專利名稱：：白光發(fā)光二極管及其發(fā)光轉(zhuǎn)換層的制作方法白光發(fā)光二極管及其發(fā)光轉(zhuǎn)換層發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種電子
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤指一種與廣義上被稱之為，固態(tài)光源，(Solidstatelighting)的照明技術(shù)有關(guān)的氟氧石榴石熒光粉及使用該氟氧石榴石熒光粉的白光發(fā)光二極管。先前技術(shù)在這一技術(shù)基礎(chǔ)上已經(jīng)制造出了日常和景觀用的照明設(shè)備，甚至還有工業(yè)用的大功率照明設(shè)備。這些照明設(shè)備的色溫較低，TS3500K,屬于'曖白光照明，。如果色溫T"600K,那么這種半導(dǎo)體設(shè)備就屬于'冷白光'。對于現(xiàn)今大部分的照明設(shè)備而言，普遍體積過大。相對于這一缺陷，具有小體積，高功率輸出的半導(dǎo)體照明設(shè)備擁有非常大的市場前景。這一缺陷的排除有賴于半導(dǎo)體光源中具有特殊的單個組裝的高功率器件。這一技術(shù)前景發(fā)展不到20年，日本工程師S.Nakanura提出了以氮化銦(In-N),氮化鎵(Ga-N)為基質(zhì)的新型架構(gòu)光源，其中含有大量'量子阱"氮化銦鎵(In-Ga-N)異質(zhì)結(jié)架構(gòu)(亦可稱為P-N接面)(請參照S.Nakanura在97年發(fā)表的專題論文，ThebulelaserdiodeSp.l997'，在此不詳細(xì)描述)。而這一結(jié)果的出現(xiàn)基于30年前，蘇聯(lián)工程師提出的在異質(zhì)結(jié)基礎(chǔ)上的裝置，源于氮化鎵半導(dǎo)體架構(gòu)的斯托克斯無機熒光粉轉(zhuǎn)換層覆蓋，轉(zhuǎn)換層覆蓋源用于發(fā)光二極管的反斯托克斯熒光粉。1998年日本，日亞化學(xué)公司，的工程師(S.Nakanura)提出了發(fā)光二極管中半導(dǎo)體第一級藍(lán)光創(chuàng)造的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工，提出了組合白光發(fā)光二極管。發(fā)光二極管中半導(dǎo)體In-Ga-N異質(zhì)結(jié)藍(lán)光輻射與大量的熒光粉所產(chǎn)生的黃光輻射，遵循牛頓互補色(藍(lán)色、黃色)原理，將互補的兩種光混合，得到均勻的白光輻射。這種輻射從17世紀(jì)20世紀(jì)開始被廣泛使用在黑白電視機的顯像管屏幕生產(chǎn)及雷達(dá)儀器中。日本工程師利用他們的專利技術(shù)及經(jīng)驗，保證了他們的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)發(fā)光轉(zhuǎn)換層整體白光輻射。在互補色光學(xué)裝置、錐形反射、內(nèi)部錐形儀器、光學(xué)透鏡及光引設(shè)備等儀器設(shè)備中，發(fā)光轉(zhuǎn)換層的位置舉足輕重，然而在這方面技術(shù)仍存在著不足。將異質(zhì)結(jié)安置于的藍(lán)寶石單晶基板上時，當(dāng)功率值W大于100毫瓦時，異質(zhì)結(jié)通電工作時會產(chǎn)生熱，這點與之前所有的相結(jié)合，因藍(lán)寶石的熱導(dǎo)系數(shù)低(約45W/MK)，所產(chǎn)生的熱量不能很好的從發(fā)光二極管的芯片中移除。為了改進(jìn)這方面，人們采用了不同的解決方法，用相似的材料替換藍(lán)寶石基板，如導(dǎo)熱的電介質(zhì)類型SiC，因其熱導(dǎo)系數(shù)比之前藍(lán)寶石高了3倍以上，保證了更高功率的激發(fā)。這樣的裝置理念是由美國Cree公司首創(chuàng)的，但是他們的裝置成本非常高。從根本上解決了在發(fā)光二極管上的熱穩(wěn)定性問題是'Semileds'，他們提出將半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)直接建于銅質(zhì)基底上。'Semileds，的工程師們用氮化銦鎵(In-Ga-N)為組份的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)直接安置于銅質(zhì)基底上。這點是利用非常特殊的阻礙層，阻礙了異質(zhì)結(jié)與銅制底板間的擴(kuò)散過程。但是它們也存在著實質(zhì)性的缺陷，雖然高功率發(fā)光二極管(LED)的封裝具有低熱阻的特性，但依然會對發(fā)光轉(zhuǎn)換層中的熒光粉的顆粒加熱，如此熒光粉的發(fā)光量子輸出就會降低了，如著名的，日亞化學(xué)公司'提出的鋁一釔石榴石(Y，Gd，Ce)3Al5Ch2，通常在T二373K時，參數(shù)降低25%。對于這一特殊系列的熒光粉，將Gd原子增添到[Gd]二0.5原子分率時下降更多，在T二350K時，參數(shù)更是降低50%
