CN102220129B - 复合结晶磷光体、发光器件、光源装置、显示和照明装置 - Google Patents

复合结晶磷光体、发光器件、光源装置、显示和照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了复合结晶磷光体、发光器件、光源装置、显示和照明装置。一种复合结晶磷光体为至少包含M元素、Al元素、硅、氧和氮的无机组合物。无机组合物包括具有至少两种晶相的颗粒，所述至少两种晶相包括与M2SiO4-yNx晶体相同的第一晶相和作为β-SiAlON晶体的第二晶相。这里，M为从由镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)组成的组中选择的至少一种元素。

Description

复合结晶磷光体、发光器件、光源装置、显示和照明装置
本申请要求于2010年3月26日在韩国知识产权局提交的第2010-27313号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种磷光体，更具体地讲，涉及一种具有高发光特性以及优良的热稳定性和化学稳定性的复合结晶磷光体、利用该磷光体的发光器件、面光源装置、显示装置和照明装置(a lighting device)。
背景技术
通常，使用波长转换磷光体材料将来自各种光源的特定波长的光转换成期望波长的光。具体地讲，在各种光源中，发光二极管(LED)能够以低功耗进行驱动，并且具有优良的光效率，因而LED可有利于应用于LED背光、车辆照明系统和家庭照明系统。近来，磷光体材料已被公认为制造白光发射器件的核心技术。
通常，通过将一种或更多种磷光体(例如，黄色磷光体、红色磷光体和蓝色磷光体)应用于蓝色或紫外LED芯片来制造发光发射器件。具体地讲，在将红色磷光体和一种或更多种其它磷光体联合使用的情况下，如果磷光体中每种磷光体的半高宽(FWHM：Full Width Half Maximum)低，则不能保证足够的显色指数且在实现期望的自然白光方面受到限制。对显色方面的要求可为采用白光发射器件作为用于照明的光源的关键评价项目。
具体地讲，传统红色磷光体的FWHM相对低，难以实现足够的全面显色。因此，要求白光发光器件中使用的红色磷光体在保持高发光效率的同时要具有高的FWHM。
同时，如硅酸盐基磷光体的红色磷光体与其它磷光体相比具有相对低的热稳定性，因而不适于作为高温条件下使用的LED器件的波长转换材料。
发明内容
本发明的一方面在于提供一种发射红光的复合结晶磷光体，所述复合结晶磷光体具有优良的热稳定性和化学稳定性并保证高显色性。
本发明的另一方面提供了一种发光器件封装、一种面光源装置和一种照明装置，上述装置通过采用作为红色磷光体的上述复合结晶磷光体能够发射具有与自然光的显色性相近的优异的显色性的白光。
根据本发明的一方面，提供了一种复合结晶磷光体，所述复合结晶磷光体为至少包含M元素、Al元素、硅、氧和氮的无机组合物，其中，所述无机复合物包括具有至少两种晶相的颗粒，所述至少两种晶相包括第一晶相M2SiO4-yNx(0<x<3.y＝2x/3)晶体和第二晶相β-SiAlON晶体，其中，M为从由镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)组成的组中选择的至少一种元素。
当照射激发源时，作为红色磷光体的所述复合结晶磷光体可发射峰值波长范围为570nm至660nm的光。即使所述复合结晶磷光体被构造具有各种晶体的复合晶体，它在发光光谱内可具有单个峰值波长。
所述激发源可具有范围为300nm至480nm的峰值波长。
为了保证应用于白光发射器件时的优良的显色指数，所述复合结晶磷光体可具有FWHM为大约100nm的光发射波长光谱。
所述第一晶相可为Sr2SiO4-xNy(0<x<3,y＝2x/3)。第二晶相为Si6-zAlzOzN8-z(0<z<1)。优选地，所述复合结晶磷光体可含有60wt％至95wt％的第一晶相和5wt％至40wt％的第二晶相。
所述复合结晶磷光体还可包含其它的晶相，即，作为M2Si5OaN8-b(0<a<8,b＝2a/3)晶体的第三晶相。在这种情况下，所述复合结晶磷光体可包含50wt％至90wt％的第一晶相、5wt％至40wt％的第二晶相以及10wt％或更少的第三晶相。
所述复合结晶磷光体还可包括稀土元素中的至少一种作为激发剂。所述稀土元素(Re)可从由铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和镱(Yb)组成的组中选择。
根据本发明的方面，提供了一种白光发射器件，所述白光发射器件包括：LED芯片，发射激发光；红色磷光体，设置在LED芯片周围以将所述激发光的至少一部分波长转换，并包括上述的复合结晶磷光体；至少一个发光元件，提供与所述LED芯片的光发射波长和所述红色磷光体的光发射波长不同波长的光；其中，所述至少一个发光元件为额外的LED芯片和其它类型的磷光体中的至少一个。
所述LED芯片可为发射紫外光的LED芯片，所述LED芯片可为具有范围为430nm至470nm的峰值波长的蓝光LED芯片，并且所述至少一个发光元件可包括绿色磷光体。
所述绿色磷光体的光发射波长峰值的范围可为500nm至550nm。所述蓝光LED芯片具有范围可为10nm至50nm的FWHM，所述绿色磷光体可具有范围为30nm至200nm的FWHM，所述红色磷光体可具有范围为50nm至250nm的FWHM。
所述绿色磷光体可包括由实验式MxAyOxN(4/3)y表示的氧氮化物磷光体、由MaAbOcN((2/3)a+(4/3)b-(2/3)c)表示的氧氮化物磷光体和由Si6-zAlzOzN8-z表示的β-SiAlON磷光体中的至少一个。这里，M为从由铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和锌(Zn)组成的组中选择的第II族元素中的至少一种，A为从由碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)组成的组中选择的第IV族元素中的至少一种。
所述至少一个发光元件还可包括黄色磷光体或橘黄色磷光体。所述黄色磷光体可为硅酸盐基磷光体，所述橘黄色磷光体可为α-SiAlON:Re磷光体。
在不同的示例性实施例中，所述至少一个发光元件可被设置为绿光LED芯片，而不是作为如磷光体的波长转换材料。
所述LED芯片可具有第一电极和第二电极面向同一表面的结构。可选地，所述LED芯片可具有第一电极和第二电极面向不同的相对表面的结构。
在不同的示例性实施例中，所述LED芯片可包括：半导体堆叠体，具有第一导电半导体层和第二导电半导体层以及形成在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层，第一导电半导体层和第二导电半导体层提供彼此相对的第一主表面和第二主表面；接触孔，经有源层从第二主表面连接到第一导电半导体层的一个区域；第一电极，形成在半导体堆叠体的第二主表面上并经接触孔连接到第一导电半导体层的一个区域；第二电极，形成在第二导电半导体层上，第二导电半导体层形成在半导体堆叠体的第二主表面上。
在这种情况下，所述第一电极和所述第二电极中的任意一个可被从所述半导体堆叠体侧面拉出。
所述器件还可包括具有凹进的封装主体，所述凹进内安装有LED芯片。
