CN107541211B - 适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉及其制备方法和应用，属于发光材料领域。本发明提供的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉，其通式是：Sr_1‑xM_xLu_2‑yLn_yO₄:Ce³⁺ _m,A_n，其中M代表Mg、Ca和Ba中的一种或任意组合；Ln代表Y、La、Gd和Sc中的一种或任意组合；A代表Li、Na、K、Rb和Cs中的一种或任意组合；0≤x≤0.5，0≤y≤1，0.0001≤m≤0.01；0≤n≤0.01。该蓝色发光的有效激发位置位于380‑450nm范围，发射峰值位置位于445‑480nm范围。该蓝色发光荧光粉的制备方法简单、无污染、成本低。该蓝色发光荧光粉有效地实现了近紫外光激发下发射蓝光的光转换作用。该荧光粉可作为一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉应用于蓝光发光器件或装置，也可与其他颜色发光荧光粉混合应用于白光发光器件或装置。

Description

适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于发光材料领域，具体涉及一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术

白光LED(Light Emitting Diode：发光二极管)具有高效、节能、寿命长等优点，可广泛用于各种照明设施上，如交通指示灯、路灯、汽车灯、户外显示屏和广告板等，它是一种环保、节能的绿色照明光源，是21世纪替代传统照明器件的新光源。

当前，白光LED照明的主流方案是采用蓝光LED芯片涂覆黄光荧光粉，黄光荧光粉发出的黄光和管芯透射出的蓝光混合成白光。然而，该方案由于光谱中缺少绿光和红光成分，导致器件的显色性较差，不适合室内照明，尤其如画廊、居室和展览馆等场所。为提高白光LED的显色性能，人们提出了利用近紫外光LED芯片涂覆红、绿、蓝三基色荧光粉，利用三基色荧光粉发出的三基色光实现白光发射，可将显色性提到高90以上。其中，开发适于近紫外光激发的红、绿、蓝三基色荧光粉是关键。

目前，业界公认的适于近紫外光激发的蓝光荧光粉有BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺(BAM)、Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺和Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺等。近来，公告号为CN 105219378 B专利公开了一种新型硅酸盐蓝色荧光粉Na₂(Ca_0.5Sr_0.5-x)(SiO₄):xEu²⁺。然而，BAM蓝粉抗热稳定性差，Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺、Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺和Na₂(Ca_0.5Sr_0.5-x)(SiO₄):xEu²⁺在400nm近紫外光区激发效率急剧下降。因此适合近紫外光区激发、热稳定性能优良的新型蓝光荧光粉有待进一步开发。

发明内容

本发明的目的是开发一种适合近紫外光区激发、热稳定性能优良的新型蓝光荧光粉，进而提供一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉，其通式是：Sr_1-xM_xLu_2-yLn_yO₄:Ce³⁺ _m,A_n，其中M代表Mg、Ca和Ba中的一种或任意组合；Ln代表Y、La、Gd和Sc中的一种或任意组合；A代表Li、Na、K、Rb和Cs中的一种或任意组合；0≤x≤0.5，0≤y≤1，0.0001≤m≤0.01；0≤n≤0.01。

在上述技术方案中，所述适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉表达式为：SrLu₂O₄:Ce³⁺ _0.002。

一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)按化学计量比称取通式中各金属元素化合物，充分研细混匀；

所述金属元素化合物为金属元素氧化物或者金属元素盐类化合物；

2)将步骤1)得到的混合物于温度1500-1650℃下，在还原气氛下，烧结4-8小时即得到烧结体；

3)将步骤2)得到的烧结体研磨后，经洗涤、过滤、烘干即得适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉。

在上述技术方案中，步骤2)中：所述还原气氛是用CO或者H₂和N₂混合气作为还原气氛。

在上述技术方案中，步骤2)中：所述烧结的温度为1550-1600℃，时间为4小时。

一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的应用，所述蓝色发光荧光粉作为近紫外光LED的光转换材料，应用于蓝光发光器件或装置。

