CN115911226B - 发光器件以及照明装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种发光器件以及照明装置,所述发光器件包括荧光层和激发芯片,所述荧光层包括蓝紫色荧光粉、蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉,所述蓝紫色荧光粉选择具有式I所示物质中的任一种,(Sr2‑x‑yNay)(P2‑zBz)O7:xEu2+式I,x的取值范围为0.005≤x≤0.1,y的取值范围为0.001≤y≤0.05,z的取值范围为0.001≤z≤0.05。本申请所述的蓝紫色荧光粉与蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉配合使用,制备得到的LED器件的显色指数Ra可以达到99且光谱覆盖380~850nm,有效包含全部可见光区域。
Description
技术领域
本申请涉及发光材料技术领域,尤其涉及一种发光器件以及照明装置。
背景技术
在紫光芯片作为激发光源的白光LED中,通常使用蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉以及深红色荧光粉作为荧光粉组合方案,得到显色指数达到98的白光LED,但缺少对400~450nm范围内的光谱覆盖,因此,不能实现全面覆盖400~780nm的全可见光波段。
相关技术中公开了一种蓝紫光发射硅酸盐SrLa9(SiO4)5O2:Eu荧光粉,在240-380nm激发下发射峰波长420nm的蓝紫色荧光,但荧光粉除了在420nm含有发射峰以外,其在460nm左右也存在发射峰,双发射峰叠加后导致荧光粉发射峰半高宽超过80nm且色纯度很低,使得荧光粉的发光效率受到了很大限制。
相关技术中公开了一种Ba4Ca(B2O5)2F2:Ce蓝紫色发光荧光粉,其发射峰波长为在410nm的蓝紫色光,但该荧光粉只能被350nm之前的紫外光激发,在380nm左右激发下发光效率极低,因此不能应用于基于紫光LED芯片的发光器件中。
发明内容
本申请提供一种发光器件,该器件利用特定的蓝紫色荧光粉,以及与蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉配合使用,在紫光芯片作为激发光源的条件下,制备得到的白光LED的显色指数可达99,且光谱覆盖400~780nm的全可见光波段。
第一方面,本申请提供了一种发光器件,所述发光器件包括荧光层和激发芯片;所述荧光层包括蓝紫色荧光粉、蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉;所述蓝紫色荧光粉选择具有式I所示物质中的任一种,(Sr2-x-yNay)(P2-zBz)O7:xEu2+式I;其中,x的取值范围为0.005≤x≤0.1;y的取值范围为0.001≤y≤0.05;z的取值范围为0.001≤z≤0.05。
示例性地,x的取值范围可以为0.005、0.008、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1中的任一值。
示例性地,y的取值范围可以为0.001、0.003、0.005、0.008、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05中的任一值。
示例性地,z的取值范围可以为0.001、0.003、0.005、0.008、0.01、0.0、0.03、0.04、0.05中的任一值。
优选地,x的取值范围为0.01≤x≤0.1;y的取值范围为0.01≤y≤0.05;z的取值范围为0.01≤z≤0.05。
例如,蓝紫色荧光粉选自(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+、(Sr1.92,Na0.03)(P1.98,B0.02)O7:0.05Eu2+、(Sr1.85,Na0.05)(P1.95,B0.05)O7:0.1Eu2+、(Sr1.96,Na0.02)(P1.98,B0.02)O7:0.02Eu2+中的至少一种。
在磷酸盐Sr2-xP2O7:xEu2+荧光粉中,使用部分B3+离子取代P5+离子,促使荧光粉激发光谱产生一定红移,最长覆盖到400nm,对于激发峰波长为360~390nm的紫光芯片能够很好的适配,但由于不等价取代,使得荧光粉晶体颗粒中可能产生空位缺陷,本申请再通过使用Na+取代部分Sr2+用以对B3+离子取代P5+产生的电荷失配进行补偿,减少空位缺陷,使得器件的发光亮度得到显著提升,荧光粉内量子效率达到85%以上,且显色指数Ra可以达到99。
在其中一些实施例中,所述蓝紫色荧光粉的发射峰波长为415~425nm。其可被360~390nm范围内的紫光有效激发,能够实现400~450nm范围内的光谱覆盖。
