TWI802825B - 複合波長轉換器及其製造方法，與包含該複合波長轉換器的白光ｌｅｄ光源 - Google Patents

複合波長轉換器及其製造方法，與包含該複合波長轉換器的白光ｌｅｄ光源 Download PDF

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Abstract

本發明關於一種用於一LED(100)的複合波長轉換器(1)，其包含一基板(10)及透過液相磊晶法在該基板(10)的頂側及底側上形成的一磊晶膜(20)，此外，本發明關於一種用於製備用於一LED(100)的複合波長轉換器(1)的方法，再者，本發明關於一種白光LED光源，其包含一LED(100)及安裝在該LED(100)的一發光面上的本發明的複合波長轉換器(1)。

Description

複合波長轉換器及其製造方法，與包含該複合波長轉 換器的白光LED光源
本發明關於一種用於發光二極體(LED)的複合波長轉換器、一種複合波長轉換器的製備方法，以及一種白光LED光源。
在習知技術中，已知波長轉換器將由LED發射的給定波長的光的一部分轉換成具有更大波長的光，從而發射白光的光譜。
歐洲EP 2 670 817 B1專利案公開一種波長轉換器，其包含單晶基板及透過脈衝雷射沉積(PLD)在其上生成的單晶薄膜，提出使用無摻雜的釔鋁石榴石(即，Y3Al5O12石榴石，YAG)作為基板，以及使用鈰活化的釔鋁石榴石(即，Y3Al5O12：Ce石榴石，YAG：Ce)或鈰活化的鎦鋁石榴石(即，Lu3Al5O12：Ce石榴石，LuAG：Ce)作為薄膜。透過在該基板及該薄膜之間提供晶格失配，引發壓縮或拉伸應變，其用於在薄膜的發射中產生藍色位移或紅色位移效應，然而，習知波長轉換器具有有限的量子效率。
本發明的目的是克服習知技術的缺點。特別地，旨在提供一複合波長轉換器，其具有特別好的量子產率，此類複合波長轉換器的一製備方 法，以及一白光LED光源，其包含LED及此類複合波長轉換器。
該目的係透過關於複合波長轉換器的請求項1、關於製備方法的請求項9以及關於白光LED光源的請求項16的特徵來實現，本發明的權宜實施例來自附屬請求項。
根據本發明，該複合波長轉換器包含由單晶石榴石磷光體的第一層所形成的基板，其呈現第一發射及激發光譜，該單晶石榴石磷光體的第一層(即，該基板)具有一立方晶體結構、一第一晶格參數及取向晶體平面，該單晶石榴石磷光體的第一層(即，該基板)包含一第一活化劑。在本申請的上下文中，一活化劑較佳為取代劑(即，該活化劑係作為單晶石榴石磷光體的組分)或一摻雜劑，該第一活化劑較佳為第一摻雜劑。
本發明的複合波長轉換器另包含透過液相磊晶法，在該基板的頂側及底側上形成的一磊晶膜，其作為一單晶石榴石磷光體的第二層，該單晶石榴石磷光體的第二層(即，該磊晶膜)包含該第一活化劑且較佳至少一第二活化劑。該第一活化劑較佳為一第一摻雜劑，及/或該第二活化劑較佳為(一或數個)第二摻雜劑，該單晶石榴石磷光體的第二層(即，該磊晶膜)呈現第二發射及激發光譜，且具有一立方晶體結構及一第二晶格參數，該單晶石榴石磷光體的第二層(即，該磊晶膜)直接設置在該基板(即，該單晶石榴石磷光體的第一層)的頂側及底側上的該取向晶體平面上。
液相磊晶法(liquid-phase epitaxy，LPE)是一種用於自一熔融溶液，在單晶基板上生長單晶層的方法，待沉積的材料在遠低於其熔點的溫度下溶解在另一種材料的該熔體中。將活化劑(較佳為摻雜劑)添加到該熔體中，該基板被冷卻，該材料在該基板上的沉積較佳為在接近溶解及沉積之間的平衡的條件下進行，該沉積層有利地為單晶。
根據本發明，該第二發射及激發光譜不同於該第一發射及激發 光譜，然而，特別的是該基板(即，該單晶石榴石磷光體的第一層)及該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)的該激發光譜可以只是略有不同。
再者，根據本發明，該第一晶格參數及該第二晶格參數之間的差異導致晶格失配在約介於-2.0~+2.0%的範圍內，較佳在約介於-1.0~+1.0%的範圍內，在該基板的頂側及底側上的該磊晶膜的厚度分別為至少2μm，較佳為至少20μm，更佳為至少30μm，最佳為至少50μm。
該複合波長轉換器可以被發光二極體(LED)發射的給定波長的光所激發。因此，該複合波長轉換器用於發射更大波長的光，從而發射白光的光譜。
有利的是，該基板及該磊晶膜二者都被該LED發射的光所激發，較佳地，該基板及該磊晶膜中的每一個都用於因此發射光，較佳地，該磊晶膜用於發射波長範圍不同於由該基板發射的波長範圍的光。
根據第一示例，藍光可以由發光二極體(LED)發射。在這種情況下，該複合波長轉換器較佳用於將藍光的一部分(較佳介於40~80%之間，更佳約60%)轉換成更大波長的光，較佳是綠光、黃光、橙光及/或紅光，這樣，由於將該LED發出的光與該複合波長轉換器所轉換的光混合，從而發出白光光譜。據此，透過提供該複合波長轉換器，使藍光LED成為白光發光二極體(白光LED或WLED)。該基板及該磊晶膜的發射光譜可以透過調整該基板及該磊晶膜的組成，特別是透過調整在該基板及該磊晶膜中該活化劑的選擇及濃度來調節，透過調整這些發射光譜，可以調節該WLED的該CRI座標及該色溫。
根據第二示例，紫外光可以由發光二極體(LED)發射。在這種情況下，該複合波長轉換器用於將基本上100%的該紫外光轉換為可見光，從而使得該WLED發射白光光譜，據此，透過提供該複合波長轉換器，導致 UV-LED變成WLED。同樣地，該基板及該磊晶膜的發射光譜可以透過調整該基板及該磊晶膜的組成，特別是透過調整在該基板及該磊晶膜中該活化劑的選擇及濃度來調節，透過調整這些發射光譜，可以調節該WLED的該CRI座標及該色溫。
本發明的複合波長轉換器提供了非常低的晶格失配及特別厚的磊晶層，結果表明，本發明的複合波長轉換器提供了非常好的量子效率。本發明的複合波長轉換器的量子產率為至少80%，據此，本發明的複合波長轉換器可以實現高功率的白光發光二極體(白光LED或WLED)。再者，提供該基板及該磊晶膜二者作為光轉換層，就光譜而言提供了良好的變化可能性，因此，透過混合來自該基板及該磊晶膜的發射，可以容易地調節由本發明的複合波長轉換器產生的該CRI座標及該色溫。
根據本發明的有利實施例，該轉換器包含一或二個附加磊晶膜，即，一第一附加磊晶膜及可選的一第二附加磊晶膜。
有利的是，該第一附加磊晶膜係透過液相磊晶法所形成，其為一單晶石榴石磷光體的第三層，具有該第一活化劑並且較佳至少具有一第二活化劑，該第一活化劑較佳為一第一摻雜劑，及/或該第二活化劑較佳為(一或數個)第二摻雜劑。有利的是，該單晶石榴石磷光體的第三層(即，該第一附加磊晶膜)直接佈設在該基板頂側及底側上的該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)上，其呈現第三發射及激發光譜，且具有一立方晶體結構及一第三晶格參數。
較佳的是，該單晶石榴石磷光體的第三層不同於該單晶石榴石磷光體的第二層，該第三發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜，且較佳不同於該第二發射及激發光譜。然而，特別的是，該基板(即，該單晶石榴石磷光體的第一層)、及/或該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)、 及/或該第一附加磊晶膜(即，該石榴石單晶磷光體的第三層)的該激發光譜可以只是略有不同。
有利的是，該第三晶格參數與該第二晶格參數之間的差異導致晶格失配在約介於-2.0~+2.0%的範圍內，較佳在約介於-1.0~+1.0%的範圍內，在該基板頂側及底側上的該第一附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)的厚度分別為至少2μm，較佳為至少20μm，更佳為至少30μm，最佳為至少50μm。
有利的是，該第二附加磊晶膜係透過液相磊晶法所形成，其為一單晶石榴石磷光體的第四層，具有該第一活化劑並且較佳至少具有一第二活化劑，該第一活化劑較佳為一第一摻雜劑，及/或該第二活化劑較佳為(一或數個)第二摻雜劑。有利的是，該單晶石榴石磷光體的第四層(即，該第二附加磊晶膜)直接佈設在該基板頂側及底側上的該第一附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第三層)上，其呈現第四發射及激發光譜，且具有一立方晶體結構及一第四晶格參數。
較佳的是，該單晶石榴石磷光體的第四層不同於該單晶石榴石磷光體的第二層及/或該單晶石榴石磷光體的第三層，該第四發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜，且較佳地不同於該第二發射及激發光譜及/或第三發射及激發光譜。然而，特別的是，該基板(即，該單晶石榴石磷光體的第一層)、及/或該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)及/或該第一附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第三層)、及/或該第二附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第四層)的該激發光譜可以只是略有不同。
