[发明专利]用于固体白光源的无机发光材料

说明书

本发明涉及照明技术领域，并且特别涉及发光材料，所述发光材料在被蓝光激发时发射黄-橙光谱区域内的光。这些材料被用于固体白光源，其中通过组合黄-橙磷光体与基于InGaN的蓝光LED生成的一次蓝光发射(在440-480nm光谱区域内)获得耀眼的白光。近年来，高效率白光源已在这些器件的基础上得以构建，具有直到150流明每瓦(lumens per watt)的光效，该光效高于白炽灯的光效超过10倍，并且是气体放电光源光效的几乎两倍。广泛持有的观点是当前固体白光源的发展将决定照明技术的未来。

这种器件的性能大大取决于所用磷光体的化学组成。这些磷光体可以是硅酸盐、磷酸盐、氧化物、铝酸盐、氮化物或氮氧化物以及它们的化合物[C.Ronda，发光：从理论到应用(Luminescence：From Theory to Application)，Science.2007，260页]。这些中最有效的是具有石榴石结构的铝酸盐磷光体，其被铈(III)氧化物活化，并且包含钇、钆以及其他稀土金属元素氧化物。它们在文献中表示为YAG:Ce。这些磷光体的化学组成满足化学计量方程式(Y+∑Ln)₃(∑Me³⁺)₅O₁₂，其中Ln＝Gd、Ce以及与它们组合的一种或更多种镧系元素组的元素；Me³⁺-铝或与Ga、In、Sc组的一种或更多种元素组合的铝。比率严格固定并且等于

Ln-元素在Ln-铝石榴石的发光性质中扮演不同的角色：

铈是发光的活化剂，活化剂即为其光跃迁决定颜色并且其摩尔浓度控制发光的亮度的原子(涉及到可以具有比Pr、Yb改良的功能)；

Gd、Tb和Lu可在长波(Gd、Tb)或短波(Lu)光谱区中移动最大发光光谱(Ga、In、Sc扮演与Lu相似的角色)；

Nd、Eu、Dy、Er、Ho、Tm扮演辅助的角色，这在若干个专利中已被指出，但并未被量化。

用于基于蓝光LED的固体光源的磷光体的光学性质一般使用以下主要参数来描述：

-发光光谱(520-590nm)中的峰值；

-110-125nm发射谱带的半峰宽；

-色温(Tc)，其通常在2500-7000K范围内变化(如果该参数小于4000K，则将发射称作“暖白”，如果Tc＝4000-5500K，则发射被称作“标准白”，以及最后，当Tc＞5500K时，其为“冷白”)；

-色坐标(x和y)；

-显色指数；

-发光的亮度，通常通过与标准比较(最常通过与由Nihcia制成的试样比较)被评估。

基于铈-活化的钇-铝石榴石(Y，Ce)₃Al₅O₁₂的宽谱带黄-橙发射磷光体以及其制作方法首次于1967年由Philips的G.Blasse和A.Brile在若干个国家取得专利保护，包含1967年4月29日的美国专利US 3564322(美国分类：313/468；国际分类：C09K11/77)。具有类似发光性质的更复杂的化合物(Y，Gd，Ce)₃Al₅O₁₂于19世纪70年代被描述，并涉及到关于发光材料的基本手册[G.Blasse和B.C.Grabmaier，发光材料(“Luminesent materials”)，Springer-Verlag，Berlin(1994)；S.Shionoya.磷光体手册(Phosphor Handbook)Science，(1998)，921页]。

在G.Blasse三十年之后，1998年和2008年之间，日本公司Nichia收到一系列器件的专利，该器件由发射波长为450-470nm的光的半导体InGaN异质结组成并被具有铈-活化的钇-铝石榴石结构的荧光物质粒子覆盖[美国专利号：1997年12月7日的5998925(美国分类：313/503；国际分类：H01J001/62)，2000年5月30日的6069440(美国分类：313/486,489；国际分类：H01L 033/00)，2003年8月19日的6608332(美国分类：257/98)，2003年8月19日的6614179(美国分类：353/512；国际分类：H01L 33/00)，7362048(美国分类：313/512)]。

在所有这些专利中，作者检测了组成符合方程式：