CN101560390A - 基于蓝光激发的黄色荧光粉及其应用 - Google Patents

基于蓝光激发的黄色荧光粉及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于蓝光激发的黄色荧光粉及其应用，所述荧光粉具有以下化学式：(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，该化合物中Lu占据Ca的格位。在420～480nm的蓝光激发下，发射峰值范围在520～565nm的黄色荧光。该荧光粉发光强度高，激发波长宽、化学稳定性好。将此黄色荧光粉和蓝色LED相结合，可以制备出高亮度的白光LED。

Description

基于蓝光激发的黄色荧光粉及其应用
技术领域
本发明涉及一种荧光材料，特别是一种在蓝光激发下发射黄光的荧光粉及其在制备LED中的应用。
背景技术
白光LED(Light Emitting Diode)具有无毒、寿命超长(10万小时)、高效节能、全固态、工作电压低、抗震性及安全性好等诸多优点，可广泛用于各种照明设施上，包括室内用灯、交通指示灯、路灯、汽车尾灯、方向灯、刹车灯、户外用超大型屏幕、显示屏和广告板等，是一种环保、节能的绿色照明光源，被普遍认为是21世纪替代传统照明器件的新光源。
目前实现白光LED普遍采取的是在蓝色LED芯片上涂敷高效的可被蓝光激发而发射黄光的荧光粉，其原理是蓝光LED激发荧光材料产生与蓝光互补的黄光，再利用透镜原理将蓝光、黄光予以混合，使人眼产生白光的视觉。目前此种荧光粉主要是YAG钇铝石榴石，其化学式为Y3Al5O12:Ce3+(美国专利5,998,925和欧洲专利862,794)。这种荧光粉制作的白光LED具有很高的流明效率，但是由于发射光谱的红光成分较少而使其显色指数偏低。近年来，一些其它体系的黄色荧光粉如，Eu2+作为发光中心的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+作为发光中心的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))等被相继报道。在这些所报道的黄色荧光粉中，有些荧光材料其合成条件要求较高，如氮氧化物一般需要高温高压条件，有的荧光粉(LaSr2AlO5)制作的白光LED的流明效率较低。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种发光强度高，激发波长宽、化学稳定性好并易于制备的基于蓝光激发的黄色荧光粉。该黄色荧光粉可用于制作出高亮度的白光LED。
本发明基于蓝光激发的黄色荧光粉，是具有以下化学式的化合物：(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。
该化合物中Lu占据Ca的格位，通过调节材料中Ca/Lu、Sc/Mg的比例，改变基质晶场强度，可使荧光材料的发光中心Ce3+在420～480nm的蓝光激发下，发射峰值范围在520～565nm的黄色荧光。
本发明基于蓝光激发的黄色荧光粉的制备方法如下：
1)按化学剂量比称取铈、镥、钪、镁和硅的氧化物，钙的碳酸盐，一起研磨混合均匀；
2)将上述步骤得到的混合物料置入刚玉坩埚或铂坩埚中，放入高温炉中，在一氧化碳或氢还原气氛条件下，在1100-1300℃加热3-5小时；
3)将上述步骤得到的烧结体研磨后即得所述的荧光粉。
采用本发明方法合成的荧光粉可在420～480nm的蓝光激发下发出峰值范围在520～565nm的黄色荧光。该荧光粉发光强度高，激发波长宽、化学稳定性好。将此黄色荧光粉和蓝色LED相结合，可以制备出高亮度的白光LED。本发明涉及的合成荧光粉的方法简单、无污染、易于操作。
附图说明
图1实施例1所制荧光粉的XRD图；
图2实施例2所制荧光粉的XRD图；
图3实施例5所制荧光粉的XRD图；
图4为实施例2中荧光粉的激发光谱(λem＝560nm)；
图5为实施例1-10所制荧光粉的发射光谱(λex＝460nm)；
图6为实施例1-10所制荧光粉的发射主峰相对强度；
图7为实施例11-18所制荧光粉的归一化发射光谱(λex＝460nm)；
图8为实施例11-18所制荧光粉的发射主峰相对强度；
图9为用实施例12所制荧光粉制作的白光LED的光谱图。
具体实施方式
通过以下附表1所列出的实施例可对本发明作进一步理解。
实施例1(比较例)
制备Ca2.94Sc1.4Mg0.6Si3O11.73:Ce0.06(即当所述化学式中x＝0，y＝0.06，z＝0.6时)荧光粉。
按化学剂量比称取2.0596gCaCO3，0.6762gSc2O3，0.1693gMgO，1.2617gSiO2，0.0722gCeO2，将称取的原料充分研磨混均匀后，置入高纯刚玉坩埚，放入高温炉中，在氢还原气氛条件下，在1250℃加热4小时，研磨，即得Ca2.94Sc1.4Mg0.6Si3O11.73:Ce0.06荧光粉。
实施例2
制备Ca2.9Lu0.04Sc1.4Mg0.6Si3O11.75:Ce0.06(即当所述化学式中x＝0.04，y＝0.06，z＝0.6时)荧光粉。
