[发明专利]光致发光晶片及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管（LED）制造领域，尤其涉及用于LED的光致发光晶片及其制备方法和应用。

背景技术

功率型LED将逐步替代部分传统照明光源成为新一代的照明产品。目前LED照明产品的主要问题是成本价格偏高，光效、光色与使用寿命也有待进一步提高，而这些问题无一不与现在用于白光照明的LED的荧光粉材料有密切关。现在这类荧光粉多用日本日亚化工公司的钇铝石榴石（YAG），欧司朗公司的铽-石榴石（TAG）之类的黄色荧光粉材料。

早在1964年就制备出了固体激光器用钇铝石榴石晶体材料，而后各国科学家对它做过广泛研究，其中掺铈（Ce）钇铝石榴石粉末黄色光致发光荧光体，由于其余辉时间极短，广泛应用于彩色电视飞点扫描。

2004年，日本日亚化工公司将掺Ce钇铝石榴石荧光粉涂敷于蓝光LED芯片上获得白光输出，并申请了专利，次后日、美、德和我国都在努力开发新型LED白光用发光材料，以日亚化工（US5998925）、欧司郎（US6669866）为代表，已有数十项专利，但这些不同成份配比和不同专利的发光材料都是采用氧化物、氮化物等基质原料和激活剂原料相，经混合，球磨，灼烧、选粉以及洗粉等工序制备出无规则形状的粒度为1～5μm粉末状荧光体。

2006年我国王锦高开发了同类型的粉末发光材料（（ZL200610159447.9），其晶粒形状为似球形，准球形，但仍然是分散的微小晶粒（1～2μm），与上述其它粉末荧光体一样，使用时必须与30%～70%的环氧树脂或硅胶之类粘结剂配合使用，涂敷于氮化镓蓝光LED芯片上。

对于现有的粉末状发光材料用于LED照明有多种缺点：

一、粉末状石榴石发光材料的制备均采用先将氧化物基质、激活剂、共激活剂和助溶剂等原料混合，经球磨、灼烧、选粉以及洗粉等后处理，最后形成荧光粉。在这过程中很容易混入有害杂质，破坏晶格完整性，降低发光效率；

二、粉末荧光体需与粘结剂混在一起涂敷于发光二级管芯片上，混入粘结剂时极易污染荧光晶体；当来自芯片的激发光与荧光体发出的光通过无规则形状的粉末晶体时必然会发生折射、反射（散射），反射光穿越粘结剂时又会被吸收，降低发光层的光效；同时，由于粘结剂的热导率远低于荧光晶体（环氧树脂的导热系数仅为0.2W/m/K），它包复在功率型芯片之上易引起芯片温度升高，不仅会导致芯片的光效降低，而且会影响荧光粉自身的光效和整个荧光粉层的使用寿命。

对于荧光灯、无极灯之类的传统照明，由于激发光由气体放电产生，光源外壁形状为管状和球状，所以荧光材料只能采用粉末状，掺加适量的粘贴剂，涂敷在管壁或泡壁上；对于小功率白光LED，由于发光芯片面积很小，其上还有电极引出线，也只能做成粉末荧光体添加粘结剂滴涂，然而，对迅速发展的功率型LED照明芯片和照明用集成LED芯片而言，发光面积已越来越大，而且是平面的，因此已有条件直接采用片状的光致发光晶体。

发明内容

为了解决现有粉末状发光材料用于白光LED照明的多种缺点，本发明的第一个目的是提供一种光致发光晶片，该光致发光晶片具有发光效率高、发光均匀性好、易于表面处理的特点；本发明的第二个目的是提供上述的光致发光晶片的制备方法；本发明的第三个目的是提供一种半导体发光二极管；本发明的第四个目的是提供一种白光半导体发光二极管。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

光致发光晶片，所述的光致发光晶片为具有通式为A₃B₅O₁₂的石榴石结构不掺加任何树脂和其它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片的厚度≥20μm，晶粒的尺寸≥10μm；并且，所述的光致发光晶片的元素成分中包括：

第一元素A为稀土元素Y、Lu、La、Gd或Sm中的至少一种；

第二元素B为元素Al、Ga或In中的至少一种；

激活元素为稀土元素Ce，Pr，Tb或Dy中至少一种。

作为优选，上述的光致发光晶片的通式为（Y_1-x-y-zTb_xCe_ySE_z)₃(Al_1-wGa_w)₅O₁₂，式中：SE为Gd、Dy或Pr中至少一种；0≤x≤0.6－y－z；0≤y≤0.1；0≤z≤0.5；0≤w≤0.3。