在其中一些实施例中,所述蓝紫色荧光粉的发射峰半峰宽为25~34nm。
在其中一些实施例中,所述蓝紫色荧光粉的晶体结构为正交晶系,属于Pnma空间群。
在其中一些实施例中,所述蓝色荧光粉的发射峰波长为440~460nm;所述蓝绿色荧光粉的发射峰波长为480~500nm;所述绿色荧光粉的发射峰波长为520~550nm;所述红色荧光粉的发射峰波长为640~660nm;所述深红色荧光粉的发射峰波长为750~800nm。将本申请所述的发射波长为415~425nm的蓝紫色荧光粉与所述蓝色荧光粉、所述蓝绿色荧光粉、所述绿色荧光粉、所述红色荧光粉以及所述深红色荧光粉结合后,可以实现白光光谱覆盖400~780的全可见光波段。
在其中一些实施例中,所述蓝色荧光粉为式II所示的物质;Sr5(PO4)3Cl:Eu2+式II。所述蓝绿色荧光粉选择具有式III或者式IV所示物质中的任一种,(Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+式III;BaSi2O2N2:Eu2+式IV。所述绿色荧光粉选择具有式V或者式VI所示物质中的任一种;Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+式V;Ba1.2Sr0.8SiO4:Eu2+式VI。所述红色荧光粉为式VII所示的物质;CaAlSiN3:Eu2+式VII。所述深红色荧光粉为式VIII所示的物质;(Ga,Sc)2O3:Cr3+式VIII。
在其中一些实施例中,所述蓝紫色荧光粉、蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉的质量比为:25~45:5~15:5~20:5~15:1~10:10~25。本申请中采用该配比关系,可以实现光谱覆盖宽、显色指数高以及光效高等效果/作用。
在其中一些实施例中,所述荧光层还包括有机胶体;荧光粉总量与有机胶体的质量比为40~60:60~40。在该范围内,具有封装后光色均匀、易操作等优点。
可选地,所述有机胶体可以为硅胶、或者也可以为硅树脂、环氧树脂等。
在其中一些实施例中,所述激发芯片的激发峰波长为360~390nm。所述蓝紫色荧光粉能被360~390nm光激发,最佳激发波长位于370-380nm。
第二方面,本申请提供了上述蓝紫色荧光粉的制备方法,包括如下步骤:
步骤一:按(Sr2-x-yNay)(P2-zBz)O7:xEu2+的化学剂量比称取Sr源、Na源、P源、B源以及Eu源,将上述物质与适量的助溶剂混合,得到混合物。
可选地,所述Sr源为含有Sr元素的碳酸盐,所述Na源为含有Na元素的碳酸盐,所述P源为含有P元素的铵盐,所述B源为含有B元素的氧化物,所述Eu源为含有Eu元素的氧化物;
优选地,所述含有Sr元素的碳酸盐为SrCO3,所述含有Na元素的碳酸盐为Na2CO3,所述含有P元素的铵盐为NH4H2PO4,所述含有B元素的氧化物为B2O3,所述含有Eu元素的氧化物为Eu2O3;
可选地,所述助溶剂包括NH4Cl、NH4F、SrCl2或BaCl2中的至少一种。
步骤二:在还原气氛下,将混合物于1150℃~1300℃灼烧1h~10h。
具体地,将混合物置于还原气氛炉中于1150℃~1300℃灼烧1h~10h,至少灼烧一次,得到灼烧产物。
步骤三:将灼烧产物研磨后,洗涤烘干,即可得所述蓝紫色荧光粉。
第三方面,本申请还提供了一种照明装置,所述照明装置包括上述任一项所述的发光器件。
本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
1)在本申请通过在磷酸盐Sr2-xP2O7:xEu2+荧光粉中,使用部分B3+离子取代P5+离子以及使用部分Na+取代Sr2+,用以对B3+离子取代P5+产生的电荷失配进行补偿,减少空位缺陷,使得器件的发光亮度得到显著提升,荧光粉内量子效率达到85%以上,且显色指数Ra可以达到99;
2)通过使用特定的蓝紫色荧光粉与蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉配合使用,其中,所述蓝紫色荧光粉发射的420nm的紫光可以有效激发所述蓝绿色荧光粉(处于蓝绿色荧光粉激发光谱的最佳激发波段中),所述蓝色荧光粉发射的450nm的蓝色光可以有效激发所述绿色荧光粉、所述红色荧光粉以及所述深红色荧光粉(处于它们激发光谱的最佳激发波段中),同时所述蓝紫色荧光粉和所述蓝色荧光粉剩余的光还参与LED光谱的配色,将上述荧光粉组合封装在含有波长为360~390nm紫光光源的LED中,使用时的色温为3000-6500k且光谱覆盖380~850nm,有效包含全部可见光区域;
