用于白光LED的紫外激发白光的荧光粉材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种用于白光LED的紫外激发白光的荧光粉材料及其制备方法，所述荧光粉是一种在硅酸铋（Bi

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外激发白光的荧光粉材料及其制备方法，具体说， 本发明涉及一种适合各种白光LED照明领域应用的掺杂Eu³⁺的硅酸铋 （Bi₄Si₃O₁₂）基荧光粉材料及其制备方法。

背景技术

白光LED是最被看好的LED新兴产品，其在照明市场的发展潜力不 可估量。与白炽钨丝灯泡及荧光灯相比，LED具有体积小(多颗、多种组合)、 发热量低(没有热幅射)、耗电量小(低电压、低电流起动)、寿命长(1万小时 以上)、环保(耐震、耐冲击不易破、废弃物可回收，没有汞污染)、可平面 封装、易开发成轻薄短小产品等优点，是被业界看好在未来10年内，成为 替代传统照明器具的一大潜力商品。白光不同于红橙蓝绿青蓝紫单色光， 通常通过两种方式得到白光：

1、用紫外或紫光LED＋RGB（红绿蓝）三基色荧光粉来合成LED。

2、用蓝光LED＋红绿荧光粉或者蓝光LED＋黄光荧光粉来构成白光。

但现在白光LED依然存在一些问题：光电转换效率较低，成本较高， 白光显色性差。所以对白光LED新材料的研究和开发具有重大实际意义和 商业价值。

发明内容

针对上述现有白光LED技术存在的问题，本发明的目的是提供一种紫 外激发白光的荧光粉材料及其制备方法。该荧光粉显色性好，可满足白光 LED照明领域的应用要求。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于白光LED的紫外激发白 光的荧光粉材料，所述荧光粉材料是掺杂Eu³⁺离子的硅酸铋（Bi₄Si₃O₁₂） 基材料。

