CN112480924B - 镓酸盐红光荧光材料及制备方法和白光led发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种镓酸盐红光荧光材料及制备方法和白光LED发光装置，属于发光材料技术领域。其化学组成式为Sr2Sc0.5Ga1.5O5:xEu2+0.02≤x≤0.15。此外，还公开了红光荧光材料的制备方法。本发明的新型红光荧光材料物相单一，具有较高的发光效率，激发光谱范围较宽。荧光粉制备方法简单，快速，易于操作，合成效率高。本发明的红光荧光材料与现商用绿光荧光粉组合制作的暖白光LED发光亮度高、具有显色性能好、能量转换率高、色温均匀性好，能够满足照明领域的需求，是一种适用于白光LED的新型红光荧光材料。

Description

镓酸盐红光荧光材料及制备方法和白光LED发光装置
技术领域
本发明属于无机发光材料技术领域，尤其涉及一种镓酸盐红光荧光材料及制备方法和白光LED发光装置。
背景技术
如今，一直十分注重的研究和开发高效荧光材料转换发光二极管(pc-LEDs)，被视为不可或缺的新一代的固态照明源。因其著名的优势可代替传统照明，比如稳定性好，寿命长，发光效率高，可观的节能能力、和环境友好。
传统的WLEDs是由蓝色LED芯片和黄色YAG:Ce荧光材料的组合制作而成。然而，整体发射中红光分量不足，导致WLEDs显色指数低(<80)，相关色温高(>4500K)。[1]为了满足高质量照明的要求，WLEDs必须具有较高的显色指数(>80)，较高的流明效率(>90lm/W)和较低的相关色温(2700-4500K)。
目前，商用的白光LED也可为蓝光LED芯片与红、绿色荧光材料组成，和近紫外LED芯片与红绿蓝三基色荧光材料组成。在照明领域，作为白光LED合成所需的红、绿、蓝三基色荧光材料大都是稀土或过渡金属掺杂。应用于白光LED的荧光材料主要由两大体系，即掺杂荧光材料和无掺杂两大类。掺杂荧光材料包括常见的稀土Ce3+、Eu2+、Eu3+、Bi3+掺杂和过渡金属Cr3+、Ni2+、Mn2+、Mn4+掺杂；无掺杂荧光材料包括常见的钨酸盐、钒酸盐、硼酸盐和一些锌氧化合物。稀土掺杂的荧光表现较强的发光性能，特别是Eu2+掺杂的红光荧光材料，可以通过与蓝光芯片结合实现白光，有助于提高WLED的性能。因此Eu2+掺杂荧光材料是目前备受期待的候选者。
以得到能够与蓝光LED相匹配的红光荧光材料是WLED发光材料面临的重要课题，相关发光材料和发光装置的发展对于白光LED的发展具有重要的意义。因此探索高效率红色荧光材料对于提升LED器件性能有深远的意义，并能推动发展普及LED照明，节约能源，保护环境。
发明内容
本发明目的之一提出一种降低合成发光材料成本的策略，超快方式实现荧光材料的合成。低成本特征在于通过用少量Eu2+掺杂的镓酸盐实现高效红色发射，合成方法快速简便，仅需5分钟即可完成荧光材料的合成，大大节约电、还原剂、合成时间。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所合成的新型荧光材料以镓酸盐为基质，以二价Eu为激活剂，本发明所提供的红光荧光材料的化学通式是Sr2Sc0.5Ga1.5O5:xEu2+，0.02≤x≤0.15。
本发明所提供的发光材料Sr2Sc0.5Ga1.5O5:xEu2+的制备方法如下：
1)按通式Sr2Sc0.5Ga1.5O5:xEu2+的化学计量比准确称取原料，加入助熔剂，充分研磨混匀，得到原料混合物；
2)将步骤1)原料混合物在还原气氛中煅烧，得到红光荧光材料。
优选的，上述制备方法采用的原料如下：
锶源为锶的单质、锶的氧化物和可转换为氧化锶的化合物中的至少一种；
采用的钪源为氧化钪；
采用的镓源为氧化镓；
采用的助熔剂为硼酸；
采用的铕源为硝酸铕或氧化铕。
优选的，所述可转换为氧化锶的化合物包括锶的氯化物、硫化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐和硝酸盐。
