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LED燈及其采用的紅發射無機發光材料的制備方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510638236.2

申請日:

2013.07.25

公開號:

CN105176525A

公開日:

2015.12.23

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):C09K 11/54申請公布日:20151223|||實質審查的生效IPC(主分類):C09K 11/54申請日:20130725|||公開
IPC分類號: C09K11/54; C09K11/78; C09K11/64; F21S2/00; F21Y101/02(2006.01)N 主分類號: C09K11/54
申請人: 惠州市西頓工業發展有限公司
發明人: 胡永宏; 楊傳行; 周揚; 李林波
地址: 516005 廣東省惠州市惠城區水口東江工業區祥和西路A-17號
優先權:
專利代理機構: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102 代理人: 陳衛;禹小明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510638236.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.08.10|||2016.01.20|||2015.12.23

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種LED燈,其包括電路板、設置在電路板上的白光LED燈珠及罩在LED燈珠上的光學元件。所述白光LED燈珠外圍還設置有用于光擴散或反光用的光處理元件,所述光學元件和光處理元件中的一個上設置有紅色無機發光材料。本發明還提供了一種上述LED燈使用的紅色發射無機發光材料的制備方法。本發明的LED燈直接用新式紅發射無機發光材料配合藍光LED+黃色熒光粉的二基色或者二基色以上的多基色白光LED,顯著改變混合后白光的顯色指數,顯色指數可大于90,R9大于80以上,大大提高了LED的光品質,拓寬了LED燈的應用范圍,提高了人們使用LED燈的舒適度。

權利要求書

權利要求書
1.  一種紅色發射無機發光材料,其特征在于,所述的發光材料為三價銪離子摻雜的氧化鋅微米球、三價銪離子摻雜的(Na0.92Li0.08)(Y0.8Gd0.2)TiO4,或者Ca2-xAlSiN3:XEu2+,X大于0小于等于2中的一種或幾種,所述的銪離子占發光材料的總重量的0.1%-10%。

2.  根據權利要求1所述的紅色發射無機發光材料的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
S1,以硝酸鋅、六次甲基四胺、聚苯乙烯磺酸鈉中的一種或多種為反應前驅物,以硝酸銪和硝酸鏑為摻雜劑,其中反應前驅物和摻雜劑的比例為(1~2):(0.1~0.99),將上述物質溶于去離子水中并采用高溫固相反應法均勻混合高溫固相反應為溶液;
S2,將步驟一得到的溶液在500~800度溫度下反應時間30~120分鐘;
S3,過濾,將反應前驅物和摻雜劑過濾掉,留下所需要的三價銪離子摻雜物;
S4,用純凈水清洗步驟三得到的摻雜物,清洗后摻雜物成凝膠狀;
S5,在100度的溫度下降步驟四得到的凝膠物烘烤1.6~3個小時,獲得三價銪離子摻雜的氧化鋅微米球。

3.  一種LED燈,其特征在于,包括激發的白光LED燈珠及罩在LED燈珠上的光學元件,所述白光LED燈珠外圍還設置有用于光擴散或反光用的光處理元件,所述白光LED燈珠通過藍光LED激發至少一種熒光粉而發出白光,所述光學元件和光處理元件中的一個上設置有權利要求1所述的紅色發射無機發光材料。