所述发光发射器件还可包括用于包封所述LED芯片的树脂封装部分，并且所述多个磷光体中的至少一个可分散在所述树脂封装部分中。
所述白光发射器件可具有包括多个磷光体的树脂层堆叠的结构。
从所述白光发射器件发射的白光的显色指数(CRI)可为70或更高。
本发明可提供一种利用根据权利要求1至权利要求12中的任意一项所述的复合结晶磷光体作为波长转换材料的面光源装置。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的以上和其它方面、特征和其它优势将更清楚地被理解，在附图中：
图1是通过拍摄根据本发明的第一示例性实施例制备的复合结晶磷光体颗粒而获得的SEM照片；
图2A和图2B示出了相对于图1中的复合结晶磷光体颗粒的EDAX数据分析结果；
图3是根据本发明第一示例性实施例制备的复合结晶磷光体的XRD曲线图；
图4是通过拍摄根据本发明第一示例性实施例的复合结晶磷光体的阴极发光(CL)的图像而获得的照片；
图5为对比地示出了根据本发明实施例1的复合结晶磷光体和对比示例1的复合结晶磷光体的发射光谱的曲线图；
图6是根据本发明实施例2制备的复合结晶磷光体的XRD曲线图；
图7是根据本发明示例性实施例的白光发射器件的示意图；
图8A和图8B为根据本发明另一示例性实施例的白光发射器件的示意图；
图9是示出了本发明的示例性实施例中可采用的绿色磷光体的发射光谱的曲线图；
图10A和图10B是示出了本发明示例性实施例中可采用的红色磷光体的发射光谱的曲线图；
图11A和图11B示出了在本发明的示例性实施例中可采用的黄色或橘黄色磷光体的发射光谱的曲线图；
图12是根据本发明示例性实施例的LED光源模块的侧视剖视图；
图13是根据本发明另一示例性实施例的LED光源模块的侧视剖视图；
图14是示出了在根据本发明示例性实施例的白光发射器件中可采用的发光元件的示例的侧视剖视图；
图15为示出了在根据本发明另一示例性实施例的白光发射器件中可采用的发光元件的示例的侧视剖视图；
图16和图17为示出了在根据本发明示例性实施例的白光发射器件中可采用的发光元件的示例的平面图和侧视剖视图；
图18为示出了在根据本发明另一示例性实施例的白光发射器件中可采用的发光元件的示例的侧视剖视图；
图19A和图19B为根据本发明的示例性实施例的背光单元的剖视图；
图20为根据本发明的示例性实施例的直下型背光单元的剖视图；
图21A和图21B是根据本发明的另一示例性实施例的边缘型背光单元的剖视图；
图22为根据本发明示例性实施例的显示装置的分解透视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将是彻底和完整的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰起见，可夸大形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的组件。
本发明提供了一种新颖的复合结晶磷光体。在本公开中使用的术语“复合结晶磷光体”表示包括具有两种或更多种不同结晶相的磷光体颗粒的磷光体。
复合结晶磷光体为至少包括M元素、Al元素、硅元素、氧和氮的无机复合物，并且所述无机复合物包括具有至少两种类型的晶相的颗粒。
所述至少两种类型的晶相包括第一晶相和第二晶相，第一晶相与M2SiO4-xNy(0<x<3,y＝2x/3)的晶体相同，第二晶相与Si6-zAlzOzN8-z(0<z<1)的晶体相同。这里，M可为从由镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)组成的组中选择的至少一种元素。
第一晶相可为作为红色磷光体的Sr2SiO4-xNy(0<x<3,y＝2x/3)，并可通过用氮置换部分氧而具有改善的热稳定性或化学稳定性。
第一晶相可构成复合结晶磷光体的主要部分，并且可通过添加第二晶相来扩展(extend)发射光谱的FWHM，以确保白光发射器件中的高显色性。
激发源可包括可见光谱及紫外(UV)波段，优选地，它的峰值波长可在300nm至480nm的范围内。可照射激发源来发射峰值波长范围为570nm至660nm的光。
具体地讲，第二晶相β-SiAlON为红色磷光体，它可被部分合成为复合结晶磷光体的晶相以扩展第一晶相的FWHM(范围为70nm至80nm)。
被构造为既包括β-SiAlON晶相又包括其它的晶相的复合晶体可提供在具有基本单一的波长峰值的同时具有大的FWHM(大约100nm或更大)的发射光谱。
优选地，可包含60wt％-95wt％的用于红光发射的第一晶相，并且可包含5wt％-40wt％的用于提高显色性的第二晶相。如果包含的第二晶相β-SiAlON少于总重量的5％，则根据FWHM的提高而改善显色性的效果不足，如果包含的β-SiAlON晶相多于总重量的40％，则转换效率降低，从而减少总光量。
磷光体可为包含至少一种稀土元素的无机复合物。稀土元素(Re)可从由铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和镱(Yb)组成的组中选择。具体地讲，可通过一起添加镝(Dy)和铕(Eu)作为激发剂(例如，添加大约5％-10％)来提高转换效率。因此，可补充(或弥补)根据FWHM的提高而略微降低的转换效率。
现在将描述制造前述复合结晶磷光体的方法。根据期望的化学计量来称取含M的化合物(这里，M为镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)中的至少一种)、含Si的氧化物、含Si的氮化物和含Al的化合物，并将它们准备为待混合的原料。此外，还可以包括含稀土元素(Re)的化合物(如含Eu的化合物)。
在具体的示例性实施例中，复合结晶磷光体还可以包括M2Si5OaN8-b(0<a<3,b＝2a/3)的晶体作为第三晶相。在这种情况下，可包含50wt％至90wt％的第一晶相，可包含5wt％至40wt％的第二晶相，可包含10wt％或更少的第三晶相。
可利用干混方法和湿混方法中的一种方法来混合称取的原料。
首先，根据湿混方法，将称取的原料、有助于原料的混合和破碎工艺的球以及溶剂放入容器内，然后进行混合。在这种情况下，作为球，可以使用由诸如氮化硅(Si3N4)或氧化锆(ZrO2)的材料制成的球，或者可以使用通常混合原料所用的球。作为溶剂，蒸馏水(去离子水)、如乙醇等的醇、如己烷等的有机溶剂均可被使用。即，可将原料、溶剂和球放入容器中，将容器紧密地密封，然后通过使用诸如球磨机等装置将原料均匀地混合1小时至28小时。在混合工艺完成之后，将混合的原料和球分开，然后在烘箱中将包含在混合原料中的溶剂烘干1小时至48小时，并且大部分溶剂被烘干。在完成干燥工艺之后，可通过使用由金属或聚合物制成的筛子以期望的微米尺寸的条件将获得的粉末均匀地分选。
同时，根据干混方法，无需使用溶剂，将原料放入容器内，然后通过使用磨机设备进行均匀地混合。混合的持续时间为大约1小时至24小时，并且在这种情况下，可将球与原料一起放入以有助于混合操作，从而缩短混合持续时间。与湿混方法相比，干混方法的优势在于由于干混方法不需要溶剂干燥工艺，所以干混方法可以减少整体处理时间。与湿混方法类似，当原料的混合完成之后，可通过使用由金属或聚合物制成的筛子以期望的微米尺寸的条件将获得的粉末均匀地分选。
