專利名稱：發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括發(fā)光元件的發(fā)光裝置，尤其涉及一種發(fā)光裝置，所述發(fā)光裝置包括可在第一光譜區(qū)發(fā)光的發(fā)光元件；磷光體，其來(lái)源于堿土金屬正硅酸鹽族并至少包含磷族堿土金屬正硅酸鹽，并吸收從發(fā)光元件所發(fā)出的部分光并在另一光譜區(qū)發(fā)光。
背景技術(shù)：
發(fā)光裝置為如無(wú)機(jī)LED、有機(jī)LED、激光二極管、無(wú)機(jī)厚膜電致發(fā)光片、或無(wú)機(jī)薄膜電致發(fā)光單元。
特別地，LED的顯著特征為具有較長(zhǎng)的壽命、不必有較大的空間、具有較強(qiáng)的抗沖擊性，以及在窄光譜帶發(fā)光的特性。
活性半導(dǎo)體材料LED固有的光發(fā)射不能充足地提供許多發(fā)光顏色，尤其是許多具有寬光譜帶的發(fā)光顏色。當(dāng)目標(biāo)是白色光發(fā)射時(shí)尤其是如此。
從現(xiàn)有技術(shù)來(lái)看，最初由半導(dǎo)體得不到的發(fā)光顏色可通過(guò)顏色轉(zhuǎn)換技術(shù)得到。
顏色轉(zhuǎn)換技術(shù)基本上是基于下述原理也就是說(shuō)，至少一種磷光體設(shè)置在LED模上；磷光體吸收從模上發(fā)射的光；接著磷光體以另一光發(fā)射顏色發(fā)射光致發(fā)光光。
為了組成磷光體，基本上，可以利用有機(jī)材料也可利用無(wú)機(jī)材料。無(wú)機(jī)顏料的基本優(yōu)點(diǎn)為比有機(jī)襯底磷光體有更高的環(huán)境阻力?？紤]到基于無(wú)機(jī)LED的長(zhǎng)壽命的顏色穩(wěn)定性，無(wú)機(jī)材料更加有利。
考慮到加工的容易性，很明顯，使用無(wú)機(jī)熒光顏料替代有機(jī)熒光涂層襯底磷光體是有利的，所述有機(jī)熒光涂層襯底磷光體需要過(guò)長(zhǎng)生長(zhǎng)周期，以便得到必要的膜厚。顏料被添加到基體中，并接著放置在LED模上。
由于滿足上述要求的無(wú)機(jī)材料的數(shù)量很少，在絕大多數(shù)情況下，YAG族材料目前被用作顏色轉(zhuǎn)換的顏料。然而，YAG族材料的缺點(diǎn)為他們僅在光發(fā)射最大值小于560nm時(shí)具有較高的效率。出于這個(gè)原因，當(dāng)結(jié)合藍(lán)色二極管(450nm和490nm)使用YAG顏料時(shí)，僅可實(shí)現(xiàn)帶有冷感的白色發(fā)射光顏色。特別地，在照明設(shè)備中，關(guān)于顏色溫度和顏色復(fù)制的要求很高。這種要求現(xiàn)在不可能由現(xiàn)有的白色LED所的產(chǎn)品所滿足。
國(guó)際公開(kāi)No.WO00/33389公開(kāi)了Ba2SiO4:Eu2+可用作磷光體以便在使用藍(lán)色LED時(shí)得到接近白色的光。Ba2SiO4:Eu2+所發(fā)射的光具有505nm的相對(duì)較短的波長(zhǎng)，因此，光明顯為冷色。
S.H.M.Poort et a1.，“Optical properties of Eu2+-activated”，page 297中報(bào)道了Ba2SiO4和一種由Eu2+活化的磷酸鹽如KbaPO4和KSrPO4的特性。在這篇報(bào)道中，證明了Ba2SiO4的光發(fā)射為505nm。而且，報(bào)道了兩種磷酸鹽的光發(fā)射基本上為更短的波長(zhǎng)(420nm和430nm)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光發(fā)射裝置，通過(guò)磷光體對(duì)第一光源發(fā)出的紫外線或藍(lán)色射線的極好吸收性，所述發(fā)光裝置通過(guò)高光致發(fā)光作用可提供不同的發(fā)光顏色或較高的顏色復(fù)制性。在這種情況下，特別有利的是，在通常用作普通照明設(shè)備光源的CIE偏斜橢圓中的顏色的色位極其接近2600K和7000K之間的色溫范圍。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管，其由氮化物半導(dǎo)體制成；磷光體，其吸收由所述發(fā)光二極管發(fā)出的一部分光并發(fā)射與所吸收的光具有不同波長(zhǎng)的光。磷光體由用銪活化的堿土金屬硅酸鹽熒火材料制成。
磷光體可以是由二價(jià)銪活化的堿土金屬正硅酸鹽，可用公式表示如下(2-x-y)SrOx(Ba，Ca)O·(1-a-b-c-d)SiO2·aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(其中，0＜x＜1.6，0.005＜y＜0.5，和0＜a，b，c，d＜0.5)和/或堿土金屬正硅酸鹽可由下式表示(2-x-y)BaO·x(Sr，Ca)O·(1-a-b-c-d)SiO2·aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+
(其中，0.01＜x＜1.6，0.005＜y＜0.5，和0＜a，b，c，d＜0.5)其中，有利的是，a，b，c，和d其中至少有一個(gè)大于0.01。
即，在硅酸鍶或硅酸鋇和正硅酸鍶的混合物來(lái)替代硅酸鋇的情況下，意外地發(fā)現(xiàn)輻射光的波長(zhǎng)被延長(zhǎng)了。由鍺及附加存在的的P2O3、Al2O3、和/或B2O3替代硅可影響光發(fā)射光譜。結(jié)果，在每一種使用情況中光發(fā)射光譜可被調(diào)節(jié)到最佳。
有利的是，發(fā)光裝置具有由二價(jià)銪和/或錳、和/或Y(V，P，Si)O4:Eu活化的堿土金屬鋁酸鹽族中的磷光體，或者來(lái)自堿土金屬二矽酸鎂Eu2+，Mn2+的用于發(fā)射紅色光的不同磷光體，可由下式表示Me(3-x-y)MgSi2O3:xEu，yMn(其中0.005＜x＜0.5，0.005＜x＜0.5，及Me表示Ba和/或Sr和/或Ca)。
而且，還發(fā)現(xiàn)，在磷光體基體中包含少量的單價(jià)離子，尤其是鹵化物有利于提高結(jié)晶度和輻射率。
有利的是，第一光譜區(qū)為300至500nm。在這個(gè)波長(zhǎng)區(qū)，本發(fā)明的磷光體可被很好地活化。
而且，有利的是，第二光譜區(qū)為430至650nm。在這種情況下，還可得到相對(duì)純的白色光。
有利的是，發(fā)光裝置發(fā)射Ra值＞72的白色光。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的LED燈的剖面圖；圖2示出了圖1的藍(lán)色LED的層狀結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的平面光源裝置的結(jié)構(gòu)，其中，圖3(a)為平面圖和圖3(b)為沿圖3(a)的線A-A的剖面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的SMD(表面安裝二極管)型LED燈的剖面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的LED燈的剖面圖；圖6示出了齊納二極管用作過(guò)壓保護(hù)元件的連接電路圖；圖7示出了電容器用作過(guò)壓保護(hù)元件的連接電路圖；和圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中，光發(fā)射裝置包括兩種不同的磷光體，并且在這種情況下，磷光體中至少其中之一為堿土金屬正硅酸鹽磷光體。因此，白色調(diào)可被特別精確地調(diào)整。
