白光led用yag荧光粉的制造方法

文档序号:3767756阅读:134来源:国知局
专利名称:白光led用yag荧光粉的制造方法
技术领域
本发明涉及一种白光LED用荧光粉的制造方法。
背景技术
白光LED具有高效、节會^环保、长寿命以及全固态、性能稳定、响应快、体积小、抗 冲击等许多优异的特点。目前白光LED已应用在指示灯、液晶背光源、大面积图文显示、标 识标志照明、信号、通讯领域等,并逐步进入照明领域。 产生白光LED有多种方法,其中比较成熟的是蓝光LED芯片上涂敷能被蓝光激发
的黄色荧光粉,发射出黄光并和蓝光混合形成白光。 目前白光LED所用荧光粉,主要是YAG:Ce黄粉。 YAG:Ce是立方晶体,晶体硬,为钇铝石榴石结构,二十年前主要用作激光材料、飞 点扫描等,1996年后涂敷在发蓝光的InGaN 二极管上,发射出540nm左右的宽带光和蓝光 混合成白光LED,随后国内外研究者围绕该体系做了大量工作,如美国专利US5998925和 US6069440等,将Y3Al5012:Ce用Gd, Sm, Lu等取代部分钇或用Ga取代部分Al,使发光光谱 从530-570nm变化的宽带光发射。对YAG:Ce的发光亮度、色度坐标、显色性等作了改进。
目前在市场上已商品化的白光LED主要为小5mm、20mA小功率封装,亮度801m/w, 发光亮度不高,且1000小时后光通量急剧下降,应用在道路照明上6个月后,亮度下降到原 来的60%左右,同时还存在色度坐标飘移等一系列问题。这与YAG:Ce荧光粉的发光亮度不 高,热稳定性差,光衰大等因素有关。 YAG荧光粉通常采用一步还原烧成法制造,即根据YAG荧光粉的组成进行配料,混 合均匀之后在高温条件下还原烧成,然后再破碎,并进行球磨、清洗等后处理,改善荧光粉 的表面性能,满足涂布的需求。这些后处理步骤至少会造成部分晶体晶貌破损,导致荧光粉 发光性能下降。 还原烧成的温度越高,越有利于固相反应的进行和荧光粉晶体的生长,这样得到 的荧光粉晶体颗粒粗壮,不易被破坏,荧光粉的发光性能会更好。但是温度越高,特别是存 在还原气氛的高温,极易破坏设备,直接影响烧成设备的使用寿命,导致生产成本增加。
综合考虑,现有的YAG荧光粉的生产中,通常在155(TC左右进行高温还原,虽然设 备的使用寿命可以延长,但这样生产出来的荧光粉发光性能较差。

发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种新型的白光LED用荧光粉的制造方 法。本发明所采取的技术方案是 在常规生产方法的基础之上,先在空气气氛中进行高温预烧,获得晶体发育、生长 良好的荧光粉初始颗粒,将烧结品破碎后再进行高温还原,然后进行破碎、球磨、湿过筛、清 洗、烘干之后,再增加一道低温还原修复工艺,将少量已破损的晶面的四价铈还原修复成三价铈,过筛后得到本发明产品。 以下是本发明白光LED用YAG荧光粉的制造方法,包括下述步骤 1)混料按照荧光粉的组成,称取原料,配料,将原料混合均匀; 2)高温预烧成将混合均匀的原料装入坩埚,1550 1650°C ,保温2 5小时,预
烧成; 3)高温还原将预烧成的物料破碎,过筛,1450 155(TC下还原2 5小时;
4)破碎后处理将高温还原的物料破碎、过筛、球磨、湿过筛、清洗、烘干;
5)低温还原修复将物料装入坩埚,在1200 1400°C的还原气氛下保温2 4小 时,进行晶体修复; 6)将晶体修复后的荧光粉过筛,得到本发明的产品。 用本发明方法制造的白光LED用荧光粉,450 460nm的吸收强度增加,荧光粉的 发射强度和亮度发光强度高,热稳定性好,光衰小。


图1是白光LED用荧光粉100(TC下的热处理时间一相对发光亮度关系图。
