[发明专利]复合荧光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一组用于半导体发光装置的新型复合荧光材料，其可以被发射波长在300～500nm范围内的紫外-蓝绿光芯片激发，吸收激发光源的至少一部分发射光，发射出波长在450～600nm范围内的或蓝色光或绿色光或黄色光或橙红色光，属于照明技术、显示和光电子领域。

背景技术

利用发光二极管而实现的半导体照明与显示技术，具有耗电量极小、环境友好、寿命长及应用灵活等诸多优点，正日益得到各国重视而获得社会生活各方面的应用普及。目前来说，实现半导体照明与显示的方式，主要以利用紫外光、紫光或蓝绿光芯片激发各色发射荧光材料的荧光粉转换型技术为主。如利用蓝光芯片激发黄色发射的荧光粉可以获得白光LED，利用蓝光芯片同时激发红色发射的荧光粉和绿色发射的荧光粉可以获得显示用LED背光源。

在能够被紫外-蓝绿光芯片激发而实现各色发射的荧光材料中，黄色发射的材料是一种主要的材料，在LED照明技术中占有重要地位。目前来说，主要的黄色材料是Ce³⁺激活的钇铝石榴石材料(Y，Gd)₃(Al，Ga)₅O₁₂(简称YAG)。这种石榴石结构的材料在蓝光激发下可以发射出530～550nm的黄光，具有流明效率高、化学性质稳定的优势，成为最为适合的LED用黄色荧光材料。然而，这种材料在LED技术中的使用被日本日亚公司在世界范围内进行了专利限制和覆盖，如美国专利US 5 998 925、欧盟专利EP 0 936 682、PCT专利WO 9 805 078、日本专利JP 3 503 139和中国专利CN 1 893 133等多项。

为了规避YAG材料的专利限制，世界各国的公司或研究机构一直进行着其他黄色发射的荧光材料的开发工作。美国专利US 7 267 787、US 7 311 858、中国专利CN 1 0059 0172、日本专利申请JP 2007 009 141和美国专利申请US 2007 158 614公开了一种可以被紫外-蓝绿光宽谱激发而发射500～560nm的绿色-黄色光的Eu²⁺激活的碱土金属正硅酸盐材料(Sr，Ba，Ca)₂SiO₄，其中的黄色发射通过卤素元素的掺杂可以使其发光亮度接近实用要求，而成为YAG材料的一种可能替代品。此外，美国专利US 7 648 650、PCT专利申请WO 2007 035 026、WO 2007 018 260和中国专利申请CN 101 186 818公开了另一种可以被紫外-蓝绿光激发而发射567～575nm的橙色光的Eu²⁺激活的碱土金属硅酸盐材料(Sr，Ba)₃SiO₅:Eu。

然而，上述的稀土离子激活的碱土金属硅酸盐材料，特别是黄色发射的材料，有着一些明显的不足。这些材料仅具有中等的物理化学稳定性，不耐酸且易溶于水，热稳定性不佳。尤其是，这种硅酸盐材料由于结构对称性较低、复杂性较高等因素，发光的流明效率略低。550nm发射的黄色硅酸盐材料，即使是通过卤素离子掺杂而使发光强度得到优化，其流明效率仍与YAG材料有着5％以上的差距，热衰减也更显著。这些不足制约了其对于YAG材料的良好替代性以及在大功率情况下的实际应用。

此外，黄色发射的荧光材料与蓝光芯片组合封装所获得的白光缺乏红色成分，LED的显色指数较低、色温过高，只能获得光色偏冷的正白及冷白光效果，无法获得视觉舒适的暖白光照明效果，因而在实际应用中通常需要在黄色材料中添加红色发射的材料来增加红色成分。由于600nm以上发射的红色氮化物材料普遍存在流明亮度过低的不足而无法实现与亮度较高的黄色材料的良好匹配，因而目前多数厂家采用570nm左右发射的前述硅酸盐橙色材料作为红色补色成分，如美国专利US 7 601 276所公开。然而，如前所述，橙色发射的硅酸盐材料仍然存在着发光亮度有所差距和热衰减过高的不足。

另外，利用蓝光芯片与绿色荧光粉和红色荧光粉组合来制造各种平板显示用LED背光源的技术日益受到重视并获得迅速发展，使得绿色发射的荧光材料的重要性逐渐突出。前述专利或专利申请所公开的绿色发射的正硅酸盐材料虽然在色纯度上可以满足LED背光源技术的要求，但其热衰减过高，150℃下发光强度的衰减可达30％，而显示用LED背光源的工作温度往往在150℃左右，因此这种材料并不是显示背光源的理想选择。