磷光体组合物及其照明设备的制作方法

本发明大体上涉及可应用于例如照明系统的磷光体组合物。本发明还涉及采用这些磷光体及其共混物的照明设备。

背景技术：

磷光体(phosphor)是吸收电磁波谱的一部分中的辐射能并且发射电磁波谱的另一部分中的辐射能的发光材料。一类重要的磷光体包括具有极高化学纯度和受控组成的结晶无机化合物，其中加入少量其他元素(称为“活化剂”)以将其转化为有效的荧光材料。所发射辐射的颜色可部分地通过活化剂和无机化合物的几种组合来控制。大多数有用和众所周知的磷光体响应通过可见光范围外的电磁辐射的激发，而在电磁波谱的可见光部分中的发射辐射(本说明书中也称为光)。磷光体可用于发光二极管(led)中，例如以生成一般可能无法由led本身获得的有色光发射(coloredemissions)。

发光二极管(led)是通常用作其他光源例如白炽灯的替代物的半导体发光体。led生成的光和磷光体生成的光的组合可用于产生白光。最流行的白色led基于发射蓝光的gainn芯片。发射蓝光的led涂覆有磷光体或磷光体共混物，其包括发射红光、发射绿光和发射蓝光的磷光体，所述磷光体将一些蓝色辐射转换成互补色，例如黄绿色发射光。来自磷光体和led芯片的组合光提供具有色点的白光，所述色点具有相应颜色坐标(ccx和ccy)和相关色温(cct)，并且组合光的光谱分布提供通过显色指数(cri)测量的显色能力。

目前通过所谓的“白色led”实现“白光”的生成，所述“白色led”通过采用蓝色led与具有式y3al5o12：ce³⁺的称为“yag”的发射黄绿光的铈掺杂的钇铝石榴石(yttriumaluminumgarnet)结合而构成。yag已在历史上用于这些照明系统中，因为其在蓝光激发下的高量子效率以及在黄色光谱区域中具有峰值的宽发射光谱。基于yag的照明系统的一个缺点是其相对较差的显色性能和高色温。例如，当在这种当前使用的白色led下照明物体时，物体颜色看起来与由自然光产生的颜色稍微不同。

用于led的磷光体组合物期望有效地吸收蓝色辐射，以高量子效率发射，并且在升高的温度下在光输出方面是稳定的。尽管在过去几年中已提出了许多磷光体，但适合于led的磷光体的范围是有限的。因此，需要在白光发射固态照明系统中产生改善的显色性的磷光体。

技术实现要素：

在一个实施例中，本发明提供了磷光体组合物，其中所述磷光体组合物包含至少10原子％的溴；硅、锗或其组合；氧；金属m，其中m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合；以及包含铕(europium)的活化剂。

在另一个实施例中，本发明提供了磷光体组合物，其中所述磷光体组合物包含：具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相、具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相、具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相、或这些相中的两个或更多个的组合；其中m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合；其中z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；其中x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且其中a是包含铕(eu)的活化剂，并且n是0至2的数目。

在另外一个实施例中，本发明提供了照明设备，其中所述照明设备包括光源；以及辐射联接至所述光源的磷光体材料，其中所述磷光体材料包含至少10原子％的溴；硅、锗或其组合；氧；金属m，其中m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合；以及包含铕的活化剂。

在另外一个实施例中，本发明提供了照明设备，其中所述照明设备包括光源；以及辐射联接至所述光源的磷光体材料。在该实施例中，磷光体材料包含具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相、具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相、具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相、或这些相中的两个或更多个的组合，其中m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合；其中z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；其中x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且其中a是包含铕(eu)的活化剂，并且n是0至2的数目。

附图说明

当参考附图阅读下述详细描述时，本发明的这些及其他特征、方面和优点将得到更好地理解，其中在附图自始至终相同的符号表示相同的部件，其中：

图1为示意性示出根据本发明一个实施例的照明设备的横截面图。

图2为示意性示出根据本发明的另一个实施例的照明装置的横截面图。

图3示出了根据本发明一说明性实施例的磷光体组合物的激发和发射光谱。

图4示出了根据本发明的另一个说明性实施例的磷光体组合物的激发和发射光谱。

图5示出了根据本发明的另一个说明性实施例的磷光体组合物的激发和发射光谱。

具体实施方式

如说明书和权利要求书全部所使用的，近似术语可应用于修饰可允许改变而不导致与其相关的基本功能的改变的任何定量表示。相应地，由术语例如“约”修饰的值并不限于所指定的精确值。在一些情况下，近似术语可对应于用于测量该值的仪器的精确度。

除非上下文另有明确说明，否则在下述说明书和所附的权利要求书中，单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指示物。

