專利名稱：一種led燈用單組分白光熒光粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種近紫外激發(fā)單組分LED燈用白光熒光粉的制備方法。
背景技術(shù)：
1993年，日本日亞化學(xué)公司取得技術(shù)突破，成功開發(fā)出藍光GaN發(fā)光二極管(LED)，為半導(dǎo)體固態(tài)照明時代的到來帶來了希望。半導(dǎo)體照明與白熾鎢絲燈泡及熒光燈相比，具有無毒、壽命超長(10萬小時)、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，將成為21世紀替代傳統(tǒng)照明器件的新光源。1997年，日亞化學(xué)公司利用藍光管芯泵浦稀土摻雜的YAGCe3+黃光熒光粉，研發(fā)出白光LED燈并很快投入市場。由于白光是由熒光粉的黃色熒光與LED的藍光混合而成，普遍存在器件的發(fā)光顏色隨驅(qū)動電壓和熒光粉涂層厚度的變化而變化，色彩還原性差，顯色指數(shù)低，芯片結(jié)溫升高造成色漂移等問題。為解決上述問題，采用近紫外光(380～410納米)InGaN管芯激發(fā)三基色熒光粉實現(xiàn)白光LED燈已成為目前國際上該領(lǐng)域研發(fā)的熱點之一。由于視覺對近紫外光的不敏感性，這類白光LED的顏色只由熒光粉決定。因此，顏色穩(wěn)定、色彩還原性和顯色指數(shù)高的白光熒光粉被認為是新一代白光LED照明的主導(dǎo)材料。
目前，與近紫外光管芯相匹配的白光熒光粉缺乏，且發(fā)光性能不理想，這種白光熒光粉普遍采用混合紅、綠、藍三種基色熒光粉的辦法制得。由于混合物之間存在顏色再吸收和配比調(diào)控問題，流明效率和色彩還原性能受到較大影響。因此研制全色單組分LED燈用白光熒光粉具有十分重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種LED燈用單組分白光熒光粉及其制備方法。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的LED燈用單組分白光熒光粉基質(zhì)組成是堿土金屬鋁硅酸鹽，一般表示式為MO·aAl2O3·bSiO2·cL:dX，其中MO為MgO、CaO、SrO或BaO的任意兩種組合物；L為硼酸礦化劑，X為不同比例錳和銪組成的激活劑，a、b、c、d是代表當(dāng)MO的摩爾數(shù)為1時Al2O3、SiO2、礦化劑L和激活劑X的摩爾數(shù)，2≤(a+b)≤5，b＝(1～5)a，c＝0.1～0.4，d＝0.01～0.4。
本發(fā)明的LED燈用單組分白光熒光粉的制備方法包括如下步驟①熒光粉中金屬氧化物原料可以選擇堿土金屬碳酸鹽或堿式碳酸鹽或氧化物、氧化鋁或氫氧化鋁、二氧化硅粉末或偏硅酸或原硅酸；②采用行星式球磨機將鋁、硅和銪的原料進行球磨至粒徑為1～5微米；③將球磨后的鋁、硅和銪的原料與鈣、鎂、鍶、鋇、錳的原料和硼酸一起進行充分球磨，球磨時間為10～25小時；④采用金屬模具以雙向模壓方式在液壓機上壓結(jié)得到素坯，壓結(jié)壓力為1000～5000kg/cm2；⑤將素坯放入剛玉坩堝中，用高溫電阻爐，在活性炭的還原條件下，以300～500℃/小時的加熱速度加熱到1100～1400℃，并保溫1～5小時，隨后以2～10℃/分鐘的降溫速率降至室溫；⑥重復(fù)操作步驟⑤2～5遍，得到燒結(jié)體材料；
⑦采用手工研磨和行星式球磨機球磨方式相結(jié)合將燒結(jié)體中顆粒尺寸磨至1～5微米；⑧用去離子水和乙醇洗滌去除殘留在粉體中的雜質(zhì)，于80～150℃烘干10～30小時，得到粉末材料；⑨采用X射線粉末衍射儀測量熒光粉的XRD圖譜以驗證粉末的晶相，用365納米紫外燈進行照射驗證熒光粉的發(fā)光亮度和發(fā)光顏色，用紫外-可見分光度計測量熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。
