一种用于全光谱LED的荧光组合物及其应用的制作方法

本发明涉及稀土发光材料领域，特别是一种用于全光谱led的荧光组合物及其应用。

背景技术：

根据互补色光原理，商用白光led主要采用传统led蓝光芯片涂覆铝酸盐黄粉的组合封装技术，led蓝光芯片发出的窄蓝光带和荧光黄粉发出的宽带黄光复合形成白光，但这种白光实际缺少红色光谱部分，表征饱和红色的特殊显色指数r9也过低，当生产高色温灯具时，蓝光峰值过强，青光波段有一个明显缺口，表征饱和蓝色的特殊显色指数r12也不够高，该方法得到的白光存在发射光谱不连续，显色指数ra一般都在80以下，导致led的适用范围存在局限性。

另一方面，将荧光粉涂覆封装于蓝光芯片上存在散热问题，蓝光芯片产生的热量直接作用在荧光粉，导致荧光粉温度升高，转化效率降低，影响光效，同时，长期的热量积累作用导致荧光粉的性能衰减速度加快，进而灯具出现色温漂移、出光不均匀等问题，由于封装后的荧光粉无法替换，因此出现该问题后只能更换整个灯板，无法发挥led芯片使用寿命长的优点，造成资源浪费。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于全光谱led的荧光组合物，本发明还涉及该荧光组合物的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于全光谱led的荧光组合物，由以下重量份数的原料制成：

蓝光照射下发射峰值为365-460nm的镓酸盐荧光黄绿粉12-16份、蓝光照射下发射峰值为515-540nm的铝酸盐荧光绿粉12-16份、蓝光照射下发射峰值为550-560nm的铝酸盐荧光黄粉25-35份、蓝光照射下发射峰值为580-600nm的硅酸盐荧光橙粉12-16份、蓝光照射下发射峰值为629-632nm的氟化物荧光橙粉12-16份、蓝光照射下发射峰值为635-675nm的氮化物荧光红粉12-16份。

通过同时应用7种不同波长的窄带荧光粉，所用荧光粉热稳定性好且光衰小，使复合后光谱功率更加接近连续光谱，不存在发射光谱强度为0的区域，并且实现高ra值（＞90）和高r1-r15值，通过控制不同的荧光粉混合比例和led光输出以得到指定色温。

如果通过单一的红粉、橙粉、黄粉或绿粉来调节色温会导致荧光粉量过大而出现严重沉淀，因此，本发明通过混合不同主波长的相同或近似颜色的荧光粉用以调节色温。

上述的荧光组合物可在全光谱led灯罩复合材料和全光谱led灯具中的应用。

所述全光谱led灯罩复合材料，由以下重量份数的原料制成：80-88份聚碳酸酯、2.5-5份无机填充矿物粉、2.2-4份增韧剂、1-2.5份扩散油、1-2份扩散粉、1.1-2.3份热稳定剂以及2.5-5.5份荧光组合物。

所述聚碳酸酯为本领域常规的灯罩原材料，具有高透光率、高折射率、高抗冲击性、优良的尺寸稳定性及易于加工成型的优点，但是同时存在以下缺点：一是硬度稍有不足，这会导致灯罩外表容易被刮花；二是疲劳强度低，易发生应力开裂；三是对水敏感，在加工成型过程中水分会使聚碳酸酯发生水解和降解，影响灯罩成品的质量。

为了克服所述聚碳酸酯硬度稍不足的问题，所述全光谱led灯罩复合材料设置了能够改善所述聚碳酸酯物理性能的无机填充矿物粉。所述无机填充矿物粉的含量高于5份时会对光照效果产生影响，低于2.5份时则难以实现增加硬度的目的。优选地，所述无机填充矿物粉为碳酸钙，所述碳酸钙不仅能够提高灯罩成品的硬度，还能提高灯罩成品的表面光泽和表面平整性。

所述聚碳酸酯通过添加所述无机填充矿物粉解决了硬度不足的问题，但与此同时韧度有所下降，因此，所述全光谱led灯罩复合材料设置了所述增韧剂以解决该问题。优选地，所述增韧剂为核壳结构的甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物，其对于本发明来说具有以下优点：一是本发明是通过荧光粉转化发光，灯罩复合材料的组分及组分含量越多就越有可能对荧光粉的光转化效率造成影响，而所述核壳结构的甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物只要少量加入即有增韧效果，减少对荧光粉的光转化效率的影响；二是其能够提高所述聚碳酸酯的耐应力开裂性和对水的敏感性；三是其能够很好地分散在所述聚碳酸酯中，基本不会对聚碳酸酯的流动性造成影响，有利于加工成型工序的进行。

