專利名稱：藍(lán)光發(fā)光材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種發(fā)光材料及其制備方法，尤其涉及一種藍(lán)光 發(fā)光材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體照明技術(shù)(LED)作為新型發(fā)光元件，具有以下特點(diǎn)1、使用低壓電源安全 可靠，特別適用于公共場所。2、節(jié)能消耗能量較同光效的白熾燈減少80%。3、適用性強(qiáng) 可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。4、穩(wěn)定性好壽命達(dá)到10萬小時(shí)以 上，光衰為初始的50%。5、響應(yīng)時(shí)間短LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級。6、對環(huán)境無污染無 有害金屬汞存在。因此，LED廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源及普通照明等領(lǐng)域。目前實(shí)現(xiàn)LED白光發(fā)射的主流方式是通過藍(lán)光LED芯片配合鈰激活的稀土石榴石 黃色熒光粉(如YAG:Ce3+或TAG:Ce3+)，通過熒光材料被藍(lán)光芯片發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)所發(fā)出的 黃光與藍(lán)色芯片發(fā)出的剩余的藍(lán)光復(fù)合實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。但在這種方法中，所使用的熒光材 料存在顯色性低和色溫高這兩個(gè)明顯的不足，在白光LED的應(yīng)用和性能方面具有很大的局 限性，未來將會被“UV-LED+紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉”所替代，所以開發(fā)適用于UV-LED的三 基色熒光粉顯得特別重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中的應(yīng)用于白光發(fā)射的熒光材料存 在顯色性低和色溫高這兩個(gè)明顯的不足，提供一種適用于紫外光區(qū)域LED激發(fā)，實(shí)現(xiàn)高效 藍(lán)光發(fā)射的藍(lán)光發(fā)光材料。本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題在于，提供一種制備工藝簡單、成本低的藍(lán)光發(fā) 光材料的制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種藍(lán)光發(fā)光材料，為以下化學(xué) 式的物質(zhì)aCaO · bAl203 · cSi02:xCe,其中 0· 4 彡 a 彡 2· 5，0· 2 彡 b 彡 1· 5，c = 1· 0，0. 001 ^ X ^ 0. 1。所述a、b、χ的取值分別優(yōu)選為1彡a彡2，0. 5彡b彡1，0.01彡χ彡0.05。一種藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法，包括以下步驟(1)、以Ca的氧化物、碳酸鹽、草酸鹽中的一種或一種以上、Al203、Si02* ( 為原 料，按著化學(xué)表達(dá)式aCaO · bAl203 · cSi02:xCe的各元素之間的摩爾比來稱取各原料，其中 0. 4 ^ a ^ 2. 5,0. 2 ^ b ^ 1. 5, c = 1. 0,0. 001 ^ χ ^ 0. 1 ；(2)、將步驟(1)中的原料混合均勻后，在還原氣氛下升溫到1000 1450°C，在此 條件下保溫煅燒2 20小時(shí)，然后冷卻到室溫，研磨即可制得藍(lán)光發(fā)光材料。藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法中，所述步驟O)中，優(yōu)選將步驟(1)中的原料混合均 勻后倒入剛玉坩堝中，然后將裝有原料的剛玉坩堝放入高溫管式爐，在還原氣氛下升溫到 1100 1350°C，在此條件下保溫煅燒6 12小時(shí)，然后冷卻到室溫，研磨即可制得藍(lán)光發(fā)3光材料。藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法中，所述步驟( 之前還有預(yù)處理步驟，所述的預(yù)處理 步驟為將稱取的原料混合均勻，升溫到1000 1500°C保溫煅燒4 20小時(shí)后，冷卻到室溫備用。藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法中，所述的預(yù)處理步驟優(yōu)選為將稱取的原料混合均勻 后放入剛玉坩堝，然后將該剛玉坩堝放入高溫箱式爐中，升溫到1200 1400°C保溫煅燒 8 16小時(shí)后，冷卻到室溫備用。藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法中，所述的還原氣氛選擇為氫氣、氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚?體或一氧化碳?xì)怏w所形成的氣氛。藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法中，所述的還原氣氛還可以是指反應(yīng)體系中有炭存在的氣氛。本發(fā)明將稀土鈰離子(Ce3+)摻雜到含CaO、A1203、SiO2的硅酸鹽材料中，摻雜稀土 鈰離子(Ce3+)的發(fā)光材料具有良好的光致發(fā)光性能，有一個(gè)寬的激發(fā)帶，發(fā)射寬帶的藍(lán)色 光，所發(fā)出的藍(lán)光色純度和亮度均較高，并且其發(fā)光效率高、穩(wěn)定性好，可以應(yīng)用在紫光LED 發(fā)光器件中。本發(fā)明的制備方法可以制備出具有良好的光致發(fā)光性能、受激發(fā)后所發(fā)出的藍(lán)光 色純度和亮度均較高的發(fā)光材料，其工藝步驟簡單，工藝條件易控制、易操作，成本低。