CN104861966A - 磷光体、发光装置及制造磷光体的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施方案提供一种发黄光的磷光体，所述磷光体三是由式(1)表示：((SrpM1-p)1-xCex)2yAlzSi10-zOuNw。在该式中，M是至少一种碱土金属，并且p、x、y、z、u及w是满足以下条件的数字：0≤p≤1，0<x≤1，0.8≤y≤1.1，2≤z≤3.5，0<u≤1，1.8≤z-u及13≤u+w≤15。当激发光的峰在350nm到475nm范围内变化时，所述磷光体的发射峰在小于15nm范围内偏移。

Description

磷光体、发光装置及制造磷光体的方法
相关申请的交叉参考
本申是基于在2014年2月25日提交的在先日本专利申请号2014-034258并且要求该案的优先权益，该案完整内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开的实施方案涉及磷光体、发光装置及制造所述磷光体的方法。
背景技术
发白光装置包含例如蓝光LED、在蓝光激发下发红光的磷光体以及在蓝光激发下发绿光的另一种磷光体的组合。然而，如果含有在蓝光激发下发黄光的磷光体，则可以使用更少种类的磷光体来制造发白光装置。作为在蓝光激发下发黄光的磷光体的实例，已知Ce活化的含Sr的SiAlON磷光体。
附图说明
图1A到图1C示出了Sr2Al3Si7ON13的晶体结构。
图2示出了示意性说明根据一个实施方案的发光装置的构造的截面图。
图3示出了示意性说明根据另一个实施方案的发光装置的构造的截面图。
图4示出了实施例1中制造的磷光体的XRD谱图。
图5示出了实施例1中制造的磷光体的发射光谱。
图6示出了实施例2中制造的磷光体的XRD谱图。
图7示出了实施例2中制造的磷光体的发射光谱。
图8示出了实施例和比较实施例中制造的磷光体的发射波长与发光效率之间的关系。
图9示出了实施例1和比较实施例1中制造的磷光体的发射峰波长与激发峰波长之间的关系。
图10示出了实施例和比较实施例中制造的磷光体的色度图。
具体实施方式
现将参照附图解释各实施方案。
根据本公开的一个实施方案的磷光体在峰波长范围是250nm到500nm的激发光的激发下发射出发射峰在500nm到600nm波长范围内的光，并且该磷光体是由下式(1)表示：
((SrpM1-p)1-xCex)2yAlzSi10-zOuNw    (1)
其中
M是至少一种碱土金属，并且p、x、y、z、u及w是满足以下条件的数字：
0≤p≤1，
0<x≤1，
0.8≤y≤1.1，
2≤z≤3.5，
0<u≤1，
1.8≤z-u，及
13≤u+w≤15。
当所述激发光的峰在350nm到475nm范围内变化时，所述发射峰在小于15nm范围内偏移。
以下将详细地解释该实施方案。
根据该实施方案的磷光体由于在峰波长是250nm到500nm的激发光的激发下显示出峰波长是500nm到600nm的发光，故该磷光体可以发射在黄绿色到橙色范围内的光。因此，这种磷光体主要放射出在黄色范围内的光，并由此在下文中被称为“发黄光磷光体”。所述实施方案的发黄光磷光体的基质具有与Sr2Al3Si7ON13基本上相同的晶体结构，并且该基质被Ce活化。具体地说，根据该实施方案的发黄光磷光体是由下式(1)表示：
((SrpM1-p)1-xCex)2yAlzSi10-zOuNw   (1)。
在该式中，M是至少一种碱土金属，并且p、x、y、z、u及w是满足以下条件的数字：
0≤p≤1，
0<x≤1，
0.8≤y≤1.1，
2≤z≤3.5，
0<u≤1，
1.8≤z-u，及
13≤u+w≤15。
如上式(1)中所示，构成磷光体晶体的金属元素部分被发射中心元素Ce置换。金属元素M是至少一种碱土金属，并且优选是至少一种选自Ba、Ca和Mg的元素。即使该晶体含有至少一种选自Ba、Ca和Mg的元素，只要p小到0.1或更小，也不会促进其它相的形成。在一些情况下，p优选是1，由此使磷光体的发光特性得到优化。然而，即使在那些情况下，晶体也可能含有无法避免的杂质，如Sr和除Ce外的金属。由所述晶体构成的磷光体一般显示出本公开的效应。
