一种白光LED用橙黄色荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明属于稀土发光材料与节能技术领域,涉及一种白光LED用橙黄色荧光粉及其制备方法,特别是涉及一种可被近紫外光或蓝光有效激发的二价铕激活的白光LED灯用荧光粉及其制备方法。
背景技术
白光LED具有节能,光色好,寿命长,环保无污染的特点,是一种符合国家“节能减排”政策的绿色新一代光源。在当今非常关注环保的世界背景下,LED因其低的二氧化碳排放量和不需要处理、接触和清除荧光灯中常见的有毒水银蒸气,理所当然成为照明行业的主流产品,是本世纪最具发展前景的高新照明技术之一。
荧光材料技术是白光LED制备中的关键性技术之一,直接决定着白光LED照明器件的色温、显色指数,发光效率和使用寿命等指标。目前LED使用最广泛的是钇石榴石结构的YAG黄色荧光粉,该类荧光粉受其晶体结构的影响热稳定性较差,并且显色指数低,难以适应LED大功率、高品质的发展趋势。理想的白光LED转换荧光材料应该具有高的量子效率,对紫外或者蓝光具有高的吸收系数,以及较好的高温和化学稳定性。然而,目前所应用的荧光材料,大部分还是无法完全达到以上要求。因此,研制高效稳定的LED用荧光粉具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的一个目的是针对现有发白光荧光粉发光效率低、色纯度不高的特点,以及匹配发光二极管芯片制造技术由蓝光向紫外光转移的需要,提供一种白光LED用橙黄色荧光粉,该荧光粉可被近紫外光或蓝光有效激发,发射峰位于橙黄色区域。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种白光LED用橙黄色荧光粉,其化学组成可以用以下通式表示:Li2Sr0.995SiO4-3x/2Nx:0.005Eu2+,其中0≤x≤0.015。该荧光粉在近紫外与蓝光的激发下可以有效地发出显色性好、亮度强的橙黄色光。
本发明的另一个目的是提供了上述荧光粉的制备方法,包括以下步骤:
步骤(1).按化学通式Li2Sr0.995SiO4-3x/2Nx:0.005Eu2+中的化学计量比,称取以下各原料:碳酸锂、碳酸锶、二氧化硅、Si3N4、氧化铕;其中碳酸锂中的锂离子、碳酸锶中的锶离子、Si3N4中的氮离子与氧化铕中的铕离子的摩尔比为2:0.995:x:0.005,0≤x≤0.015;二氧化硅和Si3N4中的硅离子总量与碳酸锂中的锂离子的摩尔比为1:2;
步骤(2).将上述各原料置于球磨机中进行球磨,球磨均匀后常温干燥得到原料混合物;
步骤(3).将原料混合物加入到不与晶体组分发生化学反应的金属、合金或氧化物等耐高温材料的坩埚中,置于温度为900~1000℃的高温烧结炉中烧结4~6h,烧结过程中保持还原气氛,自然冷却至常温,得到冷却后的共混物;
所述的还原气氛为碳还原气氛或含氢惰性混合气氛;
步骤(4).将步骤(3)冷却后的共混物加入到球磨机中进行破碎、球磨,经1000目的筛网过筛,得到粉体;
步骤(5).将步骤(4)过筛后的粉体依次进行酸洗、碱洗、水洗三个步骤,将粉体洗至中性,达到除去残留在粉体中的杂质的目的;
所述的酸洗中使用的酸为浓度3N~5N的HNO3溶液;
所述的碱洗中使用的碱为浓度3N~5N的NH3·H2O溶液;
所述的水洗中使用的水为蒸馏水或去离子水;
步骤(6).将上述步骤(5)洗涤后的粉体离心分层、过滤、并于80~150℃下烘干,得到化学式为Li2Sr0.995SiO4-3x/2Nx:0.005Eu2+的白光LED灯用荧光粉,最后进行成品检测、锡纸密封包装。
本发明白光LED灯用荧光粉,具有发光亮度高,热稳定性好、色纯度高、粉末流动性好、粒径细小且分布均匀及粒子形态规则的特点。其加工方法则具备制备工艺简单,原料价廉易得、无污染,易于操作的特点。
本发明N3-掺杂使得Li2Sr0.995SiO4-3x/2Nx:0.005Eu2+荧光粉在560nm处发出宽带的橙黄色光,其发光强度高于没有掺杂添加N3-的Li2Sr0.995SiO4:0.005Eu2+荧光粉发光强度1.5倍以上。
附图说明
图1为本发明实施例1~5制备得到荧光粉的XRD图谱;
图2为本发明实施例1~5制备得到荧光粉常温下的激发和发射光谱图(360nm紫外光激发);
图3为本发明实施例1~5制备得到荧光粉常温下的激发和发射光谱图(460nm蓝光激发);
图4为本发明实施例1~5制备得到荧光粉发光强度随温度的变化图。
具体实施方式
实例1:制备Li2Sr0.995SiO4:0.005Eu2+
按化学式计量比依次称取Li2CO3 5.091g、SrCO3 10.120g、 SiO2
