专利名称：一种适用于白光led的单晶荧光材料的制作方法
技术领域：
本发明属于照明技术领域，尤其涉及半导体白光照明领域。
背景技术：
发光二极管LED (Light Emitting Diode)已经成为各种信号、照明光源的新兴/
主力广品。
作为照明灯具最主要的发光器件，白光LED正在越来越多的得到应用。众所周知，白光LED的发光机理/发光品质，有赖于在其发光芯片(通常为蓝光 LED芯片)前端设置的荧光粉层，发光芯片发出的蓝光部分透过荧光粉层时，荧光粉受此蓝 光激发后发出黄色光，发光芯片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发 出的黄光混合，可以得到需要的白光。公告日为2008年1月2日，公告号为CN 100359705C的中国发明专利中公开了一 种“白光二极管制造方法”，其所述白光二极管包括管座、透光体、基板、导线和晶片，并且在 所述晶片的顶面设置荧光粉薄膜层；所述荧光粉薄膜层是贴合在晶片的顶面上；所述晶片 是蓝光晶片；所述荧光粉薄膜层包括钇铝石榴石材料；所述荧光粉薄膜层的制作过程包括 步骤a、将荧光粉与环氧树脂调配好；b、将调配好的材料倒入模具内，该模具包括至少一 个与晶片大小相当的凹孔；C、用一辅助模具保证各凹孔内的材料量相同且平整；d、烘干。
公开日为2007年5月23日，公开号为CN1966160A的中国发明专利申请中公开了 一种“荧光胶涂覆工艺”，其将YAG荧光粉和配胶搅拌后混合均勻，混合后的胶体粘度大于 1500cps;将荧光胶装入点胶分配器点至蓝色芯片上并使荧光胶不会流出蓝色芯片衬底范 围，保持荧光胶体具有一定的弧度，胶体的厚度控制在0. 3mm-lmm ；通过加热将荧光胶固定 /定型在蓝色芯片上面。由上述文献可知，现在常见的荧光粉层通常是将荧光粉和胶体混合配成胶状物， 采用涂敷、喷涂或制成胶膜覆盖在发光芯片上或设置在发光芯片的前面，借助荧光粉中YAG 体系的离子作用，转化/混合得到需要的白光。通过改变YAG (YttriumAluminum Garnet，钇 铝石榴石)荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得各种色温的白光。但是，由于荧光粉颗粒及分散的均勻性差，加上与胶体混合后由于不是马上进行 固化定型(从混合、灌装到固化，在生产线上需要一定的时间周期)，势必会带来荧光粉颗 粒在胶体中的沉淀和分布不均勻，影响其激发效果和各批次发光二极管之间在发光品质方 面的差异和不均布性。同时，由于荧光粉体材料距离发光芯片很近，所以芯片发热往往会影响荧光粉体 材料，造成材料性能变化，形成荧光粉性能的衰减。此外，荧光粉还存在着激发效率和光转换效率较低，光衰大、导致白光LED寿命 短，其物化性能较差，不适应大功率LED的发展需求。更为关键的一点是，由于现有荧光粉的化学组份和性质所致，其缺失红色发光成 分，很难制备低色温，高显色指数的白光LED，不能满足日益增长的对白光LED发光品质的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于白光LED的单晶荧光材料，其激发 发射效率高，具有高度均勻性，物化性能稳定、寿命长、热导率高，特别适用于大功率白光 LED，更能实现增加红色发光成分和调谐发光波段，可制备低色温，高显色指数的白光LED， 满足日益增长的对白光LED发光品质的需求。本发明的技术方案是提供一种适用于白光LED的单晶荧光材料，包括设置在发 光LED芯片前端的荧光激发/变换层，其特征是所述的荧光激发/变换层为单晶形态的荧 光材料；所述单晶荧光材料的化学分子式为Α3Β5012。其中，所述的A包括稀土元素铈Ce、铒Er、钕Nd和/或铕Eu ；所述单晶荧光材料 化学分子式A3B5O12中的A还可包括钇Y、铽Tb和/或钆Gd。所述的B包括铝Al和/或镓Ga ；所述的单晶荧光材料采用提拉生长法制得；所述 的单晶荧光材料以单晶薄层状或薄片状的结构形式设置在白光LED发光芯片的前端。进一步的，所述单晶荧光材料化学分子式A3B5O12中的A还包括镨Pr、镝Dy和/或 衫Sm。或者，所述单晶荧光材料化学分子式A3B5O12中的A包括镥Lu和镧La。上述薄层状或薄片状单晶荧光材料的厚度尺寸范围为0. 1 5mm。前述的提拉生长法包括研磨，均勻混合，在空气环境中进行焙烧，将焙烧产物置于 中频炉的铱干锅中、在氩气或氮气体环境中通过提拉生长法得到棒状的单晶荧光材料；其 中，制备的工艺参数如下焙烧温度为800 1500°C提拉速度0·5 2. 5mm/h旋转速度10 30rpm上述单晶荧光材料在蓝光LED发光芯片的激发下，发出光的波段为500 800nm。上述单晶荧光材料发光效率最佳的发光波段为530 600nm。上述单晶荧光材料显色指数和色温最佳的发光波段为530 650nm。与现有技术比较，本发明的优点是1.由于采用单晶荧光材料，其具有高度均勻性和物化性能稳定、寿命长、热导率 高，特别适用于大功率白光LED ；2.采用薄层状或薄片状结构形式的单晶荧光材料，可优化白光LED的封装结构和 封装工艺，降低制造成本；3.选用合适的化学组份和其集合，可实现增加红色发光成分和调谐发光波段，可 提高其激发/发射效率。
