[發明專利]摻雜稀土金屬和過渡金屬的Ca1+xSr1-xGayIn2-ySzSe3-zF2熒光粉及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201280054731.3
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN104334683A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 帕爾塔·S·杜塔
• 申請（專利權）人: 奧德拉公司
• 主分類號: C09K11/08
• 分類號: C09K11/08;C09K11/61;C09K11/62;C09K11/85
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 李德魁

背景技術

本發明涉及摻雜稀土金屬和/或過渡金屬的Ca_1+xSr_1-xGa_yIn_2-yS_zSe_3-zF₂(0≤x≤1,0≤y≤2,0≤z≤3)化合物及其合成方法，該化合物可用于光子能降頻轉換應用。

基于發光二極管(LED)的固態照明(SSL)技術有望用于許多應用，包括一般照明、顯示器、醫療系統、通訊系統等。在SSL行業的顯著進步將有賴于高效率、高能量的白光LED的有效性。目前有效的商用白光LED，尤其是暖白光，并不能滿足大多數一般照明應用。它們總的光輸出、照明效率、顏色性能以及壽命都必須提高，成本必須減少，這樣白光LED才能夠在一般照明應用中得到廣泛使用。產生白色光源的兩種普遍的方法包括：(a)使用基于波長轉換結構的熒光粉；以及(b)使用混合色的LED(稱為RGB的紅色、藍色和綠色)。這些方法都具有自身的優勢。基于RGB的白光LED能夠及時地改變顏色，并且在顯示器應用上表現出更好的色彩性能。另一方面，RGB白光LED系統需要精密的主動反饋控制，來使光保持在穩定的顏色，因為紅光LED、綠光LED和藍光LED是由不同的半導體材料產生的。目前，RGB照明系統的整體效率很低，其主要由于氮鎵銦(Ga_1-xIn_xN)直接發射綠光LED的量子效率低，該綠光LED的峰值發射波長接近555nm(人眼感光度的峰值)。這在該行業中被稱為“綠光能隙”。為了獲得混合色LED的高照明效率，綠光LED的外量子效率(EQE)需要顯著提高。但是，由于迄今為止基于外延生長的Ga_1-xIn_xN直接發射綠光LED的高外量子效率(EQE)還沒有實現，所以有很多基本材料的挑戰。熒光粉轉換白光發光二極管(PC-LED)正在飛速發展，以符合美國能源部(U.S.DOE)制定的2020年固態照明的目標：200流明每瓦(lm/W)。目前，有效的商用白光LED約為100流明每瓦。但是，為了達到200lm/W，許多階段都需要顯著的進步，包括內量子效率、芯片提取效率、和熒光粉系統效率，其包括熒光粉轉換效率和LED組裝級的提取效率。白光源的混合工藝也可用于一般照明目的。在這個方法中，將最高效率的各個波長(紅色、藍色、綠色、黃色、琥珀色等)的LED整合到一個系統中，以提供混合色。該各個波長的LED可為直接發射LED或熒光粉轉換白光發光二極管(PC-LED)。就這點而言，對于綠光發射波長(在綠光能隙)，效能較高的PC-LED比能效較低的直接發射綠光LED更適合。

對于顯示器應用，比如液晶顯示器(LCD)，相比起現存的冷陰極熒光燈(CCFL)，基于LED的背光有望能提供更優的色飽和度。LCD顯示器采用LED背光照明有許多優點：無汞、更長的使用壽命，超過30,000小時、比起CCFL更不易于破裂。但是，比起基于CCFL的顯示器，現在的基于LED的顯示器能效更低，成本更高。除去傳統的一般照明和顯示技術，具有不同發射波長的基于LED的光源具有巨大的商業市場。在生物技術、室內農業、光化學反應、適合的照明、光治療、數據通信等方面的應用只是很少的一些例子。

為了使固態光源能夠大規模配置，需要滿足一些條件：較高的電光轉換效率、低成本、具有各種光譜含量的光源的有效性、在系統中的易制備性和易集成性等。對于大量未來的應用，能夠具有可見光譜中任意期望的峰值發射波長是十分必要的。基于半導體p-n結二極管的直接發射LED可用于離散波長，但是將該技術發展用于高效能設備以獲得大量的發射波長卻并不可行。對于發展直接發射LED以獲得任何新的發射波長，需要長期(5-10年)以及巨大的投資。此外，高效能光源中的大量直接發射LED的整體和主動控制是有問題的，產生成本過高，并且在操作過程中消耗的較多能量。PC-LED為一個吸引人的主題，因為發展具有各種發射波長的高效熒光粉(短時期)投資相對較低。使用藍光或紫外光直接發射Ga_1-xIn_xN?LED和Al_1-xGa_xN?LED作為熒光粉的激勵源，可發展具有許多發射波長的PC-LED。由于制備容易，成本較低、可調的和寬的光譜特性、低能量消耗和易操作性等，PC-LED也具有極大的機會。因為這些原因，全世界在由藍光LED激發的低頻轉換熒光粉領域開展深入研究。