如果至少0.1摩尔％的量的M被Ce置换，那么该磷光体可以具有足够的发光效率。金属元素M可以完全被Ce置换(即，x可以是1)，而且如果x小于0.5，则可以最大限度地避免发射概率(浓度淬灭)的降低。因此，x优选是0.001到0.5，包括0.001和0.5在内。所述实施方案的磷光体含有Ce作为发射中心，并由此在峰波长范围是250nm到500nm的激发光的激发下发射在黄绿色到橙色范围内的光，即，峰波长范围是500nm到600nm的发光。即使以Ce的量计，含有约10原子％或更少量的其它元素(如Tb、Eu及Mn)作为无法避免的杂质，也不会减弱其目标效应。
如果y小于0.8，则晶体缺陷增加从而降低效率。另一方面，如果y大于1.1，则过量的碱土金属可以呈其它相形式沉积，从而使发光特性降级。因此，y优选是0.85到1.06，包括0.85和1.06在内。
如果z小于2，则过量的Si可以呈其它相形式沉积，从而使发光特性降级。另一方面，如果z大于3.5，则过量的Al可以呈其它相形式沉积，从而使发光特性降级。因此，z优选是2.5到3.3，包括2.5和3.3在内。
如果u大于1，则晶体缺陷增加从而降低效率。因此，u优选是0.001到0.8，包括0.001和0.8在内。
如果z-u的值小于1.8，则所述实施方案的磷光体无法保持晶体结构，并且有时会形成其它相，以致无法获得该实施方案的效应。类似地，如果u+w的值小于13或大于15，则所述实施方案的磷光体无法保持晶体结构，并且有时会形成其它相，以致无法获得该实施方案的效应。因此，z-u和u+w的值优选分别是2或更大以及13.2到14.2，包括端点在内。
由于满足了所有以上条件，故根据本发明实施方案的磷光体可以在峰波长范围是250nm到500nm的激发光的激发下，有效地发射具有较宽半宽度发射光谱的黄光。因此，该磷光体能够实现具有高显色特性的白光。另外，本发明实施方案的发黄光磷光体还具有优良的温度依赖性。
根据本发明实施方案的发黄光磷光体是基于Sr2Al3Si7ON13，但其构成元素Sr、Si、Al、O及N可以被其它元素和/或Ce置换以与基质形成固溶体。这些变化(如置换)通常会改变晶体结构。不过，其中的原子位置仅略有改变，因此，化学键不会断裂。此处，原子位置取决于晶体结构、被晶体结构中的原子占据的位点以及其原子座标。
只要所述发黄光磷光体不改变其基本晶体结构，本公开的实施方案就会引起目标效应。磷光体的晶体结构在晶格常数和/或M-N和M-O化学键长度(邻近原子间距离)方面不同于Sr2Al3Si7ON13正是这种情形。然而，即使在这种情况下，如果基于Sr2Al3Si7ON13的晶格常数或化学键长度(Sr-N和Sr-O)，差异在±15％范围内，那么晶体结构被定义为相同的。此处，晶格常数可以由X射线衍射法或中子衍射法测定，并且M-N和M-O的化学键长度(邻近原子间距离)可以由原子座标计算。
Sr2Al3Si7ON13晶体属于单斜晶系，尤其是属于斜方晶系，其晶格常数例如是及这种晶体属于空间群Pna21。Sr2Al3Si7ON13中的化学键长度(Sr-N和Sr-O)可以由表1中所示的原子座标计算。
表1
元素 x y z
Sr1 0.27857(6) 0.49070(3) 0.31162(19)
Sr2 0.35525(6) 0.69834(3) 0.7914(3)
Si,Al1 0.35788(16) 0.27697(9) 0.7909(7)
Si,Al2 0.07865(16) 0.70029(8) 0.7915(7)
Si,Al3 0.19194(16) 0.63952(8) 0.3041(7)
Si,Al4 0.00358(16) 0.54352(8) 0.2927(7)
Si,Al5 0.55677(16) 0.46692(8) 0.2985(7)
Si,Al6 0.39467(17) 0.34711(9) 0.2903(7)
Si,Al7 0.16173(16) 0.56553(8) -0.1922(7)
Si,Al8 0.47243(16) 0.60941(8) 0.2992(8)
Si,Al9 0.1546(3) 0.34817(13) 0.5289(6)
