CN108977200A - 荧光粉组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种荧光粉组合物及其制备方法，所述荧光粉组合物包括红色荧光粉、绿色荧光粉和黄绿荧光粉；其中，所述红色荧光粉的色坐标为(X：0.660‑0.716，Y：0.286‑0.340)；所述绿色荧光粉的色坐标为(X：0.064‑0.081，Y：0.488‑0.507)；所述黄绿荧光粉的色坐标为(X：0.367‑0.424，Y：0.545‑0.571)；所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010‑0.035)：(0.018‑0.068)：(0.071‑0.253)。该荧光粉组合物在被蓝光激发产生黄光或红光时，黄光或红光与蓝光混合可获得相对光谱分布更加优化的、近自然光的白光。
Description
技术领域
本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种荧光粉组合物及其制备方法。
背景技术
光是人类生存的必要条件之一，各种人造光源的出现解决了夜晚或黑暗环境的照明问题，并具有渲染环境氛围的效果，提高了人们的生活质量，但是普通人造光给人们带来的危害也是不容忽视的。这种危害主要来源于人造光相对于自然光而言的光谱不完整性以及较高的蓝光成分和波长更短的紫光和紫外光成分。紫光的波长约为380至450nm之间，对眼睛的伤害是在眼球的前半部(如眼睑癌，白内障，睑裂斑，异状贅片等)。蓝光的波长约为450至495nm之间，对眼睛的伤害是在眼球的后半部，会导致黄斑区病变。严重的甚至导致失明。蓝光对眼睛的伤害，尤其是对未成年学生和儿童的视力损害比较明显，会导致儿童色弱，随着智能电子设备的飞速发展，越来越多的电子产品映入儿童、学生的视界，导致未成年人近视率逐年攀升。
另一方面，人造光源由于和自然光差别较大，对人的健康、情绪、舒适性以及对生理变化都产生着影响。例如，长时间注视电脑，会出现眼晕、眼痛、头痛、精神不佳等现象，严重影响人们的健康。而处于自然光环境下，则会感觉到舒适和轻松。随着照明技术的发展，人们对光的品质、舒适度等总体性能要求不断提升，各种新型的光源和技术不断涌现，如模拟自然光光谱的LED光源，动态智能照明技术等。但毋庸置疑的是，最理想的照明光是自然光，自然光照明一直是照明行业的愿景。
现有LED产品离不开芯片和荧光粉材料，一般通过蓝光芯片发出的蓝光激发荧光粉发光，获得白光。然而，现有荧光粉材料仍不能满足近自然光照明的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种荧光粉组合物及其制备方法，以解决现有与蓝光芯片结合的荧光粉获得的白光与自然光光谱差别很大的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种荧光粉组合物，所述荧光粉组合物包括红色荧光粉、绿色荧光粉和黄绿荧光粉；其中，
所述红色荧光粉的色坐标为(X：0.660-0.716，Y：0.286-0.340)；
所述绿色荧光粉的色坐标为(X：0.064-0.081，Y：0.488-0.507)；
所述黄绿荧光粉的色坐标为(X：0.367-0.424，Y：0.545-0.571)；
所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.035)：(0.018-0.068)：(0.071-0.253)。
本发明提供荧光粉组合物，由特有色坐标的红色荧光粉、绿色荧光粉和黄绿荧光粉组成，在该三种荧光粉的重量比范围内组合得到的荧光粉组合物可以与蓝光很好地匹配，即该荧光粉组合物在被蓝光激发产生黄光或红光时，黄光或红光与蓝光混合可获得相对光谱分布更加优化的、近自然光的白光。具体地，在该白光光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.3，500-640nm波段的相对光谱大于0.6，该白光光谱中青光部分相对光谱比例较传统白光光源更大，更接近自然光的青光相对光谱比例，从而使得本发明所述荧光粉组合物产生的白光光谱更接近自然光的白光光谱。将该荧光粉组合物用于LED装置中，可提高各波长的相对光谱功率，使整个波段的相对光谱功率更接近自然光。
本发明另一方面还提供了一种上述荧光组合物的制备方法，包括如下步骤：
提供所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉；
将所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉进行混合处理，得到所述荧光组合物。
本发明提供的上述荧光粉组合物的制备方法工艺简单易行，不需要大型设备，可大规模制备，最终得到的荧光粉组合物被蓝光激发产生时产生黄光或红光，与蓝光混合可获得相对光谱分布更加优化的、近自然光的白光。
附图说明