具体实施例方式
下面结合实施例,进一步说明本发明。
实施例1 YAG荧光粉的组成为Y2.9A15.。012: Ce。.丄 1)混料精确称取177. 344g Y203、138.00g Al203、9. 308g Ce02、 16. OOg助熔剂 Ba&,投入混料器中混合24小时; 2)高温预烧成将混匀的物料,装入坩埚,装紧、墩实,160(TC下,在常压空气中保 温4小时,预烧成; 3)高温还原将预烧成的物料粗碎,过100目筛,再细碎,过150目筛,
松装入坩埚,使用H2 : N2 = 7 : 3的还原气氛,155(TC保温还原2小时; 4)将高温还原的物料破碎,150目过筛,球磨,球磨时按粉球纯水=l:2:3
的质量比,将物料和直径为2 5mm的玻璃弹子以及纯水混合,球磨1小时,去除玻璃弹子, 趁湿过500目筛; 5)使用60 80°C的热水清洗两次,再用常温纯水清洗3次; 6)清洗过的物料脱水后在20(TC烘24小时,烘干的物料过200目筛; 7)低温还原修复将粉体松装入坩埚,使用H2 : N2 = 7 : 3的还原气氛,在1400°C
下保温还原3小时; 8)将低温还原修复的荧光粉过200目筛,目的是让荧光粉在筛网上摩擦,使粉体 产生同性相斥的静电,得到本发明的成品。
实施例2 YAG荧光粉的组成、原料的种类与实施例1完全相同,反应步骤1) 6)、步骤8) 与实施例1中完全相同,区别在于步骤7)中,还原温度为1200°C。
比较例1
1)YAG荧光粉的组成、原料的种类及其组成、原料在混料器中的混合时间与实施例 l相同; 2)将混匀的物料,装入坩埚,送入还原炉中进行还原,还原气氛的组成与实施例1 中的还原气氛组成相同,还原温度为155(TC,保温时间为3小时; 3)按与实施例1中相同的操作进行破碎、150目过筛、球磨、温过筛、清洗、烘干处 理; 4)烘干后物料过200目筛,得到成品。
实施例3 YAG荧光粉的组成为Y2.81Gd。.。7Al5.。012:Ce。.12 1)混料精确称取168. 104g Y203、 135. OOg Al203、6. 718g Gd203、 10. 927gCe02、 16. OOg助熔剂BaF2,投入混料器中混合24小时; 2)高温预烧成将混匀物料,装入坩埚,紧装、墩实,155(TC下,在常压空气中保温 5小时,预烧成; 3)高温还原将预烧成的物料粗碎,过100目筛,再细碎,过150目筛,松装入坩 埚,使用H2 : N2 = 1 : 1的还原气氛,145(TC保温还原5小时; 4)将高温还原的物料破碎,150目过筛,球磨,球磨时按粉球纯水=
1 : 1.5 : 2的质量比,将物料和直径为2 5mm的玻璃弹子以及纯水混合, 球磨1. 5小时,去除玻璃弹子,趁湿过500目筛; 5)使用60 80°C的热水清洗两次,再用常温纯水清洗5次; 6)清洗过的物料脱水后在20(TC烘24小时,烘干的物料过200目筛; 7)低温还原修复将粉体松装入坩埚,使用H2 : N2 = 1 : 1的还原气氛,在1400°C
下保温还原4小时; 8)将低温还原修复的荧光粉过200目筛,目的是让荧光粉在筛网上摩擦,使粉体 产生同性相斥的静电,得到本发明的成品。
实施例4 YAG荧光粉的组成、原料的种类与实施例3完全相同,反应步骤1) 6)、步骤8) 与实施例1中完全相同,区别在于步骤7)中,还原温度为1200°C。
比较例2 1)YAG荧光粉的组成、原料的种类及其组成、原料在混料器中的混合时间与实施例 3相同; 2)将混匀的物料,装入坩埚,送入还原炉中进行还原,还原气氛的组成与实施例2 中的还原气氛组成相同,还原温度为155(TC,保温时间为3小时; 3)按与实施例2中相同的操作进行破碎、150目过筛、球磨、湿过筛、清洗、烘干处 理; 4)烘干后物料过200目筛,得到成品。