Si,Al10 0.1553(3) 0.34966(14) 0.0231(6)
O,N1 0.0664(5) 0.3167(3) 0.280(2)
O,N2 0.2530(5) 0.3749(3) 0.283(2)
O,N3 0.2131(5) 0.2983(3) 0.773(2)
O,N4 0.1015(5) 0.3996(3) -0.235(2)
O,N5 0.4050(6) 0.2731(3) 0.4571(16)
O,N6 0.3621(6) 0.2067(3) 0.9695(17)
O,N7 0.4919(6) 0.3985(3) 0.4519(17)
O,N8 0.4389(6) 0.3335(3) 0.9582(16)
O,N9 0.3356(5) 0.6342(3) 0.3472(15)
O,N10 0.0545(6) 0.5193(3) -0.0253(17)
O,N11 0.1600(6) 0.6423(3) -0.0419(16)
O,N12 0.1259(6) 0.5734(3) 0.4586(17)
O,N13 0.4887(6) 0.5338(3) 0.4528(17)
O,N14 0.7036(5) 0.4688(3) 0.331(2)
根据本发明实施方案的发黄光磷光体具有以上晶体结构。
本发明实施方案的发黄光磷光体是基于具有与Sr2Al3Si7ON13相同的晶体结构的无机化合物，但构成元素M部分被发射中心元素Ce置换，并且每种元素的量受到限制。在这些条件下，根据本发明实施方案的磷光体具有高发光效率并且显示出较宽的半宽度发射光谱，而且还具有有利的特性，如优良的温度依赖性。
具有以上晶体结构的常规发黄光磷光体的特征在于，当激发峰波长改变时，其发射波长偏移。然而，本发明实施方案的发黄光磷光体的特征在于，根据激发峰波长的变化，其发射波长仅略有偏移。具体地说，当激发峰波长在350nm到470nm范围内改变时，WO2007/037059中公开的发黄光磷光体发射的光的峰偏移20nm或更多，其中激发光一般对发黄光的磷光体进行激发。相比之下，所述实施方案的发黄光磷光体发射的光的峰在小到小于15nm，优选小于10nm范围内偏移。因此，根据本发明实施方案的发黄光磷光体可以放射出具有优良色度的光。另外，当用于发白光装置中时，可以掺入本发明实施方案的发黄光磷光体，其量少到足以减少由磷光体引起的散射损失，并由此能够增加白光的亮度。
当随着激发磷光体的光的峰波长改变来测量发射峰波长时，激发光优选具有尽可能陡的光谱。具体地说，如果激发光的光谱具有未改变的峰波长但具有改变较大的半宽度，则磷光体可以显示出具有改变的峰波长的发射光谱。因此，激发光优选具有一种半宽度是20nm或更少的光谱。
图1A到图1C说明了基于表1中的原子座标的Sr2Al3Si7ON13的晶体结构。图1A、图1B及图1C分别是晶体结构沿c轴、b轴及a轴的投影。在图中，301表示Sr原子，该原子被Si原子或Al原子302以及O原子或N原子303包围。Sr2Al3Si7ON13晶体可以通过XRD或中子衍射法鉴别。
本发明实施方案的磷光体具有由上式(1)表示的组成，并且在根据布拉格-布伦塔诺法(Bragg-Brendano method)用Cu-Kα线放射测量的X射线衍射谱图中，在特定衍射角(2θ)处显示峰。这意味着其XRD谱图在以下衍射角(2θ)下具有至少十个峰：8.45°-8.75°、11.1°-11.4°、18.2°-18.5°、19.7°-20.0°、23.0°-23.3°、24.8°-25.1°、25.65°-25.95°、26.55°-26.85°、29.3°-29.6°、29.8°-30.1°、30.2°-30.5°、30.9°-31.2°、31.55°-31.85°、33.55°-33.85°、33.9°-34.2°、34.35°-34.65°、35.2°-35.5°、36.0°-36.3°、36.5°-36.8°、48.3°-48.6°及48.7°-49.0°。
根据本发明实施方案的发黄光磷光体可以通过以下步骤制造：混合含以上元素的原料，然后对混合物进行烧制。