說明書

說明書LED燈及其采用的紅發射無機發光材料的制備方法
技術領域
本發明涉及LED光源或者燈具,特別涉及一種白光LED燈及其采用的紅發射無機發光材料的制備方法。
背景技術
首先介紹下顯色指數:光源對物體的顯色能力稱為顯色性,是通過與同色溫的參考或基準光源下物體外觀顏色的比較。光所發射的光譜內容決定光源的光色,但同樣光色可由許多,少數甚至僅僅兩個單色的光波合成,對各個顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會有相異的光譜組成,光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時,會使顏色產生明顯的色差(colorshift)。色差程度愈大,光源對該色的顯色性愈差。顯色指數系數仍為目前定義光源顯色性評價的普遍方法。
白光LED在室內普通照明的應用越來越多,目前,LED照明已經進入藝術館、博物館和圖書館等場所。這些場所的照明對色彩的還原能力有特殊的要求,即要求高顯色指數的LED照明燈具。同時,普通室內照明也對高顯色指數有一定的需求,所以,獲得相對顯色指數大于90,飽和紅色R9(評價紅色復現質量的指標)大于80的LED白光燈成為未來LED照明的一個發展方向。然而,眾所周知,藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED的顯色指數一直徘徊在60—80之間,其主要原因是在YAG光譜中,缺少紅光部分的光譜,使獲得的白光LED的一般顯色指數偏低。提高傳統藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED顯色指數的方法是增加其白光光譜中的紅光輻射成分,一般的做法是在特定的原始LED白光中,加入紅色熒光粉或者加入一個紅光LED,通過調整電流來調整白光和紅光的亮度,然后測量顯色指數等色度學參數,獲得白光和紅光的配比。這些方式的缺點是耗時繁瑣,成本昂貴。
發明內容
本發明的目的在于提供一種顯色指數大于90,R9大于80的LED燈。
一種LED燈,其包括電路板、設置在電路板上的白光LED燈珠及罩在LED燈珠上的光學元件。所述白光LED燈珠外圍還設置有用于光擴散或反光用的光處理元件,所述白光LED燈珠通過藍光LED激發至少一種熒光粉而發出白光。所述光學元件和光處理元件中的一個上設置有紅發射無機發光材料。所述紅發射無機發光材料通過所述LED燈珠的光所激勵而發光,其發光峰值波長為610~665nm,半高寬為12~34nm,強度為所述藍光LED發出的光的峰值的1.1~1.5倍。
在優選的實施例中,所述至少一種熒光粉包括受激發后發黃光的熒光粉。
進一步的,所述LED燈的相對色溫為2400~10000K時,發白光顯色指數大于或等于90,R9大于或等于80。所述紅發射無機發光材料為三價銪離子摻雜的氧化鋅微米球、三價銪離子摻雜的和X倍(0﹤X≤2)二價銪離子摻雜的中的一種或多種,每種紅發射無機發光材料中,銪離子的質量比都為0.1%~10%。。所述紅發射無機發光材料通過摻雜、噴涂、沉積和附著中的一種方法設置在所述光學元件和光處理元件中的一個上。
本發明還提供了一種上述LED燈使用的紅發射無機發光材料的制備方法,該方法包括以下步驟:
步驟一,以硝酸鋅、六次甲基四胺、聚苯乙烯磺酸鈉中的一種或多種為反應前驅物,以硝酸銪和硝酸鏑為摻雜劑,其中反應前驅物和摻雜劑的比例為(1~2):(0.1~0.99),將上述物質溶于去離子水中并采用高溫固相反應法均勻混合高溫固相反應為溶液;
步驟二,將步驟一得到的溶液在500~800度溫度下反應時間30~120分鐘;
步驟三,過濾,將反應前驅物和摻雜劑過濾掉,留下所需要的三價銪離子摻雜物;
