CN1851918A - 白光二极管光源及其荧光粉的制法 - Google Patents

白光二极管光源及其荧光粉的制法 Download PDF

Info

Publication number
CN1851918A
CN1851918A CNA2006100838527A CN200610083852A CN1851918A CN 1851918 A CN1851918 A CN 1851918A CN A2006100838527 A CNA2006100838527 A CN A2006100838527A CN 200610083852 A CN200610083852 A CN 200610083852A CN 1851918 A CN1851918 A CN 1851918A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
fluorescent material
hetero
junctions
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006100838527A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100448004C (zh
Inventor
索辛那姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CNB2006100838527A priority Critical patent/CN100448004C/zh
Publication of CN1851918A publication Critical patent/CN1851918A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100448004C publication Critical patent/CN100448004C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48257—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a die pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

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+2+Cl－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

白光二极管光源及其荧光粉的制法
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(BaU，CaV)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(SrU，CaV)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＜0,5 u+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:(∑Me2，3)(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、一负极及一发光表而，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:(∑Me2，3)(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:(∑Me2，3)(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。
  表1激发模式   荧光粉状光谱转换器光色参数
  相对单位亮度   色坐标x，y   色坐标u，v   峰值波长λp 主波长λd
  λ＝395的紫外线   76111   0.4353，0.5243   0.2086，0.3736   561.9 570
  λ＝465的蓝光   20874   0.3451，0.3653   0.2062，0.3275   568 572
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:(∑Me2，3)(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+Y3+，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，要实现这种全新的自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(∑1，2，3，4Me)4-xSi2O8:(TR+2，TR+3)xHal2，3。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(Ba，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H4Si3.5F0.5。
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)
  1.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Y，Cl(0.005)  60   0.46，0.52   569
  2.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Y，Cl(0.01)  100   0.42，0.54   555
  3.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Mn，Cl(0.01)  75   0.44，0.50   550，630
  4.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Sn+2，F(0.01)  82   0.45，0.51   555，670
  5.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Pr+3，Cl(0.02)  105   0.40，0.54   555，615
  6.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Gd，F(0.01)  79   0.45，0.52   559
  7.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Ce+3，F(0.01)  80   0.40，0.51   549
  8.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Sm+2，F(0.01)  65   0.46，0.52   572
  9.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Yb+2，Cl(0.01)  112   0.46，0.52   558
  10.Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8，Eu+2，Y，Cl(0.01)  150   0.26，0.62   522
  11.(B0.3Sr0.7)2SiO4，Eu+2，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3100κ～5800κ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＞7000κ。
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 (30)

1.一种白光二极管光源，其系由铟镓氮化物所制成，包括：
一绝缘晶体架，其用以承载后述的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，其中该正极及负极系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之一侧，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，其覆盖于该第一异质结及该第二异质结之发光表面上方处；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。
2.如权利要求1所述的白光二极管光源，其中该第一异质结为一紫外光异质结，其辐射最大值为360-400nm。
3.如权利要求2所述的白光二极管光源，其中该第二异质结为一蓝光异质结，其辐射最大值为440-480nm。
4.如权利要求1所述的白光二极管光源，其中该第一异质结及该第二异质结的辐射光谱的重迭部分仅占其辐射最大值的10～30％，且其具有相同的电学特性，其可以串联或并联的模式加入电路中，且该第一异质结及该第二异质结之发光光谱系随其中的InN的含量而变化。
5.如权利要求1所述的白光二极管光源，其中该光谱转换器系由一透明有机树脂及一荧光粉所混合而成。
6.如权利要求5所述的白光二极管光源，其中该有机树脂可以是高温硬化的环氧树脂或聚碳酸酯或有机硅化物，而该荧光粉是由正位硅酸盐所制成。
7.如权利要求6所述的白光二极管光源，其中该荧光粉的化学式为Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8：(ΣMe2，3)(Hal)2，3。
8.如权利要求1所述的白光二极管光源，其进一步具有一反射镜，用以调整位于其表面之该第一异质结、第二异质结及该光谱转换器辐射的光的方向，此外，该反射镜也可与该白光二极管光源中之电源接触。
9.一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：(ΣMe2，3)(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。
10.如权利要求9所述的荧光粉，其中该第一极限为λ＝360-400nm区间，该第二极限为λ＝440-480nm区间，而该光谱最大值λ＝560-590nm。
11.如权利要求9所述的荧光粉，其中该离子可为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。
12.如权利要求11所述的荧光粉，其中该+2价离子可决定荧光粉的发光光谱，该+3价离子可决定荧光粉被激发之发光光谱，而卤素族元素离子则可决定激发中心的能量转移。
13.如权利要求11所述的荧光粉，其中该特定原子分率为0.005≤(ΣMe+2，3)≤0.1。
14.如权利要求9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。
15.一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。
16.如权利要求15所述的制作方法，其中该BaCO3为30g，SrCO3为100g，EuCl2为0.9g而SiO2为30g。
17.如权利要求15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。
18.如权利要求15所述的制作方法，其中该MgCO3为10g而该CaCO3为5g。
19.如权利要求15所述的制作方法，其中该坩埚可为一刚铝石坩埚。
20.如权利要求15所述的制作方法，其中该第一温度为1300℃，该第二温度为1260℃。
21.如权利要求15所述的制作方法，其中该还原性气体混合物为H2∶N2＝5∶95。
22.如权利要求15所述的制作方法，其中该溶液为CH3COOH溶液，且其比例为1∶10。
23.如权利要求15所述的制作方法，其中该仪器为CS-2102仪器，其可测试该荧光粉之亮度，辐射亮度，色品坐标，峰值波长等参数。
24.如权利要求15所述的制作方法，其于该在混合料中加入MgCO3及CaCO3步骤中。
25.一种白光二极管光源的荧光粉的制作方法，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；
将该粉末放入一坩埚中；以及
加热至一特定温度即得该荧光粉。
26.如权利要求25所述的制作方法，其中该沉淀剂为H4Si3.5F0.5。
27.如权利要求25所述的制作方法，其中该特定浓度为含水5-10％。
28.如权利要求25所述的制作方法，其中该磨具为行星球磨机。
29.如权利要求25所述的制作方法，其中该坩埚可为一刚铝石坩埚。
30.如权利要求25所述的制作方法，其中该特定温度不超过1150℃。
CNB2006100838527A 2006-06-06 2006-06-06 白光二极管光源的荧光粉及其制造方法 Expired - Fee Related CN100448004C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100838527A CN100448004C (zh) 2006-06-06 2006-06-06 白光二极管光源的荧光粉及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006100838527A CN100448004C (zh) 2006-06-06 2006-06-06 白光二极管光源的荧光粉及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1851918A true CN1851918A (zh) 2006-10-25
CN100448004C CN100448004C (zh) 2008-12-31

