CN100448004C

CN100448004C - 白光二极管光源的荧光粉及其制造方法

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Publication number: CN100448004C
Application number: CNB2006100838527A
Authority: CN
Inventors: 索辛那姆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: CN1851918A

Abstract

本发明涉及一种白光二极管光源及其荧光粉的制法，其中该白光二极管由至少两个分别辐射不同波长的蓝光和紫外光的异质结架构成，此外还包括一个光谱转换器，该光谱转换器被激发产生的辐射与氮化物异质结的两种原始辐射相混合，最终合成白光，并可通过改变异质结的电功率调节白光的色度。该光谱转换器的基体是化学式为Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8:Me+2，+3Hal的荧光粉，通过改变其各成分的比例关系可以获得波长在520至650nm间的辐射。荧光粉的激发中心由Eu+2+Y+3+Cl-1、Eu+2+Pr+3+F-1或Ce+3+Mn+2Cl-1构成，这些组合中的一种元素起能量传输作用。此外，本发明亦提供一种白光二极管荧光粉的制作方法。

Description

白光二极管光源的荧光粉及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种白光二极管光源及其荧光粉的制法，尤其涉及一种包括发出蓝光和/或紫外辐射的发光二极管，该发光二极管中含有至少一种能吸收蓝光和/或紫外辐射，甚至其它波段辐射的荧光粉的白光二极管光源及其荧光粉的制法。

背景技术

无机发光二极管与其它类型光源相比，具有使用寿命长，体积小，抗震颤以及窄频带辐射的特点。在实际应用中，发光二极管借助于自身半导体材料的辐射很难有效实现宽波段多色光辐射。因此，通过无机荧光粉的作用将异质结的大部分辐射转化为长波辐射的发光二极管技术得到应用。这种以荧光粉形式存在的转化装置即光谱转换器。

在WO 00/33390专利中描述了包含辐射单一蓝光的发光二极管或与荧光粉混合物相互作用的激光二极管的发光装置。

为了形成白光，需要在光谱420～470nm区域辐射的发光二极管与含有至少两种荧光粉的荧光粉混合物共同作用。为此需要两种具有不同辐射光谱的荧光粉。这种荧光粉混合物总是包含一种红色成分和一种绿色成分。在此条件下，这两种颜色与发光二极管发出的蓝光相混合即可形成白光。也可以用单一成分的材料替代荧光粉混合物，但这种情况下，二极管发光的质量就会有所下降。

通常，对用于普通照明的白光光源的发光质量要求较高。再者，光源使用者，尤其是欧洲和北美的使用者，倾向于比色温度在2700～5000K的暖色光照。

在WO 00/33389专利中描述了用Ba₂SiO₄:Eu²⁺作荧光粉来改变蓝色发光二极管发出的光。然而荧光粉Ba₂SiO₄:Eu²⁺辐射的最大值出现下约505nm处，因此用这种组合不能完全可靠地获得白光。

由C.X.M.普尔特(S.H.M.Poort)的学术著作中提及的“正位硅酸盐和正位磷酸盐被Eu²⁺激发时的光学特性”(”Journal of Alloys and Compounds”，260(1997)，p.93-97)可得出Ba₂SiO₄以及KBaPO₄，KSrPO₄等磷酸盐被Eu²⁺激发时的特性。此处同时也提到，Ba₂SiO₄在被Eu²⁺激发时的辐射光谱在约505nm处。

关于在Eu²⁺的激发作用下可获得白光的Ba，Ca，Sr的二元或三元正位硅酸盐的架构在俄罗斯RU №2251761专利案中已经明确。该荧光粉的化学式为，a)(2-x-y)SrO·x(Ba_U，Ca_V)O·(1-a-b-c-d)SiO₂·aP₂O₅bAl₂O₃cB₂O₃dGeO₂:yEu²⁺；其中0≤x≤1,6，0,005＜y＜0,5，x+y≤1,6，0≤a，b，c，d＜0.5，u+v＝1；b)(2-x-y)BaO·x(Sr_U，Ca_V)O·(1-a-b-c-d)SiO₂·aP₂O₅bAl₂O₃cB₂O₃dGeO₂:yEu²⁺；其中0,01＜x＜1,6，0,005＜y＜0,5，0≤a，b，c，d＜0,5u+v＝1，x*u＞0,4。