如本说明书所使用的，术语“可”和“可以是”指示在一组情况下发生的可能性；拥有指定的性质、特征或功能；和/或通过表达与所限定动词相关的能力、容量或可能性中的一种或多种来限定另一个动词。相应地，“可”和“可以是”的使用指示修饰的术语显然适当、能够或适合于指示的能力、功能或使用，同时考虑到在一些情况下修饰的术语有时可能不是适当、能够或适合的。例如，在一些情况下，事件或能力可被预期，而在其他情况下事件或能力不会发生-这种区别由术语“可”和“可以是”来捕获。

如本说明书所使用的，术语“磷光体”或“磷光体材料”或“磷光体组合物”可用于表示单一磷光体组合物以及两种或更多种磷光体组合物的共混物。如本说明书所使用的，术语“灯”或“照明设备”或“照明系统”指任何可见光和/或紫外光源，其包括在通电时产生光发射的至少一个发光元件，例如磷光体材料或发光二极管。

术语“取代”和“掺杂”指在材料中添加一定量的元素。通常，材料中的元素在这种添加时被另一种元素部分或完全替换。应当注意本说明书描述的磷光体可写成例如m5si2o7br4：a。如本领域技术人员所理解的，这种类型的符号意指磷光体包括组成m5si2o7br4，其中一种或多种元素a已掺杂到组合物内。包括在“a”中的元素在本说明书中称为“掺杂剂”和/或“活化剂”。

术语“标称式”(nominalformula)指用于表示标称组成的经验式。组合物的标称式可写成表示特定化学计量的化学式，但本领域技术人员应了解，通过用一个或多个原子取代与明确指示的化学计量的偏差由标称式及其相关的标称组成表示。

本说明书描述了提供不同颜色的光发射的磷光体组合物和共混物。另外，本发明还描述了磷光体组合物和共混物在led和其他光源中的用途。磷光体组合物适用于产生可用于将led装置的蓝色辐射转换成绿色或橙红色辐射的颜色可调谐的发射光谱。所生成的可见光的颜色取决于磷光体材料的特定组分。磷光体材料可仅包括单一磷光体组合物，或者两种或更多种基本颜色的磷光体的共混物，例如具有黄色和红色磷光体中的一种或多种的特定混合物，以发射所需颜色(色调)的光。本说明书描述了磷光体组合物，及其结合用于将led生成的紫外(uv)、紫色或蓝色辐射转换成用于一般照明或其他目的的所需颜色的光的技术和设备。

本发明的一个实施例是磷光体组合物，其中所述磷光体组合物包含至少10原子百分比(％)的溴；硅、锗或其组合；氧；金属元素m和活化剂。在这些实施例中，m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合。在这些实施例中，磷光体组合物包含铕作为活化剂。

如前所述，磷光体组合物包含至少10原子％的溴(br)。在一些实施例中，磷光体组合物还包含另外的卤素组分。在这些实施例中，另外的卤素组分包含氯、氟、碘或其组合。在一些实施例中，溴与另外的卤素组分的比率大于约1∶1。例如，磷光体组合物的一个说明性实施例包含15原子百分比的br和至少5原子百分比的cl、f或i。在一些实施例中，组合物包含至少18原子百分比的br和至少2原子百分比的另外的卤素，例如cl、f和i。

此外，磷光体组合物掺杂有活化剂离子。如本说明书所使用的，术语“活化剂离子”指当掺杂在磷光体中时形成发光中心的离子(例如eu²⁺)。本说明书所述的磷光体组合物包括包含铕(eu)的活化剂。在一些实施例中，磷光体组合物用二价铕(eu²⁺)活化。在一个或多个实施例中，磷光体组合物还包含锰、锡、铬、铋、铅、锑、镧系元素或其组合作为活化剂。在一些实施例中，可在m位点上引入mn²⁺离子，以经由从eu²⁺到mn²⁺的能量转移来增加发射颜色的色域。可在m位点上引入其他活化剂以产生更适合于从基于汞的荧光灯获得的254nm激发的磷光体。组合物可包含可在m位点上取代的活化剂离子mn²⁺、mn⁴⁺、ce³⁺、sn²⁺、bi³⁺、sb³⁺、cr³⁺、pb²⁺或其组合。

在一些实施例中，组合物包含具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且n是0至2的数目；并且a是包含铕的活化剂。在一个实施例中，组合物包含具有标称式m5z2o7br4：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；并且活化剂a是铕。所述组合物还可包含锰、锡、铬、铋、铅、锑、镧系元素或其组合。

