專(zhuān)利名稱(chēng):具有補(bǔ)償轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光二極管和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件的制作方法
具有補(bǔ)償轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光二極管和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換元件提出了一種發(fā)光二極管。此外,提出用于發(fā)光二極管的轉(zhuǎn)換元件。文獻(xiàn)WO 2008/020913A2描述了一種用于產(chǎn)生暖白色混合光的轉(zhuǎn)換元件。待實(shí)現(xiàn)的目的是提供一種產(chǎn)生電磁輻射的發(fā)光二極管,所述電磁輻射的色度坐標(biāo)對(duì)于發(fā)光二極管的工作電流和/或工作溫度的波動(dòng)是特別不敏感的。特別是該發(fā)光二極管將適合于產(chǎn)生冷白光。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,發(fā)光二極管包括發(fā)光二極管芯片。例如,發(fā)光二級(jí)管芯片具有由無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體本體包括設(shè)置用于產(chǎn)生電磁輻射的一個(gè)或多個(gè)有源區(qū)。發(fā)光二極管芯片在工作中優(yōu)選發(fā)射紫外輻射和/或藍(lán)光光譜范圍中的初級(jí)輻射。這就是說(shuō),在發(fā)光二極管芯片工作時(shí),從發(fā)光二極管芯片發(fā)射紫外輻射和/或藍(lán)光,在此所述從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的電磁輻射是發(fā)光二極管的初級(jí)輻射。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,發(fā)光二極管包括轉(zhuǎn)換元件。轉(zhuǎn)換元件設(shè)置為吸收發(fā)光二極管芯片的初級(jí)輻射的至少一部分。這就是說(shuō),在發(fā)光二極管工作時(shí),從發(fā)光二極管芯片發(fā)射初級(jí)輻射,初級(jí)輻射的至少一部分到達(dá)轉(zhuǎn)換元件,其又由轉(zhuǎn)換元件部分吸收。轉(zhuǎn)換元件通過(guò)吸收的初級(jí)輻射被激勵(lì),以再發(fā)射次級(jí)輻射。這就是說(shuō),當(dāng)發(fā)光二極管工作時(shí),轉(zhuǎn)換元件再發(fā)射次級(jí)輻射。在此優(yōu)選,次級(jí)輻射具有比初級(jí)輻射的波長(zhǎng)大的波長(zhǎng)。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,轉(zhuǎn)換元件包括第一發(fā)光材料和第二發(fā)光材料。這就是說(shuō),轉(zhuǎn)換元件不是以適于吸收和再發(fā)射電磁輻射的單個(gè)發(fā)光材料來(lái)形成,而是以?xún)煞N不同的發(fā)光材料來(lái)形成。在此,轉(zhuǎn)換元件也可以以多于兩種發(fā)光材料形成,重要的只是轉(zhuǎn)換元件至少以第一發(fā)光材料和第二發(fā)光材料來(lái)形成。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,轉(zhuǎn)換元件具有吸收波長(zhǎng)范圍。在吸收波長(zhǎng)范圍中的電磁輻射由轉(zhuǎn)換元件吸收。所吸收的輻射可以激勵(lì)轉(zhuǎn)換元件來(lái)再發(fā)射次級(jí)輻射。 在此,吸收波長(zhǎng)范圍不必是發(fā)光材料可以吸收初級(jí)輻射和再發(fā)射次級(jí)輻射的整個(gè)波長(zhǎng)范圍,而可以是所述波長(zhǎng)范圍的一部分。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,轉(zhuǎn)換元件的第一發(fā)光材料在吸收波長(zhǎng)范圍中具有隨著波長(zhǎng)增加而減小的吸收率。這就是說(shuō),在吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi),第一發(fā)光材料具有較大的吸收率和較小的吸收率,其中第一發(fā)光材料在波長(zhǎng)較大的情況下具有比所述較大的吸收率小的吸收率。例如,在吸收波長(zhǎng)范圍中,第一發(fā)光材料的吸收率隨著波長(zhǎng)增大而連續(xù)下降。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,第二發(fā)光材料在相同的吸收波長(zhǎng)范圍中具有隨著波長(zhǎng)增加而增大的吸收率。這就是說(shuō),在吸收波長(zhǎng)范圍內(nèi),第二發(fā)光材料具有較大的吸收率和較小的吸收率,其中第二發(fā)光材料在波長(zhǎng)較小時(shí)具有比所述較大的吸收率小的吸收率。