白光二極管光源及其熒光粉的制法的制作方法

專利名稱：白光二極管光源及其熒光粉的制法的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種白光二極管光源及其熒光粉的制法，尤其涉及一種包括發出藍光和/或紫外輻射的發光二極管，該發光二極管中含有至少一種能吸收藍光和/或紫外輻射，甚至其它波段輻射的熒光粉的白光二極管光源及其熒光粉的制法。
背景技術：
無機發光二極管與其它類型光源相比，具有使用壽命長，體積小，抗震顫以及窄頻帶輻射的特點。在實際應用中，發光二極管借助于自身半導體材料的輻射很難有效實現寬波段多色光輻射。因此，通過無機熒光粉的作用將異質結的大部分輻射轉化為長波輻射的發光二極管技術得到應用。這種以熒光粉形式存在的轉化裝置即光譜轉換器。
在WO 00/33390專利中描述了包含輻射單一藍光的發光二極管或與熒光粉混合物相互作用的激光二極管的發光裝置。
為了形成白光，需要在光譜420～470nm區域輻射的發光二極管與含有至少兩種熒光粉的熒光粉混合物共同作用。為此需要兩種具有不同輻射光譜的熒光粉。這種熒光粉混合物總是包含一種紅色成分和一種綠色成分。在此條件下，這兩種顏色與發光二極管發出的藍光相混合即可形成白光。也可以用單一成分的材料替代熒光粉混合物，但這種情況下，二極管發光的質量就會有所下降。
通常，對用于普通照明的白光光源的發光質量要求較高。再者，光源使用者，尤其是歐洲和北美的使用者，傾向于比色溫度在2700～5000K的暖色光照。
在WO 00/33389專利中描述了用Ba2SiO4:Eu2+作熒光粉來改變藍色發光二極管發出的光。然而熒光粉Ba2SiO4:Eu2+輻射的最大值出現下約505nm處，因此用這種組合不能完全可靠地獲得白光。
由C.X.M.普爾特(S.H.M.Poort)的學術著作中提及的“正位硅酸鹽和正位磷酸鹽被Eu2+激發時的光學特性”(”Journal of Alloys and Compounds”，260(1997)，p.93-97)可得出Ba2SiO4以及KBaPO4，KSrPO4等磷酸鹽被Eu2+激發時的特性。此處同時也提到，Ba2SiO4在被Eu2+激發時的輻射光譜在約505nm處。
關于在Eu2+的激發作用下可獲得白光的Ba，Ca，Sr的二元或三元正位硅酸鹽的架構在俄羅斯RU №2251761專利案中已經明確。該熒光粉的化學式為，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。
盡管這種三元正位硅酸鹽熒光粉有可能產生黃光輻射，但卻不能保證半導體光源發光的高亮度。此外，利用這種熒光粉做出的發光二極管無法產生比色溫度高于6000K的低溫白光輻射。誠屬美中不足之處。

發明內容
為解決上述現有技術的缺點，本發明的主要目的是提供一種白光二極管光源的熒光粉及其制法，其可將在紫外波段和藍光波段(370～490nm)發生輻射的發光二極管用作光源，這種光源通過采用改進的熒光粉產生有效功率更高的白光，從而使其有可能被應用于照明。
本發明的另一目的在于提供一種白光二極管光源的熒光粉及其制法，其采用一種或幾種熒光粉實現了在較大范圍內調節比色溫度的可能性，從而滿足使用者不同的需求，尤其是調節在國際照明委員會規定的公差橢圓范圍內的顏色。
本發明的另一目的在于提供一種白光二極管光源之熒光粉及其制法，其系由銦鎵氮化物短波異質結與光譜轉換器構成的白光半導體源，該光源的特點是包含至少兩個輻射最大值分別在360-400nm的近紫外區域(紫外異質結)與440-480nm區域(藍光異質結)，此時短波異質結輻射光譜重迭部分是其光譜最大值時輻射強度的10-30％。光譜轉換器是以正位硅酸鹽熒光粉為基體的多層覆膜，熒光粉的化學式為Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8:(∑Me2，3)(Hal)2，3。該覆膜與位于反射鏡反射表面的半導體異質結的發光面有光接觸，同時也是該半導體光源的電接觸之一。
