发光物质和含这种发光物质的光源制造技术

本发明专利技术涉及一种具有石榴石结构的发光物质，其特征在于加有Ｓｉ。其特别适于通过具有发射波长为２５０－５５０ｎｍ的光源的光子激发。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种权利要求1的前述部分的发光物质和含这种发光物质的光源。特别是涉及基于石榴石的适用于光源如LED和灯的发光物质。
技术介绍
从DE-GM 20108013中已知一种发光物质和含这种发光物质的光源，该发光物质是某些稀土元素的石榴石，各种稀土元素的应用提供了在一定限度内调节发光物质色位的可能性。但在这类发光物质中如果Y不是由稀土占据的晶格位置的主成分，则这类发光物质是较不稳定的或这类发光物质的效率低或仅有小的吸收能力。虽然在石榴石中Al可由Ga部分取代，特别是在该已知的其色位处于绿光谱范围的发光物质情况下，可激发性和由此产生的转换效率是不令人满意的。对一种用于实现白光LED的已知石榴石发光物质的所需色位的另一限制在于，常需要较高的铈浓度，但这在制备工艺上要有非常大的耗费才能实现。为达到如相应于中性白光色或暖白光色的某些色位，必需应用多种发光物质的组合。这种双组分体系原则上有多个缺点较长波发光物质通常吸收短波发光物质的发射。此外，该发光物质的颗粒大小必需相互适配，以不发生团聚作用或沉积作用。另一因素是必需以精确的混合比非常均匀地混合发光物质，以避免色位波动。最后该已知的发光物质通常有不同的温度相关性，由此在LED变暗或不同的环境温度下会发生色位偏移。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种权利要求1的前序部分的发光物质，该发光物质的特征是在宽的色度图范围内对色位的选择具有耐久性和高灵敏度。本专利技术的另一目的在于制备一种具有石榴石结构的稳定高效的绿发光物质，其适用于基于短波发射的主LED例如具有长使用寿期的发射蓝光的主LED的全色适用的LED中。本专利技术的另一目的在于制备一种高效石榴石发光物质，其具有淮确适配于光子激发、特别是适配于通过白光LED激发的色位，以及提供一种光源，特别是仅以一种发光物质作为转换体的具有中性白光显色至暖白光显色的白光LED。在应用单一的发光物质时，可限制色位波动且生产简单，因为不存在混合问题和沉积问题。当然该发光物质也可与其它发光物质组合应用以提供光源。这些目的是通过权利要求1的特征部分实现的。特别有利的方案列于从属权利要求中。按本专利技术，组分B，特别是Al3+被Si4+取代导致在具有石榴石结构的发光物质体系如Y(Al，Ga)G:Ce中的明显色位移动。通常由于电荷补偿原因总需要另一组分，因为Si是四价离子，而组分B如Al是三价离子。由于此原因，至今总是仅研究显而易见的方法，即用另一种占据同样晶格位的三价离子如Ga或In来取代A。为实现此目的有多种方法。在第一种方案中，随Si同时引入占据同样晶格位的但具有价位小于3的离子KB，即一价或二价的离子如Mg2+。另一可能性例如是Be2+。在这些情况下，代用离子KB常以氧化物引入，以致由于石榴石结构而不需另外的电荷补偿。在第二种方案中采用另一方法，其中随Si同时引入占据具有相反电荷极性的另一晶格位的离子KC。由于该不同的电荷极性，在此情况下价态的选择不构成限制。在此情况下特别优选是用氮(意指N3-)取代氧(意指O2-)。在第三种方案中，随Si同时引入占据另一晶格位的离子KA，即组分A。这时电荷极性再次与Si的电荷极性相同。适用的候选元素例如是Na和Li。在第四种方案中，无其它离子随Si引入，而是通过位错(按Krger-Vink，如果该位错在晶格位A、B或O处，则用VA或VB或VC表示)进行电荷补偿，该位错本身的价态认为是零。通常优选适用的离子是其半径尽可能接近待取代的离子的半径的离子。在实际中表明，在较大半径情况下，该限值为30％，即半径大1.3倍。在半径小于待取代离子半径的离子情况下，该限值明显远不重要的。