專利名稱：一種具有余輝特性的高顯色白光led器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及LED領域，具體涉及一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件。
背景技術：
近年來，Ga (In) N基發(fā)光二極管(LED)發(fā)展迅速，使得白光發(fā)光二極管有望取代熒光燈成為21世紀的新一代光源。目前應用廣泛，發(fā)射白光的LED是將約460nm發(fā)射藍色的Ga (In) N與發(fā)射黃光的Y3Al5O12: Ce3+ (YAGiCe3+)熒光粉結合起來，但是這種方法產(chǎn)生的白光二極管色溫可調(diào)范圍小，顯色指數(shù)也不高，滿足不了實際照明要求，并且現(xiàn)有的LED需要持續(xù)供電才能維持照明，使用不方便，特別是在夜間，若突然斷電對人類非常不方便，而在這種情況下非常微弱的照明也能起到重要作用。硅酸鹽熒光材料的研究比較早，是最早獲得應用的一類熒光體，如Mn2+激活的硅酸鋅和硅酸鋅鈹是最早用做熒光燈和CRT顯示器的綠色熒光體。堿土硅酸鹽是支持稀土離子發(fā)光的高效的基質(zhì)材料，具有穩(wěn)定性好，發(fā)射光譜覆蓋范圍廣等特點，一直以來，也是各種應用范圍的稀土熒光材料研究的熱點體系。藍光芯片+YAG鋁酸鹽黃色熒光粉，即“藍光LED+YAG”，是當前白光LED的主流實現(xiàn)方式，具有體積小、成本低、控制回路設計簡單等優(yōu)點，然而，這種傳統(tǒng)的白光LED器件的顯色指數(shù)不高，往往達不到照明的高要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件。本發(fā)明所采取的技術方案為
一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件，包括藍光LED芯片和稀土熒光粉，所述稀土熒光粉含有堿土硅酸鹽熒光粉、發(fā)射黃色光的熒光粉和發(fā)射紅色光的熒光粉，所述堿土硅酸鹽熒光粉摻雜有稀土，其化學組成表示式為M3_aSi05:aRe，式中，0. 01彡a彡0. 3，M為Ca、Sr、Ba 中的至少一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。優(yōu)選的，發(fā)射黃色光的熒光粉為釔鋁石榴石，其化學組成表示式為Y3_aMaAl5_bGab012，式中，0 < a < 3,0 < b < 5, M 為 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的一種。優(yōu)選的，發(fā)射紅色光的熒光粉為堿土氮化物，其化學組成表示式為M2Si5N8 = Re,式中，M 為 Ca、Sr、Ba 中的一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。優(yōu)選的，所述稀土熒光粉含有10 50wt%堿土硅酸鹽熒光粉、10 80wt%發(fā)射黃色光的熒光粉和5 40 wt%發(fā)射紅色光的熒光粉。優(yōu)選的，藍光LED芯片為GaN基無機半導體LED晶粒。優(yōu)選的，所述堿土硅酸鹽熒光粉的制備方法，包括如下步驟按該熒光粉的化學組成表示式稱取各元素的氧化物或相應的鹽類，加入助熔劑硼酸，經(jīng)研磨混勻后，在空氣下500 700°C灼燒I 3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在還原氣氛下，1100 1400°C燒結2 8h,冷卻后粉碎過篩,得到所需熒光粉。優(yōu)選的,還原氣氛為氫氣、氨氣、炭、一氧化碳、或氮氣和氫氣的混合氣。本發(fā)明的藍光LED芯片發(fā)出的藍光位于430 470nm區(qū)域。
本發(fā)明的白光LED器件中的堿土硅酸鹽熒光粉、氮化物熒光粉和釔鋁石榴石熒光粉被半導體LED芯片發(fā)出的位于430 470 nm區(qū)域的藍光激發(fā)后，分別轉(zhuǎn)化為綠光、黃橙光、紅光，和芯片剩余的藍光混合后即得到具有余輝性能的高顯色的白光。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的白光LED器件采用了堿土硅酸鹽熒光粉，其與其他熒光粉混合、封裝而成LED器件，其光譜能量分布合理，覆蓋范圍廣，具有高顯色指數(shù)的特點，且停止通電后，余輝時間可達5小時以上，并彌補了傳統(tǒng)白光LED器件的白光顯色指數(shù)低的缺陷。本發(fā)明的堿土娃酸鹽突光粉發(fā)射黃橙色光，在430 470nm藍光波段具有強吸收，轉(zhuǎn)化效率高，并且具有余輝特性，可廣泛應用于顯示和裝飾照明方面，達到節(jié)能目的。


圖I是實施例I的堿土硅酸鹽熒光粉室溫下的激發(fā)和發(fā)射光譜 圖2是實施例I的堿土硅酸鹽熒光粉室溫下停止激發(fā)照射不同時間段后的余輝光譜
圖3是實施例I的具有余輝特性的高顯色白光LED器件的電致發(fā)射光譜 圖4是對比例I的白光LED器件的電致發(fā)射光譜圖。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不局限如此。實施例中藍光LED芯片均為GaN基無機半導體LED晶粒，其發(fā)出的藍光位于430 470nm區(qū)域。實施例所述的百分比為質(zhì)量百分比。實施例I
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2 9QSi05:0. 05Eu2+, 0. 05Er3+(M=Sr, Re=Eu2+、Er3+，a=0. I)的制備稱取原料
SrCO3: 4. 2813 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 088 gEr2O3 : 0. 0956 gH3BO3: 0.0323 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下600°C灼燒2 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氫氣還原氣氛下，1200°C燒結6 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合30%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、50%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為Y2.92Cea(l8Al4.5Gaa5012)、20%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8: 0. IEu2+, 0. ICe3+)，將所得混合熒光粉與藍光LED芯片封裝，得到白光LED器件。
