專利名稱：波長變換填料及含有這種填料的光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻有發(fā)光材料的波長變換填料，它被應(yīng)用于具有一個發(fā)紫外光、藍光或綠光的LED芯片的電致發(fā)光元件中。本發(fā)明還涉及含有這種填料的光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
這樣一種元件例如已由公開文獻DE 3804 293公知。其中描述了一種具有電致發(fā)光二極管或激光二極管，它們借助一種由塑料組成的摻有熒光光波變換有機色料的部件使由二極管發(fā)出的發(fā)射光譜移到較長的波長上。由該裝置發(fā)出的光由此具有不同于發(fā)光二極管發(fā)光的顏色。根據(jù)添加到塑料中的色料類型，可以生產(chǎn)出具有同一種發(fā)光二極管類型的發(fā)光二極管裝置，它們可發(fā)出不同顏色的光。
在發(fā)光二極管的許多可能的應(yīng)用領(lǐng)域，如在機動車儀表盤中的顯示元件、飛機及汽車中的照明及全色柔光LED顯示器方面，對發(fā)光二極管裝置提出了強烈的要求，希望能由它們產(chǎn)生出混色光，尤其是白光。
但是，至今公知的開始部分所述類型的具有有機發(fā)光材料的填料在溫度及溫度-濕度應(yīng)力下表現(xiàn)出色點的偏移，即由電致發(fā)光元件發(fā)出光的顏色的偏移。
在JP-07 176 794-A中描述了一種發(fā)白光的平面光源，其中在一透明板的前側(cè)設(shè)置了兩個發(fā)藍光的二極管，其光線穿過透明板發(fā)出。透明板在其兩個彼此對置的主平面之一上涂有熒光物質(zhì)，當它受二極管的藍光激發(fā)時發(fā)出光束，由熒光物質(zhì)發(fā)出的光具有不同于二極管發(fā)出的藍光的波長。在該公知的元件中特別困難的是，用一種方式及方法來施加熒光物質(zhì)，以使得該光源能發(fā)出均勻的白色。此外，大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)能力有問題，因為熒光層的很小層厚波動、例如是由于透明板表面不平整度引起的，將導(dǎo)致發(fā)出光的白色調(diào)的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，開發(fā)一種開始部分所述類型的填料，借助它可制造出能發(fā)出均勻混合色光的電致發(fā)光元件，并可實現(xiàn)以技術(shù)上有代表性的成本及普遍可再現(xiàn)的元件特性進行大規(guī)模生產(chǎn)。它所發(fā)出的光在溫度及溫度-濕度應(yīng)力下應(yīng)能保持色穩(wěn)定。此外還將給出制造這種填料的方法。
該任務(wù)將通過具有如下特征的填料來解決，即一種摻有發(fā)光材料的波長變換填料，它被應(yīng)用于具有一個發(fā)紫外光、藍光或綠光的LED芯片的電致發(fā)光元件中，其特征在于所述的發(fā)光材料包含有無機發(fā)光色料粉末，該無機發(fā)光色料由一個組構(gòu)成，該組包含粒度≤20μm且d50-值≤5μm的用稀土摻雜的石榴石、和/或用稀土摻雜的硫鎵酸鹽、和/或用稀土摻雜的鋁酸鹽、和/或用稀土摻雜的原硅酸鹽。
優(yōu)選地，所述的無機發(fā)光色料粉末包含有由通式為A3B5X12:M的磷光體族構(gòu)成的發(fā)光色料，其中A代表Y、Gd和/或Lu，B代表Al和/或Ga，X代表O，M代表Ce3+、Tb3+、Eu3+、Cr3+、Nd3+或Er3+，而且所述發(fā)光色料的粒度≤20μm且d50-值≤5μm。
在進一步的改進方案中，采用CaGa2S4:Ce3+、SrGa2S4:Ce3+、MAlO3:Ce3+、MAlO3:Ce3+、和/或M2SiO5:Ce3+作為發(fā)光色料粉末，其中M代表Y、Sc、La。
