CN110857389A - 一种近红外荧光粉以及含该荧光粉的发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于发光材料技术领域，尤其涉及一种近红外荧光粉，并进一步公开其制备方法，以及含该荧光粉的发光装置。本发明所述近红外荧光粉包括组成式为A_xR_pO_r的无机化合物，该化合物以A_xR_pO_r结构为基质，通过掺杂特定的稀土离子或过渡金属离子，制备的荧光粉的激发峰位于350‑750nm，在紫外光、蓝光或红光激发下呈现宽带发射，发射主峰位于700‑1600nm。通过离子取代等方式构筑固溶体，由于晶体场劈裂的影响，可制得不同发射波长的近红外荧光粉材料，不仅显著提升了荧光粉的发光强度，且实现了光谱的可调控性，进一步扩大其应用范围。

Description

一种近红外荧光粉以及含该荧光粉的发光装置

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，尤其涉及一种近红外荧光粉，并进一步公开其制备方法，以及含该荧光粉的发光装置。

背景技术

近年来，随着近红外光谱技术在面部识别、虹膜识别、安防监控、激光雷达、健康检测、3D传感等领域的应用得到快速发展，近红外LED也因其具有指向性好、功耗低以及体积小等一系列优点已成为国际研究焦点。

目前，近红外LED的主要实现方式是采用近红外半导体芯片的方法，近红外芯片技术核心技术受国外垄断，且具有成本高、技术不成熟等问题。因此，推出蓝光芯片复合近红外发光材料的近红外LED，该复合封装的实现方式具有制备工艺简单、成本低、发光效率高等优点，在国际上受到广泛关注。因此，开发红外LED用不同波段的新型近红外发光材料，实现其多样化的应用需求迫在眉睫。

鉴于峰值波长位于780-1700nm的近红外荧光粉可用于食品检测，面部识别、虹膜识别、安防监控、激光雷达、健康检测和3D传感等多领域中，具有最为广泛的实际应用价值，可以满足不同应用的需求。由于钙钛矿型复合氧化物具有稳定的晶体结构，能够被半径相近的其他离子部分取代而保持其晶体结构基本不变。因此，以稀土离子与过渡金属离子掺杂的钙钛矿体系为研究对象，通过离子取代，构筑固溶体，制备发射主峰于780-1700nm范围的宽谱或者多谱近红外荧光粉，且以实现可调可控；通过改善反应条件，获得形貌良好且可控的晶粒，从而达到应用标准，具有较广泛的应用前景。

如中国专利CN107573937A公开了一类结构如MBO₃:Cr³⁺硼酸盐荧光粉，其中M为Sc、Al、Lu、Gd或Y元素，该荧光粉可被蓝光(420-520nm)有效激发，能够发射700-920nm范围的近红外光。当M为Al、Lu、Gd或Y时，发射光谱均与M为Sc的发射光谱类似。此外，该专利主要致力于研究MBO₃:Cr³⁺的制备方法，探讨反应温度与反应时间的影响，但对其光谱性能却并未探讨。

又如非专利文献《Photoluminescence Properties of a ScBO₃:Cr³⁺Phosphorand Its Applications for Broadband Near-infrared LEDs》[J].RSC Adv,2018,8,12035-12042.公开了一种近红外荧光粉ScBO₃:Cr³⁺，该荧光粉在蓝光芯片的激发下，呈现主峰位于800nm的近红外宽带发射，量子效率为65％。并采用该近红外荧光粉与蓝光芯片进行封装，近红外光的输出功率为26mW，其能量转换效率较低仅为7％。

可见，现有技术中开发的已知近红外粉MBO₃:Cr³⁺，其发射主峰多位于800nm左右，不仅发射波长范围窄且发光强度较低，而且发射波长不具有可调控性，也限制了该荧光粉的应用范围和应用效果。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种近红外荧光粉，该近红外荧光粉具有宽谱或者多谱发射，且光谱可调控，发光效率高的优势，能够满足面部识别、虹膜识别、安防监控、激光雷达、健康检测、3D传感等领域的材料性能要求。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种蓝光或红光激发下可以实现高效近红外光发射的发光装置，以解决现有近红外发光材料和发光装置稳定性差、发光效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种近红外荧光粉，该荧光粉包含化学式为A_xR_pO_r:D_y的无机化合物，其中，