有利的是，該第四晶格參數與該第三晶格參數之間的差異導致晶格失配在約介於-2.0~+2.0%的範圍內、較佳在約介於-1.0~+1.0%的範圍內，在該基板頂側及底側上的該第二附加磊晶膜的厚度分別為至少2μm，較 佳為至少20μm，更佳為至少30μm，最佳為至少50μm。
該磊晶膜、該第一附加磊晶膜、及/或該第二附加磊晶膜的該第二活化劑(一或數個)較佳是不同的、及/或較佳以不同的濃度存在。
有利的是，該附加磊晶膜或該數個附加磊晶膜被該LED發出的光激發而發出光，其波長範圍不同於該基板及/或磊晶膜所發出光的波長範圍，因此，透過提供一或二個附加磊晶膜，整體發射光譜得到改善，關於該光譜還有更多的變化可能性，因此，透過混合來自該基板及該磊晶膜的發射，可以容易地調節由本發明的複合波長轉換器產生的該CRI座標及該色溫，再者，可以提供非常厚的單晶磊晶層，已經示明，提供一或二個附加磊晶膜能夠實現特別好的量子效率，據此，基於本發明的複合波長轉換器可以實現高功率的白光發光二極體(白光LED或WLED)。
根據本發明的另一有利的實施例，該第一活化劑為Ce3+離子，該Ce3+離子較佳作為一第一摻雜劑存在。在該基板中，該Ce3+離子的濃度較佳為約0.001~約1mol%，更佳為0.05~0.15mol%。在該磊晶膜、第一附加磊晶膜、及/或第二附加磊晶膜中，該Ce3+離子的濃度較佳為約0.001~約1mol%，更佳為0.05~0.1mol%。或者，該第一活化劑，特別是該第一摻雜劑，可以是來自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的一種。
根據本發明的另一有利的實施例，該第二活化劑是來自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的一種，該第二活化劑較佳作為一第二摻雜劑存在，據此，該第二摻雜劑是來自R=Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的一種。或者，該第二活化劑可以是一取代劑(即，該活化劑可以提供作為各自的石榴石的組分)。該第二活化劑，特別是該第二摻雜劑，其濃度較佳為約0.001~約5mol%的Eu3+、Pr3+或Tb3+離子，更佳為1~3mol%，或為約0.001~約3mol%的Mn2+離子，更佳為0.1~1mol%。
在該磊晶膜、該第一附加磊晶膜及/或該第二附加磊晶膜中，來自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的不同的一種較佳作為第二活化劑存在，再者，選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的幾種第二活化劑，特別是幾種第二摻雜劑R，可以存在於該磊晶膜中；選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的幾種第二活化劑，特別是幾種第二摻雜劑R，可以存在於該第一附加磊晶膜中；及/或選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的幾種第二活化劑，特別是幾種第二摻雜劑R，可以存在於該第二附加磊晶膜中。
有利的是，該第二活化劑，特別是該第二摻雜劑，或該幾種第二活化劑，特別是該幾種第二摻雜劑，是依據該發光二極體(LED)提供的激發波長(或激發波長範圍)來選擇的，據此，在發射藍光的LED的情況下，可以較佳地選擇Mn2+，在發射紫外光的LED的情況下，可以較佳地選擇Eu3+。
在提供Eu3+及/或Mn2+的情況下，附加提供Tb3+特別有利，可以在與Eu3+及/或Mn2+相同的層中或在不同的層中，較佳在相鄰的層中提供Tb3+。Tb3+在Eu3+及/或Mn2+的間接激發中發揮重要作用。
有利的是，一或數個第二活化劑的提供、以不同的離子作為第二活化劑的可能選擇、該第二活化劑作為摻雜劑或作為取代劑的可能提供、及/或在數層中數個第二活化劑的可能提公仍然增加了關於由本發明提供所產生白光光譜的變化可能性，因此，透過混合來自該基板及該磊晶膜的發射，可以容易地調節由本發明的複合波長轉換器產生的該CRI座標及該色溫。
根據本發明的另一有利的實施例，該基板為Y3Al5O12：Ce石榴石(YAG：Ce)、Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石(LuAG：Ce)或Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石(GAGG：Ce)，該組成參數s介於2.5~3之間。作為具體示例，該LuAG：Ce基板較佳為Lu3Al2Ga3O12：Ce，且該GAGG：Ce基板較佳為Gd3Al2.5Ga2.5O12：Ce。
有利的是，該基板為Y3Al5O12：Ce石榴石(YAG：Ce)及/或Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石(GAGG：Ce)，其中，s介於2.5~3之間，特別是Gd3Al2.5Ga2.5O12：Ce，其可以透過440~465nm的激發波長(較佳約450nm)來激發，因此，較佳在由發射藍光的LED激發的情況下選擇這些基板。
有利的是，該基板為Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石(LuAG：Ce)，其中，s介於2.5~3之間，特別是Lu3Al2Ga3O12：Ce，其可以透過340~360nm的激發波長(較佳約345nm)來激發，因此，較佳在由發射紫外光的LED激發的情況下選擇該基板。
根據本發明的另一有利的實施例，該基板的厚度為介於0.3~1mm之間，較佳為介於0.45~0.5mm之間。
根據本發明的另一有利的實施例，該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜係由一混合石榴石化合物所形成，其具有由公式X=A1 3B1 2C1 3O12：Ce，R所表示的一組成物。
該公式X的組分如下：A1為Ca2+離子，B1為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+或Ge4+離子，且R為該第二摻雜劑。
根據本發明的再一有利的實施例，該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜係由一混合石榴石化合物所形成，其具有由公式Y=A1 3-xA2 xB1 2-yB2 yC1 3-zC2 zO12：Ce，R所表示的一組成物。
該公式Y的組分如下：A1為Ca2+離子，A2為Y3+、Lu3+、La3+、Tb3+及Gd3+離子，B1為Mg2+離子，B2為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+離子，C2為Ge4+離子，且R為該第二摻雜劑。
該公式Y的組成參數如下：0<x<1.0，0<y<2，且0<z<3。
Tb3+離子較佳用作取代劑(該石榴石的組分)A2或用作第一或 第二摻雜劑，在本申請的上下文中，該Tb3+離子在這二種情況下都被稱為〝活化劑〞，據此，可以為該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜提供三種活化劑，較佳為Ce3+、Tb3+及Eu3+。作為示例，該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜可以是Tb3Al5O12：Ce，Eu，該Tb3+離子在從Ce3+離子到Eu3+離子的能量轉移中(及在從Ce3+離子到Mn2+離子的能量轉移中)具有重要作用，因此，在Eu3+摻雜薄膜或Mn2+摻雜薄膜中提供Tb3+離子會導致量子效率的提高。
根據本發明的另一有利的實施例，在該基板頂側及/或底側上的該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)的厚度分別為至多200μm，較佳為至多100μm。
有利的是，在該基板頂側及/或底側上的該第一附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第三層)的厚度分別為至多200μm，較佳為至多100μm。
有利的是，在該基板頂側及/或底側上的該第二附加磊晶磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第四層)的厚度分別為至多200μm，較佳為至多100μm。
