CN107437575A - 一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光led灯珠 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，内部结构紧凑，稳定性好，耐高温反射片可将位于底部的光照反射至封装透镜，提高光照强度；外侧导热外套、导热片、内侧导热硅胶、底部铜箔和铝基板的复合散热方式进行散热，保证散热性能；底座设置方便快速更换；荧光粉均匀涂布在封装透镜内壁，荧光粉为钙钛矿结构，能被较短波长紫外光激发而发出白光的单一相荧光粉，且荧光粉的发光强度高，克服了荧光粉混合调配所带来的缺陷及光效低的问题；制备方法简单，生产成本低，能耗较小；本发明的白色荧光粉化学性稳定，抗湿性较好，具有较好的光衰一致性，钙钛矿具有发光效率高，光色可调性较高。
Description
技术领域
本发明涉及白光LED灯珠技术领域，特别是一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠。
背景技术
LED发光二级管所发出的可见光同传统光源相比，具有省电、光通量高、寿命长，平均寿命能够达到 10 万小时，无污染，发出的光中无紫外光，随着对发光二级管做为可见光源的研究的深入，用 LED 灯替代传统的白炽灯和节能日光灯已经成为各国在努力开发的攻关的技术。
与传统照明灯具相比，LED等具不需要使用滤光镜或滤光片来产生有色光，不仅效率高、光色纯，而且可以实现动态或渐变的色彩变化，应用广泛。LED灯珠是LED灯三大构成要件之一，也是LED灯成本构成主要部分之一，LED灯珠的质量好坏对LED灯的影响较大。是LED灯珠的发光受温度影响很大，温度升高，LED的发光强度会降低，并且对 LED 灯珠的寿命也有很大的影响。特别是在大功率(指超过1W)LED灯珠方面，灯珠的散热效果一直无法得到很好的解决；同时现有的LED灯珠稳定性较低。
发明内容
发明目的：为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠。
发明内容：一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，包括封装透镜、LED芯片、导热铜柱和铝基板；所述的封装透镜内壁涂有白色荧光粉层，所述的LED芯片设置在封装透镜内部且LED芯片通过金线与电极连接，所述的电极底部连接焊块，所述焊块底部设有绝缘垫块；所述的LED芯片外部设有灌封胶层，且灌封胶层外部设有反射器；所述LED芯片底部设有耐高温反射片，且耐高温反射片底部设有导热硅胶，所述的导热铜柱设在所述的导热硅胶底部，导热铜柱底部连接有PCB板，所述的PCB板底部设有第一铜箔，所述第一铜箔底部设有铝基板，所述铝基板底部设有第二铜箔，所述的第二铜箔连接焊接层；所述的焊接层外底侧设有LED灯珠座，所述的LED灯珠座由弹性钢片、焊接铜片和压垫组成，所述弹性钢片底部设有焊接铜片，弹性钢片上部设有压垫，且所述的弹性钢片由一薄钢片弯折呈类z字型；所述的封装透镜外部设有导热外套，所述的导热外套背向封装透镜一侧表面固设有导热片，所述的封装透镜外表面下端设有凹槽口。
优选地，所述的封装透镜呈向上凸的圆弧形设置，所述的焊接层呈向下凸的弧形设置。
优选地，所述白色荧光粉层其化学通式为R2A（n-1）BnX（3n+1） ，其中R为大半径的阳离子，为Ca2+、Sr2+、Ba2+的一种或多种，A为小半径的阳离子，为Ti4+、Zr4+的一种或多种，B为二价阳离子，为Pb2+、Ge2+、Sn2+、Cu2+、Cr2+、Cd2+、Eu2+或Yb2+中的一种，X为卤素，为F、Cl、Br中的一种，n为≥1的整数。
优选地，所述的白光荧光粉层当n为1时，钙钛矿结构为纯二维层状钙钛矿；当n无穷大时，钙钛矿结构为三维钙钛矿；当n大于1整数时，钙钛矿结构为准二维层状钙钛矿。
优选地，所述的白色荧光粉层在波长350-405nm紫外光激发下可发射白光，其激发的波长较短，且激发光谱范围宽。
优选地，所述的白色荧光粉层制备方法，包括以下步骤：
1）按照白色荧光粉的化学通式R2A（n-1）BnX（3n+1）中各元素摩尔比称取含有R、B的氧化物及含有A的氧化物或氮化物，所称取的原料纯度为99.99wt%，原料的粒径在3-5μm，并将称取的原料和助溶剂在惰性气体氩气保护下研磨30-40min制成混合物，其中助溶剂为NH4Cl、H3BO3和NaF按照质量比1:1:1混合而成，所述的助溶剂占原料总质量的5-8%；
2）将步骤1）的混合物在通入还原气体条件下进行分段烧结，先在常压下，以150-250℃升温速率升温至1400-1600℃，保温烧结4-6h；再将压力升至1-5MPa，以100-200℃升温速率升温至1600-1800℃，并保温烧结6-8h，还原气体流量为0.8-1.2L/min；
