CN103952153A - 掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掺杂稀土元素镥及锑的铝酸盐绿色荧光粉及其制备方法，采用Ce³⁺激活，其通式为：Y_3-x-y-mLu_ySb_mAl₅O₁₂：Ce³⁺ _x其中x的取值范围为0.01~0.2，优选0.06~0.08；y的取值范围为0.5~4.5，优选1.0~4.5；m的取值范围为0~0.006，优选0.002~0.006。本发明向YAG荧光粉中掺杂Lu元素，得到发射主峰在绿色波段的荧光粉，不降低荧光粉的整体光效，用该绿色荧光粉配合黄色荧光粉和蓝色LED芯片，可获得高亮度的白光LED；若使用该绿色荧光粉配合蓝光LED芯片，可以直接获得绿光；若使用该绿色荧光粉配合黄色荧光粉与蓝色LED芯片，可以获得冷色调白光；也可配合红色荧光粉与蓝色LED芯片而获得白光；还通过向其中添加微量的锑元素，极大的提高了制备出的荧光粉的发光强度。

Description

掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种掺杂稀土元素镥及锑的铝酸盐绿色荧光粉及其制备方法，尤其适用于蓝光芯片激发下使用的LED用绿色荧光粉，属于稀土发光材料技术领域。 

背景技术

发光二极管(LED) 是近年来发展起来的新型固态照明器件，具有效率高、寿命长、无污染、节能等优点。被广泛应用于液晶屏背光源、指示灯、汽车用灯、电子通讯设备以及室内外照明等各个领域。它的使用对节能环保以及环境的可持续发展有着深远的影响。

对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年白光的LED开发成功，这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起。GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce³⁺的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗型反射腔内，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，得到白光。该组合的优势是发光效率高，不足是在红光区域缺少发射，所以制成的白光LED 器件显色指数较低，色温较高。目前已有的解决方法是通过离子替代改变YAG: Ce³⁺的发射峰位置，红移发射峰，但是这种方式的不足是降低了荧光粉的整体光效，因此急需制备一种发射主峰相对YAG: Ce³⁺红移的宽峰荧光粉，如发射主峰在绿色位置的荧光粉。

    用绿色荧光粉配合黄色荧光粉和蓝色LED芯片，可获得高亮度的白光LED；若使用绿色荧光粉配合蓝光LED芯片，可以直接获得绿光；若使用绿色荧光粉配合黄色荧光粉与蓝色LED芯片，可以获得冷色调白光；绿色荧光粉也可配合红色荧光粉与蓝色LED芯片而获得白光。白光LED的显色指数（CRI）与蓝光芯片、YAG荧光粉、相关色温等有关，其中最重要的是YAG荧光粉，不同色温区的LED，所使用的荧光粉及蓝光芯片不一样。目标色温越低的管子用的荧光粉发射峰值要越长，芯片的峰值也要长，低于4000K色温，还要另外加入发红光的荧光粉，以弥补红色成分的不足，达到提高显色指数的目的，在保持的芯片及荧光粉不变的条件下，色温越高显色指数越高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种适合于LED用绿色荧光粉以及其制备方法，为实现该目的，本发明提供的技术方案是：

这种掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉，采用Ce³⁺激活，其通式（1）为： Y_3-x-y-mLu_ySb_mAl₅O₁₂：Ce³⁺ _x        （1） 其中x的取值范围为0.01~0.2，优选0.06~0.08；y的取值范围为0.5~4.5，优选1.0~4.5；m的取值范围为0~0.006，优选0.002~0.006。

本发明向YAG荧光粉中掺杂Lu元素，得到发射主峰在绿色波段的荧光粉，不降低荧光粉的整体光效，用该绿色荧光粉配合黄色荧光粉和蓝色LED芯片，可获得高亮度的白光LED；若使用该绿色荧光粉配合蓝光LED芯片，可以直接获得绿光；若使用该绿色荧光粉配合黄色荧光粉与蓝色LED芯片，可以获得冷色调白光；也可配合红色荧光粉与蓝色LED芯片而获得白光；还通过向其中添加微量的锑元素，极大的提高了制备出的荧光粉的发光强度。

