專(zhuān)利名稱(chēng)：白光發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高亮度白光半導(dǎo)體發(fā)光裝置，特別涉及一種利用藍(lán)光或藍(lán)綠光發(fā)光二極管配合二種分別可發(fā)出黃色熒光及紅色熒光的熒光粉，以制作高亮度白光發(fā)光裝置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
白光為多種顏色的混合光，可被人眼感覺(jué)為白光，至少包括二種以上波長(zhǎng)的混合光。例如，當(dāng)人眼同時(shí)受紅、藍(lán)、綠光的刺激時(shí)、或同時(shí)受到藍(lán)光與黃光的刺激時(shí)，均可感受為白光。因此，可依照此種原理，來(lái)制作一可發(fā)出白光的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。公知的白光半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方式主要有五種，分述如下。
第一種方式是使用以磷化鋁鎵銦(AlInGaP)、氮化鎵銦(InGaN)與磷化鎵(GaP)為材質(zhì)的三顆發(fā)光二極管，控制通過(guò)各發(fā)光二極管的電流，而使其分別發(fā)出紅、綠及藍(lán)光。將此三顆發(fā)光二極管晶粒配置于同一個(gè)燈泡(lamp)中，并利用透鏡將三種顏色的光加以混合而產(chǎn)生白光。
第二種方式是使用InGaN與AlInGaP或GaP為材質(zhì)的二顆發(fā)光二極管，控制通過(guò)各發(fā)光二極管的電流，使其分別發(fā)出藍(lán)及黃綠光，然后加以混合以產(chǎn)生白光。以目前的技術(shù)水準(zhǔn)而言，上述二種方式的發(fā)光效率可達(dá)到約20lm/W。
第三種方式為1996年日本日亞化學(xué)(Nichia Chemical)公司所發(fā)展出的技術(shù)，其是以氮化銦鎵藍(lán)光發(fā)光二極管配合受激發(fā)可發(fā)出黃光的釔鋁石榴石型熒光粉，來(lái)制成一白光光源。目前，此種技術(shù)的發(fā)光效率以可達(dá)到20lm/W以上。再者，由于此種方式僅須使用一組發(fā)光二極管芯片，可大幅地降低制造成本?，F(xiàn)今其所搭配的熒光粉調(diào)制技術(shù)已臻成熟，故已有商品呈現(xiàn)。
第四種方式為日本住友電工(Sumitomo Electric Industries，Ltd.)于1991年1月所研發(fā)出的一種使用硒化鋅(ZnSe)材料的白光發(fā)光二極管。此種技術(shù)是先在ZnSe單晶基板上形成一CdZnSe薄膜，通電后薄膜會(huì)發(fā)出藍(lán)光，同時(shí)部分的藍(lán)光照射在基板上而發(fā)出黃光，使藍(lán)、黃光互補(bǔ)色混合而形成白光。此種法亦僅需使用單顆發(fā)光二極管晶粒，其操作電壓僅2.7V，比GaN的發(fā)光二極管的3.5V要低，并且不需使用熒光物質(zhì)即可得到白光。
第五種方式是目前仍在開(kāi)發(fā)中的紫外光白光發(fā)光二極管技術(shù)。此種技術(shù)的原理是利用紫外光發(fā)光二極管激發(fā)三種或三種以上的熒光粉發(fā)出不同顏色的熒光，經(jīng)混色后產(chǎn)生白光。
前述第一與第二種方式的共同缺點(diǎn)在于，當(dāng)不同光色發(fā)光二極管其中的一發(fā)生故障時(shí)，將無(wú)法得到正常的白光。此外，由于各發(fā)光二極管的正向偏壓均不相同，故須設(shè)置多組控制電路，致使成本較高，此皆為實(shí)際應(yīng)用上的不利因素。
第二與第三種方式皆利用互補(bǔ)色原理以產(chǎn)生白光，其光譜波長(zhǎng)分布的連續(xù)性不如真實(shí)的太陽(yáng)光，因此色光混合后會(huì)在可見(jiàn)光光譜范圍(400nm～700nm)出現(xiàn)色彩的不均勻，導(dǎo)致色彩飽合度較低。雖然人類(lèi)的眼睛可忽略此現(xiàn)象而只看見(jiàn)白色光，但在一些精密度較高的光學(xué)檢測(cè)器的感測(cè)下，例如攝影機(jī)或相機(jī)等，其演色性在實(shí)質(zhì)上仍偏低，亦即，物體色彩在還原時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。所以，這些方式所產(chǎn)生的白光光源只適合作為簡(jiǎn)單的照明用途。