含Sr的材料可以选自Sr的硅化物、氮化物或碳化物，并且优选是Sr的硅化物；含M的材料可以选自M的硅化物、氮化物或碳化物，并且优选是M的硅化物；含Al的材料可以选自Al的氮化物、氧化物或碳化物；含Si的材料可以选自Si的氮化物、氧化物或碳化物；并且含有发射中心Ce的材料可以选自Ce的氧化物、氮化物或碳酸盐。
此外，氮可以由以上氮化物或由含氮的烧制气氛提供，并且氧可以由以上氧化物或由以上氮化物颗粒的氧化表面提供。
举例来说，将SrSi2、Si3N4、Al2O3以及AlN和CeO2按适当量混合以得到目标组合物。SrSi2可以被Sr3N2、Sr2N、SrN或其混合物代替。不过，并入的SrSi2越多，则越易于改善磷光体的发光特性。据推测，这是因为并入的SrSi2越多，则形成的磷光体颗粒越均匀。另外，这也有效改善磷光体的均匀度，从而改善原料混合物的均匀度。为了获得均一的粉末混合物，优选按从小到大重量的顺序干混合呈粉末形式的原料。
举例来说，在空气中，在研钵中混合这些材料。将混合的粉末放入坩埚中，然后在特定条件下烧制以获得所述实施方案的磷光体。坩埚的材质没有特别限制，例如是由氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳、氮化铝、SiAlON、氧化铝、钼或钨制成。
混合的粉末优选在不低于大气压力的压力下进行烧制。由于氮化硅易于分解，故宜在不低于大气压力的压力下烧制该混合物。为了防止氮化硅在高温下分解，压力优选为5atm或更高，并且烧制温度优选在1500℃到2000℃范围内。如果满足这些条件，就可以获得目标烧制产物，而不会碰到如原料和/或产物升华等问题。烧制温度更优选在1800℃到2000℃范围内。
为了避免AlN氧化，烧制步骤优选是在氮气气氛中进行。该气氛可以含有约90原子％或更少的量的氢气。
在上述温度下进行烧制步骤0.5到10小时，优选1到4小时之后，将烧制的产物从坩埚中取出，然后进行研磨。研磨过的产物优选在相同条件下再次烧制。如果重复烧制和研磨程序0到10次，则产物将具有以下优点：晶粒较少熔合，并且另外，形成的粉末的组成和晶体结构更均一。
烧制步骤可以根据单阶段烧制，在单一组烧制条件下进行，而且还可以根据多阶段烧制在组合的两组或更多组不同烧制条件下进行。具体地说，混合的粉末可以在氢气与氮气的混合气体气氛中于大气压力下进行烧制，然后继续再次在氮气气氛中于增加的压力下进行烧制。更具体地说，可以通过烧制步骤形成具有优良发光特性的磷光体，该步骤包括以下阶段：
(1)第一阶段
气氛：包含10摩尔％到90摩尔％氢气和10摩尔％到90摩尔％氮气的混合气体气氛；
压力：0.9到2atm；
温度：1000到2000℃
烧制时间：1到20小时
(2)第二阶段
气氛：包含0摩尔％到50摩尔％氢气和50摩尔％到100摩尔％氮气的混合气体气氛；
压力：0.9到10atm；
温度：1400到2000℃
烧制时间：0.5到10小时。
可以重复这些阶段两次或更多次。
在烧制步骤之后，必要时，对产物进行后处理，如洗涤，以获得根据所述实施方案的磷光体。洗涤可以例如通过使用纯水或酸进行。酸的实例包括：无机酸，如硫酸、硝酸、盐酸及氢氟酸；有机酸，如甲酸、乙酸及草酸；及其混合物。
在用酸洗涤之后，必要时，可以对产物进行退火后处理。退火后处理可以例如在含有氮气和氢气的还原性气氛中进行，以改善结晶度和发光效率。
根据所述实施方案的发光装置包括了含有以上磷光体的发光层以及能够激发该磷光体的发光元件。图2示出了示意性说明根据本公开的实施方案的发光装置的垂直截面图。
图2中所示的发光装置包括在衬底200上的引脚201，202以及包装杯203。包装杯203和衬底200是由树脂制成的。包装杯203具有一个凹腔205，其中顶部开口大于底部。凹腔205的内壁充当反射表面204。
在凹腔205大致呈圆形的底部的中心处，用Ag糊浆等安装有发光元件206。发光元件206放射出峰波长范围是400nm到500nm的光。发光元件206的实例包括发光二极管和激光二极管，如GaN型半导体发光芯片，但它们绝非限制发光元件。
发光元件206的p电极和n电极(图中未示)分别借助于Au等制成的接合线207和208连接到引脚201和202。可以适当地改变引脚201和202的位置。
