專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管用波長(zhǎng)變換白光發(fā)光材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用在藍(lán)光發(fā)光二極管上，通過(guò)波長(zhǎng)變換組合能發(fā)出白光的發(fā)光材料，屬于發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域。
目前由于半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，能夠發(fā)藍(lán)光的發(fā)光二極管(LED)器件及半導(dǎo)體激光器已商品化，并且產(chǎn)品的成本、價(jià)格在不斷下降。目前白色LED器件多是由發(fā)紅、藍(lán)、綠光的三色二極管組成，用于顯視器件輔助光源、照明光源，其成本較高發(fā)光效率低。
中國(guó)專(zhuān)利97191656.X，CN1207206A報(bào)道了一類(lèi)波長(zhǎng)變換澆注材料，它的應(yīng)用及制造方法。該發(fā)明基于一種摻有發(fā)光材料的透明環(huán)氧樹(shù)脂的波長(zhǎng)變換澆注材料，它用于具有一個(gè)發(fā)紫外光、藍(lán)光或綠光的發(fā)光體的電致發(fā)光器件。在透明的環(huán)氧樹(shù)脂中散布著一種具有出自通式為A3B5X12∶M的磷族中發(fā)光色料的無(wú)機(jī)發(fā)光色料粉末，YAG∶Ce(Y3Al5O12∶Ce3+)它能以特別簡(jiǎn)單的方式與在傳統(tǒng)的LED技術(shù)中應(yīng)用的透明環(huán)氧澆注樹(shù)脂相混合，此外可考慮作為發(fā)光材料的是另外用稀土元素?fù)诫s石榴石，如Y3Ga5O12∶Ce3+，Y(Al，Ga)5O12∶Ce3+及Y(Al，Ga)5O12Tb3+。此外，用稀土元素?fù)诫s的硫鎵酸鹽(Thiogallate)，如CaGa2S4∶Ce3+及SrGa2S4∶Ce3+特別適用于產(chǎn)生混合色光。對(duì)此同樣可以考慮使用用稀土元素?fù)诫s的鋁酸鹽，如YalO3∶Ce3+，YGaO3∶Ce3+，Y(Al，Ga)O3∶Ce3+及用稀土元素?fù)诫s的原硅酸鹽M2SiO5∶Ce3+(MSc、Y、Sc)如Y2SiO5∶Ce3+，對(duì)于鐿的化合物原則上可用鈧或鑭來(lái)代替鐿。該發(fā)光色料具有≤20μm的粒度及平均顆料直徑d50≤5μm。這個(gè)專(zhuān)利公開(kāi)的背景技術(shù)部分還引述了日本特許JP-07176794-A中描述的一種白光的平面光源，其中透明板的前側(cè)設(shè)置了兩個(gè)發(fā)藍(lán)光的二極管，其光線穿過(guò)透明板發(fā)出，透明板在其兩個(gè)彼此對(duì)置的主平面之一上涂有熒光物質(zhì)，當(dāng)它受二極管的藍(lán)光激發(fā)時(shí)發(fā)出光束，由熒光物質(zhì)發(fā)出的光具有不同于二極管發(fā)出的藍(lán)光的波長(zhǎng)。在該公知的元件中特別困難的是，用一種方式及方法來(lái)施加熒光物質(zhì)，以使得該光源能發(fā)出均勻的白色。此外，大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)能力有問(wèn)題，因?yàn)闊晒鈱拥暮苄雍癫▌?dòng)、例如是由于透明板表面不平整度引起的，將導(dǎo)致發(fā)出光的白色調(diào)的變化。
對(duì)于EL器件及LED器件的波長(zhǎng)變換技術(shù)而言，除去澆注，涂布等器件制造工藝不說(shuō)，上述發(fā)明所揭示的波長(zhǎng)變換材料，或說(shuō)可產(chǎn)生波長(zhǎng)變換材料(物質(zhì))應(yīng)該是最具實(shí)質(zhì)意義的部分。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有釔鋁石榴石主體結(jié)構(gòu)的，通過(guò)摻雜稀土元素激活的波長(zhǎng)變換白光發(fā)光材料，可使藍(lán)光LED轉(zhuǎn)換發(fā)出顯色性良好的白光發(fā)射。