發(fā)明內(nèi)容為解決上述已知技術(shù)的缺點，本發(fā)明的主要目的系提供一白光發(fā)光二極管及其所使用的氟氧石榴石熒光粉，其可消除上述缺點。為,解決上述已知技術(shù)的缺點，本發(fā)明的另一目的系提供一白光發(fā)光二極管及其所使用的氟氧石榴石熒光粉，其可創(chuàng)造更亮的白光發(fā)光二極管，在電壓^3.1V，及電流I^350mA，發(fā)光效率超過每瓦特100流明。為解決上述已知技術(shù)的缺點，本發(fā)明的另一目的系提供一種白光發(fā)光二極管及其所使用的氟氧石榴石熒光粉，其在歷經(jīng)510分鐘的第一個工作時間之后，沒有檢驗到功率下降。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種白光發(fā)光二極管，其系由In-Ga-N組成的氮化物異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)，直接形成在一銅質(zhì)基底上，其特征在于該發(fā)光二極管上具有特定波長的初次藍(lán)光輻射以及一發(fā)光轉(zhuǎn)換層，由此產(chǎn)生白光，其中該特定波長為入=450±2腿o為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其可用于一白光發(fā)光二極管中，用以將一In-Ga-N異質(zhì)結(jié)所輻射的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成白光，其特征在于該發(fā)光轉(zhuǎn)換層系以熒光粉為基質(zhì)，還包括分子質(zhì)量M=15000~25000碳單位的有機硅聚合物，在該無機熒光粉的聚合物質(zhì)量比率為15~55%之間，并在一特定溫度下一段時間使其固化。附圖簡述圖1是本發(fā)明的白光發(fā)光二極管的示意圖，其中儀器正極輸入端l,聚合物外殼2，負(fù)極端3，Rl—R4為熱阻。圖2—8是本發(fā)明的熒光粉的參數(shù)分析示意圖。實施方式首先，本發(fā)明的目的在于消除上述熒光粉及使用該熒光粉的白光發(fā)光二極管的缺點。為了達(dá)到這個目標(biāo)，本發(fā)明的白光發(fā)光二極管系由In-Ga-N組成的氮化物異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)，其直接形成在一銅質(zhì)基底上，其特征在于該發(fā)光二極管上具有特定波長的初次藍(lán)光輻射以及一發(fā)光轉(zhuǎn)換層，由此產(chǎn)生白光。其中，該特定波長為A=450±2nm。該白光的色溫為5500~6600K,總功率等于1瓦時的光通量為F>100流明。當(dāng)該氮化物異質(zhì)結(jié)的總面積為1.0~1.2平方毫米時，該發(fā)光轉(zhuǎn)換層在輻射表面形成光，在集成式白光輻射的色度坐標(biāo)值為0.31<x^0.34，0.316^y^0.354情況下，光通量值F/y超過310流明。其中，包圍在該發(fā)光轉(zhuǎn)換層周圍的輻射表面及棱面具有相同厚度的外形，外形的對稱中心與正面輻射表面的對角線交叉點相符，該發(fā)光轉(zhuǎn)換層各個邊的光學(xué)厚度為80~120微米。其中，在半功率角度為2e=60°的情況下，其光強度102cd。其中，該白光發(fā)光二極管的發(fā)光效率il^106流明/瓦，在經(jīng)過IOOO個小時不間斷的工作后，數(shù)值△n的變化不超過1~2%。其中，該白光發(fā)光二極管的演色指數(shù)為Ra^82。