CN101982520B - 紫光led转换白光用稀土三基色红色发光材料及制备方法 - Google Patents

紫光led转换白光用稀土三基色红色发光材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于发光与显示技术领域，涉及到一种用紫光LED转换白光用新型稀土三基色发光材料中的红色发光材料。其结构式为M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为金属Ba元素，N为金属Mg元素，R为过渡金属Mn元素，S为稀土Eu元素，T为稀土Tb元素时，MnCl2·4H2O在该反应中既是激活剂又是助熔剂，因此能降低反应温度、减少反应时间，降低基质晶格中的声子能量，提高发光效率。将上述结构式的物料，按重量百分比称重，称取研磨均匀后，放入高温炉中煅烧。冷却后研细，高温再煅烧。冷却后再研细，即得到产品。将其与发绿、蓝光的硅酸盐稀土发光材料按一定比例混合后涂在紫光LED管芯上即可发出白光。

Description

紫光LED转换白光用稀土三基色红色发光材料及制备方法
技术领域
本发明属于发光与显示技术领域，涉及到一种紫光LED激发三基色发光材料转换为白光的稀土红色发光材料及其制备方法。
背景技术
白光LED由于其体积小(可配合应用设备的小型化)、耗电量低(白炽灯的八分之一至十分之一)、寿命长(可达10万小时以上)、发热量低(热辐射低)与反应速度佳(可高频操作)等原因，引起世界各国的广泛关注。目前，商用的白光LED是以蓝光LED芯片激发黄色荧光粉产生白光，但是由于光谱中缺少红光，显色性不高，难以满足低色温照明的要求。紫光LED激发三基色荧光粉可以有效提高光源的显色性，是一种应用前景很广的白光LED。为了进一步提高紫光LED转换白光的效率以及光源的显色性，一方面需要对紫光LED芯片技术加以改进，另一方面需要对转换白光所用的三基色红、蓝、绿发光材料的性能加以提高，特别要对红色稀土发光材料的发光效率、稳定性加以改进和提高。目前已有的稀土激活的红色发光材料如Ca2Si5N8:Eu2+、CaAlSrN3:Eu2+，CaS:Eu2+等因为合成工艺复杂，发光强度弱等因素影响其广泛应用。本发明涉及一类新型过渡金属激活，利用敏化剂Eu2+、Tb3+与激活剂Mn2+之间的能量传递获得硅酸盐红色发光材料，这类发光材料具有发光效率高、热稳定性好、无污染、合成工艺简单等优点，可以作为紫光LED转换为白光用三基色发光材料中的红色发光材料。
发明内容
本发明的技术方案如下：
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为金属Ba元素，N为金属Mg元素，R为过渡金属Mn元素，S为稀土Eu元素，T为稀土Tb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
BaCO3：56.72％-75.13％    MgO：5.24％-5.42％
SiO2：15.66％-16.20％     MnCl2·4H2O：1.32％-7.54％
Eu2O3：1.87％-9.20％      Tb4O7：0.25％-7.29％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(附图1)，然后将其放入高温炉中1200℃～1400℃煅烧1～4小时。
③样品冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚加盖，把小坩埚装入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，然后将其放入高温炉中1200℃～1400℃煅烧0.5小时～2小时。冷却后取出研细得到在紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红光的晶体粉末(附图2)。将其与稀土硅酸盐绿、蓝发光材料按6∶1∶4的比例混合后涂在紫光LED管芯上即可得到白光LED(附图3)，其白光发射光谱图如附图四所示。
本发明的紫光LED转换白光用稀土三基色发光材料中的红色发光材料，其特征在于其结构式：M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，(1)M为金属Ba元素，N为金属Mg元素，R为过渡金属Mn元素，S为稀土Eu元素，T为稀土Tb元素，(2)结构式中a的取值范围0.05≤a≤0.30，b的取值范围0.08≤b≤0.26，c的取值范围0.01≤c≤0.30。
本发明的紫光LED转换白光用的红色发光材料其优点在于：
①过渡金属Mn2+为激活剂，稀土Eu2+和Tb3+为敏化剂，利用敏化剂与激活剂之间的能量传递原理，实现激活剂Mn2+的高效发光。
②无污染、工艺简单。
附图说明
附图1为在活性碳还原气氛下样品烧结的示意图。
附图2为实例1经过高温煅烧后在紫光(λ＝400nm)激发下所得的发射光谱图；
附图3为实例一与稀土硅酸盐绿、蓝发光材料按6∶1∶4的比例混合后涂在紫光LED(λ＝400nm)管芯上所得到的白光LED器件，其白光色坐标为(x＝0.331，y＝0.345)。
附图4为该白光LED器件的白光发射光谱图。
具体实施方式
实例1
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为Ba元素，N为Mg元素，R为Mn元素，S为Eu元素，T为Tb元素时，按其重量百分比称取如下高纯度物料：
BaCO3：73.35％    MgO：5.33％
SiO2：16.07％     MnCl2·4H2O：2.66％
Eu2O3：2.34％     Tb4O7：0.25％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)中并加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，如附图1所示：然后将其放入高温炉中1300℃煅烧2小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中并加盖，把小坩埚放入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(如附图1)，然后将其放入高温炉中1300℃煅烧1小时。冷却取出研细得到紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。
实例2
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为Ba元素，N为Mg元素，R为Mn元素，S为Eu元素，T为Tb元素时，按其重量百分比称取如下高纯度物料：
BaCO3：73.81％    MgO：5.33％
SiO2：16.07％    MnCl2·4H2O：2.66％
Eu2O3：1.88％    Tb4O7：0.25％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)中并加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，如附图1所示：然后将其放入高温炉中1350℃煅烧1.5小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中并加盖，把小坩埚放入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(如附图1)，然后将其放入高温炉中1350℃煅烧1小时。冷却取出研细得到紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。
实例3
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为Ba元素，N为Mg元素，R为Mn元素，S为Eu元素，T为Tb元素时，按其重量百分比称取如下高纯度物料：
BaCO3：72.84％    MgO：5.33％
SiO2：16.09％     MnCl2·4H2O：2.67％
Eu2O3：2.82％     Tb4O7：0.25％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)中并加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，如附图一所示：然后将其放入高温炉中1250℃煅烧2.5小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中并加盖，把小坩埚放入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(如附图1)，然后将其放入高温炉中1250℃煅烧1.5小时。冷却取出研细得到紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。
实例4
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为Ba元素，N为Mg元素，R为Mn元素，S为Eu元素，T为Tb元素时，按其重量百分比称取如下高纯度物料：
BaCO3：71.05％    MgO：5.38％
SiO2：16.09％     MnCl2·4H2O：2.64％
Eu2O3：2.35％     Tb4O7：2.49％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)中并加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，如附图1所示：然后将其放入高温炉中1200℃煅烧3小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中并加盖，把小坩埚放入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(如附图1)，然后将其放入高温炉中1200℃煅烧2小时。冷却取出研细得到紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。
实例5
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为Ba元素，N为Mg元素，R为Mn元素，S为Eu元素，T为Tb元素时，按其重量百分比称取如下高纯度物料：
BaCO3：71.55％    MgO：5.38％
SiO2：16.08％     MnCl2·4H2O：2.64％
Eu2O3：1.88％     Tb4O7：2.49％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)中并加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，如附图1所示：然后将其放入高温炉中1300℃煅烧2.5小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中并加盖，把小坩埚放入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(如附图1)，然后将其放入高温炉中1300℃煅烧1小时。冷却取出研细得到紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。
实例6
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为Ba元素，N为Mg元素，R为Mn元素，S为Eu元素，T为Tb元素时，按其重量百分比称取如下高纯度物料：
BaCO3：72.32％    MgO：5.37％
SiO2：16.07％     MnCl2·4H2O：2.64％
Eu2O3：2.35％     Tb4O7：1.25％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)中并加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，如附图1所示：然后将其放入高温炉中1250℃煅烧3小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中并加盖，把小坩埚放入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(如附图1)，然后将其放入高温炉中1250℃煅烧1.5小时。冷却取出研细得到紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。
实例7
①物料选取根据化学结构式M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc，当M为Ba元素，N为Mg元素，R为Mn元素，S为Eu元素，T为Tb元素时，按其重量百分比称取如下高纯度物料：
BaCO3：69.68％    MgO：5.37％
SiO2：16.07％     MnCl2·4H2O：5.28％
Eu2O3：2.35％     Tb4O7：1.25％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚(30ml)中并加盖，把小坩埚装入大坩埚(60ml)中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，如附图1所示：然后将其放入高温炉中1350℃煅烧2小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中并加盖，把小坩埚放入大坩埚中，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖(如附图1)，然后将其放入高温炉中1350℃煅烧1小时。冷却取出研细得到紫光(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。