在一些实施例中，组合物包含具有标称式m5si2o7(br4-nxn)：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；x包括选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且n为0至2的数目；并且a是包含铕的活化剂。在某些实施例中，该组合物还包含可在m位点上取代的一种或多种另外的活化剂离子mn²⁺、mn⁴⁺、ce³⁺、sn²⁺、bi³⁺、sb³⁺、cr³⁺、pb²⁺或其组合。在一些实施例中，作为四价离子si⁴⁺驻留在晶格中的主晶格的硅部分替换为ge⁴⁺或具有4⁺价的任何其他阳离子。在其中n为零(0)的一个具体实施例中，所述磷光体组合物包含具有标称式m5si2o7br4：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；并且活化剂a包括铕。在另一个实施例中，当n不为零(0)，例如n为一(1)时，磷光体组合物包含具有标称式m5si2o7br3x：a的相。在该实施例中，磷光体组合物包含至少一种另外的卤素，例如f、cl或i。在另外一个例子中，当n为二(2)时，磷光体组合物包含具有标称式m5si2o7br2x2：a的相，并且在该实施例中，磷光体组合物包含选自f、cl或i的另外的卤素。

通式m5si2o7(br4-nxn)：a例如m5si2o7br4：eu⁺²的磷光体组合物可产生可用于将led装置的蓝色辐射向下转换(down-converting)为例如绿色或橙红色辐射的颜色可调谐的发射光谱。m、x、a和n如上所述如上所述。m5si2o7(br4-nxn)中的eu²⁺发射波长可从绿色发射调谐为红色发射。例如，由于晶体场中的变化，可通过用ba²⁺取代sr²⁺将发射颜色从绿色调谐为红色。在具体组合物中，eu²⁺发射是这样的，使得其可替换在蓝色led装置中一般应用的标准yag磷光体。

有利地，具有标称式m5si2o7(br4-nxn)：a的磷光体组合物产生在约480纳米至约650纳米的相对窄的波长范围内的发射光谱。与常规石榴石磷光体(例如，钇铝石榴石-y3al5o12：ce³⁺)相比较，发射光谱在黄色区域中被抑制并且朝向蓝色区域偏移。根据一个实施例，磷光体组合物的峰值发射存在于约520纳米至约620纳米的波长范围内。在特定实施例中，峰值发射存在于从约530纳米到约580纳米的波长范围内。

在一些实施例中，通过调节金属m阳离子的原子量和卤素的原子量的比率，可将式m5si2o7br4：a的磷光体的发射波长从515nm调谐为640nm。例如，对于磷光体组合物sr5si2o7br4：eu²⁺，取决于取代sr²⁺的ca²⁺或ba²⁺的量，可调谐磷光体的发射颜色，这是由于活化剂离子改变晶体场。晶体场可通过阳离子取代和阴离子取代两者改变。在一些实施例中，磷光体组合物具有在约515纳米至约640纳米的波长范围内的峰值发射。在一个具体实施例中，磷光体组合物具有在约530纳米至约570纳米的波长范围内的峰值发射。

在一个实施例中，磷光体组合物sr5si2o7br4：eu²⁺具有在约515纳米至约640纳米的波长范围内的峰值发射。组合物sr5si2o7br4：eu²⁺的激发-发射光谱在图3中示出。包含标称式sr5si2o7br4：eu²⁺的磷光体组合物的发射光谱显示在550nm附近的峰。

如上述实施例中所述的包含式m5si2o7br4：a的磷光体组合物吸收近uv或蓝色区域(约350nm至约470nm的波长范围)内的辐射并发射绿光。该磷光体组合物可用于不同的目的，例如开发在550nm附近发射的绿色光的led。通常，绿色led与蓝色或红色led相比较是无效率的。用二价铕活化的通式为m5si2o7br4：a的磷光体组合物可显示出在550nm附近更有效的绿色发射，其可用于替换常规的绿色led。因此，这些磷光体组合物可用于照明设备中，以生成适合于一般照明和其他目的的光。在一些实施例中，磷光体组合物可用于照明设备中，以生成用于应用例如玩具、交通灯、背光等的绿光。在一些实施例中，磷光体组合物可与其他磷光体组合(在共混物中)用于产生白光。

常规的石榴石磷光体(例如，yag)产生黄绿色发射(峰值发射～580nm)。当这些石榴石与红光发射磷光体在共混物中组合使用以产生白光时，红绿对比度(也可称为红绿分离)不是非常好，因为石榴石在黄色区域中的有效发射。形成鲜明对比的是，相对于常规的石榴石磷光体，本发明的磷光体组合物具有产生更窄和蓝移(blue-shifted)的发射的优点。在一些实施例中，具有在蓝-绿色区域(530nm-540nm)中的发射的磷光体可用于产生具有更好颜色对比的共混物。例如，用二价铕活化的通式m5si2o7br4：a的磷光体组合物可与led照明系统中的合适的红光发射磷光体组合。

