CN100372133C - 具有蓝光发光单元以及含硒化锌的覆盖部的发光元件 - Google Patents
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Abstract
一种能发出视觉上的白光的发光元件，它包含一蓝光发光单元及一覆盖部，覆盖部覆盖发光单元，覆盖部含有硒化锌萤光材料。蓝光发光单元，例如为氮化镓系列的半导体发光单元，能发出可见光谱中的蓝光，经过硒化锌萤光材料吸收一部分由发光单元发出的蓝光，并将被吸收的蓝光转换成不同波长的萤光(如波段中心在约570nm的宽波段萤光)，该不同波长的萤光与未被吸收的蓝光混合，于是产生视觉上的白光。
Description
本发明涉及一种能发出视觉上的白光的半导体发光元件，特别是涉及一种具有含硒化锌萤光材料的覆盖部的发光元件。
发光二极管为一种体积小、高发光效率的发光元件，已被广泛应用在各种指示器以及各种光源上。由於发光二极管为一种半导体发光元件，因而具有不易烧坏、抗震性好、以及可承受不断重覆的开/关动作的优点。近年来，超高照度以及高效率的红光、绿光、及蓝光发光二极管已成功地开发出来，使用红绿蓝发光二极管做成的大屏幕发光二极管显示器也已经进入实用阶段。由於发光二极管显示器具有质轻、寿命长等优点，预料在未来将会更广泛地使用。由於发光二极管具有上述多项优点，近年来利用发光二极管作为白色光源的构想也经过多方尝试。因发光二极管具有发单色光的特性，要制造一白色光源必须将红绿蓝三原色的三种发光单元彼此紧密排列在一起。当三种颜色的光被适当的调配并均匀混合後，即可产生出视觉上的白光。然而，由於必须将三种具有不同色调、发光强度、及其它特性的发光单元产生的光做适当的调配，所以想要调配出所需要的白光色调并不容易。且不同的发光单元需要不同的驱动电压，这使得发光元件的驱动电路设计变得复杂化，因而提高了制造成本。另外，由於三种发光单元分别有不同的衰变速率，这也使得所发出的白光的白度随时间而劣化下降。为了解决上述问题，其中一种方法是由日本住友电工(SumitomoElectric)提出的(中国台湾专利第406,442号)。该方法是在一个硒化锌的单晶基板上结晶生长一个发蓝光的硒化锌结晶层。硒化锌基板吸收部分结晶层发出的蓝光而被激发，并产生一个波段中心接近黄光波长的宽带萤光，其中宽带萤光与蓝光混合即产生白光。然而该方法亦有其缺点，即硒化锌基板并不容易制造，且在该硒化锌基板上结晶生长蓝光发光层也增加了技术上的难度。
此外，日本日亚公司在其专利US5998925中公开了一种白光LED技术。该专利公开一氮化镓系列蓝光LED加上其互补色萤光粉、即YAG系列黄光萤光粉，即可以混合产生白光发射。其中最重要的萤光粉组成公开为：(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce，其中0≤p≤0.8，0.003≤q≤0.2，0.0003≤r≤0.08，0≤s≤1。此专利为白光LED技术中最为重要的专利，蓝光晶片搭配其它长波长色光的光转换萤光粉是目前主流的白光LED技术，多年来仍有多家厂商在此基础上突破日亚公司专利，最重要的就是在萤光粉材料与组成上的突破，例如德国Osram Opto.即在其专利US6066861公开一可与蓝光晶片搭配的萤光粉，组成为A3B5X12:M，其中A为Y、Ca、Sr，B为Al、Ga、Si，X为O、S，M为Ce、Tb。另外，日本的TOYODA GOSEI公司在其专利US20040051111中也公开了一可与蓝光晶片搭配产生白光的全新组成萤光粉，其复杂成分为一由Eu+2活化的碱土族(alkaline earth metal)矽氧化物；因该专利所公开的萤光粉材料并非YAG系列，所以是近年来在蓝光晶片搭配黄光萤光粉产生白光技术上的一相当重要且具突破创新性的专利。由以上引证专利可知此技术的关键在于萤光粉的组成，因为蓝光晶片加上黄光萤光粉会产生白光为一显而易见的事实。
因此，仍有需要开发一种新的发白光的发光元件以解决上述的问题。
据此，本发明的目的在于提供一种不同萤光材料、且具有高质量、易生产、低成本的白光发光元件。
根据上述目的，本发明的发光元件，在一蓝光发光单元上形成一个覆盖部，该覆盖部覆盖在发光单元上，覆盖部可为含有硒化锌萤光材料的胶层。蓝光发光单元例如为氮化镓系列(GaN-based)的半导体发光单元，能发出可见光频谱中的蓝光。硒化锌萤光材料吸收部分发光单元发出的蓝光，并将被吸收的蓝光转换成不同波长的萤光，例如波段中心接近黄光波长(570nm)的宽带萤光。这个不同波长的萤光与未被吸收的蓝光混合，于是产生视觉上的白光。
硒化锌萤光材料可为粉末形态，该粉末可为细小的颗粒，片状或其它不规则的形状，分散於该胶层中。胶层作为硒化锌萤光材料的分散介质(dispersing medium)，可为透明或接近透明。该胶层可以印刷或点胶的方式直接涂覆於半导体发光单元上。该胶层也可以非直接接触的方式形成在半导体发光单元上，与半导体发光单元相隔一适当距离。