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是實(shí)施例3制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的發(fā)射光譜。圖2是實(shí)施例4制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的發(fā)射光譜。圖3是實(shí)施例5制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的發(fā)射光譜。圖4是實(shí)施例6制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的發(fā)射光譜。圖5是實(shí)施例9制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的發(fā)射光譜及 其對應(yīng)的激發(fā)光譜。測試該光譜使用的儀器為島津RF-5301PC熒光光譜儀，條件選擇狹縫寬度為 1. 5nm、靈敏度為低。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例10. 4CaO · 0. 6Α1203 · 1. OSiO2 0. OlCe藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) 0. 4g、氧化鋁(Al2O3)O. 612g、二氧化硅(SiO2)O. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0172g，將稱 量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后裝入剛玉坩堝中，將該剛玉坩堝放入高溫管式爐 中，在95% N2+5% H2 (體積百分含量，下同)的還原氣氛下升溫到1300°C，在此條件下保溫 煅燒10小時(shí)，后冷卻到室溫，將冷卻后的產(chǎn)物研磨，即可得到藍(lán)光發(fā)光材料。本實(shí)施例的藍(lán) 光發(fā)光材料在波長為362nm激發(fā)光的激發(fā)下發(fā)射色純高的藍(lán)光。實(shí)施例22. 5Ca0 · 1. 2Α1203 · 1. OSiO2 0. ICe藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取氧化鈣(CaO) 1.4g、氧化鋁(Al2O3)L 2Mg、二氧化硅(SiO2) 0. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 172g，將稱量 好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高溫箱 式爐中，升溫到1400度保溫煅燒20小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式爐， 在壓還原氣氛下升溫到1000度保溫20小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得到藍(lán)光發(fā)光材料。 本實(shí)施例的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下發(fā)射寬帶的藍(lán)光。實(shí)施例31. OCaO · 0. 33Α1203 · 1. OSiO2:0. 0023Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) l.Og、氧化鋁(Al2O3)O. 3366g、二氧化硅(SiO2) 0. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0040g，將 稱量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高 溫箱式爐中，升溫到1200度保溫煅燒6小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式 爐，在95% N2+5% H2的還原氣氛下升溫到1150度保溫4小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得 到藍(lán)光發(fā)光材料。，圖1是本發(fā)明實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下 的發(fā)射光譜。如圖1所示，藍(lán)光發(fā)光材料有發(fā)射峰為430nm的寬帶藍(lán)光發(fā)射光譜。實(shí)施例41. OCaO · 0. 33Α1203 · 1. OSiO2:0. 007Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) l.Og、氧化鋁(Al2O3)O. 3366g、二氧化硅(SiO2) 0. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0120g，將 稱量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高 溫箱式爐中，升溫到1200度保溫煅燒6小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式 爐，在95% N2+5% H2還原氣氛下升溫到1150度保溫4小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得到 藍(lán)光發(fā)光材料。圖2是本發(fā)明實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的 發(fā)射光譜。如圖2所示，藍(lán)光發(fā)光材料有發(fā)射峰為430nm的寬帶藍(lán)光發(fā)射光譜。實(shí)施例51. OCaO · 0. 33Α1203 · 1. OSiO2:0. 012Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) l.Og、氧化鋁(Al2O3)O. 3366g、二氧化硅(SiO2) 0. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0206g，將 稱量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高 溫箱式爐中，升溫到1200度保溫煅燒6小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式 爐，在95% N2+5% H2還原氣氛下升溫到1150度保溫4小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得到 藍(lán)光發(fā)光材料。圖3是本發(fā)明實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的 發(fā)射光譜。如圖3所示，藍(lán)光發(fā)光材料有發(fā)射峰為430nm的寬帶藍(lán)光發(fā)射光譜。實(shí)施例61. OCaO · 0. 33Α1203 · 1. OSiO2:0. 023Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) l.Og、氧化鋁(Al2O3)O. 3366g、二氧化硅(SiO2) 0. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0396g，將 稱量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高 溫箱式爐中，升溫到1200度保溫煅燒6小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式 爐，在95% N2+5% H2還原氣氛下升溫到1150度保溫4小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得到 藍(lán)光發(fā)光材料。圖4是本發(fā)明實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的 發(fā)射光譜。如圖4所示，藍(lán)光發(fā)光材料有發(fā)射峰為430nm的寬帶藍(lán)光發(fā)射光譜。實(shí)施例72. 5Ca0 · 1. 5Α1203 · 1. OSiO2 0. 05Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取草酸鈣(CaC2O4) 3. 2g、氧化鋁(Al2O3)L 53g、二氧化硅(SiO2)O. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0172g，將稱 量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后放入高溫管式爐中，在H2 還原氣氛下升溫到1450度煅燒2小時(shí)，再冷卻到室溫后研磨，即可得到藍(lán)光發(fā)光材料。本 實(shí)施例的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下發(fā)射寬帶的藍(lán)光。實(shí)施例81. OCaO · 0. 2Α1203 · 1. OSiO2 0. OOlCe藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) 1. 0g、氧化鋁(Al2O3)O. 204g、二氧化硅(SiO2)O. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0017g，將稱 量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高溫 箱式爐中，升溫到1000度保溫煅燒16小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式爐 中，在一氧化碳還原氣氛下升溫到1100度煅燒12小時(shí)，再冷卻到室溫后研磨，即可得到藍(lán) 光發(fā)光材料。本實(shí)施例的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下發(fā)射寬帶的藍(lán)光。實(shí)施例91. 9Ca0 · 0. 68Α1203 · 1. OSiO2 0. 02Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) 1.9g、氧化鋁(Al2O3)O. 6936g、二氧化硅(SiO2) 0. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0344g，將 稱量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高 溫箱式爐中，升溫到1430度保溫煅燒6小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式 爐，在95% N2+5% H2還原氣氛下升溫到1350度保溫4小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得到 藍(lán)光發(fā)光材料。圖5是本發(fā)明實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的 發(fā)射光譜。如圖5所示，藍(lán)光發(fā)光材料有發(fā)射峰為430nm的寬帶藍(lán)光發(fā)射光譜。實(shí)施例102. OCaO · 0. 5Α1203 · 1. OSiO2 0. 03Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) l.OOg、草酸鈣(CaC2O4)O. 6405g、氧化鈣(CaO) 0. 2805g、氧化招(Al2O3) 0. 51g、二氧 化硅(SiO2)O. 601g和氧化鈰(CeO2)O. 0516g，將稱量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻 后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高溫箱式爐中，升溫到1200度保溫煅燒4小 時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式爐，在95% N2+5% H2還原氣氛下升溫到 1250度保溫6小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得到藍(lán)光發(fā)光材料。