CN101017870A - 白光半导体光源及镧镓硅酸盐基质的荧光粉及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明系关于一种白光半导体光源，其包括铟镓氮化物基础上的异质结，含有无机荧光粉的聚合物涂层，聚合物层位于球面镜盖与该聚合物涂层之间，其特征在于：该无机荧光粉的总公式为La3Ga5SiO14，可被铈激发，该荧光粉具有镧镓硅酸盐结晶构造，且该镧镓硅酸盐被该异质结的最初辐射激发可发出绿－黄－红光，并与该异质结的部分最初辐射混合形成整体白光。此外，本发明还提供一种镧镓硅酸盐基质的荧光粉及其制作方法，所制作的镧镓硅酸盐基质荧光粉具有色度稳定度、热稳定度及亮度稳定度。
Description
【发明所属技术领域】
本发明系关于一种白光半导体光源。具体而言，是指白光发光二极管光源的构造，该白光半导体光源可应用于光学技术、显示结构、分析化学等等。
【先前技术】
一般而言，制作有效的III族元素氮化物基础上的半导体异质结促进了新光源制造领域工作的发展。这些光源包括氮化物异质结，氮化物异质结在短波光谱区域辐射，其中主要是蓝色和紫色光谱区域，最大波长为λ＝430～475nm。在异质结上形成无机荧光粉粉末层，它的辐射与剩余的蓝一紫辐射混合，制出均匀的白光(请参照S.NaKamura，G.Fasol″The blue laserdiode″Sp-Verl.B.1997)。为了实现这个构想，在2001年公开的美国专利第US5,962,971号专利中提出了发光二极管结构。在这个结构中用半导体异质结辐射表面接触发荧光的荧光粉，该荧光粉由被铈激发的钇铝石榴石构成。
于本发明中将这个已发表的资料作为参考对象加以采用，已知光源也属于参考物，尽管它具有一些已知的优越性譬如外观尺寸小、供给电压低(不超过5V)；然而它还具有一些本质上的缺陷，其中包括已知光源的发光效率低。为了排除这个缺陷，本发明提出在荧光粉光源应用过程中必须提高它的发光效率。在S.Shimizu所有的美国专利(于2002年公开)中揭示，在荧光粉成份中添加化学元素周期表III族元素钆、镓、铟，加入钆能够使光谱辐射最大值从λ＝540nm位移到580nm，这样就能制造出色温为T＝12000～3000K的白光光源。
另一个本质上的缺陷是：光源辐射色度取决于供给电流值，此外半导体光源的辐射色度和辐射强度还取决于工作中的环境温度。
【发明内容】
为解决上述已知技术的缺点，本发明的主要目的系提供一种白光半导体光源及镧镓硅酸盐基质的荧光粉及其制作方法，该白光半导体光源可不受环境温度的影响，并在色度稳定性和高辐射效率方面成就卓著。
为解决上述已知技术的缺点，本发明的另一目的系提供一种白光半导体光源及镧镓硅酸盐基质的荧光粉及其制作方法，该白光半导体光源具有色度稳定性、热稳定性、亮度稳定性的优点。
为达到上述目的，本发明提供一种白光半导体光源，其包括铟镓氮化物基础上的异质结，含有无机荧光粉的聚合物涂层，聚合物层位于球面镜盖与该聚合物涂层之间，其特征在于：该无机荧光粉的总公式为La3Ga5SiO14，可被铈激发，该荧光粉具有镧镓硅酸盐结晶构造，且该镧镓硅酸盐被该异质结的最初辐射激发可发出绿-黄-红光，并与该异质结的部分最初辐射混合形成整体白光。
其中，该镧镓硅酸盐结晶构造为P321(D2 3)结构组。
其中，该荧光粉具有化学计量公式La3-xCexGa5SiO14，其中x＝0.001～0.15。
其中，该荧光粉在540～580nm的区域可发强光，它的余辉持续时间为60～120ns，如此即可制出整体白光，其色温为12000～3000K。
其中，该荧光粉的组成中至少还能含有至少一种以上的稀土元素，这些元素选自于：Sc，Y，Gd，Yb，Lu，Pr，Sm，Tb，Er，Ho，Tm并可代替镧，同时其浓度为0.01～0.3原子分率。
