一种宽带荧光粉、及其制备方法、宽带荧光粉的应用及发光器件技术

本发明专利技术提供的宽带荧光粉化学式为：R

A kind of broadband phosphor, its preparation method, application of broadband phosphor and light-emitting device

【技术实现步骤摘要】
一种宽带荧光粉、及其制备方法、宽带荧光粉的应用及发光器件
本专利技术涉及荧光材料
，特别涉及一种宽带荧光粉及其制备方法和应用于发光器件。
技术介绍
近年来，半导体照明和激光照明作为新一代光源引起了人们极大的关注，与传统的白炽灯、荧光灯相比，这两种照明光源具有经久耐用、无污染、性能稳定、效率高等众多优点。现阶段白光照明的主流方案是采用荧光粉转换技术，最成熟的途径是由InGaN蓝光发光二极管(LED)芯片和石榴石结构的(YAG:Ce3+)黄色荧光粉组成白光LED，荧光粉是决定白光LED器件显色指数和色温等性能的关键因素，但是由于缺乏蓝绿光和红光，导致这种白光LED显色指数偏低(Ra<80)，色温偏高(CCT>5000K)，限制了白光LED的应用领域。由于InGaN蓝光芯片在高的电流下，蓝光光谱的发光强度要比黄光增加的快，从而导致白光LED色彩漂移、色温改变问题，同时高强度的蓝光会刺激人的眼睛，对人眼造成一定的危害。另外一种白光照明方案是采用紫外芯片+紫外芯片有效激发的荧光粉，由于人眼对紫外光不敏感，这种方案获得的白光只与荧光粉的发光有关，因此具有色彩稳定，重现力强等优点，是白光照明的发展方向。随着近年来国内文化产业的强势崛起，高端照明领域市场需求进一步扩大，高级酒店、博物馆、医院、学校等对光源质量提出了更高的要求。因此寻找能够在紫外光激发下蓝绿光和红光宽带发射的荧光粉对于抢占高端照明市场大有裨益。稀土Pr3+被激发后可以发射蓝绿光和红光，但是大部分已研究报道的Pr3+的发射都比较窄，窄的发射带对于白光LED的显色指数和色温的帮助不大，例如2017年有研稀土新材料股份有限公司和国科稀土新材料有限公司共同公开了一种氮化物发光材料(申请公布号CN107974252A)，化学式为MmAbXyDz，与La3Si6N11具有相同的晶体结构，属于四方晶系，Pr3+在此基质中是窄带发射，在蓝绿光区域的发射峰半高宽仅在7nm左右，在红光区域的发射峰半高宽仅在10nm左右，不利于白光照明。
技术实现思路
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种可解决紫外LED照明缺乏宽带蓝绿光和红光问题的宽带荧光粉。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种宽带荧光粉，所述荧光粉的化学式为：R6-a-bCeaPrbSi12N22-4eC3e，其中R为选自Lu3+和Y3+中的一种或两种，Ce为Ce3+，Pr为Pr3+，Si为Si4+，N为N3-，C为C4-，a,b,e均为摩尔分数，a的取值范围0≤a≤0.6，b的取值范围0.0006≤b≤0.12，e的取值范围0≤e≤1。所述的宽带荧光粉材料属于单斜晶系空间群P21/c，与Ho2Si4N6C有相同的晶体结构，其晶体结构由[SiN4]或[SiCN3]四面体并以角-角链接构建的，其结构中存在[N(SiN3)4]或[C(SiN3)4]星状结构，这种结构能够使Pr3+的4f能级严重劈裂，从而实现宽带发射。宽带当a为0时，即单独掺杂Pr3+时，所述宽带荧光粉激发光谱峰值波长位于280nm～380nm区域，发射带位于490nm～520nm和610nm～650nm区域，半高宽分别高达25nm和37nm左右，即Pr3+离子被激发后能够实现宽带的蓝绿光和红光发射。宽带当0<a≤0.6时，即共掺杂Pr3+和Ce3+离子后可以从490nm到650nm实现连续可调发射，半高宽高达155nm左右，作为独立的发光中心，Pr3+与Ce3+之间的重吸收弱，有利于光谱展宽和显色性的提高，并且由于Lu3+的离子半径小于Y3+的离子半径，可以根据需求改变Lu3+和Y3+的比例调整其光色性能，在白光照明等领域拥有巨大的应用潜力。可以理解，本专利技术提供的宽带荧光粉，其特点为发光中心为Pr3+离子时，能够实现在490nm～520nm和610nm～650nm区域的宽带发射，进一步引入发光中心Ce3+离子，通过Pr3+和Ce3+的共掺杂能够实现从490nm到650nm区域的连续可调发射，是一种优良的宽带发光材料。第二方面，本专利技术还提供了一种宽带荧光粉的制备方法，包括下述步骤：步骤S110：按照化学式R6-a-bCeaPrbSi12N22-4eC3e中各元素的化学计量比，分别称取含有Y3+的化合物、含有Lu3+的化合物、含有Ce3+的化合物、含有Pr3+的化合物、含有Si4+的化合物以及碳单质或者含碳元素的有机物，研磨并混合均匀，得到混合物；步骤S120：将上述混合物在氮气气氛下升温至烧结温度为1500℃～1700℃，烧结时间为4～10h，待炉体冷却后取出样品再研磨、洗涤、过筛和烘干即得到所述宽带荧光粉。所述含有Y3+的化合物为含有Y3+离子的氧化物、氮化物和硝酸盐中的一种或多种；所述含有Lu3+的化合物为含有Lu3+的氧化物、氮化物和硝酸盐中的一种或多种；所述含有Ce3+的化合物为含有Ce3+的氧化物、氮化物和硝酸盐中的一种或多种；所述含有Pr3+的化合物为含有Pr3+的氧化物、氮化物、硝酸盐和氟化物中的一种或多种；所述含有Si4+的化合物为含有Si4+的氧化物、氮化物和碳化物中的一种或多种。所述的宽带荧光粉材料属于单斜晶系空间群P21/c，与Ho2Si4N6C有相似的晶体结构，其晶体结构由[SiN4]或[SiCN3]四面体并以角-角链接构建的，其结构中存在[N(SiN3)4]或[C(SiN3)4]星状结构，这种结构能够使Pr3+的4f能级严重劈裂，从而实现宽带发射。第三方面，本专利技术还提供了一种所述的宽带荧光粉的应用，所述宽带荧光粉作为光转换材料，应用于发光器件。第四方面，本专利技术还提供了一种发光器件的制备方法，包括下述步骤：步骤S110：将所述宽带荧光粉与粘结剂混合得到浆料；步骤S120：将所述浆料涂覆在激发光源芯片上，固化后得到所述发光器件；所述荧光粉的化学式为：R6-a-bCeaPrbSi12N22-4eC3e，其中R为选自Lu3+和Y3+中的一种或两种，Ce为Ce3+，Pr为Pr3+，Si为Si4+，N为N3-，C为C4-，a,b,e均为摩尔分数，a的取值范围0≤a≤0.6，b的取值范围0.0006≤b≤0.12，e的取值范围0≤e≤1。所述粘结剂一般为环氧树脂或者硅胶材料，粘结剂通常分为A、B胶，将A、B胶按照一定比例混合后才能作为封装使用的粘结剂，该粘结剂的固化方式包含但不限于常温固化、高温固化和光固化等不同固化形式。所述的激发光源芯片为280nm～380nm紫外光LED光源芯片或激光光源芯片。本专利技术采用上述技术方案的优点是：本专利技术提供的宽带荧光粉化学式为：R6-a-bCeaPrbSi12N22-4eC3e，其中R是选自Lu3+和Y3+中的一种或两种，Ce为Ce3+，Pr为Pr3+，Si为Si4+，N为N3-，C为C4-，a,b,e均为摩尔分数，a的取值范围0≤a≤0.6，b的取值范围0.0006≤b≤0.12，e的取值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学式为：R

