[发明专利]基于紫外LED激发的单一相白光荧光粉及其制造方法和发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于紫外LED激发的单一相白光荧光粉及其制造方法和发光器件。

技术背景

近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日益突出，人们迫切希望应用节能环保的新技术，半导体照明就是具备这种魅力的新技术。白光LED即是半导体照明应用的基础和产业发展重点，作为一种新型的照明器件，具有高效节能（相同照明效果比传统光源节能80%以上）、寿命长（实际可达2万小时）、无汞污染、可平面封装等许多其他光源无可比拟的优点，已在指示灯、信号灯、移动通讯设备等领域有广泛应用，并且有望取代白炽灯、荧光灯而进入照明领域。

白光LED按照白光产生的方式可分为三种类型：荧光粉转换型；多芯片组合型；单芯片多量子阱型。目前荧光粉转换型白光LED实际产生白光的主要途径，这种方案又可分为三种：（1）蓝光LED＋黄色荧光粉来实现白光；（2）蓝光LED＋红绿荧光粉来构成白光；（3）用紫外LED＋红绿蓝三色荧光粉来合成白光。目前InGaN蓝光芯片上涂敷黄色荧光粉(Re_1-r,Sm_r)₃(Al_1-s,Ga_s)₅O₁₂:Ce（简称YAG:Ce，见美国专利US5998925）已实现商品化，但这种组合存在发光颜色随驱动电压和荧光粉涂层厚度变化而变化、色温偏高、显色指数低、高温淬灭等缺点。用紫外芯片激发三基色荧光粉来实现白光的制作方案可以克服上述“黄蓝”组合型白光LED的缺点。但是多相荧光粉组合的涂敷工艺会因为某个单色荧光粉的问题，导致整个白光LED流明效率下降，甚至发生色漂移。紫外LED激发单一相白光荧光粉克服了上述问题，也避免了红、绿、蓝三基色配比调控和再吸收问题。由于视觉对紫外光的不敏感性，这类白光LED的颜色只由一种荧光粉决定，因此，颜色稳定、色彩还原性和显色指数高，在新一代白光LED照明中具有重要的应用前景。

已见报道的单一相白光荧光粉主要有：2004年，Kim等先后研制了Ba₃MgSi₂O₈: Eu²⁺,Mn²⁺，Sr₃MgSi₂O₈:Eu²⁺和Sr₃MgSi₂O₈:Eu²⁺,Mn²⁺的三种单一相白光荧光粉[J.S.Kim, P.E. Jeon等，Appl. Phys. Lett., 2004, 85(15):2931；Appl. Phys. Lett., 2004, 85(17):3696]。2005年，Setlur等报道了一种适于紫外光激发的单一相白光荧光粉，其组成是Ca₂NaMg₂V₃O₁₂:Eu³⁺,最佳激发波长在330nm左右 [A.A. Setlur, H.A. Comanzo等，J. Electrochem. Soc. 2005,152(12):H205]；张家骅等研制了组成为Eu_xySr_y-xySi_zO_2z+y+1的单一相白光荧光粉[发明专利，发明人张家骅、孙晓园、王笑军、张霞，专利号200510016743.9，授权公告号CN100404639C]。2006年，杨志平等报道了Sr₂MgSiO₅:(Eu²⁺,Mn²⁺) 和Ca₂SiO₃Cl₂: Eu²⁺单一基质白光荧光粉的发光性质[杨志平，刘玉峰等，硅酸盐学报，2006, 34(10): 1195；发光学报，2006, 27(4): 629.]；田一光等发明了一种以MO·aAl₂O₃·bSiO₂·cL:dX为主要成分的荧光粉[发明专利，发明人田一光、龚兵勇，专利号申请号200610167935.4，授权公告号CN100554373C]。2007年，Kim等报道了X₃MgSi₂O₈:Eu²⁺, Mn²⁺(X = Ba, Sr, Ca)白色荧光粉[J.S. Kim, A.K. Kwon, Y.H. Park等, J. Lumin., 2007, 122-123: 583]；Sun等研究发现2SrO·MgO·xSiO₂: Eu²⁺中，调整样品SiO₂含量可以调制发光[X.Y. Sun, J.H. Zhang, X. Zhang等, J. Lumin., 2007, 122-123: 955]。2008年，He等报道了LED用白色荧光粉Mg_0.1Sr_1.9SiO₄: Eu^2+[ H. He, R.L. Fu, X.F. Song等, J. Lumin., 2008, 128(3): 489]；Zhang等报道了Li₂SrSiO₄: 0.01Eu, xCe白光荧光粉[X.L. Zhang, H. He, Z.S. Li等, J. Lumin., 2008, 128(12): 1876]；Shen等报道了Ba₂MgSi_2-xAl_xO₇：0.1Eu²⁺, 0.1Mn²⁺白光荧光粉[C.Y. Shen, Y. Yang, S.Z. Jin, 等, Opt. Int. J. Light Electron. Opt. 2008, doi: 10.1016/j.ijleo.2008.05.009]。2009年，张霞等研制了组成为Sr_5-m-nSi_zO_n(SiO₄)₂Cl₂: Eu²⁺_m的近紫外光激发下单一相白光荧光粉[发明专利，发明人张霞、张家骅，专利申请号200910067076.5，公开号CN101565620A]；杨志平等研究了Ca₁₀(Si₂O₇)₃Cl₂:Eu²⁺,Mn²⁺白色发光材料特性[杨志平，李盼来，王志军等，科学通报, 2009, 54(13): 1855.]。2010年严小松等采用高温固相法合成了一种单一相LiCa₃MgV₃O₁₂：Eu³⁺白光发光粉[严小松，李万万，刘霁，孙康，发光学报，2010，31(1):39]。