Family

ID=37133391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006100838527A Expired - Fee Related CN100448004C (zh) 2006-06-06 2006-06-06 白光二极管光源的荧光粉及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100448004C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7875206B2 (en) 2007-02-01 2011-01-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Luminescent material
CN101070470B (zh) * 2007-03-22 2011-04-06 罗维鸿 一种白光发光二极管及其无机荧光粉
CN102020819A (zh) * 2009-09-16 2011-04-20 大连路明发光科技股份有限公司 塑料光转换荧光粒料及其应用
CN104282673A (zh) * 2013-07-12 2015-01-14 葳天科技股份有限公司 具有紫外光的白光发光二极管模组结构
CN106634972A (zh) * 2016-11-08 2017-05-10 中山职业技术学院 一种白光led用的单一相荧光粉及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105449081A (zh) * 2014-09-29 2016-03-30 艾笛森光电股份有限公司 光线发射模块

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6255670B1 (en) * 1998-02-06 2001-07-03 General Electric Company Phosphors for light generation from light emitting semiconductors
JP4695819B2 (ja) * 2000-05-29 2011-06-08 パテント−トロイハント−ゲゼルシヤフト フユール エレクトリツシエ グリユーラムペン ミツト ベシユレンクテル ハフツング Ｌｅｄをベースとする白色発光照明ユニット
CN1159776C (zh) * 2002-01-11 2004-07-28 北京大学 高亮度氮化物白光发光二极管及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7875206B2 (en) 2007-02-01 2011-01-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Luminescent material
US8062550B2 (en) 2007-02-01 2011-11-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Luminescent material
CN101070470B (zh) * 2007-03-22 2011-04-06 罗维鸿 一种白光发光二极管及其无机荧光粉
CN102020819A (zh) * 2009-09-16 2011-04-20 大连路明发光科技股份有限公司 塑料光转换荧光粒料及其应用
CN104282673A (zh) * 2013-07-12 2015-01-14 葳天科技股份有限公司 具有紫外光的白光发光二极管模组结构
CN106634972A (zh) * 2016-11-08 2017-05-10 中山职业技术学院 一种白光led用的单一相荧光粉及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100448004C (zh) 2008-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6625582B2 (ja) 発光ダイオード用途に使用するための赤色線放出蛍光体
CN102660269B (zh) 包含辐射源和发光材料的照明系统
US10714661B2 (en) Light-emitting apparatus including phosphor
TWI296648B (en) Fluorescent substance, method of manufacturing fluorescent substance, and light emitting device using the fluorescent substance
CN101077973A (zh) 硅酸盐荧光材料及其制造方法以及使用其的发光装置
TWI571502B (zh) Oxynitride phosphor powder
CN1769231A (zh) 玻璃或玻璃陶瓷
CN101052696A (zh) 用于绿色交通灯的磷光体掺和物
JP2008523169A (ja) 放射線源とルミネッセンス材料を含む照明システム
CN101032037A (zh) 具有可调cri的白光led
CN1905228A (zh) 半导体发光装置
WO2012124267A1 (ja) 白色光源
JP2008501818A (ja) 放射源及び蛍光材料を有する照明装置
CN101307229B (zh) 荧光体
CN1898357A (zh) 磷光体及利用该磷光体的发光器件
JP2009535441A (ja) 放射線源及び発光材料を含む照明システム
CN1851918A (zh) 白光二极管光源及其荧光粉的制法
JP5562534B2 (ja) 新規蛍光体およびその製造
CN108329908A (zh) 一种白光led用黄绿光荧光粉及制备方法和白光led发光装置
CN102453484B (zh) 荧光体及发光装置
JP2009073914A (ja) 緑色発光蛍光体とそれを用いた発光モジュール
Yuan et al. Machine learning identification of experimental conditions for the synthesis of single-phase white phosphors
JP5748769B2 (ja) ストロンチウムオキシオルトシリケート型の蛍光体を有する発光装置
CN100477256C (zh) 用于led芯片的白光生成的全光谱荧光体混合物
JP2009096986A (ja) 新規蛍光体およびその製造

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C57 Notification of unclear or unknown address
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Ren Wei

Document name: Notification of registration procedures and notice of patent for invention

C57 Notification of unclear or unknown address
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Ren Wei

Document name: patent for invention

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081231

Termination date: 20150606

EXPY Termination of patent right or utility model