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硅酸鍶基磷光體及其制造方法

文檔序號:3800304閱讀:624來源:國知局
專利名稱:硅酸鍶基磷光體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及硅酸鍶基磷光體,更具體地,涉及當(dāng)應(yīng)用于光發(fā)射二極管(LED)或主動發(fā)光LCD時具有非常高發(fā)光效率的硅酸鍶基磷光體,其制備包括將作為激活劑的氧化銪(Eu2O3)添加到硅酸鍶基材中,混合這兩種組分,在特定條件下干燥并熱處理所混合的兩種組分。
背景技術(shù)
通常,為了制造藍(lán)、綠、紅等LED,需要首先制造不同的襯底,如InGaN襯底、GaN襯底、GaAs襯底、ZnO襯底。這一需求需要使用不同的半導(dǎo)體薄膜,這導(dǎo)致制造成本和單位價格增加。因此,如果這些LED可以使用相同的半導(dǎo)體薄膜來制造,那么其工藝得到簡化,從而制造成本和投資成本可以顯著降低。與此同時,流行將白色LED作為發(fā)光設(shè)備、筆記本電腦、手持式終端等的LCD的背光。
關(guān)于制造白色LED的方法,進(jìn)行了用約470nm的紫外線作為激發(fā)源將磷光體進(jìn)一步涂覆在InGaN基LED上的嘗試。例如,通過將發(fā)射黃光(波長560nm)的YAG:Ce(鈰)磷光體涂覆到藍(lán)色I(xiàn)nGaN基LED上來制造白色LED。
然而,由于藍(lán)色LED發(fā)射發(fā)射峰為450-470nm的藍(lán)光,不適合采用YAG:Ce磷光體來實(shí)現(xiàn)白色LED。換言之,藍(lán)色LED的激發(fā)源導(dǎo)致YAG:Ce磷光體對黃光的發(fā)光效率下降。
為了解決前述缺點(diǎn),強(qiáng)烈需要引入一種能夠代替YAG:Ce磷光體實(shí)現(xiàn)黃光的新材料。

發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明已經(jīng)基本避免了由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)所導(dǎo)致的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的在于提供具有寬波譜和主峰大范圍變化的硅酸鍶基磷光體及其制造方法。
為了取得這些和其它優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明的目的,如所舉例和廣泛描述的那樣,提供由以下化學(xué)式表示的硅酸鍶基磷光體Sr2-xSiO4:Eu2+x,其中x為0.001≤x≤1。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種制造硅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)、二氧化硅(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)的混合物;干燥該混合物;以及在還原氣氛下對該干燥后的混合物進(jìn)行熱處理。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面,提供一種白色LED芯片,包括LED;和硅酸鍶基磷光體,該磷光體被LED發(fā)射的光所激發(fā)并由以下化學(xué)式表示Sr2-xSiO4:Eu2+x,其中x為0.001≤x≤1。
根據(jù)本發(fā)明,可以得到顯示寬波譜和具有取決于銪濃度的易于移動的主峰的黃色磷光體。因此,當(dāng)將本發(fā)明的黃色磷光體應(yīng)用于長波LED和主動發(fā)光LCD時,可以改善色純度并提高發(fā)光效率。


由以下詳細(xì)說明和附圖可明顯看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn),其中圖1為本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體在405nm激發(fā)波長下的光致發(fā)光發(fā)射光譜;圖2為本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體所應(yīng)用的LED的示意截面圖;圖3為發(fā)射白光的InGaN基YAG:Ce LED和GaN基Sr2-xSiO4:Eu2+xLED的相對發(fā)射光譜。
具體實(shí)施例方式
下文中,將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的是在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下,可以從中進(jìn)行各種改進(jìn)和變化。因而,本發(fā)明涵蓋處于所附權(quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi)的本發(fā)明的改進(jìn)和變化。