例如,在吸收波長(zhǎng)范圍中,第二發(fā)光材料的吸收率隨著波長(zhǎng)增大連續(xù)上升。換言之,兩種發(fā)光材料的吸收特性在吸收波長(zhǎng)范圍中相反。隨著波長(zhǎng)的增加,第一發(fā)光材料的吸收率減小,而第二發(fā)光材料的吸收率增大。于是,吸收波長(zhǎng)范圍至少通過(guò)符合該結(jié)論的波長(zhǎng)范圍的一部分形成。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,初級(jí)輻射包括在所述吸收波長(zhǎng)范圍中的波長(zhǎng)。這就是說(shuō),初級(jí)輻射包括在第一和第二發(fā)光材料的吸收特性反向所處的波長(zhǎng)范圍中的波長(zhǎng)。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,發(fā)光二極管發(fā)射由初級(jí)輻射和次級(jí)輻射組成的白色混合光。在此,混合光具有至少4000K的色溫。例如,色溫最高為7000K。這就是說(shuō),白色混合光是冷白光。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,發(fā)光二級(jí)光包括在發(fā)光二極管工作時(shí)發(fā)射藍(lán)光光譜范圍中的初級(jí)輻射的發(fā)光二級(jí)光芯片,初級(jí)輻射在藍(lán)光的光譜范圍中發(fā)射。此外, 發(fā)光二極管包括吸收初級(jí)輻射的一部分并且再發(fā)射次級(jí)輻射轉(zhuǎn)換元件。在此,轉(zhuǎn)換元件包括第一發(fā)光材料和第二發(fā)光材料。在吸收波長(zhǎng)范圍中,第一發(fā)光材料包括隨著波長(zhǎng)增加而減小的吸收率,并且第二發(fā)光材料在相同的波長(zhǎng)范圍中具有隨著波長(zhǎng)增加而增大的吸收率。在此,初級(jí)輻射包括在所述吸收波長(zhǎng)范圍中的波長(zhǎng),并且發(fā)光二極管發(fā)射由初級(jí)輻射和次級(jí)輻射組成的白色混合光,所述白色混合光具有至少4000K的色溫。此外,提出了一種用于發(fā)光二極管的轉(zhuǎn)換元件。在此描述的轉(zhuǎn)換元件適合與發(fā)光二極管芯片一起使用。例如,轉(zhuǎn)換元件適于在此描述的發(fā)光二極管。這就是說(shuō),所有的對(duì)于轉(zhuǎn)換元件公開(kāi)的特征也對(duì)于在此描述的發(fā)光二極管公開(kāi),反之亦然。轉(zhuǎn)換元件設(shè)置為吸收初級(jí)輻射并且發(fā)射次級(jí)輻射。優(yōu)選,次級(jí)輻射包括比初級(jí)輻射大的波長(zhǎng)。根據(jù)轉(zhuǎn)換元件的至少一個(gè)實(shí)施形式,轉(zhuǎn)換元件包括第一發(fā)光材料和第二發(fā)光材料,其中在吸收波長(zhǎng)范圍中第一發(fā)光材料具有隨著波長(zhǎng)增加而減小的吸收率,并且在相同的吸收波長(zhǎng)范圍中第二發(fā)光材料具有隨著波長(zhǎng)增加而增大的吸收率。根據(jù)轉(zhuǎn)換元件的至少一個(gè)實(shí)施形式,第一和第二發(fā)光材料的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)相差最高20nm。換言之,第一發(fā)光材料和第二發(fā)光材料具有最大發(fā)射強(qiáng)度的不同波長(zhǎng)。然而,最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)的差在此最高為20nm。優(yōu)選,差最高為lOnm、特別優(yōu)選最高7nm。換言之,兩種發(fā)光材料發(fā)射相同色彩的光,其中兩種發(fā)光材料的發(fā)射率的最大值可以略微相對(duì)于彼此偏移。下面的實(shí)施形式不僅涉及發(fā)光二極管,而且也涉及轉(zhuǎn)換元件。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式,從轉(zhuǎn)換元件發(fā)射的次級(jí)輻射位于黃光光譜范圍中。這就是說(shuō)特別是,轉(zhuǎn)換元件的兩種發(fā)光材料發(fā)射的電磁輻射在黃光的光譜范圍中,其中最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)如上面描述的可以彼此偏移。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式,第二發(fā)光材料的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)比第一發(fā)光材料大。這就是說(shuō),第二發(fā)光材料在比如下波長(zhǎng)大的波長(zhǎng)處具有其最大發(fā)射率,在所述波長(zhǎng)處第二發(fā)光材料具有其最大發(fā)射率。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,第一發(fā)光材料基于作為發(fā)光中心的銪,并且第二發(fā)光材料基于作為發(fā)光中心的鈰。