專利名稱：白色光源及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白色光源及其制作方法，特別涉及一種利用藍光二極管及可受藍光激發(fā)而發(fā)出黃光的釔鋁石榴石材料所構(gòu)成的白色光源制作方法。
照明燈具乃現(xiàn)代生活之必需，具統(tǒng)計全世界用于照明的電力約為總用電量的40％，因此對于省電燈具的開發(fā)，乃舉世渴求之科技。最近(1996年9月)日本的日亞化學(xué)公司(Nichia Chemical)開發(fā)的以發(fā)黃光系列的釔鋁石榴石(Y3Al5O12，Yttrum Aluminum-Garnet(YAG))螢光粉配合藍光發(fā)光二極管，可制作出高效率的白色光源，其中此釔鋁石榴石螢光粉受到藍光發(fā)光二極管的藍光照射后發(fā)出黃光，此黃光與原有二極管的藍光混合后，即可產(chǎn)生白光。此白光二極管在極低電流(20mA)下的發(fā)光特性，其色溫(8000K)可媲美太陽光色的日光燈，色彩再現(xiàn)度接近高性能的日光燈(三波長型)，平均每個的亮度為1瓦或是5流明，兩個即可超過汽車的室內(nèi)燈(8流明)，與傳統(tǒng)以三原色發(fā)光二極管晶粒組成的白色發(fā)光二極管的元件比較，其構(gòu)造簡單，制作成本可以降低一半，并且毋需擔(dān)心因個別單色發(fā)光二極管劣化而顏色不均勻問題。此白色發(fā)光二極管燈具用電量低、可節(jié)省能源，且其未來將可應(yīng)用于汽車操作儀表板周邊裝置、液晶背光、室內(nèi)照明、筆記型電腦顯示器、掃描器、傳真機與軍事照明等用途。
日亞公司于世界專利(WO98/5078)中所揭示的螢光粉配方為(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12，其中0≤r＜1，0≤s≤1，而Re為釔(Y)或是釓(Gd)，此配方中，鈰(Ce)以外添加方式加入，如其于專利文件中所提之配方(Y1-xGdx)3Al5O12(0≤x≤0.8)，其中鈰(Ce)的外添加摩爾數(shù)為0.003，即鈰(Ce)未與釔(Y)或是釓(Ge)形成計量比總和為3的固態(tài)溶液(solid solution)，亦即[(1-x)+x]×3+0.003＝3.003。而此種方式所形成的螢光粉，往往會因成分之偏差，易形成雜質(zhì)相而降低其品質(zhì)，如需形成計量比總和為3的固態(tài)溶液，則需加入釤(Sm)元素，使之形成以(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12(其中，0≤P≤0.8，0.003≤q≤0.2，0.0003≤r≤0.08，0≤s≤1)。亦即鈰(Ce)及釤(Sm)要同時存在，才會形成鈰(Ce)、釔(Y)、釓(Gd)與釤(Sm)的計量比總和為3{亦即[(1-p-q)+p+q+r]×3＝3，其中q及r均不等于0}。
此外一般所制作的InGaN型藍光發(fā)光二極管于制作中復(fù)雜的成長條件會使所發(fā)出的藍光難以控制在一定的波長，所以通常所制作出來的藍光波長在430～470nm之間，且有40nm左右的變動，而日亞公司所揭示的螢光粉僅能適用于一特定波長，因此在實際用途中無法達到純且高亮度的白光。
本發(fā)明的目的之一即在于提供一種白色光源，其中采用了一種可調(diào)整工作波長的黃色螢光粉，達到配合波長范圍在430～470um的藍光光源，產(chǎn)生高純度的白光的目的。
本發(fā)明的目的之二在于提出一種白色光源的制作方法，僅需簡單調(diào)整單一成分即可配合現(xiàn)有藍光光源波長范圍，制作可發(fā)出純且高亮度的白色光源。
本發(fā)明提出的白色光源與現(xiàn)有技術(shù)公開的白色光源的不同處在于本發(fā)明采用了一種可調(diào)整工作波長的黃色螢光粉，這種黃色螢光粉可在接受波長為430～470um的藍光照射后產(chǎn)生黃光，且此黃色螢光粉的配方為(Y1-p-xCepGdx)3Al5O12，當(dāng)工作波長變化時，可通過調(diào)整Gd的摩爾比例x，使所述黃色螢光粉維持高效率的黃光轉(zhuǎn)換率。其中，該配方中，0≤p≤0.05，0≤x≤1。
本發(fā)明的白色光源中應(yīng)用的這種黃色螢光粉配方中不使用釤(Sm)，而鈰(Ce)的含量p通常是固定的，所以只需依據(jù)藍光光源的工作波長確定適當(dāng)Gd的摩爾比例x，即可配合藍光光源產(chǎn)生高純度的白光。經(jīng)試驗摸索得出，所述工作波長λ(nm)與Gd的摩爾比例x之間具有下列關(guān)系式3x＝A+Bλ+Cλ2+Dλ3+Eλ4其中A＝126268.8005±42.35915B＝-1145.0025±0.37666
