CN1965614B - 场致发光结构和具有el结构的led - Google Patents

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Abstract

描述了一种EL结构，具有连接到背面电极的单紫外线或者蓝光发射层。上电极包括用于红、绿和蓝三原色的三个隔离的部分。在三个部分的至少两个上沉积另一个单磷光质混合物或者两种成分的磷光质混合物。通过相应的上电极可以单独地驱动三个部分的每一个。因此，为具有可调的可见光的LED提供单一芯片的解决方案。

Description

场致发光结构和具有EL结构的LED
技术领域
本发明涉及一种场致发光(EL)结构，尤其涉及一种具有EL结构的发光二极管(LED)。借助于磷光体转化尤其可以将来自LED的光转化以产生混合色或者通过比纯LED更低能量的彩色转化以产生白色。磷光体转化具有的缺点是，它不可能调节所得到的彩色，因为磷光体具有固定的发射特性。
背景技术
WO97/48138公开了可见光发射器件，其包括UV发光二极管和UV激发的可见光发光磷光体。在这些LED中，n+GaN的外延缓冲接触层布置在单晶衬底上，在该层上包括下列外延层的LED结构以下述顺序布置：n型AlGaN的下覆盖层、激发区i GaN和p型AlGaN的上覆盖层。p+GaN接触层设置在该LED结构的上面，同时在LED结构的任一侧上的表面缓冲/接触层上设置例如Au/Ni的半透明接触层和电压电极，该电极在例如Al的接触层金属化层上具有UV激发的磷光体的磷光体层。另一层通过接地电极提供接地，同时另一层充当寻址电极。WO97/48138提到了典型的UV可激发的磷光体，其可以用于LED：
红色：Y2O2S:Eu
绿色：ZnS:Cu，Ag，Au
蓝色：BaMgAl10O17:Eu
WO97/48138的可见发光器件作为整体是可调节的，因为实际发出的彩色包括红色、绿色和蓝色。然而，为了实现该器件的整体可调性，必须操作和处理三个UV发光二极管，其每一个设置有分别具有红、蓝或者绿色特性的三个不同UV光激发的磷光体的其中一种。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种可以用于发出可调彩色的LED的单EL结构。本发明的另一个目的是提供一种通过混合红、绿和蓝三原色以及通过磷光体转换由LED的发射层发出的紫外线或者蓝光来获得白光或者可调彩色光的方法。
该目的是由在衬底层上具有布置在背面电极上的至少一个发射层和一个电荷注入和/或传输层的场致发光结构实现的，其中
场致发光结构的上层包括两个或者更多个隔离的部分；
两个或者更多个隔离部分的至少一个具有上电极作为被单独驱动的前触点，以及
两个或者更多个隔离部分的至少一个在它的表面上具有磷光质混合物，磷光质混合物是通过发射层发出的光被激发的。
根据优选实施例，EL结构包括三个隔离部分。
这种布置具有单个背面电极，其充当两个或者更多个上电极中的任一个的公共背面电极。公共背面电极或者可以连接到地或者可以布置为浮置电极。可以将EL结构布置在单一芯片上。通过分别单独地驱动各个部分，发射层的相应区域变得被激发并发光，借助于磷光质覆盖可以将发出的光转化成另一波长的光。波长依赖于构成磷光质覆盖的材料。当电流从一个上电极流到背面电极时，流过电流的那部分发射层发光，通过该区域上的磷光质覆盖将该部分用于转化。只有激发区发光，该激发区直接或者间接地夹在驱动的上电极和公共的背面电极之间。
磷光质混合物可以包括单磷光体或者两种成分的磷光体混合物。
根据一个实施例，发光层发出具有～430nm到～485nm波长的蓝光，以及从由下面构成的组中选择单磷光体或者两种成分的磷光体混合物：
a)(Sr1-xCax)2SiO4:Eu
b)(Sr1-xCax)Si2N2O2:Eu+(Sr1-xCax)S:Eu
c)(Ba1-xSrx)SiO4:Eu+(Sr1-xCax)S:Eu
d)SrCa2S4:Eu+(Sr1-xCax)S:Eu
其中x＝0.0...1.0。
