專利名稱：一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉，這種白光熒光粉是能夠?qū)⒆贤?br> (uv)射線轉(zhuǎn)換成白光的熒光粉材料，屬于光電化工技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
熒光材料吸收電磁波頻譜一個區(qū)的能量，發(fā)射出頻譜另一個區(qū)的輻射能，粉 狀的熒光材料通常叫做熒光粉，透明固體狀的熒光材料通常叫做閃爍體。
周知的熒光材料有兩大類自激式熒光材料和雜質(zhì)激活式熒光材料。
自激式熒光材料是一種純晶體主材料，它吸收高能光子時將電子提升到激活 狀態(tài)，通過發(fā)射光子從該激活狀態(tài)恢復(fù)到低能狀態(tài)。自激式熒光材料由于電子在 激活狀態(tài)或低能狀態(tài)時其能量范圍較寬，因而其光譜發(fā)射圖形寬。因此，受激的 電子在從受激狀態(tài)轉(zhuǎn)入低能狀態(tài)的過程中發(fā)射能量范圍相當(dāng)寬的光子，發(fā)射出的 光子能量與電子發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)變前后的具體能量有關(guān)。
雜質(zhì)激活式熒光材料的基質(zhì)通常是一種非熒光主材料，主材料中加入了濃度 較低的激活劑使其改性。對于雜質(zhì)激活式熒光材料激活劑離子可以直接吸收入射 光子或通過晶格吸收后傳遞到激活離子，使得激活離子的電子提升到受激狀態(tài)。 這些電子恢復(fù)到低能態(tài)時發(fā)出熒光光子。
白光發(fā)光二極管(LED)由于其效率高、功耗小、壽命長、固態(tài)節(jié)能以及綠 色環(huán)保等顯著優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域。目前，利用LED技術(shù)實現(xiàn)白光的方法 主要有3種三基色LED直接混色法、紫外轉(zhuǎn)換法和藍(lán)光芯片加黃色熒光粉的方 法。
(1)三基色LED混色法
直接將發(fā)射紅、綠、藍(lán)波長的三基色芯片組合封裝在一起，形成多芯片型白 光LED，通過空間混色的原理，按照適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行匹配，使得三種顏色的光混合成白光。這種方法的弱點是它的安裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各色LED的驅(qū)動電壓、發(fā) 光效率、配光特性不同，需通過電流調(diào)節(jié)紅、綠、藍(lán)三基色的強(qiáng)度，電路實現(xiàn)上 較復(fù)雜。同時，由于不同顏色的LED隨時間的推移其老化特性不同，導(dǎo)致光衰的 差異。因此，預(yù)先調(diào)整好的白色發(fā)光由于不同顏色的光衰差異造成使用過程中的 變色，使混合的白光穩(wěn)定性較差，存在溫度特性的差異。發(fā)光全部來自發(fā)光二極 管，相對成本也比較高。
(2) 紫外轉(zhuǎn)換的方法
以LED為基礎(chǔ)光源，用LED發(fā)出的紫外光激發(fā)熒光材料，通過熒光粉實現(xiàn)波 長轉(zhuǎn)換發(fā)出可見光。最后用于照明的光全部來自熒光材料，且要求熒光材料的激 發(fā)光譜與LED的發(fā)射光譜相匹配，這樣可以獲得較高的光轉(zhuǎn)換效率。熒光材料可 以是多種熒光粉的組合，即通過不同顏色的光混合而成白光，也可以是單一一種 能夠發(fā)射白光的熒光粉。
(3) 藍(lán)光芯片加黃色熒光粉的方法
利用波長為460 470 nm的GaN基藍(lán)光LED的發(fā)光作為基礎(chǔ)光源。其所發(fā)出 的藍(lán)光一部分用來激發(fā)熒光粉，使熒光粉發(fā)出黃綠色光；另一部分藍(lán)光透過熒光 粉發(fā)射出來，熒光粉發(fā)出的黃綠色光與GaN基藍(lán)光LED發(fā)光的透射部分混合形成 白光，即白光=藍(lán)+黃的機(jī)制。其不足之處在于顯色性更差，這主要是由于發(fā)光 譜中紅色成分少。為彌補(bǔ)這一不足，通常是在熒光粉中另外加入紅色熒光粉，從 而獲得色溫較低的暖白光。由于此種方法要產(chǎn)生暖白光，需混合紅色熒光粉，使 得工藝難度增加，且目前應(yīng)用的紅熒光粉多為易潮解的硫化物、氟化物，使得發(fā) 光穩(wěn)定性較差。
