具有增加的活化剂浓度的黄色荧光体以及制备黄色荧光体的方法
【技术领域】
[0001] 本公开总体上来讲涉及用于发光器件的荧光体和更具体地涉及包含钇铝石榴石 (YAG)的黄色荧光体。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（LED)为固态器件，其将电能转化为光，并且通常包含被夹在相反掺杂 层之间的一层或多层半导体材料的活性层，以定义p-n结。当偏压被施加在p-n结两端时， 空穴和电子被注入所述活性层内，在其中它们在被称为注入电致发光的过程中重新结合以 产生光。光可从活性层发射经过LED的所有表面。
[0003] 由于大多数的LED几乎为单色光源，其似乎发射具有单一颜色的光，因此已使用 包括多个LED的发光器件或灯(其可发射不同颜色的光）来产生白光。在这些器件中，由各 LED发射的不同颜色的光组合起来以产生所期望强度和/或颜色的白光。例如，通过同时给 发红光、发绿光和发蓝光的LED通电，所得到的组合光可显示白色，或接近白色。
[0004] 作为组合各LED以生产发光器件(具有特定的发光光谱）的备选方案，可使用发光 材料或荧光体来控制从LED发射的光的颜色。荧光体可吸收一部分从LED发射的给定波长 的光并且通过光致发光原理再发射不同波长的光。具有较短波长(或较高频率)的光转换成 具有较长波长(或较低频率）的光可被称为下转换（down conversion)。例如，可将下转换 荧光体与蓝色LED组合以使一些蓝色波长转换为黄色波长来产生白光。
[0005] 用于产生白光的广泛使用的荧光体为掺杂有铈（Ce)的钇铝石榴石（YAG)，即 ￥ 3_!￡&/15012或￥46:(^。该黄色荧光体可结合蓝色LED使用以产生白光。与基于例如硅酸 盐和硫化物的其它荧光体相比较，YAG:Ce具有相对较高的对蓝色激发辐射的吸收效率，高 的量子效率(大于90%)，在高温和/或在高湿度环境中良好的稳定性，以及宽的发射光谱。
[0006] 在某些情况中，红色荧光体被添加到包括蓝色LED和YAG:Ce荧光体的发光器件 中以进一步使所发射的光偏移至期望的中性白色区(例如E3至E6)。红色荧光体通常为比 YAG:Ce低效的发射体，然而，和因此当使用红色荧光体时，发光器件的发光效率可能被降 低。因此寻找使黄色荧光体的发光偏移至较长波长的其它的方式是所关心的。
[0007] 几种目前将YAG:Ce发射偏移至较长波长的方法包括用其它原子化学取代(掺杂 和/或共掺杂）石榴石晶格结构中的钇、铝和/或氧。例如钆（Gd)或铽（Tb)可取代Y ;铬 (Cr)可取代A1 ;硅（Si)和镁（Mg)可取代A1 ;镨（Pr)和Cr可同时分别取代Y和A1 ;以及 Si和氮（N)可同时分别取代A1和0。
[0008] 然而，与黄色荧光体和红色荧光体的混合物相比，所得荧光体可能显示出较低的 发光效率，或波长偏移可能伴随有发光猝灭温度的下降（即随着温度的增加荧光体的发射 或转换效率可能降低)。这意味着在提高的温度下(例如30-45°C及以上)LED器件的运行可 能受到损害，由此引起发射强度的大量损失。
[0009]发明简述 具有增加的活化剂浓度的改善的黄色荧光体包括包含钇铝石榴石（YAG)的主晶格以及 在所述主晶格内的包含铈的活化剂，其中所述铈以至少约5重量％Ce的浓度存在。
[0010] 制备黄色荧光体的方法包括形成包含以下的反应混合物：包含铈和氧的第一前 体；包含铈和氟的第二前体；包含钇的第三前体；和包含铝的第四前体。在足以形成黄色荧 光体的温度下在还原环境中加热所述反应混合物，所述黄色荧光体包括包含钇铝石榴石的 主晶格和被结合在所述主晶格内的包含铈（Ce)的活化剂。
[0011] 发光二极管（LED)组件包括包含在约425nm至约475nm范围内的主波长的蓝色 LED以及与所述蓝色LED进行光通信的黄色荧光体。所述黄色荧光体包括包含钇铝石榴石 的主晶格以及被结合在所述主晶格内的包含铈的活化剂。LED组件的发光光谱定义在CIE 1931色度图上的E3区的中心点下面的位置经过所述E3区的色线，其中所述中心点被定义 为3A、3B、3C和3D亚区汇合的点。
[0012] 发光二极管（LED)组件包含蓝色LED以及与所述蓝色LED进行光通信的黄色荧光 体和红色荧光体，所述蓝色LED包含在约425nm至约475nm范围内的主波长。所述黄色荧 光体包括包含钇铝石榴石的主晶格以及被结合在所述主晶格内的包含铈的活化剂，并且所 述红色焚光体包含在约610nm至约660nm范围内的峰值发射波长。所述黄色焚光体与所述 红色荧光体的重量比率大于9. 5。
