CN107011895B - 一种蓝绿色led发光材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓝绿色LED发光材料的制备方法，其化学结构式如下：M6‑x(GayAl1‑y)14SiO29：xEu，其中M为Ⅱ族碱土金属元素中的至少一种或者几种，0.001≤x≤1，0≤y≤1。其制备方法包括:按照上述化学式组成及化学计量比称取氧化铕、含M的化合物，氧化镓，氧化铝，二氧化硅；往上述原料中添加助熔剂，将上述原料和助熔剂经过球磨混合后，用120目筛网筛分；将上述筛分后的原料于烧结炉中在惰性气体的气氛保护下烧结焙烧；烧结后的产物经过一系列后处理即可得到蓝绿色LED发光材料。本发明提供的合成目标发光材料亮度好、热稳定性好，显色指数可以达到95以上。

Description

一种蓝绿色LED发光材料的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种蓝绿色LED发光材料的制备方法。
背景技术
在照明技术领域中，固体照明，特别是使用半导体发光二极管(LED)的白光照明备受期待，一直在进行广泛的研究开发。半导体照明作为新兴的发光体，具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保等优点，是下一代照明的不二之选。目前，主要以铈激活的钇铝石榴石(YAG)荧光材料和环氧树脂的混合物涂敷在蓝光LED上通过补色原理产生白光。或者是YAG添加氮化物红粉可以达到显色指数85以上，但是由于YAG波长最短只能做到520nm，而蓝光芯片的波段主要在440-480nm，那么做高显色指数95以上的LED封装产品时需要一种能够补充490-510nm波段的发光材料。
目前，采用蓝光、紫光或紫外光LED配合YAG黄绿色荧光粉与氮化物红粉产生高显色白光的技术己经相对成熟，但是对于显色指数95以上的LED封装﹑由于490-510nm蓝绿色的光谱的缺失，导致现有的封装技术以及LED荧光粉难以达到95-100的显色指数。因此，蓝绿色荧光粉最近已经成为国内外大公司和研究机构研发的热点。
在日亚化学工业株式会社的封装专利US5998925中提到：钇铝石榴石的YAG结构在不同的封装工艺中的表现，单独的(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12与蓝光芯片的封装显色指数只能达到50-70之间。
在美国专利US2008283801A中提到Y3Al5O12：Ce与CaAlSiN3：Eu与蓝光芯片封装得到暖白的LED荧光灯，两种配比显指只能做到85，更高的显色指数则需要光谱中蓝绿色光谱的补充。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种蓝绿色LED发光材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案一种蓝绿色LED发光材料的制备方法，其化学结构式如下：M6-x(GayAl1-y)14SiO29：xEu，其中M为Ⅱ族碱土金属元素Ca、Sr、Ba或Mg中的至少一种或者几种，0.001≤x≤1，0≤y≤1，其制备方法包括:
步骤一：按照上述化学式组成及化学计量比称取氧化铕、含M的化合物，氧化镓，氧化铝，二氧化硅；
步骤二：往上述原料中添加助熔剂，将上述原料和助熔剂经过球磨混合后，用120目筛网筛分；
步骤三：将上述筛分后的原料于烧结炉中在惰性气体的气氛保护下烧结焙烧；
步骤四：烧结后的产物经过一系列后处理即可得到蓝绿色LED发光材料。
进一步地，含M化合物为M的硝酸盐、碳酸盐或氧化物。
进一步地，助熔剂的组成包括Ⅱ价元素的氟化物、Ⅲ价元素的氧化物，以及硼酸中的至少一种；上述助熔剂的添加量为原料总质量的0.01％-10％。
进一步地，步骤三中惰性气氛是氮气、氦气或者氩气，气氛压力是常压。
进一步地，步骤三中烧结温度为1400-1600℃，焙烧时间为6-24小时。