可将分选的混合物粉末放在氮化硼(BN)坩埚(或熔罐)中，然后对其执行烧结处理。在这种情况下，通过使用加热炉在期望的烧结温度(例如，1850℃至2300℃，1000℃至1800℃)执行烧结处理1小时至24小时。可在100％的氮气(N2)气氛下或含有1％至10％的氢气的混合的氮气气氛下执行烧结处理。可通过使用研钵或破碎机(或磨机、研磨机等)来均匀地破碎合成的磷光体粉末，然后可以重复地执行后热处理工艺一至三次，以提高磷光体的亮度。
通过上述工艺获得的复合结晶磷光体可包括两种晶相。即，可制备包括作为主要成分的M2SiO4-xNy和无机化合物β-SiAlON的作为复合结晶磷光体的红色磷光体。这里，M为从由镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)组成的组中选择的至少一种元素，其符合0＜x＜3且y＝2x/3的条件。在另一示例中，M可被至少一种其它的单价或二价元素部分置换。
最后，通过研钵或破碎机对烧结后的磷光体粉末进行破碎，通过分选工艺来控制其晶粒尺寸以实现最佳晶粒尺寸。然后，通常可通过使用孔径为16微米的筛子来获得包括具有16微米或更小的均匀尺寸的颗粒的复合结晶磷光体。
可通过利用蒸馏水(去离子水)、无机酸、有机酸或碱对由此而获得的磷光体粉末进行后处理，从而去除包含在磷光体中的诸如额外的玻璃相或未反应的金属材料等杂质。例如，可将浓度为0.1wt％至60wt％的硝酸添加到磷光体粉末中，然后将所得的磷光体粉末搅拌1小时至10小时，以洗脱额外的杂质并将其去除。
除了硝酸之外，可使用硫酸、盐酸、氟酸或这些无机酸的混合溶液作为上述无机酸。同时，可使用碱来去除通过酸化(或酸处理)还未被去除的杂质。可使用诸如氢氧化钠、氢氧化钾等的无机碱或这些无机碱的混合溶液作为上述碱。
对于酸化或碱处理之后剩余的磷光体浆料，可用去离子水来洗涤剩余的酸或碱，并对磷光体粉末进行湿法分选、过滤，然后进行干燥以最终获得期望的磷光体粉末。可在50℃至150℃将干燥工艺执行足够的时间。
在具体的示例性实施例中，可使用含Sr的化合物作为含M的化合物，并且在这种情况下，含Sr的化合物可为SrCO3。含Eu的化合物可为氧化铕(Eu2O3)。含Si的氧化物可为氧化硅(SiO2)。含Si的氮化物可为氮化硅(α-Si3N4和β-Si3N4)。含Al的化合物可为氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)。
现在将通过不同的示例性实施例来更详细地描述本发明，但是并不意图将本发明的技术构思局限于此。
实施例1
按下面的计量称取SiO2、Si3N4、Al2O3、Eu2O3和SrCO3以准备原料，并通过使用球磨将上述原料与乙醇溶剂混合。
SrCO3:1.259g
SiO2:1.585g
Si3N4:1.134g
Al2O3:1.345g
Eu2O3:0.083g
通过使用干燥器来使原料混合物中的乙醇溶剂挥发，然后将干燥后的原料混合物放入坩埚中，将填充有原料混合物的坩埚放入加热炉，并在气体状态的N2气氛下在1950℃烧结8小时。
烧结后的磷光体被破碎，然后对其进行后热处理工艺和酸洗工艺，以获得复合结晶磷光体。
图1、图2A和图2B中示出了通过分析合成的复合结晶磷光体的颗粒形状以及构成复合结晶磷光体的各种磷光体颗粒的组分而获得的SEM结果和EDAX结果。
参照图1，示出了合成的复合结晶磷光体的颗粒的SEM照片。此外，参照图2A和图2B，示出了对通过测量位于图1中示出的不同位置(光谱1和光谱2)处的颗粒而获得的元素的分析结果。
结果，还检测出铝(Al)组分以及锶(Sr)、硅(Si)、氧(O)和氮(N)。即，确定的是，在磷光体颗粒中铝(Al)与其它元素的晶体一起构成了晶体。
通过XRD分析对实施例1中合成的复合结晶磷光体的晶体结构进行了检测。图3示出了根据实施例1的复合结晶磷光体的XRD分析曲线。
如图3所示，可以确定，复合结晶磷光体具有与Sr2SiO4晶体对应的峰和与含铝(Al)的β-SiAlON晶体对应的峰的两种晶相。
显示Sr2SiO4晶体峰的第一晶相经分析为Sr2SiO2.4N1.6，显示含铝(Al)的β-SiAlON晶体峰的第二晶相经分析为Si5.4Al0.6O0.6N7.4。因此，可以确定的是，根据实施例1制备的复合结晶磷光体为上述两种晶相固溶形成的准正交晶体。
此外，对根据实施例1制备的复合结晶磷光体执行了阴极发光(CL)分析。
结果表明根据本实施例合成的复合结晶磷光体显示红色图像并具有在618nm附近的红色光谱，如图4所示。
对比示例1
为了制备具有Sr2SiO4晶体且不含β-SiAlON的磷光体，以适当的比率混合除了铝Al原料之外的与实施例1的原料相同的原料，然后对混合后的原料执行相同的工艺。
即，按下面的计量称取原料SiO2、Si3N4、Eu2O3和SrCO3以准备原料，然后通过使用球磨将原料与乙醇溶剂混合。
SrCO3:1.529g
SiO2:1.657g
Si3N4:1.284g
Eu2O3:0.083g
通过使用干燥器使原料混合物中的乙醇溶剂挥发，并将干燥过的原料混合物放入坩埚中，将填充有原料混合物的坩埚放入加热炉中，然后在气体状态的N2气氛下在1950℃烧结8小时。
烧结后的磷光体被破碎，然后对其进行后热处理工艺和酸洗工艺，以获得复合结晶磷光体。
图5为对比地示出了根据本发明实施例1的复合结晶磷光体和对比示例1的复合结晶磷光体的发射光谱的曲线图。
如图5所示，根据对比示例1的具有与第一晶相磷光体的氮氧化物晶体相同的氮氧化物晶体的复合结晶磷光体(即，Sr2SiO4)具有615nm至620nm的峰值波长并具有大约80nm的FWHM，与通常的Sr2SiO4磷光体的FWHM(70nm至80nm)的差别不大，而根据实施例1的第二晶相磷光体具有618nm的峰值波长和明显增大的大约113nm的FWHM。
即，如图5所示，尽管诸如β-SiAlON晶体的其它的晶体被复合到根据实施例1的复合结晶磷光体，但是该复合结晶磷光体具有单个峰和增大的FWHM。
当然，随着FWHM的增大，复合结晶磷光体的效率会略微降低，但是可以通过添加激发剂来提高效率。例如，可通过添加一定量的镝(Dy)与铕(Eu)来提高大约5％至10％的转换效率，从而弥补光量的减少。
在相同的条件下，将根据实施例1和对比示例1的复合结晶磷光体与红色磷光体一起用于蓝光LED芯片中，从而制造白光发射器件，并对两种复合结晶磷光体的显色指数进行了评价。使用根据对比示例1的复合结晶磷光体的白光发射器件的显色指数为72.47，而使用根据实施例1的复合结晶磷光体的白光发射器件的显色指数为75.31，其比对比示例1的显色指数高大约4％。
按照这种方式，可通过添加如β-SiAlON的晶相制备复合结晶磷光体来获得具有FWHM增大的发射光谱的红色磷光体，从而可提供具有高显色指数的白光发射器件。
下面另外形成了实施例2和对比示例2。
实施例2
通过与实施例1的工艺相似的工艺制备复合结晶磷光体，从而与实施例1相比，该复合结晶磷光体具有与Sr2SiO4对应的第一晶体、与含Al的β-SiAlON晶体对应的第二晶体以及与Sr2Si5O8对应的额外的第三晶体。
图6是根据本发明实施例2制备的复合结晶磷光体的XRD曲线图。如图6所示，观察到与Sr2SiO4对应的峰、与含Al的β-SiAlON晶体对应的峰以及与额外的Sr2Si5O8晶体对应的峰。
显示Sr2SiO4晶体峰的第一晶体经分析为具有满足Sr2SiO2.55N1.7，显示含Al的β-SiAlON晶体峰的第二晶体经分析为Si5.25Al0.75O0.75N7.25。此外，与Sr2Si5O8晶体峰对应的第三晶体经分析为Sr2Si5O1.3N7.14。