透過限制該磊晶膜的厚度、該第一附加磊晶膜的厚度及/或該第二附加磊晶膜的厚度，可以確保單晶膜的良好品質。
根據本發明，一種用於LED的複合波長轉換器的製備方法包含以下步驟：提供由一單晶石榴石磷光體的第一層形成的一基板，其具有一立方晶體結構、取向晶體平面，且包含一第一活化劑，其中，該基板較佳為Y3Al5O12：Ce石榴石(YAG：Ce)、Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石(LuAG：Ce、較佳為Lu3Al2Ga3O12：Ce)或Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石(GAGG：Ce、較 佳為Gd3Al2.5Ga2.5O12：Ce)，其中，Ce3+離子是該第一活化劑，其中，該組成參數s介於2.5~3之間；及使用液相磊晶法，在該基板的該取向平面的兩側上，沉積形成一磊晶膜，其由一單晶石榴石磷光體的第二層所形成，具有該第一活化劑，且較佳至少具有一第二活化劑，以形成的磊晶膜，其中，在該基板的各側上的該磊晶膜的厚度為至少2μm，較佳為至少20μm，更佳為至少30μm，最佳為至少50μm。
在本申請的上下文中，一活化劑較佳為一取代劑(即，單晶石榴石磷光體的組分)或一摻雜劑，該第一活化劑較佳為一第一摻雜劑，及/或該第二活化劑較佳為(一或數個)第二摻雜劑。
有利的是，上述本發明的複合波長轉換器的特徵也適用於複合波長轉換器的製備方法，特別的是該基板(單晶石榴石磷光體的第一層)呈現第一發射及激發光譜，且具有一第一晶格參數，該磊晶膜(單晶石榴石磷光體的第二層)呈現第二發射及激發光譜，且具有一第二晶格參數。
有利的是，該第二發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜。然而，特別的是，該基板(即，該單晶石榴石磷光體的第一層)及該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)的該激發光譜可以只是略有不同。
有利的是，該第一晶格參數與該第二晶格參數之間的差異導致晶格失配在約介於-2.0~+2.0%的範圍內、較佳在約介於-1.0~+1.0%的範圍內。
本發明的製備方法提供了既具有非常低的晶格失配又具有特別厚的磊晶層的複合波長轉換器，結果表明，相應地實現了非常好的量子效率，再者，基於本發明的複合波長轉換器可以實現高功率的白光發光二極體(白光LED或WLED)。
有利的是，該第一活化劑為Ce3+離子，該Ce3+離子較佳用作一第一摻雜劑。在該基板中，該Ce3+離子的濃度較佳為約0.001~約1mol%，更佳為0.05~0.15mol%，在該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜中，該Ce3+離子的濃度較佳為約0.001~約1mol%，更佳為0.05~0.1mol%。或者，該第一活化劑，特別是該第一摻雜劑，可以是來自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的一種。
根據本發明的一個有利的實施例，該製備方法包含以下的附加步驟：使用液相磊晶法，在該基板的兩側的該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)上，沉積形成一單晶石榴石磷光體的第三層的一第一附加外延膜，其具有該第一活化劑，且較佳至少具有一第二活化劑(較佳直接沉積在該磊晶膜上)，其中，在該基板的各側上的該第一附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第三層)的厚度為至少2μm，較佳為至少20μm，更佳為至少30μm，最佳為至少50μm。
再者，該製備方法可選地包含以下附加的步驟：使用液相磊晶法，在該基板的兩側的該第一附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第三層)上，沉積形成一單晶石榴石磷光體的第四層的一第二附加磊晶膜，其具有該第一活化劑，且較佳至少具有一第二活化劑(較佳直接沉積在該第一附加磊晶膜上)，其中，在該基板的各側上的該第二附加磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第四層)的厚度為至少2μm，較佳為至少20μm，更佳為至少30μm，最佳為至少50μm。
該第一活化劑較佳為一第一摻雜劑，及/或該第二活化劑較佳為(一或數個)第二摻雜劑。
有利的是，該單晶石榴石磷光體的第三層(即，該第一附加磊晶膜)呈現第三發射及激發光譜，且具有一立方晶體結構及一第三晶格參數。
較佳的是，該單晶石榴石磷光體的第三層不同於該單晶石榴石磷光體的第二層，該第三發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜，且較佳不同於該第二發射及激發光譜。然而，特別的是，該基板(即，該單晶石榴石磷光體的第一層)及/或該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)及/或該第一附加磊晶膜(即，該石榴石單晶磷光體的第三層)的該激發光譜可以只是略有不同。
有利的是，該第三晶格參數與該第二晶格參數之間的差異導致晶格失配在約介於-2.0~+2.0%的範圍內，較佳在約介於-1.0~+1.0%的範圍內。
有利的是，該單晶石榴石磷光體的第四層(即，該第二附加磊晶膜)呈現第四發射及激發光譜，且具有一立方晶體結構及一第四晶格參數。
較佳的是，該單晶石榴石磷光體的第四層不同於該單晶石榴石磷光體的第二層及/或該單晶石榴石磷光體的第三層，該第四發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜，且較佳不同於該第二發射及激發光譜及/或第三發射及激發光譜。然而，特別的是，該基板(即，該單晶石榴石磷光體的第一層)及/或該磊晶膜(即，該單晶石榴石磷光體的第二層)及/或該第一附加磊晶膜(即，該石榴石單晶磷光體的第三層)及/或該第二附加磊晶膜(即，該石榴石單晶磷光體的第四層)的該激發光譜可以只是略有不同。
有利的是，該第四晶格參數與該第三晶格參數之間的差異導致晶格失配在約介於-2.0~+2.0%的範圍內、較佳在約介於-1.0~+1.0%的範圍內。
該磊晶膜、該第一附加磊晶膜及/或該第二附加磊晶膜的第二活化劑(一或數個)較佳是不同的，及/或較佳使用不同的濃度。
透過提供一或二個附加磊晶膜，整體發射光譜得到改善，關於 光譜還有更多變化的可能性，因此，透過混合來自該基板及該磊晶膜的發射，可以容易地調節由本發明的複合波長轉換器產生的該CRI座標及該色溫。再者，可以提供非常厚的單晶磊晶層，已經示明，透過提供一或二個附加的磊晶膜，可以實現特別好的量子效率，因此，基於本發明的製備方法，可以實現高功率白光發光二極體(白光LED或WLED)。
根據本發明的另一有利的實施例，在該製備方法中，將該基板嵌入一熔融溶液中，其含有助熔劑氧化物及石榴石晶體形成成分，該熔融溶液較佳含有作為助熔劑氧化物的PbO及B2O3，或作為助熔劑氧化物的Bi2O3及B2O3。
該熔融溶液較佳包含該石榴石晶體形成成分，用於產生該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜，由一混合石榴石化合物所形成，其具有公式X=A1 3B1 2C1 3O12：Ce，R所表示的組成物。
該公式X的組分如下：A1為Ca2+離子，B1為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+或Ge4+離子，且R為該第二摻雜劑。
或者，該熔融溶液可以包含該石榴石晶體形成成分，用於產生該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜，由一混合石榴石化合物所形成，其具有公式Y=A1 3-xA2 xB1 2-yB2 yC1 3-zC2 zO12：Ce，R所表示的組成物。
該公式Y的組分如下：A1為Ca2+離子，A2為Y3+、Lu3+、La3+、Tb3+及Gd3+離子，B1為Mg2+離子，B2為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+離子，C2為Ge4+離子，且R為該第二摻雜劑。
該公式Y的該組成參數如下：0<x<1.0，0<y<2，且0<z<3。
有利的是，該第二活化劑是來自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的一種。該第二活化劑較佳用作第二摻雜劑，據此，該第二摻雜劑是來自R =Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的一種，然而，也可以提供該第二活化劑在該石榴石中作為取代劑，例如，作為Tb3+離子的A2。
