[发明专利]一种晶型调控的多色荧光材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光电材料和器件技术领域，特别涉及一种晶型调控的多色荧光材料及其制备方法和应用。

背景技术

在全球低碳、节能、环保的大背景下，半导体照明及显示技术在过去几十年中得到了快速发展和广泛应用。2014年，瑞典皇家科学院把诺贝尔物理大奖颁给了发明蓝光LED的三位科学家，给全球半导体照明产业注入了更加坚定的信心和积极的信号。业界就预测，今后的二十年或是更长时间内将是LED照明产业的黄金发展期。荧光粉是实现白光LED的关键材料之一，其发光特性决定了白光LED光源的光效、色温、显色指数等性能。半导体照明产业的不可限量发展前景也为荧光粉带来了巨大的发展机会。目前，实现白光LED的主流模式是InGaN蓝光芯片激发YAG：Ce³⁺黄色荧光粉。但由于白光中缺少红光成分，器件的显色指数偏低、色温偏高。为了获得高显色性、低色温白光LED光源，包括氮化物、氟化物、硫化物等系列蓝光可激发的红色荧光粉得到了开发和应用。硫化物荧光材料的化学稳定性能差、易潮解，而氮化物荧光粉的制备条件苛刻、原料获取不易。同时，随着宽禁带半导体材料的不断成熟和发展，近紫外基白光LED的发展凸显强劲势头。相应地，与近紫外芯片相匹配的蓝、绿、黄、红色或单相白光荧光粉得到了学术界和产业界的广泛关注。在LED照明产业发展得如火如荼的今天，开发研究低成本、性能可调荧光材料对于推动整个半导体照明产业的发展具有重要意义。

硅酸盐荧光材料具有发光效率高、成本低廉等优点，且远程荧光体方案的出现缓解了其热稳定性问题，成为近年来半导体照明用荧光粉领域的研究热点之一。正硅酸钙Ca₂SiO₄是传统建筑结构材料水泥的主要成分，是一种同质多晶化合物具有丰富的固态相变过程(共有5种晶型，γ，β，α′_L，α′_H，α)。稀土离子，特别是Ce³⁺/Eu²⁺掺杂的荧光粉材料，其跃迁发射性能严重依赖于基质的晶体结构。Ca₂SiO₄多晶体可为稀土离子提供丰富多彩的局域晶格环境，精细调控Ca₂SiO₄的晶型有望制备合成出低成本、发光颜色可调的多色荧光材料。

发明内容

本发明针对上述技术分析和存在问题，提供一种晶型调控的颜色可调硅酸钙荧光材料及其制备方法和应用，该材料在紫外光或蓝光的激发下，可实现整个可见光范围内的蓝光-绿光-黄光-红光可调颜色发射，在LED照明、显示器件领域具有潜在的应用前景。

本发明的技术方案：

一种晶型调控的多色荧光材料，其化学通式为Ca₂SiO₄：xRe，yM，其中Re为稀土离子Ce³⁺或Eu²⁺，M是调控晶型的掺杂剂离子Al³⁺、Li⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、P⁵⁺和B³⁺等离子中的一种或两种任意比例的混合；Re的添加量按摩尔计量比取代Ca₂SiO₄中的Ca离子，化学通式Ca₂SiO₄：xRe，yM中x的取值范围是0.001≤x≤0.4；M的添加量根据掺杂剂离子的种类按摩尔计量比取代Ca₂SiO₄中的Ca或Si离子，化学通式Ca₂SiO₄：xRe，yM中y的取值范围是为0.00≤y≤1.0；

所述掺杂剂离子Al³⁺、Li⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、P⁵⁺和B³⁺等离子由化合物Al₂O₃、Li₂CO₃、SrCO₃、BaCO₃、NH₄H₂PO₄、B₂O₃提供；