CN105969355A - 一种黄绿色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

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李树胜
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Abstract

本发明涉及一种可用于改善LED频闪问题的黄绿色荧光粉，其化学结构式如下(Lu1‑x‑ yCexPry)3(Al5‑wTw)O12，其中T为Mg，Si或Ga中的一种，x为0.005~0.015，y为0.001~0.005，w为0~5；本发明还涉及该荧光粉的制备方法，所涉及的高压制备法优于传统的高温烧结；其激发光谱范围较宽，在400~500nm处有强吸收，与蓝光芯片的发射光谱具有较高的匹配度；尤其是具有的长余辉性能可用于改善LED频闪问题。

Description

一种黄绿色荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明属于固体材料发光技术领域，具体涉及一种可被蓝光有效激发的有效改善LED频闪问题的黄绿色荧光粉及其制备方法。
背景技术
白光LED作为一种新型的固体光源，以其节能，绿色环保，寿命长，体积小等诸多优点，在照明和显示领域有着巨大的应用前景，从第一颗蓝光芯片诞生到现在的十多年间，白光LED的发展异常迅猛，国内基本实现了从外延，芯片，荧光粉，封装到应用的较完整的产业链，世界各国也都在关注并且投入巨资发展这一产业。
一般，LED驱动电路都是采用恒流驱动LED负载工作。传统的LED驱动电路包括LED驱动器和输出电容Cciut, LED驱动器将交流市电（工作频率为50Hz)转换为直流电提供给LED负载，具体的，LED驱动器将交流市电Vin经过整流后，再转换为直流电提供给LED负载。但是，由于LED驱动器输出给LED负载的驱动电流包含有IOOHz左右的交流分量，从而导致LED发光时会出现人眼能够感知到的频闪现象。目前，研究人员主要通过对电路和电路元件进行优化，消除交流分量，来解决频闪问题，在申请公布号CN 204119610 U中，其采用初级侧调节架构与隔离式变压器，有效的的改善了LED频闪问题。在申请公开号CN103281838B中，采用了一种消除LED频闪的电路，包括滤波电路和具有恒流特性的可控器件。
到目前为止，这种对电路及其器件优化消除频闪仍从在以下问题： 这类方法所涉及的复杂电路，限制了工业化生产。在通用照明领域，不能完全消除频闪现象。因此，对于白光LED，能够发现一种简单易行，改善LED频闪问题是目前的一个重要工作，对白光LED产业和大规模工业化生产具有重要意义。
发明内容
针对现有白光LED存在的频闪问题，本发明提供了一种可用于改善LED频闪问题的黄绿色荧光粉及其制备方法。
为此，所采用的技术方案为：
一种黄绿色荧光粉，化学式如下：
(Lu1-x-yCexPry)3(Al5-wTw)O12
其中T为Mg、Si或Ga中的一种；
0.005≤x≤0.015，0.001≤y≤0.005，0≤w≤5。
进一步的：
x为0.011；
y为0.003；
w为3。
一种黄绿色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
（1）以Lu、Al、Ga、Mg、Si、Ce和Pr的氧化物为原料，并按化学结构式的组成和化学计量比称取原料并混合，加入混合物质量分数为5%的H3BO3助熔剂，在空气中研磨均匀；
（2）在1550℃高温，0.7~0.9MPa高压的氮气气氛下，进行烧结，保温时间9h；
（3）将步骤2所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即可制成用于改善LED频闪问题的黄绿色荧光粉。
所述步骤（1）中采用Ce、Pr、Ga共掺杂。
本发明所涉及到的黄绿色荧光粉具有如下优点：
1）在450~460nm的左右的蓝光激发下，发射以500~540nm为主峰的黄绿光，荧光粉的色纯度好：
2）所制备的荧光粉具有余辉性能，能用于改善LED频闪问题：
3）其中共掺杂Ce、Ga、Pr具有高的发光强度，具有良好的余辉性能：
4）该荧光粉的物理、化学性能十分稳定，并且无毒无公害：
5）制备方法简单，生产过程中无污染产生，原料易得，且成本廉价。
附图说明
图1为实施例1、2、3的荧光粉XRD图谱；各角度衍射峰强度高，表明结晶性好，形成了良好的单相；
图2为实施例1、2、3的激发光谱；可以看出实施例2的激发光谱强度最高，Ce3+的最佳掺杂浓度为0.011；
图3为实施例1、2、3的发射光谱；可以看出实施例2的发射光谱强度最高，Ce3+的最佳掺杂浓度为0.011；
图4为实施例3、4、5的发射光谱；可以看出实施例4的发射光谱强度最高，制备黄绿色荧光粉的最佳合成压强为0.9MPa；
图5为实施例4、6、7的长余辉衰减图谱；可以看出实施例6的余辉时间最长，表明配比为Lu2.967Ce0.033Al2Ga3O12的黄绿色荧光粉余辉时间最长；
图6为实施例6、8、9的长余辉衰减图谱；可以看出Ga、Mg、Si取代Al的荧光粉，其中Ga取代余辉时间最长；