本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料主要特征在于它由兩部分組成，第一部分是一種具有釔鋁石榴石結(jié)構(gòu)，基于通式Y(jié)3-XMa·Al5-aO12∶Rex-b·nb的發(fā)光材料，其中M可取部分Al，n可取代部分的Re并且0.1≥X≥0，0.5≥a≥0.05，0.05≥b≥0，Re為激活劑，它可以是Ce，Dy，Tb，Sm，Pr，Er，Tm，Eu，Lu，Ho，Nd，Pm，Gd，Yb等；取代部分Re的n為共激活劑，它可以是Mn，Sn，Pb，Bi，In，Ti，Se，Cd等；Y可以被Gd、Lu等稀土元素部分取代；M可以是Ga，Ge，W，V，Si，B，P可部分置換Al的元素；也可加入電荷補(bǔ)償劑，即堿金屬或堿土金屬氟化物或氯化物。
本發(fā)明的發(fā)光材料，上述第一部分YAG結(jié)構(gòu)材料，最好是以Ce3+為激活劑，Mn2+為共激活劑，Ga部分取代Al，Gd部分取代Y的Y3(GaAl)5O12∶Ce3+，M2+，(YGd)3Al5O12∶Ce3+，Mn2+或(YGd)3(GaAl)5O12∶Ce3+，Mn2+。
本發(fā)明所述第二部分發(fā)光材料，最好是SrS∶Eu2+，CaS∶Eu2+。
第二部分是發(fā)紅光的砷酸鹽，鍺酸鹽，鋇酸鹽，礬酸鹽及硫化鍶，硫化鈣等發(fā)光材料，第二部分以5％-50％的重量百分比加入第一部發(fā)光材料中組成白光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
本發(fā)明合成白光的發(fā)光材料，在使用時(shí)該材料可與礬酸鹽，礬磷酸鹽，鍺酸鹽，砷酸鹽，鉭酸鹽及硫化鍶，鈣等發(fā)光材料中的一種混合后能使LED發(fā)出的藍(lán)光轉(zhuǎn)換并組合成顯色性良好的白光。
本發(fā)明的白光發(fā)光材料的合成是將稱(chēng)取物料經(jīng)研磨混均后，裝入Al2O3坩堝在氫氮或碳?xì)夥罩?250℃-1500℃灼燒1-3小時(shí)，取出后冷卻，粉碎過(guò)篩。即得到外觀顯淺黃色的晶體粉末，在3650紫外線激發(fā)下發(fā)出黃色光。


圖1示出了Y3Al5O12∶Ce的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜從圖中可見(jiàn)該發(fā)光材料在400-500nm光激發(fā)下可產(chǎn)生400-700nm的可見(jiàn)光并與LED發(fā)出的藍(lán)光組成白光。
將該發(fā)光材料與硫化鍶，硫化鈣組合并涂于藍(lán)色LED芯片上，在LED工作時(shí)，該類(lèi)發(fā)光材料使LED發(fā)出的藍(lán)光轉(zhuǎn)換并組合成白光。
使用該發(fā)光材料組合得到的白色LED器件是一種新型節(jié)能無(wú)汞毒害的綠色照明光源，并且成本低，工藝簡(jiǎn)單，發(fā)光效率高，可工業(yè)化生產(chǎn)，可大量用于照明光源與輔助光源。
本發(fā)明實(shí)例如下實(shí)例1、Y3-XMa·Al5-aO12∶Cex-b的制備按下列計(jì)量稱(chēng)取試劑物料
Y2O3(4N) 333.06克Al2O3(光譜純)127.45克CeO2(4N) 5.19克MnCO3(分析純) 1.15克NaF(分析純)0.42克將上述稱(chēng)取物料經(jīng)研磨混均后，裝入Al2O3坩埸在氫氮或碳?xì)夥罩?250℃-1500℃灼燒1-3小時(shí)，取出后冷卻，粉碎過(guò)篩，即得到外觀呈淺黃色的晶體粉末，在3650A紫外線激發(fā)下發(fā)出黃色光。
實(shí)例2Y2O3(4N) 319.6克Gd2O318.13克Al2O3(光譜純)127.45克CeO2(4N) 6.93克MnCO3(分析純) 1.15克NaF(分析純)0.84克燒制步驟條件同實(shí)例1實(shí)例3Y2O3(4N) 325.84克Al2O3(光譜純)127.45克CeO2(4N) 8.66克MnCO3(分析純) 2.30克NaF(分析純)0.84克燒制步驟條件同實(shí)例1實(shí)例4
Y2O3(4N) 333.06Al2O3(光譜純)122.35克Ga2O3(4N)9.37克CeO2(4N) 5.19克MnCO3(分析純 1.15克NaF(分析純)0.42克燒制步驟與條件同實(shí)例1實(shí)例5、Y2O3(4N) 330.8克Al2O3(光譜純)117.25克Ga2O3(4N)18.74克CeO2(4N) 6.9克3MnCO3(分析純) 1.15克NaF(分析純)0.84克燒制步驟條件同實(shí)例1實(shí)例6Y2O3(4N) 327.41克Gd2O318.13克Ga2O39.37克Al2O3(光譜純)122.35克CeO2(4N) 8.66克MnCO3(分析純) 2.30克NaF(分析純)0.84克燒制步驟條件同實(shí)例1
