專利名稱：紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉和合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光粉混合物，尤其是一種與半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的紫光發(fā)射匹配，產(chǎn)生白光的熒光粉，以及制備方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)藍(lán)光LED(460nm激發(fā))的白光熒光粉的研究和開發(fā)已取得較大進(jìn)展，但藍(lán)光LED發(fā)光效率低。390nm-400nm發(fā)射的GaN紫光LED則是目前研究的熱點(diǎn)。但吸收紫光而發(fā)出白光的單一熒光粉很難實(shí)現(xiàn)，而達(dá)到應(yīng)用水平的紫光LED的三基色熒光粉至今未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種與半導(dǎo)體發(fā)光二極管的紫光發(fā)射匹配，產(chǎn)生白光的三基色熒光粉。
本發(fā)明的紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉，由主要發(fā)射峰在紅光區(qū)的紅粉、主要發(fā)射峰在藍(lán)光區(qū)的藍(lán)粉和主要發(fā)射峰在綠光區(qū)的綠粉組成。紅粉為三價(jià)銪激活的釔鋁石榴石(YAGEu)，主要成分的化學(xué)式為Y3-xAl5O12xEu(x＝0.01-0.06)。藍(lán)粉為二價(jià)銪激活的氯磷酸鍶/鈣(鍶鈣化學(xué)性質(zhì)類似，可替換或組配)，主要成分的化學(xué)式為(Sr/Ca)10-x(PO4)6Cl2xEu，其中x＝0.01-0.08；綠粉為鈰激活的釔鋁石榴石(YAGCe)，其主要成分的化學(xué)式Y(jié)3-xAl5O12xCe，其中x＝0.001-0.04。紅、藍(lán)、綠三種熒光粉的重量比為(0.5-2)∶(0.7-2.3)∶(2-5)。
本發(fā)明的紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉的合成方法，其步驟包括1.用高溫固相反應(yīng)技術(shù)制備紅粉紅粉無三價(jià)銪激活的釔鋁石榴石，其主要成分的化學(xué)式為Y3-xAl5O12xEu(x＝0.01-0.06)。按該化學(xué)式計(jì)量比，稱取羥基鋁化合物，如羥基氧化鋁(AlOOH)或者氫氧化鋁Al(OH)3)，氧化釔(Y2O3)，氧化銪(Eu2O3)，占化學(xué)式0.1-0.2摩爾的助熔劑氟化鋇(BaF2)，充分混勻，置于剛玉坩堝中，在1400-1600℃焙燒1-3小時(shí)。
2.用高溫固相反應(yīng)技術(shù)制備藍(lán)粉藍(lán)粉為二價(jià)銪激活的氯磷酸鍶/鈣，其主要成分的化學(xué)式為(Sr/Ca)10-x(PO4)6Cl2xEu(x＝0.01-0.08)。按照該化學(xué)式的化學(xué)計(jì)量比關(guān)系，稱取磷酸氫鍶/鈣，碳酸鍶/鈣，氯化鍶/鈣和氧化銪，原料混合均勻后置于剛玉坩堝中，以碳粉為還原劑，在馬弗爐中1000℃-1200℃焙燒1-3小時(shí)。在制備過程中，用比化學(xué)計(jì)量所需摩爾數(shù)大1至5倍的氯化鍶/鈣作助熔劑參加反應(yīng)，反應(yīng)完成后，產(chǎn)物中存在的過量的氯化物用沸水浸泡洗去。
3.用高溫固相反應(yīng)技術(shù)綠粉綠粉為鈰激活的釔鋁石榴石，其主要成分的化學(xué)式為Y3-xAl5O12xCe，其中x＝0.001-0.04。按照該化學(xué)式的化學(xué)計(jì)量比關(guān)系，稱取羥基鋁化合物(AlOOH，或者Al(OH)3)，氧化釔(Y2O3)，硝酸鈰(Ce(NO3)3)，占化學(xué)式0.1-0.2摩爾的助熔劑氟化鋇(BaF2)，充分混勻，置于剛玉坩堝中，以碳粉為還原劑，在馬弗爐中1400-1600℃焙燒1-3小時(shí)。
4、紅粉、藍(lán)粉和綠粉按照重量比約為(0.5-2)∶(0.7-2.3)∶(2-5)均勻混合，得到本發(fā)明的熒光粉。