優(yōu)選地,基于作為發(fā)光中心的鈰的第二發(fā)光材料具有如下最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng),所述波長(zhǎng)稍大于基于作為發(fā)光中心的Eu的第一發(fā)光材料的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式,初級(jí)輻射、就是說(shuō)從發(fā)光二極管芯片發(fā)射的電磁輻射的發(fā)射強(qiáng)度的最大值在最低440nm和最高470nm之間、優(yōu)選在445nm和460nm之間。在此,初級(jí)輻射的波長(zhǎng)范圍優(yōu)選形成如下吸收波長(zhǎng)范圍,在所述吸收波長(zhǎng)范圍中,第一發(fā)光材料具有隨著波長(zhǎng)增加而減小的吸收率的并且第二發(fā)光材料具有隨著波長(zhǎng)增加而增大的吸收率。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,在吸收波長(zhǎng)范圍中,這就是說(shuō)特別是在至少440nm至最高470nm的波長(zhǎng)范圍中,轉(zhuǎn)換元件的吸收率下降最高35%。在此,轉(zhuǎn)換元件的吸收率是轉(zhuǎn)換器件的發(fā)光材料的合計(jì)吸收率。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,第一發(fā)光材料和第二發(fā)光材料基于作為發(fā)光中心的鈰,其中發(fā)光材料之一的吸收波長(zhǎng)范圍通過(guò)發(fā)光材料主晶格結(jié)構(gòu)的變化而相對(duì)于另一發(fā)光材料偏移。因此,在總和中得到比單發(fā)光材料寬的吸收帶。示例為含鎵的系統(tǒng) YAG:Ce 和 Y(Ga,Al)GCe。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,轉(zhuǎn)換元件中的第一發(fā)光材料與轉(zhuǎn)換元件中的第二發(fā)光材料的重量比在最少0. 6和最高1. 5之間。例如,第一發(fā)光材料與第二發(fā)光材料的如下重量比特別優(yōu)選2 3,7 8,1 1,8 7,3 2。借助第一發(fā)光材料與第二發(fā)光材料的這種重量比而可能的是,實(shí)現(xiàn)其中轉(zhuǎn)換元件的吸收波長(zhǎng)范圍中的吸收率幾乎恒定、這就是說(shuō)例如幾乎不下降的轉(zhuǎn)換元件。因此,具有這樣的轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光二極管對(duì)于初級(jí)輻射的波長(zhǎng)改變特別不敏感。根據(jù)發(fā)光二極管的至少一個(gè)實(shí)施形式,發(fā)光二極管包括至少兩個(gè)發(fā)光二極管芯片,其中發(fā)光二極管的發(fā)光二極管芯片中的兩個(gè)的發(fā)射強(qiáng)度最大值彼此相差至少5nm。這就是說(shuō),所述兩個(gè)發(fā)光二極管芯片沒(méi)有特別精確地預(yù)分類(lèi),而是在初級(jí)輻射的主波長(zhǎng)中具有比較大的差。發(fā)光二極管的發(fā)光二極管芯片的下游設(shè)置有在此描述的轉(zhuǎn)換元件?;谵D(zhuǎn)換元件的寬而近乎均勻的吸收,盡管使用具有強(qiáng)烈彼此差別的主波長(zhǎng)的發(fā)光二極管芯片,還是實(shí)現(xiàn)可以發(fā)射在可預(yù)設(shè)、良好限定的色度坐標(biāo)范圍中的白色混合光的發(fā)光二極管。盡管使用不同的發(fā)光二極管芯片,所產(chǎn)生的白光的色度坐標(biāo)仍幾乎不具有空間波動(dòng)。下面,借助實(shí)施例和相關(guān)的附圖進(jìn)一步闡述在此描述的發(fā)光二極管以及在此描述的轉(zhuǎn)換元件。
圖1、2A、2B、3A、;3B、4至9的圖形示圖用于圖解在此描述的發(fā)光二極管和轉(zhuǎn)換元件。借助圖IOA至IOD的示意性剖視圖,進(jìn)一步闡述在此描述的發(fā)光二極管和轉(zhuǎn)換元件的不同實(shí)施例。相同的、同類(lèi)的或同作用的元件是在附圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。附圖和附圖中所示元件彼此之間的大小關(guān)系不應(yīng)視為是合乎比例的。相反地,為了更好的可示出性和/ 或更好的理解可以夸大地示出各個(gè)元件。發(fā)射白光的發(fā)光二極管可以由藍(lán)色發(fā)射的發(fā)光二極管芯片1和黃色發(fā)射的轉(zhuǎn)換元件34制成,對(duì)此也見(jiàn)圖IOA至10D。這就是說(shuō),發(fā)光二極管芯片1發(fā)射藍(lán)色初級(jí)輻射,而轉(zhuǎn)換元件34發(fā)射黃色次級(jí)輻射。在此,轉(zhuǎn)換元件34吸收藍(lán)光的一部分,其然后在黃光光譜范圍中再發(fā)射。透射的藍(lán)光部分與所轉(zhuǎn)換的黃光一起形成白色色覺(jué)。當(dāng)藍(lán)色發(fā)光二極管芯片1以轉(zhuǎn)換元件34來(lái)包封時(shí)(對(duì)此見(jiàn)特別是圖IOB至10D),發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)可以保持為非常緊湊。例如,藍(lán)色發(fā)光二極管芯片1基于材料系fe^nN。例如,可以通過(guò)銦含量在例如從大約360nm至大約600nm的寬的可見(jiàn)光譜范圍中調(diào)節(jié)發(fā)射波長(zhǎng)。在此,優(yōu)選將440nm至 470nm的光譜范圍用于白色發(fā)光二極管。
