专利名称：荧光物质、制造荧光物质的方法、发光器件及发光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及荧光物质、制造所述荧光物质的方法、发光器件及发光模块
背景技术：
利用发光二极管的LED灯被用在诸如移动设备、PC外围设备、OA设备、各种开关、 背光光源以及指示板之类的装置的许多显示元件中。非常需要LED灯不仅是因为它们具有高效率，而且因为它们在用于一般照明时具有优异的颜色再现，或在用于背光时可提供宽广的色域。为了满足这些要求，有必要改进在LED的发光部件中使用的荧光物质。例如，为了提高灯的效率，有必要在LED中采用非常高效的荧光物质。进而，为了改进颜色再现和拓宽灯的色域，希望改进荧光物质发射的光(luminescence)的色度。另一方面，高负荷的LED在工作时通常会变得如此之热，以致其中使用的荧光物质被加热到约100-200°C的温度。当这样加热荧光物质时，它们的发光强度通常将降低。因此，希望即使在加热荧光物质的情况下也不会过多降低发光强度。换言之，希望较少引起温度猝灭。作为在温度猝灭方面改进的荧光物质，存在公知的红色SiAlON荧光体，其主要包括硅和铝(W02007/105631)。这些荧光体例如由公式(SivxEux)aSibAl。0dNe表示，与诸如 Sr2Si5N8 Eu和CaS Eu之类的常规荧光体相比，它们在温度猝灭方面具有改进。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种制造荧光物质的方法，所述荧光物质在波长范围为 250-500纳米的光的激励下发射峰值在570-650纳米的波长范围内的光，所述方法包括以下步骤混合以下项包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物，包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2 的化合物，包含从包括除M1J2Un(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素 M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物，以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物。
本发明的另一方面涉及一种第一荧光物质，所述荧光物质在波长范围为250-500 纳米的光的激励下发射峰值在570-650纳米的波长范围内的光并且所述荧光物质通过以下操作获得混合以下项 包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物，包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2 的化合物，包含从包括除M1J2Un(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素 M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物，以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物。本发明的再一方面涉及一种第二荧光物质，其由以下公式(I)表示(M1^xECx)aM1bM2LcOdNe (I)其中M1是从包括四价金属元素的组中选择的金属元素，M2是从包括除In(III)和 Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素，L是从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素，M是从包括除M\M2、In(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素，EC是除任一上述金属元素以外的发光中心元素，以及χ、a、b、c、d和e是分别满足条件 0 < χ < 0. 4,0. 65 < a < 0. 80、2 < b < 3、0 < c < 0. 1、0· 3 < d < 0. 6 以及 4 <e<5的数字；并且在波长范围为250-500纳米的光的激励下发射峰值在570-650纳米的波长范围内的光。进而，根据一个实施例的发光器件包括发光元件(Si)，其发出波长范围为250-500纳米的光；上述第一或第二荧光物质(R)；以及另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(Si)发出的光的激励下发射峰值在 430-580纳米的波长范围内的光。此外，根据另一个实施例的发光器件包括发光元件(S2)，其发出波长范围为250-430纳米的光；上述第一或第二荧光物质(R)；另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在 490-580纳米的波长范围内的光；以及再一荧光物质(B)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在 400-490纳米的波长范围内的光。进而，根据一个实施例的发光器件模块包括衬底和在所述衬底上提供的多个发光器件，所述发光器件中的每个发光器件包括发光元件(Si)，其发出波长范围为250-500纳米的光；
上述第一或第二荧光物质(R)；以及另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(Si)发出的光的激励下发射峰值在 430-580纳米的波长范围内的光。此外，根据另一个实施例的发光器件模块包括衬底和在所述衬底上提供的多个发光器件，所述发光器件中的每个发光器件包括发光元件(S2)，其发出波长范围为250-430纳米的光；上述第一或第二荧光物质(R)；另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在 490-580纳米的波长范围内的光；以及 再一荧光物质(B)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在 400-490纳米的波长范围内的光。
