[发明专利]用于PC LED的具有红移的掺杂石榴石发光材料

说明书

本发明涉及由共掺杂有Th⁴⁺、Sb³⁺、Ir³⁺和/或Se³⁺的石榴石组成的无机发光材料，其制备方法，及其在暖白光LED中或所谓的按需选色(colour-on-demand)应用中作为LED转换无机发光材料的用途。

按需选色概念意指借助使用一种或多种无机发光材料的pcLED(＝无机发光材料转换的LED)产生具有特定色点的光。该概念例如用于产生某些公司设计，例如照明公司标志、商标等。

由于20世纪90年代初蓝光(In，Ga)N发光二极管(LED)(S.Nakamura，Appl.Phys.Lett.(1995)1868)的发明，世界范围内主要努力生产基于蓝光InGaN半导体芯片的白光源。为此，使用发光粉层或遮光板，直接将其应用在芯片上并将一些蓝光LED辐射转化成黄光。白光因此通过混入LED中的附加色形成。目前市售的白光LED基本上仅包含Y₃Al₅O₁₂:Ce(YAG:Ce)作为黄色无机发光材料，由于它的高效率和稳定性，它为基本理想的转换器。它的最大缺点是在发射光谱中缺乏红色组分，意味着包含YAG:Ce的固态光源目前通常仅提供冷白色(Tc＞5000K)，这限制了它们在一般照明中，尤其是在内部领域中的应用范围。

过去许多研究的目的是改进YAG:Ce，使得Ce³⁺活化剂的发射光谱带移至红色光谱区。根据照明工业(GE、Philips、Osram、Nichia、Toshiba、Matsushita、Citizen等)的研究结果，可通过以下措施实现必要的红移：

1.用稀土Gd³⁺、Tb³⁺或Dy³⁺共掺杂

2.氮化物阴离子部分替代氧化物阴离子，同时在阳离子位上电荷补偿

3.提高Ce³⁺浓度

不幸的是，这些措施由于浓缩或热猝灭而降低了YAG:Ce无机发光材料的量子产率，这对于在光源中的使用是不可接受的，这是由于在该情况下，这还导致无机发光材料亮度的降低。由于对于指定激发性和指定色点，顾客仅基于其亮度选择无机发光材料，无机发光材料亮度为用于光源中的基本标准。由于这与LED的总价格相比可忽略，无机发光材料价格不起决定性作用。因此，持续极大地需要寻求可将YAG:Ce的5d-4f转变发射光谱带移至红色光谱区而不降低无机发光材料的亮度的解决方法。

CN 100999662描述了经验式(R_3-x-yCe_xLn_y)A₅O₁₂的共掺杂石榴石，其中R表示至少一种选自Pr、Nd、Sm、Dy、Bi的元素，且A表示至少一种选自B、Al、Ga、Si、Mn、Mg的元素，其中0.01≥x≤1.2且0≤y≤0.2。将原料借助本领域技术人员已知的固态扩散法(也称作混合&燃烧(mix&fire))在氧化物的CO气氛中煅烧。CO通过将含活性炭的容器放在其中放置有起始原料的坩埚周围而制备。一旦加热，就形成Boudouard平衡，导致形成CO气氛。所形成的材料以相对白度值描述，但这使得不可能看出这些材料实际上多白。从中国申请中看出显然借助通过Boudouard平衡制备的CO还原是不利的。除设定CO分压的不可能性外，不存在对在煅烧期间是否消耗活性炭的控制。如果这是真实的，则炉材料被氧化，意味着可显著削弱无机发光材料性能。与CN 100999662的论述相反，尤其由于CO制备的性质，该方法也不适于连续制备。