專利名稱：鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀土發(fā)光材料，特別是一種鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球能源短缺、電力緊張以及環(huán)境污染嚴(yán)重，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸向節(jié)約型、高附加值能源消費(fèi)發(fā)展，但是如今許多領(lǐng)域仍然處于高能耗狀態(tài)。其中照明顯示的耗電量占據(jù)了世界總電量的很大一部分，所以開發(fā)和使用節(jié)能的綠色照明產(chǎn)品得到了人們的共識(shí)。白光發(fā)光二極管(以下簡稱為LED)作為一種新型的綠色環(huán)保型固體照明光源，具有體積小、重量輕、能耗低、壽命長、亮度高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)最有價(jià)值的新光源，在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前實(shí)現(xiàn)白光LED照明主要是藍(lán)光LED芯片上加上熒光粉，芯片和熒光粉二者發(fā)出的光混合形成白光，其中用GaN基芯片所發(fā)射的藍(lán)光激發(fā)YAG:Ce3+熒光粉發(fā)展最為迅速，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)市場化應(yīng)用，是目前應(yīng)用最多也是最成熟的，但是缺點(diǎn)也十分明顯，由于是黃光和藍(lán)光復(fù)合形成的白光，缺少了紅色的成分，所以顯色指數(shù)偏低。近些年來隨著 LED芯片技術(shù)的進(jìn)步，采用紫外-近紫外LED芯片激發(fā)三基色熒光粉產(chǎn)生白光，顏色穩(wěn)定， 顯色性高，被認(rèn)為是新一代白光LED照明的發(fā)展方向。通常用的近紫外LED藍(lán)色熒光粉是 BaMgAl10O17IEu2+ (簡稱為BAM)，但是BAM合成溫度比較高，通常在1200°C以上，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本提高，研發(fā)具有更低合成溫度的新型的近紫外光激發(fā)的藍(lán)色熒光粉就成為重要的研究方向。Ce3+摻雜的熒光粉由于其比Eu2+具有更短的熒光壽命，其發(fā)光效率往往更高，然而， 由于Ce3+在大多數(shù)氧化物材料中發(fā)射紫外光或者紫光，發(fā)射藍(lán)光的氧化物體系比較難找。而在本發(fā)明中，我們針對(duì)這個(gè)難題，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)摸索，發(fā)現(xiàn)了一種高效的Ce3+ 摻雜的藍(lán)色熒光粉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有藍(lán)色熒光粉的缺點(diǎn)，提供一種鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉及其制備方法，該藍(lán)色熒光粉具有制備方法簡單、發(fā)光性效率高、和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。本發(fā)明技術(shù)解決方案如下
一種鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉，其特點(diǎn)在于該藍(lán)色熒光粉的分子式為 K(Ca1^xCex)4B3O9t2x ；其中 Ce3+ 的摻雜濃度范圍為 0. 002 ^ χ ^ 0. 10。權(quán)利要求1所述的熒光粉的制備方法，其特點(diǎn)在于該方法包括如下步驟 ①所用原料為含K的化合物或鹽，含Ca的化合物或鹽，含B的化合物或鹽，含Ce的化
合物或鹽，所有原料純度均為分析純或優(yōu)于分析純；首先根據(jù)所要制備的熒光粉的分子式 K (CahCex)4B3C^2x，確定χ值之后，計(jì)算出每一種原料的重量，然后準(zhǔn)確稱取原料，放在一起研磨，使之形成混合均勻的原料；②將所述的混合均勻的原料放入坩堝中，在還原性氣氛中高溫焙燒，溫度為800 1000°C，焙燒時(shí)間為5 48小時(shí);
③將焙燒產(chǎn)物研磨破碎，分級(jí)，最后獲得一種用于近紫外激發(fā)的白光發(fā)光二極管的鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉。所述的焙燒的溫度為850°C。所述的還原性氣氛由活性炭粉燃燒法提供，或者氫氣/氮?dú)獾幕旌蠚怏w。本發(fā)明的技術(shù)效果如下
實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明獲得的藍(lán)色熒光粉在紫外光(345 400nm)的激發(fā)下發(fā)射很強(qiáng)的 380 550藍(lán)色光，其發(fā)射主峰位于420 470nm，熒光光譜半高寬(FWHM)為75nm，可以較好地滿足白光LED的封裝要求。提供的制備該熒光粉方法簡單易行，易于操作和工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉激發(fā)峰值波長為370nm，可以有效地吸收紫外光，這樣的激發(fā)和發(fā)射特性適合基于紫外光LED芯片的高顯色性的白光LED封裝要求。


圖1是實(shí)施例1制備的K(Qia98Ceaci2)4B3Oaci4藍(lán)色熒光粉的激發(fā)光譜，檢測波長為 428nm,圖中橫坐標(biāo)為激發(fā)光波長，縱坐標(biāo)為激發(fā)光相對(duì)強(qiáng)度。圖2是實(shí)施實(shí)例1制備的K (Qia98Cq J4B3O9,藍(lán)色熒光粉的發(fā)射光譜，激發(fā)波長為370nm，圖中橫坐標(biāo)為發(fā)射光波長，縱坐標(biāo)為發(fā)射光相對(duì)強(qiáng)度。圖3是實(shí)施實(shí)例2制備的K (Qia97Cq J J3Oy6藍(lán)色熒光粉的發(fā)射光譜，激發(fā)波長為370nm，圖中橫坐標(biāo)為發(fā)射光波長，縱坐標(biāo)為發(fā)射光相對(duì)強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉的分子式為=K(QvxCex)4B3CV2x ；其中Ce3+ 的摻雜濃度范圍為0. 002 ^ χ ^ 0. 10。裝備方法的實(shí)施例如下 實(shí)施例1
