[发明专利]一种具有长波段发射、高显指的氧氮化物荧光陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有长波段发射、高显指的氮氧化物荧光陶瓷及其制备方法，该荧光陶瓷的化学通式为：(Ce_xA_1‑x)₃M_5‑12ySi_12y(O_1‑yN_y)₁₂，其中，A为Y、Lu、Gd、Tb中的一种或两种以上的组合；M为Al、Sc、Ga中的一种或者两种的组合，0x≤0.01，0y≤0.1；将称量的初始原料与无水乙醇按一定比例混合球磨，将球磨得到的混合浆料进行干燥，过筛；将过筛后的粉体进行成型，煅烧，得到陶瓷素坯，再将陶瓷素坯进行烧结，冷却到室温后进行双面抛光处理，得到所述氮氧化物荧光陶瓷。本发明首次引入共价性更强的Si⁴⁺‑N^3‑键替代原有Ce:YAG陶瓷材料的Al³⁺‑O^2‑键，实现较少添加物引入量下的光谱大范围红移，陶瓷的制备工艺简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种荧光陶瓷，特别涉及一种具有长波段发射、高显指的氮氧化物荧光陶瓷及其制备方法，属于无机发光材料技术领域。

背景技术

白光LED(white light emitting diode)作为第四代照明光源，具有节能环保、寿命长、体积小等显著优势。当前白光LED最传统同时也是最为高效的实现方式为蓝光InGaN芯片结合稀土离子铈掺杂的钇铝石榴石(Ce:Y₃Al₅O₁₂)黄色荧光粉，通过环氧树脂、硅胶等有机物封装后发射白光(US Pat.5998929，6069440， 7071616)。然而，随着蓝光芯片的激发功率不断提高，尤其是在具有更高能量密度的蓝光LD激发下，环氧树脂、硅胶等自身存在的耐热性差，易老化等弊端就会显露出来，造成光效降低、色温漂移、缩短寿命等严重后果。

Ce:YAG荧光陶瓷因具有高热导率、抗热冲击性好、光衰小等优势，能够有效替代传统“Ce:YAG荧光粉+有机树脂”技术方案(S.Nishiura et al.Opt.Mater.， 33：688(2011))，并且避免了点胶与混胶过程。然而荧光陶瓷的方案仍然有诸多问题亟需解决，其中最为突出的就是荧光光谱中缺少红光成分而导致的白光色温高，不柔和，即所谓的“炫光”效应，并且在该方案下得到的LED器件的显色指数也普遍较低。

众所周知，Ce:YAG的发光特性与其所处的晶体场强度密切相关。因此针对上述问题，研究人员针对Ce:YAG荧光陶瓷晶体结构的调整展开了相应研究。其中大部分均为具有较大离子半径的阳离子掺杂，如Gd、La、Tb等。然而该方法具有很大的局限性，同时还会导致发光离子与其他激活离子间产生能量传递导致发光强度下降并出现温度猝灭效应。

通过与Al³⁺具有更强共价性的阴离子，如N^3-，形成Al³⁺-N^3-键，取代Al³⁺-O^2-键，在提高晶体场强度的基础上，通过增强的电子云膨胀效应进一步压缩激发态 d能级的位置，使发射光谱向长波长移动(A.A.Setlur et al.Chem.Mater.20:6722 (2008)，US Pat.197，433)。然而，由于氮化物荧光粉制备过程中发光离子对晶体基质结构的要求较高，若采用传统的荧光陶瓷制备工艺，在混料和热处理时，易造成氮氧化物晶体结构缺陷和破坏，从而大幅降低发光强度，此外，传统的真空烧结以及气氛烧结通常需要在高温下长时间保温，促使取代离子更多的进入晶格。这些不利因素限制了其应用，因此目前没有有关N^3-引入Ce:YAG荧光陶瓷实现长波段发射的报导。