本發明屬于LED熒光粉技術領域，具體是一種白光LED用的單一相熒光粉及其制備方法。
背景技術：
白光LED是21世紀引人矚目的新一代綠色照明光源，具有廣闊的市場與應用前景。實現白光LED的方案有多種，大致上有三種：(1)藍光LED+能被藍光LED有效激發的黃色熒光粉體；(2)藍光LED+能被藍光LED有效激發的紅色/綠色熒光粉體；(3)紫外/近紫外LED+能被紫外/紫光LED有效激發的熒光粉體。
從熒光轉換技術的三種實現LED的方式來看，LED芯片的發展流程是從藍光LED芯片到紫外/近紫外LED芯片，紫外/近紫外LED芯片和藍光LED芯片相比有很多優點，因為紫外線的光子能量高，熒光粉體的激發能量就高，熒光粉體的可選擇性增加，紫外/近紫外光未參與混光過程，所以形成的白光來源于三色熒光粉體，這樣就容易控制顏色，色彩均勻性好，顯色指數一般控制在90左右。另外，紫外/近紫外LED芯片穩定性更好，光輸出更強。因此，這種實現方式是目前最熱點的研究，有很好的發展前景。
因此，可被紫外/近紫外LED激發的多種新型的藍光熒光粉體還有待開發。采用紫外/近紫外光激發三基色熒光粉體實現白光是目前國際上該領域研發的熱點之一，被認為是新一代白光LED照明的主導。隨著LED芯片的發展，紫外、近紫外(350nm～410nm)型熒光粉體越來越受到關注。紫外/近紫外的能量更高，能被激發的熒光粉體種類也會有所增加，因此，紫外/近紫外LED芯片轉換型熒光粉體具有很好的前景，研制和紫外/近紫外LED芯片匹配的熒光粉體成為熱點。
國內外的人員研究紫外/近紫外LED芯片激發的熒光粉體主要集中在硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽等。目前商用的可被紫外/近紫外LED激發的藍色熒光粉體是BaMgAl10O17:Eu2+和BaMg2Al16O27:Eu2+。雖然它們已經商品化，但是也存在著一些缺點，比如熱穩定性差，激發效率不高，色坐標偏移等。
除了三基色紫外/近紫外轉換型熒光粉體之外，還有一種轉換型熒光粉體，那就是單一基質白光熒光粉體，它可以在紫外/近紫外激發下直接發出白光，這類熒光粉體有它的特點，比如說，可以降低能量消耗，還可以避免多種基質化合物組合時造成的顏色失調，有利于提高顏色顯色性，可降低成本等等。因此，單一基質白光熒光粉體受到人們廣泛關注，這方面的研究也隨著深入。近些年，紫外/近紫外激發下的單一基質白光熒光粉體已有大量研究和報道，基質覆蓋的范圍也很廣，主要有硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽等等。白光熒光粉體的激活離子主要有Eu2+和Ce3+組合，這是由他們的單子構型決定的，原因是他們外層的d電子容易受到基質所在的晶格環境的影響，導致了它們發光性質的變化，除了Eu2+和Ce3+組合之外，Dy3+、Tb3+、Mn2+等也被做為單一基質白光熒光粉體的激活離子，以兩種稀土共摻的情況較為常見，比如Ce3+-Mn2+、Eu2+-Mn2+、Ce3+-Dy3+等。
現在，適合近紫外用的單一相商用熒光粉體已經研制出來。但是，這些商用熒光粉體存在一些較大的缺陷，比如，與紫外/近紫外LED芯片的匹配度不是很好(從而使得激發效率不高，發光效率不高)、使用壽命低(主要是化學穩定性和熱穩定性差)、合成工藝溫度高(因此能耗大，且生產操作危險較大)等缺陷。因此，急需合成新型的高效、耐用、匹配度寬的白光LED用單一相熒光粉體，并且對其合成過程進行優化。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種高效新型的白光LED用單一相熒光粉及其制備方法。
