专利名称：基于蓝光激发的黄色荧光粉及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光材料，特别是一种在蓝光激发下发射黄光的荧光粉及其在制备LED中的应用。
背景技术：
白光LED(Light Emitting Diode)具有无毒、寿命超长(10万小时)、高效节能、全固态、工作电压低、抗震性及安全性好等诸多优点，可广泛用于各种照明设施上，包括室内用灯、交通指示灯、路灯、汽车尾灯、方向灯、刹车灯、户外用超大型屏幕、显示屏和广告板等，是一种环保、节能的绿色照明光源，被普遍认为是21世纪替代传统照明器件的新光源。
目前实现白光LED普遍采取的是在蓝色LED芯片上涂敷高效的可被蓝光激发而发射黄光的荧光粉，其原理是蓝光LED激发荧光材料产生与蓝光互补的黄光，再利用透镜原理将蓝光、黄光予以混合，使人眼产生白光的视觉。目前此种荧光粉主要是YAG钇铝石榴石，其化学式为Y3Al5O12:Ce3+(美国专利5,998,925和欧洲专利862,794)。这种荧光粉制作的白光LED具有很高的流明效率，但是由于发射光谱的红光成分较少而使其显色指数偏低。近年来，一些其它体系的黄色荧光粉如，Eu2+作为发光中心的Ca-α-SiAlON(R.-J.Xie，N.Hirosaki，K.Sakuma，Y.Yamamoto，and M.Mitomo，Appl.Phys.Lett.84，5404(2004))，Sr2SiO4(J.K.Park，M.A.Lim，C.H.Kim，H.D.Park，J.T.Park，and S.Y.Choi，Appl.Phys.Lett.82，683(2003))，CaSi2O2N2(Y.Q.Li，A.C.A.Delsing，G.de With，and H.T.Hintzen，Chem.Mater.17，3242(2005))，Li2SrSiO4(M.P.Saradhi and U.V.Varadaraju，Chem.Mater.18，5267(2006))，以及Ce3+作为发光中心的LaSr2AlO5(W.B.Im，Y.-II Kim，N.N.Fellows，H.Masui，G.A.Hirata，S.P.DenBaars，and R.Seshadri，Appl.Phys.Lett.93，091905(2008))等被相继报道。在这些所报道的黄色荧光粉中，有些荧光材料其合成条件要求较高，如氮氧化物一般需要高温高压条件，有的荧光粉(LaSr2AlO5)制作的白光LED的流明效率较低。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种发光强度高，激发波长宽、化学稳定性好并易于制备的基于蓝光激发的黄色荧光粉。该黄色荧光粉可用于制作出高亮度的白光LED。
本发明基于蓝光激发的黄色荧光粉，是具有以下化学式的化合物(Ca3-x-yLuxCey)(Sc2-zMgz)Si3O12+δ，其中0.04≤x≤0.94，0.01≤y≤0.1，0.3≤z≤1，δ＝(x+y-z)/2。
该化合物中Lu占据Ca的格位，通过调节材料中Ca/Lu、Sc/Mg的比例，改变基质晶场强度，可使荧光材料的发光中心Ce3+在420～480nm的蓝光激发下，发射峰值范围在520～565nm的黄色荧光。
本发明基于蓝光激发的黄色荧光粉的制备方法如下 1)按化学剂量比称取铈、镥、钪、镁和硅的氧化物，钙的碳酸盐，一起研磨混合均匀； 2)将上述步骤得到的混合物料置入刚玉坩埚或铂坩埚中，放入高温炉中，在一氧化碳或氢还原气氛条件下，在1100-1300℃加热3-5小时； 3)将上述步骤得到的烧结体研磨后即得所述的荧光粉。
采用本发明方法合成的荧光粉可在420～480nm的蓝光激发下发出峰值范围在520～565nm的黄色荧光。该荧光粉发光强度高，激发波长宽、化学稳定性好。将此黄色荧光粉和蓝色LED相结合，可以制备出高亮度的白光LED。本发明涉及的合成荧光粉的方法简单、无污染、易于操作。
图1实施例1所制荧光粉的XRD图； 图2实施例2所制荧光粉的XRD图； 图3实施例5所制荧光粉的XRD图； 图4为实施例2中荧光粉的激发光谱(λem＝560nm)； 图5为实施例1-10所制荧光粉的发射光谱(λex＝460nm)； 图6为实施例1-10所制荧光粉的发射主峰相对强度； 图7为实施例11-18所制荧光粉的归一化发射光谱(λex＝460nm)； 图8为实施例11-18所制荧光粉的发射主峰相对强度； 图9为用实施例12所制荧光粉制作的白光LED的光谱图。
