一种白光LED用黄色荧光粉的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种白光LED用黄色荧光粉的制备方法及其应用，该荧光粉采用Sr3Sc4O9:Ce

Preparation and Application of a Yellow Phosphor for White LED

The invention discloses a preparation method and application of yellow phosphor for white LED. The phosphor adopts Sr3Sc4O9:Ce.

【技术实现步骤摘要】
一种白光LED用黄色荧光粉的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种黄色荧光粉的制备方法与应用，具体涉及一种能耗低、操作简单的白光LED用黄色荧光粉的制备方法及其应用，属于荧光粉制备

技术介绍
相比于传统的白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯，白光LED作为新一代照明，由于具有服役寿命长、封装体积紧凑、亮度高、耗能低等优点，已成为当今照明发展的重要所在，与之相关的荧光粉开发与探索更是引起了人们的广泛关注。目前商业化白光LED主要以蓝光LED（440-470nm）结合不同荧光粉配比实现白光输出，其中以日亚化学基于Ce:Y3Al5O12（YAG）黄色石榴石荧光粉（US599892）所实现的白光LED照明是当前商业化白光LED的主流设计方案。此配置虽然可以实现高效的白光输出，但由于其发射光谱中缺少相应的红光部分，故其色温一般偏高（高于4000K），显色指数偏低（Ra小于75），不适合实现高显色指数的暖白光LED照明（色温<4000K，Ra与R9大于80）。为了更有利于实现暖白光LED照明，相关不同种类的荧光粉开发与不同的荧光粉搭配已引起了广大科研工作者的广泛关注。近些年，基于第二主族（含Ca、Sr与Ba）的Ce3+或Eu2+离子掺杂荧光粉在白光LED照明得到了广泛的开发与应用。其制备方法有固相烧结、燃烧法与溶胶-凝胶法等，后期都会涉及到高温烧结（温度一般高于1000℃）为主。众所周知，第二主族元素在高温环境下易于出现挥发，进而非常容易引起荧光粉的组分偏离；此外，衍生出来的杂项可能会与主相之间发生能量传递，进而引起荧光粉特性的进一步劣化。在白光LED照明设计中，一般需要多种荧光搭配，不同荧光粉存在结晶性能差异和颗粒分布差异，这会造成荧光粉难于混合均匀，这给不同荧光粉的搭配混合使用及封装带来了很大的难度。因此，开发一种快速、简化、性能优异的白光LED用荧光粉的制备方法是白光LED照明发展（尤其是暖白光照明领域）的迫切需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种白光LED用黄色荧光粉的制备方法，该方法工艺简单、生产周期短、烧结温度低、能耗低，具有工业化推广应用价值。本专利技术还提供了按照上述方法制得的白光LED用黄色荧光粉，该荧光粉组分分布均匀，具有能发红光的Sr3Sc4O9:Ce3+相和能发出绿光的CaSc2O4:Ce3+相，能够稳定的发出黄光，解决了不同荧光粉搭配造成的难于混匀、发光不均匀、存在色差等不足，且显色指数高、色温低，利于实现暖白光LED照明。本专利技术还提供了一种白光LED发光器件的制备方法，将上述黄色荧光粉均匀旋涂在蓝光LED芯片上即可得到能发出白光的发光器件，操作简便，便于工业化生产。本专利技术具体技术方案如下：一种白光LED用黄色荧光粉的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将Sr3(CexSc1-x)4O9粉体与卤化钙混合均匀，研磨得混合粉体；（2）将混合粉体在还原气氛下进行烧结，得同时含有Sr3(CexSc1-x)4O9和(CeyCa1-y)Sc2O4的白光LED用黄色荧光粉。进一步的，所述卤化钙为氯化钙（CaCl2）、溴化钙（CaBr2）和碘化钙（CaI2）等中的至少一种，优选为氯化钙。进一步的，将Ca与Sr的摩尔比记为Z，Sr3(CexSc1-x)4O9与卤化钙按照Ca与Sr的摩尔比0<Z≤2的比例混合，优选的，0.05<Z≤1，更优选的，0.15≤Z≤0.5。随着Ca与Sr的摩尔比(Z)的增大，所得荧光粉会逐渐由红色向绿色偏移，当Ca与Sr的摩尔比过小时，荧光粉偏红色，当Ca与Sr的摩尔比过大时，荧光粉偏绿色。随着Z的增加，与蓝光LED组合后的发光器件的色温会逐渐增加。（例如Z=0.1时，色温为3555K，Z=0.15时，色温为3998K）。进一步的，Sr3(CexSc1-x)4O9粉体能够发出红光，其化学式Sr3(CexSc1-x)4O9可以简写为Sr3Sc4O9:Ce3+，其中x=0-0.05（x不为0），即铈的掺加量为0-5at.%（不包括0），优选x=0.0015。当x过大或过小时，荧光粉的荧光强度都会减弱。