在LED發(fā)光材料的情況下,特別良好適用的材料是鈰摻雜的YAG (Y3Al5O12),或者是具有Gd、Tb或( 的確定的改型。所述鈰摻雜的發(fā)光材料在藍(lán)光譜范圍中具有強(qiáng)吸收帶并且以黃色發(fā)射,于是非常適于白色發(fā)光二極管。但是,基于作為發(fā)光中心的銪的其他以黃色發(fā)射的發(fā)光材料也證明為有利的。其例如為正硅酸鹽(Ca,Sr, Ba) SiO4:Eu或氮氧化合物 (Ca, Sr, Ba) Si202N2:Euo人的眼睛對(duì)于小的色差反應(yīng)非常敏感。所以,在生產(chǎn)白色的發(fā)光裝置時(shí),嘗試將色度坐標(biāo)分布保持在小的帶寬中。在白色發(fā)光二極管中,對(duì)于色度坐標(biāo)分布起到重要貢獻(xiàn)是從發(fā)光二極管芯片1發(fā)射的光的光譜變化。在生產(chǎn)過(guò)程中,發(fā)射波長(zhǎng)的分布具有確定的寬度。同樣在物流方面有利的會(huì)是可以將具有不同發(fā)射波長(zhǎng)的發(fā)光二極管在產(chǎn)品中混合。圖1示出相關(guān)的光譜范圍中的藍(lán)色發(fā)光二極管芯片1的光譜系列。在此,藍(lán)色發(fā)光二極管芯片的發(fā)射光譜延伸通過(guò)最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)、即至少440nm至最高470nm的主波長(zhǎng)λΒ。在圖1中,相對(duì)于波長(zhǎng)λ繪出強(qiáng)度I。第二光譜變化在應(yīng)用發(fā)光二極管本身時(shí)出現(xiàn)。因此,發(fā)光二極管芯片的發(fā)射波長(zhǎng)不僅隨著工作電流I偏移,而且也隨著工作溫度T偏移。對(duì)此,圖2Α示出在藍(lán)色發(fā)光二極管芯片1工作時(shí),隨著工作電流I出現(xiàn)的光譜變化。最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)隨著電流I增大而朝著較小波長(zhǎng)偏移。圖2Β示出當(dāng)藍(lán)色發(fā)光二極管芯片1工作時(shí),隨著工作溫度T出現(xiàn)的光譜變化。最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)隨著溫度T增大而朝著較大波長(zhǎng)偏移,所述光譜變寬。藍(lán)色發(fā)光二極管芯片1的光譜變化也影響白色發(fā)光二極管的色度坐標(biāo)。所使用的發(fā)光材料的吸收特性自身也是光譜相關(guān)的。由此,吸收的藍(lán)光或者再發(fā)射的黃光的量產(chǎn)生變化,其引起白色LED的白色混合光的藍(lán)移或者黃移。在生產(chǎn)中,通過(guò)如下方式嘗試避免所述問(wèn)題根據(jù)發(fā)射波長(zhǎng)將半導(dǎo)體預(yù)分類(lèi)(所謂的binning(分類(lèi)))。然而,這樣的分類(lèi)是費(fèi)時(shí)和高成本的,而且所述分類(lèi)通過(guò)不可用的發(fā)光二極管芯片造成產(chǎn)出損耗。對(duì)于狹窄分類(lèi)的類(lèi)別的需要增加,使得在這種情況下將來(lái)會(huì)形成供給不足。此外,在發(fā)光二極管技術(shù)的范圍中,可以考慮晶片層面上的工藝,其中波長(zhǎng)分類(lèi)是不可能的,因?yàn)槔缇哂写罅堪l(fā)光二極管芯片的晶片將以共同的轉(zhuǎn)換元件來(lái)涂層。于是,在此具有容差的工藝必須負(fù)責(zé)所需的精度。在發(fā)光二極管應(yīng)用的范圍中,色度坐標(biāo)變化也使問(wèn)題更多。例如將脈寬調(diào)制用于亮度調(diào)節(jié),以便避免電流密度效果引起的色度坐標(biāo)偏差。色度坐標(biāo)穩(wěn)定的器件使回到較簡(jiǎn)單的電流驅(qū)動(dòng)的激勵(lì)變?yōu)榭赡?。也可以較簡(jiǎn)單地為器件的氣候保險(xiǎn)裝置定尺寸。在圖3A中詳細(xì)地示出鈰摻雜的第二發(fā)光材料4的吸收和發(fā)射特性。在曲線a)中繪出吸收率K與波長(zhǎng)λ的關(guān)系。在曲線b)中繪出發(fā)射強(qiáng)度E與波長(zhǎng)λ的關(guān)系。在圖;3Β中詳細(xì)地示出Eu摻雜的第一氮氧化合物發(fā)光材料3的吸收和發(fā)射特性。 在曲線a)中繪出吸收率K與波長(zhǎng)λ的關(guān)系。