[发明专利]用于短波半导体的发光二极管及荧光粉

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体照明技术，特别是一种源于InGaN氮化物半导体异质结基质的白光光源，结合本发明的荧光粉可使白光发光二极管保证高发光强度500cd(2θ＝30°)，很高的光输出效率η≥60lm/w，并且具有在实践中发光二极管持续工作一万小时其亮度不变等优点。

背景技术

现今由于半导体技术的进步，因此半导体照明技术(亦可被称为“固态光源”技术)得到了快速的发展。当今在这个领域，人们正在深入研究多种半导体光源，其中有蓝色、绿色、橙黄色、黄色以及红色等。同时，人们更多地关注白光光源研制的可能性，在结构上它包括：或者是红色、绿色和蓝色三种异质结(P-N接面)，或者是带有光学构造的有机薄膜层的蓝色异质结。在有机薄膜层中分布着发光材料粉末，最初的异质结短波辐射引起了粉末强烈的光致发光。同激发光波长相比，光致发光的光通常具有大的波长，例如：λ＝540～580nm。一般对于InGaN(氮化铟镓)异质结而言，这个蓝色辐射为λ＝450～475nm。

1998年日本亚洲化学公司(Nichia)的专家获颁美国第US6,614,179号专利(于02.09.2003颁给S.Shimizu等人)，在该专利案中揭示，为了研制出白光发光二极管，使用广为人知的钇铝石榴石(YAG)为基质的发光材料，钇铝石榴石的标准化学式为Y₃Al₅O₁₂:Ce。异质结蓝色辐射部分与YAG:Ce粉末的发光混合，产生了各种色调的白光。该专利案中的发光材料成分具有广泛的运用。然而它还存在许多如下所述的缺陷：有限的辐射光谱区，主要是λ＝530～560nm的黄绿光谱---发光亮度不高并且量子辐射输出低，q≤0.65--发光二极管在长时间工作中稳定性不强。

对于前述US6,614,179号专利所揭示的荧光粉人们进行了许多改进完善的尝试。譬如在本发明人所拥有的台湾第N228324号发明专利及本发明人申请中的美国第2005/0088077A1号发明专利中皆阐述了荧光粉的非化学计量的组成：[(∑Ln)₂O₃]_3±α[Al₂O₃]_5±β。为了控制荧光粉光谱辐射组成，在荧光粉成分中添加Gd。此外，化学计算常数α和β的比例调整量子辐射输出。这种材料具有高的量子输出q≥0.85，光谱组成变化为λ＝530～580nm。上述专利所揭示的荧光粉有一个特点：不间断工作1000~10000小时，辐射光强度恒定不变。

对于已知荧光粉[(∑Ln)₂O₃]_3±α[Al₂O₃]_5±β的缺陷，可以归纳为：当材料在120～140℃加热时，它的发光强度有所下降，当T＝160℃，亮度可能剩下Δ＝10～15％，这诚属美中不足之处。

因此需要研制出一种抗热荧光粉，并且在辐射波的波长相同时具有比较宽的辐射光谱范围。此外，该荧光粉还能够提高黄色、橙黄色和红色可见光谱的效能且能够在白光发光二极管长时间工作中保持亮度不变。

发明内容

为解决上述公知技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种用于短波异质结半导体的荧光粉，其可抗热，并且在辐射波的波长相同时具有比较宽的辐射光谱范围。

为解决上述公知技术的缺点，本发明的另一目的系提供一种用于短波异质结半导体的荧光粉，其可提高黄色、橙黄色和红色可见光谱的效能。

为达到上述目的，本发明提供一种用于短波异质结半导体发光二极管的荧光粉，其以稀土元素和铝的氧化物为基质，铈为激化剂，且该荧光粉的化学式为：

A₃B₅C₁₂:TR，

其中A＝Y_xGd_yLu_z，B＝Al，C＝O_mN_nF_n，TR＝Ce，

Y的原子分率为[Y]＝x，[Gd]＝y，[Lu]＝z，[Ce]＝w，x+y+z+w＝1，

[O]＝m，[N]＝[F]＝n，m+2n＝1。

其中，该材料的组成符合下列不等式：0.005≤w≤0.05。

其中，该材料吸收源于InGaN半导体发光二极管的短波辐射λ＝420~490nm，其组成符合下列不等式：0.02≤z≤0.10。