尽管这种三元正位硅酸盐荧光粉有可能产生黄光辐射，但却不能保证半导体光源发光的高亮度。此外，利用这种荧光粉做出的发光二极管无法产生比色温度高于6000K的低温白光辐射。诚属美中不足之处。

发明内容

为解决上述现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种白光二极管光源的荧光粉及其制法，其可将在紫外波段和蓝光波段(370～490nm)发生辐射的发光二极管用作光源，这种光源通过采用改进的荧光粉产生有效功率更高的白光，从而使其有可能被应用于照明。

本发明的另一目的在于提供一种白光二极管光源的荧光粉及其制法，其采用一种或几种荧光粉实现了在较大范围内调节比色温度的可能性，从而满足使用者不同的需求，尤其是调节在国际照明委员会规定的公差椭圆范围内的颜色。

本发明的另一目的在于提供一种白光二极管光源之荧光粉及其制法，其系由铟镓氮化物短波异质结与光谱转换器构成的白光半导体源，该光源的特点是包含至少两个辐射最大值分别在360-400nm的近紫外区域(紫外异质结)与440-480nm区域(蓝光异质结)，此时短波异质结辐射光谱重迭部分是其光谱最大值时辐射强度的10-30％。光谱转换器是以正位硅酸盐荧光粉为基体的多层覆膜，荧光粉的化学式为Mg(Ca，Sr，Ba)₃Si₂O₈:(∑Me^2，3)(Hal)_2，3。该覆膜与位于反射镜反射表面的半导体异质结的发光面有光接触，同时也是该半导体光源的电接触之一。

为达到上述目的，本发明的一种白光二极管光源，其系由铟镓氮化物所制成，包括：一绝缘晶体架，系用以承载后述该第一异质结及第二异质结；一第一异质结，其置于该绝缘晶体架中，具有一正极、一负极及一发光表面，其中该正极及负极可外露于该绝缘晶体架外；一第二异质结，其置于该绝缘晶体架中且位于该第一异质结的一侧，其亦具有一正极、一负极及一发光表面，其中该正极及负极亦可外露于该绝缘晶体架外；一光谱转换器，覆盖于该第一异质结及该第二异质结的发光表面上方处；以及一光学机体，其置于该光谱转换器上方且可与该绝缘晶体架结合使成密闭状态。

为达到上述目的，本发明的一种白光二极管光源的荧光粉，系由正位硅酸盐所制成，其化学式为Mg(Ca，Sr，Ba)₃Si₂O₈:(∑Me^2，3)(Hal)_2，3，其被激发发光的光谱具有一第一极限及一第二极限，且当荧光粉基体被离子激发且基体组成中的离子浓度满足一特定原子分率时，该荧光粉辐射光谱分布于可见光光谱的绿-黄-橙色区域。

为达到上述的目的，本发明的一种白光二极管荧光粉的制作方法，其包括下列步骤：秤取如下BaCO₃、SrCO₃、EuCl₂及SiO₂颗粒并加以混合；在混合料中加入MgCO₃及CaCO₃；将配料充分混合，然后置于一坩埚中，再放入分隔为2个区之一熔炉中；在熔炉的第一区中，当温度升至第一温度时，碳酸盐分解，生成碱土金属的正位硅酸盐和铕；在熔炉的第二区中，当温度升至第二温度时，加入还原性气体混合物；在该熔炉退场门处取出该坩埚，将该坩埚中的物质放入一溶液中；以及使用一仪器对干燥的荧光粉进行测试，确定其参数。

为达到上述目的，本发明的一种白光二极管荧光粉的制作方法，其包括下列步骤：用一沉淀剂在特定的反应器中发生凝胶作用；将所得凝胶干燥至所含水的质量至一特定浓度；用一磨具将其磨成粉末；以及将该粉末放入一坩埚中；加热至一特定温度即得该荧光粉。

附图说明

图1为一示意图，其示出了根据本发明一较佳实施例的白光二极管光源的示意图，其中：10：绝缘晶体架；20：第一异质结；21：正极；22：负极；23：发光表面；30：第二异质结；31：正极；32：负极；33：发光表面；40：光谱转换器；41：有机树脂；42：荧光粉；50：光学机体。

