在1600-2200nm波长范围内发射的磷光体成分和短波长红外发射pcLED的制作方法

本发明总体上涉及供在磷光体转换发光器件中使用的磷光体成分，并且更特别地涉及在1600-2200nm波长范围内具有宽带红外发射的磷光体成分。

背景技术：

1、半导体发光二极管和激光二极管(在本文中统称为“led”)是当前可用的最有效的光源之一。led的发射光谱通常在由该器件的结构和由其构成的半导体材料的组分所确定的波长处表现出单一的窄峰。通过合适地选择器件结构和材料体系，led可以被设计为在紫外、可见、或红外波长处来操作。

2、led可以与吸收由led发射的光并作为响应发射更长波长的光的一种或多种波长转换材料(在本文中一般称为“磷光体”)组合。对于这种磷光体转换led(“pcled”)，由led发射的被磷光体吸收的光的份额取决于由led发射的光的光路上的磷光体材料的量，例如取决于设置在led上或led周围的磷光体层中磷光体材料的浓度以及该层的厚度。

3、可以将磷光体转换led设计为使得led发射的所有光都被一种或多种磷光体吸收，在该情况下，来自pcled的发射完全来自磷光体。在这种情况下，例如，可以选择磷光体以在光谱区域内发射光，该光不由led直接有效地生成。

4、替代地，可以将pcled设计为使得由led发射的光的仅一部分被磷光体吸收，在该情况下，来自pcled的发射是由led发射的光和由磷光体发射的光的混合。通过合适地选择led、磷光体、和磷光体组分，可以将这样的pcled设计成发射例如具有期望的色温和期望的显色性质的光。

技术实现思路

1、在一个方面中，提供了一种波长转换结构，所述波长转换结构包括发射波长在1600-2200nm范围内的swir磷光体，所述swir磷光体包括结构无序的石榴石材料、敏化剂离子、和至少一种稀土发射体离子。结构无序的石榴石材料可以包括衍生自结构有序的钆镓石榴石(gd3)[ga2]{ga3}o12(其具有8重配位的gd原子、6重配位的ga原子和4重配位的ga原子)的成分。结构无序的石榴石材料可以包括可以占据多于一个晶格位点的原子。钆可以被选自包括tm、ho、la、y、yb、nd、er和ce的组中的至少一种稀土元素部分取代。稀土发射体元素可以是tm和ho的组合。稀土发射体元素可以是tm。swir磷光体可以包括(gd3-u-v-x-y-zluxtmyhozscvreu)[sc2-a-b-d-eluacrbgadale]{ga3-calc}o12，其中re＝la、y、yb、nd、er、ce并且0≤u≤2、0<v≤1、0<x≤1、0<y≤0.5、0≤z≤0.05、0<a≤1、0<b≤0.3、0≤c≤3、0<d≤1.8、0≤e≤1.8。swir磷光体的非掺杂主晶格可以包括以结构无序的立方石榴石结构类型结晶的(gd,lu,sc)3[sc,lu,ga,al])2{ga,al}3o12。swir磷光体可以包括gd2.367ho0.01tm0.152sc1.6lu0.27ga1.8al1.78cr0.04o12、gd2.59tm0.24ho0.02sc0.75lu0.3ga2al2cr0.1o12、gd2ho0.013tm0.2sc0.67lu0.24ga1.6al3.2cr0.08o12和gd2.67ho0.01tm0.17sc1.8lu0.3ga2alcr0.05o12中的至少一种。波长转换结构可以进一步包括具有在1100-1700nm波长范围内的发射的附加ir磷光体。附加ir磷光体可以包括在1000-1700nm范围内发射的掺杂ni2+或者ni2+和cr3+的尖晶石型、钙钛矿型和石榴石型ir磷光体中的一种或多种。一个示例是成分为(gd)3[sc,ga,ni,zr,cr]2{ga,al}3o12的掺杂ni2+和cr3+的石榴石磷光体，例如gd3ga3.7scal0.18ni0.02zr0.021cr0.1o12和gd3ga4.7al0.18ni0.02zr0.021cr0.1o12。

