一种白光发光二极管材料及其制备方法 [0002] 近年来随着科技的进步，发光二极管的发光效率高，且具有节能与环保的特性，使 用者对于发光二极管（light emitting diode,LED)照明的需求日益增加，对照明质量的要 求也逐渐提高，目前已渐渐取代传统的光源。与传统光源相较之下，发光二极管具有发光效 率佳、寿命长、可靠度高不易破损、省电环保以及体积小等优点，故其应用的范围非常广泛。 [0003] 发光二极管是一种半导体组件，可发出冷光光束，在白光发光二极管中，最重要的 是关乎于荧光材料的组成，这将影响到发光效率、安定性、演色性、色温、使用寿命等特性， 目前大多应用于指示灯、显示板等产品。 [0004] 目前白光二极管的发光种类大致可分为单芯片型和多芯片型，其中多芯片型使用 红、绿、蓝三色发光二极管混合成白光，此方式的优点是可视不同需要调整所欲产生的光 色。 [0005] 近年来，有不同的方法试图利用发光二极管作出白光光源。第一种方案是将红 (R)、绿（G)、蓝（B)三基色的发光二极管芯片组合在一起，以实现白光光源的生成。但是，不 同颜色的发光二极管芯片随着工作温度的升高，芯片的发光亮度下降的程度差别很大，其 结果是造成混合白光的色坐标的漂移，白光的纯度较差。同时，由于现有技术的发光二极管 的芯片缺少黄色调，显色指数很低，只能达到30 %左右，而且色彩均匀度较差。 [0006] 第二种方案是蓝光发光二极管激发黄光的突光粉，通过蓝光和黄光的组合实现白 光。这种方案的红光光通量较小，导致其显色性和色彩均匀度较差。另一方面，第二种方案 的发光效率仅为28-35流明/瓦（lm/W)之间，所得到的白光发光二极管的照明效果也不够 真实。


[0007] 有鉴于此，本申请所要解决的是现有技术的白光发光二极管的显色指数和色彩均 匀度较差，以及照明效果也不够真实等光效率低落的技术问题。
[0008] 为了解决上述技术问题，本申请提供了一种白光发光二极管材料及其制造方法， 采取了如下技术方案：
[0009] 本申请的白光发光二极管材料包括磷酸盐玻璃陶瓷，而磷酸盐玻璃陶瓷参杂有稀 土元素和过渡族元素，其中稀土元素是选自Eu 3+、Sm3+、Dy3+或Er3+中的至少一种元素或其组 合，过渡族元素是选自Mn 2+、Sb3+、Pb2+或Sn2+的至少一种元素或其组合。本申请的白光发光 二极管材料在紫外光的激发下能够产生红光、绿光和蓝光，并且混合成白光。
[0010] 如上所述的白光发光二极管材料，其中磷酸盐玻璃陶瓷的磷酸盐基质为 A20-B0-C203-D02-P20 5，其中A选自Li、Na或K中的至少一种元素，B选自Ca、Ba、Be中的至 少一种元素，C选自A1或B中的至少一种元素，D选自Zr或Ti中的至少一种元素。
[0011] 如上所述的白光发光二极管材料，其中磷酸盐玻璃陶瓷的各元素的成分比例为以 下组成〖xAW-yBO-zC^C^-kDC^-TOmol1% P205，而 x+y+z+k = 30Π 1Ο11%。
[0012] 如上所述的白光发光二极管材料，其中磷酸盐玻璃陶瓷的晶体尺寸范围在80奈 米至200奈米之间。
[0013] 如上所述的白光发光二极管材料，其中磷酸盐玻璃陶瓷的优选晶体尺寸范围为 100奈米。
[0014] 如上所述的白光发光二极管材料，其中紫外光的波长范围在350奈米至370奈米 之间。
[0015] 如上所述的白光发光二极管材料，其中紫外光的优选波长范围为360奈米。
[0016] 如上所述的白光发光二极管材料，其中磷酸盐玻璃陶瓷中掺杂的所述稀土元素和 所述过渡族元素为Sb3+、Mn2+及Eu3+的组合。
[0017] 如上所述的白光发光二极管材料，其中磷酸盐玻璃陶瓷中掺杂的Sb3+、Mn 2+及Eu3+ 离子的mol %浓度比为8 :2 :1。
[0018] 另外，本申请的白光发光二极管材料的制备方法包括以下步骤：首先混合稀土元 素和过渡族元素的金属氧化物和盐类，以形成磷酸盐玻璃粉体，其中所述稀土元素，选自 Eu3+、Sm3+、Dy3+或Er3+中的至少一种元素或其组合，所述过渡族元素，选自Mn 2+、Sb3+、Pb2+或 Sn2+的至少一种元素或其组合。接着对所述磷酸盐玻璃粉体施以高温熔融处理，以形成磷 酸盐玻璃陶瓷，最后对所述磷酸盐玻璃陶瓷施以热处理，以在所述磷酸盐玻璃陶瓷内部生 长晶体颗粒。
