矽酸鍶基磷光體、其製造方法和使用該磷光體的led的製作方法

2023-10-06 17:01:19

專利名稱：矽酸鍶基磷光體、其製造方法和使用該磷光體的led的製作方法
技術領域：
本發明涉及矽酸鍶基磷光體，更具體而言，涉及具有極高發光效率的矽酸鍶基磷光體，如通過添加氧化銪(Eu2O3)作為矽酸鍶基材的活化劑、混合所述兩種組分、在特定條件下將該混合的二種組分乾燥和熱退火，而應用於發光二極體(LED)或有源發光LCD中的情況。此外，本發明還涉及製造所述矽酸鍶基磷光體的方法和使用所述矽酸鍶基磷光體的LED。
背景技術：
一般來說，為了製造藍、綠、紅等顏色的LED需要首先製造不同的襯底，如InGaN襯底、GaN襯底、GaAs襯底、ZnO襯底。這些需求需要使用不同的半導體薄膜，這導致製造成本和單位價格上升。因此，如果這些LED可以使用相同的半導體薄膜來製造，則可以顯著降低製造成本和投資成本。
與此同時，正在流行將白色LED作為LCD的背光用於照明裝置、筆記本電腦、手持式終端等。
至於製造白色LED的方法，嘗試再塗覆一層利用InGaN基LED發出的光作為激發能量源的磷光體。例如，通過將發射黃光(波長560nm)的YAG:Ce(鈰)磷光體塗覆在藍色InGaN基LED上來製造白色LED。
然而，在用藍色LED發白光時，除了YAG:Ce或某些有機發光材料之外，很難找到由藍色LED激發的合適的磷光體。
換言之，使用藍色LED的白色LED主要是使用YAG:Ce磷光體來實現的。
為了解決前述缺陷，極其需要引入一種能夠替代YAG:Ce磷光體發黃光的新材料。

發明內容
因此，已經完成本發明來基本避免由於相關技術的限制和缺點所導致的一個或多個問題。
本發明的目的是提供由GaN基二極體激發並具有500-700nm波長範圍的矽酸鍶基磷光體及其製造方法。
為了實現這些和其它優點並符合本發明的目的，如舉例說明和廣泛描述的那樣，提供了由以下化學式所表示的矽酸鍶基磷光體Sr3-xSiO5:Eu2+x，其中0＜x≤1。
根據本發明的另一方面，提供製造矽酸鍶基磷光體的方法，該方法包括以下步驟形成混合有碳酸鍶(SrCO3)、二氧化矽(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)的混合物；乾燥所述混合物；在還原氣氛下對所述乾燥的混合物進行熱處理。
根據本發明的另一方面，提供LED，包括LED晶片和矽酸鍶基磷光體，所述磷光體由LED晶片發出的光所激發並且由以下化學式表示Sr3-xSiO5:Eu2+x，其中0＜x≤1。
根據本發明，可以獲得表現出寬波譜和在高工作溫度下持續長工作時間的穩定發光特徵的磷光體。
因此，當將所述磷光體應用於長波長紫外LED和有源發光LCD時，可以改善色純度並可以增強發光效率。


為了提供對本發明的進一步理解而包含在並且引入而構成本說明書的一部分的附圖，說明本發明的實施方案，並連同文字描述一起來解釋本發明原理。
附圖中圖1為應用本發明的矽酸鍶基磷光體的LED的示意圖；圖2為使用本發明的矽酸鍶基磷光體Sr2.93SiO5:Eu2+0.07的白色LED(InGaN)和使用傳統YAG:Ce黃色磷光體的白色LED(InGaN)的對比發光光譜圖；和圖3為CIE顏色坐標隨LED中環氧樹脂和本發明的矽酸鍶基磷光體的混合比例變化的圖，所述的LED通過混合本發明矽酸鍶基磷光體Sr2.93SiO5:Eu2+0.07和環氧樹脂並塗覆該混合的組合物而製得。
具體實施例方式
下文中，將參照附圖詳細描述本發明的優選實施方案。對於本領域的技術人員而言顯而易見的是可以在不背離本發明的實質和範圍的情況下進行各種改進和變化。因而，本發明意圖覆蓋處於所附權利要求及其相當條款範圍之內的本發明的改進和變化。
下文中，將描述關於根據本發明實質的矽酸鍶基磷光體的製造方法的具體首先，將碳酸鍶(SrCO3)、二氧化矽(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)稱重並和溶劑混合。
具體而言，根據所需組合物比例對上述材料進行稱重並使用丙酮作為有效混合的溶劑使其相互混合。使用球磨或瑪瑙研缽作為溶劑與碳酸鍶(SrCO3)、二氧化矽(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)組分的混合器。
用作活化劑的氧化銪(Eu2O3)相對於碳酸鍶(SrCO3)以0.001-0.5，優選0.001-0.3的摩爾比加入。
當氧化銪(Eu2O3)的添加摩爾比小於0.001時，不能有效發揮活化劑的功能。同樣，當氧化銪(Eu2O3)的添加摩爾比大於0.5時，會發生濃度猝滅現象而導致發光度下降。
接著，在烘箱中乾燥所述混合物。此時，設定乾燥溫度為100-150℃，乾燥時間為1-24小時。