具体实施例方式 通过以下附表1所列出的实施例可对本发明作进一步理解。
实施例1(比较例) 制备Ca2.94Sc1.4Mg0.6Si3O11.73:Ce0.06(即当所述化学式中x＝0，y＝0.06，z＝0.6时)荧光粉。
按化学剂量比称取2.0596gCaCO3，0.6762gSc2O3，0.1693gMgO，1.2617gSiO2，0.0722gCeO2，将称取的原料充分研磨混均匀后，置入高纯刚玉坩埚，放入高温炉中，在氢还原气氛条件下，在1250℃加热4小时，研磨，即得Ca2.94Sc1.4Mg0.6Si3O11.73:Ce0.06荧光粉。
实施例2 制备Ca2.9Lu0.04Sc1.4Mg0.6Si3O11.75:Ce0.06(即当所述化学式中x＝0.04，y＝0.06，z＝0.6时)荧光粉。
按化学剂量比称取2.0316gCaCO3，0.0557gLu2O3，0.6762gSc2O3，0.1693gMgO，1.2617gSiO2，0.0722gCeO2，将称取的原料充分研磨混均匀后，置入高纯刚玉坩埚，放入高温炉中，在氢还原气氛条件下，在1250℃加热4小时，研磨，即得Ca2.9Lu0.04Sc1.4Mg0.6Si3O11.75:Ce0.06荧光粉。
实施例3至实施例36按表1中各实施例化学式组成及其化学剂量比称取相应的原料，制备过程与以上实施例皆相同，其合成样品的发射主峰波长和相对强度列于表中。
由图1-图3样品的XRD图可以看出，基质材料中随着Lu的量增加，样品XRD的主峰位置逐渐向大角度方向移动，因此可以看出材料中Lu占据Ca的格位。由图5-图8可以看出，经过上述实施例，Lu的最佳范围在x＝0.3～0.6，Mg的最佳范围在z＝0.4～0.7，激活剂Ce的最佳浓度在y＝0.06～0.08之间。选取实施例12、13、14、30制作的白光LED，其显色指数(Ra)和流明效率(lm/W)分别为84.7、85.5、85.2、86.1和38.3、34.5、35.2、33.6。
由以上实验可以看出本发明的荧光材料制作方法简单，荧光发射强，化学性能稳定，可以和蓝光LED芯片相结合制作出高亮度的白光LED。
采用本发明黄色荧光粉与环氧树脂按照质量比1∶5均匀混合配成浆液，通过涂敷覆盖方式，直接将浆液涂敷在蓝光(460nm)LED芯片上，最后在120℃下固化成型，即制得白光LED。
表1实施例1-36的化学式及其发射主峰波长
权利要求
1.一种基于蓝光激发的黄色荧光粉，其特征在于，所述黄色荧光粉的化学式为(Ca3-x-yLuxCey)(Sc2-zMgz)Si3O12+δ，其中0.04≤x≤0.94，0.01≤y≤0.1，0.3≤z≤1，δ＝(x+y-z)/2。
2.根据权利要求1所述的基于蓝光激发的黄色荧光粉，其特征在于，所述化学式中的x＝0.3～0.6，y＝0.06～0.08，z＝0.4～0.7。
3.权利要求1所述的黄色荧光粉在制备白光LED中的应用，是将所述的黄色荧光粉与环氧树脂按照质量比1∶5均匀混合配成浆液，通过涂敷覆盖方式，直接将浆液涂敷在蓝光LED芯片上，即获得发射白光的LED。
全文摘要
本发明提出一种基于蓝光激发的黄色荧光粉及其应用，所述荧光粉具有以下化学式(Ca3-x-yLuxCey)(Sc2-zMgz)Si3O12+δ，其中0.04≤x≤0.94，0.01≤y≤0.1，0.3≤z≤1，δ＝(x+y-z)/2，该化合物中Lu占据Ca的格位。在420～480nm的蓝光激发下，发射峰值范围在520～565nm的黄色荧光。该荧光粉发光强度高，激发波长宽、化学稳定性好。将此黄色荧光粉和蓝色LED相结合，可以制备出高亮度的白光LED。
文档编号C09K11/79GK101560390SQ200910066988
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者张家骅, 刘永福, 霞 张 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所