實施例2
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2 93Si05:0. 03Eu2+，0. 04Dy3+(M=Sr, Re=Eu2+' Dy3+，a=0. 07)的制
備
稱取原料
SrCO3: 4.3256 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 0528 gDy2O3 : 0. 0746 gH3BO3: 0.0329 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下500°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氮氣和氫氣混合氣體還原氣氛下，1100°C燒結8 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合30%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、55%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為Y2.95Tba(l5Al5012)、15%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為=M2Si5N8:0. IEu2+, 0. 05Ho3+)，將所得混合熒光粉與藍光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實施例3
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2 2Caa5Si05:0. IEu2+, 0. ITm3+, 0. IHo3+ (M=Ca, Sr, Re=Eu2+, Tm3+、Ho3+，a=0. 3)的制備
稱取原料
SrCO3: 3.2479 gCaCO3: 0. 50 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 176 gTm2O3 : 0. 1929 gHo2O3 : 0. 1893 gH3BO3: 0.0294 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下500°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在炭還原氣氛下，1200°C燒結7h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合50%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、10%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為Y2.93Ce0. 05Eu0. 02A15012)、40%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8IO. 05Eu2+，0. 05Er3+)，將所得混合熒光粉與藍光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實施例4
堿土硅酸鹽熒光粉 Ca2 85SiO5 = O. IEu2+, 0. 05Ce3+ (M=Ca,Re= Eu2+、Ce3+，a=0. 15)的制備稱取原料
CaCO3: 2. 85 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 176 gCeO2 : 0.086gH3BO3: 0.021 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下700°C灼燒I h，冷卻后粉碎研磨混勻，在一氧化碳還原氣氛下，1300°C燒結4 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合35%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、60%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為=YuGdCeaiAl5O12X5%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為=M2Si5N8:
0.05Eu2+)，將所得混合熒光粉與藍光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實施例5
堿土硅酸鹽熒光粉 Ba2 99SiO5 = O. 002Eu2+，0. 008 Yb 3+ (M=Ba, Re= Eu2+、Yb 3+，a=0. 01)的制備
稱取原料
BaCO3: 5. 9047 gSiO2:0. 6008gEu2O3 : 0. 0035 gYb2O3 : 0.0156 gH3BO3: 0.0392 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下600°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氮氣和氫氣混合氣體還原氣氛下，1400°C燒結2 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土突光粉按下重量比混合25%上述的堿土娃酸鹽突光粉、55%發(fā)射黃色光的宇乙鋁石榴石(組成式為Y2.99Cea(llAl4.3Gaa7012)、20%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8:Ce3+)，將所得混合熒光粉與藍光LED芯片封裝，得到白光LED器件。實施例6
堿土硅酸鹽熒光粉 Sr2.90Si05:0. ICe3+ (M=Sr，Re= Ce3+，a=0. I)的制備
