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荧光物质及其制备方法.pdf

  • 上传人:zhu****_FC
  • 文档编号:5475497
  • 上传时间:2019-01-26
  • 格式:PDF
  • 页数:28
  • 大小:8.90MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201180056644.7

    申请日:

    2011.09.27

    公开号:

    CN103347981A

    公开日:

    2013.10.09

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C09K 11/80申请日:20110927|||公开

    IPC分类号:

    C09K11/80; C01F17/00; H01L33/00

    主分类号:

    C09K11/80

    申请人:

    三星电子株式会社

    发明人:

    尹奉九; 朴友情; 宋元永; 尹瀞珢; 安泰敏; 尹喆洙; 金永日

    地址:

    韩国京畿道水原市

    优先权:

    2010.09.27 KR 10-2010-0093200

    专利代理机构:

    北京铭硕知识产权代理有限公司 11286

    代理人:

    刘灿强;金光军

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    内容摘要

    公开了一种制备荧光物质的方法,所述荧光物质由式M1-zEuzSiaObNc(M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种制造氮化物基磷光体的方法,所述方法包括:
    第一焙烧操作,用于将多种前驱物分成至少两组并焙烧各组;以及
    第二焙烧操作,用于将焙烧各组之后生成的产物混合并焙烧所述产物。

    2.  根据权利要求1所述的方法,其中,所述多种前驱物中的至少一种被包含在所述至少两组的每组中。

    3.  根据权利要求1所述的方法,其中,第二焙烧操作中的焙烧温度高于第一焙烧操作中的焙烧温度。

    4.  根据权利要求1所述的方法,其中,在氮气和氢气气氛下执行第二焙烧操作。

    5.  一种制造由组成式M1-zEuzSiaObNc表示的磷光体的方法,其中,M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5,所述方法包括:
    第一焙烧操作,包括第一混合物焙烧和第二混合物焙烧,第一混合物焙烧用于通过混合并焙烧包含M前驱物和第一Si前驱物的第一前驱物组来生成第一焙烧产物,第二混合物焙烧用于通过混合并焙烧包含Eu前驱物和第二Si前驱物的第二前驱物组来生成第二焙烧产物;以及
    第二焙烧操作,用于混合并焙烧第一焙烧产物和第二焙烧产物。

    6.  根据权利要求5所述的方法,其中,第一焙烧操作包括:
    通过混合并焙烧包含MCO3和SiO2的第一前驱物组来生成第一焙烧产物;以及
    通过混合并焙烧包含Eu2O3、SiO2和Si3N4的第二前驱物组来生成第二焙烧产物。

    7.  根据权利要求5所述的方法,其中,在900℃至1300℃的温度下执行第一混合物焙烧。

    8.  根据权利要求5所述的方法,其中,在1200℃至1400℃的温度下执行第二混合物焙烧。

    9.  根据权利要求5所述的方法,其中,第二焙烧操作包括添加氮化硅化合物。

    10.  根据权利要求6所述的方法,其中,第二焙烧操作包括添加Si3N4。

    11.  根据权利要求5所述的方法,其中,第二焙烧操作包括添加NH4A、KB2和LB中的至少一种,其中,NH4A中的A表示F和Cl中的至少一种,KB2中的K表示Ca、Sr和Ba中的至少一种,KB2中的B表示F和Cl中的至少一种,LB中的L表示Na和K中的至少一种,LB中的B表示F和Cl中的至少一种。

    12.  根据权利要求5所述的方法,其中,在氮气和氢气气氛下执行第二焙烧操作。

    13.  根据权利要求5所述的方法,其中,在1300℃至1600℃的温度下执行第二焙烧操作。

    14.  根据权利要求5所述的方法,其中,第一焙烧产物包括包含至少两种M离子的固溶体。

    15.  根据权利要求5所述的方法,其中,第二焙烧产物包括EuSi2O2N2。

    16.  一种由组成式M1-zEuzSiaObNc表示的单一相磷光体,其中,M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是1mol%或更小。

    17.  根据权利要求16所述的磷光体,其中,在发光二极管的驱动温度150℃至200℃下,所述磷光体具有常温下发射强度的至少80%的发射强度。

    18.  一种白色发光二极管,所述白色发光二极管包括由组成式M1-zEuzSiaObNc表示的单一相磷光体作为黄色磷光体,其中,M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5,所述黄色磷光体是波长转换材料,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是1mol%或更小。

    19.  根据权利要求18所述的白色发光二极管,其中,在150℃至200℃的温度下,所述白色发光二极管具有常温下发射强度的至少80%的发射强度。

    20.  一种氮化物基磷光体,所述氮化物基磷光体是由组成式M1-nEunSiaObNc表示的磷光体,其中,M=Sr1-mBam,0.25<m≤0.3,0<m×(1-n)<0.25,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是0.01mol%或更小。

    21.  根据权利要求20所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体具有三斜晶系和P1空间群。

    22.  根据权利要求20所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体在Sr-Eu 体系或Sr-Ba-Eu体系中形成完全的固溶体。

    23.  根据权利要求20所述的氮化物基磷光体,其中,在所述磷光体的X射线衍射图谱中,与具有高强度的三个衍射峰相关的衍射角分别在12.50≤2θ≤12.60、25.16≤2θ≤25.30和31.51≤2θ≤31.65的范围内。