本发明采用的荧光粉的硬度高于普通钢材的硬度且颗粒细小，在热加工成型过程中，荧光粉会与高速旋转的料筒、螺杆等金属设备发生无润滑的硬性干磨，从而磨蚀出大量的金属粉末或金属氧化物粉末，这些粉末会阻挡和吸收荧光粉发出的可见光，严重影响本发明的发光效率，而且不管荧光粉的比重是多少，始终是存在容易发生沉淀的问题，而不均匀的荧光粉混料最终会导致灯具成品发光不均匀。

为了解决上述问题，本发明设置了所述扩散油和扩散粉协同作用。优选地，所述扩散粉为有机硅光扩散粉，与其他光扩散剂相比，所述有机硅光扩散粉具有更为优越的光扩散效率，与所述聚碳酸酯的相容性好，最重要的是本发明的所述聚碳酸酯和荧光组合物均容易由于水而导致性能发生改变，而所述有机硅光扩散粉具有良好的拨水疏水性能，能够避免组分因水变性的情况发生，但是扩散粉在改善荧光粉干性摩擦的问题上稍有欠缺，因此，本发明还设置了扩散油，扩散油除了分散和润滑作用，还有提高成品表面光洁度和充当脱模剂的作用。

为了减少或防止本发明的聚合物发生交联或降解，本发明设置了所述热稳定剂，能够有效延长复合材料的使用寿命。优选地，所述热稳定剂为硬脂酸锌和甲酸盐的混合物，所述甲酸盐和硬脂酸锌的重量比为1:1-5。所述硬脂酸锌为金属皂类热稳定剂，其热稳定性没有铅盐类的热稳定性好，但是铅盐类热稳定剂存在可能带来污染环境的问题，国家也不提倡使用该类热稳定剂，因此，本发明选用了环保的硬脂酸锌，其优点在于活化性极高，透明性好，少量添加即可改善所述聚碳酸酯的初期着色，而且还可作为润滑剂和脱模剂，可辅助改善荧光粉的无润滑硬性干磨问题。但是，金属皂类的热稳定剂一般都不单独使用，而是两种或以上协同作用形成复合稳定剂，所述硬脂酸锌存在的问题在于稳定性较差，因此本发明开创性地使用所述甲酸盐与其协同配合。所述甲酸盐主要应用于钻井液体系，但发明人研究发现其耐高温特性和抗氧化特性也能够有效提高本发明的热稳定性，所述甲酸盐能够很好地与本发明的其他组分相容，而且温度越高，所述甲酸盐的黏度越低，因此，所述甲酸盐不会对所述聚碳酸酯的流动性（即易于加工成型的优点）造成影响，另一方面，所述甲酸盐不具有表面活性，因此不会引发发泡问题。

所述荧光组合物中的荧光粉的平均粒径为12μm，使用粒径过小的荧光粉会阻碍led的出光通道，造成色温下降，光效减弱的问题。

本发明还提供一种全光谱led灯具，包括有灯罩和蓝光芯片，所述灯罩由上述的全光谱led灯罩复合材料制成，所述蓝光芯片的波段范围为455-460nm，通过蓝光芯片激发多个不同分值波长的荧光粉产生连续光谱。

所述全光谱led灯具具有365-675nm的连续光谱，一般显色指数ra≥90，特殊显色指数r1-r15≥90，在不同色温下，其色坐标靠近cie1931xy色度图中的黑体曲线，色容差sdcm≤3，光色性能优异，大幅度扩大了led灯具的应用范围；另一方面，将荧光粉设置于灯罩中，采用远程激发荧光粉的照明技术，解决了荧光粉和蓝光芯片一并封装后产生的散热问题，大幅度降低可蓝光芯片热量对荧光粉的影响，而且若长期使用后的荧光粉发生衰减老化，也只需更换灯罩即可，方便且不浪费资源。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1（6000k）的发射光谱图；

图2是本发明实施例2（5000k）的发射光谱图；

图3是本发明实施例3（4000k）的发射光谱图。

具体实施方式

以下实施例的原材料来源：

镓酸盐荧光黄绿粉（ce:ga-yag，烟台布莱特光电材料有限公司，sdg系列）、铝酸盐荧光绿粉（sral2o4:eu²⁺,dy³⁺，烟台布莱特光电材料有限公司，sdy系列）、铝酸盐荧光黄粉（al5o12∶ce³⁺(yag)，烟台布莱特光电材料有限公司，sdy系列）、硅酸盐荧光橙粉（sralsi4n7:eu²⁺，烟台布莱特光电材料有限公司，sds系列）、氟化物荧光橙粉（k3sif6:mn⁴⁺，深圳市齐尚光科技有限公司，bp-kw30）、氮化物荧光红粉（caalsin3:eu²⁺，烟台布莱特光电材料有限公司，ssdr系列），聚碳酸酯（pc，乐天尖端材料，sc-1100r）、增韧剂（mbs，日本钟渊，m701）、扩散油（德国瓦克，9015/ak500）、有机硅光扩散粉（日本信越），甲酸钾（天津金汇太亚化学试剂有限公司），其他组分均为市售的常规产品即可。