在曲線b)中繪出發(fā)射強(qiáng)度E與波長(zhǎng)λ的關(guān)系。為了確定光譜,請(qǐng)注意以下內(nèi)容藍(lán)色發(fā)光二極管芯片的光譜以(Ga,的發(fā)光二極管來(lái)測(cè)量。發(fā)光材料的發(fā)射光譜以粉末樣品來(lái)測(cè)量。從反射測(cè)量中可以確定吸收度。將庫(kù)比爾凱-芒克法(Kubelka-Munk-Methode)用于數(shù)據(jù)分析。吸收度與反映沿傳播方向的衰減的庫(kù)比爾凱-芒克參數(shù)K有關(guān)。白色色度坐標(biāo)在發(fā)光二極管芯片1的發(fā)射率改變情況下的變化直至確定的部分地基于藍(lán)光本身的色彩偏移。但是,色度坐標(biāo)偏移的較大部分由通過(guò)發(fā)光材料進(jìn)行的吸收的光譜相關(guān)性造成。如在圖3A和;3B中可見(jiàn),發(fā)光材料剛好在相關(guān)的藍(lán)色光譜范圍中具有吸收率的急劇上升的邊沿。于是,激勵(lì)的小的光譜變化強(qiáng)烈影響以后的色度坐標(biāo)。該相關(guān)性通過(guò)發(fā)光材料的原子結(jié)構(gòu)引起,并且與發(fā)射波長(zhǎng)不同地幾乎不會(huì)受影響。吸收帶的小的偏移在基于YAG的發(fā)光材料中例如可以通過(guò)添加鎵實(shí)現(xiàn),但是在吸收率曲線的原則上的形式?jīng)]有任何變化。圖4示出在相同的轉(zhuǎn)換層中使用不同的發(fā)射波長(zhǎng)時(shí)的色彩偏移。在此,圖4示出在相同的轉(zhuǎn)換元件配置中計(jì)算出的具有不同藍(lán)色發(fā)射波長(zhǎng)的發(fā)光二極管芯片1的色度坐標(biāo)。 曲線a)為對(duì)于第一發(fā)光材料3來(lái)計(jì)算,曲線b)為對(duì)于第二發(fā)光材料4來(lái)計(jì)算。所通過(guò)的色空間過(guò)大,所以轉(zhuǎn)換元件的分類(lèi)和控制是必須的。但是,當(dāng)然難以實(shí)現(xiàn)需要的準(zhǔn)確性。對(duì)于鈰摻雜的石榴石發(fā)光材料4,黃色部分隨著發(fā)射波長(zhǎng)的升高而增長(zhǎng),同時(shí),對(duì)于Eu摻雜的氮氧化合物、即第一發(fā)光材料3,黃色部分減小。這也從第一發(fā)光材料3的吸收帶(曲線a))和第二發(fā)光材料4的吸收帶(曲線b))與不同的藍(lán)色發(fā)光二極管芯片1的發(fā)射光譜的組合中可見(jiàn),見(jiàn)圖5?,F(xiàn)在,在此描述的轉(zhuǎn)換元件和在此描述的發(fā)光二極管的思想是使用其中分量在所使用的藍(lán)色發(fā)光二極管芯片波長(zhǎng)范圍中具有相反的吸收特性的發(fā)光材料混合物。由此,通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇濃度比例可以設(shè)置寬的恒定的吸收帶。因?yàn)閮煞N發(fā)光材料的發(fā)射色彩位置彼此緊鄰,所以幾乎可以使用任意濃度,而不影響白點(diǎn)。在此,存在與具有3000K色溫的暖白色發(fā)光二極管的區(qū)別。在所述暖白色發(fā)光二極管中,可以使用黃色和紅色的發(fā)光材料構(gòu)成的發(fā)光材料混合物。然而,濃度不是可以自由選擇的,因?yàn)橥ㄟ^(guò)比例同時(shí)也必須調(diào)節(jié)色度坐標(biāo)。在此,例如選擇Eu摻雜的紅色發(fā)光材料的明顯較小的部分,使得無(wú)法實(shí)現(xiàn)在此描述的吸收特性變化。圖6示出鈰摻雜的第二發(fā)光材料(曲線b))和Eu摻雜的第一發(fā)光材料(曲線a)) 的組合。在混合物中,曲線a+b)可以對(duì)于<460nm的波長(zhǎng)設(shè)置幾乎恒定的吸收率K。在吸收波長(zhǎng)范圍Δ Xab中,特別是在最低440nm和最高470nm的波長(zhǎng)范圍、即吸收波長(zhǎng)范圍Δ λ ab 中,具有第一發(fā)光材料3和第二發(fā)光材料4的轉(zhuǎn)換元件34的吸收率K降低最高35%,在圖7中可以看到對(duì)于色度坐標(biāo)分布的有利作用。曲線Cl、c6涉及純的發(fā)光材料。在此,可能的激勵(lì)波長(zhǎng)的僅一小部分位于示出的色域中。與使用發(fā)光材料混合物的情況不同。在此,所有使用的發(fā)射波長(zhǎng)的色度坐標(biāo)在圖表中。甚至,色溫可以維持在大約100K 的范圍中(所繪出的相同色溫的賈德線(Judd'schen Geraden)具有100K的距離)。色度坐標(biāo)位于Acx = 0.005的窗內(nèi),其示出分別非常緊密的分布。曲線c2、c3、c4和c5示出第二發(fā)光材料與第一發(fā)光材料的為7 8,1 1,8 7和3 2的重量-混合比例。曲線 a)是普朗克曲線。在圖7中,在兩個(gè)記號(hào)之間的波長(zhǎng)距離分別為2. 5nm。隨著工作電流出現(xiàn)的色度坐標(biāo)偏移也可以通過(guò)使用發(fā)光材料混合物來(lái)明顯減小。 當(dāng)Acx = 0. 