一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉及其制備方法

一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉及其制備方法
【專利摘要】一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉及其制備方法，屬于發光材料技術領域。所述鋁硅酸鹽綠色熒光粉的化學通式為：R1?xCexAl1?2mMgmSi1+mO5；其中，0<x<1，0≤m<0.5；所述R為La、Y與Lu等中的至少一種。所述鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法：將R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體混合，進行高溫固相反應，即得化學通式為：R1?xCexAl1?2mMgmSi1+mO5的熒光粉。所得鋁硅酸鹽綠色熒光粉具有全新的化學組成，以Ce3+為激活劑，該熒光粉在紫藍光激發下能發射綠光，從而使該熒光粉可將紫藍光轉化綠光，從而應用于黃色熒光粉轉化白光LED，并提高其顯色性。
【專利說明】
一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于發光材料技術領域，尤其是涉及一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉及其制備方法。
【背景技術】
[0002]依靠LED轉換實現白光主要有以下幾種方式:
[0003]I)多芯片LED。將RGB三基色LED芯片封裝在一起來產生白光。利用RGB三色LED組合構成白光LED的技術是最高效的，避免了熒光粉發光轉換過程中斯托克斯位移造成的能量損失，可獲得最高的發光效率，同時可分開控制3種不同的光色LED的光強，實現全彩變色的效果。但該方法制成的白光LED的各個光色隨驅動電流和溫度變化不一致，隨時間的衰減速度也不相同，且其散熱問題也比較突出，生產成本居高不下。
[0004]2)三基色熒光粉轉換LED。三基色熒光粉轉換LED可以在較高發光效率的前提下，有效地提升LED的顯色性，它具有較高的光視效能和顯色指數。三基色白光LED實現的常用方法是，利用紫外光(UV)LED激發一組可被紫外光有效激發的黃、綠、藍(RGB)三基色熒光粉，其特點為光譜的可見光部分完全由熒光分產生。不過，它存在以下缺點:電光轉化效率較低;粉體混合較困難，有待研發高效率的熒光粉;封裝材料在紫外光照射下容易老化，壽命較短，存在紫外線泄露的隱患;高效功率型UVLED不易制備。
[0005]3)黃色熒光粉轉化LED。目前藍光GaN芯片+摻雜Ce3+、發黃光的釔鋁石榴石(Y3Al5012:Ce3+，YAG)熒光粉是最常見的二基色熒光粉轉換LED。作為目前商業上最成熟、最容易實現的白光LED技術，其具有耗能小、體積小、重量輕、結構緊湊等優點而引起了人們的廣泛關注。在該裝置中，GaN發出的藍色光激發了 YAG而得到黃色光，未被吸收的藍光和黃光復合得到白光，因此在藍光或紫光激發下發黃光的YAG熒光粉是目前使用量最大的一類熒光粉。不過由于黃色熒光粉轉化LED的光譜中缺乏綠光，所以此類LED的顯色性較差，物體在此類光源照射下所呈現的顏色與物體在自然光(太陽光)照射下所呈現的顏色會有一定的偏差。
[0006]當然在黃色熒光粉中適當地添加綠色熒光粉，可以明顯提高黃色熒光粉轉化白光LED的顯色性。
[0007]文獻(V.Kahlenbergand H.Kriiger,Solid State Sciences,Vo1.6,N0.6,553-560，2004)報道了一種晶體結構屬于正交晶系空間群為PSdd1的材料，其化學組成為LaAlS15,但LaAlS15未見明顯的工業用途。
[0008]文南犬(Saad M.Salman,Samia N.Salama and Ebrahim A.Mahdy,Processing andApplicat1n of Ceramics，Vol.9，N0.3，139-149，2015)報道了一種化學組成為YAlS15的材料，可以制作玻璃，其用途與本發明申請屬于不同的技術領域。
[0009]美國專利US3753754公開一種分子式為MMeZX5的榍石成分，其中包含LaAlS15，可以制作玻璃，其用途與本發明申請屬于不同的技術領域。
[0010]中國專利CN101546783A公開一種分子式為LaAlS15的材料，用于半導體薄膜絕緣材料，其用途與本發明申請屬于不同的技術領域。
[0011]目前，LaAlSi05(或YAlS15)還未見其關于在發光材料方面的公開報道或專利申請。

【發明內容】

[0012]本發明的目的之一是提供一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉。