本發(fā)明發(fā)光材料的發(fā)光亮度的測試按GB/T14633-93標準要求進行。
本發(fā)明通過選擇合適的鋁硅酸鹽基體材料、激活劑離子搭配、礦化劑以及制備方法成功制備了一種LED燈用單組分白光熒光粉，適合于近紫外-紫光LED激發(fā)。本發(fā)明熒光粉的發(fā)光亮度(365納米紫外燈照射下)超過了40cd/m2，其發(fā)射光譜分布于整個可見光區(qū)，主峰可依據(jù)成分在400～500納米范圍內(nèi)變化，并在黃光區(qū)有一次峰(附圖2)；燒結(jié)體具有結(jié)構(gòu)松散，易于破碎，粒徑小于5微米，亮度高、發(fā)光顏色純正等優(yōu)點。


圖1是熒光粉的粉晶衍射圖譜(XRD)。
圖2是熒光粉用紫外可見分光光度計測得的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限于這些實施例。
實施例1LED燈用單組分白光熒光粉，表示式MO·aAl2O3·bSiO2·cL:dX，其中MO為CaO，BaO；L為硼酸，X為摩爾比1∶1的氧化銪和氧化錳，a＝1.0，b＝1.0，c＝0.2，d＝0.02。
制備方法如下稱取CaCO33.0027克，BaCO313.4191克，A12O3微粉10.2007克，SiO2細粉6.0100克，Eu2O30.3579克，MnCO30.1149克，硼酸1.236克。采用行星式球磨機將Al2O3、SiO2和Eu2O3進行球磨至粒徑為1微米左右，隨后將得到的氧化物混合粉末和CaCO3、BaCO3、MnCO3和硼酸進行充分混合球磨10小時左右，使用金屬模具以雙向模壓方式以1000kg/cm2的壓力壓制成直徑為13mm的素坯，將該素坯放入剛玉坩堝中，用高溫電阻爐，在活性碳粒還原條件下，以300℃/小時的速率加熱到1250℃，并在該溫度下保溫5h，隨后以10℃/小時的降溫速率降至室溫。重復(fù)升溫、保溫和降溫過程2遍，得到燒結(jié)體材料，采用手工研磨和行星式球磨相結(jié)合的方式將燒結(jié)體中顆粒尺寸磨至1微米左右，用去離子水和乙醇洗滌除去殘留的雜質(zhì)，于120℃烘干30小時，制得顆粒分散均勻發(fā)光材料粉末，在365nm紫外燈照射下熒光粉呈偏藍白色發(fā)光，采用X射線粉末衍射儀測量熒光粉的衍射圖譜，采用紫外-可見分光光度計測量熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)光光譜。
實施例2LED燈用單組分白色熒光粉，表示式MO·aAl2O3·bSiO2·cL:dX，其中MO為SrO、CaO；L為硼酸，X為摩爾比1∶3的氧化銪和氧化錳，a＝1.1，b＝2.0，c＝0.3，d＝0.06。
制備方法如下稱取SrCO32.9526克，CaCO37.4067克，Al2O3微粉12.2408克，SiO2細粉12.0200克，Eu2O30.5369克，MnCO30.5172克，硼酸1.854克。采用行星式球磨機將Al2O3、SiO2和Eu2O3進行球磨至粒徑為2微米左右，隨后將得到的氧化物混合粉末和SrCO3、CaCO3、MnCO3和硼酸進行充分混合球磨15小時左右，使用金屬模具以雙向模壓方式以2000kg/cm2的壓力壓制成直徑為13mm的素坯，將該素坯放入剛玉坩堝中，用高溫電阻爐，在活性碳粒還原條件下，以350℃/小時的速率加熱到1200℃，并在該溫度下保溫4h，隨后以8℃/小時的降溫速率降至室溫。重復(fù)升溫、保溫和降溫過程3遍，得到燒結(jié)體材料，采用手工研磨和行星式球磨相結(jié)合的方式將燒結(jié)體中顆粒尺寸磨至2微米左右，用去離子水和乙醇洗滌除去殘留的雜質(zhì)，于120℃烘干30小時，制得顆粒分散均勻發(fā)光材料粉末，在365nm紫外燈照射下熒光粉呈偏藍白色發(fā)光，采用X射線粉末衍射儀測量熒光粉的衍射圖譜，采用紫外-可見分光光度測量熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)光光譜。。