其中，該發(fā)光轉(zhuǎn)換層系以被鈰激活的熒光粉為基質(zhì)，還包括分子質(zhì)量M=15000~25000碳單位的有機硅聚合物，在該無機熒光粉聚合物的質(zhì)量比率為15~55%之間，并在ll(TC溫度下使其固化1小時以上，此外，其組成中進(jìn)一步可添加氟離子替換在晶格中的氧原子，使該熒光粉具有a^l.2A的立方晶格參數(shù)值，形成該熒光粉的化學(xué)計量公式為(ZLn)3Al5〇12-xF2x,其中SLn=Y和/或Gd和/或Lu和/或Tb和/或Ce和/或Pr，0.001^x^1.5。該發(fā)光轉(zhuǎn)換層系以熒光粉為基質(zhì)。其中，該氟離子的最佳濃度為0.015~0.04的原子分率，此時，該熒光粉的余輝持續(xù)時間te<8xl08秒。其中，該熒光粉呈橢圓顆粒狀，中位線直徑為1.2^d5QS2.8iim，每一個顆粒呈獨立的、天然的十二面體晶狀形態(tài)，且該熒光粉具有P—3.2~3.8g/cm3的密度。其中，在鋁陽離子配價中具有兩個不同陰離子元素cy2和F";保證了該熒光粉非常窄的光譜輻射，其光譜最大值為入max=538~556nm，分布在次能帶上，半波寬僅有A。.5=112nm。以下闡釋本發(fā)明的白光發(fā)光二極管的物理-化學(xué)實質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明所提出的發(fā)光二極管架構(gòu)中，在直接建立在金屬(銅制)質(zhì)基底上的氮化物輻射架構(gòu)層，其特征在于該發(fā)光二極管在波長;i=450±2nm的第一級藍(lán)光輻射下具有密實的發(fā)光轉(zhuǎn)換。在厚度(5=30微米下，光的吸收具有1/e倍，其中參數(shù)e是自然常數(shù)2.71。光充分吸收的厚度為100微米。轉(zhuǎn)換器輻射的密度同異質(zhì)結(jié)第一級藍(lán)色輻射未被吸收部分混合，形成了強烈的白光。色溫T=4500~6600K，總功率為1瓦特的光通量F值大于100流明。根據(jù)我們的了解，在發(fā)光顏色中，第一級輻射主波長450±2nm的藍(lán)光，以及光轉(zhuǎn)換器部分，擁有主波長545~550nm的黃光。該發(fā)光轉(zhuǎn)換層被激發(fā)的第二級黃光的輻射量比第一級藍(lán)光輻射量大，兩種輻射組合成一組光束，接近白色色調(diào)，這種輻射光色溫為T二55006600K,對視覺絕對是最佳的。有種能量消失的現(xiàn)象稱為'斯托克斯'能量消失。能量的差值在第一級藍(lán)光輻射波長A=450nm以及第二級黃光輻射波長A二545nm之間。黃光的轉(zhuǎn)換效率為E=450/545—82.5%。然而第一級藍(lán)色輻射光對于人的視覺敏感度較低，而第二級黃色輻射光對于人的視覺敏感度高于藍(lán)色輻射光的6~8倍。因此，所產(chǎn)生的白光雖然有'斯托克斯'能量消失的現(xiàn)象，但總亮度還是有所提升。本發(fā)明的白光發(fā)光二極管，其特征在于在異質(zhì)結(jié)總面積Sd1.2mm2上表面輻射的轉(zhuǎn)換光引發(fā)的光通量值F/y二300流明。白光輻射色坐標(biāo)為0.31^x^0.34，0.316^y^0.354。特別指出這一白光發(fā)光二極管的物理特性。首先，高光通量的數(shù)值取決于它的高比色質(zhì)量，這個參數(shù)確定了分光通量值的大小F(流明)在'y'坐標(biāo)值上的輻射，當(dāng)它的色坐標(biāo)約為x—0.312，y—0.316時，儀器具體數(shù)值的光通量值F/y大于340流明。通常光通量值采用半導(dǎo)體儀器的比較參數(shù)，不同色調(diào)的白光。對于這種暖白色情況，色坐標(biāo)為0.44^x^0.46，0.43^y^0.45。光通量導(dǎo)入?yún)?shù)L/y^120流明。由圖1所示，圖中數(shù)字1代表儀器正極輸入端，儀器裝配的3為負(fù)極端，并且它的元素一同被封裝在透明聚合物外殼2中。采用銀膠將芯片固定在支架上，并用金線連接正負(fù)極。在芯片的表層存在著發(fā)光轉(zhuǎn)換層，在單個的元素架構(gòu)之間產(chǎn)生熱阻，所提出的熱阻的形式為Ri、R2、R3及R"具有面積S-lmi^芯片的儀器內(nèi)部芯片熱阻可能會達(dá)到Ri+R2+R3這樣的數(shù)值，Ga-N的熱傳導(dǎo)系數(shù)為K。aN=170W/MK，厚度為8=5微米，其熱阻為R1=0.029°C/W。如果將氮化物異質(zhì)結(jié)層安裝在以銅為基底的架構(gòu)中，銅基底的熱阻為R2=0.38°C/W。銀膠層的熱阻為R3=4.(TC/W,銅支架的熱阻約為R4=2.0°C/W，因此整體的熱阻為R=6.4°C/W。