CN103756676A - 一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉。发射波长可调磷酸盐荧光粉的化学表示式为：(Ca3-x-yMgx)(PO4)2：yEu2+，式中，x=0.11~0.411，y=0.005~0.20。该紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉的优点是分散性好、颗粒度均匀、发光强度高、发射波长可调、化学稳定性好，其激发带与紫外氮化镓LED的发射峰重叠，能够有效被激发，可以制备出高亮度的白光LED。

Description

一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉
技术领域
本发明涉及荧光粉领域，尤其涉及一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉。
背景技术
白光LED是一种将电能转换为白光的固态半导体器件，又称半导体照明，具有效率高、体积小、寿命长、安全、低电压、节能、环保等诸多优点，被人们看成是继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后第四代照明光源，是未来照明市场上的主流产品。
目前实现白光LED普遍采用的是蓝光LED芯片和发射黄光的荧光体混合形成白光LED，其原理是蓝光LED激发荧光体产生与蓝光互补的黄光，再利用透镜原理将蓝光、黄光予以混合，使人眼产生白光的视觉。目前这种荧光粉主要是由铈激活的钇铝石榴石，其化学式为Y3Al5O12：Ce3+（美国专利5,998,925和欧洲专利862,794），激发光谱在460～470nm附近，能有效吸收氮化镓GaN发光二极管的蓝光，石榴石结构的荧光粉有化学性质稳定、亮度高、寿命长及发光效率高等特定。这种荧光粉制作的白光LED具有很高的流明效率，已经远远超过白炽灯，尽管采用蓝光与黄色荧光粉组合在产生白光方面已经取得巨大成功，但该方法仍然存在明显的缺点：色温高、显色性差等。
解决此问题可以用绿粉与红粉来代替目前用的黄粉或者是用紫光或近紫外光芯片激发三基色荧光粉实现白光发射。但这两种方法均混合红、绿两色或红、绿、蓝三基色荧光粉制得，由于混合物间存在颜色再吸收、配比调控及老化速率不同的问题，导致白光LED流明效率和色彩还原性受到较大影响，同时成本增加。
单基质白光荧光粉不存在颜色再吸收和配比调控问题，使白光LED 具有更佳的流明效率和色彩还原性，故此单基质白光荧光粉成为当前发光领域的研究热点。目前单基质两基色和三基色白光发射体系多采用Eu2+/Mn2+、Eu2+/Ce3+和Ce3+/Mn2+作为激活剂，由于存在多个发射中心，光谱分布难以调控及峰值强度比差异大，材料的显色性差。
发射波长可调的单基质荧光粉多采用单一激活离子，可有效解决单基质白光荧光粉共激活剂的配比不合理，而导致光谱分布和峰值强度难调控的缺陷。而且，采用发射可调的单基质荧光粉封装的白光LED器件，还可实现器件光色特性的可调，能满足不同使用要求。
磷酸盐是一种传统的荧光粉基质材料，具有物化性能稳定，原料成本低和制备工艺简单等优点。磷酸盐荧光粉是性能优良的荧光粉之一，如报道的LiSrPO4：Eu2+蓝色荧光粉（Z. C. Wu, J. X. Shi, J. Wang, M. L. Gong, and Q. Su, J. Solid State Chem. 179 (2006) 2356）比商用的蓝色荧光粉BaMgAl10O17:Eu2+，具有高的吸收和转换效率；KSrPO4：Eu2+荧光粉（Y. S. Tang, S. F. Hu, C. C. Lin, N. C. Bagkar, and R. S. Liu, Appl. Phys. Lett. 90 (2007) 151108）比商用Y3Al5O12：Ce3+荧光粉，具有高的热稳定性。Ca4(PO4)2O：Eu2+橙红色荧光粉（ZL200710055669.0）比商用的氮（氧）化物红色荧光粉，具有原料成本低和合成工艺简单的特点。磷酸盐蓝色、绿色、黄色和橙红色荧光粉目前均有报道，但发射波长可调的磷酸盐荧光粉，尤其是适合紫外光芯片激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉还未见报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉。
为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案是：
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉具有如下化学表示式：(Ca3-x-yMgx)(PO4)2：yEu2+，式中，x=0.11～0.411，y=0.005～0.20。
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉的制备方法，包括如下步骤：步骤一：按化学式(Ca3-x-yMgx)(PO4)2：yEu2+的化学计量比称取相应的原料，所述原料为磷酸氢钙、碳酸钙、碳酸镁、氧化铕，或磷酸二氢铵、碳酸钙、碳酸镁、氧化铕，其中x为0.11～0.411，y为0.005～0.20；
步骤二：将原料研磨混匀得到混合物；
步骤三：将该混合物装入坩埚，在高温炉内于还原气氛和1300～1400℃条件下烧结3～5小时，冷却到室温得到所述发射波长可调磷酸盐荧光粉。
作为优选，所述还原气氛为CO气氛或氮氢混合气氛，氮氢混合气氛中，氢气与氮气的体积比为1：19。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的荧光粉以磷酸盐为基质材料，磷酸盐荧光粉具有良好的化学稳定性和热稳定性，而且所用的原料价廉、易得，焙烧温度比铝酸盐体系和氮氧化物体系低等特点。
（2）本发明以Eu2+为激活剂制备的发射波长可调荧光粉，相比
单基质两基色和三基色白光荧光粉，光谱分布更容易调控，用于白光LED荧光粉，不仅能调谐白光LED的器件色温和色坐标，而且还能调节器件的显色指数。此外该荧光粉具有宽的激发带宽，覆盖紫外和紫光区域，最佳激发峰位与紫外氮化镓GaN发光二极管的发射峰重叠较好，能够有效被紫外氮化镓二极管激发产生白光发射。
综上所述，该紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉的优点是分散性好、颗粒度均匀、发光强度高、发射波长可调/化学稳定性好，其激发带与紫外氮化镓LED的发射峰重叠，能够有效被激发，可以制备出高亮度的白光LED。
附图说明
图1 是本发明实施例1制备的荧光粉体激发和发射光谱，激发光谱的监控波长为415nm，发射光谱的激发波长为350nm；
图2是本发明实施例2制备的荧光粉体发射光谱，激发波长为350nm；
图3是本发明实施例3制备的荧光粉体发射光谱，激发波长为350nm；
图4是本发明实施例4制备的荧光粉体发射光谱，激发波长为350nm；
图5是本发明实施例5制备的荧光粉体发射光谱，激发波长为350nm；
图6是本发明实施例6制备的荧光粉体发射光谱，激发波长为350nm；
图7是本发明实施例7制备的荧光粉体发射光谱，激发波长为350nm；
图8是本发明实施例8制备的荧光粉体发射光谱，激发波长为350nm。
具体实施方式
下面结合图1—图8对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
实施例1
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.87Mg0.11(PO4)2：0.02Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.87Mg0.11(PO4)2：0.02Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.87：0.11：0.01，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1300℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图1所示，本发明的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区，激发峰位于350nm附近，与氮化镓GaN发光二极管的发射峰重合很好，且光谱峰值高，说明本发明的荧光粉可以被紫外氮化镓二极管有效激发。用350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有两个，分别位于415和530nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例2
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.85Mg0.11(PO4)2：0.04Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.85Mg0.11(PO4)2：0.04Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.85：0.11：0.02，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1300℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图2所示，本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有两个，分别位于415和487nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例3