其中，该荧光粉的组成中还可以包含铝和锗，其中铝可代替镓，锗可取代硅，如此即可形成如La3-x-yCexGa5-yAlySi1-zGezO14的组成，其中x＝0.001～0.15，y＝0.001～1.0，z＝0.001～0.1。
其中，该荧光粉具有粉末尺寸为d＝8μm，其可超过荧光粉辐射光谱最大值波长的8～40倍。
其中，该聚合物涂层可为有机透光聚合物涂层，且该荧光粉粉末分布在该有机透光聚合物涂层上，其分子为2000～20000碳单位，该荧光粉粉末和该聚合物的品质百分比值为10～75％。
为达到上述目的，本发明提供一种镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其包括下列步骤：根据化学计量公式准备一定剂量的La2O3、Gd2O3、SiO2及CeO2氧化物；在上述氧化物中添加硼酸；在研磨机中对该氧化物进行混合，并涂上很细的锆球；将配料分别装入刚铝石坩埚；在弱还原气压下，将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，然后将坩埚和电炉冷却；将产物用热酸化水洗涤，并用筛网过滤；以及烘干数小时即可得该荧光粉。
其中，于该根据化学计量公式准备一定剂量的La2O3、Gd2O3、SiO2及CeO2氧化物的步骤中，La2O3的剂量为1.49M，Gd2O3的剂量为2.5M，SiO2的剂量为1M，CeO2的剂量为0.1M。
其中，于该在上述氧化物中添加硼酸的步骤中，该硼酸的剂量为0.005M，且该硼酸的剂量根据液相矿化剂用量而定。
其中，于该在研磨机中对该氧化物进行混合并涂上很细的锆球的步骤中，该氧化物与锆球的比例为1∶10，可按照配料总量而定，且混合持续时间为2小时。
其中，于该将配料分别装入刚铝石坩埚的步骤中，该坩埚容量为0.5L。
其中，于该在弱还原气压下将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，然后将坩埚和电炉冷却的步骤中，该弱还原气压为H2∶N2＝2∶98，且将该电炉内温度保持在T＝500℃/1小时、900℃/1小时、1100℃/1小时以及1300℃/2小时，然后将坩埚和电炉冷却至100℃。
其中，于该将产物用热酸化水洗涤并用筛网过滤的步骤中，该热酸化水为pH＝5，该筛网具有400筛眼。
其中，于该烘干数小时即可得该荧光粉的步骤中，该烘干时间为2小时。
【实施方式】
首先，本发明的目的在于消除上述白光半导体光源及荧光粉的缺点。为了达到这个目标，本发明的白光半导体光源系以下方式实施：在白光半导体光源中III族元素铟、镓氮化物基础上的异质结辐射蓝-紫光，光源中含有荧光粉涂层，荧光粉被上述异质结的辐射激发产生长波光，它同异质结部分辐射蓝紫光混合形成整体白光。
根据本发明，荧光粉通常使用被铈(Ce)激发的La3Ga5SiO14材料，这种材料具有镧镓硅酸盐结晶构造。属于P321(D2 3)结构组。该荧光粉为无机荧光粉且其化学计量公式为La3-xCexGa5SiO14，其中，化学计量指数值位于区间x＝0.001～0.15。具有这种组成的无机荧光粉能发出强光，其中λmax＝-540～580nm，荧光粉余辉持续时间为60～120ns并取决于加入其组成中的铈离子浓度。异质结部分最初蓝紫辐射与新型荧光粉橙黄发光合成能够获得整体白光辐射，其色温为T＝12000～3000K。
此外在该无机荧光粉中添加一些元素代替镧(La)，这些元素例如但不限于是钪(Sc)以及稀土族元素钇(Y)、钆(Gd)、镱(Yb)或镥(Lu)，同样还有镨(Pr)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Tb)、铒(Er)、镝(Dy)、钬(Ho)或铥(TM)。相应地在荧光粉成分中加入第1组元素，其浓度为0.01～0.3原子分率，这些元素的作用包括，在无机荧光粉中引起铈离子Ce+3辐射光谱曲线的半波宽和光谱最大值发生变化。我们发现，在镧镓硅酸盐阳离子晶格中部分镧被钇离子及/或钆离子所代替，荧光粉辐射强度相应提高了5～25％；在荧光粉成分中加入钪离子和镥离子也可以产生类似效应，钪离子和镥离子在荧光粉基质中含量达到0.1原子分率，荧光粉的发光强度能提高3～9％。荧光粉组成中用铽代替一部分镧能够将荧光粉余辉持续时间减少5～15％；我们还发现，必须准确规定镧镓硅酸盐-荧光粉组成中其它稀土元素的含量。