實施例3.LED燈用單組分白色熒光粉，表示式MO·aAl2O3·bSiO2·cL:dX，其中MO為MgO、CaO；L為硼酸，X為摩爾比1∶5的氧化銪和氧化錳，a＝1.0，b＝2.5，c＝0.1，d＝0.09。
制備方法如下稱取(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O1.9432克，CaCO37.1064克，Al2O3微粉10.2007克，SiO2細粉15.0250克，Eu2O30.5369克，MnCO30.8620克，硼酸0.618克。采用行星式球磨機將Al2O3、SiO2和Eu2O3進行球磨至粒徑為3微米左右，隨后將得到的氧化物混合粉末和(Mg CO3)4Mg(OH)2·5H2O、CaCO3、MnCO3和硼酸進行充分混合球磨20小時左右，使用金屬模具以雙向模壓方式以3000kg/cm2的壓力壓制成直徑為13mm的素坯，將該素坯放入剛玉坩堝中，用高溫電阻爐，在活性碳粒還原條件下，以400℃/小時的速率加熱到1300℃，并在該溫度下保溫3h，隨后以6℃/小時的降溫速率降至室溫。重復(fù)升溫、保溫和降溫過程4遍，得到燒結(jié)體材料，采用手工研磨和行星式球磨相結(jié)合的方式將燒結(jié)體中顆粒尺寸磨至4微米左右，用去離子水和乙醇洗滌除去殘留的雜質(zhì)，于120℃烘干30小時，制得顆粒分散均勻發(fā)光材料粉末，在365nm紫外燈照射下熒光粉呈偏藍白色發(fā)光，用X射線粉末衍射儀測量熒光粉的衍射圖譜，用紫外-可見分光光度計測量熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)光光譜。
實施例4LED燈用單組分白色熒光粉，表示式MO·aAl2O3·bSiO2·cL:dX，其中MO為MgO、BaO；L為硼酸，X為摩爾比1∶9的氧化銪和氧化錳，a＝1.1，b＝3，c＝0.2，d＝0.2。
制備方法如下稱取(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O 0.9716克，BaCO313.8138克，Al2O3微粉11.2207克，SiO2細粉18.03克，Eu2O30.7158克，MnCO32.0689克，硼酸1.236克。采用行星式球磨機將Al2O3、SiO2和Eu2O3進行球磨至粒徑為4微米左右，隨后將得到的氧化物混合粉末和(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O、BaCO3、MnCO3和硼酸進行充分混合球磨20小時左右，使用金屬模具以雙向模壓方式以4000kg/cm2的壓力壓制成直徑為13mm的素坯，將該素坯放入剛玉坩堝中，用高溫電阻爐，在活性碳的還原條件下，以450℃/小時的速率加熱到1350℃，并在該溫度下保溫2h，隨后以4℃/小時的降溫速率降至室溫。重復(fù)升溫、保溫和降溫過程4遍，得到燒結(jié)體材料，采用手工研磨和行星式球磨機相結(jié)合的方式將燒結(jié)體中顆粒尺寸磨至4微米左右，用去離子水和乙醇洗滌除去殘留的雜質(zhì)，于120℃烘干30小時，制得顆粒分散均勻發(fā)光材料粉末，在365nm紫外燈照射下熒光粉呈偏藍白色發(fā)光，用X射線粉末衍射儀測量熒光粉的衍射圖譜，用紫外-可見分光光度計測量熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)光光譜。
實施例5LED燈用單組分白色熒光粉，表示式MO·aAl2O3·bSiO2·cL:dX，其中MO為MgO、SrO；L為硼酸，X為摩爾比1∶15的氧化銪和氧化錳，a＝1.5，b＝3.2，c＝0.40，d＝0.32。