[0013]本發明的另一目的是提供一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法。
[0014]所述鋁硅酸鹽綠色熒光粉的化學通式如式(I)所示:
[0015]R1-xCexAl1-2mMgmSii+m05(I)；
[0016]其中，0〈x〈l，0<m〈0.5;所述R為La、Y與Lu等中的至少一種。
[0017]優選的，所述X為0.01?0.5，所述m為O?0.45。
[0018]所述鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法如下:
[0019]將R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體混合，進行高溫固相反應，即得化學通式如式(I)所示的熒光粉；
[0020]R1-xCexAl1-2mMgmSii+m05(I)；
[0021]所述R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體中R、Ce、Al、Mg與Si的摩爾比為(1-χ):x: (l-2m):m: (1+m) ；0<χ<1，0 <m〈0.5;所述R為La、Y與Lu等中的至少一種。
[0022]優選的，所述R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體的純度均不低于99.5%。
[0023]所述R前驅體可為R的碳酸鹽、R的氧化物、R的草酸鹽與R的硝酸鹽等中的至少一種；
[0024]所述Ce前驅體可為Ce的碳酸鹽、Ce的氧化物、Ce的草酸鹽與Ce的硝酸鹽等中的至少一種；
[0025]所述Al前驅體可為Al的碳酸鹽、Al的氧化物、Al的草酸鹽與Al的硝酸鹽等中的至少一種；
[0026]所述Mg前驅體可為Mg的碳酸鹽、Mg的氧化物、Mg的草酸鹽與Mg的硝酸鹽等中的至少一種；
[0027]所述Si前驅體可為Si的氧化物。
[0028]所述高溫固相反應可采用在壓片后，在還原氣氛中進行高溫燒結。
[0029]所述還原氣氛可為氨氣或氮氫混合氣體;所述高溫燒結的溫度可為1200?15000C ;所述高溫燒結的時間可為3?12h。
[0030]本發明提供了一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉及其制備方法。該熒光粉的化學成分為R1-xCexAl1-2mMgmSii+m05;其中，0〈x〈l，0 <m<0.5；所述R為La、Y與Lu等中的至少一種。本發明的優點是，本發明熒光粉具有全新的化學組成，以Ce3+為激活劑，該熒光粉在紫藍光激發下能發射綠光，從而使該熒光粉可將紫藍光轉化綠光，從而應用于黃色熒光粉轉化白光LED，并提尚其顯色性。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明實施例1中得到的材料的X射線衍射圖譜；
[0032]圖2為本發明實施例2中得到的熒光粉的激發光譜圖；
[0033]圖3為本發明實施例2中得到的熒光粉的發射光譜圖；
[0034]圖4為本發明實施例3中得到的熒光粉的激發光譜圖；
[0035]圖5為本發明實施例3中得到的熒光粉的發射光譜圖；
[0036]圖6為本發明實施例4中得到的熒光粉的激發光譜圖；
[0037]圖7為本發明實施例4中得到的熒光粉的發射光譜圖；
[0038]圖8為本發明實施例5中得到的熒光粉的激發光譜圖；
[0039]圖9為本發明實施例5中得到的熒光粉的發射光譜圖；
[0040]圖10為本發明實施例6中得到的熒光粉的激發光譜圖；
[0041]圖11為本發明實施例6中得到的熒光粉的發射光譜圖；
[0042]圖12為本發明實施例7中得到的熒光粉的激發光譜圖；
[0043]圖13為本發明實施例7中得到的熒光粉的發射光譜圖；
[0044]圖14為本發明實施例8中得到的熒光粉的激發光譜圖；
[0045]圖15為本發明實施例8中得到的熒光粉的發射光譜圖。
【具體實施方式】
[0046]下面將結合實施例和附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員可以做出其他實施例。
[0047]本發明提供了一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉，該熒光粉的化學通式如式(I)所示:
[0048]R1-xCexAl1-2mMgmSii+m05(I)；