具体实施方式

本发明的意义在于将在紫外波段和蓝光波段(370～490nm)发生辐射的发光二极管用作光源，这种光源通过采用改进的荧光粉产生有效功率更高的白光，从而使其有可能被应用于照明。

与此同时，也克服了现有技术水准存在的种种缺陷。此外，通过采用一种或几种荧光粉实现了在较大范围内调节比色温度的可能性，从而满足使用者不同的需求，尤其是调节在国际照明委员会规定的公差椭圆范围内的颜色。

本发明的实质是提出了由铟镓氮化物短波异质结与光谱转换器构成的白光半导体源，该光源的特点是包含至少两个辐射最大值分别在360-400nm的近紫外区域(紫外异质结)与440-480nm区域(蓝光异质结)，此时短波异质结辐射光谱重迭部分是其光谱最大值时辐射强度的10-30％。

请参照图1，其示出了本发明一较佳实施例的白光二极管光源的结构示意图。如图所示，本发明的白光二极管光源其系由铟镓氮化物所制成，包括：一绝缘晶体架10；一第一异质结20；一第二异质结30；一光谱转换器40；以及一光学机体50所组合而成。

其中，该绝缘晶体架10系用以承载该第一异质结20及第二异质结30。

该第一异质结20系置于该绝缘晶体架10中，其具有一正极21、一负极22及一发光表面23，其中该正极21及负极22系可外露于该绝缘晶体架10外。其中，该第一异质结20系为一紫外光异质结，其辐射最大值例如但不限于为360-400nm。

该第二异质结30系置于该绝缘晶体架10中且位于该第一异质结20的一侧，例如但不限于右侧，其亦具有一正极31、一负极32及一发光表面33，其中该正极31及负极32亦可外露于该绝缘晶体架10外。其中，该第二异质结30系为一蓝光异质结，其辐射最大值例如但不限于为440-480nm，且该第二异质结的辐射光谱与该第一异质结20之辐射光谱的重迭部分仅占其辐射最大值的10～30％。

该光谱转换器40系覆盖于该第一异质结20及该第二异质结30的发光表面上方处。其中，该光谱转换器30系由一透明有机树脂41及一荧光粉42所混合而成，且该荧光粉42例如但不限于是由正位硅酸盐所制成，其化学式为Mg(Ca，Sr，Ba)₃Si₂O₈:(∑Me^2，3)(Hal)_2，3。这种荧光粉42中的激发元素以+2及+3价态存在，不同于现有技术使用Eu⁺²作激发剂的荧光粉。

该光谱转换器40是由有机化合物构成的光漫射层，层中均匀分布着荧光粉42颗粒。这种有机化合物例如但不限于是高温硬化的环氧树脂或聚碳酸酯或有机硅化物。本发明所选的这些化合物的共同特点是它们的分子质量≥10000碳原子单位，从而保证了化合物层为补偿温差应力所必需的韧性。实验结果表明，化合物层中荧光粉颗粒的填充量应为6～25％。

该光学机体50系置于该光谱转换器40上方且可与该绝缘晶体架10结合使成密闭状态。

此外，本发明的白光二极管光源进一步具有一反射镜(图未示)，用以调整位于其表面的该第一异质结20、第二异质结30及该光谱转换器40辐射的光的方向，此外，该反射镜也可与该白光二极管光源中的电源接触。

此外，请参照表1，其示出了该光谱转换器40在以上两种不同激发状态下(荧光粉状光谱转换器40被第一异质结20所发出的紫外线激发时的辐射光谱和荧光粉状光谱转换器40被第二异质结30所发出的蓝光激发时的辐射光谱)的具体光色参数。

本发明的技术方案的革新性首先表现下为实现白光光源采用至少两个半导体异质结(即第一异质结20及第二异质结30)，而不是一个。该第一异质结20及第二异质结30在短波辐射的不同分波段发生辐射。其中第一异质结20在近紫外区域发生辐射，另外一个第二异质结30则在蓝光区域发生辐射。制作该第一异质结20及第二异质结30时采用相同的铟镓氮化物材料及与制作该材料外延层相同的工艺。因此他们具有相同的电学特性，从而可以将他们以串联或并联的模式联入电路。异质结发光光谱随异质结中InN的含量而变化。

