CN101167195B - 荧光转换发光二极管 - Google Patents
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Abstract
荧光转换LED采用发射蓝光的芯片和两种荧光物质，在这两种荧光物质中，一种荧光物质发射红光，而另一种荧光物质发射黄光至绿光。这两种荧光物质分开地连接在该芯片之前。
Description
技术领域
本发明从一种荧光转换LED出发。在此尤其是涉及一种具有高转换效率的LED。
背景技术
根据US-A 6686691公开了一种将蓝色芯片用作初级光源的荧光转换LED。具有两种吸收蓝光并发射绿光与红光的荧光物质的荧光物质层被连接在该芯片之前。但是在此，这两种荧光物质均匀地分布在树脂中，这导致不期望的效应。因此不能同时满足“高效率”和“好的颜色再现”这两个标准。为了实现高的颜色再现，必须采用一种其实波长太短的绿色荧光物质，该绿色荧光物质于是由于红色荧光物质的强烈吸收而被偏移，或者必须将红色荧光物质尽可能远地偏移到长波中。由在第一种情况下高的吸收以及在第二种情况下红色辐射分量的小的视觉有效作用决定，这两种解决方案都降低效率。
从WO 00/33390中公开了一种将蓝色芯片用作初级光源的荧光转换LED。具有两种吸收蓝光并且发射绿光与红光的荧光物质的荧光物质层被连接在该芯片之前。这两种荧光物质可以作为混合物或作为单独的层被采用。
从US-B 6642652和US-B 6696703中分别公开了一种将蓝色芯片用作初级光源的荧光转换LED。吸收蓝光并且发射绿光与红光的两种荧光物质层被连接在该芯片之前。在此情况下，红色荧光物质层直接被安置在衬底上，而绿色荧光物质层直接位于该红色荧光物质层上。
从US 2004/169181中公开了一种具有荧光物质的薄膜LED。
发明内容
本发明的任务是提供一种具有高转换效率的荧光转换LED。
该任务通过以下的LED来解决，也即一种具有发射辐射的芯片的荧光转换LED，其中该芯片的初级辐射是UV至蓝光，并且通过转换元件至少部分地转换为波长更长的辐射，其特征在于，所述转换元件通过两种荧光物质的分开的布置来形成，在这两种荧光物质中，第一荧光物质发射红光，而第二荧光物质发射黄光至绿光，其中仅仅所述第一荧光物质直接被施加在所述芯片上，所述第一荧光物质的层厚最大为40μm，所述第二荧光物质分散在拥有至少200μm的层厚的填料中。
根据本发明，提供一种用于制造具有两种荧光物质的LED的方案，相对于标准填充LED，这两种荧光物质对荧光发射的互相吸收被显著减小。将通过以下方式来解决以下的涉及应用的问题：为了制造具有很好的颜色再现的LED，需要采用多于一种的荧光物质。一般需要一种红色荧光物质和一种绿色荧光物质。特别优选的红色荧光物质(首先在蓝色初级LED的情况下)是Eu2+激活的化合物，例如(Sr，Ca)2Si5N8:Eu2+(红色)或CaSiAlN3:Eu2+。这些荧光物质具有以下特性，即它们的吸收延伸至橙黄色光谱范围中。在此，吸收随着波长的增加而减少。如果现在将这种红色荧光物质与绿色或黄色荧光物质以将两种荧光物质均匀分散在树脂中的形式组合，则红色荧光物质吸收绿色/黄色荧光物质的发射。在此，短波分量比长波分量更强烈地被吸收。绿色/黄色荧光物质的有效发射变得波长更长。除此之外，该吸收过程使LED的效率恶化，因为所吸收的光不完全被转换成红色荧光。绿色或黄色发射的大多不期望的偏移一般导致比在没有偏移的情况下所期待的颜色再现更差的颜色再现。