具体地，该绿色荧光粉的光射峰值为530nm~510nm，该波段为绿光波段。

制备这种掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉的方法，包括以下步骤：

a）    按照通式（1）的化学计量比分别称取氧化铝、氧化钇、氧化铈，氧化镥，氧化锑；

b）    根据拟取得荧光粉粒径大小及波长的不同选取不同的助熔剂，所述的助熔剂为硼酸、氟化铝中的一种或两种，将占通式（1）2-3%摩尔的助熔剂进行干球磨1.5-2h后过200目筛网；

c）    将a）和b）步骤得到的原材料放入双锥形混料机中充分混合，混料时间为25-30h；

d）    将c）步骤得到的混合物装入坩埚并放入高温隧道窑；

e）    在高温隧道窑中通入氢气：氮气=3：1的还原性气氛，在1580℃下恒温烧灼4.5h；

f）     将e）步骤得到的初产品从坩埚中取出，降至室温后，先用棒杵进行粗破碎，再对辊破碎；

g）    将f）步骤得到的初产品用90℃的去离子水水洗5遍后，放入烘箱中烘干；

h）  将g）步骤得到的初产品过200目筛网，包装，得到成品。

由于本发明对原料只进行一次高温烧灼，因而粉体的烧结硬度明显降低，烧结的粉块松散，不仅减少了工艺过程，节约能源而且产品质量不降反升；对助熔剂预先进行球磨处理，使得初产品的球磨时间大为减少，因而增加了最终产品的晶体亮度。

具体实施方式

实施例1： 

一种掺杂Lu的铝酸盐绿色荧光粉，其化学式为Y_1.93Lu₁Al₅O₁₂：Ce³⁺ _0.07

a)327.1g的Y₂O₃、382.6g的Al₂O₃、272.1g的Lu₂O₃、18.1g的CeO₂；

b)精确称取20g氟化铝并进行干球磨2h后过200目筛网；

c)将a)和b)步骤得到的原材料放入双锥形混料机中充分混合，混料时间为25h；

d)将c)步骤得到的混合物装入坩埚并放入高温隧道窑；

e)在高温隧道窑中通入氢气：氮气=3：1的还原性气氛，在1580℃下恒温烧灼4.5h；

f)将e)步骤得到的初产品从坩埚中取出，降至室温后，先用棒杵进行粗破碎，再对辊破碎；

g)将f)步骤得到的初产品用90℃的去离子水水洗5遍后，放入烘箱中烘干；

h)将g)步骤得到的初产品过200目筛网，包装，得到成品。

实施例2：

一种掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉，化学式为Y_1.926Lu₁Sb_0.004Al₅O₁₂：Ce³⁺ _0.07；

