[发明专利]一种红色荧光材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种红色荧光材料，其化学式为Ca₂AlNbO₆:Mn⁴⁺，发光中心为非稀土激活剂Mn⁴⁺。提供了上述红色荧光材料的制备方法，按元素摩尔比称取原料，进行高温固相反应，通过加入合适的助熔剂控制固相合成温度，通过引入适量的电荷补偿剂，在保证样品的纯相范围内，进一步改善该钙钛矿结构铌铝酸盐红色荧光材料发光性能，最终获得高效、稳定的红色荧光粉。本发明以钙钛矿结构铌铝酸盐为基质，以Mn⁴⁺为激活剂，不使用昂贵的稀土元素，且原料及最终产物均不含氟等有害物质，该荧光粉对紫外、蓝光波段的激发光有强的吸收，发射带宽适宜的红色光波，适合应用于紫外或蓝光LED芯片激发的暖白光LED器照明和显示领域。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种无机固体发光材料，具体来说是一种用于显示、白光LED照明领域的Mn⁴⁺掺杂红色荧光粉及其制备方法。

背景技术

半导体白色发光二极管(白光LED)是新一代的固态光源，具有高效节能、绿色环保、寿命长、体积小、工作电压低等优点，应用于通用照明、显示、影像、农业、医疗、军事等领域。目前商用白光LED基于InGaN蓝光LED芯片激发YAG:Ce³⁺黄色荧光粉获得白光。但这种方案得到的白光缺陷在于因红光成份不足而导致白光LED色温偏高、显色指数偏低。因此，能被蓝光LED或紫外LED芯片有效激发的高效红光荧光材料是国内外学术界和工业界关注的重点。

目前，白光LED用红色荧光粉主要以稀土离子作为激活剂，稀土如Eu³⁺等离子掺杂的红色荧光粉，但这类红色荧光粉存在吸收带宽窄、LED器件发光效率低、紫外光污染等缺点。另一类极具潜力的红色荧光粉是Eu²⁺掺杂的氮化物和氮氧化物荧光粉，这类荧光粉也存在制备工艺极其严苛(需要高温、高压设备)、原材料价格昂贵、存在绿光吸收等问题。而且稀土离子的f-d跃迁本质决定了稀土荧光粉无法从根本上克服这些弊端，因此寻求其他非稀土离子激活红色荧光材料至关重要。

Mn⁴⁺离子掺杂的发光材料在紫外或蓝光激发发射出红光，因其发射谱带窄，能有效提高荧光效率和显色指数，还具有对黄粉和绿粉的重吸收作用较小等优点。目前，Mn⁴⁺红光LED材料还主要集中在氟化物，如2010年，美国GE公司以K₂TiF_6:Mn⁴⁺为红色荧光粉制备的白光LED，其显示指数(Ra)为90，色温3088K，发光效率80％，这些指标远优于目前商用白光LED。但是该类氟化物荧光粉制备时需要使用高浓度氢氟酸，对环境污染极大，且氟化物荧光粉化学稳定性较差。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种红色荧光材料及其制备方法，所述的这种红色荧光材料及其制备方法要解决现有中商用白光LED用的氟化物荧光粉制备时需要使用高浓度氢氟酸，对环境污染极大，且氟化物荧光粉化学稳定性较差的技术问题。

本发明提供了一种红色荧光材料，其化学式为Ca₂Al_1-xNbO₆:xMn⁴⁺，其中0.01at％≤x≤10at％，发光中心为非稀土激活剂Mn⁴⁺。

进一步的，所述的一种红色荧光材料为钙钛矿结构或双层钙钛矿结构，所述红色荧光粉可被250nm-480nm紫外、蓝光有效激发，产生650nm-750nm的红光发射。

本发明还提供了上述的一种红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)按元素摩尔比Ca:Al:Nb:Mn＝2:1-x:1:x，其中0.01at％≤x≤10at％；分别称取含钙的化合物原料、含铝的化合物原料、含铌的化合物原料及含锰的化合物原料；