制備方法如下稱取(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O 0.4858克，SrCO39.3007克，Al2O3微粉15.3010克，SiO2細粉19.2320克，Eu2O30.7158克，MnCO33.4481克，硼酸2.472克。采用行星式球磨機將Al2O3、SiO2和Eu2O3進行球磨至粒徑為5微米左右，隨后將得到的氧化物混合粉末和(MgCO3)4Mg(OH)2·5H2O、SrCO3、MnCO3和硼酸進行充分混合球磨25小時左右，使用金屬模具以雙向模壓方式以5000kg/cm2的壓力壓制成直徑為13mm的素坯，將該素坯放入剛玉坩堝中，用高溫電阻爐，在活性碳的還原條件下，以500℃/小時的速率加熱到1100℃，并在該溫度下保溫2h，隨后以2℃/小時的降溫速率降至室溫。重復(fù)升溫、保溫和降溫過程5遍，得到燒結(jié)體材料，采用手工研磨和行星式球磨相結(jié)合的方式將燒結(jié)體中顆粒尺寸磨至5微米左右，用去離子水和乙醇洗滌除去殘留的雜質(zhì)，于120℃烘干30小時，制得顆粒分散均勻發(fā)光材料粉末，在365nm紫外燈照射下，熒光粉呈偏藍白色發(fā)光，用X射線粉末衍射儀測量熒光粉的衍射圖譜，用紫外-可見分光光度計測量熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)光光譜。
權(quán)利要求
1.一種LED燈用單組分白光熒光粉，其特征在于白光熒光粉基質(zhì)組成是堿土金屬鋁硅酸鹽，一般表示式為MO·aAl2O3·bSiO2·cL:dX，其中MO為MgO、CaO、SrO或BaO的任意兩種組合物；L為礦化劑，X為激活劑，a、b、c、d是代表當(dāng)MO的摩爾數(shù)為1時Al2O3、SiO2、礦化劑L和激活劑X的摩爾數(shù)，2≤(a+b)≤5，b＝(1～5)a，c＝0.1～0.4，d＝0.01～0.4。
2.如權(quán)利要求1所述的LED燈用單組分白光熒光粉，其特征在于礦化劑為硼酸。
3.如權(quán)利要求2所述的LED燈用單組分白光熒光粉，其特征在于激活劑X為錳和銪按照不同比例所組成。
4.如權(quán)利要求3所述的LED燈用單組分白光熒光粉，其特征在于熒光粉的發(fā)光亮度，在365納米紫外燈照射下超過了40cd/m2，發(fā)光光譜分布于整個可見光區(qū)，主峰可依據(jù)成分在400～500納米范圍內(nèi)變化。
5.如權(quán)利要求3所述的LED燈用單組分白光熒光粉，其特征在于發(fā)光材料的發(fā)光亮度的測試按GB/T14633-93標準要求。
6.如權(quán)利要求1～5任一項所述的LED燈用單組分白光熒光粉的制備方法，由以下工藝步驟所組成①熒光粉中金屬氧化物原料可以選擇堿土金屬碳酸鹽或堿式碳酸鹽或氧化物、氧化鋁或氫氧化鋁、二氧化硅粉末或偏硅酸或原硅酸；②采用行星式球磨機將鋁、硅和銪的原料進行球磨至粒徑為1～5微米；③將球磨后的鋁、硅和銪的原料與鈣、鎂、鍶、鋇、錳的原料以及硼酸一起進行充分球磨，球磨時間為10～25小時；④采用金屬模具以雙向模壓方式在液壓機上壓結(jié)得到素坯，壓結(jié)壓力為1000～5000kg/cm2；⑤將素坯放入剛玉坩堝中，用高溫電阻爐，在活性炭的還原條件下，以300～500℃/小時的速度加熱到1100～1400℃，并保溫1～5小時，隨后以2～10℃/分鐘的降溫速率降至室溫；⑥重復(fù)操作步驟⑤2～5遍，得到燒結(jié)體材料；⑦采用手工研磨和行星式球磨機球磨方式相結(jié)合將燒結(jié)體中顆粒尺寸磨至1～5微米；⑧用去離子水和乙醇洗滌去除殘留在粉體中的雜質(zhì)，于80～150℃烘干10～30小時，得到粉末材料；⑨采用X射線粉末衍射儀測量熒光粉的XRD圖譜以驗證粉末的晶相，在365nm紫外燈下進行照射驗證熒光粉的發(fā)光亮度和發(fā)光顏色，用紫外-可見分光光度計測量熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED燈用單組分白光熒光粉及其制備方法。該熒光粉的分子式一般表示為MO·aAl
文檔編號H01L33/00GK1995277SQ20061016793
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者田一光, 龔兵勇 申請人:溫州大學(xué)