发光元件206可以属于倒装芯片类型，其中n电极与p电极位于同一平面上。这一元件可以避免有关导线的问题，如导线的断开或错位以及由导线引起的光吸收。因此，在这种情况下，有可能获得可靠性和亮度都优良的半导体发光装置。另外，还有可能采用一种具有n型衬底的发光元件来制造如以下所描述构造的发光装置。在该装置中，在n型衬底的背面上形成n电极，同时在预先铺设于该衬底上的p型半导体层的顶表面上形成p电极。将n电极安装在一个引脚上，并且p电极借助于导线连接到另一个引脚。
在包装杯203的凹腔205中，有一个含有根据本公开的实施方案的磷光体110的发光层209。在发光层209中，磷光体210被容纳于由例如5重量％到60重量％的量的硅酮树脂制成的树脂层211。如以上所描述，根据所述实施方案的磷光体包含Sr2Al3Si7ON13基质。由于此类氧氮化物具有高共价性，故所述实施方案的磷光体一般具有疏水性，使其与树脂具有良好相容性。因此，足以防止在树脂与磷光体之间界面处的散射，从而改善光提取效率。
根据所述实施方案的发黄光磷光体具有良好的温度依赖性，并且可以有效地发射具有较宽半宽度发射光谱的黄光。这一磷光体是与放射出峰波长范围是400nm到500nm的光的发光元件组合使用，并由此，有可能提供一种具有优良发光特性的发白光装置。
发光元件206的大小和种类以及凹腔205的尺寸和形状可以适当地改变。
根据本公开的实施方案的发光装置不限于图2中所示的包装杯类型，并且可以自由地适用于任何类型装置。举例来说，即使所述实施方案的磷光体是用于壳型或表面安装型LED中，也可以获得相同的效应。
图3示出了示意性说明根据本公开的另一个实施方案的发光装置的垂直截面图。在所示装置中，p电极和n电极(图中未示)是形成于放热绝缘衬底300上的预定位置处，并且其上安置有发光元件301。放热绝缘衬底是由例如AlN制成。
在发光元件301的底部上，设置有该元件的一个电极并且该电极电连接到放热绝缘衬底300的n电极。发光元件301的另一个电极借助于金线连接到放热绝缘衬底300上的p电极(图中未示)。发光元件301是放射出峰波长范围是400nm到500nm的光的发光二极管。
发光元件301上按以下次序连续地形成圆顶：内部透明树脂层304、发光层305及外部透明树脂层306。内部透明树脂层304和外部透明树脂层306是由例如硅酮树脂制成。在发光层305中，根据所述实施方案的发黄光磷光体307分散于由例如硅酮树脂制成的树脂层308中。
在图3中所示的发光装置的制造过程中，可以通过使用如真空印刷法和滴涂法等技术由分配器容易地形成发光层305，该发光层含有所述实施方案的发黄光磷光体。另外，由于位于内部透明树脂层304与外部透明树脂层306之间，故发光层305还能够改善提取效率。
根据所述实施方案的发光装置中的发光层不仅可以含有所述实施方案的发黄光磷光体，而且还含有在蓝光激发下发绿光的另一种磷光体以及在蓝光激发下发红光的又一种磷光体。如果包含该发光层，则将进一步改善所制造的发白光装置的显色特性。
即使当在峰波长范围是250nm到400nm的UV光下激发时，所述实施方案的发黄光磷光体也放射黄光。因此，所述实施方案的磷光体可以与例如在UV光激发下发蓝光的另一磷光体以及发光元件(如UV发光二极管)组合，制造出发白光装置。在该发白光装置中，发光层不仅可以含有所述实施方案的发黄光磷光体，而且还含有在UV光激发下发射另一种峰波长范围的光。该磷光体是例如在UV光激发下发红光的磷光体或在UV光激发下发绿光的磷光体。
如以上所描述，根据所述实施方案的磷光体具有优良的温度依赖性特征，并且可以有效地发射具有较宽的半宽度发射光谱的黄光。所述实施方案的发黄光磷光体与放射出峰波长范围是250nm到500nm的光的发光元件组合，并由此有可能利用较少种类的磷光体制造出具有优良发光特性的发白光装置。
以下是根据所述实施方案的磷光体和发光装置的具体实施例。
实施例1
制备SrSi2、CeCl3、Si3N4及AlN作为含有Sr、Ce、Si及Al的原料，并且分别称取4.416g、0.185g、2.474g及1.414g的掺混量。然后在行星式球磨机中干混合这些材料。
