紫光LED转换高显色性白光用红色发光材料及制备方法.pdf

本发明属于发光与显示技术领域，涉及到一种用紫光LED转换高显色白光用红色发光材料。其结构式Mg4GeO5.5F:Lx·My·Nz，其特征在于L为过渡金属Mn元素，M为金属敏化剂Sn元素，Nz为敏化剂Pb元素。将结构式的物料按其重量百分比称重，将称取的物料研磨混均匀后装入三氧化铝坩埚在600-800℃高温炉中空气气氛下烧结1-2小时，冷却后取出碾碎再装入坩埚中在高温炉中1000-1300℃烧结2-3小时，冷却后取出碾碎，得到在紫外光(λ＝365nm)和紫光LED(λ＝400nm)激发下发出明亮红光的晶体粉末。将其与稀土三基色发光材料按一定比例混合后涂在紫光LED管芯上即可发出高显色的白光。

1.  紫光LED转换高显色性白光用红色发光材料的制备方法，其特征是具体步骤如下：
①物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为Mn时，M_y为Sn，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：47.84％-50.5％  MgF₂：10.7％-11.2％
GeO₂：35.3％-37％    MnCO₃：0.4％-1.95％
SnO₂：0.54％-3.06％  PbO：0.17％-1.34％
物料重量百分比之和为100％。
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在空气气氛下600-800℃烧结1-2小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝坩埚中加盖，放入高温炉中空气气氛下1000-1300℃烧结2-3小时，冷却取出研细得到在λ＝365nm紫外光和λ＝400nm紫光LED激发下发出明亮红色光的晶体粉末，将其与稀土三基色发光材料蓝、绿、红按比例1∶2∶8∶18混合后涂在紫光LED管芯上即可发出高显色性的白光。

2.  紫光LED转换高显色性白光用红色发光材料，其特征是其结构式为：Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，(1)L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属敏化剂Sn元素，N_z为金属敏化剂Pb元素，(2)结构式中x的取值范围0.01≤x≤0.05，y的取值范围0.01≤y≤0.06，z的取值范围0.001≤z≤0.02。