进一步地，步骤四中后处理包括将焙烧后制得的产物进行磨细﹑过筛﹑酸洗﹑水洗和烘干，其中酸洗用到的酸是盐酸﹑硝酸或磷酸，酸的质量浓度为1％-30％之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)合成目标发光材料发射波段在490-510nm，有效的填补了现有LED封装中的光谱在蓝绿光波段的缺失。
(2)合成的目标发光材料的亮度好。
(3)合成目标发光材料的热稳定性好。
(4)合成目标发光材料配合其他发光材料封装成LED灯后显色指数可以达到95以上。
(5)制备工艺简单，易工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的激发光谱图；
图2为本发明实施例1的发射光谱图；
图3为本发明实施例1的的SEM图谱；
图4为本发明实施例1的热稳定性图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：Ba5.99Ga7Al7SiO29：0.01Eu发光材料的制备实例
按照化学式Ba5.99Ga7Al7SiO29：0.01Eu的组成及化学计量比称取氧化铕、碳酸钡、氧化镓、氧化铝、二氧化硅；然后再称取原料总重量的6％氟化钡；将所有的原料经球磨混合后，用120目筛网筛分；混好的原料放入管式炉中，在100％的氮气保护下，经1460℃烧结8小时；所得产物研磨过筛后用质量浓度10％硝酸进行洗涤，再用去离子水洗涤后烘干得到Ba5.99Ga7Al7SiO29：0.01Eu蓝绿色荧光粉。
图1为本发明实施例1的激发光谱图，如图1所示，表明了该发光材料的激发波长在300-450nm；图2为本发明实施例1的发射光谱图，如图2所示，表明了该发光材料的发射波长在491nm；图3为本发明实施例1的的SEM图谱，如图3所示，表明了该发光材料主要形貌为近球形，平均粒径为12μm；图4为本发明实施例1的热稳定性图，如图4所示，表明了该发光材料有较高的热稳定性，经过225h的加速老化实验中，发光效率仅仅降低了10％。
实施例2：Sr5.99Ga2Al12SiO29：0.01Eu发光材料的制备实例
按照化学式Sr5.99Ga2Al12SiO29：0.01Eu的组成及化学计量比称取氧化铕、碳酸锶、氧化镓、氧化铝、二氧化硅；然后再称取原料总重量的3％氟化钡；将所有的原料经球磨混合后，用120目筛网筛分；混好的原料放入管式炉中，在100％的氮气保护下，经1480℃烧结10小时；所得产物研磨过筛后用质量浓度10％硝酸进行洗涤，再用去离子水洗涤后烘干得到Sr5.99Ga2Al12SiO29：0.01Eu蓝绿色荧光粉。
实施例3：Sr5.03Ba0.95Ga10Al4SiO29：0.02Eu发光材料的制备实例
按照化学式Sr5.03Ba0.95Ga10Al4SiO29：0.02Eu的组成及化学计量比称取氧化铕、碳酸锶、碳酸钡、氧化镓、氧化铝、二氧化硅；然后再称取原料总重量的1％氟化钡；将所有的原料经球磨混合后，用120目筛网筛分；混好的原料放入管式炉中，在100％的氩气保护下，经1480℃烧结10小时；所得产物研磨过筛后用质量浓度10％硝酸进行洗涤，再用去离子水洗涤后烘干得到Sr5.03Ba0.95Ga10Al4SiO29：0.02Eu蓝绿色荧光粉。
实施例4：Ca5.99Ga2Al12SiO29：0.01Eu发光材料的制备实例
按照化学式Ca5.99Ga2Al12SiO29：0.01Eu的组成及化学计量比称取氧化铕、碳酸钙、氧化镓、氧化铝、二氧化硅；然后再称取原料总重量的7％氟化钡；将所有的原料经球磨混合后，用120目筛网筛分；混好的原料放入管式炉中，在100％的氩气保护下，经1500℃烧结15小时；所得产物研磨过筛后用质量浓度20％硝酸进行洗涤，再用去离子水洗涤后烘干得到Ca5.99Ga2Al12SiO29：0.01Eu蓝绿色荧光粉。
实施例5：Sr4.93Ca1.059Ga4Al10SiO29：0.011Eu发光材料的制备实例