001時(shí),偏移幾乎不能測(cè)量,因此,發(fā)光二極管的調(diào)光可以在沒(méi)有附加措施的情況下實(shí)現(xiàn),而并未可覺(jué)察地偏移白色混合光的色度坐標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)緊密分布,濃度在所使用的發(fā)光材料情況下在第一發(fā)光材料3的體積與第二發(fā)光材料4的體積的為1 1的比例左右移動(dòng)。第二發(fā)光材料4、例如YAG:Ce的略微過(guò)量實(shí)現(xiàn)在整個(gè)范圍上的最小分布。如果限制藍(lán)色波長(zhǎng)范圍,即不使用極長(zhǎng)波和極短波的二極管,那么第一發(fā)光材料3、例如SiON = Eu的略微過(guò)量也可以實(shí)現(xiàn)緊密分布。當(dāng)然,濃度的說(shuō)明與發(fā)光材料具有何種吸收強(qiáng)度有關(guān)。在所示示例中,兩種發(fā)光材料在相關(guān)波長(zhǎng)范圍中具有相對(duì)于發(fā)光材料體積的相同的最大吸收強(qiáng)度。所以,相同的濃度達(dá)到最好的結(jié)果。但是也可以有意義的是改變發(fā)光材料的摻雜濃度。例如,較小的鈰摻雜在YAG:Ce中引起改善的高溫特性。同樣地,通過(guò)摻雜濃度調(diào)節(jié)發(fā)光材料色彩。因此,在此做出的濃度說(shuō)明與發(fā)光材料的總質(zhì)量相關(guān)較小,而是與發(fā)光中心的含量相關(guān)。 圖8示出在工作電流I改變時(shí),具有第一發(fā)光材料3 (曲線a))、第二發(fā)光材料4 (曲線b))和第一和第二發(fā)光材料(曲線a+b))的轉(zhuǎn)換元件的色度坐標(biāo)偏移。優(yōu)選,在此觀察的實(shí)施方案優(yōu)選涉及稱(chēng)作“冷白色”的色彩范圍,其具有普朗克色彩變化(Farbzuges)的范圍中4000K和7000K之間的色溫。在此,轉(zhuǎn)換元件34的原色位于 570nm左右的范圍中,具有大約+/-5nm的變化寬度。小的色溫需要較長(zhǎng)的發(fā)射波長(zhǎng)、較冷的白色需要較小的波長(zhǎng)。發(fā)光二極管芯片的發(fā)射色彩應(yīng)該在440nm至470nm的范圍中移動(dòng), 優(yōu)選的是大約445nm至460nm受限范圍。在此,對(duì)于較低的色溫選擇在較長(zhǎng)波范圍中的發(fā)光二極管。對(duì)于選擇發(fā)光材料,考慮將鈰摻雜的石榴石發(fā)光材料作為第二發(fā)光材料4。典型的代表是具有例如572nm的發(fā)射波長(zhǎng)的YAG:Ce。色彩通過(guò)鈰含量來(lái)部分確定,低摻雜的發(fā)光材料朝短波移動(dòng)。另一代表是具有朝短波移動(dòng)的發(fā)射率和吸收率的(Lu,Y) (Ga, Al)G:Ce, 以及具有朝長(zhǎng)波移動(dòng)的發(fā)射率的(Gd,Y)AlG:Ce。將釔與鋱或鐠(Praesodym),而不是與鈰一起使用是可能的。所提及的組分的組合是可能的??紤]將不同類(lèi)的Eu2+摻雜的發(fā)光材料用作具有比第二發(fā)光材料4小的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)的第一發(fā)光材料3??赡艿牟牧鲜橇虼壦猁}(Mg,Ba,Sr) Ga2、,但是優(yōu)選具有綠色的發(fā)射色彩。正硅酸鹽(Ca,Mg,Ba, Sr) SiO4具有帶有黃色發(fā)射的代表。優(yōu)選的是類(lèi)別氮氧化合物(Ba,Sr, Ca) Si2O2N2:Eu2+0這些發(fā)光材料在黃色的光譜范圍中發(fā)射。對(duì)此重要的選擇標(biāo)準(zhǔn)是在升高的溫度(溫度淬滅(Temperaturliischung ))下的轉(zhuǎn)換效率。 在150°C時(shí),YAG = Ceatl2還具有在室溫時(shí)的轉(zhuǎn)換效率的90%。硫代鎵酸鹽和原硅酸鹽為大約 80 %,在更高的溫度下明顯地更少。與此相反,在150°C時(shí),氮氧化合物還具有其室溫功率的 95%,使得通過(guò)石榴石和氮氧化合物的組合可以組成在高溫時(shí)也可使用的系統(tǒng)。作為傳統(tǒng)發(fā)光材料的替代物,也可以使用半導(dǎo)體或者半導(dǎo)體納米顆粒,因?yàn)槠涫境鲭S著波長(zhǎng)減小而上升的吸收率。例如類(lèi)別II/VI族化合物半導(dǎo)體(Zn,Mg,Cd) (S,Se)或還有(Ga,示出黃色發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施形式中,兩種不同的發(fā)光材料的發(fā)射色彩可以在黃色的光譜范圍中。 在第一實(shí)施形式中,嘗試將兩種發(fā)光材料的發(fā)射波長(zhǎng)盡可能好的互相協(xié)調(diào)。那么哪種發(fā)光材料更多地貢獻(xiàn)于發(fā)射是無(wú)所謂的。所述方法的缺點(diǎn)是由于藍(lán)色發(fā)光二極管芯片的色度坐標(biāo)偏移,不能避免紅綠方向的確定的色度坐標(biāo)展開(kāi)。所以,所述方法可以有利地在低色溫時(shí)以較高轉(zhuǎn)換度來(lái)應(yīng)用,因?yàn)樵诖怂稣归_(kāi)減小。
