ES2576053T3 - Dispositivo emisor de luz y visualizador - Google Patents

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ES2576053T3
ES2576053T3 ES10158437.3T ES10158437T ES2576053T3 ES 2576053 T3 ES2576053 T3 ES 2576053T3 ES 10158437 T ES10158437 T ES 10158437T ES 2576053 T3 ES2576053 T3 ES 2576053T3
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Spain
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light
emitting device
emitting component
fluorescent material
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English (en)
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Yoshinori Shimizu
Kensho Sakano
Yasunobu Noguchi
Toshio Moriguchi
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Nichia Corp
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Abstract

Un dispositivo emisor de luz que comprende: un conductor de montaje (105) una pluralidad de chips (102) de diodo emisor de luz (LED) que tienen un semiconductor basado en nitruro de galio y que emiten luz visible y están montados en dicho conductor de montaje, un material trasparente (101) que cubre dichos chips de LED (102) y un fósforo contenido en dicho material transparente (101) y que absorbe una parte de la luz emitida por dichos chips de LED y que emite luz que tiene una longitud de onda de emisión principal más larga que el pico de emisión principal de dichos chips de LED (102), en el que el pico de emisión principal de dichos chips de LED (102) está dentro del intervalo de 420 nm a 475 nm, en el que el fósforo comprende un material fluorescente de granate activado con cerio que contiene al menos un elemento seleccionado de Y, Lu, Sc, La, Gd y Sm y al menos un elemento seleccionado de Al, Ca, e In, en el que la luz de los chips de LED y la luz del fósforo se mezclan para generar luz blanca y en el que dicho conductor de montaje comprende un material que es uno de acero, cobre, acero recubierto de cobre, estaño recubierto de cobre y cerámicas metalizadas.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo emisor de luz y visualizador Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un diodo emisor de luz usado en visualizador de LED, fuente de retro-iluminacion, senal de trafico, senal ferroviaria, conmutador de iluminacion, indicador, etc. Mas espedficamente, se refiere a un dispositivo emisor de luz (LED) que comprende un fosforo, que convierte la longitud de onda de la luz emitida por un componente emisor de luz y emite luz.
Un diodo emisor de luz es compacto y emite luz de color claro con alta eficacia. Tambien esta libre de un problema tal como la extincion y tiene buena caractenstica de impulso inicial, alta resistencia a la vibracion y durabilidad para resistir operaciones repetitivas de ENCENDIDO / APAGADO, porque es un elemento semiconductor. Por tanto ha sido usado extensamente en aplicaciones tales como diversos indicadores y diversas fuentes de luz. Han sido desarrollados recientemente diodos emisores de luz para colores RGB (rojo, verde y azul) que tienen luminancia ultra-alta y alta eficacia y se han puesto en uso visualizadores de LED de pantalla grande que usan estos diodos emisores de luz. El visualizador de LED puede ser operado con menos energfa y tiene buenas caractensticas tales como peso ligero y larga vida y por lo tanto se espera que sea usado mas extensamente en el futuro.
Recientemente, se han hecho diversos intentos para hacer fuentes de luz blanca usando diodos emisores de luz. Debido a que el diodo emisor de luz tiene un espectro de emision favorable para generar luz monocromatica, hacer una fuente de luz para luz blanca requiere disponer en estrecha proximidad entre sf tres componentes emisores de luz de rojo, verde y azul, difundiendo y mezclando a la vez la luz emitida por ellos. Al generar luz blanca con una disposicion tal, ha habido un problema tal que la luz blanca del tono deseado no puede ser generada, debido a las variaciones en el tono, la luminancia y otros factores del componente emisor de luz. Ademas cuando los componentes emisores de luz estan hechos de distintos materiales, la energfa electrica requerida para accionar difiere de un diodo emisor de luz a otro, haciendo necesario aplicar distintos voltajes a distintos componentes emisores de luz, lo que conduce a un circuito impulsor complejo. Ademas, debido a que los componentes emisores de luz son componentes semiconductores emisores de luz, el tono del color esta sujeto a variacion debido a la diferencia en caractensticas de temperatura, a cambios cronologicos y al entorno operativo, o bien la disparidad en el color puede ser provocada debido a no lograr mezclar uniformemente la luz emitida por los componentes emisores de luz. Por tanto los diodos emisores de luz son efectivos como dispositivos emisores de luz para generar colores individuales, aunque hasta ahora no se ha obtenido una fuente de luz satisfactoria capaz de emitir luz blanca usando componentes emisores de luz.
A fin de resolver estos problemas, el presente solicitante desarrollo previamente diodos emisores de luz que convierten el color de la luz, que es emitida por componentes emisores de luz, por medio de un material fluorescente divulgado en las Patentes Japonesas JP-A-5-152609, JP-A-7-99345, JP-A-7-176794 y JP-A-8-7614. Los diodos emisores de luz divulgados en estas publicaciones son tales que, usando componentes emisores de luz de una clase, son capaces de generar luz de color blanco y de otros colores y estan constituidos segun lo siguiente.
El diodo emisor de luz divulgado en los anteriores boletines esta hecho montando un componente emisor de luz, que tiene una gran brecha de banda de energfa de la capa emisora de luz, en una copa proporcionada en la punta de un marco conductor y que tiene un material fluorescente que absorbe la luz emitida por el componente emisor de luz y emite luz de una longitud de onda distinta a la de la luz absorbida (conversion de longitud de onda), contenido en un molde de resina que cubre el componente emisor de luz.
El diodo emisor de luz divulgado segun lo descrito anteriormente capaz de emitir luz blanca mezclando la luz de una pluralidad de fuentes, puede ser hecho usando un componente emisor de luz capaz de emitir luz azul y moldeando el componente emisor de luz con una resina que incluye un material fluorescente que absorbe la luz emitida por el diodo emisor de luz azul y emite una luz amarillenta.
Sin embargo, los diodos emisores de luz convencionales tienen problemas tales como el deterioro del material fluorescente que conduce a la desviacion del tono del color y al oscurecimiento del material fluorescente dando como resultado una eficacia disminuida de la extraccion de luz. El oscurecimiento aqrn se refiere, en el caso de usar un material fluorescente inorganico tal como material fluorescente de (Cd, Zn)S, por ejemplo, a una parte de elementos metalicos que constituyen el precipitado de material fluorescente o cambian sus propiedades conduciendo a coloracion o, en el caso de usar un material fluorescente organico, a coloracion debida a la rotura del doble enlace en la molecula. Especialmente cuando se usa un componente emisor de luz hecho de un semiconductor que tiene una brecha de banda de energfa alta para mejorar la eficacia de conversion del material fluorescente (es decir, se aumenta la energfa de la luz emitida por el semiconductor y se aumenta el numero de fotones que tienen energfas por encima de un umbral que pueden ser absorbidos por el material fluorescente, dando como resultado que se absorba mas luz), o se reduce la cantidad del consumo de material fluorescente (es decir, el material fluorescente es irradiado con energfa relativamente mayor), la energfa lummica absorbida por el material fluorescente aumenta inevitablemente dando como resultado una degradacion
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mas significativa del material fluorescente. El uso del componente emisor de luz con mayor intensidad de emision de luz para un periodo de tiempo prolongado provoca ademas una degradacion mas significativa del material fluorescente.
El documento EP-A-0 209 942 divulga una lampara de descarga de vapor de mercurio de baja presion. Esta lampara tiene un relleno que comprende mercurio y un gas raro y una capa luminiscente que comprende material luminiscente cuya emision se halla principalmente en el intervalo entre 590 y 630 nm y en el intervalo entre 520 y 565 nm. La luz emitida por la lampara de descarga esta en un intervalo de longitudes de onda que es casi totalmente invisible y que tiene que ser transformada por la capa luminiscente para hacerse visible. La lampara tambien esta dotada de una capa de absorcion que comprende un aluminato luminiscente activado por cerio trivalente y que tiene una estructura de cristal de granate.
Tambien el material fluorescente proporcionado en la vecindad del componente emisor de luz puede ser expuesto a una alta temperatura tal como la temperatura en ascenso del componente emisor de luz y el calor transmitido desde el entorno externo (por ejemplo, la luz solar en el caso en que el dispositivo se use en el exterior).
Ademas, algunos materiales fluorescentes estan sujetos a un deterioro acelerado debido a la combinacion de humedad que entra desde el exterior o que se introduce durante el procedimiento de produccion, a la luz y al calor transmitidos desde el componente emisor de luz.
Cuando llega a un tinte organico de propiedad ionica, el campo electrico de corriente continua en la vecindad del chip puede causar electroforesis, dando como resultado un cambio en el tono del color. Esta lampara no puede ser realizada como un dispositivo sencillo, pequeno, ligero y barato.
Por tanto, un objeto de la presente invention es resolver los problemas descritos anteriormente y proporcionar un dispositivo emisor de luz que experimente solamente grados extremadamente bajos de deterioro en la intensidad lummica de emision, la eficacia de emision lummica y el desplazamiento de colores durante un largo tiempo de uso con alta luminancia.
Asf, el objeto anterior puede ser logrado por las caractensticas definidas en las reivindicaciones.
El presente solicitante completo la presente invencion mediante investigaciones basadas en la hipotesis de que un dispositivo emisor de luz que tiene un componente emisor de luz y un material fluorescente debe satisfacer los siguientes requisitos para lograr el objeto mencionado anteriormente.
(1) El componente emisor de luz debe ser capaz de emitir luz de alta luminancia con una caracterfstica emisora de luz que sea estable durante un largo tiempo de uso.
(2) El material fluorescente proporcionado en la vecindad del componente emisor de luz de alta luminancia, debe mostrar excelente resistencia ante la luz y el calor de modo que las propiedades del mismo no cambien incluso cuando se usa durante un periodo prolongado de tiempo mientras se expone a la luz de alta intensidad emitida por el componente emisor de luz (en particular el material fluorescente proporcionado en la vecindad del componente emisor de luz se expone a luz de una intensidad de radiation tan alta como de alrededor de entre 30 y 40 veces la de la luz solar de acuerdo con la estimation de los autores de la invencion y se requiere que tenga mas durabilidad ante la luz segun se usa un componente emisor de luz de mayor luminancia).
(3) Con respecto a la relation con el componente emisor de luz, el material fluorescente debe ser capaz de absorber con alta eficacia la luz de alta mono-cromaticidad emitida por el componente emisor de luz y de emitir luz de una longitud de onda distinta a la de la luz emitida por el componente emisor de luz.
El semiconductor de un compuesto de nitruro (generalmente representado por la formula qmmica IniGarAlkN, donde 0 < i, 0 < j, 0 <k e i + j + k = 1) mencionado anteriormente contiene diversos materiales que incluyen InGaN y GaN dopados con diversas impurezas.
El fosforo mencionado anteriormente contiene varios materiales definidos segun lo descrito anteriormente, incluyendo YaA^O-^Ce y Gd3lnsOi2:Ce.
Debido a que el dispositivo emisor de luz de la presente invencion usa el componente emisor de luz hecho de un semiconductor de un compuesto de nitruro capaz de emitir luz con alta luminancia, el dispositivo emisor de luz es capaz de emitir luz con alta luminancia. Tambien el fosforo usado en el dispositivo emisor de luz tiene excelente resistencia ante la luz por lo que las propiedades fluorescentes del mismo experimentan menos cambio incluso cuando se usa durante un periodo prolongado de tiempo, mientras esta expuesto a luz de alta intensidad. Esto posibilita reducir la degradacion de caractensticas durante un largo periodo de uso y reducir el deterioro debido a la luz de alta intensidad emitida por el componente emisor de luz asf como a la luz extrmseca (luz solar, incluyendo la luz ultravioleta, etc.) durante el uso en el exterior, para proporcionar de este modo un dispositivo emisor de luz que experimenta un desplazamiento de color extremadamente menor y menos reduction de luminancia. El dispositivo emisor de luz de la presente invencion tambien
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puede ser usado en aplicaciones tales que requieren velocidades de respuesta tan altas como de 120 nseg., por ejemplo, porque el fosforo usado en el mismo permite la pos-luminiscencia solamente durante un breve periodo de tiempo.
En el dispositivo emisor de luz de la presente invencion, el principal valor maximo de emision del componente emisor de luz esta fijado dentro del intervalo entre 420 nm y 475 nm y la longitud de onda de la emision principal del fosforo esta fijada para que sea mas larga que el principal valor maximo de emision del componente emisor de luz. Esto posibilita emitir eficazmente luz blanca.
Ademas en el dispositivo emisor de luz de la presente invencion, es preferible que la capa emisora de luz del componente emisor de luz contenga un semiconductor de nitruro de galio que contenga In. Otras caractensticas preferidas de las realizaciones de la presente invencion estan descritas en las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una realization de la presente invencion puede ser usado en una placa de grna optica esencialmente rectangular proporcionada con el componente emisor de luz montado sobre una cara lateral frontal de la misma y salvo por una superficie principal esta cubierta con un material reflectante, en el que una luz emitida por el componente emisor de luz es convertida en una luz plana por el fosforo y la placa de grna optica para que sea una salida desde la superficie principal de la placa de grna optica.
En esta realizacion el fosforo esta contenido preferiblemente en un material de revestimiento montado sobre dicha cara lateral frontal y en contacto directo con el componente emisor de luz o esta instalado sobre una superficie principal de la placa de grna optica no cubierta por el material reflectante.
Un dispositivo visualizador de LED puede comprender los dispositivos emisores de luz de la presente invencion dispuestos en una matriz y un circuito impulsor que controla el dispositivo visualizador de LED de acuerdo con datos de visualization que son ingresados al mismo. Esta configuration posibilita proporcionar un dispositivo visualizador de LED relativamente barato que es capaz de una visualizacion de alta definition con menos disparidad cromatica debida al angulo de visualizacion.