步驟四,用純凈水清洗步驟三得到的摻雜物,清洗后摻雜物成凝膠狀;
步驟五,在100度的溫度下降步驟四得到的凝膠物烘烤1.6~3個小時,獲得三價銪離子摻雜的氧化鋅微米球。
本發明的LED燈直接用新式紅發射無機發光材料配合現有二基色或二基色以上的白光LED燈珠,顯著改變混合后白光的顯色指數,顯色指數可大于90,R9大于80,大大提高了LED的光品質,拓寬了LED燈的應用范圍,提高了人們使用LED燈的舒適度。
附圖說明
圖1為本發明一實施例中原始白光、加入的紅光及合成后白光的光譜圖。
圖2為本發明另一實施例中原始白光、加入的紅光及合成后白光的光譜圖。
具體實施方式
下面將結合具體實施例及附圖對本發明LED燈具及其采用的紅發射無機發光材料的制備方法作進一步詳細描述。
本發明的LED燈主要包括電路板、設置在電路板上的白光LED燈珠及罩在LED燈珠上的光學元件。一般來說,LED燈珠外圍還設置有反光罩或具有反光作用的燈罩或具有光擴散作用的燈罩,以實現光擴散和光反射的作用,為方便描述,統一將上述設置在白光LED燈珠外圍的、用于光擴散或反光用的元件稱為光處理元件。而罩在LED燈珠上的光學元件為透鏡,起聚光的作用。本發明的LED燈的光處理元件和光學元件中的一個上設置有紅發射無機發光材料。該紅發射無機發光材料通過摻雜、噴涂、沉積和附著中的一種方法設置在光學元件和光處理元件中的一個上。需要說明的是,白光LED燈珠是通過藍光LED激發至少一種熒光粉而發出白光的。本實施例中,白光LED燈珠是通過藍光LED激發YAG熒光粉而發出白光的,YAG熒光粉受激發后發黃光,與藍光LED發出的光混合后的顯色指數為60~80之間。其他實施例中,白光LED燈珠可通過藍光LED激發其他類型的黃光系熒光粉,還可激發兩種或兩種以上的熒光粉而發出白光。兩種或兩種以上的熒光粉除包括黃光系熒光粉,如YAG熒光粉,還可能包括硅酸鹽系列熒光粉,如(SrBa)2SiO4,或氮化物系列熒光粉,如CaAlSiN3,或鋁酸鹽系列熒光粉,如YAG/ATG(SrBa)2SiO4中的一種或多種。
該紅發射無機發光材料通過白光LED燈珠的光所激勵而發光(主要為紅光),其發光峰值波長為610~665nm,半高寬為12~34nm,強度為藍光LED燈珠的光的峰值的1.1~1.5倍,LED燈的相對色溫為2400~10000K時,該光與上述顯色指數小于80的白光混合后形成顯色指數大于90,R9大于80的白光。
本實施例中,紅發射無機發光材料為三價銪離子摻雜的氧化鋅微米球(ZnO:Eu3+)。其他實施例中,紅發射無機發光材料還可為三價銪離子摻雜的,也即,或者為X倍(0﹤X≤2)的二價銪離子摻雜的,也即,或者為這三種材料的兩種或三種的混合物。且每種紅發射無機發光材料中,銪離子的質量比都為0.1%~10%。上述紅發射無機發光材料具有狹窄線狀的發射光譜和更深紅色的發射,使得LED燈最終發出的光的CRI數值增加,并可保持穩定。
具體的,如圖1所示,線條1為原始白光光譜,線條3為加入的紅光光譜,線條2為混合后的白光光譜。其中,加入的紅光峰值波長為627nm,半高寬是24nm,強度是藍光峰值的1.2倍時,混合得到的白光的一般顯色指數是95.6,特殊顯色指數也分別有不同程度的增大,如表1中所列。特別是飽和紅色R9,由負值升高到95.0,說明本新式紅發射無機發光材料的紅光輻射對飽和紅色的色彩還原能力非常重要。
表1原始白光和優化后光譜的一半顯色指數和特殊顯色指數表
顯色指數日光下對應顏色原始白光優化后白光Ra 70.595.6 R1淡灰紅色63.195.6 R2暗灰黃色76.697.3 R3飽和黃綠色88.487.2 R4中等黃綠色66.695.5 R5淡藍綠色64.898.4 R6淡藍色69.593.3 R7淡紫藍色84.296.9 R8淡紅紫色50.899.1 R9飽和紅色-53.995.0 R10飽和黃色44.986.7 R11飽和綠色61.693.3 R12飽和藍色36.970.6 R13淡黃粉色(膚色)66.198.2 R14中等綠色(樹葉)93.691.0