优选的，所述步骤2)高温煅烧使用升温速率较大的高频感应加热装置，温度为1200-1500℃，时间为4-8分钟；
优选的，将步骤2)的原料混合物置于氧化铝坩埚内煅烧。
优选的，所述步骤2)制备得到的红光荧光材料研磨成粉末，即得红光荧光材料；进一步的，步骤2)得到的烧结体通常样品颗粒形貌不规则，颗粒度较大，粒径分布不均匀。研磨时间一般为5分钟至2小时，优选10分钟至1小时，更优选15分钟至30分钟。即可得到颗粒形貌规则，颗粒度较小且粒径分布均匀的荧光材料。
优选的，所述还原气氛为CO。
一种白光LED发光装置包括：
白光LED发光装置包括封装基板、InGaN半导体芯片以及能够有效吸收InGaN LED芯片的发射并释放绿光的荧光粉和红光的荧光粉，所述发射绿光的荧光粉是绿光荧光材料，可以是商用的任意绿光荧光材料，发射红光的荧光粉为权利要求1所述的红光荧光材料。
优选的，所述InGaN半导体芯片，其发光峰值波长为445-475nm。所述绿光荧光材料为Ba2SiO4:Eu2+。
优选的，将所述两种荧光材料均匀分散在UV速干树脂胶中，以涂覆或点胶的方式覆盖在InGaN半导体芯片上，并将其固化。
上述制备方法简单、易于操作、原料成本较低，设备成本低且无污染。得到的白光LED用红光荧光材料具有较宽的激发和发射范围。并可与蓝光芯片及绿色荧光材料组装成白光LED器件，能够在较大程度上满足产业需求。
本发明使用高频感应加热方法合成了一种Eu2+掺杂具有较高发光效率的红光荧光材料。另一方面，本发明提供了一种流明效率高、色温均匀性好的暖色调白光LED发光装置。
本发明的白光LED用红光荧光材料和绿光荧光材料的比例可以由本领域技术人员通过常规实验手段得到。在本发明中，红和绿荧光材料的比例非固定不变，荧光材料的比例组成与本身的粒径大小有密切关系，可根据目标色温进行比例调整。
与现有技术相比，本发明具有下列优势：
本发明的白光LED用红光荧光材料是一种新型荧光材料。并可与蓝光芯片及绿色荧光材料组装成白光LED器件，能够在较大程度上满足产业需求。
它可以通过低成本的策略，超快合成红光发光材料。制备方法简单、易于操作、原料成本低，可产生巨大的社会效益和经济效益，适合普遍推广使用。
本发明的白光LED用红光荧光材料与现有技术中的绿光荧光材料组合，在蓝光激发下可获得高质量的白光，能够满足通用照明领域对于不同类型光源的需求，同时器件具有较好的流明效率、能量转换率高、色温均匀性好的优点。
附图说明
图1是实施例1制备的红光荧光材料的X射线衍射(XRD)图。
图2是实施例1制备的红光荧光材料的激发光谱。
图3是实施例1制备的红光荧光材料的发射光谱。
图4是实施例3所制作的白光LED发光装置示意图及其光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体地描述，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
实施例1
该实施例的红光荧光材料的化学组成式为Sr2Sc0.5Ga1.5O5:xEu2+，其中x＝0.02。按化学式中各元素化学计量比，准确称取粉末原料SrCO3，Sc2O3，Ga2O3，Eu2O3。并称取相对总原料的质量比10％H3BO3，置于玛瑙研钵中研磨至原料充分混合均匀再转移到氧化铝坩埚中，置于带有还原气氛的高频感应加热器中，1450℃快速烧结5分钟，自然冷却后取出，再次研磨即得单一相红光荧光材料。
如图1，XRD图结果证明无杂相产生，说明物相为纯相。红光荧光材料发光亮度高、较宽的激发和较窄的发射范围，如图2在蓝光波段有较宽的强激发，说明能很好的与InGaN半导体芯片匹配。如图3所示，最佳发射峰位于～620nm，范围为520-760nm。
实施例2
根据实施案例1所述制备例，还原气氛为CO，快速加热装置中加热至1200-1500℃，时间为4-8分钟均可合成本红光荧光材料。