图 1 是 Sr2Al3Si7ON13 的 XRD 分布；图2是示意性地示出使用根据一个实施例的荧光物质的发光器件的结构的垂直截面图；图3A和3B是示意性地示出使用根据一个实施例的荧光物质的其他发光器件的结构的垂直截面图；图4示出了实例1和2的红色荧光物质在458纳米的光的激励下发出的发光谱；图5示出了实例3和4的红色荧光物质在458纳米的光的激励下发出的发光谱；图6示出了实例5和比较例7的红色荧光物质在458纳米的光的激励下发出的发光谱；图7示出了实例1、2和比较例1的红色荧光物质在365纳米的光的激励下发出的发光谱；图8示出了实例3、4和比较例1的红色荧光物质在365纳米的光的激励下发出的发光谱；图9示出了实例5和比较例1的红色荧光物质在365纳米的光的激励下发出的发光谱；图10示出了实例1、2和比较例1的红色荧光物质的发光色度点；图11示出了实例3、4和比较例1的红色荧光物质的发光色度点；图12示出了实例5和比较例1的红色荧光物质的发光色度点；图13是示出实例3和比较例1的红色荧光物质的发光强度的温度特性的图；图14示出了应用实例101-105和比较应用实例102-106中使用的滤色器的透射谱；图15示出了应用实例101-105的发光器件的发光谱；图16是在应用实例151-155和比较应用实例152-156中的每个实例中制造的发光器件模块的概略图；图17是示出在应用实例151-155和比较应用实例152-156中的每个实例中制造的发光器件模块的发光效率对NTSC比的关系的图18示出了应用实例201-205的发光器件的发光谱；图19是在应用实例251-255和比较应用实例252-254和256中的每个实例中制造的发光器件模块的概略图；以及图20是示出在应用实例251-255和比较应用实例252-254和256中的每个实例中制造的发光器件模块的发光效率对NTSC比的关系的图。
具体实施例方式现在将参考
各实施例。红饩发光荧光物质的制造方法该实施例的红色荧光物质的制造方法的特征在于将包含In(III)或Ga(III)的化合物用作材料。根据所述实施例的氧氮化物荧光物质被称为SiAlON荧光体，其基体 (matrix)包括Si或置换Si的四价金属元素、Al或置换Al的三价金属元素、氧化物以及氮化物。通常，可通过以下步骤制造所述氧氮化物荧光物质混合包含上述元素的化合物以便制备材料混合物，然后烧成(firing)所述混合物。根据所述实施例，所述材料混合物包括含有In(III)或Ga(III)的化合物。以下(1)到(5)是在所述实施例的氧氮化物荧光物质制造方法中使用的材料。它们是(1)包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物，(2)包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2的化合物，(3)包含从包括除M\M2、In(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素M的化合物，(4)包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及(5)包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物。材料(1)中包含的金属元素M1是Si或置换Si的元素，其组成旨在通过所述实施例形成的SiAlON荧光体并且从包括四价金属元素的组中选择。四价金属元素M1优选地从 IVA和IVB族中选择，其实例包括Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf。作为金属元素M1，Si是特别优选的。金属元素M1可以是单个元素，也可以是两个或更多元素的组合。M1的化合物优选地是氮化物、氧化物或碳化物。材料(2)中包含的金属元素M2是Al或置换Al的元素，其组成旨在通过所述实施例形成的SiAlON荧光体并且从包括三价金属元素的组中选择。三价金属元素M2优选地从 IIIA和IIIB族中选择，其实例包括Al、B、Sc、Y、La、Gd和Lu。作为金属元素M2，Al是特别优选的。但是，金属元素M2既不是In(III)也不是Ga(III)。金属元素M2可以是单个元素， 也可以是两个或更多元素的组合。M2的化合物优选地是氮化物、氧化物或碳化物。材料(3)中包含的金属元素M从包括除上述M1J2Un(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择。具体地说，优选地从以下项选择金属元素M :IA(碱性金属)族元素，如 1^、恥和1(;1认(碱土金属)族元素，如Mg、Ca、Sr和Ba ；IIIA族元素，如B ;IIIB族元素， 如Y和Sc ；稀土元素，如Gd、La和Lu ；或IVA族元素，如Ge。作为金属元素M，Sr是特别优选的。金属元素M可以是单个元素，也可以是两个或更多元素的组合。包含元素M的化合物优选地是氮化物或诸如氰胺之类的碳化物。以上将某些元素重复地包括在金属元素M以及元素M1和M2的实例中。但是，将这样选择所述实施例的荧光物质中的金属元素M 使M不同于元素M1和M2。材料(4)中包含的金属元素EC用作荧光物质的发光中心。根据所述实施例的荧光物质具有晶体结构，其基本上包括元素M、M\M2以及0和/ 或N，但是金属元素M部分地被发光中心元素EC置换。发光中心元素EC 的实例包括 Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、 Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi和Fe。在它们之中，考虑到发光波长可变性等， 可优选地选择Eu和/或Mn。包含金属元素EC的化合物优选地是氧化物、氮化物或碳化物。材料(5)是包含In(III)或Ga(III)的化合物。该化合物的实例包括诸如Ιη203、 Ga2O3和GaN之类的氧化物和氮化物。可以根据氧氮化物荧光物质所要具有的成分而适宜地控制所述材料的混合比。要通过所述实施例的方法制造的氧氮化物荧光物质在波长范围为250-500纳米的光的激励下发射峰值在570-650纳米的波长范围内的光。所述发光荧光物质基本上具有为M2M17M23ON13的晶体结构，但是金属元素M部分地被发光中心元素EC置换。相应地，通常这样混合所述材料M和EC的总量、M1的量以及M2的量的摩尔比可以约为2 7 3。