該第二活化劑，特別是該第二摻雜劑R，其濃度較佳為約0.001~約5mol%的Eu3+、Pr3+或Tb3+離子、更佳為1~3mol%，或為約0.001~約3mol%的Mn2+離子、更佳為0.1~1mol%。
有利的是，在該磊晶膜、該第一附加磊晶膜及/或該第二附加磊晶膜中，較佳分別將R=Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子中不同的一個用作第二摻雜劑。再者，選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的幾種第二活化劑，特別是幾種第二摻雜劑R，可以用於該磊晶膜中；選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的幾種第二活化劑，特別是幾種第二摻雜劑R，可以用於該第一附加磊晶膜，及/或選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子的幾種第二活化劑，特別是幾種第二摻雜劑R，可以用於該第二附加磊晶膜中。
根據本發明的另一有利的實施例，在該製備方法中，為了產生該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜，其為由該混合石榴石化合物所形成，其具有公式X所表示的組成物，該熔融溶液含有作為助熔劑氧化物的PbO及B2O3，或作為助熔劑氧化物的Bi2O3及B2O3；作為石榴石晶體形成成分的AO、B1 2O3、C1O2、CeO2及R2O3或R4O7或RO2氧化物中的一種，其中，R2O3較佳為Eu2O3，R4O7較佳為Pr4O7及/或Tb4O7，RO2較佳為MnO2，分別選擇為90mol%的PbO或Bi2O3、7.5mol%的B2O3、0.85mol%的AO、0.56mol%的B1 2O3、0.835mol%的C1O2、0.015mol%的CeO2及0.24mol%的R2O3或R4O7或RO2氧化物。該助熔劑氧化物及該石榴石晶體形成組分之間的比率可以有±10%的變化，較佳為±5%。替代地或附加地，該石榴石晶體形成成分中的每一成分可以存在±10%的變化、較佳為±5%。
有利的是，使用Y3Al5O12：Ce石榴石(YAG：Ce)或 Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石(LuAG：Ce)作為基板，該組成參數s介於2.5~3之間，例如，較佳使用Lu3Al2Ga3O12：Ce作為基板。
根據本發明的另一有利實施例，在該製備方法中，為了產生由該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜，其為由該混合石榴石化合物所形成，其具有該公式Y所表示的組成物，該熔融溶液含有作為助熔劑氧化物的PbO，B2O3，或作為助熔劑氧化物的Bi2O3及B2O3；作為石榴石晶體形成成分的A1O、A2 2O3、B1O、B2 2O3；C1O2、CeO2及R2O3或R4O7或RO2氧化物中的一種，其中，R2O3較佳為Eu2O3，R4O7較佳為Pr4O7及/或Tb4O7，RO2較佳為MnO2，分別選擇為90mol%的PbO或Bi2O3、7.5mol%的B2O3、0.57mol%的A1O、0.28mol%的A2 2O3、0.29mol%的B1O、0.27mol%的B2 2O3、0.835mol%的C1O2、0.015mol%的CeO2及0.24mol%的R2O3或R4O7或RO2氧化物。該助熔劑氧化物及該石榴石晶體形成組分之間的比率可以有±10%的變化，較佳為±5%。替代地或附加地，該石榴石晶體形成成分中的每一成分可以存在±10%的變化、較佳為±5%。
有利的是，該基板為Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石(GAGG：Ce)，該組成參數s介於2.5~3之間。
根據本發明的另一有利的實施例，在該製備方法中，該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜的沉積，在850~1100℃範圍內的生長溫度下，較佳在950~1050℃範圍內的生長溫度下進行。
有利的是，該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶磊晶膜的沉積，在該熔融溶液的過冷速率為1~90℃的範圍內，較佳在10~30℃的範圍內進行，該過冷速率是熔融溶液的飽和溫度與生長溫度之間的差值。
根據本發明的另一有利的實施例，在該製備方法中，該磊晶膜、第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜的沉積，在生長速率為0.01~3μm/min 的範圍內，較佳在0.1~0.5μm/min的範圍內進行。
根據本發明的另一有利的實施例，其上沉積有該磊晶膜，第一附加磊晶膜及/或第二附加磊晶膜的該基板形成一磊晶結構。該磊晶結構較佳為晶圓，該晶圓的直徑較佳為2~5 inch，最佳為3 inch。較佳在具有大約二倍該晶圓尺寸的坩堝中進行磊晶，據此，該坩堝的直徑較佳為約4~10 inch、最佳為約6 inch。
有利的是，該方法包含將該磊晶結構切割為數個單獨樣品的附加步驟，且每個樣品具有相同的光學特性。較佳地，將該磊晶結構切割成1,000~10,000個單獨的樣品，更佳地切割成2,000~5,000個單獨的樣品，該單獨的樣品較佳為矩形長方體，每個長方體具有2mm×2mm，較佳1mm×1mm的正方形基面，該切割較佳由一雷射裝置執行。
根據本發明，該白光LED(WLED)光源包含一LED及安裝在該LED的一發光表面上的本發明複合波長轉換器，該複合波長轉換器將該LED所發射的，波長在第一範圍內的光的至少一部分轉換為波長在第二範圍內的光，位於該第二範圍內的波長高於位於該第一範圍內的波長。
該LED較佳地用於發射該紫外光及/或可見光波長範圍內的光譜分佈，該第一範圍較佳為該LED光譜分佈的一部分或該LED的整個光譜分佈，該複合波長轉換器用於透過吸收位於該第一範圍內波長的光子來被激發，相應被激發的複合波長轉換器用於發射波長位於該第二範圍內的光子，其中，位於該第二範圍內的波長大於位於該第一範圍內的波長。較佳地，該複合波長轉換器用於將由該LED所發射的一第一光譜分佈(的至少一部分)轉換為一第二光譜分佈，其中，該第二光譜分佈的平均波長大於該第一光譜分佈的平均波長。
特別地，該LED可以用於發射藍光及/或在紫外線波長範圍內 的輻射(紫外光)，據此，該第一範圍可以屬於藍光波長範圍或紫外光波長範圍，或者，該第一範圍可以包含該藍光波長範圍及/或該紫外光波長範圍。
據此，可以在不提供發射藍光LED的情況下實現白光LED光源。
該第二範圍較佳為屬於該可見光波長範圍。該第二範圍較佳包含該紫光波長範圍、及/或藍光波長範圍、及/或綠光波長範圍、及/或黃光波長範圍、及/或橙光波長範圍、及/或紅光波長範圍。特別地，該第二範圍可以屬於該綠光波長範圍、及/或黃光波長範圍、及/或橙光波長範圍、及/或紅光波長範圍。
有利的是，本發明的白光LED(WLED)提供了非常好的量子效率。據此，本發明的白光LED可以實現為高功率裝置，再者，提供基板及磊晶膜二者作為光轉換層，就光譜而言提供了良好的變化可能性，透過該混合來自該基板及該磊晶膜的發射，可以容易地調節本發明該WLED的該CRI座標及該色溫。
根據本發明的另一有利的實施例，位於該第一範圍內的該波長屬於該藍光波長範圍。在這種情況下，該複合波長轉換器用於將波長位於該第一範圍內的光的適當部分轉換成波長位於該第二範圍內的光，以創建白光光譜，該白光光譜包含波長位於該第一範圍內的光的其餘部分及轉換成波長位於該第二範圍內的光的部分。
較佳地，該複合波長轉換器用於將波長位於該第一範圍內的40~80%(較佳約60%)的光轉換為具有位於該第二範圍內的波長的光，據此，位於該第一範圍內的該波長(即，該激發波長)較佳為440~465nm、更佳為約450nm。較佳地，選擇Y3Al5O12：Ce石榴石(YAG：Ce)及/或Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石(GAGG：Ce)(其中，s介於2.5~3之間)作為 被該波長或該波長範圍激發的基板。
根據本發明的另一有利的實施例，位於該第一範圍內的該波長屬於該紫外光波長範圍，其中，位於該第二範圍內的該波長屬於該可見光波長範圍，在這種情況下，該複合波長轉換器用於將波長位於該第一範圍內的光基本上100%轉換為波長位於該第二範圍內的光。
據此，位於該第一範圍內的該波長(即，該激發波長)較佳為340~360nm、更佳為約345nm，較佳地，選擇Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石(LuAG：Ce)(其中，s介於2.5~3之間)，更佳Lu3Al2Ga3O12：Ce石榴石作為被該波長或該波長範圍激發的基板。
〔本發明〕
1:複合波長轉換器
10:基板
20:磊晶膜
30:第一附加磊晶膜
40:第二附加磊晶膜