在一个说明性实施例中，当包含具有式m5si2o7br4：eu²⁺的相的本说明书绿光发射磷光体组合物与红光发射磷光体在共混物中组合使用时，与通过使用常规石榴石磷光体通常实现的性能相比较，采用这种磷光体共混物的基于led的照明系统/装置产生具有改善的显色性能的白光。与采用常规黄绿色石榴石的白色led相比较，当在这些照明系统下观察物体时，本说明书磷光体组合物(例如，sr5si2o7br4：eu²⁺)的黄色区域中的缺陷导致增加的红绿色对比度(或增强的红绿分离)。在一些实施例中，基于包括常规石榴石的共混物的红绿对比度，采用本说明书磷光体组合物的共混物的红绿对比度中的改善为至少约5％。在一些具体实施例中，红绿对比度中的改善为至少约10％。另外，当用于绿光发射装置例如交通灯和背光中时，本说明书组合物的蓝移绿光发射对颜色共混物提供了额外的优点。

在一些其他实施例中，组合物包含具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且n是0至1的数目；并且a是包含铕的活化剂。在这些实施例中，组合物包含具有标称式m3zo4br2：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；并且活化剂a是铕。所述组合物还可包含锰、锡、铬、铋、铅、锑、镧系元素或其组合。

在一个实施例中，磷光体组合物包含具有标称式m3sio4(br2-nxn)：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且n是0至1的数目；并且a是包含铕的活化剂。在一个实施例中，磷光体组合物包含具有标称式m3sio4br2：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；并且活化剂a包括铕。在一些实施例中，包含标称式m3sio4br2：a的组合物还可包含活化剂离子mn²⁺、mn⁴⁺、ce³⁺、sn²⁺、bi³⁺、sb³⁺、cr³⁺、pb²⁺或其组合。已观察到磷光体组合物m3sio4br2：a的两种不同相，例如分别如图4和5中所示的单斜晶sr3sio4br2：eu²⁺和三斜晶sr9si3o12br6：eu²⁺。

在一个实施例中，组合物包含具有标称式sr3sio4br2：eu²⁺的相。在一些实施例中，主晶格的si⁴⁺可部分或完全替换为ge⁴⁺或具有4⁺价的任何其他阳离子。在一个实施例中，sr3sio4br2：eu²⁺的主晶格的si⁴⁺完全替换为ge⁴⁺，其中，来自主晶格的发射光改变，然而量子效率仍然保持高，如同si⁴⁺一样。

在一些实施例中，包含具有标称式sr3sio4br2：eu²⁺的相的磷光体组合物还可掺杂有一种或多种另外的活化剂离子。例如，sr3sio4br2：eu²⁺的晶格还可包含活化剂离子mn²⁺、mn⁴⁺、ce³⁺、sn²⁺、bi³⁺、sb³⁺、cr³⁺、pb²⁺或其组合。

如图4中所示，式sr3sio4br2：eu²⁺的磷光体是红光发射磷光体，其在uv激发时给出以615nm为中心的宽发射谱带。标称式sr3sio4br2：eu²⁺的红光发射磷光体是化学稳定的，并且提供低色温。红光发射磷光体sr3sio4br2：eu²⁺可单独使用，或者与一种或多种其他磷光体例如黄光发射磷光体混合用于生成白光照明封装(whitelightingpackage)。

红色、绿色和黄色发射无机磷光体通常与高效率的基于gan的近uv或蓝光发射led结合利用，以实现适当地呈现有色物体并提供期望的色温的完整色域。在一些实施例中，红光发射磷光体，例如sr3sio4br2：eu²⁺，与黄光发射和/或绿光发射磷光体组合，以产生“更暖”的白光。对于白光led，来自磷光体材料和led芯片的光的总量提供具有相应颜色坐标(x和y)和相关色温(cct)的，并且其光谱分布提供通过显色指数(cri)测量的显色能力。红光发射磷光体sr3sio4br2：eu²⁺及其与uv和可见光led芯片结合的共混物展示高量子效率，这可产生在任何给定cct下具有高cri的白光led。因此，可定制磷光体共混物以产生几乎任何cct或色点，具有相应的可接受cri。在一些例子中，额外的磷光体包括可改善显色能力，尽管添加其他磷光体可在一定程度上降低系统效率。

在一些其他实施例中，组合物包含具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且n是0至1的数目；并且a是包含铕的活化剂。在一个实施例中，组合物包含具有标称式m9z3o12br6：a的相，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；并且活化剂a是铕。在这些实施例中，组合物还包含锰、锡、铬、铋、铅、锑、镧系元素或其组合。