本发明采用的第一异质结20及第二异质结30的辐射光谱的重迭部分仅占其辐射最大值的10～30％。该第一异质结20及第二异质结30辐射最大值位于光谱重迭区域外，其中该第一异质结20之峰值波长为λ＝390-395nm，第二异质结30的峰值波长λ＝450-465nm。

本发明之白光二极管光源具有以下优点：1.光色可在色温5000K～12000K的大范围内变化；2.发光强度高：2～10坎以上；3.光通量大，装置中光通量可达50流明。除以上优点外，当该白光二极管光源的电学参数改变时，其所发出的白光的光谱架构也会随之发生变化，这在以往的文献或专利前案中未有所记载。当该第二异质结30(蓝光异质结)被激发的功率较大时，光源发出冷色光；而当该第一异质结20(紫外线异质结)被激发的功率较大时，光源则发出暖色光。该白光二极管光源的这些特点具有重要意义，此点在以前文献或专利前案中亦未曾被探讨过，因此，足证本发明的白光二极管光源具有新颖性及进步性。

此外，本发明亦提供一种白光二极管光源之荧光粉42，系由正位硅酸盐所制成，其化学式为Mg(Ca，Sr，Ba)₃Si₂O₈:(∑Me^2，3)(Hal)_2，3，其被激发发光的光谱具有一第一极限及一第二极限，且当荧光粉42基体被离子激发且基体组成中的离子浓度满足一特定原子分率时，该荧光粉辐射光谱分布于可见光光谱的绿-黄-橙色区域。

其中，该第一极限为λ＝360-400nm区间，该第二极限为λ＝440-480nm区间，该特定原子分率为0.005≤(∑Me^+2，3)≤0.1，而该光谱最大值λ＝560-590nm。

用以激发该荧光粉42基体之离子可为Ce⁺³+Mn⁺²，Ce⁺³+Sn⁺²，Eu⁺²+Dy⁺³，Eu⁺²+Pr⁺³，Eu⁺²+Y⁺³，Eu⁺²+Ce⁺³，Eu⁺²+Er⁺³，Eu⁺²+Gd⁺³或Eu⁺²+La⁺³等。其中，该+2价离子可决定荧光粉42之发光光谱，该+3价离子可决定荧光粉42被激发之发光光谱，而卤素族元素离子则可决定激发中心之能量转移。

如上所述，要实现这种全新的白光二极管光源必须研制出在两种不同波长光的激发下均能高质量发光的新型荧光粉42，即紫外光分波段和蓝光分波段。此类问题至今未见于已公开的专利文献中，也无具体解决方案。我们知道，以铝钇石榴石为基体的标准荧光粉在蓝光激发下正常发光，而在紫外光激发下却不能发光。由俄罗斯专利第2251761号可知，正位硅酸盐荧光粉也具有相同的缺陷。因此，本发明解决的另一个问题是在两种不同波段的光的激发下发光的荧光粉42。

上述问题的解决方案如下。用于白光二极管光源的正位硅酸盐荧光粉42具有以下特点：它被激发发光的光谱具有两个极限，一个在λ＝360-400nm区间，另一个在λ＝440-480nm区间，同时，当荧光粉基体被Ce⁺³+Mn⁺²，Ce⁺³+Sn⁺²，Eu⁺²+Dy⁺³，Eu⁺²+Pr⁺³，Eu⁺²+Y⁺³，Eu⁺²+Ce⁺³，Eu⁺²+Er⁺³，Eu⁺²+Gd⁺³或Eu⁺²+La⁺³中的离子激发(∑Me^+2，3)，且基体组成中的离子浓度满足0.005≤(∑Me^+2，3)≤0.1原子分率时，该荧光粉辐射光谱分布于可见光光谱的绿-黄-橙色区域，光谱最大值λ＝560-590nm。

