[发明专利]一种红色荧光粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红色荧光粉及其制备方法。

背景技术

美国、日本、欧洲和中国等相继出台限制白炽灯、汞灯和三基色荧光灯的政策，且美国能源之星标准规定，室内照明的显色指数CRI≥80，在一些高端的应用场合要求CRI≥90。LED做为新一代固态照明和显示技术，可通过多种方法实现对高显色性的要求，加入高质量的LED红色荧光粉是其中的一种重要手段。

M₂Si₅N₈:Eu²⁺(M=Ca、Sr、Ba)和CaAlSiN₃:Eu²⁺这类氮化物红色荧光粉物化性质很稳定，在空气和水中稳定不分解，而且具有光衰小、发光量子高等优点。与前者相比，CaAlSiN₃:Eu²⁺具有更长发射波长，抗衰减性也有所提高。它的激发谱从200nm延伸到590nm，主要激发峰位于335nm和450nm处；发射峰系宽带,随着Eu²⁺掺杂量的增加，峰位从640nm移至680nm，是现有主要商业红色荧光粉。

对CaAlSiN₃的研究，从1985年开始，ZHEN-KUNHUANG对CaO-AlN-Si₃N₄相图进行了研究；在此基础上，KyotaUheda于2006年首次报道了CaAlSiN₃:Eu²⁺红色荧光粉，研究了其光谱性能和猝灭温度。在申请公布号CN102174324A和申请公布号CN102206491A中，独立行政法人物质·材料研究机构和三菱化学株式会社共同申请了CaAlSiN₃为主相的荧光粉，使用该荧光粉可成功制作高效率发射暖白光的白色发光二极管。克里公司在公开号CN101451063A专利中加入激活离子Ce³⁺，在N原子处也引入多种阴离子，但未提及这些改变对性能等的影响。英特曼帝克司公司在申请公布号CN102282641A中认为合成CaAlSiN₃过程中加入小于2%的F^-或Cl^-离子不仅能提供吸附效应（gettering effect），且是使氧杂质含量保持低水平的原因。

到目前为止，这种新型硅基氮化物红色荧光粉仍存在的如下现象：①这类荧光粉发光效率仍然较低，仅为YAG黄色荧光粉亮度的一半左右。②由于氮化物的相对惰性，硅基氮化物荧光粉的合成通常需要活泼原料、高温和高压等苛刻条件，这极大地制约了该系列荧光粉的工业化生产和应用，也使得新型氮化物荧光粉的开发极为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种红色荧光粉及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种红色荧光粉，其化学结构式为：Ca_1-x-y-zSr_xEu_yL_zAlSiN_3-zO_z，其中，L为Li、Na、K、Rb或Cs中的至少一种，0.2≤X≤0.8，0.01≤Y≤0.1，0≤Z≤0.2。

申请人经研究发现：由于CaAlSiN₃料属于正交结构，结构中(Si/Al)N₄四面体共角顶形成紧密的三维骨架，碱土金属离子充填在空隙中；这种三维骨架结构不仅坚固,而且能够产生更大的晶体场分裂和更强的共价性；在这种基质中Eu²⁺所占据格位离子的配位数低，晶场也较强，但是基质中都存在着电负性较大的、高电荷小半径的阳离子Si⁴⁺离子、Al³⁺离子，它们的强极化作用使N^3-对Eu²⁺的电子云扩大效应减弱了，而使Eu²⁺的4f⁶5d能级重心处于高的能量状态；基质中Ca元素的电负性小于Eu元素的电负性，基质中Ca²⁺会使Eu-N键的共价成分增大，一方面Al³⁺的存在削弱了Eu-N键的共价程度，另一方面，Ca²⁺的存在又会增强Eu-N键的共价程度，随着电负性更大的碱金属离子取代Ca²⁺离子，Eu-N键共价程度增大。这样提高了产物的发光强度并导致发射光谱红移。