CN105820815A - 一种高光效绿色荧光粉及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高光效绿色荧光粉及其制备方法和在制备激光投影光源中的应用。该高光效绿色荧光粉，其化学组成通式为Ca3‑xMg3Si4O14:xEu，其中，0.01≤x≤0.2。本发明中，通过特定含量和特定各元素的组合，使得本发明高光效绿色荧光粉体现出优异的发光性能。本发明高光效绿色荧光粉的制备方法采用高温固相法，通过掺杂稀土离子制备出良好发光性能的荧光粉，同时添加助熔剂，在温度1000～1600℃和压强0.6～1.2Mpa条件下保温1h～5h，促进荧光粉的合成，提高荧光粉的纯度与发光强度，有效改善荧光粉的发光性能。本发明的绿色荧光粉非常适合用于制备激光投影光源。

Description

一种高光效绿色荧光粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及绿色荧光粉领域，具体涉及一种高光效绿色荧光粉及其制备方法和在制备激光投影光源中的应用。
背景技术
人类获取外界的信息大部分来自于视觉，因而显示器成为现代人们获取外界信息的重要途径。随着数码相机、数字电视、互联网等产品的出现，传统的阴极射线管由于受到制造技术、成本、体积等方面的限制，已经满足不了高分辨率、高亮度、大屏幕显示的需求。激光投影显示技术可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力，被称为“人类视觉史上的革命”。
目前，主要以蓝光激光芯片激发红绿色荧光粉实现激光投影光源，应用于激光投影仪、大屏幕激光电视机等激光投影显示仪器。但由于激光的高光通量，使得荧光粉容易产生发光饱和现象，影响荧光粉的发光效率、稳定性等特性，所制备的激光光源还远远不能满足当前大功率、高亮度的激光投影应用。
申请公布号为CN102399553A(申请号为CN201110416922.7)的中国发明专利申请公开了一种绿色荧光粉材料及其制备方法，该荧光粉的化学组成通式为Ca2-x-yMgSiO5:xEu,yCe，式中0.005≤X≤0.1、0≤Y≤0.05。Eu2+为激活剂的单和Eu2+为激活剂、Ce3+为敏化剂的双掺近紫外激发。在300-400nm范围内光激发的发射光范围495-550nm，峰值为510nm。该绿色荧光粉材料较单掺的Ca2-xMgSiO5:xEu，提高了绿色荧光粉的发光强度、发光效率。该绿色荧光粉材料可以通过溶胶凝胶法或高温固相法制备。
申请公布号为CN102260502A(申请号为CN201110145422.4)的中国发明专利申请公开了一种(Ca,Mg)Si2O2N2:Eu2+荧光粉及其制备方法，该荧光粉中，Ca、Mg、Si、O、N和Eu的化学计量比为0.7～0.895∶0.1∶2∶2∶2∶0.005～0.2。该(Ca,Mg)Si2O2N2:Eu2+荧光粉的制备方法，包括：(1)以碳酸钙、二氧化硅、氮化硅、碱式碳酸镁和氧化铕为原料，按摩尔比1.4～1.79∶1∶1∶0.04∶0.005～0.2混合均匀、干燥、过筛；(2)将上述混合物在氮气气氛下以1400～1500℃煅烧5～8h；(3)将经上述煅烧的产物进行粉碎、洗涤、干燥，即得。
现有技术中仍缺乏一种高光效、高亮度、高稳定性的激光投影用荧光粉。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，满足高功率、高亮度激光投影的需求，解决LED荧光粉在激光照明中的发光饱和等问题，本发明提供了一种高光效绿色荧光粉及其制备方法和在激光投影光源中的应用。
一种高光效绿色荧光粉，其化学组成通式为Ca3-xMg3Si4O14:xEu，其中，0.01≤x≤0.2，进一步优选，0.03≤x≤0.1，最优选的，x＝0.06。
本发明通过特定含量和特定各元素的组合，以及通过掺入稀土离子，使得本发明高光效绿色荧光粉体现出优异的发光性能。
一种高光效绿色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
按照化学计量比称量SiO2、MgO、CaCO3和Eu2O3，同时加入助熔剂，充分研磨，在充满还原气的环境下，在温度1000℃～1600℃和压强0.6Mpa～1.2Mpa条件下保温1h～5h，待冷却后，进行研磨，过筛，得到高光效绿色荧光粉，即铕掺杂的钙镁硅氧的绿色荧光粉。
本发明利用高温固相法，通过掺杂稀土离子制备出良好发光性能的荧光粉，同时添加一定量的助熔剂，在温度1000℃～1600℃和压强0.6Mpa～1.2Mpa条件下保温1h～5h，促进荧光粉的合成，提高荧光粉的纯度与发光强度，有效改善荧光粉的发光性能。
以下作为本发明的优选技术方案：
所述的助熔剂CaF2、SrF2、MgF2、BaF2、LiF、CaCl2、SCl2、MgCl2、AlF3、NH4HF、HBO3、Na2CO3、NaCl、Li2O、NH4Cl中的一种或两种以上，进一步优选，所述的助熔剂为NH4Cl、BaF2中的一种或两种，相对其他助熔剂，助熔剂NH4Cl、BaF2能够大幅度提高高光效绿色荧光粉的发光性能。
所述的还原气为氮气与氢气的混合气，即所述的还原气由氮气和氢气组成，进一步优选，所述的还原气由体积百分比93％～97％氮气和3％～7％氢气组成，最优选的，所述的还原气由体积百分比95％氮气和5％氢气组成，即还原气为体积百分比95％氮气和5％氢气组成的混合气。
进一步优选，在温度1100℃～1500℃和压强0.6Mpa～1.2Mpa条件下保温1h～5h。更进一步优选，在温度1100℃和压强0.9Mpa条件下保温5h。
以15-20℃/min(优选20℃/min)的升温速率升温至1000℃～1600℃或者1100℃～1500℃。
本发明制备的绿色荧光粉，可用于激光芯片封装，并得到高亮度、高功率的投影照明，更好地实现高亮度激光投影。本发明的绿色荧光粉非常适合用于制备激光投影光源(即激光投影用照明光源)，该荧光粉在蓝色激光芯片激发下，可以得到高亮度绿色光源，或结合红色荧光粉，得到高功率、高亮度激光投影系统。
与现有技术相比，本发明具有的特点如下：
一、本发明提供了采用激光芯片激发绿色荧光粉来实现高功率、高亮度激光投影照明。
二、本发明通过特定含量和特定各元素的组合，以及通过掺入稀土离子，优化荧光粉的发光性能。
三、本发明通过添加助熔剂，促进荧光粉的合成，提高荧光粉的纯度和结晶度，明显提高荧光粉的发光效率，符合高亮度激光投影照明需求。
附图说明
图1是实施例1制备的Ca2.94Mg3Si4O14:0.06Eu2+荧光粉的XRD图；
图2是实施例1制备的荧光粉的激发光谱图与发射光谱图；
图3是实施例1不添加助熔剂、实施例2掺杂BaF2、实施例3掺杂NH4Cl制备的荧光粉的发射光谱对比图；
图4是实施例3制备的Ca2.94Mg3Si4O14:0.06Eu2+荧光粉的SEM图。
具体实施方式
实施例1(作为对比)
按重量比0.883：0.363：0.721：0.032称量CaCO3、MgO、SiO2、Eu2O3原料，在研钵中充分混合研磨1h后，将研磨得到的混合物移入氧化铝坩埚内，再放入高温碳管炉加热，通入由体积百分数95％N2和体积百分数5％H2组成的还原气，以20℃/min的升温速率升温至1100℃，在温度1100℃和压强0.9Mpa条件下保温5h。在充满该还原气氛的环境下自然冷却，取出样品研磨充分，即可得到Ca2.94Mg3Si4O14:0.06Eu2+荧光粉。此荧光粉在440nm激发下，在530nm处出现较宽的发射峰。
实施例2
按重量比0.883：0.363：0.721：0.032称量CaCO3、MgO、SiO2、Eu2O3原料，另外添加SiO2、MgO、CaCO3、Al2O3和Eu2O3总质量的6％的BaF2作为助熔剂，在研钵中充分混合研磨1h后，将研磨得到的混合物移入氧化铝坩埚内，再放入高温碳管炉加热，通入由体积百分数95％N2和体积百分数5％H2组成的还原气，以20℃/min的升温速率升温至1100℃，在温度1100℃和压强0.9Mpa条件下保温5h。在充满该还原气氛的环境下自然冷却，取出样品研磨充分，即可得到高纯度的Ca2.94Mg3Si4O14:0.06Eu2+荧光粉。此荧光粉在440nm激发下，发射峰与实施例1得到的发射峰位置相同，但发光强度是实施例1发光强度的6倍。
实施例3
按重量比0.883：0.363：0.721：0.032称量CaCO3、MgO、SiO2、Eu2O3原料，另外添加SiO2、MgO、CaCO3、Al2O3和Eu2O3总质量的10％的NH4Cl作为助熔剂，在研钵中充分混合研磨1h后，将研磨得到的混合物移入氧化铝坩埚内，再放入高温碳管炉加热，通入由体积百分数95％N2和体积百分数5％H2组成的还原气，以20℃/min的升温速率升温至1100℃，在温度1100℃和压强0.9Mpa条件下保温5h。在充满该还原气氛的环境下自然冷却，取出样品研磨充分。再用纯净水洗涤数次，70℃烘干，得到高纯度、高光效的Ca2.94Mg3Si4O14:0.06Eu2+荧光粉。此荧光粉在440nm激发下，发射峰与实施例1、实施例2得到的发射峰位置相同，但发光强度是实施例1发光强度的9倍，是实施例2发光强度的1.5倍。