该问题是通过在半导体装置基础上构建光源得以解决的，其中：荧光粉是Mg，Ca，Sr，Ba族元素的二元正位硅酸盐，用+2和+3价态的稀土元素Ce⁺³+Mn⁺²，Ce⁺³+Sn⁺²，Eu⁺²+Dy⁺³，Eu⁺²+Pr⁺³，Eu⁺²+Y⁺³，Eu⁺²+Ce⁺³，Eu⁺²+Er⁺³，Eu⁺²+Gd⁺³，Eu⁺²+La⁺³作为其激发元素，该荧光粉的化学式为(∑_{1，2，3，4}Me)_4-xSi₂O₈:(TR⁺²，TR⁺³)_x Hal_2，3。其中，

Me＝Mg，Ca，Sr，Ba

TR⁺²＝Eu⁺²

TR⁺³＝Y，Gd，La，Lu，Pr，Tb，Ce，Dy，Er

Hal＝F^-1和/或Cl^-1和/或Br^-1

且∑Me₁ ⁺²+Me₂ ⁺²+Me₃ ⁺²+Me₄ ⁺²＝4-x

X＝0,001-0,1原子分率

通过上述荧光粉被激发发光的光谱与异质结短波辐射的光谱相重迭，异质结辐射的光谱最大值的10％～30％形成光谱转换器40。此外，本发明在该项目的研发过程中发现，蓝光，紫光和紫外线异质结的短波辐射分别不同程度地激发荧光粉。化学式为(Mg，Ca，Sr，Ba)_4-xSi₂O₈·(Eu，Y)_x的荧光粉被激发的光谱最大值出现在λ＝395-405nm的UVA波段，而化学式为(B a，Sr，Mg，Ca)_4-xSi₂O₈·(Eu，Er)_x的荧光粉被激发的光谱最大值出现在λ＝395～445nm波段，即蓝光半导体异质结辐射区域。在此情况下，在由2个异质结组成的二极管的整体辐射中将会出现2个光谱转换器辐射的光谱最大值。其中一个最大值与被氧化至+2价态的激活离子的辐射相关联，另外一个最大值主要是由于相同激活离子的辐射形成的，但这种辐射与前者相比具有更高的能量。紫外线异质结20强烈激发光谱转换器40的短波辐射，而蓝光异质结30则引发长波辐射。此外，通过选择正位硅酸盐荧光粉基体中的激发元素对及相对应的卤化物对，调节光谱转换器40的辐射光谱，色度坐标以及比色温度。

关于Eu⁺²离子的辐射在许多文献中都有所论述(例如前述普尔特的研究成果)，而有关这种荧光粉在紫外线异质结20(或紫光异质结)与蓝光异质结30同时联合激发下的情况至今无数据可考。在上述情况下，在主要由(Ba，Sr，Mg，Ca)荧光粉构成的光谱转换器40的作用下形成蓝绿光和绿光区域的短波辐射，同时通过蓝光异质结对荧光粉的激发作用形成黄，橙和橙红区域的长波辐射，此时荧光粉42中Sr⁺²，Ca⁺²离子的含量多于Ba⁺²，Mg⁺²离子的含量。

上述光源为得到颜色系数Ra＞90的标准白光所需的蓝光辐射直接来源于蓝光异质结。

上述白光光源区别于其它现有光源的特点是可以通过电学途径改变自身的整体辐射。如果需要高温白光辐射，可以通过提升蓝光异质结30的供电功率实现。在此过程中将形成大量长波辐射，这些长波辐射与未被吸收的蓝光为得到比色温度T＝2950~5000K的光提供了条件。此时紫外线异质结20的供电功率较低，从而保证了整体辐射中少量的蓝，蓝绿和绿光短波辐射。

如果需要低温白光辐射，则要向紫外线异质结20供给大量功率。此时光谱转换器40的蓝，蓝绿和绿色区域发生辐射，同时还有未被吸收的异质结紫光辐射，最终得到比色温度T＞8000K的白光。

如上所述，该白光半导体源的优点不仅由于其架构特点和引入两个可产生不同波长辐射的异质结20、30，还与其采用含有本发明所研发的新型正位硅酸盐荧光粉42的光谱转换器40有关。

