CN101597493A - 一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉及其制造方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉及其制造方法和应用，该荧光粉的结构式为：M_3－x－y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y＜0.2，制备方法为，将上述结构式中的元素的单质、氧化物或相应盐类，加入助熔剂，混合均匀后或经共沉淀处理后再加入助熔剂，在高温下反应合成，经后处理得到该材料。本发明的荧光粉具有发光亮度高、粒度均匀、发射波长可根据需要调节、激发波长宽、化学稳定性好等特点，制造方法简单、无污染、成本低，可应用于白光LED制备。

Description

一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉及其制造方法和应用

技术领域

本发明属于荧光粉技术领域，特别涉及一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉及其制造方法和应用，应用该荧光粉可制备白光LED光源。

背景技术

白光LED具有无污染、长寿命、耐震动和抗冲击的鲜明特点，白光LED是LED产业中最被看好的新兴产品，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，白光LED在照明市场的前景备受全球瞩目，欧、美及日本等先进国家也投入许多人力，并成立专门的机构推动白光LED研发工作。它将成为21世纪的新一代光源--第四代电光源，以替代白帜灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源，白光LED孕育着巨大的商机。目前，用LED芯片与荧光粉组合，利用LED芯片发射的紫外光、紫光、蓝光激发荧光粉制备白光LED的方法被普遍使用。其中，用InGaN蓝光芯片发射的蓝光激发涂覆在芯片上的发黄光的YAG:Ce荧光粉组合制备的白光LED已经商业化。但是由于发黄光的YAG:Ce荧光粉发射光谱中缺乏波长大于600nm的红光发射，导致白光LED的显色指数(Ra)不高，要提高显色指数就需要添加蓝光激发发射红光的荧光粉，目前这类材料的发光效率普遍较低，暂不能完全满足使用要求。且由于芯片的衰减和光谱漂移造成YAG:Ce荧光粉量子效率下降。所以，开发量子效率高，稳定性好，激发光谱宽，有红光发射的荧光粉以取代目前普遍使用的YAG:Ce荧光粉对制备高品质白光LED具有重要实际意义。

发明内容：

针对现有技术的不足和缺陷，本发明的一个目的是提供一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉及其制造方法，该荧光粉具有激发光谱范围宽，发射光谱在蓝绿到黄色、橙红色区域，量子效率高，稳定性好的特点；同时提供了一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉的应用，特别涉及制备白光LED的应用。

本发明提供的碱土金属磷硅酸盐荧光粉主要化学组成可用下列化学式表示：M_3-x-y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y＜0.2，；其中M是选自Sr、Ca，Ba，Mg，Zn中的一种或多种元素组合，其中R是选自锰Mn、铋Bi、钪Sc、钇Y、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu中的一种或多种元素组合。

本发明提供的上述碱土金属磷硅酸盐荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)按化学式M_3-x-y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y＜0.2。准确称取上述结构式中各原料的氧化物或各原料其他形式的盐类，再称取0.02％～3％的助熔剂并将这些组分混合均匀。

(2)将上述混合均匀的原料装入坩埚中，置于高温炉中，在空气(或还原气氛)中烧结温度为1000℃～1400℃，烧结时间为2～10小时。

(3)将烧结材料在还原气氛下烧成，烧成温度为1000℃～1400℃，烧成时间为1～4小时。

(4)将烧成料破碎至需要粒径，洗涤、过筛、烘干，即得所需产品。

将所述产品荧光粉与紫外、紫光、蓝光芯片组合使用，在制备白光LED中应用。

本发明荧光粉可被紫外、紫光和蓝光激发，激发光谱范围240nm～520nm，随着组分及浓度的变化发射光谱波长主峰波长在430nm～630nm之间变化。因此，由荧光粉M_3-x-y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y，(其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y＜0.2)与紫外芯片、紫光芯片或蓝光芯片组合可获得不同色温的白光LED光源。

由于本发明产品在红光发射区域较强，谱带较宽，因此较以往产品相比，获得不同色温的白光LED的显色指数Ra大于80。该白光LED可应用其制作LED路灯及室内照明灯具。

附图说明：

图1为本发明提供的碱土金属磷硅酸盐荧光粉的激发光谱图。

图2为应用本发明提供的碱土金属磷硅酸盐荧光粉制备的激发光谱图。

图3为本发明提供的碱土金属磷硅酸盐荧光粉与蓝光、紫光芯片组合制备的白光LED光源的发射光谱图。

具体实施方式：

本发明的具体实施方式如下：

本发明采用的结构式为：M_3-x-y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y＜0.2，其中M是选自Sr、Ca，Ba，Mg，Zn中的一种或多种元素组合，其中R是选自锰Mn、铋Bi、钪Sc、钇Y、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu中的一种或多种元素组合。准确称取上述结构式中各原料的氧化物或其他形式的盐类，如：氧化硅(SiO₂)、氧化铕(Eu₂O₃)、碳酸锶(SrCO₃)、磷酸氢锶(SrHPO₄)，再称取0.02％～3％的助熔剂并将这些组分混合均匀。然后将混匀的原料装入坩埚中，置于高温炉中，在空气(或还原气氛)中烧结温度为1000～1400℃，烧结时间为2～10小时。再将烧结材料在还原气氛下烧成，烧成温度为1000℃～1400℃，烧成时间为1～4小时(此步骤根据实际需要选择)。待高温炉冷却到室温，将料取出破碎至需要粒径，80℃左右去离子水洗涤、湿过筛、于100℃～120℃烘干即得本发明荧光粉。

