CN103972366A - 波长转换物质、波长转换胶体以及发光装置 - Google Patents

波长转换物质、波长转换胶体以及发光装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种波长转换物质、波长转换胶体以及发光装置；该波长转换物质由一半导体材料所组成，适于吸收波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光，并将激发光转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光。

Description

波长转换物质、波长转换胶体以及发光装置
技术领域
本发明是有关于一种波长转换物质、波长转换胶体以及发光装置，且特别是有关于一种材质为半导体材料的波长转换物质、波长转换胶体以及发光装置。
背景技术
近年来，由于发光二极管的发光效率不断地提升，使得发光二极管的白光发光元件在例如扫描器的灯源、液晶屏幕的背光源或照明设备等应用领域上已有逐渐取代传统的日光灯与白热灯泡的趋势。目前，常见的单芯片白光发光二极管的技术主要为利用发光波长440nm至460nm的蓝光发光二极管芯片激发黄光荧光粉，通过蓝光与黄光的混合产生白光。上述方法中虽然具有制程简单、成本低等优点，然而所产生的白光(色温在4000K-6000K范围)其色彩饱和度与演色性与现今趋势的暖白光(色温小于4000K)尚有一段距离。
发明内容
本发明提供一种波长转换物质、波长转换胶体以及发光装置。
本发明提供一种波长转换物质，其由一半导体材料所组成。
本发明提供一种波长转换胶体，其包含上述的波长转换物质，适于将一激发光转换成一色温较低的暖白光。
本发明提供一种发光装置，其具有较佳的演色性。
本发明提出一种波长转换物质，其由一半导体材料所组成。波长转换物质适于吸收波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光，并将激发光转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光。
在本发明的一实施例中，上述的波长转换物质的化学通式为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，0≤x≤0.7，0≤y≤0.7。
在本发明的一实施例中，上述的放射光的波长范围介于570纳米至750纳米之间。
本发明提出一种波长转换胶体，其包括一封装胶以及多个波长转换物质。波长转换物质由一半导体材料所组成且分散于封装胶内。每一波长转换物质适于吸收波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光，并将激发光转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光。
在本发明的一实施例中，上述的波长转换胶体还包括多个黄色荧光物质，分散于封装胶内，其中每一黄色荧光物质的放射光的波长范围介于500纳米至570纳米之间。
在本发明的一实施例中，上述的每一黄色荧光物质包括钇铝石榴石系荧光粉、鉽铝石榴石系荧光粉、镏铝石榴石系荧光粉、硅酸盐系荧光粉或氮化物系荧光粉。
在本发明的一实施例中，上述的每一波长转换物质的粒径介于1微米至100微米之间。
在本发明的一实施例中，上述的每一波长转换物质的化学通式为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，0≤x≤0.7，0≤y≤0.7。
本发明提出一种发光装置，其包括一发光元件以及至少一波长转换物质。发光元件发出波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光。波长转换物质配置于发光元件上且由一半导体材料所组成，其中每一波长转换物质吸收激发光，并将激发光转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光。
在本发明的一实施例中，上述的波长转换物质为粉末状，且波长转换物质的粒径介于1微米至100微米之间。
在本发明的一实施例中，上述的发光元件包括一基板、一第一型半导体层、一第二型半导体层、一发光层、一第一电极以及一第二电极。第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层依序堆迭于基板的一上表面上，而第一电极与第二电极分别配置于第一型半导体层与第二型半导体层上。波长转换物质覆盖基板相对于上表面的一下表面上，且波长转换物质为一片状波长转换物质。
在本发明的一实施例中，上述的发光装置还包括一密封胶，至少一波长转换物质包括多个波长转换物质，其中密封胶包覆发光元件与波长转换物质。