本发明的荧光粉42，若与俄罗斯第2251761号专利相比较，其区别性特征是其成分中含有四种碱土金属元素，即Mg，Ca，Sr，Ba，而不是两种或三种，四种元素的比例关系为1∶0.01∶0.69∶0.30～1∶0.1∶0.2∶0.7。本发明研发过程中得到的数据表明，这四种组成元素的作用各不相同。Ba⁺²与活泼的Eu⁺²结合，由于离子中发生f-d跃迁而形成绿光发光中心。体积小的Sr⁺²取代体积大的Ba⁺²，将形成黄色光和橙色光的发光中心。Eu⁺²在Ca的正位硅酸盐的作用下形成红色光发光中心。体积最小的Mg⁺²通过形成稳固的离子键使正位硅酸盐荧光粉基体的晶格架构更加牢固。Mg⁺²的加入还能使荧光粉基体的熔点提升100℃，同时也能对荧光粉颗粒的大小进行调节。

此外，在正位硅酸盐荧光粉基体中加入卤族元素离子是荧光粉42合成过程中一项复杂的实验性工作，可通过采用卤族化合物高压蒸汽实现。

当荧光粉42的填充浓度为最小值时，原始辐射有可能穿透光谱转换器40射出；而当其填充浓度为最大值时，光谱转换器40不能实现自己将原始辐射与被激发产生的辐射相混合的作用，从而导致无法在最终得到白光。首先，将化合物溶解在相应的溶剂中，在此溶液的基础上形成含荧光粉42的悬浊液。用微量测量器将该悬浊液滴在异质结20、30的发光表面23、33，形成一层浓度为80～200微米的薄膜。光谱转换器40在被激发发光的过程中强烈改变异质结20、30的原始辐射，将原始辐射与被激发产生的辐射相混合，最终形成白光。

本发明的白光二极管光源包含至少两个辐射波长不同的InGaN短波异质结，该光源中的荧光粉42具有光谱转换器40的作用，要制成这种荧光粉42有以下几种可选方案。其中第一种方案属于固相合成法范畴，选用粉末状原料；而第二种合成方案属于胶体化学方法范畴，即所谓的溶胶-凝胶法。

本发明第一实施例的荧光粉制造方法系以上述之固相合成法制造荧光粉，其包括下列步骤：秤取如下BaCO₃、SrCO₃、EuCl₂及SiO₂颗粒并加以混合(步骤1)；在混合料中加入MgCO₃及CaCO₃(步骤2)；将配料充分混合，然后置于一坩埚中，再放入分隔为2个区之一熔炉中(步骤3)；在熔炉之第一区中，当温度升至第一温度时，碳酸盐分解，生成碱土金属的正位硅酸盐和铕(步骤4)；在熔炉之第二区中，当温度升至第二温度时，加入还原性气体混合物(步骤5)；在该熔炉退场门处取出该坩埚，将该坩埚中的物质放入一溶液中(步骤6)；以及使用一仪器对干燥的荧光粉进行测试，确定其参数(步骤7)。

于步骤1中，该BaCO₃为30g，SrCO₃为100g，EuCl₂为0.9g而SiO₂为30g，且该BaCO₃、SrCO₃、EuCl₂及SiO₂颗粒为超分散颗粒且其颗粒直径为10～50nm。

于步骤2中，该MgCO₃为10g而该CaCO₃为5g。

于步骤3中，该坩埚可为一刚铝石坩埚。

于步骤4中，在熔炉之第一区中，当温度升至第一温度时，碳酸盐分解，生成碱土金属的正位硅酸盐和铕；其中，该第一温度为1300℃。

于步骤5中，在熔炉之第二区中，当温度升至第二温度时，加入还原性气体混合物；其中，该第二温度为1260℃，该还原性气体混合物为H₂∶N₂＝5∶95。

于步骤6中，在该熔炉退场门处取出该坩埚，将该坩埚中的物质放入一溶液中；其中，该溶液为CH₃COOH溶液，且其比例为1∶10。

于步骤7中，使用一仪器对干燥的荧光粉进行测试，确定其参数；其中，该仪器为CS-2102仪器，其可测试该荧光粉42之亮度，辐射亮度，色品坐标，峰值波长等参数。

本发明第二实施例分荧光粉制造方法系以上述之溶胶-凝胶法制造荧光粉，其包括下列步骤：用一沉淀剂在特定的反应器中发生凝胶作用(步骤1)；将所得凝胶干燥至所含水的质量至一特定浓度(步骤2)；用一磨具将其磨成粉末(步骤3)；将该粉末放入一坩埚中(步骤4)；以及加热至一特定温度即得该荧光粉(步骤5)。