之後，將所述乾燥的混合物裝入高純鋁蒸發皿中並在電爐中於氫混合氣體的還原氣氛下進行熱處理。如果熱處理溫度低於800℃，則矽酸鍶晶體不能完全生成，因此發光效率降低，而如果該溫度超過1500℃，則會由於過度反應導致發光度下降。因此，設定熱處理溫度為800-1500℃，熱處理時間為1-48小時。
具體而言，氫混合氣使用含氫為2-25重量％的氮氣，以製造還原環境。
實施例在本實驗中，為了具體測試實施方案，使用丙酮作為溶劑來稱重和混合碳酸鍶(SrCO3)、二氧化矽(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)，並且使用球磨或瑪瑙研缽作為溶劑與碳酸鍶(SrCO3)、二氧化矽(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)組分的混合器。
而且，烘箱中的乾燥溫度為120℃，乾燥時間為24小時，熱處理溫度為1,350℃，熱處理時間為40小時。
為了形成還原氣氛，使用氫含量為5-25％的混合氣。
使用由上述實驗製備且具有化學式Sr2.93SiO5:Eu2+0.07的矽酸鍶基黃色磷光體和主峰在460nm InGaN LED來製造圖1所示的長波長紫外白色LED。
圖1示出應用了本發明實質的長波長紫外白色LED的結構。
參照圖1，根據本發明實質的LED晶片被設計為包含反射杯102、配置在反射杯102上的InGaN基LED晶片104、由LED晶片104發射的光所激發的磷光體108、連接至LED晶片104的電極線106和由透明樹脂製成用來成型和密封LED晶片104周邊的外部材料110。
具體而言，InGaN基LED104通過電極線106與外部電源相連。將由LED晶片104發射的光所激發的磷光體108與環氧樹脂混合，並且將所述混合物形成在LED晶片104的外表面。將磷光體108及其周邊用無色或有色透明樹脂外殼材料110成型和密封。
應該理解的是根據本發明的LED的構造不限於上述實施方案，可以添加、更改或刪除相關技術的要素。作為選擇，除了上述環氧樹脂，可以通過將磷光體108和矽樹脂混合併用該混合物成型LED晶片及其周邊來製造白色LED。
同樣，將磷光體108形成在LED晶片104的外表面上。這樣，由LED晶片104的發光層發射的光就成為磷光體108的激發光。
在此，該INGaN基LED晶片104產生具有460nm主峰波長的光，並且由LED晶片104激發的磷光體108使用具有組成比例為Sr2.93SiO5:Eu2+0.07的矽酸鍶基磷光體。
為了說明產生白光的過程，使LED晶片104發射的藍光(460nm)穿過矽酸鍶磷光體。此時，一些藍光用來激發由矽酸鍶組成的黃色磷光體，從而產生黃光，而其餘藍光沒有任何變化地穿過所述矽酸鍶磷光體。
因此，穿過黃色磷光體的受激黃光和沒有任何變化地穿過黃色磷光體的藍光相互重疊，從而獲得白光。
圖2為示出在使用本發明的矽酸鍶基磷光體製造的長波長紫外LED晶片(InGaN)中和作為對比實施例的使用YAG:Ce黃色磷光體製造的相關技術紫外LED晶片中的發光光譜的測量結果圖。
在圖2的曲線中，實線表示使用本發明的矽酸鍶基磷光體(Sr2.93SiO5:Eu2+0.07)製造的白色LED的光譜，虛線表示使用相關技術的YAG:Ce基磷光體製造的LED的光譜，二者均使用相關技術的InGaN晶片。
參照圖2，由本發明的矽酸鍶基磷光體所激發的光表現出500-700nm的寬波長範圍的光譜，因而使用本發明的矽酸鍶基磷光體的LED表現出400-700nm的寬波長範圍的光譜。同樣，應該理解的是本發明LED的亮度與對比LED相比得到了進一步改進。
此外，本發明的矽酸鍶基磷光體表現出在約250℃的高工作溫度下持續長時間不變的高亮度特徵。
因此，通過使用根據本發明的矽酸鍶基磷光體，可以改善色純度。而且，當將根據本發明的矽酸鍶基磷光體應用於長波長紫外LED和有源發光型LCD中時，可以得到高發光效率。
圖3為CIE顏色坐標( )隨LED中環氧樹脂和本發明的矽酸鍶基磷光體的混合比例變化的圖，所述的LED通過混合本發明的矽酸鍶基磷光體Sr2.93SiO5:Eu2+0.07和環氧樹脂並塗覆該混合的組合物而製得。
圖3中，CIE顏色坐標用來表達顏色，並且為了對比，一起示出自身發出藍光的LED晶片的CIE坐標(●)和使用YAG:Ce黃色磷光體的長波長紫外LED晶片(InGaN)的CIE坐標(◆)。
點(a)-(d)為塗覆在LED晶片上的環氧樹脂和矽酸鍶基磷光體Sr2.93SiO5:Eu2+0.07的混合比例。點(a)是混合比例為100微升∶0.01克的情況，點(b)是混合比例為100微升∶0.015克的情況，點(c)是混合比例為100微升∶0.02克的情況，點(d)是混合比例為100微升∶0.025克的情況.
