CN109810695B - 一种荧光物质及其所制成的发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种荧光物质及其所制成的发光装置。该荧光物质的组分为xABmOn·y(aAl2O3·bAlN)，其中，A选自Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Mn、Si元素中的两种或两种以上的组合，且必含Mn元素，B选自Al、B、Ga元素中的一种或两种以上的组合，且1.8≤m≤2.2，3.5≤n≤4.5，0.5≤x≤1，0.22≤b≤0.35，x+y＝1，a+b＝1。本发明的荧光物质可在400～470nm激发下，发出510‑540nm之间的绿光，且色纯度高，有望满足高色域液晶显示用白光LED装置的应用需求。

Description

一种荧光物质及其所制成的发光装置
技术领域
本发明涉及一种荧光物质及其所制成的发光装置，属于白光LED发光领域。
背景技术
白光LED具有绿色、环保、长寿命等优势，已经在照明和显示领域得到了广泛的应用。目前就白光LED的产生方式而言，主要是芯片配合荧光粉的实现方式为主。因此，荧光粉的发光性能直接影响并决定了白光LED器件的性能。
近年来，一类以高熔点、强稳定性、光学带隙可调的MgAl2O4或ZnAl2O4为发光基质，以Mn2+为激活剂的新型MgAl2O4:Mn2+或ZnAl2O4:Mn2+荧光粉备受关注，如：用Mn2+激活的MgAl2O4、ZnAl2O4可以被由紫外至蓝光的大范围波长的光激发而在510-540nm的波长区域发出绿色光，且色纯度高。因此，作为可用于白光LED的荧光体，对其进行了深入的探讨和研究。如US20060243197A1公开了过渡金属Mn掺杂的MgAl2O4荧光物质、制备方法以及含其的激光设备。其中，Mg1-xMnxAlO4(0.003≤x≤0.01)在450nm的蓝光激发下，实现了520nm的绿色发光。焦学琛等人研究开发了一系列MgAl2O4:xMn2+荧光物质，在450nm的蓝光激发下，Mn2+发生4T1→6A1跃迁实现绿色发光，发射光在x为10％的含量时达到最大发光亮度(Chineseofjournal of luminescence,2011,32,1139-1142)。CN103849383A提供了化学式为掺杂有金属纳米粒子的Zn1-xAl2O4:Mn2+ x(0＜x≤0.1)发光材料，通过掺杂金属纳米粒子增强材料的发光性能。
然而，目前限制MgAl2O4:Mn2+或ZnAl2O4:Mn2+荧光物质应用的突出问题仍然是其发光效率低。
发明内容
为此，本发明的目的之一在于提供一种荧光物质，该荧光物质具有更优的光色性能。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种荧光物质，该物质的化学式为下式I：
xABmOn·y(aAl2O3·bAlN)I
其中A选自Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Mn、Si元素中的两种或两种以上的组合，且必含Mn元素；
B选自Al、B、Ga元素中的一种或两种以上的组合；
且1.8≤m≤2.2，3.5≤n≤4.5，0.5≤x≤1，0.22≤b≤0.35，x+y＝1，a+b＝1。
本发明的荧光物质可在400～470nm激发下，发出510-540nm之间的绿光，且色纯度高，有望满足高色域液晶显示用白光LED装置的应用需求。
作为优选，所述荧光物质具有与MgAl2O4相同的晶体结构。
作为优选，A为Mn和Zn元素，或Mn和Mg元素。通过将MgAl2O4:Mn2+或ZnAl2O4:Mn2+荧光物质与相似结构及发光性能的(aAl2O3·bAlN)荧光物质进行两相固溶，形成更高亮度的荧光物质，以满足高色域液晶显示用白光LED装置的应用需求。
优选地，Mn元素在A元素中的摩尔百分比z满足0.1％≤z≤20％。
作为优选，B为Al元素。
作为优选，0.38≤b/a≤0.44。
作为优选，A含有Si元素。在本发明的荧光粉中，A中的Ca，Sr,Ba,Mg,Zn都是二价元素，且占据三价的B位(如B,Al，Ga)，因此会造成空位，故A中添加四价的Si可以起到价态平衡的作用，从而使制得荧光粉的性能更优异。
优选地，Si元素在A元素中的摩尔百分比d满足10％≤d≤50％。
作为优选，A为Si，Mn和Zn元素，或Si，Mn和Mg元素。
优选地，Mn元素在A元素中的摩尔百分比z满足0.1％≤z≤20％。
作为优选，B为Al元素。
作为优选，0.38≤b/a≤0.44。
本发明的荧光物质的制备方法可采用现有技术或将来发现的新技术进行制备。
例如本发明的荧光物质可采用如下的方法进行制备：将Al2O3、AlN、MnCO3以及其他相应金属氧化物或金属碳酸盐进行混合后在惰性气氛下焙烧；将焙烧产物进行破碎、分级、后处理后获得本发明所述的荧光物质。
其他相应金属氧化物或金属碳酸盐可根据A、B所选择的元素进行确定，如A还含有Mg，B为Al时，则上述其他相应金属氧化物为MgO或者MgCO3，如A还含有Si时，则上述其他相应金属氧化物为SiO2。
焙烧的温度可为1600-2000℃，优选为1800℃，焙烧的时间为2h以上，优选为4h。焙烧的压力可为0.3-0.8Mpa，优选为0.5Mpa。
在一个优选实施例中焙烧在惰性气氛下、1800℃的温度、0.5Mpa的压力下焙烧4h。