图1为本发明实施例提供的LED光源的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的LED光源的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的LED光源的光谱图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种荧光粉组合物，所述荧光粉组合物包括红色荧光粉、绿色荧光粉和黄绿荧光粉；其中，
所述红色荧光粉的色坐标为(X：0.660-0.716，Y：0.286-0.340)；
所述绿色荧光粉的色坐标为(X：0.064-0.081，Y：0.488-0.507)；
所述黄绿荧光粉的色坐标为(X：0.367-0.424，Y：0.545-0.571)；
所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.035)：(0.018-0.068)：(0.071-0.253)。
本发明实施例提供的荧光粉组合物，由特有色坐标的红色荧光粉、绿色荧光粉和黄绿荧光粉组成，在该三种荧光粉的重量比范围内组合得到的荧光粉组合物可以与蓝光很好地匹配，即该荧光粉组合物在被蓝光激发产生黄光或红光时，黄光或红光与蓝光混合可获得相对光谱分布更加优化的、近自然光的白光。具体地，在该白光光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.3，500-640nm波段的相对光谱大于0.6，该白光光谱中青光部分相对光谱比例较传统白光光源更大，更接近自然光的青光相对光谱比例，从而使得本发明所述荧光粉组合物产生的白光光谱更接近自然光的白光光谱。将该荧光粉组合物用于LED装置中，可提高各波长的相对光谱功率，使整个波段的相对光谱功率更接近自然光。
进一步地，本发明实施例提供的荧光粉组合物中，所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.020-0.035)：(0.018-0.030)：(0.140-0.253)。在该重量比范围的荧光组合物，在被蓝光激发后，可形成色温为2700K-3000K的近自然光的白光，此时的白光光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.30，500-640nm波段的相对光谱大于0.70，得到的白光光谱与自然光的白光光谱更接近。
进一步地，本发明实施例提供的荧光粉组合物中，所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.022)：(0.020-0.040)：(0.080-0.140)。在该重量比范围的荧光组合物，在被蓝光激发后，可形成色温为4000K-4200K的近自然光的白光，此时的白光光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.45，500-640nm波段的相对光谱大于0.65，得到的白光光谱与自然光的白光光谱更接近。
进一步地，本发明实施例提供的荧光粉组合物中，所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.020)：(0.030-0.068)：(0.071-0.130)。在该重量比范围的荧光组合物，在被蓝光激发后，可形成色温为5500K-6000K的近自然光的白光，此时的白光光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.40，500-640nm波段的相对光谱大于0.60，得到的白光光谱与自然光的白光光谱更接近。
进一步地，本发明实施例提供的荧光粉组合物中，所述红色荧光粉优选为氮化物红色荧光粉，更优选地，所述氮化物红色荧光粉包括CaSrAlSiN3(1113结构)。而所述绿色荧光粉优选为氮氧化物绿色荧光粉，更优选地，所述氮氧化物绿色荧光粉包括BaSi2O2N2(1222结构)。而所述黄绿荧光粉优选包括Y3Al5Ga5O12(即镓掺杂钇铝石榴石)。CaSrAlSiN3类氮化物红色荧光粉、BaSi2O2N2类氮氧化物绿色荧光粉和Y3Al5Ga5O12黄绿荧光粉，均可达到各自荧光粉需要的色坐标，而且具有更好的发光强度和稳定性，非常适合用于本发明实施例的荧光组合物中。上述荧光粉的种类均可在市场上购得。
进一步地，本发明实施例提供的荧光粉组合物中，所述红色荧光粉的粒径≤15μm；所述绿色荧光粉的粒径≤15μm；所述黄绿荧光粉的粒径≤15μm。在上述粒径范围内，三种荧光粉混合可得到分散更加均匀的荧光粉组合物。更优选地，所述红色荧光粉的粒径为11-15μm；所述绿色荧光粉的粒径为11-15μm；所述黄绿荧光粉的粒径为11-15μm。
将本发明实施例的荧光粉组合物和硅胶混合，可用于制备LED装置中的荧光膜。该荧光膜即可产生本发明实施例的上述荧光粉组合物对应的效果。
另一方面，本发明实施例提供了一种上述荧光粉组合物的制备方法，包括如下步骤：
S01：提供所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉；
S02：将所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉进行混合处理，得到所述荧光组合物。