為達到上述目的，本發明的一種白光二極管光源，其系由銦鎵氮化物所制成，包括一絕緣晶體架，系用以承載后述該第一異質結及第二異質結；一第一異質結，其置于該絕緣晶體架中，具有一正極、一負極及一發光表面，其中該正極及負極可外露于該絕緣晶體架外；一第二異質結，其置于該絕緣晶體架中且位于該第一異質結的一側，其亦具有一正極、一負極及一發光表而，其中該正極及負極亦可外露于該絕緣晶體架外；一光譜轉換器，覆蓋于該第一異質結及該第二異質結的發光表面上方處；以及一光學機體，其置于該光譜轉換器上方且可與該絕緣晶體架結合使成密閉狀態。
為達到上述目的，本發明的一種白光二極管光源的熒光粉，系由正位硅酸鹽所制成，其化學式為Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8:(∑Me2，3)(Hal)2，3，其被激發發光的光譜具有一第一極限及一第二極限，且當熒光粉基體被離子激發且基體組成中的離子濃度滿足一特定原子分率時，該熒光粉輻射光譜分布于可見光光譜的綠—黃—橙色區域。
為達到上述的目的，本發明的一種白光二極管熒光粉的制作方法，其包括下列步驟秤取如下BaCO3、SrCO3、EuCl2及SiO2顆粒并加以混合；在混合料中加入MgCO3及CaCO3；將配料充分混合，然后置于一坩堝中，再放入分隔為2個區之一熔爐中；在熔爐的第一區中，當溫度升至第一溫度時，碳酸鹽分解，生成堿土金屬的正位硅酸鹽和銪；在熔爐的第二區中，當溫度升至第二溫度時，加入還原性氣體混合物；在該熔爐退場門處取出該坩堝，將該坩堝中的物質放入一溶液中；以及使用一儀器對干燥的熒光粉進行測試，確定其參數。
為達到上述目的，本發明的一種白光二極管熒光粉的制作方法，其包括下列步驟用一沉淀劑在特定的反應器中發生凝膠作用；將所得凝膠干燥至所含水的質量至一特定濃度；用一磨具將其磨成粉末；以及將該粉末放入一坩堝中；加熱至一特定溫度即得該熒光粉。


圖1為一示意圖，其示出了根據本發明一較佳實施例的白光二極管光源的示意圖，其中10絕緣晶體架；20第一異質結；21正極；22負極；23發光表面；30第二異質結；31正極；32負極；33發光表面；40光譜轉換器；41有機樹脂；42熒光粉；50光學機體。
具體實施例方式
本發明的意義在于將在紫外波段和藍光波段(370～490nm)發生輻射的發光二極管用作光源，這種光源通過采用改進的熒光粉產生有效功率更高的白光，從而使其有可能被應用于照明。
與此同時，也克服了現有技術水準存在的種種缺陷。此外，通過采用一種或幾種熒光粉實現了在較大范圍內調節比色溫度的可能性，從而滿足使用者不同的需求，尤其是調節在國際照明委員會規定的公差橢圓范圍內的顏色。
本發明的實質是提出了由銦鎵氮化物短波異質結與光譜轉換器構成的白光半導體源，該光源的特點是包含至少兩個輻射最大值分別在360-400nm的近紫外區域(紫外異質結)與440-480nm區域(藍光異質結)，此時短波異質結輻射光譜重迭部分是其光譜最大值時輻射強度的10-30％。
請參照圖1，其示出了本發明一較佳實施例的白光二極管光源的結構示意圖。如圖所示，本發明的白光二極管光源其系由銦鎵氮化物所制成，包括一絕緣晶體架10；一第一異質結20；一第二異質結30；一光譜轉換器40；以及一光學機體50所組合而成。
其中，該絕緣晶體架10系用以承載該第一異質結20及第二異質結30。