En general, un material fluorescente que absorbe la luz de una longitud de onda corta y emite luz de una longitud de onda larga tiene mayor eficacia que un material fluorescente que absorbe la luz de una longitud de onda larga y emite luz de una longitud de onda corta. Es preferible usar un componente emisor de luz que emita luz visible que un componente emisor de luz que emita luz ultravioleta que degrada la resina (el material de moldeado, el material de revestimiento, etc.). Asf para el diodo emisor de luz de la presente invencion, con el fin de mejorar la eficacia emisora de luz y de garantizar una larga vida, el principal valor maximo de emision del componente emisor de luz se fija dentro de un intervalo de longitudes de onda relativamente cortas entre 420 nm y 475 nm en la region de luz visible y la longitud de onda de la emision principal del fosforo se fija para que sea mas larga que el principal valor maximo de emision del componente emisor de luz. Con esta disposition, debido a que la luz convertida por el material fluorescente tiene una longitud de onda mas larga que la de la luz emitida por el componente emisor de luz, no sera absorbida por el componente emisor de luz incluso cuando el componente emisor de luz este irradiado con luz que ha sido reflejada y convertida por el material fluorescente (dado que la energfa de la luz convertida es menor que la energfa de la brecha de banda). Por tanto en una realizacion de la presente invencion, la luz que ha sido reflejada por el material fluorescente o similar es reflejada por la copa en la que esta montado el componente emisor de luz, posibilitando una mayor eficacia de la emision.
La invencion se describe en detalle conjuntamente con los dibujos, en los que:
La Fig. 1 es una vista seccional esquematica de un diodo emisor de luz de tipo conductor de acuerdo con la realizacion de la presente invencion,
la Fig. 2 es una vista seccional esquematica de un diodo emisor de luz de tipo punta que esta fuera del ambito de la presente invencion,
la Fig. 3A es un grafico que muestra el espectro de excitation del material fluorescente de granate activado por el cerio usado en la primera realizacion de la presente invencion,
la Fig. 3B es un grafico que muestra el espectro de emision del material fluorescente de granate activado por el cerio usado en la primera realizacion de la presente invencion,
la Fig. 4 es un grafico que muestra el espectro de emision del diodo emisor de luz de la primera realizacion de la presente invencion,
la Fig. 5A es un grafico que muestra el espectro de excitacion del material fluorescente de itrio-aluminio-granate activado por el cerio usado en la segunda realizacion de la presente invencion,
la Fig. 5B es un grafico que muestra el espectro de emision del material fluorescente de itrio-aluminio-granate, activado por el cerio usado en la segunda realizacion de la presente invencion,
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la Fig. 6 muestra el diagrama de cromaticidad de la luz emitida por el diodo emisor de luz de la segunda realizacion, mientras que los puntos A y B indican los colores de la luz emitida por el componente emisor de luz y los puntos C y D indican los colores de la luz emitida por dos clases de fosforos,
la Fig. 7 es una vista seccional esquematica de la fuente de luz plana, de acuerdo con otra realizacion de la presente invention,
la Fig. 8 es una vista seccional esquematica de otra fuente de luz plana distinta a la de la Fig. 7,
la Fig. 9 es una vista seccional esquematica de otra fuente de luz plana distinta a las de las Fig. 7 y la Fig. 8,
la Fig. 10 es un diagrama de bloques de un dispositivo de visualization que es una aplicacion de la presente invencion,
la Fig. 11 es una vista en planta del dispositivo visualizador de LED de la unidad de visualizacion de la Fig. 10,
la Fig. 12 es una vista en planta del dispositivo visualizador de LED en el que un pixel esta constituido a partir de cuatro diodos emisores de luz incluyendo el diodo emisor de luz de la presente invencion y los que emiten colores RGB,
la Fig. 13A muestra los resultados de pruebas de vida durable de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1 y el Ejemplo Comparativo 1, mostrando los resultados a 25 °C y la Fig. 13B muestra los resultados de prueba de vida durable de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1 y el Ejemplo Comparativo 1, mostrando los resultados a 60 °C y al 90 % de humedad relativa,
la Fig. 14A muestra los resultados de pruebas de adaptabilidad climatica del Ejemplo 9 y el Ejemplo Comparativo 2 mostrando el cambio de la proportion de retention de luminancia en el tiempo y la Fig. 14B muestra los resultados de pruebas de adaptabilidad climatica del Ejemplo 9 y el Ejemplo Comparativo 2 mostrando el tono del color antes y despues de la prueba,
la Fig. 15A muestra los resultados de pruebas de fiabilidad del Ejemplo 9 y el Ejemplo Comparativo 2 mostrando la relation entre la proporcion de retencion de luminancia y el tiempo y la Fig. 15B es un grafico que muestra la relation entre el tono del color y el tiempo,
la Fig. 16 es un diagrama de cromaticidad que muestra la gama de tonos de color que puede obtenerse con un diodo emisor de luz que combina los materiales fluorescentes mostrados en la Tabla 1 y el LED azul que tiene una longitud de onda maxima en 465 nm,
la Fig. 17 es un diagrama de cromaticidad que muestra el cambio en el tono del color cuando la concentration del material fluorescente se cambia en el diodo emisor de luz que combina los materiales fluorescentes mostrados en la Tabla 1 y el LED azul que tiene una longitud de onda maxima en 465 nm,
la Fig. 18A muestra el espectro de emision del fosforo (Y0,6Gd0,4)3Al5O12:Ce del Ejemplo 2,
la Fig. 18B muestra el espectro de emision del componente emisor de luz del Ejemplo 2 que tiene la longitud de onda maxima de emision de 460 nm,
la Fig. 18C muestra el espectro de emision del diodo emisor de luz del Ejemplo 2,
la Fig. 19A muestra el espectro de emision del fosforo (Y0,2Gd0,8)3AbO-i2:Ce del Ejemplo 5,
la Fig. 19B muestra el espectro de emision del componente emisor de luz del Ejemplo 5 que tiene la longitud de onda maxima de emision de 450 nm,
la Fig. 19C muestra el espectro de emision del diodo emisor de luz del Ejemplo 5, la Fig. 20A muestra el espectro de emision del fosforo Y3AbO-i2:Ce del Ejemplo 6,
la Fig. 20B muestra el espectro de emision del componente emisor de luz del Ejemplo 6 que tiene la longitud de onda maxima de emision de 450 nm,
la Fig. 20C muestra el espectro de emision del diodo emisor de luz del Ejemplo 6,
la Fig. 21A muestra el espectro de emision del fosforo Y3(Al0,6Ga0,5)5O-i2:Ce del Ejemplo 7,
la Fig. 21B muestra el espectro de emision del componente emisor de luz del Ejemplo 7 que tiene la longitud de onda maxima de emision de 450 nm,
la Fig. 21C muestra el espectro de emision del diodo emisor de luz del Ejemplo 7,
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la Fig. 22A muestra el espectro de emision del fosforo (Yo,8Gdo,2)3Al5Oi2:Ce del Ejemplo 11, la Fig. 22B muestra el espectro de emision del fosforo (Y0,4Gd0,6)3Al5O-i2:Ce del Ejemplo 11,
la Fig. 22C muestra el espectro de emision del componente emisor de luz del Ejemplo 11 que tiene la longitud de onda maxima de emision de 470 nm y
la Fig. 23 muestra el espectro de emision del diodo emisor de luz del Ejemplo 11.
Con referencia ahora a los dibujos adjuntos, se describiran a continuacion las realizaciones preferidas de la presente invention.
Un diodo emisor de luz 100 de la Fig. 1 es un diodo emisor de luz de tipo conductor que tiene un conductor de montaje 105 y un conductor interno 106, en el que un componente emisor de luz 102 esta instalado en una copa 105a del conductor de montaje 105 y la copa 105a esta rellenada con una resina de revestimiento 101 que contiene un fosforo especificado para cubrir el componente emisor de luz 102 y esta moldeada en resina. Un electrodo n y un electrodo p del
componente emisor de luz 102 estan conectados con el conductor de montaje 105 y el conductor interno 106,
respectivamente, por medio de los cables 103.
En el diodo emisor de luz constituido segun lo descrito anteriormente, parte de la luz emitida por el componente emisor de luz (chip de LED) 102 (mencionado en adelante en la presente memoria como una luz de LED) excita el fosforo contenido en la resina de revestimiento 101 para generar luz fluorescente que tiene una longitud de onda distinta a la de la luz de LED, por lo que la luz fluorescente emitida por el fosforo y la luz de LED que es emitida sin contribuir a la excitation del fosforo se mezclan y se emiten. Como resultado, el diodo emisor de luz 100 tambien emite luz que tiene una longitud de onda distinta a la de la luz de LED emitida por el componente emisor de luz 102.
La Fig. 2 (que no forma parte de la invencion reivindicada) muestra un diodo emisor de luz de tipo chip, en el que el diodo emisor de luz (chip de LED) 202 esta instalado en un hueco de una cubierta 204 que esta rellenada con un material de revestimiento que contiene un fosforo especificado para formar un revestimiento 201. El componente emisor de luz 202 esta fijado usando una resina epoxi o similar, que contiene Ag, por ejemplo y un electrodo n y un electrodo p del componente emisor de luz 202 estan conectados con terminales metalicos 205 instalados en la cubierta 204 por medio de cables conductores 203. En el diodo emisor de luz de tipo chip constituido segun lo descrito anteriormente, de manera similar al diodo emisor de luz de tipo conductor de la Fig. 1, la luz fluorescente emitida por el fosforo y la luz de LED que es transmitida sin ser absorbida por el fosforo se mezclan y se emiten, por lo que el diodo emisor de luz 200 tambien emite luz con una longitud de onda distinta a la de la luz de LED emitida por el componente emisor de luz 202.
El diodo emisor de luz que contiene el fosforo segun lo descrito anteriormente tiene las siguientes caracterfsticas.
1. La luz emitida por un componente emisor de luz (LED) se emite usualmente a traves de un electrodo que suministra energfa electrica al componente emisor de luz. La luz emitida es parcialmente bloqueada por el electrodo formado sobre el componente emisor de luz dando como resultado un patron de emision espedfico y por lo tanto no es emitida uniformemente en cada direction. El diodo emisor de luz que contiene el material fluorescente, sin embargo, puede emitir luz uniformemente sobre un amplio un intervalo sin formar un patron de emision indeseable porque la luz es emitida despues de ser difundida por el material fluorescente.
2. Aunque la luz emitida por el componente emisor de luz (LED) tiene un maximo monocromatico, el maximo es ancho y tiene una propiedad de alta representation cromatica. Esta caractenstica es una ventaja indispensable para una aplicacion que requiere longitudes de onda de un intervalo relativamente amplia. Es deseable que la fuente de luz para un escaneador de imagenes opticas, por ejemplo, tenga un maximo de emision mas amplio.
Los diodos emisores de luz de las realizaciones primera y segunda a describirse mas adelante tienen la configuracion mostrada en la Fig. 1 o la Fig. 2 en la que se combinan un componente emisor de luz que usa un semiconductor de compuesto de nitruro que tiene energfa relativamente alta en la region visible y un fosforo espedfico y tienen propiedades favorables tales como la capacidad de emitir luz de alta luminancia y menos degradation de la eficacia de emision luirnnica y menos desplazamiento del color a lo largo de un periodo de uso prolongado.
En general, un material fluorescente que absorbe luz de una longitud de onda corta y que emite luz de una longitud de onda larga tiene mayor eficacia que un material fluorescente que absorbe luz de una longitud de onda larga y emite luz de una longitud de onda corta y por lo tanto es preferible usar un componente emisor de luz de un semiconductor de un compuesto de nitruro que sea capaz de emitir luz azul de longitud de onda corta. No hace falta decir que es preferible el uso de un componente emisor de luz que tenga alta luminancia.
Un fosforo a usar en combinacion con el componente emisor de luz de semiconductor de un compuesto de nitruro debe tener los siguientes requisitos:
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1. Excelente resistencia ante la luz para soportar luz de una alta intensidad durante un largo periodo de tiempo, porque el material fluorescente se instala en la vecindad de los componentes emisores de luz 102, 202 y esta expuesto a luz de una intensidad tan alta como de alrededor de entre 30 y 40 veces la de la luz solar.
2. Capacidad para emitir eficazmente luz en la region azul para la excitacion por medio de los componentes emisores de luz 102, 202. Cuando se usa la mezcla de colores, deberfa ser capaz de emitir luz azul, no por rayos ultravioletas, con una alta eficacia.
3. Capacidad de emitir luz desde regiones verdes a rojas con el fin de mezclarla con luz azul para generar luz blanca.
4. Buena caractenstica de temperatura adecuada para su ubicacion en la vecindad de los componentes emisores de luz 102, 202 y de la influencia resultante de la diferencia de temperatura debida al calor generado por el chip al iluminar.
5. Capacidad de cambiar continuamente el tono del color en terminos de la proporcion de la composicion o proporcion de mezcla de una pluralidad de materiales fluorescentes.
6. Adaptabilidad climatica para el entorno operativo del diodo emisor de luz.
Realizacion 1
El diodo emisor de luz de la primera realizacion de la presente invention emplea una pluralidad de elementos semiconductores de compuestos de nitruro de galio que tienen una brecha de banda de alta energfa en la capa emisora de luz y son capaces de emitir luz azul y un fosforo de granate activado con cerio en combination. Con esta configuration, el diodo emisor de luz de la primera realizacion puede emitir luz blanca mezclando la luz azul emitida por los componentes emisores de luz 102, 202 y la luz amarilla emitida por el fosforo excitado por la luz azul.