在保持石榴石结构下的取代与新型次氮基硅酸盐无关，尽管其可由类似的单一组分组成，但具有完全不同的化学计量、晶格结构和发射特性；一种典型的晶格结构是α-Sialon，参见“On new rare-earth dopedM-Si-Al-O-N materials”，van Krevel，TU Eindhoven 2000，ISBN 90-386-2711-4，第2章。具体而言，在通过用N3-取代O2-而进行的同时电荷补偿情况下，意外地表明比至今文献中已知的用Ga通常部分取代Al的相应石榴石即Y(Al，Ga)G:Ce有明显较短波的发射。这时几乎保持了该纯YAG:Ce发光物质的高量子效率。例如可合成具有4摩尔％的铈作为活化剂和主波长为559-573nm的量子效率约为85-90％的发光物质。不使用硅时就必需大大减少铈掺杂，以达到可比主波长。在4％铈掺杂情况下，实际上达到的最短主波长是563nm。该铈掺杂为0.1-10％。意外的是在(Y，Tb，Gd)AG:Ce型纯含Al的石榴石发光物质中的取代有不同作用。在YAG:Ge中用Si少量取代(＜1摩尔％)Al可使主波长向较长波长移动几nm，同时不降低该发光物质的效率。由此可“最佳”调节该标准白光LED的白色位，而无需引入通常低效的第二种发光物质以校准色位。如果将硅含量增加到不大于20摩尔％，特别1是-20摩尔％，优选不大于10摩尔％，则得到越来越明显可见的红色铈发射。由此，主波长移动到直至584nm。这表明在应用这种发光物质时，例如仅用一种发光物质即可制成其色温约为3200K、Ra值约为75-80的暖白光LED。该发光物质的量子效率随Si含量下降而增加。因此，相应的LED效率随色温增加而增加。这可实现一种光色与日光类似是从中性白光到暖白光的范围、特别是色温为2600-6500K的光源。本文中的石榴石结构当然也意指稍偏离理想的石榴石的基于位错或晶格扰动的结构，只要该晶体保持典型的石榴石结构即可。本专利技术的典型的发光物质具有包含新型基本变体A3-uB5-vSixO12-w:D的理想石榴石结构A3B5O12:D，其中Si仅位于组分B的晶格位上，并必需保持电中性，例如以A3B5-xSixKyO12-y:D形式实现，其中A＝稀土金属(SE)，选自Y、Gd、Tb、La、Lu，单独或组合使用；B＝Al、Ga，单独或组合使用； D＝代替SE的活化剂，选自Ce、Pr、Eu，单独或组合使用；K＝电荷补偿剂，特别是选自Mg2+、Be2+和N3-，其补偿Si的电荷失配。其中特别适用的是0＜x≤1以及0≤y≤2x。y值与晶格结构的单位有关，特别是在K＝N情况下y＝x。通常特别要具体考虑，不同的晶格位可具有不同的价态，以致在考虑在晶格位A上的可能的补偿组分KA、在晶格位B上的可能的补偿组分KB、和在氧晶格位上的可能的补偿组分KC的情况下的变体石榴石的形成会导致通式为ABo:D，其中活化剂D归入组分A。换句话说，该式也可表示为ABo。其中a#值与a值不同，该值如本身已知的由a通过并入掺杂的D而得。该系数的主要条件通常可表示为a(mKA-3)+b(mKB-3)+x＝s(-mKC-2)。其中m是组分KA、KB或KC的引入离子的各自价态，假定可能的位错的价态m＝0。本专利技术具有多种基本的实施方案第一种类型是Si取代部分元素B，其中Si通过渡运即氧取代机理例如借助氮引入，以致下式为化学计量式A3B5-xSixo:D，下标O表述晶格位O。其中N是类型KC的离子，特别是s≤1.5和x≤1.5，优选x＝s。第二种类型是Si部分取代元素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有Ａ↓［３］Ｂ↓［５］Ｏ↓［１２］：Ｄ型石榴石结构的发光物质，其特征在于，部分组分Ｂ由含量为ｘ的Ｓｉ所取代，其中为进行电荷补偿，可引入至少一种其它组分Ｋ，式中Ａ＝稀土金属，Ｂ＝单独或组合的Ａｌ、Ｇａ，Ｄ＝稀土金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T费德勒，T弗里斯，F耶曼，M察豪，F茨瓦希卡，
申请(专利权)人：电灯专利信托有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]