表1中列出了本发明的实验结果资料，这些资料是关于荧光粉中所有稀土元素对铈离子Ce+3发光的影响。
表1
| 稀土元素离子 | 最佳原子分率含量 | 所表现的特性 |
| Y | 0.01～0.3 | 强度增大，光谱最大值位移 |
| Gd | 0.01～0.3 | 强度增大，光谱最大值位移 |
| Sc | 0.001～0.1 | 强度增大，光谱最大值位移 |
| Lu | 0.001～0.1 | 强度增大，光谱最大值位移 |
| Yb | 0.001～0.1 | 余辉持续时间变化 |
| Pr | 0.001～0.05 | 附加最大值现象，λ＝615～640nm |
| Sm | 0.001～0.1 | 发光强度变化 |
| Eu | 0.001-0.1 | 发光强度变化 |
| Tb | 0.001～0.1 | 发光强度变化 |
| Er | 0.001～0.05 | 发光强度变化 |
| Dy | 0.001～0.05 | 发光强度变化 |
| Ho | 0.001～0.05 | 发光强度变化 |
| Tm | 0.001～0.05 | 发光强度变化 |
| Yb | 0.001～0.05 | 发光强度变化 |
阴离子晶格中镓离子和硅离子被其它离子代替将对荧光粉特性产生影响，这种影响等同于荧光粉基质中添加了稀土元素离子。本发明的资料显示，如果荧光粉中一部分镓离子被铝离子代替将引起光谱最大值半波宽变化，为
同时荧光粉发光强度提高。可是如果一部分硅离子被锗离子取代就引起材料吸收光谱最小值变大，并位于λ＝430～475nm的区域：也就是说半导体氮化物异质结在这个光谱次能带能够产生辐射，这正是形成蓝-紫色发光二极管所必要的。在荧光粉阴离子晶格中，以上元素最佳含量为0.001～1.0原子分率，这时加入镥的含量通常实质性地低于加入铝的含量。
此外，本发明的资料还显示，为了使荧光粉粉末具有多分散性，它的几何尺寸(直径)应当超过荧光粉辐射光谱最大值波长的8～40倍。由于不存在过剩的光散射决定了粉末尺寸下限约为d≈4μm，因此这时白光半导体光源的总效率降低。在聚合物中由于可能形成没有分层的荧光粉悬浊液，决定了荧光粉粉末尺寸的上限约为d≈20μm，这时产生了透光荧光粉层，它们在半导体异质结表面加固。相应地聚合物化学组成属于聚丙烯硅氧烷或者聚环氧树脂，其分子品质为M＝2000～20000碳单位。同时以上聚合物必须具有足够高的粘度和必要的迁移率，以保证荧光粉粉末层分布在聚合物中。本发明的资料还显示，在聚合物中荧光粉粉末的最小含量占品质的1％，最大含量为75％。根据本发明的资料，聚合物中荧光粉品质浓度最佳值为45～65％。这时在半导体异质结表面能够形成均匀致密的坚固涂层，其厚度为20～100微米。这些涂层位于全部异质结辐射面和端面。这些坚固的荧光粉涂层位于氮化物异质结表面，保证了半导体光源的发光具有更高的热稳定性，这些半导体光源在使用过程中温度范围通常为T＝-60～+90℃。
同样地本发明还注意到，本发明所提出的半导体光源更高的发光热稳定性最有可能和发明中提出的荧光粉化学结晶特征相联系。
在下面的表2中将本发明的La3Ga5SiO14:Ce新型荧光粉与所有已知Y3Al5O12:Ce“标准”荧光粉的参数进行比较，在白光光源以及本发明的新型荧光粉La3Ga5SiO14:Ce的制备中这些参数将被使用。
石榴石基质和镧镓硅酸盐基质的无机荧光粉的主要特性：
表2
| 特性 | Y3Al5O12:Ce | La3Ga5SiO14·Ce |
