[发明专利]镓取代的钇铝石榴石荧光粉和包含它的发光装置

说明书

发明背景

本发明涉及荧光粉(phosphor)组合物和涉及包含荧光粉组合物的发光装置。

背景

发光二极管(“LEDs”)为熟知的能够产生光的固态照明装置。LEDs通常包括可在半导体或非半导体衬底，例如蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓衬底上外延生长的多个半导体层。在这些外延层中形成一个或多个半导体活性层。当跨活性层施加足够的电压时，n-型半导体层中的电子和p-型半导体层中的空穴流向活性层。当电子和空穴彼此流向对方时，其中一些电子与空穴“相撞”并重新结合。每次发生这种情况，发射光的光子，这就是LED如何产生光的。由LED产生的光的波长分布通常取决于所使用的半导体材料和组成装置的“活性区”(即电子与空穴重新结合的区域)的薄外延层的结构。

LEDs通常具有紧紧围绕在“峰值”波长(即其中LED的辐射发射光谱达到其如经光检测器检测的最大值的单波长(single wavelength))周围的窄的波长分布。例如，典型LED的光谱功率分布可具有例如约10-30 nm的全宽度，其中宽度在一半最大照明(称为半峰全宽或“FWHM”宽度)处测量。因此，LEDs通常由其“峰值”波长或者由其“主”波长进行确认。LED的主波长为与由LED发射的光具有如由人眼感知的相同表观颜色的单色光的波长。因此，主波长与峰值波长的不同之处在于主波长考虑人眼对不同波长的光的敏感性。

因为大多数LEDs几乎为似乎发射具有单一颜色的光的单色光源，已经使用包括发射不同颜色光的多个LEDs的LED灯，以提供产生白光的固态发光装置。在这些装置中，由单个LED芯片发射的不同颜色的光结合产生期望的白光的强度和/或颜色。例如，通过同时给红、绿和蓝光发射LEDs通电，生成的结合光依光源红、绿和蓝LEDs的相对强度而定可能呈现白色或近白色。

通过用发光材料围绕单色LED也可产生白光，所述发光材料将由LED发射的一些光转换为其它颜色的光。结合由单色LED发射的通过波长转换材料的光与由波长转换材料发射的不同颜色的光可产生白色或近白色的光。例如，单一的蓝色发光LED芯片(例如由氮化铟镓和/或氮化镓制成)可与黄光荧光粉、聚合物或染料，例如铈掺杂的钇铝石榴石(其具有化学式Y₃Al₅O₁₂:Ce，并且通常称为YAG:Ce)组合使用，这种铈掺杂的钇铝石榴石“降频转换”由LED发射的一些蓝光的波长，把其颜色变为黄色。自氮化铟镓制备的蓝色LEDs呈现高的功效(例如外量子效率高达60%)。在蓝色LED/黄色荧光灯下，蓝色LED芯片产生具有主波长为约445-470纳米的发射，和荧光粉产生具有峰值波长为约550纳米的黄色荧光来应对蓝光发射。一些蓝光通过荧光粉(和/或荧光粉颗粒之间)而没有降频转换，同时相当大部分的光被荧光粉吸收，其变为激发的并发射黄光(即蓝光降频转换成为黄光)。蓝光与黄光组合可对观察者呈现白色。这种光的颜色一般地被视为冷白色。在另一种方法中，通过用多色荧光粉或染料围绕LED可使来自紫色或紫外发光LED的光转换为白光。不论发生何种情况，也可加入红色发光荧光粉颗粒(例如基于CaAlSiN₃ (“CASN”)的荧光粉)以改善光的显色性能，即使得光显得更加“温暖”，特别是当单色LED发射蓝色或紫外光时。

正如上面所提到的，荧光粉为一种已知种类的发光材料。荧光粉可指任何材料，这种材料吸收一种波长的光并在可见光谱内重新发射不同波长的光，而不管吸收和重新发射之间的延迟和不管所涉及到的波长。因此，术语“荧光粉”本文可用于指有时称为荧光性和/或磷光性材料。通常，荧光粉可吸收具有第一波长的光并重新发射具有不同于第一波长的第二波长的光。例如，“降频转换”荧光粉可吸收具有较短波长的光并重新发射具有较长波长的光。

LEDs用于许多应用，包括例如液晶显示器的逆光照明、指示灯、汽车前灯、闪光灯、特殊照明应用以及甚至在一般照明和照明应用中作为传统白炽和/或荧光照明的替代物。在许多这些应用中，可能合乎需要的是提供产生具有特殊性能的光的照明光源(lighting source)。

概述