[发明专利]一种可被蓝色光有效激发的荧光粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可被蓝色光有效激发的荧光粉及其制备方法，属稀土发光 材料技术领域。

背景技术

随着近十年来发光二极管(简称LED)技术的快速发展，白光LED照明因其 具有“节能”、“环保”、“高效”和“长寿命”等特点，被称为继白炽灯、节能 灯之后的新一代绿色环保的照明光源，有取代传统照明的趋势^[1-3]。

白光LED的实现比较看好的方案是LED芯片与光转换荧光粉结合。因为目前 蓝光LED芯片的生产技术较为成熟，所以形成白光LED的主流方案是：蓝光LED +黄色荧光粉，该方案是由蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的荧光粉 组合，其中蓝光LED发出的一部分蓝光被荧光粉吸收而发射出黄光。产生的黄 光和剩余的蓝光混合成白光。调控它们的强度比，即可得到各种色温的白光。 目前已经商用化的技术就是用蓝光LED芯片与YAG:Ce黄色荧光粉搭配来实现 白光发射^[4-6]。此种组合方式是目前最常用的白光LED的制作方式，大部分白光L ED都以此种方式制成，其优点是制作简单，在所有白光LED的组合方式中成本 较低而效率较高。美国专利5998925^[7]对YAG:Ce在Y/Gd比，Al/Ga比上进行了 调整和优化，已经使白光LED的光效已突破100lm/W，与日光灯的发光效率属同 一水准。而一般白光LED商品的发光效率在30～50lm/W之间，为传统灯泡的2～ 3倍。然而这种组合也有许多不足之处，比如YAG:Ce目前大多采用高温固相法 合成，这种方法合成的温度要求较高，一般为1500-1700℃。如果采用液相法能 降低合成温度，但是成本又会增加。经过实际使用后又发现，蓝光LED+YAG: Ce型组合的白光LED的最大不足是显色性偏低，最大的显色指数仅为85左右。 经分光分析法精密测试发现，主要是因为荧光粉在红光区域的光强度太弱所致^[8，9]。因此，急需寻找新型的可被蓝光LED有效激发的荧光粉来代替YAG:Ce荧光 粉。但目前光转换效率高和热稳定性优良的荧光粉，特别是可被蓝光光有效激 发的高效红色荧光粉还甚缺少。

近几年涌现出了一些关于基于蓝光LED的光转换型白光发射体系的公开报 道和专利。新型的荧光粉主要有硅酸盐、含氮化合物和硫化物等。硫化物由于 其大的晶体场能，使掺杂的稀土离子的光谱在红光区，成为红色荧光粉。但是 硫化物的化学性能不稳定，寿命短，容易分解并产生对人体有害的SO₂气体，硫 元素的析出也会对芯片造成腐蚀性影响，从而导致整个器件的失效。

含氮的化合物的高共价性以及强晶体场，使氮化物荧光粉的激发波长相对 较长，与蓝光LED的要求相一致，且发射光谱通常都在红光区或者是黄光区， 这正好可以取代蓝光LED用的YAG:Ce，也同样可以解决红色荧光粉缺乏的问 题。因此以氮化物为基质材料的荧光粉受到了广泛关注。例如：Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺和 SrSi₂O₂N₂:Eu^2+[10，11]。稀土激活的氮氧化物红色荧光粉以两价铕为激活离子，因 为氮化物形成的晶体场较强而发射出红光，并且具有较高的发光效率和化学稳 定性。但这类材料的合成需要在高温(1600-1700℃)高氮气或氨气压力(10at m)等条件下完成，为了保证铕的低价，必须使用还原性保护气氛(氢氮混合气， 氨气)，这对生产设备的要求太过于苛刻，而国内窑炉厂家尚无法制造出此类 设备。