存在位于發(fā)光轉(zhuǎn)換層的熱阻歸因于使用了聚合物粘合劑(具有導(dǎo)電性R二0.02W/cmK的硅樹脂),造成RU=1000°C/W的熱阻。特別指出的是，本發(fā)明所提出的發(fā)光轉(zhuǎn)換層架構(gòu)具有l(wèi).薄的臨界極限；2.最大極限范圍裝填熒光粉顆粒；以及3.高輻射效率及高熱量輻射參數(shù)。歸納這一部分的描述，可以肯定的說，在本發(fā)明提出的以氮化銦-鎵異質(zhì)結(jié)(In-Ga-N)為基質(zhì)的發(fā)光二極管其特征在于該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)擁有R=6.4°C/W熱阻，而該發(fā)光轉(zhuǎn)換層的熱阻為Ru^1000°C/W，由此可見，該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)所產(chǎn)生的熱并不會大量傳導(dǎo)到該發(fā)光轉(zhuǎn)換層的熒光粉顆粒，而保障了熒光粉顆粒的工作溫度不至于過高。必須考慮到，所有位于該發(fā)光轉(zhuǎn)換層中的熒光粉顆粒數(shù)量比例，因為顆粒數(shù)量在該發(fā)光轉(zhuǎn)換層表面的顆粒分布濃度及尺寸應(yīng)該相等。濃度均勻是必要的條件。整個發(fā)光轉(zhuǎn)換層應(yīng)具備這一重要條件，這個光譜轉(zhuǎn)換器呈中心對稱分布，厚度均勻，且輻射面上的厚度不能大于80~120微米，厚度均勻可以很好的解決對解決發(fā)光轉(zhuǎn)換層的混合雙組分材料。對于以相似的材料硅酮聚合物為基質(zhì)，其具有化學(xué)架構(gòu)組織O-Si-O-C(硅酸鹽耦合)，特別是相似的聚合物處于高粘度，第二個必要的條件是，可以利用聚合物位于它的透明性的極限一92~94%，第三個條件是位于凝固態(tài)中，確保混合物成分之間的活動性。所有的這三個條件都允許該發(fā)光轉(zhuǎn)換層外部的第一輻射具有高輸出輻射率，為40~50%，以保證本發(fā)明所提出的發(fā)光二極管具有高效率。在本發(fā)明的實驗過程中得到的厚度為80~120微米，一級藍(lán)光輻射20%穿透該發(fā)光轉(zhuǎn)換層，與大量的熒光粉一起再生成黃色輻射，再與第一級藍(lán)光輻射組成了白光發(fā)光。上述這種半導(dǎo)體儀器具有獨有的優(yōu)勢，其特征在于當(dāng)在W-1瓦特的功率范圍內(nèi)時，它的亮度超出值L=3.4*107cd/m2。同樣，確定在專業(yè)光學(xué)透鏡下利用強光輻射發(fā)光二極管與儀器外殼相結(jié)合，這一透鏡實現(xiàn)了在專業(yè)壓模中的鑄造。在透鏡的材料制造上，利用聚碳酸酯澆鑄。提出得到如表一的結(jié)果表一<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>必須指出，本發(fā)明所提出的發(fā)光二極管在強光(26=6°)的時候透鏡具有非常強的聚焦，在一組燈具結(jié)構(gòu)中差不多有IOO個這樣的發(fā)光二極管，則整組發(fā)光二極管燈具的軸向光強為1.23xl()6cd，足以提供類似于海上航標(biāo)燈運用以及滿足機場的照明需求。同樣的具有光學(xué)技術(shù)參數(shù)的發(fā)光二極管，經(jīng)精確的物理參數(shù)生產(chǎn)設(shè)備測量，幫助孔型光球充滿光通量?；旧闲枰⒁獾氖羌性诩ぐl(fā)功率為W=l瓦特時的光通量試驗中，遵照平均電壓為3.03.4V，電流平均值I=320mA。適宜的光通量為F=102±4%流明。最大值光通量F皿-106流明，在供l瓦特大功率的儀器設(shè)備中，發(fā)光效率為4=106流明/瓦特。這一非常高的數(shù)值引出了它有效的參數(shù)及發(fā)光效率，在現(xiàn)階段，對于白熾燈來說，它的發(fā)光效率只有^=1416流明/瓦特。對于節(jié)能燈來說，利用在具有波長入=254nm的水銀放電及混合輻射在RGB，三原色'熒光粉達(dá)到光效值為；=4550流明/瓦特。指出對于20/40瓦特的熒光燈的發(fā)光效率的標(biāo)準(zhǔn)為;=82~85流明/瓦。在現(xiàn)今的知名公司'歐斯朗'的廣告上，宣稱他們可達(dá)到光效具有100流明/瓦特。必須指出的是，在測量條件中分析，光源沒有來得及在過程中加熱，因此導(dǎo)致發(fā)光效率與本發(fā)明所提出的發(fā)光二極管指標(biāo)不同。