有利地，所述發(fā)光色料是球形的或鱗片狀的。
優(yōu)選地，所述發(fā)光色料的d50-值在1到2μm之間。
有益的是，使用出自于用Ce摻雜的石榴石組中的顆粒作為發(fā)光色料?？梢允褂肶AG:Ce顆粒作為發(fā)光色料。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光光學(xué)元件，它具有所述的波長變換填料，以及具有半導(dǎo)體主體，該半導(dǎo)體主體在所述光學(xué)元件工作時發(fā)出電磁輻射，其特征在于所述半導(dǎo)體主體具有一個半導(dǎo)體層序列，該層序列適合于在所述半導(dǎo)體元件工作時從紫外光、藍光或綠光頻譜區(qū)域中發(fā)出電磁輻射；所述發(fā)光色料把來自于所述頻譜區(qū)域中的輻射變換成具有更大波長的輻射，使得該半導(dǎo)體元件發(fā)出混合的輻射、尤其是混合色的光，該混合的輻射或光由所述具有更大波長的輻射和所述紫外光、藍光或綠光頻譜區(qū)域中的輻射組成。
優(yōu)選地，所述的填料至少包封了所述半導(dǎo)體主體的一部分。
根據(jù)上述發(fā)光光學(xué)元件的一種改進方案，由所述半導(dǎo)體主體發(fā)出的輻射在420-460nm的波長時具有發(fā)光強度最大值。
有利的是，所述半導(dǎo)體主體被布置在不透光的基殼的槽中，而且所述的槽至少部分地被填充了所述的填料。
優(yōu)選地，在所述的發(fā)光材料中包含有不同類型的發(fā)光顆粒類型，這些顆粒類型在不同的波長時發(fā)光。
作為觸變劑，例如可使用高溫蒸餾的硅酸。該觸變劑用于濃縮環(huán)氧填充樹脂，以減小發(fā)光色料顆粒的沉積。對于填充樹脂的處理，將繼續(xù)調(diào)整其流動性及浸潤特性。
作為礦物擴散劑，為了優(yōu)化元件的發(fā)光圖象，最好使用CaF2。
作為處理助劑，如乙二醇醚(Glykolether)能適用。它能改善環(huán)氧填充樹脂及發(fā)光色料顆粒的相容性并由此穩(wěn)定發(fā)光色料顆粒-環(huán)氧填充樹脂擴散體。為此目的也可使用基于硅的外表面改型。
疏水劑、如流體硅蠟同樣用于修改色料表面，尤其是改善無機色料表面與有機樹脂的相容性及浸潤性。
隨著媒介質(zhì)、如烷氧基硅氧烷(Alkoxysiloxan)在填料固化狀態(tài)下改善色料及環(huán)氧樹脂之間的附著。由此可達到，例如在溫度波動時，環(huán)氧樹脂及色料之間的界面不會被撕裂。在環(huán)氧樹脂及色料之間的間隙將會導(dǎo)致元件中的光損耗。
環(huán)氧填充樹脂最好包含一種反應(yīng)環(huán)氧乙烷三環(huán)，該樹脂最好具有單功能和/或多功能的環(huán)氧填充樹脂體系(≥80Gew％，例如Bisphenol-A-Diglycidylether)，一種稀釋劑(≤10Gew％，例如aromatischer Monoglycidylether)，一種多功能乙醇(≤5Gew％)，一種硅基除氣劑(≤1Gew％)，及一種去色劑，用于調(diào)整色值(≤1Gew％)。
在該填料的一種特別有利的進一步構(gòu)型中，發(fā)光色料為球狀或鱗片狀。有利的是這種色料聚成塊的傾向非常小。H2O的含量低于2％。
在制造及加工具有無機發(fā)光色料顆粒的環(huán)氧填充樹脂成分時通常除浸潤的問題外還有沉積問題。尤其是d50≤5μm的發(fā)光色料顆粒極其傾向于結(jié)塊。在上述的填料的組成成分的情況下，發(fā)光色料能有利地以上面給出的粒度基本上不結(jié)塊并均勻地散布在環(huán)氧填充樹脂中。這種散布即使在填料較長期的存放的情況下也是穩(wěn)定的。實際上不會出現(xiàn)浸潤和/或沉積的問題。
