光致发光晶片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及发光二极管（LED）制造领域，尤其涉及用于LED的光致发光晶片及其制备方法和应用。光致发光晶片，所述的光致发光晶片为具有通式为A3B5O12的石榴石结构不掺加任何树脂和其它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片的厚度≥20μm，晶粒的尺寸≥10μm；并且，所述的光致发光晶片的元素成分中包括：第一元素A为稀土元素Y、Lu、La、Gd或Sm中的至少一种；第二元素B为元素Al、Ga或In中的至少一种；激活元素为稀土元素Ce，Pr，Tb或Dy中至少一种。本发明专利技术光致发光晶片具有以下特点：发光效率高，发光均匀性好；不会由于粘结剂的光吸收而减小发光层的透光性；光致发光晶片表面容易实施各种光学处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管(LED)制造领域，尤其涉及用于LED的光致发光晶片及其 制备方法和应用。
技术介绍
功率型LED将逐步替代部分传统照明光源成为新一代的照明产品。目前LED照明 产品的主要问题是成本价格偏高，光效、光色与使用寿命也有待进一步提高，而这些问题无 一不与现在用于白光照明的LED的荧光粉材料有密切关。现在这类荧光粉多用日本日亚化 工公司的钇铝石榴石(YAG)，欧司朗公司的铽-石榴石(TAG)之类的黄色荧光粉材料。早在1964年就制备出了固体激光器用钇铝石榴石晶体材料，而后各国科学家对它做 过广泛研究，其中掺铈(Ce)钇铝石榴石粉末黄色光致发光荧光体，由于其余辉时间极短，广 泛应用于彩色电视飞点扫描。2004年，日本日亚化工公司将掺Ce钇铝石榴石荧光粉涂敷于蓝光LED芯片上获得 白光输出，并申请了专利，次后日、美、德和我国都在努力开发新型LED白光用发光材料，以 日亚化工(US5998925)、欧司郎(US6669866)为代表，已有数十项专利，但这些不同成份配 比和不同专利的发光材料都是采用氧化物、氮化物等基质原料和激活剂原料相，经混合，球 磨，灼烧、选粉以及洗粉等工序制备出无规则形状的粒度为1 5μπι粉末状荧光体。2006年我国王锦高开发了同类型的粉末发光材料((ZL200610159447.9)，其晶粒 形状为似球形，准球形，但仍然是分散的微小晶粒(1 2 μ m)，与上述其它粉末荧光体一 样，使用时必须与30% 70%的环氧树脂或硅胶之类粘结剂配合使用，涂敷于氮化镓蓝光 LED芯片上。对于现有的粉末状发光材料用于LED照明有多种缺点一、粉末状石榴石发光材料的制备均采用先将氧化物基质、激活剂、共激活剂和助溶剂 等原料混合，经球磨、灼烧、选粉以及洗粉等后处理，最后形成荧光粉。在这过程中很容易混 入有害杂质，破坏晶格完整性，降低发光效率；二、粉末荧光体需与粘结剂混在一起涂敷于发光二级管芯片上，混入粘结剂时极易污 染荧光晶体；当来自芯片的激发光与荧光体发出的光通过无规则形状的粉末晶体时必然会 发生折射、反射(散射)，反射光穿越粘结剂时又会被吸收，降低发光层的光效；同时，由于粘 结剂的热导率远低于荧光晶体(环氧树脂的导热系数仅为0. 2W/m/K)，它包复在功率型芯片 之上易引起芯片温度升高，不仅会导致芯片的光效降低，而且会影响荧光粉自身的光效和 整个荧光粉层的使用寿命。对于荧光灯、无极灯之类的传统照明，由于激发光由气体放电产生，光源外壁形状 为管状和球状，所以荧光材料只能采用粉末状，掺加适量的粘贴剂，涂敷在管壁或泡壁上； 对于小功率白光LED，由于发光芯片面积很小，其上还有电极引出线，也只能做成粉末荧光 体添加粘结剂滴涂，然而，对迅速发展的功率型LED照明芯片和照明用集成LED芯片而言， 发光面积已越来越大，而且是平面迪，因此已有条件直接采用片状的光致发光晶体。
技术实现思路
为了解决现有粉末状发光材料用于白光LED照明的多种缺点，本专利技术的第一个目 的是提供一种光致发光晶片，该光致发光晶片具有发光效率高、发光均勻性好、易于表面处 理的特点；本专利技术的第二个目的是提供上述的光致发光晶片的制备方法；本专利技术的第三土 目的是提供一种半导体发光二极管；本专利技术的第四个目的是提供一种白光半导体发光二极管。为了实现上述的第一个目的，本专利技术采用了以下的技术方案光致发光晶片，所述的光致发光晶片为具有通式为A3B5O12的石榴石结构不掺加任何树 脂和其它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片的厚度> 20μπι，晶粒的尺寸> ΙΟμπι;并且，所 述的光致发光晶片的元素成分中包括第一元素A为稀土元素Y、Lu、La、Gd或Sm中的至少一种； 第二元素B为元素Al、( 或h中的至少一种； 激活元素为稀土元素Ce，Pr, Tb或Dy中至少一种。