專利名稱：具有紫外發(fā)光二極管及紫外反光板的光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有紫外發(fā)光二極管及紫外反光板的光源。
背景技術(shù)：
大體而言，發(fā)光二極管(LED)是微型半導(dǎo)體器件，其采用對半導(dǎo)體材料進(jìn)行電子激發(fā)而產(chǎn)生電致發(fā)光的形式來產(chǎn)生可見光。最初，對這些器件的使用主要局限于電子設(shè)備上的顯示功能，且所發(fā)出的顏色為紅色及綠色。隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED變的功能更強(qiáng)且可發(fā)出較寬光譜中的各種顏色。
隨著于1990年代早期制成第一只藍(lán)色LED(其發(fā)出可見光光譜中與紅色相反端的光)，實際產(chǎn)生各種顏色的光成為可能。通過LED器件，除了可以產(chǎn)生原色，即紅、綠、藍(lán)(即RGB顏色模式)，現(xiàn)在還可以實際產(chǎn)生任何顏色的光，包括白光。因為可以產(chǎn)生白光，故現(xiàn)在可利用LED替代白熾燈及熒光燈進(jìn)行照明。白光照明還在某些醫(yī)學(xué)應(yīng)用中非常有效，例如，外科手術(shù)用醫(yī)學(xué)設(shè)備、內(nèi)窺鏡檢查、以及彩色照片評估等。利用LED進(jìn)行照明的優(yōu)點在于其遠(yuǎn)較于傳統(tǒng)照明方式效率更高、結(jié)實小巧、并遠(yuǎn)較于白熾燈及熒光燈燈泡或燈更耐用。
可以以不同方式產(chǎn)生白光通過混合紅色、綠色及藍(lán)色；通過利用紫外(“UV”)LED來激發(fā)白色熒光；或通過利用激發(fā)嵌入環(huán)氧頂罩中的發(fā)射黃色光的磷光體的藍(lán)色發(fā)光二極管，而藍(lán)色與黃色組合形成白色發(fā)光LED。而且，通過將白色熒光LED與多個琥珀色LED相組合，可以產(chǎn)生一系列不同的白色。
在需要整個光譜的顏色來自單個點光源的應(yīng)用中，優(yōu)選的方式是對在一個獨立的封裝中或在容納一組二極管的燈組件中的紅、藍(lán)及綠二極管芯片進(jìn)行組合。但是，因為在混合由這些組件發(fā)出的光時存在由三個發(fā)光組件發(fā)出的光的色調(diào)及亮度不同以及其他問題，故該方式不能如所希望的有效的產(chǎn)生白光。
大部分白色發(fā)光二極管都采用發(fā)出較短波長(藍(lán)色、紫色或紫外線)的半導(dǎo)體芯片以及波長轉(zhuǎn)換物，波長轉(zhuǎn)換物吸收來自二極管的光，并以較長波長進(jìn)行二次發(fā)光。因此，這些二極管發(fā)出兩種或更多種波長的光，這些光被組合時顯出白色。組合的發(fā)光的性質(zhì)及光譜特性隨著可行的不同設(shè)計變化而改變。最常用的波長轉(zhuǎn)換材料是所謂的磷光體，其通常是當(dāng)其從另一輻射源吸收能量時可發(fā)光的任何材料。通常應(yīng)用的磷光體是由包含光學(xué)活性摻雜物的無機(jī)基質(zhì)物質(zhì)構(gòu)成的。釔鋁石榴石(“YAG”)是常用的基質(zhì)材料，對于二極管方面的應(yīng)用，通常用一種稀土元素或稀土化合物對其摻雜。在為了白色發(fā)光二極管所設(shè)計的YAG磷光體中，鈰是常用的摻雜物元素。
目前制造的大部分“白色”LED都采用450nm-470nm藍(lán)色氮化鎵(“GaN”)LED，其被通常由鈰摻雜釔鋁石榴石(“YAG:Ce”)晶體(該晶體已制成粉末狀并結(jié)合在粘性粘合劑中)制成的淡黃色磷光體涂層覆蓋。LED芯片發(fā)出藍(lán)色光，該藍(lán)色光的一部分由YAG:Ce轉(zhuǎn)換為黃色。YAG:Ce的單晶體形式實際上被認(rèn)為是閃爍體而非磷光體。因為黃色光刺激人眼的紅色及綠色受體，故藍(lán)色光與黃色光的混合將顯出白色光。
