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發(fā)射白光的發(fā)光二極管的制作方法

文檔序號(hào):7146043閱讀:361來源:國知局
專利名稱:發(fā)射白光的發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及熒光轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種發(fā)射白光的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)
基于發(fā)光二極管(LED)的白光固態(tài)照明光源具有無毒、壽命超長(10萬小時(shí))、高效節(jié)能、全固態(tài)、工作電壓低、抗震性及安全性好等諸多優(yōu)點(diǎn),可廣泛用于各種照明設(shè)施上,包括室內(nèi)用燈、交通指示燈、路燈、汽車用尾燈、方向燈、剎車燈、戶外用超大型屏幕、顯示屏和廣告板等,是一種環(huán)保、節(jié)能的新型綠色照明光源,被普遍認(rèn)為是21世紀(jì)替代傳統(tǒng)照明器件的新光源。目前白光LED主要米用突光粉光轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射,具體方案為選擇黃光突·光粉為具有Y3Al5O12 = Ce3+結(jié)構(gòu)的釔鋁石榴石(YAG)材料(參見美國專利US20010001207),涂敷在藍(lán)色LED芯片上,黃光熒光粉將藍(lán)色LED芯片發(fā)出的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光,再與透射出的藍(lán)光混合成白光,該方案中,釔鋁石榴石材料存在材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成相溫度過高(> 1500°C),溫度猝滅特性顯著的缺點(diǎn),嚴(yán)重影響白光LED的發(fā)光效率及性能,進(jìn)而制約其發(fā)展,同時(shí),釔鋁石榴石材料中含有稀土釔(Y)元素,增加了白光LED的制備成本。因此,迫切需要研制出一種發(fā)光效率高、性能穩(wěn)定、成本低的發(fā)射白光的新型發(fā)光二極管。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的由釔鋁石榴石材料制備的發(fā)射白光的發(fā)光二極管存在發(fā)光效率低、性能差、成本高的問題,本發(fā)明提供一種發(fā)射白光的發(fā)光二極管。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下發(fā)射白光的發(fā)光二極管,包括藍(lán)光InGaN芯片,還包括涂敷在所述藍(lán)光InGaN芯片上的黃光熒光粉和封裝材料,兩者按照重量比為O 50%的比例混合均勻,涂敷在藍(lán)光InGaN芯片上經(jīng)灌封固化后制得發(fā)射白光的發(fā)光二極管;所述黃光熒光粉的化學(xué)式為Ca1^yMaO: Ce3+xR+y,其中a、x、y為元素摩爾分?jǐn)?shù),取值范圍分別為0<a ( O. l,0〈x=y ^ O. 05, M 代表 Be2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+ 或 Cd2+,R 代表 Li、Na、K、Rb、Cs、Ag 或 Cu。所述封裝材料為環(huán)氧樹脂或有機(jī)硅材料。所述a、X、y 的取值分別為a=0. 03 ;x=y=0. 006 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的一種發(fā)射白光的發(fā)光二極管,采用的化學(xué)式為Ca1^MaO: Ce3+xR+y的黃光熒光粉具有基質(zhì)材料結(jié)構(gòu)簡單、成相溫度低、溫度猝滅特性優(yōu)良、成本低及無污染等優(yōu)點(diǎn),從而使制作出的發(fā)射白光的發(fā)光二極管具有優(yōu)良的發(fā)光性能顯色指數(shù)Ra > 80,色溫Te〈5000K,流明效率> 50 lm/W。