作为优选，上述的光致发光晶片的通式为(YmzTbxCeySEz)3(Al1IGaw)5O12,式 中SE为Gd、Dy或Pr中至少一种；0彡χ彡0. 6 — y — z;0彡y彡0. 1;0彡ζ彡0. 5; 0彡w彡0. 3。作为优选，上述的光致发光晶片为多晶，光致发光晶片的厚度为30 200μπι ；或 者，光致发光晶片为单晶，光致发光晶片的厚度为50 200 μ m。作为优选，上述的光致发光晶片的表面设有抗反射膜。作为再优选，上述的抗反射 膜为Si02、Al203和MgO中至少一种。作为再优选，上述的光致发光晶片的背面通过金刚砂研 磨方法形成具有棱锥形凹凸织构的减反射陷光表面，所述的抗反射膜设置在陷光表面上。作为优选，上述的光致发光晶片正面具有棱锥形凹凸织构的增透射粗糙表面。作为优选，上述的光致发光晶片具有特定规律的阵列排布的凹坑，所述凹坑的形 状与被封装LED芯片的形状和尺寸相匹配；或做成具有特定规律的阵列排布的凸起，所述 凸起的形状与LED的光度分布要求相对应。为了实现上述的第二个目的，本专利技术采用了以下的技术方案一种制备上述的光致发光晶片的方法，该方法采用第一元素A和第二元素B的氧化 物为基质原料和激活元素的氧化物为激活剂原料，加入或不加入助溶剂置于钳埚中加热熔 融，采用熔体流铸法，在定向运动的铸模上浇铸凝固成形，制备出石榴石多晶光致发光晶 片；或者，采用提拉法，在单晶生长炉中拉制出石榴石单晶体，切割成单晶光致发光晶片。前 者可得到质量很高的光致发光晶片，但制造成本较高，锯割切片时材料损耗大；后者无需切 割就能快速形成很薄的光致发光晶片，晶片形成后又可迅速脱离铸模，受铸模杂质扩散的 影响极小，且铸模可反复使用，因此，具有厚度小，原材料省，生产效率高和成本低的特点。作为优选，上述的多晶光致发光晶片的单铸模熔体流铸制造方法包括以下的步 骤一、纯度为 4 5N 的原材料 Y2O3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, Pr6O11, Dy2O3, Al2O3, Gei2O3,按(Y1^y _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合； 式中:SE为6(1、07和/或1^;O^x^O. 6-y-z;0^y^0.3；二、再混入助溶剂，助熔剂含量为上述混合物总重量的0.1% 1. 0%，助熔剂选自H3bo3、 A1F3、NH4FaiCl3 和 BaF2 中的至少一种；三、将均勻混合的原材料压缩成型，在900°c下灼烧池收缩体积后置于铱坩埚内，在高 频感应炉中氩或H2A2还原气氛下加热到1970°c熔化，并在1980 1990°C过热温度下，保 持 5 10 min ；四、在单铸模熔体流铸设备中，借助于与坩埚联通的气压增压机构，熔体在10 30mmHg压力下，通过坩埚下部的坩埚嘴流到离嘴唇间距为0. 1 0. 6mm的铸模上形成熔潭， 凝固成晶片，调整铸模移动速度1 12m / s制得厚度为200 20μπι的多晶体光致发光曰曰/To作为优选，上述的多晶光致发光晶片的双铸模熔体流铸制造方法包括以下的步 骤一、纯度为4 5N 的原材料 LO3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, I^r6O11, Dy2O3, Al2O3, fei203，按(Y1^ _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合；本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．光致发光晶片，其特征在于：所述的光致发光晶片为具有通式为Ａ３Ｂ５Ｏ１２的石榴石结构不掺加任何树脂和其它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片的厚度≥２０μｍ，晶粒的尺寸≥１０μｍ；并且，所述的光致发光晶片的元素成分中包括：第一元素Ａ为稀土元素Ｙ、Ｌｕ、Ｌａ、Ｇｄ或Ｓｍ中的至少一种；第二元素Ｂ为元素Ａｌ、Ｇａ或Ｉｎ中的至少一种；激活元素为稀土元素Ｃｅ，Ｐｒ，Ｔｂ或Ｄｙ中至少一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲艮，
申请(专利权)人：陈哲艮，
类型：发明
国别省市：86