至于第四種方式的缺點(diǎn)，則在于其發(fā)光效率僅8lm/W，使用壽命也只有8000小時(shí)，在實(shí)用層面的考慮上，仍須更進(jìn)一步地突破。
最后，第五種方式是采取三波段可見(jiàn)光組成白光光源，以提高其演色性，因此須使用三種或三種以上的熒光粉方可達(dá)成。欲同時(shí)利用多種熒光粉體使其發(fā)出不同波長(zhǎng)的熒光，先決條件之一是所選用的激發(fā)光必須恰可被這些熒光粉所吸收，并且，各熒光粉體對(duì)此波長(zhǎng)的光的吸收系數(shù)不可相差太多，此外，光能轉(zhuǎn)換的量子效率亦需盡可能接近為佳。這些因素大幅限制適用的熒光材料種類(lèi)，造成選用熒光材料的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)公知技術(shù)的缺點(diǎn)，突破上述公知技術(shù)的限制，以降低制作的難度，提供一種白光發(fā)光裝置，只利用二種熒光粉體搭配一發(fā)光二極管做為激發(fā)光源。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種白光發(fā)光裝置，包含一可發(fā)出藍(lán)光或藍(lán)綠光的發(fā)光組件；一熒光體層，以含熒光粉體的涂覆材料覆蓋該發(fā)光組件模制而形成，該熒光粉體還包括一第一熒光體，其可受該發(fā)光二極管所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為520至580nm的黃色熒光；以及一第二熒光體，其可受該發(fā)光二極管所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為580至640nm的紅色熒光，該發(fā)光二極管所發(fā)出的光可與該黃色熒光及該紅色熒光混合而產(chǎn)生白光。
也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的白光發(fā)光裝置是包含一可發(fā)出藍(lán)光或藍(lán)綠光的發(fā)光二極管；一第一熒光體，其可受發(fā)光二極管所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為520至580nm的黃色熒光；及一第二熒光體，其可受發(fā)光二極管所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為580至640nm的紅色熒光。如前所述，白光乃為多種色光的混合后所形成者，故依此光學(xué)混色的原理，發(fā)光二極管所發(fā)出的藍(lán)光或藍(lán)綠光可與黃色熒光及紅色熒光混合，刺激人眼產(chǎn)生白光的視覺(jué)。
該發(fā)光二極管的發(fā)光波長(zhǎng)范圍為450至500nm，其中較佳為470至500nm。
上述第一熒光體的化學(xué)式較佳為(YxMyCez)Al5O12，其中x+y＝3，且x、y≠0，0.5＞z＞0，M是選自鋱(Tb)、鎦(Lu)及鐿(Yb)等金屬元素所組成的群組，其中(YxMy)Al5O12為其主體結(jié)構(gòu)，Ce為發(fā)光中心。
又，上述第二熒光體的化學(xué)式較佳為(M’aEub)S，其中a+b＝1～1.2，且a、b≠0，M’是選自鈣(Ca)、鍶(Sr)及鋇(Ba)等金屬元素所組成的群組，其中M’S為其主體結(jié)構(gòu)，Eu為發(fā)光中心。
本發(fā)明的白光發(fā)光裝置中，藍(lán)光或藍(lán)綠光光源是由具省電特性的發(fā)光二極管所產(chǎn)生，配合二種以適當(dāng)比例調(diào)配的熒光材料，經(jīng)封裝后施以極低的電流即可獲得一發(fā)光特性佳的高亮度白光發(fā)光二極管。
