[发明专利]一种紫光激发的铝氧氮化合物蓝青色荧光粉及制备与应用

说明书

本发明公开了一种紫光激发的铝氧氮化合物蓝青色荧光粉及制备与应用，属于发光材料制备领域。该紫光激发的铝氧氮化合物蓝青色荧光粉的化学通式为Ba_1‑xEu_xAl₁₁O_{17.5‑(3y+z)/2}N_yF_z，其中，0.01≤x≤0.20；0.4y≤5.0；0≤z≤2.0。在紫光激发下，该蓝青色荧光粉的发射光谱主峰在460‑480nm范围内。随着y的增大，其激发带可拓宽至440nm，能与380‑420nm的紫光芯片很好地匹配。与现有技术相比，本发明所制备的铝氧氮化合物蓝青色荧光粉，具有全新的化学组分和高的热稳定性，且能有效吸收紫光，从而使该发光材料可应用于全光谱照明。

技术领域

本发明属于发光材料制备领域，尤其是涉及一种紫光激发的铝氧氮化合物蓝青色荧光粉及制备与应用。所述的紫光激发铝氧氮化合物蓝青色荧光粉可用于全光谱照明。

背景技术

荧光粉转换紫/蓝光发光二极管(pc-LED)具有能耗低，体积小，寿命长等优点而成为首选的日常照明光源。目前市面上白光pc-LED主要是通过蓝光芯片加上黄色荧光粉的方式实现的，然而这一方式封装得到的白光pc-LED蓝光成分比较多，而长期暴露在过量蓝光的环境中会对视力造成损伤；此外，每个波段的光对人体节律都有一定的调节作用。例如，绿光具有镇静，放松的效果；红光具有改善血液循环，促进代谢的作用。该封装方式中光色的不均匀可能对人体的节律平衡不利。因此，为了提升照明光源的质量，近些年来科研工作者提出了一种全光谱pc-LED的策略：使用紫光芯片搭配蓝、青、绿、红以及红外荧光粉，通过调节各波段光的比例可以封装出显色指数达95以上的全光谱照明光源。现阶段，有多种可以被紫光激发的绿光，红光荧光粉，且均有着良好的效率和热稳定性，可以满足全光谱pc-LED的封装需求。然而可以被紫光有效激发，并有较高效率和良好热稳定性的蓝、青光荧光粉寥寥无几。

最著名的蓝色荧光粉为BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺(非专利文件1Verstegen JMPJ,Radielovic D,Vrenken LE,J.Electrochem.Soc.1974 121:1627)，然而其最佳激发波长小于380nm，其不能被紫光有效激发，从而不能满足全光谱pc-LED的封装需求。大连海事大学在专利文件1(王逸超，朴司琪，陈宝玖，一种铕激活的β-Al₂O₃缺陷结构蓝色荧光粉及其制备方法，CN112608742A)中公布了一种K_0.8-2x-2yBa_0.1+xEu_yAl₁₁O₁₇(0≤x≤0.3；0.025≤y≤0.175)蓝色荧光粉，但根据其说明书所公开的，该荧光粉在紫光区域的吸收很差，因此同样不是一种能被紫光激发的蓝色荧光粉。该单位还在专利文件2(王逸超，朴司琪，陈宝玖，一种铋激活的锗硅酸盐窄带蓝色荧光粉及其制备方法，CN113265250A)中公布了一种效率高、热稳定性好的Ca₄HfGe_3-ySi_yO₁₂:xBi³⁺(0.005≤x≤0.04，0≤y≤0.6)蓝色荧光粉，该荧光粉在紫光波段有着很好的吸收，但原材料中含Hf和含Ge的化合物价格昂贵，这加大了生产成本。因此不适用于紫光激发的pc-LED器件。中国科学院长春应用化学研究所在专利文件3(李成宇，王尚，庞然，张洪杰，姜丽宏，张粟，李达，一种铋离子掺杂的硼酸盐窄带蓝色荧光粉及其制备方法与发光器件，CN113717722A)中公布了一种效率和稳定性优良的Ba₃RE_2-xB₆O₁₅:xBi³⁺(RE＝Y,Lu,Gd)蓝色荧光粉，然而其激发光谱不能很好地覆盖紫光区域，且发射光谱半峰宽比较窄，不利于补全光色。因此不适宜用作高显指pc-LED用的蓝色荧光粉。非专利文件2(Yi Wei,Ling Cao,Lemin Lv,Guogang Li,Jiarui Hao,Junsong Gao,ChaochinSu,Chun Che Lin,Ho Seong Jang,Peipei Dang,Jun Lin，Chem.Mater.2018 30(7)2389)中公开的BaAl₁₂O₁₉:Eu²⁺虽然有良好的热稳定性，但其激发光谱不能跟紫光芯片匹配。西安建筑科技大学在专利文件4(冷稚华，白皓，卿青，何洪波，一种近紫外光激发的磷酸盐蓝色荧光粉及其制备方法和白光LED发光装置，CN114231283A)中公布了一种化学组成为Na_3-xKMg₇(PO₄)₆:xEu²⁺的蓝色荧光粉，该荧光粉在360-430nm有着比较强的吸收，发射主峰位于446nm。但基质成分中的碱土金属元素具有很强的吸水性，这使得其化学稳定性不能满足应用需求。此外，专利文件5(罗雪方，解荣军，一种青色荧光粉及其制备方法和发光器件，CN111303875A)公开的NaRb_1-2xEu_xMg₃Zn₂(Si₁₂O₃₀)青色荧光粉也因为碱金属的易潮解和吸水性难以满足应用需求。在非专利文件3(Jia Liang,Balaji Devakumar,Liangling Sun,Shaoying Wang,Qi Sun,and Xiaoyong Huang，J.Mater.Chem.C.2020 8,4934)中公开的Ca₂YHf₂Al₃O₁₂:Ce³⁺青色荧光粉可以很好地吸收紫光并发出峰值在493nm的青光，但该荧光粉的热稳定性较差，从而不能满足pc-LED封装需求。