为了确保品质，用固相法合成中所用原料需经过预处理，即将原料烘干后并破碎至粒径接近一致。

实施例1：SrHPO₄：2.00mol

         SrCO₃：2.99mol

         SiO₂：1.00mol

         Eu₂O₃：0.01mol

制备方法：准确称取上述原料，再称取0.02％～3％的助熔剂并将这些组分混合均匀。然后将混匀的原料装入坩埚中，置于高温炉中，在空气(或还原气氛)中烧结温度为1000～1400℃，烧结时间为2～10小时。再将烧结材料在还原气氛下烧成，烧成温度为1000℃～1400℃，烧成时间为1～4小时(此步骤根据实际需要选择)。待高温炉冷却到室温，将料取出破碎至需要粒径，80℃左右去离子水洗涤、湿过筛、于100℃～120℃烘干即得本发明荧光粉。该荧光粉的发射光谱在585nm的激发光谱如图1所示。该荧光粉240nm～520nm范围内均可被有效激发而发射较宽的发射光谱。说明该荧光粉可与紫外、紫光及蓝光芯片组合制备白光LED光源。

实施例2：SrHPO₄：2.00mol

         SrCO₃：2.75mol

         BaCO₃：0.20mol

         SiO₂：1.00mol

         Eu₂O₃：0.05mol

制备方法同实施例1。该荧光粉的发射光谱在585nm的激发光谱如图1所示。该荧光粉240nm～520nm范围内均可被有效激发而发射较宽的发射光谱。说明该荧光粉可与紫外、紫光及蓝光芯片组合制备白光LED光源。

实施例3：SrHPO₄：2.00mol

         SrCO₃：2.60mol

         BaCO₃：0.20mol

         CaCO₃：0.15mol

         ZnO：0.05mol

         SiO₂：1.00mol

         Eu₂O₃：0.05mol

制备方法同实施例1。该荧光粉的发射光谱在585nm的激发光谱如图1所示。该荧光粉在240nm～520nm范围内均可被有效激发而发射较宽的发射光谱。说明该荧光粉可与紫外、紫光及蓝光芯片组合制备白光LED光源。

实施例4：SrHPO₄：2.00mol

         MgO：1.65mol

         SrCO₃：1.15mol

         CaCO₃：0.15mol

         SiO₂：1.00mol

         Eu₂O₃：0.03mol

         Dy₂O₃：0.02mol

制备方法同实施例1。

该荧光粉的发射光谱在560nm的激发光谱如图1所示。该荧光粉在240nm～520nm范围内均可被有效激发而发射较宽的发射光谱。说明该荧光粉可与紫外、紫光及蓝光芯片组合制备白光LED光源。

实施例5：SrHPO₄：2.00mol

BaCO₃：0.65mol

CaCO₃：0.30mol

SiO₂：1.00mol

CeO：0.05mol

MnCO₃：0.05mol

制备方法同实施例1。

该荧光粉的发射光谱在630nm的激发光谱如图1所示。该荧光粉在240nm～520nm范围内均可被有效激发而发射较宽的发射光谱。说明该荧光粉可与紫外、紫光及蓝光芯片组合制备白光LED光源的红色成分。

以上实施例是为了具体说明本发明而提出的，不能视为对本发明的限制。

最后依据三原色配色原理将碱土金属磷硅酸盐荧光粉M_3-x-y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y(其中0.001≤x≤0.1，00.01≤y＜0.2)，与透明硅胶或树脂混合成荧光粉混合粉浆，将荧光粉混合粉浆涂在与之相匹配紫外、紫光或蓝光芯片上，经芯片发射光谱激发荧光粉浆涂层而发出白光。

Claims (6)

1.一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉，其特征在于，其化学表达式为：M_3-x-y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y＜0.2。

2.根据权利要求1所述的一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉，其特征在于，M是选自Sr、Ca，Ba，Mg，Zn中的一种或多种元素组合。

3.根据权利要求1所述的一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉，其特征在于，R是选自锰Mn、铋Bi、钪Sc、钇Y、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu中的一种或多种元素组合。

4.一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)按化学式M_3-x-y(PO₄)₂SiO₄:Eu_xR_y，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y＜0.02，称取结构式中各元素的氧化物或各元素其他形式的盐类，再称取0.02％～3％的助熔剂并将这些组分混合均匀；

(2)将所述混合均匀的原料装入坩埚中，置于高温炉中烧结，烧结温度为1000℃～1400℃，烧结时间为2～10小时；

(3)将烧结材料在还原气氛下烧成，烧成温度为1000℃～1400℃，烧成时间为1～4小时；

(4)将烧成料破碎至需要粒径，洗涤、烘干、过筛，即得所需产品。

5.根据权利要求4所述的一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的助溶剂为NH₄HF₂、NH₄F、BaF₂、SrF₂、BaCl₂、SrCl₂、NH₄Cl、H₃BO₃中的一种或多种元素组合。

6.根据权利要求1所述的一种碱土金属磷硅酸盐荧光粉，其特征在于，将所述荧光粉与紫外、紫光、蓝光芯片组合使用，在制备白光LED中应用。

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