本發(fā)明的三基色熒光粉是由不同發(fā)射和不同吸收波長的三種熒光粉組成，即紅粉(主要發(fā)射峰在紅光區(qū))、藍(lán)粉(主要發(fā)射峰在藍(lán)光區(qū))和綠粉(主要發(fā)射峰在綠光區(qū))組成。
綠粉YAGCe的激發(fā)波長在460nm左右，它本身不吸收LED發(fā)射的400nm波長的紫光。加入藍(lán)粉后，綠粉吸收藍(lán)粉的發(fā)射，產(chǎn)生黃綠光。兩者的混合在LED紫光激發(fā)下產(chǎn)生了藍(lán)粉的輻射和綠粉的再吸收，即發(fā)光過程中從藍(lán)粉到綠粉的能量傳遞。藍(lán)粉的發(fā)射波長和綠粉的激發(fā)波長的匹配是產(chǎn)生白光的關(guān)鍵。紅粉的激發(fā)波長則完全與1ED的紫光匹配，可獨(dú)立吸收LED的能量而發(fā)光。
本發(fā)明甄選出一種三基色熒光粉混合物，在紫光LED激發(fā)下發(fā)白光，解決了吸收紫光而發(fā)出白光的單一熒光粉很難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)問題，可作為紫光LED的發(fā)光材料廣泛應(yīng)用于發(fā)光領(lǐng)域。
把紅、藍(lán)、綠三種熒光粉按照重量比大約為(0.5-2)∶(0.7-2.3)∶(2-5)的計(jì)量混合。適當(dāng)改變?nèi)N熒光粉的混合比例，還可按照需要調(diào)整熒光粉的色溫和色坐標(biāo)。


圖1紅粉Y3-xAl5O12xEu(x＝0.05)的激發(fā)光譜(1)和發(fā)射光譜(2)，激發(fā)峰波長在395nm，與LED紫光匹配圖2藍(lán)粉Sr10-x(PO4)6Cl2xEu(x＝0.02)的激發(fā)和發(fā)射光譜，發(fā)射蜂(2)在455nm附近，激發(fā)峰(1)為一寬帶，與LED紫光匹配。
圖3Y3-xAl5O12xCe(x＝0.05)的激發(fā)光譜(1x)和發(fā)射光譜(2)，激發(fā)峰不在紫光區(qū)域波，不能直接吸收LED的紫光，但與藍(lán)粉的455nm發(fā)射匹配。
圖4Y3-xAl5O12xEu(x＝0.04)∶Sr10-x(PO4)6Cl2xEu(x＝0.02)∶Y3-xAl5O12xCe(x＝0.05)三者的質(zhì)量比為)0.8∶1∶3混合熒光粉的發(fā)射光譜(395nm激發(fā))。色坐標(biāo)值為x＝0.33，y＝0.33(不考慮LED紫光的貢獻(xiàn))
2.18.37g SrHPO4，7.136g SrCO3，26.66g SrCl2.6H2O，0.293g Eu2O3，研磨混勻，在活性炭存在的還原性氣氛中，1100℃焙燒2小時(shí)，得到白色熔融狀塊體，用沸水浸泡，洗去過量的SrCl2，烘干，得到白色的Sr9.98(PO4)6Cl20.02Eu。
3.10.161g Y2O3，11.70g Al(OH)3，1.0518g BaF2，0.655g Ce(NO3)3.6H2O的水溶液，100℃烘干，研磨均勻混合，在活性炭存在的還原性氣氛中，1450℃焙燒2小時(shí)，得到亮黃色的YAGCe。
4.質(zhì)量比為0.8∶1∶3的紅粉，藍(lán)粉和綠粉混勻，可以得到和與紫光LED匹配的白色熒光粉，此混合物的色坐標(biāo)為x＝0.33，y＝0.33。調(diào)整質(zhì)量比可得到不同色溫和色坐標(biāo)的熒光粉。
權(quán)利要求
1.一種紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉，由主要發(fā)射峰在紅光區(qū)的紅粉、主要發(fā)射峰在藍(lán)光區(qū)的藍(lán)粉和主要發(fā)射峰在綠光區(qū)的綠粉組成，其特征在于紅粉為三價(jià)銪激發(fā)的釔鋁石榴石，主要成分化學(xué)式為Y3-xAl5O12xEu，其中x＝0.01-0.06；藍(lán)粉為二價(jià)銪激活的氯磷酸鍶/鈣，其主要成分的化學(xué)式為(Sr/Ca)10-x(PO4)6Cl2xEu，其中x＝0.01-0.08；綠粉為鈰激活的釔鋁石榴石，其主要成分的化學(xué)式為Y3-xAl5O12xCe，其中x＝0.001-0.04；紅、藍(lán)、綠三種熒光粉重量比為(0.5-2)∶(0.7-2.3)∶(2-5