CN101689589B - 包含吸气剂系统的白光或紫外光led - Google Patents

包含吸气剂系统的白光或紫外光led Download PDF

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Abstract

描述了包含吸气剂系统的LED(30)，该吸气剂系统包含吸气剂材料(13)和金属部件(10)，其中该吸气剂材料被金属部件光学遮挡。

Description

包含吸气剂系统的白光或紫外光LED
技术领域
本发明涉及包含吸气剂系统的白光或紫外光LED。
背景技术
LED(发光二极管)在各种应用(例如交通灯、常规照明标志、汽车中的照明物或标志灯、液晶显示器的背光以及当前正在发展的各种其它应用)中被用作光源。此类光源的漫射要求白光LED源的可用性。
LED的发光是由在半导体材料中的电子和空穴的复合引起的，该半导体材料例如有砷化镓铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)等等。每种半导体材料只发射特定光谱范围内的光：例如AlGaAs发射红外光和红光，GaN发射绿光和蓝光，AlN发射紫外光(UV)。
因此，为产生白光，可能要使用发出三原色的三种不同的LED；然而，并不希望采用这种方案，尤其是在可用空间受限的应用中。作为替代，使用发射UV或蓝光的单个LED是可能的，在该LED内存在称为荧光体的材料，其吸收这些辐射并且重新发出更长波长的光。使用发出绿光和红光(在蓝光LED的情况下)或者发出三原色(在UVLED的情况下)的荧光体的混合物，就可能发出白光。
在图5中以截面方式示出了蓝光或UVLED结构的主要部件；通常，该LED包括其上沉积有半导体材料S的基部B(例如由金属或陶瓷材料制成)，该半导体材料S连接到用于其电力供应的电馈通(electrical feedthrough)L。在该基部的外围以密封方式固定盖子(cap)C，其通常由金属材料制成。该盖子位于基部前方的部分有一个被玻璃V封闭的开口，从而允许LED的光发射；将该玻璃的外围例如通过钎焊剂(brazing paste)(未示出)而密封地固定到开口的边缘。在朝向LED内部的玻璃表面上沉积一层荧光体F。包括基部、盖子和玻璃的组装件形成了密闭空间I，在LED的生产期间典型地在大气压下对该空间充入惰性气体；以这种方式，保护LED的工作部件免受周围大气的影响(即避免大气气体的化学侵蚀)，并且在机械上保护该LED的工作部件。
然而，在这些LED的生产过程中，极少量的氧仍然残留在空间I中。另一种可能的氧的来源是源自在执行高温工艺、尤其是与器件密封相关的那些高温工艺时组件和材料的出气作用。
已经观察到，氧导致荧光体的劣化效应，其结果使LED的发光效率随时间降低；另外，虽然没有确切的证据，但认为水也会对LED的功能产生负面影响。
该问题已经在本申请人的专利申请WO 2005/106958中讨论过了。该申请教导使用吸气剂材料，其是一种能够吸收空间I中的微量活性气体的材料；作为实例，引用了用于吸收湿气的氧化钙以及用于吸收其它气体(其中包括氧气)的锆-钴-稀土合金(由本申请人生产和销售，商品名是
Figure GSB00000374135500021
)。根据该申请的教导，将吸气剂材料沉积到限定空间I的内部表面之一上并面向该空间。但是已经观察到，在上述配置的情况下由于表面形态(morphology)，从有源材料发出并且入射到吸气剂上的蓝光或UV辐射没有被反射(或者只有极少的部分被反射)，因此没有到达荧光体，从而导致LED发光效率的损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包含吸气剂材料的LED，其不存在上面提到的问题
根据本发明，该目的用这样的LED来实现，该LED包括：其上有半导体材料沉积物的基部；用于半导体材料沉积物的电力供应的馈通；盖子，密封地固定在基部的外围处，该盖子在其位于所述基部前方的部分中有开口；玻璃，在其朝向LED内部的表面上有一层荧光体，并又密封地固定到所述开口的边缘，使得包括基部、盖子和玻璃的组装件形成密封空间；其中所述空间被充入惰性气体，封住半导体材料沉积物，并且包含吸气剂材料，其特征在于：吸气剂材料只沉积到布置于所述密封空间中的金属部件的一个表面上，使得所述金属部件的朝向所述空间的表面没有吸气剂材料。
附图说明
以下将参考附图对本发明进行阐述，在附图中：
图1示出了本发明的LED中使用的沉积有吸气剂材料的金属部件的第一种可能的实施例的透视图；
图2同样以透视方式示出了本发明的LED中使用的沉积有吸气剂材料的金属部件的第二种可能的实施例；
图3以截面方式示出了包含图1的具有吸气剂的金属部件的本发明的LED；
图4以截面方式示出了包含图2的具有吸气剂的金属部件的本发明的LED；以及
本说明书开头已讨论过的图5以截面方式示出了最普通形式的LED。
具体实施方式
图1示出了用于本发明的LED的带有吸气剂的第一金属部件。部件10的形状为带有三个“支柱”12的金属带11；术语“金属带”意指由纯金属或金属合金制成的环状的带子。所述“支柱”可以通过从形成带11的相同的金属片切割而形成，或者可以单独制作并随后例如通过焊接而固定到带子。带11的外表面涂敷有沉积的吸气剂材料13。
图2示出了本发明的LED中使用的带有吸气剂的金属部件的可替代实施例。在该情况中，金属部件20仅仅由其外表面上带有沉积的吸气剂材料22的金属带21构成。
在带11和带21的两种情形中，为了简便起见，附图都示出了一个类似环状封闭的元件，该元件可以通过切割一个圆柱形表面来获得；但是，这些带的生产一般从将吸气剂材料沉积到其表面之一上的金属片开始，将该金属片切割成条块，并且将条块卷成圆形；该圆形可以例如通过焊接条块的两个相对的末端来封闭，或者可以简单地将它们重叠但是不相互固定。
带11或21的制作材料可以是任何能够经受LED生产条件的金属(或合金)，从而能够经受在为了以密封方式将盖子固定到基部和玻璃所必需的焊接或钎焊操作期间所达到的温度；因为在盖子的固定操作期间所达到的温度由操作的具体类型决定，所以必须依此选择带的金属。在实际操作中优选的材料是科瓦合金(Kovar)(一种主要由铁、镍、钴组成的合金)，因为它具有与用于形成图5的元件V的玻璃或各种类型的钢相类似的热膨胀系数。
吸气剂材料可以是单种材料，例如钛、锆或铌。更常用的吸气剂合金通常是基于钛和/或锆的合金，其至少包含另一种选自过渡元素、稀土元素和铝中的元素。在此情况中，可以以各种方式粘附到带11或21，该各种方式例如为通过冷辊压(rolling)或如本申请人的专利US 5,882,727中描述的通过继之以用于除去溶剂且使沉积物稳固的热处理的丝网漏印、或者通过诸如溅射等的薄层沉积技术。
在吸水的具体情况中，吸气剂材料优选是选自镁、钙、锶或钡中的碱土金属的氧化物；在此情况中，优选通过将吸气剂材料引入到聚合物基体中来使吸气剂材料粘附到带上，例如如本申请人的专利申请WO 2004/072604中所描述的。
图3以截面方式示出了本发明的LED。LED 30的构成如下：基部31，其上有与电馈通33连接的半导体材料32；在基部的边缘处密封固定盖子34，该盖子34在其与基部相对的部分中有开口35；在开口35的边缘附近固定有玻璃36，其朝向LED的内部空间37的表面涂敷有荧光体38。空间37还容纳了图1中示出的金属部件10：图3在截面中只示出了一个支柱12，因为三个支柱沿带11的圆周相互成120°地布置(因此另外两个支柱在截面图中是无法看到的)。将部件10布置在空间37中使得支柱搁在基部31上并且吸气剂沉积13面向盖子34的内表面。通过该配置，吸气剂可以接近空间37中的微量的有害气体，还由于三个支柱12之间存在宽的空间，因此部件10的面向空间37的所有表面在半导体沉积物32发出的辐射的可能光路中是反射的并可以重新定向辐射以朝向荧光体38。
与图3类似，图4示出了包含金属部件20的LED。同样在此情况中LED 40的构成如下：具有半导体材料沉积物42和电馈通43的基部41，具有开口45且固定在基部的外围处的盖子44，以及固定在开口45附近的玻璃46，并且在面向LED内部空间47的玻璃的表面上沉积有荧光体48。靠着盖子44的内表面来固定金属部件20，该金属部件20由带21形成，带21只在其面向盖子内表面的表面上带有吸气剂沉积22，而带21的面向空间47的表面没有沉积并且因此是反射的。可以例如通过一个或多个焊点将此类带20保持在适当位置上；或者，可以使用由弹性金属(例如硬化的弹簧钢)制成的带，并利用其回到平面配置的自然趋势使它挤推盖子的内壁以使其在适当位置上。
在图3和图4中示出了吸气剂材料沉积在LED盖子有限的高度部分上延伸的实施例，但是沉积也有可能到达更大的范围，在一些特定的实施例中，也可以覆盖LED盖子高度的最大部分；显然，吸气剂材料的这种沉积必须被吸气剂系统的金属部件遮挡。在遮挡吸气剂材料的金属部件导致覆盖了盖子高度的相当一部分的那些情况中，将反射UV辐射的多层沉积或布置到吸气剂系统的金属部件上会是有利的，从而改善其反射效率。