[0049]其中，0<x< I，優選為0.02?0.5，更優選為0.02?0.1，再優選為0.02?0.05，在本發明提供的一些實施例中，所述X優選為0.02;在本發明提供的一些實施例中，所述X優選為0.05;在本發明提供的一些實施例中，所述X優選為0.1 ；在本發明提供的另一些實施例中，所述X優選為0.5；0<m<0.5,優選為O?0.45，更優選為0.05?0.1，在本發明提供的一些實施例中，所述m優選為O;在本發明提供的一些實施例中，所述m優選為0.02;在本發明提供的一些實施例中，所述m優選為0.05 ；在本發明提供的一些實施例中，所述m優選為0.1 ；在本發明提供的一些實施例中，所述m優選為0.4;在本發明提供的另一些實施例中，所述m優選為0.45 ;所述R為La、Y與Lu等中的至少一種;在本發明提供的一些實施例中，所述R優選為La;在本發明提供的一些實施例中，所述R優選為Y;在本發明提供的一些實施例中，所述R優選為Lu;在本發明提供的一些實施例中，所述R優選為Y和Lu;在本發明提供的另一些實施例中，所述R優選為La和Y與Lu。
[0050]本發明熒光粉以Ce3+為激活劑，該熒光粉在紫藍光激發下發射出綠光，從而使該熒光粉可將紫藍光轉化綠光，從而應用于黃色熒光粉轉化白光LED，并提高其顯色性。
[0051]本發明還提供了一種上述熒光粉的制備方法，包括:A)將R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體混合，進行高溫固相反應，得到熒光粉；
[0052]所述R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體中R、Ce、Al、Mg與Si的摩爾比為(1-χ):x: (l-2m):m: (1+m) ；0<χ<1，0 <m〈0.5;所述R為La、Y與Lu等中的至少一種。
[0053]其中，所述X和m與R均同上所述，在此不再贅述。
[0054]所述R前驅體為本領域熟知的包含R的化合物即可，并無特殊的限制，本發明中優選為R的碳酸鹽、R的氧化物、R的草酸鹽與R的硝酸鹽等中的至少一種，更優選為R的氧化物；所述Ce前驅體為Ce的碳酸鹽、Ce的氧化物、Ce的草酸鹽與Ce的硝酸鹽等中的至少一種，更優選為Ce的氧化物;所述Al前驅體為Al的碳酸鹽、Al的氧化物、Al的草酸鹽與Al的硝酸鹽等中的至少一種，更優選為Al的氧化物;所述Mg前驅體為Mg的碳酸鹽、Mg的氧化物、Mg的草酸鹽與Mg的硝酸鹽等中的至少一種，更優選為Mg的碳酸鹽;所述S i前驅體為S i的氧化物。
[0055]所述R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體的純度優選各自獨立地不低于99.5%，純度越高，得到的熒光粉的雜質越少。
[0056]將R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體混合，優選采用研磨進行混合;混合后，優選進行壓片，更優選干燥后進行壓片;所述壓片的壓力優選為I?3MPa。
[0057]壓片后，在還原氣氛中進行高溫燒結;所述還原氣氛為本領域技術人員熟知的干燥氣氛即可，并無特殊的限制，本發明中優選為氨氣或氮氫混合氣體;所述高溫燒結的溫度優選為1200?1500°C，更優選為1250?1350°C;在本發明提供的一些實施例中，所述高溫燒結的溫度優選為1250°C;在本發明提供的一些實施例中，所述高溫燒結的溫度優選為1300°C ;在本發明提供的另一些實施例中，所述高溫燒結的溫度優選為1350°C。
[0058]所述高溫燒結的時間優選為3?12h，更優選為4?6h;在本發明提供的一些實施例中，所述高溫燒結的時間優選為4h;在本發明提供的另一些實施例中，所述高溫燒結的時間優選為6h。
[0059]所述高溫燒結優選在高溫爐內進行；高溫燒結后，隨爐冷卻至室溫，即可得到熒光粉。
[0060]本發明以Ce3+為激活劑，采用高溫固相反應，成功制備一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉。
[0061]為了進一步說明本發明，以下結合實施例對本發明提供的一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉及其制備方法進行詳細描述。
[0062]以下實施例中所用的試劑均為市售。
[0063]實施例1
[0064]原料為La2O3 (分析純)、Al2O3 (分析純)和S12 (分析純)，摩爾比為0.5:0.5:1，將上述原料研磨混勻、干燥后在2MPa的壓力下壓片，裝入坩禍，在高溫爐內，1250°C燒結4h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為LaAlS15的材料。
[0065]利用X射線衍射對實施例1中得到的材料進行分析，得到其X射線衍射圖譜，如圖1所示。在國際晶體學數據庫中查詢，確認此圖譜與屬于正交晶系空間群為且化學組成為LaAlS15的標準圖譜一致。
[0066]實施例2
[0067]原料為1^203(分析純)、0602(99.99%)、六1203(分析純)和3丨02(分析純)，摩爾比為
