專利名稱：一種固體光源的熒光無機物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種發(fā)光固體光源的熒光無機物，特別是關于一種可發(fā)射白光的發(fā)光材料，其是利用一藍光固體光源、及一受激發(fā)可產生黃光熒光的熒光體以產生白光。
背景技術：
近年來，固體光源的制造技術持續(xù)地改良，發(fā)光效率大幅提升，且由于固體光源可發(fā)射接近單色的光波，并具有可靠性高、使用壽命長、工作范圍寬廣等優(yōu)點，因此，在許多照明設備應從中，固體光源已有逐漸取代傳統(tǒng)真空燈泡的趨勢。
公知技術中，使用固體光源來產生白光的常見方法主要有二種。其中之一，為混合紅光、綠光、藍光三種顏色固體光源所產生的光，以產生白光，即所謂的RGB法。此種方式中，由于固體光源結晶的某種既定空間分布的緣故，使得混合的色彩不均勻。此外，其又具有發(fā)光強度不完全利用的缺點。另一種方法，是利用可發(fā)射藍光的固體光源，并在其上方涂布一層可受藍光所激化而發(fā)出黃色熒光的熒光體。藍光光源與黃色熒光的混合，可有效率地獲得色溫8000°K的白光。美國專利第5,998,925號“具有一氮化物化合物半導體及含有石榴石熒光材料的熒光體的發(fā)光組件”即揭示一種利用后者方法的技術。在此一專利中，一固體光源芯片安裝于一殼體的凹槽或凹杯中，并將凹槽或凹杯填滿含有熒光體的樹脂涂層，其中，固體光源芯片包含IniGajAlkN(i+j+k＝1)氮化物化合物，而熒光體則包含(a)選自Y、Lu、Se、La、Gd及Sm的至少其中一者，與(b)選自Al、Ga及In的至少其中一者，并以Ce活化。更具體言之，熒光體包含化學通式為(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12的成分，其中1≤p≤0.8，0.003≤q≤0.2，0.0003≤r≤0.08，0≤s≤1，以獲得較佳的光波波長及發(fā)光效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種固體光源的熒光無機物，其可將藍光轉換成白光，并具有獨特的組成成分。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種熒光無機物的合成方法，其所合成的熒光材料粉末可使用于一白光固體光源中。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種發(fā)光組件，其可利用一藍光固體光源及特殊成分的熒光無機物而產生白光，并具有獨特的封裝結構。
根據(jù)本發(fā)明的一種態(tài)樣，一種熒光材料的化學式為(Yl-x-y-z-q，Gdx，Dyy，Ybz，Erq，Cep)α(All-n-m-k，Gan，Sck，Inl)βO12，其中，α介于2.8-3.2的范圍，β介于4.98-5.02的范圍，而x＝0.05-0.65，y＝0.0001-0.05，z＝0.0001-0.05，q＝0.0001-0.05，p＝0.01-0.1，k＝0.001-0.6，n＝0.001-0.45，1＝0.001-0.1。熒光材料可配合一氮化嫁銦異質接面藍光發(fā)光固體光源可形成一白光固體光源，二者所發(fā)出的光是于535nm至590nm的波長范圍混合形成一合成光，當其色度指數(shù)為65至90的范圍時，可形成色溫為16000k至3000k的均勻白光。