該第一異質結20系置于該絕緣晶體架10中，其具有一正極21、一負極22及一發光表面23，其中該正極21及負極22系可外露于該絕緣晶體架10外。其中，該第一異質結20系為一紫外光異質結，其輻射最大值例如但不限于為360-400nm。
該第二異質結30系置于該絕緣晶體架10中且位于該第一異質結20的一側，例如但不限于右側，其亦具有一正極31、一負極32及一發光表面33，其中該正極31及負極32亦可外露于該絕緣晶體架10外。其中，該第二異質結30系為一藍光異質結，其輻射最大值例如但不限于為440-480nm，且該第二異質結的輻射光譜與該第一異質結20之輻射光譜的重迭部分僅占其輻射最大值的10～30％。
該光譜轉換器40系覆蓋于該第一異質結20及該第二異質結30的發光表面上方處。其中，該光譜轉換器30系由一透明有機樹脂41及一熒光粉42所混合而成，且該熒光粉42例如但不限于是由正位硅酸鹽所制成，其化學式為Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8:(∑Me2，3)(Hal)2，3。這種熒光粉42中的激發元素以+2及+3價態存在，不同于現有技術使用Eu+2作激發劑的熒光粉。
該光譜轉換器40是由有機化合物構成的光漫射層，層中均勻分布著熒光粉42顆粒。這種有機化合物例如但不限于是高溫硬化的環氧樹脂或聚碳酸酯或有機硅化物。本發明所選的這些化合物的共同特點是它們的分子質量≥10000碳原子單位，從而保證了化合物層為補償溫差應力所必需的韌性。實驗結果表明，化合物層中熒光粉顆粒的填充量應為6～25％。
該光學機體50系置于該光譜轉換器40上方且可與該絕緣晶體架10結合使成密閉狀態。
此外，本發明的白光二極管光源進一步具有一反射鏡(圖未示)，用以調整位于其表面的該第一異質結20、第二異質結30及該光譜轉換器40輻射的光的方向，此外，該反射鏡也可與該白光二極管光源中的電源接觸。
此外，請參照表1，其示出了該光譜轉換器40在以上兩種不同激發狀態下(熒光粉狀光譜轉換器40被第一異質結20所發出的紫外線激發時的輻射光譜和熒光粉狀光譜轉換器40被第二異質結30所發出的藍光激發時的輻射光譜)的具體光色參數。

本發明的技術方案的革新性首先表現下為實現白光光源采用至少兩個半導體異質結(即第一異質結20及第二異質結30)，而不是一個。該第一異質結20及第二異質結30在短波輻射的不同分波段發生輻射。其中第一異質結20在近紫外區域發生輻射，另外一個第二異質結30則在藍光區域發生輻射。制作該第一異質結20及第二異質結30時采用相同的銦鎵氮化物材料及與制作該材料外延層相同的工藝。因此他們具有相同的電學特性，從而可以將他們以串聯或并聯的模式聯入電路。異質結發光光譜隨異質結中InN的含量而變化。
本發明采用的第一異質結20及第二異質結30的輻射光譜的重迭部分僅占其輻射最大值的10～30％。該第一異質結20及第二異質結30輻射最大值位于光譜重迭區域外，其中該第一異質結20之峰值波長為λ＝390-395nm，第二異質結30的峰值波長λ＝450-465nm。
本發明之白光二極管光源具有以下優點1.光色可在色溫5000K～12000K的大范圍內變化；2.發光強度高2～10坎以上；3.光通量大，裝置中光通量可達50流明。除以上優點外，當該白光二極管光源的電學參數改變時，其所發出的白光的光譜架構也會隨之發生變化，這在以往的文獻或專利前案中未有所記載。當該第二異質結30(藍光異質結)被激發的功率較大時，光源發出冷色光；而當該第一異質結20(紫外線異質結)被激發的功率較大時，光源則發出暖色光。該白光二極管光源的這些特點具有重要意義，此點在以前文獻或專利前案中亦未曾被探討過，因此，足證本發明的白光二極管光源具有新穎性及進步性。
