[发明专利]一种Mn4+掺杂氟化物单晶红光材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及LED用荧光粉材料制备技术领域，具体涉及一种Mn⁴⁺掺杂氟化物单晶红光材料及其制备方法与应用。

背景技术

与传统的照明光源白炽灯和荧光灯相比，白光LED具有发热量低、耗电量小、响应快、无频闪、寿命长等突出优点，被誉为新一代的固态照明光源。当前主流商用白光LED由蓝光InGaN芯片与黄色荧光粉Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG:Ce³⁺)组合而成，此类白光LED发射光谱中缺少红光成分，导致器件色温较高(CCT>4000K)、显色指数较低(CRI,Ra<80)，难以满足室内照明以及宽色域液晶显示(LCD)背光源的要求。为改善白光LED的光色性能，需要向器件中添加适量的红光发光材料。

过渡金属离子Mn⁴⁺具有独特的3d³外层电子构型，Mn⁴⁺掺杂的氟化物红色荧光粉在300～400nm近紫外区和400～500nm蓝光区有较强的吸收，在610～650nm范围有多处锐线窄带红光发射。其最强吸收峰与蓝光LED芯片发射峰(～460nm)相匹配，发射峰位于肉眼敏感的红光区，是理想的白光LED用红光材料。

目前，已报道Mn⁴⁺掺杂氟化物红色荧光粉，主要包括A₂MF₆:Mn⁴⁺、BMF₆:Mn⁴⁺或A₃NF₆:Mn⁴⁺系列类型，大部分都具有较高的发光强度、良好的热稳定性。但是采用Mn⁴⁺掺杂氟化物红色荧光粉封装的LED存在以下问题：(1)Mn⁴⁺掺杂氟化物红色荧光粉遇水容易潮解，从而导致器件寿命缩短；(2)Mn⁴⁺掺杂氟化物红色荧光粉与芯片的老化速率不同，容易导致色坐标不稳定，白光易漂移；(3)用于封装的环氧树脂或者硅胶长时间受到蓝光或者紫外光辐射，容易出现老化变黄不稳定，影响白光LED的使用寿命；(4)封装材料价格昂贵，工艺复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种Mn⁴⁺掺杂氟化物单晶红光材料，具体为一种应用于白光LED照明及背光源用的Mn(Ⅳ)掺杂的氟化物单晶红光荧光材料。该Mn⁴⁺掺杂氟化物单晶红光材料具有良好的化学稳定性、热稳定性、耐湿性及导热性，用于白光LED中，能有效改善白光LED的光色性能，提高白光LED的使用寿命。

本发明的目的还在于提供所述的一种Mn⁴⁺掺杂氟化物单晶红光材料的制备方法，该制备方法包括多种工艺，包括液相挥发法、降温法或水热法，制备工艺均简单易行，条件温和。

本发明的目的还在于提供所述的一种Mn⁴⁺掺杂氟化物单晶红光材料在制备白光LED中的应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种Mn⁴⁺掺杂氟化物单晶红光材料，为单晶体材料，晶体粒径为0.01～50mm，化学式为A₂M_1-xF₆:_xMn⁴⁺、A₃T_1-xF₆:_xMn⁴⁺或BM_1-xF₆:_xMn⁴⁺，其中，A为Li、Na、K、Rb、Cs和NH₄中的一种或一种以上的组合，B为Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中的一种或一种以上的组合，M为Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf中的一种或一种以上的组合，N为Al、Ga、In、Bi、稀土元素中的一种或一种以上的组合；x为掺杂Mn⁴⁺离子相对M、T离子所占的摩尔百分比系数，0<x<1.0。

进一步地，所述Mn⁴⁺掺杂氟化物单晶红光材料能被蓝光LED芯片有效激发，在420～490nm波长的蓝光照射下，激发产生最强发射峰位于波长620～640nm的红光。