根據(jù)本發(fā)明的另一種態(tài)樣，上述熒光材料的合成方法的步驟包含(a)將釓、釔、鈰、鏑、鉺、鐿、鋁和鎵的氧化物與硝酸鹽氫化物預熱至80-90℃；(b)與濃氨水相互作用，生成由氫氧化物構成的中間復合物；(c)進行清洗，以去除N03-1離子；(d)在弱還原氣體環(huán)境中進行三階段熱處理，其中，第一階段熱處理是在500K溫度下進行1-3小時，第二階段熱處理是在900-1100K溫度下進行1-3小時，及第三階段熱處理是在1400-1700K溫度下進行3小時；及(e)冷卻至400K，并將生成的產物磨碎以獲得所需的分散成分顆粒。
根據(jù)本發(fā)明的又一種態(tài)樣，發(fā)光組件包含一發(fā)光構件基座、一或多個安裝于基座上的發(fā)光構件、一透鏡、及一熒光材料。發(fā)光構件可發(fā)射波長為430至470nm的藍光。熒光材料是由一無機熒光體粉末及一結合劑所組成，并填充于透鏡與發(fā)光構件之間所形成的空腔內?？涨槐诘桨l(fā)光構件的p-n接面發(fā)射表面與發(fā)光構件的邊緣的距離為相等，并且，空腔的幾何對稱軸所在的平面垂直于發(fā)光構件的p-n接面發(fā)射表面。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的較佳具體例，白光發(fā)光組件主要包含一發(fā)光構件基座、一或多個藍光發(fā)光構件、一透鏡、及一可將藍光轉換成白光的熒光體(phosphor)組合物。發(fā)光構件可視需要而采用不同形式的構造，例如接腳式(leadtype)或芯片式(chip type)。不論采用何種形式，均設置有一基座，其具有一凹杯或凹槽形狀的結構。發(fā)光構件安裝于基座的凹杯或凹槽中，其為可發(fā)射波長約430至470nm的藍光的固體光源，例如包含氮化鎵、氮化稼銦、或氮化鋁鎵銦等半導體芯片。在實際應用上，可視照明亮度的需求而決定使用一個或更多個發(fā)光構件。透鏡配置于凹杯或凹槽的上方，使得透鏡與發(fā)光構件之間形成一空腔?？涨槐诘桨l(fā)光構件的p-n接面發(fā)射表面與發(fā)光構件的邊緣的距離為相等，并且，空腔的幾何對稱軸所在的平面垂直于發(fā)光構件的p-n接面發(fā)射表面。熒光材料是由一無機熒光體粉末及一結合劑(binder)所組成，其填充于透鏡與發(fā)光構件之間的空腔內。在實作上，可將熒光材料混合至一樹脂材料或其它膠體中，并以模鑄的方式填滿空腔內部。較佳地，熒光材料的質量厚度(mass thickness)介于1至50mg/cm2的范圍。
熒光材料可吸收發(fā)光構件所發(fā)射的一部份光波，并受激化而放射出一不同波長的光波。熒光材料所發(fā)射光波的主波長(dominantwavelength)較佳為發(fā)光構件所發(fā)射光波的主波長的1.2至1.4倍，并且，熒光材料所發(fā)射光波的其中一次級波長(Secondarywavelength)較佳為發(fā)光構件所發(fā)射光波的其中一次級波長的1.5至1.8倍。又，熒光材料所含的無機熒光體粉末的平均粒徑與發(fā)光構件所發(fā)射光波的主波長的比值較佳介于1∶1至10∶1的范圍。
根據(jù)本發(fā)明，將藍光轉換成白光的熒光材料包含稀土金屬、鎵(Ga)及鋁(Al)的氧化物。更具體言之，其陽離子子晶格中添加有鏑(Dy)、鐿(Yb)及鉺(Er)離子簇，其陰離子子晶格則含有鋁、鎵、鈧(Sc)和銦(In)氧化物。此種陽離子子晶格與陰離子子晶格相互結合，形成化學式為(Yl-x-y-z-q，Gdx，Dyy，Ybz，Erq，Cep)。(All-n-m-k，Gan，Sck，Inl)βO12的化合物，其中，α介于2.8-3.2的范圍，β介于4.98-5.02的范圍，而x＝0.05-0.65，y＝0.0001-0.05，z＝0.0001-0.05，q＝0.0001-0.05，p＝0.01-0.1，k＝0.001-0.6，n＝0.001-0.45，1＝0.001-0.1。