图1是采用本发明单晶荧光材料的白光LED的蓝光激发光谱能量分布图；图2是采用本发明单晶荧光材料的白光LED的色度图；图3是白光单晶晶片激发发射光谱示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。本技术方案提供了一种适用于白光LED的单晶荧光材料，包括设置在发光LED芯 片前端的荧光激发/变换层，其所述的荧光激发/变换层为单晶形态的荧光材料；所述单晶 荧光材料的化学分子式为A3B5O1215 其中，所述的A包括稀土元素铈Ce，并且包括铒Er、钕Nd和铕Eu中的一个或者几 个，还可选择包括镨Pr、镝Dy和钐Sm中的一个或者几个。所述的A也可以包括钇Y、铽Tb和钆Gd中的一个或者几个，并且包括镥Lu和镧 La中的一个或者几个。所述的B包括铝Al和/或镓Ga。之所以选择上述化学组份和其集合，目的是为了实现增加红色发光成分和调谐发 光波段，提高其激发/发射效率，实现制备低色温，高显色指数的白光LED的发明目的，满足 日益增长的对白光LED发光品质的需求。所述的单晶荧光材料采用提拉生长法制得，其提拉生长法包括研磨，均勻混合，在 空气环境中进行焙烧，将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中通过提拉生长 法得到棒状的单晶荧光材料。其中，制备的工艺参数如下焙烧温度为1000°C提拉速度1.5mm/h旋转速度25rpm上述的单晶荧光材料以单晶薄层状或薄片状的结构形式设置在白光LED发光芯 片的前端，上述薄层状或薄片状单晶荧光材料的厚度尺寸范围为0. 1 5mm。本技术方案采用上述组份和结构形式，由于晶体材料相对稳定，不会有衰减现象， 避免了由于芯片发热影响荧光粉体材料，造成材料性能变化，形成荧光粉衰减的弊端。另外由于荧光激发/变换层采用固态结构，将直接影响到LED产品的封装结构和 封装工艺，可简化制作过程和所需设备，有利于降低白光LED的制造成本。对于如何解决LED发光芯片的散热问题，现有技术作了大量的研究和努力，包括 在LED发光芯片的背面设置各种散热装置(俗称热沉)、采用特定的梳状散热片结构进行热 量传导/散热，以及采用强制热量传导装置(诸如热管技术)带走LED发光芯片所产生的 热量等等。但是，对于如何解决位于发热源-LED发光芯片前端的荧光激发/变换层的热量 传导/散发这一最关键的问题，由于其所采用的是荧光粉/胶体混合的胶状物，导热性能非 常差，所以一直没有一个比较理想的解决方案。采用本技术方案后，由于荧光激发/变换层采用单晶形态的荧光材料，其热传导 系数和导热性能大大改变，对解决发光芯片的热量传导/散发这一最关键问题的解决，提 供了极大的便利。本技术方案的实施，对于采用多个LED发光芯片组合而构成的大功率LED 发光器件的散热问题，无疑是一项根本性的改进，有助于大大延长大功率LED的使用寿命。此外，由于白光LED发光机理和工作环境/性质所致，如何制备低色温、高显色指 数且发光性能稳定不变的白光LED，也是一项待解决的难题。采用本技术方案的单晶荧光材 料来构成荧光激发/变换层后，由于晶体材料的物化性能相对稳定，不会有衰减现象，从而从根本上解决了现有技术的问题和不足。上述单晶荧光材料在蓝光LED发光芯片的激发下，发出光的波段为500 800nm。上述单晶荧光材料发光效率最佳的发光波段为530 600nm。
上述单晶荧光材料显色指数和色温最佳的发光波段为530 650nm。可见，通过选用合适组份的单晶荧光材料，完全可以实现增加红色发光成分和调 谐发光波段，可制备低色温，高显色指数的白光LED，满足日益增长的对白光LED发光品质 的需求。图1中，给出了采用本发明单晶荧光材料的白光LED的光谱能量分布图，由图可 见，380 480nm是蓝光芯片的发光范围，而采用本发明单晶荧光材料的白光LED其光谱能 量主要分布于480 SOOnm范围，使得采用本发明单晶荧光材料的白光LED具有更加良好 的发光效率。图2中，给出了采用本发明单晶荧光材料的白光LED的色度坐标图(χ = 0. 4112， y = 0. 5272，Tc = 4154K)，可见其色温主要分布于4000 5000K之间，其色温范围比现有 技术中白光LED的色温范围(通常在5500至8000K之间)更低，使得采用本发明单晶荧光 材料的白光LED具有更加良好的显色指数，能够更好地满足对白光LED发光品质的需求，也 给白光LED提供了更多的应用场合/范围。图3中，给出了采用本发明单晶荧光材料的激发发射光谱图，其中左边曲线为激 发光谱曲线，右边曲线为发射光谱曲线。由图可见，其本单晶荧光材料的激发波长主要位于460nm左右，可以对蓝光芯片 形成很好的吸收，而其发射中心波长位于530 650nm范围，使得采用本发明单晶荧光材料 的白光LED具有更加良好的显色指数。实施例1 按照化学式Ceacici5Eracicil = Y3Al5O12 分别称取 CeO2, Er2O3, Y2O3, Al2O3 重量共计 500 克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效90 1101m/W ；显色指数70 85 ；色温4500 6000K ；可见，采用本技术方案所制的白光LED发光器件，比现有的白光LED产品，具有更 加良好的发光品质和更高的发光效率。