TWI545806B - 波長轉換材料及其應用 - Google Patents

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Description

波長轉換材料及其應用

本發明係關於一種波長轉換材料,更具體而言,係關於一種具有均勻顆粒尺寸之波長轉換材料。

固態發光元件中之發光二極體元件(Light Emitting Diode;LED)具有低耗電量、低發熱量、操作壽命長、耐撞擊、體積小、反應速度快、以及可發出穩定波長的色光等良好特光電性,因此常應用於家電、儀表之指示燈及光電產品等領域。

最近發展了一些技術可以將LED所發出的光,轉換成其他顏色的光。舉例來說,可於LED上覆蓋一層螢光粉來達到此目的。螢光粉是一種光致發光的物質,它可以吸收LED所發出的第一光後發出不同於第一光之第二光。第一光與第二光互相混合後,可形成所需要的顏色。然而,不同之螢光粉顆粒尺寸會有不同的發光效率,進而影響整體LED的發光效率。

此外,以上發光二極體可進一步結合一次載體(sub-mount)而形成一發光裝置,例如燈泡。所述發光裝置包含一具有至少一電路之次載體;至少一焊料(solder)位於上述次載體上,藉由此焊料將上述發光二極體固定於次載體上並使發光二極體之基板與次載體上之電路形成電連接;以及,一電性連 接結構,以電性連接發光二極體之電極墊與次載體上之電路;其中,上述之次載體可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate),以方便發光裝置之電路規劃並提高其散熱效果。

一種波長轉換材料,包含複數個波長轉換粒子;複數個波長轉換粒子包含複數個單顆粒子以及複數個聚集型粒子;其中,90%的波長轉換粒子小於a μm;50%的波長轉換粒子小於b μm;10%的波長轉換粒子小於c μm;且

100‧‧‧發光裝置

10‧‧‧基板

12、21、31‧‧‧波長轉換材料

11‧‧‧波長轉換粒子

111‧‧‧第一型態粒子

112‧‧‧第二型態粒子

13‧‧‧發光疊層

131‧‧‧第一型半導體層

132‧‧‧活性層

133‧‧‧第二型半導體層

14、34‧‧‧第一電極

15、35‧‧‧第二電極

18‧‧‧透明膠材

19‧‧‧碗杯

30‧‧‧透明基板

40‧‧‧載體

第1圖為本發明第一實施例之一發光裝置之一剖面圖。

第2A圖為本發明之活性層之一剖面圖。

第2B-2D圖顯示不同型態之第二型態粒子示意圖。

第3A圖為本發明第二實施例之一發光裝置之一剖面圖。

第3B圖為本發明第三實施例之一發光裝置之一剖面圖。

以下實施例將伴隨著圖式說明本發明之概念,在圖式或說明中,相似或相同之部分係使用相同之標號,並且在圖式中,元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是,圖中未繪示或描述之元件,可以是熟習此技藝之人士所知之形式。

第1圖為本發明第一實施例之一發光裝置100之示意圖。

發光裝置100包含:一基板10;一發光疊層13,包含一第一型半導體層131;一活性層132形成於第一型半導體層131上且發出一具有一主波長之第一光;及一第二型半導體層133形成於活性層132上。發光裝置100更包含一第一電極14形成於第一型半導體層131上及一第二電極15形成於第二型半導體層133上。如圖式所示,本實施例中之發光裝置100為一水平式結構,但也可為一垂直式結構或其他不同形式結構的設計。發光裝置100固定於一碗杯19中,且充填一波長轉換材料12於碗杯19內。在本實施例中,波長轉換材料12位於發光疊層13上且具有複數個分散於一透明膠材18之波長轉換粒子11,以吸收第一光並發射出一第二光,第二光之主波長與第一光之主波長不同。透明膠材18可為環氧樹脂(Epoxy)或矽膠(Silicone)。

參照第2A圖,波長轉換粒子包含複數個第一型態粒子111及複數個第二型態粒子112。複數個第一型態粒子111各具有一第一顆粒尺寸(D1),於一實施例中,第一型態粒子111之第一顆粒尺寸之平均值大於5μm且小於20μm。於本實施例中,第一型態粒子111係可用肉眼或儀器所辨別出之單顆粒子,其形狀可為圓形、橢圓形、或不規則形狀。相對於第一型態粒子111,第二型態粒子112係由肉眼或儀器所辨別出為複數個粒子聚集且不可分離,其形狀可為圓形、橢圓形、或不規則形狀。在此所指”不可分離”意即利用分離方法,例如:篩分法、水流法、旋風分離法或沉降法也無法將聚集之粒子分離。複數個第二型態粒子112各具一第二顆粒尺寸(D2),於一實施例中,第二型態粒子112之第二顆粒尺寸(D2)之平均值大於5μm且小於20μm。複數個粒子黏結在一起形成第二型態粒子112時,所量測到之最大長度即定義為第二顆粒尺寸(D2)。 第2B-2C圖顯示不同型態之第二型態粒子112。90%的波長轉換粒子具有小於a μm的顆粒尺寸;50%的波長轉換粒子具有小於b μm的顆粒尺寸;10%的波長轉換粒子具有小於c μm的顆粒尺寸;其中,a、b、c符合公式:。顆粒尺寸可為第一顆粒尺寸或/及第二顆粒尺寸。詳言之,量測每一波長轉換粒子之顆粒尺寸(包含第一顆粒尺寸或/及第二顆粒尺寸),將量測值由小至大排列,從最小顆粒計算至某顆顆粒且累積超過波長轉換粒子的總數的90%時,所指某顆顆粒的顆粒尺寸值即定義為a μm;同理,從最小顆粒計算至某顆顆粒且累積超過波長轉換粒子的總數的50%時,所指某顆顆粒的顆粒尺寸值即定義為b μm;從最小顆粒計算至某顆顆粒且累積超過波長轉換粒子的總數的10%時,所指某顆顆粒的顆粒尺寸值即定義為c μm。在一實施例中,。在另一實施例中,第一型態粒子111之數量約為波長轉換粒子之70%以上。

