CN101104802A

CN101104802A - 发光二极管及其荧光粉

Info

Publication number: CN101104802A
Application number: CNA2007100000459A
Authority: CN
Inventors: 索辛纳姆; 罗维鸿; 蔡绮睿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2008-01-16

Abstract

本发明系关于一种荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，Ce为激发剂，(Y_{1－x－y－z}Gd_xCe_yBa_z)₃Al₅O_12－z/2F_z的化合物，其中，x＝0.1－0.45，y＝0.01－0.08，z＝0.0001－0.01。该荧光粉辐射出绿黄色光，辐射峰值在λ＝535至585nm波段移动，与钇铝石榴石基体中Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比。此外，本发明亦提供一种发光二极管，其有机薄膜层中填充有上述荧光粉。

Description

发光二极管及其荧光粉

【发明所属之技术领域】

本发明系关于一种发光二极管及其荧光粉，尤指一种于成分中加入了钡离子和氟离子，使该荧光粉的辐射峰值与钇铝石榴石基体中的Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比的发光二极管及其荧光粉。

【先前技术】

发展中的光源，尤其白色光源，是一种多颜色的混合光，可被人眼感觉为至少包括二种以上波长的混合光，当人眼同时受红、蓝、绿光的刺激时，或同时受到蓝光与黄光等互补光线的刺激时均可感受为白光，故依此原理可制作发出不同颜色的光源。

如白光固体光源的常用技术中，制作方法主要是利用光线互补的方式，如下列几种：

第一种方法系使用以InGaAlP、GaN与GaP为材质的三颗固体光源，分别控制通过固体光源的电流而发出红、绿及蓝光，经透镜将发出的光加以混合而产生白光。

第二种方法系使用GaN与GaP为材质的二颗固体光源，其亦分别控制通过固体光源之电流而发出蓝及黄绿光以产生白光。

但上述二种方式中，若其固体光源之一发生故障，则将无法得到正常的白光，且因其正向偏压各不相同，故须多套控制电路，致使成本较高，此皆为实际应用上的不利因素。

其它如日本日亚化学公司(Nichia Chemical)于1996年发展出以氮化铟镓蓝光固体光源配合发黄光之钇铝石榴石荧光物质亦可成为一白光光源，然而其为利用互补色原理以产生白光，其光谱波长分布之连续性不如真实的太阳光，只适合作为简单的照明用途。第四种可产生白光的方案系日本住友电工(SumitomoElectric Industries，Ltd)研发出使用ZnSe材料的白光固体光源，其亦利用光线互补的原理产生白色光线。

相较于上述公知技术产生白光的技术，本发明特别利用绿黄色光固体光源与具有特定成分的荧光粉产生多样的辐射光源。

【发明内容】

为解决上述公知技术的缺点，本发明的目的是制造出一种荧光粉，其于成分中加入了钡离子和氟离子，使该荧光粉的辐射峰值与钇铝石榴石基体中的Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比。

为解决上述公知技术的缺点，本发明的另一目的是制造出一种荧光粉，其可辐射出绿黄色光且其辐射峰值在λ＝535至585nm波段移动。

为解决上述公知技术的缺点，本发明的另一目的是制造一种发光二极管，其填充有荧光粉，以形成在辐射半角2θ处光强为100～1000cd，色温为2800～12000K的辐射绿黄色光。

为达到上述目的，本发明涉及一种荧光粉，其系以钇铝石榴石为基体，Ce作激发剂的荧光粉，其组成中加入了钡离子和氟离子，形成化学式为(Y_1-x-y-zGd_xCe_yBa_z)₃Al₅O_12-z/2F_z的化合物，其中x＝0.1～0.45，y＝0.01～0.08，z＝0.0001～0.01，其中该荧光粉的辐射峰值与该钇铝石榴石基体中的Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比。