但是，无需严格地保持该值，因为可以根据发光的峰值波长等来控制该摩尔比。优选地，0. Imol %或更多的金属元素M被发光中心元素EC所置换。如果被置换的 M的量小于0. lmol%，则难以获得足够的发光强度。金属元素M可以完全被发光中心元素 EC所置换。但是，如果被置换的M的量小于50mol %，则可以最大程度地防止发光概率的减小(浓度猝灭)。所述实施例的荧光物质在黄光到红光的范围内发光，即，在被250-500纳米的光激励时发出峰值在570-650纳米的波长范围内的光。所述实施例的荧光物质制造方法的特征在于使用材料(5) (S卩，包含金属元素L的化合物)。在所述实施例中连同其他材料一起采用材料(5)是必不可少的，但是这并不必然意味着所述氧氮化物荧光物质包含金属元素L。例如，如果相对大量地使用材料(5)，则通常在分析所获得的氧氮化物荧光物质中可以发现元素L。相应地，在生成的荧光物质中，元素L可以置换金属M1等。但是，另一方面，即使材料(5)的用量如此之小，以致元素L在生成的荧光物质中的量低于分析的测量极限，有时仍可清楚地观察到所述实施例的效果。在这些事实的基础上，认为材料(5)不仅被结合到荧光物质的晶体中，而且其还可以控制荧光物质的晶体生长。具体地说，例如，认为在烧成步骤中加入的材料(5)可形成能够在烧成步骤期间提供晶体生长的某些机能(function)的液相或气相，并且作为结果，可给出所述实施例的效果。应指出的是，只有当使用了包含In(III)或Ga(III)的化合物时才观察到上述效果。如果使用包含诸如Sc(III)之类的其他金属元素的化合物，则不能得到所述实施例的效果。通过所述实施例的方法制造的荧光物质的光特性不同于包含Sr的常规红色荧光物质。例如，由于将In化合物用作材料，所以得到的荧光物质较少地包括发出蓝色到绿色光的异相(hetero-phase)，并且展示出具有更小半宽的发光谱。因此，与公知的包含Sr的红色荧光物质相比，根据所述实施例的荧光物质在色度方面具有改进。进而，所述实施例的荧光物质的颗粒大于常规包含Sr的红色荧光物质，并且相应地被认为具有足够高的吸收效率来提高发光效率。认为在晶体生长期间通过材料(5)给出了根据所述实施例的荧光物质的这些优点。如上所述，材料(5)中的金属元素L并非总是占据所述荧光物质的晶体结构中包括的三价金属元素M2的位置。因此，根据M2的量调整材料(5)的量不一定是合理的。但是，为了方便起见，根据材料(3)中包含的M2的量按照以下方式调整材料(5)中包含的L 的量即，根据M2的量，L的量优选地为0. l-50mol %，更优选地为0. l-20mol %。应指出的是，如果包含的金属元素L太多，则在制造荧光物质中存在增加异相的倾向，以致会降低荧光物质的产量。所述实施例的用于制造红色发光荧光物质的方法包括以下步骤以所需比率混合上述材料；通常在研钵中粉碎和混合所述混合物；然后烧成所述混合物。具体地说，在分别选择Sr、Eu、Si、Al和In作为元素M、EC、Μ1、M2和L的情况下，可以将Sr3N2、A1N、Sr3N4, Al2O3、In2O3和EuN用作开始材料。还可以使用Sr2N、SrN及其混合物替换Sr3N2。进而，可以使用其他In化合物替换Ιη203。这些材料被称重和混合以便获得期望的成分，然后在坩埚中烧成制备后的粉状混合物以制造期望的荧光物质。例如，在手套箱中的研钵内混合所述材料。所述坩埚例如包括氮化硼、氮化硅、硅碳化物、碳、氮化铝、SiAlON、氧化铝、钼或钨。根据所述实施例的用于制造氧氮化物荧光物质的方法包括将开始材料的混合物烧成预定时间的步骤。优选地在大于大气压力的压力下执行所述烧成。为了防止诸如氮化硅之类的材料(2)在高温下分解，所述压力优选地不小于5个大气压。烧成温度优选地在 1500-2000°C的范围内，更优选地在1800-2000°C的范围内。如果温度低于1500°C，则通常难以获得期望的荧光物质。另一方面，如果温度超过2000°C，则担心所述材料或产物升华。 此外，由于材料AlN易于被氧化，所以优选地在N2气氛下执行烧成。在此情况下，还可以使用N2/H2混合气体气氛。然后对形式为粉末的烧成后产物执行诸如清洗之类的后处理(如果必要)以获得根据所述实施例的荧光物质。如果执行，则可以使用酸或纯水执行清洗。红饩发光荧光物质通过上述方法制造根据所述实施例的第一红色发光荧光物质。具体地说，其是氧氮化物荧光物质，该荧光物质在波长范围为250-500纳米的光的激励下发射峰值在 570-650纳米的波长范围内的光并且通过在存在材料(5)的情况下烧成材料(1)到(4)来获得该荧光物质。可以通过X射线衍射或中子衍射来确定所述荧光物质的晶体结构。所述实施例的红色发光荧光物质优选地具有展示与Sr2Al3Si7ON13相同的XRD分布的晶体结构，并且还优选地具有这样的晶体结构其中Sr2Al3Si7ON13的组成元素被其他元素置换以在特定范围内改变晶格常数。图1是基本Sr2Al3Si7ON13的XRD分布。通过以下详细描述的方式使用其他元素置换Sr2Al3Si7ON13的组成元素。具体地说，晶体中的Sr被元素M和/或发光中心元素 EC置换；使用从包括诸如Ge、Sn、Ti, Zr和Hf之类的四价元素的组中选择的一个或多个元素填充Si的位置；使用从包括诸如B、Sc、Y、La、Gd和Lu之类的三价元素的组中选择的一个或多个元素填充Al的位置；以及使用从包括0、N和C的组中选择的一个或多个元素填充 0或N的位置。进而，Al和Si可以部分地彼此取代，并且0和N可以部分地彼此取代。该