将所得混合物放入氮化硼(BN)制成的坩埚中，然后在1atm的氢气/氮气气氛中在1600℃下烧制4小时。将烧制的产物从坩埚中取出，然后在玛瑙研钵中研磨。将研磨过的产物再放入坩埚中，并在1600℃下烧制4小时。再一次重复取出、研磨和烧制程序。
将所得混合物放入氮化硼(BN)制成的坩埚中，并在7.5atm的氮气气氛中在1850℃下烧制4小时。将烧制的产物从坩埚中取出，然后在玛瑙研钵中研磨。将研磨过的产物再放入坩埚中，并在1850℃下再烧制4小时。再重复取出、研磨和烧制程序两次，获得实施例1的磷光体。所得磷光体呈黄色粉末形式，并且当通过黑色光激发时，观察到发黄光。
这一磷光体展现的XRD谱图示于图4中。根据布拉格-布伦塔诺法，用Cu-Kα线放射测量XRD谱图。如图4中所示，在以下衍射角(2θ)下存在峰：8.45°-8.75°、11.1°-11.4°、18.2°-18.5°、19.7°-20.0°、23.0°-23.3°、24.8°-25.1°、25.65°-25.95°、26.55°-26.85°、29.3°-29.6°、29.8°-30.1°、30.2°-30.5°、30.9°-31.2°、31.55°-31.85°、33.55°-33.85°、33.9°-34.2°、34.35°-34.65°、35.2°-35.5°、36.0°-36.3°、36.5°-36.8°、48.3°-48.6°及48.7°-49.0°。
表2示出了图4的XRD谱图中的峰的相对强度。
表2
图5示出了实施例1中制造的磷光体在氙气灯的450nm激发光下激发时的发射光谱。在图5中，在约450nm处的较窄谱带不是归于磷光体的发光，而是来自激发光的反射。发射光谱显示密集发光并在551nm处具有峰值，并且借助于多通道分光光度计测量发现其半宽度是117nm。半宽度可以被视为关于由发光装置放射的白光的显色特性的指数。一般来说，半宽度越大，则越容易获得具有优良显色特性的白光。由于半宽度是117nm，故发现实施例1的磷光体易于提供具有优良显色特性的白光。
实施例2
重复实施例1的程序，不过SrSi2和CeCl3的掺混量分别变为4.348g和0.296g，由此获得实施例2的磷光体。
实施例2的磷光体呈黄色粉末形式，并且当通过黑色光激发时，观察到发黄光。这一磷光体展现的XRD谱图示于图6中。如图6中所示，在以下衍射角(2θ)下存在峰：8.45°-8.75°、11.1°-11.4°、18.2°-18.5°、19.7°-20.0°、23.0°-23.3°、24.8°-25.1°、25.65°-25.95°、26.55°-26.85°、29.3°-29.6°、29.8°-30.1°、30.2°-30.5°、30.9°-31.2°、31.55°-31.85°、33.55°-33.85°、33.9°-34.2°、34.35°-34.65°、35.2°-35.5°、36.0°-36.3°、36.5°-36.8°、48.3°-48.6°及48.7°-49.0°。
表3示出了图6的XRD谱图中的峰的相对强度。
表3
2θ(°) 相对强度
8.62 23
11.21 24
15.13 21
18.37 33
19.89 32
20.49 12
21.15 15
23.14 51
24.97 99
25.81 22
26.67 40
29.41 65
29.94 29
30.31 26
31.03 89
31.69 99
33.69 45
34.07 26
34.49 41
35.35 100
35.87 23
36.04 37
36.21 65
36.62 41
图7示出了实施例2中制造的磷光体在氙气灯的450nm激发光下激发时的发射光谱。
比较实施例1到3
比较实施例1到3的磷光体是按以下方式制造。分别制备Sr3N2、CeCl3、Si3N4及AlN作为含有Sr、Ce、Si及Al的原料，并按表4中所示的掺混量称取。然后在行星式球磨机中干混合这些材料。
表4
Sr3N2 CeCl3 Si3N4 AlN
比较实施例1 2.993 0.155 5.647 1.414
比较实施例2 2.963 0.233 5.647 1.414