為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
一種白光LED用的單一相熒光粉，所述熒光粉的組成表達式為SraMgSibO8：(xCe3+·yDy3+)，其中0<a<3，1<b≤2、0<x<0.1，0<y<0.1。
進一步地，所述熒光粉的發射波長覆蓋范圍為450～650nm。
進一步地，所述熒光粉的平均粒徑為1～5μm。
一種制備上述的單一相熒光粉的方法，包括以下步驟：
S1、將可溶性鈰鹽、可溶性鏑鹽、可溶性鍶鹽共同溶解，配成混合溶液；
S2、將蒙皂石族礦物浸漬于S1所制備的混合溶液中，之后在150～200℃下充分干燥得到負載粉體；
S3、將S2所制備的負載粉體在400～600℃下焙燒1～2h，再升溫至800～900℃并焙燒3～5h，即制得單一相熒光粉體。
進一步地，所述可溶性鈰鹽是Ce(NO3)3、Ce2(SO4)3、CeCl3中的至少一種。
進一步地，所述可溶性鏑鹽是Dy(NO3)3、Dy2(SO4)3、DyCl3中的至少一種。
進一步地，所述可溶性鍶鹽是Sr(NO3)2、SrSO4、SrCl2中的至少一種。
進一步地，所述蒙皂石族礦物是蒙脫石和/或鋰皂石。
進一步地，所述蒙脫石是鈉基蒙脫石，所述鋰皂石是鈉基鋰皂石。
鈉基狀態的蒙皂石族礦物比鈣基狀態蒙皂石族礦物效果好很多。因此，鈣基狀態的蒙皂石族礦物需要鈉化，并且必須提純和凈化，使之純度高達99％及以上。
蒙脫石和鋰皂石中最主要的是鎂、硅、氧三種元素，鋁和鋰含量很少，因此熒光粉組成表達式忽略鋁和鋰等含量低的元素。
進一步地，所述混合溶液的濃度是0.1～5wt％。
由于具備穩定性高，匹配度寬等優點，硅酸鹽基質材料是當前熒光粉所常用的一種負載基質底材，其一般是將鎂源(比如碳酸鎂)、鍶源(比如碳酸鍶)、硅源(比如氣相法二氧化硅)通過高溫固相法合成得到。傳統的硅酸鹽基質材料合成工藝不僅工序復雜，操作繁瑣，而且溫度極高，很不安全。
本發明是在負載摻雜鈰(Ce)和鏑(Dy)稀土元素的同時，原位合成含鍶(Sr)硅酸鹽基質材料，不僅操作工序極為簡便，而且對溫度要求顯著地降低了。蒙皂石族礦物是一類含有Mg、Al、Li、Si等元素的層狀硅酸鹽，其層間含有可交換的Na+或Ca2+，而且比表面積和孔隙率很大。當蒙皂石族礦物浸漬于含有Ce4+、Dy3+、Sr2+的水溶液中，稀土離子一方面會取代其層間中可交換的Na+或Ca2+，并且會吸附于其表面。浸漬之后在高溫焙燒條件下，Ce4+、Dy3+、Sr2+會進入蒙皂石族礦物的晶格結構中，從而在生成含Sr2+硅酸鹽基質材料的同時負載上Ce4+和Dy3+的晶體，此即白光LED用單一相熒光粉體。
由本發明技術所制備的熒光粉體在紫外/近紫外的激發下能夠直接發射出白光，與其他類型熒光粉比較而言，存在如下幾個明顯特點：
(1)由本發明所制備的熒光粉體的發光顏色由熒光粉本身決定，因此不僅不存在顏色不穩定，色彩還原性差的問題，而且可以減少能量的損耗，并提高樣品的發光效率。
(2)由于為單一基質材料，因此由本發明技術所制備的熒光粉體不存在多種基質之間由于相互作用而造成的顏色失調的問題，從而可以有效改善顯色性。
(3)本發明技術的高溫固相合成工藝比較溫和，尤其是溫度較低(當前類似的熒光粉體的合成溫度一般是900～1300℃)，不僅極大地降低了能耗，而且顯著減少了生產操作安全風險。
(4)由本發明技術所制備的熒光粉體的化學穩定性和熱穩定性優良，使用壽命得到有效地提高。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明：