一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的应用，所述蓝色发光荧光粉与其他颜色发光荧光粉混合，应用于白光发光器件或装置。

在上述技术方案中，所述其他颜色发光荧光粉为适合近紫外光激发的绿光和红光荧光粉。

本发明的有益效果是：

本发明提供的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉，利用稀土元素Ce³⁺离子的4f-5d能带结构，可在380-450nm范围波长光激发下发出峰值位置位于445-480nm范围的蓝光发射，有效地实现了近紫外光激发下发射蓝光的光转换作用。

本发明提供的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的制备方法简单、无污染、成本低。

本发明提供的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉，可作为近紫外光LED的光转换材料，实现蓝光发光器件或装置，或与其他颜色发光荧光粉混合，实现白光发光器件或装置。该荧光粉也可能在FED(场发射显示器)和PDP(等离子体显示器)等领域具有一定的应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例1SrLu₂O₄:Ce³⁺的XRD衍射图谱。

图2为实施例1SrLu₂O₄:Ce³⁺的发射光谱图(403nm激发)。

图3为实施例1SrLu₂O₄:Ce³⁺的激发光谱图(监测458nm)。

图4为实施例1SrLu₂O₄:Ce³⁺的变温强度变化图。

图5为实施例1SrLu₂O₄:Ce³⁺封装的白光LED电致发光光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以详细说明。

一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉，其通式是：Sr_1-xM_xLu_2-yLn_yO₄:Ce³⁺ _m,A_n，其中M代表Mg、Ca和Ba中的一种或任意组合；Ln代表Y、La、Gd和Sc中的一种或任意组合；A代表Li、Na、K、Rb和Cs中的一种或任意组合；0≤x≤0.5，0≤y≤1，0.0001≤m≤0.01；0≤n≤0.01。M和Ln为发光特性调节剂，A为电荷补偿剂，该荧光粉的一般表达式为：SrLu₂O₄:Ce³⁺。

一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)按化学计量比称取通式中各金属元素化合物，充分研细混匀；

所述金属元素化合物为金属元素氧化物或者金属元素盐类化合物；

2)将步骤1)得到的混合物，置入高纯刚玉或其他种类的坩埚中，在温度1500-1650℃内，在CO或H₂和N₂混合气还原气氛条件下，烧结4-8小时即得到烧结体；优选烧结时间为1550-1600℃，时间为4小时。

3)将步骤得2)得到的烧结体研磨后，经洗涤、过滤、烘干即得适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉。

一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的应用，所述蓝色发光荧光粉作为近紫外光LED的光转换材料，应用于蓝光发光器件或装置，或者所述蓝色发光荧光粉与其他颜色发光荧光粉混合，应用于白光发光器件或装置。所述其他颜色发光荧光粉可以为适合近紫外光激发的绿光和红光荧光粉。

实施例1：制备Sr_1-xM_xLu_2-yLn_yO₄:Ce³⁺ _m,A_n，其中x＝0；y＝0；m＝0.002；n＝0；其表达式为：SrLu₂O₄:Ce³⁺ _0.002。按化学计量比称取SrCO₃，Lu₂O₃和CeO₂，将称取的原料充分研细混匀后，置入高纯刚玉坩埚，在1600℃、H₂和N₂还原气氛条件下，烧结4小时，冷却出料后，稍加研磨，经洗涤、过滤、烘干即得到该蓝色发光荧光粉样品。其XRD衍射图谱如图1所示，与标准卡片数据对比，可见该样品为纯相的SrLu₂O₄结构。其发射光谱和激发光谱如图2、3所示，激发谱有效激发范围覆盖380-450nm，激发峰值位置位于403nm附近；发射谱覆盖417-600nm，发射峰值位置位于458nm附近。图4为该样品的变温光谱，在150℃下，其发光强度仍为25℃下的86％，表明其具有优良的热稳定性，具备应用性能。图5为该样品配合405nm紫外芯片，组合黄色和红色荧光粉获得的白光LED的光谱，可通过组分的不同比例获得不同色温下高显色指数的白光。