將上述熒光材料與一氮化鎵銦異質接面藍光固體光源相配合，則藍光固體光源所發(fā)出的短波長光可與熒光材料所發(fā)出的寬帶光混合，而形成波長λ介于約535nm至約590nm范圍的合成光。當合成光的色度指數(shù)Ra在65-90的范圍變化時，可形成色溫約為T＝16000K至T＝3000K的均勻白光。
根據(jù)本發(fā)明的熒光材料的最佳模式，在上述的熒光材料結構中，陽離子子晶格內的各氧化物體積克分子量之比Y2O3∶Gd2O3∶Ce2O3∶Dy2O3∶Yb2O3∶Er2O3，約介于1.9∶0.9∶0.15∶0.02∶0.01∶0.01至1.65∶1.2∶0.055∶0.035∶0.035∶0.025的范圍。此時，與其相結合的陰離子子晶格內的各氧化物體積克分子量的比Al2O3∶Ga2O3∶Sc2O3∶In2O3約介于2∶2.8∶0.1∶0.1至1∶2∶1.8∶0.2的范圍。
本發(fā)明的熒光材料中，當其活化氧化物(Ce2O3+Dy2O3)與(Yb2O3+Er2O3)二者的濃度比為1∶0.05～1∶1時，基礎光譜上會出現(xiàn)峰值波長為565nm至575的附加寬帶譜，這將使得合成光的色溫在12000K至2500K的條件下出冷白色光過渡為暖白色光。
熒光材料的輻射強度參數(shù)與激勵藍光輻射功率的線性度與加入其成分中的鉺和釔氧化物熒光材料濃度成正比，改變α＝0.75～0.99值可在10mW/mm2-100mW/mm2之間將藍光二極管的輻射功率提高十倍。此種高激勵功率條件下獲得熒光材料輻射的外量子效率γ為γ≥0.8。
本發(fā)明中，若將所加入的活化氧化物Ce2O3與Dy2O3二者的濃度比例從100∶1變化至100∶10，可決定合成光的色溫向暖白色光的移動速度。波長為570nm至580nm的光譜次峰值強度與添加到熒光材料中的氧化鏑濃度成正比。再者，若將活化氧化物Ce2O3與Er2O3二者的濃度比例從100∶1變化至100∶10，當加入的鈰的最佳濃度為0.01～0.03原子份額時，則熒光材料可發(fā)出綠色的光。此種光學再發(fā)光現(xiàn)象具有司托克(Stokes)位移Δ≥100nm，此位移發(fā)生在將其加熱到溫度為295K至420K時，而發(fā)光的外量子效率在γ＝0.75～0.90的條件下。
上述熒光材料具有波長為約440nm至470nm的禁帶寬度，在此一范圍內，其粉末層的累積反射系數(shù)在30％至10％區(qū)間內變化，并與加入熒光材料的鈰、鏑、鉺及釔氧化物總濃度成正比。
本發(fā)明熒光材料呈粉末狀，其粉末較佳具有類橢球形的顆粒。當該顆粒的平均直徑與中值比dcp/d50小于1.5時，該顆粒長軸數(shù)值與光譜峰值波長比例為0.5∶1至3∶1。在實際應用中，將熒光材料粉末混合入一硅膠聚合物或一環(huán)氧混合物中時，可形成一熒光體復合物。較佳地，熒光材料粉末與硅膠聚合物或環(huán)氧混合物的質量比為5-40％，此時，熒光體復合物每立方厘米含有1×105至1×107個熒光材料顆粒。
接下來將說明本發(fā)明的熒光材料的合成方法。首先，將釓、釔、鈰、鏑、鉺、鐿、鋁和鎵的氧化物與硝酸鹽氫化物預熱至80-90℃，再將其與濃氨水相互作用，而生成由氫氧化物構成的中間復合物。然后，施行一清洗步驟，以便將NO3-1離子去除。如此所獲得的混合物將進一步地在弱還原氣體環(huán)境中進行三階段熱處理，包括(i)第一階段熱處理，在500K溫度下進行1-3小時，(ii)第二階段熱處理，在900-1100K溫度下進行1-3小時，及(iii)第三階段熱處理，在1400-1700K溫度下進行3小時。接著，將其冷卻至400K。最后，在依照實際應用的需要，將生成的產物磨碎成適當大小的顆粒，即可獲得本發(fā)明熒光材料的粉末。
