专利名称：模拟光合作用光谱的发光材料及其发光二极管固态光源的制作方法
模拟光合作用光谱的发光材料及其发光二极管固态光源
技术领域：
本发明属于半导体照明技术领域，特别是涉及一种模拟光合作用光谱的发光材料
及其发光二极管固态光源。背景技术：
植物生长光合作用所需要的光能大都在蓝光、红光以及部分近紫外光和远红光波 段。在植物生长人工补光技术中，最早采用高压汞灯，后来采用三基色荧光灯，都存在耗电 高、寿命短和污染环境等缺点，并且发射光谱波段与植物光合作用的作用光谱并不匹配，导 致额外电能及其光能的浪费。以发光二极管为代表的固态照明光源，具有节能、环保和长使 用寿命的优点，成为了植物生长所需要的人工光源替代品。这些光源通常采用单独的发射 蓝光的二极管与发射红光的二极管，组装成发光阵列。这种混装模式的光合作用光源存在 如下缺点红光和蓝光的光谱与植物生长光谱没有精确匹配；蓝光和红光的光通量比例要 采用不同数量的二极管数量来调整；由于蓝光和红光二极管的芯片大小、驱动电流不一样， 要采用不同的驱动电路才能实现各自不同的发光效率；蓝光和红光光子在空间上能量分布 也不均匀。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种模拟光合作用光谱的发光材料及其 发光二极管固态光源，该发光材料模拟光合作用光谱的效果好且蓝光和红光光子在空间上 能量分布均匀；由该发光材料制备的半导体固态光源结构合理、制备工艺简单、制造成本 低；使用该半导体固态光耗电低、寿命长且无污染环境。
本发明的技术方案 —种模拟光合作用光谱的发光材料，为稀土离子激活的硅酸盐发光材料或氮化物 发光材料。 所述稀土离子激活的硅酸盐发光材料的化学式为Ba3MgSi208:Eu， Mn。 所述稀土离子激活的氮化物发光材料的化学式为Sr2Si5N8:Eu。 所述稀土离子激活的硅酸盐发光材料或氮化物发光材料的颗粒大小范围为3-10
微米、掺杂的Eu， Mn离子均为二价。 —种采用所述模拟光合作用光谱的发光材料的发光二极管固态光源，由稀土离子 激活的硅酸盐发光材料或氮化物发光材料与单一 GaN基半导体芯片采用封装组合方式制 成。 所述稀土离子激活的发光材料为Ba3MgSi208:Eu， Mn，单一 GaN基半导体芯片的主 波长范围为350纳米-400纳米，在该芯片发出的近紫外光辐照下，Ba3MgSi208:Eu， Mn发光 材料同时发出440-460纳米的蓝光和600-650纳米的红光。 所述稀土离子激活的发光材料为Sr2Si5N8:Eu，单一GaN基半导体芯片的主波长范 围为420纳米至460纳米，在该芯片发出的蓝光辐照下，Sr2Si5N8:Eu发光材料发出主波长为
3660纳米的红光。 所述封装组合方式为主波长为350纳米-400纳米的单一GaN基芯片与 Ba3MgSi208: Eu， Mn发光材料组合，主波长为420纳米至460纳米的单一 GaN基芯片与 Sr2Si5N8:Eu发光材料配合，按照现有工艺封装成小功率或大功率发光二极管。
本发明的优点是该发光材料模拟光合作用光谱的效果好且蓝光和红光的光子在 空间上能量分布均匀；由该发光材料封装的发光二极管固态光源结构合理、加工工艺简单、 制造成本低；使用该半导体固态光源耗电低、寿命长且无污染环境，具有广阔的应用前景。
图1是一种采用该发光材料的发光二极管固态光源的封装结构示意图。 图2是采用该稀土离子激活的发光材料与单一GaN半导体芯片组合后，模拟植物
生长光谱的效果。 图中l.反射杯 2.GaN半导体芯片 3.发光材料
4.红光 5.蓝光 6.透明硅胶
具体实施方式
下面结合附图实例进一步说明同时发射红光和蓝光的二极管光源的具体结构和 原理。
实施例1 : 如图1所示，展示了一种同时发射红光4和蓝光5的二极管光源的小功率封装模 式，选择发射近紫外光的单一GaN半导体芯片2固定在反射杯1中，发射光的主波长为380 纳米，并涂覆大小为3微米的Ba3MgSi208:Eu， Mn发光材料3，掺杂的Eu， Mn离子均为二价； 然后用透明硅胶6封装器件。该近紫外光激发Ba3MgSi208:EU，Mn发光材料3，同时发射出红 光4和蓝光5，主波长位置在440纳米和625纳米，组成植物光合作用所需要的红光和蓝光 两个波段。如附图2所示，该红光和蓝光双光发光二极管光源在额定电流驱动下的发射光 谱，其中虚线表示植物光合作用的吸收光谱。 本实例只是为了说明本发明的实现原理，并不限制红光和蓝光发光二极管光源的