第一個可商購的白色發(fā)光器件(由Nichia Corporation制造并分銷)是基于由黃色磷光體所包圍的藍(lán)色發(fā)光氮化鎵銦(“GaInN”)半導(dǎo)體器件。該器件的一個示例由U.S.Patent Serial No.5,998,925、授權(quán)于Shimizu等人、名稱為“Light Emitting Device Having a Nitride CompoundSemiconductor and a Phosphor Containing a Garnet Fluorescent Material”所揭示。
圖1說明了這種類型的發(fā)光器件的截面結(jié)構(gòu)。LED器件100設(shè)置有安裝引線102及內(nèi)部引線104。安裝引線102還包括反射罩106，其中安裝有藍(lán)色發(fā)光二極管108。反射罩106填充有環(huán)氧樹脂1 14，其中懸浮有粉末狀磷光體。發(fā)光組件108的n電極及p電極通過接合線110及112分別連接至安裝引線102及內(nèi)部引線104。
磷光體可以是Ce摻雜YAG，其制成為粉末形式并懸浮在用于密封管芯的環(huán)氧樹脂114中。該磷光體環(huán)氧混合物填充反射罩106(其將管芯支撐在安裝引線102上)，且來自芯片的藍(lán)色發(fā)光的一部分由磷光體吸收并以較長的磷光波長再次發(fā)出。因為僅需要一種類型的轉(zhuǎn)換物，故在藍(lán)光照射下組合黃色光激發(fā)是理想的?；パa(bǔ)的藍(lán)色及黃色波長通過迭加混合以產(chǎn)生所需的白色光。LED的合成發(fā)光光譜表現(xiàn)為磷光體發(fā)光與通過磷光體涂層的未被吸收的藍(lán)色發(fā)光的組合。
白光二極管可根據(jù)另一機(jī)理而發(fā)光，即，利用由近紫色或紫外光輻射光學(xué)激發(fā)的寬光譜磷光體。在這種器件中，利用紫外發(fā)光二極管以向磷光體傳送能量，而由磷光體產(chǎn)生全部可見發(fā)光。以這種方法產(chǎn)生白色光的優(yōu)點在于其達(dá)到的彩色性能優(yōu)于藍(lán)色發(fā)光LED，這是因為UV LED對由該器件所產(chǎn)生的可見顏色不會有大的影響。
很容易獲得在較寬波長范圍上發(fā)光并產(chǎn)生白色光的磷光體，這是因為相同的材料應(yīng)用于制造熒光管及陰極射線管。盡管熒光管通過氣體放電過程而實現(xiàn)其UV發(fā)光，但產(chǎn)生白色光輸出的磷光體發(fā)光階段與UV激發(fā)的白色二極管中的相同。磷光體具有公知的彩色特性，故這種類型的器件具有其可被設(shè)計用于需要關(guān)鍵性的顏色渲染的應(yīng)用的優(yōu)點。但是，相較于采用藍(lán)色光進(jìn)行熒光激發(fā)的白色二極管，UV激發(fā)二極管的很大的缺點在于其較差的發(fā)光效率。這是因為從UV光到更長的可見波長的降頻轉(zhuǎn)換中能量損耗較高。
此外，使用UV LED的另一個缺點在于，由于較高的光子能量會導(dǎo)致化學(xué)鍵斷裂以及環(huán)氧材料的結(jié)構(gòu)分解，封裝材料(即，圍繞二極管用于密封發(fā)光器件的環(huán)氧樹脂)會快速劣化。這導(dǎo)致照明(“Lv”)劣化，即由于磷光體/環(huán)氧材料受到來自UV LED的UV照射，隨著時間流逝，輸出的光減少了。此外，使用UV發(fā)光也增加了對人眼的傷害的危險，而需要對其補(bǔ)償。
因此，需要減小在UV LED中UV環(huán)氧樹脂或UV材料劣化的影響，由此改善發(fā)光效率及光源的使用壽命。此外，因為需要保護(hù)人眼，需要防止UV發(fā)光從LED漏出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示了一種光源，其可利用紫外(“UV”)發(fā)光二極管(“LED”)器件及UV反光板產(chǎn)生白色光。該光源可包括UV LED作為其輻射源，所述UV LED發(fā)出例如近紫色或紫外光的較短波長的光，還包括可以沉積或涂在UV LED的表面上的磷光體的薄膜。該光源還可包括設(shè)置在薄的磷光體層之上的UV反光板材料。