    24.  根据权利要求20所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体具有460nm至750nm的范围内的发射波长。

    25.  一种氮化物基磷光体,所述氮化物基磷光体是由组成式M1-nEunSiaObNc表示的单一相磷光体,其中,M=Sr1-mBam,0.6≤m≤0.8,0.5≤m×(1-n)<0.65,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是0.01mol%或更小。

    26.  根据权利要求25所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体具有三斜晶系和P1空间群。

    27.  根据权利要求25所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体在Sr-Ba-Eu体系中形成完全的固溶体。

    28.  根据权利要求25所述的氮化物基磷光体,其中,在所述磷光体的X射线衍射图谱中,与具有高强度的四个衍射峰相关的衍射角分别在12.30≤2θ≤12.38、24.75≤2θ≤24.88、25.56≤2θ≤25.62和31.09≤2θ≤31.25的范围内。

    29.  根据权利要求25所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体具有465nm至765nm的范围内的发射波长。

    30.  一种氮化物基磷光体,所述氮化物基磷光体是从原始组成M1-nEunSiaObNc产生的混合相磷光体,其中,M=Sr1-mBam,0.3≤m≤0.6,0.25≤m×(1-n)<0.5,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是0.01mol%或更小。

    31.  根据权利要求30所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体包括两种不同的相,所述两种不同的相具有三斜晶系和P1空间群。

    32.  根据权利要求30所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体包括两种不同的相,所述两种不同的相在Sr-Ba-Eu体系中形成完全的固溶体。

    33.  根据权利要求32所述的氮化物基磷光体,其中,在所述磷光体的X射线衍射图谱中,所述两种不同的相中的一种相具有三个高强度衍射峰,与这三个高强度衍射峰相关的衍射角分别在12.47≤2θ≤12.49、25.13≤2θ≤25.15 和31.48≤2θ≤31.50的范围内,
    所述两种不同的相中的另一种相具有三个高强度衍射峰,与这三个高强度衍射峰相关的衍射角分别在12.39≤2θ≤12.45、24.89≤2θ≤24.95和31.26≤2θ≤31.41的范围内。