特別有利的是使用出自于用Ce摻雜的石榴石(Granate)組中的顆粒作為發(fā)光材料、尤其是使用YAG:Ce顆粒作為發(fā)光材料。有利的摻雜材料濃度例如為1％，及有利的發(fā)光材料濃度例如為12％。此外，優(yōu)選的高純度發(fā)光色料顆粒最好具有的鐵含量≤5ppm。較高的鐵含量將引起元件中較大的光損耗。發(fā)光色料顆粒有很強的研磨性。因此，填料的Fe含量在制造時會顯著地增加。最好在填料中的鐵含量＜20ppm。
無機發(fā)光材料YAG:Ce首先具有特殊的優(yōu)點，即在此情況下它涉及具有計算指數(shù)約為1,84的不分離色料。由此除了波長轉(zhuǎn)換的散布性能外還有散射效能，這可導(dǎo)致藍色二極管光與黃色轉(zhuǎn)換光的良好混合。
此外特別有利的是，在使用無機發(fā)光色料時環(huán)氧樹脂中的發(fā)光材料濃度不會象使用有機色料時那樣受到溶解度的限制。
為了進一步避免結(jié)塊，發(fā)光色料最好設(shè)有一個硅涂層。
在一種制造根據(jù)本發(fā)明的填料的優(yōu)選方法中，發(fā)光色料顆粒在與環(huán)氧填充樹脂混合前在≥200℃的溫度下進行例如約10小時的熱處理。由此同樣可減小其結(jié)塊的傾向。
換一種方式或附加地，發(fā)光色料顆粒在與環(huán)氧填充樹脂混合前在一種高沸點的乙醇中淘洗并且然后被干燥。另一種減少結(jié)塊的可能性在于，發(fā)光色料顆粒在與環(huán)氧填充樹脂混合前被添加一種疏水的硅蠟。特別有利的是，磷的表面穩(wěn)定性通過在存在乙二醇醚(Glykolethern)的情況下通過加熱色料、例如在T＞60℃時加熱16小時來實現(xiàn)。
為了避免由于研磨引起的發(fā)光色料散布時的干擾雜質(zhì)，反應(yīng)容器、攪拌及擴散裝置和軋制機內(nèi)玻璃、金剛砂、碳化物及氮化物材料及特珠硬化的鋼材。不結(jié)塊的發(fā)光材料的散布可以用超聲波法或通過使用篩及玻璃陶瓷燒結(jié)來得到。
一種用于制造發(fā)白光的光電元件的特別有利的無機發(fā)光材料是磷光體YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)。它能以特別簡單的方式與在傳統(tǒng)的LED技術(shù)中應(yīng)用的透明環(huán)氧填充樹脂相混合。此外可考慮作為發(fā)光材料的是另外用稀土元素摻雜石榴石，如Y3Ga5O12:Ce3+，Y(Al，Ga)5O12:Ce3+及Y(Al，Ga)5O12Tb3+。此外，用稀土元素摻雜的硫鎵酸鹽(Thiogallate)，如CaGa2S4:Ce3+及SrGa2S4:Ce3+特別適用于產(chǎn)生混合色光。對此同樣可以考慮使用用稀土元素摻雜的鋁酸鹽，如YalO3:Ce3+，YGaO3:Ce3+，Y(Al，Ga)O3:Ce3+及用稀土元素摻雜的原硅酸鹽M2SiO5:Ce3+(MSc、Y、Sc)如Y2SiO5:Ce3+，對于鐿的化合物原則上可用鈧或鑭來代替鐿。
根據(jù)本發(fā)明的填料最好應(yīng)用于光發(fā)射半導(dǎo)體主體，尤其是具有由GaxIn1-xN或GaxAl1-xN組成的有源半導(dǎo)體層或?qū)恿械陌雽?dǎo)體主體，它在工作時發(fā)射在紫外光、藍光和/或綠光光譜范圍中的光波。在填料中的發(fā)光色料顆粒將出自該光譜區(qū)域中的一部分光轉(zhuǎn)換成具有較長波長的克，以使得該半導(dǎo)體元件發(fā)射混合光，尤其是由此種轉(zhuǎn)換光與出自于紫外、藍和/或綠光光譜中的光組成的混合色光。這就是譬如，發(fā)光發(fā)光色料顆粒選擇地吸收了由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光譜的一部分并在較長波長區(qū)域中再發(fā)射出來。最好由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光在波長λ≤520nm時具有相對強度最大值，及由發(fā)光發(fā)光色料顆粒選擇性吸收光譜的波長區(qū)域位于該強度最大值以外。