100:發光二極體
101:載體
102:GaN的N型摻雜層
103:(AlGaIn)N的活性層
104:GaN的P型摻雜層
105:黏合劑和鏡層
106:電鍍金屬層
107:歐姆接觸
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
請參考如下的實施示例對本發明作更詳細地說明。
〔第1圖〕一種白光LED光源之示意性結構圖。
〔第2a、2b、2c圖〕分別為複合波長轉換器的不同結構示例之示意圖。
〔第3a圖〕在GAGG：Ce基板上生長的CSSG：Ce磊晶膜示例之XRD圖譜。
〔第3b圖〕在形成本發明的複合波長轉換器的YAG：Ce基板上生長的CYMSSG：Ce磊晶膜示例之XRD圖譜。
〔第4a圖〕在三種不同基板中Ce3+發光之激發光譜圖。
〔第4b圖〕在相同的三種不同基板中Ce3+發光之發射光譜圖。
〔第5圖〕CYMSSG：Ce磊晶膜(1、3)與YAG：Ce磊晶膜(2、4)相比的激發(1、2)及發射(3、4)光致發光光譜之比較圖。
〔第6圖〕由CYMSSG：Ce磊晶膜結合YAG：Ce基板形成的複合波長轉換器(1、3)與單獨使用YAG：Ce基板(2、4)相比的激發(1、2)及發射 (3、4)光致發光光譜之比較圖。
〔第7圖〕分別由Mn2+共摻CYMSSG：Ce磊晶膜結合YAG：Ce基板形成的複合波長轉換器(1、3)與單獨的YAG：Ce基板(2、4)相比的激發(1、2)及發射(3、4)光致發光光譜之比較圖。
〔第8a圖〕分別為單獨的YAG：Ce基板、由在YAG：Ce基板上生長的CYMSSG：Ce磊晶膜形成的複合波長轉換器(A)及由在YAG：Ce基板上生長的Mn2+共摻CYMSSG：Ce磊晶膜形成的另一複合波長轉換器(B)之色度顏色座標圖。
〔第8b圖〕分別為單獨的YAG：Ce基板、由在YAG：Ce基板上生長的CYMSSG：Ce磊晶膜形成的複合波長轉換器(A)及由在YAG：Ce基板上生長的Mn2+共摻CYMSSG：Ce磊晶膜形成的另一複合波長轉換器(B)之色溫圖。
〔第9圖〕說明本發明方法的流程圖。
第1圖示出白光發光二極體(白光LED或WLED)光源的示意性結構。一複合波長轉換器1安裝在一發光二極體(LED)100上，該LED 100包含由藍寶石(Al2O3)形成的一載體101，該載體101用於將該複合波長轉換器1安裝在該LED 100的其他層上，該LED 100另包含一氮化鎵(GaN)的N型摻雜層102、一氮化鋁鎵銦((AlGaIn)N)的活性層103、一氮化鎵(GaN)的P型摻雜層104、一黏合劑及鏡層105以及一電鍍金屬層106，再者，該LED具有一歐姆接觸107。
該活性層103較佳發射藍光，在這種情況下，該複合波長轉換器1用於將藍光的一部分(較佳約60%)轉換為綠光、黃光、橙光及紅光， 由於將該LED 100發射的光與該複合波長轉換器1所轉換的光混合，從而使得該WLED發射出白光光譜。
或，該活性層103發射紫外光，在這種情況下，該複合波長轉換器1用於將基本上100%的該紫外光轉換成可見光，從而使得該WLED發射出白光光譜。
第2a、2b、2c圖示出該複合波長轉換器1的示意性結構的示例，本發明的複合波長轉換器1是透過液相磊晶法(LPE)，在由單晶石榴石磷光體的第一層形成的基板10上，沉積一或數層單晶石榴石磷光體來產生的。
第2a圖示出具有三層的複合波長轉換器1的示意性結構，該基板10位於該三層的中心，該基板10的頂側及底側被該磊晶膜20(單晶石榴石磷光體的第二層)包圍，由於透過LPE的製備，在該基板10的頂側及底側的該磊晶膜20是相同的。
示例1：
Figure 109141365-A0305-02-0021-1
R=Eu3+、Pr3+、Tb3+或Mn2+。
該基板的晶格參數a=12.228Å。
示例2：
Figure 109141365-A0305-02-0021-2
Figure 109141365-A0305-02-0022-3
R=Eu3+、Pr3+、Tb3+或Mn2+。
該基板的晶格參數a=12.0005Å。
示例3：
Figure 109141365-A0305-02-0022-4
R=Eu3+、Pr3+、Tb3+或Mn2+。
該基板的晶格參數a=12.088Å。
第2b圖示出具有五層的複合波長轉換器1的示意性結構，同樣，該基板10位於中心，該基板10的頂側及底側被該磊晶膜20包圍，在該基板10的頂側及底側的該磊晶膜20上都沉積該第一附加磊晶膜30(單晶石榴石磷光體的第三層)，由於透過液相磊晶法(LPE)進行製備，因此在該基板10的頂側及底側的該第一附加磊晶膜30也是相同的。
示例4：
Figure 109141365-A0305-02-0022-5
本示例中，在該基板10的頂側及該基板10的底側之該磊晶膜20可選地為Tb3Al5O12：Ce，R，其中R=Eu3+、Pr3+或Mn2+。
示例5：
Figure 109141365-A0305-02-0023-6
本示例中，在兩側的該第一附加磊晶膜30可選地為Tb3Al5O12：Ce，R，其中R=Eu3+、Pr3+或Mn2+。
示例6：
Figure 109141365-A0305-02-0023-7
本示例中，在兩側的該第一附加磊晶膜30可選地為Tb2GdGa2Al3O12：Ce，R，其中R=Eu3+、Pr3+或Mn2+。
第2c圖示出具有七層的複合波長轉換器1的示意性結構，該基板10，該磊晶膜20及該第一附加磊晶膜30的結構對應於第2b圖所示的結構，該結構在其頂側及底側被一第二附加磊晶膜40(單晶石榴石磷光體的第四層)包圍，由於透過液相磊晶法(LPE)進行製備，在該基板10的頂側及底側的該第二附加磊晶膜40也是相同的。
第1圖所示的該WLED包含如第2a圖的具有三層的複合波長轉換器1，當然，本發明的該WLED可以包含根據第2a、2b或2c圖中的任何一個的任何本發明的複合波長轉換器1。
第3a、3b圖示出在形成本發明的複合波長轉換器的一基板上生長的一磊晶膜的第一及第二示例的XRD圖譜，該XRD圖譜顯示出明顯的峰值，即所謂的特徵線，每條特徵線均根據所謂的Siegbahn符號來命名，據此，K-alpha 1(Kα1)表示從L殼層的最高2p軌道到最裡面的K殼層的電子躍遷的特徵線。K-alpha 2(Kα2)表示從L殼層的第二個2p軌道到最裡面的K殼層的電子躍遷的特徵線。
在第一示例(第3a圖)中，透過LPE，從以PbO為基礎的助熔劑中，將厚度為10μm的Ca3Sc2Si3O12：Ce(CSSG：Ce)單晶膜作為磊晶膜生長到單晶Gd3Al2.5Ga2.5O12：Ce(GAGG：Ce)石榴石基板上(第2a圖的示例1)。該第一示例的XRD圖譜是指該(1200)平面。該磊晶膜的該晶格參數為a=12.2586Å，該基板的該晶格參數為a=12.228Å。據此，該晶格失配△a/a占0.25%。
在第二示例(第3b圖)中，透過LPE，從以PbO為基礎的助熔劑中，將Ca2YMgScSi3O12：Ce(CYMSSG：Ce)單晶膜作為磊晶膜生長到單晶Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)基板上(第2a圖的示例2)，該第二示例的XRD圖譜是指該(1042)平面，該磊晶膜的該晶格參數為a=12.1639Å，該基板的該晶格參數為a=12.0054Å，據此，該晶格失配△a/a占1.32%。
第4a、4b圖示出在三種不同基板中該Ce3+發光的激發光譜(第4a圖)及發射光譜(第4b圖)，即：(1)：Y3Al5O12：Ce基板(YAG：Ce)；(2)：Lu3Al2Ga3O12：Ce基板(LuAG：Ce)；及 (3)：Gd3Al2.5Ga2.5O12：Ce基板(GAGG：Ce)。
根據激發光譜(第4a圖)，每個YAG：Ce基板(1)以及GAGG：Ce基板(3)在約440~465nm的激發波長範圍內顯示出一波峰，該波峰對應於發射藍光LED的波長範圍，該LuAG：Ce基板(2)在約340~360nm的激發波長範圍內顯示出一波峰，該波峰對應於發射紫外光LED的波長範圍。
根據發射光譜(第4b圖)，該YAG：Ce基板(1)顯示出在535nm(淺黃綠色)處的一個發射波峰，其在黃光及橙光波長範圍內有寬的肩峰(shoulder)，該LuAG：Ce基板(2)顯示出在483nm(淺綠藍色)處的一個發射峰，以及該GAGG：Ce基板(3)顯示出在563nm(黃綠色)處有一個延伸至黃光及橙光波長範圍的寬的發射峰。
第5圖示出Ca2YMgScSi3O12：Ce(CYMSSG：Ce)的單晶磊晶膜及單晶Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)基板的光致發光(PL)激發(1、2)及發射(3、4)光譜的比較，該第5圖將各自的激發光譜(1、2)(也由Ce3+ ex識別)及各自的發射光譜(3、4)(也由Ce3+ em識別)組合在一個圖中，該光譜已標準化，各自的光譜如下：(1)CYMSSG：Ce的激發光譜；(2)YAG：Ce的激發光譜；(3)CYMSSG：Ce的發射光譜；(4)YAG：Ce的發射光譜。