    34.  根据权利要求30所述的氮化物基磷光体,其中,所述磷光体具有460nm至760nm的范围内的发射波长。

    说明书

    说明书荧光物质及其制备方法
    技术领域
    本发明涉及一种当应用于发光二极管(LED)时具有优异的高温稳定性和高的发射特性的磷光体。
    背景技术
    白色发光二极管(LED)具有低的功耗和长的寿命,而不含有诸如汞的有毒的重金属。因此,白色LED作为对节能和环境保护有效的下一代人造光源而正备受关注。因为这样的特性,所以白色LED正作为液晶显示(LCD)-TV的背光单元(BLU)、车辆的前灯和其他通常的照明设备而迅速地投入到实际使用中。对白色LED的需求将迅速增加。
    目前,主要通过将黄色磷光体施加到蓝色LED芯片上来制造白色LED。也就是说,上述方法通过从蓝色LED发射的蓝光与从被部分蓝光激发的磷光体发射的黄光的组合来实现白光。发射黄光的磷光体的代表是日亚化学(Nichia Chemical,日本)的YAG:Ce3+((Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+),其以高的发射效率和化学稳定性而被熟知。
    近来,正在进行研究来寻找日亚化学的该黄色磷光体的替代物。具有作为母体材料的氮氧化物的磷光体(例如,MSi2O2N2:Eu2+)可以是所述替代物的示例。氮氧化物基(基于氮氧化物的,或者氮氧化物类)磷光体是化学稳定的,并能够通过改变M离子类型和Eu离子浓度来改变发光波长。因此,氮氧化物基磷光体作为用于白色LED的磷光体正引起人们的注意。另外,氮氧化物基磷光体具有结晶结构,在该结晶结构中,M离子和Eu离子二维地(2D)布置在由SiON3四面体构成的2D层状结构之间。因此,与具有3D布置的Eu离子的磷光体相比,预计氮氧化物基磷光体表现出由浓度猝灭引起的发射减少(emission reduction)相当低。
    通常,通过使用固体粉末作为原料的固相法来合成氮氧化物基磷光体。然而,只有当不添加Eu或添加低浓度的Eu时,固相法才能够生成几乎单一相的材料。当添加高浓度的Eu时,即,当Eu的原料(通常是Eu2O3)增多 时,氧的含量会变得过量,从而容易产生杂质。结果,几乎不能以单一相合成氮氧化物基磷光体。
    发明内容
    技术问题
    本发明的方面提供了一种通过具有优异的高温稳定性和高的发射特性而能够替代传统的钇铝石榴石(YAG)磷光体的改进的黄色磷光体及其制造方法。
    技术方案
    通过提供一种制造氮化物基(基于氮化物的,或者氮化物类)磷光体的方法来实现上述的和/或其他方面,该方法包括:第一焙烧操作,用于将多种前驱物分成至少两组并焙烧各组;以及第二焙烧操作,用于将焙烧各组之后生成的产物混合并焙烧所述产物。
    所述多种前驱物中的至少一种可被包含在所述至少两组的每组中。
    第二焙烧操作中的焙烧温度可高于第一焙烧操作中的焙烧温度。
    可在氮气和氢气气氛下执行第二焙烧操作。
    通过提供一种制造由组成式M1-zEuzSiaObNc(M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)表示的磷光体的方法来实现上述的和/或其他方面,所述方法包括:第一焙烧操作,包括第一混合物焙烧和第二混合物焙烧,第一混合物焙烧用于通过混合并焙烧包含M前驱物和第一Si前驱物的第一前驱物组来生成第一焙烧产物,第二混合物焙烧用于通过混合并焙烧包含Eu前驱物和第二Si前驱物的第二前驱物组来生成第二焙烧产物;以及第二焙烧操作,用于混合并焙烧第一焙烧产物和第二焙烧产物。
    第一焙烧操作可包括:第一混合物焙烧,用于通过混合并焙烧包含MCO3和SiO2的第一前驱物组来生成第一焙烧产物;以及第二混合物焙烧,用于通过混合并焙烧包含Eu2O3、SiO2和Si3N4的第二前驱物组来生成第二焙烧产物。
    可在900℃至1300℃的温度下执行第一混合物焙烧。
    可在1200℃至1400℃的温度下执行第二混合物焙烧。
    在第二焙烧操作中,可添加氮化硅化合物。
    在第二焙烧操作中,可添加Si3N4。
    第二焙烧操作可包括添加NH4A、KB2和LB中的至少一种,其中,NH4A中的A表示F和Cl中的至少一种,KB2中的K表示Ca、Sr和Ba中的至少一种,KB2中的B表示F和Cl中的至少一种,LB中的L表示Na和K中的至少一种,LB中的B表示F和Cl中的至少一种。
    可在氮气和氢气气氛下执行第二焙烧操作。
    可在1300℃至1600℃的温度下执行第二焙烧操作。
    第一焙烧产物可包括包含至少两种M离子的固溶体。
    第二焙烧产物可包括EuSi2O2N2。
    还通过提供一种由组成式M1-zEuzSiaObNc(M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)表示的单一相磷光体来实现上述的和/或其他方面,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是1mol%或更小。
    在发光二极管(LED)的驱动温度150℃至200℃下,所述磷光体可具有常温下发射强度的至少80%的发射强度。
    还通过提供一种白色LED来实现上述的和/或其他方面,所述白色LED包括由组成式M1-zEuzSiaObNc(M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)表示的单一相磷光体作为黄色磷光体,所述黄色磷光体是波长转换材料,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是1mol%或更小。
    在150℃至200℃的温度下,所述白色LED可具有常温下发射强度的至少80%的发射强度。
