[发明专利]用于白光发光二极管的氧硫化物荧光粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于白光LED(发光二极管)的氧硫化物荧光粉材料 及其制备方法。所述的材料为电光照明材料，属荧光材料领域。

背景技术

白光LED被称为第四代绿色照明光源，其较之传统白炽灯和荧光灯具 有许多优点：如固体化、体积小、寿命长、性能稳定、成本低、发光响应快 等[Y.D.Huh，J.Y.Park，S.S.Kweon，J.H.Kim，J.G.Kim，and Y.R.Do，Bull. Korean Chem.Soc.2004，25，1585]。其在显示器件和短距离、低速率的光纤 通信用光源等方面有广泛的应用。

实现白光LED有多种途径，考虑到可行性、适用性等因素，用发光波 长较短的LED去激发其它发光材料混合形成白光是理想的解决途径。这种 方式开发较早、成本低、是目前的主流方式。荧光转换白光LED主要有三 种组合方式。具体来说，蓝光LED芯片加YAG:Ce黄色荧光粉的方式已商 业化[T.Tamura，T.Setomoto，and T.Taguchi，J.Lumin.2003，82，685；P. Schlotter，J.Baur，C.Hielscher，M.Kunzer，H.Ovloh，R.Schmidt，and J. Schineider，Mater.Sci.Eng.B，1999，59，390]，该技术被日本Nichia公司垄断， 且其显色性较差。第二种是蓝色LED芯片上涂敷绿色和红色荧光粉，但红 色荧光粉的效率有待较大幅度的提高。第三种实现方法是在紫光或紫外光 LED芯片上涂敷三基色荧光粉。该方法显色性更好，是目前得到人们广泛关 注和认同的方案[T.Taguchi，J.Light&Vis.Env.2003，27，131]，但仍存在红绿 荧光粉转换效率低的问题。

从上所述，可看出白光LED的实现离不开高效率的红、绿、蓝三基色 荧光粉。目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系，这类荧光 粉发光稳定性差，光衰较大或者成本较高。如已商业化的红色荧光粉-Eu 掺杂的CaS和SrS，它们极易吸湿潮解[K.Kato，and F.Okamoto，Jpn.J.Appl. Phys.1983，22，76]，其差的稳定性不能满足LED应用的要求。因此，合成具 有良好发光特性、化学性质稳定、成本低廉的LED用荧光粉迫在眉睫。

在寻找新型荧光粉的过程中，选择合适的基质材料至关重要。主要考虑 因素为：(1)必须具有良好的化学稳定性。(2)合适的禁带宽度和晶体结构以 及低的生产成本。

综上所述，寻找良好的基质材料进而制备发光性能优异的LED用荧光 材料具有重大的科学和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于白光LED的氧硫化物荧光材料及其 制备方法，所述的作为氧硫化物的基质材料为BaZnOS。发明的构思为： BaZnOS作为基质材料的氧硫化物，比硫化物更稳定；且为直接带隙半导体， 具有合适禁带宽度3.9eV；BaZnOS具有和SrZnO₂、BaMnS₂类似的结构， 属正交晶系，空间群为Cmcm(No.63)。[ZnO₂S₂]四面体以共顶角的方式连接 成层状，八配位的Ba²⁺充填其间；BaZnOS具有独特的Zn配位环境[ZnO₂S₂]， Zn-O和Zn-S键长分别为和[ZnO₂S₂]具有不同于[ZnO₄] 和[ZnS₄]的C_2v低对称性，势必对发光性能产生相应的影响。可见BaZnOS 是一种理想的发光基质候选材料。

本发明特征在于：BaZnOS通过相关过渡金属或稀土元素的掺杂，可实现 各种颜色的发光。BaZnOS是少见的含Zn的氧硫化物之一。许多含Zn的半 导体材料已被证明是良好的发光基质材料，如ZnO、ZnS、ZnSe、Zn₂SiO₄、 ZnGa₂O₄、ZnGa₂S₄、SrZnO₂、Ba₂ZnS₃等。类似的，BaZnOS可在Zn位进行 过渡金属离子(如Cu，Mn)的掺杂，从而实现各色发光。