比较实施例3 2.932 0.311 5.647 1.414
将所得混合物放入氮化硼(BN)制成的坩埚中，然后在1atm的氢气/氮气气氛中在1600℃下烧制4小时。将烧制的产物从坩埚中取出，然后在玛瑙研钵中研磨。将研磨过的产物再放入坩埚中，并在1600℃下烧制4小时。再一次重复取出、研磨和烧制程序。
将所得混合物放入氮化硼(BN)制成的坩埚中，并在7.5atm的氮气气氛中在1850℃下烧制4小时。将烧制的产物从坩埚中取出，然后在玛瑙研钵中研磨。将研磨过的产物再放入坩埚中，并在1850℃下烧制4小时。再重复取出、研磨和烧制程序两次，获得每个比较实施例的磷光体。每一所得磷光体均呈黄色粉末形式，并且当通过黑色光激发时，观察到发黄光。
[评价]
对于实施例1和2以及比较实施例1和3的磷光体，组成分析的结果示于表5中。表5中的值是以经过正规化的摩尔比率表示，因此，Si和Al的摩尔浓度可以总计是10。
表5
Sr Ce Sr+Ce Al Si O N
实施例1 1.79 0.049 1.84 2.23 7.77 0.3 13
实施例2 1.75 0.081 1.83 2.23 7.77 0.4 14
比较实施例1 1.87 0.043 1.91 2.30 7.70 0.3 13
比较实施例3 1.85 0.088 1.94 2.30 7.70 0.4 14
表6和图8示出了以上磷光体在氙气灯的450nm激发光下激发时的发射波长和发光效率。已经发现，实施例的磷光体的发光效率高于比较实施例的发光效率。
表6
另外，对于实施例1和比较实施例1的磷光体，在激发波长在350nm到475nm范围内变化时，测量发射光谱的峰波长及其偏移。结果显示于图9中。
当激发波长在350nm到475nm范围内变化时，比较实施例1的磷光体显示出在543nm到560nm范围内变化的发射波长，并且因此偏移是约20nm。据推测，这是因为磷光体颗粒间和磷光体颗粒中的组成或结构不均匀。另一方面，在相同范围内变化的激发下，实施例1的磷光体显示出在548nm到559nm范围内变化的发射波长，并且因此偏移是约10nm，较之比较实施例1的偏移小得多。据悉，这是因为所述实施方案的磷光体的颗粒间和颗粒中具有高均匀性。
此外，对于实施例2以及比较实施例2和3的磷光体，以相同方式测量发射峰波长的偏移。结果示于表7中。
表7
图10示出了在450nm下激发的磷光体的色度。已经发现，由于组成或结构的均匀性得到改善，使得本发明实施方案的磷光体的效率以及色度都得到改善，如图10中所示。磷光体效率的改善直接引起白光LED效率的改善。此外，由于磷光体的色度也得到改善，故白光LED中磷光体的含量可以降低到足以减少由磷光体散射引起的效率损失，并且因此，可以进一步改善白光LED的效率。
应用实施例
通过使用实施例1的磷光体制造出具有图3的结构的发光装置。
首先，制备8平方毫米的AlN衬底作为绝缘衬底300，在其上预定位置处设有p电极和n电极(图中未示)。在该衬底上，焊接在460nm处显示发射峰的发光二极管作为发光元件301。发光元件301的一个电极设于发光元件的底部上并且电连接到AlN衬底300的n电极。元件301的另一个电极借助于金线303连接到AlN衬底300上的p电极(图中未示)。
随后，在发光元件301上按以下次序连续地形成圆顶：内部透明树脂层304、发光层305及外部透明树脂层306，由此制造出所述实施方案的发光装置。内部透明树脂层304是由硅酮树脂制成，并且通过使用分配器形成。发光层305是由含有50重量％的量的实施例1的磷光体的透明树脂制成。采用硅酮树脂作为透明树脂。然后，用与内部透明树脂层304相同的硅酮树脂制成的外部透明树脂层306覆盖发光层305。
将制造的装置放入积分球中，然后在20mA和3.3V下工作。观察放射的光并发现其色温是6300K，光通量效率是180lm/W并且Ra＝76。借助于多通道分光光度计测量色温、光通量效率以及Ra。
因此，将实施例1的磷光体与在460nm处显示发射峰的蓝光LED组合，以制造所述实施方案的发白光装置。这种发白光装置可以用作具有优良发光效率和显色特性的高功率白光LED产品。