    还通过提供一种氮化物基磷光体来实现上述的和/或其他方面,所述氮化物基磷光体是由组成式M1-nEunSiaObNc(M=Sr1-mBam,0.25<m≤0.3,0<m×(1-n)<0.25,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)表示的磷光体,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是0.01mol%或更小。
    所述磷光体可具有三斜晶系和P1空间群。
    所述磷光体可在Sr-Eu体系或Sr-Ba-Eu体系中形成完全的固溶体。
    在所述磷光体的X射线衍射(XRD)图谱中,与具有高强度的三个衍射峰相关的衍射角可分别在12.50≤2θ≤12.60、25.16≤2θ≤25.30和31.51≤2θ≤31.65的范围内。
    所述磷光体可具有460nm至750nm的范围内的发射波长。
    还通过提供一种氮化物基磷光体来实现上述的和/或其他方面,所述氮化物基磷光体是由组成式M1-nEunSiaObNc(M=Sr1-mBam,0.6≤m≤0.8,0.5≤m×(1-n)<0.65,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)表示的单一相磷光体,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是0.01mol%或更小。
    所述磷光体可具有三斜晶系和P1空间群。
    所述磷光体可在Sr-Ba-Eu体系中形成完全的固溶体。
    在所述磷光体的XRD图谱中,与具有高强度的四个衍射峰相关的衍射角可分别在12.30≤2θ≤12.38、24.75≤2θ≤24.88、25.56≤2θ≤25.62和31.09≤2θ≤31.25的范围内。
    所述磷光体可具有465nm至765nm的范围内的发射波长。
    还通过提供一种氮化物基磷光体来实现上述的和/或其他方面,所述氮化物基磷光体是从原始组成M1-nEunSiaObNc(M=Sr1-mBam,0.3≤m≤0.6,0.25≤m×(1-n)<0.5,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)产生的混合相磷光体,其中,相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是0.01mol%或更小。
    所述磷光体可包括两种不同的相,所述两种不同的相具有三斜晶系和P1空间群。
    所述磷光体可包括两种不同的相,所述两种不同的相在Sr-Ba-Eu体系中形成完全的固溶体。
    在所述磷光体的XRD图谱中,所述两种不同的相中的一种相可具有三个高强度衍射峰,与这三个高强度衍射峰相关的衍射角分别在12.47≤2θ≤12.49、25.13≤2θ≤25.15和31.48≤2θ≤31.50的范围内,所述两种不同的相中的另一种相可具有三个高强度衍射峰,与这三个高强度衍射峰相关的衍射角分别在12.39≤2θ≤12.45、24.89≤2θ≤24.95和31.26≤2θ≤31.41的范围内。
    所述磷光体可具有460nm至760nm的范围内的发射波长。
    发明效果
    即使具有高的Eu浓度,也可以以单一相形成根据示例实施例的氮化物基磷光体。此外,因为该氮化物基磷光体具有优异的高温稳定性和结晶度,所以可以获得改进了发射特性的黄色磷光体。
    另外,依照根据示例实施例的氮化物基磷光体的制造方法,可以合成包含至少两种M离子的固溶体。此外,可以有效地减少原料组成中氧的增多导致的杂质的产生。
    附图说明
    图1示出了流程图,该流程图概念性地示出了根据示例实施例的氮化物基磷光体的制造方法。
    图2示出了流程图,该流程图示出了根据第一实施例的氮化物基磷光体的制造方法。
    图3示出了流程图,该流程图示出了根据第一对比例的氮化物基磷光体的制造方法。
    图4示出了曲线图,该曲线图示出了关于第一实施例中制造的磷光体和第二对比例中制造的磷光体,根据温度的发射强度。
    图5示出了第一实施例的磷光体、第一对比例的磷光体和第二对比例的磷光体的发射光谱。
    图6示出了剖视图,该剖视图示出了根据示例实施例的白色发光二极管(LED)的结构。
    图7a和图7b示出了曲线图,这些曲线图分别示出了第二实施例中制造的磷光体的X射线衍射(XRD)图谱和发射光谱。
    图8a和图8b示出了曲线图,这些曲线图分别示出了第三实施例中制造的磷光体的XRD图谱和发射光谱。
    图9a和图9b示出了曲线图,这些曲线图分别示出了第四实施例中制造的磷光体的XRD图谱和发射光谱。
    图10示出了图示,该图示示出了关于第五实施例中制造的磷光体的Rietveld拟合结果。
    图11示出了曲线图,这些曲线图示出了第六实施例至第二十六实施例中制造的磷光体主体材料的XRD图谱。
    图12a和图12b是示出了第二十七实施例至第四十一实施例中制造的磷光体的XRD图谱和发射光谱的曲线图。
    具体实施方式
    现在将对示例实施例做出详细描述,示例实施例的示例示出在附图中,其中,同样的附图标记始终表示同样的元件。下面参照附图描述了示例实施例,以解释本公开。
    图1示出了流程图,该流程图概念性地示出了根据示例实施例的氮化物基磷光体的制造方法。
    参照图1,为了制备氮化物基磷光体,首先准备多种前驱物。将多种前驱物分成两组,即,第一组和第二组。第一组包括M前驱物和第一Si前驱物,M前驱物包含Ca、Sr和Ba中的至少一种。第二组包括Eu前驱物和第二Si前驱物。然而,与示例实施例不同,多种前驱物可被分成三组或更多组。
    M前驱物可以包括金属碳酸盐(MCO3)。第一Si前驱物可以包括SiO2。Eu前驱物可以是Eu2O3。第二Si前驱物可以包括SiO2和Si3N4。因此,第一Si前驱物和第二Si前驱物可以均包括相同的前驱物,即,SiO2。