Debido a que el fosforo de granate activado con cerio que se usa en el diodo emisor de luz de la primera realizacion tiene resistencia a la luz y adaptabilidad climatica, puede emitir luz con grados extremadamente pequenos de desplazamiento del color y de disminucion en la luminancia de la luz emitida incluso cuando es irradiado por una luz muy intensa emitida por los componentes emisores de luz 102, 202 situados en la vecindad durante un largo periodo de tiempo.
Los componentes del diodo emisor de luz de la primera realizacion seran descritos en detalle a continuation.
(Fosforo)
El fosforo usado en el diodo emisor de luz de la primera realizacion es un fosforo que, cuando es excitado por la luz visible o los rayos ultravioletas emitidos por la capa emisora de luz semiconductora, emite luz de una longitud de onda distinta a la de la luz excitante. El fosforo es espedficamente material fluorescente de granate activado con cerio que contiene al menos un elemento seleccionado entre Y, Lu, Sc, La, Gd y Sm y al menos un elemento seleccionado entre Al, Ga e In. De acuerdo con la presente invencion, el material fluorescente es preferiblemente material fluorescente de itrio-aluminio- granate (fosforo YAG) activado con cerio, o un material fluorescente representado por la formula general (Re1-rSmr)3(Ah- sGas)5O12:Ce, donde 0 < r < 1 y 0 < s <1 yRe es al menos uno seleccionado entre Y y Gd. En el caso en que la luz de LED emitida por el componente emisor de luz que emplea el semiconductor de un compuesto de nitruro de galio y la luz fluorescente emitida por el fosforo que tiene color corporal amarillo esten en la relation de colores complementarios, el color blanco puede ser emitido mezclando la luz de LED y la luz fluorescente.
En la primera realizacion, debido a que el fosforo se usa mezclando con una resina que compone la resina de revestimiento 101 y el material de revestimiento 201 (detallados mas adelante), el tono del color del diodo emisor de luz puede ser ajustado incluyendo el blanco y el color de lampara incandescente controlando la proporcion de mezcla con la resina o la cantidad usada en rellenar la copa 105 o el hueco de la cubierta 204, de acuerdo con la longitud de onda de la luz emitida por el componente emisor de luz de nitruro de galio.
La distribution de la concentration de fosforo tiene influencia tambien sobre la mezcla de colores y la durabilidad. Es decir, cuando la concentracion de fosforo aumenta a partir de la superficie del revestimiento o moldeado donde esta contenido el fosforo, hacia el componente emisor de luz, se torna menos probable que sea afectado por humedad extrfnseca facilitando por ello suprimir el deterioro debido a la humedad. Por otra parte, cuando la concentracion de fosforo aumenta desde el componente emisor de luz hacia la superficie del moldeado, se torna mas probable que sea afectada por humedad extnnseca, pero menos probable que sea afectada por el calor y la radiation desde el componente emisor de luz, posibilitando asf suprimir el deterioro del fosforo. Tales distribuciones de la concentracion de fosforo pueden lograrse seleccionando o controlando el material que contiene el fosforo, conformando la temperatura o la viscosidad y la configuracion y la distribucion de partfculas del fosforo.
Usando el fosforo de la primera realizacion, puede hacerse un diodo emisor de luz que tenga excelentes caractensticas de emision, porque el material fluorescente tiene suficiente resistencia a la luz para un funcionamiento de alta eficacia, incluso cuando esta dispuesto adyacente a, o en la vecindad de los componentes emisores de luz 102, 202, con una
intensidad de radiacion (Ee) dentro del intervalo entre 3 Wcm-2 y 10 Wcm-2.
El fosforo usado en la primera realizacion, debido a la estructura del granate, es resistente al calor, la luz y la humedad y por lo tanto es capaz de absorber luz de excitacion que tiene un maximo en una longitud de onda cerca de los 450 nm segun se muestra en la Fig. 3A. Tambien emite luz de amplio espectro que tiene un maximo cerca de los 580 nm 5 rebajandose en 700 nm segun se muestra en la Fig. 3B. Ademas, la eficacia de la emision de luz excitada en una region de longitudes de onda de 460 nm y mas puede aumentarse incluyendo Gd en el cristal del fosforo de la primera realizacion. Cuando se aumenta el contenido de Gd, la longitud de onda de maxima emision se desplaza hacia una longitud de onda mas larga y el espectro de emision entero se desplaza hacia longitudes de onda mas largas. Esto significa que, cuando se requiere la emision de luz mas rojiza, puede lograrse aumentando el grado de sustitucion con Gd.
10 Cuando se aumenta el contenido de Gd, la luminancia de la luz emitida por fotoluminiscencia sometida a luz azul tiende a disminuir.
Especialmente cuando parte del Al es sustituido por Ga entre la composicion del material fluorescente YAG que tiene estructura de granate, la longitud de onda de la luz emitida se desplaza hacia una longitud de onda mas corta y cuando parte del Y es sustituido por Gd, la longitud de onda de la luz emitida se desplaza hacia una longitud de onda mas larga.
15 La Tabla 1 muestra la composicion y las caractensticas emisoras de luz del material fluorescente YAG representado por la formula general (Y-i-aGdaHAh-bGab^O-^Ce.
Tabla 1
N.°
Contenido a de Gd (proporcion molar) Contenido b de Ga (proporcion molar) Coordenadas de cromaticidad de CIE Luminancia Y Eficacia
x
y
1
0,0 0,0 0,41 0,56 100 100
2
0,0 0,4 0,32 0,56 61 63
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0,0 0,5 0,29 0,54 55 67
4
0,2 0,0 0,45 0,53 102 108
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0,4 0,0 0,47 0,52 102 113
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0,6 0,0 0,49 0,51 97 113
7
0,8 0,0 0,50 0,50 72 86
Los valores mostrados en la Tabla 1 fueron medidos excitando el material fluorescente con luz azul de 460 nm. La luminancia y la eficacia en la Tabla 1 estan dadas en valores relativos a los del material N.° 1, que se fijan en 100.
20 Cuando se sustituye Al por Ga, la proporcion esta preferiblemente dentro del intervalo desde Ga:Al = 1:1 a 4,6, en consideracion de la eficacia de emision y de la longitud de onda de la emision. De manera similar, cuando se sustituye Y por Gd, la proporcion esta preferiblemente dentro del intervalo desde Y: Gd = 9:1 a 1:9 y mas preferiblemente desde 4:1 a 2:3. Esto es porque un grado de sustitucion por Gd por debajo del 20 % da como resultado un color de un mayor componente verde y un menor componente rojo y un grado de sustitucion por Gd por encima del 60 % da como resultado 25 un componente rojo aumentado pero una rapida disminucion en la luminancia. Cuando la proporcion Y:Gd de Y y Gd en el material fluorescente YAG se fija dentro del intervalo entre 4:1 y 2:3, en particular, puede hacerse un diodo emisor de luz capaz de emitir luz blanca esencialmente a lo largo del emplazamiento de radiacion del cuerpo negro, usando una clase de material fluorescente de itrio-aluminio-granate, segun la longitud de onda de emision del componente emisor de luz. Cuando la proporcion Y:Gd de Y y Gd en el material fluorescente YAG se fija dentro del intervalo entre 2:3 y 1:4, 30 puede hacerse un diodo emisor de luz capaz de emitir luz de lampara incandescente aunque la luminancia es baja. Cuando el contenido (grado de sustitucion) de Ce se fija dentro del intervalo entre 0,003 a 0,2, puede lograrse la intensidad luminosa relativa del diodo emisor de luz de no menos del 70 %. Cuando el contenido es menos de 0,003, la intensidad luminosa disminuye porque el numero de centros de emision de fotoluminiscencia excitados debido al Ce disminuye y cuando el contenido es mayor que 0,2, ocurre la sofocacion de densidad.
35 Por tanto la longitud de onda de la luz emitida puede ser desplazada a una longitud de onda mas corta, sustituyendo parte del Al de la composicion por Ga y la longitud de onda de la luz emitida puede ser desplazada a una longitud de onda mas larga sustituyendo parte del Y de la composicion por Gd. De esta manera, el color de la luz de emision puede cambiarse continuamente cambiando la composicion. Ademas el material fluorescente es escasamente excitado por lmeas de emision de Hg que tengan longitudes de onda tales como 254 nm y 365 nm, pero es excitado con mayor eficacia por la
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luz de LED emitida por un componente emisor de luz azul que tenga una longitud de onda de alrededor de 450 nm. Por tanto el material fluorescente tiene caractensticas ideales para convertir la luz azul del componente emisor de luz del semiconductor de nitruro en luz blanca, tales como la capacidad de cambiar continuamente la longitud de onda maxima cambiando la proporcion de Gd.
De acuerdo con la primera realizacion, la eficacia de la emision de luz del diodo emisor de luz puede ser adicionalmente mejorada combinando el componente emisor de luz que emplea el semiconductor de nitruro de galio y el fosforo hecho anadiendo el elemento de tierras raras samario (Sm) a los materiales fluorescentes itrio-aluminio-granate (YAG) activados con cesio.
El material para hacer tal fosforo se hace usando oxidos de Y, Gd, Ce, Sm, Al y Ga o compuestos que puedan ser facilmente convertidos en estos oxidos a alta temperatura y mezclando suficientemente estos materiales en proporciones estequiometricas. Esta mezcla se mezcla con una cantidad adecuada de un fluoruro tal como fluoruro de amonio usado como un fundente y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura de entre 1.350 y 1.450 °C en el aire durante entre 2 y 5 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bolas en agua, lavado, separado, secado y cernido para obtener de este modo ello el material deseado.
En el procedimiento de produccion descrito anteriormente, el material de mezcla tambien puede hacerse disolviendo los elementos de tierras raras Y, Gd, Ce y Sm en proporciones estoiquiometricas en un acido, co-precipitando la solucion con acido oxalico y calentando al fuego el co-precipitado para obtener un oxido del co-precipitado y luego mezclandolo con oxido de aluminio y oxido de galio.
El fosforo representado por la formula general (Yi-p-q.,GdpCeqSmr)3Al5Oi2 puede emitir luz de longitudes de onda de 460 nm y mas largas con mayor eficacia tras la excitacion, porque el Gd esta contenido en el cristal. Cuando el contenido de gadolinio aumenta, la longitud de onda maxima de la emision se desplaza desde 530 nm a una longitud de onda mas larga, de hasta 570 nm, mientras que el espectro de emision entero tambien se desplaza a longitudes de onda mas largas. Cuando se necesita luz de un tono rojo mas fuerte, puede lograrse aumentando la cantidad de Gd anadido para la sustitucion. Cuando se aumenta el contenido de Gd, disminuye gradualmente la luminancia de fotoluminiscencia con luz azul. Por lo tanto, el valor de p es preferiblemente 0,8 o menos o, mas preferiblemente, 0,7 o menos. Mas preferiblemente aun es de 0,6 o menos.
Se puede hacer que el fosforo representado por la formula general (Yi.p-q.rGdpCeqSmr)3Al5Oi2, incluyendo Sm, este sujeto a menos dependencia de la temperatura independientemente del contenido aumentado de Gd. Es decir, el fosforo, cuando esta contenido el Sm, tiene luminancia de emision sumamente mejorada a mayores temperaturas. La extension de la mejora aumenta segun se aumenta el contenido de Gd. La caractenstica de la temperatura puede ser sumamente mejorada en particular por la adicion de Sm en el caso de material fluorescente de una composicion tal como de tono rojo se refuerza aumentando el contenido de Gd, porque tiene malas caractensticas de temperatura. La caractenstica de temperatura mencionada aqu se mide en terminos de la proporcion (%) de luminancia de emision del material fluorescente a una alta temperatura (200 °C) con relacion a la luminancia de emision de la excitacion de la luz azul que tiene una longitud de onda de 450 nm a la temperatura normal (25 °C).
La proporcion de Sm esta preferiblemente dentro del intervalo de 0,0003 < r < 0,08 para dar una caractenstica de temperatura del 60 % o mas. El valor de r por debajo de este un intervalo lleva a un menor efecto de mejorar la caractenstica de temperatura. Cuando el valor de r esta por encima de este un intervalo, por el contrario, la caractenstica de temperatura se deteriora. El intervalo de 0,0007 < r < 0,02, para la proporcion de Sm allf donde la caractenstica de temperatura llega a ser del 80 % o mas alta es mas deseable.
La proporcion q de Ce esta, preferiblemente, en un intervalo de 0,003 < q < 0,2, lo que posibilita una luminancia de emision relativa del 70 % o mas. La luminancia de emision relativa se refiere a la luminancia de emision en terminos del porcentaje para la luminancia de emision de un material fluorescente donde q = 0,03.
Cuando la proporcion q de Ce es de 0,003 o menos, la luminancia disminuye porque el numero de centros de emision excitados de fotoluminiscencia de emision debida al Ce disminuye y cuando q es mayor que 0,2, ocurre la sofocacion de densidad. La sofocacion de densidad se refiere a la disminucion en la intensidad de emision que ocurre cuando la concentracion de un agente de activacion anadido para aumentar la luminancia del material fluorescente aumenta mas alla de un nivel optimo.
Tambien puede usarse una mezcla de dos o mas clases de fosforos que tienen composiciones de (Yi-pq- rGdpCeqSmr)aAl5Oi2 que tengan distintos contenidos de Al, Ga, Y y Gd o Sm. Esto aumenta los componentes RGB y permite la aplicacion, por ejemplo, para un dispositivo visualizador de cristal lfquido de colorido completo, usando un filtro de color.