a)精确称取326.3g的Y₂O₃、382.6g的Al₂O₃、272.0g的Lu₂O₃、18.0g的CeO₂、0.87g的Sb₂O₃；

b)精确称取20g硼酸并进行干球磨1.5h后过200目筛网；

c)将a)和b)步骤得到的原材料放入双锥形混料机中充分混合，混料时间为30h；

d)将c)步骤得到的混合物装入坩埚并放入高温隧道窑；

e)在高温隧道窑中通入氢气：氮气=3：1的还原性气氛，在1580℃下恒温烧灼4.5h；

f)将e)步骤得到的初产品从坩埚中取出，降至室温后，先用棒杵进行粗破碎，再对辊破碎；

g)将f)步骤得到的初产品用90℃的去离子水水洗5遍后，放入烘箱中烘干；

h)将g)步骤得到的初产品过200目筛网，包装，得到成品。

实施例3： 

一种掺杂Lu的铝酸盐绿色荧光粉，化学式为Y_1.13Lu_1.8Al₅O₁₂：Ce³⁺ _0.07

a)精确称取177.1g的Y₂O₃、353.6g的Al₂O₃、542.6g的Lu₂O₃、16.7g的CeO₂；

b)精确称取10g氟化铝和10g硼酸并进行干球磨1.8h后过200目筛网；

c)将a)和b)步骤得到的原材料放入双锥形混料机中充分混合，混料时间为27h；

d)将c)步骤得到的混合物装入坩埚并放入高温隧道窑；

e)在高温隧道窑中通入氢气：氮气=3：1的还原性气氛，在1580℃下恒温烧灼4.5h；

f)将e)步骤得到的初产品从坩埚中取出，降至室温后，先用棒杵进行粗破碎，再对辊破碎；

g)将f)步骤得到的初产品用90℃的去离子水水洗5遍后，放入烘箱中烘干；

h)将g)步骤得到的初产品过200目筛网，包装，得到成品。

实施例4： 

一种掺杂Lu和Sb的铝酸盐绿色荧光粉，化学式为Y_1.126Lu_1.8Sb_0.004Al₅O₁₂：Ce³⁺ _0.07

a)精确称取176.3g的Y₂O₃、353.6g的Al₂O₃、542.5g的Lu₂O₃、16.7g的CeO₂、0.80g的Sb₂O₃；

b)精确称取20g氟化铝并进行干球磨1.6h后过200目筛网；

c)将a)和b)步骤得到的原材料放入双锥形混料机中充分混合，混料时间为26h；

d)将c)步骤得到的混合物装入坩埚并放入高温隧道窑；

e)在高温隧道窑中通入氢气：氮气=3：1的还原性气氛，在1580℃下恒温烧灼4.5h；

f)将e)步骤得到的初产品从坩埚中取出，降至室温后，先用棒杵进行粗破碎，再对辊破碎；

g)将f)步骤得到的初产品用90℃的去离子水水洗5遍后，放入烘箱中烘干；

h)将g)步骤得到的初产品过200目筛网，包装，得到成品。

对比例： 

一种不掺杂Lu和Sb的铝酸盐绿色荧光粉，化学式为Y_2.925Al_1.2O₁₂：Ce³⁺ _0.071。

a)精确称取434.0g的Y₂O₃、80.4g的Al₂O₃、15.8g的CeO₂；

b)精确称取20g氟化铝并进行干球磨2h后过200目筛网；

c)将a)和b)步骤得到的原材料放入双锥形混料机中充分混合，混料时间为30h；

d)将c)步骤得到的混合物装入坩埚并放入高温隧道窑；

e)在高温隧道窑中通入氢气：氮气=3：1的还原性气氛，在1580℃下恒温烧灼4.5h；

f)将e)步骤得到的初产品从坩埚中取出，降至室温后，先用棒杵进行粗破碎，再对辊破碎；

g)将f)步骤得到的初产品用90℃的去离子水水洗5遍后，放入烘箱中烘干；

h)将g)步骤得到的初产品过200目筛网，包装，得到成品。

将实施例1-4及对比例进行性能测试，得到数据如下：

样品	发射峰（nm）	CIE坐标X	CIE坐标Y	发光强度
					对比例	558	0.435	0.545	100
实施例1	535	0.385	0.556	88
					实施例2	535	0.385	0.556	96
实施例3	520	0.351	0.567	84
					实施例4	520	0.351	0.567	92

从上表可以看出，不掺杂Lu的YAG的发射峰超出绿色波段530nm~510nm较多，但发光强度好；掺杂Lu的YAG的发射峰靠近或位于绿色波段530nm~510nm之间，发光强度有所下降，但在掺杂Sb后发光强度有较大提升。

Claims (3)

1.掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉，采用Ce3+激活，其通式（1）为： Y_3-x-y-mLu_ySb_mAl₅O₁₂：Ce³⁺ _x       （1） 其中x的取值范围为0.01~0.2，优选0.06~0.08；y的取值范围为0.5~4.5，优选1.0~4.5；m的取值范围为0~0.006，优选0.002~0.006。

2.根据权利要求1所述的掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉，其特征在于其光射峰值为530nm~510nm。

3.制备权利要求1所述的掺杂Lu、Sb的铝酸盐绿色荧光粉的方法，包括以下步骤：

a） 按照通式（1）的化学计量比分别称取氧化铝、氧化钇、氧化铈，氧化镥，氧化锑；

b） 根据拟取得荧光粉粒径大小及波长的不同选取不同的助熔剂，所述的助熔剂为硼酸、氟化铝中的一种或两种，将占通式（1）2-3%摩尔的助熔剂进行干球磨1.5-2h后过200目筛网；

c） 将a）和b）步骤得到的原材料放入双锥形混料机中充分混合，混料时间为25-30h；

d） 将c）步骤得到的混合物装入坩埚并放入高温隧道窑；

e） 在高温隧道窑中通入氢气：氮气=3：1的还原性气氛，在1580℃下恒温烧灼4.5h；

f）  将e）步骤得到的初产品从坩埚中取出，降至室温后，先用棒杵进行粗破碎，再对辊破碎；

g） 将f）步骤得到的初产品用90℃的去离子水水洗5遍后，放入烘箱中烘干；

h） 将g）步骤得到的初产品过200目筛网，包装，得到成品。