    每组前驱物经历混合工艺。可以使用干式混合法或湿式混合法中的任一种来混合前驱物。
    例如,根据湿式混合法,将前驱物与溶剂和帮助研磨的球一起混合。所述球可以由Si3N4、Al2O3、ZrO2等制成。溶剂可以是去离子(DI)水、诸如乙醇的醇或者诸如正己烷的有机溶剂。可以将前驱物与溶剂和球一起密封,并用磨机等均匀地混合。将通过混合工艺产生的混合物与球分离。使用烘箱通过干燥工艺蒸发掉大部分溶剂。可以使用由金属或聚合物制成的筛将干燥工艺之后剩下的粉末均匀地研磨成微米颗粒。
    根据干式混合法,将前驱物放在容器中,而不用溶剂,并用磨机均匀地混合。这里,还可以使用球来促进混合。因为省略了溶剂干燥工艺,所以与湿式混合时间相比,干式混合法可以减少处理时间。如在湿式混合法中那样,使用由金属或聚合物制成的筛将混合前驱物之后剩下的粉末均匀地研磨成期望的尺寸。
    每组混合的前驱物分别经历第一焙烧(烧制,烧结)操作。在第一焙烧操作之后,制造出第一焙烧产物和第二焙烧产物,作为中间产物。通过上述的混合方法混合第一焙烧产物和第二焙烧产物,并经历第二焙烧(烧制,烧结)操作,从而获得最终的磷光体。在第二焙烧操作中,在混合之前可以添加另外的Si前驱物或者熔剂。熔剂可以促进第一焙烧产物、第二焙烧产物和第二焙烧操作中添加的另外的Si前驱物之间的运动,从而改善氮化物基磷光体(即,最终产物)的结晶度和晶粒生长。第二焙烧操作的焙烧温度可以高于第一焙烧操作的焙烧温度。可以在氮气和氧气气氛下执行第二焙烧操作。
    在下文中,将描述具有组成式M1-zEuzSiaObNc(M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5, 0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)的氮化物基黄色磷光体的制造方法。
    如上所述,第一组可以包括M前驱物和第一Si前驱物,M前驱物包含Ca、Sr和Ba中的至少一种。第二组可以包括Eu前驱物和第二Si前驱物。M前驱物可以包括金属碳酸盐(MCO3)。第一Si前驱物可以包括SiO2。Eu前驱物可以是Eu2O3。第二Si前驱物可以包括SiO2和Si3N4。
    在完成混合之后,在大约900℃至大约1300℃的温度下焙烧第一组前驱物。第一组前驱物的焙烧可以在空气气氛下执行大约3小时。可以在大约1200℃至大约1400℃的温度下在氮气和氢气气氛下焙烧第二组前驱物。示例性地,第二组前驱物也焙烧大约3小时。
    当使用这些前驱物时,第一组焙烧产物可以包含M2SiO4,而第二组焙烧产物可以包含EuSi2O2N2。
    如上所述,当预先形成中间产物M2SiO4和EuSi2O2N2且它们分别用作Si和Eu的原料时,抑制了杂质的产生。因此,即使Eu的浓度增加,也可以以单一相合成氮化物磷光体。
    在该气氛中易于以单一相合成中间产物M2SiO4。因为中间产物M2SiO4能够合成包含至少两种M离子的固溶体,所以也可以合成包含至少两种M离子的氮化物基磷光体。另一中间产物EuSi2O2N2可以通过固定作为起始材料的Eu2O3、SiO2和Si3N4之间的组成比来抑制起始组成中的氧的增多。因此,可以以单一相合成磷光体,而不产生杂质。此外,因为EuSi2O2N2用作Eu的原料,所以即使Eu的浓度增加,原料组成中的氧也不增加。因此,抑制了杂质的产生,并可以以单一相生成具有组成式M1-zEuzSiaObNc(M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)的磷光体。
    在第二焙烧操作之前,根据上述的混合方法将中间产物M2SiO4和EuSi2O2N2与另外的Si前驱物和熔剂一起混合。另外的Si前驱物可以是Si3N4。熔剂可以是NH4A(A表示F和Cl中的至少一种)、KB2(K表示Ca、Sr和Ba中的至少一种,B表示F和Cl中的至少一种)、LB(L表示Na和K中的至少一种,B表示F和Cl中的至少一种)等。熔剂可以促进M2SiO4、EuSi2O2N2和Si3N4之间的运动,从而改善MSi2O2N2:Eu2+的结晶度和晶粒生长。因此,可以增大磷光体的发射强度。可以在大约1300℃至大约1600℃的焙烧温度下在氮气和氢气气氛下执行第二焙烧操作。
    在下文中,将描述通过上述方法制造的氮化物基磷光体。
    根据示例实施例的氮化物基磷光体可以由组成式M1-zEuzSiaObNc(M=Sr1-x-yBaxCay,0≤x≤0.5,0≤y≤0.2,0<z≤0.3,2≤a≤2.5,1.5≤b≤2,且2≤c≤2.5)表示。该氮化物基磷光体是单一相的黄色磷光体。相对于整个磷光体,O/N原子比>1的氮氧化物的浓度是1mol%或更小。根据实施例,该氮化物基磷光体可以基本上仅由单一相组成。在根据示例实施例的氮化物基磷光体的制造过程中,不会产生诸如M3Si6O9N4的氮氧化物杂质。另外,制造过程中生成的中间焙烧产物EuSi2O2N2可以通过固定作为起始材料的Eu2O3、SiO2和Si3N4之间的组成比来抑制起始组成中的氧的增多。因此,可以以单一相合成磷光体,而不产生杂质。
    当发光二极管(LED)被驱动时,大约150℃至大约200℃的温度条件下该氮化物基磷光体可具有常温下发射强度的至少80%的发射强度,这相当于传统的钇铝石榴石(YAG)磷光体的发射强度的几乎90%。因此,该氮化物基磷光体具有优异的高温稳定性和高的发射特性。也就是说,与传统的YAG磷光体相比,该氮化物基磷光体在LED方面的应用特性更加优异。
    在下文中,将详细描述根据示例实施例的氮化物基磷光体制造方法。
    【实施例】
    【实施例1】