CYMSSG：Ce(1)的該激發光譜已透過在550nm處的各自發射被偵測，CYMSSG：Ce(3)的該發射光譜已透過在445nm處的各自激發被激發。該PL測量是在室溫下進行。
可以觀察到CYMSSG：Ce的該激發譜帶(1)比YAG：Ce的 該激發譜帶(2)寬，再者，觀察到CYMSSG：Ce的該發射譜帶(3)比YAG：Ce的該發射譜帶(4)寬。
CYMSSG：Ce的譜帶較寬的原因是在CYMSSG：Ce中形成了Ce3+多中心，據此，在Ca2+的位置形成CeCa-center，在Y3+的位置形成CeY-center，這些中心的形成導致該PL發射光譜延伸到該橙光及紅光波長範圍。
再者，在第5圖中，冠名E1、E2、E3對應至價態為3+中鈰離子的吸收譜帶，冠名Pb2+對應至價態為2+中鉛離子的吸收譜帶。
第6圖示出由Ca2YMgScSi3O12：Ce(CYMSSG：Ce)的單晶磊晶膜結合單晶Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)基板形成的複合波長轉換器及單獨單晶Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)基板的光致發光(PL)激發(1、2)及發射(3、4)光譜的比較，該第6圖再次將各自的激發光譜及各自的發射光譜組合在一個圖中。該光譜已標準化，各自的光譜如下：(1)CYMSSG：Ce+YAG：Ce複合波長轉換器的激發光譜；(2)單獨YAG：Ce基板的激發光譜；(3)CYMSSG：Ce+YAG：Ce複合波長轉換器的發射光譜；(4)單獨YAG：Ce基板的發射光譜。
該激發光譜(1、2)已透過在580nm處的各自發射被偵測，該發射光譜(3、4)已透過在450nm處的各自激發被激發，據此，藍光LED用於激發(參見〝藍光LED〞)，該PL測量是在室溫下進行。
同樣，由於在CYMSSG：Ce中形成Ce3+多中心，該CYMSSG：Ce+YAG：Ce複合波長轉換器的該發射譜帶(3)比該YAG：Ce基板的該發射譜帶(4)寬，據此，在Ca2+的位置形成CeCa-center，在Y3+的位置形成CeY-center，這些中心的形成導致該PL發射光譜延伸到該橙光及紅光波長範圍。
第7圖示出由Ca2YMgScSi3O12：Ce，Mn(CYMSSG：Ce， Mn)的單晶磊晶膜結合單晶Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)基板形成的複合波長轉換器及單獨單晶Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)基板的光致發光(PL)激發(1、2)及發射(3、4)光譜的比較，該第7圖再次將各自的激發光譜及各自的發射光譜組合在一個圖中。該光譜已標準化，各自的光譜如下：(1)CYMSSG：Ce，Mn+YAG：Ce複合波長轉換器的激發光譜；(2)單獨YAG：Ce基板的激發光譜；(3)CYMSSG：Ce，Mn+YAG：Ce複合波長轉換器的發射光譜；(4)單獨YAG：Ce基板的發射光譜。
該激發光譜(1、2)透過在580nm處的各自發射被偵測，該發射光譜(3、4)透過在450nm處的各自激發被激發，據此，藍光LED用於激發(參見〝藍光LED〞)，該PL測量是在室溫下進行。
第7圖的比較不同於第6圖的比較在於複合波長轉換器的該磊晶膜被共摻有Mn2+離子，因此，在第7圖中，Ca2YMgScSi3O12：Ce，Mn(CYMSSG：Ce，Mn)的該單晶磊晶膜提供了第二活化劑。
同樣，由於在CYMSSG：Ce中形成Ce3+多中心，該CYMSSG：Ce，Mn+YAG：Ce複合波長轉換器的該發射譜帶(3)比該YAG：Ce基板的該發射譜帶(4)寬，據此，在Ca2+的位置形成CeCa-center，在Y3+的位置形成CeY-center，這些中心的形成導致該PL發射光譜延伸到該橙光及紅光波長範圍。
再者，從該Ce3+離子到該Mn2+離子的有效能量轉移會導致該CYMSSG：Ce，Mn+YAG：Ce複合波長轉換器的該發射光譜(3)進一步延長到該橙光及部分紅光的波長範圍。
因此，有利的是，使用該LPE方法，將摻雜Ce3+及Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+共摻的Ca2YMgScSi3O12及Ca3Sc2Si3O12超臨界流體(SCF)分別生長在摻雜Ce3+的YAG：Ce或LuAG：Ce及GAGG：Ce基板上。
有利的是，該基板主要在該黃光範圍內發射，並且該摻雜Ce3+及稀土或過渡金屬摻雜的Ca2YMgScSi3O12及Ca3Sc2Si3O12磊晶膜在該橙紅光範圍內發射，據此，可以實現高功率白光LED。
透過混合來自該基板及該磊晶膜的發射，可以容易地調節由本發明的複合波長轉換器產生的該CRI座標及該色溫及/或由本發明的WLED的該CRI座標及該色溫。
第8a、8b圖示出以下轉換器的色度顏色座標(第8a圖)及色溫(第8b圖)：YAG：Ce：厚度h=550μm的光轉換基板；A：在厚度h=550μm的YAG：Ce光轉換基板的兩側上生長厚度h=15μm的Ca2YMgScSi3O12：Ce(CYMSSG：Ce)單晶磊晶膜；及B：在厚度h=550μm的YAG：Ce光轉換基板的兩側上生長厚度h=52μm的Ca2YMgScSi3O12：Ce，Mn(CYMSSG：Ce，Mn)單晶磊晶膜。
在藍光波長範圍內發光的464nm LED(參見第8a圖中的〝二極體〞)已用於激發各個轉換器。
從第8a、8b圖可以看出，在連續的YAG：Ce-A-B中，實現了越來越溫暖的白色感覺。
第9圖示出一種製備用於LED的本發明複合波長轉換器的方法的流程圖。
在第一步驟S1中，提供基板10，例如，該基板為Y3Al5O12： Ce石榴石(YAG：Ce)，Lu3Al2Ga3O12：Ce石榴石(LuAG：Ce)或Gd3Al2.5Ga2.5O12：Ce石榴石(GAGG：Ce)，其中，Ce3+離子為該第一活化劑。
在步驟S2中，使用該液相磊晶法，將一磊晶膜20沉積在該基板10的該取向平面的兩側上，據此，將該基板10嵌入含有助熔劑氧化物及石榴石晶體形成成分的熔融溶液中，該熔融溶液例如含有作為助熔劑氧化物的PbO及B2O3，該基板10的各側上的該磊晶膜20的厚度例如為100μm，該磊晶膜20具有作為第一活化劑(第一摻雜劑)的Ce3+離子，該Ce3+離子具有例如0.1mol%的濃度。再者，該磊晶膜20具有選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子之一的第二活化劑。該第二活化劑可以是第二摻雜劑或取代劑(石榴石組分)，該第二活化劑具有例如2mol%濃度的Eu3+、Pr3+或Tb3+離子，或0.7mol%濃度的Mn2+離子。例如，該磊晶膜20可以具有以下組成之一：Tb3Al5O12：Ce，Eu、Tb3Al5O12：Ce，Pr或Tb3Al5O12：Ce，Mn；Ca2YMgScSi3O12：Ce，Mn、Ca2YMgScSi3O12：Ce，Eu或Ca3Sc2Si3O12：Ce，Pr。
在可選的步驟S3中，使用該液相磊晶法，將第一附加磊晶膜30直接沉積在該基板10兩側的該磊晶膜20上，該基板的各側上的該第一附加磊晶膜30的厚度例如為100μm。進一步可選地，可以使用該液相磊晶法，將第二附加磊晶膜40直接沉積在該基板10的兩側的該第一附加磊晶膜30上，該基板10的各側上的該第二附加磊晶膜40的厚度例如為100μm。有利的是，該第一附加磊晶膜30(及可選的該第二附加磊晶膜40)具有作為第一活化劑(第一摻雜劑)的Ce3+離子，該Ce3+離子具有例如0.1mol%的濃度，再者，該第一附加磊晶膜30設置有選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子之一的第二活化劑。可選地，該第二附加磊晶膜40設置有選自Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子之一的第二活化劑，該第二活化劑可以是第二摻雜劑或取代劑(石 榴石組分)，該第二活化劑具有例如2mol%濃度的Eu3+、Pr3+或Tb3+離子，或0.7mol%的Mn2+離子，例如，該第一附加磊晶膜30可以具有以下組成之一：Tb3Al5O12：Ce，Eu、Tb3Al5O12：Ce，Pr或Tb3Al5O12：Ce，Mn；Ca2YMgScSi3O12：Ce，Mn、Ca2YMgScSi3O12：Ce，Eu或Ca3Sc2Si3O12：Ce，Pr，可選地，該第二附加磊晶膜40可以具有以下組成之一：Tb3Al5O12：Ce，Eu、Tb3Al5O12：Ce，Pr或Tb3Al5O12：Ce，Mn；Ca2YMgScSi3O12：Ce，Mn、Ca2YMgScSi3O12：Ce，Eu或Ca3Sc2Si3O12：Ce，Pr。
