[发明专利]用于白光LED的Tb3+/Sm3+/Ce3+三掺杂α-NaYF4单晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氟化物单晶体的制备方法，具体涉及一种用于白光LED的Tb³⁺/Sm³⁺/Ce³⁺三掺杂α-NaYF₄单晶体及其制备方法。

背景技术

LED(Light-emitting diode)是一种将电能转换成光能的新半导体固体光源。由于其节能、环保、长寿命、低压安全、小型化以及不易损耗等特性，成为第四代新照明光源，实现正真的节能与绿色照明。目前多数LED照明器件是通过发蓝光的LED芯片(主要为InGaN)与黄色荧光粉(Ce³⁺：YAG)封装在一起，由芯片发出的蓝光与蓝光激发荧光粉所产生的黄光混合成白光发射，但有如下的缺陷：(1)白光色温偏高，显色指数偏低；(2)白光容易失真和漂移，产生稍蓝或稍黄的白光；(3)涂抹的荧光粉体由于颗粒度不均匀性对白光产生不利的影响；(4)用于封装的有机环氧树脂在光的辐照下容易老化；(5)成本较高等。专利申请号为200810040220.1的发明专利申请，尝试用稀土掺杂的发光玻璃来替代荧光粉，在用对人眼不敏感的紫外光激发下，实现白光的发射。但发光玻璃存在物化、热学、抗光辐照、稀土离子发光性能差等主要缺点，这些成为制约其大规模实际应用的最大瓶颈。

由于α-NaYF₄氟化物单晶体作为基质具有较低声子能量(300～400cm^-1)、掺杂于该晶体中稀土离子发光效率高、物化性能稳定、光学性能良好以及对稀土离子溶解性高特点，是一种理想的功能晶体。稀土Tb³⁺离子在紫外光激发下，能发射蓝光413nm(⁴D₃→⁷F₅)与黄绿光542nm(⁵D₃→⁷F₅)；Sm³⁺能发射红光643nm(⁴G_5/2→⁶H_9/2)；Ce³⁺发射蓝光350～450nm(⁵d→⁴f)。这些多色的光混合在一起，可望实现白光的发射。因此当Tb³⁺，Sm³⁺，Ce³⁺三掺杂α-NaYF₄单晶体所发射的混合光强度比例合适时，能混合发射出白光。

到目前为止，有关NaYF₄材料的报道都集中于微晶态材料，如公开号为CN102660287A的发明专利，则公开了一种六方相上转换纳米材料的制备方法，但由于纳米微晶粉末材料对光会产生强烈的散射，因此严重影响到器件的透过率，从而限制其在LED中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时高效率发射蓝光、黄绿光与红光，并能混合成白光的Tb³⁺/Sm³⁺/Ce³⁺三掺杂α-NaYF₄单晶体及其制备方法，该单晶体具有优秀的抗光辐照性能、机械性能、热学性能、物化性能及光学透过性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：用于白光LED的Tb³⁺/Sm³⁺/Ce³⁺三掺杂α-NaYF₄单晶体，该单晶体的化学式为α-NaY_(1-x-y-z)Tb_xSm_yCe_zF₄，其中x、y与z分别为Tb³⁺、Sm³⁺与Ce³⁺置换Y的摩尔比，其中0.0624＜x+y+z＜0.0896，x、y与z的比例为x∶y∶z＝1∶1.3～1.8∶0.2～0.78。

所述的用于白光LED的Tb³⁺/Sm³⁺/Ce³⁺三掺杂α-NaYF₄单晶体的制备方法，其步骤如下：

1)原料处理与制备：