在根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)變化中，存在許多可能性。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)LED芯片設(shè)置在反射鏡中的襯底上，磷光體分散在設(shè)置在反射鏡上的透鏡中。
然而，還有可能一個(gè)或多個(gè)LED芯片設(shè)置在反射鏡中的襯底上，磷光體涂在反射鏡上。
LED芯片可方便地用透明的類(lèi)似圓屋頂形的密封劑填充。密封劑一方面提供了機(jī)械保護(hù)，另一方面密封劑還改善了光學(xué)性能(改善了LED模模的光發(fā)射)。
磷光體可分散在密封劑中。利用密封劑，設(shè)置在襯底上的LED芯片和聚合體透鏡可被粘合而盡可能少地包含氣體。在這種情況下，聚合體透鏡和密封劑的折射率之差最大為0.1?？芍苯永妹芊鈩┟芊釲ED模。然而，也可利用透明密封劑密封LED模(即，在這種情況下，利用透明密封劑和包含磷光體的密封劑)。由于折射率彼此接近，在界面上的折射損耗很小。
有利的是，聚合體透鏡具有球形和橢圓形凹陷。凹陷可用密封劑填充。結(jié)果，LED陣列可固定在與聚合體透鏡較短距離處。因此，可減小機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸。
為了實(shí)現(xiàn)磷光體的均勻分布，有利的是，磷光體被方便地懸浮在無(wú)機(jī)基體中。
在使用兩種磷光體的情況下，有利的是，兩種磷光體被懸浮在任一基體中，并且，在這種情況下，這些基體設(shè)置在光傳播方向的前面和后面。因此，與不同磷光體混合在一起分散的情況相比，可減小基體濃度。
接著，下面將說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例制造磷光體的過(guò)程中的重要步驟。
在生產(chǎn)硅酸鹽磷光體的過(guò)程中，根據(jù)所選擇的成份比率，將堿土金屬碳酸鹽、二氧化硅及氧化銪以每一化學(xué)計(jì)量進(jìn)行充分混合作為初始物質(zhì)，并利用用于產(chǎn)生磷光體的常規(guī)固態(tài)反應(yīng)，在1100℃和1400℃下在還原空氣中可轉(zhuǎn)換成所需要的磷光體。在這方面，有利的是，將少量氯化銨或另一種鹵化物(優(yōu)選小于0.2摩爾)添加到反應(yīng)混合物中，以便提高結(jié)晶程度。如果需要，部分硅可由鍺、硼、鋁或磷來(lái)替代，或者部分銪可由錳來(lái)替代。這可通過(guò)添加上述各種元素的相應(yīng)量的化合物來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述化合物通過(guò)加熱進(jìn)行分解。在這種情況下，保持反應(yīng)條件范圍。
所得到的硅酸鹽發(fā)射出波長(zhǎng)為510nm至600nm的光，其半帶寬達(dá)110nm。
通過(guò)利用從上述磷光體族中選擇的一種磷光體或從上述磷光體族中所選擇的磷光體的混合物，或由二價(jià)銪和/或錳所活化的堿土金屬鋁酸鹽磷光體的混合物，還有用于從Y(V，P，Si)O4:Eu2+族中選擇的發(fā)射紅光的不同磷光體，以及從Y2O2S:Eu3+族中所選擇的常規(guī)磷光體，可得到具有確定的色溫和較高顏色復(fù)制性的發(fā)射光顏色。下面示出了這些例子。
T＝2778K(464nm+Sr1.4Ba0.6SiO4:Eu2+)；x＝0.4619，y＝0.4247，Ra＝72，T＝2950K(464nm+Sr1.4Ba0.6SiO4:Eu2+)；x＝0.4380，y＝0.4004，Ra＝73，T＝3497K(464nm+Sr1.6Ba0.4SiO4:Eu2+)；x＝0.4086，y＝0.3996，Ra＝74，T＝4183K(464nm+Sr1.9Ba0.08Ca0.2SiO4:Eu2+)；x＝0.3762，y＝0.3873，Ra＝75，T＝6624K(464nm+Sr1.9Ba0.02Ca0.08SiO4:Eu2+)；x＝0.3101，y＝0.3306，Ra＝76，T＝6385K(464nm+Sr1.6Ba0.4SiO4:Eu2++Sr0.4Ba1.6SiO4:Eu2+)；x＝0.3135，y＝0.3397，Ra＝82，T＝4216K(464nm+Sr1.9Ba0.08Ca0.02SiO4:Eu2+)；x＝0.3710，y＝0.3696，Ra＝82，3954K(464nm+Sr1.6Ba0.4SiO4:Eu2++Sr0.4Ba1.6SiO4:Eu2++YVO4:Eu3+)；x＝0.3756，y＝0.3816，Ra＝84，T＝6489K(464nm+Sr1.6Ba0.4SiO4:Eu2++Sr0.4Ba1.6SiO4:Eu2++鋁酸鎂鋇:Eu2+)；x＝0.3115，y＝0.3390，Ra＝66，T＝5097K(464nm+Sr1.6Ba0.4(Si0.08Ba0.02)O4:Eu2++Sr0.6Ba1.4SiO4:Eu2+)；x＝0.3423，y＝0.3485，Ra＝82，T＝5084K(464nm+Sr1.6Ba0.4(Si0.08B0.02)O4:Eu2++Sr0.6Ba1.4SiO4:Eu2++鋁酸鎂鍶:Eu2+)；x＝0.3430，y＝0.3531，Ra＝83，T＝3369K(464nm+Sr1.4Ba0.6Si0.95Ge0.05O4:Eu2+)；x＝0.4134，y＝0.3959，Ra＝74，T＝2787K(466nm+Sr1.4Ba0.6Si0.98P0.02O4.01:Eu2+)；x＝0.4630，y＝0.4280，Ra＝72，T＝2913K(464nm+Sr1.4Ba0.6Si0.98Al0.02O4:Eu2+)；x＝0.4425，y＝0.4050，Ra＝73，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例中，可按如下方法進(jìn)行顏色轉(zhuǎn)換。
將一個(gè)或多個(gè)LED芯片組裝在襯底上。直接在襯底上設(shè)置密封材料，形成半球形或半橢圓形(一方面是為了保護(hù)LED芯片保護(hù)裝置，另一方面是為了發(fā)射優(yōu)選的在LED芯片中所產(chǎn)生的發(fā)射光)。密封材料可分別密封每一膜，或者可形成所有的LED膜共用的密封材料。因此，所制造的襯底設(shè)置在反射鏡中或反射鏡設(shè)置在LED芯片上。
反射鏡上安裝有透鏡。一方面，透鏡用于保護(hù)裝置，另一方面，熒光顏料混合在透鏡中。因此，透鏡給人以不透明和黃顏色的印象。當(dāng)穿過(guò)光學(xué)部件時(shí)，穿過(guò)透鏡的藍(lán)光(包括紫外線)就會(huì)被轉(zhuǎn)換成較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光(黃色光)。結(jié)果，還可通過(guò)混合藍(lán)光和轉(zhuǎn)換光(黃光)得到白色印象。例如，在平行的平板之間所產(chǎn)生的波導(dǎo)效應(yīng)損失可由于透鏡的不透明性和分散特性而減小。而且，利用反射鏡，只有初調(diào)的光被控制進(jìn)入透鏡。結(jié)果，在一開(kāi)始就減小了總的反射效應(yīng)。
或者，反射鏡可設(shè)置在每一LED芯片上，反射鏡被填充為圓屋頂形狀，而且，透鏡設(shè)置在每一反射鏡的上方或整個(gè)裝置的上方。
在用于照明的光發(fā)射裝置的生產(chǎn)中，有利的是，利用LED陣列來(lái)替代單個(gè)LED。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)將LED芯片直接組裝在襯底上形成的LED陣列(如下所述)來(lái)執(zhí)行顏色轉(zhuǎn)換。