在一个实施例中，组合物包含式sr9si3o12br6：eu²⁺的磷光体。如图5中所示，式sr9si3o12br6：eu²⁺的磷光体是三斜晶相，并且是在uv激发时给出以550nm为中心的宽发射谱带的绿光发射磷光体。标称式sr9si3o12br6：eu²⁺的绿光发射磷光体是化学稳定的，并且可单独使用或者与一种或多种其他磷光体例如黄光发射和/或红光发射磷光体组合用于生成白光。绿光发射无机磷光体sr9si3o12br6：eu²⁺通常可与高效率的基于gan的近uv或蓝光发射led结合利用并形成色域。在一些实施例中，具有三斜晶相sr9si3o12br6：eu²⁺的绿色发射磷光体与黄光发射和/或绿色发射磷光体组合产生白光。

在一个或多个实施例中，本发明提供了磷光体组合物，其中所述组合物包含具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相、具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相、具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相、或者这些相中的两个或更多个的组合。在一个实施例中，磷光体组合物可包含具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相和具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相。在另一个实施例中，磷光体组合物可包含具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相和具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相。在另外一个实施例中，可存在包含具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相和具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相的磷光体组合物。在这些实施例中，m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合；其中z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；其中x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且其中a是包含铕(eu)的活化剂，并且n是0至2的数目。

本发明提供了制备磷光体组合物的方法，其中所述组合物包含至少10原子％的溴；硅、锗或其组合；氧；金属m和包含铕的活化剂。一种方法包括混合m的氧化物、碳酸盐或溴化物，氧化硅，溴化铵和氧化铕，以形成混合物；并且在还原气氛下在700-800℃之间的温度下烧制所述混合物，其中m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合。在一个或多个实施例中，通过上述方法制备的磷光体是式m5si2o7(br4-nxn)：a的组合物，其中m包含zn、mg、ca、sr、ba、ge或其组合；x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且n是0至2的数目；并且a是包含铕的活化剂。在另外其他实施例中，通过所述方法制备的磷光体包括式m5si2o7br4：a或m3sio4br2：a或m9si3o12br6：a的组合物。

在第一步中，将组成成分化合物的粉末，例如m的氧化物、碳酸盐或溴化物，氧化硅，溴化铵和氧化铕的粉末以适当的量混合。在一个实施例中，金属氧化物的量范围为按重量计约28份至按重量计约70份。在一个实施例中，氧化硅的量范围为按重量计约8份至按重量计约45份。在一个实施例中，溴的量范围为按重量计约20份至按重量计约50份。在一个实施例中，氧化铕的量范围为按重量计约0.5份至按重量计约4份。其他原始材料的比例如上所述原始材料的比例。混合可包括通过本领域已知的任何研磨技术。

在下一步中，在还原气氛(reducingatmosphere)下在高温下烧制在第一步中形成的混合物。烧制可包括在高温下加热几分钟或几小时。在一个实施例中，烧制在低于约800摄氏度的温度下在还原环境中进行。在一些实施例中，烧制温度范围可为约700摄氏度至约800摄氏度。在一个实施例中，材料被熔融且结晶以形成有效的磷光体。

还原环境通常但不一定是含氮气氛。可使用氢和氮的混合物，其含有按体积计90％的氮直至基本上纯的氮。然而，通常，还原环境含有按体积计约90％至约99％的氮。烧制环境还可包括其他惰性气体，例如氩。尽管可利用多种气体的组合，但应当考虑工艺设计，并且如果多种载气的使用不提供优点或提供可忽略不计的优点，则在一些情况下可优先仅利用氢和氮。

在一些实施例中，烧制步骤可包括一个或多个子步骤，其中所述子步骤中的一个或多个可通过例如使用不同的温度或压力和/或不同的环境来进行。子步骤还可包括在烧制之前的子步骤中的一个或多个中研磨混合物。

本发明的一些实施例涉及包含磷光体材料的照明设备。磷光体材料包括如上述实施例中公开的磷光体组合物。在一些实施例中，本发明提供了照明设备，其中所述照明设备包括光源和辐射联接至光源的磷光体材料。在这些实施例中，磷光体材料包含至少10原子％的溴；硅、锗或其组合；氧；包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合的金属m，和包含铕的活化剂。

在一些实施例中，照明设备的磷光体材料包含具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相。在一些其他实施例中，照明设备的磷光体材料包含具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相。在另外其他实施例中，照明设备的磷光体材料包含具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相。在这些实施例中，m包含zn、mg、ca、sr、ba或其组合；z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且n是0至2的数目；并且a是包含铕、锰、锡、铬、铋、铅、锑和镧系元素或其组合的活化剂。

在一些实施例中，照明设备包括辐射联接至光源的磷光体材料，其中所述磷光体材料包含具有标称式m5z2o7(br4-nxn)：a的相、具有标称式m3zo4(br2-nxn)：a的相、具有标称式m9z3o12(br2-nxn)3：a的相、或者这些相中的两个或更多个的组合。m包含锌(zn)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)、钡(ba)或其组合；其中z包含硅(si)、锗(ge)或其组合；其中x是选自氟(f)、氯(cl)、碘(i)或其组合的另外的卤素，并且其中a是包含铕(eu)的活化剂，并且n是0至2的数目。