12物质的实例包括 Sr2Al2Si80N14、Sr2Al4Si602N12、Sr2Al15Si503Nn 和 Sr2Al6Si4O4Nltlt5 这些物质具有基于Sr2Al3Si7ON13的晶体结构。在所述晶体被轻度熔化的情况下，可以通过以下的简单方法判断熔化的晶体是否具有基于Sr2Al3Si7ON13的结构。测量更改后的晶体的XRD分布，并且将衍射峰值的位置与 Sr2Al3Si7ON13的XRD分布中的位置相比较。作为结果，如果主峰值的位置相同，则可以将这些晶体结构视为相同。作为用于比较的主峰值，优选地选择10个具有较强衍射强度的峰值。通过上述方法制造的氧氮化物荧光物质之一可以通过成分公式表示。具体地说， 根据所述实施例的第二红色发光荧光物质由以下公式(I)表示(M1^xECx)aM1bM2LcOdNe(I)在所述公式中，M1是从包括四价金属元素的组中选择的金属元素，M2是从包括除 In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素，L是从包括In(III)和 Ga(III)的组中选择的金属元素，M是从包括除MlJ2Un(IlI)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素，EC是除任一上述金属元素以外的发光中心元素，以及χ、a、b、c、d 和 e 是分别满足条件 0 < χ < 0. 4,0. 65 < a < 0. 80、2 < b < 3、0 < c < 0. 1、0. 3 < d < 0. 6 以及4 < e < 5的数字。所述数字优选地分别满足条件0. 02 < χ < 0. 2、0. 66彡a < 0. 73、 2. 2 彡 b 彡 2. 7、0 < c 彡 0. 05,0. 35 彡 d 彡 0. 49 以及 4. 2 彡 e 彡 4. 7。在以上说明中金属元素L的成分比大于0，并且这并不意味着元素L的含量低于分析装置的测量极限。具体地说，即使在借助目前具有最高检测灵敏度的装置分析所述荧光物质时未检测到元素L，技术的进步仍将使得在未来可检测到元素L。在此情况下，此类荧光物质包括在根据所述实施例的第二荧光物质中。进而，即使在元素L的含量仍低于测量极限的情况下，此类荧光物质仍明显包括在根据所述实施例的第一荧光物质中，假如在第一荧光物质的制造方法中使用了材料(5)的话。可以以任何公知的方式(例如，以以下方式)分析氧氮化物荧光物质的成分。可以例如通过感应耦合的等离子体原子发光光谱分析(通常称为“ICP分析”)来测量Μ、M1、M2和EC的含量。具体地说，在钼坩埚中对氧氮化物荧光物质的样品称重并通过碱熔(alkali fusion)分解样品。在添加内部标准元素Y之后，分解后的样品被溶解以制备样品溶液，随后对所述溶液进行ICP分析。可以例如借助ICP发光光谱测定法(SII NanoTechnology Inc.制造的SPS-4000[商标])执行所述分析。可以例如通过惰性气体熔化法测量0和N的含量。具体地说，氧氮化物荧光物质的样品被加热以在石墨坩埚中熔化，并且样品中含有的0原子通过惰性气体输送被转换成CO。CO被进一步氧化成CO2,然后通过IR吸收光谱法测量CO2以确定0的含量。在从样品除去0)2之后，通过导热法测量N的含量。可以例如借助氧、氮-氢分析仪(LEC0 corporation (US)制造的TC-600 [商标])执行所述测量。可以通过ICP分析测量In的含量。具体地说，在压力分解容器中对氧氮化物荧光物质的样品进行称重，然后在压力下进行酸分解(acid-decompose)以制备样品溶液，随后对所述溶液进行ICP分析。可以例如借助ICP发光光谱测定法(SII Nano Technology Inc. 制造的SPQ-9000[商标])执行所述分析。也可以通过ICP分析测量Ga的含量。在此情况下，以与测量元素M相同的方式制备样品溶液，然后例如借助ICP发光光谱测定法(SII NanoTechnology Inc.制造的 SPS-1500V[商标])执行ICP分析。发光器件和发光器件樽块根据所述实施例的发光器件包括上述的红色发光荧光物质和能够激励所述荧光物质的发光元件。根据所述实施例的一个方面的器件包括诸如LED的用作激励源的发光元件；以及上述红色荧光物质(R)和绿色荧光物质(G)的组合，所述荧光物质均在所述发光元件发出的光的激励下发出光。相应地，所述发光器件辐射与从所述发光元件以及所述红色和绿色荧光物质发射的光合成的光。根据其他实施例的发光器件包括用作激励源的发光元件；以及上述红色荧光物质(R)、上述绿色荧光物质(G)以及蓝色荧光物质(B)的组合，所述荧光物质均在所述发光元件发出的光的激励下发出光。根据任一实施例的发光器件可采用所述实施例的第一和第二荧光物质中的任一一种荧光物质。根据一起使用的荧光物质适当地选择所述器件中使用的发光元件。具体地说，所述发光元件发出的光必须能够激励所述荧光物质。进而，如果所述器件优选地辐射白光，则所述发光元件优选地发出这样波长的光其可补充从所述荧光物质发射的光。鉴于以上所述，如果所述器件包括红色和绿色荧光物质，则通常这样选择发光元件(Si)其发出波长范围为250-500纳米的光。如果所述器件包括红色、绿色和蓝色荧光物质，则通常这样选择发光元件(S2)其发出250-430纳米的光。根据所述实施例的发光器件的形式可以是任何常规的公知发光器件。图2是示意性地示出所述实施例的封装杯型发光器件的垂直截面图。在图2中示出的发光器件中，树脂基板200包括模制为引线框架的一部分的引线 201和202，并且还包括通过与所述引线框架共同模制形成的树脂构件203。树脂构件203 给出了其中顶部开口大于底部的凹部205。在所述凹部的内壁上提供了反射表面204。在凹部205的近似圆形的底部的中心，利用Ag浆糊等安装发光元件206。发光元件206的实例包括发光二极管和激光二极管。所述发光元件可辐射紫外光。对所述发光元件没有特别限制。相应地，还可以采用能够发射蓝光、蓝紫光或近紫外光以及紫外光的元件。例如，可以将诸如GaN之类的半导体发光元件用作所述发光元件。发光元件206的电极(未示出)分别通过包含Au等的接合线207和208连接到引线201和202。可以适当地改变引线201和202的位置。在树脂构件203的凹部205中，提供了荧光层209。为了形成荧光层209，可以将所述实施例的荧光物质210以5-50wt%分散或沉淀在包括硅氧烷(silicone)树脂等的树脂层211中。所述实施例的荧光物质包括具有高结合性的氧氮化物基体，并且因而通常具有这样的疏水性其与所述树脂具有良好的相容性。相应地，充分防止了所述树脂与荧光物质之间的界面处的散射，以便提高光提取效率。发光元件206可以为倒装芯片型，其中η型和ρ型电极布置在同一平面上。此元件可消除有关线的问题，如断线或剥离以及线的光吸收。因此，在此情况下，可得到可靠性和亮度都很优异的半导体发光器件。此外，还可以在发光元件206中使用η型衬底，以便制造如以下所述的那样构成的发光器件。在该器件中，在η型衬底的背面上形成η型电极，同时在该衬底上的半导体层的顶面上形成P型电极。η型和P型电极中的一个安装在所述引线之一上，并且另一个电极通过线连接到另一引线。