利用密封劑(如環(huán)氧樹(shù)脂)，可將LED陣列與由另一種材料(如PMMA)制成的透明聚合體透鏡粘合在一起。選擇聚合體和密封劑的材料以便具有盡可能接近的折射系數(shù)，即，具有相位匹配。密封劑存在于聚合體透鏡的最大球形或橢圓形凹陷中。凹陷形狀的重要性在于若顏色轉(zhuǎn)換物質(zhì)分散在密封劑中。因此，根據(jù)凹陷形狀，可保證得到光發(fā)射顏色而不考慮角度。此外，上述陣列可填充透明密封劑，而且，上述陣列可用包含顏色轉(zhuǎn)換物質(zhì)的密封劑與用上述聚合體透鏡粘合在一起。
對(duì)于使用至少兩種不同磷光體并具有特別優(yōu)選的顏色復(fù)制性的LED，有利的是，將磷光體分別分散并添加，而不是將磷光體一起分散在一種基體中。這種方法特別應(yīng)用于通過(guò)多個(gè)顏色轉(zhuǎn)換過(guò)程而得到最后光發(fā)射顏色的化合物。即，具有最長(zhǎng)波長(zhǎng)的光發(fā)射顏色由一個(gè)光發(fā)射過(guò)程產(chǎn)生。在這種情況下，光發(fā)射過(guò)程如下進(jìn)行即，第一磷光體吸收LED的光發(fā)射，第一磷光體進(jìn)行光發(fā)射；第二磷光體吸收第一磷光體的光發(fā)射，第二磷光體進(jìn)行光發(fā)射。特別地，對(duì)于這種過(guò)程，有利的是，在光傳播方向的前面和后面分散磷光體，因?yàn)榕c簡(jiǎn)單分散各種磷光體的情況相比，磷光體的濃度可因此被減小。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。磷光體可被組合在聚合體透鏡中(或其它光學(xué)元件上)。磷光體可直接設(shè)置在LED模上，或者可被設(shè)置在透明密封劑的表面上。而且，磷光體可與分散的粒子一起組合在基體中。因此，可防止從基體中析出并確保發(fā)射單色光。
上述在發(fā)光二極管(LED)燈中使用具有光致效應(yīng)的磷光體的例子將在下面詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的第二實(shí)施例的LED燈的典型剖面圖。圖1所示的LED燈也即所謂的“透鏡型LED燈”。由GaN半導(dǎo)體所形成的藍(lán)色LED 4通過(guò)底座5安裝在金屬架3(metal stem 3)上，所述金屬架3(metal stem 3)形成杯10，杯10用作反射鏡，用于在LED燈上方反射從藍(lán)色LED4發(fā)射出的光。藍(lán)色LED 4的一個(gè)電極通過(guò)金連接線7連接到引線框2上，另一電極通過(guò)金連接線6連接到引線框1上。杯10的內(nèi)部填充有內(nèi)部樹(shù)脂8，其作為涂敷部件用于固定藍(lán)色LED 4。而且，設(shè)置有金屬架3(metal stem 3)的引線框2和引線框1被作為注模部件的外部樹(shù)脂9覆蓋。因此，藍(lán)色LED4被用內(nèi)部樹(shù)脂8和外部樹(shù)脂9雙層覆蓋。金屬架3(metal stem 3)和引線框1還稱作座架引線(mount lead)。下面將詳細(xì)說(shuō)明藍(lán)色LED 4。
包含磷光體11的內(nèi)部樹(shù)脂8填充在杯10中到達(dá)杯10上部邊緣水平面以下的水平。當(dāng)多個(gè)LEDs以這種方式彼此靠近設(shè)置時(shí)，這種結(jié)構(gòu)可防止LEDs之間的顏色混合，并能利用LEDs實(shí)現(xiàn)平面顯示，以便產(chǎn)生具有高清晰度的圖像。
關(guān)于內(nèi)部樹(shù)脂8，使用固化時(shí)變成透明的硅樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂。內(nèi)部樹(shù)脂8包含主要由二價(jià)銪活化的堿土金屬正硅酸鹽和/或堿土金屬正硅酸鹽組成的磷光體11。如上所述，磷光體11具有光致發(fā)光效應(yīng)。特別是，磷光體11吸收從藍(lán)色LED 4發(fā)出的光并發(fā)射出與所吸收的光具有不同波長(zhǎng)的光。
作為硅樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂的替代物，低熔點(diǎn)玻璃可用作內(nèi)部樹(shù)脂8。低熔點(diǎn)玻璃具有極好的防潮性，同時(shí)，還可防止有害離子進(jìn)入藍(lán)色LED4。而且，由藍(lán)色LED 4發(fā)出的光同樣可通過(guò)低熔點(diǎn)玻璃，而不被玻璃吸收。因此，不必要預(yù)期光吸收而發(fā)射具有較高強(qiáng)度的光。
而且，散射物質(zhì)可摻入作為內(nèi)部樹(shù)脂8的包含磷光體11的硅樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂中，或摻入其中包含磷光體11的低熔點(diǎn)玻璃中。散射物質(zhì)不規(guī)則地反射從藍(lán)色LED 4發(fā)出的光，以便產(chǎn)生散射光。因此，從藍(lán)色LED 4發(fā)出的光可能更適用于磷光體11，從而可增加從磷光體11發(fā)出的光量。對(duì)散射物質(zhì)沒(méi)有特別的限制，可使用任何熟知的材料。
至于外部樹(shù)脂9，可使用固化時(shí)變?yōu)橥该鞯沫h(huán)氧樹(shù)脂。
從良好的操作性能的觀點(diǎn)來(lái)看，各種樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂可用于底座5。優(yōu)選的是，用于底座5的樹(shù)脂具有粘結(jié)性能，此外，從即使當(dāng)?shù)鬃?被朝著很小的藍(lán)色LED 4的側(cè)面推出時(shí)仍可避免在側(cè)面處的各層之間短路的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選的是，用于底座5的樹(shù)脂還具有絕緣性能。
底座5由透明樹(shù)脂形成，從而從藍(lán)色LED 4無(wú)向性地發(fā)射出的光可通過(guò)透明樹(shù)脂，并從杯10表面上的反射鏡上反射，進(jìn)而發(fā)射到LED燈的上方。特別是，當(dāng)LED燈用作白色光源時(shí)，底座5的顏色可以是不妨礙白色光的白色。
底座5可包含磷光體11。在使用磷光體11的LED燈的情況下，光密度遠(yuǎn)高于不使用磷光體11的LED燈的情況。特別是，由于從藍(lán)色LED4發(fā)出的光不能穿過(guò)磷光體11，從藍(lán)色LED 4發(fā)出的光由設(shè)置在LED 4附近的磷光體11所反射，并重新作為由磷光體11激發(fā)的光無(wú)向發(fā)射，并且同樣被杯10表面上的反射鏡所反射，進(jìn)而由于LED燈的各個(gè)不同部分之間的折射率不同而被進(jìn)一步反射。因此，光線被局部密集地限制在藍(lán)色LED 4附近的部分，致使藍(lán)色LED 4附近的光密度非常高，從而有助于從LED燈發(fā)射出高亮度的光。
藍(lán)色LED 4無(wú)向發(fā)光，所發(fā)出的光同樣被從杯10的表面反射出來(lái)。這些光透過(guò)底座5，因此，在底座5內(nèi)的光密度很高。因此，將磷光體11摻入到底座5中可允許這些從藍(lán)色LED發(fā)射出的光被底座5中包含的磷光體11反射，并重新作為由包含在底座5中的磷光體11激發(fā)的光被無(wú)向發(fā)射。因此，同時(shí)向底座5中摻加磷光體11還可增強(qiáng)由LED燈發(fā)射的光的亮度。