C＝3.89314±0.00126D＝-0.00588±1.5931×10-6E＝3.33290×10-6±1.03219×10-9故若有不同波長的藍光，僅需帶入此方程式，即可方便的確定Gd的含量。
至于本發(fā)明提出的白色光源的制作方法，則包括上述黃色螢光粉的制作方法及最終白色放光體發(fā)光體的制作方法。即本發(fā)明提出的一種白色光源的制作方法，包含下列步驟1、稱取反應(yīng)原料Y2O3，Ce(NO3)3，Gd2O3及Al(NO3)3，制成混合物，其摩爾比為Y∶Ce∶Gd∶Al＝2.949-3x∶0.051∶3x∶5，其中，0≤x≤1，混合物經(jīng)過研磨混合后，置于1000℃空氣中煅燒24小時。
2、將上述煅燒產(chǎn)物再次進行研磨混合，再置于1500℃的空氣中燒結(jié)24小時，即可形成本發(fā)明的螢光粉末。
3、將上述所得螢光粉末與藍光光源結(jié)合之步驟以上所得之螢光粉末經(jīng)再次研磨，將所得粉末與硅膠以重量比0.24∶1的比例混合，再涂布于波長為430～470nm的藍光光源上。
將此結(jié)構(gòu)以普通發(fā)光二極管技術(shù)加以封裝，通入適當(dāng)?shù)碾娏?，即可形成發(fā)白光的發(fā)光二極管。
在依據(jù)本發(fā)明的方法所制作的光源中，即利用藍光二極管及可受藍光激發(fā)而發(fā)出黃光的釔鋁石榴石材料而構(gòu)成的白色光源，此釔鋁石榴石材料含固定量的鈰(Ce)且并不含釤(Sm)。如本發(fā)明可利用單相的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12，而不須加入昂貴的稀土含釤(Sm)原料，即可具有被藍光光源激發(fā)，而產(chǎn)生白光的功效。且可僅簡單地調(diào)配其中的釓(Gd)含量，即可配合波長430～470um的藍光光源，產(chǎn)生高純度的白光。
本發(fā)明制作方法中所述的燒結(jié)步驟亦可以凝膠法或共沉法取代形成螢光粉末；而所述藍光光源為InGaN型藍光發(fā)光二極管。
在實施本發(fā)明方法制作白色光源時，為獲得高純度的白光，釓(Gd)的添加量根據(jù)使用藍光光源的波長λ(nm)進行調(diào)整確定，即所述工作波長λ(nm)與Gd的摩爾比例x之間具有下列關(guān)系式3x＝A+Bλ+Cλ2+Dλ3+Eλ4其中A＝126268.8005±42.35915B＝-1145.0025±0.37666C＝3.89314±0.00126D＝-0.00588±1.5931×10-6E＝3.33290×10-6±1.03219×10-9附面說明

圖1為本發(fā)明中(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉(0≤x≤1)的X光繞射圖案，其中“o”標(biāo)示者為雜質(zhì)相。
圖2為本發(fā)明中(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉(0≤x≤0.6)的激發(fā)光譜。
圖3為本發(fā)明以波長為430nm的藍光激發(fā)釓(Gd)含量(x)各為0，0.2及0.4的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉的光譜圖，其中曲線1、2與3中x分別為0、0.2與0.4。
圖4為本發(fā)明以波長為470nm的藍光激發(fā)釓(Gd)含量(x)各為0.2及0.8的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉的光譜圖，其中曲線4與5中x分別為0.2與0.8。
圖5為本發(fā)明以波長為460nm的藍光激發(fā)釓(Gd)含量(x)為0.2的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉的光譜圖。
圖6為本發(fā)明以不同波長的藍光激發(fā)不同合釓(Gd)量(即不同x值)的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉，形成白光之最佳曲線圖。
圖7為本發(fā)明白色光源制造方法的一個較佳具體實例的流程圖。
以下結(jié)合較佳實施例說明本發(fā)明目的的實現(xiàn)及其功效。
參見圖7，為本發(fā)明提出的白色光源制造方法的一個較佳具體實例的流程圖，為制作本發(fā)明的白色光源(包含藍光二極管及可受藍光激發(fā)而發(fā)出黃光的的釔鋁石榴石螢光粉)，本發(fā)明方法包含下列步驟步驟100為一個煅燒步驟，本發(fā)明中的螢光粉是以固態(tài)反應(yīng)形成，反應(yīng)原料Y2O3，Ce(NO3)3，Gd2O3及Al(NO3)3的摩爾比為Y∶Ce∶Gd∶Al＝2.949-3x∶0.051∶3x∶5，其中，0≤x≤1，上述原料的混合物經(jīng)過研磨混合后，置于1000℃空氣中煅燒24小時。
