[发明专利]一种白光发射的Ca4Si2O7F2:Ce,Tb,Sm荧光纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于大功率白光LED用荧光材料，特别涉及一种白光发射的Ca₄Si₂O₇F₂:Ce，Tb，Sm荧光纤维膜的制备方法。

背景技术

作为新一代照明光源，白光LED正在向高效率和大功率方向发展。由于目前通用的白光实现方式是利用蓝光芯片加黄色荧光体转换的方法，荧光粉发光强度的热衰减成为制约白光LED向大功率发展和规模化推广的瓶颈问题。除了寻找具有更高热稳定性的荧光粉体系(如氮化物)外，远程封装成为解决大功率白光LED光衰和色漂移的另一条可行途径。

美国Rensselaer Polytechnic Institute的Schubert研究小组发展了一种远程封装技术(H.Luo et al.Appl.Phys.Lett.，2005，86：243505)，将荧光粉与激发芯片分开一定距离，利用反射杯可以使荧光粉的效率理论上提高50％以上。此种结构提供了更大的设计自由、更高效的生产过程和更出色的光质，并且在一定程度上也缓解了发热对荧光粉发光效率的影响。对于这一新的封装方式，产业界也积极响应，例如飞利浦公司(Philips)在2008年国际灯具展览会上推出了Fortimo远程荧光粉组件，著名的荧光粉供应商Intematix公司也于2011年1月发布了ChromaLit远程荧光粉光源。

目前商业化的远程荧光粉组件是将荧光粉与硅橡胶(或树脂)混合成膜，并附着在透明基板上，然后封装在LED芯片反射杯的上部。但随着研发的LED功率不断提升，照明寿命不断延长，荧光粉与硅橡胶混合成膜方式的缺点也逐渐显现，例如：硅橡胶的老化问题；荧光粉体在硅胶中的分散问题。特别是高显色指数荧光材料中有多种荧光粉，他们的均匀分散直接影响光源发光的均匀性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种白光发射的Ca₄Si₂O₇F₂:Ce，Tb，Sm荧光纤维膜的制备方法，该方法通过静电纺丝技术将不同稀土离子均匀分散，荧光纤维发光均一。纤维膜具备白光发射性能，在LED封装中无需配色，简化工艺。

本发明的一种白光发射的Ca₄Si₂O₇F₂:Ce，Tb，Sm荧光纤维膜的制备方法，包括：

(1)前驱体纺丝液的制备：

以硝酸铈、硝酸铽、硝酸钐、硝酸钙、正硅酸四乙酯为原料，加入到混合溶剂中；混合均匀的溶液中再加入氟化铵水溶液，搅拌得到有氟化钙沉淀产生的悬浊液A；聚乙烯吡咯烷酮溶解到乙醇中，搅拌得到透明溶液B；在高速搅拌下将B溶液逐滴加入到A中，混合均匀得到透明纺丝液；

(2)静电纺丝制备原生纤维膜：

室温下，采用上述纺丝液进行静电纺丝；

(3)前驱体纤维膜的制备：

纤维膜置于在空气气氛下进行煅烧，升温至500～600℃，保温2～4h，得到前驱体Ca-Si-O-F-Ce-Tb-Sm纤维膜；

(4)进一步热处理：

降至室温后，将经步骤(3)煅烧后得到的前驱体Ca-Si-O-F-Ce-Tb-Sm纤维膜在持续通入氨气或氮氢混合气的气氛中，升温至750～950℃，保温1～5h，得到Ca₄Si₂O₇F₂:Ce，Tb，Sm荧光纤维膜。

所述步骤(1)中按摩尔比，Ca∶Ce＝1∶0.001～0.01，Ce∶Tb＝1∶0.5～1，Ce∶Sm＝1∶2～5，Ca∶Si＝2～1.8∶1，Ca∶F＝2～1.8∶1。

所述步骤(1)中混合溶剂为体积比1～2∶8的超纯水和无水乙醇。

所述步骤(1)中氟化铵水溶液的浓度为1.7mol/L。

所述步骤(1)中纺丝液NO₃^-浓度为0.15mol/L～0.4mol/L。

所述步骤(1)中加入的PVP分为两种，第一种分子量为1300000，加入溶液B质量的0.8％～1.2％，第二种分子量为50000，加入溶液B质量的1.6％～2.4％。

所述步骤(1)中悬浊液A与溶液B的体积比为1∶0.8～1。

所述步骤(2)纺丝工艺参数为电压6-12kV，纺丝速率0.2-1.5mL/h，接收距离10-18cm，湿度控制在30％以下。