此外，本發明亦提供一種白光二極管光源之熒光粉42，系由正位硅酸鹽所制成，其化學式為Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8:(∑Me2，3)(Hal)2，3，其被激發發光的光譜具有一第一極限及一第二極限，且當熒光粉42基體被離子激發且基體組成中的離子濃度滿足一特定原子分率時，該熒光粉輻射光譜分布于可見光光譜的綠—黃—橙色區域。
其中，該第一極限為λ＝360-400nm區間，該第二極限為λ＝440-480nm區間，該特定原子分率為0.005≤(∑Me+2，3)≤0.1，而該光譜最大值λ＝560-590nm。
用以激發該熒光粉42基體之離子可為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，該+2價離子可決定熒光粉42之發光光譜，該+3價離子可決定熒光粉42被激發之發光光譜，而鹵素族元素離子則可決定激發中心之能量轉移。
如上所述，要實現這種全新的自光二極管光源必須研制出在兩種不同波長光的激發下均能高質量發光的新型熒光粉42，即紫外光分波段和藍光分波段。此類問題至今未見于已公開的專利文獻中，也無具體解決方案。我們知道，以鋁釔石榴石為基體的標準熒光粉在藍光激發下正常發光，而在紫外光激發下卻不能發光。由俄羅斯專利第2251761號可知，正位硅酸鹽熒光粉也具有相同的缺陷。因此，本發明解決的另一個問題是在兩種不同波段的光的激發下發光的熒光粉42。
上述問題的解決方案如下。用于白光二極管光源的正位硅酸鹽熒光粉42具有以下特點它被激發發光的光譜具有兩個極限，一個在λ＝360-400nm區間，另一個在λ＝440-480nm區間，同時，當熒光粉基體被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中的離子激發(∑Me+2，3)，且基體組成中的離子濃度滿足0.005≤(∑Me+2，3)≤0.1原子分率時，該熒光粉輻射光譜分布于可見光光譜的綠—黃—橙色區域，光譜最大值λ＝560-590nm。
該問題是通過在半導體裝置基礎上構建光源得以解決的，其中熒光粉是Mg，Ca，Sr，Ba族元素的二元正位硅酸鹽，用+2和+3價態的稀土元素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作為其激發元素，該熒光粉的化學式為(∑1，2，3，4Me)4-xSi2O8:(TR+2，TR+3)xHal2，3。其中，Me＝Mg，Ca，Sr，BaTR+2＝Eu+2TR+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-xX＝0,001-0,1原子分率通過上述熒光粉被激發發光的光譜與異質結短波輻射的光譜相重迭，異質結輻射的光譜最大值的10％～30％形成光譜轉換器40。此外，本發明在該項目的研發過程中發現，藍光，紫光和紫外線異質結的短波輻射分別不同程度地激發熒光粉。化學式為(Mg，Ca，Sr，Ba)4-xSi2O8·(Eu，Y)x的熒光粉被激發的光譜最大值出現在λ＝395-405nm的UVA波段，而化學式為(Ba，Sr，Mg，Ca)4-xSi2O8·(Eu，Er)x的熒光粉被激發的光譜最大值出現在λ＝395～445nm波段，即藍光半導體異質結輻射區域。在此情況下，在由2個異質結組成的二極管的整體輻射中將會出現2個光譜轉換器輻射的光譜最大值。其中一個最大值與被氧化至+2價態的激活離子的輻射相關聯，另外一個最大值主要是由于相同激活離子的輻射形成的，但這種輻射與前者相比具有更高的能量。紫外線異質結20強烈激發光譜轉換器40的短波輻射，而藍光異質結30則引發長波輻射。此外，通過選擇正位硅酸鹽熒光粉基體中的激發元素對及相對應的鹵化物對，調節光譜轉換器40的輻射光譜，色度坐標以及比色溫度。