而且，底座5也可由含無(wú)機(jī)材料如銀的樹(shù)脂制成。由于樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂被用于底座5并且用作內(nèi)部樹(shù)脂8，當(dāng)高亮度LED燈使用較長(zhǎng)時(shí)間后，內(nèi)部樹(shù)脂8或底座5在非?？拷{(lán)色LED 4的部分形成合成樹(shù)脂，呈現(xiàn)褐色或黑色并退化，導(dǎo)致發(fā)光效率降低。特別是，底座5靠近藍(lán)色LED 4的部分的著色明顯降低了發(fā)光效率。底座5不僅要求具有對(duì)藍(lán)色LED 4發(fā)出的光的抗光性(抗老化性)，還要求具有粘性、緊密接觸性等特性。由光所引起的樹(shù)脂的退化問(wèn)題可通過(guò)將包含無(wú)機(jī)材料(如銀)的樹(shù)脂用于底座5來(lái)解決。滿足這些性能要求的底座5可通過(guò)將銀膏和磷光體11與底座粘合劑(mount paste)混合，利用安裝設(shè)備將混合物涂敷在金屬架3(metal stem 3)上，并接著將藍(lán)色LED 4粘合到涂層上。
底座5除了可由包含銀的環(huán)氧樹(shù)脂制成外，還可由包含無(wú)機(jī)材料的有機(jī)樹(shù)脂，如硅樹(shù)脂制成。包含在底座5中的無(wú)機(jī)材料應(yīng)能與樹(shù)脂密切接觸，即，應(yīng)對(duì)樹(shù)脂具有很好的粘結(jié)性，與此同時(shí)，還應(yīng)不會(huì)被藍(lán)色LED4所發(fā)出的光所退化。為了滿足這些要求，從銀、金、鋁、銅、氧化鋁、硅、氧化鈦、氮化硼、氧化錫、氧化鋅及ITO中選擇至少一種無(wú)機(jī)材料，并將其摻入到樹(shù)脂中。特別是，銀、金、鋁、銅及其類(lèi)似物可提高熱輻射并可導(dǎo)電，因此，可應(yīng)用于期望具有電導(dǎo)性的半導(dǎo)體裝置。氧化鋁、硅、氧化鈦、氮化硼及其類(lèi)似物具有很高的抗老化性并且可使底座5保持高反射性。無(wú)機(jī)材料可以有各種形式，如球狀、針狀、薄片狀，具體可結(jié)合考慮例如分散性和電導(dǎo)性來(lái)確定。在底座5中，熱輻射、電導(dǎo)性及其類(lèi)似特性可通過(guò)改變樹(shù)脂中無(wú)機(jī)材料的含量被調(diào)節(jié)到各種不同的水平。然而，由于在樹(shù)脂中增加無(wú)機(jī)材料不會(huì)引起樹(shù)脂的明顯退化，但會(huì)降低粘性，退化，所以就重而言，無(wú)機(jī)材料的含量不小于5％并且不大于80％。無(wú)機(jī)材料的重量含量不小于60％并且不大于80％退化能更好地適合防止樹(shù)脂的退化。
這樣，將無(wú)機(jī)材料如銀(其暴露在發(fā)出的光中不易退化)摻入到藍(lán)色LED 4中可抑制由光引起的底座5中的樹(shù)脂的退化退化退化。因此，摻入無(wú)機(jī)材料可減小由退化而引起的變色區(qū)域，可防止降低發(fā)光效率，并可提供良好的粘結(jié)性(密切接觸)。同時(shí)將磷光體11摻入底座5中可進(jìn)一步提高LED燈的亮度。
這樣即可實(shí)現(xiàn)提供一種LED燈，所述LED燈可發(fā)出具有高亮度的光，并且，即使在高亮度下使用很長(zhǎng)時(shí)間后，發(fā)光效率只有很小的降低。而且，使用具有高熱導(dǎo)性的材料可穩(wěn)定藍(lán)色LED 4的特性并可減小不規(guī)則的顏色。
圖2示出了圖1所示的LED燈的藍(lán)色LED 4的層狀結(jié)構(gòu)。藍(lán)色LED4包括透明襯底，如藍(lán)寶石襯底41。例如，緩沖層42、n-型接觸層43、n-型覆層44、MQW(多量子阱)活化層45、p-型覆層46及p-型接觸層47以此順序例如通過(guò)MOCVD在藍(lán)寶石襯底41上形成了氮化物半導(dǎo)體層。因此，光透明電極50形成于p-型接觸層47的整個(gè)表面，p電極48形成于光透明電極50的一部分上，及n-電極49形成于n-型接觸層43的一部分上。這些層可通過(guò)如濺射或真空沉淀形成。
緩沖層42可由如AlN形成，及n-型接觸層43可由如GaN形成。
n-型覆層44可由如AlyGal-yN形成，其中0≤y＜1，p-型覆層46可由如AlxGal-xN形成，其中0＜x＜1，及p-型接觸層47可由如AlzGal-zN形成，其中0≤z＜1并且z＜x。P-型覆層46的帶隙大于n-型覆層44的帶隙。n-型覆層44和p-型覆層46每層可具有單成份結(jié)構(gòu)，或具有這樣的結(jié)構(gòu)，即上述的厚度不大于100埃的氮化物半導(dǎo)體層，各層彼此成份不同，互相堆疊在另一層頂部，以便提供超晶格結(jié)構(gòu)。當(dāng)層厚度不大于100埃時(shí)，可防止發(fā)生層的破裂或晶體缺陷。
MQW活化層45由多個(gè)InGaN勢(shì)阱層和多個(gè)GaN勢(shì)壘層組成。勢(shì)阱層和勢(shì)壘層的厚度不大于100埃，優(yōu)選為60至70埃，以便構(gòu)成超晶格結(jié)構(gòu)。由于InGaN晶體比其它包含鋁的氮化物半導(dǎo)體如AlGaN軟，在構(gòu)成活化層45的層中使用InGaN可提供如下優(yōu)點(diǎn)即所有堆疊的氮化物半導(dǎo)體層不易破裂。MQW活化層45還可由多個(gè)InGaN勢(shì)阱層和多個(gè)AlGaN勢(shì)壘層組成?；蛘?，MQW活化層45可由多個(gè)AlInGaN勢(shì)阱層和多個(gè)AlInGaN勢(shì)壘層組成。在這種情況下，使勢(shì)壘層的帶隙能量大于勢(shì)阱層的帶隙能量。
反射層可設(shè)置在從MQW活化層45開(kāi)始的藍(lán)寶石襯底41的一側(cè)，例如，設(shè)置在n-型接觸層43的靠緩沖層42的一側(cè)。反射層還可設(shè)置在藍(lán)寶石襯底41的表面上，所述藍(lán)寶石襯底41遠(yuǎn)離堆疊在藍(lán)寶石襯底41上的MQW活化層45。反射層優(yōu)選相對(duì)于活化層45發(fā)出的光具有最大的反射系數(shù)，所述反射層可由例如鋁形成，或具有由薄GaN層形成的多層結(jié)構(gòu)。反射層的設(shè)置允許從活化層45發(fā)出的光由反射層反射，可減小由活化層45發(fā)出的光的內(nèi)部吸收，增加向上的光輸出量，及減少光入射到底座5上，從而防止由光引起的底座5的退化。
具有上述結(jié)構(gòu)的藍(lán)色LED 4的光發(fā)射波長(zhǎng)的半值寬度不大于50nm，優(yōu)選不大于40nm。藍(lán)色LED 4的峰值光發(fā)射波長(zhǎng)在380nm至500nm的范圍內(nèi)，如為450nm。
在具有上述結(jié)構(gòu)的LED燈中，當(dāng)在引線框1、2之間施加電壓時(shí)，藍(lán)色LED 4發(fā)出波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)光。藍(lán)光激發(fā)包含在內(nèi)部樹(shù)脂8中的磷光體11，被激發(fā)的磷光體11發(fā)出波長(zhǎng)為560和570nm的黃光，在內(nèi)部樹(shù)脂8中由藍(lán)光和黃光組成的混合光透過(guò)外部樹(shù)脂9被泄露到外部。在這種情況下，人的裸眼所見(jiàn)的混合光為白色，結(jié)果，LED燈看起來(lái)似乎為發(fā)出白色光的LED燈。特別地，磷光體11由藍(lán)色LED 4發(fā)出的藍(lán)色光激發(fā)并發(fā)射黃色光，所述黃色與藍(lán)色具有補(bǔ)色關(guān)系并較藍(lán)色有較長(zhǎng)的波長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)多種磷光體的組合可產(chǎn)生更接近純白色的光。