其他封装模式，比如食人鱼、表面贴装以及小功率、大功率等模式。
实施例2 : 在如图1的小功率封装结构中，选择单一蓝光GaN半导体芯片2固定在反射杯1 中，蓝光5主波长为460纳米，并涂覆大小为10微米的Sr2Si5N8:Eu发光材料3，掺杂的Eu， Mn离子均为二价；然后用透明硅胶6封装器件。该蓝光5激发Sr2Si5N8:Eu发光材料3发 出红光4，红光4的主波长为643纳米，与部分未被吸收的透射出的蓝光5，组成植物光合作 用所需要的红光4和蓝光5两个波段。与实施例1模拟的结果类似，在附图2的该红光和 蓝光双光发光二极管光源在额定电流驱动下的发射光谱中，发出的蓝光的主波长在460纳 米，红光的主波长在643纳米。虚线仍然可表示植物光合作用的吸收光谱。本实例只是为 了说明本发明的实现原理，并不限制红光和蓝光发光二极管光源的其他封装模式，比如食 人鱼、表面贴装以及小功率、大功率等模式。
权利要求
一种模拟光合作用光谱的发光材料，其特征在于为稀土离子激活的硅酸盐发光材料或氮化物发光材料。
2. 按照权利要求1所述的模拟光合作用光谱的发光材料，其特征在于所述稀土离子激活的硅酸盐发光材料的化学式为Ba3MgSi208:Eu， Mn。
3. 按照权利要求1所述的模拟光合作用光谱的发光材料，其特征在于所述稀土离子 激活的氮化物发光材料的化学式为Sr2Si5N8:Eu。
4. 按照权利要求1、2或3所述的模拟光合作用光谱的发光材料，其特征在于所述稀 土离子激活的硅酸盐发光材料或氮化物发光材料的颗粒大小范围为3微米-10微米、掺杂 的Eu，Mn离子均为二价。
5. —种采用所述模拟光合作用光谱的发光材料的发光二极管固态光源，其特征在于 由稀土离子激活的硅酸盐发光材料或氮化物发光材料与单一 GaN基半导体芯片采用封装 组合方式制成。
6. 按照权利要求5所述的发光二极管固态光源，其特征在于所述稀土离子激活的发 光材料为Ba3MgSi208:Eu， Mn，单一 GaN基半导体芯片的主波长范围为350纳米 400纳米， 在该芯片发出的光辐照下，Ba3MgSi208:Eu， Mn发光材料同时发出440纳米 460纳米的蓝 光和600纳米 650纳米的红光。
7. 按照权利要求5所述的发光二极管固态光源，其特征在于所述稀土离子激活的发 光材料为Sr2Si5N8:Eu，单一GaN基半导体芯片的主波长范围为420纳米 460纳米，在该芯 片发出的光辐照下，Sr2Si5N8:Eu发光材料发出主波长为660纳米的红光。
8. 按照权利要求5所述的发光二极管固态光源，其特征在于所述封装组合方式为主 波长为350纳米 400纳米的单一 GaN基芯片与Ba3MgSi208:Eu， Mn发光材料组合，主波长 为420纳米 460纳米的单一 GaN基芯片与Sr2Si5N8:Eu发光材料配合，按照现有工艺封装 成发光二极管。
全文摘要
本发明涉及一种用于模拟光合作用的稀土发光材料及其半导体固态光源，采用稀土离子激活的(Ca，Sr，Ba)3MgSi2O8:Eu，Mn或者(Ca，Sr，Ba)2Si5N8:Eu发光材料，与单一GaN基半导体芯片组合，该芯片发射波长为350纳米至400纳米，以及波长为450纳米至460纳米，进行封装和组装，加工成照明器件，模拟植物光合作用光谱。本发明的优点是该发光材料模拟光合作用光谱的效果好且蓝光和红光的光子在空间上能量分布均匀；由该发光材料封装的半导体固态光源结构合理、加工工艺简单、制造成本低；使用该半导体固态光源耗电低、寿命长且无污染环境，具有广阔的应用前景。
文档编号C09K11/59GK101717632SQ20091022891
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者于文惠, 仇坤, 刘艳花, 毛智勇, 王达健, 胡文, 马亮 申请人:天津理工大学