本发明的目的之一还在于提供一种发光装置，所述发光装置包括激发源和本发明所述的荧光物质，所述激发源为发射波长范围为400～430nm或430～470nm的半导体芯片。
本发明的荧光物质xABmOn·y(aAl2O3·bAlN)可在400-470nm大范围的波长区域内被激发而发出绿色光，并通过两相荧光物质之间的固溶度(x与y值)联动调控，可以显著提升荧光物质的发光强度，作为白光LED器件用绿色荧光粉是十分有益的。本发明的荧光物质热稳定性良好，可以单独或与其他荧光粉组合来用于各种发光元件、特别是以紫外LED或蓝色LED为光源的白光LED。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的荧光物质的XRD图谱；
图2为本发明实施例1获得的荧光物质的激发光谱和发射光谱。
具体实施方式
以下作为实施例对本发明的荧光物质进一步说明，将有助于对本发明的进一步的理解，本发明的保护范围不受这些实施例的限定，其保护范围由权利要求书来决定。
为了克服MgAl2O4:Mn2+或ZnAl2O4:Mn2+荧光物质应用中发光效率低的突出问题，本发明提供了一种新型的且具有较高发光效率的荧光物质。本发明中的荧光物质，是以通式xABmOn·y(aAl2O3·bAlN)表示的两相固溶体，其中A选自Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Mn、Si元素中的两种或两种以上的组合，且必含Mn元素，B选自Al、B、Ga元素中的一种或两种以上的组合，优选为一种或两种，且1.8≤m≤2.2，3.5≤n≤4.5，0.5≤x≤1，0.22≤b≤0.35，x+y＝1，a+b＝1。该荧光物质优选具有与MgAl2O4相同的晶体结构。
基于以上发明，所作的实验及效果如具体实施例所述，其中测试条件如下：
测试条件：
以波长为460nm的蓝光激发实施例1中的荧光物质，并测量荧光物质的发射光谱强度以及相对发光亮度。
XRD的测试是用Co靶(λ＝1.78892nm)进行的，工作电压为40kV，工作电流为40mA。
对比例1
按照化学计量比称取40g MgO、101.96g Al2O3和3.44g MnCO3并进行混合；将上述混合物在惰性气氛下、1450℃的温度下焙烧4h；将上述焙烧产物进行破碎、分级、后处理后获得对比例1的荧光物质MgAl2O4：0.03Mn2+。
对比例2
按照化学计量比称取30g ZnO,37.58g Al2O3和1.69g MnCO3进行混合；将上述混合物在惰性气氛下、1750℃的温度下焙烧2h；将上述焙烧产物进行破碎、分级、后处理后获得对比例2的荧光物质ZnAl2O4：0.04Mn2+。
实施例1
准确称取115.21g Al2O3,18.45g AlN,20.69g MnCO3以及7.25g MgO进行混合；将上述混合物在惰性气氛下、1800℃的温度、0.5Mpa的压力下焙烧4h；将上述焙烧产物进行破碎、分级、后处理后获得实施例1的荧光物质0.6MgMn0.15Al2O4·0.4(0.72Al2O3·0.28AlN)。
上述荧光物质在Co靶(λ＝0.178892nm)测试条件下的XRD见图1所示，激发和发射光谱见图2所示(其中激发波长为460nm，激发光谱的检测波长为520nm)。从图1可以看出，本发明实施例1制得的材料是0.6MgMn0.15Al2O4·0.4(0.72Al2O3·0.28AlN)荧光物质，图2则可以看出，实施例1制得的材料在460nm的激发下可发射520nm的光。
实施例2-15
按照实施例1所示的步骤，称取相应化学计量比的原料进行焙烧和后处理，获得实施例2-15所示的相应荧光粉物质。
荧光粉的组成见表1所示，发光亮度及发射光谱峰值波长的测试结果见表2所示。
表1.制备的荧光物质成分
Figure BDA0001866778700000061
表2荧光物质的发光性能
Figure BDA0001866778700000071
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种荧光物质，其特征在于，所述荧光物质的化学式为下式I：xABmOn·y(aAl2O3·bAlN)，其中A选自Ca、Sr、Ba、Mg、Zn、Mn、Si元素中的三种或三种以上的组合，且必含Mn和Si元素；B选自Al、B、Ga元素中的一种或两种以上的组合；且1.8≤m≤2.2，3.5≤n≤4.5，0.5≤x<1，0.22≤b≤0.35，x+y＝1，a+b＝1；
所述荧光物质具有MgAl2O4的相同晶体结构。
2.根据权利要求1所述荧光物质，其特征在于，A为Mn、Si和Zn元素，或Mn、Si和Mg元素。
3.根据权利要求1所述荧光物质，其特征在于，Si元素在A元素中的摩尔百分比d满足10％≤d≤50％。
4.根据权利要求1或2所述荧光物质，其特征在于，B为Al元素。
5.根据权利要求1或2所述荧光物质，其特征在于，Mn元素在A元素中的摩尔百分比z满足0.1％≤z≤20％。
6.根据权利要求1或2所述荧光物质，其特征在于，0.38≤b/a≤0.44。
7.一种发光装置，其特征在于，包括激发源和权利要求1-6任一项所述的荧光物质。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，激发源为发射波长范围为400～430nm或430～470nm的半导体芯片。
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