| 对称 | la3d | P321(D2 3) |
| 晶格参数nm | a＝1.205 | A＝0.810 c＝0.506 |
| 结构 | 立方 | 三角形 |
| 分子品质 | 593.61mvρ＝118.722 | 1017.32mvρ＝178.48 |
| 密度g/cm3 | 5.0 | 5.75 |
| 热膨胀系数10-6 | 8.2 | 3.1～5.1 |
| 导热系数W/M.k | 0.13 | 0.35 |
| 熔化温度℃ | 1950 | 1480 |
| 熔化指数 | 1.85～1.95 | 1.92 |
| 掺杂质Ce原子的浓度 | 1.0 | 约10 |
| 透光性区域mk | 0.24～6 | 0.35～4.0 |
| 发光位置λmax | 540～580 | 530～600 |
从上述的比较中可得出结论：以上两种基质的荧光粉具有根本性区别，其表现不仅在于化学计量公式，而且还包括结晶构造。石榴石荧光粉为立方结构，镧镓硅酸盐基质荧光粉是具有两个晶格参数的四面体晶系。本发明的新型荧光粉不仅密度高15％，而且具有更大可溶性，当激发离子铈进入晶格时就能够在更大范围控制荧光粉的发光亮度；铈离子的可溶性大决定了有些荧光粉辐射量子输出可能更大，使之达到η＝90～92％，对于优等钇铝石榴石基质的荧光粉，其值为η＝82～88％。同时本发明的有些新型荧光粉的折射率更小，根据等式＝arctan(n2/n1)，这些新型荧光粉的辐射输出角度值更大(n2，n1-荧光粉粉末以及与之相关的聚合物的折射率)。由于镧镓硅酸盐基质的荧光粉粉末的热膨胀系数很小，因此当半导体辐射器加热时没有产生过大的热应力，这一点在含有石榴石荧光粉的光源中却表现得完全相反。本发明的新型荧光粉导热性高同样有助于减小温差应力值，这种温差应力通常出现荧光粉粉末和相关有机物聚合层中。
本发明的资料还显示以下情况，即使没有被激发的镧镓硅酸盐，荧光粉粉末也被染成黄色，这就保证了III族氮化物半导体异质结的短波光能够被强烈地吸收，在Ce+3离子激发下本发明的新型荧光粉吸收光谱比石榴石荧光粉吸收光谱变得更强烈。如果当石榴石荧光粉吸收光谱λ＝470nm时，反射系数为R＝18～25％，那么对于已提出的材料而言这个值为R＝12～18％，这时反射效率降低。如此不但能够减少聚合层中荧光粉的光学散射值，而且同样在制作过程中它们的厚度也更加均匀，因而将促进整体白光辐射稳定性。在石榴石荧光粉层中经常可以观察到厚度不均匀的现象，这就决定了半导体异质结蓝紫辐射也不均匀，并导致半导体光源白光辐射具有“不同色度”，制作这种半导体光源通常使用石榴石荧光粉。
于本发明中我们还注意到荧光粉表现出一系列重要特性。首先荧光粉不仅能够很好地被铈激发，而且同样还有镨。在镧镓硅酸盐基质中掺入以下元素同样地能够产生自身特征辐射，它们分别为钐(λ＝580～620nm)、铕(λ＝590～625nm)、镝(λ＝570nm)、铽(λ＝480～545nm)、铒(λ＝530nm)。荧光粉具有很多辐射特性，当它被稀土离子激发时，这些特性都能发挥重要作用。这时半导体光源结构中就具有了氮化物紫外线(λ＝350～400nm)辐射器。
此外本发明还揭示一种镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法。请参照图1，其绘示本发明的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法的流程示意图。如图所示，本发明的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法包括下列步骤：根据化学计量公式准备一定剂量的La2O3、Gd2O3、SiO2及CeO2氧化物(步骤1)；在上述氧化物中添加硼酸(步骤2)；在研磨机中对该氧化物进行混合，并涂上很细的锆球(步骤3)；将配料分别装入刚铝石坩埚(步骤4)；在弱还原气压下，将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，然后将坩埚和电炉冷却(步骤5)；将产物用热酸化水洗涤，并用筛网过滤(步骤6)；以及烘干数小时即可得该荧光粉(步骤7)。