同樣，也可有利地用多種不同類型的發(fā)射不同波長的發(fā)光發(fā)光色料顆粒散布在填料中。這最好是通過在不同的施主晶格中的不同摻雜來達到。由此便可有利地實現(xiàn)產(chǎn)生出多種多樣的由半導(dǎo)體元件發(fā)出光的混合色及色溫。特別感興趣的是它用于全色柔光LED。
在根據(jù)本發(fā)明的填料的一個有利應(yīng)用方面，發(fā)光半導(dǎo)體主體(例如一個LED芯片)至少部分地被填料包圍。該填料在這里最好同時作為元件封裝件(外殼)來使用。根據(jù)該實施形式的半導(dǎo)體元件的優(yōu)點實質(zhì)上在于對于它的制造可以使用制造傳統(tǒng)發(fā)光二極管(例如輻射型發(fā)光二極管)所使用的傳統(tǒng)生產(chǎn)線。對于元件的封裝只需使用填料來簡單地替代在傳統(tǒng)發(fā)光二極管中為此所使用的透明塑料。
使用根據(jù)本發(fā)明的填料可以通過簡單的方式可以制造單色光源、尤其是具有發(fā)射單一藍光的半導(dǎo)體主體的發(fā)光二極管，發(fā)射混合光、尤其是白光的光源。為了使用譬如發(fā)藍光的半導(dǎo)體主體來產(chǎn)生白光，將借助于無機發(fā)光色料顆粒使由半導(dǎo)體主體發(fā)出光的一部分由藍色光譜區(qū)域轉(zhuǎn)換到作為藍色的補色的黃色光譜區(qū)域。
在此情況下，通過對發(fā)光材料、其顆粒粒度及其濃度的合適選擇使白光的色溫或色點變化。此外也可以使用發(fā)光材料混合物，由此能有利地、非常精確地調(diào)節(jié)發(fā)出光線的所需色調(diào)。
尤其有利地是該填料應(yīng)用于一種發(fā)光半導(dǎo)體主體，由它發(fā)出的光譜在420nm及460nm的波長上，尤其在430nm(例如基于GaxAl1-xN的半導(dǎo)體主體)或450nm(例如基于GaxIn1-xN的半導(dǎo)體主體)時具有強度的最大值。利用這種半導(dǎo)體元件能有利地產(chǎn)生出C.I.E.色板中所有的顏色及混合色。但是也可以用另外的電致發(fā)光材料、例如聚合物材料來取代由電致發(fā)光半導(dǎo)體材料作的發(fā)光半導(dǎo)體主體。
該填料特別適合于一種發(fā)光半導(dǎo)體元件(例如發(fā)光二極管)，其中發(fā)光半導(dǎo)體主體被放置在一個外殼的槽中，該外殼可以與一個引線框預(yù)制在一起，及該槽中將注有填料。這樣一種半導(dǎo)體元件可以用傳統(tǒng)的生產(chǎn)線大批量地制造。對此僅需在將半導(dǎo)體主體安裝到外殼中后用填料充填槽。
可以使用根據(jù)本發(fā)明的填料這樣有利地制造發(fā)白光的半導(dǎo)體元件，即，選擇發(fā)光材料，以使得由半導(dǎo)體主體發(fā)出的藍光轉(zhuǎn)換成互補的波長區(qū)域、尤其是藍光及黃光，或加色三色組如藍、綠及紅。這樣產(chǎn)生的白光的色調(diào)(CIE色板中的色點)可以通過鑒于混合物及濃度的發(fā)光材料的選擇來改變。
為了使由電致發(fā)光半導(dǎo)體主體發(fā)出的光與由發(fā)光材料轉(zhuǎn)換的光均勻混合并由此改善由元件發(fā)出的光的色均勻度，在根據(jù)本發(fā)明的填料的一個有利構(gòu)型中附加了一種發(fā)藍光的色料，它將削弱由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光線的所謂方向特性。對于方向特性理解為，由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光具有一個優(yōu)先的發(fā)光方向。