圖3示出了涉及根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光裝置的平面光源裝置的結(jié)構(gòu)，其中圖3(a)為其平面圖及圖3(b)為沿圖3(a)線A-A的剖面圖。
圖3所示的平面光源裝置可用于如液晶面板的背景光裝置。通過(guò)從背面照亮液晶面板，使得液晶面板上的不具有發(fā)光性的字符或圖像產(chǎn)生亮度或?qū)Ρ榷?，可提高字符或圖像的可見(jiàn)度。所述平面光源裝置配備并由下列元件組成。
即，所述平面光源裝置包括透明且大體為矩形的光導(dǎo)板70；多個(gè)LEDs 4，其被排成陣列并埋在光導(dǎo)板70的一側(cè)，與光導(dǎo)板70光學(xué)連接；用于反射光的光反射殼體71，其包圍光導(dǎo)板70的除發(fā)光面70a以外的其它面，并被固定到光導(dǎo)板70上；光散射圖案73，其包括對(duì)稱的和細(xì)小的凹凸圖案，所述凹凸圖案形成于與光導(dǎo)板70的發(fā)光面70a相對(duì)的光反射面72上；透明膜74，其被固定到光導(dǎo)板70上，以便覆蓋發(fā)光面70a，并且其內(nèi)包含有磷光體11。
而且，藍(lán)色LED 4其中每一個(gè)被固定到光反射殼體71上，以便通過(guò)供電裝置如連接導(dǎo)線和引線框從電源施加預(yù)定電壓的驅(qū)動(dòng)電壓。提供光散射圖案73用于在光導(dǎo)板70內(nèi)部散射從藍(lán)色LEDs 4發(fā)出的光。
在這種組成的平面光源裝置中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓施加到每一個(gè)藍(lán)色LED 4時(shí)，被驅(qū)動(dòng)的每一個(gè)藍(lán)色LED 4就會(huì)發(fā)光。所發(fā)射的光向預(yù)定的方向在光導(dǎo)板70的內(nèi)部傳播并與光反射面72上形成的光散射圖案73碰撞，從而被反射和散射。光通過(guò)膜74從發(fā)光面70a以平面光發(fā)出。當(dāng)部分從藍(lán)色LEDs 4發(fā)出的光通過(guò)膜74時(shí)，其被磷光體11吸收，并同時(shí)進(jìn)行光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，以便重新發(fā)射。根據(jù)上面提到的原理，這將導(dǎo)致從膜74的前面看，發(fā)出的光的顏色變?yōu)檫@些光混合后的合成色，例如白色。類(lèi)似地，根據(jù)第三優(yōu)選實(shí)施例的平面光源裝置，從藍(lán)色LEDs 4發(fā)出的光被輸入光導(dǎo)板70，接著，當(dāng)輸入的光被反射并被在光導(dǎo)板70的反射面72上形成的光散射圖案73散射時(shí)，輸入的光從反射面70a發(fā)射到膜74，在膜74中，所述光部分地被磷光體11吸收，與此同時(shí)，進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換以便重新發(fā)射。因此，僅使用藍(lán)色LEDs 4，而不使用如常規(guī)情況中的具有紅、綠和藍(lán)中的每一種顏色的LEDs，就有可能使所發(fā)射的光的顏色為白色。而且，在這種結(jié)構(gòu)中，由于磷光體11和藍(lán)色LED 4互相不直接接觸，就磷光體11的退化可被抑制很長(zhǎng)時(shí)間，因而，平面光源的預(yù)定色調(diào)可保持較長(zhǎng)的時(shí)間。
此外，通過(guò)改變包含在膜74中的磷光體11的種類(lèi)，有可能實(shí)現(xiàn)發(fā)射出的光的顏色不僅為白色，還可為其它顏色。若膜74的安裝結(jié)構(gòu)被制成易于除去的結(jié)構(gòu)，并準(zhǔn)備出多種膜74，所述多種膜中的每一種膜包含種類(lèi)互不相同的磷光體11，則僅通過(guò)改變膜74，就可方便地改變平面光源的色調(diào)。
而且，除了將磷光體11包含在膜74中的方法之外，還可將磷光體11涂敷在膜74上，在這種情況下，可得到與磷光體包含在膜74中的情況類(lèi)似的效果。
而且，盡管藍(lán)色LED 4通過(guò)埋入光導(dǎo)板70中與光導(dǎo)板70光學(xué)連接，除此之外，還可通過(guò)將藍(lán)色LED 4粘結(jié)到光導(dǎo)板70的端面，或利用光傳導(dǎo)裝置如光纖將由藍(lán)色LED 4發(fā)射出的光引導(dǎo)到光導(dǎo)板70的端面，從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)色LED 4與光導(dǎo)板70的光學(xué)連接。而且，所使用的藍(lán)色LED4的數(shù)量可以是一個(gè)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置的第四優(yōu)選實(shí)施例的SMD(表面安裝裝置)型LED燈。
所述SMD-型LED燈具有如下所述的結(jié)構(gòu)。金屬架由兩個(gè)金箔81和82的接線結(jié)構(gòu)(wiring pattern)形成，所述金箔81和82覆蓋在具有絕緣性質(zhì)的玻璃環(huán)氧樹(shù)脂襯底80的兩個(gè)表面上，并彼此形成電隔離。在接線結(jié)構(gòu)(wiring pattern)81和82上面，設(shè)置有具有塑料制的杯83a的框架83。杯83a的表面構(gòu)成反射鏡，其反射從藍(lán)色LED 4發(fā)射的光。接線結(jié)構(gòu)(wiring pattern)81和82不對(duì)稱。接線結(jié)構(gòu)(wiring pattern)82的上表面延及由框架83形成的空間的底部中心，而另一結(jié)線結(jié)構(gòu)81只有少部分暴露到由框架83所形成的空間的底部。
藍(lán)色LED 4用包含銀絲的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑牢固地粘結(jié)到接線結(jié)構(gòu)82的上表面上。藍(lán)色LED 4的P-電極和接線結(jié)構(gòu)(wiring pattern)82用金連接線6連接，及藍(lán)色LED 4的n-電極和接線結(jié)構(gòu)(wiring pattern)81用金連接線7連接。
由框架83的杯83a所形成的空間內(nèi)部被填充密封材料88，所述密封材料88粘結(jié)后變?yōu)橥该?。藍(lán)色LED 4由密封材料88固定。密封材料88包含主要由由二價(jià)銪活化的堿土金屬正硅酸鹽和/或堿土金屬正硅酸鹽組成的磷光體11。密封材料88包括環(huán)氧樹(shù)脂或硅樹(shù)脂。包含磷光體11的密封材料88可填充到由框架83的杯83a所形成的整個(gè)空間，或填充到框架83的上邊緣以下的位置。
與此同時(shí)，包含磷光體11的密封材料88還可包含散射物質(zhì)。這些散射物質(zhì)可引起由藍(lán)色LED發(fā)出的光的不規(guī)則反射，并將所述光改變?yōu)樯⑸涔狻＝Y(jié)果，從藍(lán)色LED 4發(fā)射的光很容易碰撞磷光體11，因此，可增加從磷光體11發(fā)射的光量。對(duì)散射物質(zhì)沒(méi)有特別的限制，可使用熟知的散射物質(zhì)。