在第二實(shí)施方案中提供發(fā)射波長(zhǎng)彼此偏移些許納米、優(yōu)選小于7nm。優(yōu)選,第二發(fā)光材料超長(zhǎng)波偏移。因此,長(zhǎng)波發(fā)射的芯片在色度坐標(biāo)中向下移動(dòng),使得可以實(shí)現(xiàn)色度坐標(biāo)在紅綠軸中的限界。用于較準(zhǔn)確的色度坐標(biāo)控制,也可以使用三種或更多的發(fā)光材料的混合物,其中附加的發(fā)光材料也可以屬于鈰摻雜或Eu摻雜的發(fā)光材料。圖9示出單發(fā)光材料或者混合物(曲線a+b))的白色發(fā)光二極管的光譜變化曲線。第二發(fā)光材料的光譜(曲線b))具有大約IOOnm的半值寬度。第一發(fā)光材料的光譜(曲線a))是有些窄帶的(大約70-80nm)。其有利地作用于視覺(jué)上的有利效果,因?yàn)檠劬γ舾卸鹊淖畲笾翟谔?。發(fā)光二極管的色度坐標(biāo)計(jì)算也在考慮具有完全的光譜相關(guān)性的分布、吸收率和發(fā)射率的情況下再次借助庫(kù)比爾凱-芒克法進(jìn)行。圖IOA至IOD以示意性剖面圖示出在此描述的發(fā)光二極管和轉(zhuǎn)換元件34的實(shí)施例。在第一實(shí)施方案、圖IOA中,在混合物中使用發(fā)光材料對(duì)。另外,將用于形成轉(zhuǎn)換元件43的發(fā)光材料粉末以合適的比例一起稱(chēng)重,并且接下來(lái)混合到基質(zhì)材料2、例如硅樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃中。該轉(zhuǎn)換元件43填充到LED凹處中,其中發(fā)光材料混合物的總濃度與通過(guò)殼體基體5限定的凹處的高度相協(xié)調(diào)。在另一應(yīng)用形式、圖IOB中,轉(zhuǎn)換元件34圍繞著發(fā)光二極管芯片1設(shè)置。另外,例如制造轉(zhuǎn)換元件34的高濃度薄層。發(fā)光材料可以圍繞發(fā)光二極管芯片1噴涂、壓印、層壓或沉淀。的也可以借助隨后的粘貼單獨(dú)地制造層。所述層可以作為混合物施加,如其在圖 IOC中示出。除了混合物的使用,也可以使用分層,見(jiàn)圖10D。在此,例如將具有發(fā)光材料3、4的兩個(gè)膜組合。同樣可以將涂層和體積澆鑄結(jié)合。發(fā)光材料的次序不發(fā)揮重要作用,因?yàn)榘l(fā)光材料不相互吸收。此外,也可以將用發(fā)光材料之一制成的支承體使用于轉(zhuǎn)換元件34,在所述支承體上設(shè)置其他的發(fā)光材料。例如,支承體可以由鈰摻雜的YAG陶瓷組成,在所述YAG陶瓷上第二發(fā)光材料沉積或引入基質(zhì)材料。本發(fā)明不局限于借助于所述實(shí)施例的描述。相反,本發(fā)明包括任意新的特征以及特征的任意組合,這特別是包括在權(quán)利要求中的特征的任意組合,即使所述特征或所述組合本身在權(quán)利要求中或?qū)嵤├袥](méi)有明確地描述。本專(zhuān)利申請(qǐng)要求德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)102009035100.0的優(yōu)先權(quán),其公開(kāi)內(nèi)容在此以參引的方式并入本文。
權(quán)利要求
1.發(fā)光二極管,具有-發(fā)光二極管芯片(1),其在工作時(shí)發(fā)射藍(lán)光光譜范圍中的初級(jí)輻射,-轉(zhuǎn)換元件(34),其吸收所述初級(jí)輻射的一部分并且再發(fā)射次級(jí)輻射,其中-所述轉(zhuǎn)換元件(34)包括第一發(fā)光材料( 和第二發(fā)光材料(4),-所述第一發(fā)光材料(3)在吸收波長(zhǎng)范圍(Δ Xab)中具有隨著波長(zhǎng)增加而減小的吸收率,并且所述第二發(fā)光材料(4)在同一吸收波長(zhǎng)范圍(Δ Xab)中具有隨著波長(zhǎng)增加而增大的吸收率,-所述初級(jí)輻射包括在所述吸收波長(zhǎng)范圍(Δ Xab)中的波長(zhǎng),并且-所述發(fā)光二極管發(fā)射由初級(jí)輻射和次級(jí)輻射組成的白色混合光,所述白色混合光具有至少4000K的色溫。
2.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光二極管,其中所述第一發(fā)光材料C3)和所述第二發(fā)光材料(4)發(fā)射相同色彩的光,其中所述第一發(fā)光材料和所述第二發(fā)光材料的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)略微互相偏移。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述第一發(fā)光材料和所述第二發(fā)光材料的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)相差最高20nm、優(yōu)選最高lOnm、特別優(yōu)選最高7nm。