可以适当地改变发光元件206的大小以及凹部205的尺寸和形状。图3示出了根据另一实施例的炮弹型(shell-type)发光器件的示意性垂直截面图。在图3A中示出的发光器件中，发出例如在445纳米处具有发光峰值的光的二极管301 被焊接在包括AIN等的封装衬底302上，并通过导电线303连接到电极。此外，使用包括硅氧烷树脂等的透明树脂层304在发光二极管301上形成半球形状，并在其上顺序堆叠包含红色发光荧光物质的透明树脂层305、透明树脂层306以及包含绿色发光荧光物质的透明树脂层307。图3A的器件因此包括所述发光元件以及红色和绿色发光荧光物质，所述红色和绿色发光荧光物质在二极管发出的光的激励下均发出光。所述器件还可具有蓝色发光荧光物质层。图3B示出了此类器件的示意性垂直截面图，该器件还包括透明树脂层308以及包含蓝色发光荧光物质的层309。在图3A中示出的器件的绿色荧光物质层307上形成这些层。图3B的器件中使用的发光二极管通常被设计为辐射这样的光其包含的蓝色成分的量少于图3A的器件辐射的光。这是因为激励光和每种荧光物质发出的光被这样设计使得所述发光器件可在总体上发出具有期望颜色的光，例如白光。根据所述实施例的发光器件并不限于分别在图2和3中示出的封装杯型和炮弹型并且可被自由地应用于任何类型的器件。例如，根据所述实施例的荧光物质即使被用在表面安装型发光器件中也可得到相同的效果。同时，根据所述实施例的发光器件模块包括多个布置在衬底上的上述发光器件。 包括所述实施例的荧光物质的任何上述发光器件都可自由地用在所述模块中。例如，上述炮弹型器件是优选地在所述模块中使用的器件之一。具体地说，所述发光器件模块包括以下发光器件中的任意多个(1)通过以下步骤制造的具有层叠结构的发光器件在衬底上提供发出波长范围为250-500纳米的光的发光元件(Si)；使用透明树脂在其上形成半球(dome)；使用上述分散在透明树脂中的荧光物质(R)涂覆所述半球；以及在其上涂覆分散在透明树脂中的绿色荧光物质(G)；以及(2)通过以下步骤制造的具有层叠结构的发光器件在衬底上提供发出波长范围为250-430纳米的光的发光元件(S2)；使用透明树脂在其上形成半球；使用上述分散在透明树脂中的荧光物质(R)涂覆所述半球；在其上涂覆分散在透明树脂中的绿色荧光物质 (G)；以及进一步在其上涂覆分散在透明树脂中的蓝色荧光物质(B)。对衬底的材料没有特别限制，因而可根据目标而从公知材料中自由选择所述材料。所述材料的实例包括玻璃、硅氧烷、半导体和树脂。可以根据需要对衬底的表面进行各种加工。例如，可以在所述表面上放置发光器件的布线和绝缘结构。此外，为了改善散热，可以在其上形成散热层。所述衬底自身可以是导热性优异的散热衬底。所述绿色荧光物质在所述发光元件(Si)或(S2)发出的光的激励下发射峰值在 490-580纳米的波长范围内的光，并且所述蓝色荧光物质在所述发光元件(Si)或(S2)发出的光的激励下发射峰值在400-490纳米的波长范围内的光。
所述发光器件被规则地或不规则地布置在衬底上以形成发光器件模块。由于具有优异的温度特性，所以所述实施例的荧光物质基本上不受工作中产生的热的影响。相应地， 可以如此密集地布置包括所述荧光物质的器件，以致可缩短所述器件之间的间隔。例如， 在从上方观察时，上述炮弹型器件似乎是圆形或椭圆形的，并且可以以满足条件1 < (d/ a)彡5的配置来布置所述器件，其中“a”和“d”分别是椭圆的主轴长度和器件间的最短距离。“主轴长度”在此指每个发光器件的水平截面的最长直径。换言之，如果每个发光器件具有圆形或椭圆形水平截面，则这分别指其直径或其主轴长度。如果必要，所述发光器件可具有任何形状的截面，例如矩形、多边形或线形。在此情况下，不能一致地控制它们之间的间隔。但是尽管如此，可以将它们之间的间隔减小到足够短，以提高整体发光器件模块的亮度。这是因为所述实施例的荧光物质的温度特性是如此优异，以致其亮度几乎不受工作中的相邻发光器件产生的热的影响。在根据所述实施例的发光器件或发光器件模块中使用所述实施例的红色发光荧光物质是必不可少的。但是，对于所述绿色发光荧光物质(G)和蓝色发光荧光物质(B)而言没有特别的限制。所述实施例的红色荧光物质(R)具有如此优异的温度特性，以致其几乎不受温度变化的影响。为了最大程度上利用此优点，所述绿色荧光物质(G)和蓝色荧光物质(B)均同样优选地具有优异的温度特性。在包括这些优选的荧光物质的情况下，所述发光器件或模块发出即使在温度已改变时颜色也很少变化的光。这不仅是因为所述红色荧光物质发出强度很少变化的光，而且还因为其他荧光物质也发出强度很少变化的光。如上所述，由于包含具有优异温度特性以致几乎不受温度变化影响的红色荧光物质，所以所述发光器件或模块特别适合于在高温条件下工作。优选地在所述实施例的发光器件或模块中使用的绿色荧光物质(G)之一属于 SiAlON荧光体(与上述红色荧光物质类似)，但是其基本晶体结构不同于所述红色荧光物质的晶体结构。所述绿色荧光物质(G)基于Sr3Si13Al3O2N21，其属于斜方晶系。其组成元素部分地被发光元素置换，如红色荧光物质的组成元素那样。诸如置换之类的变化会轻微地改变晶体结构，但是如果未实质地改变基本晶体结构，则仍可获得所述实施例的效果。基本晶体结构未改变的程度与所述红色荧光物质未改变的程度相同。可以通过X射线衍射或中子衍射来识别所述绿色荧光物质。所述绿色荧光物质不仅包括展示与Sr3Si13Al3O2N21相同的XRD分布的荧光物质，而且还包括这样的物质其中 Sr3Si13Al3O2N21的组成元素被其他元素置换以便在特定范围内改变晶格常数。根据所述实施例的发光器件或模块优选地还包括具有优异温度特性的蓝色荧光物质。优选的蓝色荧光物质的实例包括(Ba, Eu)MgAl10O17, (Sr，Ca, Ba, Eu) 10(PO4)5Cl2以及 (Sr, Eu) Si9Al19ON310通过以下绝非限制所述实施例的实例进一步说明了所述实施例。实例1作为开始材料，量为2. 308克、0. 697克、4. 583克、0. 454克、1. 339克和0. 039克的Sr3N2、EuN、Si3N4, Al2O3^AlN和Ga2O3分别被称重并在真空手套箱中的玛瑙研钵内被干燥混合。所述混合物被置于BN坩埚内并在7. 5大气压的N2气氛下以1850°C烧成4小时，以便合成荧光物质。