按照分子式K (Ca0.98Ce0.02) 4B309.04的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由活性碳粉提供，焙燒溫度為850°C，保溫時(shí)間為M小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。其激發(fā)光譜見圖1，說明該熒光粉可被275 320nm和350 400nm的LED芯片所發(fā)出的光有效激發(fā)。其發(fā)射光譜見圖2，發(fā)射主峰位于420 470nm，由圖可見該熒光粉熒光譜很寬，有利于提高LED的顯色性。實(shí)施例2:
按照分子式K (Ca0.97Ce0. J 4Β309. οβ的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由活性碳粉提供，焙燒溫度為850°C，保溫時(shí)間為M小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。其發(fā)射光譜見圖3，發(fā)射主峰位于420 470nm，由圖可見該熒光粉熒光譜很寬，有利于提高LED的顯色性。實(shí)施例3:
按照分子式K (Ca0.99Ce0.01) 4B309.02的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由活性碳粉提供，焙燒溫度為850°C，保溫時(shí)間為20小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。實(shí)施例4:
按照分子式K (Ca0.95Ce0.05) 4B309.10的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由活性碳粉提供，焙燒溫度為850°C，保溫時(shí)間為40小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。實(shí)施例5
按照分子式K (Ca0.98Ce0.02) 4B309.04的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由活性碳粉提供，焙燒溫度為900°C，保溫時(shí)間為20小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。實(shí)施例6:
按照分子式K (Ca0.96Ce0.04) 4B309.08的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由活性碳粉提供，焙燒溫度為1000°C，保溫時(shí)間為10小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。實(shí)施例7
按照分子式K (Ca0.98Ce0.02) 4B309.04的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由氮?dú)?氫氣混合氣體提供，焙燒溫度為900°C，保溫時(shí)間為M小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。實(shí)施例8
按照分子式K (Ca0.95Ce0.05) 4B309.10的化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取試劑K2CO3 (分析純)，CaCO3 (分析純)，CeO2 (99. 9%)，H3BO3 (分析純)，將上述原料準(zhǔn)確稱量并混合均勻后裝入氧化鋁坩堝中焙燒，焙燒的還原氣氛由氮?dú)?氫氣混合氣體提供，焙燒溫度為850°C，保溫時(shí)間為M小時(shí)，等待溫度降到室溫后取出所得產(chǎn)品并破碎，即得所要制備的藍(lán)色熒光粉。上述實(shí)施例經(jīng)測試，具有實(shí)施例1的類似的光譜性能。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明獲得的藍(lán)色熒光粉紫外光(345 400nm)的激發(fā)下發(fā)射很強(qiáng)的380 550藍(lán)色光，其發(fā)射主峰位于420 470nm，可以很好地滿足白光LED的封裝要求，提高白光LED的顯色指數(shù)。提供的制備該熒光粉方法簡單易行，易于操作和工業(yè)化生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉，其特征在于該藍(lán)色熒光粉的分子式為 K(Ca1^xCex)4B3O9t2x ；其中 Ce3+ 的摻雜濃度范圍為 0. 002 ^ χ ^ 0. 10。
2.權(quán)利要求1所述的熒光粉的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟①所用原料為含K的化合物或鹽，含Ca的化合物或鹽，含B的化合物或鹽，含Ce的化合物或鹽，所有原料純度均為分析純或優(yōu)于分析純；首先根據(jù)所要制備的熒光粉的分子式 K (CahCex)4B3C^2x，確定χ值之后，計(jì)算出每一種原料的重量，然后準(zhǔn)確稱取原料，放在一起研磨，使之形成混合均勻的原料；②將所述的混合均勻的原料放入坩堝中，在還原性氣氛中高溫焙燒，溫度為800 1000°C，焙燒時(shí)間為5 48小時(shí);③將焙燒產(chǎn)物研磨破碎，分級(jí)，最后獲得一種用于近紫外激發(fā)的白光發(fā)光二極管的鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的焙燒的溫度為850°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的還原性氣氛由活性炭粉燃燒法提供，或者氫氣/氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
全文摘要
一種用于近紫外激發(fā)白光發(fā)光二極管的鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉及其制備方法，該藍(lán)色熒光粉的分子式為K(Ca1-xCex)4B3O9+2x；其中Ce3+的摻雜濃度范圍為0.002≤x≤0.10。本發(fā)明鈰離子摻雜的硼酸鹽藍(lán)色熒光粉在345～400nm的紫外光的激發(fā)下發(fā)射很強(qiáng)的380～550藍(lán)色光，其發(fā)射主峰位于420～470nm，熒光粉半高寬(FWHM)為75nm，可以較好地滿足白光發(fā)光二極管的封裝要求。提供的制備該熒光粉方法簡單易行，易于操作和工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L33/50GK102321477SQ20111020799
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者何明珠, 何曉明, 尹繼剛, 弓娟, 張連翰, 杭寅, 趙呈春 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所