(Componentes emisores de luz i02, 202)
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Los componentes emisores de luz estan preferiblemente incrustados en un material de moldeado segun se muestra en la Fig. 1 y la Fig. 2. El componente emisor de luz usado en el diodo emisor de luz de la presente invention es un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio, capaz de excitar eficazmente los materiales fluorescentes de granate activados con cerio. Los componentes emisores de luz 102, 202 que emplean el semiconductor de un compuesto de nitruro de galio se hacen formando una capa emisora de luz de un semiconductor de nitruro de galio tal como InGaN sobre un sustrato en el procedimiento MOCVD. La estructura del componente emisor de luz puede ser una homo- estructura, una hetero-estructura o una doble hetero-estructura, que tengan Juntura MIS, Juntura PIN o Juntura PN. Pueden seleccionarse diversas longitudes de onda de emision segun el material de la capa semiconductora y la cristalinidad del mismo. Tambien puede hacerse en una estructura de pozo cuantico unico o una estructura de pozo cuantico multiple donde se forma una capa de activacion semiconductora tan delgada como que pueda ocurrir el efecto cuantico. De acuerdo con la presente invencion, un diodo emisor de luz capaz de emitir con mayor luminancia sin deterioro del fosforo puede ser hecho formando la capa de activation del componente emisor de luz en una estructura de pozo cuantico unico de InGaN.
Cuando se usa un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio, si bien pueden usarse zafiro, spinel, SiC, Si, ZnO o similares como el sustrato semiconductor, el uso del sustrato de zafiro es preferible a fin de formar nitruro de galio de buena cristalinidad. Una capa semiconductora de nitruro de galio se forma sobre el sustrato de zafiro para formar una Juntura PN mediante una capa amortiguadora de GaN, AiN, etc. El semiconductor de nitruro de galio tiene conductividad de tipo N a condition de no estar dopado con impureza alguna, aunque a fin de formar un semiconductor de nitruro de galio de tipo N con las propiedades deseadas (concentration portadora, etc.) tal como una eficacia mejorada de la emision de luz, es preferible doparlo con un dopante de tipo N, tal como Si, Ge, Se, Te y C. A fin de formar un semiconductor de nitruro de galio de tipo P, por otra parte, es preferible doparlo con una sustancia de tipo P tal como Zn, Mg, Be, Ca, Sr y Ba. Debido a que es diffcil convertir un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio al tipo P simplemente dopando con un dopante de tipo P, es preferible tratar el semiconductor del compuesto de nitruro de galio dopado con un dopante de tipo P en un procedimiento tal como el calentamiento en un horno, la irradiation con un haz de electrones de baja velocidad y la irradiacion de plasma, para convertirlo de este modo a un tipo P. Despues de exponer las superficies de tipo P y los semiconductores de nitruro de galio de tipo N a grabado o a otros procedimientos, los electrodos de las formas deseadas se forman sobre las capas semiconductoras por rociado o deposition de vapor.
Luego la oblea semiconductora que ha sido formada se corta en trozos por medio de una sierra de corte en cubos, o se separa por una fuerza externa despues de cortar surcos (semi-cortados) que tengan un ancho mayor que el ancho del borde de la hoja. O bien, de otra manera, la oblea se corta en astillas trazando un patron de rejilla de lmeas extremadamente finas sobre la oblea semiconductora por medio de un trazador que tenga un estilete de diamante que haga un movimiento recto redproco. De tal modo puede hacerse el componente emisor de luz de un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio.
A fin de emitir luz blanca con el diodo emisor de luz de la primera realization, la longitud de onda emitida por el componente emisor de luz esta entre 420 nm y 475 nm inclusive en consideration de la relation cromatica complementaria con el fosforo y el deterioro de la resina a fin de mejorar la eficacia de emision del componente emisor de luz y del fosforo. El espectro de emision del diodo emisor de luz blanca de la primera realizacion se muestra en la Fig. 4. El componente emisor de luz mostrado aqu es de un tipo conductor mostrado en la Fig. 1, que emplea el componente emisor de luz y el fosforo de la primera realizacion a describirse mas adelante. En la Fig. 4, la emision que tiene un valor maximo alrededor de 450 nm es la luz emitida por el componente emisor de luz y la emision que tiene un valor maximo de alrededor de 570 nm es la emision de fotoluminiscencia excitada por el componente emisor de luz.
La Fig. 16 muestra los colores que pueden representarse por el diodo emisor de luz blanca hecho combinando el material fluorescente mostrado en la Tabla 1 y el LED (componente emisor de luz) azul que tiene una longitud de onda maxima de 465 nm. El color de la luz emitida por este diodo emisor de luz blanca corresponde a un punto sobre una lmea recta que conecta un punto de cromaticidad generado por el LED azul y un punto de cromaticidad generado por el material fluorescente y por lo tanto, la amplia region de luz blanca (parte sombreada en la Fig. 16) en la parte central del diagrama de cromaticidad puede ser totalmente cubierta usando los materiales fluorescentes 1 a 7 en la Tabla 1.
La Fig. 17 muestra el cambio del color de emision cuando se cambian los contenidos de materiales fluorescentes en el diodo emisor de luz blanca. Los contenidos de materiales fluorescentes se dan en un porcentaje del peso para la resina usada en el material de revestimiento. Como se vera a partir de la Fig. 17, el color de la luz se aproxima al de los materiales fluorescentes cuando aumenta el contenido del material fluorescente y se aproxima al del LED azul cuando se reduce el contenido del material fluorescente.
De acuerdo con la presente invencion, un componente emisor de luz que no excita el material fluorescente puede ser usado junto con el componente emisor de luz que emite luz que excita el material fluorescente. Espedficamente, ademas del componente emisor de luz que es un semiconductor de un compuesto de nitruro capaz de excitar el material fluorescente, se dispone conjuntamente un componente emisor de luz que tenga una capa emisora de luz hecha de fosfato de galio, arseniuro de aluminio y galio, fosfato de arsenico y galio o fosfato de aluminio e indio. Con esta
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configuracion, la luz emitida por el componente emisor de luz que no excita el material fluorescente se irradia al exterior sin ser absorbida por el material fluorescente, formando un diodo emisor de luz que puede emitir luz roja / blanca. Otros componentes de los diodos emisores de luz de la Fig. 1 y de la Fig. 2 seran descritos mas adelante.
(Cables conductores 103, 203)
Los cables conductores 103, 203 deberfan tener buena conductividad electrica, buena conductividad termica y buena conexion mecanica con los electrodos de los componentes emisores de luz 102, 202. La conductividad termica es preferiblemente de 0,042J (0,01 cal) / (s) (cm2) (°C / cm) o mas y mas preferiblemente, de 2,09J (0,5 cal) / (s) (cm2) (°C / cm) o mas. Para mayor facilidad de trabajo, el diametro del cable conductor esta, preferiblemente, entre 10 |im y 45 |im inclusive. Incluso cuando se usa el mismo material tanto para el revestimiento que incluye el material fluorescente como para el moldeado, debido a la diferencia en el coeficiente de expansion termica debida al material fluorescente contenido en cualquiera de los dos materiales anteriores, es probable que el cable conductor se rompa en la interfaz. Por este motivo, el diametro del cable conductor es preferiblemente de no menos de 25 |im y a causa del area emisora de luz y de la facilidad de manipulacion, preferiblemente de 35 |im. El cable conductor puede ser de un metal tal como oro, cobre, platino y aluminio, o una aleacion de los mismos. Cuando se usa un cable conductor de tal material y configuracion, puede ser facilmente conectado a los electrodos de los componentes emisores de luz, al conductor interno y al conductor de montaje por medio de un dispositivo de ligadura de cables.
(Conductor de montaje 105)
El conductor de montaje 105 comprende una copa 105a y un conductor 105b y es suficiente que tenga bastante tamano como para montar el componente emisor de luz 102 con el dispositivo de ligadura de cables en la copa 105a. Se instalan una pluralidad de componentes emisores de luz en la copa y el conductor de montaje se usa como electrodo comun para el componente emisor de luz. Debido a que pueden usarse distintos materiales de electrodo, se requiere una suficiente conductividad electrica y una buena conductividad con el cable de ligadura y otros. Cuando el componente emisor de luz se instala en la copa del conductor de montaje y la copa se llena con el material fluorescente, la luz emitida por el material fluorescente, incluso si es isotropico, es reflejada por la copa en una direccion deseada y por lo tanto puede evitarse la iluminacion erronea debida a la luz de otro diodo emisor de luz montado en las cercamas. La iluminacion erronea se refiere aqu a un fenomeno tal como otro diodo emisor de luz montado en las cercamas que parece como que ilumina a pesar de no estar alimentado con energfa.
La ligadura del componente emisor de luz 102 y del conductor de montaje 105 con la copa 105a puede lograrse por medio de una resina termoplastica tal como la resina epoxi, la resina acnlica y la resina de imido. Cuando se usa un componente emisor de luz orientado hacia abajo (un tipo de componente emisor de luz tal que la luz emitida se extrae del lado del sustrato y se configura para montar los electrodos opuestos a la copa 105a), pueden usarse pasta de Ag, pasta de carbon, un saliente metalico o similares para ligar y conectar electricamente el componente emisor de luz y el conductor de montaje al mismo tiempo. Ademas, a fin de mejorar la eficacia de la utilizacion de la luz del diodo emisor de luz, la superficie de la copa del conductor de montaje sobre la que se monta el componente emisor de luz puede ser pulida como espejo para dar una funcion de reflejo a la superficie. En este caso, la aspereza de la superficie esta preferiblemente entre 0,1 S (unidad japonesa de acuerdo con la norma ISO 468 de 1982) y 0,8 S (unidad japonesa de acuerdo con la norma ISO 468 de 1982) inclusive. La resistencia electrica del conductor de montaje es preferiblemente de 300 |iQ-cm o menos y mas preferiblemente alrededor de 3 |iQ-cm o menos. De acuerdo con la presente invencion, una pluralidad de componentes que emiten luz se monta sobre el conductor de montaje. Como resultado, los componentes emisores de luz generan una cantidad significativa de calor y por lo tanto, se requiere una alta conductividad termica. Espedficamente, la conductividad termica es preferiblemente 0,042J (0,01 cal) / (s) (cm2) (°C / cm) o mas y mas preferiblemente de 2,09J (0,5 cal) / (s) (cm2) (°C / cm) o mas. Los materiales que satisfacen estos requisitos contienen acero, cobre, acero revestido con cobre, estano revestido con cobre y ceramicas metalizadas.
(Conductor interno 106)
El conductor interno 106 esta conectado a uno de los electrodos del componente emisor de luz 102 montado sobre el conductor de montaje 105 por medio de un cable conductor o similar. De acuerdo con la presente invencion, se instala una pluralidad de los componentes emisores de luz sobre el conductor de montaje. Por lo tanto, es necesario disponer una pluralidad de conductores internos 106 de forma tal que los cables conductores no se toquen entre sf Por ejemplo, el contacto de los cables conductores entre sf puede ser evitado aumentando el area de la cara extrema donde el conductor interno esta ligado por cable segun aumenta la distancia desde el conductor de montaje de modo que el espacio entre los cables conductores este asegurado. La aspereza superficial de la cara extrema del conductor interno que conecta con el cable conductor esta preferiblemente entre 1,6 S y 10 S (unidad japonesa de acuerdo con la norma ISO 468 de 1982) inclusive en consideracion de un contacto estrecho.
A fin de formar el conductor interno en una forma deseada, puede ser punzado por medio de un troquel. Ademas, puede hacerse punzando para formar el conductor interno y luego ejerciendo presion sobre el sobre la cara extrema, para
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controlar de este modo el area y la altura de la cara extrema.
Se requiere que el conductor interno tenga buena conectividad con los cables de ligadura que son cables conductores y que tienen buena conductividad electrica. Espedficamente, la resistencia electrica es preferiblemente de 300 |iQ-cm o menos y mas preferiblemente de 3 |iQ-cm o menos. Los materiales que satisfacen estos requisitos contienen hierro, cobre, cobre con contenido de hierro, cobre con contenido de estano, aluminio, hierro y cobre, chapados con cobre, oro o plata.
(Material de revestimiento 101)
El material de revestimiento 101 se proporciona en la copa del conductor de montaje aparte del material de moldeado 104 y en la primera realizacion, contiene el fosforo que convierte la luz emitida por el componente emisor de luz. El material de revestimiento puede ser un material trasparente que tenga buena adaptabilidad climatica tal como resina epoxi, resina de urea y resina de silicona o vidrio. Puede usarse un dispersante junto con el fosforo. Como dispersante, se usan, preferiblemente, titaniato de bario, oxido de titanio, oxido de aluminio, dioxido de silicio y similares. Cuando el material fluorescente se forma por rociado, puede omitirse el material de revestimiento. En este caso, puede hacerse un diodo emisor de luz capaz de mezclar colores controlando el espesor de la pelfcula o proporcionando una abertura en la capa de material fluorescente.