2、在另一个方面中，提供了一种发光材料，其发射的光具有在1600-2200nm范围内的发射波长，该发光材料包括掺杂有至少一种敏化剂离子和至少一种稀土发射体离子的结构无序的石榴石材料。结构无序的石榴石材料可以包括衍生自结构有序的钆镓石榴石(gd3)[ga2]{ga3}o12(其具有三个8重配位的gd原子、两个6重配位的ga原子、和三个4重配位的ga原子)的成分。结构无序的石榴石材料可以包括可以占据多于一个晶格位点的原子。钆可以被选自包括tm、ho、la、y、yb、nd、er和ce中的至少一种的组中的至少一种稀土元素部分取代。稀土发射体离子可以是tm和ho的组合。稀土发射体离子可以是tm。swir磷光体可以包括(gd3-u-v-x-y-zluxtmyhozscvreu)[sc2-a-b-d-eluacrbgadale]{ga3-calc}o12，其中re＝la、y、yb、nd、er、ce并且0≤u≤2、0<v≤1、0<x≤1、0<y≤0.5、0≤z≤0.05、0<a≤1、0<b≤0.3、0≤c≤3、0<d≤1.8、0≤e≤1.8。swir磷光体可以包括以结构无序的立方石榴石结构类型结晶的(gd,lu)3(sc,lu)2(ga,al)3。swir磷光体可以包括gd2.367ho0.01tm0.152sc1.6lu0.27ga1.8al1.78cr0.04o12、gd2.59tm0.24ho0.02sc0.75lu0.3ga2al2cr0.1o12、gd2ho0.013tm0.2sc0.67lu0.24ga1.6al3.2cr0.08o12和gd2.67ho0.01tm0.17sc1.8lu0.3ga2alcr0.05o12中的至少一种。

3、在又一个方面中，提供了一种ir发射器件，该ir发射器件包括：波长转换结构，该波长转换结构包括swir磷光体，该swir磷光体具有在1600-2200nm的波长范围内的发射以及在至少500nm的光谱宽度内的连续发射光谱；以及光源，其被配置为将初级光发射到波长转换结构中。swir磷光体可以包括(gd3-u-v-x-y-zluxtmyhozscvreu)[sc2-a-b-d-eluacrbgadale]{ga3-calc}o12，其中re＝la、y、yb、nd、er、ce并且0≤u≤2、0<v≤1、0<x≤1、0<y≤0.5、0≤z≤0.05、0<a≤1、0<b≤0.3、0≤c≤3、0<d≤1.8、0≤e≤1.8。

技术特征：

1.一种波长转换结构，其包括发射波长在1600-2200nm范围内的swir磷光体，所述swir磷光体包括结构无序的石榴石材料、敏化剂离子、和至少一种稀土发射体离子。

2.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述结构无序的石榴石材料包括具有8重配位的gd原子、6重配位的ga原子、和4重配位的ga原子的立方石榴石主晶格。

3.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述结构无序的石榴石材料包括选自sc、lu、ga和al的组的一个或多个原子，所述一个或多个原子可以占据多于一个晶格位点并且浓度大于1atom％。

4.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述稀土发射体离子包括tm、ho、la、y、yb、nd、er和ce中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述稀土发射体离子由tm和ho组成。

6.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述稀土发射体离子由tm组成。

7.其中所述swir磷光体包括(gd3-u-v-x-y-zluxtmyhozscvreu)[sc2-a-bluacrbgadale]{ga3-calc}o12，其中re＝la、y、yb、nd、er、ce并且0≤u≤2、0<v≤1、0<x≤1、0<y≤0.5、0≤z≤0.05、0<a≤1、0<b≤0.3、0≤c≤3、0<d≤1.8、0≤e≤1.8。

8.根据权利要求6所述的波长转换结构，其中所述swir磷光体包括以下中的至少一种：gd2.367ho0.01tm0.152sc1.6lu0.27ga1.8al1.78cr0.04o12、gd2.59tm0.24ho0.02sc0.75lu0.3ga2al2cr0.1o12、gd2ho0.013tm0.2sc0.67lu0.24ga1.6al3.2cr0.08o12、和gd2.67ho0.01tm0.17sc1.8lu0.3ga2alcr0.05o12。