)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉的合成方法，其步驟包括1)用高溫固相反應(yīng)制備技術(shù)制備紅粉紅粉為三價(jià)銪激發(fā)的釔鋁石榴石，其主要成分的化學(xué)式為Y3-xAl5O12xEu，其中x＝0.01-0.06；按該化學(xué)式計(jì)量比，稱取羥基鋁化合物，氧化釔，氧化銪，占化學(xué)式0.1-0.2摩爾的助熔劑，充分混勻，置于焙燒容器中，1400-1600℃焙燒1-3小時(shí)；2)用高溫固相反應(yīng)制備技術(shù)制備藍(lán)粉藍(lán)粉為二價(jià)銪激活的氯磷酸鍶/鈣，其主要成分的化學(xué)式為(Sr/Ca)10-x(PO4)6Cl2xEu，其中x＝0.01-0.08；按照該化學(xué)式的化學(xué)計(jì)量比關(guān)系，稱取磷酸氫鍶/鈣，碳酸鍶/鈣，氯化鍶/鈣和氧化銪，原料混合均勻后置于焙燒容器中，再以比化學(xué)計(jì)量所需摩爾數(shù)大1-5倍的氯化鍶/鈣作助熔劑參加反應(yīng)，還原氣氛下1000℃-1200℃焙燒1-3小時(shí)，反應(yīng)完成后，產(chǎn)物中存在的過量的氯化物用沸水浸泡洗去；2)用高溫固相反應(yīng)制備技術(shù)制備綠粉綠粉為鈰激活的釔鋁石榴石，其主要成分的化學(xué)式為Y3-xAl5O12xCe，其中x＝0.001-0.04；按照化學(xué)式化學(xué)計(jì)量比關(guān)系，稱取羥基鋁化合物，氧化釔，硝酸鈰，占化學(xué)式0.1-0.2摩爾的助熔劑，充分混勻，置于焙燒容器中，在還原氣氛下1400-1600℃焙燒1-3小時(shí)；4)按制得的紅粉、藍(lán)粉和綠粉按照重量比(0.5-2)∶(0.7-2.3)∶(2-5)的比例混合，得到本發(fā)明的熒光粉。
3.一種如權(quán)利要求2所述的紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉的合成方法，其特征在于所述的焙燒容器為剛玉坩堝，在制備藍(lán)粉和綠粉時(shí)，焙燒過程在馬弗爐中進(jìn)行。
4.一種如權(quán)利要求2所述的紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉的合成方法，其特征在于在制備藍(lán)粉和綠粉時(shí)，所述還原氣氛為碳粉作還原劑。
5.一種如權(quán)利要求2所述的紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉的合成方法，其特征在于在制備紅粉和綠粉時(shí)，所述羥基鋁化合物選自AlOOH，或者Al(OH)3。
6.一種如權(quán)利要求2所述的紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉的合成方法，其特征在于制備紅粉和綠粉時(shí)所述助熔劑為氟化鋇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紫光發(fā)光二極管激發(fā)的三基色熒光粉，由主要發(fā)射峰在紅光區(qū)的紅粉、主要發(fā)射峰在藍(lán)光區(qū)的藍(lán)粉和主要發(fā)射峰在綠光區(qū)的綠粉組成。紅粉為三價(jià)銪激活的釔鋁石榴石，藍(lán)粉為二價(jià)銪激活的氯磷酸鍶/鈣，綠粉為鈰激活的釔鋁石榴石。采用高溫固相反應(yīng)制備三種熒光粉，將紅、藍(lán)、綠三種熒光粉按重量比(0.5－2)∶(0.7－2.3)∶(2－5)混合。在紫光LED激發(fā)下發(fā)白光，解決了吸收紫光而發(fā)出白光的單一熒光粉很難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)問題，可作為紫光LED發(fā)光材料廣泛應(yīng)用于發(fā)光領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C09K11/78GK1397625SQ0212609
公開日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者姚光慶, 段潔菲, 施建新, 林建華 申請(qǐng)人:北京大學(xué)