3）以300-500℃/h的降温速率降温至800-900℃，再自然降温至室温后取出；
4）所得产物经研磨，过200目筛，酸洗、水洗和干燥后，即得所述的白色荧光粉。
优选地，所述步骤2）中还原气氛为氮气和氢气按照体积比95-99:1-5混合而成。
优选地，所述步骤4）中酸洗为采用10-20%的盐酸，酸洗转速为200-300r/min，酸洗时间为40-50min，酸洗后用去离子水水洗至电导率小于20μs/cm。
本发明的有益效果在于：本发明的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，内部结构紧凑，稳定性好，耐高温反射片可将位于底部的光照反射至封装透镜，提高光照强度；外侧导热外套、导热片、内侧导热硅胶、底部铜箔和铝基板的复合散热方式进行散热，保证散热性能；底座设置方便快速更换；荧光粉均匀涂布在封装透镜内壁，荧光粉为钙钛矿结构，能被较短波长紫外光激发而发出白光的单一相荧光粉，且荧光粉的发光强度高，克服了荧光粉混合调配所带来的缺陷及光效低的问题；制备方法简单，生产成本低，能耗较小；本发明的白色荧光粉化学性稳定，抗湿性较好，具有较好的光衰一致性，钙钛矿具有发光效率高，光色可调性较高；采用单一相荧光粉制备白光LED灯珠，极大的提高了背光灯珠的色域值，激发效率高，封装作业过程中荧光粉浓度较低，降低了封装作业难度和产品不良率。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图中：1、封装透镜，2、LED芯片，3、金线，4、灌封胶层，5、反射器，6、白色荧光粉层，7、导热外套，71、导热片，8、耐高温反射片，9、导热硅胶，10、电极，11、焊块，12、绝缘垫块，13、PCB板，14、第一铜箔，15、铝基板，16、第二铜箔，17、弹性钢片，18、压垫，19、焊接铜片，20、凹槽口，21、焊接层，22、导热铜柱。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例和附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例和附图获得其他的实施例和附图。
一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，包括封装透镜1、LED芯片2、导热铜柱22和铝基板15；所述的封装透镜1内壁涂有白色荧光粉层6，所述的LED芯片2设置在封装透镜1内部且LED芯片2通过金线3与电极10连接，所述的电极10底部连接焊块11，所述焊块11底部设有绝缘垫块12；所述的LED芯片2外部设有灌封胶层4，且灌封胶层4外部设有反射器5；所述LED芯片2底部设有耐高温反射片8，且耐高温反射片8底部设有导热硅胶9，所述的导热铜柱22设在所述的导热硅胶9底部，导热铜柱22底部连接有PCB板13，所述的PCB板13底部设有第一铜箔14，所述第一铜箔14底部设有铝基板15，所述铝基板15底部设有第二铜箔16，所述的第二铜箔16连接焊接层21；所述的焊接层21外底侧设有LED灯珠座，所述的LED灯珠座由弹性钢片17、焊接铜片19和压垫18组成，所述弹性钢片17底部设有焊接铜片19，弹性钢片17上部设有压垫18，且所述的弹性钢片17由一薄钢片弯折呈类z字型；所述的封装透镜1外部设有导热外套7，所述的导热外套7背向封装透镜1一侧表面固设有导热片71，所述的封装透，1外表面下端设有凹槽口20。
所述的封装透镜1呈向上凸的圆弧形设置，所述的焊接层21呈向下凸的弧形设置。
实施例1
一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，所述白色荧光粉其化学通式为R2A（n-1）BnX（3n+1） ，其中R为大半径的阳离子，为Ca2+、Sr2+、Ba2+的一种或多种，A为小半径的阳离子，为Ti4+、Zr4+的一种或多种，B为二价阳离子，为Pb2+、Ge2+、Sn2+、Cu2+、Cr2+、Cd2+、Eu2+或Yb2+中的一种，X为卤素，为F、Cl、Br中的一种，n为≥1的整数。
所述的白光荧光粉当n为1时，钙钛矿结构为纯二维层状钙钛矿；当n无穷大时，钙钛矿结构为三维钙钛矿；当n大于1整数时，钙钛矿结构为准二维层状钙钛矿。
所述的白色荧光粉在波长350nm紫外光激发下可发射白光，其激发的波长较短，且激发光谱范围宽。
所述的白色荧光粉制备方法，包括以下步骤：
1）按照白色荧光粉的化学通式R2A（n-1）BnX（3n+1）中各元素摩尔比称取含有R、B的氧化物及含有A的氧化物或氮化物，所称取的原料纯度为99.99wt%，原料的粒径在3μm，并将称取的原料和助溶剂在惰性气体氩气保护下研磨30min制成混合物，其中助溶剂为NH4Cl、H3BO3和NaF按照质量比1:1:1混合而成，所述的助溶剂占原料总质量的5%；