实施例2 按照化学式Ceacici3EracicilPracicici5 = Y3Al5O12 分别称取 CeO2, Er2O3, Y2O3, Pr2O3, Al2O3 重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1061m/W ；显色指数72 86 ；色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例3 按照化学式Ce0.004Er0.0005Pr0.0005Dy0.0002 :Y3Al5012 分别称取 Ce02, Er203, Y203，Pr203, Dy203, A1203重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89;色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例4 按照化学式Cea-Ei^.AAip。分别称取 Ce02，Eu203，Y203，A1203 重量共计 500 克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的自光LED发光
7器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效90 1101m/W ；显色指数70 85 ；色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例5 按照化学式(^.■EUq.c^NcU—YsAIsOu分别称取 Ce02，Er203, Nd203，A1203 重量共 计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数68 84 ；色温3200 5600K ；可见，采用本技术方案所制的白光LED发光器件，比现有的白光LED产品，具有更 高的发光效率和更低的色温。其余同实施例1。实施例6:按照化学式(^.■EuM-Smw—YsAlsC^分别称取 Ce02，Eu203，Sm203，A1203 重量共 计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1131m/W ；显色指数72 88;色温4500 6000K ；
其余同实施例1。实施例7:按照化学式(^。.。。疋！!。』。』!"。.。。‘？,“。。分别称取Ce02，Eu203，Y203，Pr203, A1203 重 量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89;色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例8:按照化学式CeQiEuQ.Q^PrwDyQ.Q^YsAiPu 分别称取 Ce02，Eu203，Pr203，Dyr203， Y203，A1203重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89;色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例9:按照化学式(^.。^屯^义八⑶。分别称取Ce02，Nd203，Y203，A1203重量共计500 克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。
将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1161m/W ；显色指数70 84;色温4500 5000K ；其余同实施例1。实施例10 按照化学式CeoiNdo.c^Pro.o^YsAiPu 分别称取 Ce02，Nd203，Pr203, Y203，A1203 重 量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1161m/W ；显色指数70 84;色温4500 5000K ；其余同实施例1。实施例11 按照化学式Ce。. 遍iPrwDyuQ^YsAiPu 分别称取 Ce02，Nd203，Pr203，Dyr203， Y203，A1203重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；
显色指数72 89;色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例12 按照化学式CeQiNcU^PrwDyQ.^SmwAAiPu 分别称取 Ce02，Nd203，Pr203, Dyr203, Sm203，Y203，A1203 重量共计 500 克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89;色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例13 按照化学式Ce0.005Er0.001: (Y0.6Tb0.4) 3A15012 分别称取 Ce02, Er203, Y203，Tb407，A1203 重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效90 1101m/W ；显色指数70 85;色温4500 6000K ；可见，采用本技术方案所制的白光LED发光器件，比现有的白光LED产品，具有更 加良好的发光品质和更高的发光效率。其余同实施例1。实施例14:按照化学式Ce0.003Er0.001Pr0._5: (Y0.7Gd0.3)3Al5012 分别称取 Ce02，Er203, Y203，Pr203,