(Material de moldeado 104)
El moldeado 104 tiene la funcion de proteger el componente emisor de luz 102, el cable conductor 103 y el material de revestimiento 101 que contiene fosforo de perturbaciones externas. De acuerdo con la primera realizacion, es preferible que el material de moldeado 104 contenga ademas un dispersante, que puede desafilar la direccionalidad de la luz procedente del componente emisor de luz 102, dando como resultado un angulo de vision aumentado. El material de moldeado 104 tiene la funcion de lente para enfocar o difundir la luz emitida por el componente emisor de luz. Por lo tanto, el material de moldeado 104 puede ser formado en una configuracion de lente convexa o lente concava y puede tener una forma elfptica cuando se observa en la direccion del eje optico, o una combinacion de estas. Ademas, el material de moldeado 104 puede ser formado en una estructura de multiples capas de distintos materiales que estan laminados. Como el material de moldeado 104 se emplean preferiblemente materiales transparentes que tienen alta adaptacion climatica, tales como resina epoxi, resina de urea, resina de silicona o vidrio. Como el dispersante, pueden usarse el titaniato de bario, el oxido de titanio, el oxido de aluminio, el dioxido de silicio y similares. Ademas del dispersante, tambien puede estar contenido el fosforo en el material de moldeado. Esto es, de acuerdo con la presente invencion, el fosforo puede estar contenido bien en el material de moldeado o bien en el material de revestimiento. Cuando el fosforo esta contenido en el material de moldeado, el angulo de vision puede aumentarse adicionalmente. El fosforo puede tambien estar contenido tanto en el material de revestimiento como en el material de moldeado. Ademas, puede usarse una resina que incluya el fosforo como el material de revestimiento usando a la vez el vidrio, distinto al material de revestimiento, como el material de moldeado. Esto posibilita fabricar un diodo emisor de luz que este menos sujeto a la influencia de la humedad con buena productividad. El moldeado y el revestimiento tambien pueden hacerse del mismo material a fin de hacer coincidir el mdice de refraccion, segun la aplicacion. De acuerdo con la presente invencion, anadir el dispersante y / o un agente de coloracion en el material de moldeado tiene los efectos de enmascarar el color del material fluorescente oscurecido y de mejorar el rendimiento de la mezcla de colores. Es decir, el material fluorescente absorbe el componente azul de la luz extrrnseca y emite luz de este modo para presentar una apariencia tal como si estuviera coloreado de amarillo. Sin embargo, el dispersante contenido en el material de moldeado da un color blanco lechoso al material de moldeado y el agente de coloracion produce un color deseado. Por tanto el color del material fluorescente no sera reconocido por el observador. En caso de que el componente emisor de luz emita luz que tenga una longitud de onda principal de 430 nm o mas, es mas preferible que este contenido un absorbente ultravioleta que sirva como estabilizador de la luz.
Realizacion 2
El diodo emisor de luz de otra realizacion se hace usando un elemento provisto de un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio que tiene brecha de banda de energfa alta en la capa emisora de luz como el componente emisor de luz y un material fluorescente que incluye dos o mas clases de fosforos de distintas composiciones o preferiblemente materiales fluorescentes de itrio-aluminio-granate activados con cerio como el fosforo. Con esta configuracion, puede hacerse un diodo emisor de luz que permite dar un tono de color deseado controlando los contenidos de los dos o mas materiales fluorescentes incluso cuando la longitud de onda de la luz de LED emitida por el componente emisor de luz se desvfa del valor deseado debido a variaciones en el procedimiento de produccion. En este caso, el color de emision del diodo emisor de luz puede formarse constantemente usando un material fluorescente que tenga una longitud de onda de emision relativamente corta para un componente emisor de luz de una longitud de onda de emision relativamente corta y usando un material fluorescente que tenga una longitud de onda de emision relativamente larga para un componente emisor de luz de una longitud de onda de emision relativamente larga.
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En cuanto al material fluorescente, tambien puede usarse un material fluorescente representado por la formula general (Re%r Smr)3(Al1-Gas)5O12:Ce como el fosforo. Aqm, 0 < r <1 y 0 < s <1 yRe es al menos uno seleccionado entre Y, Gd y La. Esta configuracion posibilita minimizar la desnaturalizacion del material fluorescente incluso cuando el material fluorescente es expuesto a una luz visible de alta intensidad y alta energfa emitida por el componente emisor de luz durante un largo periodo de tiempo o cuando se usa en diversas condiciones ambientales y por lo tanto puede hacerse un diodo emisor de luz que este sujeto a un desplazamiento cromatico y a una disminucion de luminancia de emision extremadamente insignificantes y que tenga el componente de emision deseado de luminancia alta.
(Fosforo de la realizacion 2)
Ahora se describira en detalle a continuacion el fosforo usado en el componente emisor de luz de la realizacion anterior. Esta realizacion es similar a la primera realizacion, salvo porque dos o mas clases de fosforos de distintas composiciones activados con cerio se usan como el fosforo, segun lo descrito anteriormente y el procedimiento de uso del material fluorescente es basicamente el mismo.
De manera similar al caso de la primera realizacion, el diodo emisor de luz puede dotarse de alta adaptabilidad climatica controlando la distribucion del fosforo (tal como disminuyendo gradualmente la concentracion con la distancia desde el componente emisor de luz). Una distribucion tal de la concentracion de fosforo puede lograrse seleccionando o controlando el material que contiene el fosforo, conformando la temperatura y la viscosidad y la configuracion y distribucion de partfculas del fosforo.
Por tanto de acuerdo con esta realizacion la distribucion de la concentracion del material fluorescente se determina de acuerdo con las condiciones operativas. Tambien de acuerdo con esta realizacion, la eficacia de la emision de luz puede aumentarse disenando la disposicion de las dos o mas clases de materiales fluorescentes (por ejemplo, disponiendo en el orden de cercama al componente emisor de luz) de acuerdo con la luz generada por el componente emisor de luz. Con la configuracion de esta realizacion, de manera similar a la primera realizacion, el diodo emisor de luz tiene alta eficacia y suficiente resistencia a la luz incluso cuando se dispone adyacente a o en la vecindad de un componente emisor de luz de salida relativamente alta con intensidad de radiacion (Ee) dentro del intervalo entre 3 Wcm-2 y 10 Wcm-2.
El material fluorescente de itrio-aluminio-granate activado con cerio (material fluorescente YAG) usado en esta realizacion tiene estructura de granate de manera similar al caso de la primera realizacion y por lo tanto es resistente al calor, la luz y la humedad. La maxima longitud de onda de excitacion del material fluorescente de itrio-aluminio-granate de esta realizacion puede fijarse cerca de los 450 nm segun lo indicado por la lmea continua en la Fig. 5A y la maxima longitud de onda de emision puede fijarse cerca de los 510 nm segun lo indicado por la lmea continua en la Fig. 5B, haciendo a la vez que el espectro de emision sea tan ancho como para rebajarse hacia los 700 nm. Esto posibilita emitir luz verde. La maxima longitud de onda de excitacion de otro material fluorescente de itrio-aluminio-granate activado con cerio de esta realizacion puede fijarse cerca de los 450 nm segun lo indicado por la lmea discontinua en la FIG. 5A y la maxima longitud de onda de emision puede fijarse cerca de los 600 nm segun lo indicado por la lmea discontinua en la Fig. 5B, haciendo a la vez que el espectro de emision sea tan ancho como para rebajarse hacia los 750 nm. Esto posibilita emitir luz roja.
La longitud de onda de la luz emitida se desplaza a una longitud de onda mas corta sustituyendo parte del Al, entre los constituyentes del material fluorescente YAG que tienen estructura de granate, por Ga y la longitud de onda de la luz emitida se desplaza a una longitud de onda mas larga sustituyendo parte del Y por Gd y / o La. La proporcion de la sustitucion del Al por Ga esta preferiblemente entre Ga:Al = 1:1 y 4:6 en consideracion de la eficacia emisora de luz y la longitud de onda de la emision. De manera similar, la proporcion de la sustitucion de Y por Gd y / o La esta preferiblemente entre Y:Gd y / o La = 9:1 a 1:9, o mas preferiblemente entre Y:Gd y / o La = 4:1 y 2:3. La sustitucion de menos del 20 % da como resultado un aumento del componente verde y una disminucion del componente rojo. La sustitucion del 80 % o una parte mayor, por otra parte, aumenta el componente rojo pero reduce abruptamente la luminancia.
El material para hacer un fosforo tal se hace usando oxidos de Y, Gd, Ce, La, Al, Sm y Ga o compuestos que puedan ser facilmente convertidos en estos oxidos a alta temperatura y mezclando suficientemente estos materiales en proporciones estoiquiometricas. O bien, el material de mezcla se obtiene disolviendo los elementos de tierras raras Y, Gd, Ce, La y Sm en proporciones estoiquiometricas en acido, co-precipitando la solucion con acido oxalico y calentando al fuego el co- precipitado para obtener un oxido del co-precipitado, que se mezcla luego con oxido de aluminio y oxido de galio. Esta mezcla se mezcla con una cantidad apropiada de un fluoruro tal como el fluoruro de amonio usado como un fundente y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura entre 1.350 y 1.450 °C en el aire durante entre 2 y 5 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bolas en agua, lavado, separado, secado y cernido para obtener de este modo el material deseado.
En esta realizacion, las dos o mas clases de materiales fluorescentes de itrio-aluminio-granate activadas con cerio de distintas composiciones pueden ser usadas bien por mezcla o bien dispuestas independientemente (laminadas, por ejemplo). Cuando las dos o mas clases de materiales fluorescentes se mezclan, la parte convertidora de colores puede
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ser formada de manera relativamente facil y de una manera adecuada para la produccion en masa. Cuando las dos o mas clases de materiales fluorescentes se disponen independientemente, el color puede ser ajustado despues de formarlo laminando las capas hasta que pueda obtenerse un color deseado. Ademas cuando se disponen las dos o mas clases de materiales fluorescentes independientemente, es preferible disponer un material fluorescente que absorba la luz del componente emisor de luz de una longitud de onda mas corta cerca del elemento de LED y un material fluorescente que absorba la luz de una longitud de onda mas larga lejos del elemento de LED. Esta disposicion permite la absorcion y emision eficaz de la luz.
El diodo emisor de luz de esta realizacion se hace usando dos o mas clases de materiales fluorescentes de itrio-aluminio- granate de distintas composiciones como los materiales fluorescentes, segun se ha descrito anteriormente. Esto posibilita hacer un diodo emisor de luz capaz de emitir luz del color deseado de manera eficaz. Es decir, cuando la longitud de onda de la luz emitida por el componente emisor de luz semiconductor corresponde a un punto sobre la lmea recta que conecta el punto A y el punto B en el diagrama de cromaticidad de la Fig. 6, puede emitirse luz de cualquier color en la region sombreada circundada por los puntos A, B, C y D en la Fig. 6 que son los puntos de cromaticidad (puntos C y D) de las dos o mas clases de materiales fluorescentes de itrio-aluminio-granate de distintas composiciones. De acuerdo con esta realizacion, el color puede ser controlado cambiando las composiciones o cantidades de los elementos de LED y los materiales fluorescentes. En particular, un diodo emisor de luz de menor variacion en la longitud de onda de emision puede ser hecho seleccionando los materiales fluorescentes de acuerdo con la longitud de onda de emision del elemento de LED, compensando de este modo la variacion de la longitud de onda de emision del elemento de LED. Ademas un diodo emisor de luz que incluye componentes RGB con alta luminancia puede ser hecho seleccionando la longitud de onda de emision de los materiales fluorescentes.
Ademas, debido a que el material fluorescente de itrio-aluminio-granate (YAG) usado en esta realizacion tiene una estructura de granate, el diodo emisor de luz de esta realizacion puede emitir luz de alta luminancia durante un largo periodo de tiempo. Ademas los diodos emisores de luz de la primera realizacion y de esta realizacion estan dotados de un componente emisor de luz instalado mediante material fluorescente. Ademas debido a que la luz convertida tiene una longitud de onda mas larga que aquella de la luz emitida por el componente emisor de luz, la energfa de la luz convertida es menor que la brecha de banda del semiconductor de nitruro y es menos probable que sea absorbida por la capa semiconductora de nitruro. Por tanto, aunque la luz emitida por el material fluorescente esta dirigida tambien al elemento de LED debido a la isotropfa de la emision, la luz emitida por el material fluorescente nunca es absorbida por el elemento de LED y por lo tanto la eficacia de emision del diodo emisor de luz no sera reducida.
(Fuente de luz plana)
Una fuente de luz plana que es otra realizacion de la presente invention se muestra en la Fig. 7.
En la fuente de luz plana mostrada en la Fig. 7, el fosforo usado en la primera realizacion esta contenido en un material de revestimiento 701. Con esta configuration, la luz azul emitida por el semiconductor de nitruro de galio es convertida cromaticamente y es emitida en estado plano mediante una placa de grna optica 704 y una hoja dispersante 706.
Espedficamente, un componente emisor de luz 702 de la fuente de luz plana de la Fig. 7 esta asegurado en un sustrato de metal 703 en forma de C invertida en que estan formados una capa de aislamiento y un patron conductivo (no mostrado). Despues de conectar electricamente el electrodo del componente emisor de luz y el patron conductivo, el fosforo se mezcla con resina epoxi y se aplica al sustrato de metal en forma de C invertida 703 sobre el que se monta el componente emisor de luz 702. El componente emisor de luz asf asegurado se fija sobre una cara extrema de una placa de grna optica acnlica 704 por medio de una resina epoxi. Una pelfcula reflectante 707 que contiene un agente de difusion blanco esta dispuesta sobre uno de los planos principales de la placa de grna optica 704 donde no esta formada la hoja dispersante 706, con el fin de impedir la fluorescencia.
De manera similar, se proporciona un reflector 705 sobre la superficie entera sobre el reverso de la placa de grna optica 704 y sobre una cara extrema donde no se proporciona el componente emisor de luz, a fin de mejorar la eficacia de la emision de luz. Con esta configuracion, pueden hacerse diodos emisores de luz para la emision de luz plana que generan suficiente luminancia para la retro-iluminacion de un LCD.
La aplicacion del diodo emisor de luz para la emision de luz plana a un visualizador de cristal lfquido puede lograrse disponiendo una placa polarizadora sobre un plano principal de la placa de grna optica 704 mediante cristal lfquido inyectado entre sustratos de vidrio (no mostrados), sobre los cuales se forma un patron conductivo traslucido.