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述次級(jí)輻射在黃光的光譜范圍中。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述第二發(fā)光材料的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)比所述第一發(fā)光材料(3)的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)大。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述第一發(fā)光材料C3)基于作為發(fā)光中心的銪,并且所述第二發(fā)光材料(4)基于作為發(fā)光中心的鈰。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述第二發(fā)光材料(4)包括(Gd, Lu, Y) (Al, Ga)GCe3-。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述第一發(fā)光材料C3)包括(Ca, Sr, Ba) SiO4 Eu2+ 和 / 或(Ca, Sr, Ba) Si2O2N2 Eu2+。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述初級(jí)輻射的發(fā)射強(qiáng)度的最大值 (入D)在最低440nm和最高470nm之間。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述第一發(fā)光材料C3)和所述第二發(fā)光材料(4)基于作為發(fā)光中心的鈰,其中所述發(fā)光材料(3、4)之一的吸收波長(zhǎng)范圍 (Δ AJ通過(guò)所述發(fā)光材料(3、4)的主晶格的結(jié)構(gòu)改變而相對(duì)于另一所述發(fā)光材料G、3) 偏移。
11.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光二極管,其中所述發(fā)光材料(3、4)之一是YAG:Ce 或者包含YAG Ce,并且另一所述發(fā)光材料是Y (Ga,Al) G Ce或者包含Y (Ga,Al) G Ce。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中所述轉(zhuǎn)換元件的吸收率在所述吸收波長(zhǎng)范圍(Δ AJ中、特別是在最低440nm和最高470nm的波長(zhǎng)范圍中降低最高35%。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,其中第一發(fā)光材料(3)與第二發(fā)光材料⑷的重量比在至少0. 60和最高1. 5之間。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光二極管,具有兩個(gè)發(fā)光二極管芯片(1),其中所述發(fā)光二極管芯片(1)在工作時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射的發(fā)射強(qiáng)度的最大值相差至少5nm。
15.發(fā)光二極管的轉(zhuǎn)換元件(34),其設(shè)置用于吸收初級(jí)輻射和發(fā)射次級(jí)輻射,具有 -第一發(fā)光材料C3)和第二發(fā)光材料,其中-所述第一發(fā)光材料(3)在吸收波長(zhǎng)范圍(Δ Xab)中具有隨著波長(zhǎng)增加而減小的吸收率,并且所述第二發(fā)光材料(4)在同一吸收波長(zhǎng)范圍(Δ Xab)中具有隨著波長(zhǎng)增加而增大的吸收率,以及-第一發(fā)光材料和第二發(fā)光材料的最大發(fā)射強(qiáng)度的波長(zhǎng)相差最高20nm。
全文摘要
提出一種發(fā)光二極管,其具有發(fā)光二極管芯片(1),其在工作時(shí)發(fā)射藍(lán)光光譜范圍中的初級(jí)輻射,以及轉(zhuǎn)換元件(34),其吸收初級(jí)輻射的一部分并且再發(fā)射次級(jí)輻射,其中轉(zhuǎn)換元件(34)包括第一發(fā)光材料(3)和第二發(fā)光材料(4);第一發(fā)光材料(3)在吸收波長(zhǎng)范圍(Δλab)中具有隨著波長(zhǎng)增加而減小的吸收率;并且第二發(fā)光材料(4)在同一吸收波長(zhǎng)范圍(Δλab)中具有隨著波長(zhǎng)增加而增大的吸收率;初級(jí)輻射包括在所述吸收波長(zhǎng)范圍(Δλab)中的波長(zhǎng);并且發(fā)光二極管發(fā)射初級(jí)輻射和次級(jí)輻射發(fā)射組成的白色混合光,所述白色混合光具有至少4000K的色溫。
文檔編號(hào)C09K11/77GK102549786SQ201080043653
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者多米尼克·艾澤特 申請(qǐng)人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司