關于Eu+2離子的輻射在許多文獻中都有所論述(例如前述普爾特的研究成果)，而有關這種熒光粉在紫外線異質結20(或紫光異質結)與藍光異質結30同時聯合激發下的情況至今無數據可考。在上述情況下，在主要由(Ba，Sr，Mg，Ca)熒光粉構成的光譜轉換器40的作用下形成藍綠光和綠光區域的短波輻射，同時通過藍光異質結對熒光粉的激發作用形成黃，橙和橙紅區域的長波輻射，此時熒光粉42中Sr+2，Ca+2離子的含量多于Ba+2，Mg+2離子的含量。
上述光源為得到顏色系數Ra＞90的標準白光所需的藍光輻射直接來源于藍光異質結。
上述白光光源區別于其它現有光源的特點是可以通過電學途徑改變自身的整體輻射。如果需要高溫白光輻射，可以通過提升藍光異質結30的供電功率實現。在此過程中將形成大量長波輻射，這些長波輻射與未被吸收的藍光為得到比色溫度T＝2950~5000K的光提供了條件。此時紫外線異質結20的供電功率較低，從而保證了整體輻射中少量的藍，藍綠和綠光短波輻射。
如果需要低溫白光輻射，則要向紫外線異質結20供給大量功率。此時光譜轉換器40的藍，藍綠和綠色區域發生輻射，同時還有未被吸收的異質結紫光輻射，最終得到比色溫度T＞8000K的白光。
如上所述，該白光半導體源的優點不僅由于其架構特點和引入兩個可產生不同波長輻射的異質結20、30，還與其采用含有本發明所研發的新型正位硅酸鹽熒光粉42的光譜轉換器40有關。
本發明的熒光粉42，若與俄羅斯第2251761號專利相比較，其區別性特征是其成分中含有四種堿土金屬元素，即Mg，Ca，Sr，Ba，而不是兩種或三種，四種元素的比例關系為1∶0.01∶0.69∶0.30～1∶0.1∶0.2∶0.7。本發明研發過程中得到的數據表明，這四種組成元素的作用各不相同。Ba+2與活潑的Eu+2結合，由于離子中發生f-d躍遷而形成綠光發光中心。體積小的Sr+2取代體積大的Ba+2，將形成黃色光和橙色光的發光中心。Eu+2在Ca的正位硅酸鹽的作用下形成紅色光發光中心。體積最小的Mg+2通過形成穩固的離子鍵使正位硅酸鹽熒光粉基體的晶格架構更加牢固。Mg+2的加入還能使熒光粉基體的熔點提升100℃，同時也能對熒光粉顆粒的大小進行調節。
此外，在正位硅酸鹽熒光粉基體中加入鹵族元素離子是熒光粉42合成過程中一項復雜的實驗性工作，可通過采用鹵族化合物高壓蒸汽實現。
當熒光粉42的填充濃度為最小值時，原始輻射有可能穿透光譜轉換器40射出；而當其填充濃度為最大值時，光譜轉換器40不能實現自己將原始輻射與被激發產生的輻射相混合的作用，從而導致無法在最終得到白光。首先，將化合物溶解在相應的溶劑中，在此溶液的基礎上形成含熒光粉42的懸濁液。用微量測量器將該懸濁液滴在異質結20、30的發光表面23、33，形成一層濃度為80～200微米的薄膜。光譜轉換器40在被激發發光的過程中強烈改變異質結20、30的原始輻射，將原始輻射與被激發產生的輻射相混合，最終形成白光。
本發明的白光二極管光源包含至少兩個輻射波長不同的InGaN短波異質結，該光源中的熒光粉42具有光譜轉換器40的作用，要制成這種熒光粉42有以下幾種可選方案。其中第一種方案屬于固相合成法范疇，選用粉末狀原料；而第二種合成方案屬于膠體化學方法范疇，即所謂的溶膠-凝膠法。