在本發(fā)明所提出的發(fā)光二極管上，我們測得耐久性參數(shù)，在實驗中我們測出在1000個小時不間斷的工作后，它的光效本質(zhì)上沒有改變，甚至在原先的基礎(chǔ)上發(fā)光效率增加了2~6%。但這僅僅是對于功率W二1瓦特的運用。起初，發(fā)光二極管的光效=106流明/瓦。分析這一數(shù)據(jù)，必須標(biāo)明，發(fā)光二極管的光效附屬性源于功率激發(fā)非線性的特性。如此，當(dāng)W二l瓦特的時候，發(fā)光效率=106流明/瓦，在一半功率的時候，發(fā)光效率為112流明/瓦，，當(dāng)功率減低了10倍，激發(fā)保證獲得了光通量在所提出的發(fā)光二極管中為F二12.4流明。這樣的狀態(tài)達(dá)到光效數(shù)值C01=124流明/瓦。激發(fā)電功率小于W二100毫瓦。需要指出，高參數(shù)值發(fā)光效率的發(fā)光二極管位于優(yōu)先級，所提出的發(fā)光二極管的特殊光效為C=106流明/瓦特，電功率激發(fā)W二1瓦特并且保證在1000小時不間斷工作的半導(dǎo)體儀器。'在圖28中，分別顯示本發(fā)明所提出的發(fā)光二極管的輻射光譜圖，這一光譜利用了，Sensing'公司的儀器來量測。該發(fā)光二極管中的發(fā)光光譜有兩個峰值，第一個為入二450460nm的藍(lán)色光，第二個為入二549560nm的黃色光。類似于高參數(shù)值技術(shù)發(fā)光，它的標(biāo)準(zhǔn)包含在所提出的特殊發(fā)光二極管中具有長工作時間特性。表二為本發(fā)明所制作的發(fā)光二極管的發(fā)光技術(shù)參數(shù)表二:<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>熒光粉顆粒之間的比值位于15~65%的范圍，最佳值在35~55%之間。熒光粉顆粒懸浮體在相似的濃度值下?lián)碛邢喈?dāng)好的的黏合性，這在剝離及黏度改變的情勢中并沒有發(fā)生不良的征狀，對于制備懸浮體利用的有機聚合物，其具有以下分子結(jié)構(gòu)CH3CH3CH3<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>分子量從M-15000碳單位到M-25000碳單位，利用放射組群的專業(yè)的數(shù)據(jù)調(diào)查，在有機硅聚合物中，H2-C二CH具有雙組連接的不飽和響應(yīng)。對于加速固化過程，將其溫度提升至10512(TC12小時。高濃度熒光粉進(jìn)入懸浮體中保證了穩(wěn)定性。'日亞化學(xué)公司'利用研制的含有石榴石組成的發(fā)光材料制成白光發(fā)光二極管，其化學(xué)式為Y3Al5012:Ce;在這之后又提出加入G(T3、Lu+3、TV3離子組份，部分或者完全替換YAG，Ce中的Y"離子，并且廣泛運用于CRT陰極發(fā)光熒光粉(Y，Gd)3(Al，Ga)5Ch2:Ce中,荷蘭著名的研究者在1967年獲得這一材料的專利，之后在1994年日亞化學(xué)的專題論文中進(jìn)行了詳細(xì)描述。對于結(jié)晶化學(xué)類型<石榴石'，對所有這些期望進(jìn)行分析并且準(zhǔn)備可能的合成產(chǎn)品組分。選擇最佳的化學(xué)組分保證了所提出的發(fā)光二級光的聚合物的高發(fā)光技術(shù)參數(shù)。其中包含高數(shù)值光通量F(流明)，標(biāo)準(zhǔn)的色坐標(biāo)值(x，y)以及色溫(CK)。顯然，所有的聚合物都能在高熱功率儀器W=100W/cm2中工作。儀器應(yīng)具有高的熱穩(wěn)定性。為解決這個問題，我們開始進(jìn)行著手解決更符合所提出的器件的材料。(SLn)3Al5012-xF2"其中SLn=Y和/或Gd和/或Lu和/或Tb和/或Ce和/或Pr,0.001^x^1.5。分析研究熒光粉的變量，發(fā)光來自石榴石組織與激活劑Ce"原子相結(jié)合l.總體公式中的化學(xué)當(dāng)量石榴石(2Ln)3Al5012;2.在總體公式中的非化學(xué)當(dāng)量石榴石((SLn)203)":ta(Al203)25±e(a0^0);3.具有雙組成份的混合石榴石:((2Ln)203)L5士a(Al203)2.5:teMeOAl203;4.石榴石包含除去來自正離子亞晶格Y離子及Gd離子所具有的(La，Ce)Sc2AlsCh2及聚合物晶格a>12.36A;5.硅酸鹽石榴石的總體成份Ca3Lu2Si3012:Ce;6.石榴石具有在陰離子亞晶格中取代部分氧離子。