因此，确定的是，根据实施例2制备的复合结晶磷光体为上述三种晶相固溶形成的准正交晶体
对比示例2
制备具有两种晶相的复合结晶磷光体，使得除了与Sr2SiO4晶体相同的晶体外，不形成含Al的β-SiAlON晶体而获得Sr2Si5O8晶体。
对根据前述实施例1和2及对比示例1和2获得的磷光体的FWHM和显色性进行评价，并且结果示出在下面的表1中。
表1
“Ο”表示存在对应晶相，“X”表示不存在对应晶相。
因此，确定的是，与对比示例1和2的复合结晶磷光体相比，根据本发明实施例1和2的复合结晶磷光体具有扩展到90nm或更大的FWHM并具有73或更大的提高的显色指数。
现在将参照附图来描述包括根据本发明的示例性实施例的磷光体的各种应用。
图7是根据本发明示例性实施例的白光发射器件的示意图。
如图7所示，根据本发明示例性实施例的白光发射器件10包括蓝光LED芯片15和树脂封装部分19，其中，树脂封装部分19封装蓝光LED芯片15并具有向上凸的透镜形状。
根据本示例性实施例的树脂封装部分19被示出为具有半球的透镜形状以确保大的方向角(orientation angle)。蓝光LED芯片15可被直接安装在电路板上。树脂封装部分19可由硅树脂、环氧树脂或它们的组合制成。绿色磷光体12和红色磷光体14分散在树脂封装部分19内部。
作为根据本示例性实施例使用的绿色磷光体12，可使用由MxAyOxN(4/3)y表示的氧氮化物磷光体、由MaAbOcN((2/3)a+(4/3)b-(2/3)c)表示的氧氮化物磷光体和由Si6-zAlzOzN8-z表示的具有β-Si3N4晶体结构的β-SiAlON磷光体之一。这里，M为从由铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和锌(Zn)组成的组中选择的第II族元素中的至少一种，A为从由碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)组成的组中选择的第IV族元素中的至少一种。
此外，作为绿色磷光体12，由实验式Si6-zAlzOzN8-z:Eua,Mb表示的具有β-Si3N4晶体结构的氧氮化物磷光体可与其它的绿色磷光体一起使用或者可以单独使用。这里，M为从锶(Sr)和钡(Ba)中选择的至少一种，铕(Eu)的用量(a)的范围为0.1mol％至5mol％，M的用量(b)的范围从0.1mol％至10mol％，铝(Al)的组分比(z)满足0.1<z<1。
由Si6-zAlzOzN8-z:Eua,Mb表示的β-SiAlON磷光体为当激发源照射到其时可发射峰值波长范围为500nm至550nm的光的绿色磷光体。可将一定量的锶(Sr)添加到由Si6-zAlzOzN8-z:Eua,Mb表示的β-SiAlON晶体的主基体的空区域(即，空气间隙或孔)，以获得与传统的β-SiAlON磷光体相比具有大大改进的亮度(例如，大约20％)且具有540nm或更小的较短波长的绿色磷光体。
由Si6-zAlzOzN8-z:Eua,Mb表示的β-SiAlON绿色磷光体可提供满足CIE1931颜色坐标系统中的标准RGB(sRGB)绿色区域的颜色特性，有助于提供逼真(清晰、锐利)的白色。此外，锶(Sr)的添加(或掺杂)可有助于β-SiAlON的相稳定，从而改善其可靠性，具体地讲，显著地减少y颜色坐标(随着效率改变而摇摆不定)随时间的变化，并在生产率和产品良率方面获得极大的改善效果。
同时，作为可在本示例性实施例中采用的红色磷光体14，除了上述的复合结晶之外可额外混合其它的红色磷光体来使用。例如，额外使用的红色磷光体可为从氮化物基磷光体M1AlSiNx:Re(1≤x≤5)、硫族化物磷光体M1D:Re和硅酸盐基磷光体(Sr,L)2SiO4-xNy:Eu(这里,0＜x＜4,y＝2x/3)中选择的至少一种。
这里，M1为从钡(Ba)、锶(Sr)、钙(Ca)和镁(Mg)中选择的至少一种元素，D为从硫(S)、硒(Se)和碲(Te)中选择的至少一种元素，L为从Ba、Ca和Mg中选择的至少一种第II族元素，或者为从由锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)和铯(Cs)组成的组中选择的至少一种第I族元素，D为从硫(S)、硒(Se)和碲(Te)中选择的至少一种元素，Re为从钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)中选择的至少一种元素。
按照这种方式，由于考虑到FWHM、峰值波长和/或转换效率等以组合物的形式提供特定的绿色磷光体和特定的红色磷光体，所以可提供具有70或更高的高显色指数的白光。此外，由于通过多个磷光体获得各种波段的光，所以可改善颜色的再现性(或色阶(color gamut))。
在红色磷光体中的硅酸盐基红色磷光体的情况下，优选地，x的范围可为0.15≤x≤3。在实验式中，一部分硅(Si)可被其它的元素置换。例如，硅(Si)可被从由硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)组成的组中选择的至少一种元素置换。可选择地，硅(Si)可被由钛(Ti)、锆(Zr)、锗(Ge))、锡(Sn)和铅(Pb)组成的组中选择的至少一种元素置换。
蓝光LED芯片的主波长的范围可为430nm至470nm。在这种情况下，为了通过保证可见光谱中更宽的光谱来提高显色指数，绿色磷光体12的光发射波长峰的范围可为500nm至550nm，红色磷光体14的光发射波长峰的范围可为600nm至660nm。
优选地，蓝光LED芯片具有范围为10nm至50nm的FWHM，绿色磷光体具有范围为30nm至200nm的FWHM，红色磷光体具有范围为50nm至250nm的FWHM。
在不同的示例性实施例中，除了上述的红色磷光体14和绿色磷光体12之外，还可包括黄色磷光体或橘黄色磷光体。在这种情况下，可获得提高的更大的显色指数。该实施例示出在图8A中。
参照图8A，白光发射器件20包括：封装主体21，具有形成在封装主体21的中心处的反射杯；蓝光LED芯片25，安装在反射杯的底部；透明树脂封装部分29，将蓝光LED芯片25包封在反射杯内。
透明树脂封装部分29可由例如硅树脂、环氧树脂或它们的组合制成。在本示例性实施例中，透明树脂封装部分29可包括绿色磷光体22、红色磷光体24和额外的黄色或橘黄色磷光体26。
即，绿色磷光体22可包括MxAyOxN(4/3)y氧氮化物磷光体、MaAbOcN((2/3)a+(4/3)b-(2/3)c)氧氮化物磷光体和β-SiAlON磷光体中的至少一种。除了上述复合结晶磷光体之外，红色磷光体24还可包括氮化物基磷光体M1AlSiNx:Re(1≤x≤5)和硫族化物基磷光体M1D:Re中的至少一种。
此外，在本示例性实施例中，还可包括第三磷光体26。第三磷光体可为可发射波段位于绿光波段和红光波段中间的光的黄色或橘黄色磷光体。黄色或橘黄色磷光体可为硅酸盐基磷光体。橘黄色磷光体可为α-SiAlON:Re基或YAG和TAG的石榴石基(garnet-based)的磷光体。
在前述的示例性实施例中，除了两种或更多种磷光体粉末被混合分散在单个树脂封装部分区域中的情况之外，可实现各种其它结构。详细地说，两种或三种磷光体可被形成为具有它们形成不同的层的结构。例如，通过在高压下使对应类型的磷光体粉末分散，可将绿色磷光体、红色磷光体及黄色或橘黄色磷光体提供为多层结构的磷光体层。