本發(fā)明的白光發(fā)光裝置中所使用的熒光粉體，具有借由改變主體晶格組成即可調(diào)整其發(fā)光波長(zhǎng)的特性，因此可利于搭配各種適當(dāng)波長(zhǎng)的藍(lán)或藍(lán)綠光發(fā)光二極管混合形成白光。此外，所使用的熒光粉體是利用簡(jiǎn)單的固態(tài)反應(yīng)法即可合成，適于大量生產(chǎn)，極具產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
與公知的白光發(fā)光裝置中所使用的多種熒光材料相較，本發(fā)明又具有下列幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)一、目前發(fā)光二極管制備上，短波長(zhǎng)的高亮度藍(lán)光制造較為困難，然而，本發(fā)明白光發(fā)光裝置中使用的熒光粉體所需搭配的藍(lán)光可調(diào)整至較長(zhǎng)波長(zhǎng)。其另一好處在于，以較長(zhǎng)波長(zhǎng)的藍(lán)或藍(lán)綠光激發(fā)，發(fā)光效率可高于波長(zhǎng)較短的藍(lán)光(470nm以下)。
二、本發(fā)明白光裝置中使用的熒光粉體的調(diào)整光色方法，為改變其主體晶格。相較于公知的改變異質(zhì)離子的添加量的方式，由于后者所需添加的異質(zhì)離子較低，極易因原料的稱(chēng)取誤差產(chǎn)生光色的改變。本發(fā)明所使用的熒光粉體則無(wú)此項(xiàng)缺點(diǎn)，于制備上有較佳的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明白光發(fā)光裝置的實(shí)施例的發(fā)射光譜圖；圖2為圖1的實(shí)施例的CIE色度坐標(biāo)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下40-發(fā)光組件；41-發(fā)光組件支架；42-碗部；43-熒光體層。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的白光發(fā)光裝置是以一發(fā)光二極管做為激發(fā)光源，并包含二種可受此激發(fā)光源激發(fā)而分別產(chǎn)生不同光色的熒光體，借由三種色光的混合以產(chǎn)生高亮度白色光源。做為激發(fā)光源的發(fā)光二極管為一藍(lán)光或藍(lán)綠光發(fā)光二極管，其發(fā)光波長(zhǎng)較佳為450至500nm的范圍，更佳為470至500nm。二種熒光體分別為一黃色熒光體與一紅色熒光體，其受到激發(fā)光源激發(fā)時(shí)，可分別發(fā)出主波長(zhǎng)范圍為520至580nm的黃色熒光與主波長(zhǎng)范圍為580至640nm的紅色熒光。黃色熒光體與紅色熒光體可與一封裝材料依不同比例混合或組合，配合可發(fā)出藍(lán)光或藍(lán)綠光的發(fā)光二極管，而獲得不同色溫、輝度或演色性等發(fā)光特性的白光發(fā)光裝置。
黃色熒光體的化學(xué)式較佳為(YxMyCez)Al5O12，其中x+y＝3，且x、y≠0，0.5＞z＞0，M是選自鋱(Tb)、鎦(Lu)及鐿(Yb)等金屬元素所組成的群組，其中(YxMy)Al5O12為其主體結(jié)構(gòu)，Ce為發(fā)光中心。紅色熒光體的化學(xué)式較佳為(M’aEub)S，其中a+b＝1～1.2，且a、b≠0，M’是選自鈣(Ca)、鍶(Sr)及鋇(Ba)等金屬元素所組成的群組，其中M’S為其主體結(jié)構(gòu)，Eu為發(fā)光中心。上述二熒光體均利用異質(zhì)離子摻雜于其主體結(jié)構(gòu)中，以做為可受外部光源激發(fā)而發(fā)出熒光的發(fā)光中心。此外，其亦皆具一特點(diǎn)，即，這些熒光體所呈現(xiàn)的光色乃利用微調(diào)熒光體主體結(jié)構(gòu)的元素組成，以調(diào)變化合物的晶格場(chǎng)(crystal field)強(qiáng)度，進(jìn)而改變發(fā)光中心的電子能態(tài)分布，導(dǎo)致其受特定波段的光激發(fā)時(shí)，由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)的能階差高低的不同，而發(fā)生發(fā)光波長(zhǎng)的改變。