實(shí)例7取實(shí)施例1得到的Y3-XMa·Al5-aO12∶Rex-6·nb的發(fā)光材料80g加入重量為20g的6MgO·As2O5∶Mn(0.2)紅色發(fā)光材料并與環(huán)氧樹(shù)脂混合后按照一定工藝涂在發(fā)藍(lán)光二極管的芯片上，發(fā)光材料吸收了二極管的部分藍(lán)光后轉(zhuǎn)換成橙色光與二極管的部分藍(lán)光組合成顯色性良好的白光。
實(shí)例8取實(shí)施例2得到的Y3-XMa·Al5-aO12∶Rex-6·nb的發(fā)光材料75g加入重量為25g的4MgO，1.0GeO2，0.01Mn紅色發(fā)光材料涂制成白色發(fā)光二極管的工藝同例7相同。
實(shí)例9取實(shí)施例3得到的Y3-XMa·Al5-aO12∶Rex-6·nb的發(fā)光材料70g加入重量為30g的Mg6.9Ta2O5/Mn0.03紅色發(fā)光材料涂制成白色發(fā)光二極管的工藝同例7相同。
實(shí)例10取實(shí)施例1得到的Y3-XMa·Al5-aO12∶Rex-6·nb的發(fā)光材料70g加入重量為30g的SrS∶Eu2+紅色發(fā)光材料涂制成白色發(fā)光二極管的工藝同例7相同。
實(shí)例11取實(shí)施例6得到的Y3-XMa·Al5-aO12∶Rex-6·nb的發(fā)光材料65g加入重量為35g的CaS∶Eu2+紅色發(fā)光材料涂制成白色發(fā)光二極管的工藝同例7相同。
實(shí)例12取實(shí)例2得到的發(fā)光材料80克，加入重量為20克的SrS∶Eu2+紅光發(fā)射材料，涂制工藝同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管用波長(zhǎng)變換白光發(fā)射材料，特征在于它由兩部分組成，第一部分是一種具有釔鋁石榴石結(jié)構(gòu)，基于通式Y(jié)3-XMa·Al5-aO12∶Rex-b·nb的發(fā)光材料，其中M可取代部分Al，n可取代部分的Re并且0.1≥X≥0，0.5≥a≥0.05，0.05≥b≥0，Re為激活劑，它可以是Ce，Dy，Tb，Sm，Pr，Er，Tm，Eu，Lu，Ho，Nd，Pm，Gd，Yb等；取代部分Re的n為共激活劑，它可以是Mn，Sn，Pb，Bi，In，Ti，Se，Cd等；Y可以被Gd，Lu等稀土元素部分取代，M可以是Ga，Gd，Ge，W，V，Si，B，P等可部分置換Al的元素；也可加入電荷補(bǔ)償劑，即堿金屬或堿土金屬氟化物或氯化物。第二部分是發(fā)紅光的砷酸鹽，鍺酸鹽，鋇酸鹽，礬酸鹽及硫化鍶，硫化鈣等發(fā)光材料，第二部分以5％-50％的重量百分比加入第一部發(fā)光材料中組成白光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的白光發(fā)射材料，其特征在于具有釔鋁石榴石結(jié)構(gòu)的第一部分發(fā)光材料，最好是以Ce為激活劑，Mn為共激活劑，Ga部分取代Al，Gd部分取代Y的，Y3(GaAl)5O12∶Ce3+，Mn2+，(YGd)Al5O12∶Ce3+，Mn2+以及(YGd)3(GaAl)5O12∶Ce3+，M2+。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的白光發(fā)射材料，其特征是所述的第二部分發(fā)光材料最好是SrS∶Eu2+或CaS∶Eu2+。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的白光發(fā)射材料，其特征是它們可與環(huán)氧樹(shù)脂混合，按一定的工藝涂在發(fā)藍(lán)光的二極管芯上，組成白光發(fā)射材料。
全文摘要
一種發(fā)光二極管用波長(zhǎng)變換白光發(fā)射材料,屬于發(fā)光與顯示技術(shù)領(lǐng)域,它由兩部分發(fā)光材料混合而成,第一部分是以通式Y(jié)
文檔編號(hào)C09K11/80GK1331272SQ00104438
公開(kāi)日2002年1月16日 申請(qǐng)日期2000年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月26日
發(fā)明者趙成久, 鄭巖, 蔣大鵬, 申德振, 尹長(zhǎng)安 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所