可选地，如图8B所示，与前面示例性实施例的白光发射器件类似，根据本示例性实施例的白光发射器件30包括：封装主体41，具有形成在其中心处的反射杯；蓝光LED芯片45，安装在反射杯的底部；透明树脂封装部分39，将蓝光LED芯片45包封在反射杯内。
包括不同的磷光体层的树脂层被设置在树脂封装部分39上。即，波长转换单元可被构造成包括包含绿色磷光体的第一树脂层32、包含红色磷光体的第二树脂层34和包含黄色或橘黄色磷光体的第三树脂层36。
本示例性实施例中使用的磷光体可与参照图6描述的磷光体相同或相似。
通过组合在本示例性实施例中提及的磷光体而获得的白光可以得到高显色指数。更具体地讲，当黄色磷光体与蓝光LED芯片组合时，可与蓝色波长光一起获得转换的黄光。在这种情况下，由于当从整个可见光光谱看时，绿色波段和红色波段的光少，所以难以获得与自然光接近的显色指数。具体地讲，转换的黄光具有窄的FWHM，从而获得高的转换效率，但会进一步降低显色指数。此外，由于根据单一黄色转换的程度容易改变显示的白光的特性，所以不能确保优良的颜色再现性。
相比而言，在组合有红色LED芯片、绿色磷光体(G)和红色磷光体(R)的示例性实施例中，与现有的示例相比，由于在绿色波段和红色波段发射光，所以从可见光谱来看可以获得较宽的光谱，使得显色指数得到极大的提高。另外，可通过包括提供绿色波段和红色波段之间的中间波段的黄色或橘黄色磷光体来进一步提高显色指数。
图9是示出了本发明的示例性实施例中采用的绿色磷光体的发射光谱的曲线图。如图9所示，从根据本发明示例性实施例的氧氮化物磷光体获得的红色磷光体具有大约540nm的峰值波长和FWHM为76.7nm的发射光谱。
图10A和图10B是示出了本发明示例性实施例中可额外采用的红色磷光体的发射光谱的曲线图。
参照图10A，示出了氮化物基磷光体MAlSiNx:Re(1≤x≤5)，这里，M为从铍(Be)、钡(Ba)、锶(Sr)、钙(Ca)和镁(Mg)中选择的至少一种元素，Re为从钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)中选择的至少一种元素。转换的红光具有大约640nm的峰值波长和大约85nm的FWHM。
参照图10B，示出了硫族化物基磷光体MD:Eu,Re的光谱，这里，M为从铍(Be)、钡(Ba)、锶(Sr)、钙(Ca)和镁(Mg)中选择的至少一种元素，D为从硫(S)、硒(Se)和碲(Te)中选择的至少一种元素，Re为从钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)中选择的至少一种元素。转换的红光具有大约655nm的峰值波长和大约55nm的FWHM。
图11A和图11B示出了在本发明的示例性实施例中可选择性地采用的黄色或橘黄色磷光体的发射光谱的曲线图。
参照图11A，示出硅酸盐基磷光体的光谱。转换的黄光具有大约555nm的峰值波长和大约90nm的FWHM。
参照图11B，示出了α-SiAlON:Re磷光体的光谱，这里，Re为从钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)中选择的至少一种元素，并且Re在1ppm至50000ppm的范围内。转换的黄光具有大约580nm的峰值波长和大约88nm的FWHM。
按照这种方式，由于考虑到FWHM、峰值波长和/或转换效率等，以组合物的形式提供特定的绿色磷光体和特定的红色磷光体，并且将黄色或橘黄色磷光体添加到该组合物中，所以可以提供具有70或更高的显色指数的白光。
对于红光的颜色坐标，x坐标和y坐标分别在0.55≤x≤0.65和0.25≤y≤0.35的范围内，对于绿光的颜色坐标，x坐标和y坐标分别在0.2≤x≤0.4和0.5≤y≤0.7的范围内，对于蓝光的颜色坐标，x坐标和y坐标分别在0.1≤x≤0.2和0.02≤y≤0.15的范围内。
当蓝光LED芯片的主波长的范围为430nm至470nm时，绿色磷光体的光发射波长峰的范围可为500nm至550nm，红色磷光体的光发射波长峰的范围可为600nm至660nm，黄色或橘黄色磷光体的光发射波长峰的范围可为550nm至600nm。
此外，当蓝光LED芯片具有范围为10nm至50nm的FWHM时，绿色磷光体可具有范围为30nm至200nm的FWHM，优选地，具有范围为60nm至80nm的FWHM，红色磷光体可具有范围为50nm至250nm的FWHM，黄色或橘黄色磷光体可具有范围为20nm至100nm的FWHM。
在本发明的示例性实施例中，通过在这样的条件下选择和组合各个磷光体，可在可见光谱中确保宽的光谱，并可提供具有较大显色指数的优异的白光。
本发明可提供利于用作LCD背光单元的光源的白光源模块。即，作为LCD背光单元的光源，根据本发明的示例性实施例的白光源模块可与各种光学元件(漫射器、导光板、反射板、棱镜片等)结合以构造背光组件。图12和图13示出了这种白光源模块。
首先，参照图12，用于LCD背光的光源模块50包括电路板51和安装在电路板51上的多个白光LED器件10的阵列。导电图案(未示出)可形成在电路板51的上表面上，从而导电图案连接到LED器件10。
每个白光LED器件10可被理解为以上参照图7描述的白光LED器件。即，蓝光LED15可以以COB(板上芯片)的方式被直接安装在电路板51上。每个白光LED器件10可被构造为包括具有透镜功能而没有反射壁的半球形树脂封装部分19，从而具有宽的方向角。每个白光源的宽的方向角可有助于LCD显示器的尺寸(即，厚度或宽度)的减小。
参照图13，用于LCD背光的光源模块60包括电路板61和安装在电路板61上的多个白光LED器件20的阵列。如以上参照图8A所述，白光LED器件20包括安装在封装主体21的反射杯内的蓝光LED芯片25和包封蓝光LED芯片25的树脂封装部分29。绿色磷光体22和黄色或橘黄色磷光体26与包括前述的复合结晶磷光体的红色磷光体24一起分散在树脂封装部分29中。
根据本发明的示例性实施例可实现利用前述的磷光体作为波长转换材料的各种类型的白光发射器件。在下文中，现将描述根据本发明的示例性实施例的白光发射器件可采用的发光元件。
首先，图14中示出的发光元件100的半导体堆叠结构可具有下面的结构。形成由Si-Al合金制成的基底(在下文中称作“Si-Al合金基底”)，保护层120形成在Si-Al合金基底101的上下表面上，接合金属层102、反射金属层103、p型半导体层104、有源层105和n型半导体层106顺序地堆叠在保护层120上。p型半导体层104、n型半导体层106和有源层105可由GaN基半导体制成，即，AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)半导体材料等，并构成光发射结构。
n侧电极107形成在n型半导体层106上。置于接合金属层102和p型半导体层104之间的反射金属层103向上反射从半导体层入射的光，从而提高发光元件的亮度。反射金属层103可由具有高反射率的金属制成，例如，由从由金(Au)、银(Ag)、铝(Al)和铑(Rh)或它们中两种或更多种的合金组成的组中选择的金属制成。如需要，反射金属层103可省略。
接合金属层102用作将Si-Al合金基底101连接到发光结构。接合金属层102可由金(Au)等制成。这里，发光元件100包括接合金属层102，而Si-Al合金基底101可直接连接到p型半导体层104，而不需要它们之间的接合金属层102。因此，根据本发明的示例性实施例的发光元件100使用Si-Al合金基底101作为导电基底。