本公开的实施方案提供了一种能够有效地发射具有有利的色度的黄光的磷光体。所述实施方案的发黄光磷光体可以与蓝光LED组合以获得一种具有优良显色特性和发光特性的发白光装置。
尽管已经描述某些实施方案，但这些实施方案只是作为实例提供，并且不打算限制本发明的范围。事实上，本文描述的新颖方法和系统可以按多种其它形式实施；此外，在不偏离本发明的精神的情况下，可以对本文所描述的方法和系统的形式作出各种省略、取代和改变。所附权利要求书和其等效内容意图涵盖在本发明的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (12)

1.一种由下式(1)表示的磷光体，
((SrpM1-p)1-xCex)2yAlzSi10-zOuNw   (1)
其中
M是至少一种碱土金属，并且p、x、y、z、u及w是满足以下条件的数字：
0≤p≤1，
0<x≤1，
0.8≤y≤1.1，
2≤z≤3.5，
0<u≤1，
1.8≤z-u，及
13≤u+w≤15；
所述磷光体在峰波长范围是250nm到500nm的激发光的激发下发射出发射峰在500nm到600nm波长范围内的光，
其中
当所述激发光的峰在350nm到475nm范围内变化时，所述发射峰在小于15nm的范围内偏移。
2.根据权利要求1所述的磷光体，其中M是选自Ba、Ca和Mg中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的磷光体，其中所述数字p不大于0.1。
4.根据权利要求1所述的磷光体，在根据布拉格-布伦塔诺法用Cu-Kα线放射进行的X射线衍射测量中，所述磷光体在以下衍射角(2θ)下显示至少十个峰：8.45°到8.75°、11.1°到11.4°、18.2°到18.5°、19.7°到20.0°、23.0°到23.3°、24.8°到25.1°、25.65°到25.95°、26.55°到26.85°、29.3°到29.6°、29.8°到30.1°、30.2°到30.5°、30.9°到31.2°、31.55°到31.85°、33.55°到33.85°、33.9°到34.2°、34.35°到34.65°、35.2°到35.5°、36.0°到36.3°、36.5°到36.8°、48.3°到48.6°以及48.7°到49.0°。
5.一种发光装置，其包括
发光元件，放射出峰值在250nm到500nm波长范围内的光；及
发光层，其包含根据权利要求1所述的磷光体。
6.一种用于制造根据权利要求1所述的磷光体的方法，其包括以下步骤：
混合以下材料以制备混合物：
含Sr的材料，该材料选自Sr的硅化物、氮化物或碳化物，
含M的材料，该材料选自M的硅化物、氮化物或碳化物，
含Al的材料，该材料选自Al的氮化物、氧化物或碳化物，
含Si的材料，该材料选自Si的氮化物、氧化物或碳化物，及
含Ce的材料，该材料选自Ce的氧化物、氮化物或碳酸盐；然后
烧制所述混合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述含Sr和M的材料分别是Sr和M的硅化物。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述混合物是通过从小到大重量的顺序干混合呈粉末形式的所述材料来制备。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述烧制步骤是根据多阶段烧制在组合的两组或更多组不同的烧制条件下进行。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述混合物在氢气与氮气的混合气体气氛中于大气压力下进行烧制，然后继续再在氮气气氛中于增加的压力下进行烧制。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在增加的压力下进行的烧制程序是根据单阶段烧制在5atm或更高压力及1500℃到2000℃温度下进行。
12.根据权利要求10所述的方法，其中在增加的压力下进行的烧制程序是在氮气气氛中进行。
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