根據(jù)本發(fā)明的具有發(fā)藍光的電致發(fā)光半導(dǎo)體主體的發(fā)白光的半導(dǎo)體元件可以這樣特別有利地實現(xiàn)在作為填料使用的環(huán)氧樹脂中混合無機的發(fā)光材料YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)。由該半導(dǎo)體主體發(fā)出的藍光的一部分將被無機發(fā)光材料Y3Al5O12:Ce3+轉(zhuǎn)換到黃光光譜區(qū)域，由此移動到為藍色補色的波長區(qū)域。在此情況下可通過色料濃度的合適選擇來改變白光的色調(diào)(CIE色板中的色點)。
對填料可添加附加的發(fā)光顆粒，即所謂擴散劑。由此能使半導(dǎo)體元件的色效果及發(fā)光性能有利地進一步優(yōu)化。
利用根據(jù)本發(fā)明填料也可有利地使由電致發(fā)光半導(dǎo)體主體發(fā)出的除可見光以外的紫外光轉(zhuǎn)換成可見光。由此使該半導(dǎo)體主體發(fā)出光的亮度明顯地增強。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)白光的半導(dǎo)體元件，尤其是其中使用了YAG:Ce光轉(zhuǎn)換色料的半導(dǎo)體元件的特殊優(yōu)點在于這種發(fā)光材料在藍光激勵下，在吸收和發(fā)射光譜之間起到移動100nm的光譜移動作用。這導(dǎo)致對由發(fā)光材料發(fā)射出的光的再吸收實質(zhì)性地減小并由此導(dǎo)致增強的光輸出量。此外，YAG:Ce有利地具有高的熱穩(wěn)定性及光化學(xué)(例如UV-)穩(wěn)定性(實質(zhì)地高于有機發(fā)光材料)，由此可制造用于室外和/或高溫區(qū)域的發(fā)白光的二極管。
YAG:Ce鑒于其再吸收性、光輸出量、熱及光化學(xué)的穩(wěn)定性及可加工性，至今被看作最適合的發(fā)光材料。但也可考慮使用另外Ce摻雜的磷光體、尤其是Ce摻雜的石榴石類。
原光的波長轉(zhuǎn)換將通過施主晶格中有源過渡金屬中心的晶體場分離來確定。通過用Gd和/或Lu代替Y3Al5O12施主晶格中的Y及用Ga代替Al，可使發(fā)射波長以不同的方式移動，此外也可通過摻雜類型來移動。通過用Eu3+和/或Cr3+代替Ce3+中心可以產(chǎn)生相應(yīng)的波長移動。用Nd3+及Er3+的相應(yīng)摻雜由于較大的離子半徑及由此較小的晶體場分離，甚至可以實現(xiàn)發(fā)射IR(紅外線)的元件。


由以下結(jié)合附圖1至8對兩個實施例的描述將會得出本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點及目的。
附圖為圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第一半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖2是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第二半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第三半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖4是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第四半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖5是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第五半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖6是一個具有基于GaN層列的發(fā)藍光的半導(dǎo)體主體的發(fā)射光譜的概圖；圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的、發(fā)白光的兩個半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜的概圖；及圖8是由另外發(fā)白光的半導(dǎo)體元件發(fā)射的光譜的概圖。
