[发明专利]一种铕掺杂的超宽带红色荧光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种铕掺杂的超宽带红色荧光材料及其制备方法和应用。其化学通式为：K₃GdSi₂O₇:xEu，其中0.002≤x≤0.2，Eu是指Eu²⁺和Eu³⁺两种不同化学价态共存的离子。通过改变Eu的掺杂浓度和激发波长，可实现荧光粉色度在红光范围内的可控调节。本发明提供的荧光粉在紫外光和蓝光区域(285‑500nm)拥有宽带激发光谱，可封装于高亮度的近紫外LED芯片上制备暖白光LED照明器件；在500～815nm波长范围内拥有超宽带发射，半高宽高达120nm以上，可实现Eu²⁺离子的超宽带红光发射，突破了大部分硅酸盐氧化物荧光粉中Eu²⁺离子只能发蓝光、绿光或黄光的局限。

技术领域

本发明属于面向固态照明的发光材料领域，尤其涉及一种铕掺杂的超宽带红色荧光材料及其制备方法和应用。

背景技术

荧光转换白色发光二极管(LED,LightEmittingDiode)因其拥有发光效率高，能耗低，寿命长，体积小，环保无污染等优点，已逐渐取代传统的白炽灯和荧光灯，成为主流的照明光源。商业化的白光LED主要是由InGaN蓝光芯片和Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG:Ce³⁺)黄色荧光粉组合实现。但是，这类白光LED由于发射光谱缺少红光成分，导致显色指数偏低与相关色温偏高，制约了其在固态照明领域的进一步应用。为了解决现有商业化白光LED的不足，通常在上述白光LED中引入一种性能优异的红色荧光粉以获得较高的显色指数和适中的相关色温。尽管如此，此类基于蓝光激发的白光LED发射光谱中蓝光成分远高于自然光，可对人体生物节律和视力造成一定的影响。因此，研究人员开始转向能被紫外光激发基荧光粉的开发，利用近紫外芯片与宽带发射的三基色荧光粉组合来获得更接近于太阳光谱的LED光源。

目前，市场上已有较为成熟的宽带发射的蓝色和绿色荧光粉，但红色荧光粉较少，仅有一些氮化物基质的荧光粉在紫外光激发下可实现宽带红光发射。不过，氮化物基质的荧光粉制备条件相对较苛刻，原料较昂贵，阻碍了其在白光LED中的进一步应用。所以，开发一种能被近紫外光激发且性能优异的氧化物基宽带红色荧光粉对白光LED的发展具有重要意义。

Eu²⁺是一种具有优异发光性能的稀土离子，其在很多基质中表现为宽带的荧光光谱(4f-5d跃迁)，且可通过基质晶体结构调控来实现从蓝光到红光的发光转变。宽带发射的Eu²⁺离子掺杂氮化物红色荧光粉已被商用化。然而，Eu²⁺离子在氧化物基质中的宽带红光发射仍较难实现。尤其是制备高效、光学性能突出的Eu²⁺-Eu³⁺共存硅酸盐基超宽带(半峰宽120nm)红色荧光材料更少。

发明内容

本发明的一个目的是针对上述现有技术问题，提供一种新颖的Eu²⁺-Eu³⁺共存的硅酸盐超宽带红色荧光粉。该荧光粉可实现Eu²⁺离子的超宽带红光发射，突破了绝大部分硅酸盐氧化物荧光粉中Eu²⁺离子只能发蓝光、绿光或黄光的局限；此外，通过改变Eu的掺杂浓度和激发光源波长，可实现荧光粉色度在红光范围内的调控。

本发明所采用的一个技术方案是：一种Eu²⁺-Eu³⁺共存的硅酸盐红色荧光粉，其化学通式为：K₃GdSi₂O₇:xEu，其中0.002≤x≤0.2，Eu是指Eu²⁺和Eu³⁺两种不同化学价态共存的离子。

本发明的另一个目的是提供上述技术方案所述的Eu²⁺-Eu³⁺共存的硅酸盐红色荧光粉的制备方法，采用高温固相法，其基本步骤如下：