该问题的显而易见的解决方案在于薄膜LED 20的制造，其中如图4中所示，首先将红色荧光物质层21并且然后将绿色荧光物质层22施加到芯片23上，类似于在US 6686691中所说明的那样。不过，该制造方法在实践中只能困难地实现，并且导致所制造的LED的强烈的颜色位置波动。
而利用本发明方法可以制造具有很好的颜色再现的高效的LED，这些LED此外还具有特别均匀的辐射特性。
本发明方法在于，将由红色荧光物质构成的薄的、优选地最高40μm、尤其10至40μm厚的靠近芯片的层(称为芯片级涂层/芯片上涂层)直接施加到发射短波的芯片上，该芯片尤其具有在300至480nm范围内、即在UV至优选蓝色辐射范围内的峰值波长，其中例如可以借助丝网印刷或电泳来施加该层。在US-B 6686691中更详细地说明了用于此的不同的方法。如此被涂敷的芯片直接用带有转换器的填充树脂来填充，或者被引入到标准壳体中并在该标准壳体中用只含有绿色或黄色荧光物质的树脂来填充。在该配置中，第二荧光物质的绿色或黄色辐射射中红色荧光物质的概率比在荧光物质均匀的混合时小很多。优点是，再吸收下降，而LED的效率上升。此外，特别优选的荧光物质、例如石榴石(例如用于良好颜色再现的(Y，Gd)3(Al，Ga)5O12:Ce，Ra＝80+)或诸如SrSi2O2N2:Eu2+(很好的颜色再现Ra＝85或更高)的碱土金属氧氮化物硅酸盐的发射谱带几乎不偏移，因此在高效率时达到更高的颜色再现指标Ra。
采用薄膜芯片的设计是优选的，其中该薄膜芯片配备有集成的反射器，使得不丢失反向散射的辐射。
附图说明
下面将借助多个实施例来更详细地阐述本发明。
图1示出一种用作白光的光源(LED)的半导体元件；
图2示出半导体元件的另一个实施例；
图3示出第一和第二荧光物质的吸收特性和发射特性的示意图；
图4示出根据现有技术的半导体元件的实施例。
具体实施方式
例如将一种基本上与在US 5998925中所说明的结构类似的结构用于白色LED连同InGaN芯片。在图1中明确地示出了这样的白光光源的结构。该光源是半导体元件1，该半导体元件具有峰值发射波长为460nm、即在蓝光范围内的InGaN类型的芯片2，具有在凹部9的区域中被嵌入到透光的基本壳体8中的第一和第二电气端子3、4。端子之一3通过接合线14与芯片2相连接。凹部具有壁17，该壁用作芯片2的蓝色初级辐射的反射器。红色荧光物质作为薄层11被直接施加到芯片上。优选地涉及MxSiyNz:Eu类型的氮化物硅酸盐(Nitridosilikat)；其中M＝Ca，Sr，Ba，Zn。在此，优选z＝2/3x+4/3y。该荧光物质本身例如从EP 1153101(Eu红色LED)中公开。
层厚应优选地小于40μm，尤其大约为10至30μm厚。这有利于确保蓝色辐射可以部分地穿透层11。用一种包含硅树脂和发射绿光或发射黄光的荧光颜料6作为主要组成部分的填料5来填充凹部9。在第一实施形式中，这些荧光颜料是发射黄光的，优选地是石榴石类型的，例如是YAG:Ce。一种替代方案是TbAG:Ce。替代于此，荧光颜料也可以是发射绿光的，优选地是氧氮化物硅酸盐类型的。一个具体的实例是碱土金属硅氧氮(Erdalkali-Sion)，例如尤其是SrSi2O2N2:Eu2+，利用该碱土金属硅氧氮共计可以实现Ra为85以上的很好的颜色再现。有利地，填料的厚度大于200μm，它尤其是大约300至500μm，其中发射绿黄光的第二荧光物质尽可能均匀地分布在其中。为了在高效率的情况下确保尽可能均匀的层厚，推荐平均粒度d50，该平均粒度应在15μm之下并且尤其是在5至12μm的范围内选择该粒度。该荧光物质本身例如从EP-A 1449264中公开。