【技术特征摘要】
1.一种宽带荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学式为：R6-a-bCeaPrbSi12N22-4eC3e，其中R为选自Lu3+和Y3+中的一种或两种，Ce为Ce3+，Pr为Pr3+，Si为Si4+，N为N3-，C为C4-，a,b,e均为摩尔分数，a的取值范围0≤a≤0.6，b的取值范围0.0006≤b≤0.12，e的取值范围0≤e≤1；
所述荧光粉的晶体结构属于单斜晶系空间群P21/c，晶体结构由[SiN4]或[SiCN3]四面体并以角-角链接构建，且结构中存在[N(SiN3)4]或[C(SiN3)4]星状结构。


2.如权利要求1所述的宽带荧光粉，其特征在于，当a为0时，所述宽带荧光粉激发光谱峰值波长位于280nm～380nm区域，发射带位于490nm～520nm和610nm～650nm区域。


3.如权利要求1所述的宽带荧光粉，其特征在于，当0<a≤0.6时,所述宽带荧光粉激发光谱峰值波长位于280nm～380nm区域，发射带位于490nm～650nm区域。


4.一种宽带荧光粉的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
按照化学式R6-a-bCeaPrbSi12N22-4eC3e中各元素的化学计量比，分别称取含有Y3+的化合物、含有Lu3+的化合物、含有Ce3+的化合物、含有Pr3+的化合物、含有Si4+的化合物以及碳单质或者含碳元素的有机物，研磨并混合均匀，得到混合物；

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，孙大帅，张家骅，杨霖，张霞，潘国徽，吴昊，武华君，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22