需注意的是,發光裝置所發出之第一光經過不同尺寸的波長轉換粒子時,其發射出之第二光的發光亮度,例如光激發螢光(Photoluminescence,PL)會有所不同。尺寸越小的波長轉換粒子,其發射出之第二光的發光亮度越低;反之,尺寸大的波長轉換粒子發射出之第二光的發光亮度越高。於本實施例中,波長轉換粒子具有一第一區域及一第二區域;第一區域之發光亮度(PL1)與第二區域之發光亮度(PL2)的比值不大於10%。

第3A圖為本發明第二實施例之一發光裝置200之示意圖。第二實施例之發光裝置200與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構,除了波長轉換材料21係直接形成在發光疊層13上。第一電極14及第二電極15分別形成在第一型半導體層131及第二型半導體層133上。

第3B圖為本發明第三實施例之一發光裝置300之示意圖。第三實施例之發光裝置300與第一實施例之發光裝置100具有相似的結構。發光裝置300 為一覆晶式發光裝置。發光疊層13形成在透明基板30上,第一電極34及第二電極35分別形成在第一型半導體層131及第二型半導體層133上。第一電極34與第二電極35係利用一覆晶方式電連結於一載體40上。波長轉換材料31係直接形成於透明基板30上且覆蓋發光疊層13的側壁。

波長轉換粒子之材料係選自於Y3Al5O12、Gd3Ga5O12:Ce、(Lu、Y)3Al5O12:Ce、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、(Sr、Ca、Ba)(Al、Ga)2S4:Eu、(Ca、Sr)S:(Eu、Mn)、(Ca、Sr)S:Ce、(Sr、Ba、Ca)2Si5N8:Eu、(Ba、Sr、Ca)2SiO4:Eu、(Ca、Sr、Ba)Si2O2N2:Eu、及CdZnSe所組成之群組。

第一型半導體層可為n型半導體層且第二型半導體層可為p型半導體,第一型半導體層及第二型半導體層且包含選自於AlGaAs、AlGaInP、AlInP及InGaP所構成材料群組中的一種材料或AlInGaN、InGaN、AlGaN及GaN所構成材料群組中的一種材料;選擇性地,第一型半導體層可為p型半導體層且第二型半導體層可為n型半導體;活性層可包含選自於AlGaAs、AlInGaP、InGaP及AlInP所構成材料群組中的一種材料或AlInGaN、InGaN、AlGaN及GaN所構成材料群組中的一種材料;基板則包含選自砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、鍺(Ge)、藍寶石、玻璃、鑽石、碳化矽(SiC)、矽、氮化鎵(GaN)、及氧化鋅(ZnO)所構成材料組群中之至少一種材料或其它替代性材料取代之。

本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明,並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。

100‧‧‧發光裝置

10‧‧‧基板

11‧‧‧波長轉換粒子

12‧‧‧波長轉換材料

13‧‧‧發光疊層

131‧‧‧第一型半導體層

132‧‧‧活性層

133‧‧‧第二型半導體層

14‧‧‧第一電極

15‧‧‧第二電極

18‧‧‧透明膠材

19‧‧‧碗杯

Claims (9)

  1. 一種波長轉換材料,包含:複數個波長轉換粒子,包含複數個單顆粒子以及複數個聚集型粒子;其中,90%的該複數個波長轉換粒子小於a μm;50%的該複數個波長轉換粒子小於b μm的顆粒尺寸;10%的該複數個波長轉換粒子小於c μm的顆粒尺寸;且
  2. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換材料,其中,
  3. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換材料,其中,該複數個單顆粒子具有一大於5μm之第一平均顆粒尺寸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換材料,其中,該複數個聚集型粒子具有一大於5μm之第二平均顆粒尺寸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換材料,其中,該複數個單顆粒子之數量約為該複數個波長轉換粒子之70%以上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換材料,其中,該複數個波長轉換粒子之平均顆粒尺寸大於5μm且小於20μm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之波長轉換材料,其中,該些波長轉換粒子之材料係選自於Y3Al5O12、Gd3Ga5O12:Ce、(Lu、Y)3Al5O12:Ce、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、(Sr、Ca、Ba)(Al、Ga)2S4:Eu、(Ca、Sr)S:(Eu、Mn)、(Ca、Sr)S:Ce、(Sr、Ba、Ca)2Si5N8:Eu、(Ba、Sr、Ca)2SiO4:Eu、(Ca、Sr、Ba)Si2O2N2:Eu、及CdZnSe所組成之群組。
  8. 一種發光裝置,包含: 一發光疊層,發出一具有一第一主波長之第一光;及一波長轉換材料具有複數個波長轉換粒子且位於該發光疊層上,以吸收該第一光並發射出具有與該第一主波長不同之第二主波長的第二光;其中,該複數個波長轉換粒子包含複數個單顆粒子以及聚集型粒子;及其中,90%的該複數個波長轉換粒子小於a μm的顆粒尺寸;50%的該複數個波長轉換粒子小於b μm的顆粒尺寸;10%的該複數個波長轉換粒子小於c μm的顆粒尺寸,且
  9. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置,其中,該些波長轉換粒子係分散於一膠體內。
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