下文中,將說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)關(guān)于硅酸鍶基磷光體的制造方法的具體實(shí)施方案。
首先,將碳酸鍶(SrCO3)、二氧化硅(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)稱重并用溶劑混合。
具體地,以相對于構(gòu)成硅酸鍶基材的鍶含量為0.001-1的摩爾比加入用來摻雜基材的氧化銪(Eu2O3)。更優(yōu)選地,相對于鍶含量的氧化銪(Eu2O3)的摩爾比為0.01-0.3。這是因?yàn)槟柋鹊陀?.001的氧化銪(Eu2O3)的量不足以用作激活劑,而氧化銪(Eu2O3)摩爾比高于1則由于濃度猝滅現(xiàn)象導(dǎo)致發(fā)光度下降。
之后,在烘箱中干燥該混合物。此時,干燥溫度為100-150℃且干燥時間為1-24小時。
之后,將干燥后的混合物裝入高純度鋁管中并且在電爐中在混有氫氣氣體的還原氣氛中熱處理。如果熱處理溫度低于800℃,則不能完全生成硅酸鍶晶體,從而降低發(fā)光效率,而如果該溫度超過1500℃,則由于高響應(yīng)導(dǎo)致發(fā)光度下降。因此,熱處理溫度設(shè)定范圍為800-1500℃,持續(xù)時間為1-48小時。
具體地,混有氫氣的氣體使用含有2-25重量%氫氣的氮?dú)?,從而生成還原環(huán)境。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例在本實(shí)驗(yàn)中,為了具體實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案,使用丙酮作為溶劑來稱重和混合碳酸鍶(SrCO3)、二氧化硅(SiO2)和氧化銪(Eu2O3),然后使用球磨機(jī)或瑪瑙研缽作為溶劑和碳酸鍶(SrCO3)、二氧化硅(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)組分的混合器。
而且,以相對于構(gòu)成硅酸鍶基材的鍶含量為0.005、0.03、0.05和0.1的摩爾比使用用于摻雜基材的氧化銪(Eu2O3)。而且,在烘箱中的干燥溫度為120℃,干燥時間為24小時,熱處理溫度為1350℃,并且熱處理時間為48小時。
圖1示出通過用405nm的紫外線激發(fā)本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體所獲得的光致發(fā)光光譜的變化。圖1中,(a)、(b)、(c)和(d)分別對應(yīng)于相對構(gòu)成硅酸鍶基材的鍶,摩爾比為0.005、0.03、0.05和0.1的氧化銪(Eu2O3)。
由圖1可見,根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的硅酸鍶基磷光體顯示出具有波長范圍為450-650nm的寬波譜。當(dāng)銪濃度上升時,對應(yīng)于發(fā)光光譜強(qiáng)度最大值的主峰從520增加到550nm。而且,可以看出該光譜具有相對寬的黃光范圍。
通過上述實(shí)驗(yàn),可知硅酸鍶基磷光體顯示出相對寬的波譜。并且,主峰隨銪濃度而變化。因此,當(dāng)將上述硅酸鍶基磷光體作為黃色磷光體應(yīng)用于長波長紫外LED和主動發(fā)光LCD時,它顯示出非常高的效率。
同時,本發(fā)明不僅限于前述干燥條件和熱處理?xiàng)l件。換言之,在干燥溫度變?yōu)?10-130℃、干燥時間變?yōu)?-12小時、熱處理溫度變?yōu)?200-1400℃,且熱處理時間變?yōu)?-5小時的情況下,可以得到相似的結(jié)果。
下文中,將通過比較將硅酸鍶基磷光體應(yīng)用到LED芯片的本實(shí)驗(yàn)實(shí)施例和將傳統(tǒng)YAG磷光體應(yīng)用到LED芯片的對比實(shí)施例來描述本發(fā)明的效果。
圖2示出應(yīng)用本發(fā)明實(shí)質(zhì)的長波長紫外白色LED的結(jié)構(gòu)。
參照圖2,根據(jù)本發(fā)明實(shí)質(zhì)的LED芯片的構(gòu)造包括反射杯202、置于反射杯202上的GaN基LED 204、由從LED 204發(fā)射的光所激發(fā)的磷光體208、連接到LED 204的電極線206,和用來用無色或彩色透明樹脂圍繞LED來成型和密封的外部材料210。
詳細(xì)地,GaN基LED 204通過電極線206與外部電源相連接。形成由從LED 204發(fā)射的光所激發(fā)的磷光體208,以覆蓋LED 204。磷光體和其周圍被無色或彩色透明樹脂外部材料所成型和密封。通過上述結(jié)構(gòu),形成長波長紫外白色LED。其中,該透明樹脂采用環(huán)氧樹脂或硅樹脂。
而且,將磷光體208形成在LED 204的外表面。通過這樣做,將從LED 204發(fā)射的光用作磷光體208的激發(fā)光。
這里,GaN基LED 204發(fā)射405nm的紫外光,并且由LED 204所激發(fā)的磷光體208使用本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體。