11Dy2O3, Gd2O3, Al2O3 重量共计 500 克 将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1061m/W ；显色指数72 86;色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例15 按照化学式Ce。.。。4Er。._5Pr。.。。。5Dy。._2: (Ya7Tba2Gdai)3Al5O12 分别称取 CeO2, Er2O3, Y2O3, Pr2O3, Dy2O3, Gd2O3, Tb4O7, Al2O3 重量共计 500 克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89;色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例16 按照化学式Ce0.005Eu0.001: Y3 (Al0.9Ga0. ^5O12 分别称取 CeO2, Eu2O3, Y2O3, Ga2O3, Al2O3 重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. O 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效90 1101m/W ；显色指数70 85 ；色温4500 6000K ；其余同实施例1或实施例13。 实施例17 按照化学式Ce0.006Eu0.0002Nd0.0002 : Y3 (Al0.9Ga0. ^5O12 分别称取 CeO2, Er2O3，Nd2O3, Ga2O3，Al2O3重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. O 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数68 84 ；色温3200 5600K ；其余同实施例5。实施例18 按照化学式Ce0.005Eu0.0005Sm0.0002 :Y3(Al0.8Ga0.2)5012 分别称取 CeO2, Eu2O3, Sm2O3, Ga2O3，Al2O3重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. O 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. Omm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1131m/W ；显色指数72 88;色温4500 6000K ；其余同实施例1。
实施例19 按照化学式Ceatltl7Eu
0. 0002押0· 0002
= Y3(Ala7Gaa3)5O12 分别称取 CeO2, Eu2O3, Y2O3，Pr2O3,
Ga2O3，Al2O3重量共计500克将上述物料进 行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89 ；色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例20 按照化学式Ceacitl6Eu
ο. oooiP^o. oooiDy。· 0002Y3 (Ala6Gaa4)5O12 分别称取 CeO2, Eu2O3，
Pr2O3, Dyr2O3, Y2O3, Ga2O3, Al2O3 重量共计 500 克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89 ；色温4500 6000K ；其余同实施例1。实施例21 按照化学式Ceacici6Ndacicicil = Y3(Ala5Gaa5)5O12 分别称取 CeO2, Nd2O3, Y2O3, Ga2O3, Al2O3 重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1161m/W ；显色指数70 84 ；
色温4500 5000K ；其余同实施例1。实施例22 按照化学式Ceacici6NdacicicilPracicici4: (Ya9Luai)3Al5O12 分别称取 CeO2, Nd2O3, Pr2O3, Y2O3, Lu2O3，Al2O3重量共计500克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效85 1161m/W ；显色指数70 84 ；色温4500 5000K ；其余同实施例1。实施例23 按照化学式Ceatltl6Nd