Si-Al合金的优势在于热膨胀系数、导热率、机械可加工性和成本。即，Si-Al合金基底101的热膨胀系数与蓝宝石基底的热膨胀系数相似。因此，当通过使用Si-Al合金基底101来制造发光元件100时，在现有的由硅(Si)制成的导电基底的结合工艺和根据激光照射将蓝宝石基底分离的工艺中出现了基底弯曲的现象，并且可明显减少光发射结构中的裂纹产生，以获得缺陷减少的高质量发光元件100。
此外，Si-Al合金基底101的导热率的范围为120至180W/m·K，提供了优良的放热性能。另外，由于可通过在高压下熔融硅(Si)和铝(Al)容易制造Si-Al合金基底101，所以可以以低成本获得Si-Al合金基底101。
具体地讲，根据本示例性实施例的发光元件100包括形成在Si-Al合金基底101的上下表面上的保护层120，以防止Si-Al合金基底101在清洗操作过程中被化学渗透。这里，保护层120可由金属或导电的电介质等制成。当保护层120由金属制成时，它可由镍(Ni)、金(Au)、铜(Cu)、钨(W)、铬(Cr)钼(Mo)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钛(Ti)、钽(Ta)或至少两种或更多种上述金属的合金中的至少一种制成。
在这种情况下，可通过非电镀法、金属沉积、溅射、CVD等来形成保护层120，在镀覆保护层120的工艺中用作种子的种子金属层110可形成在Si-Al合金基底101和由金属材料制成的保护层120之间。种子金属层110可由钛(Ti)/金(Au)等制成。另外，当保护层120由导电的电介质制成时，导电的电介质可由ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)或CIO(氧化铜锌)制成。在这种情况下，可通过沉积、溅射等形成保护层120。优选地，保护层120可形成为具有0.01μm至20μm的厚度，更优选地，它形成为具有1μm至10μm的厚度。
按照这种方式，在根据本发明的示例性实施例的白光发射器件可采用的发光元件中，由于由诸如镍(Ni)的材料制成的保护层120形成在Si-Al合金基底101的表面上，所以可防止Si-Al合金基底101的金属Al被在蓝宝石基底被分离后执行的清洗工艺中使用的诸如HCl、HF、KOH等的化学物质蚀刻或者Si-Al合金基底101的金属Al被在将n型半导体层106的表面纹理化的工艺中使用的诸如KOH的化学物质蚀刻。
因此，在根据本发明的示例性实施例的白光发射器件可采用的发光元件中，可防止在Si-Al合金基底101的表面上形成凸出和凹陷，因而可防止结合到Si-Al合金基底101的发光结构剥离。
使用诸如镍(Ni)等的金属作为保护层120的材料的优势在于可改善Si-Al合金基底101的表面粗糙程度，以使Si-Al合金基底101和发光结构之间的接合(或结合)牢固。即，在现有技术中，在形成接合金属层102之前，要对Si-Al合金基底101进行使用诸如酸等的化学材料的清洗工艺，以去除自然氧化物层，因而使得Si-Al合金基底101的表面上的金属Al被蚀刻，使得在Si-Al合金基底101的表面上形成平均200nm至500nm的凸出和凹陷。比较而言，在本发明的第一示例性实施例中，在Si-Al合金基底101的表面上诸如镍(Ni)等的金属被形成为保护层120并且对Si-Al合金基底101进行Ni CMP(化学机械抛光)工艺。因此，表面凸出和凹陷可被减小到5nm或更小，从而改善了表面粗糙程度以看起来像镜面。
因此，Si-Al合金基底101的表面粗糙程度改善，从而可加固Si-Al合金基底101和发光结构之间的接合，并可提高接合良率。
图15示出了根据本发明的示例性实施例的白光发射器件可采用的发光元件的另一示例。
除了保护层120形成在Si-Al合金基底101的上表面上使得Si-Al合金基底101的部分被暴露而不是保护层120形成在Si-Al合金基底101的整个上下表面上、导电层122形成在保护层120上和Si-Al合金基底101的上表面的由保护层120暴露的部分上、接触金属层123形成在Si-Al合金基底101的下表面上之外，图15中示出的发光元件与图14中示出的发光元件相似。
具体地讲，优选地，保护层120由绝缘材料制成，而不是导电的电介质制成。即，在根据本发明示例性实施例的发光元件100中，由于保护层120由绝缘材料制成，而不是由金属或导电电介质制成，所以保护层120被形成为暴露Si-Al合金基底101的上表面的部分并且在包括保护层120的Si-Al合金基底101的上表面上还另外形成导电层122，以使其上形成有保护层120的Si-Al合金基底101与形成在保护层120上面的发光结构电连接。这里，导电层122可由金属等制成。
同时，与具有上述构造的发光元件不同，根据本发明实施例的白光发射器件可采用具有为允许高电流操作而改进的电极布置结构的发光元件。图16和图17为示出了根据本发明示例性实施例的白光发射器件可采用的发光元件的示例的平面图和侧视剖视图。图17是沿图16中的线I-I’截取的剖视图。
参照图16和图17，发光元件200包括导电基底210、第一电极层220、绝缘层230、第二电极层240、第二导电半导体层250、有源层260和第一导电半导体层270，所述各个层顺序地堆叠。
导电基底210可由允许电流流过的材料制成。例如，优选地，导电基底210可为包括金(Au)、镍(Ni)、铜(Cu)和钨(W)中的金属中的至少一种的金属基底，或者可为包括硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)中的任意一种的半导体基底。第一电极层220堆叠在导电基底210上。第一电极层220电连接到导电基底210和有源层260，所以优选地，第一电极层220由使导电基底210和有源层260之间的接触电阻最小化的材料制成。
如图17所示，堆叠在导电基底210上的第一电极层220的部分穿过绝缘层230、第二电极层240、第二导电半导体层250和有源层260，并通过接触孔280延伸穿过甚至直到第一导电半导体层270的一定区域，以与第一导电半导体层270接触，从而将导电基底210和第一导电半导体层270电连接。即，第一电极层220经接触孔280将导电基底210和第一导电半导体层270电连接，所以第一电极层220和第一导电半导体层270通过接触孔280的尺寸电连接，更准确地说，通过它们接触的接触区域290电连接。
同时，绝缘层230被设置在第一电极层220上，以使第一电极层220与除了导电基底210和第一导电半导体层270之外的其它层电绝缘。即，绝缘层230被设置在被接触孔280暴露的第二电极层220、第二导电半导体层250和有源层260的侧壁和第一电极层220上，并设置在第一电极层220和第二电极层240之间。另外，优选地，绝缘层230也形成为第一导电半导体层270的上述一定区域的侧面，所述一定区域被接触孔280穿过以使所述一定区域绝缘。
第二电极层240设置在绝缘层230上。当然，第二电极层240不存在于以穿透方式形成接触孔280的所述一定区域中。在这种情况下，如图17所示，第二电极层240包括与第二导电半导体层250接触的界面的暴露区域，即，至少一个暴露区域245。电极焊盘部分247可设置在暴露区域245上，以将外部电源连接到第二电极层240。