于步骤1中，根据化学计量公式准备一定剂量的La2O3、Gd2O3、SiO2及CeO2氧化物；其中，La2O3的剂量例如但不限于为1.49M，Gd2O3的剂量例如但不限于为2.5M，SiO2的剂量例如但不限于为1M，CeO2的剂量例如但不限于为0.1M。
于步骤2中，在上述氧化物中添加硼酸；其中，该硼酸的剂量例如但不限于为0.005M，且该硼酸的剂量根据液相矿化剂用量而定。
于步骤3中，在研磨机中对该氧化物进行混合并涂上很细的锆球；其中，该氧化物与锆球的比例例如但不限于为1∶10，可按照配料总量而定，且混合持续时间例如但不限于为2小时。
于步骤4中，将配料分别装入刚铝石坩埚；其中，该坩埚容量例如但不限于为0.5L。
于步骤5中，在弱还原气压下将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，然后将坩埚和电炉冷却；其中，该弱还原气压为H2∶N2＝2∶98，且将该电炉内温度保持在T＝500℃/1小时、900℃/1小时、1100℃/1小时以及1300℃/2小时，然后将坩埚和电炉冷却至100℃。
于步骤6中，将产物用热酸化水洗涤并用筛网过滤；其中，该热酸化水例如但不限于为pH＝5，该筛网具有400筛眼。
于步骤7中，烘干数小时即可得该荧光粉；其中，该烘干时间例如但不限于为2小时。
本发明的制备过程如下：根据化学计量公式需要准备一定剂量氧化物，譬如：La2O3-1.49M、Gd2O3-2.5M、SiO2-1M、CeO2-0.1M。在上述氧化物中添加0.005M的硼酸，具体情况下硼酸剂量根据液相矿化剂用量确定。在研磨机中对氧化物进行混合并涂上很细的锆球(1∶10，按照配料总量)，持续时间为2小时。将配料分别装入刚铝石坩埚，每个坩埚容量为0.5L。在弱还原气压下(H2∶N2＝2∶98)将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，将炉内温度保持在T＝500℃-1小时、900℃-1小时、1100℃-1小时以及1300℃-2小时，然后将坩埚和电炉冷却至100℃。将所制备的产物用热酸化水(pH＝5)洗涤，用400筛眼的筛网过滤。此后将荧光粉烘干2小时，温度为T＝120℃。在专业的装置中对荧光粉进行测量，荧光粉量子输出用λ＝465nm的发光二极管激发，粒子大小的测量在“弗里奇”激光器上进行。在具体实施例中制备的荧光粉量子输出为η＝90％，粉末平均尺寸为dcp.＝12微米。下面将已制备的0.5g荧光粉同环氧混合剂进行混合，荧光粉粉末占总品质的50％。藉助于配剂注射器将荧光粉悬浊液注入发光二极管的壳体中，并关上透镜盖。在环氧混合剂发生聚合作用之后，对半导体光源(发光二极管)进行参数测量。
请参照图2，其绘示根据本发明的镧镓硅酸盐基质荧光粉所制作的白光半导体光源的示意图。如图2所示，其中提供了自光半导体光源的全部种类，这时藉助于粘合剂在圆锥形的微反射器6上将GaInN辐射晶体1进行装配。晶体1具有一对引线2，引线2用于供电。在晶体1表面和它的端面分布着荧光粉涂层，其厚度为60微米。该荧光粉涂层进一步分为相关聚合物4和分布在聚合物中的荧光粉5。该圆锥微反射器6和光学仪器盖(图中未示出)连接。
本发明所提出的白光半导体光源在工作中采用下列形式：GaInN异质结晶体1接通低压电源，电源电势稳定地达到4V，这时通过晶体的电流J＝1MA并在晶体中产生注入式的电致发光，同时伴随着蓝紫光辐射。这个光线射在荧光粉5粉末上，这些荧光粉5分布在晶体周围并引起荧光粉粉末的光致发光。当观察者的眼睛集中到整体白光辐射时其光谱组成主要是两个能带：λmax＝465nm，半波宽为Δλ＝25nm以及λmax＝555nm，半波宽为Δλ＝120nm。