如圖3曲線所示，觀察CIE顏色坐標( )隨本發明的矽酸鍶基磷光體的混合比例的變化，發現在使用本發明的矽酸鍶基磷光體的LED中白光的色純度得到了提高，優於在使用相關技術YAG:Ce磷光體的對比LED中白光的色純度。
工業適用性如前所述，根據本發明的矽酸鍶基磷光體及其製造方法，可以得到具有寬波譜並且即使使用藍光作為激發能量源也能夠進行有效發光的磷光體。具體因為本發明的磷光體在發白光時表現出優越的色純度特徵，因此該磷光體可以改善色純度並且因此可用於高效磷光體。
而且，當將本發明的磷光體應用於長波長紫外LED的背光和有源發光LCD時，其提供極高的發光效率。
另外，由於本發明的磷光體在250℃的高工作溫度下持續長工作時間幾乎不表現出發光特性的變化，因此其可以穩定工作。
權利要求
1.一種矽酸鍶基磷光體，由以下化學式1表示Sr3-xSiO5:Eu2+x————化學式1其中0.001＜x≤1。
2.一種製造矽酸鍶基磷光體的方法，所述方法包括以下步驟形成混合碳酸鍶(SrCO3)、二氧化矽(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)的混合物；乾燥所述混合物；和在還原氣氛中對所述乾燥的混合物進行熱處理，以形成Sr3-xSiO5:Eu2+x，其中0＜x≤1。
3.權利要求2的方法，其中形成所述混合物的步驟包括以下步驟對混合物的各組分稱重；和使用溶劑混合各組分以形成所述混合物。
4.權利要求2的方法，其中所述乾燥步驟在100-150℃的溫度下進行。
5.權利要求2的方法，其中所述乾燥步驟進行1-24小時。
6.權利要求2的方法，其中所述乾燥步驟在100-150℃的溫度下進行1-24小時。
7.權利要求2的方法，其中使用烘箱來進行所述乾燥步驟。
8.權利要求2的方法，其中所述熱處理步驟在800-1500℃的溫度下進行。
9.權利要求2的方法，其中所述熱處理步驟進行1-48小時。
10.權利要求2的方法，其中所述熱處理步驟在800-1500℃的溫度下進行1-48小時。
11.權利要求2的方法，其中所述乾燥步驟在110-130℃的溫度下進行8-12小時，並且所述熱處理步驟在1200-1400℃的溫度下進行2-5小時。
12.權利要求2的方法，其中所述熱處理的還原氣氛由氫混合氣製成。
13.權利要求2的方法，其中所述熱處理使用含氫2-25重量％的氮氣來製成所述還原氣氛。
14.一種LED，包括LED晶片；和矽酸鍶基磷光體，由所述LED晶片發射的光所激發，且由以下化學式1表示Sr3-xSiO5:Eu2+x————化學式1其中0＜x≤1。
15.權利要求14的LED，其中所述磷光體所激發的光具有500-700nm的波長範圍。
16.權利要求14的LED，其中將所述LED晶片置於反射所發射光的反射杯上。
17.權利要求14的LED，其中所述激發磷光體的LED晶片是藍色LED晶片。
18.權利要求14的LED，其中所述LED晶片和所述磷光體由透明樹脂成型。
19.權利要求14的LED，其中所述磷光體被所述LED晶片激發並且發射黃光。
20.權利要求14的LED，發射白光。
全文摘要
提供了一種矽酸鍶基磷光體、其製造方法以及使用該矽酸鍶基磷光體的LED。該磷光體應用於長波長紫外LED、有源發光LCD等，以使得能夠改善色純度並增強發光效率。該矽酸鍶基磷光體如以下化學式所示Sr
文檔編號C09K11/77GK1745159SQ200480003359
公開日2006年3月8日 申請日期2004年3月26日 優先權日2003年3月28日
發明者金昌海, 樸晶奎, 樸熙東 申請人:韓國化學研究所