图7为实施例4、10的SEM图谱，从图中可以看出配比为Lu2.958Ce0.033Pr0.009Al2Ga3O12的荧光粉颗粒分布均匀，呈球形，粒径在20um左右；
图8为实施例6、10、11的余辉衰减图谱，从图中可以看出配比Lu2.958Ce0.033Pr0.009Al2Ga3O12荧光粉的余辉时间最长。
具体实施方式
本发明涉及的LED用石榴石结构黄绿色荧光粉的化学式：(Lu1-x-yCexPry)3(Al5-wTw)O12。
其中T为Mg，Si和Ga中的一种；且
0.005≤x≤0.015，0.001≤y≤0.005，0≤w≤5。
T代表的元素为Ga时，此时制备的黄绿色荧光粉相对于其他元素掺杂（Mg，Si）具有更长的余辉衰减时间。
x取值为0.011时，使荧光粉不产生相变，保持晶体结构的稳定性，荧光粉具有良好的发光强度和余辉性能。
y取值为0.003时，使荧光粉不产生相变，保持晶体结构的稳定性，荧光粉具有良好的发光强度和余辉性能。
W取值为3时，使荧光粉不产生相变，保持晶体结构的稳定性，荧光粉具有良好的发光强度和余辉性能。
当制备本发明所述黄绿色荧光粉时，采用Ce、Pr和Ga共掺杂的方法，可使制备的黄绿色荧光粉有更强的发光强度，具有更长的余辉衰减时间。
以下从具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
称取Lu2O3 (4N) 1.491mol、CeO2 (4N) 0.015mol、Pr6O11 (4N) 0.0005 mol、Al2O3 (4N)2.5mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.8MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.994Ce0.005Pr0.001)3Al5O12荧光粉，实施例1的XRD图谱见图1，从图1可以得出，未出现杂相，具有较好的结晶性，形成了良好的单相。
实施例2
称取Lu2O3 (4N) 1.4805mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Pr6O11 (4N) 0.001 mol、Al2O3 (4N)2.5mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.8MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.987Ce0.011Pr0.002)3Al5O12荧光粉，实施例2的XRD图谱见图1，从图1可以得出，未出现杂相，具有较好的结晶性，形成了良好的单相。
实施例3
称取Lu2O3 (4N)1.473mol、CeO2 (4N) 0.045mol、Pr6O11 (4N) 0.0015 mol、Al2O3 (4N)2.5mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.8MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.982Ce0.015Pr0.003)3Al5O12荧光粉，实施例3的XRD图谱见图1，从图1可以得出，未出现杂相，具有较好的结晶性，形成了良好的单相，实施例1、2、3的激发光谱见图2，从图中可以看出最佳掺杂浓度0.011Ce3+激发光谱强度最高，实施例1、2、3的发射光谱见图3，从图中可以看出最佳掺杂浓度0.011Ce3+发射光谱强度最高。
实施例4
称取Lu2O3 (4N) 1.4775mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Pr6O11 (4N) 0.002 mol、Al2O3 (4N)2.5mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.9MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.985Ce0.011Pr0.004)3Al5O12荧光粉。
实施例5
称取Lu2O3 (4N) 1.476mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Pr6O11 (4N) 0.0045 mol、Al2O3 (4N)2.5mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为1.0MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.984Ce0.011Pr0.005)3Al5O12荧光粉，实施例2、4、5的发射光谱见图4，其中在最佳压强0.9MPa合成条件下，发光强度最高。
实施例6
称取Lu2O3 (4N) 1.482mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Pr6O11 (4N) 0.0005 mol、Al2O3 (4N)1mol、Ga2O3 (4N) 1.5mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.9MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.988Ce0.011Pr0.001)3(Al2Ga3)O12荧光粉。