3)使用本申请荧光粉组合封装的超高显色白光LED,显色指数Ra最高可达到99,同时发光效率特别优异。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1的蓝紫色荧光粉的X射线粉末衍射图;
图2为本申请实施例1的蓝紫色荧光粉的扫描电镜图;
图3为本申请实施例1的蓝紫色荧光粉的激发光谱图;
图4为本申请实施例1的蓝紫色荧光粉的发射光谱图;
图5为本申请实施例1制备得到的LED器件的全光谱白光LED光谱。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在本申请的实施例中,选用商品名为PB系列磷酸盐的物料作为蓝色荧光粉,选用商品名为BN系列氮氧化物的物料作为蓝绿色荧光粉,选用商品名为BG系列硅酸盐或GM系列铝酸盐的物料作为绿色荧光粉,选用商品名为RH系列氮化物的物料作为红色荧光粉,选用商品名为IR系列镓酸盐的物料作为深红色荧光粉。
以下通过实施例对本申请进行进一步的说明。
实施例1
蓝紫色荧光粉的制备:
按化学组成式(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+称取相应重量的原料:292.3g SrCO3、0.53g Na2CO3、228.85NH4H2PO4、0.35g B2O3、1.76g Eu2O3以及5.23g NH4Cl;将上述物料混合后置于还原气氛炉中,在H2保护气氛中升温至1200℃,灼烧6h,再随炉降至室温,出炉;将灼烧产物经球磨、洗涤以及烘干后即得。该蓝紫色荧光粉的发射主峰位于420nm;半峰宽28.5nm。
图1是本申请实施例1中化学表达式为(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+蓝紫色荧光粉的X射线粉末衍射图(XRD),通过X射线粉末衍射图可以看出蓝紫色荧光粉结晶性能良好。
图2是本申请实施例1中化学表达式为(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+蓝紫色荧光粉的扫描电镜图(SEM),从图2可以看出所述蓝紫色荧光粉颗粒分布比较均匀。
图3是本申请实施例1中化学表达式为(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+蓝紫色荧光粉的激发光谱图,从图3可以看出,所述蓝紫色荧光粉的激发主峰覆盖了现有主流紫光芯片的发射波段360-390nm,且本申请实施例制得的所述蓝紫色荧光粉在300-400nm之间均具有较强激发。
图4是本申请实施例1中化学表达式为(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+蓝紫色荧光粉的发射光谱图,从图4可以看出本发明蓝紫色荧光粉具有更高的发光效率,同时发射峰半峰宽更窄。
LED器件的制备:
将42g的(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+(蓝紫色荧光粉)、12g的Sr5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝色荧光粉)、18g的(Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝绿色荧光粉)、8g的Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+(绿色荧光粉)、3g的CaAlSiN3:Eu2+(红色荧光粉)、17g的(Ga,Sc)2O3:Cr3+(深红色荧光粉)和110g的硅胶混合,得到混合物。
将所述混合物涂覆在紫光LED芯片上,本实施例中的紫光LED芯片的激发光谱的峰值对应的波长为380nm,即可得到LED器件。测试结果见表1。
图5是含有本申请实施例1制备得到的化学表达式为(Sr1.98,Na0.01)(P1.99,B0.01)O7:0.01Eu2+蓝紫色荧光粉的LED器件的全光谱白光LED光谱,从图5可以看出,实施例制备得到的白光LED光谱覆盖380-850nm,有效包含全部可见光区域。
实施例2
蓝紫色荧光粉的制备:
按化学组成式(Sr1.92,Na0.03)(P1.98,B0.02)O7:0.05Eu2+称取相应重量的原料:283.4g SrCO3、1.59g Na2CO3、227.7NH4H2PO4、0.7g B2O3、8.8g Eu2O3以及10.46g NH4F;将上述物料混合后置于还原气氛炉中,在H2保护气氛中升温至1250℃,灼烧4h,再随炉降至室温,出炉;将灼烧产物经球磨、洗涤以及烘干后即得。该蓝紫色荧光粉的发射主峰位于420nm;半峰宽29.2nm。
LED器件的制备:
将38g的(Sr1.92,Na0.03)(P1.98,B0.02)O7:0.05Eu2+(蓝紫色荧光粉)、10g的Sr5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝色荧光粉)、16g的BaSi2O2N2:Eu2+(蓝绿色荧光粉)、12g的Ba1.2Sr0.8SiO4:Eu2+(绿色荧光粉)、5g的CaAlSiN3:Eu2+(红色荧光粉)、19g的(Ga,Sc)2O3:Cr3+(深红色荧光粉)和100g的硅胶混合,得到混合物。
将所述混合物涂覆在紫光LED芯片上,本实施例中的紫光LED芯片的激发光谱的峰值对应的波长为380nm,即可得到LED器件。测试结果见表1。
实施例3
蓝紫色荧光粉的制备:
按化学组成式(Sr1.85,Na0.05)(P1.95,B0.05)O7:0.1Eu2+称取相应重量的原料:273.1gSrCO3、2.65g Na2CO3、224.3NH4H2PO4、1.74g B2O3、17.6g Eu2O3、5.2g NH4Cl以及2.5gBaCl2;将上述物料混合后置于还原气氛炉中,在H2保护气氛中升温至1150℃,灼烧10h,再随炉降至室温,出炉;将灼烧产物经球磨、洗涤以及烘干后即得。该蓝紫色荧光粉的发射主峰位于421nm;半峰宽33.6nm。
LED器件的制备:
将33g的(Sr1.85,Na0.05)(P1.95,B0.05)O7:0.1Eu2+(蓝紫色荧光粉)、12g的Sr5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝色荧光粉)、15g的(Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝绿色荧光粉)、13g的Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+(绿色荧光粉)、8g的CaAlSiN3:Eu2+(红色荧光粉)、19g的(Ga,Sc)2O3:Cr3+(深红色荧光粉)和95g的硅胶混合,得到混合物。
将所述混合物涂覆在紫光LED芯片上,本实施例中的紫光LED芯片的激发光谱的峰值对应的波长为380nm,即可得到LED器件。测试结果见表1。
实施例4
蓝紫色荧光粉的制备:
按化学组成式(Sr1.96,Na0.02)(P1.98,B0.02)O7:0.02Eu2+称取相应重量的原料:289.4g SrCO3、1.06g Na2CO3、227.7g NH4H2PO4、0.7g B2O3、3.52g Eu2O3、2.5g NH4F以及2.5gSrCl2;将上述物料混合后置于还原气氛炉中,在H2保护气氛中升温至1150℃,灼烧10h,再随炉降至室温,出炉;将灼烧产物经球磨、洗涤以及烘干后即得。该蓝紫色荧光粉的发射主峰位于420nm;半峰宽30nm。
LED器件的制备:
将28g的(Sr1.96,Na0.02)(P1.98,B0.02)O7:0.02Eu2+(蓝紫色荧光粉)、7g的Sr5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝色荧光粉)、10g的(Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝绿色荧光粉)、15g的Ba1.2Sr0.8SiO4:Eu2+(绿色荧光粉)、10g的CaAlSiN3:Eu2+(红色荧光粉)、25g的(Ga,Sc)2O3:Cr3+(深红色荧光粉)和105g的硅胶混合,得到混合物。
将所述混合物涂覆在紫光LED芯片上,本实施例中的紫光LED芯片的激发光谱的峰值对应的波长为380nm,即可得到LED器件。测试结果见表1。
对比例1
蓝紫色荧光粉的制备:
按化学组成Sr1.98P2O7:0.02Eu2+称取相应重量的原料:292.3g SrCO3、230gNH4H2PO4、3.52g Eu2O3、5.25g NH4Cl;将上述物料混合后置于还原气氛炉中,在H2保护气氛中升温至1230℃,灼烧6h,再随炉降至室温,出炉;将灼烧产物经球磨、洗涤以及烘干后即得。该绿色荧光粉的发射主峰位于420nm;半峰宽36nm。
LED器件的制备:
将42g的Sr1.98P2O7:0.02Eu2+(蓝紫色荧光粉)、12g的Sr5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝色荧光粉)、18g的(Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝绿色荧光粉)、8g的Y3(Al,Ga)5O12:Ce(绿色荧光粉)、3g的CaAlSiN3:Eu2+(红色荧光粉)、17g的(Ga,Sc)2O3:Cr(深红色荧光粉)和110g的硅胶混合,得到混合物。
将所述混合物涂覆在紫光LED芯片上,本实施例中的紫光LED芯片的激发光谱的峰值对应的波长为380nm,即可得到LED器件。测试结果见表1。