在不同的附圖中相同的或相同功能的部分均以相同的標號表示。
具體實施例方式
在圖1的發(fā)光半導(dǎo)體元件中，半導(dǎo)體主體1借助導(dǎo)電連接部分、例如金屬焊劑或粘劑用其背面觸點11固定在第一電端子2上。其正面觸點12借助一根連接導(dǎo)線14與第二電端子3相連接。
半導(dǎo)體主體1的自由上表面及電端子2和3的部分區(qū)域直接地被固化的波長轉(zhuǎn)換填料5封裝。它最好具有環(huán)氧填充樹脂80-90％Gew％(重量百分比)，發(fā)光色料(YAG:Ce)≤15Gew％，二乙烯乙二醇-甲醚(Diethylenglycolmono methylether)≤2Gew％，Tegopreg6875-45≤2Gew％，Aerosil 200≤5Gew％。
在圖2中表示的根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體元件的實施例5與圖1中實施例的區(qū)別在于半導(dǎo)體主體1及電端子2和3的部分區(qū)域不是被波長轉(zhuǎn)換填料而是被一透明的封塊15封裝。該透明封塊15對由半導(dǎo)體主體1發(fā)出的光束不起波長改變作用，它例如由發(fā)光二極管技術(shù)中傳統(tǒng)使用的環(huán)氧樹脂、硅樹脂或丙烯酸鹽樹脂、或由另外合適的透明材料如無機玻璃組成。
在該透明封塊15上加上一個層4，它由一種波長轉(zhuǎn)換填料作成，并如圖2中所示，它覆蓋著封塊15的整個外表面。同樣可考慮，層4僅覆蓋該外表面的部分區(qū)域。層4例如由一種摻有發(fā)光發(fā)光色料顆粒6的透明環(huán)氧樹脂組成。這里對于發(fā)白光半導(dǎo)體元件適用的發(fā)光材料最好是YAG:Ce。
在圖3中表示的具有根據(jù)本發(fā)明填料的、特別優(yōu)選的元件中，第一及第二電端子2、3被埋放在帶有槽的透明亦或預(yù)制好的基殼8中。“預(yù)制好”應(yīng)理解為，在半導(dǎo)體主體裝在端子2上以前，基殼8就已經(jīng)例如借助注塑構(gòu)成在端子2、3上。基殼8例如由一種透明的塑料組成，及槽就其形狀言構(gòu)成半導(dǎo)體工作時發(fā)射光束的反射器(必要時在槽內(nèi)壁上采用合適的涂層)。這樣的基殼8特別適用于可在印刷電路板上安裝的發(fā)光二極管。它在裝半導(dǎo)體主體前例如借助注塑被形成在帶有電端子2、3的導(dǎo)體帶(引線框架)上。
槽中充填填料5，它們組成成分相應(yīng)于以上結(jié)合圖1所描述的材料。
圖4中表示一種所謂輻射二極管。其中電發(fā)光半導(dǎo)體主體1借助焊接或粘接被固定在構(gòu)成反射器的第一電端子2的部分上。這種外殼的形狀是發(fā)光二極管技術(shù)中公知的，故無需贅述。
半導(dǎo)體主體1的自由上表面直接地由帶有發(fā)光發(fā)光色料顆粒6的填料5覆蓋，后者又被另一透明封塊10包圍。
因完整起見，這里應(yīng)注意到，在圖4的結(jié)構(gòu)形式中，當然可類似圖1所示的元件利用帶有發(fā)光發(fā)光色料顆粒6的固化填料5組成的單一封塊。
在圖5的實施例中直接地將一個層4(可以用與上述相同的材料)包圍在半導(dǎo)體主體1上。這部分以及電端子2、3的部分區(qū)域?qū)⒂闪硪煌该鞣鈮K10封裝，后者對透過層4的光束不起任何波長改變作用，并例如由在發(fā)光二極管技術(shù)中所使用的透明環(huán)氧樹脂或玻璃來制作。
這種設(shè)有層4的半導(dǎo)體主體1在無封塊的情況下，也當然可以有利地使用由發(fā)光二極管技術(shù)中全部公知的外殼結(jié)構(gòu)形成(例如，SMD外殼、輻射狀外殼(請參見圖4))。