紫光LED转换高显色性白光用红色发光材料及制备方法
技术领域
本发明属于发光与显示技术领域，涉及到一种紫光LED转换高显色性白光用的红色发光材料及其制备方法。
背景技术
由于半导体(发光二极管LED)技术的快速发展，白光LED由于其高光效，显色好、环保、寿命长等诸多优点先已成为世界各国研究的焦点。蓝光LED转换白光技术已比较成熟，但是光谱中缺少红光，显色性不高，难以满足低色温高显色性照明的要求。而紫光LED转换白光的技术已在兴起，为了进一步改进提高紫光LED转换白光的发光效率、显色指数等，使其达到商品实用化。一方面对紫光LED芯片技术的改进，另一方面主要是对转换白光所用的稀土三基色红、蓝、绿发光材料的性能提高。同时，为了满足一些特殊行业(例如：军事、医学、博物馆等)对光源显色性的要求，需要研制被紫光LED有效激发的新型红色荧光粉(λ＝620-700nm)，将其与稀土三基色荧光粉按一定比例混合，并涂抹在紫光LED芯片上从而得到高显色性照明器件。本发明则涉及一类新型过渡金属激活，并掺入适量的金属敏化剂Sn、Pb共激活的锗酸盐红色发光材料(λ＝600-680nm)，这类发光材料具有发光效率高、稳定性高、显色性好、合成工艺简单等优点，是可用于紫光LED转换高显色性白光用途的高效发光材料。
发明内容
本发明的技术方案如下：
①物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为Mn时，M_y为Sn，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：47.84％-50.5％    MgF₂：10.7％-11.2％
GeO₂：35.3％-37％      MnCO₃：0.4％-1.95％
SnO₂：0.54％-3.06％    PbO：0.17％-1.34％
物料重量百分比之和为100％。
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在空气气氛下600-800℃烧结1-2小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝坩埚中加盖，放入高温炉中空气气氛下1000-1300℃烧结2-3小时，冷却取出研细得到在紫外光(λ＝365nm)和紫光LED(λ＝400nm)激发下发出明亮红色光的晶体粉末。将其与稀土三基色蓝、绿、红发光材料按比例1∶2∶8∶18混合后涂在紫光LED管芯上即可发出高显色性的白光。
本发明的紫光LED转换高显色性白光用的红色发光材料，其特征在于其结构式：Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，(1)L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属敏化剂Sn元素，N_z为金属敏化剂Pb元素，(2)结构式中x的取值范围0.01≤x≤0.05，y的取值范围0.01≤y≤0.06，z的取值范围0.001≤z≤0.02。
本发明的紫光LED转换高显色性白光用的红色发光材料其优点在于：
①过渡金属Mn元素为激活剂，敏化剂为金属Sn和Pb元素，通过实现能量传递使激活剂Mn的发光效率得到显著提高。
②高光效、显色性好、合成工艺简单。
附图说明
附图1为实施例1经过高温煅烧后在紫光(λ＝400nm)激发下所得的红光发射光谱图；
附图.2实例一和稀土三基色蓝、绿、红(分别对应铝酸盐、硅酸盐、钼酸盐)荧光粉和按比例(1∶2∶8∶18)混合后涂抹在紫光LED(λ＝400nm)管芯上所得到的白光LED器件，其白光色坐标为(x＝0.282，y＝0.329)，显色性指数提高到R_a＝92(未掺实例一时显色性R_a＝86)；
附图3为该白光LED器件的白光发射光谱图。
具体实施方式(含光谱数据)
实施例1
①物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属Sn元素，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：50.5％     MgF₂：11.18％
GeO₂：37.3％    MnCO₃：0.4％
SnO₂：0.54％    PbO：0.08％
②将上述称取的物料经研磨混均匀后，装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在空气气氛下第一次在温度600℃烧结1小时。
③冷却后取出研细，再装入氧化铝坩埚中加盖高温炉空气气氛下第二次1000℃烧结2小时，冷却取出研细即得到在紫外光(λ＝365nm)和紫光LED(λ＝400nm)激发下发出明亮红光的晶体粉末。
实施例2
物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属Sn元素，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：49.89％    MgF₂：11％
GeO₂：36.8％    MnCO₃：1％
SnO₂：1.14％    PbO：0.17％
第一次烧结温度700℃1小时、第二次烧结温度1000℃2小时，烧结合成步骤同实施例1。
实施例3
物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属Sn元素，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：49.18％    MgF₂：10.88％
GeO₂：36.3％    MnCO₃：1.2％
SnO₂：2.1％     PbO：0.34％
第一次烧结温度750℃2小时、第二次烧结温度1150℃2小时，烧结合成步骤同实施例1。
实施例4
物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属Sn元素，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：49.2％    MgF₂：10.9％
GeO₂：36.2％   MnCO₃：1.6％
SnO₂：1.58％   PbO：0.43％
第一次烧结温度750℃2小时、第二次烧结温度1200℃2小时，烧结合成步骤同实施例1。
实施例5
物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属Sn元素，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：49.4％    MgF₂：10.7％
GeO₂：35.7％   MnCO₃：1.92％
SnO₂：2.6％    PbO：0.68％
第一次烧结温度800℃2小时、第二次烧结温度1250℃3小时，烧结合成步骤同实施例1。
实施例6
物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属Sn元素，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：47.84％    MgF₂：10.59％
GeO₂：35.3％    MnCO₃：1.95％
SnO2：3.06％    PbO：1.26％
第一次烧结温度800℃2小时、第二次烧结温度1300℃2小时，烧结合成步骤同实施例1。
实施例7
物料选取根据化学结构式Mg₄GeO_5.5F:L_x·M_y·N_z，当L_x为过渡金属Mn元素，M_y为金属Sn元素，N_z为金属Pb元素时，按其重量百分比称取高纯度如下物料：
MgO：49.45％    MgF₂：10.9％
GeO₂：36.47％   MnCO₃：1.05％
SnO₂：0.79％    PbO：1.34％
第一次烧结温度800℃1小时、第二次烧结温度1300℃2小时，烧结合成步骤同实施例1。