所以我們提供一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的單一成分熒光材料，無需多種熒光材料混 合，就能夠在單一激發(fā)源的激發(fā)下發(fā)出低色溫的暖白光。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是為了提供一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉，它無需 多種熒光材料混合即獲得單一成分的白光熒光粉，亦即獲得一種能夠用單一成分 的熒光材料提供的白光照明系統(tǒng)，并且在單一激發(fā)源的激發(fā)下，照明系統(tǒng)能夠發(fā) 出低色溫的暖白光。2、技術(shù)方案
本發(fā)明一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉，它是由以下幾種原材料組成的
(1) CaC03 (分析純)、Ca(HC03)2 (分析純)中的一種或兩種組合
(2) Mo03 (分析純)、W03 (分析純)中的一種
(3) Pr6Ou (純度99.99%)
其化學(xué)計量成分配比為Pr離子與Ca離子摩爾濃度和等于W或Mo離子摩 爾濃度，Pr離子與W或Mo離子摩爾比小于0.03，大于0.01，包括0.01和0.03 。
n(Pr)+n(Ca)=n(W)其中，0.01Sn(Pr)/n(W) ^).03
或n(Pr)+n(Ca)=n(Mo)其中，0.015n(Pr)/ n(Mo) 50.03
白光熒光粉的分子式組成為Cai.xPrxM04， M是鉬或鎢中的一種，X值范圍 最好在0.01到0.03之間，包括0.01與0.03。白光熒光粉經(jīng)過合成具有白鎢礦結(jié) 構(gòu)，沒有稀土摻雜的主結(jié)構(gòu)。鎢酸鹽和鉬酸鹽是一種自激發(fā)材料，它具有獨(dú)特的 寬譜發(fā)射圖形。主吸收一般在小于350 nm的波長處發(fā)生。主晶格吸收是由鎢酸 鹽基[W04產(chǎn)或鉬酸鹽基[Mo04產(chǎn)引起的。在白鴇礦主結(jié)構(gòu)和UV射線激發(fā)的情況 下，主結(jié)構(gòu)發(fā)射譜是集中在540 nm左右的寬頻帶。摻有鐠離子的熒光材料是提 供發(fā)光主結(jié)構(gòu)的自激式材料，同時也是雜質(zhì)激活式發(fā)光材料。熒光材料發(fā)出的發(fā) 射光譜既包括從主晶格結(jié)構(gòu)中發(fā)出的寬帶發(fā)射，也包括稀土雜質(zhì)激活劑發(fā)出的窄 帶發(fā)射。要制取Cai.xPrxMo04，可以將碳酸鈣(CaC03)、碳酸氫鈣(Ca(HC03)2)、 氧化鐠(Pr60 )、氧化鉬(Mo03)和氧化鎢(W03)等按上述理想比例均勻混 合。
主結(jié)構(gòu)起著激活劑的作用，它從uv源吸收激活能，并將該能量傳遞給鐠離
子，并以光輻射的形式發(fā)射出相應(yīng)能量。圖3示出CawPrxMo04在325 nm的UV 射線激發(fā)下的發(fā)射光譜，其中x值等于0.02。 489 nm、 604 nm和651 nm的線狀 發(fā)射，源自P^+的受激輻射，540 nm左右的寬帶發(fā)光是CaMO4主結(jié)構(gòu)的發(fā)光。 此發(fā)射光在C丄E.比色圖表上的色坐標(biāo)(x=0.41， y=0.39)對應(yīng)于3450K色溫。 當(dāng)熒光材料中Pr的濃度偏離x二0.02時，熒光材料發(fā)出的光的色坐標(biāo)會變化，但
5只要在0.01到0.03范圍內(nèi)，即使發(fā)出的光色溫變化，卻依舊可以獲得白光。這 樣，從單一成分的材料可以得出一系列不同色溫的白光。
本發(fā)明一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉制備方法，其具體步驟如下
步驟一稱取高純試劑CaC03、 Ca(HC03)2、 Mo03、 W03、 PrsOu,按化學(xué) 計量配比均勻混合，該化學(xué)計量配比為Pr離子與Ca離子摩爾濃度和等于W或 Mo離子摩爾濃度，Pr離子與W或Mo離子摩爾比小于0.03，大于0.01，包括 0.01和0.03;