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实例2重复实例1的过程，除了将Al2O3和Ga2O3的量分别更改为0. 262克和0. 394克以外，以便合成荧光物质。实例3作为开始材料，量为2. 308克、0. 697克、4. 583克、0. 476克、1. 322克和0. 035克的Sr3N2、EuN、Si3N4、Al203、AlN和GaN分别被称重并在真空手套箱中的玛瑙研钵内被干燥混合。所述混合物被置于BN坩埚内并在7. 5大气压的N2气氛下以1850°C加热4小时，以便合成荧光物质。实例4重复实例3的过程，除了将AlN和GaN的数量分别更改为1. 167克和0. 352克以外，以便合成荧光物质。比较例1重复实例1的过程，除了 Sr3N2、EuN、Si3N4, Al2O3和AlN的使用量分别为2. 308克、0. 697克、4. 583克、0. 476克和1. 339克以外，以便合成其指定成分为 (Sr0. 85Eu0. 15) 2Al3Si70N13 的荧光物质。比较例2重复比较例1的过程，除了将Sr3N2和EuN的量分别更改为2. 443克和0. 465克以夕卜，以便合成其指定成分为(Sra9Euai)2Al3Si7ON13的荧光物质。比较例3重复比较例1的过程，除了将Sr3N2和EuN的量分别更改为2. 172克和0. 929克以夕卜，以便合成其指定成分为(Sra8Eua2)2Al3Si7ON13的荧光物质。比较例4重复比较例1的过程，除了将Sr3N2和EuN的量分别更改为1. 629克和1. 859克以夕卜，以便合成其指定成分为(Sra6Eua4)2Al3Si7ON13的荧光物质。比较例5重复比较例1的过程，除了将Sr3N2和EuN的量分别更改为1. 357克和2. 324克以夕卜，以便合成其指定成分为(Sra5Eua5)2Al3Si7ON13的荧光物质。比较例6重复比较例1的过程，除了将Sr3N2和EuN的量分别更改为0. 543克和3. 718克以夕卜，以便合成其指定成分为(Sra2Eua8)2Al3Si7ON13的荧光物质。实例5作为开始材料，量为2. 308克、0. 697克、4. 583克、0. 262克、1. 339克和0. 583克的Sr3N2、EuN、Si3N4, Al2O3^AlN和In2O3分别被称重并在真空手套箱中的玛瑙研钵内被干燥混合。所述混合物被置于BN坩埚内并在7. 5大气压的N2气氛下以1850°C加热4小时，以便合成荧光物质。比较例7重复实例5的过程，除了使用0. 290克的Sc2O3代替0. 583克的In2O3以外，以便合成荧光物质。对实例1-5的荧光物质进行成分分析并且结果在表1中列出。通过将Al的含量视为1来正规化表1中的成分比。实例1或3的材料中的Al Ga的投料比(feed ratio) 是99 1、实例2或4的材料中的Al Ga的投料比是90 10，以及实例5的材料中的 Al In的投料比是90 10。但是，所有生成的荧光物质包含的这些物质的比率不同于所述投料比，并且发现每种荧光物质包含的In或Ga的量少于所添加的量。表1
SrEuAlSi0NGaIn实例10. 580. 1012. 330. 404. 220.00043实例20. 620. 1112. 510. 404. 450.00150实例30. 580. 1012. 380. 474. 330.00062实例40. 600. 1112. 500. 464. 500.00083实例50. 610. 1112. 500. 384. 630. 0000037实例1-5和比较例7的红色粉状物质被研磨成粉，然后使用发出峰值为458纳米的光的LED光源进行激励。图4-6中示出了获得的发光谱。在图4-6中的每个图中，在458 纳米处的峰值归因于激励光的反射。如图中所示，实例1-5的红色粉状物质中的每一个都显示峰值在615-620纳米的波长范围内的单个发光带。另一方面，比较例7的红色粉状物质显示峰值在610-615纳米的波长范围内的单个发光带。如图6所示，比较例7的红色粉末发出的光的强度显著弱于实例5的强度，并且因此被视为较差的荧光物质。这表明在将包含Ga或In的化合物用作制造所述荧光物质的材料的情况下，虽然可获得所述实施例的效果，但是如果使用包含Sc的化合物替换包含Ga或 In的化合物，则无法获得所述效果。在独立的情况下，实例1-5和比较例1的红色粉状物质被研磨成粉，然后使用发出峰值为365纳米的光的LED光源进行激励。图7-9中示出了获得的发光谱。此外，图10-12 示出了从这些谱计算的色度点。结果，发现实例1-5的红色荧光物质发出的光的400-580纳米的发光成分的量少于比较例1的红色荧光物质发出的光的400-580纳米的发光成分的量。根据实例1-5和比较例1的红色荧光物质，表2示出了它们在CIE1931色度图中的色度坐标(χ，y)。表权利要求
1.一种制造荧光物质的方法，所述荧光物质在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光，所述方法包括以下步骤混合以下项包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物， 包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2的化合物，包含从包括除M1J2Jn(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物， 以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物。
2.根据权利要求1的方法，其中所述金属元素M\M2和M分别为Si、Al和Sr。
3.根据权利要求1的方法，其中所述包含金属元素L的化合物是氧化物或氮化物。
4.一种荧光物质，所述荧光物质在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在 570到650nm的波长范围内的光并且所述荧光物质通过以下操作获得混合以下项包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物， 包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2的化合物，包含从包括除M1J2Jn(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物， 以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物。