在一些实施例中，照明设备的磷光体材料还包含第二磷光体组合物。如所描述的，本说明书所述的磷光体组合物具有产生可用于将led装置的蓝色辐射向下转换成绿色或橙红色辐射的颜色可调谐发射光谱的优点，其中还与第二磷光体组合物组合的磷光体组合物可形成有效的共混物，例如白光共混物。例如，当如本说明书描述的绿光发射磷光体组合物与红光发射磷光体在共混物中组合使用时，与通过使用常规石榴石通常实现的那种相比较，基于led的照明系统产生具有改善的显色性能的白光。在一些实施例中，合适的第二磷光体的非限制性例子包括石榴石、氮化物和氮氧化物。

当磷光体材料包括两种或更多种磷光体的共混物时，根据所需光输出的特征的需求，例如色温而变，磷光体共混物中的每个磷光体各自的比率可能变化。磷光体共混物中每种磷光体的相对量可根据光谱权重(spectralweight)来描述。光谱权重是每种磷光体促成装置的整体发射光谱的相对量。所有单个磷光体的光谱权重量和来自led源的任何残余光泄漏(bleed)应该加起来为100％。在一个优选实施例中，共混物中的上述磷光体各自具有范围为约1％至约95％的光谱权重。

磷光体共混物中每种磷光体的相对比例可这样加以调节，使得当它们的发射被共混并且用于照明装置中时，在cie(国际照明委员会(internationalcommissiononillumination))色度图上产生具有预定ccx和ccy值的可见光。如所述的，产生白光的共混物是特别期望的。该白光，可例如具有在约0.25至约0.55范围内的ccx值和在约0.25至约0.55范围内的ccy值。用于制备磷光体共混物的磷光体可通过混合组成成分化合物的粉末来产生。

在一个实施例中，光源可以是半导体辐射源，例如如图1中所示的发光二极管(led)12、或有机发光装置(oled)。术语“辐射联接”意指源和磷光体这样定位，使得磷光体可容易地接收来自源的辐射。在一些实施例中，来自光源的辐射被传输到磷光体材料，并且磷光体发射不同波长的辐射。来自光源的光和从磷光体材料发射的光的组合可用于产生所需颜色发射或白光。例如，白光发射led装置可基于蓝光发射inganled芯片。蓝光发射led芯片可涂覆有磷光体组合物或磷光体共混物，以将一些蓝色辐射转换成互补色，例如绿色发射或白色发射。

照明设备的非限制性例子包括用于通过发光二极管(led)激发的装置例如荧光灯、阴极射线管、等离子体显示装置、液晶显示器(lcd)，uv激发装置例如在彩色灯、用于背光照明的灯、液晶系统、等离子体屏幕、氙激发灯中，以及uv激发标记系统。这些用途意欲为仅是示例性的而不是详尽的。

图1示出了根据本发明的一些实施例的照明设备10。照明设备在本说明书中被称为灯，其中灯10包括发光二极管(led)芯片12和电附接到led芯片的导线(leads)14。导线14给led芯片12提供电流，并因此促使其发射辐射。led芯片12可以是任何半导体蓝色或紫外光源，例如基于具有式inigajalkn的氮化物化合物半导体(其中0≤i；0≤j；0≤k和i+j+k＝1)，具有大于约250nm且小于约550nm的发射波长。更具体地，芯片12可以是具有从约300nm到约500nm的峰值发射波长的近uv或蓝光发射led。这种led是本领域已知的。在照明设备10中，磷光体材料(如下所述)设置在led芯片12的表面上，并且辐射联接至芯片12。磷光体材料可通过本领域已知的任何适当的方法设置在led12上。由led芯片12发射的光与由磷光体材料发射的光混合，以产生所需的发射(由箭头24指示)。

尽管本说明书讨论的本发明的示例性结构的一般讨论针对基于无机led的光源，但应当理解，除非另有说明，否则led芯片可替换为有机光发射结构或其他辐射源，并且对led芯片或半导体的任何提及仅代表任何适当的辐射源。

参考图1，led芯片12可封装在包封led芯片和封装材料20的封套18内。led芯片12可被封装材料20包封。封装材料20可以是低温玻璃，或者热塑性或热固性聚合物，或者如本领域已知的树脂例如硅酮或环氧树脂。在可替代实施例中，灯10可仅包含密封剂，不含外封套18。