    本实施例,即第一实施例,提出了一种制造磷光体(Sr0.75Ba0.25)0.85Eu0.15Si2O2N2的方法。图2是示出了根据第一实施例的磷光体制造方法的流程图。根据图2中示出的顺序制造第一实施例的磷光体。参照图2,混合属于第一组的前驱物MCO3(SrCO3、BaCO3)和SiO2,并在空气气氛下在大约1100℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物M2SiO4。同样地,混合属于第二组的前驱物Eu2O3、SiO2和Si3N4,并在氮气和氢气气氛下在大约1300℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物EuSi2O2N2。接着,将中间焙烧产物M2SiO4和EuSi2O2N2与作为另外的Si前驱物的Si3N4和作为熔剂的NH4Cl混合。在氮气和氢气气氛下在大约1400℃的温度下再次焙烧由此产生的混合物,从而制造出作为最终产物的具有组成式(Sr0.75Ba0.25)0.85Eu0.15Si2O2N2的磷光体。
    【对比例】
    【对比例1】
    本对比例也提出了一种制造磷光体(Sr0.75Ba0.25)0.85Eu0.15Si2O2N2(即氮化物基磷光体)的方法。然而,根据与图2中的方法不同的图3中示出的方法制造本对比例的磷光体。参照图3,同时混合包括MCO3(SrCO3、BaCO3)、SiO2、Eu2O3和Si3N4的所有前驱物,并按照与第一实施例的第二焙烧操作中相同的方式在氮气和氢气气氛下在大约1400℃的温度下焙烧大约6小时,从而获得作为最终产物的具有组成式(Sr0.75Ba0.25)0.85Eu0.15Si2O2N2的磷光体。
    【对比例2】
    使用商业上可获得的Merck的YAG:Ce3+磷光体作为第二对比例的磷光体。
    在下面的表1中,列出了第一实施例、第一对比例和第二对比例的磷光体。
    【表1】
    实施例和对比例磷光体实施例1(Sr0.75Ba0.25)0.85Eu0.15Si2O2N2对比例1(Sr0.75Ba0.25)0.85Eu0.15Si2O2N2对比例2YAG:Ce3+
    高温稳定性的评价
    图4示出了曲线图,该曲线图示出了关于第一实施例中制造的磷光体和第二对比例中制造的磷光体,根据温度的发射强度。
    参照图4,与第二对比例的YAG磷光体相比,在通常的LED驱动温度大约150℃至大约200℃下,第一实施例的磷光体的发射强度是常温下的发射强度的至少80%。考虑到第二对比例的YAG磷光体具有常温下的发射强度的大约60%的发射强度,证明第一实施例的磷光体的特性比第二对比例的YAG磷光体的特性好大约20%。
    发射特性的评价
    图5示出了第一实施例的磷光体、第一对比例的磷光体和第二对比例的磷光体的发射光谱。
    参照图5,第一实施例的磷光体显示出第一对比例的通过传统固相法合成的磷光体的至少两倍高的发射强度(积分强度)。另外,第一实施例的磷光体显示出第二对比例的YAG磷光体的发射强度的大约90%的发射强度。也就是说,第一实施例的磷光体具有足够的发射强度来替代YAG磷光体。
    综合评价
    第一实施例的磷光体与第二对比例中通过传统固相法合成的磷光体相比具有优异的发射强度,并且与第二对比例的磷光体相比还具有优异的高温稳定性。特别是,第一实施例的磷光体具有与YAG磷光体相似的发射特性,同时具有优异的高温稳定性。也就是说,第一实施例的磷光体在LED上的适用性高。因此,预计第一实施例的磷光体稳定地替代传统的YAG磷光体。
    在下文中,将参照附图描述根据示例实施例的应用该氮化物基磷光体的LED。
    图6示出了剖视图,该剖视图示出了根据示例实施例的白色LED的结构。
    参照图6,使用蓝色LED或长波长紫外(UV)LED的白色LED可包括反射杯611、安装在反射杯611上的InGaN基LED芯片613(在长波长UV LED的情况下,是GaN基LED)、被从LED芯片613发射的光激发的黄色磷光体617、连接到LED芯片613的电极线615和密封LED芯片613的透光环氧树脂619。黄色磷光体617用作波长转换材料。上述的氮化物基磷光体可以用作黄色磷光体617。
    InGaN基LED芯片613可以通过电极线615与外部电源连接。被从InGaN基LED芯片613发射的光激发的黄色磷光体617与透光环氧树脂619混合,并设置在LED芯片613的外侧。然而,不限于图1中示出的结构,LED可具有适当地添加、改变和省略根据传统技术的部件的各种结构。此外,除了环氧树脂之外,黄色磷光体617可以与硅树脂混合,并在LED芯片613周围成型,从而形成白色LED。
    也就是说,黄色磷光体617设置在LED芯片613的外侧,使得从LED芯片613发射的光用于激发黄色磷光体617。
    将详细描述用于形成白光的步骤。从LED芯片613发射的蓝光经过根据上述示例实施例的黄色磷光体617。蓝光的一部分激发黄色磷光体617,从而形成黄光,而蓝光的剩余部分按照原样经过。因此,当蓝光与激发得到的黄光重叠时,形成白光。
    在下文中,将详细描述按照上述方式制造的氮化物基磷光体。
    【实施例2】
    实施例2中制造的氮化物基磷光体是从原始组成(Sr0.71Ba0.29)0.92Eu0.08Si2O2N2产生的混合相磷光体。按照与实施例1中相同的方 式,以图2中示出的顺序制造实施例2的磷光体。
    参照图2,混合属于第一组的前驱物MCO3(SrCO3、BaCO3)和SiO2,并在空气气氛下在大约1100℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物M2SiO4。同样地,混合属于第二组的前驱物Eu2O3、SiO2和Si3N4,并在氮气和氢气气氛下在大约1300℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物EuSi2O2N2。接着,将中间焙烧产物M2SiO4和EuSi2O2N2与作为另外的Si前驱物的Si3N4和作为熔剂的NH4Cl混合。在氮气和氢气气氛下在大约1400℃的温度下再次焙烧由此产生的混合物,从而制造出作为最终产物的混合相磷光体。使用5%(v/v)HNO3溶液和DI水洗涤由此制造的磷光体,从而去除杂质和中间相。上面制造的磷光体的X射线衍射(XRD)图谱和发射波长示出在图7a和图7b中。