根据另一个实施例，场致发光结构具有发射层，其发出具有～370nm到～420nm波长的紫外光，从下面构成的组中选择单磷光体或者两种成分的磷光体混合物：
e)BaMgAl10O17:Eu+(Sr1-zCaz)2SiO4:Eu
f)BaMgAl10O17:Eu+(Sr1-zCaz)Si2N2O2:Eu+(Sr1-zCaz)S:Eu
g)Sr3MgSi2O8Eu+(Sr1-zCaz)2SiO4:Eu
h)Sr3MgSi2O8Eu+(Sr1-zCaz)Si2N2O2:Eu+(Sr1-zCaz)S:Eu
其中z＝0.0...1.0。
通过使用静电沉积在发射层的顶部上直接或者间接沉积磷光质混合物。以沉积相应的磷光质混合物或者不依赖于施加的偏置的这种方式，通过偏置不同部分中的每一个可以实现不同磷光体的结构上的应用。另一个沉积方法可以是静电沉积、陶瓷磷块的使用、悬浮液的喷墨、磷混合物和粘接剂或者载体聚合物的混合物的分配。
场致发光结构可以是场致发光布置的一部分，其还包括一个用于所有的前触点或者用于每一个单一的前触点的电压或者电流源，和用于单独驱动前触点的控制单元。通过单独驱动前触点可以混合三种成分绿、红和蓝。混合光可以具有成分红、绿和蓝的不同部分，并因此是可调的。为了获得高的显色性，可以选择其它的成分例如琥珀黄。
具有场致发光结构的发光二极管产生可调的可见光，而且依然容易控制，因为只有一个背面电极必须要接触。
场致发光结构的一个优点是它可以布置在单一芯片上，其已经限定了运行条件。
场致发光结构可以用作光源或者灯并具有相对低的热辐射的优点。
关于通过混合红、绿和蓝三原色以及通过磷光体转换由LED的发射层发射的紫外光或者蓝光来获得白光或者可调彩色光的方法，通过下述步骤实现该目的：
提供具有包括两个或者更多个部分的结构表面的场致发光布置，其中在两个或者更多个部分的至少一个上沉积不同的磷光质混合物，和
单独驱动布置在两个或者更多个部分的至少一个上的前触点，以便对于产生的可见光调节成分的分配，也就是，不同的磷光质混合物。
为了获得高的显色性，除了红、绿和蓝三原色之外可以选择其它的彩色，例如琥珀黄。
附图说明
将参考附图进一步具体解释本发明，其中：
图1是具有紫外线发光层的EL结构的示意性透视侧面图；
图2是具有蓝色发光层的EL结构的示意性透视侧面图；
图3是紫外线发光LED的示意性横截面图；
图4是蓝色发光二极管LED的示意性横截面图。
具体实施方式
图1是具有发出紫外光的发射层1的EL结构的示意性透视侧面图。发射层1设置有背面电极2，在该实例图中背面电极2布置在发射层1的顶部，但是可以替换地布置在发射层的下面，作为至少覆盖被磷光质混合物P1、P2、P3的三个部分覆盖所述区域的另一个层。每个磷光质混合物P1、P2和P3连接到相应的上电压电极3、4或者5。当施加电压使得电流从上电极3、4和5的至少一个流到背面电极2时，或者相反流动时，激发了电流通过的发射层的区域。这意味着激发区发出了光，在该例子中发出了紫外光。
图2是参考图1所述的EL结构的示意性透视侧面图，但是不同的是发射层6发出蓝光。这意味着不可以用改变波长的材料覆盖发射层的表面的三个部分的其中一个，但是可以用任何透明材料或者根本就不用任何材料覆盖。
图3是具有发射紫外光并在顶表面包括三部分S1、S2和S3的层1的LED的示意性横截面图。如图所示，磷混合物P1、P2和P3沉积在每个部分S1、S2和S3的顶表面上，但是还可以沉积在侧壁上。在该例子中，背面电极2连接到非绝缘层7。层7优选反射由发射层1发射的光，以便提高光射线的量，其到达并通过磷光质混合物。布置有EL结构的衬底8可以是InGaN衬底。
图4是参考图3所述的LED的示意性横截面图，但是不同的是，发射层6发出蓝光。这意味着不可以用改变波长的材料覆盖发射层的表面上三个部分的其中一个，但是可以具有任何透明材料。
总之，本发明涉及具有连接到背面电极的单一紫外线或者蓝光发射层的EL结构。顶表面包括用于红、绿和蓝三原色的三个隔离部分。在三个部分的至少两个上面沉积另一单一磷光质混合物或者两种成分的磷光质混合物。可以通过相应的上电极单独地驱动三个部分中的每一个。因此为具有可调的可见光的LED提供单一芯片的解决方案。