2）将步骤1）的混合物在通入还原气体条件下进行分段烧结，先在常压下，以150℃升温速率升温至1400℃，保温烧结4h；再将压力升至1MPa，以100℃升温速率升温至1600℃，并保温烧结6h，还原气体流量为0.8L/min；
3）以300℃/h的降温速率降温至800℃，再自然降温至室温后取出；
4）所得产物经研磨，过200目筛，酸洗、水洗和干燥后，即得所述的白色荧光粉。
所述步骤2）中还原气氛为氮气和氢气按照体积比95:5混合而成。
所述步骤4）中酸洗为采用10%的盐酸，酸洗转速为200r/min，酸洗时间为40min，酸洗后用去离子水水洗至电导率小于20μs/cm。
实施例2
一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，所述步骤（1）中的白色荧光粉其化学通式为R2A（n-1）BnX（3n+1） ，其中R为大半径的阳离子，为Ca2+、Sr2+、Ba2+的一种或多种，A为小半径的阳离子，为Ti4+、Zr4+的一种或多种，B为二价阳离子，为Pb2+、Ge2+、Sn2+、Cu2+、Cr2+、Cd2+、Eu2+或Yb2+中的一种，X为卤素，为F、Cl、Br中的一种，n为≥1的整数。
所述的白光荧光粉当n为1时，钙钛矿结构为纯二维层状钙钛矿；当n无穷大时，钙钛矿结构为三维钙钛矿；当n大于1整数时，钙钛矿结构为准二维层状钙钛矿。
所述的白色荧光粉在波长405nm紫外光激发下可发射白光，其激发的波长较短，且激发光谱范围宽。
所述的白色荧光粉制备方法，包括以下步骤：
1）按照白色荧光粉的化学通式R2A（n-1）BnX（3n+1）中各元素摩尔比称取含有R、B的氧化物及含有A的氧化物或氮化物，所称取的原料纯度为99.99wt%，原料的粒径在5μm，并将称取的原料和助溶剂在惰性气体氩气保护下研磨40min制成混合物，其中助溶剂为NH4Cl、H3BO3和NaF按照质量比1:1:1混合而成，所述的助溶剂占原料总质量的8%；
2）将步骤1）的混合物在通入还原气体条件下进行分段烧结，先在常压下，以250℃升温速率升温至1600℃，保温烧结6h；再将压力升至5MPa，以200℃升温速率升温至1800℃，并保温烧结8h，还原气体流量为1.2L/min；
3）以500℃/h的降温速率降温至900℃，再自然降温至室温后取出；
4）所得产物经研磨，过200目筛，酸洗、水洗和干燥后，即得所述的白色荧光粉。
所述步骤2）中还原气氛为氮气和氢气按照体积比99:1混合而成。
所述步骤4）中酸洗为采用20%的盐酸，酸洗转速为300r/min，酸洗时间为50min，酸洗后用去离子水水洗至电导率小于20μs/cm。
实施例3
一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，所述步骤（1）中的白色荧光粉其化学通式为R2A（n-1）BnX（3n+1） ，其中R为大半径的阳离子，为Ca2+、Sr2+、Ba2+的一种或多种，A为小半径的阳离子，为Ti4+、Zr4+的一种或多种，B为二价阳离子，为Pb2+、Ge2+、Sn2+、Cu2+、Cr2+、Cd2+、Eu2+或Yb2+中的一种，X为卤素，为F、Cl、Br中的一种，n为≥1的整数。
所述的白光荧光粉当n为1时，钙钛矿结构为纯二维层状钙钛矿；当n无穷大时，钙钛矿结构为三维钙钛矿；当n大于1整数时，钙钛矿结构为准二维层状钙钛矿。
所述的白色荧光粉在波长365nm紫外光激发下可发射白光，其激发的波长较短，且激发光谱范围宽。
所述的白色荧光粉制备方法，包括以下步骤：
1）按照白色荧光粉的化学通式R2A（n-1）BnX（3n+1）中各元素摩尔比称取含有R、B的氧化物及含有A的氧化物或氮化物，所称取的原料纯度为99.99wt%，原料的粒径在4μm，并将称取的原料和助溶剂在惰性气体氩气保护下研磨35min制成混合物，其中助溶剂为NH4Cl、H3BO3和NaF按照质量比1:1:1混合而成，所述的助溶剂占原料总质量的6%；
2）将步骤1）的混合物在通入还原气体条件下进行分段烧结，先在常压下，以200℃升温速率升温至1500℃，保温烧结5h；再将压力升至3MPa，以150℃升温速率升温至1700℃，并保温烧结6-8h，还原气体流量为1.0L/min；
3）以400℃/h的降温速率降温至850℃，再自然降温至室温后取出；
4）所得产物经研磨，过200目筛，酸洗、水洗和干燥后，即得所述的白色荧光粉。
优所述步骤2）中还原气氛为氮气和氢气按照体积比97:3混合而成。