同时，在暴露区域245上不存在第二导电半导体层250、有源层260和第一导电半导体层270(将设置)。另外，如图16所示，优选地，暴露区域245形成在半导体发光器件200的角落上，以使半导体发光器件200的发光面积最大化。同时，优选地，第二电极层240包括银(Ag)、铝(Al)和铂(Pt)中的金属中的至少一种。这是因为由于第二电极层240与第二导电半导体层250电接触，所以需要将第二电极层240设置为具有使第二导电半导体层250的接触电阻最小化的性能并具有将从有源层产生的光向上反射的功能的层，从而提高发光效率。
第二导电半导体层250设置在第二电极层240上，有源层260设置在第二导电半导体层250上，第一导电半导体层270设置在有源层260上。在这种情况下，优选地，第一导电半导体层270为n型氮化物半导体，第二导电半导体层250为p型氮化物半导体。同时，可利用根据第一导电半导体层270和第二导电半导体层250的材料选择的材料来形成有源层260。即，有源层260根据电子空穴复合将能量改变成光而发射光，所以优选地，有源层260由能带间隙小于第一导电半导体层270和第二导电半导体层250的能带间隙的材料制成。
同时，在根据本示例性实施例的发光元件中，连接到接触孔的第一电极层可被暴露到外部。
在图18中示出的发光元件300的情况下，第二导电半导体层350、有源层360和第一导电半导体层370形成在导电基底310上。在这种情况下，第二电极层340可设置在第二导电半导体层350和导电基底310之间，但并不是必须形成第二电极层340。
在本示例性实施例中，具有与第一导电半导体层370接触的接触区域390的接触孔380连接到第一电极层320，并且第一电极层320被暴露以具有电连接部分345。电极焊盘部分347可形成在电连接部分345上。第一电极层320可通过绝缘层330与有源层360、第二导电半导体层350、第二电极层340和导电基底310电分离。
与前面接触孔连接到导电基底的示例性实施例不同，在本示例性实施例中，接触孔380与导电基底310电分离，并且连接到接触孔380的第一电极层320被暴露到外部。因此，导电基底310电连接到第二导电半导体层340以具有与前面示例性实施例的极性相比变化的极性。
因此，在发光元件中，第一电极的一部分形成在发光表面上，第一电极的其它部分设置在有源层的下侧，从而确保具有可能的最大发光面积，由于设置在发光表面上的电极被均匀设置，所以尽管对电极施加了高工作电流，但是电流可被均匀地分布，从而减小高电流操作中的电流集中。
按照这种方式，图17和图18中示出的发光元件可包括：半导体堆叠体，具有第一导电半导体层和第二导电半导体层以及形成在它们之间的有源层，第一导电半导体层和第二导电半导体层提供彼此相对的第一主表面和第二主表面；接触孔，经有源层从第二主表面连接到第一导电半导体层的一个区域；第一电极，形成在半导体堆叠体的第二主表面上并经接触孔连接到第一导电半导体层的一个区域；第二电极，形成在第二导电半导体层上，第二导电半导体层形成在半导体堆叠体的第二主表面上。这里，第一电极和第二电极中的任意一个可从半导体堆叠体侧向拉出。
图19A和图19B为根据本发明示例性实施例的背光单元的剖视图。
参照图19A，示出了边缘型背光单元1500作为背光单元的示例，在该示例中，根据本发明示例性实施例的发光二极管封装可应用作为光源。
在本示例性实施例中，边缘型背光单元1500可包括导光板1440和设置在导光板1440的两侧的LED光源模块1300。
在本示例性实施例中，LED光源模块1300设置在导光板1440的彼此相对的两侧上，但是LED光源模块1300可仅设置到一侧，或者可选择地，可将额外的LED光源模块设置在另一侧。
如图19A所示，可另外在导光板1440下方设置反射板1420。根据本示例性实施例采用的LED光源模块1300包括印刷电路板1310和安装在印刷电路板1310的上表面上的多个LED光源1350，利用前述磷光体的发光器件封装被应用为LED光源1350。
参照图19B，示出了直下型背光单元1800作为不同类型的背光单元的示例。
在本示例性实施例中，直下型背光单元1800可包括光漫射器1740和布置在光漫射器1740的下表面上的LED光源模块1600。
图19B中示出的背光单元1800还可包括位于光漫射器1740下侧的用于容纳光源模块的底部壳体1710。
在本示例性实施例中采用的LED光源模块1600包括PCB 1610和安装在PCB 1610的上表面上的多个LED光源1650。多个LED光源可为利用前述磷光体作为波长转换材料的发光器件封装。
除了前述的示例性实施例，磷光体可设置在不同的元件上以转换光，而不是设置在LED所位于的封装上。这个实施例示出在图20至图22中。
首先，如图20所示，根据本示例性实施例的直下型背光单元1500可包括磷光体膜1550和布置在磷光体膜1550的下表面上的LED光源模块1510。
图20中示出的背光单元1500可包括用于容纳光源模块1510的底部壳体1560。在本示例性实施例中，磷光体膜1550设置在底部壳体1560的上表面上。从光源模块1510发射的光的至少一部分可被磷光体膜1550转换波长。磷光体膜1550可被制造成单独的膜并进行应用，或者可以以与光漫射器一体地结合的方式来提供磷光体膜1550。
这里，LED光源模块1510可包括PCB 1501和安装在PCB 1501的上表面上的多个LED光源1505。
图21A和图21B是根据本发明的另一示例性实施例的边缘型背光单元的剖视图。
图21A中示出的边缘型背光单元1600可包括导光板1640和设置在导光板1640的一侧上的LED光源1605。从LED光源1605发射的光可通过反射结构被引导至导光板1640的内部。在本示例性实施例中，磷光体膜1650可位于导光板1640和LED光源1602之间。
与图21A中示出的边缘型背光单元1600类似，图21B中示出的边缘型背光单元1700可包括导光板1740、设置在导光板1740的一侧的LED光源1705以及反射结构(未示出)。在本示例性实施例中，磷光体膜1750被设置为应用于导光板的发光表面。
按照这种方式，根据本示例性实施例的磷光体可被实现为应用于诸如背光单元等的不同的装置，而不是直接应用于LED光源。
图22是根据本发明的示例性实施例的显示装置的分解透视图。
图22中示出的显示装置2000包括背光单元2200和如液晶显示面板的图像显示面板2300。背光单元2200包括导光板2240和设置在导光板2240的至少一侧的LED光源模块2100。
在本示例性实施例中，背光单元2200还可包括位于导光板2240下侧的底部壳体2210和反射板2220。
此外，根据各种光学性能的要求，诸如漫射片、棱镜片或保护片的各种类型的光学片2260可设置在导光板2240和液晶面板2300之间。
LED光源模块2100可包括设置到导光板2240的至少一侧的PCB 2110和安装在PCB 2110上并向导光板2240发射光的多个LED光源2150。多个LED光源2150可为前述的发光器件封装。在本示例性实施例中采用的多个LED光源可为侧视型发光器件封装，在该发光器件封装中，多个LED光源的侧面被安装成与发光表面相邻。
如上所述，前述磷光体可应用于应用于各种安装结构并提供各种类型的白光的LED光源。前述的发光器件封装或包括其的光源模块可应用于各种类型的显示装置或发光装置。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，实现了复合结晶磷光体，并且组合了各个晶体的优势来提供具有优异性能的波长转换材料。通过部分采用β-SiAlON晶体来提供FWHM大并确保显色指数的红光，并且可根据比率来提供满足各种性能的发射光谱。与现有技术的白光发射装置相比，可期待提高显色指数的效果。