按化学剂量比称取2.0316gCaCO3，0.0557gLu2O3，0.6762gSc2O3，0.1693gMgO，1.2617gSiO2，0.0722gCeO2，将称取的原料充分研磨混均匀后，置入高纯刚玉坩埚，放入高温炉中，在氢还原气氛条件下，在1250℃加热4小时，研磨，即得Ca2.9Lu0.04Sc1.4Mg0.6Si3O11.75:Ce0.06荧光粉。
实施例3至实施例36：按表1中各实施例化学式组成及其化学剂量比称取相应的原料，制备过程与以上实施例皆相同，其合成样品的发射主峰波长和相对强度列于表中。
由图1-图3样品的XRD图可以看出，基质材料中随着Lu的量增加，样品XRD的主峰位置逐渐向大角度方向移动，因此可以看出材料中Lu占据Ca的格位。由图5-图8可以看出，经过上述实施例，Lu的最佳范围在x＝0.3～0.6，Mg的最佳范围在z＝0.4～0.7，激活剂Ce的最佳浓度在y＝0.06～0.08之间。选取实施例12、13、14、30制作的白光LED，其显色指数(Ra)和流明效率(lm/W)分别为84.7、85.5、85.2、86.1和38.3、34.5、35.2、33.6。
由以上实验可以看出本发明的荧光材料制作方法简单，荧光发射强，化学性能稳定，可以和蓝光LED芯片相结合制作出高亮度的白光LED。
采用本发明黄色荧光粉与环氧树脂按照质量比1∶5均匀混合配成浆液，通过涂敷覆盖方式，直接将浆液涂敷在蓝光(460nm)LED芯片上，最后在120℃下固化成型，即制得白光LED。
表1实施例1-36的化学式及其发射主峰波长
实施例 x y z δ   化学式(Ca3-x-yLuxCey)(Sc2-zMgz)Si3O12+δ   发射主峰(nm)   相对强度(％)
  1   0   0.06   0.6   -0.27   Ca2.94Sc1.4Mg0.6Si3O11.73:Ce0.06   557   100
  2   0.04   0.06   0.6   -0.25   Ca2.9Lu0.04Sc1.4Mg0.6Si3O11.75:Ce0.06   561   112
  3   0.14   0.06   0.6   -0.2   Ca2.8Lu0.14Sc1.4Mg0.6Si3O11.8:Ce0.06   552   121
  4   0.24   0.06   0.6   -0.15   Ca2.7Lu0.24Sc1.4Mg0.6Si3O11.85:Ce0.06   547   137
  5   0.34   0.06   0.6   -0.1   Ca2.6Lu0.34Sc1.4Mg0.6Si3O11.9:Ce0.06   550   141
  6   0.44   0.06   0.6   -0.05   Ca2.5Lu0.44Sc1.4Mg0.6Si3O11.95:Ce0.06   559   132
  7   0.54   0.06   0.6   0   Ca2.4Lu0.54Sc1.4Mg0.6Si3O12:Ce0.06   555   132
  8   0.64   0.06   0.6   0.05   Ca2.3Lu0.64Sc1.4Mg0.6Si3O12.05:Ce0.06   536   145
  9   0.74   0.06   0.6   0.1   Ca2.2Lu0.74Sc1.4Mg0.6Si3O12.1:Ce0.06   535   141
  10   0.94   0.06   0.6   0.2   Ca2.0Lu0.94Sc1.4Mg0.6Si3O12.2:Ce0.06   536   113
  11   0.34   0.06   0.3   0.05   Ca2.6Lu0.34Sc1.7Mg0.3Si3O12.05:Ce0.06   524   125
  12   0.34   0.06   0.4   0   Ca2.6Lu0.34Sc1.6Mg0.4Si3O12:Ce0.06   530   134
  13   0.34   0.06   0.5   -0.05   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.95:Ce0.06   545   131
  14   0.34   0.06   0.6   0.1   Ca2.6Lu0.34Sc1.4Mg0.6Si3O11.9:Ce0.06   550   132
  15   0.34   0.06   0.7   -0.15   Ca2.6Lu0.34Sc1.3Mg0.7Si3O11.85:Ce0.06   555   133
  16   0.34   0.06   0.8   -0.2   Ca2.6Lu0.34Sc1.2Mg0.8Si3O11.8:Ce0.06   558   115
  17   0.34   0.06   0.9   -0.25   Ca2.6Lu0.34Sc1.1Mg0.9Si3O11.75:Ce0.06   560   124
