CN113036025A

CN113036025A - 一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件及应用

Info

Publication number: CN113036025A
Application number: CN202110367104.6A
Authority: CN
Inventors: 梅乐夫; 廖立兵; 潘鑫; 郭庆丰
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2021-06-25

Abstract

本发明公开了一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件及应用，包括基座，所述基座内设置设置有LED芯片，所述LED芯片外设设置有硅胶填充层，所述LED芯片上设置有白磷钙石型荧光粉层，所述白磷钙石型荧光粉层为CNP：Ce，0.11Mn荧光粉层。本发明具有良好的化学稳定性和热稳定性具备在近紫外、紫外、可见光红色及近红外均有发射，符合植物光合作用所需波段，其中红光部分可引起植物较早开花、结实，在植物增色中起着主导作用，EL光谱都覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，CCT均≤2800，Ra≥35，并且具有优越的颜色稳定性。

Description

一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件及应用

技术领域

本发明属于封装荧光粉的光学应用器件技术领域，尤其涉及一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件及应用。

背景技术

矿物发光材料可分为两类：一是天然矿物发光材料；二是具有矿物结构的人工合成发光材料。天然矿物中通常含有稀土猝灭剂离子，其发光性能受其成分和结构制约较大，所以发光性能普遍较差。但人工合成可对原料进行控制，能够获得性能优异的矿物发光材料，此类材料被广泛应用于发光二极管(light emitting diode，简称LED)中，比如磷灰石型、辉石型、白磷钙石型、钇铝石榴石型发光材料等。其中，基于矿物原型建立的黄色发光铝酸盐荧光粉Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺已商业化，并广泛应用于WLED器件。然而，荧光粉还存在其发射光谱中红色成分的缺乏导致了低显色指数(Ra<75)、高色温(CCT>4500K)、能量损失(>20％)和颜色重吸收，以及会损害视网膜和大脑的蓝光危害问题。这些不能被接受的致命缺陷表明，当前作为PC WLED的关键组件的荧光粉还有很大的改进空间，以实现健康，高效的照明级照明。因此，行业内对新型荧光粉的具有针对性设计原则的研究迫在眉睫。

光照是影响植物生长的一个重要因素，太阳辐射光谱中只有5％左右的比例是对光合作用产生影响的，以波长400～500nm的蓝光以及620～750nm的红色光对光合作用贡献最大。其中，蓝光(400～500nm)可以促进茎叶生长；红光(600～750nm)能调节开花周期，会使植物的发育显著加速，促进干物质的积累，鳞茎、块根、叶球以及其他植物器官的形成，引起植物较早开花、结实，在植物增色中起着主导作用；另外，近红外光(850～1100nm)在根的生长以及营养物质的吸收方面具有调控作用。因此需要一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件及应用。

发明内容

本发明提供一种通过封装工艺开发红色植物生长照明灯和暖白色生活照明灯两种光学应用器件的封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件及应用。

本发明包括基座，所述基座内设置设置有LED芯片，所述LED芯片外设设置有硅胶填充层，所述LED芯片上设置有白磷钙石型荧光粉层，所述白磷钙石型荧光粉层为CNP：Ce，0.11Mn荧光粉层。

进一步地，将商业蓝粉BAM(BaMgAl10O17:Eu2+)、商业黄绿粉Y3Al5O12:Ce3+,Ga3+，和所述CNP：Ce，0.11Mn以3:1:2的比例混合均匀得到所述白磷钙石型荧光粉层。

进一步地，所述LED芯片为310nm UVLED芯片。

进一步地，所述LED芯片的触发电流为5-30mA。

一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件，所述光学应用器件的EL光谱都覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，CCT均≤2800，Ra≥35。

一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件在植物生长照明上的应用。

本发明的有益效果为：

本发明具有良好的化学稳定性和热稳定性具备在近紫外、紫外、可见光红色及近红外均有发射，符合植物光合作用所需波段，其中红光部分可引起植物较早开花、结实，在植物增色中起着主导作用，EL光谱都覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，CCT均≤2800，Ra≥35，并且具有优越的颜色稳定性。

附图说明

图1：附有标准PDF卡片的CNP：Ce，yMn荧光粉XRD图谱示意图；

图2：CNP：Ce，0.07Mn荧光粉在25℃，50℃，100℃，150℃，200℃，400℃，600℃，800℃，1000℃的高温XRD图谱示意图；

图3：CNP：Ce，0.11Mn荧光粉在不同电流(5-30mA)下SLED的EL光谱示意图；

图4：CNP：Ce，0.07Mn荧光粉在不同电流(5-30mA)下WLED的EL光谱；

图5：CNP：Ce，0.07Mn荧光粉CIE坐标对比示意图；

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

将CNP：Ce，0.11Mn荧光粉、310nm UV-LED芯片、金线、支架和紫外光固化胶组合，手工封装制备得到单色光发光二极管(SLED)器件，并测试了5-30mA电流下SLED的EL(电致发光)光谱、器件的性能参数(例如CIE坐标，CCT和Ra)。所有的EL光谱都覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，CCT均≤2800，Ra≥35，并且具有优越的颜色稳定性。因此，具有良好的红色荧光发射CNP：Ce，yMn荧光粉就可以合理的用于制备促进植物开花、生长和增色的红光LED灯。

如图1所示为附有标准PDF卡片的CNP：Ce，yMn荧光粉XRD图谱，证明该荧光粉为单相白磷钙石型矿物。

商业蓝粉BAM(BaMgAl10O17:Eu2+)、商业黄绿粉Y3Al5O12:Ce3+,Ga3+，和所述CNP：Ce，0.11Mn以3:1:2的比例混合均匀得到所述白磷钙石型荧光粉层。