在具有類(lèi)似組成的SMD-型LED燈中，當(dāng)電壓施加在接線結(jié)構(gòu)(wiringpattern)81和82之間時(shí)，藍(lán)色LED 4發(fā)出波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)光。藍(lán)光激發(fā)包含在密封材料88中的磷光體11，被激發(fā)的磷光體11發(fā)射波長(zhǎng)為560至570nm的黃光。由密封材料中的藍(lán)光和黃光構(gòu)成的混合光通過(guò)密封材料88到達(dá)其外部，人眼看起來(lái)是白光。結(jié)果，LED燈看上去似乎在發(fā)射白光。即，磷光體11被藍(lán)色LED 4發(fā)射的光激發(fā)，并發(fā)射出黃光，所述黃光與藍(lán)光為補(bǔ)色關(guān)系并具有比藍(lán)光更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)結(jié)合多種磷光體，可得到接近純白的白色光。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光裝置的LED燈的示意圖。在本實(shí)施例中，藍(lán)色LED 4設(shè)置為其可免于靜電過(guò)壓及類(lèi)似現(xiàn)象，其構(gòu)成為在圖1所示的光源上添加過(guò)壓保護(hù)元件91。
如圖5所示，過(guò)壓保護(hù)元件91在尺寸基本與藍(lán)色LED 4相等的芯片上制成，及保護(hù)元件位于藍(lán)色LED 4和底座5之間。在本實(shí)施例中，藍(lán)色LED 4以不同于圖1所示情況的倒置芯片形式進(jìn)行安裝，其原因?qū)⒃诤竺婷枋?。過(guò)壓保護(hù)元件91設(shè)置有用于連接藍(lán)色LED 4和引線框1的電極92和93。電極92位于與圖2所示的p-電極48相對(duì)的位置，而電極93位于與n-電極49相對(duì)的位置。而且，所形成的電極93延伸到過(guò)壓保護(hù)元件91的側(cè)面，以便易于與連接線6連接。過(guò)壓保護(hù)元件91上的電極92和93通過(guò)Au凸起94a和94b分別與藍(lán)色LED 4的p-電極48和n-電極49相連接。過(guò)壓保護(hù)元件91可以是齊納二極管或者為電容器及類(lèi)似的元件，所述齊納二極管在所施加的電壓大于規(guī)定的電壓時(shí)開(kāi)始工作，所述電容器吸收脈沖電壓。
圖6示出了齊納二極管用作過(guò)壓保護(hù)元件91的連接電路圖。用作過(guò)壓保護(hù)元件91的齊納二極管95與藍(lán)色LED 4電并連，其中，藍(lán)色LED 4的陽(yáng)極與齊納二極管95的陰極相連。當(dāng)過(guò)電壓施加在引線框1和引線框2之間時(shí)并且若電壓大于齊納二極管95的齊納電壓時(shí)，藍(lán)色LED 4的端電壓由齊納電壓保持，從而前者的電壓不會(huì)超過(guò)齊納電壓。因此，可防止對(duì)藍(lán)色LED 4施加過(guò)電壓，從而使藍(lán)色LED 4不受過(guò)壓影響，從而避免了LED 4發(fā)生設(shè)備故障或性能下降。
圖7示出了電容器用作過(guò)壓保護(hù)元件91的連接電路圖。用于過(guò)壓保護(hù)元件91的電容器96可為用于表面安裝的芯片形元件。具有如上述結(jié)構(gòu)的電容器96在其相對(duì)側(cè)上設(shè)置有帶狀電極，并且這些電極并連到藍(lán)色LED 4的陽(yáng)極和陰極。當(dāng)過(guò)電壓施加在引線框1和引線框2之間時(shí)，充電電流因過(guò)電壓流經(jīng)電容器96，以便快速降低其端電壓，因此，施加到藍(lán)色LED 4上的電壓不會(huì)升高。因此，可防止藍(lán)色LED 4受到過(guò)電壓影響。
而且，即使當(dāng)施加包含高頻成份的噪聲時(shí)，電容器96用作旁路電容，因此可排除額外的噪聲。
如上所述，藍(lán)色LED 4以倒置芯片形式安裝，其相對(duì)于圖1所示形勢(shì)被顛侄過(guò)來(lái)。其原因在于因?yàn)樵O(shè)置了過(guò)壓保護(hù)元件91，過(guò)壓保護(hù)元件91和藍(lán)色LED都需要電連接。若藍(lán)色LED 4和過(guò)壓保護(hù)元件91中的每一個(gè)都使用連接線連接，就增加了連接線的數(shù)目，從而降低了生產(chǎn)率，此外，由于增加了連接線本身的接觸、斷開(kāi)等等情況，從而就存在著可靠性降低的隱患。因此，藍(lán)色LED以倒置芯片形式安裝。更具體而言，圖2所示的藍(lán)寶石襯底41位于最上面，其中，p-電極48通過(guò)Au凸起94a連接到過(guò)壓保護(hù)元件91的電極92上，而n-電極49通過(guò)Au凸起94b連接到過(guò)壓保護(hù)元件91的電極93上。因此，就不必要使連接線6和7與藍(lán)色LED 4相連接。若藍(lán)色LED 4以倒置芯片形式安裝，圖2所示的透光電極50可由不透光電極來(lái)替代。而且，可以這樣設(shè)置，即n-電極49被加厚，以便與p-電極48的表面具有相同的高度，或用新的導(dǎo)體連接n-電極49，以便其可被用作電極。
如上所述，根據(jù)圖5所示的構(gòu)造，除了具有圖1所示的光源構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)，即即使因靜電等原因而施加了過(guò)電壓，也不會(huì)發(fā)生LED 4被損壞或性能變壞的情況。而且，由于過(guò)壓保護(hù)元件91用作次級(jí)底座，即使藍(lán)色LED 4以倒置芯片形式安裝，也不會(huì)降低連接線6和7在芯片側(cè)面上的連接位置的高度。因此，在與圖1的構(gòu)造大體相同的位置上進(jìn)行連接。
若半導(dǎo)體器件用作圖5和6的過(guò)壓保護(hù)元件91，可使用普通的硅二極管來(lái)替代齊納二極管。在這種情況下，硅二極管的數(shù)量這樣確定，即將多個(gè)硅二極管的極性制造為彼此相同，它們彼此串連連接，從而相對(duì)于過(guò)壓而言，前向總壓降的值(約0.7V×硅二極管的數(shù)量)等于操作電壓。
而且，可變電阻器也可用于過(guò)壓保護(hù)元件91?？勺冸娮杵鞯奶匦詾槠潆娮柚惦S所施加電壓的增加而減小，因此，同齊納二極管95一樣，可變電阻器可抑制過(guò)電壓。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
圖8所示的半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括引線框1、2，金屬架3(metal stem3)，藍(lán)色LED 4，底座5，連接線6、7，不包含磷光體11的內(nèi)部樹(shù)脂8，外部樹(shù)脂9，杯10，及透明的磷光體罩100；其中，從光發(fā)射元件發(fā)出的光經(jīng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換并輻射到透鏡形樹(shù)脂密封劑的外面。