本發明第一實施例的熒光粉制造方法系以上述之固相合成法制造熒光粉，其包括下列步驟秤取如下BaCO3、SrCO3、EuCl2及SiO2顆粒并加以混合(步驟1)；在混合料中加入MgCO3及CaCO3(步驟2)；將配料充分混合，然后置于一坩堝中，再放入分隔為2個區之一熔爐中(步驟3)；在熔爐之第一區中，當溫度升至第一溫度時，碳酸鹽分解，生成堿土金屬的正位硅酸鹽和銪(步驟4)；在熔爐之第二區中，當溫度升至第二溫度時，加入還原性氣體混合物(步驟5)；在該熔爐退場門處取出該坩堝，將該坩堝中的物質放入一溶液中(步驟6)；以及使用一儀器對干燥的熒光粉進行測試，確定其參數(步驟7)。
于步驟1中，該BaCO3為30g，SrCO3為100g，EuCl2為0.9g而SiO2為30g，且該BaCO3、SrCO3、EuCl2及SiO2顆粒為超分散顆粒且其顆粒直徑為10～50nm。
于步驟2中，該MgCO3為10g而該CaCO3為5g。
于步驟3中，該坩堝可為一剛鋁石坩堝。
于步驟4中，在熔爐之第一區中，當溫度升至第一溫度時，碳酸鹽分解，生成堿土金屬的正位硅酸鹽和銪；其中，該第一溫度為1300℃。
于步驟5中，在熔爐之第二區中，當溫度升至第二溫度時，加入還原性氣體混合物；其中，該第二溫度為1260℃，該還原性氣體混合物為H2∶N2＝5∶95。
于步驟6中，在該熔爐退場門處取出該坩堝，將該坩堝中的物質放入一溶液中；其中，該溶液為CH3COOH溶液，且其比例為1∶10。
于步驟7中，使用一儀器對干燥的熒光粉進行測試，確定其參數；其中，該儀器為CS-2102儀器，其可測試該熒光粉42之亮度，輻射亮度，色品坐標，峰值波長等參數。
本發明第二實施例分熒光粉制造方法系以上述之溶膠-凝膠法制造熒光粉，其包括下列步驟用一沉淀劑在特定的反應器中發生凝膠作用(步驟1)；將所得凝膠干燥至所含水的質量至一特定濃度(步驟2)；用一磨具將其磨成粉末(步驟3)；將該粉末放入一坩堝中(步驟4)；以及加熱至一特定溫度即得該熒光粉(步驟5)。
于步驟1中，用一沉淀劑在特定的反應器中發生凝膠作用；其中，該沉淀劑為H4Si3.5F0.5。
于步驟2中，將所得凝膠干燥至所含水的質量至一特定濃度；其中，該含水的質量特定濃度為含水5-10％。
于步驟3中，用一磨具將其磨成粉末；其中，該磨具為行星球磨機。
于步驟4中，將該粉末放入一坩堝中；其中，該坩堝可為一剛鋁石坩堝。
于步驟5中，加熱至一特定溫度即得該熒光粉；其中，該特定溫度不超過1150℃。
以上根據本發明較佳實施例所制造之熒光粉之化學式如表2所示。表2中列出熒光粉的主要光譜和發光指標。
表2

由表2中數據可知，熒光粉發光的色品坐標完全覆蓋了光譜的綠色，黃色和橙色光波段，峰值波長在522至670nm間。這種熒光粉不僅用作光譜轉化器的主要材料，同時也是對綠黃色熒光粉的補充。
所有上述熒光粉在被波長λ＝460nm的光激發時都具有相當高的發光亮度，而被波長λ＝395nm的紫外光激發時的發光亮度大大超過了美國某公司生產的標準樣品的發光亮度。
前文中已說過，異質結需聯為一體，聯接模式可以是并聯，也可以是串聯。當選用具有不同電阻率的異質結時，通常更多采用串聯模式。將發光表面覆蓋有用作光譜轉換器40的熒光粉42的藍光和紫外光異質結20、30并聯在一起構成白光光源。在這個并聯電路中需串聯入光電阻以調節異質結20、30中的電流強度，這種電阻通常由異質結材料本身的電阻來提供。當藍光異質結30中的電流強度在20mA～40mA間時，整體光通量中的藍光部分增多。同時光譜轉換器40的輻射光譜向長波波段移動。長波輻射的光通量超過了紫外光異質結20發光和光譜轉換器40被其激發發光的光通量。發光整體呈暖色調，色溫在3100κ～5800κ間。當增大紫外光異質結中的電流強度時，情況則相反，會引起短波輻射的光通量增大，色溫T＞7000κ。
