[发明专利]一种双离子掺杂的锑酸盐发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种双离子掺杂的锑酸盐发光材料及其制备方法。

背景技术

随着世界性的能源危机日益严重，具有节能特性的材料越来越受到关注。发光二极管LED(light-emitting diode)自问世以来，在节能和延长使用寿命方面表现了巨大的潜能。在照明领域，白光LED由于其高光效，低能耗，长寿命，无污染等诸多优点，成为21世纪最有前途的照明技术。但由于无法得到高效的蓝光发射，很长时间没有实现白光LED。1993日本日亚化学公司首先在蓝光GaN发光二极管上取得技术突破，并于1996采用光转换技术实现了白光LED。白光LED相对于传统的白炽灯、荧光灯具有节能（低电压、低电流启动）、环保（无汞，废弃物可回收）、寿命长（大于100000h）、耐震动、不易损坏和瞬时启动等优点，因此白光LED是LED产业中最被看好的新兴产品，被认为是有望替代白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源的第四代照明光源。最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯、大面积显示屏以及汽车信号灯中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。

基于单色光LED的发展，Kafmann在2001年提出了组合红、绿、蓝（RGB）三基色LED芯片以合成白光固态照明光源的方案雏形。但由于三基色芯片发光的衰减速率不一致，导致其发出的白光带有彩色色调，而且，由于LED芯片的发射谱带很窄，因此得到的白光显色指数很低，此外，三基色中绿光芯片的效率太低而不能与另外两种芯片匹配，必须通过复杂的控制电路才能实现混色平衡。由于以上原因，这种方法合成的白光LED在实际应用中所占的份额非常小。由于单独利用LED芯片很难得到理想的白光，人们开始把研发思路转向利用芯片和荧光粉结合得到白光。目前基于这种思路的具体实现方案主要有以下两种：第一种是将GaN芯片和铈激活的钇铝石榴石（YAG:Ce）封装在一起，做成GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含YAG:Ce的荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖已混有YAG:Ce的树脂薄层。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对于InGaN/YAG白光LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温4500K～10000K的各色白光。这种方法的优点是白光LED结构简单，容易制作，而且YAG荧光粉已经在荧光灯领域应用了许多年，工艺比较成熟。因此这种方法合成的白光LED占据了目前绝大部分的市场。该方法的缺点主要有:蓝光LED发光效率还不够高；短波长的蓝光激发荧光粉产生长波长的黄光，能量损耗较大；荧光粉与封装材料随着时间老化，导致色温漂移；不容易实现低色温(一般照明用的白光都略微偏暖色)，显色指数一般也不高(70～80)。第二种方案是采用高亮度的InGaN近紫外LED(λp=400nm)激发R、G、B三色荧光粉，比如蓝粉BaMgAl₁₀O₁₇:Eu^2＋，绿粉(Zn,Cd)S:Cu⁺,Al³⁺，以及红粉Y₂O₂S:Eu³⁺产生红、绿、蓝三基色。通过调整三色荧光粉的配比可以形成白光。这种方案的优点是由于LED芯片的发光不在可见光区，所合成白光的品质完全由荧光粉来决定，因此容易获得更好的色稳定性；此外，相比于蓝光芯片YAG:Ce，这种方法获得的发射光谱覆盖范围更广，容易得到显色指数更高的白光。其缺点是：高效的功率型紫外LED不容易制作；由于Stocks变换过程中存在能量损失，用高能量的UV光子激发低能量的红、绿、蓝光子导致效率较低；封装材料在紫外光的照射下容易老化，寿命缩短；匹配蓝光芯片的黄色荧光粉YAG:Ce光谱分布单一，尤其是缺乏红色可见光部分，无法产生色温在4500K以下适用于室内照明的白光；匹配近紫外芯片的蓝色荧光粉BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺热稳定性差，近紫外激发的效率不高；绿色荧光粉(Zn,Cd)S:Cu⁺,Al³⁺基质的化学稳定性差，生产过程对环境有害；红色荧光粉Y₂O₂S:Eu³⁺发射的积分强度比较小，与蓝光和绿光的匹配程度不好。由于以上缺点，目前这种方案还不成熟，总体上正处于研发阶段，但是其发展的前景很被看好。由于“荧光转换型”白光LED技术发展的需要，开发新型蓝光转换荧光粉（激发波长450nm～490nm)、紫外转换型荧光粉（激发波长200nm～350nm)和近紫外转换荧光粉（激发波长350nm～450nm)等发光材料日益受到人们的重视，开发新型的LED用发光材料成为光致发光材料领域的热点问题。