此外，通过用氮元素来置换占位的氧元素并包含铝来引入新型复合晶体来保证高显色性，并且可获得高发光性能以及氮化物基磷光体中所预期出现的优良的热稳定性和化学稳定性，这些优点在用于具有高输出/高可靠性的白光发射器件方面是有优势的。
尽管已经结合示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和改变。

Claims (33)

1.一种复合结晶磷光体，包括具有至少两种晶相的颗粒，所述至少两种晶相包括第一晶相Sr2SiO4-xNy晶体和第二晶相Si6-zAlzOzN8-z晶体，0<x<3，y＝2x/3，0<z<1。
2.根据权利要求1所述的磷光体，其中，当照射激发源时，所述复合结晶磷光体发射峰值波长范围为570nm至660nm的光。
3.根据权利要求2所述的磷光体，其中，所述复合结晶磷光体的发射波长光谱具有单个峰值波长。
4.根据权利要求2所述的磷光体，其中，所述激发源具有范围为300nm至480nm的峰值波长。
5.根据权利要求3所述的磷光体，其中，所述发射波长光谱的半高宽为100nm或更大。
6.根据权利要求1所述的磷光体，其中，所述复合结晶磷光体含有60wt％至95wt％的第一晶相和5wt％至40wt％的第二晶相。
7.根据权利要求1所述的磷光体，其中，所述复合结晶磷光体还包含第三晶相M2Si5OaN8-b晶体，其中，0<a<3,b＝2a/3，其中，M为从由Mg、Ca、Sr和Ba组成的组中选择的至少一种元素。
8.根据权利要求1所述的磷光体，其中，所述复合结晶磷光体包含50wt％至90wt％的第一晶相、5wt％至40wt％的第二晶相以及10wt％或更少的第三晶相。
9.根据权利要求1所述的磷光体，其中，所述复合结晶磷光体还包括稀土元素中的至少一种作为激发剂。
10.根据权利要求9所述的磷光体，其中，所述稀土元素从由Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组中选择。
11.一种白光发射器件，所述白光发射器件包括：
LED芯片，发射激发光；
红色磷光体，设置在LED芯片周围以将所述激发光的至少一部分波长转换，并包括如权利要求1至权利要求10中任意一项所述的复合结晶磷光体；
至少一个发光元件，提供与所述LED芯片的光发射波长和所述红色磷光体的光发射波长不同波长的光；
其中，所述至少一个发光元件为额外的LED芯片和其它类型的磷光体中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的器件，其中，所述LED芯片为发射紫外光的LED芯片。
13.根据权利要求11所述的器件，其中，所述LED芯片为具有范围为430nm至470nm的峰值波长的蓝光LED芯片，并且所述至少一个发光元件包括绿色磷光体。
14.根据权利要求13所述的器件，其中，所述红色磷光体的光发射波长峰值的范围为600nm至660nm，所述绿色磷光体的光发射波长峰值的范围为500nm至550nm。
15.根据权利要求14所述的器件，其中，所述蓝光LED芯片具有范围为10nm至50nm的半高宽，所述绿色磷光体具有范围为30nm至200nm的半高宽，所述红色磷光体具有范围为50nm至250nm的半高宽。
16.根据权利要求13所述的器件，其中，所述绿色磷光体包括由实验式MxAyOxN(4/3)y表示的氧氮化物磷光体、由MaAbOcN((2/3)a+(4/3)b-(2/3)c)表示的氧氮化物磷光体和由Si6-zAlzOzN8-z表示的β-SiAlON磷光体中的至少一个，
其中，M为从由Be、Mg、Ca、Sr和Zn组成的组中选择的第II族元素中的至少一种，A为从由C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf组成的组中选择的第IV族元素中的至少一种。
17.根据权利要求13所述的器件，其中，所述至少一个发光元件还包括黄色磷光体或橘黄色磷光体。
18.根据权利要求17所述的器件，其中，所述黄色磷光体为硅酸盐基磷光体，所述橘黄色磷光体为α-SiAlON:Re磷光体。
19.根据权利要求11所述的器件，其中，所述至少一个发光元件为绿光LED芯片。
20.根据权利要求11所述的器件，其中，所述LED芯片具有第一电极和第二电极面向同一表面的结构。
21.根据权利要求11所述的器件，其中，所述LED芯片具有第一电极和第二电极面向不同的相对表面的结构。
22.根据权利要求11所述的器件，其中，所述LED芯片包括：半导体堆叠体，具有第一导电半导体层和第二导电半导体层以及形成在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间的有源层，第一导电半导体层和第二导电半导体层提供彼此相对的第一主表面和第二主表面；接触孔，经有源层从第二主表面连接到第一导电半导体层的一个区域；第一电极，形成在半导体堆叠体的第二主表面上并经接触孔连接到第一导电半导体层的一个区域；第二电极，形成在第二导电半导体层上，第二导电半导体层形成在半导体堆叠体的第二主表面上。
23.根据权利要求22所述的器件，其中，所述第一电极和所述第二电极中的任意一个被从所述半导体堆叠体侧面拉出。
24.根据权利要求11所述的器件，其中，所述器件还包括具有凹进的封装主体，所述凹进内安装有LED芯片。
25.根据权利要求11所述的器件，其中，所述器件还包括用于包封所述LED芯片的树脂封装部分，其中，所述多个磷光体中的至少一个分散在所述树脂封装部分中。
26.根据权利要求11所述的器件，其中，所述多个磷光体形成包含多个不同磷光体的树脂层，所述包含多个不同磷光体的树脂层具有堆叠结构。
27.根据权利要求12所述的器件，其中，从所述白光发射器件发射的白光的显色指数为70或更高。
28.一种利用根据权利要求1至权利要求10中的任意一项所述的复合结晶磷光体作为波长转换材料的面光源装置。
29.一种面光源装置，所述面光源装置包括：
导光板；
LED光源模块，设置在所述导光板的至少一侧上并将光提供到所述导光板内部，
其中，所述LED光源模块包括电路板和多个白光发射器件，所述多个白光发射器件安装在所述电路板上并利用根据权利要求1至权利要求10中的任意一项所述的复合结晶磷光体作为波长转换材料。
30.一种利用根据权利要求1至权利要求10中的任意一项所述的复合结晶磷光体作为波长转换材料的显示装置。
31.一种显示装置，所述显示装置包括：
图像显示面板，显示图像；
背光单元，具有如权利要求28所述的面光源装置以将光提供至所述图像显示面板。
32.一种利用根据权利要求1至权利要求10中的任意一项所述的复合结晶磷光体作为波长转换材料的照明装置。
33.一种照明装置，所述照明装置包括：
LED光源模块；
漫射片，设置在所述LED光源模块的上侧并将从LED光源模块入射的光均匀地漫射，
其中，所述LED光源模块包括电路板和多个白光发射器件，所述多个白光发射器件安装在所述电路板上并利用根据权利要求1至权利要求10中的任意一项所述的复合结晶磷光体作为波长转换材料。
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