關(guān)于本發(fā)明白光發(fā)光裝置的制作方法，包括所選擇的熒光粉與其調(diào)配及封裝的技術(shù)，以下例舉一具體實(shí)施例的制作步驟進(jìn)行說(shuō)明一、合成一化學(xué)式為(YxMyCez)Al5O12的黃色熒光體，其中x+y＝3，且x、y≠0，0.5＞z＞0，M是選自鋱(Tb)、鎦(Lu)及鐿(Yb)等金屬元素所組成的群組。其合成方法可利用化學(xué)合成法、固體反應(yīng)法與有機(jī)金屬熱分解法等。本實(shí)施例中，所合成的黃色熒光體為(Y0.8Tb2.2Ce0.05)Al5O12。
二、合成一化學(xué)式為(M’aEub)S的紅色熒光體，其中a+b＝1～1.2，且a、b≠0，M’是選自鈣(Ca)、鍶(Sr)及鋇(Ba)等金屬元素所組成的群組。其合成方法可利用化學(xué)合成法、固體反應(yīng)法與有機(jī)金屬熱分解法等。本實(shí)施例中，所合成的紅色熒光體為(Sr0.9Eu0.1)S。
三、將上述二種熒光粉與環(huán)氧樹(shù)脂混合，再搭配主波長(zhǎng)為480nm的藍(lán)綠光發(fā)光二極管做為激發(fā)光源，并進(jìn)行封裝而獲得一白光發(fā)光裝置。
圖1顯示上述實(shí)施例的光譜圖，其中，光譜A為測(cè)量上述實(shí)施例的白光發(fā)光裝置所獲得的發(fā)射光譜。所得的白光發(fā)光裝置光譜亦可利用計(jì)算機(jī)程序?qū)⒏靼l(fā)光源(發(fā)光二極管與熒光體)的單獨(dú)光譜組成實(shí)際光譜的配適情形計(jì)算出，如圖1中，光譜B為發(fā)光二極管的光譜，光譜C為黃色熒光體受激發(fā)所產(chǎn)生的光譜，而光譜D為紅色熒光體受激發(fā)所產(chǎn)生的光譜。
如圖2所示，于CIE色度坐標(biāo)圖中標(biāo)示此白光發(fā)光裝置混合色光的坐標(biāo)A點(diǎn)，可發(fā)現(xiàn)其顏色確實(shí)座落于圖中的白色區(qū)域。
關(guān)于本發(fā)明白光發(fā)光裝置的構(gòu)成，包括所選擇的熒光粉與其調(diào)配及封裝的技術(shù)，以下例舉一具體實(shí)施例說(shuō)明請(qǐng)參閱圖3，是本發(fā)明實(shí)施例的剖視圖。其發(fā)光組件40是設(shè)在發(fā)光組件支架41的碗部42內(nèi)，含熒光粉體的涂覆材料充填在碗部42內(nèi)而覆蓋發(fā)光組件40后予以模制形成一熒光體層43，發(fā)光組件40的n側(cè)電極與p側(cè)電極分別使用電線(xiàn)與發(fā)光組件支架41相連接。
其中，該熒光粉體含有一第一熒光體，其可受該發(fā)光組件40所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為520至580nm的黃色熒光，以及一第二熒光體，其可受該發(fā)光組件40所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為580至640nm的紅色熒光，藉以發(fā)光組件40發(fā)出的光可與該黃色熒光及該紅色熒光混合而產(chǎn)生白光。
該第一熒光體與該第二熒光體可與一封裝材料依不同比例混合或組合，配合該可發(fā)出藍(lán)光或藍(lán)綠光的發(fā)光組件40，以使該白光發(fā)光裝置獲得不同色溫、輝度或演色性等發(fā)光特性。該封裝材料的材質(zhì)可為環(huán)氧樹(shù)脂(epoxyresin)、酚醛樹(shù)脂(phenolicresin)、聚胺酯樹(shù)脂(polyurethane resin)、胺基樹(shù)脂(amino resins)或聚酯樹(shù)脂(polyester resin)。
前述的第一熒光體重量百分比為x，第二熒光體重量百分比為y，封裝材料重量百分比為z，三者重量比例范圍為x+y+z＝1，x＞0，y＞0，z＞0。
雖然本發(fā)明已參照實(shí)施例及