Con referencia ahora a la Fig. 8 y a la Fig. 9, se describira a continuation una fuente de luz plana de acuerdo con otra realizacion de la presente invencion. El dispositivo emisor de luz mostrado en la Fig. 8 esta formado en una configuracion tal que la luz azul emitida por el diodo emisor de luz 702 es convertida en luz blanca por un convertidor cromatico 701 que contiene fosforo y es emitida en estado plano mediante una placa de grna optica 704.
El dispositivo emisor de luz mostrado en la Fig. 9 esta formado en una configuracion tal que la luz azul emitida por el
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componente emisor de luz 702 es convertida al estado plano por la placa de gma optica 704, luego es convertida en luz blanca por una hoja dispersante 706 que contiene fosforo formada sobre uno de los planos principales de la placa de gma optica 704, para emitir de este modo luz blanca en estado plano. El fosforo bien puede estar contenido en la hoja dispersante 706 o bien puede estar formado en una hoja esparciendolo junto con una resina adhesiva sobre la hoja dispersante 706. Ademas, el adhesivo incluyendo el fosforo puede estar formado por puntos, no en una hoja, directamente sobre la placa de gma optica 704.
<Aplicacion>
(Dispositivo visualizador)
Ahora se describira a continuacion un dispositivo visualizador. La Fig. 10 es un diagrama de bloques que muestra la configuracion del dispositivo visualizador. Como se muestra en la Fig. 10, el dispositivo visualizador comprende un dispositivo visualizador de LED 601 y un circuito impulsor 610 con un controlador 602, medios de almacenamiento de datos de video 603 y medios de control de tono 604. El dispositivo visualizador de LED 601, que tiene diodos emisores de luz blanca 501 mostrados en la Fig. 1 o la Fig. 2 dispuestos en configuracion matricial en una cubierta 504 segun se muestra en la Fig. 11, se usa como dispositivo visualizador de LED monocromatico. La cubierta 504 esta dotada de un material de bloqueo ligero 505 formado integralmente con la misma.
El circuito impulsor 610 tiene el medio de almacenamiento de datos de video (RAM) 603 para almacenar temporalmente los datos de visualizacion que son ingresados, el medio de control de tono 604 que calcula y emite senales de tono para controlar los diodos emisores de luz individuales del dispositivo visualizador de LED 601 para iluminar con el brillo especificado de acuerdo con los datos lefdos desde la RAM 603 y el controlador 602 que esta conmutado por senales suministradas desde el medio de control de tono 604 para llevar el diodo emisor de luz a iluminar. El circuito de control de tono 604 extrae datos desde la RAM 603 y calcula la duracion de la iluminacion de los diodos emisores de luz del dispositivo visualizador de LED 601, luego emite senales de pulso para encender y apagar los diodos emisores de luz para el dispositivo visualizador de LED 601. En el dispositivo visualizador constituido segun lo descrito anteriormente, el dispositivo visualizador de LED 601 es capaz de exhibir imagenes de acuerdo con las senales de pulso que son ingresadas desde el circuito controlador y tiene las siguientes ventajas.
Se requiere que el dispositivo visualizador de LED que exhibe con luz blanca usando diodos emisores de luz de tres colores, RGB, exhiba controlando a la vez la salida de emision lummica de los diodos emisores de luz R, G y B y en consecuencia debe controlar los diodos emisores de luz teniendo en cuenta la intensidad de emision, las caractensticas de temperatura y otros factores de los diodos emisores de luz, dando como resultado una complicada configuracion del circuito impulsor que controla el dispositivo visualizador de LED. En el dispositivo visualizador construido como se explica anteriormente, sin embargo, debido a que el dispositivo visualizador de LED 601 esta constituido usando diodos emisores de luz 501 de la presente invencion que pueden emitir luz blanca sin usar diodos emisores de luz de tres clases, RGB, no es necesario que el circuito impulsor controle individualmente los diodos emisores de luz R, G y B, posibilitando simplificar la configuracion del circuito impulsor y hacer el dispositivo visualizador a un coste bajo.
Con un dispositivo visualizador de LED que exhibe en luz blanca usando diodos emisores de luz de tres clases, RGB, los tres diodos emisores de luz deben estar iluminados al mismo tiempo y la luz de los diodos emisores de luz debe estar mezclada a fin de exhibir luz blanca combinando los tres diodos emisores de luz RGB para cada pixel, dando como resultado una gran area de visualizacion para cada pixel e imposibilitando exhibir con alta definicion. El dispositivo visualizador de LED que usa diodos emisores de luz de la presente invencion, por el contrario, es capaz de exhibir con luz blanca y puede hacerse con un unico diodo emisor de luz y por lo tanto es capaz de exhibir con luz blanca de mayor definicion. Ademas, con el dispositivo visualizador de LED que exhibe mezclando los colores de tres diodos emisores de luz, hay un caso tal que el color de exhibicion cambia debido al bloqueo de algunos de los diodos emisores de luz RGB, dependiendo del angulo de vision; el dispositivo visualizador de LED explicado anteriormente no tiene tal problema.
Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo visualizador proporcionado con el dispositivo visualizador de LED que emplea el diodo emisor de luz de la presente invencion que es capaz de emitir luz blanca es capaz de exhibir luz blanca estable con mayor definicion y tiene la ventaja de menos disparidad de colores. El dispositivo visualizador de LED que es capaz de exhibir con luz blanca tambien impone menos estimulacion al ojo en comparacion con el dispositivo visualizador de LED convencional que emplea solamente colores rojo y verde y por lo tanto es adecuado para su uso durante un periodo de tiempo largo.
(Realizacion de otro dispositivo visualizador empleando el diodo emisor de luz de la presente invencion)
El diodo emisor de luz de la presente invencion puede usarse para constituir un dispositivo visualizador de LED en el que un pixel esta constituido por tres diodos emisores de luz RGB y un diodo emisor de luz de la presente invencion, segun se muestra en la Fig. 12. Conectando el dispositivo visualizador de LED y un circuito impulsor especificado, puede constituirse un dispositivo visualizador capaz de exhibir diversas imagenes. El circuito impulsor de este dispositivo visualizador tiene, de manera similar a un caso de dispositivo visualizador monocromatico, medios de almacenamiento de
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datos de v^deo (RAM) para almacenar temporalmente los datos de visualizacion de entrada, un circuito de control de tono que procesa los datos almacenados en la RAM para calcular senales de tono para iluminar los diodos emisores de luz con brillo especificado y un controlador que es conmutado por la senal de salida del circuito de control de tono para hacer que los diodos emisores de luz iluminen. El circuito impulsor se requiere exclusivamente para cada uno de los diodos emisores de luz RGB y el diodo emisor de luz blanca. El circuito de control de tono calcula la duracion de la iluminacion de los diodos emisores de luz a partir de los datos almacenados en la RAM y emite senales de pulso para encender y apagar los diodos emisores de luz. Al exhibir con luz blanca, el ancho de las senales de pulso para iluminar los diodos emisores de luz RGB se acorta, o el valor maximo de la senal de pulso se reduce o no se emite ninguna senal de pulso en absoluto. Por otra parte, una senal de pulso se da al diodo emisor de luz blanca en compensacion por ello. Esto hace que el dispositivo visualizador de LED exhiba con luz blanca.
Como se ha descrito anteriormente, el brillo del visualizador puede ser mejorado anadiendo el diodo emisor de luz blanca a los diodos emisores de luz RGB. Cuando los diodos emisores de luz RGB son combinados para exhibir luz blanca, uno o dos de los colores RGB pueden ser mejorados dando como resultado no lograr exhibir luz blanca pura segun el angulo de vision; un problema tal se resuelve anadiendo el diodo emisor de luz blanca como en este dispositivo visualizador.
Para el circuito impulsor de un dispositivo visualizador tal segun lo descrito anteriormente, es preferible que se provea una CPU por separado como un circuito de control de tono que calcula la senal de pulso para iluminar el diodo emisor de luz blanca con un brillo especificado. La senal de pulso que se emite desde el circuito de control de tono se entrega al controlador del diodo emisor de luz blanca para conmutar de este modo el controlador. El diodo emisor de luz blanca ilumina cuando el controlador se enciende y se extingue cuando el controlador se apaga.
(Senal de trafico)
Cuando el diodo emisor de luz de la presente invencion se usa como una senal de trafico que es una clase de dispositivo visualizador, pueden obtenerse ventajas tales como iluminacion estable durante un largo periodo de tiempo y ninguna disparidad de color incluso cuando parte de los diodos emisores de luz se extinguen. La senal de trafico que emplea el diodo emisor de luz de la presente invencion tiene una configuracion tal como que los diodos emisores de luz blanca estan dispuestos sobre un sustrato sobre el que se forma un patron conductivo. Un circuito de diodos emisores de luz en el que tales diodos emisores de luz estan conectados en serie o en paralelo es manipulado como un conjunto de diodos emisores de luz. Se usan dos o mas conjuntos de los diodos emisores de luz, teniendo cada uno los diodos emisores de luz dispuestos en configuracion en espiral. Cuando todos los diodos emisores de luz estan dispuestos, se disponen sobre el area entera en configuracion circular. Despues de conectar las lmeas de energfa soldando la conexion de los diodos emisores de luz y el sustrato con fuente de alimentacion externa, ello se asegura en un chasis de senal ferroviaria. El dispositivo visualizador de LED se coloca en un chasis de molde fundido de aluminio equipado con un miembro bloqueador de luz y se sella sobre la superficie con un relleno de goma de silicio. El chasis esta dotado de una lente de color blanco sobre el plano de visualizacion del mismo. El cableado electrico del dispositivo visualizador de LED se pasa a traves de un embalaje de goma sobre el reverso del chasis, para aislar por sellado el interior del chasis del exterior, con el interior del chasis cerrado. De tal modo se forma una senal de luz blanca. Una senal de mayor fiabilidad puede formarse dividiendo los diodos emisores de luz de la presente invencion en una pluralidad de grupos y disponiendolos en una configuracion de espiral arremolinada desde un centro hacia el exterior, conectandolos a la vez en paralelo. La configuracion de arremolinamiento desde el centro hacia el exterior puede bien ser continua o bien ser intermitente. Por lo tanto, el numero deseado de los diodos emisores de luz y el numero deseado de los conjuntos de diodos emisores de luz pueden ser seleccionados segun el area de visualizacion del dispositivo visualizador de LED. Esta senal es, incluso cuando uno de los conjuntos de diodos emisores de luz o parte de los diodos emisores de luz no logra iluminar debido a algun problema, capaz de iluminar uniformemente en una configuracion circular sin desplazamiento cromatico por medio del conjunto que queda de diodos emisores de luz o de los diodos emisores de luz que quedan. Debido a que los diodos emisores de luz estan dispuestos en una configuracion espiral, pueden ser dispuestos mas densamente cerca del centro y controlados sin ninguna impresion distinta a la de las senales que emplean lamparas incandescentes.
Ejemplos
Los siguientes Ejemplos ilustran adicionalmente el componente emisor de luz usado en la presente invencion en detalle pero no han de ser interpretados para limitar el ambito de la misma.
Ejemplo 1
El Ejemplo 1 proporciona un componente emisor de luz que tiene un valor maximo de emision en 450 nm y una anchura media de 30 nm empleando un semiconductor de GaInN. El componente emisor de luz de la presente invencion se forma haciendo fluir gas TMG (trimetil galio), gas TMI (trimetil indio), gas nitrogeno y gas dopante junto con un gas portador sobre un sustrato de zafiro depurado y formando una capa semiconductora de un compuesto de nitruro de galio en un procedimiento MOCVD. Un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N y un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P se forman conmutando SiH4 y Cp2Mg (bis(ciclopentadienil)magnesio)
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como gas dopante. El elemento de LED del Ejemplo 1 tiene una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de aluminio y nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P y una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P y formada entre la capa de contacto que tiene conductividad de tipo N y la capa revestida que tiene conductividad de tipo P es una capa de activacion de InGaN no dopada de espesor de alrededor de 3 nm para hacer una estructura de pozo cuantico unico. El sustrato de zafiro tiene un semiconductor de nitruro de galio formado sobre el mismo a baja temperatura para hacer una capa amortiguadora. El semiconductor de tipo P es templado a una temperatura de 400 °C o mas despues de formar la pelfcula.
Despues de exponer las superficies de tipo P y las capas semiconductoras de tipo N mediante el grabado, se forman los electrodos n y p por rociado. Despues de trazar la oblea semiconductora que ha sido hecha segun lo descrito anteriormente, los componentes emisores de luz se forman dividiendo la oblea con fuerza externa.
El componente emisor de luz en el anterior procedimiento se monta en una copa de un conductor de montaje que esta hecho de acero revestido en plata por ligadura de troquel con resina epoxi. Luego los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interno son conectados electricamente por ligadura de cables con cables de oro de 30 |im de diametro, para formar un diodo emisor de luz de tipo conductor.
Se hace un fosforo disolviendo elementos de tierras raras, de Y, Gd y Ce en un acido en proporciones estoiquiometricas (de medicion de bases) y co-precipitando la solucion con acido oxalico. El oxido del co-precipitado obtenido calentando al fuego este material se mezcla con oxido de aluminio, para obtener de este modo el material de mezcla. La mezcla se mezclo luego con fluoruro de amonio usado como un fundente y se calento al fuego en un crisol a una temperatura de 1.400 °C en el aire durante 3 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bolas en agua, lavado, separado, secado y cernido, para obtener por ello el material deseado. El fosforo hecho segun lo descrito anteriormente es material fluorescente de itrio-aluminio-granate, representado por la formula general (Y0,8Gd0,2)3Al5Oi2:Ce, donde alrededor del 20 % del Y es sustituido por Gd y la proporcion de sustitucion del Ce es de 0,03.