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.84Mg0.11(PO4)2：0.05Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.84Mg0.11(PO4)2：0.05Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.84：0.11：0.025，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1350℃焙烧4小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图3所示，本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有两个，分别位于415和488nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例4
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.83Mg0.11(PO4)2：0.06Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.83Mg0.11(PO4)2：0.06Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.83：0.11：0.03，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1300℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图4所示，本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有三个，分别位于415、487和553nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例5
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.81Mg0.11(PO4)2：0.08Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.81Mg0.11(PO4)2：0.08Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.81：0.11：0.04，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1300℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图5所示，本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有三个，分别位于415、487和555nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例6
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.79Mg0.11(PO4)2：0.1Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.79Mg0.11(PO4)2：0.1Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.79：0.11：0.05，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1300℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图6所示，本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有三个，分别位于416、486和550nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例7
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.69Mg0.11(PO4)2：0.2Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.69Mg0.11(PO4)2：0.2Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.69：0.11：0.1，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于CO气氛下在1300℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图7所示，本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有两个，分别位于487和550nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例8
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.885Mg0.11(PO4)2：0.005Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.885Mg0.11(PO4)2：0.005Eu2+称取磷酸氢钙CaHPO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：0.885：0.11：0.0025，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于CO气氛下在1300℃焙烧3小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。如图8所示，本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有两个，分别位于412和528nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例9
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.66Mg0.29(PO4)2：0.05Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.66Mg0.29(PO4)2：0.05Eu2+称取磷酸二氢铵NH4H2PO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：2.66：0.29：0.025，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1400℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有三个，分别位于415、462和570nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。
实施例10
一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，该荧光粉的化学表示式是Ca2.539Mg0.411(PO4)2：0.05Eu2+，其制备方法包括如下步骤：按照Ca2.539Mg0.411(PO4)2：0.05Eu2+称取磷酸二氢铵NH4H2PO4、碳酸钙CaCO3、碳酸镁MgCO3和氧化铕Eu2O3，它们之间的摩尔比为2：2.539：0.411：0.025，后研磨混匀得到混合物；将该混合物装入坩埚，在高温炉内于5%H2+95%N2（体积比）的氮氢混合气氛下在1400℃焙烧3小时，后冷却到室温，得到适合紫外光激发的发射波长可调荧光粉。本发明的荧光粉在350nm的紫外光激发下，荧光粉的发射峰有两个，分别位于415和580nm附近，光谱为宽带发光，覆盖紫光、绿光、黄光和红光区域，说明本发明的荧光粉适合做紫外光激发的单一波长转换白光LED荧光粉。

Claims (3)

1. 一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，其特征在于：该荧光粉具有如下化学表示式：(Ca3-x-yMgx)(PO4)2：yEu2+，式中，x=0.11～0.411，y=0.005～0.20。
2.根据权利要求1所述的一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，其特征在于，该荧光粉的制备方法包括如下步骤：步骤一：按化学式(Ca3-x-yMgx)(PO4)2：yEu2+的化学计量比称取相应的原料，所述原料为磷酸氢钙、碳酸钙、碳酸镁、氧化铕，或磷酸二氢铵、碳酸钙、碳酸镁、氧化铕，其中x为0.11～0.411，y为0.005～0.20；
步骤二：将原料研磨混匀得到混合物；
步骤三：将该混合物装入坩埚，在高温炉内于还原气氛和1300～1400℃条件下烧结3～5小时，冷却到室温得到所述发射波长可调磷酸盐荧光粉。
3.根据权利要求2所述的一种紫外光激发的发射波长可调磷酸盐荧光粉，其特征在于：所述还原气氛为CO气氛或氮氢混合气氛，氮氢混合气氛中，氢气与氮气的体积比为1：19。
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