为达到上述目的，本发明涉及一种发光二极管，其系由氮化铟镓短波异质结、填充有如上所述荧光粉的有机薄膜层及球面透镜构成，其中该有机薄膜的基体由热凝聚合物构成。

【实施方式】

本发明揭露一种发光二极管及其荧光粉，且该荧光粉例如但不限于为无机荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，Ce作激发剂，并于成分中加入了钡离子和氟离子，该荧光粉的辐射峰值与该钇铝石榴石基体中的Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比。

其中，该荧光粉的基体的化学组成例如但不限于为(Y_1-x-y-zGd_xCe_yBa_z)₃Al₅O_12-z/2F_z的钇铝石榴石，并使用Ce作激发剂，该荧光粉可辐射出绿黄色光，辐射峰值在λ＝535至585nm波段移动，且与钇铝石榴石基体中Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比。其中，该荧光粉基本的化学式(Y_1-x-y-zGd_xCe_yBa_z)₃Al₅O_12-z/2F_z中x＝0.1～0.45，y＝0.01～0.08，z＝0.0001～0.01。其中，该荧光粉颗粒对λ＝440至450nm波段的光的最小反射系数为15～20％。

该荧光粉颗粒近似于椭圆形，其平均颗粒度为d₅₀＝10～20微米，具有六边形十二面体的晶体架构，十二面体的棱长取决于颗粒中F离子的浓度，随F离子浓度的增大而增大，且其密度在d＝2.8～3.2g/cm³。且该荧光粉颗粒表面覆盖有组成成分为ZnO·nSiO₂的Zn的硅酸盐，其中n＝1或2，其颗粒表面的活性离子浓度为10⁶～10⁷g/l。

该荧光粉颗粒具有单晶石榴石的立方体微架构，在X光的照射下，其主平面(hkl)＝(420)的主峰值面积小于550个单位，半高半宽的夹角为3度，晶格参数d＝12.05A，且其颗粒的棱面对λ＝530nm的光的反射系数高达80％以上。

该荧光粉的单晶颗粒在X射线与平面(hkl)＝(211)成18.1度角时具有强烈的X光架构峰值，强度达到40～43％，与平面(hkl)＝(420)成3 3.4度角时的强度为100％。

该荧光粉的钇铝石榴石基体中的Ce离子浓度〔Ce〕＝0.015原子分率时，该荧光粉在被短波异质结发光激发发光的光谱半宽Δλ＝118nm，而当〔Ce〕＝0.04原子分率时，光谱半宽Δλ＝122nm。该钇铝石榴石基体中的Ba离子浓度〔Ba〕从0.005原子分率增大至0.01原子分率时，其发光的余晖长度从τ_e＝120奈秒增至原来的二倍τ_e＝240奈秒。

本发明的荧光粉具有以下特征：它以钇铝石榴石为基体，其组成中加入了钡离子和氟离子，钡离子与氟离子的比例关系在z＝0.0001～0.01间变化，使该荧光粉的辐射峰值与该钇铝石榴石基体中的Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比。

此外，本发明进一步提供一种发光二极管。请参照图1，其绘示本发明一较佳实施例的发光二极管的结构示意图。如图所示，本发明的发光二极管由氮化铟镓短波异质结1、填充有如上所述荧光粉的有机薄膜层2及球面透镜3构成，其中该有机薄膜2的基体由热凝聚合物构成。

其中，该荧光粉具有如上所述的特性及成分，故在此不拟赘述。该热凝聚合物可为例如但不限于硅氧烷树脂、环氧树脂或聚碳酸酯。该荧光粉颗粒于该有机薄膜层2中的填充浓度为10～70％，薄膜浓度为50～200微米。其中，该球面透镜3将半导体异质结1的发光透过填充有该荧光粉的有机薄膜层2传输出来，该球面透镜3的光轴与该半导体异质结1的主要发光面的几何中心相重合，形成在辐射半角2θ处光强为100～1000cd，色温为2800～12000K的辐射。