WLED封装是将商业蓝粉BAM(BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺)、商业黄绿粉Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺,Ga³⁺，和CNP：Ce，0.11Mn以3:1:2的比例混合均匀，0.2w、310nm的UV-LED芯片、金线、支架按示意图安装，将紫外光固化胶与荧光粉混合后滴至芯片固化，粉胶质量比1:1，制得该器件。器件可直接用于植物生长及暖白光生活照明。

如图2所示为CNP：Ce，0.07Mn荧光粉在25℃，50℃，100℃，150℃，200℃，400℃，600℃，800℃，1000℃的高温XRD图谱，显示出该荧光粉结构良好的热稳定性。

如图3所示，为CNP：Ce，0.11Mn荧光粉在不同电流(5-30mA)下SLED的EL光谱。覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，可以合理的用于制备促进植物开花、生长和增色的红光LED灯。

所述LED芯片为310nm UVLED芯片，所述LED芯片的触发电流为5-30mA。

为了实现CNP：Ce，yMn荧光粉在WLED中的潜在应用，通过将310nm UV LED芯片与CNP：Ce，0.07Mn，商业蓝粉BAM(BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺)，商业黄绿粉Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺,Ga³⁺相结合的方法，手工封装制备了WLED器件。测试了其在5-30mA电流下WLED的EL光谱及器件的性能参数。所有的EL光谱都覆盖了从400到750nm的整个可见范围，其CIE坐标均位于暖白色发射区域。CCT均≤4100，Ra均≥57，且颜色稳定性良好。

如图4所示为CNP：Ce，0.07Mn荧光粉在不同电流(5-30mA)下WLED的EL光谱。覆盖了从400到750nm的整个可见范围，属于暖白光发射。

红色植物生长照明灯、暖白色生活照明灯。SLED的EL光谱覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，CCT均≤2800，Ra≥35，并且具有优越的颜色稳定性，可以合理的用于促进植物开花、生长和增色的红光LED灯。WLED的EL覆盖了从400到750nm的整个可见光范围，CIE坐标均位于暖白色发射区域，CCT均≤4100，Ra均≥57，且颜色稳定性良好，使其能够被应用于暖白光LED生活照明当中。

如图5所示为(a)SLED(红色)和WLED(暖白色)的CIE坐标；(b)和(c)分别是WLED和SLED的放大的CIE坐标；(f)相应的WLED和SLED设备的实际照片。表明其具有优越的颜色稳定性，能够被称之为良好的红色植物生长光源和暖白光LED照明光源。

所有的EL光谱都覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，CCT均≤2800，Ra≥35，并且具有优越的颜色稳定性。

太阳辐射光谱中只有5％左右的比例是对光合作用产生影响的，以波长400～500nm的蓝光以及620～750nm的红色光对光合作用贡献最大。其中，蓝光(400～500nm)可以促进茎叶生长；红光(600～750nm)能调节开花周期，会使植物的发育显著加速，促进干物质的积累，鳞茎、块根、叶球以及其他植物器官的形成，引起植物较早开花、结实，在植物增色中起着主导作用；另外，近红外光(850～1100nm)在根的生长以及营养物质的吸收方面具有调控作用。因此，具有良好的红色荧光及近红外发射的CNP：Ce，yMn荧光粉就可以合理的用于制备促进植物开花的红色LED。

在本实施例子中，CNP：Ce，0.07Mn荧光粉原料采用CaCO₃(≥99.9％)、SrCO₃(≥99.9％)、(NH₄)₂HPO₄(≥99.9％)、(99.9％)、CeO₂(≥99.99％)和MnCO₃(99.99％)，根据化学计量比称重后混合在玛瑙研钵中，彻底研磨30分钟。将混合物放置在刚玉坩埚中，在850℃下预热1h，在空气中的马弗炉中释放NH3、H2O和CO2。再次研磨后，在5％H2、55％N2的还原气氛下，放置于管式炉中在1250℃下烧结10h。经过缓慢冷却至室温后，将产品磨成细粉，以供后续表征。

基于基质材料β-Ca₃(PO₄)_2，采用两种优化策略：(1)掺入Sr阳离子结构调控及自电荷补偿法；(2)掺入碱金属离子Na的自电荷补偿法，使用制备方法简单的高温固相法合成了一系列(Ca_0.5Sr_0.5)_3-yNa_0.07(PO₄)₂:0.07Ce³⁺,yMn²⁺(y＝0,0.01,0.03,0.05,0.07,0.09,0.11)荧光粉。

表1：所制SLED、WLED器件的性能参数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件，包括基座，所述基座内设置设置有LED芯片，所述LED芯片外设设置有硅胶填充层，其特征在于，所述LED芯片上设置有白磷钙石型荧光粉层，所述白磷钙石型荧光粉层为CNP：Ce，0.11Mn荧光粉层。

2.根据权利要求1所述的封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件，其特征在于，将商业蓝粉BAM(BaMgAl10O17:Eu2+)、商业黄绿粉Y3Al5O12:Ce3+,Ga3+，和所述CNP：Ce，0.11Mn以3:1:2的比例混合均匀得到所述白磷钙石型荧光粉层。

3.根据权利要求1所述的封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件，其特征在于，所述LED芯片为310nm UVLED芯片。

4.根据权利要求1所述的封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件，其特征在于，所述LED芯片的触发电流为5-30mA。

5.权利要求1中任一项所述的封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件的应用，其特征在于，通过紫外光、近紫外光、蓝色光和绿色光中的一种或几种来激发权利要求1-2中任一项所述的封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件得到封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件光。

6.一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件，其特征在于，所述光学应用器件的EL光谱都覆盖了从550到850nm的整个可见范围及部分近红外区，CCT均≤2800，Ra≥35。

7.一种封装白磷钙石型荧光粉的光学应用器件在植物生长照明上的应用。