于步骤1中，用一沉淀剂在特定的反应器中发生凝胶作用；其中，该沉淀剂为H₄Si_3.5F_0.5。

于步骤2中，将所得凝胶干燥至所含水的质量至一特定浓度；其中，该含水的质量特定浓度为含水5-10％。

于步骤3中，用一磨具将其磨成粉末；其中，该磨具为行星球磨机。

于步骤4中，将该粉末放入一坩埚中；其中，该坩埚可为一刚铝石坩埚。

于步骤5中，加热至一特定温度即得该荧光粉；其中，该特定温度不超过1150℃。

以上根据本发明较佳实施例所制造之荧光粉之化学式如表2所示。表2中列出荧光粉的主要光谱和发光指标。

表2

表二中列出了本发明中荧光粉的主要参数及对应的化学成份。荧光粉化学成分	被波长λ＝460nm的光激发时对应的发光亮度(％)	色品坐标(x，y)	辐射波长(nm)
表二中列出了本发明中荧光粉的主要参数及对应的化学成份。荧光粉化学成分	被波长λ＝460nm的光激发时对应的发光亮度(％)	色品坐标(x，y)	辐射波长(nm)	1.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Y，Cl(0.005)	60	0.46，0.52	569
2.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Y，Cl(0.01)	100	0.42，0.54	555		60	0.46，0.52	569
	100	0.42，0.54	555	3.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Mn，Cl(0.01)	75	0.44，0.50	550，630
4.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Sn<sup>+2</sup>，F(0.01)	82	0.45，0.51	555，670		75	0.44，0.50	550，630
	82	0.45，0.51	555，670	5.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Pr<sup>+3</sup>，Cl(0.02)	105	0.40，0.54	555，615
6.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Gd，F(0.01)	79	0.45，0.52	559		105	0.40，0.54	555，615
	79	0.45，0.52	559	7.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Ce<sup>+3</sup>，F(0.01)	80	0.40，0.51	549
8.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Sm<sup>+2</sup>，F(0.01)	65	0.46，0.52	572		80	0.40，0.51	549
	65	0.46，0.52	572	9.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Yb<sup>+2</sup>，Cl(0.01)	112	0.46，0.52	558
10.Mg(Ca，Sr，Ba)<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>，Eu<sup>+2</sup>，Y，Cl(0.01)	150	0.26，0.62	522		112	0.46，0.52	558
	150	0.26，0.62	522	11.(Ba<sub>0.3</sub>Sr<sub>0.7</sub>)<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>，Eu<sup>+2</sup>，F(0.04)标准样品	100	0.42，0.52	560

由表2中数据可知，荧光粉发光的色品坐标完全覆盖了光谱的绿色，黄色和橙色光波段，峰值波长在522至670nm间。这种荧光粉不仅用作光谱转化器的主要材料，同时也是对绿黄色荧光粉的补充。

所有上述荧光粉在被波长λ＝460nm的光激发时都具有相当高的发光亮度，而被波长λ＝395nm的紫外光激发时的发光亮度大大超过了美国某公司生产的标准样品的发光亮度。

前文中已说过，异质结需联为一体，联接模式可以是并联，也可以是串联。当选用具有不同电阻率的异质结时，通常更多采用串联模式。将发光表面覆盖有用作光谱转换器40的荧光粉42的蓝光和紫外光异质结20、30并联在一起构成白光光源。在这个并联电路中需串联入光电阻以调节异质结20、30中的电流强度，这种电阻通常由异质结材料本身的电阻来提供。当蓝光异质结30中的电流强度在20mA～40mA间时，整体光通量中的蓝光部分增多。同时光谱转换器40的辐射光谱向长波波段移动。长波辐射的光通量超过了紫外光异质结20发光和光谱转换器40被其激发发光的光通量。发光整体呈暖色调，色温在3100К～5800К间。当增大紫外光异质结中的电流强度时，情况则相反，会引起短波辐射的光通量增大，色温T＞7000К。