80 partes del peso del material fluorescente con una composicion de (Y0,8Gd0,2)3Al5Oi2:Ce que ha sido formado en el procedimiento anterior y 100 partes del peso de resina epoxi se mezclan lo suficiente para convertirlas en una suspension. La suspension se vierte en la copa proporcionada sobre el conductor de montaje en el que se monta el componente emisor de luz. Despues de verter, la suspension se cura a 130 °C durante una hora. Asf, se forma un revestimiento con un espesor de 120 |im, que contiene el fosforo, sobre el componente emisor de luz. En el Ejemplo 1, el revestimiento se forma para contener el fosforo en una concentracion gradualmente creciente hacia el componente emisor de luz. La intensidad de irradiacion es de alrededor de 3,5 W / cm2. El componente emisor de luz y el fosforo son moldeados con resina epoxi translucida con el fin de proteccion contra la tension extnnseca, la humedad y el polvo. Un marco conductor con la capa de revestimiento de fosforo formada sobre el mismo se coloca en un molde en forma de bala y se mezcla con resina epoxi translucida y luego se cura a 150 °C durante 5 horas.
Segun observacion visual del diodo emisor de luz formado segun lo descrito anteriormente en la direccion normal al plano emisor de luz, se hallo que la parte central quedaba de color amarillento debido al color corporal del fosforo. Las mediciones del punto de cromaticidad, la temperatura del color y el mdice de representacion del color del diodo emisor de luz hecho segun lo descrito anteriormente y capaz de emitir luz blanca dieron valores de (0,302 0,280) para el punto de cromaticidad (x, y), una temperatura de color de 8.080 K y 87,5 para el mdice de representacion de color (Ra) que son aproximadas a las caractensticas de una lampara fluorescente de 3 ondas. La eficacia de emision de luz fue de 9,5 lm/W, comparable a la de una lampara incandescente. Ademas en pruebas de vida en condiciones de energizacion con una corriente de 60 mA a 25 °C, de 20 mA a 25 °C y de 20 mA a 60 °C con un 90 % de humedad relativa, no se observo ningun cambio debido al material fluorescente, lo que demuestra que el diodo emisor de luz no tuvo ninguna diferencia en su vida de servicio con respecto al diodo emisor de luz azul convencional.
Ejemplo Comparativo 1
La formacion de un diodo emisor de luz y las pruebas de vida del mismo fueron realizadas de la misma manera que en el Ejemplo 1 salvo por el cambio del fosforo de (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce a (ZnCd)S:Cu, Al. El diodo emisor de luz que habfa sido formado mostro, inmediatamente despues de la energizacion, emision de luz blanca pero con baja luminancia. En una prueba de vida, la salida disminuyo a cero en alrededor de 100 horas. El analisis de la causa del deterioro mostro que el material fluorescente estaba ennegrecido.
Se supone que este problema ha sido provocado segun la luz emitida por el componente emisor de luz y la humedad que se habfa extendido sobre el material fluorescente o que habfa entrado desde el exterior causaron fotolisis para hacer que el zinc coloidal precipitara sobre la superficie del material fluorescente, dando como resultado una superficie ennegrecida. Los resultados de las pruebas de vida en condiciones de energizacion con una corriente de 20 mA a 25 °C y de 20 mA a 60 °C con un 90 % de humedad relativa se muestran en la Fig. 13 junto con los resultados del Ejemplo 1. La luminancia se da en terminos de valor relativo con respecto al valor inicial como la referencia. Una lmea continua indica el Ejemplo 1
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y una lmea ondulada indica el Ejemplo Comparativo 1 en la Fig. 13.
Ejemplo 2
En el Ejemplo 2, un componente emisor de luz fue formado de la misma manera que en el Ejemplo 1 salvo por el aumento del contenido de In en el semiconductor de un compuesto de nitruro del componente emisor de luz para tener el valor maximo de emision en 460 nm y el aumento del contenido de Gd en el fosforo sobre el del Ejemplo 1 para tener una composicion de (Yo,6Gdo,4)3Al5O12:Ce. Las mediciones del punto de cromaticidad, la temperatura del color y el mdice de representacion de color del diodo emisor de luz, que fue hecho segun lo descrito anteriormente y capaz de emitir luz blanca, dieron valores de (0,375, 0,370) para el punto de cromaticidad (x, y), una temperatura de color de 4.400 K y 86,0 para el mdice de representacion del color (Ra). La Fig. 18A, la Fig. 18B y la Fig. 18C muestran los espectros de emision del fosforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz del Ejemplo 2, respectivamente.
Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 2 y las intensidades luminosas medias de los mismos fueron tomadas despues de iluminar durante 1.000 horas. En terminos del porcentaje del valor de intensidad luminosa antes de la prueba de vida, la intensidad luminosa media despues de la prueba de vida fue del 98,8 %, sin demostrar ninguna diferencia en la caractenstica.
Ejemplo 3
Se formaron 100 diodos emisores de luz, de la misma manera que en el Ejemplo 1 salvo por anadir Sm ademas de los elementos de tierras raras Y, Gd y Ce en el fosforo, para hacer un material fluorescente con composicion de (Y0,39Gd0,57Ce0,03Sm0,01)3Al5O-i2. Cuando se hizo que los diodos emisores de luz iluminaran a una alta temperatura de 130 °C, se obtuvo una caractenstica de temperatura media de alrededor del 8 % mejor que la del Ejemplo 1.
Ejemplo 4
El dispositivo visualizador de LED del Ejemplo 4 esta hecho de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1 que estan dispuestos en una matriz de dimensiones 16 x 16 sobre un sustrato de ceramica en que esta formado un patron de cobre segun se muestra en la Fig. 11. En el dispositivo visualizador de LED del Ejemplo 4, el sustrato en que estan dispuestos los diodos emisores de luz esta colocado en un chasis 504 que esta hecho de resina de fenol y que esta dotado con un miembro bloqueador de luz 505 que esta formado integralmente con el mismo. El chasis, los diodos emisores de luz, el sustrato y parte del miembro bloqueador de luz, salvo las puntas de los diodos emisores de luz, estan cubiertos con goma de silicio 506 coloreada de negro con un pigmento. El sustrato y los diodos emisores de luz estan soldados por medio de una maquina de soldadura automatica.
El dispositivo visualizador de LED hecho en la configuracion descrita anteriormente, una RAM que almacena temporalmente los datos de visualizacion ingresados, un circuito de control de tono que procesa los datos almacenados en la RAM para calcular senales de tono para iluminar los diodos emisores de luz con un brillo especificado y un medio de accionamiento que es conmutado por la senal de salida del circuito de control de tono para hacer que los diodos emisores de luz iluminen estan electricamente conectados para formar un dispositivo visualizador de LED. Controlando los dispositivos visualizadores de LED, se verifico que el aparato puede ser usado como un dispositivo visualizador de LED en blanco y negro.
Ejemplo 5
El diodo emisor de luz del Ejemplo 5 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1, salvo por usar fosforo representado por la formula general (Y0,2Gd0,8)3Al5O-i2:Ce. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 5 y se midieron para diversas caractensticas. La medicion del punto de cromaticidad dio valores de (0,450, 0,420) en promedio para el punto de cromaticidad (x, y) y se emitio luz de color de lampara incandescente. La Fig. 19A, la Fig. 19B y la Fig. 19C muestran los espectros de emision del fosforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz del Ejemplo 5, respectivamente. Aunque los diodos emisores de luz del Ejemplo 5 mostraron luminancia de alrededor del 40 % por debajo de la de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1, mostraron buena adaptabilidad climatica, comparable a la del Ejemplo 1 en la prueba de vida.
Ejemplo 6
El diodo emisor de luz del Ejemplo 6 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1, salvo en el uso de fosforo, representado por la formula general Y3Al5O-i2:Ge. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 6 y se midieron para diversas caractensticas. Medicion del punto de cromaticidad: se emitio luz blanca verdosa levemente amarilla en comparacion con el Ejemplo 1. El diodo emisor de luz del Ejemplo 6 mostro buena adaptabilidad climatica similar a la del Ejemplo 1 en la prueba de vida. La Fig. 20A, la Fig. 20B y la Fig. 20C muestran los espectros de emision del fosforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz del Ejemplo 6, respectivamente.
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El diodo emisor de luz del Ejemplo 7 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1 salvo por usar fosforo representado por la formula general (Y3(Alo,5Gao,5)5Oi2:Ce. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 7 y se midieron para diversas caractensticas.
Aunque los diodos emisores de luz del Ejemplo 7 mostraron una baja luminancia, emitieron luz blanca verdosa y mostraron buena adaptabilidad climatica similar a la del Ejemplo 1 en la prueba de vida. La Fig. 21A, la Fig. 21B y la Fig. 21C muestran los espectros de emision del fosforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz del Ejemplo 7, respectivamente.
Ejemplo 8
El diodo emisor de luz del Ejemplo 8 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1 salvo por usar fosforo, representado por la formula general Gd3(Alo,5Gao,5)5O12:Ce que no contiene Y. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 8 y se midieron para diversas caractensticas.
Aunque los diodos emisores de luz del Ejemplo 8 mostraron una baja luminancia, mostraron buena adaptabilidad climatica similar a la del Ejemplo 1 en la prueba de vida.
Ejemplo 9
El diodo emisor de luz del Ejemplo 9 es un dispositivo emisor de luz plana que tiene la configuracion mostrada en la Fig. 7.
Se usa un semiconductor de In0,05Ga0,95N, que tiene un valor maximo de emision en 450 nm como un componente emisor de luz. Los componentes emisores de luz se forman haciendo fluir gas TMG (trimetil galio), gas TMI (trimetil indio), gas nitrogeno y gas dopante junto con un gas portador sobre un sustrato de zafiro depurado y formando una capa semiconductora de un compuesto de nitruro de galio en procedimiento MOCVD. Una capa semiconductora de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N y una capa semiconductora de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P se forman conmutando SiH4 y CP2Mg (bis(ciclopentadienil)magnesio) como gas dopante, formando de este modo una juntura PN. Para el componente emisor de luz semiconductor, se forman una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de aluminio y nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de aluminio y nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P y una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P. Una capa de activacion de InGaN dopado con Zn que compone una juntura doble-hetero se forma entre la capa revestida que tiene conductividad de tipo N y la capa revestida que tiene conductividad de tipo P. Se proporciona una capa amortiguadora sobre el sustrato de zafiro formando una capa semiconductora de nitruro de galio a una temperatura baja. La capa semiconductora de nitruro de tipo P se templa a una temperatura de 400 °C o mas despues de formar la pelfcula.
Despues de formar las capas semiconductoras y de exponer las superficies de las capas semiconductoras de tipo P y de tipo N por grabacion, los electrodos se forman por rociado. Despues de trazar la oblea semiconductora que ha sido hecha segun lo descrito anteriormente, los componentes emisores de luz se forman como componentes emisores de luz dividiendo la oblea con fuerza externa.
El componente emisor de luz se monta sobre un conductor de montaje que tiene una copa en la punta de un marco conductor de cobre revestido en plata, por ligadura de troquel con resina epoxi. Los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interior estan electricamente conectados por ligadura de cables con cables de oro que tienen un diametro de 30 |im.
El marco conductor con el componente emisor de luz adosado sobre el mismo se coloca en un molde en forma de bala y se sella con resina epoxi translucida para el moldeado, que se cura luego a 150 °C durante 5 horas, para formar de este modo un diodo emisor de luz azul. El diodo emisor de luz azul esta conectado a una cara extrema de una placa de grna optica acrflica que esta pulida en todas las caras extremas. Sobre una superficie y cara lateral de la placa acrflica, se aplica el estampado usando titaniato de bario disperso en un adhesivo acrflico como reflector del color blanco, que se cura luego.
El fosforo de colores verde y rojo se hace disolviendo elementos de tierras raras de Y, Gd, Ce y La en acido en proporciones estoiquiometricas y co-precipitando la solucion con acido oxalico. El oxido del co-precipitado obtenido calentando al fuego este material se mezcla con oxido de aluminio y oxido de galio, para obtener por ello los respectivos materiales de mezcla. La mezcla se mezcla luego con fluoruro de amonio usado como un fundente y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura de 1.400 °C en el aire durante 3 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bolas en agua, lavado, separado, secado y cernido para obtener de este modo el material deseado.
120 partes del peso del primer material fluorescente que tiene una composicion de Y3(Al0,6Ga0,4)5O12:Ce y capaz de emitir luz verde preparado segun lo descrito anteriormente y 100 partes del peso del segundo material fluorescente que tiene una
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composicion de (Yo,4Gdo,6)3Al5Oi2:Ce y capaz de emitir luz roja preparada en un procedimiento similar al del primer material fluorescente, son mezcladas suficientemente con 100 partes en peso de resina epoxi, para formar una suspension. La suspension es aplicada uniformemente sobre una capa acrflica que tiene un espesor de 0,5 mm por medio de un multi-revestidor y secada para formar una capa de material fluorescente a usarse como un material convertidor de color que tiene un espesor de alrededor de 30 |im. La capa de material fluorescente se corta del mismo tamano que el del plano emisor de luz principal de la placa de grna optica y se dispone sobre la placa de grna optica, para formar por ello el dispositivo emisor de luz plana. Las mediciones del punto de cromaticidad y el mdice de representacion cromatica del dispositivo emisor de luz dieron valores de (0,29, 0,34) para el punto de cromaticidad (x, y) y 92,0 para el mdice de representacion cromatica (Ra) que son aproximados a las propiedades de una lampara fluorescente de 3 ondas. Se obtuvo una eficacia emisora de luz de 12 lm/W, comparable a la de una lampara incandescente. Ademas en pruebas de adaptabilidad climatica en condiciones de energizacion con una corriente de 60 mA a temperatura ambiente, de 20 mA a temperatura ambiente y de 20 mA a 60 °C con un 90 % de humedad relativa, no se observo ningun cambio debido al material fluorescente.
