[發明專利]一種藍綠光激發的紅色熒光粉及其制備方法

有效

• 申請號: 201510702975.3
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105255489B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 華有杰;李曉軍;徐時清;張軍杰
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C09K11/67
• 分類號: C09K11/67
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司33214
• 代理人: 柯奇君

技術領域

本發明涉及稀土發光材料技術領域，特別是涉及一種藍綠光激發的紅色熒光粉及其制備方法。

背景技術

熒光轉換的白光LED(pc-WLEDs)是繼傳統白熾燈和熒光燈之后的下一代固態照明光源，具有亮度高、能耗低、體積小、壽命長、發光效率高、響應速度快等優點，其結構由LED芯片和熒光粉兩部分組成。其中LED芯片是一種半導體材料，可以在直流電源的驅動下直接發出近紫外光或藍綠光，而熒光粉可以吸收芯片發出來的光并實現下轉換發光，即將吸收的近紫外光或藍綠光轉換成波長更長的藍光、綠光或紅光等。因此，實現pc-WLEDs白光發射的組合方式主要有三種：(1)近紫外光LED芯片和紅綠藍三基色熒光粉的組合；(2)藍光LED芯片和黃色熒光粉的組合；(3)藍光LED芯片和紅綠熒光粉的組合。三種組合方式都有各自的優缺點，簡述如下：

(1)近紫外光LED芯片和紅綠藍三基色熒光粉的組合：這一組合方式的優點主要在于具有較高的顯色指數和很好的色彩還原性，并且它發射出來的光譜顏色受電流大小變化的影響較小，可以通過調節紅綠藍三種熒光粉的比例就可以輕松調制出想要的白光。但是它也存在著一些明顯的缺點，一是目前近紫外光LED芯片的發光效率較低，并且近紫外光的照射對熒光粉和封裝膠水等材料具有劣化和破壞作用；二是紅綠藍三種熒光粉在環氧樹脂和硅膠等封裝膠水中的沉降速度不一致，導致粉體分散不均勻，封裝技術復雜；三是從近紫外光激發到紅光發射需要產生很大的斯托克斯位移，導致紅色熒光粉的發光效率極低，很難滿足應用要求，相對于藍光激發的熒光粉來說，開發一種近紫外光激發且發射紅光的熒光粉具有更大的難度。

(2)藍光LED芯片和黃色熒光粉的組合：這一組合方式具有成本低、發光效率高、封裝方式簡單等諸多優點，是目前市場上實現pc-WLEDs白光發射的主要方法，也是研究最早和應用最成熟的一種組合方式。它主要采用稀土Ce³⁺摻雜的YAG釔鋁石榴石熒光粉作為黃色熒光材料(參見美國專利5,998,925和歐洲專利862,794)，制備的pc-WLEDs發光效率己經遠遠超過白熾燈和熒光燈。但是它也存在著一些致命的缺陷，如YAG:Ce³⁺黃色熒光粉的發射光譜中缺少紅光成分，從而導致合成的pc-WLEDs顯色指數偏低，色溫偏高，這就大大限制了其在低色溫和高顯色照明領域的應用。還有一個問題是，在不同大小的直流電源驅動下，藍光芯片發出的藍光和熒光粉轉換發射出來的黃光之間的光強比例會出現較大的變化，引起光色不均勻。

(3)藍光LED芯片和紅綠熒光粉的組合：這一組合方式兼具發光效率高、顯色指數高、色彩還原性好、封裝結構簡單等優點，是未來pc-WLEDs領域的主要發展方向。該方法中綠色熒光粉的發展己經趨于成熟，具有較高的發光效率，且可選的品種也較多，但是能被藍光高效激發且發射紅光的紅色熒光粉仍然缺乏，目前商用的紅色熒光粉僅有Sr₂Si₅N₈(參見美國專利US 6649946)和CaAlSiN₃(參見日本專利JP2004041502)等可數的幾種。因此，開發一種能被藍光激發且發射紅光的紅色熒光粉在全球范圍內均具有很大的競爭力。

為了開發一種高效的熒光粉，全球的科研機構正在投入極大的人力和物力，并且取得了一些重要的研究成果。比如Ce³⁺或者Eu²⁺激活的硫化物、氮化物和硅酸鹽類熒光粉。硫化物如(Ca_1-xSr)S:Eu²⁺紅色熒光材料，但是硫化物不穩定，在高溫下容易分解，產生毒性物質，制備的白光LED壽命短，而且不符合環保要求。氮化物如Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺和CaAlSiN₃:Eu²⁺等紅色熒光材料，這些材料具有良好的熒光特性，但是合成條件比較苛刻，合成成本較高，原料中堿土金屬氮化物容易與空氣和水蒸汽反應，制備工藝復雜，制得的粉體純度低，目前還不能大規模生產。硅酸鹽如Sr₃SiO₅黃色或橙黃色熒光粉(參見美國專利US20070029526A1)，盡管該類熒光粉具有原料價廉、易得，且灼燒溫度比鋁酸鹽體系低等特點，但其化學穩定性和熱穩定性較差，限制了其在pc-WLEDs中的應用。