許多石榴石成份具有氧離子排列，在鑭及鋁離子周圍形成配位基體。凸出鹵化物離子如F—!離子，Cl"離子、Br"離子。本發(fā)明的研究包括發(fā)光二極管光通量可能達(dá)到F>100流明，色溫T^3500K。選擇以與石榴石相結(jié)合架構(gòu)為基質(zhì)的七組類型，正如下面所看到的樣本表三<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>388~9455006500550<5704~6478~867500<5602~674823000<5708~1061004000<5606~107>1053500~4500550~5652~6詳細(xì)分析了對于高熱穩(wěn)定性白光發(fā)光二極管的石榴石單一組織的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的宗旨是解決基于發(fā)光轉(zhuǎn)換層的多種提議。本發(fā)明所提出的以氧化物與石榴石架構(gòu)的稀土元素相結(jié)合為基質(zhì)的無機熒光粉，以鈰作為激活劑，其特征在于其熒光粉成分中導(dǎo)入了氟離子取代晶格中的部分陽離子，其比值為0.5:11.5到:9，建立了化學(xué)當(dāng)量式，在式中(2Ln)3Al5012-xF2x，其中2Ln=Y和/或Gd和/或Lu和/或Tb和/或Ce和/或Pr,0.001^x^1.5。以下詳細(xì)描述新型熒光粉的特性。在這之前指出，該熒光粉與雙層結(jié)晶發(fā)光材料有關(guān)，在這種情況下，我們明白，在陰離子熒光粉亞晶格有兩種類型的離子存在，氧離子0—2，以及氟離子F—、這個離子相適應(yīng)地在陰離子亞晶格中形成多面體離子配位2Ln=Y和/或Gd和/或Lu和/或Tb和/或Ce和/或Pr，擁有K-8的配價，本發(fā)明將導(dǎo)入石榴石晶體架構(gòu)，晶格參數(shù)值a^l2.0A。這一合成物擁有紅色及草黃色表面層，它的激發(fā)光譜在能帶A=445475nm。根據(jù)本發(fā)明所制作的熒光粉輻射發(fā)光位于黃綠色區(qū)及黃色區(qū)的可見光譜區(qū)。它被短波長光譜激發(fā)，它的發(fā)光最大光譜值發(fā)生48nm的位移。所有的參數(shù)如表四顯示。表四<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>分析表四，對包含精確數(shù)量的氟離子為基質(zhì)位于陰離子亞晶格中需要細(xì)致的分析。因為在總重量成份，本發(fā)明首先引用化學(xué)公式計算用于爐料成份。轉(zhuǎn)換的時候必須注意，氟離子大約占據(jù)在陰離子亞晶格的兩個可能實現(xiàn)的最大限度位置l.代替氧離子，可能是在形式F。為負(fù)離子的有效裝填；2.在Al+3之間有一特殊的概念，相同的加載0、F。"+F,1，或遵照幾何概念組成。對于產(chǎn)品的燒結(jié)溫度范圍在1420~152(TC,反應(yīng)時間19個小時；3.之后的產(chǎn)品熱處理加工，在1N硝酸中洗滌(T=50°c)，在熒光粉顆粒的表面附著一層薄膜Zn〇.Si〇2，最后在T=130°C下風(fēng)干2小時。所有的熒光粉具有高輻射亮度數(shù)值L-3229835889單位。這一高光參數(shù)保障了所提出的無機熒光粉，其最優(yōu)的材料公式為Y2.87Lu(MCeo.o3Al50n.95F(m，對于異質(zhì)結(jié)藍(lán)光激發(fā)波長A=450±5nm，熒光粉被激發(fā)出黃光光譜最大值為A:538548nm及光譜范圍入=548~760nm。必須指出，在光譜中提到的熒光粉在次輻射出綠色，黃綠色、橙色及紅色光譜區(qū)域光譜頻帶。本發(fā)明在X光射線輻射熒光粉工作過程中，對于他們的特殊立方晶體，晶格的參數(shù)a^l2A，相對石榴石化學(xué)式Y(jié)3AM)u的晶格參數(shù)值為a=12.009A。陽離子具有較大尺寸粒徑離子，例如釔，軋，鈰，其周圍圍繞著八個氧離子，但本發(fā)明所提出的熒光粉部分氧離子被替換成氟離子，導(dǎo)致離子半徑數(shù)值不同，如氧離子半徑t。.2=1.32A,氟離子半徑tF-1=1.28A,如此一來因氟離子半徑較小，造成熒光粉的靜電力場變強，形成鈰離子輻射強度增加。另一特點，特殊的靜電力場具有多相性，連接具有不同尺寸的氧、氟離子半徑這樣的填充，氟離子比氧離子具有單獨的填充，而且是非等價的替換。用不同尺寸的氟離子取代氧離子導(dǎo)致l.減少在石榴石晶格中離子之間的間距；2.