[发明专利]白光发光二极管及其氟氧化物荧光粉

说明书

【发明所属技术领域】

本发明系关于一种电子技术领域，尤指一种与广义 上被称之为固态光源(Solid state lighting)的照明技术 有关的氟-氧化物荧光粉及使用该荧光粉的半导体光源。

【先前技术】

稀土发光材料是当今照明技术的基础之一，主要用 于制造蓄能灯。至今蓄能灯用的都是RGB三基色荧光粉， 如Y₂O₃:Eu，CeLaPO₄:Tb和BaMgAl₁₀O₁₇:Eu成分。PDP荧 光屏的重要组成即为稀土RGB荧光粉，其中使用 BaMgAl₁₀O₁₇:Eu成分作为蓝光，(Gd，Y，Tb)BO₃成分作为绿 光，(Gd，Y，Eu)BO₃成分作为红光，它们在UV短波辐射 激发下发光。当今的等离子显示器主要采用的是CRT。 CRT显示器是以Y₂O₂S:Eu成分的稀土荧光粉为基础的。 部分稀土荧光粉被用于荧光灯上以确保在LCD上生成清 晰完整的图象。

Gd₂O₂S:Tb成分的稀土荧光粉还可用于医疗上的人 体X-光透视。Y₂O₂S:Tb成分的荧光粉则用于专门的领域 -x-γ光描记器。

在微电子学和照明技术学的交叉处出现了一个新的 领域，称之为固态光源。这一新兴技术在创造高效能半 导体新光源时甚至离不开稀土荧光粉。半导体中采用已 知的以铈作为激活剂的钇-铝石榴石荧光粉(YAG:Ce)， 其可以产生不同色调的白光辐射(请参照G Blasse Luminescence material.Springer，Amst，Berlig 1994)。

稀土荧光粉被大规模地应用于核物理学和原子动力 学。在现代科学和工业领域所有的辐射剂量测定仪都运 用了这种发光材料。从以上列举的这些例子可以看出， 稀土荧光粉的应用领域非常广泛，并且它是无可替代的。

仅从上述的简单列举中就可以看出稀土荧光粉的应 用非常广泛，已经覆盖到很多不同的领域方向。但本专 利中只研究稀土荧光粉应用于半导体发光二极管的优 点。在该技术领域，以III AVB化合物，如Ga(As，P)或 (Al，Ga)P为基础的半导体发光二极管的进化发展非常稳 定，创造出了一种不多见的辐射-其不是非常亮，但主 要发红光和绿光的辐射。这一技术曾被专用于一种小尺 寸的显示器上，以得到各种不同信号的显像。但这种发 光二极管的效能较低，发光亮度不超过L＝100烛光/m²。 日本研究学人中村修二(S.Nakanura)领先创造出 In-Ga-N(请参照S Nakamura Blue laser Berlig Springer， 1997)基础上的高效能量子架构发光二极管，从技术上解 决了生产用于照明技术(请参照S Schimizu的美国专利 US 6,614,179)的白光发光二极管的问题。日亚公司的专家 们曾提出制造以In-Ga-N半导体异质结为基础的二元发 光二极管，其发射出的白光是由少量第一级的异质结蓝 光辐射及大量的荧光粉再生黄光辐射组成的。根据牛顿 的补色定律，由(Y，Gd，Ce)₃(Al，Ga)₅O₁₂荧光粉颗粒产生 的再生黄色辐射与异质结的蓝光辐射结合得到白光辐 射。

YAG:Ce荧光粉属于稀土氧化物荧光粉系列，其特性 (参数)多半是由双组分中的其中一个激活剂决定的。 半导体发光材料的辐射性能是由荧光粉中加入少量激活 剂的主要成分决定的。根据这一准则，以II A VIB化合物 (即氧化物，硫化物，碲化物以及少量激活离子Ag⁺¹或 Cu⁺²或氧离子所形成的混合物)为基础的发光材料属于 半导体荧光粉。当少量激活剂Ag⁺¹的浓度保持不变，随 着ZnS和CdS的浓度比发生变化，II A VIB半导体荧光 粉可以产生蓝色，绿色，黄色和红色辐射。而以Eu⁺³离 子作为激活剂的荧光粉，即使改变化合物的成分和化学 架构，所产生的辐射也只有红-橙色或红色。