所述A元素选自Sc、Y、La、Lu或Gd元素中的一种或两种；

所述R元素包括Ga元素，并可选择性的添加Al、B或In元素中的一种；

所述D元素包括Cr元素，并可选择性的添加Ce、Eu、Tb、Bi、Dy、Yb、Pr、Nd或Er元素中的一种；

且所述参数x、p、r和y满足如下条件：0.8≤x≤1.2，0.8≤p≤1.2，2≤r≤4，0.0001≤y≤0.25。

优选的，所述A元素和R元素不同时为Ga元素。

优选的，所述参数x、p、r和y满足如下条件：(x+y)：p：r＝1：1：3。

更优的，所述R元素中，Ga元素占所述R元素的摩尔含量比例大于等于30％。

更优的，所述A元素为Sc元素。

更优的，所述D元素为Cr元素。

本发明还公开了一种制备所述近红外荧光粉的方法，包括如下步骤：

(1)以选定的A、R和D元素所对应的化合物为原料，按选定的化学计量比混匀；所得混合物；

(2)将所得混合物在1200-1500℃，于空气或保护气氛中进行烧结2-10h，获得焙烧产物；所得焙烧产物经过破碎、研磨、分级和筛洗的后处理，即得所需近红外荧光粉。

进一步的，所述A、R和D元素所对应的化合物包括氧化物、碳酸盐和/或硝酸盐。

本发明还公开了一种发光装置，包含光源和发光材料，所述发光材料包括所述的近红外荧光粉。

所述光源为发射峰值波长范围为350-500nm的半导体芯片。

本发明所述近红外荧光粉包括组成式为A_xR_pO_r的无机化合物，该化合物以钙钛矿型A_xR_pO_r结构为基质，通过掺杂选定的稀土离子或过渡金属离子，制备的荧光粉的激发峰位于350-750nm，在紫外光、蓝光或红光激发下呈现宽带或者多谱发射，发射主峰位于780-1600nm。通过离子取代等方式构筑固溶体，由于晶体场劈裂的影响，可制得不同发射波长的近红外荧光粉材料，不仅显著提升了荧光粉的发光强度，且实现了光谱的可调控性，进一步扩大其应用范围。本发明所述近红外荧光粉也可通过离子共掺杂，以能量传递的方式，促使掺杂离子的高效发射，进一步提升了该近红外荧光粉的发光强度，可达到更好的应用效果。

本发明所得的近红外发光材料可用于制备发光装置，所述发光装置能够在蓝光芯片、紫外芯片激发下发射宽带近红外光，且可以通过复合多种荧光粉，实现光谱的可调可控效果。本发明所述发光装置可以满足光效通讯、脸部虹膜识别、安防监控、防伪、激光雷达、食品检测、数位医疗、3D传感等多种领域需求；而且避免了直接使用近红外芯片的发光装置成本高，稳定性差的弊端，成为产生近红外光的新途径。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1为本发明对比例1制得荧光粉样品的激发与发射光谱图，左侧曲线检测波长为810nm，右侧曲线激发波长为460nm；

图2为本发明实施例1制得荧光粉样品的激发与发射光谱图，左侧曲线检测波长为835nm，右侧曲线激发波长为460nm。

具体实施方式

对比例

本实施例所述的近红外荧光粉，其包含的化合物组成式为Sc_0.98BO₃:Cr_0.02。

按化学式Sc_0.98BO₃:Cr_0.02的化学计量比，准确称取Sc₂O₃、H₃BO₃和Cr₂O₃均匀混合，得到混合物；将所得混合物于空气氛围下，1300℃煅烧8h，降温后获得焙烧产物；将所得焙烧产物进行破碎、研磨、分级、筛洗等后处理，即可得到近红外发光材料样品。