在上述所有元件中，為了優(yōu)化發(fā)光的彩色效果及為了發(fā)光性能的適配，填料5、需要時，透明封塊15和/或需要時，另外的透明封塊10具有散射光的顆粒，最好是所謂的擴散劑。這種擴散劑例如為礦物填充材料，尤其是CaF2、TiO2、SiO2、CaCO3或BaSO4或是有機染料。這些材料可用簡單方式摻和在環(huán)氧樹脂中。
在圖6、7及8中表示一個發(fā)藍光的半導(dǎo)體主體的發(fā)射光譜(圖6)(在λ～430nm時為最大發(fā)光強度)及借助這樣的半導(dǎo)體主體制造的發(fā)白光的半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜(圖7及8)。在其橫座標上各表示單位為nm的波長，及在縱坐標上各表示相對電致發(fā)光(EL)強度。
由圖6中所示的半導(dǎo)體主體發(fā)出的光線僅有一部分被轉(zhuǎn)換到長波的波長區(qū)域，由此形成作為混合色的白光。圖7中的虛線表示一個半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，其光線由兩個互補的波長區(qū)域(藍及黃)組成并由此發(fā)出總的白光。這里發(fā)射光譜在約400及約430nm(藍光)之間的波長及在約550及約580nm(黃光)之間的波長上各具有一個最大值，實線31代表一個半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，其顏色白色是由三個波長區(qū)域(由藍、綠及紅組成的三色混合組)混合組成。這里其發(fā)射光譜例如在約430nm(藍)、約500nm(綠)及約615nm的波長時各具有一個最大值。
圖8表示一個發(fā)白光的半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，該半導(dǎo)體元件設(shè)有一個發(fā)出圖6所示發(fā)射光譜的半導(dǎo)體主體，并在其中使用了發(fā)光材料YAG:Ce。在由該半導(dǎo)體主體發(fā)出的圖6所示的光線中僅有一部分轉(zhuǎn)換成長波波長區(qū)域，由此形成混合色白光。圖8中不同類型的虛線30至33表示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，在其中填料5的環(huán)氧樹脂具有不同的YAG:Ce濃度。每個發(fā)射光譜在λ＝420nm及λ＝430nm之間、即藍色光譜區(qū)域中，和在λ＝520nm及λ＝545nm之間、即綠色光譜區(qū)域中各具有一個強度最大值，其中具有長波最大值的發(fā)射頻帶大部分位于黃色頻譜區(qū)域中，圖8中所示附圖表明，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中可以用簡單方式通過改變環(huán)氧樹脂中發(fā)光材料濃度來改變白光的CIE色點。
借助上述元件對本發(fā)明的說明當然不能看作是對本發(fā)明的限制。作為半導(dǎo)體主體，例如發(fā)光二極管芯片或激光二極管芯片也可理解為聚合物L(fēng)ED，它發(fā)射相應(yīng)的光線頻譜。
權(quán)利要求
1.一種摻有發(fā)光材料的波長變換填料(5)，它被應(yīng)用于具有一個發(fā)紫外光、藍光或綠光的LED芯片(1)的電致發(fā)光元件中，其特征在于所述的發(fā)光材料包含有無機發(fā)光色料粉末(6)，該無機發(fā)光色料由一個組構(gòu)成，該組包含粒度≤20μm且d50-值≤5μm的用稀土摻雜的石榴石、和/或用稀土摻雜的硫鎵酸鹽、和/或用稀土摻雜的鋁酸鹽和/或用稀土摻雜的原硅酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的填料，其特征在于所述的無機發(fā)光色料粉末包含有由通式為A3B5X12:M的磷光體族構(gòu)成的發(fā)光色料，其中A代表Y、Gd和/或Lu，B代表Al和/或Ga，X代表O，M代表Ce3+、Tb3+、Eu3+、Cr3+、Nd3+或Er3+，而且所述發(fā)光色料的粒度≤20μm且d50-值≤5μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的填料，其特征在于采用CaGa2S4:Ce3+、SrGa2S4:Ce3+、MAlO3:Ce3+、MAlO3:Ce3+、和/或M2SiO5:Ce3+作為發(fā)光色料粉末(6)，其中M代表Y、Sc、La。