[发明专利]一种宽频梯度LED荧光粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED固态照明系统及其应用，特别是宽频梯度LED荧光粉及其制备方法。

背景技术

LED因具有体积小、高亮度、耗电量低（白炽灯泡的1/8至1/10，节能荧光灯的1/2）、寿命长（12万小时以上）、高效率、低热量、环保（无Hg、Pb等污染）、可低压低电流启动、响应快、抗震耐冲、可平面封装、易开发成超薄短小产品等系列优点，自发明至今已经历50年的发展，广泛应用在建筑景观照明，大屏幕显示，交通信号灯，指示灯，电视机、手机及数码相机等用大小尺寸背光源，太阳能LED照明，汽车照明，特种照明及军用等诸多领域。LED灯正在取代传统的白炽灯、节能荧光灯等成为新一代节能、经济环保型照明灯，被誉为21世纪绿色光源。

LED照明（半导体照明）被认为是人类的照明革命，其发光原理与白炽灯和节能灯有着本质的差别，其技术环节涵盖：（1）LED外延片技术；（2）LED芯片技术；（3）LED荧光粉及封装技术；（4）LED分选技术；（5）半导体照明灯具及光学系统技术；（6）半导体照明电源及控制技术。其中，外延片、芯片技术及荧光粉技术系LED的关键技术所在，决定着LED照明产品的质量、性价比和应用。

通常，商业应用的白光LED主要采用蓝光LED芯片涂覆黄色YAG（Yttrium Aluminum Garnet,Y₃Al₅O₁₂：Ce，稀土钇铝石榴石）荧光粉，其原理为：LED芯片电致发光得到的蓝光，照射到YAG荧光粉后激发使之发出黄色光，该黄色光与透过荧光粉层的蓝光混合后便获得白光。众所周知，荧光粉是LED照明非常关键的材料之一，它的性能直接影响到白光LED的亮度、色坐标、色温及显色指数（CRI，Color Rendering Index，又形象地称为日光近似度），系高亮度白光LED照明替代白炽灯、节能灯的关键所在。

近些年来，随着白光照明显色性要求的不断提高，液晶显示器及要求高显色性的照明领域特别是液晶LED电视的迅速发展，要求LED发光具有高色彩表现性，用紫外或深紫外LED激发三种或多种荧光粉的混合物、由红绿蓝三色LED芯片组装形成白光照明光源等方法成为研究人员努力的方向。然而，基于红绿蓝三色LED芯片混合产生白光的途径存在白光颜色随温度和时间的变化而退化或不稳定、混合过程复杂、黄-绿颜色之间有间隙等缺点，使其发展受到一定的限制。因此，蓝光、紫外、深紫外LED激发荧光粉的实现途径成为半导体白光照明技术研究开发的主流，从而要求LED荧光粉从单一黄色YAG系列拓展到绿色（稀土氮氧化物,如SrSi₂O₂N₂:Eu）和红色荧光粉（稀土氮化物,如M₂Si₅N₈:Eu,M=Ca,Sr,Ba）等系列。绿色、红色荧光粉与蓝色LED芯片组合实现的白光LED,与黄色荧光粉YAG和蓝色LED芯片组合实现的普通白光LED的发光光谱不同，若是用于背光源，蓝色、绿色及红色各色的光谱相互分离，色彩表现性提高；而在照明用途，则可形成波长为500nm至650nm以内、与太阳光接近的连续光谱，达到演色性比较高。另一方面，要求荧光粉的相对亮度（%）≥100，量子效率≥90，与蓝光LED芯片复合后发光效率不低于80lm/w，要求达到90～100lm/w；与蓝光LED芯片有效覆合后CRI（显色指数）不低于70，要求达到75～80甚至更高，能调出近似白光。

目前，LED荧光粉的制备方法主要有高温固相合成法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、均匀沉淀法、燃烧合成法、喷雾热解法等，各方法的差异主要体现在如何获得性能好的前驱体（Precursor）方面，其优缺点见表1。

表1荧光粉制备方法的优缺点比较

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种宽频梯度LED荧光粉及其制备方法，该宽频梯度LED荧光粉具有特殊的梯度结构和不同的化学组成，发光频率比一般荧光粉要宽，分散性好，堆积密度高，散射强度大，发光效率高，被激发后发出的光更近似与自然光。该制备方法采用微米级荧光粉晶粒作为晶种，并和晶体结构相同而化学组分不同的纯相微纳米级或纳米级荧光粉相混合，在高温下分步进行外延生长形成本发明的宽频梯度LED荧光粉。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

技术方案一：