ο. oooiP^o. oooiDy。· 0002 ·
(Ya9Laai)3Al5O12 分别称取 CeO2, Nd2O3，
Pr2O3, Dyr2O3, Y2O3, La2O3, Al2O3 重量共计 500 克将上述物料进行研磨并混合均勻，在空气环境中进行焙烧，焙烧温度为800 1500°C，时间为10 20小试，然后将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩气体环境中以 提拉速度1. 0 1. 5mm/h，旋转速度15 25rpm，制得棒状的单晶荧光材料。将上述棒状的单晶荧光材料进行不同部位的切片，得到薄层状或薄片状的单晶荧 光材料，其厚度尺寸范围为0. 1 5. 0mm，根据产品需要，进行不同透光率的单面或双面抛 光，然后通过再次的分割或划片，即可得到尺寸与LED发光芯片前端所需尺寸相匹配的单 片单晶荧光激发/变换层，将其固定在LED发光芯片的前端，即可制得所需的白光LED发光 器件。经测试，采用上述方法制得的白光LED发光器件，其发光技术指标如下光效80 1101m/W ；显色指数72 89 ；
色温4500 6000K ；其余同实施例1。
由于本发明采用了单晶形态的荧光材料充当LED发光芯片的荧光激发/变换层， 具有高度均勻性和物化性能稳定，寿命长，热导率高，采用薄层状或薄片状结构形式的单晶 荧光材料，可优化白光LED的封装结构和封装工艺，降低制造成本；可实现增加红色发光成 分和调谐发光波段，可提高其激发/发射效率等优点，特别适用于大功率白光LED。本发明可广泛用于各种白光LED、特别是大功率白光LED的制造领域。
权利要求
一种适用于白光LED的单晶荧光材料，包括设置在发光LED芯片前端的荧光激发/变换层，其特征是所述的荧光激发/变换层为单晶形态的荧光材料；所述单晶荧光材料的化学分子式为A3B5O12；其中，所述的A包括稀土元素铈Ce、铒Er、钕Nd和/或铕Eu；所述的B包括铝Al和/或镓Ga；所述的单晶荧光材料采用提拉生长法制得；所述的单晶荧光材料以单晶薄层状或薄片状的结构形式设置在白光LED发光芯片的前端。
2.按照权利要求1所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述单晶荧光材 料化学分子式A3B5O12中的A包括镨Pr、镝Dy和/或钐Sm。
3.按照权利要求1所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述单晶荧光材 料化学分子式A3B5O12中的A包括钇Y、铽Tb和/或钆Gd。
4.按照权利要求1所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述单晶荧光材 料化学分子式A3B5O12中的A包括镥Lu和镧La。
5.按照权利要求1所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述薄层状或薄 片状单晶荧光材料的厚度尺寸范围为0. 1 5mm。
6.按照权利要求1所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述的提拉生长 法包括研磨，均勻混合，在氢气环境中进行焙烧，将焙烧产物置于中频炉的铱干锅中、在氩 气体环境中通过提拉生长法得到棒状的单晶荧光材料；其中，制备的工艺参数如下焙烧温度为800 1500°C ；提拉速度:0· 5 2. 5mm/h ；旋转速度10 30rpm。
7.按照权利要求1所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述单晶荧光材 料在蓝光LED发光芯片的激发下，发出光的波段为500 800nm。
8.按照权利要求7所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述单晶荧光材 料发光效率最佳的发光波段为530 600nm。
9.按照权利要求7所述的适用于白光LED的单晶荧光材料，其特征是所述单晶荧光材 料显色指数和色温最佳的发光波段为530 650nm。
全文摘要
一种适用于白光LED的单晶荧光材料，属照明技术领域。包括设置在发光LED芯片前端的荧光激发/变换层，其特征是所述的荧光激发/变换层为单晶形态的荧光材料，单晶荧光材料的化学分子式为A3B5O12；其中，A至少包括稀土元素铈Ce、铒Er、钕Nd和/或铕Eu；B包括铝Al和/或镓Ga。其单晶荧光材料采用提拉生长法制得，单晶荧光材料以单晶薄层状或薄片状的结构形式设置在白光LED发光芯片的前端。其激发发射效率高，具有高度均匀性，物化性能稳定、寿命长、热导率高，特别适用于大功率白光LED，更能实现增加红色发光成分和调谐发光波段，可制备低色温，高显色指数的白光LED，满足日益增长的对白光LED发光品质的需求。
文档编号C09K11/80GK101872831SQ20101018488
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者李思兰, 杨莹, 胡泉 申请人:上海嘉利莱实业有限公司