權利要求
1.一種固體光源的熒光無機物，其可配合一氮化鎵銦異質接面藍光固體光源，而形成一白光固體光源，該熒光材料包含稀土金屬、鎵及鋁的氧化物，其特征是，在該熒光材料結構中，添加有鏑、鐿及鉺離子簇的陽離子子晶格，與鋁、鎵、鈧和銦氧化物的陰離子子晶格相結合，而形成具有下列化學式的化合物(Y1-x-y-z-q，Gdx，Dyy，Ybz，Erq，Cep)α(Al1-n-m-k，Gan，Sck，Inl)βO12其中，α介于2.8-3.2的范圍，β介于4.98-5.02的范圍，而x＝0.05-0.65，y＝0.0001-0.05，z＝0.0001-0.05，q＝0.0001-0.05，p＝0.01-0.1，k＝0.001-0.6，n＝0.001-0.45，l＝0.001-0.1，并且，該氮化鎵銦異質接面藍光固體光源所發(fā)出的短波長光、與該熒光材料所發(fā)出的寬帶光是于535nm至590nm的波長范圍混合形成一合成光。
2.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，該合成光的色度指數(shù)為65至90的范圍，且可形成色溫為16000K至3000k的均勻白光。
3.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，該熒光材料結構中，組成陽離子子晶格的各氧化物的最佳體積克分子量之比Y2O3∶Gd2O3∶Ce2O3∶Dy2O3∶Yb2O3∶Er2O3為1.9∶0.9∶0.15∶0.02∶0.01∶0.01至1.65∶1.2∶0.055∶0.035∶0.035∶0.025，且組成陰離子子晶格的各氧化物的最佳體積克分子量之比Al2O3∶Ga2O3∶Sc2O3∶In2O3為2∶2.8∶0.1∶0.1至1∶2∶1.8∶0.2。
4.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，當活化氧化物Ce2O3+Dy2O3/Yb2O3+Er2O3的濃度比為1∶0.05-1∶1時，在基礎光譜上出現(xiàn)峰值波長為565nm至575nm的附加寬帶譜，使合成光的色溫在12000K至2500K的條件下出冷白色光過渡為暖白色光。
5.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，該熒光材料的輻射強度參數(shù)與激勵藍光輻射功率的線性度與加入其成分中的鉺和釔氧化物熒光材料濃度成正比，改變α＝0.75～0.99值可在10mW/mm2～100mW/mm2之間十倍地提高藍光固體光源的輻射功率，在高激勵功率條件下獲得熒光材料輻射的外量子效率大于或等于0.8。
6.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，根據(jù)所加入的活化氧化物Ce2O3/Dy2O3從100∶1至100∶10的比例，可決定合成光的色溫向暖白色光的移動程度，波長為570nm至580nm的光譜次峰值強度與添加到該熒光材料中的氧化鏑濃度成正比。
7.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，當活化氧化物Ce2O3/Er2O3的濃度比由100∶1增至100∶10時，當加入的鈰的最佳濃度為0.01～0.03原子份額時，該熒光材料發(fā)出綠色的光。
8.如權利要求7所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，該光學再發(fā)光現(xiàn)象具有司托克位移大子或等于100nm，該司托克位移發(fā)生于將其加熱到溫度為295K至420K時，而發(fā)光的外量子效率在0.75～0.90的條件下。