在本发明中所揭示的白光半导体光源使用各种镧钆硅酸盐基质荧光粉，这些光源的辐射参数在表3中对比。
表3
| № | 半导体覆盖层的荧光粉成分 | 辐射光强度cd | 色坐标和辐射坐标 | 发光色度 | 辐射输出半角 |
| 1 | La2,99Ce0,01Ga5SiO14 | 2.0 | 0.290.30 | 略带浅蓝色的白光 | 15 |
| 2 | La2,89YCe0,01Ga5SiO14 | 2.2 | 0.310.33 | 自然白光 | 16 |
| 3 | La2,94Sc0,05Ce0,01Ga5SiO14 | 2.3 | 0.320.32 | 白光 | 16 |
| 4 | La2,98Lu0,01Ce0,01Ga5SiO14 | 2.05 | 0.340.33 | 白光 | 15 |
| 5 | La2,989Ce0,01Yb0,001Ga5SiO14 | 2,02 | 0.320.36 | 略带黄色的白光 | 16 |
| 6 | La2,69Gd0,3Ce0,01Ga5SiO14 | 2.3 | 0.360.38 | 略带黄色的白光 | 16 |
| 7 | La2,998Ce0,01SmEu0,001Ga5SiO14 | 2.00 | 0.320.33 | 暖白光 | 15 |
| 8 | La2,998Ce0,01Er0,001Ho0,001Ga5SiO14 | 2.00 | 0.320.34 | 白光 | 15 |
| 9 | La2,989Y0,09Ce0,01Tb0,01Ga5SiO14 | 2,8 | 0,380,40 | 暖白光 | 18 |
| 10 | La2,999Ce0,01Ga4,9Al0,1O14 | 2.0 | 0.330.33 | 白光 | 16 |
| 11 | La2,99Ce0,01Ga4,0Al1,0O14 | 2.75 | 0.390.42 | 暖白光 | 16 |
| 12 | La2,999Ce0,01Ga4,999Al0,001Si0,99Ge0,01O14 | 2.4 | 0.360.40 | 暖白光 | 16 |
| 13 | La2,99Ce0,01Ga4,7Al0,3Si0,9Ge0,1O14 | 2.2 | 0.380,38 | 暖白光 | 15 |
| 14 | La2,99Ce0,01Ga4,7Al0,3Si0,7Ge0,3O14 | 2.4 | 0.380.36 | 暖白光 | 15 |
| 15 | Y3Al5O12:Ce | 1.8～2.2 | 0.310.32 | 自然白光 | 12 |
从表3中所列的资料可以得出结论：所有列举的半导体光源都具有均匀的自然色调和暖白色调。
在致力于本发明的工作过程中，本发明的作者对新型白光半导体光源进行了深入研究，所援引的测量结果表明该光源的基础为：III族元素氮化物异质结和新型材料镧镓硅酸盐荧光粉涂层，其特征是发光效率、热稳定性以及使用寿命的工作参数值均很高。
综上所述，本发明的白光半导体光源及镧镓硅酸盐基质的荧光粉及其制作方法毫无疑义在各种技术领域中能够得到广泛的应用譬如照明、灯饰、显示、具有严格规定的光源的精密照明，此外一系列实用科学的重要领域都将应用氮化物异质结和镧镓硅酸盐基质荧光粉基础上的半导体光源，如杂质含量的分析检验、微复印、色标准等等。必须指出：本发明的光源还有一个重要的优越性：高发光效率，它将白炽照明光源的发光效率提高2～3倍，达到了24～301m/w，因此，确可改善已知白光半导体光源的缺点。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内当可作少许的更动与润饰 因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。
【图式简单说明】