在本发明的一实施例中，上述的发光装置还包括多个黄色荧光物质，分散于密封胶内，其中每一黄色荧光物质被激发光激发而发出波长范围介于500纳米至570纳米之间的一荧光。
在本发明的一实施例中，上述的发光元件为一氮化镓基发光二极管芯片。
在本发明的一实施例中，上述的发光装置还包括一封装胶，至少一波长转换物质包括多个波长转换物质，其中封装胶包覆波长转换物质而定义出一波长转换胶体。
在本发明的一实施例中，上述的发光装置还包括一透明层，包覆发光元件且配置于波长转换胶体与发光元件之间。
在本发明的一实施例中，上述的透明层的折射率介于1.0至2.0之间，且透明层为一空气层或一由无机材料所构成的膜层。
在本发明的一实施例中，上述的发光装置还包括一黄色荧光胶层，配置于透明层与波长转换胶体之间，其中黄色荧光胶层被激发光激发而发出波长范围介于500纳米至570纳米之间的一荧光。
在本发明的一实施例中，上述的波长转换物质的化学通式为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，0≤x≤0.7，0≤y≤0.7。
基于上述，本发明是通过半导体材料所组成的波长转换物质来吸收发光元件所发出的激发光而产生放射光。因此，相对于现有利用黄色荧光粉所发出的黄光与蓝光混合而产生白光而言，本发明的激发光与放射光可混合成色温较低的暖白光，且具有较佳的演色性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出本发明的一实施例的一种发光装置的剖面示意图；
图2示出本发明的另一实施例的一种发光装置的剖面示意图；
图3示出本发明的又一实施例的一种发光装置的剖面示意图；
图4示出本发明的再一实施例的一种发光装置的剖面示意图；
图5示出本发明的更一实施例的一种发光装置的剖面示意图。
附图标记说明：
100a、100b、100c、100d、100e：发光装置；
110、110e：发光元件；
111：基板；
111a：上表面；
111b：下表面；
112：第一半导体层；
113：第二半导体层；
114：发光层；
115：第一电极；
116：第二电极；
120：波长转换物质；
130a：密封胶；
130c：封装胶；
140：黄色荧光物质；
150：透明层；
160：黄色荧光胶层；
E1、E4：放射光；
E2、E3：荧光；
L1、L2：激发光；
W：波长转换胶体。
具体实施方式
图1示出本发明的一实施例的一种发光装置的剖面示意图。请先参考图1，在本实施例中，发光装置100a包括一发光元件110以及至少一波长转换物质120(图1中示意地标出多个)。发光元件110适于发出波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光L1。特别是，波长转换物质120配置于发光元件110上且由一半导体材料所组成，其中每一波长转换物质120适于吸收激发光L1，并将激发光L1转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光E1。此处所述的波长范围是指光的主波长(DominantWavelength，λd)范围。
更具体来说，本实施例的发光元件110为一氮化镓基发光二极管芯片。此处，波长转换物质120的化学通式为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，0≤x≤0.7，0≤y≤0.7。较佳地，放射光E1的波长范围，介于570纳米至750纳米之间。波长转换物质120的粒径，较佳地，介于1微米至100微米之间。此外，本实施例的发光装置100a还可包括一密封胶130a，其中密封胶130a包覆发光元件110与波长转换物质120。此处，密封胶130a由无机材料所构成，且密封胶130a的折射率介于1.3至2.0之间。
当发光元件110发出波长范围介于300纳米至490纳米之间的激发光L1时，波长转换物质120吸收发光元件110发出的激发光L1后，放射出波长范围介于450纳米至750纳米之间的放射光E1。此时，此放射光E1的波段相对于现有的黄色荧光粉较接近红光波段。因此，利用半导体材料所组成的波长转换物质120所发出的放射光E1与激发光L1相混合，可混合成色温较低的暖白光。故，本实施例的发光装置100a相对于现有白光发光二极管可具有较佳的演色性。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2示出本发明的另一实施例的一种发光装置的剖面示意图。请参考图2，本实施例的发光装置100b与图1的发光装置100a相似，其不同之处在于：本实施例的发光装置100b还包括多个黄色荧光物质140，分散于密封胶130a内，其中每一黄色荧光物质140被发光元件110所发出的激发光L1激发而发出波长范围介于500纳米至570纳米之间的一荧光E2。此处，每一黄色荧光物质例如是钇铝石榴石系荧光粉、鉽铝石榴石系荧光粉、镏铝石榴石系荧光粉、硅酸盐系荧光粉或氮化物系荧光粉。