灯10的不同结构是本领域已知的。例如，在一些实施例中，磷光体材料可散布在密封剂材料内，而不是直接设置在led芯片12上。在一些其他实施例中，磷光体材料可涂覆在封套的表面上，而不是在led芯片上方形成。此外，在一些实施例中，灯可包括多个led芯片。壳体18和密封剂20就由led芯片12和磷光体材料22产生的光的波长而言是透明的，即基本上是光学透射的。然而，如果led芯片12发射在uv光谱内的光，则密封剂20可仅对来自磷光体材料22的光是透明的。在一些其他实施例中，基于led的照明设备10可包括密封剂20，不含外壳体18。在该应用中，led芯片12可由包装导线16、或由安装到包装导线16的基座(未示出)支撑。就图1而言讨论的这些不同结构可与位于任何两个或所有三个位置或者任何其他合适位置的磷光体材料组合，例如与封套分开或集成到led中。此外，可在结构的不同部分中使用不同的磷光体共混物。

在一些实施例中，照明设备可以是与led组合的荧光灯或紧凑型荧光灯(cfl)。例如，led生成的光和磷光体生成的光的组合可用于产生具有增强的颜色对比度的可见光。在这种情况下，led可安装在荧光灯例如cfl灯的基座(base)中，以对由涂覆在灯10的玻璃封套上的磷光体组合物生成的光添加或补充在可见光谱的选择波长区域(例如蓝色区域的一部分)中的光。

在上述结构的任何中，基于led的照明设备10还可包括散射或漫射所发射的光的多个颗粒(未示出)。这些散射颗粒一般嵌入在密封剂20中。散射颗粒可包括例如由al2o3(氧化铝)或tio2(二氧化钛)制成的颗粒。散射颗粒可有效地散射由led芯片12发射的光，优选具有可忽略不计的吸收量。

如前面所述的，磷光体材料还可包括另外的磷光体组合物以形成磷光体共混物，以其由照明设备产生白光。在一些实施例中，磷光体共混物可适用于白光发射led照明系统中。在一个实施例中，磷光体共混物包括如上所述的磷光体组合物(例如，通式m5si2o7br4：a的磷光体)，以及具有在约590纳米至约680纳米的波长范围内的峰值发射光的另外的磷光体组合物。

另外的磷光体可以是其为线发射体并生成红光的复合卤化物。合适的例子包括掺杂有mn⁴⁺的复合卤化物，例如(na、k、rb、cs、nh4)2[(ti、ge、sn、si、zr、hf)x6]：mn⁴⁺等等。在某些情况下，磷光体共混物可包含红色led。其他非限制性例子是用二价铕(eu²⁺)活化的发射红光的氮化物/氮氧化物材料。

上文列出的磷光体并不预期作为限制性。与本发明的磷光体组合物形成非反应性共混物的任何其他商业和非商业的磷光体可在共混物中使用，并且视为在本发明技术的范围内。此外，可使用一些另外的磷光体，例如基本上不同于本说明书所述磷光体的那些的波长，且发射光遍及整个可见光谱区域的磷光体。这些另外的磷光体可在共混物使用以定制所得到的光的白色，并且产生具有改善的光质量的光源。

当磷光体材料包括两种或更多种磷光体的共混物时，根据所需光输出的特性，例如色温，磷光体共混物中的每个磷光体各自的比率可能不同。磷光体共混物中每种磷光体的相对量可根据光谱权重来描述。光谱权重是每种磷光体促成装置的整体发射光谱的相对量。所有单个磷光体的光谱权重量和来自led源的任何残余光泄漏(residualbleed)应该加起来为100％。

用于制备磷光体共混物的磷光体可通过混合组成成分化合物的粉末或通过本领域已知的任何技术来制备。如本领域技术人员已知的，磷光体共混物中每种磷光体的相对比例可这样加以调节，使得当它们的发射被共混并且用于照明装置或设备中时，在cie(国际照明委员会)色度图上产生具有预定ccx和ccy值的可见光。

通过对于每种磷光体分配适当的光谱权重，可创建光谱共混物以覆盖白色灯的颜色空间的相关部分。对于不同的所需cct和cri，可测定包括在共混物中的每种磷光体的适当量。如所描述的，对于共混物可实现所需cct和cri，因为来自磷光体材料和led芯片的光的总量提供具有相应颜色坐标(x和y)和cct的色点，并且可通过cri测量其光谱分布。因此，可定制磷光体共混物以产生几乎任何cct或色点，具有相应的可接受cri。

cri通常被定义为8个标准颜色样品(r1-8)的平均值，一般称为一般显色指数并且缩写为ra，尽管在国际上指定了14个标准颜色样品，并且可计算更宽的cri(r1-14)作为其平均值。特别地，测量强红色(strongred)的显色性的r9值对于尤其是医学性质的一系列应用是非常重要的。

本说明书所列出的通式各自独立于所列出的每一个其他通式。具体地，可用作式中的数字占位符的a、x、n和其他变量与可在其他式或组合物中找到的a、x、n和其他变量的任何使用无关。