图1为示意图，其绘示本发明的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法的流程示意图。
图2为示意图，其绘示根据本发明的镧镓硅酸盐基质荧光粉所制作的白光半导体光源的示意图。
【主要组件符号说明】
GaInN辐射晶体1
引线2
相关聚合物4
荧光粉5
圆锥微反射器6
步骤1：根据化学计量公式准备一定剂量的La2O3、Gd2O3、SiO2及CeO2氧化物；
步骤2：在上述氧化物中添加硼酸；
步骤3：在研磨机中对该氧化物进行混合，并涂上很细的锆球；
步骤4：将配料分别装入刚铝石坩埚；
步骤5：在弱还原气压下，将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，然后将坩埚和电炉冷却；
步骤6：将产物用熟酸化水洗涤，并用筛网过滤；以及
步骤7：烘干数小时即可得该荧光粉。
Claims (23)
1.一种白光半导体光源，其包括铟镓氮化物基础上的异质结，含有无机荧光粉的聚合物涂层，聚合物层位于球面镜盖与该聚合物涂层之间，其特征在于：该无机荧光粉的总公式为La3Ga5SiO14，可被铈激发，该荧光粉具有镧镓硅酸盐结晶构造，且该镧镓硅酸盐被该异质结的最初辐射激发可发出绿-黄-红光，并与该异质结的部分最初辐射混合形成整体白光。
2.如权利要求1所述的白光半导体光源，其中该镧镓硅酸盐结晶构造为P321(D2 3)结构组。
3.如权利要求1所述的白光半导体光源，其中该荧光粉具有化学计量公式La3-xCexGa5SiO14，其中x＝0.001～0.15。
4.如权利要求3所述的白光半导体光源，其中该荧光粉在540～580nm的区域可发强光，它的余辉持续时间为60～120ns，如此即可制出整体白光，其色温为12000～3000K。
5.如权利要求1所述的白光半导体光源，其中该荧光粉的组成中至少还能含有至少一种以上的稀土元素，这些元素选自于：Sc，Y，Gd，Yb，Lu，Pr，Sm，Tb，Er，Ho，Tm并可代替镧，同时其浓度为0.01～0.3原子分率。
6.如权利要求1所述的白光半导体光源，其中该荧光粉的组成中还可以包含铝和锗，其中铝可代替镓，锗可取代硅，如此即可形成La3-x-yCexGa5-yAlySi1-zGezO14的组成，其中x＝0.001～0.15，y＝0.001～1.0，z＝0.001～0.1。
7.如权利要求5所述的白光半导体光源，其中该荧光粉具有粉末尺寸为d＝8μm，其可超过荧光粉辐射光谱最大值波长的8～40倍。
8.如权利要求1所述的白光半导体光源，其中该聚合物涂层可为有机透光聚合物涂层。
9.如权利要求8所述的白光半导体光源，其中该荧光粉粉末分布在该有机透光聚合物涂层上，其分于为2000～20000碳单位，该荧光粉粉末和该聚合物的品质百分比值为10～75％。
10.一种镧镓硅酸盐基质的荧光粉，其总公式为La3Ga5SiO14，可被铈激发，其具有P321(D2 3)结构组，且该镧镓硅酸盐被铟镓氮化物基础上的异质结的最初辐射激发可发出绿-黄-红光，并与该异质结的部分最初辐射混合形成整体白光。
11.如权利要求10所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉，其中该荧光粉具有化学计量公式La3-xCexGa5SiO14，其中x＝0.001～0.15。
12.如权利要求11所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉，其中该荧光粉在540～580nm的区域可发强光，它的余辉持续时间为60～120ns，如此即可制出整体白光，其色温为12000～3000K。
13.如权利要求11所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉，其组成中至少还能含有至少一种以上的稀土元素，这些元素选自于：Sc，Y，Gd，Yb，Lu，Pr，Sm，Tb，Er，Ho，Tm并可代替镧，同时其浓度为0.01～0.3原子分率。