Sr3(CexSc1-x)4O9荧光粉在现有技术中有相关报道，例如文献（J.Mater.Chem.C,2017,5,9472），本领域技术人员可以根据现有技术中公开的方法进行制备，在此不再赘述。进一步的，通过控制卤化钙的用量，卤化钙与Sr3(CexSc1-x)4O9在烧结过程中能够形成(CeyCa1-y)Sc2O4，该成分在文献（JournalofTheElectrochemicalSociety,154(8)J234-J238,2007）中有相关报道，其能够发出绿色荧光，在上述制备步骤下，(CeyCa1-y)Sc2O4与Sr3(CexSc1-x)4O9能够均匀混合，最终所得的混合物荧光粉能够发出均匀、稳定的黄色荧光。进一步的，(CeyCa1-y)Sc2O4简写为CaSc2O4:Ce3+，y=0-0.01（y不为0），即铈的掺加量为0-1at.%（不包括0）。y由x决定，一般的，y约等于2x。进一步的，为了使Sr3Sc4O9:Ce3+与卤化钙充分混合均匀，可以采用湿法混合或者干法混合的方法进行混合。湿法混合可以采用水或乙醇作为分散介质。湿法混合和干法混合的具体操作方法可以从现有技术中寻找，本领域技术人员容易实现。进一步的，Sr3Sc4O9:Ce3+与卤化钙充分混合均匀后，将混合物干燥、研磨，至混合物平均粒径为0.5-15μm，且粒径分布均匀。进一步的，步骤（2）中，所述还原气氛为热碳覆盖、H2、CO、H2/N2、H2/Ar、CO/N2和CO/Ar中的至少一种，各还原气氛仅为了防止产品氧化，为还原提供条件，不同的还原气氛效果类似。H2/N2指的是H2与N2的混合气，H2/Ar指的是H2与Ar的混合气，CO/N2指的是CO与N2的混合气，CO/Ar指的是CO与Ar的混合气。进一步的，步骤（2）中，烧结温度优选为780-1000℃，优选为780-900℃。烧结时间一般为0-2h。烧结0h指的是从室温升到烧结温度然后再降至室温，烧结一定时间是指从室温升至烧结温度，然后在此烧结温度下保温一定时间。进一步的，步骤（2）中，按照2-5℃/min的升温速度升至烧结温度。进一步的，步骤（2）中，烧结后，将粉体降至室温，洗涤、干燥，研磨至平均粒径为0.5-15μm，即可得白光LED用黄色荧光粉，该荧光粉中含有Sr3(CexSc1-x)4O9红色荧光粉相和(CeyCa1-y)Sc2O4绿色荧光粉相。优选的，依次用水和无水乙醇进行洗涤，在50-70℃下进行烘干。本专利技术还提供了一种含有本专利技术上述白光LED用黄色荧光粉的发光器件的制备方法，其步骤为：将上述制得的白光LED用黄色荧光粉与树脂混合均匀，均匀旋涂在LED芯片上，干燥固化，即得发光器件。进一步的，所述树脂为环氧树脂或硅树脂，优选折射率>1.4的硅树脂。进一步的，所述白光LED用黄色荧光粉占树脂与白光LED用黄色荧光粉混合物总质量的5～80wt.%。进一步地，所述LED芯片优选为发射波长为410-460nm的LED芯片，即蓝光LED芯片，该发光器件能够发出稳定、均匀的暖白光。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种白光LED用黄色荧光粉的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）将Sr3(CexSc1‑x)4O9粉体与卤化钙混合均匀，研磨得混合粉体；（2）将混合粉体在还原气氛下进行烧结，得同时含有Sr3(CexSc1‑x)4O9和(CeyCa1‑y)Sc2O4的白光LED用黄色荧光粉。

【技术特征摘要】
1.一种白光LED用黄色荧光粉的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）将Sr3(CexSc1-x)4O9粉体与卤化钙混合均匀，研磨得混合粉体；（2）将混合粉体在还原气氛下进行烧结，得同时含有Sr3(CexSc1-x)4O9和(CeyCa1-y)Sc2O4的白光LED用黄色荧光粉。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述卤化钙为氯化钙、溴化钙和碘化钙中的至少一种，优选为氯化钙。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：将Ca与Sr的摩尔比记为Z，Sr3(CexSc1-x)4O9与卤化钙按照Ca与Sr的摩尔比0<Z≤2的比例混合，优选的，0.05<Z≤1，更优选的，0.15≤Z≤0.50。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所得黄色荧光粉中，x=0-0.05，优选的，x=0.0015；y=0-0.01。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，将混合粉体研磨至平均粒径为0.5-15μm；最终所得黄色荧光粉的平均粒径也为0.5-15μm。6.根据权利要求1-5中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树贤，叶正茂，马树伟，刘树新，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37