圖I為實(shí)施例I制備的化學(xué)式為Caa88Mga^Ce3+。.C1LiYtll的黃光熒光粉的激發(fā)光譜圖(峰值位于472nm,與白光LED管芯即藍(lán)光InGaN芯片匹配)。圖2為實(shí)施例I制備的化學(xué)式為Caa88Mga^Ce3+。.C1LiYtll的黃光熒光粉的發(fā)射光譜圖(峰值位于557nm,呈現(xiàn)黃光發(fā)射)。圖3為實(shí)施例I制備的化學(xué)式為Caa88Mga^Ce3+。.C1LiYtll的黃光熒光粉的溫度特性曲線圖(150°C時(shí)的強(qiáng)度保持了室溫時(shí)強(qiáng)度的90%,具有優(yōu)良的溫度特性)。圖4為實(shí)施例I制備的化學(xué)式為Caa88Mga^Ce3+。. C1LiYtll的黃光熒光粉制成的發(fā)射白光的發(fā)光二極管的發(fā)射光譜圖(驅(qū)動(dòng)電流為20mA)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)射白光的發(fā)光二極管,是將化學(xué)式為Ca1^yMaO:Ce3+xR+y的黃光熒光粉與封裝材料按照重量比為O 50%的比例混合均勻,涂敷在藍(lán)光InGaN (銦鎵氮)芯片上經(jīng) 灌封固化后制得的,封裝材料選擇環(huán)氧樹脂或有機(jī)硅材料,化學(xué)式為CaimMWiCe'R+y的黃光熒光粉中,a、x、y為元素摩爾分?jǐn)?shù),取值范圍分別為0〈a ( O. l,0<x=y ( O. 05,M代表Be2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+ 或 Cd2+,優(yōu)選為 Zn2+,R 代表 Li、Na、K、Rb、Cs、Ag 或 Cu,優(yōu)選為 Li。所述化學(xué)式為Ca1^yMaO:Ce3+xR+y的黃光熒光粉與封裝材料的重量比是由熒光粉通式中不同元素的摻雜量決定的,重量比必須大于0,取O沒有意義,值越大,說明加入的黃光熒光粉的量越多,黃光熒光粉發(fā)的光就越強(qiáng),透射出管芯的光就越弱。本發(fā)明所述化學(xué)式為Ca1HyMaO:Ce3+xR+y的黃光突光粉的制備方法如下(I)采用高溫固相法,以化學(xué)式為Ca1^MaO:Ce3+xR+y中,鈣(Ca)的氧化物、碳酸鹽或其他相應(yīng)鹽類,M (Be2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+或Cd2+)的氧化物、碳酸鹽或其他相應(yīng)鹽類,鈰的氧化物、碳酸鹽或其他相應(yīng)鹽類,R (Li、Na、K、Rb、Cs、Ag或Cu)的氧化物、碳酸鹽或其他相應(yīng)鹽類為原料,按照化學(xué)計(jì)量比稱取,充分研細(xì)混勻,得到混合物樣品;(2)將步驟(I)中得到的混合物樣品置入坩堝中,在還原氣氛條件下,放入高溫管式爐或馬弗爐中焙燒,焙燒溫度為1100 1350°C,焙燒時(shí)間為I 8h,得到燒結(jié)體;(3)將步驟(2)中得到的燒結(jié)體經(jīng)過后處理后得到化學(xué)式為Ca1^yMaO:Ce3+xR+y的黃光突光粉。步驟(2)中,所述坩堝為高純剛玉坩堝、鉬坩堝、鉛坩堝或氮化硼坩堝。步驟(2)中,所述還原氣氛為一氧化碳(CO)、氨氣(NH3)或氮?dú)浠旌蠚?N2/H2)。步驟(2)中,所述焙燒溫度中的最佳焙燒溫度是由化學(xué)式CalmMaO:Ce3+xR+y中不同元素的摻雜量決定的。步驟(2)中,所述焙燒時(shí)間中的最佳焙燒時(shí)間是由化學(xué)式CalmMaO:Ce3+xR+y中不同元素的摻雜量決定的。步驟(3)中,所述后處理包括研磨、洗滌、干燥。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I以化學(xué)式為Caa88Mga^Ce3Y的黃光突光粉制備發(fā)射白光的發(fā)光二極管,其中,M 為 Mg,R 為 Li, a=0. 1,x=y=0. 01。采用高溫固相法,按照化學(xué)式Caa88Mga A:Ce\ Μ中各元素化學(xué)計(jì)量比稱取4.928g Ca0,0. 4gMg0,0. 173g CeO2,0. 088g Li2CO3,充分研細(xì)混勻,置入高純剛玉坩堝中,在氮?dú)浠旌蠚?N2/H2)還原氣氛條件下,放入高溫管式爐中,在1300°C焙燒4小時(shí),冷卻、研磨、洗漆,干燥后即得 到化學(xué)式為Caa88Mga ^Ce3Y (uLi+d.m的黃光突光粉,將此黃光突光粉與環(huán)氧樹脂按重量比為10%的比例進(jìn)行混合,涂敷在藍(lán)光InGaN芯片上,經(jīng)灌封固化后制得發(fā)射白光的發(fā)光二極管。在正向驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí),相關(guān)色溫為4524K ;發(fā)光色坐標(biāo)為x=0. 35,y=0. 33 ;白光的光效和平均顯色指數(shù)分別為51 Im / W和82 %。實(shí)施例2以化學(xué)式為Caa88Sra^Ce3、.(uLi+d.m的黃光突光粉制備發(fā)射白光的發(fā)光二極管,其中,M 為 Sr,R 為 Li, a=0. 1,x=y=0. 01。采用高溫固相法,按照化學(xué)式Caa88Sra A:Ce\ C11中各元素化學(xué)計(jì)量比稱取
