[发明专利]由掺杂石榴石组成用于pcLED的磷光体

说明书

本发明涉及由Th⁴⁺-，Sb³⁺-，Ir³⁺-和/或Bi³⁺-共掺杂石榴石组成的磷光体，其制备方法，以及用在白色LED中作为LED转换磷光体或所谓按照需求提供颜色领域的用途。 

按照需求提供颜色的概念指的是使用一个或多个磷光体通过pcLED(＝phosphor converted LED，磷光体转换LED)来产生某色点的光。这个概念用于例如得到某种企业标志，例如被照亮的公司徽标、商标等等。 

具有石榴石结构的常规磷光体，例如纯YAG:Ce或其衍生物，在使用中，尤其是在高功率LED中没有表现出优化光谱特性。它的原因如下： 

-磷光体表面散射了大部分的初级辐射，即这部分不能被磷光体所吸收， 

-磷光体颗粒中的离子尤其是活化剂离子分布不均匀，导致了内量子产率的减少， 

-小于300nm的小单晶体尺寸导致表面效应起到决定性作用：一方面表面上存在的缺陷导致晶格间无辐射复合(recombination)，而另一方面接近表面的活化剂离子存在于晶格的不均匀晶体场中，不能用来获得转换效果或通过能量迁移到表面而阻止转换，而这与无辐射复合有关， 

-在磷光体中产生的一部分荧光不能离开磷光体，因为在内表面其完被全反射到光学稀薄环境并经由波传导过程迁移入磷光体中并通过再吸收最终消失， 

-进入磷光体的大部分初级辐射不能被吸收，因为磷光体由于其激发态寿命长(衰变时间τ_1/eYAG:Ce＝63-67ns，依赖于Ce³⁺浓度，见Weber M.J.，Solid State commun.(1973)12，741)而被饱和。 

EP-0142931公开一种显示装置，其中利用了具有石榴石结构的磷光体，而且基质组成基本是Y₃Al₅O₁₂。 

EP-1095998公开了组成为A₃B₅O₁₂:(Ce，Pr)的磷光体，其中A是选自Y，Tb，La和/或Lu的稀土金属，B代表Al和/或Ga。 

WO2005/061659描述了一种具有A₃B₅O₁₂:(Ce，Pr，Eu)型石榴石结构的磷光体，其中A＝稀土金属，B＝Al，Ga，其中一部分成分B已经被Si所代替。 

现在用于含有蓝光发射芯片作为初级辐射的白色pcLED的磷光体主要是YAG:Ce³⁺或其衍生物，或也可以是用Eu²⁺掺杂的正硅酸盐(Ca，Sr，Ba)₂SiO₄。由固态扩散法(也就是“混合并烧制”或“混合和焙烧”)通过将呈粉末状的氧化起始材料混合，研磨混合物，然后在任选的还原气氛下将混合物在温度高达1700℃的炉子中优选在还原气氛下煅烧几天，制备出磷光体。这得到了与形态、颗粒度分布和发光活化剂离子在基质体积中分布有关的非均匀性的磷光体粉末。此外通过常规工艺所制得的这些磷光体的形态、颗粒度分布和其他性质很难调整并且难以重复。因此这些颗粒有很多缺点，例如用这些具有非优化和不均匀形态和颗粒度分布的磷光体在LED芯片上形成的不均匀涂层，其由于散射导致高损耗。此外在生产这些LED时损耗会上升，这是基于这样的事实，即LED芯片上的磷光体涂层不仅仅不均匀，而且不能从一个LED到另一个LED重复产生。这就导致即使在一个批次中，从pcLED来的发射光的色点(colour point)也存在差异。这就需要有一个复杂的LED分拣过程(所谓的重新分级(binning))。 

由此本发明的一个目标是为白色LED或按照需求提供颜色应用提供转换磷光体，其没有一种或多种上面提及的缺点并产生暖白光。 

令人惊奇的是，通过规避上面提及的缺点可以实现本目标，原因在于用铈活化的由Th³⁺-，Sb³⁺-和/或Bi³⁺-共掺杂的石榴石所组成的转换磷光体，其中优选掺杂剂的浓度为至少100ppm。 

存在于本发明的磷光体另一令人惊奇的效果是比由固态扩散法所制得的非共掺杂YAG:Ce磷光体具有更高的照度(参照图1和2)。 

由此本发明涉及具有式I石榴石结构的磷光体