在工作的示例中，UV LED發(fā)出較短波長的光，接著該光照在薄的磷光體層上。部分較短波長的光被磷光體層轉(zhuǎn)化為白色光，而較短波長的光的另一部分穿過磷光體層透射。穿過磷光體層的那部分光照在UV反光板上，所述UV反光板允許可見光穿過并將UV光反射回至磷光體層。磷光體層將反射的UV光轉(zhuǎn)化為白色光，然后所述白色光通過磷光體層再次發(fā)出。
通過研究以下附圖及詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法及特征。意在將所有這些其他系統(tǒng)、方法、特征及優(yōu)點包括在該說明中、落入本發(fā)明的范圍內(nèi)、并由所附權(quán)利要求保護(hù)。


參考以下附圖可以更好的理解本發(fā)明。圖中的組件并不一定完全成比例，重點在于說明本發(fā)明的原理。在附圖中，類似的參考標(biāo)號用于表示各個示圖中相應(yīng)的部件。
圖1示出了示意性截面圖，說明了包括LED的已知光源的應(yīng)用的示例。
圖2示出了示意性截面圖，說明了包括UV LED及UV反光板的光源的應(yīng)用的示例。
圖3示出了圖2中所示的光源的示意性截面圖，更詳細(xì)的說明了UVLED及UV反光板。
圖4示出了對于圖2及圖3中所示的UV反光板的示例應(yīng)用，反射率隨著以納米(“nm”)為單位的光波長變化的圖形表示。
具體實施例方式
在優(yōu)選實施例的以下描述中，參考組成其一部分的附圖，且其示意性的示出了可實施本發(fā)明的具體實施例。不脫離本發(fā)明的范圍，也可以采用其他實施例并進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變。
大體上，本發(fā)明為一種光源，其可包括可以是紫外(“UV”)發(fā)光二極管(“LED”)的輻射源，該LED發(fā)出可以是在可見及不可見光光譜上的近紫色或紫外光的較短波長的光，即，具有約400納米(“nm”)或更短的波長的光。大體上，術(shù)語“UV光”指具有不能被人眼所觀察到的波長的光。
該光源還可以包括薄的磷光體層或涂附在UV LED的表面上的磷光體涂層。在薄的磷光體層上可以設(shè)置可反射由UV LED發(fā)出的UV光并允許較長波長的光通過其的UV反光板。被反射的UV光可再次射向薄的磷光體層，由此將反射的UV光轉(zhuǎn)換為可見光，接著可見光穿過UV反光板，產(chǎn)生基于薄的磷光體層中的磷光體材料的色度(shade)的白色光。
圖2示出了可產(chǎn)生可見光的光源的應(yīng)用示例的示意性截面圖。光源200設(shè)置有安裝引線202及內(nèi)部引線204。安裝引線202還包括反射罩206，其中附裝有UV發(fā)光二極管208。UV發(fā)光二極管208的n電極及p電極(未示出)通過單獨的接合線(未示出)分別連接至安裝引線202及內(nèi)部引線204。
薄的磷光體層222可以直接涂在UV發(fā)光二極管208的表面上。薄的磷光體層222可以包含單一磷光體或多種磷光體的組合，當(dāng)由來自UV發(fā)光二極管208的UV光激發(fā)時其將發(fā)出白色光。在另一應(yīng)用中，磷光體可以懸浮在分布于UV發(fā)光二極管208的表面上的密封材料中。用于在半導(dǎo)體器件上沉積材料的方法，例如，在LED上沉積磷光體，在標(biāo)題為“Electrophoretic Processes for the Selective Deposition of Materials on aSemiconducting Device”、于2005年3月8日公告的U.S.Patent No.6,864,110中進(jìn)行了描述，在這里通過參考其全文而結(jié)合在本文中。
UV反光板224定位在薄的磷光體層222之上。在圖2中示出UV反光板224直接附裝在薄的磷光體層222上并大體為相同尺寸。但是，UV反光板也可以直接定位在薄的磷光體層222上并與其分離，并且可以是與薄的磷光體層222不同的尺寸，例如，UV反光板224可以更寬并疊置在薄的磷光體層222上。