接著,比較了根據(jù)本實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的長波長紫外白色LED芯片和根據(jù)相關(guān)技術(shù)的LED芯片。用作對比實(shí)施例的LED芯片為使用YAG:Ce黃色磷光體的長波長紫外LED芯片,其中使用具有460nm波長的YAG磷光體和InGaN芯片。
圖3為比較使用本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體(Sr2SiO4:Eu)制造的白色LED芯片和使用傳統(tǒng)InGaN芯片制造的傳統(tǒng)LED芯片的圖。在圖3的圖中,實(shí)線表示使用本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體(Sr2SiO4:Eu)制造的白色LED芯片的光譜,虛線表示使用傳統(tǒng)InGaN芯片制造的LED芯片的光譜。
參照圖3,使用本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體制造的白色LED芯片顯示出450-650nm的寬波段光譜,而對比實(shí)施例顯示出450-470nm的窄波段光譜,并且顯示出形成主峰的范圍窄。
因此,通過使用本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體,可以改善色純度。同樣,當(dāng)將本發(fā)明的硅酸鍶基磷光體用于長波長紫外LED和主動發(fā)光LCD時,它可以用作高效率黃色涂覆材料。
工業(yè)實(shí)用性如前所述,根據(jù)本發(fā)明可以獲得硅酸鍶基磷光體及其制造方法,所述磷光體具有寬的波譜,且其主峰隨銪濃度變化而在寬范圍內(nèi)變化。特別是,由于主峰可以在寬范圍內(nèi)變化,因此色純度得到改善,從而本發(fā)明的磷光體可以應(yīng)用于高效黃光磷光體。
而且,當(dāng)本發(fā)明的磷光體用于長波長紫外LED和主動發(fā)光LCD時,其可具有非常高的發(fā)光效率。
權(quán)利要求
1.一種硅酸鍶基磷光體,其由以下化學(xué)式1表示Sr2-xSiO4:Eu2+x----化學(xué)式1其中x為0.001≤x≤1。
2.一種制造硅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)、二氧化硅(SiO2)和氧化銪(Eu2O3)的混合物;干燥該混合物;和在還原氣氛下對該干燥后的混合物進(jìn)行熱處理,以形成Sr2-xSiO4:Eu2+x,其中0.001≤x≤1。
3.權(quán)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稱重所述混合物的各組分;并以溶劑混合所述各組分以形成混合物。
4.權(quán)利要求2的方法,其中在100-150℃下進(jìn)行所述干燥步驟。
5.權(quán)利要求2的方法,其中所述干燥步驟進(jìn)行1-24小時。
6.權(quán)利要求2的方法,其中在100-150℃下進(jìn)行所述干燥步驟1-24小時。
7.權(quán)利要求2的方法,其中使用烘箱進(jìn)行所述干燥步驟。
8.權(quán)利要求2的方法,其中在800-1500℃下進(jìn)行熱處理步驟。
9.權(quán)利要求2的方法,其中熱處理步驟進(jìn)行1-48小時。
10.權(quán)利要求2的方法,其中在800-1500℃下進(jìn)行熱處理步驟1-48小時。
11.權(quán)利要求2的方法,其中在110-130℃下進(jìn)行所述干燥步驟8-12小時,并且在1200-1400℃進(jìn)行熱處理步驟2-5小時。
12.權(quán)利要求2的方法,其中所述熱處理步驟在由混有氫氣的氣體形成的還原氣氛中進(jìn)行。
13.權(quán)利要求2的方法,其中所述熱處理步驟在含有2-25重量%氫氣的氮?dú)膺€原氣氛中進(jìn)行。
14.一種白色LED芯片,包括LED;和硅酸鍶基磷光體,其被LED發(fā)射的光所激發(fā)并由以下化學(xué)式1表示Sr2-xSiO4:Eu2+x---化學(xué)式1其中x為0.001≤x≤1。
15.權(quán)利要求14的白色LED,其中從所述磷光體發(fā)射的光的波段為450-650nm。
16.權(quán)利要求14的白色LED,其中將所述LED置于反射發(fā)射光的反射杯上。
17.權(quán)利要求14的白色LED,其中用來激發(fā)所述磷光體的LED為藍(lán)色LED。
18.權(quán)利要求14的白色LED,其中所述LED和所述磷光體由透明樹脂成型。
全文摘要
公開了硅酸鍶基磷光體及其制造方法,其應(yīng)用于長波長紫外LED、主動發(fā)光LCD等,能夠改善色純度和提高發(fā)光效率。該硅酸鍶基磷光體由以下化學(xué)式表示Sr
文檔編號C09K11/77GK1723259SQ200480001872
公開日2006年1月18日 申請日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者金昌海, 樸晶奎, 樸熙東, 林美愛 申請人:韓國化學(xué)研究所
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