[发明专利]红色氮氧化物荧光粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有α型Si₃N₄晶体结构的荧光粉及其制备方法。该荧光粉是在具有α型Si₃N₄晶体结构的氮化物或氮氧化物结晶中固溶了Mn而形成，并且通过照射紫外线或者可见光激发源会发出在波长600～750nm范围的波长具有峰值的荧光。

背景技术

自上世纪90年代以来，随着发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)技术的进步，特别是白光LED的开发，LED已从特种光源应用领域(如大屏幕显示、指示灯、景观照明、背光源等)逐渐步入普通照明。由于LED具有高亮度、高显色指数、节能、环保、寿命长、体积小、响应快、可靠性高、无辐射等综合优点，因此被认为是继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯(High Intensity Discharge，HID)之后的第四代照明光源而受到广泛重视。

白光作为一种混合光，是根据三基色原理通过红绿蓝(RGB)三色光的合理配比实现的。LED采用荧光粉转换法发射白光主要有三种途径：(1)在蓝光LED芯片上涂敷黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与激发荧光粉发射的黄光混合形成白光；(2)在蓝光LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，芯片发出的蓝光与激发荧光粉发射的绿光和红光复合得到白光；(3)在紫光或紫外光LED芯片上涂敷RGB三基色或多种颜色的荧光粉从而复合得到白光。上述任一实现白光的途径均需要合适的荧光粉，由此可见，荧光粉在白光LED中占据重要地位。

目前市场上多使用蓝光芯片结合黄色荧光粉封装的白光LED，其中YAG:Ce³⁺黄色荧光粉满足各项要求，成为与InGaN蓝光芯片组合封装的首选光转换材料。此外，其它如硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐、硫化物等荧光粉也可应用于白光LED，但由于传统的氧化物荧光粉对可见光吸收相对较弱，难以被LED有效激发；传统的硫化物荧光粉又通常存在稳定性差、对环境潮气和气氛敏感等不足，因此在高功率LED应用领域受到局限。

近年来，氮化物和氮氧化物荧光粉材料由于具有高发光效率、可被可见光有效激发、荧光特性可设计性强、热稳定性高和环境友好等诸多优点，在白光LED领域受到广泛重视，日本、荷兰、中国等相继掀起了稀土掺杂氮氧化物荧光粉的研究热潮并取得了一系列创新性的研究成果，其中蓝光荧光粉主要有JEM:Ce³⁺、AlN:Eu²⁺等，绿光荧光粉主要有β-SiAlON:Eu²⁺、M-α-SiAlON:Yb²⁺(M＝Ca，Li，Mg，Y)、γ-AlON:Mn²⁺/Mg²⁺、γ-AlON:Eu²⁺/Mg²⁺、γ-AlON:Tb³⁺/Ce³⁺等，黄(橙)光荧光粉主要有M-α-SiAlON:Eu²⁺(M＝Ca，Li，Y)，红光荧光粉主要有M₂Si₅N₈:Eu²⁺(M＝Ca，Sr，Ba)和CaAlSiN₃:Eu²⁺等。其中，M₂Si₅N₈:Eu²⁺(M＝Ca，Sr，Ba)和CaAlSiN₃:Eu²⁺等红光荧光粉的制备通常需要采用高纯氮化物(如Ca₃N₂、SrN_x、BaN_x、EuN_x等)、或高纯金属(Ca、Al、Si、Eu等)为起始原料，这些高纯金属和高纯氮化物原料不仅价格昂贵，而且容易氧化，需要在无氧条件下操作，遇水甚至存在爆炸危险，十分不利于批量化生产(Y.Q.Li et al.Luminescence properties of red-emitting Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺(M＝Ca，Sr，Ba)LED conversion phosphors.J.Alloys Compd.，2006，417：273-279.K Uheda et al.Luminescence properties of a red phosphor CaAlSiN₃:Eu²⁺ for white light emitting diodes.Electrochem.Solid-state Lett.，2006，9(4)：H22-H25)。