需要特別指出的是，該半導體光源具有相當大的光通量。當成對并聯的異質結20、30處于完全電功率狀態W＝0.20w時，光通量F≥6lm，發光效率η≥30lm/w.如果采用表面面積S＞1mm2的高質量氮化物異質結，當其處于完全電功率狀態W＝0.6w時，光通量F≥30lm，發光效率η≥50lm/w。
該白光二極管光源的新穎性不僅體現下其電學和材料學方面，還有其光學架構上的改進。為了不影響雙頻帶發光半導體源的白光輸出，采用圓柱形透鏡作光出射裝置，透鏡的幾何軸線穿過異質架構成的發光架構的幾何中心。這種圓柱形透鏡出射裝置能夠消除白光出射時的色差綜上所述，本發明的白光二極管系由至少兩個分別輻射不同波長的藍光和紫外光的異質架構成，此外還包括一個光譜轉換器，該光譜轉換器被激發產生的輻射與氮化物異質結的兩種原始輻射相混合，最終合成白光，并可通過改變異質結的電功率調節白光的色度，因此，確可改善習知白光二極管及其熒光粉制作方法之缺點。
雖然本發明已以較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發明，本領域普通技術人員在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可作少許更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應當根據權利要求書來確定。
權利要求
1.一種白光二極管光源，其系由銦鎵氮化物所制成，包括一絕緣晶體架，其用以承載后述的該第一異質結及第二異質結；一第一異質結，其置于該絕緣晶體架中，具有一正極、一負極及一發光表面，其中該正極及負極系可外露于該絕緣晶體架外；一第二異質結，其置于該絕緣晶體架中且位于該第一異質結之一側，其亦具有一正極、一負極及一發光表面，其中該正極及負極亦可外露于該絕緣晶體架外；一光譜轉換器，其覆蓋于該第一異質結及該第二異質結之發光表面上方處；以及一光學機體，其置于該光譜轉換器上方且可與該絕緣晶體架結合使成密閉狀態。
2.如權利要求1所述的白光二極管光源，其中該第一異質結為一紫外光異質結，其輻射最大值為360-400nm。
3.如權利要求2所述的白光二極管光源，其中該第二異質結為一藍光異質結，其輻射最大值為440-480nm。
4.如權利要求1所述的白光二極管光源，其中該第一異質結及該第二異質結的輻射光譜的重迭部分僅占其輻射最大值的10～30％，且其具有相同的電學特性，其可以串聯或并聯的模式加入電路中，且該第一異質結及該第二異質結之發光光譜系隨其中的InN的含量而變化。
5.如權利要求1所述的白光二極管光源，其中該光譜轉換器系由一透明有機樹脂及一熒光粉所混合而成。
6.如權利要求5所述的白光二極管光源，其中該有機樹脂可以是高溫硬化的環氧樹脂或聚碳酸酯或有機硅化物，而該熒光粉是由正位硅酸鹽所制成。
7.如權利要求6所述的白光二極管光源，其中該熒光粉的化學式為Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8(ΣMe2，3)(Hal)2，3。
8.如權利要求1所述的白光二極管光源，其進一步具有一反射鏡，用以調整位于其表面之該第一異質結、第二異質結及該光譜轉換器輻射的光的方向，此外，該反射鏡也可與該白光二極管光源中之電源接觸。
9.一種白光二極管光源的熒光粉，系由正位硅酸鹽所制成，其化學式為Mg(Ca，Sr，Ba)3Si2O8(ΣMe2，3)(Hal)2，3，其被激發發光的光譜具有一第一極限及一第二極限，且當熒光粉基體被離子激發且基體組成中的離子濃度滿足一特定原子分率時，該熒光粉輻射光譜分布于可見光光譜的綠—黃—橙色區域。