在本发明一个实施方式中，所述Eu³⁺离子的掺杂量为0.5~3mol%，以 所述荧光粉中Eu³⁺和Bi³⁺的总摩尔数计。

在本发明一个实施方式中，所述荧光粉材料由氧化铋(Bi₂O₃)、二氧化 硅(SiO₂)和氧化铕(Eu₂O₃)制成，其中，各组分的质量百分比如下：

Bi₂O₃                    81.4~83.5%

SiO₂                     16.2%

Eu₂O₃                    0.3~2.4%；

各组分的质量百分比之和为100%。

本发明另一方面提供一种制备所述荧光粉材料的方法，所述方法包 括：

将构成硅酸铋（Bi₄Si₃O₁₂）的前驱体原料和掺杂原料按配比溶于醇水 混合溶剂中，搅拌，干燥；

在空气气氛下，于400~600℃的预烧温度下进行预烧，冷却后取出研 磨；

在空气气氛下，于750~900℃的煅烧温度下进行煅烧，然后随炉冷却 到室温，并研磨成荧光粉材料。

在优选实施方式中，构成硅酸铋（Bi₄Si₃O₁₂）的前驱体原料为硝酸铋 和正硅酸乙酯，所述掺杂原料为硝酸铕。

在本发明的一个实施方式中，所述醇水混合溶剂由去离子水与无水乙 醇按质量比为(4~6):2组成。

在一个实施方式中，构成硅酸铋（Bi₄Si₃O₁₂）的前驱体原料和掺杂原 料的总质量与醇水混合溶剂的质量之比为6:（10~14)。

在一个实施方式中，所述干燥是在烘箱中在60~90℃下烘烤18~24 小时。

在一个实施方式中，按每小时150~200℃的升温速率升温到预烧温度， 预烧时间为1~3小时。

在一个实施方式中，按每小时150~200℃的升温速率升温到煅烧温度， 煅烧时间为3~5小时。

具体的说，本发明涉及一种用于白光LED的紫外激发白光的荧光粉 材料及其制备方法。具体涉及一种制备掺杂稀土Eu³⁺的硅酸铋(Bi₄Si₃O₁₂) 基材料的方法。

作为一种优选方案，所述的Eu³⁺的掺杂量在所述粉体材料中占 0.5~3mol%。

作为进一步优化方案，所述粉体材料由氧化铋(Bi₂O₃)、二氧化硅(SiO₂) 和氧化铕(Eu₂O₃)组成，且各组成的质量百分比如下：

Bi₂O₃            81.4~83.5%

SiO₂             16.2%

Eu₂O₃            0.3~2.4%；

上述各组成的质量百分比之和为100%。

在本发明中提供一种用于白光LED的紫外激发白光的荧光粉材料及 其制备方法，首先将构成硅酸铋的前驱体原料和掺杂原料按配比溶于醇水 混合溶剂中，搅拌，干燥；然后先在空气气氛下于400~800℃进行预烧，取 出研磨，之后再在空气气氛下于750~900℃进行煅烧；最后随炉冷却到室温， 取出研磨。

作为一种优选方案，构成硅酸铋的前驱体原料为硝酸铋和正硅酸乙 酯，所述的掺杂原料为硝酸铕。

作为一种优选方案，所述的醇水混合溶剂是由去离子水与无水乙醇按 质量比为(4~6):2组成。

作为一种优选方案，构成硅酸铋的前驱体原料和掺杂原料的总质量与 醇水混合溶剂的质量之比为6:（10~14)。

作为一种优选方案，所述干燥是指在60~90℃烘箱中烘18~24小时。

作为一种优选方案，按每小时150~200℃的升温速率升温到预烧温度， 预烧时间为1~3小时。

作为一种优选方案，按每小时150~200℃的升温速率升温到煅烧温度， 煅烧时间为3~5小时。

本发明的设计思想在于通过在硅酸铋中掺杂Eu³⁺，使Eu³⁺部分取代硅 酸铋中的Bi³⁺。由于硅酸铋中Bi³⁺在紫外激发下发射蓝光，而Eu³⁺取代Bi³⁺ 后发射其本身的特征红橙光，最后两者复合形成白光。

实验证明：单掺Eu³⁺后，随着Eu³⁺浓度的逐渐增加，发射光谱从单一 蓝光峰向蓝光与红橙光双峰转变。其中，当Eu³⁺浓度位于0.5~3mol%时本 发明荧光粉材料的色坐标位于白光区域，显示最终合成产物是一种潜在的 可用于白光LED的荧光粉。

与现有技术相比，本发明制备的荧光粉材料只需掺杂一种稀土离子即 可获得由蓝光和红橙光复合而成的白光，发射波长分别位于472nm、588nm， 593nm和611nm。与通常荧光粉相比，本发明的粉体材料不仅具有成分简 单，合成温度低，原料价廉易得，而且制备方法简单，无需特殊设备，适 合工业化生产，具有实用性，可满足白光LED照明的应用要求。

附图说明

图1（a）为本发明实施例所制得的掺杂不同Eu³⁺浓度的硅酸铋荧光粉 在常温260nm激发下的发射光谱；

图1（b）为掺杂不同Eu³⁺浓度的硅酸铋荧光粉的色坐标位置；

需要注意的是，图1(b)中标示为“绿色”、“蓝色”、“紫色”、“橙 色”、“粉色”、“红色”和“白色”并不是为了表示各区之间存在明显 的界限，它们显示的区域之间存在过渡区域。

从图1(b)中可知，“1”、“2”和“3”点所处的区域是白色区域。由 于各点的靠近周围色区的距离略有不同，“1”、“2”和“3”点所呈现的 白色从视觉上来看也略有不同，具体如图1(c)所示。

图1（c）为不同Eu³⁺浓度和纯的硅酸铋粉体在UV-254nm激发下的照 片。

其中，标为“纯”的样品显示为蓝色调，“1”号样品为白冷光色调， “2”号样品为普通白色，“3”号样品为白暖光色调。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。需要注意的是， 本发明的内容并不限于这些具体的实施方式。在不背离本发明背景和精神 的前提下，本领域技术人员在阅读本发明的内容的基础上可以进行等价替 换和修改，其内容也包括在本发明要求保护的范围内。