Ejemplo Comparativo 2
La formacion del diodo emisor de luz y las pruebas de adaptabilidad climatica del mismo fueron realizadas de la misma manera que en el Ejemplo 9 salvo por mezclar las mismas cantidades de un pigmento fluorescente organico verde (FA- 001 de Synleuch Chemisch) y de un pigmento fluorescente organico rojo (FA-005 de Synleuch Chemisch), que son derivados del perileno, en lugar del primer material fluorescente representado por la formula general Y3(Al0,6Ga0,4)5Oi2:Ce, capaz de emitir luz verde y del segundo material fluorescente representado por la formula general (Y0,4Gd0,6)Al5Oi2:Ce, capaz de emitir luz roja del Ejemplo 9. Las coordenadas de cromaticidad del diodo emisor de luz del Ejemplo Comparativo 1 asf formado fueron (x, y) = (0,34, 0,35). La prueba de adaptabilidad climatica fue realizada irradiando con luz ultravioleta generada por arco de carbon durante 200 horas, que representa la irradiacion equivalente de luz solar durante un periodo de un ano, midiendo a la vez la proporcion de retencion de luminancia y el tono de color en diversos momentos durante el periodo de prueba. En una prueba de fiabilidad, el componente emisor de luz fue energizado para emitir luz a una temperatura constante de 70 °C midiendo a la vez la luminancia y el tono de color en distintos momentos. Los resultados se muestran en la Fig. 14 y la Fig. 15, junto con el Ejemplo 9. Como quedara claro a partir de la Fig. 14 y la Fig. 15, el componente emisor de luz del Ejemplo 9 experimenta menos deterioro que el Ejemplo Comparativo 2.
Ejemplo 10
El diodo emisor de luz del Ejemplo 10 es un diodo emisor de luz de tipo conductor.
En el diodo emisor de luz del Ejemplo 10, se usa el componente emisor de luz que tiene una capa emisora de luz de In0,05Ga0,95N con un valor maximo de emision en 450 nm que se hace de la misma manera que en el Ejemplo 9. El componente emisor de luz se monta en la copa proporcionada en la punta de un conductor de montaje de cobre revestido de plata, por ligadura de troquel con resina epoxi. Los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interno fueron conectados electricamente por ligadura de cables con cables de oro.
El fosforo se forma mezclando un primer material fluorescente representado por la formula general Y3(Al0,5Ga0,5)5O12:Ce capaz de emitir luz verde y un segundo material fluorescente representado por la formula general (Y0,2Gd0,8)3Al5O12:Ce, capaz de emitir luz roja preparado de la siguiente manera. A saber, los elementos de tierras raras de Y, Gd y Ce son disueltos en acido en proporciones estoiquiometricas y se co-precipita la solucion con acido oxalico. El oxido de la co- precipitacion obtenido por calentamiento al fuego se mezcla con oxido de aluminio y oxido de galio, para obtener de este modo los respectivos materiales de mezcla. La mezcla se mezcla con fluoruro de amonio usado como un fundente y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura de 1.400 °C en el aire durante 3 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bolas en agua, lavado, separado, secado y cernido de este modo para obtener los materiales fluorescentes primero y segundo de la distribucion de partmulas especificada.
40 partes en peso del primer material fluorescente, 40 partes del peso del segundo material fluorescente y 100 partes del peso de resina epoxi son mezcladas lo suficiente como para formar una suspension. La suspension se vierte en la copa que se proporciona sobre el conductor de montaje en el que se coloca el componente emisor de luz. Luego la resina incluyendo el fosforo se cura a 130 °C durante 1 hora. Asf se forma una capa de revestimiento que incluye el fosforo en un espesor de 120 |im sobre el componente emisor de luz. La concentracion del fosforo en la capa de revestimiento se aumenta gradualmente hacia el componente emisor de luz. Ademas, el componente emisor de luz y el fosforo son sellados moldeando con resina epoxi translucida con el fin de protegerlos ante la tension extrmseca, la humedad y el polvo. Un marco conductor con la capa de revestimiento de fosforo formada sobre el mismo, se coloca en un molde en forma de bala y se mezcla con resina epoxi translucida y luego se cura a 150 °C durante 5 horas. En observacion visual del diodo emisor de luz formado segun lo descrito anteriormente en la direccion normal al plano emisor de luz, se hallo que la parte central quedo de color amarillento debido al color corporal del fosforo.
Las mediciones del punto de cromaticidad, la temperatura del color y el mdice de representacion cromatica del diodo
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emisor de luz del Ejemplo 10 que se formo segun lo descrito anteriormente, dieron valores de (0,32, 0,34) para el punto de cromaticidad (x, y), 89,0 para el mdice de representacion cromatica (Ra) y una eficacia de emision de luz de 10 lm / W. Ademas en las pruebas de adaptabilidad climatica en condiciones de energizacion con una corriente de 60 mA a temperatura ambiente, de 20 mA a temperatura ambiente y de 20 mA a 60 °C con un 90 % de humedad relativa, no se observo ningun cambio debido al fosforo, no mostrando ninguna diferencia con respecto a un diodo emisor de luz azul corriente en la caracterfstica de vida util de servicio.
Ejemplo 11
Se usa el semiconductor In0,4Ga0,6N que tiene un valor maximo de emision en 470 nm como un elemento de LED. Los componentes emisores de luz se forman haciendo fluir gas TMG (trimetil galio), gas TMI (trimetil indio), gas nitrogeno y gas dopante junto con un gas portador sobre un sustrato de zafiro depurado para formar de este modo una capa semiconductora de un compuesto de nitruro de galio en el procedimiento MOCVD. Una capa semiconductora de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N y una capa semiconductora de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P fueron formadas conmutando SiH4 y CP2Mg (bis(ciclopentadienil)magnesio) usados como el gas dopante, formando por ello una juntura PN. Para el elemento de LED, se forman una capa de contacto, que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de nitruro de galio y aluminio que tiene conductividad de tipo P y una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P. Se forma una capa de activacion de InGaN no dopado con espesor de alrededor de 3 nm entre la capa de contacto que tiene conductividad de tipo N y la capa revestida que tiene conductividad de tipo P para formar de este modo una estructura de pozo cuantico unico. Una capa amortiguadora se proporciona sobre el sustrato de zafiro formando una capa semiconductora de nitruro de galio a una temperatura baja.
Despues de formar las capas y de exponer las superficies de tipo P y las capas semiconductoras de tipo N por grabacion, los electrodos se forman por rociado. Despues de trazar la oblea semiconductora que se hace como se ha descrito anteriormente, los componentes emisores de luz se forman dividiendo la oblea con una fuerza externa.
El componente emisor de luz esta montado en una copa en la punta de un conductor de montaje de cobre revestido en plata por ligadura de troquel con resina epoxi. Los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interno estan electricamente conectados por ligadura de cables con cables de oro que tienen un diametro de 30 |im.
El marco conductor con el componente emisor de luz adosado sobre el mismo se coloca en un molde en forma de bala y se sella con resina epoxi translucida para moldeado, que se cura luego a 150 °C durante 5 horas, para formar de este modo un diodo emisor de luz azul. El diodo emisor de luz azul esta conectado a una cara extrema de una placa de grna optica acrflica que esta pulida sobre todas las caras extremas. Sobre una superficie y cara lateral de la placa acrflica, se aplica el estampado usando titaniato de bario disperso en un adhesivo acrflico como reflector de color blanco, que luego es curado.
El fosforo se forma mezclando un material fluorescente representado por la formula general (Y0,8Gd0,2)3Al5Oi2:Ce, capaz de emitir luz amarilla de una longitud de onda relativamente corta y un material fluorescente representado por la formula general (Y0,4Gd0,6)3Al5Oi2:Ce capaz de emitir luz amarilla de una longitud de onda relativamente larga preparado de la siguiente manera. A saber, los elementos de tierras raras de Y, Gd y Ce se disuelven en acido en proporciones estoiquiometricas y se co-precipita la solucion con acido oxalico. El oxido de la co-precipitacion obtenido calentandola al fuego se mezcla con oxido de aluminio, para obtener por ello el respectivo material de mezcla. La mezcla se mezcla con fluoruro de amonio usado como un fundente y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura de 140 °C en el aire durante 3 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bolas en agua, lavado, separado, secado y cernido.
100 partes en peso del material fluorescente amarillo de longitud de onda relativamente corta y 100 partes en peso del material fluorescente amarillo de longitud de onda relativamente larga que se forman segun lo descrito anteriormente se mezclan suficientemente con 1.000 partes del peso de resina acrflica y se extruden, para formar por ello una pelmula de material fluorescente a usarse como material convertidor de color de alrededor de 180 |im de espesor. La pelmula de material fluorescente se corta del mismo tamano que el plano de emision principal de la placa de grna optica y se dispone sobre la placa de grna optica, para formar por ello un dispositivo emisor de luz. Las mediciones del punto de cromaticidad y del mdice de representacion cromatica del dispositivo emisor de luz del Ejemplo 3 que se forma segun lo descrito anteriormente dieron valores de (0,33, 0,34) para el punto de cromaticidad (x, y), 88,0 para el mdice de representacion cromatica (Ra) y una eficacia de emision de luz de 10 lm / W. La Fig. 22A, la Fig. 22B y la Fig. 22C muestran espectros de emision del material fluorescente representado por (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce y de un material fluorescente representado por la formula general (Y0,4Gd0,6)3Al5O12:Ce usados en el Ejemplo 11. La Fig. 23 muestra el espectro de emision del diodo emisor de luz del Ejemplo 11. Ademas en pruebas de vida en condiciones de energizacion con una corriente de 60 mA a temperatura ambiente, de 20 mA a temperatura ambiente y de 20 mA a 60 °C con un 90 % de humedad relativa no se observo ningun cambio debido al material fluorescente.
De manera similar, la cromaticidad deseada puede mantenerse incluso cuando la longitud de onda del componente emisor de luz se cambia cambiando el contenido del material fluorescente.
Ejemplo 12
El diodo emisor de luz del Ejemplo 12 se formo de la misma manera que en el Ejemplo 1 salvo por el uso de fosforo 5 representado por la formula general Y3lnsOi2:Ce. Se hicieron 100 piezas del diodo emisor de luz del Ejemplo 12. Aunque el diodo emisor de luz del Ejemplo 12 mostro luminancia menor que la de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1, mostro buena adaptabilidad climatica comparable a la del Ejemplo 1 en una prueba de vida.
Como se ha descrito en lo que antecede, el diodo emisor de luz de la presente invencion puede emitir luz de un color deseado y esta sujeto a menor deterioro de la eficacia de emision y de la buena adaptabilidad climatica incluso cuando se 10 usa con alta luminancia durante un largo periodo de tiempo. Por lo tanto, la aplicacion del diodo emisor de luz no esta limitada a artefactos electronicos sino que puede abrir nuevas aplicaciones incluyendo visualizadores para automoviles, aviones y boyas para refugios y puertos, asf como uso en exteriores tal como senal e iluminacion para autopistas.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
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    30
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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo emisor de luz que comprende: un conductor de montaje (105)
    una pluralidad de chips (102) de diodo emisor de luz (LED) que tienen un semiconductor basado en nitruro de galio y que emiten luz visible y estan montados en dicho conductor de montaje,
    un material trasparente (101) que cubre dichos chips de LED (102) y
    un fosforo contenido en dicho material transparente (101) y que absorbe una parte de la luz emitida por dichos chips de LED y que emite luz que tiene una longitud de onda de emision principal mas larga que el pico de emision principal de dichos chips de LED (102), en el que el pico de emision principal de dichos chips de LED (102) esta dentro del intervalo de 420 nm a 475 nm,
    en el que el fosforo comprende un material fluorescente de granate activado con cerio que contiene al menos un elemento seleccionado de Y, Lu, Sc, La, Gd y Sm y al menos un elemento seleccionado de Al, Ca, e In, en el que la luz de los chips de LED y la luz del fosforo se mezclan para generar luz blanca y en el que dicho conductor de montaje comprende un material que es uno de acero, cobre, acero recubierto de cobre, estano recubierto de cobre y ceramicas metalizadas.
  2. 2. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho conductor de montaje (105) comprende una ceramica metalizada.
  3. 3. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que una conductividad termica de dicho conductor de montaje (105) no es menor de 0,04 julios/(s)(cm2)(°C/cm).
  4. 4. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho fosforo comprende un material fluorescente de itrio-aluminio-granate que contiene Y y Al.
  5. 5. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho fosforo difunde dicha luz emitida a partir de dichos chips de LED (102).
  6. 6. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dichos chips de LED (102) comprenden una capa emisora de luz de estructura de pozo cuantico unico o de pozo cuantico multiple.
  7. 7. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dichos chips de LED (102) comprenden InGaN.
  8. 8. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dichos chips de LED (102) comprenden un sustrato de zafiro.
  9. 9. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho material transparente esta seleccionado del grupo que consiste en resina epoxi, resina de urea, resina de silicona y vidrio.
  10. 10. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicho material transparente (101) contiene un dispersante.
  11. 11. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que dicho dispersante esta seleccionado del grupo que consiste en titanato de bario, oxido de titanio, oxido de aluminio y oxido de silicio.
  12. 12. El dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho material transparente (101) es un material de moldeado y contiene un agente de coloracion.
  13. 13. Una fuente de luz de fondo que comprende un dispositivo emisor de luz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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