如上，但其應(yīng)被視為舉例性而非限制性。本發(fā)明的范圍為由隨附的權(quán)利要求書(shū)所限定而非由上述說(shuō)明所限制。所有根據(jù)本發(fā)明的精神所做成的修改與變化，均應(yīng)包含于本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種白光發(fā)光裝置，包括一可發(fā)出藍(lán)光或藍(lán)綠光的發(fā)光組件；一熒光體層，以含熒光粉體的涂覆材料覆蓋該發(fā)光組件模制而形成，該熒光粉體還包括一第一熒光體，其可受該發(fā)光二極管所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為520至580nm的黃色熒光；以及一第二熒光體，其可受該發(fā)光二極管所發(fā)出的光激發(fā)，而產(chǎn)生主波長(zhǎng)范圍為580至640nm的紅色熒光，該發(fā)光二極管所發(fā)出的光可與該黃色熒光及該紅色熒光混合而產(chǎn)生白光。
2.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光裝置，其特征是該發(fā)光組件的發(fā)光波長(zhǎng)范圍為450nm至500nm。
3.如權(quán)利要求2所述的白光發(fā)光裝置，其特征是該發(fā)光二極管的發(fā)光波長(zhǎng)范圍為470至500nm。
4.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光裝置，其特征是該第一熒光體的化學(xué)式為(YxMyCez)Al5O12，其中x+y＝3，且x、y≠0，0.5＞z＞0，M是選自鋱、鎦及鐿金屬元素所組成的群組之一，其中(YxMy)Al5O12為其主體結(jié)構(gòu)，Ce為發(fā)光中心。
5.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光裝置，其特征是該第二熒光體的化學(xué)式為(M’aEub)S，其中a+b＝1～1.2，且a、b≠0，M’是選自鈣、鍶及鋇等金屬元素所組成的群組之一，其中M’S為其主體結(jié)構(gòu)，Eu為發(fā)光中心。
6.如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光裝置，其特征是該第一熒光體與該第二熒光體可與一封裝材料混合或組合，配合該可發(fā)出藍(lán)光或藍(lán)綠光的發(fā)光組件，以使該白光發(fā)光裝置獲得不同色溫、輝度或演色性等發(fā)光特性。
7.如權(quán)利要求6所述的白光發(fā)光裝置，其特征是該封裝材料的材質(zhì)可為環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚胺酯樹(shù)脂、胺基樹(shù)脂或聚酯樹(shù)脂。
8.如權(quán)利要求6所述的白光發(fā)光裝置，其特征是第一熒光體重量百分比為x，第二熒光體重量百分比為y，封裝材料重量百分比為z，三者重量比例范圍為x+y+z＝1，x＞0，y＞0，z＞0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種白光發(fā)光裝置，其利用一可發(fā)出波長(zhǎng)范圍為450至500nm的藍(lán)或藍(lán)綠光發(fā)光二極管激發(fā)二種熒光體，使其分別發(fā)出主波長(zhǎng)范圍為520至580nm的黃色熒光及580至640nm的紅色熒光。經(jīng)調(diào)配熒光體與封裝材料的混合比例進(jìn)行封裝后，即可獲得一發(fā)光特性佳的白光發(fā)光裝置。本發(fā)明白光發(fā)光裝置中使用的熒光粉體所需搭配的藍(lán)光可調(diào)整至較長(zhǎng)波長(zhǎng)，并且，以較長(zhǎng)波長(zhǎng)的藍(lán)或藍(lán)綠光激發(fā)，發(fā)光效率可高于波長(zhǎng)較短的藍(lán)光。
文檔編號(hào)C09K11/08GK1617361SQ20031011562
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月10日
發(fā)明者王健源, 劉如熹, 蘇宏元 申請(qǐng)人:光寶科技股份有限公司