对比例2
LED器件的制备:
将51g的Sr5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝色荧光粉)、12g的(Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+(蓝绿色荧光粉)、15g的Y3(Al,Ga)5O12:Ce(绿色荧光粉)、4g的CaAlSiN3:Eu2+(红色荧光粉)、18g的(Ga,Sc)2O3:Cr(深红色荧光粉)和95g的硅胶混合,得到混合物。
将所述混合物涂覆在紫光LED芯片上,本实施例中的紫光LED芯片的激发光谱的峰值对应的波长为380nm,即可得到LED器件。测试结果见表1。
表1
通过表1可见,本申请实施例1~4的荧光粉组合封装的超高显色白光LED,显色指数较对比例1具有明显优势,同时具有更高的光效,主要是由于本申请所述的蓝紫色荧光粉通过本申请的方案改进后,蓝紫色荧光粉的发光效率显著提升,量子效率较对比例提升10%以上,半峰宽也显著收窄,获得了更高的白光发光器件的显色指数和光效。
本申请实施例1~4的荧光粉组合封装的超高显色白光LED与对比例2相比,由于对比例2没有使用蓝紫色荧光粉,虽然具有较高的白光效率,但是显色指数只有94,明显低于实施例1~4的Ra值近99。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光器件,其特征在于,所述发光器件包括荧光层和激发芯片;
所述荧光层包括蓝紫色荧光粉、蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉;
所述蓝紫色荧光粉选择具有式I所示物质中的任一种,
(Sr2-x-yNay)(P2-zBz)O7:xEu2+式I
其中,x的取值范围为0.005≤x≤0.1;y的取值范围为0.001≤y≤0.05;z的取值范围为0.001≤z≤0.05。
2.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述蓝紫色荧光粉的发射峰波长为415~425nm。
3.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述蓝紫色荧光粉的发射峰半峰宽为25~34nm。
4.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述蓝紫色荧光粉的晶体结构为正交晶系,属于Pnma空间群。
5.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述蓝色荧光粉的发射峰波长为440~460nm;
所述蓝绿色荧光粉的发射峰波长为480~500nm;
所述绿色荧光粉的发射峰波长为520~550nm;
所述红色荧光粉的发射峰波长为640~660nm;
所述深红色荧光粉的发射峰波长为750~800nm。
6.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述蓝色荧光粉为式II所示的物质;
Sr5(PO4)3Cl:Eu2+式II
所述蓝绿色荧光粉选择具有式III或者式IV所示物质中的任一种;
(Sr,Ba)5(PO4)3Cl:Eu2+式III
BaSi2O2N2:Eu2+式IV
所述绿色荧光粉选择具有式V或者式VI所示物质中的任一种;
Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+式V
Ba1.2Sr0.8SiO4:Eu2+式VI
所述红色荧光粉为式VII所示的物质;
CaAlSiN3:Eu2+式VII
所述深红色荧光粉为式VIII所示的物质;
(Ga,Sc)2O3:Cr3+式VIII。
7.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述蓝紫色荧光粉、蓝色荧光粉、蓝绿色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉和深红色荧光粉的质量比为:
25~45:5~15:5~20:5~15:1~10:10~25。
8.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述荧光层还包括有机胶体;
荧光粉总量与所述有机胶体的质量比为40~60:60~40。
9.根据权利要求1所述的发光器件,其特征在于,所述激发芯片的激发峰波长为360~390nm。
10.一种照明装置,其特征在于,所述照明装置包括权利要求1至9任一项所述的发光器件。
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