  18   0.34   0.06   1   -0.3   Ca2.6Lu0.34Sc1.0Mg1.0Si3O11.7:Ce0.06   558   121
  19   0.34   0.01   0.5   -0.075   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.925:Ce0.01   520   111
  20   0.34   0.02   0.5   -0.07   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.93:Ce0.02   524   120
  21   0.34   0.03   0.5   -0.065   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.935:Ce0.03   525   125
  22   0.34   0.04   0.5   -0.06   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.94:Ce0.04   532   117
  23   0.34   0.05   0.5   -0.055   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.945:Ce0.05   540   124
  24   0.34   0.06   0.5   -0.05   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.95:Ce0.06   530   150
  25   0.34   0.07   0.5   -0.045   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.955:Ce0.07   552   132
  26   0.34   0.08   0.5   -0.04   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.96:Ce0.08   530   145
  27   0.34   0.09   0.5   -0.035   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.965:Ce0.09   547   137
  28   0.34   0.1   0.5   -0.03   Ca2.6Lu0.34Sc1.5Mg0.5Si3O11.97:Ce0.10   530   132
  29   0.44   0.06   0.5   0   Ca2.5Lu0.44Sc1.5Mg0.5Si3O12:Ce0.06   524   124
  30   0.64   0.06   0.7   0   Ca2.3Lu0.64Sc1.3Mg0.7Si3O12:Ce0.06   535   141
  31   0.54   0.06   0.4   0.1   Ca2.4Lu0.54Sc1.6Mg0.4Si3O12.1:Ce0.06   528   131
  32   0.54   0.06   0.5   0.05   Ca2.4Lu0.54Sc1.5Mg0.5Si3O12.05:Ce0.06   528   130
  33   0.54   0.06   0.7   -0.05   Ca2.4Lu0.54Sc1.3Mg0.7Si3O11.95:Ce0.06   530   154
  34   0.54   0.06   0.8   -0.1   Ca2.4Lu0.54Sc1.2Mg0.8Si3O11.9:Ce0.06   560   140
  35   0.24   0.06   0.5   -0.1   Ca2.7Lu0.24Sc1.5Mg0.5Si3O11.9:Ce0.06   542   141
  36   0.64   0.06   0.5   0.1   Ca2.3Lu0.64Sc1.5Mg0.5Si3O12.1:Ce0.06   534   138

Claims (3)

1.一种基于蓝光激发的黄色荧光粉，其特征在于，所述黄色荧光粉的化学式为(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.根据权利要求1所述的基于蓝光激发的黄色荧光粉，其特征在于，所述化学式中的x＝0.3～0.6，y＝0.06～0.08，z＝0.4～0.7。
3.权利要求1所述的黄色荧光粉在制备白光LED中的应用，是将所述的黄色荧光粉与环氧树脂按照质量比1∶5均匀混合配成浆液，通过涂敷覆盖方式，直接将浆液涂敷在蓝光LED芯片上，即获得发射白光的LED。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20091021