按照化学式Sr4.93Ca1.059Ga4Al10SiO29：0.011Eu的组成及化学计量比称取氧化铕、碳酸锶、碳酸钙、氧化镓、氧化铝、二氧化硅；然后再称取原料总重量的5％氟化钡；将所有的原料经球磨混合后，用120目筛网筛分；混好的原料放入管式炉中，在100％的氩气保护下，经1500℃烧结15小时；所得产物研磨过筛后用质量浓度20％硝酸进行洗涤，再用去离子水洗涤后烘干得到Sr4.93Ca1.059Ga4Al10SiO29：0.011Eu蓝绿色荧光粉。
表1为实施例1～5的发射波长以及相对亮度。由表1可以看出合成目标发光材料发射波段在490-510nm，有效的填补了现有LED封装中的光谱在蓝绿光波段的缺失，合成的目标发光材料的亮度好，且随着实施例产品波长越短，产品的相对亮度越高，由此说明波长越短的实施例产品，在封装中更能够提升封装产品的亮度。
表1
名称 化学式 波长(nm) 相对亮度(％)
实施例1 Ba<sub>5.99</sub>Ga<sub>7</sub>Al<sub>7</sub>SiO<sub>29</sub>：0.01Eu 491 121
实施例2 Sr<sub>5.99</sub>Ga<sub>2</sub>Al<sub>12</sub>SiO<sub>29</sub>：0.01Eu 495 114
实施例3 Sr<sub>5.03</sub>Ba<sub>0.95</sub>Ga<sub>10</sub>Al<sub>4</sub>SiO<sub>29</sub>：0.02Eu 493 116
实施例4 Ca<sub>5.99</sub>Ga<sub>2</sub>Al<sub>12</sub>SiO<sub>29</sub>：0.01Eu 506 109
实施例5 Sr<sub>4.93</sub>Ca<sub>1.059</sub>Ga<sub>4</sub>Al<sub>10</sub>SiO<sub>29</sub>：0.011Eu 497 111
表2为实施例1与实施例5分别封装LED灯后的显色指数对比，表2说明了添加实施例样品后封装产品的显色指数提升明显，显色指数由82.3提升至98.1和97.2，而且实施例产品的波长越短，得到的封装产品显色指数也越高。
表2
最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种蓝绿色LED发光材料的制备方法，其特征在于，其化学结构式如下：M6-x(GayAl1-y)14SiO29：xEu，其中M为Ⅱ族碱土金属元素Ca、Sr、Ba或Mg中的至少一种或者几种，0.001≤x≤1，0≤y≤1，其制备方法包括:
步骤一：按照上述化学式组成及化学计量比称取氧化铕、含M的化合物，氧化镓，氧化铝，二氧化硅；
步骤二：往上述原料中添加助熔剂，将上述原料和助熔剂经过球磨混合后，用120目筛网筛分；
步骤三：将上述筛分后的原料于烧结炉中在惰性气体的气氛保护下烧结焙烧；
步骤四：烧结后的产物经过一系列后处理即可得到蓝绿色LED发光材料。
2.根据权利要求1所述的蓝绿色LED发光材料的制备方法，其特征在于，含M化合物为M的硝酸盐、碳酸盐或氧化物。
3.根据权利要求1所述的蓝绿色LED发光材料的制备方法，其特征在于，助熔剂的组成包括Ⅱ价元素的氟化物、Ⅲ价元素的氧化物，以及硼酸中的至少一种；上述助熔剂的添加量为原料总质量的0.01％-10％。
4.根据权利要求1所述的蓝绿色LED发光材料的制备方法，其特征在于，步骤三中惰性气氛是氮气、氦气或者氩气，气氛压力是常压。
5.根据权利要求1所述的蓝绿色LED发光材料的制备方法，其特征在于，步骤三中烧结温度为1400-1600℃，焙烧时间为6-24小时。
6.根据权利要求1所述的蓝绿色LED发光材料的制备方法，其特征在于，步骤四中后处理包括将焙烧后制得的产物进行磨细、过筛、酸洗、水洗和烘干，其中酸洗用到的酸是盐酸、硝酸或磷酸，酸的质量浓度为1％-30％之间。
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