稱取原料
SrCO3: 4. 2813 gSiO2:0.6008 g CeO2 : 0. 172 gH3BO3: 0.0323 g
將原料研磨并混合均勻后，在空氣下600°C灼燒3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在氮氣和氫氣混合氣體還原氣氛下，1400°C燒結2 h，冷卻后粉碎過篩，得堿土硅酸鹽熒光粉。具有余輝特性的高顯色白光LED器件的制備
將稀土熒光粉按下重量比混合10%上述的堿土硅酸鹽熒光粉、80%發(fā)射黃色光的釔鋁石榴石(組成式為=Li^8CeaiPraiAl43Gaa7O12X 10%發(fā)射紅色光的堿金屬氮化物(組成式為M2Si5N8: Eu2+)，將所得混合熒光粉與藍光LED芯片封裝，得到白光LED器件。對比例I
單組分白光LED器件的制備
將實施例I的堿土硅酸鹽熒光粉與藍光LED芯片直接封裝制得具有余輝性質(zhì)的白光LED器件。
實施例I的堿土硅酸鹽熒光粉在室溫下的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜見圖I。由圖可知，本發(fā)明的熒光粉發(fā)射黃橙光，曲線I為發(fā)射光譜，其發(fā)射波長X em為570 nm,曲線2、曲線3和曲線4為激發(fā)光譜，其激發(fā)波長入ex對應為280，370，和450 nm。實施例I的堿土硅酸鹽熒光粉在室溫下照射5min后，停止激發(fā)照射不同時間段后的余輝光譜見圖2，發(fā)射波長為450nm，曲線I 曲線5依次對應為停止激發(fā)照射lmin、2min、4min、6min、IOmin后的余輝光譜圖，圖2清楚地表明了在停止激發(fā)照射一段時間后，該熒光粉具有較高的余輝發(fā)光強度和更長的余輝發(fā)光時間，本發(fā)明的堿土硅酸鹽熒光粉具 有余輝特性。實施例I的具有余輝特性的高顯色白光LED器件的電致發(fā)射光譜圖如圖3所示，由圖可知，該LED器件電致發(fā)射光譜覆蓋整個可見區(qū)域，光譜分布較好，因此，得到白光LED的顯色指數(shù)可達到84，色溫為4300K。對比例I的白光LED器件的電致發(fā)射光譜圖如圖4所示，由圖可知，其發(fā)射主峰分別位于藍光(芯片的電致發(fā)光)和黃橙區(qū)域(堿土硅酸鹽熒光粉的光致發(fā)光)，得到LED器件的顯色指數(shù)66，色溫為6000K。實施例1、2的具有余輝特性的高顯色白光LED器件與對比例I的LED器件的性能指標，檢測結果見表1，由表I的對比數(shù)據(jù)可知，對比例的單組分白光LED器件的顯色指數(shù)低，本發(fā)明的白光LED器件具體高顯色指數(shù)，可達80以上，色溫在4500K左右。
權利要求
1.一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件，包括藍光LED芯片和稀土熒光粉，所述稀土熒光粉含有堿土硅酸鹽熒光粉、發(fā)射黃色光的熒光粉和發(fā)射紅色光的熒光粉，所述堿土硅酸鹽熒光粉摻雜有稀土元素，其化學組成表示式為M3_aSi05:aRe，式中，O. Ol < a < O. 3，M為 Ca、Sr、Ba 中的至少一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。
2.根據(jù)權利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于發(fā)射黃色光的熒光粉為釔鋁石榴石，其化學組成表示式為Y3-aMaAl5_bGab012，式中，O < a彡3，O^ b ^ 5，M 為 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 中的一種。
3.根據(jù)權利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于發(fā)射紅色光的熒光粉為堿土氮化物，其化學組成表示式為M2Si5N8 = Re,式中，M為Ca、Sr、Ba中的一種，Re 為 Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于所述稀土熒光粉含有10 50wt%堿土硅酸鹽熒光粉、10 80 wt%發(fā)射黃色光的熒光粉和5 40wt%發(fā)射紅色光的熒光粉。
5.根據(jù)利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于藍光LED芯片為GaN基無機半導體LED晶粒。
6.根據(jù)利要求I所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于所述堿土硅酸鹽熒光粉的制備方法，包括如下步驟按熒光粉的化學組成表示式稱取各元素的氧化物或相應的鹽類，加入助熔劑硼酸，經(jīng)研磨混勻后，在空氣下500 700°C灼燒I 3 h，冷卻后粉碎研磨混勻，在還原氣氛下，1100 1400°C燒結2 8 h，冷卻后粉碎過篩，得到所需熒光粉。
7.根據(jù)利要求6所述的具有余輝特性的高顯色白光LED器件，其特征在于還原氣氛為氫氣、氨氣、炭、一氧化碳、或氮氣和氫氣的混合氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有余輝特性的高顯色白光LED器件，包括藍光LED芯片和稀土熒光粉，所述稀土熒光粉含有堿土硅酸鹽熒光粉、發(fā)射黃色光的熒光粉、發(fā)射紅色光的熒光粉，所述堿土硅酸鹽熒光粉摻雜有稀土元素，其化學組成表示式為M3-aSiO5:aRe，式中，0.01≤a≤0.3，M為Ca、Sr、Ba中的至少一種，Re為Eu2+、Ce3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+中的至少一種。本發(fā)明的白光LED器件采用了堿土硅酸鹽熒光粉與其他熒光粉混合，封裝而成，其光譜能量分布合理，覆蓋范圍廣，具有高顯色指數(shù)的特點，彌補了傳統(tǒng)白光LED器件的白光顯色指數(shù)低的缺陷，且停止通電后，余輝時間可達5小時以上。
文檔編號C09K11/59GK102629655SQ20121006665
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權日2012年3月14日
發(fā)明者黎廣才 申請人:江門市蓬江區(qū)遠大發(fā)光材料有限公司