本发明实施例提供的上述荧光粉组合物的制备方法工艺简单易行，不需要大型设备，可大规模制备，最终得到的荧光粉组合物被蓝光激发产生时产生黄光，与蓝光混合可获得相对光谱分布更加优化的、近自然光的白光。
进一步地，在上述步骤S01中：红色荧光粉、绿色荧光粉和黄绿荧光粉的选择上文已经阐述，这里不再重复说明。
进一步地，在上述步骤S02中：所述混合处理包括搅拌混合。即称取上述红色荧光粉、黄绿色荧光粉、绿色荧光粉后，按指定的重量比进行搅拌混合即得到本发明实施例的荧光粉组合物。优选地，搅拌时间一般15-30min即可。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种荧光膜，含有AB硅胶、CaSrAlSiN3红色荧光粉(色坐标，X：0.660-0.716，Y：0.286-0.340)、BaSi2O2N2绿色荧光粉(色坐标，X：0.064-0.081，Y：0.488-0.507)和Y3Al5Ga5O12黄绿荧光粉(色坐标，X：0.367-0.424，Y：0.545-0.571)；其中，CaSrAlSiN3红色荧光粉、BaSi2O2N2绿色荧光粉和Y3Al5Ga5O12黄绿荧光粉的重量比为(0.020-0.035)：(0.018-0.030)：(0.140-0.253)，该三种荧光粉在荧光膜中的质量百分含量为33-43％。
该荧光膜通过蓝光芯片激发，可获得色温为2700K-3000K的近自然光的白光：光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.30，500-640nm波段的相对光谱大于0.70。
实施例2
一种荧光膜，含有AB硅胶、CaSrAlSiN3红色荧光粉(色坐标，X：0.660-0.716，Y：0.286-0.340)、BaSi2O2N2绿色荧光粉(色坐标，X：0.064-0.081，Y：0.488-0.507)和Y3Al5Ga5O12黄绿荧光粉(色坐标，X：0.367-0.424，Y：0.545-0.571)；其中，CaSrAlSiN3红色荧光粉、BaSi2O2N2绿色荧光粉和Y3Al5Ga5O12黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.022)：(0.020-0.040)：(0.080-0.140)，该三种荧光粉在荧光膜中的质量百分含量为25-35％。
该荧光膜通过蓝光芯片激发，可获得色温为4000K-4200K的近自然光的白光：光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.45，500-640nm波段的相对光谱大于0.65。
实施例3
一种荧光膜，含有AB硅胶、CaSrAlSiN3红色荧光粉(色坐标，X：0.660-0.716，Y：0.286-0.340)、BaSi2O2N2绿色荧光粉(色坐标，X：0.064-0.081，Y：0.488-0.507)和Y3Al5Ga5O12黄绿荧光粉(色坐标，X：0.367-0.424，Y：0.545-0.571)；其中，CaSrAlSiN3红色荧光粉、BaSi2O2N2绿色荧光粉和Y3Al5Ga5O12黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.020)：(0.030-0.068)：(0.071-0.130)，该三种荧光粉在荧光膜中的质量百分含量为17-27％。
该荧光膜通过蓝光芯片激发，可获得色温为5500K-6000K的近自然光的白光：光谱中，480-500nm波段的相对光谱大于0.40，500-640nm波段的相对光谱大于0.60。
以下进一步对采用本发明实施例的该荧光粉组合物的LED光源进行说明：
请参阅图1至图3，一种LED光源，包括基底10、蓝光LED芯片21、荧光层22以及电路30，其中基底10至少用于支撑蓝光LED芯片21，蓝光LED芯片21设于基底10上；荧光层22覆盖蓝光LED芯片21，用于与蓝光LED芯片21结合产生白光；电路30设于基底10的表面且与蓝光LED芯片21连接，用于与外部电路连接；蓝光LED芯片21的波长范围为450nm～480nm，LED光源发射的白光中480nm～500nm波段的相对光谱功率大于0.30，500nm～640nm波段的相对光谱功率大于0.60。其中荧光层22采用上述的荧光粉组合物制得。
关于相对光谱功率的概念如下：由于一种光源所发射的光谱往往不是单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成，因此将光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光源的光谱功率分布。用于表征光谱功率大小的参数可以分为绝对光谱功率和相对光谱功率，其中绝对光谱功率分布曲线指的是以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲线；而相对光谱功率分布曲线指的是将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围内变化的光谱功率分布曲线，其中辐射功率最大的相对光谱功率为1，其他波长的相对光谱功率均小于1。