5.一种发光器件，包括发光元件(Si)，其发出波长范围为250到500nm的光；荧光物质(R)，其在所述发光元件(Si)发出的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光并且所述荧光物质(R)通过以下操作获得 混合以下项包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物， 包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2的化合物，包含从包括除M1J2Jn(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物， 以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物；以及另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(Si)发出的光的激励下发射峰值在430到 580nm的波长范围内的光。
6.一种发光器件，包括发光元件(S2)，其发出波长范围为250到430nm的光；荧光物质(R)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光并且所述荧光物质(R)通过以下操作获得 混合以下项包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物， 包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2的化合物，包含从包括除M1J2Jn(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物， 以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物；另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在490到 580nm的波长范围内的光；以及再一荧光物质(B)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在400到 490nm的波长范围内的光。
7.一种发光器件模块，其包括衬底和在所述衬底上提供的多个发光器件，所述发光器件中的每个发光器件包括发光元件(Si)，其发出波长范围为250到500nm的光；荧光物质(R)，其在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光并且所述荧光物质(R)通过以下操作获得 混合以下项包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物， 包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2的化合物，包含从包括除M1J2Jn(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物， 以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物；以及另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(Si)发出的光的激励下发射峰值在430到 580nm的波长范围内的光。
8.一种发光器件模块，其包括衬底和在所述衬底上提供的多个发光器件，所述发光器件中的每个发光器件包括发光元件(S2)，其发出波长范围为250到430nm的光；荧光物质(R)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光并且所述荧光物质(R)通过以下操作获得 混合以下项包含从包括四价金属元素的组中选择的金属元素M1的化合物， 包含从包括除In(III)和Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素M2的化合物，包含从包括除M1J2Jn(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素M的化合物，包含除任一上述金属元素以外的发光中心元素EC的化合物，以及包含从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素L的化合物， 以便制备材料混合物，以及烧成所述材料混合物；另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在490到 580nm的波长范围内的光；以及再一荧光物质(B)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在400到 490nm的波长范围内的光。
9.一种荧光物质， 其由以下公式⑴表示 (MhECx)aM1bM2LcOdNe(I)其中M1是从包括四价金属元素的组中选择的金属元素，M2是从包括除In(III)和 Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素，L是从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素，M是从包括除M\M2、In(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素，EC是除任一上述金属元素以外的发光中心元素，以及χ、a、b、c、d和e是分别满足条件 0 < χ < 0. 4,0. 65 < a < 0. 80、2 < b < 3、0 < c < 0. 1、0· 3 < d < 0. 6 以及 4 <e<5的数字；并且在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光。