Claims (3)

1.一种LED(30；40)，包括：基部(31；41)，其上具有半导体材料沉积物(32；42)；馈通(33；43)，用于半导体材料沉积物的电力供应；盖子(34；44)，被密封地固定在基部的外围处并在其与所述基部相对的部分中具有开口(35；45)；玻璃(36；46)，在其面向LED内部的表面上有一层荧光体(38；48)，并且所述玻璃又密封地固定到所述开口的边缘，使得包括基部、盖子和玻璃的组装件形成密封空间(37；47)；其中所述密封空间被充入惰性气体，封住半导体材料沉积物，并且包含吸气剂材料(13；22)作为能够吸收所述密封空间内的微量活性气体的材料，其特征在于：所述吸气剂材料(13；22)只被沉积到布置于所述密封空间(37；47)中的金属部件(10；20)的一个表面上，使得所述金属部件的面向所述密封空间的表面没有吸气剂材料。
2.根据权利要求1所述的LED(30)，其中所述金属部件(10)被容纳在所述密封空间(37)中并且包含具有环形的带，三个支柱(12)从所述带延伸，布置为互相成120°并搁在所述基部(31)上。
3.根据权利要求1所述的LED(40)，其中所述金属部件(20)由具有环形的金属带(21)形成，所述金属带通过焊点或借助其弹性特性而靠着盖子(44)的内表面被保持在适当位置上。
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