实例

下述实例仅作为说明性，并且不应被解释为对请求保护的本发明的范围的任何种类的限制。

下述系列实例呈现了根据本发明的一些实施例的参考磷光体的合成。还呈现了使用这些合成方法制备的磷光体的特性研究的比较分析。

实例1：磷光体材料的合成

材料：高纯度碳酸锶(srco3)、氧化硅(sio2)和氧化铕(eu2o3)(99.9％)以及高纯度溴化铵(nh4br)(98+％)无需进一步纯化而使用。将所有原始材料通过325网目进行筛分。

制备5克批次的磷光体的原材料、反应物的重量(以克表示)和烧制温度在下表1中列出。在每种情况下，在0.5％h2-99.5％n2气氛的条件下，1％eu²⁺被掺杂在sr²⁺位点上。sio2的重量相对于吸收至粉末的水量调节。为了形成sr3sio4br2和sr9si3o12br6的化合物，使用相同量的原材料，最终烧制温度基于其从单斜晶到三斜晶形的转变而不同。对于sr9si3o12br6，在第二次烧制之前添加50％过量重量的nh4br。

表1：用于合成磷光体材料的反应物和条件

将用于合成磷光体组合物的原材料(srco3、sio2和eu2o3)加入到塑料瓶内，随后在过量nh4br的存在下与ysg介质共混并球磨1小时。随后，将共混的粉末置于氧化铝坩埚中，并在0.5％h2-99.5％n2气氛下，在如表1中所示的“第一次烧制”温度下烧制1小时。在烧制后，将粉末通过60网目筛过滤并再共混1小时，并且随后在0.5％h2-99.5％n2气氛下，在“第二次烧制”温度(表1)下使该粉末进行再烧制。收集产物磷光体并通过x射线衍射表征。

为了合成sr3sio4br2、sr9si3o12br6和sr5si2o7br4相，可改变原材料(srco3或srbr2)、保持时间(5小时至10小时)、气氛(0.5％h2或1％h2)或温度，以合成相同的磷光体终末产物。

实例2：磷光体材料的特性(characterization)

将产物磷光体通过325网目进行筛分，并且随后通过x射线衍射进行表征。在bragg-brentano几何中使用具有cu-kα辐射的panalytical衍射仪获得粉末x射线衍射图案。根据bragg-brentano方法，使用铜(cu)作为阳极的kα线执行x射线衍射研究。初始样品显示明亮的发射，并且x射线衍射(xrd)研究测定三个不同的相。所测定的相是本领域未知的，并且未执行rietveld分析，因为未发现合成的化合物与数据库中存在的其他化合物的结构相似性。

在广泛开展索引光谱(indexthespectra)后，通过xrd检测到的三个新相仍未被鉴定。随后将关于每个相的纯化粉末材料熔融并固化，以形成分别的单晶以分解结构。在获得纯粉末的相后，将粉末在用作熔剂的过量srbr2中熔融。随后将熔融的粉末在炉中以5℃/小时的速率缓慢冷却。用乙醇洗涤过量的熔剂材料并收集晶体。通过缓慢冷却，获得足够大以执行单晶xrd的单晶，并且分别的相被测定为sr3sio4br2、sr9si3o12br6和sr5si2o7br4。

如图3中所示，激发-发射光谱包含具有标称式sr5si2o7br4：eu²⁺的相的组合物，其中磷光体组合物(sr5si2o7br4：eu²⁺)在550nm附近发射光(如图3中所示)。可以看出，该组合物具有更窄的发射谱，即认为相对于商购可得的标准led磷光体，该组合物可提供更高的功效和所需颜色。

在上述实验中确定的另一种化合物是具有标称式sr3sio4br2：eu²⁺的单斜晶相，其中该晶体具有在晶体结构中的三个不等晶轴伴随一个倾斜交叉。如图4中所示，对于标称式sr3sio4br2：eu²⁺的磷光体组合物，获得在600nm附近的发射光谱。sr3sio4br2：eu²⁺化合物显示了性红色发射光特征。图4说明了该磷光体相在450nm的峰值激发时显示具有在590nm处的峰值的宽光谱。

在上述实验中确定的另一种组合物包括具有标称式sr9si3o12br6：eu²⁺的三斜晶体结构，其中该晶体具有以倾斜角相交的三个不等晶轴。如图5中所示，对于具有标称式sr9si3o12br6：eu²⁺的磷光体组合物，获得在550nm附近的发射光谱。图5说明了该磷光体相在350nm的峰值激发时发射具有在545nm处的峰值的宽光谱。

虽然本说明书仅示出且描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和变形。因此，应理解所附权利要求预期覆盖如落入本发明的真正精神内的所有这些的修改和变形。