实施例1

按折合成氧化物的质量比为Bi₂O₃:SiO₂:Eu₂O₃=263.4:51.2:1（相当于 Eu³⁺掺杂量为0.5mol%）称取硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)、正硅酸乙酯(TEOS) 和硝酸铕(Eu(NO₃)₃·6H₂O)各原料；将上述所有组成原料溶于去离子水与无 水乙醇组成的混合溶剂中，其中，组成原料的总质量:去离子水质量:无水乙 醇质量=1.9:3:1；在室温下搅拌1小时后放入90℃烘箱中烘18小时。

按升温速率为150℃/小时升温到400℃，在空气气氛400℃下进行预烧 1小时，取出研磨。

然后，按升温速率为150℃/小时升温到750℃，在空气气氛750℃下煅 烧3小时；随炉冷却到室温；取出研磨。

由图1可见：实施例1所制得的荧光粉材料的发射峰位在472nm、 588nm，593nm和611nm，色坐标位置如图1(b)中的1所示，为（0.308,0.321）， 位于白光区域。

实施例2

按折合成氧化物的质量比为Bi₂O₃:SiO₂:Eu₂O₃=131:25.6:1（相当于 Eu³⁺掺杂量为1mol%）称取硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)、正硅酸乙酯(TEOS)和 硝酸铕(Eu(NO₃)₃·6H₂O)各原料；将上述所有组成原料溶于去离子水与无水 乙醇组成的混合溶剂中，其中组成原料的总质量:去离子水质量:无水乙醇质 量=1.9:3:1；在室温下搅拌2小时后放入80℃烘箱中烘20小时。

按升温速率为160℃/小时升温到500℃，在空气气氛下500℃进行预 烧2小时，取出研磨。

然后，再按升温速率为160℃/小时升温到800℃，在空气气氛下800℃ 煅烧4小时；随炉冷却到室温；取出研磨。

由图1可见：检测得知实施例2所制得的荧光粉材料的发射峰位在 472nm、588nm，593nm和611nm，色坐标位置如图1(b)中的2所示，为 （0.333,0.326），位于白光区域。

实施例3

按折合成氧化物的质量比为Bi₂O₃:SiO₂:Eu₂O₃=131:25.6:1（相当于 Eu³⁺掺杂量为1mol%）称取硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)、正硅酸乙酯(TEOS)和 硝酸铕(Eu(NO₃)₃·6H₂O)各原料；将上述所有组成原料溶于去离子水与无水 乙醇组成的混合溶剂中，其中组成原料的总质量:去离子水质量:无水乙醇质 量=1.9:3:1；在室温下搅拌2小时后放入70℃烘箱中烘22小时。

按升温速率为170℃/小时升温到600℃，在空气气氛下600℃进行预 烧3小时，取出研磨。

然后，再按升温速率为170℃/小时升温到800℃，在空气气氛下800℃ 煅烧5小时；随炉冷却到室温；取出研磨。

由图1可见：检测得知实施例3所制得的荧光粉材料的发射峰位在 472nm、588nm，593nm和611nm，色坐标位置如图1(b)中的2所示，为 （0.333,0.326），位于白光区域。

实施例4

按折合成氧化物的质量比为Bi₂O₃:SiO₂:Eu₂O₃=45:9:1（相当于Eu³⁺掺杂量3mol%）称取硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)、正硅酸乙酯(TEOS)和硝酸铕 (Eu(NO₃)₃·6H₂O)各原料；将上述所有组成原料溶于去离子水与无水乙醇组 成的混合溶剂中，其中组成原料的总质量:去离子水质量:无水乙醇质量= 1.9:3:1；在室温下搅拌2小时后放入60℃烘箱中烘24小时。

按升温速率为200℃/小时升温到800℃，在空气气氛下800℃进行预 烧2小时，取出研磨。

然后，再按升温速率为200℃/小时升温到900℃，在空气气氛下900℃ 煅烧3小时；随炉冷却到室温；取出研磨。

由图1可见：检测得知实施例4所制得的荧光粉材料的发射峰位在 472nm、588nm，593nm和611nm，色坐标位置如图1(b)中的3所示，为 （0.404,0.334），位于白光区域。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作 进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人 员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的 保护范围。