)利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于所述堿土硅酸鹽熒光粉的制備方法，包括如下步驟按熒光粉的化學(xué)組成表示式稱取各元素的氧化物或相應(yīng)的鹽類，加入助熔劑硼酸，經(jīng)研磨混勻后，在空氣下500 700°C灼燒I 3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在還原氣氛下，1100 1400°C燒結(jié)2 8 h，冷卻后粉碎過篩，得到所需熒光粉。
7.根據(jù)利要求6所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于還原氣氛為氫氣、氨氣、炭、一氧化碳、或氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚狻?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件，包括藍(lán)光LED芯片和稀土熒光粉，所述稀土熒光粉含有堿土硅酸鹽熒光粉、發(fā)射黃色光的熒光粉、發(fā)射紅色光的熒光粉，所述堿土硅酸鹽熒光粉摻雜有稀土元素，其化學(xué)組成表示式為M3-aSiO5:aRe，式中，0.01≤a≤0.3，M為Ca、Sr、Ba中的至少一種，Re為Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+中的至少一種。本發(fā)明的白光LED器件采用了堿土硅酸鹽熒光粉與其他熒光粉混合，封裝而成，其光譜能量分布合理，覆蓋范圍廣，具有高顯色指數(shù)的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)白光LED器件的白光顯色指數(shù)低的缺陷，且停止通電后，余輝時(shí)間可達(dá)5小時(shí)以上。
文檔編號(hào)C09K11/59GK102629655SQ20121006665
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者黎廣才 申請(qǐng)人:江門市蓬江區(qū)遠(yuǎn)大發(fā)光材料有限公司