圖2為當加入光譜的半高寬分別為12、16、20、24和28nm,強度為藍光LED燈珠的光的峰值的1.2倍時其峰值波長和混合后白光的顯色指數的關系,從中可以看出,對加入的光譜,混合后的白光的色度坐標和相關色溫都發生了變化。
本發明的紅發射無機發光材料的制備方法,主要包括以下步驟:
步驟一,以硝酸鋅、六次甲基四胺、聚苯乙烯磺酸鈉中的一種或多種為反應前驅物,以硝酸銪和硝酸鏑為摻雜劑,其中反應前驅物和摻雜劑的比例為(1~2):(0.1~0.99),將上述物質溶于去離子水中并采用高溫固相反應法均勻混合高溫固相反應為溶液;
步驟二,將步驟一得到的溶液在500~800度溫度下反應時間30~120分鐘;
步驟三,過濾,將反應前驅物和摻雜劑過濾掉,留下所需要的三價銪離子摻雜物;
步驟四,用純凈水清洗步驟三得到的摻雜物,清洗后摻雜物成凝膠狀;
步驟五,在100度的溫度下降步驟四得到的凝膠物烘烤1.6~3個小時,獲得三價銪離子摻雜的氧化鋅微米球。
采用上述方法制的三價銪離子摻雜的氧化鋅微米球在應用時,其發出的光的峰值波長均可達到610~665nm,半高寬為12~34nm,強度為藍光LED燈珠的光的峰值的1.1~1.5倍。
本發明的LED燈直接用新式紅發射無機發光材料配合藍光LED+熒光粉的二基色或者多基色白光LED,顯著改變混合后白光的顯色指數,顯色指數可大于90,R9大于80大大提高了LED的光品質,拓寬了LED燈的應用范圍,提高了人們使用LED燈的舒適度。其中,通過調節紅發射無機發光材料中的基礎材料的禁帶寬度,進而調節其激發波長;通過銪元素作為敏化劑,增強產品中Eu3+稀土離子的特征發光,由此改善其紅色發光特性。
此外,大功率白光LED隨著工作時間的推移,熱的產生和熱的散失逐步達到平衡狀態,這個平衡狀態的溫度越高,對于使用同一種類型熒光粉的白光LED的影響越大,具體為:隨著LED溫度的不斷上升,熒光粉活性將大幅降低(華氏度/攝氏度轉換公式為:攝氏度=5/9*(華氏度-32),在100華氏度時熒光粉的活性較佳,但是在250華氏度(即120攝氏度)左右熒光粉的活性基本喪失已盡。溫度在影響熒光粉的活性的同時,也對熒光粉所激發的光波波長產生一定的影響:隨著LED溫度的上升,熒光粉活性在逐漸失活的同時,熒光粉所發出光的波長也隨著發生偏移,這個偏移是紅偏移,即熒光粉發光波長朝著紅色波長偏移。這個現象好像說明隨著溫度的上升,白色LED的顯色性應該好一些,而實際上是降低,貌似是矛盾的問題?這種現象的本質是熒光粉向紅色波長的偏移量,小于熒光粉的失活量,即熒光粉在高溫狀態下所激發出來的紅色光不足以彌補混成所損失的紅光,所以表現為溫度的升高LED的顯色指數還是下降的,與白光LED隨著溫度升高而顯色指數下降是相符的。由以上分析可以得出,提升熒光粉白光LED的顯色指數,首要的手段是降低LED的節溫,其次是提高熒光粉對高溫的適應能力。本發明創造性地把新式紅發射無機發光材料設置在離LED燈珠較遠的光處理元件和光學元件中的一個上,而不是涂覆在LED燈珠上覆蓋在LED燈珠上,從而避開了LED芯片的高溫,提高了穩定性和顯色指數。
雖然對本發明的描述是結合以上具體實施例進行的,但是,熟悉本技術領域的人員能夠根據上述的內容進行許多替換、修改和變化、是顯而易見的。因此,所有這樣的替代、改進和變化都包括在附后的權利要求的精神和范圍內。

關 鍵 詞:
LED 及其 采用 發射 無機 發光 材料 制備 方法
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