14.如权利要求11所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉，其组成中还可以包含铝和锗，其中铝可代替镓，锗可取代硅，如此即可形成La3-x-yCexGa5-yAlySi1-zGezO14的组成，其中x＝0.001～0.15，y＝0.001～1.0，z＝0.001～0.1。
15.如权利要求11所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉，其粉末尺寸为d＝8μm，其可超过荧光粉辐射光谱最大值波长的8～40倍。
16.一种镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其包括下列步骤：
根据化学计量公式准备一定剂量的La2O3、Gd2O3、SiO2及CeO2氧化物；
在上述氧化物中添加硼酸；
在研磨机中对该氧化物进行混合，并涂上很细的锆球；
将配料分别装入刚铝石坩埚；
在弱还原气压下，将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，然后将坩埚和电炉冷却；
将产物用热酸化水洗涤，并用筛网过滤；以及
烘干数小时即可得该荧光粉。
17.如权利要求16所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其中于该根据化学计量公式准备一定剂量的La2O3、Gd2O3、SiO2及CeO2氧化物的步骤中，La2O3的剂量为1.49M，Gd2O3的剂量为2.5M，SiO2的剂量为1M，CeO2的剂量为0.1M。
18.如权利要求16所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其中于该在上述氧化物中添加硼酸的步骤中，该硼酸的剂量为0.005M，且该硼酸的剂量根据液相矿化剂用量而定。
19.如权利要求16所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其中于该在研磨机中对该氧化物进行混合并涂上很细的锆球的步骤中，该氧化物与锆球的比例为1∶10，可按照配料总量而定，且混合持续时间为2小时。
20.如权利要求16所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其中于该将配料分别装入刚铝石坩埚的步骤中，该坩埚容量为0.5L。
21.如权利要求16所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其中于该在弱还原气压下将坩埚放置于电炉上，采用多段灼烧法将坩埚加热，然后将坩埚和电炉冷却的步骤中，该弱还原气压为H2∶N2＝2∶98，且将该电炉内温度保持在T＝500℃/1小时、900℃/1小时、1100℃/1小时以及1300℃/2小时，然后将坩埚和电炉冷却至100℃。
22.如权利要求16所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其中于该将产物用热酸化水洗涤并用筛网过滤的步骤中，该热酸化水为pH＝5，该筛网具有400筛眼。
23.如权利要求16所述的镧镓硅酸盐基质的荧光粉的制作方法，其中于该烘干数小时即可得该荧光粉的步骤中，该烘干时间为2小时。
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2007
- 2007-02-05 CN CNA2007100032623A patent/CN101017870A/zh active Pending
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