減少內(nèi)部晶體的內(nèi)部結(jié)合；3.破壞石榴石中內(nèi)部晶體的對稱性。除了鈰離子輻射強度增加外，發(fā)光光譜的曲線形式也產(chǎn)生改變，產(chǎn)生減小半波寬的輻射曲線以及不對稱光譜曲線，如與本身的長波光譜曲線部分相比，它的短波部分面積應(yīng)較小。對于標(biāo)準(zhǔn)的釔鋁石榴石熒光粉Y3Al50u而言，當(dāng)溫度加熱至125。C時，其被激發(fā)的轉(zhuǎn)換效率降低25%,但本發(fā)明所提出的熒光粉要溫度達(dá)到175"C時，其被激發(fā)的轉(zhuǎn)換效率才會降低25%,因此可以說所本發(fā)明提出的新材料的熱穩(wěn)定性較好。此外，新材料引入鈰離子的最佳濃度[Ceh0.0150.04原子分率，余輝時間為(=8*10—8秒。所謂的'余暉時間'是指熒光粉受激發(fā)后產(chǎn)生光致發(fā)光所需的時間，余暉時間越短，表示熒光粉在同一段時間內(nèi)可被激發(fā)的次數(shù)越多，則其可輻射亮度就越高.本發(fā)明所創(chuàng)造的熒光粉余暉時間非常短，因此可創(chuàng)造出非常高的輻射亮度。在前面已指出，本發(fā)明所獲得的發(fā)光二極管，發(fā)光功率為l瓦特時放射出100106流明?？梢哉f，在發(fā)光二極管的電功率W=2瓦特時，電流1=700mA，光通量170~180流明。這樣高的光通量在單個發(fā)光二極管中，本發(fā)明也是首次達(dá)到。在本發(fā)明的新熒光粉合成過程工作中，固相響應(yīng)溫度在1400°C，可以得到較小粒徑的熒光粉顆粒，中位數(shù)粒徑1.2^d。p^2.8微米，熒光粉顆粒擁有天然的多棱角12多邊形(或更多邊形)，顆粒具有非常強的光澤，具有高透明性。在發(fā)光轉(zhuǎn)換層的制備過程中，可制造非常薄的轉(zhuǎn)光層，厚度為80~120微米。發(fā)光轉(zhuǎn)換層的標(biāo)準(zhǔn)厚度層一般都超出200微米，本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)熒光粉的一個良好性能，在其內(nèi)部具有非常高的堆積密度，每一個無機熒光粉的鏈接依附于原子的成份構(gòu)成，擁有單個獨立的密度特性。這個數(shù)值通常是用射線的方法得以確定，對于連接石榴石的化學(xué)組份，密度為P=4.60g/cm3,而標(biāo)準(zhǔn)的釔鋁石榴石熒光粉密度為P=2~2.25g/cm3,本發(fā)明所提出的熒光粉的可制作出更薄的轉(zhuǎn)光層。確實，本發(fā)明提出的發(fā)光二極管具有非常高的光通量F>100流明/瓦特，高的功率分布，并且保存了這一參數(shù)長時間未改變。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作少許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種白光發(fā)光二極管，其系由In-Ga-N組成的氮化物異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)，其特征在于該發(fā)光二極管上具有特定波長的初次藍(lán)光輻射以及一發(fā)光轉(zhuǎn)換層，由此產(chǎn)生出白光，其中該特定波長為λ＝450±2nm。2.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其中該白光的色溫為55006600K,總功率等于l瓦時的光通量為F〉100流明。3.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其中當(dāng)該氮化物異質(zhì)結(jié)的總面積為1.01.2平方毫米時，該發(fā)光轉(zhuǎn)換層在輻射表面形成光，在集成式白光輻射的色度坐標(biāo)'值為0.31<x^0.34,0.316^y^0.354情況下，光通量值F/y超過310流明。4.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其中包圍在該發(fā)光轉(zhuǎn)換層周圍的輻射表面及棱面具有相同厚度的外形，外形的對稱中心與正面輻射表面的對角線交叉點相符，該發(fā)光轉(zhuǎn)換層各個邊的光學(xué)厚度為80120微米。5.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其中在半功率角度為26=60°的情況下，其光強度1^102cd。