优选地，所述步骤4）中酸洗为采用15%的盐酸，酸洗转速为250r/min，酸洗时间为45min，酸洗后用去离子水水洗至电导率小于20μs/cm。
以上实施例仅用以说明本发明的优选技术方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，所做出的若干改进或等同替换，均视为本发明的保护范围，仍应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (8)
1.一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，包括封装透镜、LED芯片、导热铜柱和铝基板；所述的封装透镜内壁涂有白色荧光粉层，所述的LED芯片设置在封装透镜内部且LED芯片通过金线与电极连接，所述的电极底部连接焊块，所述焊块底部设有绝缘垫块；所述的LED芯片外部设有灌封胶层，且灌封胶层外部设有反射器；所述LED芯片底部设有耐高温反射片，且耐高温反射片底部设有导热硅胶，所述的导热铜柱设在所述的导热硅胶底部，导热铜柱底部连接有PCB板，所述的PCB板底部设有第一铜箔，所述第一铜箔底部设有铝基板，所述铝基板底部设有第二铜箔，所述的第二铜箔连接焊接层；所述的焊接层外底侧设有LED灯珠座，所述的LED灯珠座由弹性钢片、焊接铜片和压垫组成，所述弹性钢片底部设有焊接铜片，弹性钢片上部设有压垫，且所述的弹性钢片由一薄钢片弯折呈类z字型；所述的封装透镜外部设有导热外套，所述的导热外套背向封装透镜一侧表面固设有导热片，所述的封装透镜外表面下端设有凹槽口。
2.根据权利要求1所述的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，所述的封装透镜呈向上凸的圆弧形设置，所述的焊接层呈向下凸的弧形设置。
3.根据权利要求1所述的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，所述白色荧光粉层其化学通式为R2A（n-1）BnX（3n+1） ，其中R为大半径的阳离子，为Ca2+、Sr2+、Ba2+的一种或多种，A为小半径的阳离子，为Ti4+、Zr4+的一种或多种，B为二价阳离子，为Pb2+、Ge2 +、Sn2+、Cu2+、Cr2+、Cd2+、Eu2+或Yb2+中的一种，X为卤素，为F、Cl、Br中的一种，n为≥1的整数。
4.根据权利要求3所述的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，所述的白光荧光粉层当n为1时，钙钛矿结构为纯二维层状钙钛矿；当n无穷大时，钙钛矿结构为三维钙钛矿；当n大于1整数时，钙钛矿结构为准二维层状钙钛矿。
5.根据权利要求3所述的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，所述的白色荧光粉层在波长350-405nm紫外光激发下可发射白光，其激发的波长较短，且激发光谱范围宽。
6.根据权利要求3所述的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，所述的白色荧光粉层制备方法，包括以下步骤：
1）按照白色荧光粉的化学通式R2A（n-1）BnX（3n+1）中各元素摩尔比称取含有R、B的氧化物及含有A的氧化物或氮化物，所称取的原料纯度为99.99wt%，原料的粒径在3-5μm，并将称取的原料和助溶剂在惰性气体氩气保护下研磨30-40min制成混合物，其中助溶剂为NH4Cl、H3BO3和NaF按照质量比1:1:1混合而成，所述的助溶剂占原料总质量的5-8%；
2）将步骤1）的混合物在通入还原气体条件下进行分段烧结，先在常压下，以150-250℃升温速率升温至1400-1600℃，保温烧结4-6h；再将压力升至1-5MPa，以100-200℃升温速率升温至1600-1800℃，并保温烧结6-8h，还原气体流量为0.8-1.2L/min；
3）以300-500℃/h的降温速率降温至800-900℃，再自然降温至室温后取出；
4）所得产物经研磨，过200目筛，酸洗、水洗和干燥后，即得所述的白色荧光粉。
7.根据权利要求6所述的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，所述步骤2）中还原气氛为氮气和氢气按照体积比95-99:1-5混合而成。
8.根据权利要求6所述的一种紫外激发钙钛矿荧光粉的白光LED灯珠，其特征在于，所述步骤4）中酸洗为采用10-20%的盐酸，酸洗转速为200-300r/min，酸洗时间为40-50min，酸洗后用去离子水水洗至电导率小于20μs/cm。
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