本實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光 材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下的發(fā)寬帶藍(lán)光。實(shí)施例111. 5Ca0 · 0. 4Α1203 · 1. OSiO2 0. 02Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) l.OOg、氧化鈣(CaO) 0. 2805g、氧化招(Al2O3) 0. 408g、二氧化硅(SiO2) 0. 601g 和氧 化鈰(CeO2)O. 3442g，將稱量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然 后將該剛玉坩堝放入高溫箱式爐中，升溫到1450度保溫煅燒8小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均 勻，然后放入高溫管式爐，在體系中有炭存在的還原氣氛下升溫到1350度保溫4小時(shí)，再冷 卻到室溫，研磨即可得到藍(lán)光發(fā)光材料本實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā) 光激發(fā)下發(fā)寬帶藍(lán)光。實(shí)施例121. 8Ca0 · 1. OAl2O3 · 1. OSiO2 0. 008Ce藍(lán)光發(fā)光材料的制備分別稱取碳酸鈣 (CaCO3) 1. 80g、氧化鋁(Al2O3) 1. 02g、二氧化硅(SiO2)O. 601g 和氧化鈰(CeO2) 0. 0138g，將稱 量好的原料在瑪瑙研缽中研磨混合均勻后，裝入剛玉坩堝中，然后將該剛玉坩堝放入高溫箱式爐中，升溫到1200度保溫煅燒17小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨均勻，然后放入高溫管式 爐，在一氧化碳存在的還原氣氛下升溫到1450度保溫2小時(shí)，再冷卻到室溫，研磨即可得到 藍(lán)光發(fā)光材料本實(shí)施例制備的藍(lán)光發(fā)光材料在波長362nm的激發(fā)光激發(fā)下發(fā)寬帶藍(lán)光。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)光發(fā)光材料，其特征在于，為以下化學(xué)式的物質(zhì)aCaO *bAl203 MSiO2 = XCe,其 中 0. 4 < a < 2· 5，0· 2 < b < 1. 5，c = 1. 0，0· OOlS χ < 0. 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光材料，其特征在于，所述a、b、χ的取值分別為 1 ^ a ^ 2,0. 5 ^ b ^ 1,0. 01 ^ χ ^ 0. 05ο
3.—種藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、以Ca的氧化物、碳酸鹽、草酸鹽中的一種或一種以上、A1203、SiO2和( 為原 料，按著化學(xué)表達(dá)式aCaO · bAl203 · cSi02:xCe的各元素之間的摩爾比來稱取各原料，其中 0. 4 ^ a ^ 2. 5,0. 2 ^ b ^ 1. 5, c = 1. 0,0. 001 ^ χ ^ 0. 1 ；O)、將步驟(1)中的原料混合均勻后，在還原氣氛下升溫到1000 1450°C，在此條件 下保溫煅燒2 20小時(shí)，然后冷卻到室溫，研磨即可制得藍(lán)光發(fā)光材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，所述步驟O)中，將 步驟(1)中的原料混合均勻后倒入剛玉坩堝中，然后將裝有原料的剛玉坩堝放入高溫管式 爐，在還原氣氛下升溫到1100 1350°C，在此條件下保溫煅燒6 12小時(shí)，然后冷卻到室 溫，研磨即可制得藍(lán)光發(fā)光材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)之 前還有預(yù)處理步驟，所述的預(yù)處理步驟為將稱取的原料混合均勻，升溫到1000 1500°C 保溫煅燒4 20小時(shí)后，冷卻到室溫備用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，所述的預(yù)處理步驟 為將稱取的原料混合均勻后放入剛玉坩堝，然后將該剛玉坩堝放入高溫箱式爐中，升溫到 1200 1400°C保溫煅燒8 16小時(shí)后，冷卻到室溫備用。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，所述的還原氣氛 選擇為氫氣、氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w或一氧化碳?xì)怏w所形成的氣氛。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，所述的還原氣氛 是指反應(yīng)體系中有炭存在的氣氛。
全文摘要
本發(fā)明公開一種藍(lán)光發(fā)光材料及其制備方法，藍(lán)光發(fā)光材料為以下化學(xué)式的物質(zhì)aCaO·bAl2O3·cSiO2:xCe，其中0.4≤a≤2.5，0.2≤b≤1.5，c＝1.0，0.001≤x≤0.1。制備方法包括以下步驟(1)以Ca的氧化物、碳酸鹽、草酸鹽中的一種或一種以上、Al2O3、SiO2和CeO2為原料，(2)將原料混合均勻后，在還原氣氛下升溫到1000～1450℃，在此條件下保溫煅燒2～20小時(shí)，然后冷卻到室溫，研磨即可制得藍(lán)光發(fā)光材料。本發(fā)明提供一種適用于紫外光區(qū)域LED激發(fā)，實(shí)現(xiàn)高效藍(lán)光發(fā)射的藍(lán)光發(fā)光材料，以及一種制備工藝簡單、成本低的藍(lán)光發(fā)光材料的制備方法。
文檔編號C09K11/80GK102051173SQ20091011025
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者周明杰, 時(shí)朝璞, 馬文波 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司