综上所述，本发明涉及一种发光二极管及其荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，Ce作激发剂，其组成中加入了钡离子和氟离子，该荧光粉的辐射峰值与该钇铝石榴石基体中的Gd与Y的浓度比值(Gd/Y)成正比，因此，确可改善公知的二极管荧光粉的缺点。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然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范围为准。

【附图简单说明】

图1为一示意图，其绘示本发明一较佳实施例的发光二极管的结构示意图。

【主要组件符号说明】

氮化铟镓短波异质结1 有机薄膜层2

球面透镜3

Claims

1.一种荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，铈作激发剂，其组成中加入了钡离子和氟离子，形成化学式为(Y_1-x-y-zGd_xCe_yBa_z)₃Al₅O_12-z/2F_z的化合物，其中x＝0.1～0.45，y＝0.01～0.08，z＝0.0001～0.01，其中该荧光粉的辐射峰值与该钇铝石榴石基体中的Gd与Y的浓度比值成正比。

2.如权利要求1所述的荧光粉，其可辐射出绿黄色光。

3.如权利要求1所述的荧光粉，其辐射峰值在λ＝535至585nm波段移动。

4.如权利要求1所述的荧光粉，其颗粒近似于椭圆形，其平均颗粒度为d₅₀＝10～20微米，具有六边形十二面体的晶体架构，十二面体的棱长取决于颗粒中氟离子的浓度，随氟离子浓度的增大而增大。

5.如权利要求1所述的荧光粉，其具有单晶石榴石的立方体微架构，在X光的照射下，其主平面(hkl)＝(420)的主峰值面积小于550个单位，半高半宽的夹角为3度，晶格参数d＝12.05A。

6.如权利要求4所述的荧光粉，其颗粒的棱面对λ＝530nm的光的反射系数高达80％以上。

7.如权利要求1所述的荧光粉，其颗粒对λ＝440至450nm波段的光的最小反射系数为15～20％。

8.如权利要求1所述的荧光粉，其单晶颗粒在X射线与平面(hkl)＝(211)成18.1度角时具有强烈的X光架构峰值，强度达到40～43％，与平面(hkl)＝(420)成33.4度角时的强度为100％。

9.如权利要求1所述的荧光粉，其中该钇铝石榴石基体中的Ce离子浓度＝0.015原子分率时，该荧光粉在被短波异质结发光激发发光的光谱半宽Δλ＝118nm，而当Ce离子浓度＝0.04原子分率时，光谱半宽Δλ＝122nm。

10.如权利要求1所述的荧光粉，其中该钇铝石榴石基体中的Ba离子浓度从0.005原子分率增大至0.01原子分率时，其发光的余晖长度从τ_e＝120奈秒增至原来的二倍τ_e＝240奈秒。

11.如权利要求1所述的荧光粉，其颗粒呈圆形，密度在d＝2.8～3.2g/cm³。

12.如权利要求1所述的荧光粉，其颗粒表面覆盖有组成成分为ZnO nSiO₂的Zn的硅酸盐，其中n＝1或2。

13.如权利要求1所述的荧光粉，其颗粒表面的活性离子浓度为10⁶～10⁷/l。

14.一种发光二极管，其由氮化铟镓短波异质结、填充有如权利要求1中所述荧光粉的有机薄膜层及球面透镜构成，其中该有机薄膜的基体由热凝聚合物构成。

15.如权利要求14所述的发光二极管，其中该热凝聚合物可为硅氧烷树脂、环氧树脂或聚碳酸酯。

16.如权利要求14所述的发光二极管，其中该荧光粉颗粒的填充浓度为10～70％，薄膜浓度为50～200微米。

17.如权利要求14所述的发光二极管，其中该球面透镜将半导体异质结的发光透过填充有该荧光粉的有机薄膜层传输出来，该球面透镜的光轴与该半导体异质结的主要发光面的几何中心相重合，形成在辐射半角2θ处光强为100～1000cd，色温为2800～12000K的辐射。