一种红外LED光源制造技术

本发明专利技术提供了一种红外LED光源，其包括蓝光LED芯片以及涂覆在所述蓝光LED芯片上或在芯片上方一段距离的荧光粉，荧光粉发射红外或近红外光，且结构式为MaxL(y‑s‑r)QzOw:Crs,Rr。通过选择具有不同光谱结构的红外发射荧光粉，在蓝光LED芯片的激发下实现760～1500nm波段的近红外‑红外光，该红外LED光源可应用于虹膜识别、遥控、红外传感及食品检测等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种红外LED光源
本专利技术涉及LED发光领域，具体涉及一种红外LED光源。
技术介绍
传统红外发射二极管(IR-LED)主要采用砷化镓(GaAs)或砷铝化镓(GaAlAs)芯片制作而成，在注入的电子与空穴复合时发出红外线。根据红外线的特性，不同波长的红外线在很多领域都有广泛的应用前景。例如660～780nm的近红外光可用于促进植物生长，760～805nm的红外光可用于医疗及健康领域，用于检测脂肪的含量，810nm的红外线可用于虹膜识别，940nm的红外线可用于遥控器等等。然而，长期以来传统红外发射二极管都有转换效率偏低的问题；而且，由于不同应用领域对红外光波段有特殊的要求，通过调节GaAs的组份配比及磊晶工艺对其发射波长实现调节，给实际生产带来了非常大的不便，进而造成红外LED光源器件的价格长期居高不下；再加上，用于制造传统红外LED芯片的重金属As元素会对环境造成严重的污染，随着对环境保护的要求越来越高，工业发展对电子产品中重金属有毒元素的限制也越来越严格。因此开发一种环保、低成本、转换效率高的红外LED光源是目前产业界的一项重要课题。现有公开的文献报道了采用荧光粉进行光转换的解决方案。中国专利CN105932140公开了一种近红外波长LED光源，其方案采用激发光源与荧光粉组合得到红外光。然而一方面，其激发光源与特定荧光粉的几种组合，不能通过荧光粉以及激活离子的调整，来满足广泛的红外光波段应用需求；另一方面，该专利公开的技术方案中，一部分采用红外LD、690nm或306nm的LED作为激发源，由于红光LED、紫外LED以及红外LD目前效率较低同时制造成本居高不下，导致荧光粉在他们的激发下发射效率低下，所以整体组合效率低、成本高。另有中国专利CN202268389公开了一种采用蓝光芯片激发下转换荧光粉的近红外二极管，其荧光粉以稀土离子和Yb离子共掺杂作为激活剂，其中共掺杂的离子对包含Pr-Yb、Er-Yb、Ho-Yb、Nd-Yb、Tm-Yb或Tb-Yb，从而实现中心波长在980nm附近的红外光。日本专利JP2010100146公开了采用紫外光LED芯片激发YAG:Ce,Er荧光粉产生波长在1500nm左右的红外光。专利JP2012034699公开了采用紫外光或可见光LED激发Y3(Al,Ga)5O12:Ce,Er产生1640～1660nm波段的红外光。然而这些专利公开的技术方案中，荧光粉发射波长处于大于980nm的红外光波段，不能满足广泛的红外光波段应用需求。综合现有的技术方案，可知现有技术方案在转换效率和红外发光的覆盖范围这两个方面存在明显不足。如上所述：采用波长长达590nm以上的长波可见光或300nm左右的短波紫外线作为激发源，不仅效率非常低下而且价格高昂，同时由于所采用的荧光粉的效率相对低下，因此难以获得高效的红外LED光源；而波长在780～1500nm范围内的红外光应用价值非常高，但现有公知技术涉及很少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种新型的红外LED光源。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种红外LED光源，包括：发光波长范围覆盖440～470nm的蓝光LED芯片；覆盖在所述蓝光LED芯片表面或在蓝光LED芯片上方一段距离的荧光粉，荧光粉的结构式为MaxL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr；其中M为Zn、Y、Gd、Lu、La、Ca、Mg、Li、Sr、Ba、K中的至少一种；L为Ga、Al、B、In中的至少一种；Q为Si、Ge、Sn中的至少一种；R为Yb、Er、Bi、Zn、Nd中的至少一种；a是M的化合价态，取值1～3之间整数；1≤x≤6；0≤y≤6；0≤z≤6；w＝(a×x+3y+4z)/2；0.001≤s≤0.2；0≤r≤0.1；所述荧光粉发射760～1500nm的红外或近红外光。所述覆盖在所述蓝光LED芯片上方一段距离的荧光粉，是指该红外LED光源采用远程激发的结构方式封装荧光粉。封装的具体方式例如为：将荧光粉和封装胶混合固化后，形成荧光粉膜片，并封装于蓝光LED芯片上方。针对现有公知的如红外长余辉荧光粉等，由于其应用领域的不同，其无法有效吸收440-470nm蓝光的不足，本专利技术在选定激活剂(或激活剂组合)和用量的基础上，通过调整M元素的组合和比例，可以实现荧光粉对440-470nm范围内蓝光的有效吸收，提高红外LED的发光效率。本专利技术巧用蓝光LED芯片结合MaxL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr类荧光粉发射红外光或近红外光，一方面，其中的Cr离子在MaxL(y-s-r)QzOw基质提供的晶体场环境中能够较强地吸收蓝光芯片提供的440-480nm范围内蓝光；另一方面，通过调节荧光粉结构式中阳离子的组分比例以及激活剂离子的组合形式和掺量，即能够实现对荧光粉晶体场强度的调节，从而使得发射光覆盖范围可以在760-1500nm范围内可调；再一方面，采用Cr作为主激活剂离子，由于Cr离子的发射来自于选择定则允许的能级间跃迁，从而保证了较高的发射效率，采用R与Cr相结合，R作为第二个掺杂元素，能够充当敏化剂，使得产品具有更高的发光亮度，R作为第二发光元素，扩展了发射光谱，能够拓展本专利技术LED红外荧光粉的应用。