圖3示出了圖2中的光源的示意性截面圖，其更詳細(xì)的示出了UVLED及UV反光板。在圖3中，UV發(fā)光二極管308由反射罩306支撐并發(fā)出具有例如從380nm至410nm的波長的UV光330。UV光330“激發(fā)”薄的磷光體層322，且一部分UV光330由薄的磷光體層322吸收并轉(zhuǎn)化為較長波長的光332。較長波長的光332穿過UV反光板324并變?yōu)榭梢姽?34。
UV光330的某些部分不會被薄的磷光體層322所轉(zhuǎn)化，由此從薄的磷光體層322發(fā)出較短波長的光336。較短波長的光336被UV反光板324反射，產(chǎn)生反射光338。接著該反射光338“激發(fā)”薄的磷光體層322，產(chǎn)生另一較長波長的光340。該較長波長的光340穿過薄的磷光體層322，產(chǎn)生另一可見光342。
圖4示出了對于圖2及3中所示的UV反光板的示例應(yīng)用，反射率隨著以納米(“nm”)為單位的光波長變化的圖形表示。圖4描述了理想的UV反光板，其基本上反射全部的具有約350nm或更短波長的光，同時允許具有約450nm或更長波長的光穿過。
雖然以上的描述參考使用UV LED，但主題不應(yīng)限于以這種器件作為輻射源。可受益于由上述組件提供的功能的任何半導(dǎo)體輻射源都可以應(yīng)用為光源，包括半導(dǎo)體激光二極管。
此外，需要理解的是，上述多種應(yīng)用的描述目的僅在于說明而非限制。并不是絕對的且不應(yīng)將所請求保護(hù)的發(fā)明限制為所揭示的特定形式。鑒于以上描述，修改及改變是可行的，或可以通過實踐本發(fā)明而獲得。權(quán)利要求及其等同物界定了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可發(fā)出可見光的光源，所述光源包括半導(dǎo)體輻射源；位于所述半導(dǎo)體輻射源的表面之上的磷光體層，當(dāng)被來自所述半導(dǎo)體輻射源的、由所述磷光體層吸收的輻射激發(fā)時，所述磷光體層發(fā)出光；及紫外反光板，其被配置為將來自所述半導(dǎo)體輻射源的、未被所述薄的磷光體層吸收的部分輻射反射回至所述薄的磷光體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中所述半導(dǎo)體輻射源是可發(fā)出紫外光的紫外發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源，其中所述磷光體層是直接涂在所述紫外發(fā)光二極管的表面上的磷光體薄層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源，其中所述薄的磷光體層包含一種或多種磷光體，當(dāng)被紫外發(fā)光二極管所發(fā)出的紫外光激發(fā)時所述磷光體發(fā)出可見光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源，其中所述磷光體層包括單一黃色磷光體，當(dāng)被紫外光激發(fā)時所述黃色磷光體發(fā)出白色光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源，其中所述磷光體層包括磷光體體系，所述磷光體體系從由基于石榴石、基于硅酸鹽、基于含氧硝酸鹽、基于氮化物、基于硫化物、基于正硅酸鹽、以及基于鋁酸鹽及硒化物的磷光體體系構(gòu)成的組中選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源，其中所述紫外反光板被配置為將接收自所述薄的磷光體層的、具有小于預(yù)定量的波長的光反射回至所述薄的磷光體層，并允許具有較長波長的光穿過所述紫外反光板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源，其中所述預(yù)定量具有在約380納米至410納米范圍內(nèi)的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源，其中所述磷光體層包括透明密封材料，所述透明密封材料中懸浮有一種或多種磷光體，其中所述透明密封材料涂在所述半導(dǎo)體輻射源的表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光源，其中所述透明密封材料是透明環(huán)氧樹脂或硅酮體系。