实施例5 YAG荧光粉的组成为Y2.27Gd。.6Al5.。012:Ce。.13 1)混料精确称取127. 752g Y203、127.00g Al203、54. 177g Gd203、 11. 136gCe02、 6. OOg助熔剂BaF2,投入混料器中混合24小时;
2)高温预烧成将混匀物料,装入坩埚,165(TC下,在常压空气中保温2小时,预烧 成; 3)高温还原将预烧成的物料粗碎,过100目筛,再细碎,过150目筛,松装入坩 埚,使用H2 : N2 = 3 : 2还原气氛,150(TC保温还原3. 5小时; 4)将高温还原的物料破碎,150目过筛,球磨,球磨时按粉球纯水=
1 : 2.5 : 2.5的质量比,将物料和直径为2 5mm的玻璃弹子以及纯水混合, 球磨1小时,去除玻璃弹子,趁湿过500目筛; 5)使用60 80°C的热水清洗两次,再用常温纯水清洗4次; 6)清洗过的物料脱水后在20(TC烘24小时,烘干的物料过200目筛; 7)低温还原修复将粉体松装入坩埚,使用H2 : N2 = 3 : 2的还原气氛,在1400°C
下保温还原2小时; 8)将低温还原修复的荧光粉过200目筛,目的是让过筛时将荧光粉在筛网上摩
擦,使粉体产生同性相斥的静电,得到本发明的成品。
实施例6 YAG荧光粉的组成、原料的种类与实施例5完全相同,反应步骤1) 6)、步骤8) 与实施例1中完全相同,区别在于步骤7)中,还原温度为1200°C。
比较例3 1)YAG荧光粉的组成、原料的种类及其组成、原料在混料器中的混合时间与实施例 5相同; 2)将混匀的物料,装入坩埚,送入还原炉中进行还原,还原气氛的组成与实施例5 中的还原气氛组成相同,还原温度为155(TC,保温时间为3小时; 3)按与实施例3中相同的操作进行破碎、150目过筛、球磨、湿过筛、清洗、烘干处 理; 4)烘干后物料过200目筛,得到成品。 在本发明中,初始原料装入坩埚时装紧、墩实,并尽量排除原料中的空气,在预烧 成中有利于晶体的生长发育,使得晶体更为坚硬结实;预烧成的温度高,有利于固相反应的 进行,但是过高的温度会损坏炉体。 破碎后物料的颗粒越细,越有利于还原反应的进行,但是过高的还原温度更容易 造成炉体的损坏。 使用玻璃弹子湿球磨,可以降低球磨对荧光粉晶体的损伤。 使用热水清洗,可以很好的将杂质离子去除,并能够增强粉体的分散性,但是热水 清洗的次数过多的话,则易使粉体表面水解,造成沉降困难。 为减少晶体还原修复时粉体重新烧结的可能性,使还原后的粉体无需再次进行球 磨,破碎处理,避免再次破坏粉体的晶体晶貌,还原修复步骤中的粉体,需要松装。粉体松装 还可以使粉体中的颗粒更为充分的接触还原气氛,更好将破损晶面中的四价铈还原成三价 铈,从而增加YAG中的Ce3+吸收和发光强度。 在晶体还原修复过程中,还原温度高、还原时间长有利于晶体的修复,但是过高的 温度和过长的还原时间,会造成粉体再次烧结。 最后过筛时将荧光粉在筛网上摩擦,使粉体产生同性相斥的静电,这样荧光粉在
6制灯封装涂敷时,易于分散在胶水中,而不易产生团聚现象,有利于涂布。 为了证明本发明方法的优越性,设定比较例1的发光强度为100,分别检测其他比
较例和实施例的发光性能,其结果如下表所示。 表1荧光粉发光性能比较表
荧光粉编号采用工艺方法峰值波长相对发光 亮度460nm 激发强度460nm激发 7发射强度
隨丽———常规一步还原法55()mn100100100
比较例2常规一步还原法560mn%9898
比较例3常规-- -歩还原法575nm929595
实施例1本发明1400'C修复55()nm140138160