本专利技术的目的还可以进一步优选：作为本专利技术的一个优选方案，前述r的取值范围为0.001≤r≤0.1。作为本专利技术的一个优选方案，前述蓝光LED芯片为发光波长范围覆盖440～460nm的蓝光LED芯片。作为本专利技术的一个优选方案，前述荧光粉的结构式为MaxGa(y-s-r)GezOw:Crs,Rr。在该优选方案中，采用蓝光芯片结合MaxGa(y-s-r)GezOw:Crs,Rr荧光粉，主激活剂离子Cr在镓酸盐或者镓锗酸盐中取代Ga的位置，两者化学价态和离子半径均相当，一方面取代后不会引起较大的晶格畸变，使得荧光粉中由取代所产生的晶格缺陷较少，另外一方面也为Cr离子的高效发光提供了更有益的晶体场环境。采用镓酸盐或者镓锗酸盐基质晶体结构具有较大的刚性导致镓酸盐或者镓锗酸盐具有优异的化学和热稳定性能，从而确保长期使用光衰减较小。作为本专利技术的进一步优选方案，前述荧光粉结构式为M3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr，其中，M为Y、Gd、Lu、La中的至少一种。该体系荧光粉可以有效吸收蓝光芯片发射的440-470nm范围内的蓝光，通过选择M元素的种类可以应用于遥控器或食品检测领域。作为本专利技术的一个优选应用方案，前述荧光粉的结构式为：Gd3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr，其中，0.05≤s≤0.15，0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。作为本专利技术的一个优选应用方案，前述荧光粉的结构式为：La3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr，其中，0.05≤s≤0.3，0≤r≤0.05，R为Yb、Er、Nd中的至少一种。作为本专利技术的进一步优选方案，前述荧光粉结构式为M3Ga2-s-rGeO8:Crs,Rr，M3Ga2-s-rGe2O10:Crs,Rr、M3Ga2-s-rGe3O12:Crs,Rr、M3Ga2-s-rGe4O14:Crs,Rr中的一种，其中M为Zn、Ca、Sr、Ba、Mg中的至少一种。该体系荧光粉可以有效吸收蓝光芯片发射的440-470本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外LED光源，其特征在于包括：发光波长范围覆盖440～470nm的蓝光LED芯片；覆盖在所述蓝光LED芯片表面或在蓝光LED芯片上方一段距离的荧光粉，荧光粉的结构式为MaxL(y‑s‑r)QzOw:Crs,Rr；其中M为Zn、Y、Gd、Lu、La、Ca、Mg、Li、Sr、Ba、Na、K中的至少一种；L为Ga、Al、B、In中的至少一种；Q为Si、Ge、Sn中的至少一种；R为Yb、Er、Bi、Zn、Nd中的至少一种；a是M的化合价态，取值1～3之间整数；1≤x≤6；0≤y≤6；0≤z≤6；w＝(a×x+3y+4z)/2；0.001≤s≤0.2；0≤r≤0.1；所述荧光粉发射760～1500nm的红外或近红外光。

【技术特征摘要】
2017.01.24 CN 20171005976371.一种红外LED光源，其特征在于包括：发光波长范围覆盖440～470nm的蓝光LED芯片；覆盖在所述蓝光LED芯片表面或在蓝光LED芯片上方一段距离的荧光粉，荧光粉的结构式为MaxL(y-s-r)QzOw:Crs,Rr；其中M为Zn、Y、Gd、Lu、La、Ca、Mg、Li、Sr、Ba、Na、K中的至少一种；L为Ga、Al、B、In中的至少一种；Q为Si、Ge、Sn中的至少一种；R为Yb、Er、Bi、Zn、Nd中的至少一种；a是M的化合价态，取值1～3之间整数；1≤x≤6；0≤y≤6；0≤z≤6；w＝(a×x+3y+4z)/2；0.001≤s≤0.2；0≤r≤0.1；所述荧光粉发射760～1500nm的红外或近红外光。2.根据权利要求1所述的一种红外LED光源，其特征在于：所述r的取值范围为0.001≤r≤0.1。3.根据权利要求1所述的一种红外LED光源，其特征在于：所述蓝光LED芯片为发光波长范围覆盖440～460nm的蓝光LED芯片。4.根据权利要求1-3任一所述的一种红外LED光源，其特征在于所述荧光粉的结构式为:MaxGa(y-s-r)GezOw:Crs,Rr。5.根据权利要求4所述的一种红外LED光源，其特征在于所述荧光粉的结构式为：M3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr，其中，M为Y、Gd、Lu、La中的至少一种。6.根据权利要求5所述的一种红外LED光源，其特征在于：所述荧光粉的结构式为：Gd3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr，其中，0.05≤s≤0.15，0≤r≤0.05,R为Yb、Er、Nd中的至少一种。7.根据权利要求5所述的一种红外LED光源，其特征在于：所述荧光粉的结构式为：La3Ga5-s-rGeO14:Crs,Rr，其中，0.05≤s≤0.3，0≤r≤0.05，R为Yb、Er、Nd中的至少一种。8.根据权利要求4所述的一种红外LED光源，其特征在于所述荧光粉结构式为：M3Ga2-s-rGeO8:Crs,Rr，M3Ga2-s-rGe2O1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锦华，梁超，符义兵，
申请(专利权)人：江苏博睿光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32