[发明专利]碱土金属氧氮化硅发光材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及碱土金属氧氮化物发光材料及其制备方法和应用。更具体的说，本发明涉及适用于荧光体、以Ba_4-yM_ySi₈O_20-3xN_2x(M＝Mg，Ca，Sr)为基体、以稀土金属离子为主要激活剂的氧氮化硅发光材料的组成、结构及其制备和应用。

背景技术

氧氮化物发光材料是近十年来开发的一种新型波长转换材料，特别适用于荧光体转换的近紫外和蓝光半导体发光(pcLED)，广泛应用于LED固体半导体照明和各类显示器件。氧氮化物材料的基体是由碱土金属、硅、铝、氧、氮和一种或多种稀土金属激活剂组成的多元体系。由于晶格中氮电负性强、存在较强的Si-O/N和Al-O/N共价键，与氧化物及硫化物基材料相比，氧氮化物基无机发光材料的化学稳定性高、热稳定性好、抗辐射能力强。另外，由于基体的刚性大，其发光光谱通常还表现为较小的斯托克斯(Stokes)红移。在氧氮化物晶格中稀土激活离子Eu²⁺和Ce³⁺的5d电子能级有较大机会被迁移到较低能量(即长波光谱区)，从而可吸收紫外光、近紫外光(370-405nm)直至蓝光(450nm)并将吸收的能量转换成绿色、黄色和红色的可见光。

碱土金属硅氧氮化物可从两种合成途径获得，即从氮化物和从氧化物为起始母体化合物。相对而言，从纯氮化物出发来合成氧氮化物可被利用的合适的已知氮化物非常少。而从氧化物母体出发，大量的碱土金属硅酸盐或是碱土金属铝酸盐化合物可被利用来制备氧氮化物材料。其优势是：一、由于这些氧化物组成和晶体结构已知，有助于从化学成分上进行裁剪，并提高或改善基体晶格中氮原子的固溶度得到所需要的氧氮化物。二、所获得的氧氮化物化学稳定性好。近年来的研究发现，在金属氧氮化硅体系中，稀土Ce³⁺激活的Y-Si-O-N在紫外和近紫外(～390nm)激发下发出蓝光，其发射光谱峰值位于较长波长范围440-500nm(参见文献1)。碱土金属氧氮化硅荧光体MSi₂O₂N₂∶Eu²⁺(M＝Ca，Sr，Ba)的基体为层状结构，随碱土金属的变化其晶体结构发生变化。在近紫外或蓝光激发下，CaSi₂O₂N₂∶Eu²⁺发射出黄光，其发射光谱峰值在562nm左右；SrSi₂O₂N₂发射绿光，其发射光谱峰值为540nm左右；BaSi₂O₂N₂发射蓝绿光，其发射波长位于491-500nm左右。这三种材料特别适用于pcLED波长转换发光材料(参见专利文献2-4)。而Ce³⁺-激活的MSi₂O₂N₂∶Eu²⁺(M＝Ca，Sr，Ba)则为一组发蓝光的荧光材料(参见文献5)。Eu²⁺激活的钡氧氮化硅Ba₃Si₆O₁₂N₂，在近紫外和蓝光的激发下，发射出效率较高的绿光，其发射光谱的峰值位于525nm左右，发射光谱的半高宽约为68nm(参见专利文献6)。Eu²⁺掺杂的氧氮化硅Ba₄Si₆O_16-3x/2N_x(x≤1)在紫外近紫外光的激发下，发射出蓝绿至绿色的光，其激发波长为515-525nm(参见文献7)。富氮的钡氧氮化硅BaSi₆N₈O∶Eu²⁺在紫外光波长310nm激发下，在500nm附近发射出蓝绿光(参见文献8)。