Claims (10)

1.一种高光效绿色荧光粉，其特征在于，其化学组成通式为Ca3-xMg3Si4O14:xEu，其中，0.01≤x≤0.2。
2.根据权利要求1所述的高光效绿色荧光粉，其特征在于，0.03≤x≤0.1。
3.根据权利要求2所述的高光效绿色荧光粉，其特征在于，x＝0.06。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高光效绿色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照化学计量比称量SiO2、MgO、CaCO3和Eu2O3，同时加入助熔剂，充分研磨，在充满还原气的环境下，在温度1000℃～1600℃和压强0.6Mpa～1.2Mpa条件下保温1h～5h，待冷却后，进行研磨，过筛，得到高光效绿色荧光粉。
5.根据权利要求4所述的高光效绿色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的助熔剂CaF2、SrF2、MgF2、BaF2、LiF、CaCl2、SCl2、MgCl2、AlF3、NH4HF、HBO3、Na2CO3、NaCl、Li2O、NH4Cl中的一种或两种以上。
6.根据权利要求5所述的高光效绿色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的助熔剂为NH4Cl、BaF2中的一种或两种。
7.根据权利要求4所述的高光效绿色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的还原气由氮气和氢气组成。
8.根据权利要求7所述的高光效绿色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的还原气由体积百分比93％～97％氮气和3％～7％氢气组成。
9.根据权利要求4所述的高光效绿色荧光粉的制备方法，其特征在于，以15～20℃/min的升温速率升温至1000℃～1600℃。
10.根据权利要求1～3任一项所述的高光效绿色荧光粉在制备激光投影光源中的应用。
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