該步驟S2(及可選的S3)，即，該磊晶膜20、第一附加磊晶膜30，及/或第二附加磊晶膜40的沉積發生在約1000℃的生長溫度下，在約20℃的熔融溶液的過冷速率及在約0.3μm/min的生長速率下進行。
其上沉積有該磊晶膜20、第一附加磊晶膜30及/或第二附加磊晶膜40的該基板10形成一磊晶結構，該磊晶結構例如是直徑為3 inch的晶圓，該磊晶是在一個直徑約為6 inch的坩堝中進行。
在步驟S4中，將該磊晶結構切割為數個具有相同光學特性的單獨樣品。較佳地，將該磊晶結構切割成4000個單獨的矩形長方體樣品，每個樣品具有2mm×2mm的正方形基面，該切割例如由雷射裝置執行。

Claims (19)

  1. 一種用於LED的複合波長轉換器，包含：一基板(10)，由呈現一第一發射及激發光譜的一單晶石榴石磷光體的第一層所形成，具有一立方晶體結構、一第一晶格參數及取向晶體平面，其中，該基板(10)包含一第一活化劑；及一磊晶膜(20)，透過液相磊晶法在該基板(10)的頂側及底側上形成，作為具有該第一活化劑的一單晶石榴石磷光體的第二層，且至少具有一第二活化劑，呈現第二發射及激發光譜、具有一立方晶體結構及一第二晶格參數，其中，該磊晶膜(20)直接設置在該基板(10)的頂側及底側的該基板(10)的取向晶體平面上；其中，該第二發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜；其中，該第一晶格參數及該第二晶格參數之間的差異導致一晶格失配在介於-2.0~+2.0%的範圍內，且其中，該基板(10)的頂側及底側上的該磊晶膜(20)的厚度分別為至少2μm。
  2. 如請求項1之轉換器，其中，該轉換器(1)包含一第一附加磊晶膜(30)；其中，該第一附加磊晶膜(30)透過液相磊晶法形成為一單晶石榴石磷光體的第三層，具有該第一活化劑且至少具有一第二活化劑，直接設置在該基板(10)的頂側及底側的該磊晶膜(20)上，呈現第三發射及激發光譜，具有一立方晶體結構及一第三晶格參數；其中，該單晶石榴石磷光體的第三層不同於該單晶石榴石磷光體的第二層，其中，該第三發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜並且不同於該第二發射及激發光譜；其中，該第三晶格參數與該第二晶格參數之間的差異導致一晶格失配在介 於-2.0~+2.0%的範圍內，且其中，在該基板(10)的頂側及底側的該第一附加磊晶膜(30)的厚度分別為至少2μm；且其中，該磊晶膜(20)及/或該第一附加磊晶膜(30)的該第二活化劑是不同的。
  3. 如請求項2之轉換器，其中，該轉換器(1)另包含一第二附加磊晶膜(40)；其中，該第二附加磊晶膜(40)透過液相磊晶法形成為一單晶石榴石磷光體的第四層，具有該第一活化劑，且至少具有一第二活化劑，直接設置在該基板(10)的頂側及底側的該第一附加磊晶膜(30)上，呈現第四發射及激發光譜，具有一立方晶體結構及一第四晶格參數；其中，該單晶石榴石磷光體的第四層不同於該單晶石榴石磷光體的第二層及/或該單晶石榴石磷光體的第三層，其中，該第四發射及激發光譜不同於該第一發射及激發光譜，且不同於該第二發射及激發光譜及/或該第三發射及激發光譜；其中，該第四晶格參數與該第三晶格參數之間的差異導致一晶格失配在介於-2.0~+2.0%的範圍內，且其中在該基板(10)的頂側及底側的該第二附加磊晶膜(40)的厚度為至少2μm；且其中，該磊晶膜(20)、該第一附加磊晶膜(30)及/或該第二附加磊晶膜(40)的該第二活化劑是不同的。
  4. 如請求項1之用於LED的複合波長轉換器，其中，該第一活化劑為Ce3+離子，在該基板(10)中具有一濃度為0.001~1mol%的Ce3+離子，及/或在該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)中具有一濃度為0.001~1mol%的Ce3+離子。
  5. 如請求項1之轉換器，其中，該第二活化劑為Eu3+、Pr3+、 Tb3+及Mn2+離子中的一個，其中，該第二活化劑為一第二摻雜劑(R)，該第二摻雜劑為R=Eu3+、Pr3+、Tb3+及Mn2+離子中的一個，其具有一濃度為0.001~5mol%的Eu3+、Pr3+或Tb3+離子。
  6. 如請求項1之轉換器，其中，該基板(10)為Y3Al5O12：Ce石榴石、Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石或Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石，其中，s介於2.5~3之間。
  7. 如請求項1之轉換器，其中，該基板(10)的厚度為介於0.3~1mm之間。
  8. 如請求項5所述之轉換器，其中，該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)係由一混合石榴石化合物形成，其組成物由公式X=A1 3B1 2C1 3O12：Ce，R所表示，其中，A1為Ca2+離子，B1為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+或Ge4+離子，R為該第二摻雜劑；或由公式Y=A1 3-xA2 xB1 2-yB2 yC1 3-zC2 zO12：Ce，R所表示，其中，A1為Ca2+離子，A2為Y3+、Lu3+、La3+、Tb3+及Gd3+離子，B1為Mg2+離子，B2為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+離子，C2為Ge4+離子，R為該第二摻雜劑，其中，0<x<1.0、0<y<2，且0<z<3。
  9. 如請求項1之轉換器，其中，在該基板(10)的頂側及/或底側上的該磊晶膜(20)的厚度分別為至多200μm；其中，在該基板(10)的頂側及/或底側上的該第一附加磊晶膜(30)的厚度分別為至多200μm；及/或其中，在該基板(10)的頂側及/或底側上的該第二附加磊晶膜(40)的厚度分別為至多200μm。
  10. 一種製備用於LED的複合波長轉換器的方法，包含以下步驟： 提供一基板(10)，其由一單晶石榴石磷光體的第一層所形成，該單晶石榴石磷光體的第一層具有一立方晶體結構、取向晶體平面且包含一第一活化劑，其中，該基板(10)為Y3Al5O12：Ce石榴石、Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石、或Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石，其中，Ce3+離子是該第一活化劑，其中，s介於2.5~3之間；及使用該液相磊晶法，在該基板(10)的該取向平面的兩側上，沉積形成一單晶石榴石磷光體的第二層的一磊晶膜(20)，其具有該第一活化劑且至少具有一第二活化劑，其中，在該基板(10)的各側上的該磊晶膜(20)的厚度為至少2μm。
  11. 如請求項10之製備方法，另包含以下的附加步驟：使用該液相磊晶法，在該基板(10)的兩側的該磊晶膜(20)上，沉積形成一單晶石榴石磷光體的第三層的一第一附加磊晶膜(30)，其具有該第一活化劑且至少具有一第二活化劑，其中，在該基板(10)的各側上的該第一附加磊晶膜(30)的厚度為至少2μm。
  12. 如請求項11之製備方法，另包含以下的附加步驟：使用該液相磊晶法，在該基板(10)的兩側的該第一附加磊晶膜(30)上，沉積形成一單晶石榴石磷光體的第四層的一第二附加磊晶膜(40)，其具有該第一活化劑且至少具有一第二活化劑，其中，在該基板(10)的各側上的該第二附加磊晶膜(40)的厚度為至少2μm。
  13. 如請求項10之製備方法，其中，將該基板(10)嵌入一熔融溶液中，其含有助熔劑氧化物及一石榴石晶體形成成分；其中，該熔融溶液含有作為助熔劑氧化物的PbO及B2O3，或作為助熔劑氧化物的Bi2O3及B2O3，且用於產生該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)的該石榴石晶體形成成分係由具有一組成物的一 混合石榴石化合物所形成；該組成物由公式X=A1 3B1 2C1 3O12：Ce，R所表示，其中，A1為Ca2+離子，B1為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+或Ge4+離子，且R為該第二摻雜劑；或者該組成物由公式Y=A1 3-xA2 xB1 2-yB2 yC1 3-zC2 zO12：Ce，R所表示，其中，A1為Ca2+離子，A2為Y3+、Lu3+、La3+、Tb3+及/或Gd3+離子，B1為Mg2+離子，B2為Sc3+或Al3+或Ga3+離子，C1為Si4+離子，C2為Ge4+離子，且R為該第二摻雜劑，其中，0<x<1.0，0<y<2，且0<z<3。
