[发明专利]一种制备氮氧化物荧光粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，主要用于阴极射线管(CRT)、场致发射显示器(FED)、等离子显示器(PDP)、电致发光(EL)等显示装置、荧光显示管、荧光灯、半导体照明等照明装置中，尤其涉及紫光～蓝光激发发可见光或白光的荧光粉体的制备方法。

背景技术

白光LED是一种将电能转换为白光的固态半导体器件，又称半导体照明，具有效率高、体积小、寿命长、安全、低电压、节能、环保等诸多优点，被人们看成是继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后第四代照明光源，是未来照明市场上的主流产品。

目前出现了各种各样的白光LED制备方法，其中蓝光LED芯片与黄色荧光材料组合、蓝光LED芯片与红色和绿色荧光材料组合、紫光LED芯片与三基色荧光材料组合这三种方法以价格低、制备简单成为制备白光LED的主要方法。蓝光LED芯片与黄色荧光材料组合是研究最早也是最成熟的方法，制备的白光LED发光效率已经远远超过白炽灯，但是显色指数低，色温高，不能作为室内照明使用。为了提高白光LED的显色性，各国科学家研发了蓝光LED芯片与红、绿色荧光材料组合和紫光LED芯片与红、绿、蓝三基色荧光材料组合另外两种实现白光LED的方法。采用紫光LED芯片与三基色荧光材料组合的白光LED显色性得到明显提高，但是高效率荧光材料还比较缺乏，荧光材料之间存在颜色再吸收和配比调控问题，而且紫光LED芯片制备技术不成熟，国内还处于实验室研究阶段，这些因素导致近紫外转换型白光LED在短期内很难获得大规模应用。蓝光LED芯片激发红、绿荧光材料获得白光LED的方式具有前两种方式的优点：采用的是蓝光LED芯片，此类芯片国内外研究成熟，已经获得大规模应用；由芯片发出的蓝光与荧光材料转换出的红光和绿光混合，生成白光，具有良好的色彩还原性，符合人类视觉要求。

由红、绿色荧光材料匹配蓝光LED芯片制备的白光LED要想获得快速发展，其中一个关键因素是获得高性能红色、绿色荧光材料。目前可由蓝光激发的红、绿色荧光材料有硫化物、氮化物、钼酸盐和硅酸盐等。硫化物发光材料是红、绿荧光材料中的主要材料，如(Ca_1-xSr_x)S:Eu²⁺红色荧光材料、Ga₂S₃:Eu²⁺绿色荧光材料，但是硫化物不稳定，在高温下容易分解，产生毒性物质，制备的白光LED寿命短，而且不符合环保要求。人们又开发了Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺等氮化物荧光材料，这些材料具有良好的荧光特性，但是原料中碱土金属氮化物容易与空气和水蒸汽反应，制备工艺复杂，制得的粉体纯度低，目前还不能大规模生产。以硅酸盐为基质的发光材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，而且高纯二氧化硅原料价廉、易得，焙烧温度比铝酸盐体系低等特点，越来越受到人们重视，出现了Sr₂SiO₄:Eu²⁺、CaMgSi₂O₇:Eu²⁺等荧光材料，其中蓝光激发的黄色荧光材料Sr₃SiO₅:Eu²⁺发光效率可与YAG相媲美，Lumi-tech有限公司已经用于封装白光LED，但是蓝光激发的红、绿硅酸盐荧光材料目前效率还比较低，有待于进一步改进。

氮氧化物荧光粉由于其独特的激发光谱(激发范围涵盖紫外、近紫外、蓝光甚至绿光)以及优异的发光特性(发射绿、黄、红光；热淬灭小、发光效率高等)，材料本身无毒、稳定性好，因此非常适合于应用在白光LED中，特别是蓝色芯片的白光LED的应用，因而受到了科学界和产业界的极大关注。

由于氮氧化物体系含有氮，因此它的合成需要采用含氮的原料或者通过氮气气氛来引入氮，导致其合成受到很大限制。目前国际上报导的关于氮氧化物荧光粉体的制备方法主要是固相反应法，该方法通常采用Si₃N₄和AlN为初始原料，由于它具有很强的共价键，扩散系数低，反应活性差，因此需要比较高的煅烧温度(1600-2000℃)甚至反应压力(5-10atm)。这些综合因素导致氮氧化物荧光粉体的制备过程复杂，生成成本高。而且，高的合成温度使得制备的发光粉体的制备往往产生硬团聚，颗粒粗大(＞10μm)，通常还需要进行球磨粉碎等后处理，这势必引入结构缺陷，降低其发光效率和稳定性。