步驟二將它們在瑪瑙研缽或球磨機(jī)中研磨1-3小時，使其混合均勻，將上 述混合物裝入剛玉坩堝，并置于高溫爐中燒結(jié)，氣氛為空氣或氮?dú)?，燒結(jié)溫度為 700-1200 。C，燒結(jié)時間為2-5小時；此步所得即分子式為Cai.xPrxM04的燒結(jié)物；
步驟三將燒結(jié)物在空氣中降到室溫，再次在瑪瑙研缽或球磨機(jī)中研磨1-2
小時即得到所需產(chǎn)物——白光熒光粉。
3、本發(fā)明的優(yōu)點及功效本發(fā)明一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉，它與現(xiàn)有
技術(shù)相比，其優(yōu)點是用固相反應(yīng)的辦法得到一種白光熒光粉，從而，能夠在單一 紫外激發(fā)源的激發(fā)下，通過化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的單一成分熒光粉吸收紫外射線發(fā)出白
光，它無需多種熒光材料混合，即獲得低色溫(3000-4000K)的暖白光。

圖1本發(fā)明照明系統(tǒng)示意圖 圖2本發(fā)明熒光材料激發(fā)光譜示意圖 圖3本發(fā)明熒光材料在325 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜示意圖 圖4本發(fā)明熒光材料的色坐標(biāo)示意圖 圖5本發(fā)明白光熒光粉制備方法流程示意圖 圖1中符號說明如下
1輻射源；2紫外線；3熒光材料；4 熒光。
具體實施例方式
本發(fā)明一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉，它是由以下幾種原材料組成的
(1) CaC03 (分析純)、Ca(HC03)2 (分析純)中的一種或兩種組合
(2) Mo03 (分析純)、W03 (分析純)中的一種
(3) P"Ou (純度99.99%)
其化學(xué)計量成分配比為Pr離子與Ca離子摩爾濃度和等于W或Mo離子摩 爾濃度，Pr離子與W或Mo離子摩爾比小于0.03，大于O.Ol，包括0.01和0.03。
n(Pr)+n(Ca)=n(W)其中，O.Ol￡n(Pr)/n(W) 50.03
或n(Pr)+n(Ca)=n(Mo)其中，00.01 ^i(Pr)/ n(Mo) 50.03
本發(fā)明一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉制備方法，該方法的具體實施步驟列舉
實施例如下 實施例1:
步驟一稱取高純試劑CaC03 (分析純)、Mo03 (分析純)、Pr6Ou (純度99.99%)， 其摩爾比如下
n(CaC03): n(Pr6Ou): n(Mo03) =594 : 1 : 600;
步驟二將它們在瑪瑙研缽中研磨1小時，使其混合均勻，將上述混合物裝入剛
玉坩堝，并置于高溫爐中燒結(jié)，氣氛為空氣，燒結(jié)溫度為800 。C，燒結(jié)
時間為2小時；
步驟三將燒結(jié)物在空氣中降到室溫，再次在瑪瑙研缽中研磨1小時即得到所需 產(chǎn)物。得到的一種紫外線激發(fā)白光熒光粉，樣品呈淡黃色粉末。激發(fā)譜
帶小于350 nm。當(dāng)樣品在325 nm激發(fā)下，在498 nm、 600 nm和650 nm 左右有發(fā)射峰，并且在540nm附近有寬帶發(fā)光。
實施例2:
步驟一稱取高純試劑CaC03 (分析純)、W03 (分析純)、Pr60 (純度99.99%)， 其摩爾比如下
n(CaC03): n(Pr6Ou): n(W03) =294 : 1 : 300;步驟二將它們在瑪瑙研缽中研磨1小時，使其混合均勻，將上述混合物裝入剛 玉坩堝，并置于高溫爐中燒結(jié)，氣氛為空氣，燒結(jié)溫度為800 。C，燒結(jié) 時間為2小時；
步驟三將燒結(jié)物在空氣中降到室溫，再次在瑪瑙研缽中研磨1小時即得到所需 產(chǎn)物。得到的一種紫外線激發(fā)白光熒光粉，樣品呈淡黃色粉末。激發(fā)譜
帶小于350 nm。當(dāng)樣品在325 nm激發(fā)下，在498 nm、 600 nm和650 nm 左右有發(fā)射峰，并且在530 nm附近有寬帶發(fā)光。