9.根据权利要求1所述的波长转换结构，还包括具有在1100-1700nm波长范围内的发射的附加ir磷光体。

10.根据权利要求10所述的波长转换结构，其中所述附加ir磷光体包括在1000-1700nm范围内发射的掺杂ni2+或者ni2+和cr3+的尖晶石型、钙钛矿型和石榴石型ir磷光体中的一种或多种。

11.一种发光材料，其发射的光具有在1600-2200nm范围内的发射波长，所述发光材料包括掺杂有至少一种敏化剂离子和至少一种稀土发射体离子的结构无序的石榴石材料。

12.根据权利要求11所述的发光材料，其中所述结构无序的石榴石材料包括具有8重配位的gd原子、6重配位的ga原子、和4重配位的ga原子的立方石榴石主晶格。

13.根据权利要求11所述的发光材料，其中所述结构无序的石榴石材料包括选自sc、lu、ga和al的组的一个或多个原子，所述一个或多个原子可以占据多于一个晶格位点并且浓度大于1atom％。

14.根据权利要求11所述的发光材料，其中所述稀土发射体离子包括tm、ho、la、y、yb、nd、er和ce中的至少一种。

15.根据权利要求11所述的发光材料，其中稀土发射体离子由tm和ho组成。

16.根据权利要求11所述的发光材料，包括(gd3-u-v-x-y-zluxtmyhozscvreu)[sc2-a-bluacrbgadale]{ga3-calc}o12，其中re＝la、y、yb、nd、er、ce并且0≤u≤2、0<v≤1、0<x≤1、0<y≤0.5、0≤z≤0.05、0<a≤1、0<b≤0.3、0≤c≤3、0<d≤1.8、0≤e≤1.8。

17.根据权利要求11所述的发光材料，其中所述稀土发射体离子由tm组成。

18.根据权利要求11所述的发光材料，其中所述swir磷光体包括以下中的至少一种：gd2.367ho0.01tm0.152sc1.6lu0.27ga1.8al1.78cr0.04o12、gd2.59tm0.24ho0.02sc0.75lu0.3ga2al2cr0.1o12、gd2ho0.013tm0.2sc0.67lu0.24ga1.6al3.2cr0.08o12、和gd2.67ho0.01tm0.17sc1.8lu0.3ga2alcr0.05o12。

19.一种ir发射器件，包括：

20.根据权利要求19所述的ir发射器件，其中所述swir磷光体包括(gd3-u-v-x-y-zluxtmyhozscvreu)[sc2-a-bluacrbgadale]{ga3-calc}o12，其中re＝la、y、yb、nd、er、ce并且0≤u≤2、0<v≤1、0<x≤1、0<y≤0.5、0≤z≤0.05、0<a≤1、0<b≤0.3、0≤c≤3、0<d≤1.8、0≤e≤1.8。

技术总结提供了一种波长转换结构，该波长转换结构包括发射波长在1600‑2200nm范围内的SWIR磷光体，该SWIR磷光体包括结构无序的石榴石材料、敏化剂离子、和至少一种稀土发射体离子。还提供了发射波长在1600‑2200nm范围内的发光材料，该发光材料包括(Gd<subgt;3‑u‑v‑x‑y‑</subgt;<subgt;z</subgt;Lu<subgt;x</subgt;Tm<subgt;y</subgt;Ho<subgt;z</subgt;Sc<subgt;v</subgt;RE<subgt;u</subgt;)[Sc<subgt;2‑a‑b</subgt;Lu<subgt;a</subgt;Cr<subgt;b</subgt;Ga<subgt;d</subgt;Al<subgt;e</subgt;]{Ga<subgt;3‑</subgt;<subgt;c</subgt;Al<subgt;c</subgt;}O<subgt;12</subgt;，其中RE＝La、Y、Yb、Nd、Er、Ce并且0≤u≤2、0<v≤1、0<x≤1、0<y≤0.5、0≤z≤0.05、0<a≤1、0<b≤0.3、0≤c≤3、0<d≤1.8、0≤e≤1.8。包含该发光材料的IR发射器件可以提供在1600‑2200nm波长范围内的宽带发射以及在至少500nm的光谱宽度内的连续发射光谱。技术研发人员：P·J·施米德特,T·迪德里希受保护的技术使用者：亮锐有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18