[发明专利]光色可调的变价锰离子掺杂铝酸盐发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料，特别是涉及一种可在空气中合成的光色可调的变价锰离子掺杂铝酸盐及制备方法。具体涉及一种能有效被近紫外与蓝光LED芯片激发，通过共掺与电荷补偿的方法，调控锰离子价态，实现材料光色可调的变价锰离子掺杂铝酸盐发光材料以及材料的制备方法。

背景技术

白光LED以具有节能、环保、美观和长寿命等这些传统光源无法比拟的优点而深受人们的重视。目前，实现白光LED新光源主要的三种途径中，最早是将红蓝绿三种不同的颜色的芯片安装在一起，用三个驱动电源，实现三基色白光，这种方式的缺点是，难以实现色温与显色指数的可调，而且当其中一种芯片坏掉，白光的效果将受到严重影响；第二种也是现在市场上的主导白光LED产品的封装方式，是将蓝光GaN芯片与黄色荧光粉（如YAG:Ce³⁺）组合而成的黄蓝二基色白光LEDs，这种方案由于蓝光芯片效率高，stokes位移小（即能量损失小），使白光LED的效率远高于传统照明，但是由于是二基色白光中缺少红色成份，使这种白光显色指数不高，尤其在低色温区难以实现高显色性，现在成功应用于二基色LED的红光材料是由Eu²⁺离子掺杂的氮化物（H.T.Hintzen，J.W.H.Van Krevel，G.Ir Botty，“Red emitting Iuminescent material,”EuropeanPatent EP 1104799 A1，1999；R.Mueller-Mach，“Highly efficient all-nitride phosphor-converted white lightemitting diode,”Phys.Status.Solidi.(a)202，2005，1727.）。由于原料价格高，制备过程避水避氧，使得此类红光材料的价格远高于黄粉YAG:Ce³⁺；第三种方式是由近紫外光LED芯片激发的红、绿、蓝三基色荧光粉，该方式类似于传统的荧光灯，可得到高显色指数、色温稳定的白光LED，随着近紫外LED芯片的发光效率进一步提高，这种白光LED将来有可能全面取代传统照明。

据目前研究报道，在空气条件下，用高温固相法、溶胶凝胶法及燃烧法合成的锰掺杂的CaAl₁₂O₁₉，都只发红光，即为四价锰特征发射，如果用二价锰为原料，则在空气中被还原成四价，如果以四价的锰（如二氧化锰）为原料，则在空气中保持四价(T.Murata，T.Tanoue，M.Iwasaki，K.Morinaga，T.Hase，“Fluorescence properties of Mn⁴⁺ in CaAl₁₂O₁₉ compounds as red-emitting phosphor forwhite LED,”J.Lumin.114，2005，207-212；J.H.Park，M.S.Kwon，“Sol-gel synthesis of CaAl₁₂O₁₉:Mn phosphor andred Iuminescence by near-ultraviolet/blue excitation，”Elec.Mater.Lett.6(1)，2010，13-15-；J.Wang，W.H.Nei，and P.B.Xie，“Properties and synthesis of morphology-controllable CaAl₁₂O₁₉:Mn⁴⁺ by combustion synthesis,”Proc.Eng.27，2012，698-704.)，尽管文献在讨论发光机理的时候，证实该材料中有Mn²⁺存在，但是，在文献及我们样品发光光谱中没有检测到Mn²⁺的发射峰。在还原气氛中，也只得到很弱的绿光（4配位Mn²⁺发光）与红光（6配位Mn⁴⁺），整体发光强度远弱于空气中合成的样品。