[发明专利]一种白光LED用高光效、高显指的氮氧化物荧光陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种白光LED用高光效、高显指的氮氧化物荧光陶瓷及其制备方法，该荧光陶瓷的化学通式为：(Y_1‑xCe_x)₃Al₅Li_12y(O_1‑yN_y)₁₂，其中，0.002≤x≤0.01，0.0y≤0.2；将称量的初始原料、烧结助剂与无水乙醇按一定比例混合球磨，将球磨得到的混合浆料进行干燥，过筛；将过筛后的粉体进行成型，煅烧，得到陶瓷素坯，再将陶瓷素坯进行烧结，冷却到室温后进行双面抛光处理，得到所述氮氧化物荧光陶瓷。本发明首次引入共价性更强的Al³⁺‑N^3‑键替代原有Ce:YAG陶瓷材料的Al³⁺‑O^2‑键，实现光谱大范围红移，陶瓷的制备工艺简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种荧光陶瓷，特别涉及一种白光LED用高光效、高显指的氮氧化物荧光陶瓷及其制备方法，属于无机发光材料技术领域。

背景技术

白光LED(white light emitting diode)作为第四代照明光源，具有低能耗、高效率、环境友好、寿命长等显著优势。当前白光LED最高效的实现方式为蓝光InGaN芯片结合稀土离子铈掺杂的钇铝石榴石(Ce:Y₃Al₅O₁₂)黄色荧光粉，通过环氧树脂、硅胶等有机物封装后发射白光。然而，随着人们的照明需求不断提高，这种有机物封装荧光粉的方式已不能满足高功率高显色性能的白光LED 的需求。高功率以及高能量密度激发荧光粉将产生大量热量致使环氧树脂、硅胶等有机物加速老化从而导致白光LED的色温色坐标漂移同时使用寿命大大缩短。

Ce:YAG荧光陶瓷因具有高热导率、抗热冲击性好、光衰小等优势，能够有效替代传统“Ce:YAG荧光粉+有机树脂”技术方案，并且避免了点胶与混胶过程。然而荧光陶瓷的方案仍然有诸多问题亟需解决，其中最为突出的就是荧光光谱中缺少红光成分，从而导致的白光色温高，不柔和，并且在该方案下得到的 LED器件的发光效率和显色指数也普遍较低。

众所周知，Ce:YAG的发光特性与稀土离子Ce³⁺所处的晶体场强度密切相关。因此针对上述问题，研究人员针对Ce:YAG荧光陶瓷晶体结构的调整展开了相应研究。其中大部分均为具有较大离子半径的阳离子掺杂，如Gd、La、Tb等。然而该方法具有很大的局限性，同时还会导致发光离子与其他激活离子间产生能量传递导致发光强度下降并出现温度猝灭效应。但是，通过Al³⁺与具有更强共价性的阴离子，如N^3-，形成Al³⁺-N^3-键，从而取代Al³⁺-O^2-键，可在保证发光效率的前提下，实现光谱的红移。由于阴离子的离子半径越大所带的负电荷越多，越容易受到阳离子极化，使得其受到的电子云膨胀效应也越强。电子云膨胀效应的增强，进一步压缩激发态d能级的位置，使发射光谱的发射峰向长波段移动(A.A. Setlur etal.Chem.Mater.20:6722(2008)，US Pat.197，433)。但是，N^3-引入后会导致的化学式失衡，致使样品无法形成YAG相(J.Am.Ceram,Soc,2019,DOI: 10.1111/jace.16155，金属学报,2016,52(05):607-613)。而Li⁺很容易与氧、氮、硫等离子化合，通过引入Li⁺作为电荷补偿剂，可使得化学式平衡，从而提高N³⁺的固溶度。

此外，Li⁺的偏析会对YAG晶粒的界面进行化学修饰，使晶粒尺寸发生改变，稳定晶粒界面，保证晶粒的均一生长，从而减少由于光的折射带来的量能损失，提高陶瓷的发光效率。