将所得近红外发光材料样品进行激发测试，得到样品的激发与发射光谱图如附图1所示。可见，该荧光粉的发射峰位于810nm，相对发光强度为100。

实施例1

本实施例所述的近红外荧光粉，其包含的化合物组成式为Sc_0.98GaO₃:Cr_0.02。

按化学式Sc_0.98GaO₃:Cr_0.02的化学计量比，准确称取Sc₂O₃、Ga₂O₃和Cr₂O₃均匀混合，得到混合物；将所得混合物于还原气氛下，1400℃煅烧8h，降温后获得焙烧产物；将所得焙烧产物进行破碎、研磨、分级、筛洗等后处理，即可得到近红外荧光粉样品。

将所得近红外发光材料样品进行激发测试，得到样品的激发与发射光谱图如附图2所示。可见，该荧光粉的发射峰位于835nm，相对发光强度为130。

实施例2

本实施例所述的近红外荧光粉，其包含的化合物组成式为Sc_0.98Ga_0.3B_0.7O₃:Cr_0.02。

按化学式Sc_0.98Ga_0.3B_0.7O₃:Cr_0.02的化学计量比，准确称取Sc₂O₃、Ga₂O₃和Cr₂O₃均匀混合；将所得混合物于还原气氛下，1400℃煅烧8h，降温后获得焙烧产物；将所得焙烧产物进行破碎、研磨、分级、筛洗等后处理，即可得到近红外荧光粉样品。经测定，该荧光粉的发射峰位于826nm，相对发光强度为150。

实施例3-26

实施例3-26所述的近红外荧光粉以及含该荧光粉的发光装置，其化合物组成式分别见下表1中列出，各实施例中材料的制备方法同实施例1，只需根据各实施例中目标化合物的化学式组成，选择适当计量的化合物进行混合、研磨、焙烧，得到所需的近红外发光物质。

对各实施例中制得发光物质的性能进行检测，其测试结果见下表1所示。

表1实施例和对比例分子式以及发光性能，激发波长为460nm

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 (10)

1.一种近红外荧光粉，其特征在于，该荧光粉包含化学式为A_xR_pO_r:D_y的无机化合物，其中，

所述A元素选自Sc、Y、La、Lu、Ga或Gd元素中的一种或两种；

所述R元素包括Ga元素，并可选择性的添加Al、B或In元素中的一种；

所述D元素包括Cr元素，并可选择性的添加Ce、Eu、Tb、Bi、Dy、Yb、Pr、Nd或Er元素中的一种；

且所述参数x、p、r和y满足如下条件：0.8≤x≤1.2，0.8≤p≤1.2，2≤r≤4，0.0001≤y≤0.25。

2.根据权利要求1所述的近红外荧光粉，其特征在于，所述A元素和R元素不同时为Ga元素。

3.根据权利要求1或2所述的近红外荧光粉，其特征在于，所述参数x、p、r和y满足如下条件：(x+y)：p：r＝1：1：3。

4.根据权利要求1-3任一项所述的近红外荧光粉，其特征在于，所述R元素中，Ga元素占所述R元素的摩尔含量比例大于等于30％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的近红外荧光粉，其特征在于，所述A元素为Sc元素。

6.根据权利要求1-5任一项所述的近红外荧光粉，其特征在于，所述D元素为Cr元素。

7.一种制备权利要求1-6任一项所述近红外荧光粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以选定的A、R和D元素所对应的化合物为原料，按选定的化学计量比混匀；所得混合物；

(2)将所得混合物在1200-1500℃，于空气或保护气氛中进行烧结2-10h，获得焙烧产物；所得焙烧产物经过破碎、研磨、分级和筛洗的后处理，即得所需近红外荧光粉。

8.根据权利要求7所述的制备所述近红外荧光粉的方法，其特征在于，所述A、R和D元素所对应的化合物包括氧化物、碳酸盐和/或硝酸盐。

9.一种发光装置，包含光源和发光材料，其特征在于，所述发光材料包括权利要求1-6中任一项所述的近红外荧光粉。

10.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述光源为发射峰值波长范围为350-500nm的半导体芯片。

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