  14. 如請求項13之製備方法，其中，為了產生該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)，其由具有一公式X所表示的一組成物的該混合石榴石化合物所形成，該熔融溶液含有作為助熔劑氧化物的PbO、B2O3，或作為助熔劑氧化物的Bi2O3及B2O3；作為石榴石晶體形成成分的AO、B1 2O3、C1O2、CeO2及R2O3或R4O7或RO2氧化物中的一種，其中，R2O3為Eu2O3，R4O7為Pr4O7及/或Tb4O7，且RO2為MnO2，選擇濃度分別為90mol%的PbO或Bi2O3、7.5mol%的B2O3、0.85mol%的AO、0.56mol%的B1 2O3、0.835mol%的C1O2、0.015mol%的CeO2及0.24mol%的R2O3或R4O7或RO2的氧化物；及/或其中，該基板(10)為Y3Al5O12：Ce石榴石或Lu3Al5-sGasO12：Ce石榴石，其中，s介於2.5~3之間；或其中，為了產生該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)，其由具有該公式Y所表示的一組成物的該混合石榴石化合物所形成，該熔融溶液含有作為助熔劑氧化物的PbO、B2O3，或作為助熔劑氧化物的Bi2O3及B2O3作為助熔劑氧化物；作為石榴石晶體形成成分的A1O、A2 2O3、B1O、B2 2O3；C1O2、CeO2及R2O3或R4O7或RO2氧化物中的一種， 其中，R2O3為Eu2O3，R4O7為Pr4O7及/或Tb4O7，RO2為MnO2，使用濃度分別為90mol%的PbO或Bi2O3、7.5mol%的B2O3、0.57mol%的A1O、0.28mol%的A2 2O3、0.29mol%的B1O、0.27mol%的B2 2O3、0.835mol%的C1O2、0.015mol%的CeO2及0.24mol%的R2O3或R4O7或RO2氧化物；及/或其中，該基板(10)為Gd3Al5-sGasO12：Ce石榴石，其中，s介於2.5~3之間。
  15. 如請求項10所述之製備方法，其中，該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)的該沉積在850~1100℃範圍內的生長溫度下進行；及/或其中，該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)的該沉積在該熔融溶液的過冷速率為1~90℃範圍內進行。
  16. 如請求項10所述之製備方法，其中，該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)的該沉積在生長速率為0.01~3μm/min範圍內進行。
  17. 如請求項10所述之製備方法，其中，該基板(10)，其上沉積有該磊晶膜(20)、第一附加磊晶膜(30)及/或第二附加磊晶膜(40)，形成一磊晶結構，且其中，該方法包含將該磊晶結構切割為數個單獨樣品，且每個樣品具有相同的光學特性的附加步驟。
  18. 一種白光LED光源，包含一LED(100)及如請求項1之用於裝在該LED(100)發光表面上的複合波長轉換器(1)，該轉換器(1)將該LED(100)所發射之波長位於一第一範圍內的至少一部分的光轉換為波長位於一第二範圍內的光，其中，位於該第二範圍內的光的波長大於位於該第一範圍內的光的波長。
  19. 如請求項18之白光LED光源，其中，位於該第一範圍內的 該波長屬於藍光波長範圍，且其中，該轉換器(1)用於將波長位於該第一範圍內的光的40~80%轉換成波長位於該第二範圍內的光，以創建一白光光譜，其包含波長位於該第一範圍內的光的其餘部分及轉換成波長位於該第二範圍內的光的部分；或者其中，位於該第一範圍內的該波長屬於紫外光波長範圍，其中，位於該第二範圍內的該波長屬於可見光波長範圍，且其中，該轉換器(1)用於將波長位於該第一範圍內的光基本上100%轉換為波長位於該第二範圍內的光。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200836378A (en) * 2006-12-21 2008-09-01 Koninkl Philips Electronics Nv Light-emitting apparatus with shaped wavelength converter
US20090102353A1 (en) * 2007-10-04 2009-04-23 Nayfeh Munir H Luminescent silicon nanoparticle-polymer composites, composite wavelength converter and white led
US20130313603A1 (en) * 2011-02-04 2013-11-28 Osram Sylvania Inc. Wavelength Converter for an LED, Method of Making, and LED Containing Same
JP5529963B2 (ja) * 2009-07-20 2014-06-25 ソイテック 半導体構造体または半導体デバイスを形成する方法および光起電力構造体
US20140361328A1 (en) * 2012-05-01 2014-12-11 National Institute For Materials Science Uv photoexcited red light-emitting material and light emitting apparatus

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101423723B1 (ko) * 2007-10-29 2014-08-04 서울바이오시스 주식회사 발광 다이오드 패키지
CN102197554A (zh) * 2008-09-04 2011-09-21 3M创新有限公司 单色光源
US20100244065A1 (en) * 2009-03-30 2010-09-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor light emitting device grown on an etchable substrate
US9431584B2 (en) * 2010-06-03 2016-08-30 3M Innovative Properties Company Light converting and emitting device with suppressed dark-line defects
US8975614B2 (en) * 2011-08-23 2015-03-10 Micron Technology, Inc. Wavelength converters for solid state lighting devices, and associated systems and methods
DE102015015355A1 (de) * 2015-12-01 2017-06-01 Merck Patent Gmbh Mn-aktivierte Leuchtstoffe

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200836378A (en) * 2006-12-21 2008-09-01 Koninkl Philips Electronics Nv Light-emitting apparatus with shaped wavelength converter
US20090102353A1 (en) * 2007-10-04 2009-04-23 Nayfeh Munir H Luminescent silicon nanoparticle-polymer composites, composite wavelength converter and white led
JP5529963B2 (ja) * 2009-07-20 2014-06-25 ソイテック 半導体構造体または半導体デバイスを形成する方法および光起電力構造体
US20130313603A1 (en) * 2011-02-04 2013-11-28 Osram Sylvania Inc. Wavelength Converter for an LED, Method of Making, and LED Containing Same
US20140361328A1 (en) * 2012-05-01 2014-12-11 National Institute For Materials Science Uv photoexcited red light-emitting material and light emitting apparatus

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