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的填料，其特征在于所述發(fā)光色料(6)是球形的或鱗片狀的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的填料，其特征在于所述發(fā)光色料(6)的d50-值在1到2μm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的填料，其特征在于使用出自于用Ce摻雜的石榴石組中的顆粒作為發(fā)光色料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的填料，其特征在于使用YAG:Ce顆粒作為發(fā)光色料。
8.一種發(fā)光光學(xué)元件，具有如權(quán)利要求1-7之一所述的波長變換填料，以及具有半導(dǎo)體主體(1)，該半導(dǎo)體主體在所述光學(xué)元件工作時發(fā)出電磁輻射，其特征在于所述半導(dǎo)體主體(1)具有一個半導(dǎo)體層序列(7)，該層序列適合于在所述半導(dǎo)體元件工作時從紫外光、藍光和/或綠光頻譜區(qū)域中發(fā)出電磁輻射，所述發(fā)光色料把來自于所述頻譜區(qū)域中的輻射變換成具有更大波長的輻射，使得該半導(dǎo)體元件發(fā)出混合的輻射、尤其是混合色的光，該混合的輻射或光由所述具有更大波長的輻射和所述紫外光、藍光和/或綠光頻譜區(qū)域中的輻射組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光光學(xué)元件，其特征在于所述的填料至少包封了所述半導(dǎo)體主體(1)的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的發(fā)光光學(xué)元件，其特征在于由所述半導(dǎo)體主體(1)發(fā)出的輻射在420-460nm的波長時具有發(fā)光強度最大值。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項的發(fā)光光學(xué)元件，其特征在于所述半導(dǎo)體主體(1)被布置在不透光的基殼(8)的槽(9)中，而且所述的槽至少部分地被填充了所述的填料(5)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一項的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于在所述的發(fā)光材料中包含有不同類型的發(fā)光顆粒類型，這些顆粒類型在不同的波長時發(fā)光。
全文摘要
一種摻有發(fā)光材料的波長變換填料(5)，它被應(yīng)用于具有一個發(fā)紫外光、藍光或綠光的LED芯片(1)的電致發(fā)光元件中，其特征在于所述的發(fā)光材料包含有無機發(fā)光色料粉末(6)，該無機發(fā)光色料由一個組構(gòu)成，該組包含粒度≤20μm且d
文檔編號H01L33/00GK1567608SQ20041003670
公開日2005年1月19日 申請日期1997年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月20日
發(fā)明者K·霍恩, A·德布雷, P·施洛特爾, R·施米特, J·施奈登 申請人:西門子公司