    参照图7a,因为观察到两种类型的主衍射峰,所以确定的是,同时示出了两种类型的XRD图谱。因此,可以理解的是,实施例2的磷光体是包括两种不同的磷光体的混合相磷光体。
    如图7b中所示,通过大约450nm(蓝色LED的典型波长)的光的激发,实施例2的磷光体显示出大约460nm至760nm范围的发射光谱和大约554nm的发射峰。根据这样的光学性质,实施例2的磷光体显示出黄色发射,这意味着实施例2的磷光体具有足够的发射特性以替代YAG磷光体。
    【实施例3】
    实施例3中制造的氮化物基磷光体是从原始组成(Sr0.65Ba0.35)0.88Eu0.12Si2O2N2产生的混合相磷光体。按照与实施例1中相同的方式,以图2中示出的顺序制造实施例3的磷光体。
    参照图2,混合属于第一组的前驱物MCO3(SrCO3、BaCO3)和SiO2,并在空气气氛下在大约1100℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物M2SiO4。同样地,混合属于第二组的前驱物Eu2O3、SiO2和Si3N4,并在氮气和氢气气氛下在大约1300℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物EuSi2O2N2。接着,将中间焙烧产物M2SiO4和EuSi2O2N2与作为另外的Si前驱物的Si3N4和作为熔剂的NH4Cl混合。在氮气和氢气气氛下在大约1400℃的温度下再次焙烧由此产生的混合物,从而制造出作为最终产物的混合相磷光体。使用5%(v/v)HNO3溶液和DI水洗涤由此制造的磷光体,从而去除杂质和中间相。上面制造的磷光体的XRD图谱和发射波长示出在图 8a和图8b中。
    参照图8a,因为观察到两种类型的主衍射峰,所以确定的是,同时示出了两种类型的XRD图谱。因此,可以理解的是,实施例3的磷光体是包括两种不同的磷光体的混合相磷光体。
    如图8b中所示,通过大约450nm(蓝色LED的典型波长)的光的激发,实施例3的磷光体显示出大约460nm至760nm范围的发射光谱和大约560nm的发射峰。根据这样的光学性质,实施例3的磷光体显示出黄色发射,这意味着实施例3的磷光体具有足够的发射特性以替代YAG磷光体。
    【实施例4】
    实施例4中制造的氮化物基磷光体具有组成式(Sr0.31Ba0.69)0.85Eu0.15Si2O2N2。按照与实施例1中相同的方式,以图2中示出的顺序制造实施例4的磷光体。
    参照图2,混合属于第一组的前驱物MCO3(SrCO3、BaCO3)和SiO2,并在空气气氛下在大约1100℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物M2SiO4。同样地,混合属于第二组的前驱物Eu2O3、SiO2和Si3N4,并在氮气和氢气气氛下在大约1300℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物EuSi2O2N2。接着,将中间焙烧产物M2SiO4和EuSi2O2N2与作为另外的Si前驱物的Si3N4和作为熔剂的NH4Cl混合。在氮气和氢气气氛下在大约1400℃的温度下再次焙烧由此产生的混合物,从而制造出作为最终产物的具有组成式(Sr0.31Ba0.69)0.85Eu0.15Si2O2N2的单一相磷光体。接着,使用5%(v/v)HNO3溶液和DI水洗涤由此制造的磷光体,从而去除杂质和中间相。上面制造的磷光体的XRD图谱和发射波长示出在图9a和图9b中。
    参照图9a,因为观察到单种类型的主衍射峰,所以确定的是,示出了根据单一相的XRD图谱。因此,可以理解的是,实施例4的磷光体是单一相磷光体。
    如图9b中所示,通过大约450nm(蓝色LED的典型波长)的光的激发,实施例4的磷光体显示出大约465nm至765nm范围的发射光谱和大约577nm的发射峰。根据这样的光学性质,实施例4的磷光体显示出黄色发射,这意味着实施例4的磷光体具有足够的发射特性以替代YAG磷光体。
    【实施例5】
    实施例5中制造的氮化物基磷光体是具有组成式 (Sr0.35Ba0.65)0.85Eu0.15Si2O2N2的单一相磷光体。按照与实施例1中相同的方式,以图2中示出的顺序制造实施例5的磷光体。
    参照图2,混合属于第一组的前驱物MCO3(SrCO3、BaCO3)和SiO2,并在空气气氛下在大约1100℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物M2SiO4。同样地,混合属于第二组的前驱物Eu2O3、SiO2和Si3N4,并在氮气和氢气气氛下在大约1300℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物EuSi2O2N2。接着,将中间焙烧产物M2SiO4和EuSi2O2N2与作为另外的Si前驱物的Si3N4和作为熔剂的NH4Cl混合。在氮气和氢气气氛下在大约1400℃的温度下再次焙烧由此产生的混合物,从而制造出作为最终产物的具有组成式(Sr0.35Ba0.65)0.85Eu0.15Si2O2N2的单一相磷光体。接着,使用5%(v/v)HNO3溶液和DI水洗涤由此制造的磷光体,从而去除杂质和中间相。表2中示出了上面制造的磷光体的晶体结构分析数据。图10中示出了磷光体的Rietveld拟合结果。
    【表2】

