[发明专利]一种锰掺杂钇铝石榴石单晶材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及过渡元素掺杂新型单晶材料及其应用，特别涉及一种锰掺钇铝石榴石单晶材料及其应用。

背景技术

LED荧光材料是当今研究的一项热门和前沿课题，现阶段商品化白光LED产品以芯片与荧光粉组合为发展主流，但在提高发光效率、改进显色性能、延长使用寿命和大功率使用等方面遭遇瓶颈。伴随着人们日益增长的照明需求，制备高效率、高显色指数、低色温、大功率的白光LED用荧光材料将具有非常重要的意义。

1997年T.Ludziejewski等人研究了不同铈掺杂浓度的Ce:YAG晶体而得出闪烁晶体中铈离子的最佳掺杂浓度(“Investigation of some scintillation properties of YAG:Ce crystals”发表在Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A398(1997)287-294)；专利CN101894900A公开利用YAG单晶作为白光LED的基质材料。目前，已有研究表明可以在掺杂Ce离子的基础上共掺其它稀土离子，提高YAG荧光材料的光效和光谱发射范围。专利CN102168307A叙述了从高温熔体中生长Pr，Tb，Sm，Dy和Ce离子掺杂亿铝石榴石晶体的方法；专利CN101899710A公开了稀土铈和镱离子共掺杂钇铝石榴石激光晶体的制备方法。对于红光发射，常用的有Pr、Eu、Sm等稀土离子，它们的发光由4f-4f跃迁引起，特点是发光峰的位置不受基质影响，但也存在特征发光峰较窄，半高宽小，发光峰波长较短的缺点，对光谱中红色成分的增加效果不够理想。

过渡元素锰是一种具有丰富价态的化学元素，不同价态的Mn离子(2+,3+,4+)具有不同的发光特性，Mn离子在某些基质中，可以产生位于红光区域的宽带发射，Mn离子作为发光中心被应用于荧光粉已有报道。专利CN102337134A涉及了一种白光LED用锰铈共掺亿铝石榴石荧光粉的制备方法。通过Mn离子的掺入可以使YAG:Ce荧光粉的发光峰红移，半高峰宽扩大，改善了白光LED中荧光粉的显色性能。然而，荧光粉在稳定性、老化性、均匀性等方面仍存在一定的缺陷，限制了其在白光LED尤其是大功率LED的应用与发展。2012年W xiang等人用提拉法生长了锰铈共掺亿铝石榴石晶体并进行了退火实验，所制备晶体中Mn离子为+4价，主发光峰位置在530nm，退火后虽光效有所提升，但未能显著增加发射光谱中的红色成分。

现有晶片制备白光LED的技术与荧光粉封装相比，存在色温高、显色指数低的问题。红光缺乏是白光LED用晶片进一步发展需要解决的难点和重点。本发明的锰掺杂亿铝石榴石晶体利用稀土离子铈与锰离子之间的能量传递机制，采用蓝光激发，有效克服铈钇铝石榴石制备白光LED的红光缺乏问题，提升晶片制备白光LED的综合光电性能。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种锰掺杂钇铝石榴石单晶材料，该单晶材料具有色温低、波谱宽、发光强度大等特点，可提高白光LED器件的综合光电性能。

本发明的第二个目的是将所述锰掺杂钇铝石榴石单晶材料作为荧光材料用于制备白光LED器件。

下面对本发明的技术方案做具体说明。

本发明提供了一种锰掺杂钇铝石榴石单晶材料，其特征在于所述锰掺杂钇铝石榴石单晶材料的化学组成表示式为：Y_3-yAl_5-xO₁₂:Mn_x,Ce_y，其中x的取值范围为0.01≤x≤0.12，y的取值范围为0≤y≤0.1；所述锰掺杂钇铝石榴石单晶材料通过熔体直拉法制备，制备方法包括如下步骤：

①将原料Y₂O₃、Al₂O₃、CeO₂、MnO₂或Y₂O₃、Al₂O₃、MnO₂按化学组成准确称量，混合均匀后压块，于1100-1300℃预烧12-24h；其中确保原料Y₂O₃、Al₂O₃的纯度≥99.99%，CeO₂、MnO₂的纯度≥99.9%；