[0019] 如上所述的白光发光二极管材料的制备方法，其中还包括以下步骤：对经过热处 理后的所述磷酸盐玻璃陶瓷施以退火处理。
[0020] 如上所述的白光发光二极管材料的制备方法，其中还包括以下步骤：掺入玻璃形 成剂于所述磷酸盐玻璃粉体，其中所述玻璃形成剂为Si0 2或是B203。
[0021] 如上所述的白光发光二极管材料的制备方法，其中还包括以下步骤：掺入Li+、Mg2+ 或Zn2+等离子元素于所述磷酸盐玻璃粉体。
[0022] 如上所述的白光发光二极管材料的制备方法，其中高温熔融处理的制程是以每分 钟升温2摄氏度至1400摄氏度。
[0023] 如上所述的白光发光二极管材料的制备方法，其中热处理的温度范围在400摄氏 度至600摄氏度之间。
[0024] 与现有技术相比，本申请采用最简单的生产工艺制备一种单一基质的白光发光二 极管发光粉，在紫外光的激发下，实现发光粉体能够发射出较强的红光、绿光和蓝光，进而 混光而得到白光，藉此提高发光的显色性和显色指数等性能。本申请所得到的白光发光二 极管的显色指数接近85%，发光效率为100流明/瓦（lm/W)，远超过目前荧光灯的效率。 并且，本申请的白光发光二极管的色坐标接近标准白光（X = 0. 333，Y = 0. 333)的色坐标， 而且色温控制在适合室内照明3500Κ左右，使用寿命亦能达到6-8万小时。
[0025] 综上所述，本申请不仅改善了现有技术所采用的蓝光芯片加上黄光荧光粉的不足 之处，还获得以下的技术效果：
[0026] 1)在紫外光的激发下，掺稀土和过渡族的磷酸盐玻璃陶瓷能够同时发射强的白 光。
[0027] 2)通过调整掺杂的发光离子的浓度和比例可以实现发旋旋光性能的改变，实现色 温和显色性能是可控制的。
[0028] 3)制备材料的工艺简单，发光粉的生产成本很低，适用于较大规模生产。
[0029] 4)对于磷酸盐玻璃进行严格的热处理工艺，使磷酸盐玻璃能够进一步的结晶化， 即在磷酸盐玻璃内部生长出一定大小和一定数量的微晶，从而改善材料的物理和化学性 能，提高其发旋旋光性能。
[0030] 5)可产生高亮度及高演色性的白光，有效解决传统白光发光二极管演色性差的问 题。




[0031] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0032] 图1是本申请实施例的白光发光二极管材料的制备方法流程图。


[0033] 以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
[0034] 请参考图1本申请实施例的白光发光二极管材料的制备方法流程图，以下将对本 申请的白光发光二极管材料及其制备方法进行具体实施例的说明。
[0035] 本申请所提出一实施例的白光发光二极管材料的制备方法，其步骤如下：
[0036] 首先，将稀土元素和过渡族元素的金属氧化物和盐类相互混合，以形成磷酸盐玻 璃粉体，如图1中所示的步骤110。其中，本申请所使用的稀土元素是选自Eu 3+、Sm3+、Dy3+或 Er3+中的至少一种元素或其组合，过渡族元素则是选自Mn2+、Sb3+、Pb 2+或Sn2+的至少一种元 素或其组合。
[0037] 接着，对掺杂了稀土元素和过渡族元素的磷酸盐玻璃粉体施以高温熔融处理，以 形成磷酸盐玻璃陶瓷，如图1中所示的步骤120。进一步说明，本申请所采用的高温熔融处 理制程是从室温开始以每分钟升温2摄氏度至1400摄氏度，将上述已经均匀混合稀土元素 和过渡族元素的磷酸盐玻璃粉体熔融、均化、冷却后，以得到玻璃体。
[0038] 最后，如图1中所示的步骤130,对经过高温熔融处理制程的磷酸盐玻璃陶瓷再施 以热处理，以在磷酸盐玻璃陶瓷的内部生长一定数量和尺寸的晶体颗粒，以本申请的实施 例为例，磷酸盐玻璃陶瓷的晶体尺寸范围在80奈米至200奈米之间，优选的晶体尺寸范围 为100奈米。进一步说明，本申请所采用的热处理制程的温度范围在400摄氏度至600摄 氏度之间。
[0039] 值得注意的是，在本申请一实施例的白光发光二极管材料的制备方法中，更包括 以下步骤：如图1中所示的步骤140,对经过热处理后的磷酸盐玻璃陶瓷施以退火处理，在 一定温度下进行核化和晶化，藉以消除磷酸盐玻璃陶瓷内部的残余应力，以及稳定磷酸盐 玻璃陶瓷的尺寸，减少变形与裂纹的情况发生，同时还对磷酸盐玻璃陶瓷内部的晶粒进行 细化，调整微组织，获得晶粒细小均匀且整体析晶的玻璃陶瓷。