10.如權利要求9所述的熒光粉，其中該第一極限為λ＝360-400nm區間，該第二極限為λ＝440-480nm區間，而該光譜最大值λ＝560-590nm。
11.如權利要求9所述的熒光粉，其中該離子可為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.如權利要求11所述的熒光粉，其中該+2價離子可決定熒光粉的發光光譜，該+3價離子可決定熒光粉被激發之發光光譜，而鹵素族元素離子則可決定激發中心的能量轉移。
13.如權利要求11所述的熒光粉，其中該特定原子分率為0.005≤(ΣMe+2，3)≤0.1。
14.如權利要求9所述的熒光粉，其中該熒光粉的平均直徑10≤d≤14微米，中位線直徑4≤d50≤10微米。
15.一種白光二極管光源的熒光粉之制作方法，其包括下列步驟秤取如下BaCO3、SrCO3、EuCl2及SiO2顆粒并加以混合；在混合料中加入MgCO3及CaCO3；將配料充分混合，然后置于一坩堝中，再放入分隔為2個區之一熔爐中；在熔爐的第一區中，當溫度升至第一溫度時，碳酸鹽分解，生成堿土金屬的正位硅酸鹽和銪；在熔爐的第二區中，當溫度升至第二溫度時，加入還原性氣體混合物；在該熔爐退場門處取出該坩堝，將該坩堝中的物質放入一溶液中；以及使用一儀器對干燥的熒光粉進行測試，確定其參數。
16.如權利要求15所述的制作方法，其中該BaCO3為30g，SrCO3為100g，EuCl2為0.9g而SiO2為30g。
17.如權利要求15所述的制作方法，其中該BaCO3、SrCO3、EuCl2及SiO2顆粒為超分散顆粒且其顆粒直徑為10～50nm。
18.如權利要求15所述的制作方法，其中該MgCO3為10g而該CaCO3為5g。
19.如權利要求15所述的制作方法，其中該坩堝可為一剛鋁石坩堝。
20.如權利要求15所述的制作方法，其中該第一溫度為1300℃，該第二溫度為1260℃。
21.如權利要求15所述的制作方法，其中該還原性氣體混合物為H2∶N2＝5∶95。
22.如權利要求15所述的制作方法，其中該溶液為CH3COOH溶液，且其比例為1∶10。
23.如權利要求15所述的制作方法，其中該儀器為CS-2102儀器，其可測試該熒光粉之亮度，輻射亮度，色品坐標，峰值波長等參數。
24.如權利要求15所述的制作方法，其于該在混合料中加入MgCO3及CaCO3步驟中。
25.一種白光二極管光源的熒光粉的制作方法，其包括下列步驟用一沉淀劑在特定的反應器中發生凝膠作用；將所得凝膠干燥至所含水的質量至一特定濃度；用一磨具將其磨成粉末；將該粉末放入一坩堝中；以及加熱至一特定溫度即得該熒光粉。
26.如權利要求25所述的制作方法，其中該沉淀劑為H4Si3.5F0.5。
27.如權利要求25所述的制作方法，其中該特定濃度為含水5-10％。
28.如權利要求25所述的制作方法，其中該磨具為行星球磨機。
29.如權利要求25所述的制作方法，其中該坩堝可為一剛鋁石坩堝。
30.如權利要求25所述的制作方法，其中該特定溫度不超過1150℃。
全文摘要
本發明涉及一種白光二極管光源及其熒光粉的制法，其中該白光二極管由至少兩個分別輻射不同波長的藍光和紫外光的異質結架構成，此外還包括一個光譜轉換器，該光譜轉換器被激發產生的輻射與氮化物異質結的兩種原始輻射相混合，最終合成白光，并可通過改變異質結的電功率調節白光的色度。該光譜轉換器的基體是化學式為Mg(Ca，Sr，Ba)
文檔編號H01L33/00GK1851918SQ20061008385
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月6日 優先權日2006年6月6日
發明者索辛那姆 申請人:任慰