再者，磷光體罩100由如包含磷光體11的樹(shù)脂敷層材料制成，當(dāng)磷光體11由從藍(lán)色LED 4發(fā)射出的光激發(fā)時(shí)會(huì)產(chǎn)生磷光。樹(shù)脂敷層材料為如透明聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、氨基甲酸乙酯、尼龍、硅樹(shù)脂、氯乙烯、聚乙烯、酚醛塑料、CR39(丙烯乙二醇碳酸樹(shù)脂)等等。由于氨基甲酸乙酯、尼龍、硅樹(shù)脂可增加磷光體罩100的彈性，所以，很容易將其安裝在外部樹(shù)脂9上。
而且，磷光體罩100被成形以便粘貼到外部樹(shù)脂9的外表面上，即，成形為半球形罩與圓柱形罩的上部結(jié)合為一體的固體結(jié)構(gòu)，并可拆卸地安裝到外部樹(shù)脂9上。而且，磷光體罩100優(yōu)選為薄膜，以便減少因磷光體11而引起的光散射。而且，當(dāng)將包含磷光體11的樹(shù)脂通過(guò)注模形成預(yù)定的形狀，然后粘貼到外部樹(shù)脂9上時(shí)，磷光體罩100可相對(duì)容易地制造。然而，可通過(guò)將包含有磷光體11的樹(shù)脂材料直接噴濺到外部樹(shù)脂9上并固化樹(shù)脂材料來(lái)制造磷光體罩100，從而使在外部樹(shù)脂9和磷光體罩100之間不會(huì)出現(xiàn)氣隙。
在帶有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，從藍(lán)色LED 4發(fā)射的光經(jīng)由內(nèi)部樹(shù)脂8和外部樹(shù)脂9入射到磷光體罩100中。部分入射光被磷光體11吸收，并同時(shí)經(jīng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后發(fā)射到外部。因此，從磷光體罩100外部所觀察到的發(fā)射光的顏色為合成光的顏色，如根據(jù)前述原理形成白色。
因此，根據(jù)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的第六實(shí)施例，由于作為藍(lán)色LED 4的樹(shù)脂密封劑的內(nèi)部樹(shù)脂8和外部樹(shù)脂9不包含磷光體11，同時(shí)用于覆蓋外部樹(shù)脂9的磷光體罩100包含磷光體11，所以在內(nèi)部樹(shù)脂8和外部樹(shù)脂9中不會(huì)產(chǎn)生因磷光體11而發(fā)生的光散射。而且，由于磷光體罩100成形為薄膜，因磷光體11而產(chǎn)生的光散射量相對(duì)較少。因此，通過(guò)將外部樹(shù)脂9的透鏡部分成形為任意形狀(在本優(yōu)選實(shí)施例中為半球形)，可得到所希望的光的方向性，從而伴隨波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的亮度減小可被減至最小。
此外，通過(guò)改變包含在磷光體罩100的覆層材料中的磷光體11的種類(lèi)，可得到除白光以外的其它顏色的發(fā)射光。當(dāng)磷光體罩100具有易于拆卸的結(jié)構(gòu)，并準(zhǔn)備出包含不同種類(lèi)的磷光體11的若干種磷光體罩100時(shí)，通過(guò)改變磷光體罩100可容易改變發(fā)射光的色調(diào)。
而且，當(dāng)磷光體11施加到磷光體罩100的表面上而不是包含在磷光體罩100中時(shí)，可得到類(lèi)似的效果。而且，由于磷光體罩100可安裝在從市場(chǎng)上可得到的半導(dǎo)體發(fā)光裝置上，所以，可以以低成本制造半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的包括發(fā)光元件和磷光體的發(fā)光裝置適合于LED顯示器、背景光裝置、信號(hào)燈、照明開(kāi)關(guān)、各種傳感器和各種指示器。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，包括包括氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光元件；磷光體，所述磷光體可吸收部分由所述發(fā)光元件發(fā)出的光并可發(fā)射與所述吸收的光具有不同波長(zhǎng)的光，其特征在于，所述磷光體包括堿土金屬硅酸鹽。
2.一種發(fā)光裝置，其中所述磷光體包括由銪活化的堿土金屬硅酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述磷光體為二價(jià)銪活化的堿土金屬正硅酸鹽，可由下式表示(2-x-y)SrO·x(Ba，Ca)O·(1-a-b-c-d)SiO2·aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+其中，0＜x＜1.6，0.005＜y＜0.5，和0＜a，b，c，和d＜0.5，和/或二價(jià)銪活化的堿土金屬正硅酸鹽，可由下式表示(2-x-y)BaO·x(Sr，Ca)O·(1-a-b-c-d)SiO2·aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+其中，0.01＜x＜1.6，0.005＜y＜0.5，和0＜a，b，c，和d＜0.5，附加限定a，b，c，和d值其中至少之一大于0.01。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述磷光體被摻入覆蓋所述發(fā)光元件的覆蓋部件中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述覆蓋部件包括硅酸鹽樹(shù)脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述覆蓋部件包括環(huán)氧樹(shù)脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述覆蓋部件包括低熔點(diǎn)玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述磷光體與覆蓋所述發(fā)光元件的覆蓋部件相混合，并且散射劑也與覆蓋部件相混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述覆蓋部件還由第二透明覆蓋部件覆蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件包括包含銦的發(fā)光層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件包括雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括夾在p-型覆層和n-型覆層之間的發(fā)光層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述p-型覆層由AlxGa1-xN形成，其中0＜x＜1，和所述n-型覆層由AlyGa1-yN形成，其中0≤y＜1。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述p-型覆層的帶隙大于所述n-型覆層的帶隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件的所述發(fā)光層包括量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)包括InGaN的勢(shì)阱層和GaN的勢(shì)壘層。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)包括InGaN的勢(shì)阱層和AlGaN的勢(shì)壘層。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)包括AlInGaN的勢(shì)阱層和AlInGaN的勢(shì)壘層，和所述勢(shì)壘層的帶隙能量大于所述勢(shì)阱層的帶隙能量。