[0040] 值得注意的是，要制成磷酸盐玻璃陶瓷，还取决于基础玻璃的成分组成、整体析晶 能力和热处理温度，本申请在混合形成磷酸盐玻璃粉体后（步骤110)，还可以考虑掺入玻 璃形成剂于磷酸盐玻璃粉体中，其中所采用的玻璃形成剂为Si0 2或是B203，如图1中所示的 步骤111。或者是，掺入具有小半径、大场强的Li+、Mg 2+或Zn2+离子元素于所述磷酸盐玻璃 粉体，以使磷酸盐玻璃易于引起分相和晶化，如图1中所示的步骤112。
[0041] 通过本申请的制备方法所制造出来的白光发光二极管材料包括磷酸盐玻璃陶瓷， 而磷酸盐玻璃陶瓷掺杂了稀土元素和过渡族元素，其中如上所述，稀土元素是选自Eu 3+、 Sm3+、Dy3+或Er3+中的至少一种元素或其组合，而过渡族元素是选自Mn 2+、Sb3+、Pb2+或Sn2+的 至少一种元素或其组合。本申请的白光发光二极管材料在紫外光的激发下能够产生红光、 绿光和蓝光，并且混合成白光。
[0042] 其中，以本实施例为例，本申请的磷酸盐玻璃陶瓷中掺杂的稀土元素和过渡族元 素是为Sb3+、Mn2+及Eu3+的优选组合。并且，磷酸盐玻璃陶瓷中掺杂的Sb 3+、Mn2+及Eu3+离子 的111〇1%浓度比为8:2:1。
[0043] 另外，本申请所述的紫外光的波长范围在350奈米至370奈米之间，优选的波长范 围为360奈米，功率在1W的范围。
[0044] 进一步说明，本申请的白光发光二极管材料的磷酸盐玻璃陶瓷的磷酸盐基质为 A20-B0-C203-D02-P20 5，其中A选自Li、Na或K中的至少一种元素，B选自Ca、Ba、Be中的至 少一种元素，C选自A1或B中的至少一种元素，D选自Zr或Ti中的至少一种元素。并且， 磷酸盐玻璃陶瓷的各元素的成分比例为以下组成：xA 20-yB0-zC203-kD02-70mo 1 % P205，而 x+y+z+k = 30mol%〇
[0045] 进一步的具体说明，本申请所选用的稀土和过渡族离子可以根据能级跃迁来选 择，如Ce 3+离子由5d跃迁至4f可发出蓝光，Eu3+离子由能级跃迁至能级可发 出明亮的红光，Tm 3+离子由3H6能级跃迁至1D4能级产生450nm的蓝光，Tb 3+离子由7F6能级 跃迁至 5DJa, 5GJb, 5LJC(Ja = 0-3, Jb = 2-6, Jc = 6-10)能级产生 550nm 的绿光，Mn2+ 离子由 4A2能级跃迁至4I能级产生630nm的红光等。
[0046] 本申请采用高温熔融方法制备白光发光二极管的磷酸盐玻璃材料，并在玻璃基质 中掺杂了发光离子，进而得到可以发射绿光、蓝光和红光的玻璃基质。由于玻璃材料的发旋 光性能和基质材料的组分有关系，因而本申请通过改变磷酸盐玻璃的基质组成，来实现增 强磷酸盐玻璃的发光强度。
[0047] 并且，进一步把上述几种离子元素混掺在一起，通过改变掺杂离子元素的浓度来 调节光线的强度比，使得最后的发光二极管成品的发光颜色是呈现白光。
[0048] 本发明为了解决上述白光LED的不足之处，采用最简单的生产工艺制备一种新型 的发光粉，在紫外光的激发下，实现磷酸盐玻璃能够发射出较强的红光、绿光和蓝光并且最 终混合得到白光，有效提高白光发光二极管的发光显色性和显色指数等性能，本申请所得 到的白光发光二极管的显色指数接近85%，发光效率为100流明/瓦（lm/W)，远超过目前 荧光灯的效率。
[0049] 并且，本申请的白光发光二极管的色坐标接近标准白光（X = 0. 333, Y = 0. 333) 的色坐标，而且色温控制在适合室内照明3500K左右，使用寿命亦能达到6-8万小时。
[0050] 上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明 并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其它实施例的排除，而可用于各种其它组合、 修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识 进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发 明所附权利要求的保护范围内。