以下份數均指重量份。
實施例1
本實施例的白光LED用單一相熒光粉體，組成表達式為Sr0.9MgSi1.1O8：(0.05Ce3+·0.06Dy3+)。熒光粉的發射波長覆蓋范圍為450～650nm，平均粒徑為1～5μm。
按照如下工藝制備：
(1)將1份Ce(NO3)3、1份Dy(NO3)3、1份Sr(NO3)2共同充分溶解，配成質量分數為1％的混合溶液；
(2)將100份純度為99％的鈉基蒙脫石浸漬于(1)所制備的混合溶液中，之后在150℃下充分干燥得到負載粉體；
(3)將(2)所制備的負載粉體在400℃下焙燒1h，再升溫至800℃并焙燒3h，即制得白光LED用單一相熒光粉體A。
實施例2
本實施例的白光LED用單一相熒光粉體，組成表達式為Sr0.7MgSi1.4O8：(0.03Ce3+·0.02Dy3+)。熒光粉的發射波長覆蓋范圍為450～650nm，平均粒徑為1～5μm。
按照如下工藝制備：
(1)將0.5份Ce(NO3)3、0.5份Ce2(SO4)3、0.5份Dy(NO3)3、0.5份Dy2(SO4)3、0.5份Sr(NO3)2、0.5份SrSO4共同充分溶解，配成質量分數為0.5％的混合溶液；
(2)將80份鈉基蒙脫石和70份鈉基鋰皂石(鈉基蒙脫石和鈉基鋰皂石純度都為99％)共同浸漬于(1)所制備的混合溶液中，之后在200℃下充分干燥得到負載粉體；
(3)將(2)所制備的負載粉體在600℃下焙燒2h，再升溫至900℃并焙燒5h，即制得白光LED用單一相熒光粉體B。
實施例3
本實施例的白光LED用單一相熒光粉體，組成表達式為Sr1.9MgSi1.5O8：(0.06Ce3+·0.07Dy3+)。熒光粉的發射波長覆蓋范圍為450～650nm，平均粒徑為1～5μm。
按照如下工藝制備：
(1)將0.5份Ce(NO3)3、0.5份Ce2(SO4)3、0.5份CeCl3、0.5份Dy(NO3)3、0.5份Dy2(SO4)3、0.5份DyCl3、0.5份Sr(NO3)2、0.5份SrSO4、0.5份SrCl2共同充分溶解，配成質量分數為1.5％的混合溶液；
(2)將100份鈉基蒙脫石和100份鈉基鋰皂石(鈉基蒙脫石和鈉基鋰皂石純度都為99％)共同浸漬于(1)所制備的混合溶液中，之后在180℃下充分干燥得到負載粉體；
(3)將(2)所制備的負載粉體在500℃下焙燒2h，再升溫至900℃并焙燒4h，即制得白光LED用單一相熒光粉體C。
性能測試
將實施例1～3所制備的白光LED用單一相熒光粉體A～C與國外進口同類產品進行對比試驗，結果如下表所示。
注：(1)進口產品1和2都是從日本日亞化學進口的單一相熒光粉體，相對應的型號為ORM-143和ORM-148。(2)在480nm激發下的發射光譜條件下測試熒光粉體的相對發光強度，并通過熒光衰減曲線的擬合測得熒光壽命。(3)熒光粉體在200℃下焙燒，直至發光特性(主要指激發光譜、發射光譜、相對發光強度、熒光壽命等指標)出現任何變化所需的時間。
由實驗數據可知，由本發明技術所制備的白光LED用單一相熒光粉體的相對發光強度、熒光壽命、熱穩定性等主要性能指標均優于國外同類產品。本發明技術的合成工序簡潔，操作方便，并且條件比較溫和；所制備的熒光粉體具備成本較低、顏色的控制比較容易、色彩均勻度好、顯色性好、熱穩定些強等優點，因此具有極其光明的產業化和商業化前景。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。