[0013] 附图简述 图1显不归一化光致发光（PL)发射光谱，其由参考焚光体和包括约5重量％ Ce的改 善的YAG:Ce黄色荧光体在450nm的激发下获得； 图2A提供了对1931 CIE色度图的描述；纯色或饱和色位于抛物面的周界周围并且白 光位于它的中心附近； 图2B显示了由Cree给)(lamp白色LED定义的ANSI-定义的区的子区（亚区)，其中亚 区允许逐渐严格的规格以及更加优良的产品一致性的可能性。
[0014] 图3显示了对应包括所述参考荧光体的以前的LED组件的色线以及对应包括 YAG:Ce荧光体(具有在图1中所示的发光曲线）的改善的LED组件的色线； 图4显示来自使用以下物质合成的三种示例性YAG:Ce荧光体的归一化PL发射光谱： (a)仅Ce02作为在反应混合物中的含铈前体；（b)仅CeF3作为在反应混合物中的含铈前体； 以及（c) &02和CeF 3两者以1:1的重量比率作为在反应混合物中的含铈前体； 图5显示了为包括蓝色LED和使用以下物质合成的YAG:Ce荧光体的示例性LED组件 所测定的色线：（a)仅Ce02作为在反应混合物中的含铈前体；（b)仅CeF 3作为在反应混合 物中的含铈前体；以及（c )以1:1的重量比率在反应混合物中的CeOjP CeF 3两者； 图6显示包含蓝色LED和与所述蓝色LED进行光通信的黄色荧光体的示例性LED组件 的不意图；和 图7显示包含蓝色LED和与所述蓝色LED进行光通信的黄色荧光体和红色荧光体的示 例性LED的示意图。
[0015] 发明详述 本文描述了将未有先例的量的Ce结合在YAG:Ce荧光体中的方法。通过增加在YAG主 晶格中的Ce的量，可使所述黄色荧光体的发射偏移至较长波长，而并没有损害在提高的温 度例如发光器件的运行温度下的荧光体的性能。该方法可解决与化学取代有关的热猝灭问 题并且可避免添加红色荧光体的需要。当改善的YAG: Ce荧光体结合蓝色LED使用时，可生 产高亮度的白光发射器件，其具有位于E3至E6中性白色色区内的色点（color point)。
[0016]如在本公开中所使用的，"荧光体"或"荧光体组合物"可指吸收某一波长的光并且 再发射不同波长的光的材料，其中所述再发射包括可见光。术语荧光体可在本文中被用来 指有时被称为发焚光的（fluorescent)和/或发磷光的（phosphorescent)材料的材料。 [0017]也如本文中所使用的，"主晶格"指的是进一步包括掺杂剂或"活化剂"的给定材料 的晶格。
[0018] "峰值发射波长"指的是光的波长，在该波长处荧光体或LED的发射强度为最大值。 led典型地具有紧密集中在所述峰值发射波长附近的发光光谱或强度分布。可根据在最大 光强度的一半处所测得的强度分布的宽度(被称为半峰全宽或"FWHM"宽度）进一步描述荧 光体或LED的发光光谱。
[0019] "主波长"指的是具有与如人眼感觉到的从所述荧光体或LED所发射的光相同的表 观色（apparent color)的光波长。因此，主波长不同于峰值波长，因为所述主波长考虑人 眼对不同波长的光的敏感度。
[0020] 确定被描述成与第二器件或荧光体"进行光通信"的第一器件或荧光体的位置以 便从所述第一器件发射的光达得到所述第二器件。
[0021] 如本文中所使用的，"CCX"或"CCX"指的是相关色X并且"ccy"或"CCY"指的是 相关色y，其中使用标准颜色匹配函数(其描述了 1931 CIE色空间或色度图)来计算这些坐 标（ccx、ccy)〇
[0022] 术语"区"或"色区"指的是如ANSI C78. 377所定义的1931 CIE色度图的各分区 (partition)。术语"亚区"或"色亚区"指的是如Cree, Inc?给XLamp白色LED所定义的 ANSI定义的区的进一步的子区（subdivision)。1931 CIE色空间的一部分的区和亚区在图 2B中示出。
[0023] "还原环境"为被控制以基本上不包括氧气和/或氧化气体的环境。所述还原环境 可进一步含有活性还原气体。
[0024] 应理解，当元件例如层、区域或基底被指出在另一个元件"上"时，它可直接在所 述其它元件上或介于中间的元件也可存在。此外，相对术语例如"内部"、"外部"、"上部"、 "在…上方"、"在…之上"、"覆盖"、"在…之下"、"在…下面"、"顶部"、"底部"以及类似术语， 在本文中可被用来描述各元件之间的关系。应理解，这些术语旨在包括与在图中所描述的 那些不同的器件定位（orientation) 〇
[0025] 虽然术语第一、第二等在本文中可被用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部 件，这些元件、组件、区域、层和/或部件不应被这些术语限制。这些术语仅被用来将某一元 件、组件、区域、层或部件与另一区域、层或部件区分开来。因此，在下文中所讨论的第一元 件、组件、区域、层或部件可被称为