[发明专利]磷光体和包含该材料的发光器件

说明书

本发明涉及红色磷光体及其在照明应用中的用途，特别是在发光二极管照明器件中的用途。

磷光体转换LED(pcLED)使用蓝色LED芯片作为光源和一种或多种磷光体，以产生白光。基于pcLED技术的器件将成为固态照明应用中一般用途的基础器件。然而，为了达到固态照明市场的性能规格，仍需要显著进步。

pcLED器件使用蓝色LED芯片产生的发射光谱激发其所包含的磷光体，从而从单个LED形成白光发射。蓝色LED芯片产生的发射光谱激发所包含的磷光体，该磷光体再产生发射光谱，该发射光谱与蓝色LED芯片的发射光谱合并，产生了白光。重要地，人们认识到蓝色LED芯片以及所包含的磷光体的颜色调节对pcLED器件的效果和优化至关重要。因此，人们不断需要开发磷光体，以使pcLED器件产品具有增强的颜色调节能力。

另外，常规pcLED器件设计中使用的磷光体位于紧邻蓝色LED光源的位置。因此，在产生光的过程中，这些磷光体受到升高的温度。高功率LED芯片具有的结温通常为100-150℃。在这种升高的温度下，磷光体的晶体处于高振动激发态。当处于这种高振动激发态时，激发能可以通过不发光驰豫产生额外的热，而不是产生希望的来自磷光体的光发射。这种热生成加剧了上述情况，导致恶性循环，使得现有pcLED器件无法达到固态照明市场行业规定的性能规格。因此，成功开发一般照明的pcLED器件需要识别能够在100-150℃下高效运行的磷光体。

由于pcLED器件中开发的基于氮化物的磷光体在高温下具有优异的发光性能，人们提出将其用于pcLED器件。这种基于氮化物的磷光体的例子包括基于金属氮化硅的磷光体。这些磷光体材料的基质晶体主要由Si-N、Al-N化学键及其混合键作为基质晶体结构的骨架构成。尽管这些键是稳定的，硅和碳之间的化学键(Si-C)具有较高的键能，因此具有较高的热稳定性和化学稳定性。另外，碳与许多金属原子形成非常稳定的化学键。

然而，在晶态磷光体材料中引入碳或碳化物之前被认为对发光性能是不利的。各种金属碳化物通常的深色体色可能会成为发射光的吸收源或猝灭源。另外，在使用碳或碳化物作为前体的特定磷光体制备中，所残留的未反应的残余碳或碳化物会减小磷光体的发射强度。

碳(负)氮化物(carbidonitride)磷光体可由基质晶体中的碳、硅、锗、氮、铝、硼和其它金属，以及一种或多种金属掺杂剂作为发光激活体组成。近来该类磷光体已成为能够将近UV(nUV)或蓝光转换成可见光谱范围内的其它光(例如蓝光、绿光、黄光、橙光和红光)的颜色转换器。碳(负)氮化物磷光体的基质晶体由-N-Si-C-、-N-Si-N-和-C-Si-C-网络组成，其中Si-C和Si-N强共价键作为所述结构的主要结构单元。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。

在某些碳(负)氮化物磷光体中，所述碳能够增强而不是猝灭磷光体的发光，特别是当磷光体受到较高温度(例如200-400℃)时。某些碳(负)氮化硅磷光体的反射率在所需发光光谱波长范围内随碳量增加而增大。据报道，这些碳(负)氮化物的磷光体具有优异的发射热稳定性和高的发射效率。

Li等人的美国专利申请公开第201I／0279016号揭示了一类设计用于pcLED器件的基于碳(负)氮化物的磷光体。Li等人描述了符合化学计量比的碳(负)氮化物磷光体和使用该材料的发光器件，其中，该类基于碳(负)氮化物的磷光体由下式表示：

Ca_1-xAl_x-xySi_1-x+xyN_2-x-xyC_xy：A                                  (1)；

Ca_1-x-zNa_zM(III)_x-xy-zSi_1-x+xy+zN_2-x-xyC_xy：A                      (2)；

M(II)_1-x-zM(I)_zM(III)_x-xy-xSi_1-x+xy+zN_2-x-xyC_xy：A                 (3)；