上述的覆盖部也可以是直接沉积在或生长在发光单元上的硒化锌薄膜，还可同时包含前述的覆盖在半导体发光单元上的胶层。另外，胶层可区分为上、下两层，下层含有较高体积浓度的硒化锌萤光材料，而上层则含有较低体积浓度的硒化锌萤光材料，如此可达到较佳的光扩散效果。
上述的半导体发光单元，可用线接合法或倒装式接合法(Flip-chipbonding)装在一个电路板上，或是装在一个导线架上。在半导体发光单元外还可以用一模注部件包覆，该模注部件内也可含有硒化锌萤光材料。
由於硒化锌萤光材料可为单晶或多晶的粉末或颗粒形态，因此特别具有容易制造与低成本的优点。
为了对上述的本发明的特征以及本发明的其它特征与优点有更清楚的了解，接下来将结合附图加以详细说明。但必须首先说明的是，本发明除了下述的实施例外，仍然可以有其它的实施例，且以下的附图并不一定是完全按照实际比例绘制的。其中：
图1表示根据本发明的一种发光元件的结构，一个半导体发光单元以线方式装在一个线路基板上，并有一个含硒化锌萤光材料的胶层覆盖于其上；
图2表示根据本发明的一种表面粘结元件(SMD)；
图3表示根据本发明的一种导线架方式安装的发光元件。
图4表示根据本发明的另一种导线架式安装的发光元件，其中一个硒化锌萤光薄膜形成在一个半导体发光单元的上表面；
图5表示一个半导体发光单元按照倒装方式接合在一个承载杯上的承载座上；
图6表示一个萤光胶层预先形成在一承载杯内的倒装安装的半导发光单元上；
图7表示一个含硒化锌萤光材料的覆盖部，以非接触方式构成在多个半导体发光单元上。
请参考图1，图1为根据本发明公开的发光元件的第一个实施例。一个半导体发光单元2能发出可见光谱中的蓝色光，半导体发光单元2以线接合的方式装在一个线路基板4上，例如，印刷电路板。该半导体发光单元2，例如可为氮化镓系列的发光单元，经过金线3与线路基板4实现电连结。一个含有硒化锌(ZnSe)萤光材料6的覆盖部5覆盖半导体发光单元2。该覆盖部5的材料可为透明或接近透明的树脂胶层，用作萤光材料的分散介质。硒化锌萤光材料6可为单晶或多晶的粉末，散布於覆盖部5中，硒化锌萤光材料6的粉末可为颗粒形状、片状、或其它不规则的形状。硒化锌萤光材料6能吸收一部分该半导体发光单元2发出的蓝光，然後发射出不同於蓝光波长的萤光，不同波长的萤光例如为一宽带的萤光，其波段中心约在570nm(接近黄光的波长)。通过这个不同波长的萤光与剩余的蓝光混合，即可产生视觉上的白光。本实施例中覆盖部5分为一上胶层7以及一下胶层8，其中上胶层7具有较低体积浓度的硒化锌萤光材料，而下胶层8则具有较高体积浓度的硒化锌萤光材料，因此可使发光元件获得较佳的光扩散效果。然而，覆盖部5并不限定为两层胶层的结构，亦可为单层或其它多层胶层的结构。上胶层7与下胶层8都可以用印刷或点胶方式直接涂覆在半导体发光单元2上。
图2表示根据本发明的另一个实施例。一个半导体发光单元10以倒装安装的方式接合在一个线路基板13上，从而构成一个表面粘结元件(SMD)。半导体发光单元10的两个接触电极11、12朝向线路基板13并与线路基板13上的两个电连接垫14、15直接相接触而实现电连结。半导体发光元件10上可利用点胶或印刷方式形成一个覆盖部16，覆盖部16的材料同样可为透明或接近透明的树脂，而硒化锌萤光粉末17则散布於其中。在覆盖部16上可另外覆盖一层透明胶或接近透明的胶层18，以保护覆盖部17。本实施例中，胶层18中未添加萤光材料。当然，胶层18中也可根据需要掺入适当的硒化锌粉末。
参考图3所示的一种导线架安装的发光元件，这是根据本发明的另一个实施例。一个半导体发光单元20接合於一导线架21顶部的承载杯20内，并以线接合的方式经过金线23与导线架21的电连接端实现电连结。承载杯22内，可利用点胶或其它可行的方式填入含有硒化锌萤光粉末25的萤光胶24，而使该萤光胶24覆盖半导体发光单元20。另外，一个模注部件26则将承载杯22、半导体发光单元20、以及萤光胶24包裹在内，其中模注部件26中可掺入硒化锌萤光粉末27。模注部件26中的硒化锌体积浓度可小於萤光胶24中的硒化锌体浓度，由此可得到较佳的光扩散效果。模注部件26的材料可与该萤光胶24的材料相同，如透明或接近透明的树脂。
当然，模注部件26中也可不掺入萤光材料，而如图4所示。其中半导体发光单元20上表面可事先直接生长一硒化锌萤光薄膜28，或利用化学气相沉积法或其它可行的方法形成硒化锌萤光薄膜28。因此，半导体发光单元20发出的蓝光在通过该硒化锌萤光薄膜28时，即会有部分的光被转变成一宽波段的萤光，其波段中心约在570nm(接近黄光的波长)。