步驟102為一個燒結(jié)步驟，將上述步驟所得物再經(jīng)研磨混合，再置于1500℃的空氣中燒結(jié)24小時，即可形成本發(fā)明的黃色螢光粉末。
該螢光粉末可以凝膠法或共沉法取代燒結(jié)方法形成。
步驟104為涂布步驟，即將上述所得螢光粉末與藍光光源結(jié)合之步驟以上所得之螢光粉末經(jīng)再次研磨，將所得粉末與硅膠以重量比0.24∶1的比例混合，再涂布于InGaN型之藍光(波長為430～470nm)的晶片上，此結(jié)構(gòu)以普通發(fā)光二極管技術(shù)加以封裝，通入適當(dāng)?shù)碾娏?，即可形成發(fā)白光的發(fā)光二極管。
有關(guān)于本發(fā)明方法的特點，配合附圖討論如下。
圖1是本發(fā)明配方中(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉(0≤x≤1)的X光繞射圖案，圖中縱軸表示相對強度，從圖中看出，當(dāng)x值介于0～0.6之間可形成單相的化合物，而x為0.8時存在少量的雜質(zhì)相，而在x＞0.8時，所形成的化合物含有大量的雜質(zhì)相。而以Ia-3d的空間群，且晶格常數(shù)為約12的立方體結(jié)構(gòu)，則可將上述的YAG化合物予以指標(biāo)化(index)，故可證實本發(fā)明配方的確可以不藉由釤(Sm)元素的存在的內(nèi)添加法，而于0＜x＜0.8范圍內(nèi)形成單相或接近單相含鈰的釔鋁石榴石化合物，亦可改善外添加法亦產(chǎn)生雜質(zhì)相的缺點。故本發(fā)明之功效之一，可由此結(jié)果獲得證實。
圖2是本發(fā)明中(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉(0≤x≤0.6)的激發(fā)光譜。圖中橫軸表示波長λ(nm)，縱軸表示相對強度，從圖中看出，藉由不同添加量的釓(Gd)，可使黃光螢光粉于藍光(波長為457nm)激發(fā)下的吸收譜帶向長波長移動，亦即產(chǎn)生紅位移，此即表示若與不同波長藍光做適當(dāng)?shù)呐浜?，即可產(chǎn)生純的白光。
圖3為以波長為430nm的藍光激發(fā)釓(Gd)含量(x)各為0，0.2及0.4的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉的光譜圖，圖中橫軸表示波長λ(nm)，縱軸表示相對強度，其中曲線1、2與3中x分別為0、0.2與0.4。由此圖可以看出，在x＝0時，可以產(chǎn)生純的白光；在x＝0.2或0.4時，產(chǎn)生白紫光。亦即x增大后會產(chǎn)生紅位移，使白光不純，因此在藍光波長為430nm時要配合x為0的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉，以產(chǎn)生純的白光。
圖4為以波長為470nm的藍光激發(fā)釓(Gd)含量(x)各為0.2及0.8(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉的光譜圖，圖中橫軸表示波長λ(nm)，縱軸表示相對強度，其中曲線4與5中x分別為0.2與0.8。由此圖可以看出，在x＝0.2時，產(chǎn)生含綠光的白光，即為不純的白光；在x＝0.8時，可以產(chǎn)生純的白光。因此在藍光波長為470nm時要配合x為0.8的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12的螢光粉，以產(chǎn)生純的白光。
圖5為以波長為460nm的藍光激發(fā)釓(Gd)含量(x)為0.2的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉的光譜圖。圖中橫軸表示波長λ(nm)，縱軸表示相對強度，由此圖可以看出，在藍光波長為460nm時要配合x為0.2的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉，以產(chǎn)生純的白光。
圖6為以不同波長的藍光λ(nm)激發(fā)不同含釓(Gd)量(即不同x值)的(Y0.983-xCe0.017Gdx)3Al5O12螢光粉，形成白光之最佳曲線圖，此最佳曲線符合下列方程式3x＝A+Bλ+Cλ2+Dλ3+Eλ4其中A＝126268.8005±42.35915B＝-1145.0025±0.37666C＝3.89314±0.00126D＝-0.00588±1.5931×10-6F＝3.33290×10-6±1.03219×10-9