需要特别指出的是，该半导体光源具有相当大的光通量。当成对并联的异质结20、30处于完全电功率状态W＝0.20w时，光通量F≥6lm，发光效率η≥30lm/w.如果采用表面面积S＞1mm²的高质量氮化物异质结，当其处于完全电功率状态W＝0.6w时，光通量F≥30lm，发光效率η≥50lm/w。

该白光二极管光源的新颖性不仅体现下其电学和材料学方面，还有其光学架构上的改进。为了不影响双频带发光半导体源的白光输出，采用圆柱形透镜作光出射装置，透镜的几何轴线穿过异质架构成的发光架构的几何中心。这种圆柱形透镜出射装置能够消除白光出射时的色差

综上所述，本发明的白光二极管系由至少两个分别辐射不同波长的蓝光和紫外光的异质架构成，此外还包括一个光谱转换器，该光谱转换器被激发产生的辐射与氮化物异质结的两种原始辐射相混合，最终合成白光，并可通过改变异质结的电功率调节白光的色度，因此，确可改善习知白光二极管及其荧光粉制作方法之缺点。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作少许更动与润饰，因此本发明的保护范围应当根据权利要求书来确定。

Claims

1.一种白光二极管光源的荧光粉，系由正位硅酸盐所制成，其化学式为Mg(Ca，Sr，Ba)₃Si₂O₈:(∑Me^2，3)(Hal)_2，3，其中Me表示离子，Hal表示卤素族元素，其被激发发光的光谱具有一第一极限及一第二极限，其中该第一极限为λ＝360-400nm区间，该第二极限为λ＝440-480nm区间，且当荧光粉基体被离子激发且基体组成中的离子浓度满足一特定原子分率0.005≤(∑Me^+2，3)≤0.1时，该荧光粉辐射光谱分布于可见光光谱的绿-黄-橙色区域，而该辐射光谱最大值λ＝560-590nm。

2.如权利要求1所述的荧光粉，其中该离子为Ce⁺³+Mn⁺²，Ce⁺³+Sn⁺²，Eu⁺²+Dy⁺³，Eu⁺²+Pr⁺³，Eu⁺²+Y⁺³，Eu⁺²+Ce⁺³，Eu⁺²+Er⁺³，Eu⁺²+Gd⁺³或Eu⁺²+La⁺³。

3.如权利要求2所述的荧光粉，其中该+2价离子决定荧光粉的发光光谱，该+3价离子决定荧光粉被激发之发光光谱，而卤素族元素离子则决定激发中心的能量转移。

4.如权利要求1所述的荧光粉，其中该荧光粉的平均直径10≤d≤14微米，中位线直径4≤d₅₀≤10微米。

5.一种白光二极管光源的荧光粉之制作方法，其包括下列步骤：

秤取如下BaCO₃、SrCO₃、EuCl₂及SiO₂颗粒并加以混合；

在混合料中加入MgCO₃及CaCO₃；

将配料充分混合，然后置于一坩埚中，再放入分隔为2个区之一熔炉中；

在熔炉的第一区中，当温度升至第一温度1300℃时，碳酸盐分解，生成碱土金属的正位硅酸盐和铕；

在熔炉的第二区中，当温度升至第二温度1260℃时，加入还原性气体混合物；

在该熔炉退场门处取出该坩埚，将该坩埚中的物质放入一溶液中；以及

使用一仪器对干燥的荧光粉进行测试，确定其参数。

6.如权利要求5所述的制作方法，其中该BaCO₃为30g，SrCO₃为100g，EuCl₂为0.9g而SiO₂为30g。

7.如权利要求5所述的制作方法，其中该BaCO₃、SrCO₃、EuCl₂及SiO₂颗粒为超分散颗粒且其颗粒直径为10～50nm。

8.如权利要求5所述的制作方法，其中该MgCO₃为10g而该CaCO₃为5g。

9.如权利要求5所述的制作方法，其中该坩埚为一刚铝石坩埚。

10.如权利要求5所述的制作方法，其中该还原性气体混合物为H₂∶N₂＝5∶95。

11.如权利要求5所述的制作方法，其中该溶液为CH₃COOH溶液，且其比例为1∶10。

12.如权利要求5所述的制作方法，其中该仪器为CS-2102仪器，其测试该荧光粉之亮度，辐射亮度，色品坐标，峰值波长。