实施例2本发明120(TC修复550nmi ,,130148
实施例3木发明1400"C修M56()nm123130150
实施例4本发明120(TC修复56()nm115121135
实施例5本发明140(TC修复575nm118119119
实施例6本发明120(TC修复575mn105108107 由表1中的数据可知,本发明方法制备的白光LED用荧光粉,450 460nm的激发 强度增加,荧光粉的发射强度和亮度发光强度高。 由表1中的数据可知,140(TC低温还原修复和120(TC低温还原修复相比,无论是 荧光粉的激发强度,还是460nm下的发射强度、相对亮度,140(TC低温还原修复的均好于 120(TC低温还原修复的。高于140(TC荧光粉会烧结,带来再次破碎等不必要的麻烦。
在IOO(TC下,对实施例1和比较例1的荧光粉进行热稳定性测试。设定热处理前 比较例1的荧光粉的亮度为100。 实验结果表明比较例1的荧光粉,热处理30min后,其相对发光亮度急剧下降, 处理60min后,其相对亮度仅为50 ;实施例1的荧光粉,初始相对亮度为138,热处理30min 前,其发光亮度下降缓慢,处理60min后,其相对亮度仍保持有120 ;荧光粉的热处理时间一 相对亮度关系图如图l所示。可见,本发明方法制备的荧光粉,热稳定性好,光衰小。
权利要求
白光LED用YAG荧光粉的制造方法,包括以下步骤1)混料按照荧光粉的组成,称取原料,配料,将原料混合均匀;2)高温预烧成将混合均匀的原料装入坩埚,1550~1650℃,保温2~5小时,预烧成;3)高温还原将预烧成的物料破碎,过筛,1450~1550℃下还原2~5小时;4)破碎后处理将高温还原的物料破碎、过筛、球磨、湿过筛、清洗、烘干;5)低温还原修复将物料装入坩埚,在1200~1400℃的还原气氛下保温2~4小时,进行晶体修复;6)将晶体修复后的荧光粉过筛,得到本发明的产品。
2. 根据权利要求1所述的白光LED用YAG荧光粉的制造方法,其特征在于 步骤2)中,将装入坩埚中的原料压紧、墩实。
3. 根据权利要求1所述的白光LED用YAG荧光粉的制造方法,其特征在于 步骤5)中,装入坩埚中的物料为松装。
4. 根据权利要求1所述的白光LED用YAG荧光粉的制造方法,其特征在于 球磨时,采用玻璃弹子进行湿球磨。
5. 根据权利要求4所述的白光LED用YAG荧光粉的制造方法,其特征在于球磨时,荧光粉玻璃弹子纯水=i : i.5 2.5 : 2 3(质量比)。
6. 根据权利要求4所述的白光LED用YAG荧光粉的制造方法,其特征在于 玻璃弹子的直径为2 5mm。
7. 根据权利要求1所述的白光LED用YAG荧光粉的制造方法,其特征在于 步骤6)中,过筛时将荧光粉在筛网上摩擦,使粉体带上静电。
全文摘要
本发明公开了高亮度白光LED用YAG荧光粉的制造方法。该方法采用一次高温预烧成,破碎后进入第二次高温还原烧成,接着破碎、过筛、球磨、湿过筛清洗烘干后的荧光粉,由于机械破碎等造成部分晶体缺损,降低了荧光粉的发光亮度,本发明再增加了一道1200~1400℃低温还原修复工艺,使破损晶面的四价铈又复还原成三价铈,提高了荧光粉的亮度。采用本发明制造白光LED用荧光粉,450~460nm的吸收强度增加,荧光粉的发射强度和相对亮度高、热稳定性好、光哀小。
文档编号C09K11/80GK101787280SQ20101013204
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者仝茂福, 林智敏, 范伟明 申请人:佛山市南海区大沥朗达荧光材料有限公司
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