[发明专利]碳(正)氮化物和碳(负)氮化物磷光体及使用该材料的照明器件

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年1月14日提交的美国临时申请第61/432,931号的优先权，其全文通过引用结合入本文。

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明属于先进技术项目(Advanced Technology Program)在国家标准技术研究院授予的基金号70NANB7H7042的政府资助下完成。因此，联邦政府可享有本发明的某些权利。

技术背景

近年来，人们致力于研发光源和磷光体的组合，其将产生可实用的高性能发光器件，结果证明了高效的高功率光源和高效的磷光体。例如，证实了磷光体转换LED（“pcLED”）器件的发光二极管（“LED”）芯片和磷光体。一些磷光体/光源组合（例如pcLED）的独特方面是磷光体与光源（例如LED芯片）接触，且光源在高温下运行。例如，高功率LED的通常结温为80-150℃。在这些温度下，磷光体的晶体处于高振动激发态，导致LED激发能被导向通过晶格驰豫以热辐射形式释放，而不是产生希望的光发射。另外，这些晶格驰豫还产生了加热，从而进一步降低了光发射。这是一种恶性循环，阻碍了现有磷光体材料的成功应用。用于一般照明应用的pcLED灯需要高光能通量（例如，高于1Watt/mm²），其将导致在磷光体晶体内部由斯托克斯位移产生的额外加热。因此，结合了磷光体和光源的发光器件，例如用于一般照明的pcLED灯的成功发展需要开发能在80-150℃的温度下高效率运行的磷光体。风险在于，同时在室温下实现90％量子产率和在80-150℃下具有高的热稳定性是十分困难的。磷光体发光的热稳定性是磷光体的固有性质，其由晶体材料的组成和结构决定。

碳(正)氮化物(Carbonitride)和碳(负)氮化物(carbidonitride)磷光体近来被认为是克服上述困难的有希望的候选对象，能够得到具有优异热稳定性和高发光效率的磷光体。然而，当将磷光体和激光二极管结合以产生白光时，其本身还存在以下其它困难：实现具有令人满意的色调和显色性质的白光。此前，人们已使用发黄光的磷光体以形成白光LED器件，但这些器件不能产生理想的暖白光。

发明内容

本发明的磷光体包含发黄光和发橙黄光的磷光体，所述磷光体是用于白光LED照明器件的有希望的候选对象。通常难以控制该光谱范围内磷光体发光的发射波长。较好地，本发明的磷光体不仅是热稳定的，而且还能够通过改变基质晶格中包含的碳的量来精细调节其发射峰。这能够在精确开发具有所需波长的磷光体方面具有较大的灵活度，使得能够，例如实现具有所需温暖度和显色性质的白光。

本发明的一个目的在于，提供一种由通式M(II)_m/2Si_12-(m+n)-xC_xM(III)_m+nN_16-nO_n-y/2H_y:A表示的磷光体，其中0≤m<5、0≤n≤3、0≤x<4、0≤y<1；M(II)是至少一种二价阳离子；M(III)是至少一种三价阳离子；H是至少一种单价阴离子；A是发光激活体。在某些实施方式中，M(II)是至少一种选自下组的二价阳离子：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Co、Ni、Pd、Zn和Cd；M(III)是至少一种选自下组的三价阳离子：B、Al、Ga、In、Sc、Y、La和Gd；H是至少一种选自下组的单价阴离子：F、Cl、Br和I；A包含至少一种选自下组的金属离子：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Mn、Bi和Sb。在一些实施方式中，A掺杂在磷光体的基质晶体中，其浓度水平相对于M(II)约为0.01-20摩尔％。在某些实施方式中，所述磷光体由通式Ca_m/2Si_12-(m+n)-xC_xAl_m+nN_16-nO_n:Eu²⁺表示。