0.49:0.02:0.5:1,將上述原料研磨混勻、干燥后在IMPa的壓力下壓片，裝入坩禍，氨氣還原氣氛下，在高溫爐內，1 250 °C燒結5h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為La0.98Ce0.02AlSi05 的焚光粉。
[0068]利用熒光光譜儀對實施例2中得到的熒光材料進行分析，得到其激發光譜圖，如圖2所示。可見該熒光粉的激發帶主要落在紫藍光區。
[0069]利用熒光光譜儀對實施例2中得到的熒光材料進行分析，得到其發射光譜圖，如圖3所示。可見該熒光粉能有效地被紫藍光激發而發射綠光，從而該熒光粉可將紫藍光轉化為綠光。
[0070] 實施例3
[0071 ]原料為La2O3 (分析純)、CeO2 (99.99 % )、Al2O3 (分析純)、MgC03 (分析純)和S12 (分析純)，摩爾比為0.25:0.5:0.45:0.05:1.05，將上述原料研磨混勻、干燥后在3MPa的壓力下壓片，裝入坩禍，氮氫混合氣的還原氣氛下，在高溫爐內，13000C燒結6h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為La0.5Ce0.5A10.9Mg0.0sSi1.Q5O5的焚光粉。
[0072]利用熒光光譜儀對實施例3中得到的熒光材料進行分析，得到其激發光譜圖，如圖4所示。可見該熒光粉的激發帶主要落在紫藍光區。
[0073]利用熒光光譜儀對實施例3中得到的熒光材料進行分析，得到其發射光譜圖，如圖5所示。可見該熒光粉能有效地被紫藍光激發而發射綠光，從而該熒光粉可將紫藍光轉化為綠光。
[0074]實施例4
[0075]原料為La2O3(分析純)、CeO2 (99.99 % )、Al2O3 (分析純)、MgC03 (分析純)和S12 (分析純)，摩爾比為0.25:0.5:0.05:0.45:1.45，將上述原料研磨混勻、干燥后在I.5MPa的壓力下壓片，裝入坩禍，氨氣還原氣氛下，在高溫爐內，1300°C燒結6h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為 La0.5Ce0.5Al().1Mg().45Si1.45 05 的焚光粉。
[0076]利用熒光光譜儀對實施例4中得到的熒光材料進行分析，得到其激發光譜圖，如圖6所示。可見該熒光粉的激發帶主要落在紫藍光區。
[0077]利用熒光光譜儀對實施例4中得到的熒光材料進行分析，得到其發射光譜圖，如圖7所示。可見該熒光粉能有效地被紫藍光激發而發射綠光，從而該熒光粉可將紫藍光轉化為綠光。
[0078]實施例5
[0079]原料為Y2O3(分析純)、CeO2 (99.99 % )、Al2O3 (分析純)、MgC03(分析純)和S12(分析純)，摩爾比為0.49:0.02:0.1:0.4:1.4,將原料研磨混勻、干燥后在2.5MPa的壓力下壓片，裝入坩禍，氨氣還原氣氛下，在高溫爐內，1350°C燒結4h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為￥。.9806。.。2厶1。.2]\%。.43；[1.405的焚光粉。
[0080]利用熒光光譜儀對實施例5中得到的熒光材料進行分析，得到其激發光譜圖，如圖8所示。可見該熒光粉的激發帶主要落在紫藍光區。
[0081]利用熒光光譜儀對實施例5中得到的熒光材料進行分析，得到其發射光譜圖，如圖9所示。可見該熒光粉能有效地被紫藍光激發而發射綠光，從而該熒光粉可將紫藍光轉化為綠光。
[0082]實施例6
[0083]原料為1^203(分析純)、0602(99.99%)、厶1203(分析純)、1%0)3(分析純)和3102(分析純)，摩爾比為0.49:0.02:0.475:0.025:1.025，將原料研磨混勻、干燥后在2.5MPa的壓力下壓片，裝入坩禍，氨氣還原氣氛下，在高溫爐內，1350°C燒結4h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為Lu0.98Ce0.02Al0.95Mg0.025S1.02515的焚光粉 O
[0084]利用熒光光譜儀對實施例6中得到的熒光材料進行分析，得到其激發光譜圖，如圖10所示。可見該熒光粉的激發帶主要落在紫藍光區。
[0085]利用熒光光譜儀對實施例6中得到的熒光材料進行分析，得到其發射光譜圖，如圖11所示。可見該熒光粉能有效地被紫藍光激發而發射綠光，從而該熒光粉可將紫藍光轉化為綠光。
[0086]實施例7