4.139g、Eu2O3 0.061g。将上述物料置于球磨机中球磨,将经过充分均匀混合后的混合物置于高纯刚玉坩埚中,并将其放入真空管式炉中,通入体积分数为95﹪的N2与5﹪的H2混合气体,以3℃/min升温速率加热至1000℃,在恒温1000℃保温4小时,然后冷却至常温。将冷却至常温的混合物使用球磨机进行破碎、球磨,并用1000目的筛网过筛。再依次使用浓度当量为4N的HNO3酸洗、4N的NH3·H2O碱洗、去离子水洗至中性,将上述洗涤的样品离心分层、过滤、并于100℃条件下烘干6h,得到该荧光粉。对实施例1制备得到的产物进行XRD分析,如图1所示,实施例1制备得到的产物为纯六方相的Li2SrSiO4结构,化学式为Li2Sr0.995SiO4:0.005Eu2+。对实施例1制备得到的产物用荧光光谱仪进行测试,如图2、3可知该荧光粉可在360nm近紫外光和460nm蓝光激发下,发射出波长为570nm的橙黄色光。对实施例1制备得到的产物进行温度猝灭测试,如图4所示,结果显示当温度升高到150℃时,发光强度降低了11.3﹪。
实例2:制备Li2Sr0.995SiO3.9925N0.005:0.005Eu2+
按化学式计量比依次称取Li2CO3 5.092g、
SrCO3 10.124g、 SiO2
4.125g、Eu2O3 0.061g、Si3N4 0.012g。将上述物料置于球磨机中球磨,将经过充分均匀混合后的混合物置于高纯刚玉坩埚中,并将其放入真空管式炉中,通入体积分数为95﹪的N2与5﹪的H2混合气体,以3℃/min升温速率加热至950℃,在恒温950℃烧结6小时,然后冷却至常温。将冷却至常温的混合物使用球磨机进行破碎、球磨,并用1000目的筛网过筛。再依次使用浓度当量为3N的HNO3酸洗、5N的NH3·H2O碱洗、去离子水洗至中性,将上述洗涤的样品离心分层、过滤、并于80℃条件下烘干10h,得到该荧光粉。采用与实例1相同的方式对产物进行表征,结果见附图1-3。结果表明掺入Si3N4后样品仍为纯六方相的Li2SrSiO4结构,化学式为Li2Sr0.995SiO3.9925N0.005:0.005Eu2+。在360nm近紫外光和460nm蓝光激发下,发射波长为570nm的橙黄色光,发光强度是实施例1制备得到的产物的1.4倍左右。
实例3:制备Li2Sr0.995SiO3.985N0.01:0.005Eu2+
按化学式计量比依次称取Li2CO3 5.094g、
SrCO3 10.127g、 SiO2
4.111g、Eu2O3 0.061g、Si3N4 0.024g。将上述物料置于球磨机中球磨,将经过充分均匀混合后的混合物置于高纯刚玉坩埚中,并将其放入真空管式炉中,通入体积分数为95﹪的N2与5﹪的H2混合气体,以3℃/min升温速率加热至950℃,在恒温950℃烧结5小时,然后冷却至常温。将冷却至常温的混合物使用球磨机进行破碎、球磨,并用1000目的筛网过筛。再依次使用浓度当量为5N的HNO3酸洗、3N的NH3·H2O碱洗、去离子水洗至中性,将上述洗涤的样品离心分层、过滤、并于100℃条件下烘干6h,得到该荧光粉。采用与实例1相同的方式对产物进行表征,结果见附图1-4。结果表明掺入Si3N4后样品仍为纯六方相的Li2SrSiO4结构,化学式为Li2Sr0.995SiO3.985N0.01:0.005Eu2+。在360nm近紫外光和460nm蓝光激发下,发射波长为570nm的橙黄色光,发光强度是实施例1制备得到的产物的1.5倍左右。当温度升高到150℃时,发光强度降低了9.7﹪,比实施例1制备得到的产物的热稳定性能好。
实例4:制备Li2Sr0.995SiO3.9775N0.015:0.005Eu2+
按化学式计量比依次称取Li2CO3 5.096g、
SrCO3 10.130g、 SiO2
4.097g、Eu2O3 0.061g、Si3N4 0.036g。将上述物料置于球磨机中球磨,将经过充分均匀混合后的混合物置于高纯刚玉坩埚中,并将其放入真空管式炉中,通入体积分数为95﹪的N2与5﹪的H2混合气体,以3℃/min升温速率加热至900℃,在恒温900℃烧结6小时,然后冷却至常温。将冷却至常温的混合物使用球磨机进行破碎、球磨,并用1000目的筛网过筛。再依次使用浓度当量为4N的HNO3酸洗、4N的NH3·H2O碱洗、蒸馏水水洗至中性,将上述洗涤的样品离心分层、过滤、并于150℃条件下烘干4h,得到该荧光粉。采用与实例1相同的方式对产物进行表征,结果见附图1-3。结果表明掺入Si3N4后样品仍为纯六方相的Li2SrSiO4结构,化学式为Li2Sr0.995SiO3.955N0.015:0.005Eu2+。在360nm近紫外光和460nm蓝光激发下,发射波长为570nm的橙黄色光,发光强度是实施例1制备得到的产物的1.2倍左右。
通过实施例1、2、3、4中的荧光粉进行对比,表明掺入Si3N4可以有效提高该荧光粉的发光强度和热稳定性,本发明荧光粉确实可以作为蓝光LED芯片或紫外芯片激发的白光LED用荧光粉。上述具体实施方式用来解释本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。