[发明专利]暖白色半导体及其黄色－橙黄发光硅酸盐荧光粉

说明书

【发明所属技术领域】

本发明与材料学领域有关，本发明所论及的荧光粉应用于暖白色照明发光半导体的生产中。这种发光半导体中使用了光谱转换层，它由透光聚合材料以及分布于其中的无机发光材料粉末组成。该荧光粉被短波光激发，譬如紫色或蓝色，产生长波黄色-橙黄发光辐射，并与部分第一级短波辐射相结合产生整体白光，其光学参数譬如色温则有赖于荧光粉光谱参数。

【先前技术】

大约10年前，根据日本研究者S.Nikamura的著作(请参照S.Nakamuuratt and Blue laser.SpringerVerl.Berlin 1997)，这些组件得以研制，而此前关于有效发光半导体，尤指发光二极管(以下称发光二极管)创造的尝试已为人所知并公开(请参照V.Abramovet.USSR.1977)。通过研究源于氮化铟-镓异质结，装配有这些异质结的蓝色发光二极管成为了半导体照明组件之一。1998-2000年在蓝色发光二极管的基础上已制作了一些有效白色发光二极管(请参照Schimisu et的US 5988925专利7.1.1999及E.Ellens et的US专利6670748 30.12.2003.)。关于它们的构造，运用了两种基本思想：1.结合两种补充色，具体为蓝色和黄色，并根据牛顿互补色原理创造白色辐射器。在20世纪这一原理广泛应用于创造黑白电视机显像管荧光屏幕；2.应用半导体氮化物异质结和黄色粉末状荧光粉进行组合，其中异质结辐射蓝光，荧光粉被宽频带光波激发。无机荧光粉粉末与蓝色异质结进行光学接触时，积极吸收了一定分率的辐射于它的蓝光并同时强烈辐射明亮的黄色发光。这时部分未被吸收的蓝光同黄色发光相结合，产生了强烈的白光辐射。

这些白色半导体光源具有一些独特的性质，譬如：1.半角为2θ＝10-120°时，辐射强度高，为几十和几百坎德拉；2.白色辐射光通量高，一个异质结的面积上为1～几十流明；3.所进行组合的半导体-发光辐射器的比色温度可以调整，从T＝12000K到T＝4000-5000K。

根据辐射光谱主要性质，通常指源于蓝色和黄色光谱部分中具有两个主要光谱最大值，这些白色发光二极管被称为二元发光组成(请参照N.Soshin.″LEDand lasers″，N1-2，2002)。在很长的时间，十多年前普遍应用的荧光粉以无机粉末状钇铝石榴石材料为基质，被铈激活，其化学计量公式记录为(Y，Ce)₃Al₅O₁₂。此前这种材料广泛应用于专业电子射线仪中(请参照C.Schionoya等及″Handbuch of Phosphors″.CBC precc NY，1999.)，它们应用于发光二极管时已通过添加Gd离子进行改变。

这种(Y，Gd，Ce)₃Al₅O₁₂材料中能通过改变激活离子Ce⁺³的光谱组成，使光谱最大值位置发生位移，为λ＝528-562nm。Gd离子的含量达到0.2原子分率时，辐射光谱能位移至λ＝560nm。然而上述荧光粉不能保证最大辐射位移为λ＞569nm。2005年(请参照N.Soschin等及US 20050088077A1专利申请案)本发明的申请人即已深入研究(Y，Gd，Ce)₃Al₅O₁₂:Pr_x材料，通过添加Pr⁺³能产生λ＝610nm区域的辐射。本发明的申请人将这一专利作为参照对象加以采用。然而，尽管上述材料能产生更多的橙黄发光，它仍具有实质性缺陷，即辐射量子效率值偏低。此外，已知荧光粉中红色-橙黄光分率偏小。