[0087]原料為￥203(分析純)、1^203(分析純)、0602(99.99%)^1203(分析純)和5丨02(分析純)，摩爾比為0.25:0.2:0.1:0.5:1，將原料研磨混勻、干燥后在2.5MPa的壓力下壓片，裝入坩禍，氨氣還原氣氛下，在高溫爐內，1350 V燒結6h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為Y0.sLuuCe0.1AlS1s 的熒光粉。
[0088]利用熒光光譜儀對實施例7中得到的熒光材料進行分析，得到其激發光譜圖，如圖12所示。可見該熒光粉的激發帶主要落在紫藍光區。
[0089]利用熒光光譜儀對實施例7中得到的熒光材料進行分析，得到其發射光譜圖，如圖13所示。可見該熒光粉能有效地被紫藍光激發而發射綠光，從而該熒光粉可將紫藍光轉化為綠光。
[0090]實施例8
[0091 ]原料為La2O3 (分析純)、Y2O3 (分析純)、Lu2O3 (分析純)、CeO2 (99.99 % )、Al2O3 (分析純)、MgC03(分析純)和Si02(分析純)，摩爾比為0.4:0.05:0.025:0.05:0.4:0.1:1.1，將原料研磨混勻、干燥后在2.5MPa的壓力下壓片，裝入坩禍，氨氣還原氣氛下，在高溫爐內，1350°C燒結6h，隨爐冷卻到室溫，得到理論化學成分為La0.8Y0.1Lu().()5Ce().()5Al().8Mg().1Si1.105的焚光粉。
[0092]利用熒光光譜儀對實施例8中得到的熒光材料進行分析，得到其激發光譜圖，如圖14所示。可見該熒光粉的激發帶主要落在紫藍光區。
[0093]利用熒光光譜儀對實施例8中得到的熒光材料進行分析，得到其發射光譜圖，如圖15所示。可見該熒光粉能有效地被紫藍光激發而發射綠光，從而該熒光粉可將紫藍光轉化為綠光。
【主權項】
1.一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉，其特征在于化學通式如式(I)所示:Rl-xCexAl I—2mMgmSi l+m05 (I); 其中，00〈1，0<111〈0.5;所述1?為1^、￥、1^中的至少一種。2.如權利要求1所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉，其特征在于所述X為0.0l?0.5，所述m為O?0.45。3.如權利要求1所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于其具體步驟如下: 將R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體與Si前驅體混合，進行高溫固相反應，即得化學通式如式(I)所示的熒光粉；Rl-xCexAl I—2mMgmSi l+m05 (I); 所述1?前驅體工6前驅體)1前驅體、]\%前驅體、31前驅體中1?、06^1、]\^、31的摩爾比為(1-χ):χ: (l-2m):m: (1+m) ；0<χ<1，0 <m〈0.5;所述R為La、Y、Lu中的至少一種。4.如權利要求3所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于所述R前驅體、Ce前驅體、Al前驅體、Mg前驅體、Si前驅體的純度均不低于99.5%。5.如權利要求3所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于所述R前驅體為R的碳酸鹽、R的氧化物、R的草酸鹽、R的硝酸鹽中的至少一種。6.如權利要求3所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于所述Ce前驅體為Ce的碳酸鹽、Ce的氧化物、Ce的草酸鹽、Ce的硝酸鹽中的至少一種。7.如權利要求3所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于所述Al前驅體為Al的碳酸鹽、Al的氧化物、Al的草酸鹽、Al的硝酸鹽中的至少一種。8.如權利要求3所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于所述Mg前驅體為Mg的碳酸鹽、Mg的氧化物、Mg的草酸鹽、Mg的硝酸鹽中的至少一種。9.如權利要求3所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于所述Si前驅體為Si的氧化物。10.如權利要求3所述一種鋁硅酸鹽綠色熒光粉的制備方法，其特征在于所述高溫固相反應采用在壓片后，在還原氣氛中進行高溫燒結;所述還原氣氛可為氨氣或氮氫混合氣體；所述高溫燒結的溫度可為1200?1500 0C ;所述高溫燒結的時間可為3?12h。
【文檔編號】C09K11/80GK105820818SQ201610226684
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】解榮軍, 周天亮, 莊逸熙, 李燁
【申請人】廈門大學