实施例1

一种全光谱led灯具（6000k色温），包括有灯罩和蓝光芯片，所述蓝光芯片的波段范围为458-460nm，所述灯罩由下述的全光谱led灯罩复合材料制成，灯罩厚度0.7毫米。

所述全光谱led灯罩复合材料由以下重量份数的原料制成：88份聚碳酸酯、5份碳酸钙、4份增韧剂（核壳结构的甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物）、2.5份扩散油、2份有机硅光扩散粉、2.3份热稳定剂（硬脂酸锌和甲酸钾的混合物，重量比为1:5）以及5.5份荧光组合物。

所述荧光组合物由以下重量份数的原料制成：蓝光照射下发射峰值为365-460nm的镓酸盐荧光黄绿粉16份、蓝光照射下发射峰值为515-540nm的铝酸盐荧光绿粉16份、蓝光照射下发射峰值为550-560nm的铝酸盐荧光黄粉35份、蓝光照射下发射峰值为580-600nm的硅酸盐荧光橙粉12份、蓝光照射下发射峰值为629-632nm的氟化物荧光橙粉12份、蓝光照射下发射峰值为635-675nm的氮化物荧光红粉12份，上述荧光粉的平均粒径均为12μm。

所述灯罩的制备方法：除荧光组合物外的其他组分放入高速自动搅拌机进行10分钟的预搅拌，使扩散油和扩散粉先均匀地分散于原料中，再加入荧光组合物进行30分钟的均匀搅拌，所有组分完全混合均匀后通过热熔机挤出成颗粒状，再通过注塑成形工艺制成灯罩形状即可。

实施例2

一种全光谱led灯具（5000k色温），包括有灯罩和蓝光芯片，所述蓝光芯片的波段范围为457-458nm，所述灯罩由下述的全光谱led灯罩复合材料制成，灯罩厚度0.7毫米。

所述全光谱led灯罩复合材料由以下重量份数的原料制成：84份聚碳酸酯、4份碳酸钙、3份增韧剂（核壳结构的甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物）、1.8份扩散油、1.5份有机硅光扩散粉、1.7份热稳定剂（硬脂酸锌和甲酸钾的混合物，重量比为1:3）以及4份荧光组合物。

所述荧光组合物由以下重量份数的原料制成：蓝光照射下发射峰值为365-460nm的镓酸盐荧光黄绿粉14份、蓝光照射下发射峰值为515-540nm的铝酸盐荧光绿粉14份、蓝光照射下发射峰值为550-560nm的铝酸盐荧光黄粉30份、蓝光照射下发射峰值为580-600nm的硅酸盐荧光橙粉14份、蓝光照射下发射峰值为629-632nm的氟化物荧光橙粉14份、蓝光照射下发射峰值为635-675nm的氮化物荧光红粉14份，上述荧光粉的平均粒径均为12μm。

所述灯罩的制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种全光谱led灯具（4000k色温），包括有灯罩和蓝光芯片，所述蓝光芯片的波段范围为455-457nm，所述灯罩由下述的全光谱led灯罩复合材料制成，灯罩厚度0.7毫米。

所述全光谱led灯罩复合材料由以下重量份数的原料制成：80份聚碳酸酯、2.5份碳酸钙、2.2份增韧剂（核壳结构的甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物）、1份扩散油、1份有机硅光扩散粉、1.1份热稳定剂（硬脂酸锌和甲酸钾的混合物，重量比为1:1）以及5.5份荧光组合物。

所述荧光组合物由以下重量份数的原料制成：蓝光照射下发射峰值为365-460nm的镓酸盐荧光黄绿粉12份、蓝光照射下发射峰值为515-540nm的铝酸盐荧光绿粉12份、蓝光照射下发射峰值为550-560nm的铝酸盐荧光黄粉25份、蓝光照射下发射峰值为580-600nm的硅酸盐荧光橙粉16份、蓝光照射下发射峰值为629-632nm的氟化物荧光橙粉16份、蓝光照射下发射峰值为635-675nm的氮化物荧光红粉16份，上述荧光粉的平均粒径均为12μm。

所述灯罩的制备方法与实施例1相同。

对实施例1-3进行参数检测，包括发射光谱图、一般显色指数ra、特殊显色指数r1-r15、色容差sdcm等。

实施例1-3的发射光谱图参照图1至图3。

以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。