Claims (1)

1.紫光LED转换白光用稀土三基色发光材料中红色发光材料的制备方法，其特征在于其结构式：M3-a-b-cNSi2O8:Ra·Sb·Tc组分的材料，其中M为金属Ba元素，N为金属Mg元素，R为过渡金属Mn元素，S为稀土Eu元素，T为稀土Tb元素，按其质量百分比称重，BaCO3：56.72％-75.13％、MgO：5.24％-5.42％、SiO2：15.66％-16.20％、MnCl2·4H2O：1.32％-7.54％、Eu2O3：1.87％-9.20％、Tb4O7：0.25％-7.29％，将称取的物料经充分研磨混均匀后，装入氧化铝小坩埚加盖，然后把小坩埚装入大坩埚，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，放入高温炉中在1200℃～1400℃条件下煅烧1～4小时，冷却后取出研细，再装入氧化铝小坩埚中加盖，将小坩埚装入大坩埚，用活性炭将小坩埚掩埋并加盖，放入高温炉中1200℃～1400℃煅烧0.5～2小时，样品冷却后取出研细即得到在紫光λ＝400nm激发下发出明亮红光的粉末晶体，将其与发绿、蓝光的硅酸盐稀土发光材料按6∶1∶4的比例混合后涂在紫光LED管芯上即可得到白光LED。
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