10.一种发光器件，包括发光元件(Si)，其发出波长范围为250到500nm的光； 荧光物质(R)，其由以下公式(I)表示 (M1^xECx)aM1bM2LcOdNe(I)其中M1是从包括四价金属元素的组中选择的金属元素，M2是从包括除In(III)和 Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素，L是从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素，M是从包括除M1J2Jn(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素，EC是除任一上述金属元素以外的发光中心元素，以及χ、a、b、c、d和e是分别满足条件 0 < χ < 0. 4,0. 65 < a < 0. 80、2 < b < 3、0 < c < 0. 1、0· 3 < d < 0. 6 以及 4 <e<5的数字；并且所述荧光物质(R)在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光；以及另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(Si)发出的光的激励下发射峰值在430到 580nm的波长范围内的光。
11.一种发光器件，包括发光元件(S2)，其发出波长范围为250到430nm的光； 荧光物质(R)，其由以下公式(I)表示 (MhECx)aM1bM2LcOdNe(I)其中M1是从包括四价金属元素的组中选择的金属元素，M2是从包括除In(III)和 Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素，L是从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素，M是从包括除M\M2、In(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素，EC是除任一上述金属元素以外的发光中心元素，以及χ、a、b、c、d和e是分别满足条件 0 < χ < 0. 4,0. 65 < a < 0. 80、2 < b < 3、0 < c < 0. 1、0· 3 < d < 0. 6 以及 4 <e<5的数字；并且所述荧光物质(R)在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光；另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在490到 580nm的波长范围内的光；以及再一荧光物质(B)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在400到 490nm的波长范围内的光。
12.一种发光器件模块，其包括衬底和在所述衬底上提供的多个发光器件，所述发光器件中的每个发光器件包括发光元件(Si)，其发出波长范围为250到500nm的光； 荧光物质(R)，其由以下公式(I)表示 (MhECx)aM1bM2LcOdNe (I)其中M1是从包括四价金属元素的组中选择的金属元素，M2是从包括除In(III)和 Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素，L是从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素，M是从包括除M\M2、In(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素，EC是除任一上述金属元素以外的发光中心元素，以及χ、a、b、c、d和e是分别满足条件 0 < χ < 0. 4,0. 65 < a < 0. 80、2 < b < 3、0 < c < 0. 1、0· 3 < d < 0. 6 以及 4 <e<5的数字；并且所述荧光物质(R)在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光；另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(Si)发出的光的激励下发射峰值在430到 580nm的波长范围内的光。
13.一种发光器件模块，其包括衬底和在所述衬底上提供的多个发光器件，所述发光器件中的每个发光器件包括发光元件(S2)，其发出波长范围为250到430nm的光； 荧光物质(R)，其由以下公式(I)表示 (MhECx)aM1bM2LcOdNe (I)其中M1是从包括四价金属元素的组中选择的金属元素，M2是从包括除In(III)和 Ga(III)以外的三价金属元素的组中选择的金属元素，L是从包括In(III)和Ga(III)的组中选择的金属元素，M是从包括除M\M2、In(III)和Ga(III)以外的金属元素的组中选择的金属元素，EC是除任一上述金属元素以外的发光中心元素，以及χ、a、b、c、d和e是分别满足条件 O < χ < 0. 4,0. 65 < a < 0. 80、2 < b < 3、0 < c < 0. 1、0· 3 < d < 0. 6 以及 4 <e<5的数字；并且所述荧光物质(R)在波长范围为250到500nm的光的激励下发射峰值在570到650nm的波长范围内的光； 另一荧光物质(G)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在490到 580nm的波长范围内的光；以及再一荧光物质(B)，其在所述发光元件(S2)发出的光的激励下发射峰值在400到 490nm的波长范围内的光。
全文摘要
本发明涉及一种荧光物质、制造荧光物质的方法、发光器件及发光模块。实施例提供了一种制造氧氮化物荧光物质的方法。在所述方法中将包含In或Ga的化合物用作所述方法的材料。可以使通过所述方法制造的红色荧光物质与半导体发光元件相组合，以便在发光器件或发光模块中使用。
文档编号C09K11/80GK102191058SQ201010277528
公开日2011年9月21日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年3月9日
发明者三石巌, 佐藤高洋, 岡田葵, 平松亮介, 松田直寿, 石田邦夫, 福田由美 申请人:株式会社东芝