其中λ(nm)為藍光的波長，而x則為Gd的含量。故若有不同波長的藍光，僅需帶入此方程式，即可求得其須搭配配方為(Y0.983-xCe0.017Gdx)3A15O12螢光粉的x值，亦即Gd的含量。因此此方法可快速找出最佳的配方，改善習(xí)用的方法須藉由多次的實驗找出最佳配方之缺點。
以上所述僅為本發(fā)明的一具體實施例，但本發(fā)明的實施并不局限于此，任何熟悉此項技藝者在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所實施的變化或修飾皆應(yīng)被涵蓋在本申請的權(quán)利要求范圍。
權(quán)利要求
1.一種白色光源，其特征在于，該白色光源是采用一種可調(diào)整工作波長的黃色螢光粉，這種黃色螢光粉可在接受波長為430～470um的藍光照射后產(chǎn)生黃光，此黃色螢光粉的配方為(Y1-p-xCepGdx)3Al5O12，當(dāng)工作波長變化時，可通過調(diào)整Gd的摩爾比例x，使所述黃色螢光粉維持高效率的黃光轉(zhuǎn)換率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白色光源，其特征在于，在所述黃色螢光粉的配方中，0≤p≤0.05，0≤x≤1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白色光源，其特征在于，所述黃色螢光粉的配方中Gd的摩爾比例x與工作波長λ(nm)具有下列關(guān)系式3x＝A+Bλ+Cλ2+Dλ3+Eλ4其中A＝126268.8005±42.35915B＝-1145.0025±0.37666C＝3.89314±0.00126D＝-0.00588±1.5931×10-6E＝3.33290×10-6±1.03219×10-9。
4.一種白色光源的制作方法，其特征在于，包含下列步驟(1)、反應(yīng)原料為Y2O3，Ce(NO3)3，Gd2O3及Al(NO3)3，制成混合物，其摩爾比為Y∶Ce∶Gd∶Al＝2.949-3x∶0.051∶3x∶5，其中，0≤x≤1，混合物經(jīng)過研磨混合后，置于1000℃空氣中煅燒24小時；(2)、將上述煅燒產(chǎn)物再次進行研磨混合，再置于1500℃的空氣中燒結(jié)24小時，得螢光粉末；(3)、將以上所得之螢光粉末經(jīng)再次研磨，所得粉末與硅膠以重量比0.24∶1的比例混合，再涂布于波長為430～470nm的藍光光源上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白色光源的制作方法，其特征在于，其中所述燒結(jié)步驟可用凝膠法取代。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白色光源的制作方法，其特征在于，其中所述燒結(jié)步驟可用共沉法取代。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白色光源的制作方法，其特征在于，其中所述藍光光源為InGaN型藍光發(fā)光二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的白色光源的制作方法，其特征在于，所述工作波長λ(nm)與Gd的摩爾比例x之間具有下列關(guān)系式3x＝A+Bλ+Cλ2+Dλ3+Eλ4其中A＝126268.8005±42.35915B＝-1145.0025±0.37666C＝3.89314±0.00126D＝-0.00588±1.5931×10-6E＝3.33290×10-6±1.03219×10-9。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種白色光源及其制作方法,特別涉及一種利用藍光二極管及可受藍光激發(fā)而發(fā)出黃光的釔鋁石榴石材料所構(gòu)成的白色光源制作方法,此釔鋁石榴石材料含內(nèi)添加有固定量的鈰(Ce)且并不含釤(Sm),僅需簡單地調(diào)配其中的釓(Gd)含量,即可配合波長430～470nm的藍光光源產(chǎn)生高純度的白光。
文檔編號F21K2/00GK1267805SQ9910339
公開日2000年9月27日 申請日期1999年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月17日
發(fā)明者孫宗鼎, 劉如熹, 吳建榮, 葉寅夫, 王進龍, 石景仁 申請人:億光電子工業(yè)股份有限公司