荧光粉及其制备方法和含该荧光粉的白光LED平面光源技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及荧光粉
，具体地说是一种具有石榴石晶体结构的高效氧氮化物基荧光粉及其制备方法和包含该氧氮化物荧光粉的白光LED平面光源。
技术介绍
白光发光二极管是近几年来快速发展的一种新型固态照明光源，与传统的白炽灯及荧光灯相比，它具有节能、环保、寿命长、体积小、响应快、耐冲击等优点，被誉为是继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后的第四代照明光源。白光作为一种混合光，是根据三基色原理通过红绿蓝RGB三种颜色的光合理配比实现的。白光LED的实现主要有三种方式(R. J. Xie et al.，Sci. Technol. Adv. Mat., 8: 588 (2007))，其中，采用蓝光hGaN芯片结合石榴石结构的(YwGda)3(Al1^Gab)O12:Ce3+, 简称 YAG:Ce 黄色荧光粉(US Pat. 5998925，6069440, 7071616 ；S. Nakamura et al.， Springer, Berlin, 1997)的方式是最为广泛采用的，具有性能稳定、生产成本低和易于实现的优点。近年来，随着蓝光LED芯片内部量子效率和光输出的不断提高，导致YAG:Ce荧光粉转换白光LED的发光效率已超过1001m/W (A. Katelnikovas et al.，Opt. Mater., 32: 1261 O010))。但是，由于采用的YAG:Ce荧光粉缺乏长波段的红光发射，导致该类方式制备的白光LED光源显色指数偏低CRI<75，色温偏高CCD5000K，难以满足普通室内照明的应用需求。因此，为了提高白光LED光源的显色指数，降低其色温，近年来，许多研究者开展了 YAG:Ce3+荧光粉的改性研究。众所周知，石榴石结构的化合物具有如下化学通式323012。其中， 、、分别占据着十二面体、八面体和四面体的中心位置。具体到YAG:Ce3+中，的位置被Y3+占据，Ce3+可取代部分Y3+，和的位置则被Al3+占据。因此，通过阳离子位置的相互取代，可改变Ce3+周围的晶体场，进而使该荧光粉的发光性能在一定的范围内可调。取代过程遵循着如下规律通过具有较大半径的阳离子，如Gd3+、Tb3+取代十二面体位置的Y3+，可引起晶体场强度的增加，导致发射光谱的红移；用较大离子半径的阳离子，如( 3+ 取代八面体位置的Al3+，则引起晶体场的减弱，导致发射光谱的蓝移(G. Blasse et al., J. Chem. Phys., 47: 5139 (1967))。该取代规律已被许多研究者证实并在专利中公开报道(US pat. 5,998,925，6,069,440，7,071,616，6,409,938; Ε. P. pat. 1,116,418)。最近，维尔纽斯大学的Katelnikovas 等人(A. Katelnikovas et al.，J. Lumin.，129: 1356 O009))研究发现，通过Mg2+-Si4+离子对共同取代四面体和八面体位置的Al3+，同样可引起YAG:Ce3+发射光谱的红移。但和未取代的荧光粉相比，荧光粉的发光效率和热稳定性降低。此外，美国乔治亚大学的ktlur等人研究表明(A. A. Setlur et al. , Chem. Mater., 20: 6277 (2008) ；US Pat. 0，197，443)，用共价性更强的 Si4+-N3-键取代YAG中相对较弱的Al3+-O2-键，合成了具有石榴石结构的氧氮化物荧光粉，和YAG: Ce 荧光粉相比，该氧氮化物的发射光谱出现了明显的红移，使用该单一荧光粉结合蓝光^GaN 的LED芯片研制的白光LED器件，CCT降低到4000K以下，CRI提高到了 80。但同样也伴随着大的发光性能的降低和热猝灭。相似研究结果在其他专利中也有报道(World Pat. W02005/061659, W02006/050645)。纵上所述，尽管通过双取代或强共价键Si4+-N3-的取代可以对YAG:Ce荧光粉的发光性能进行裁剪，然而，为了使取代离子完全进入晶格内部，达到最佳的发光效果，该体系荧光粉在合成过程中需要高温、>10h的长时间反复煅烧，能耗高，最终导致荧光粉的成本增加。此外，发射光谱红移的同时，伴随着发光效率和热稳定性的下降，如何在保持长发射波长的情况下，尽可能提高荧光粉的发光效率和热稳定性，也是急需解决的问题。另外，根据共价性对YAG: Ce荧光粉的发射光谱的影响规律，如用部分Al3+-N3-键取代Al3+-O2.组合，是否也可使其发射光谱产生一定的红移？目前还没有该方面的研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服采用原有配方以常压烧结技术制备石榴石基荧光粉存在保温时间长、能耗大、成本高的缺点，而采用快速的新型气压烧结工艺合成该体系荧光粉； 并通过在配方中掺杂AlN或纳米Si3N4，使荧光粉在保持尽量高的发光效率和热稳定性的前提下，发射光谱向长波段移动，使其适用于以蓝基的LED芯片作为激发光源的暖白光LED器件；通过在烧结过程中，引入外界压力，利用压力和高温双重作用，促使取代离子更多的进入基质晶格，在保持其优异发光性能的同时，缩短了反应烧结时间，降低成本。为实现上述目的，本专利技术设计一种荧光粉，其特征在于采用化学通式 (MhRex) 3Al5_ySiy012_y_zNy+z 表示，其中 M 为 Y、Lu、Gd、Tb 中的一种或几种元素，Re 为 Eu、Ce、 ft·中的一种或两种元素，各参数满足0<x彡0. 1，0彡y彡1.0，0彡ζ彡1.2 ；组成该化学通式所采用的初始原料包括纯的M的氧化物和纯的Re的氧化物、纳米α -Al2O3、氮化物和占初始原料重量lwt%的分析纯级的烧结助剂HB03/NH4F/LiF ；所述的氮化物为Si3N4或A1N， 所述的Si3N4采用含量>99%、比表面积50m2/g、平均粒径20nm的纳米非晶态Si3N4，所述的 AlN为含量彡99. 9%、平均粒径0. 2 μ m的亚微米级F型A1N。所述的Si3N4采用α含量>95%、氧含量<2.0%、比表面积9_13m2/g、平均粒径 0. 2μπι 的亚微米 α - Si3N4。一种荧光粉的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤(1)称取原料按所述化学通式的化学计量称取所述初始原料；(2)氧化物混合前驱体的制备将初始原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，加入0. 8倍初始原料重量的无水乙醇和4倍初始原料重量的氧化锆球，研磨3-5小时，得到的前驱体浆料；将得到的前驱体浆料放到80-120°C的真空干燥箱中保温10-20小时，得到干燥的、含有部分团聚体的氧化物前躯体；再将该含有部分团聚体的氧化物前躯体放在玛瑙研钵中研磨、粉碎、过200目筛网，取筛下物便得氧化物前躯体； (3)高温固相烧结将装有上述氧化物前驱体的Al2O3坩埚置于以石墨为发热体的气压烧结炉中，在队气氛下，氮气压力为5-lOatm，1300-1600°C，保温2-6小时热处理，升温速率为 300-6000C /h，合成的荧光粉体随炉体水冷；(4)酸洗将上述合成的荧光粉体放入盛有去离子水的烧杯中，加入浓度为36%-38%的稀盐酸，其中去离子水与稀盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李会利，王晓君，孙卓，张哲娟，
申请(专利权)人：苏州晶能科技有限公司，华东师范大学，
类型：发明
国别省市：