    参照表2,可以理解的是,实施例5中制造的氮化物基磷光体具有三斜晶系和P1空间群。
    参照图10,实施例5的氮化物基磷光体的XRD图谱几乎对应于计算值。因此,可以确定实施例5的磷光体是单一相磷光体。
    在图10中,“obs”表示制造的磷光体的测量值,“cal”表示通过计算获得 的计算值,“diff(obs-cal)”表示测量值减去计算值获得的值,可以由diff(obs-cal)确定制造的磷光体的纯度。
    【实施例6至实施例26】
    实施例6至实施例26涉及具有组成式(Sr1-mBam)Si2O2N2的磷光体,其中,“m”分别是0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95和1。按照与实施例1中相同的方式,以图2中示出的顺序制造实施例6至实施例26的磷光体。
    参照图2,混合属于第一组的前驱物MCO3(SrCO3、BaCO3)和SiO2,并在空气气氛下在大约1100℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物M2SiO4。这里,因为不包括Eu,所以省略了合成另一中间焙烧产物EuSi2O2N2的工艺。接着,将中间焙烧产物M2SiO4与作为另外的Si前驱物的Si3N4和作为熔剂的NH4Cl混合。在氮气和氢气气氛下在大约1400℃的温度下再次焙烧由此产生的混合物,从而制造出作为最终产物的具有组成式(Sr1-mBam)Si2O2N2(其中,“m”具有0和1之间的值,如上所述)的磷光体。接着,使用5%(v/v)HNO3溶液和DI水洗涤制造的磷光体,从而去除杂质和中间相。上面制造的磷光体的XRD图谱示出在图11中。
    参照图11,根据Ba含量的增加,XRD图谱有规律地改变。因此,可以分辨出晶相根据Ba含量的增加的差异。根据Ba含量范围的晶相变化将示出在表3中。
    【实施例27至实施例41】
    实施例27至实施例41涉及具有组成式(Sr1-mBam)1-nEunSi2O2N2的磷光体,其中,(m,n)的值分别是(0,0.02)、(0.3,0.2)、(0.4,0.15)、(0.6,0.1)、(0.6,0.2)、(0.7,0.05)、(0.8,0.02)、(0.8,0.05)、(0.8,0.1)、(0.8,0.15)、(0.8,0.2)、(0.9,0.1)、(1,0.02)、(1,0.1)和(1,0.15)。按照与实施例1中相同的方式,以图2中示出的顺序制造实施例27至实施例41的磷光体。
    参照图2,混合属于第一组的前驱物MCO3(SrCO3、BaCO3)和SiO2,并在空气气氛下在大约1100℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物M2SiO4。同样地,混合属于第二组的前驱物Eu2O3、SiO2和Si3N4,并在氮气和氢气气氛下在大约1300℃的温度下焙烧大约3小时,从而获得中间焙烧产物EuSi2O2N2。接着,将中间焙烧产物M2SiO4和EuSi2O2N2与作为另外的Si前驱物的Si3N4和作为熔剂的NH4Cl混合。在氮气和氢气气氛下在大约 1400℃的温度下再次焙烧由此产生的混合物,从而制造出作为最终产物的具有组成式(Sr1-mBam)1-nEunSi2O2N2(其中,m和n具有上述的值)的单一相磷光体。接着,使用5%(v/v)HNO3溶液和DI水洗涤由此制造的磷光体,从而去除杂质和中间相。这些磷光体的XRD图谱和发射光谱示出在图12a和图12b中。
    参照图12a,根据Ba和Eu含量,XRD图谱有规律地改变。因此,可以分辨出晶相根据Ba和Eu含量的差异。根据Ba和Eu含量范围的晶相变化将示出在表4中。
    另外,参照图12b,对应于XRD图谱的改变,发射波长根据Ba和Eu含量而改变。
    此外,实施例27至实施例41中制造的磷光体的相分析结果和发射峰波长Wp示出在表4中。此外,由实施例6至实施例26和实施例27至实施例41中制造的磷光体的XRD图谱获得的相根据m和n值范围的变化示出在表3中。
    【表3】


    【表4】


    参照表3和表4,混合地存在多种相。在通常的磷光体中,根据Sr和Ba之间的Sr和Ba的比,很少出现多种相的变化。然而,本发明的实施例显示出多种相的变化。
    此外,即使m和n值变化,XRD图谱整体上也是不变的。此外,可以理解的是,相是结构相似的固溶体,虽然衍射角(2θ)略有变化。
    虽然已经示出并描述了本发明构思的一些示例实施例,但是本发明构思不限于所描述的示例性实施例。而是,本领域技术人员将理解的是,在不脱离本公开的原理和精神的情况下,在本发明构思的这些示例实施例中可以做出改变。
    本公开的范围不是由示例性实施例限定,而是由权利要求书及其等同物限定。

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