实施例3
一种白光LED发光装置：白光LED发光装置包括封装基板、InGaN半导体芯片、UV速干树脂胶，以及能够有效吸收LED芯片发出的蓝光并释放绿、红光的两种荧光粉；其中，红光荧光粉为上述实施例1合成的荧光材料，其化学组成式为Sr2Sc0.5Ga1.5O5:xEu2+，其中x＝0.02。其中，InGaN半导体芯的发光峰值波长为～450nm，绿光荧光粉为Ba2SiO4:Eu2+。将两种荧光粉均匀分散在UV速干树脂胶中，以涂覆或点胶的方式覆盖在芯片上，连接好电路，得到本发明的白光LED发光装置。
LED发光装置的光谱如图4所示，实现暖白光发射。在20mA电流下，其流显色指数为85.3，流明效率为113.5lm/W，色温为4500K。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种镓酸盐红光荧光材料，其特征在于，其化学组成式为Sr2Sc0.5Ga1.5O5: xEu2+，其中0.02 ≤ x ≤ 0.15；
所述镓酸盐红光荧光材料的制备包括以下步骤：
1) 按通式Sr2Sc0.5Ga1.5O5: xEu2+ 的化学计量比准确称取原料，加入助熔剂研磨混匀，得到原料混合物；
2) 将步骤1) 原料混合物在还原气氛中煅烧，得到红光荧光材料；
步骤2)所述的煅烧使用高频感应加热装置，煅烧的温度为1200-1500℃。
2.权利要求1所述的红光荧光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
1) 按通式Sr2Sc0.5Ga1.5O5: xEu2+ 的化学计量比准确称取原料，加入助熔剂研磨混匀，得到原料混合物；
2) 将步骤1) 原料混合物在还原气氛中煅烧，得到红光荧光材料；
步骤2)所述的煅烧使用高频感应加热装置，煅烧的温度为1200-1500℃。
3.根据权利要求2所述的红光荧光材料的制备方法，其特征在于，步骤1）所述的原料如下，
锶源为锶的单质、氧化锶和可转换为氧化锶的化合物中的至少一种；
采用的钪源为氧化钪；
采用的镓源为氧化镓；
采用的助熔剂为硼酸；
采用的铕源为硝酸铕，氧化铕或氯化铕。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可转换为氧化锶的化合物包括锶的氯化物、硫化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐和硝酸盐。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的煅烧的时间为4-8分钟；所述还原气氛为CO气体。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述煅烧为原料混合物置于氧化铝坩埚内煅烧。
7.根据权利要求2-6任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括将步骤2)制备得到的红光荧光材料研磨成粉末。
8.一种白光LED发光装置，其特征在于，白光LED发光装置包括封装基板、InGaN半导体芯片以及能够有效吸收InGaN半导体芯片发光并发射绿光的荧光粉和红光的荧光粉，所述发射绿光的荧光粉是绿光荧光材料，发射红光的荧光粉为权利要求1所述的红光荧光材料。
9.根据权利要求8所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述InGaN半导体芯片，其发光峰值波长为445-475 nm，所述绿光荧光粉为Ba2SiO4:Eu2+。
10.根据权利要求8或9所述的白光LED发光装置，其特征在于，两种荧光粉均匀分散在UV速干树脂胶中，以涂覆或点胶的方式覆盖在InGaN半导体芯片上。
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