[发明专利]一种红色荧光粉及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明是属于荧光材料领域，具体涉及一种红色荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术

白光LED是继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源，被称为21世纪绿色光源，具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点。LED固态光源替代传统照明光源是大势所趋。

目前白光LED发出白光的方式主要是利用荧光粉转换法。已商业化的白光LED是发射兰光(460nm)的InGaN管芯与发射黄光的YAG:Ce组成的。该方式工艺简单，成本较低，存在着显色性差、色温偏高、缺少红色成分的缺点。因此，利用这种方案实现5000K以下的低色温、Ra＞80高显色指数，高亮度的暖白光LED较难，需要加入可被蓝光激发的红色荧光粉来改善性能。研发可被蓝光更有效激发的，光子转换效率更高的荧光粉难度较大。LED的光色会变得更加柔和或鲜艳，以适应不同的应用需要，各色的荧光粉在白光和彩色LED领域中均有广泛的应用，但在彩色LED上的应用还刚刚起步，需要进一步进行深入的研究和开发。

白光LED用的商用红色荧光粉局限于氮化物、氧氮化物和硫化物基材，存在制备复杂、成本较高、服役稳定性差等特点。甚至，YAG:Ce黄粉在80℃下会有20％的发光强度衰减。开发具有良好发光特性、化学性质稳定、成本低的新型高性能红色LED荧光粉，迫在眉睫。

新荧光粉的优秀基质材料至关重要，必须满足具有良好的化学稳定性、合适的禁带宽度和晶体结构、以及低的生产成本。综上所述，寻找良好的基质材料进而制备发光性能优异的LED用荧光材料具有重大的科学和现实意义。

发明内容

本发明提出一种可用于由兰色或近紫外发光二极管激发的用于白光LED照明的红色荧光粉材料Ln₂M₂O₇:Eu(Ln＝La、Gd、Y；M＝Ti、Zr、Hf)及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种LED激发的红色荧光粉，该材料的化学式可以表达为Ln_2-xM₂O₇:xEu，并符合如下条件：Ln为La、Gd、Y的一种或组合，M为Ti、Zr、Hf的一种或组合，其中，Ln＝La_2-x-y-zGd_yY_z(0≤y+z≤2-x，x为Eu的掺杂量)和M＝Ti_2-x-yZr_xHf_y(0≤x+y≤2)；Eu为发光中心，掺杂位于Ln位，掺杂值x＝0.02-1.0，最佳x范围0.3-0.5。该LED激发的新型红色荧光材料，在兰光芯片(455-465nm)或近紫外光芯片(380-395nm)激发下，发射出为570-640nm之间的荧光，红色荧光在于600-620nm之间。

LED激发的红色荧光粉Ln_2-xM₂O₇:xEu(Ln＝La、Gd、Y；M＝Ti、Zr、Hf)的制备方法采用固相反应。首先按Ln_2-xM₂O₇:xEu化学组成配比选用适量原料进行配料，采取球磨混料，使混料细化并充分混和；然后将球磨后的混料装入刚玉坩埚或其它容器中，在炉内进行预烧，温度为500～1000℃，时间为0～48h；所得粉体研磨后在800～1500℃再次进行烧制，反应时间为12～96h，此过程可重复进行；所制备的荧光粉体球磨、细化和筛分，即得到红色荧光材料。

本发明采用的含Ln和Eu的原料为氧化物、金属粉体、硝酸盐、醋酸盐；含M的原料为氧化物、金属粉体、氧硫酸盐。

本发明的创新之处在于Ln₂M₂O₇材料通过稀土Eu³⁺掺杂获得由兰色LED激发的高亮度红光，在Ln位的掺杂浓度可以高达40mol％，而且没有引起荧光淬灭，掺杂浓度远远超过常见荧光粉最佳值(通常低于5～10％)。该荧光材料的基质具有3eV以上的带隙，总体荧光粉体表颜色为白色的，在兰光激发下呈现红色，在浓酸下很稳定，可以克服YAG:Ce黄粉在高温度(50-80℃)下具有衰减的特性。

本发明的材料可用于白光LED及相关显示、照明器件。本发明的设计思路独特，原料廉价易得，制备工艺简单，材料的化学性质稳定，发光性能优异，是理想的白光LED用荧光粉候选材料。

附图说明