9.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，該熒光材料具有波長為440nm至470nm的禁帶寬度，在該范圍內，該熒光材料粉末層的累積反射系數(shù)在30％至10％區(qū)間內變化，并與加入該熒光材料的鈰、鏑、鉺及釔氧化物總濃度成正比。
10.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，該熒光材料具有類橢球形的顆粒，當該顆粒的平均直徑與中值比小于1.5時，該顆粒長軸數(shù)值與光譜峰值波長比例為0.5∶1至3∶1。
11.如權利要求1所述的固體光源的熒光無機物，其特征是，該熒光材料可混合入一硅膠聚合物或一環(huán)氧混合物中而形成一熒光體復合物，當該熒光材料與該硅膠聚合物或環(huán)氧混合物的質量為5-40％時，該熒光體復合物每立方厘米含有1×105至1×107個熒光材料顆粒。
12.一種熒光材料的合成無機物，熒光材料的化學式為(Y1-x-y-z-q，Gdx，Dyy，Ybz，Erq，Cep)α(Al1-n-m-k，Gan，Sck，Inl)βO12，其中，α介于2.8-3.2的范圍，β介于4.98-5.02的范圍，而x＝0.05-0.65，y＝0.0001-0.05，z＝0.0001-0.05，q＝0.0001-0.05，p＝0.01-0.1，k＝0.001-0.6，n＝0.001-0.45，l＝0.001-0.1，該方法包含(a)將釓、釔、鈰、鏑、鉺、鐿、鋁和鎵的氧化物與硝酸鹽氫化物預熱至80-90℃；(b)與濃氨水相互作用，生成由氧氧化物構成的中間復合物；(c)進行清洗，以去除NO3-1離子；(d)在弱還原氣體環(huán)境中進行三階段熱處理，其中，第一階段熱處理是在500K溫度下進行1-3小時，第二階段熱處理是在900-1100K溫度下進行1-3小時，及第三階段熱處理是在1400-1700K溫度下進行3小時；及(e)冷卻至400K，并將生成的產物磨碎以獲得所需的分散成分顆粒。一種發(fā)光組件，包含一發(fā)光構件基座；一或多個發(fā)光構件，安裝于該發(fā)光構件基座上，其可發(fā)射波長為430至470nm的藍光；一透鏡，該透鏡與該發(fā)光構件之間形成一空腔；及一熒光材料，填充于該空腔中，其是由一無機熒光體粉末及一結合劑所組成；其中，空腔壁到發(fā)光構件的p-n接面發(fā)射表面與發(fā)光構件的邊緣的距離為相等，并且，該空腔的幾何對稱軸所在的平面垂直于發(fā)光構件的p-n接面發(fā)射表面。
13.如權利要求13所述的發(fā)光組件，其特征是，該熒光材料的質量厚度介于1至50mg/cm2的范圍。
14.如權利要求13所述的發(fā)光組件，其特征是，該熒光材料所發(fā)射光波的主波長為該發(fā)光構件所發(fā)射光波的主波長的1.2至1.4倍，并且，該熒光材料所發(fā)射光波的其中一次級波長為該發(fā)光構件所發(fā)射光波的其中一次級波長的1.5至1.8倍。
15.如權利要求13所述的發(fā)光組件，其特征是，該無機熒光體粉末的平均粒徑與該發(fā)光構件的主波長的比值介于1∶1至10∶1的范圍。
全文摘要
一種固體光源的熒光無機物，其可配合一氮化嫁姻異質接面藍光固體光源，而形成一白光固體光源。其中，熒光材料的化學式為(Y
文檔編號C09K11/77GK1542084SQ0315614
公開日2004年11月3日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權日2003年8月29日
發(fā)明者索斯清·南姆, 維斯尼亞科夫·安南托利, 羅維鴻, 蔡奇能, 亞科夫 安南托利, 索斯清 南姆 申請人:羅維鴻