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述勢(shì)阱層的厚度不大于100埃。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述p-型覆層和/或n-型覆層具有超晶格結(jié)構(gòu)，所述超晶格結(jié)構(gòu)由氮化物半導(dǎo)體層堆積形成，所述氮化物半導(dǎo)體層成份互相不同或彼此不同。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件利用絕緣粘合劑固定在框架上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述粘合劑為無(wú)色并且是透明的。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述粘合劑含有所述磷光體，所述磷光體包括從所述堿土金屬硅酸鹽族中選擇的材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述粘合劑為白色。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件包括透明襯底和氮化物半導(dǎo)體，所述氮化物半導(dǎo)體通過(guò)汽相外延在所述透明襯底上生成。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件包括光反射層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光反射層設(shè)置在與形成光發(fā)射層的襯底表面相對(duì)的襯底表面上。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光反射層由鋁制成。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光反射層包括多個(gè)基于GaN的薄層。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，從所述發(fā)光元件發(fā)射出的波長(zhǎng)的半值寬度不大于50nm。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，從所述發(fā)光元件發(fā)射出的波長(zhǎng)的半值寬度不大于40nm。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件具有380nm至500nm的峰值發(fā)射波長(zhǎng)。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述磷光體具有主發(fā)射波長(zhǎng)，所述主發(fā)射波長(zhǎng)大于所述發(fā)光元件的主峰值發(fā)射波長(zhǎng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件包括大體為矩形的光導(dǎo)板，從而從發(fā)光元件發(fā)出的光被引導(dǎo)至光導(dǎo)板中并從其光輸出面上輸出，和所述磷光體以片狀形式設(shè)置在所述光導(dǎo)板的光輸出面上。
35.一種發(fā)光裝置，包括設(shè)置在座架引線(mount lead)的杯內(nèi)的GaN半導(dǎo)體發(fā)光元件；磷光體，其可吸收部分由所述發(fā)光元件發(fā)出的光并發(fā)射出與所述吸收的光具有不同波長(zhǎng)的光；涂敷部件，所述杯的內(nèi)部由涂敷部件填充，所述涂敷部件包括包含所述磷光體的密封劑；和注模部件，其覆蓋所述的涂敷部件、發(fā)光元件及座架引線的尖端部分，其特征在于，所述磷光體包括從堿土金屬硅酸鹽族中選擇的成員。
36.一種發(fā)光裝置，包括殼體；包括LED芯片的發(fā)光元件，所述LED芯片通過(guò)倒裝置芯片連接方式安裝在所述殼體內(nèi)，所述LED芯片由GaN復(fù)合半導(dǎo)體形成；磷光體，其可吸收由所述LED芯片發(fā)出的一部分光并發(fā)射出與所述吸收的光具有不同波長(zhǎng)的光；和注模部件，用該注模部件填充安裝有LED芯片的殼體內(nèi)部，所述注模部件包括包含所述磷光體的透明密封劑，其特征在于，所述磷光體包括從堿土金屬硅酸鹽族中選擇的成員，所述發(fā)光裝置輻射白光，所述白光為所述由LED芯片發(fā)出的光與所述磷光體發(fā)出的光的混合光。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件在其一側(cè)具有p-側(cè)電極和n-側(cè)電極，設(shè)置在金屬框架上，所述p-側(cè)電極和所述n-側(cè)電極的每一個(gè)被通過(guò)金絲進(jìn)行線連接，所述發(fā)光元件經(jīng)由所述金絲施加電壓時(shí)發(fā)出藍(lán)光。
38.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光元件設(shè)置在所述杯內(nèi)，設(shè)置磷光體用于覆蓋所述發(fā)光元件并位于所述杯的上邊緣以下的位置。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，還包括保護(hù)元件，其用來(lái)防止所述發(fā)光元件受到靜電的損壞。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述保護(hù)元件為齊納二極管或電容器。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述保護(hù)元件為由齊納二極管形成的次級(jí)底座，和所述發(fā)光元件設(shè)置在所述次級(jí)底座上，所述磷光體覆蓋所述發(fā)光元件的外周。
42.一種發(fā)光裝置，包括GaN化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其設(shè)置在座架引線(mount lead)的杯中；磷光體，其可吸收部分由所述發(fā)光元件發(fā)出的光并發(fā)射出與所述吸收的光具有不同波長(zhǎng)的光；和注模部件，其覆蓋所述發(fā)光元件和所述座架引線的尖端部分，其特征在于，所述磷光體包括從堿土金屬硅酸鹽族中選擇的成員，并包含在構(gòu)成磷光體罩蓋的樹(shù)脂基材料中，所述磷光體罩蓋覆蓋所述注模部件。
全文摘要
一種發(fā)光裝置，具有發(fā)光元件，所述發(fā)光元件由氮化物半導(dǎo)體和磷光體制成，所述磷光體吸收部分由發(fā)光元件發(fā)出的光并發(fā)出與所吸收的光具有不同波長(zhǎng)的光，磷光體由通過(guò)銪活化的堿土金屬硅酸鹽熒光材料制成。
文檔編號(hào)H01L33/06GK1502137SQ01820768
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2001年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者太田光一, 平野敦雄, 雄, 人, 太田昭人, 塔施, 斯特凡·塔施, 帕克勒, 彼得·帕克勒, 羅特, 貢杜拉·羅特, 特夫斯, 瓦爾特·特夫斯, 岡 肯普費(fèi)爾特, 沃爾夫?qū)た掀召M(fèi)爾特, 夫 斯塔里克, 德特勒夫·斯塔里克 申請(qǐng)人:豐田合成株式會(huì)社, 楚達(dá)尼克光電公司, 泰克公司, 魯徹斯特弗瑞克布瑞特根公司