[发明专利]一种硅酸盐基荧光材料及其合成方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种荧光材料及其合成方法，具体地说是一种硅酸盐基荧光材料及其合成方法，这种材料用于白光LED能够有效降低色温并提高显色指数。该合成方法利用少量纳米SiO₂与常规SiO₂微粉混合物作为硅源，其中添加少量纳米SiO₂有利于晶核的形成，进而促使晶粒在高温下快速生长，最终获得高效发光材料。

二、背景技术

自1994年日亚公司首次报导利用蓝光芯片配合Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG)黄色荧光粉产生白光以来，白光LED产品的性能、制备技术和应用范围已经取得显著进步。除应用于室内以及户外大屏幕显示屏、信息显示背光源外和景观装饰之外，近年来，LED荧光灯、球泡灯、路灯纷纷开始取代传统荧光灯和高压钠灯。就生产白光LED所利用的芯片数量和荧光粉而言，白光LED制备方法可以分为两大类，一类是利用红-绿-蓝或蓝-黄多芯片技术；另一类是利用LED芯片发射光激发荧光粉产生。由于多芯片技术受制于成本、绿光发光效率较低、不同芯片发光随温度产生的光衰以及老化性能不一致等问题，可以预期的是，未来相当长一段时间内利用单芯片激发荧光材料依然是白光LED的主流技术，荧光粉则是生产白光LED不可或缺的关键原材料。

应用于白光LED的荧光粉主要有黄色荧光粉YAG：Ce³⁺和(Sr,Ba)₂SiO₄：Eu²⁺、绿色Lu₃Al₅O₁₂：Ce³⁺(LuAG⁺)和(Ba,Sr)₂SiO₄：Eu²⁺、红色M₂Si₅N₈：Eu²⁺和CaAlSiN₃：Eu²⁺、以及适于近紫外波长激发的蓝色荧光粉Sr₃MgSi₂O₈:：Eu²⁺和BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺(BAM)。在照明领域所用大功率白光LED主要是利用蓝光芯片配合YAG封装而成，其效率高。但是纯YAG荧光粉的发光波长峰值通常在534nm左右，由此结合发射波长峰值为460nm的蓝光芯片封装出来的白光为冷白光(又称：正白光)。为了获得暖白光，通常向YAG荧光粉添加Gd或Ga元素，使其发射波长峰值移至560或570nm。利用发射波长峰值为560nm左右的(Y,Gd)₃( Al，Ga)₅O₁₂: Ce³⁺配合蓝光芯片虽然能够封装出色温为3000-5000K的暖色光，但是由于光谱中缺乏红色光谱成分，其显色指数依然很低。为了获得高显色指数，通常向黄色荧光粉中混入适当红色荧光粉，但是氮化物荧光粉价格极高。在封装小功率白光LED方面也有人使用硫化物红色荧光粉，但是硫化物荧光粉化学稳定性差，且热猝灭严重。

(Sr_0.8Ba_0.2)₃SiO₅:Eu²⁺发射光谱为峰值在590-600nm的宽带谱，能够满足白光LED降低色温和提高显色指数的要求，但是(Sr,Ba)₃SiO₅:Eu²⁺合成温度高，通常为1550℃，在1450℃以下得不到纯相。工业生产中为了降低荧光材料的合成温度，通常添加一定量的助熔剂。添加助熔剂的固相反应合成法又称高温固相溶液法，助熔剂在高温呈液态，熔融的助熔剂包覆着晶粒进行生长，但对于(Sr,Ba)₃SiO₅:Eu²⁺，添加助熔剂易于导致(Sr,Ba)₂SiO₄相的生成。(Sr,Ba)₂SiO₄相的生成不仅严重降低发光强度，而且使发射光谱蓝移，发光颜色变色。因此，对于(Sr,Ba)₃SiO₅:Eu²⁺荧光材料的合成，必须严格可控制助熔剂的种类与用量。