[發明專利]一種紅色熒光粉及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201010176649.0
• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN101824320A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 周震;黃富強
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C09K11/78
• 分類號: C09K11/78;H01L33/50
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

技術領域

本發明是屬于熒光材料領域，具體涉及一種紅色熒光粉及其制備方法和應用。

背景技術

白光LED是繼白熾燈、日光燈和節能燈之后的第四代照明電光源，被稱為21世紀綠色光源，具有綠色環保、壽命超長、高效節能、抗惡劣環境、結構簡單、體積小、重量輕、響應快、工作電壓低及安全性好的特點。LED固態光源替代傳統照明光源是大勢所趨。

目前白光LED發出白光的方式主要是利用熒光粉轉換法。已商業化的白光LED是發射蘭光(460nm)的InGaN管芯與發射黃光的YAG:Ce組成的。該方式工藝簡單，成本較低，存在著顯色性差、色溫偏高、缺少紅色成分的缺點。因此，利用這種方案實現5000K以下的低色溫、Ra＞80高顯色指數，高亮度的暖白光LED較難，需要加入可被藍光激發的紅色熒光粉來改善性能。研發可被藍光更有效激發的，光子轉換效率更高的熒光粉難度較大。LED的光色會變得更加柔和或鮮艷，以適應不同的應用需要，各色的熒光粉在白光和彩色LED領域中均有廣泛的應用，但在彩色LED上的應用還剛剛起步，需要進一步進行深入的研究和開發。

白光LED用的商用紅色熒光粉局限于氮化物、氧氮化物和硫化物基材，存在制備復雜、成本較高、服役穩定性差等特點。甚至，YAG:Ce黃粉在80℃下會有20％的發光強度衰減。開發具有良好發光特性、化學性質穩定、成本低的新型高性能紅色LED熒光粉，迫在眉睫。

新熒光粉的優秀基質材料至關重要，必須滿足具有良好的化學穩定性、合適的禁帶寬度和晶體結構、以及低的生產成本。綜上所述，尋找良好的基質材料進而制備發光性能優異的LED用熒光材料具有重大的科學和現實意義。

發明內容

本發明提出一種可用于由蘭色或近紫外發光二極管激發的用于白光LED照明的紅色熒光粉材料Ln₂M₂O₇:Eu(Ln＝La、Gd、Y；M＝Ti、Zr、Hf)及其制備方法。

本發明的技術方案是：

一種LED激發的紅色熒光粉，該材料的化學式可以表達為Ln_2-xM₂O₇:xEu，并符合如下條件：Ln為La、Gd、Y的一種或組合，M為Ti、Zr、Hf的一種或組合，其中，Ln＝La_2-x-y-zGd_yY_z(0≤y+z≤2-x，x為Eu的摻雜量)和M＝Ti_2-x-yZr_xHf_y(0≤x+y≤2)；Eu為發光中心，摻雜位于Ln位，摻雜值x＝0.02-1.0，最佳x范圍0.3-0.5。該LED激發的新型紅色熒光材料，在蘭光芯片(455-465nm)或近紫外光芯片(380-395nm)激發下，發射出為570-640nm之間的熒光，紅色熒光在于600-620nm之間。

LED激發的紅色熒光粉Ln_2-xM₂O₇:xEu(Ln＝La、Gd、Y；M＝Ti、Zr、Hf)的制備方法采用固相反應。首先按Ln_2-xM₂O₇:xEu化學組成配比選用適量原料進行配料，采取球磨混料，使混料細化并充分混和；然后將球磨后的混料裝入剛玉坩堝或其它容器中，在爐內進行預燒，溫度為500～1000℃，時間為0～48h；所得粉體研磨后在800～1500℃再次進行燒制，反應時間為12～96h，此過程可重復進行；所制備的熒光粉體球磨、細化和篩分，即得到紅色熒光材料。

本發明采用的含Ln和Eu的原料為氧化物、金屬粉體、硝酸鹽、醋酸鹽；含M的原料為氧化物、金屬粉體、氧硫酸鹽。

本發明的創新之處在于Ln₂M₂O₇材料通過稀土Eu³⁺摻雜獲得由蘭色LED激發的高亮度紅光，在Ln位的摻雜濃度可以高達40mol％，而且沒有引起熒光淬滅，摻雜濃度遠遠超過常見熒光粉最佳值(通常低于5～10％)。該熒光材料的基質具有3eV以上的帶隙，總體熒光粉體表顏色為白色的，在蘭光激發下呈現紅色，在濃酸下很穩定，可以克服YAG:Ce黃粉在高溫度(50-80℃)下具有衰減的特性。

本發明的材料可用于白光LED及相關顯示、照明器件。本發明的設計思路獨特，原料廉價易得，制備工藝簡單，材料的化學性質穩定，發光性能優異，是理想的白光LED用熒光粉候選材料。

附圖說明