[发明专利]一种M3Si6O12N2:xRe体系绿色荧光粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，特别涉及一种M₃Si₆O₁₂N₂:xRe体系绿色荧光粉的制备方法，尤其适用于白光和背光源LED。

背景技术

白光LED（或称半导体照明）具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点，因此被誉为继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源，或称为21世纪绿色光源。

白光LED可以通过多种方法实现，其中（1）蓝光LED芯片与黄色荧光粉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，然而该方法一方面由于绿光的强度低而导致颜色再现性差，另一方面由于缺乏红光而显色指数低，色温高，不能作为室内照明使用。因此，为了提高白光LED的显色性，科研工作者们研发了另外两种实现白光LED的方法：（2）蓝光LED 芯片与红、绿色荧光粉组合，以及和（3）紫光LED芯片与红、绿、蓝三基色荧光粉组合。第三种方式获得的白光LED显色性显著提高，但是高效率荧光粉还比较缺乏，荧光粉之间存在颜色再吸收和配比调控问题，且紫光LED 芯片制备技术还不成熟，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；而第二种方式具有其他两种方式的优势，采用的蓝光LED芯片，国内外研究比较成熟，获得大规模应用，由芯片发出的蓝光与荧光粉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，因此高性能红、绿色荧光粉是一个关键因素。

目前可由蓝光激发的红、绿色荧光粉有硫化物体系、硅酸盐体系、钨钼酸盐体系和氮化物体系等。硫化物体系不稳定，高温易分解，产生毒性物质，不符合环保要求；硅酸盐体系焙烧温度比铝酸盐体系低等特点，但是发光效率还比较低；钨钼酸盐体系发光效率偏低，粉体密度过大，激发及发射光谱较窄；氮化物荧光粉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，目前难以实现工业化。

氮氧化物荧光粉由于其独特的激发光谱，如激发范围涵盖紫外、近紫外、蓝光甚至绿光，以及优异的发光特性，如发射绿、黄、红光；热淬灭小、发光效率高、材料本身无毒、稳定性好等优点，非常适合于应用在白光和背光源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。

化学式为M₃Si₆O₁₂N₂:xRe的氧氮化物荧光粉是目前常用的一种绿色荧光粉，尤其适用于白光和背光源LED。其中，M为Ca、Sr、Ba元素中的一种或者两种以上元素的混合，Re代表稀土元素。但是，目前该体系绿色荧光粉的制备方法仍然采用其他氧氮化物荧光粉常用的制备方法，即传统的高温固相法。

高温固相法通常采用Si₃N₄和AlN为初始原料，由于氧氮化物荧光粉具有很强的共价键，扩散系数低，反应活性差，因此需要比较高的烧结温度(1600～2000℃)，甚至需要比较高的反应压力(5～10atm)。高温固相法的反应原理是起始物料在高温下通过界面离子的自扩散和互扩散，使原有化学键发生断裂并形成新键，这种变化向固体原料内部或深度扩散，从而生成新相。目前，高温固相法一般采用传统燃气或电炉加热，其原理是热源通过热传导、辐射或对流的方式，使物料由表及里逐步加热至所需温度，合成温度高、时间长，颗粒的粒径比较大，以及团聚严重，通常还需要进行后处理如粉碎等工艺，粉碎必然会造成颗粒表面的破坏，导致大量表面缺陷的产生，降低其发光效率和稳定性。这些综合因素导致氮氧化物荧光粉的制备过程复杂，能耗较大，生产成本高。

此外，国内外一些文献也报道了采用软化学方法制备氧氮化物荧光粉，例如溶胶-凝胶法、均相沉淀法、低温燃烧合成法、水热合成法等方法合成白光和背光源LED用氧氮化物荧光粉。虽然此类方法具有合成温度低、反应较均匀、制备粉体的粒径较小等优点，但是其合成粉体的效率和产量较低，合成周期长，不适合大规模的工业化生产需要。例如中国专利CN102191045A公布了两步法制得一种氮氧化物绿色荧光粉，首先是添加助溶剂烧结获得前驱体，然后在上述所得前驱体基质中掺杂元素合成目标产物；中国专利CN101914379A公布了先通过三步法后获得悬浮液经低温烧结获得前驱体，然后再经高温烧结获得最终荧光粉。虽然他们都取得一定进展，但是工艺复杂。