LED光源的工作原理如下：LED光源的电路30与外部电路接通，蓝光LED芯片21接通电源后产生蓝光，荧光层22吸收蓝光后被激发，从而产生其他色光，多种色光混合后形成白光。由图3可知，480nm～500nm波段的相对光谱功率大于0.30，该波段对应青光，即青光的相对光谱功率大于0.30，从而有效提高了白光中青光的比例，解决了近自然光研究中长期存在的青光偏低的问题，使得LED光源产生的白光更加接近真实自然光，也使得显色指数R12进一步提升；500nm～640nm波段的相对光谱功率大于0.60，且与自然光中该波段的光谱相近，在进行照明时物体和环境的颜色更加真实，会使得人们更加舒适，有效保障了用眼健康。
在一个实施例中，蓝光LED芯片21的波长范围为457.5nm～480nm，至少为457.5nm～460nm，从而可进一步提高青光比例。在众多的LED光源中，青光比例是难于提升的，在降低蓝光比例的情况下更加难以提升青光，同时与青光对应的显色指数R12也是难以提升的。本实施例提供的LED光源通过选择457.5nm～480nm的蓝光LED芯片，同时采用上述荧光粉组合物制成的荧光层22使得青光的相对光谱功率得到明显提升。同时由于青光的提升，同时提升显色指数R12，可以防止由于青光过低导致的色弱。
进一步地，由于蓝光对人眼的伤害非常严重，尤其是对未成年学生和儿童的视力损害比较明显，当光谱中蓝光过高时，会导致儿童色弱，降低儿童的辨色能力，并且导致未成年人近视率的攀升。同时蓝光过高还会影响人们的视觉感受和精神状态，长期处于这种环境下易产生眩晕、疲惫等不舒适感。现有的LED光源中蓝光部分的比例很高，因此对人眼的伤害非常严重。本实施例提供的LED光源由于采用上述的荧光粉制成的荧光层22，因而产生的白光中蓝光色比b小于5.7％，从而在确保光谱与自然光接近的情况下、有效降低了白光光谱中蓝光比例，视觉感受更加舒适，有利于使用者的身体健康。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种荧光粉组合物，其特征在于，所述荧光粉组合物包括红色荧光粉、绿色荧光粉和黄绿荧光粉；其中，
所述红色荧光粉的色坐标为(X：0.660-0.716，Y：0.286-0.340)；
所述绿色荧光粉的色坐标为(X：0.064-0.081，Y：0.488-0.507)；
所述黄绿荧光粉的色坐标为(X：0.367-0.424，Y：0.545-0.571)；
所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.035)：(0.018-0.068)：(0.071-0.253)。
2.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.020-0.035)：(0.018-0.030)：(0.140-0.253)；或
所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.022)：(0.020-0.040)：(0.080-0.140)；或
所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉的重量比为(0.010-0.020)：(0.030-0.068)：(0.071-0.130)。
3.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述红色荧光粉为氮化物红色荧光粉。
4.如权利要求3所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述氮化物红色荧光粉包括CaSrAlSiN3。
5.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述绿色荧光粉为氮氧化物绿色荧光粉。
6.如权利要求5所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述氮氧化物绿色荧光粉包括BaSi2O2N2。
7.如权利要求1所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述黄绿荧光粉包括Y3Al5Ga5O12。
8.如权利要求1-7任一项所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述红色荧光粉的粒径≤15μm；和/或
所述绿色荧光粉的粒径≤15μm；和/或
所述黄绿荧光粉的粒径≤15μm。
9.如权利要求1-7任一项所述的荧光粉组合物，其特征在于，所述红色荧光粉的粒径为11-15μm；和/或
所述绿色荧光粉的粒径为11-15μm；和/或
所述黄绿荧光粉的粒径为11-15μm。
10.如权利要求1-9任一项所述的荧光组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉；
将所述红色荧光粉、所述绿色荧光粉和所述黄绿荧光粉进行混合处理，得到所述荧光组合物。
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