实施例2至实施例122：制备步骤与实施例1皆相同，其化学式、合成温度、焙烧时间和发光颜色都列于附表1中，实施例2是于CO还原气氛条件进行的，实施例2至实施例122所用原料为各金属元素的氧化物或盐类化合物。

附表1实施例1-122的化学式、合成温度、焙烧时间和发光颜色

由以上实施例可以看出本发明的荧光材料制备方法简单，无污染，成本低，化学性能稳定。该材料将成为一种非常具有实用价值的适合近紫外光激发的蓝光发光材料。

利用本发明提供的蓝色发光荧光粉与近紫外光LED管芯封装蓝光发光器件的方法如下：

1)将近紫外光LED芯片粘接到LED支架上，并将LED芯片的正负极通过金属线或者导电胶与支架正负极相连；

2)将本发明提供的蓝色发光荧光粉与环氧树脂或硅胶等封装材料混合，搅拌均匀，静置0.5h排除气泡，形成粉胶；

3)将步骤2)中的粉胶涂覆在LED支架中，覆盖LED芯片和金属线；

4)将步骤3)中的LED支架放入烘箱中，120-150℃固化2-4h，即可得到蓝光发光器件。

利用本发明提供的蓝色发光荧光粉与近紫外光LED管芯封装白光发光器件的方法如下：

1)将近紫外光LED芯片粘接到LED支架上，并将LED芯片的正负极通过金属线或者导电胶与支架正负极相连；

2)将本发明提供的蓝色发光荧光粉与适合近紫外光激发的绿光和红光荧光粉按一定比例混合均匀；

3)将步骤2)中混合均匀的蓝绿红荧光混粉与环氧树脂或硅胶等封装材料混合，搅拌均匀，静置0.5h排除气泡，形成粉胶；

4)将步骤3)的粉胶涂覆在LED支架中，覆盖LED芯片和金属线；

5)将步骤4)中的LED支架放入烘箱中，120-150℃固化2-4h，即可得到白光发光器件。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉，其特征在于，其通式是：Sr_1-xM_xLu_{2- y}Ln_yO₄:Ce³⁺ _m,A_n，其中M代表Mg、Ca和Ba中的一种或任意组合；Ln代表Y、La、Gd和Sc中的一种或任意组合；A代表Li、Na、K、Rb和Cs中的一种或任意组合；0≤x≤0.5，0≤y≤1，0.0001≤m≤0.01；0≤n≤0.01。

2.根据权利要求1所述适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉，其特征在于，其表达式为：SrLu₂O₄:Ce³⁺ _0.002。

3.一种权利要求1或2所述的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按化学计量比称取通式中各金属元素化合物，充分研细混匀；

所述金属元素化合物为金属元素氧化物或者金属元素盐类化合物；

2)将步骤1)得到的混合物于温度1500-1650℃下，在还原气氛下，烧结4-8小时即得到烧结体；

3)将步骤2)得到的烧结体研磨后，经洗涤、过滤、烘干即得适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中：所述还原气氛是用CO或者H₂和N₂混合气作为还原气氛。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中：所述烧结的温度为1550-1600℃，时间为4小时。

6.一种权利要求1或2所述的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的应用，其特征在于，所述蓝色发光荧光粉作为近紫外光LED的光转换材料，应用于蓝光发光器件或装置。

7.一种权利要求1或2所述的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的应用，其特征在于，所述蓝色发光荧光粉与其他颜色发光荧光粉混合，应用于白光发光器件或装置。

8.根据权利要求7所述的适于近紫外光激发的蓝色发光荧光粉的应用，其特征在于，所述其他颜色发光荧光粉为适合近紫外光激发的绿光和红光荧光粉。

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