当发光元件110发出波长范围介于300纳米至490纳米之间的激发光L1时，波长转换物质120吸收发光元件110所发出的激发光L1后，放射出波长范围介于450纳米至750纳米之间的放射光E1。同时，黄色荧光物质140也会吸收发光元件110所发出的激发光L1，而放射出波长范围介于500纳米至570纳米之间的荧光E2。因此，利用半导体材料所组成的波长转换物质120所发出的放射光E1、黄色荧光物质140所发出的荧光E2以及激发光L1相混合，可混合成色温较低的暖白光。故，本实施例的发光装置100b相对于现有白光发光二极管可具有较佳的演色性。
图3示出本发明的又一实施例的一种发光装置的剖面示意图。请参考图3，本实施例的发光装置100c与图1的发光装置100a相似，其不同之处在于：在本实施例中，发光装置100c还包括一封装胶130c，其中封装胶130c包覆波长转换物质120而定义出一波长转换胶体W。再者，本实施例的发光装置100c还可包括一透明层150，包覆发光元件110且配置于波长转换胶体W与发光元件110之间，其中透明层150例如是一空气层或是一由无机材料所构成的膜层，且透明层150的折射率例如是介于1.0至2.0之间。换言之，本实施例的封装胶130c并未包覆发光元件110，而是由透明层150来完全包覆发光元件110。如此一来，波长转换物质120远离发光元件110，波长转换物质120不会被发光元件110产生的热能所影响，因而不会因热能而降低波长转换物质120的转换效率，可使本实施例的发光元件100c的色温以及演色性保持固定。
图4示出本发明的再一实施例的一种发光装置的剖面示意图。请参考图4，本实施例的发光装置100d与图3的发光装置100c相似，其不同之处在于：在本实施例中，发光装置100d还包括一黄色荧光胶层160，配置于透明层150与波长转换胶体W之间，其中黄色荧光胶层160吸收激发光L1而发出波长范围介于500纳米至570纳米之间的一荧光E3。
当发光元件110发出波长范围介于300纳米至490纳米之间的激发光L1时，黄色荧光胶层160吸收发光元件110所发出的激发光L1，放射出波长范围介于500纳米至570纳米之间的荧光E3。波长转换物质120吸收了穿透黄色荧光胶层160的激发光L1以及荧光E3，放射出波长范围介于450纳米至750纳米之间的放射光E1。因此，利用半导体材料所组成的波长转换物质120所发出的放射光E1、黄色荧光胶层160所发出的荧光E3以及激发光L1相混合，可混合成色温较低的暖白光。故，本实施例的发光装置100d相对于现有白光发光二极管可具有较佳的演色性。
图5示出本发明的更一实施例的一种发光装置的剖面示意图。请参考图5，本实施例的发光装置100e的发光元件110e是由一基板111、一第一型半导体层112、一第二型半导体层113、一发光层114、一第一电极115以及一第二电极116所组成。第一型半导体层112、发光层114以及第二型半导体层113依序堆迭于基板111的一上表面111a上，而第一电极115与第二电极116分别配置于第一型半导体层112与第二型半导体层113上。发光元件110e为一覆晶式发光元件，且适于发出波长范围介于300纳米至490纳米之间的激发光L2。特别是，波长转换物质120e覆盖基板111相对于上表面111a的一下表面111b上，其中波长转换物质120e由一半导体材料所组成，且波长转换物质120e具体化为一片状波长转换物质。
由于本实施例波长转换物质120e适于吸收激发光L2，并将激发光L2转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的放射光E4。因此，利用半导体材料所组成的波长转换物质120e所发出的放射光E4与激发光L2相混合，可混合成色温较低的暖白光。故，本实施例的发光装置100e相对于现有白光发光二极管可具有较佳的演色性。
综上所述，本发明是通过半导体材料所组成的波长转换物质来吸收发光元件所发出的激发光而产生放射光。因此，相对于现有利用黄色荧光粉所发出的黄光与蓝光混合而产生白光而言，本发明的激发光与放射光可混合成色温较低的暖白光，且具有较佳的演色性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (19)

1.一种波长转换物质，由一半导体材料所组成，其特征在于，该波长转换物质适于吸收波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光，并将该激发光转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光。
