[发明专利]氧碳氮化物磷光体和使用该材料的发光器件

说明书

优先权要求

本申请要求2010年5月14日提交的美国临时申请第61/334,967号和2010年9月10日提交的美国临时申请61/381,862号的优先权，所述专利申请通过引用全文纳入本文。 

关于参考文献的声明

本文引用的所有专利、申请、和非专利参考文献均视为通过引用全文纳入本文。 

政府基金

本发明在美国能源部授予的DE-EE0003245号的政府资助下完成。美国政府可享有本发明的某些权利。 

技术背景

近年来，人们致力于研发LED芯片和磷光体转换LED的磷光体（pcLED），结果证明了高效的高功率LED和高效的磷光体。然而，在pcLED中磷光体运行的一个独特方面为磷光体非常靠近LED芯片，且LED在高温下运行。高功率LED的通常结温度为100-150℃。在这些温度下，磷光体的晶体处于高振动激发态，导致激发能被导向通过晶格驰豫以热辐射形式释放，而不是产生希望的光发射。另外，这些晶格驰豫产生了振动激发的加热，并从而进一步降低了发光发射效率。这是一种恶性循环，阻碍了现有磷光体材料的成功应用。用于一般照明应用的pcLED灯需要高光能通量（例如，高于1Watt/mm²），其将导致在磷光体晶体内部由斯托克斯位移产生的额外加热。因此，用于一般照明的pcLED灯的成功发展需要能在100-150℃的温度下高效率运行的磷光体。风险在于，同时在室温下实现90％量子产率和在100-150℃下具有高的热稳定性是十分困难的。磷光体发光的热稳定性是磷光体的固有性质，其由晶体材料的 组成和结构决定。 

人们考虑将氧氮化物磷光体用于pcLED，由于其在上述高温范围下具有优异的发光性能。突出的例子是基于氧氮化硅铝（sialon）的磷光体，其基质晶体由Si-N、Si-O、Al-N和Al-O化学键作为基质晶体结构的骨架构成。迄今已发现的各种氧氮化物主要包括单一晶相，且第二相通常被看作“杂质”。然而，磷光体通常是允许非化学计量比例的材料，且通常是非均相的。在本发明中，证实了一组氧碳氮化物磷光体组合物包含超过一种独特的晶相，各晶相均发出高效率的荧光。 

在以前，在晶态磷光体材料中引入碳或碳化物被认为对发光性能是不利的。各种碳化物通常的黑色体色可能会成为发射光的吸收源或猝灭源。另外，利用碳或碳化物来制备磷光体所残留的残余未反应的碳化物可能不利于磷光体的发射强度。 

碳氮化物磷光体由基质晶体中的碳、氮、硅、铝和/或其它金属，以及一种或更多种金属掺杂剂作为发光激活体组成。近来该类磷光体成为能够将近UV（nUV）或蓝光转换成绿光、黄光、橙光或红光的颜色转换器。碳氮化物磷光体的基质晶体由-N-Si-C-网络组成，其中Si-C和Si-N强共价键作为主要结构组分。通常，由Si-C键形成的网络结构在整个可见光光谱区具有强吸收，因此以前认为其不适合用作高效磷光体的基质材料。例如，在某些氮-硅-碳化物磷光体中，其中Ce³⁺是掺杂剂，Ce³⁺与-N-Si-C-网络之间的电子相互作用产生在400-500nm波长的强吸收，使得该磷光体在特定可见光的光谱区反射率较小。该作用对于实现具有高发射效率的磷光体是不利的。 

目前我们发现，在某些氧碳氮化物磷光体组合物中，实际上碳化物可增强而非猝灭磷光体的发光，尤其是在相对高的温度下（例如200-400℃）。本发明证实在可见光波长范围，某些氧碳氮化物磷光体的反射率随碳化物的量增加而降低。这些含碳化物的磷光体具有优异的发射热稳定性和高的发射效率。 

发明内容

在某些实施方式中，本发明涉及一类新颖的氧碳氮化物磷光体，其可表示为下式：

(1)M(II)_aSi_bO_cN_dC_e:A