实施例7
称取Lu2O3 (4N) 1.476mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Pr6O11 (4N) 0.0005mol、Ga2O3 (4N)2.5mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.9MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.988Ce0.011Pr0.001)3Ga5O12荧光粉。实施例4、6、7的长余辉衰减图谱见图5。其中(Lu0.988Ce0.011Pr0.001)3(Al2Ga3)O12配比荧光粉，余辉时间最长。
实施例8
称取Lu2O3 (4N) 1.476mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Al2O3 (4N) 1mol、Pr6O11 (4N)0.0025mol、MgO (4N) 3mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.9MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.984Ce0.011Pr0.005)3(Al2Mg3)O12荧光粉。
实施例9
称取Lu2O3 (4N) 1.476mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Pr6O11 (4N) 0.0005 mol、Al2O3 (4N)1mol、SiO2(4N) 3mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.9MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.988Ce0.011Pr0.001)3(Al2Si3)O12荧光粉。实施例6、8、9的长余辉衰减图谱见图6。从图中可以看出配比(Lu0.984Ce0.011Pr0.001)3(Al2Ga3)O12荧光粉的余辉时间最长。
实施例10
称取Lu2O3 (4N) 1.479mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Al2O3 (4N) 1mol、Ga2O3 (4N)1.5mol、Pr6O11 (4N) 0.0015 mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.9MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.986Ce0.011Pr0.003)3(Al2Ga3)O12荧光，实施例4和实施例11的SEM图谱如图7，从图中可以看出配比为(Lu0.986Ce0.011Pr0.003)3(Al2Ga3)O12的荧光粉颗粒分布均匀，呈球形，粒径在20um左右。
实施例11
称取Lu2O3 (4N) 1.476mol、CeO2 (4N) 0.033mol、Al2O3 (4N) 1mol、Ga2O3 (4N)1.5mol、Pr6O11 (4N) 0.0025 mol；将上述原料在空气中混和均匀以后放入碳坩埚中，再将其迅速转入高温高压炉中，在N2气氛，压强为0.9MPa中保温9小时，将上述所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即得(Lu0.986Ce0.011Pr0.005)3(Al2Ga3)O12荧光粉。实施例6、10、11的余辉衰减图谱如图8，从图中可以看出配比(Lu0.986Ce0.011Pr0.003)3(Al2Ga3)O12荧光粉的余辉时间最长。

Claims (6)

1.一种黄绿色荧光粉，其特征在于：化学式如下：
(Lu1-x-yCexPry)3(Al5-wTw)O12
其中T为Mg、Si或Ga中的一种；
0.005≤x≤0.015，0.001≤y≤0.005，0≤w≤5。
2.如权利要求1所述的黄绿色荧光粉，其特征在于：x为0.011。
3.如权利要求1所述的黄绿色荧光粉，其特征在于：y为0.003。
4.如权利要求1所述的黄绿色荧光粉，其特征在于：w为3。
5.权利要求1至4任一项所述的黄绿色荧光粉的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）以Lu、Al、Ga、Mg、Si、Ce和Pr的氧化物为原料，并按化学结构式的组成和化学计量比称取原料并混合，加入混合物质量分数为5%的H3BO3助熔剂，在空气中研磨均匀；
（2）在1550℃高温，0.7~0.9MPa高压的氮气气氛下，进行烧结，保温时间9h；
（3）将步骤2所得的物料破碎、酸洗除杂、过筛、烘干，即可制成用于改善LED频闪问题的黄绿色荧光粉。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中采用Ce、Pr、Ga共掺杂。
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