11.一種利用半導(dǎo)體輻射源及紫外反光板產(chǎn)生可見光的方法，所述方法包括從所述半導(dǎo)體輻射源發(fā)出光；通過以所述發(fā)出的光激發(fā)磷光體層而將所述發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化的光，其中所述轉(zhuǎn)化的光具有不同于所述發(fā)出的光的波長；且通過紫外濾光器過濾所述轉(zhuǎn)化的光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中過濾所述轉(zhuǎn)化的光的步驟還包括將具有小于預(yù)定長度的波長的光反射回至所述磷光體層；并允許具有大于所述預(yù)定長度的波長的光穿過所述紫外濾光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括通過以所述反射的光激發(fā)所述磷光體層，將從所述紫外濾光器反射的所述發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為二次轉(zhuǎn)化的光，其中所述二次轉(zhuǎn)化的光具有不同于所述反射的光的波長；且通過所述紫外濾光器再次過濾所述二次轉(zhuǎn)化的光。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述半導(dǎo)體輻射源是紫外發(fā)光二極管。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述磷光體層包含一種或多種磷光體，當(dāng)被所述半導(dǎo)體輻射源所發(fā)出的紫外光激發(fā)時所述磷光體發(fā)出可見光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述磷光體層包括單一黃色磷光體，當(dāng)被紫外光激發(fā)時所述黃色磷光體發(fā)出白色光。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述磷光體層包括磷光體體系，所述磷光體體系從由基于石榴石、基于硅酸鹽、基于含氧硝酸鹽、基于氮化物、基于硫化物、基于正硅酸鹽、以及基于鋁酸鹽及硒化物的磷光體體系構(gòu)成的組中選擇。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述預(yù)定長度具有在約380納米至410納米的范圍內(nèi)的值。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述磷光體層包括透明密封材料，所述透明材料中懸浮有一種或多種磷光體，其中所述透明密封材料涂在所述半導(dǎo)體輻射源的表面上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述透明密封材料是透明環(huán)氧樹脂或硅酮體系。
全文摘要
一種光源，其可利用半導(dǎo)體輻射源產(chǎn)生白色光。該半導(dǎo)體輻射源可以是紫外(“UV”)發(fā)光二極管(“LED”)器件，其發(fā)出例如近紫色或紫外光的較短波長的光。磷光體的薄膜可以沉積或涂在UV LED的表面上或直接設(shè)置在UV LED之上。該光源還可包括輻射地連接至薄的磷光體層的UV反光板，其允許從薄的磷光體發(fā)出的可見白色光穿過并將較短波長的光反射回至薄的磷光體層。
文檔編號H01L33/50GK1921159SQ20061011146
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者蔡美鶯, 雷內(nèi)·P·海爾兵, 莫澤林, 伍啟元, 陳吉恩, 古沃凱, 劉宇宏 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司