6.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其發(fā)光效率il^106流明/瓦，在經(jīng)過1000個小時不間斷的工作后，數(shù)值A(chǔ)ri的變化不超過1~2%。7.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其演色指數(shù)為Ra^82。8.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其中該發(fā)光轉(zhuǎn)換層系以被鈰激活的熒光粉為基質(zhì)，該熒光粉的組成中添加氟離子替換在晶格中的氧原子，形成化學(xué)計量公式為(2Ln)3Al5〇12.xF2x，其中2Ln=Y和/或Gd和/或Lu和/或Tb和/或Ce和/或Pr，0.001^x^1.5。9.一種發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其可用于一白光發(fā)光二極管中，用以將一In-Ga-N異質(zhì)結(jié)所輻射的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成白光，其特征在于該發(fā)光轉(zhuǎn)換層系以熒光粉為基質(zhì)，還包括分子質(zhì)量M-1500025000碳單位的有機硅聚合物，在該無機熒光粉的聚合物質(zhì)量比率為15~55%之間，并在一特定溫度下一段時間使其固化，其中該特定溫度為T^11(TC，該段時間為l小時以上。10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其中該熒光粉為一無機熒光粉，其被鈰激活，其組成中添加氟離子替換在晶格中的氧原子，形成化學(xué)計量公式為:(2!Ln)3Al50I2-xF2"其中SLn-Y和/或Gd和/或Lu和/或Tb和/或Ce和/或Pr,0.001^x^1.5。11.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其中該熒光粉的材料組份為Y2.87LU(uCe。.Q3Al50n.95F(M,保證了在該In-Ga-N異質(zhì)結(jié)的A=450±511111藍(lán)光輻射激發(fā)下，被激發(fā)出黃光輻射的光譜輻射最大值入=538~548證。12.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其中該熒光粉中進(jìn)一步添加氟離子，使該熒光粉具有a^l.2A的立方晶格參數(shù)值。13.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其中在鋁陽離子配價中具有兩個不同陰離子元素0—2和F";保證了該熒光粉非常窄的光譜輻射，其光譜最大值為入皿-538556nm分布在次能帶上，半波寬僅有入0.5=112證。14.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其中該氟離子的濃度為0.0150.04的原子分率，此時，該熒光粉的余輝持續(xù)時間t6<8xlO—8秒。15.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其中該熒光粉呈橢圓顆粒狀，中位線直徑為1.2^d5。^2.8Pm，每一個顆粒呈獨立的，天然的，十二面體晶狀形態(tài)。16.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光轉(zhuǎn)換層，其中該熒光粉具有p—3.23.8g/cm3的密度。全文摘要本發(fā)明系關(guān)于一種白光發(fā)光二極管，其系以In-Ga-N組成的氮化物異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)，其特征在于該發(fā)光二極管上具有特定波長的初次藍(lán)光輻射以及一發(fā)光轉(zhuǎn)換層，由此產(chǎn)生出白光。此外，本發(fā)明還揭露一種發(fā)光轉(zhuǎn)換層及其所使用的氟氧石榴石熒光粉。文檔編號H01L33/00GK101325238SQ20081014739公開日2008年12月17日申請日期2008年8月14日優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日發(fā)明者索辛納姆,羅維鴻,蔡綺睿申請人:羅維鴻