图2示出一种不采用壳体的半导体元件8的替代实施形式。在此，具有第二荧光物质6的填料5在没有壳体的情况下直接位于芯片2和红色荧光物质的第一薄层11上。如本身已知的，反射器9被集成在芯片2中，但是与第二荧光物质的本发明方案有关，该反射器9特别有利地起作用。
在此始终决定性的是，大多为氮化物硅酸盐的发射红光的荧光物质形成直接被施加在芯片2上的第一层11，而发射绿光的第二荧光物质6作为填充树脂5中的远离的第二层被施加在薄的第一层上。
根据图3，示出了作为波长的函数的、蓝光可激励的荧光物质的典型的发射特性和吸收特性。示范性的红色荧光物质是(Sr，Ce)2Si5N8:Eu，而示范性的绿色荧光物质是Sr-Sion:Eu。红色荧光物质的吸收B明显地与绿光发射C重叠。然而，绿色荧光物质的吸收A与红色荧光物质的发射D不重叠。因此当红色荧光物质直接被施加在芯片上时，效率被提高，而绿黄色荧光物质构成外部的广泛分布的转换元件。这里“明显地”意味着，当将两种荧光物质分开地、而不是以均匀的混合物的形式连接在芯片之前时，效率提高至少2％。
两种荧光物质的另一种系统是发射红光的氮化物硅酸盐连同发射绿黄光的氯硅酸盐。例如从DE-A 10036940中公开了合适的氯硅酸盐。
该原理也可以用于以高效率得到特殊的颜色，这些颜色可以作为由发射红和绿至黄光的荧光物质所组成的混合物而产生。在此情况下，芯片尤其也可以发射UV辐射。
吸收UV并在可见范围内发射的荧光物质经常具有只在UV范围内吸收的特性，因此不可能出现互相的吸收。这尤其适用于硫化镓酸盐(thiogallate)和硫化物。吸收蓝光的荧光物质更多地倾向于互相吸收，如图3中所示的。
第一红色荧光物质典型地具有在590至680nm处的峰值波长，并且具有60至130nm的半值宽度。第二荧光物质典型地具有在490至580nm处的峰值波长，并且具有30至135nm的半值宽度。尤其是将峰值波长在450至470nm处的InGaN芯片用作初级辐射源。
Claims (7)
1.具有发射辐射的芯片(2)的荧光转换LED，其中该芯片的初级辐射是UV至蓝光，并且通过转换元件至少部分地转换为波长更长的辐射，其特征在于，所述转换元件通过两种荧光物质的分开的布置来形成，在这两种荧光物质中，第一荧光物质发射红光，而第二荧光物质发射黄光至绿光，其中仅仅所述第一荧光物质直接被施加在所述芯片上，所述第一荧光物质的层厚最大为40μm，所述第二荧光物质分散在拥有至少200μm的层厚的填料中。
2.按照权利要求1所述的LED，其特征在于，所述第一荧光物质具有在590至680nm处的峰值波长，并且具有60至130nm的半值宽度。
3.按照权利要求1所述的LED，其特征在于，所述第二荧光物质具有在490至580nm处的峰值波长，并且具有30至135nm的半值宽度。
4.按照权利要求1所述的LED，其特征在于，所述芯片具有在450至470nm处的峰值波长。
5.按照权利要求1所述的LED，其特征在于，所述芯片被壳体包围，其中所述芯片(2)位于所述壳体的凹部(5)中。
6.按照权利要求1所述的LED，其特征在于，所述芯片中集成了用于所发射的初级辐射和次级辐射的反射器。
7.按照权利要求1所述的LED，其特征在于，红色荧光物质的吸收与绿黄色荧光物质的发射重叠，使得效率提高至少2％。
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