2.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该波长转换物质的化学通式为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，0≤x≤0.7，0≤y≤0.7。
3.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该放射光的波长范围介于570纳米至750纳米之间。
4.一种波长转换胶体，其特征在于，包括：
一封装胶；以及
多个波长转换物质，由一半导体材料所组成且分散于该封装胶内，各该波长转换物质适于吸收波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光，并将该激发光转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光。
5.根据权利要求4所述的波长转换胶体，其特征在于，还包括多个黄色荧光物质，分散于该封装胶内，其中各该黄色荧光物质的放射光的波长范围介于500纳米至570纳米之间。
6.根据权利要求5所述的波长转换胶体，其特征在于，各该黄色荧光物质包括钇铝石榴石系荧光粉、鉽铝石榴石系荧光粉、镏铝石榴石系荧光粉、硅酸盐系荧光粉或氮化物系荧光粉。
7.根据权利要求4所述的波长转换胶体，其特征在于，各该波长转换物质的粒径介于1微米至100微米之间。
8.根据权利要求4所述的波长转换胶体，其特征在于，各该波长转换物质的化学通式为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，0≤x≤0.7，0≤y≤0.7。
9.一种发光装置，其特征在于，包括：
一发光元件，该发光元件发出波长范围介于300纳米至490纳米之间的一激发光；以及
至少一波长转换物质，配置于该发光元件上且由一半导体材料所组成，其中各该波长转换物质吸收该激发光，并将该激发光转换成波长范围介于450纳米至750纳米之间的一放射光。
10.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，该波长转换物质为粉末状，且该波长转换物质的粒径介于1微米至100微米之间。
11.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，该发光元件包括一基板、一第一型半导体层、一第二型半导体层、一发光层、一第一电极以及一第二电极，该第一型半导体层、该发光层以及该第二型半导体层依序堆迭于该基板的一上表面上，而该第一电极与该第二电极分别配置于该第一型半导体层与该第二型半导体层上，该波长转换物质覆盖该基板相对于该上表面的一下表面上，且该波长转换物质为一片状波长转换物质。
12.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于，还包括一密封胶，该至少一波长转换物质包括多个波长转换物质，其中该密封胶包覆该发光元件与该些波长转换物质。
13.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于，还包括多个黄色荧光物质，分散于该密封胶内，其中各该黄色荧光物质被该激发光激发而发出波长范围介于500纳米至570纳米之间的一荧光。
14.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，该发光元件为一氮化镓基发光二极管芯片。
15.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于，还包括一封装胶，该至少一波长转换物质包括多个波长转换物质，其中该封装胶包覆该些波长转换物质而定义出一波长转换胶体。
16.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，还包括一透明层，包覆该发光元件且配置于该波长转换胶体与该发光元件之间。
17.根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，该透明层的折射率介于1.0至2.0之间，且该透明层为一空气层或一由无机材料所构成的膜层。
18.根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，还包括一黄色荧光胶层，配置于该透明层与该波长转换胶体之间，其中该黄色荧光胶层被该激发光激发而发出波长范围介于500纳米至570纳米之间的一荧光。
19.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，该波长转换物质的化学通式为(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，0≤x≤0.7，0≤y≤0.7。
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