Claims (10)

1.一种在衬底层(8)上的颜色可调的场致发光结构，具有至少一个发射层(1，6)和至少两个被发射层所发出的光激发的磷光质混合物(P1，P2，P3)，其特征在于：
背面电极(2)，其被布置在该发射层(1，6)之上，或者连接到与该发射层(1，6)相邻的非绝缘层(7)；
该发射层的表面包括两个或者更多个隔离的部分(S1，S2，S3)；
至少两个或者更多个隔离的部分(S1，S2，S3)其中的每一个具有上电极(3，4，5)作为被单独驱动的前触点；
至少两个或更多个磷光质混合物(P1，P2，P3)沉积在每个部分(S1，S2，S3)的顶表面上；以及
沉积在两个或者更多个隔离的部分(S1，S2，S3)中的至少一个隔离的部分(S1)上的磷光质混合物(P1)不同于沉积在两个或者更多个隔离的部分(S1，S2，S3)中的其他隔离的部分(S2，S3)上的磷光质混合物(P2，P3)。
2.如权利要求1的场致发光结构，其特征在于，磷光质混合物包括单磷光体或者两种成分的磷光体混合物。
3.如权利要求2的场致发光结构，具有发出蓝光(～430nm到～485nm)的发射层，其特征在于，单磷光体或者两种成分的磷光体混合物选自于由下面构成的组中：
a)(Sr1-xCax)2SiO4:Eu
b)(Sr1-xCax)Si2N2O2:Eu+(Sr1-xCax)S:Eu
c)(Ba1-xSrx)SiO4:Eu+(Sr1-xCax)S:Eu
d)SrCa2S4:Eu+(Sr1-xCax)S:Eu
其中x＝0，0...1.0。
4.如权利要求2的场致发光结构，具有发出紫外光(～370nm-～420nm)的发射层，其特征在于，单磷光体或者两种成分的磷光体混合物选自于由下述构成的组中：
e)BaMgAl10O17:Eu+(Sr1-zCaz)2SiO4:Eu
f)BaMgAl10O17:Eu+(Sr1-zCaz)Si2N2O2:Eu+(Sr1-zCaz)S:Eu
g)Sr3MgSi2O8Eu+(Sr1-zCaz)2SiO4:Eu
h)Sr3MgSi2O8Eu+(Sr1-2Caz)Si2N2O2:Eu+(Sr1-zCaz)S:Eu
其中z＝0.0...1.0。
5.如前述任一项权利要求的场致发光结构，其特征在于，通过使用静电沉积、陶瓷磷块、悬浮液的喷墨、磷光体混合物和粘接剂或者载体聚合物的混合物的分配来沉积磷光质混合物。
6.如权利要求1至4中任一项所述的场致发光结构，其特征在于，它布置在单一芯片上。
7.一种场致发光配置，包括如前述任一项权利要求的场致发光结构、一个用于所有前触点或者用于每一个单一的前触点的电压/电流源，和单独地驱动前触点的控制单元。
8.一种发光二极管，其具有权利要求1至6的任一项所述的场致发光结构。
9.如权利要求1至6的任一项所述的场致发光结构的用途，作为光源或者灯。
10.一种通过至少混合红、绿和蓝三原色以及通过磷光体转换由LED的发射层(1，6)发射的紫外光或者蓝光来从发光二极管获得白光的方法，其特征在于，步骤如下：
提供具有结构化表面的发射层(1，6)，该结构化表面包括两个或者更多个部分(S1，S2，S3)，至少两个或更多个磷光质混合物(P1，P2，P3)沉积在每个部分(S1，S2，S3)的顶表面上，其中沉积在两个或者更多个部分(S1，S2，S3)中的至少一个隔离的部分(S1)上的磷光质混合物(P1)不同于沉积在两个或者更多个部分(S1，S2，S3)中的其他隔离的部分(S2，S3)上的磷光质混合物，和
单独驱动布置在两个或者更多个部分其中的至少一个上的前触点，以便调节产生的可见光的分量部分。
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