以上兩例所得熒光粉為粉末狀結(jié)晶，溶于無機(jī)酸，不溶于乙醇、乙醚或水。 將所得熒光粉涂覆到合適的襯底上，例如能夠發(fā)射UV射線的LED或燈管上， 就得到本發(fā)明提供的照明系統(tǒng)。
見圖l， 一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉白光照明系統(tǒng)，它是由輻射源l和熒 光材料3組成，輻射源1向熒光材料3發(fā)出射線2，熒光材料3吸收對其起激發(fā) 作用的的UV射線，發(fā)出光譜中可見范圍的熒光4。
其中，輻射源l是發(fā)光二極管(LED)、輻射源l發(fā)出的射線為325 nm的紫 外射線。其中，熒光材料3為白光熒光粉Ca,.xPrxMo04， x值等于0.02。
圖2為本發(fā)明白光熒光粉激發(fā)光譜示意圖；圖3示出Ca^PrxMo04在325 nm 的UV射線激發(fā)下的發(fā)射光譜，其中x值等于0.02;圖4本發(fā)明白光熒光粉的色 坐標(biāo)示意圖，圖5本發(fā)明白光熒光粉制備方法流程方框示意圖。
權(quán)利要求
1、一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉，其特征在于該白光熒光粉是由以下原材料組成的(1)CaCO3、Ca(HCO3)2中的一種或兩種組合；(2)MoO3、WO3中的一種；(3)Pr6O11；其化學(xué)計量成分配比為Pr離子與Ca離子摩爾濃度和等于W或Mo離子摩爾濃度，Pr離子與W或Mo離子摩爾比小于0.03，大于0.01，包括0.01和0.03；即n(Pr)+n(Ca)＝n(W)其中，0.01≤n(Pr)/n(W)≤0.03；或n(Pr)+n(Ca)＝n(Mo)其中，00.01≤n(Pr)/n(Mo)≤0.03；該白光熒光粉的分子式組成為Ca1-xPrxMO4，M是鉬或鎢中的一種，X值范圍在0.01到0.03之間，包括0.01與0.03。
2、 一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉制備方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一稱取高純試劑CaC03、 Ca(HC03)2、 Mo03、 W03、 PrsOu,按化學(xué)計 量配比均勻混合，該化學(xué)計量配比為Pr離子與Ca離子摩爾濃度和等于W或 Mo離子摩爾濃度，Pr離子與W或Mo離子摩爾比小于0.03，大于O.Ol，包括 0.01和0.03;步驟二將它們在瑪瑙研缽或球磨機(jī)中研磨1-3小時，使其混合均勻，將上 述混合物裝入剛玉坩堝，并置于高溫爐中燒結(jié)，氣氛為空氣或氮?dú)猓瑹Y(jié)溫度為700-1200 °C，燒結(jié)時間為2-5小時；此步所得即為分子式Ca^PrxM04的燒結(jié)物；步驟三將燒結(jié)物在空氣中降到室溫，再次在瑪瑙研缽或球磨機(jī)中研磨1-2 小時即得到所需產(chǎn)物——白光熒光粉。
全文摘要
一種紫外光激發(fā)的白光熒光粉，它是由以下原材料組成(1)CaCO₃、Ca(HCO₃)₂中的一種或兩種組合；(2)MoO₃、WO₃中的一種；(3)Pr₆O₁₁；成分配比Pr離子與Ca離子摩爾濃度和等于W或Mo離子摩爾濃度，Pr離子與W或Mo離子摩爾比小于0.03，大于0.01，包括0.01和0.03。白光熒光粉制備方法有三大步步驟一按化學(xué)計量比稱取高純試劑CaCO₃、Ca(HCO₃)₂、MoO₃、WO₃、Pr₆O₁₁并均勻混合；步驟二將它們在瑪瑙研缽或球磨機(jī)中研磨1-3小時后裝入剛玉坩堝高溫?zé)Y(jié)2-5小時，燒結(jié)溫度為700-1200℃；步驟三將燒結(jié)物在空氣中降到室溫，在瑪瑙研缽或球磨機(jī)中研磨1-2小時即可。本發(fā)明是用高溫固相合成法得到一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的單一成分熒光粉，在紫外光激發(fā)下發(fā)出低色溫(3000-4000K)的暖白光，具有廣泛的實用價值和應(yīng)用前景。
文檔編號C09K11/78GK101649199SQ20091008749
公開日2010年2月17日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者放 朱, 肖志松 申請人:北京航空航天大學(xué)