4.928g CaO, I. 036g Sr0,0. 173g CeO2,0. 088g Li2CO3,充分研細(xì)混勻,置入鉬坩堝中,在一氧化碳(CO)還原氣氛條件下,放入馬弗爐中,在1200°C焙燒5小時(shí),冷卻、研磨、洗滌,干燥后即得到化學(xué)式為Ca^Si^ChCe'dLi+^的黃光熒光粉,將此黃光熒光粉與有機(jī)硅材料按重量比為20%的比例進(jìn)行混合,涂敷在藍(lán)光InGaN芯片上,經(jīng)灌封固化后制得發(fā)射白光的發(fā)光二極管。經(jīng)過測(cè)試,上述得到的發(fā)射白光的發(fā)光二極管顯色指數(shù)Ra > 80,色溫Te〈5000K,流明效率> 50 lm/W,性能優(yōu)異。實(shí)施例3以化學(xué)式為Caa88Baa^Ce3、.(uLi+d.m的黃光突光粉制備發(fā)射白光的發(fā)光二極管,其中,M 為 Ba,R 為 Li, a=0. 1,x=y=0. 01。采用高溫固相法,按照化學(xué)式Caa88Baa A:Ce\ C11中各元素化學(xué)計(jì)量比稱取4. 928g CaO, I. 533g Ba0,0.173g CeO2,0. 088g Li2CO3,充分研細(xì)混勻,置入鉛坩堝中,在氨氣(NH3)還原氣氛條件下,放入高溫管式爐中,在1250°C焙燒6小時(shí),冷卻、研磨、洗滌,干燥后即得到化學(xué)式為Caa88BaaiO:Ce3+a(llLi+a(ll的黃光熒光粉,將此黃光熒光粉與有機(jī)硅材料按重量比為30%的比例進(jìn)行混合,涂敷在藍(lán)光InGaN芯片上,經(jīng)灌封固化后制得發(fā)射白光的發(fā)光二極管。經(jīng)過測(cè)試,上述得到的發(fā)射白光的發(fā)光二極管顯色指數(shù)Ra > 80,色溫Te〈5000K,流明效率> 50 lm/W,性能優(yōu)異。實(shí)施例4至實(shí)施例147 制備發(fā)射白光的發(fā)光二極管所采用的黃光熒光粉的制備步驟與實(shí)施例1、2、3皆相同,其焙燒溫度和焙燒時(shí)間都列于表I中,發(fā)射白光的發(fā)光二極管的封裝步驟與實(shí)施例
1、2、3皆相同。表I
權(quán)利要求
1.發(fā)射白光的發(fā)光二極管,包括藍(lán)光InGaN芯片,其特征在于,還包括 涂敷在所述藍(lán)光InGaN芯片上的黃光熒光粉和封裝材料,兩者按照重量比為O 50%的比例混合均勻,涂敷在藍(lán)光InGaN芯片上經(jīng)灌封固化后制得發(fā)射白光的發(fā)光二極管;所述黃光熒光粉的化學(xué)式為CamM^Ce'R+y,其中a、x、y為元素摩爾分?jǐn)?shù),取值范圍分別為0<a 彡 O. l,0<x=y 彡 O. 05,M 代表 Be2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+ 或 Cd2+,R 代表 Li、Na、K、Rb、Cs、Ag 或 Cu。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)射白光的發(fā)光二極管,其特征在于,所述封裝材料為環(huán)氧樹脂或有機(jī)娃材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)射白光的發(fā)光二極管,其特征在于,所述a、X、y的取值分別為a=0. 03 ;x=y=0. 006。
全文摘要
發(fā)射白光的發(fā)光二極管,涉及熒光轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域,解決了現(xiàn)有的發(fā)射白光的發(fā)光二極管存在發(fā)光效率低、性能差、成本高的問題,該二極管包括藍(lán)光InGaN芯片,涂敷在所述藍(lán)光InGaN芯片上的黃光熒光粉和封裝材料,兩者按照重量比為0~50%的比例混合均勻,涂敷在藍(lán)光InGaN芯片上經(jīng)灌封固化后制得發(fā)射白光的發(fā)光二極管;所述黃光熒光粉的化學(xué)式為Ca1-a-x-yMaO:Ce3+xR+y,a、x、y為元素摩爾分?jǐn)?shù),取值范圍0<a≤0.1,0<x=y≤0.05,M為Be2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+或Cd2+,R為Li、Na、K、Rb、Cs、Ag或Cu。本發(fā)明的發(fā)光二極管發(fā)光性能優(yōu)異。
文檔編號(hào)H01L33/50GK102931327SQ201210484028
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者郝振東, 張家驊, 張霞 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
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