上述实施例的半导体发光单元并不限定为线接合(wire bonding)的安装方式。根据本发明的一种发光元件，也可如图所示，将一半导体发光单元31以倒装方式接合在一承载杯30上的一承载座32上。半导体发光单元31的两个接触电极33、34朝向承载座32，并直接与该承载座32上的两个电连接垫35、36连结。承载杯30内则填入含有硒化锌萤光粉末40的萤光胶39，将半导体发光单元31覆盖。另外，半导体发光单元31上也可预先涂覆一个萤光胶层37，如图6所示。萤光胶层37中含有较高体积浓度的硒化锌萤光粉末38，由此同样可获得较佳的光扩散效果。
图7所示为根据本发明的另一个实施例。将多个能发出蓝光的发光二极管灯41以插件方式组装在一个印刷电路板42上，其中将蓝光半导体发光单元47按照导线架方式安装，从而可以获得发光二极管灯41。在多个发光二极灯41的上边构成含有硒化锌萤光粉末46的覆盖部43，覆盖部43覆盖在多个发光二极灯41上，其中覆盖部43与发光二极管灯41及其内部的半导体发光单元47并不直接接触，相隔一适当的距离。覆盖部43同样可由树脂构成，包括一个具有较低硒化锌体积浓度的上胶层44，以及一个具有较高硒化锌体积浓度的下胶层45。硒化锌萤光粉末46同样可吸收部分该半导体发光单元47发出的蓝光，并发出一宽波段的萤光，该宽波段的萤光的波段中心约在570nm(接近黄光的波长)。该宽波段的萤光与剩余的蓝光混合即产生视觉上的白光。本实施例中，虽以发光二极管灯41为例进行说明，但并不以此为限。半导体发光单元47也可用其它可行的方式(如线接合或倒装方式)直接安装在印刷电路板42上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限定本发明的实施范围。本领域的普通技术人员在不脱离本发明的构思的情况下就可做出适当的修改与改进。例如，硒化锌萤光材料可根据需要添加I，Br，Cl，Ga，In，或Al作为活性剂以获得适当的萤光波长，且硒化锌萤光材料并不限定为单一种类的粉末，还可由多种不同的硒化锌系列的粉末混合而得；故凡按照本发明的权利要求书所作的等效变化与改进，都为本发明的权利要求所覆盖。
Claims (13)
1.一种发光元件，至少包含：
一半导体发光单元，能发出蓝光；
其特征在于还包含一含硒化锌萤光材料的覆盖部，覆盖该发光元件，硒化锌萤光材料能吸收部分该发光元件发出的蓝光，并发射出与该蓝光不同波长的光，该不同波长的光与蓝光相混合即产生视觉上的白光。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于覆盖部为覆盖在半导体发光单元上的胶层。
3.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于硒化锌萤光材料以粉末形态散布于胶层中。
4.如权利要求3所述的发光元件，其特征在于胶层包含：
一下胶层，含有较高的硒化锌体积浓度；以及
一上胶层，含有较低的硒化锌体积浓度。
5.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于覆盖部与半导体发光单元直接接触。
6.如权利要求5所述的发光元件，其特征在于覆盖部以印刷方式形成在半导体发光单元上。
7.如权利要求5所述的发光元件，其特征在于覆盖部以点胶方式形成在半导体发光单元上。
8.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于覆盖部与半导体发光单元间隔一适当距离。
9.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于覆盖部为直接生长在半导体发光单元上的硒化锌薄膜。
10.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于覆盖部为以沉积方式形成在半导体发光单元上的硒化锌薄膜。
11.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于半导体发光单元为氮化镓系列的发光单元。
12.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于硒化锌萤光材料中添加选自I，Br，Cl，Ga，In，或Al组成的族群中的任何一种作为活性剂。
13.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于覆盖部为包裹半导体发光单元的模注部件。
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| CN1373521A (zh) | 2002-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Granted publication date: 20080227 Termination date: 20150228 |
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