磷光体转换的发光器件的利记博彩app

专利名称：磷光体转换的发光器件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及磷光体转换的半导体发光器件。
背景技术：
包括发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔 激光二极管(VCSEL)和边缘发光激光器的半导体发光器件属于当前可 用的最高效的光源。当前在制造能够以可见光谱工作的高亮度发光器件 中感兴趣的材料体系包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的两 元、三元和四元合金，也称为III氮化物材料。典型地，通过借助金属 有机化学汽相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其他外延技术 在蓝宝石、碳化硅、m氮化物或其他合适的衬底上外延生长不同成分和 掺杂浓度的半导体层堆叠来构成III氮化物发光器件。所述堆叠常常包 括一个或多个形成于所述衬底上的掺杂有例如Si的n型层、一个或多个 形成于一个或多个n型层上的处于有源区域的发光层以及一个或多个形 成于所述有源区域上的掺杂有例如Mg的p型层。在n和p型区域上形 成电接触。
因为由当前通过商业途径可获得的III氮化物器件发射的光一般处 于可见光谱的较短波长端，所以可以容易地将由III氮化物器件产生的 光转换成产生具有更长波长的光。本领域中众所周知的是，利用称为发 光/荧光的过程可以将具有第一峰值波长的光("初级光，，)转换成具有 更长峰值波长的光("次级光，，)。所述发荧光的过程涉及通过例如磷 光体的波长转换材料吸收初级光，以及激发磷光体材料发射次级光的发 光中心。所述次级光的峰值波长将取决于磷光体材料。可以选择磷光体 材料的类型来产生具有特定峰值波长的次级光。
在普通的应用中，选择发光器件和磷光体材料，使得组合的初级和 次级光呈现白色。在常规的白光磷光体转换的LED中，将发射蓝光的 III氮化物管芯与例如Y3Al50u:CeS+的发射黄光的磷光体组合。因为组合 的光在可见光光谱的红色区域中是缺乏的，所以白光器件一般具有不希 望的显色性质。
美国专利6351069描述了一种包括两个磷光体的磷光体转换的 LED,其中第一磷光体发射黄光，第二磷光体发射红光。

发明内容
根据本发明的实施例，磷光体转换的发光器件包括半导体结构，该 半导体结构包括放置在n型区域和p型区域之间的发光层，该发光层 配置成发射具有第一峰值波长的光；配置成发射具有笫二峰值波长的光 的第一磷光体；配置成发射具有第三峰值波长的光的第二磷光体。所述 第二磷光体是Eu"激活的磷光体，配置成使得在298K和1.013bar下的 激发光谱中，460nm和470nm之间的波长范围中的最大强度至少是 220nm和320nm之间的波长范围中的最大强度的5%。


图1示出了对大于300nm的波长具有弱吸收的Y203:Eu材料的激发光谱。
图2示出了图1材料的发射光谱。
图3示出了根据本发明实施例的包括Eu的材料的第一实例的激发光谱。
图4示出了图3材料的发射光谱。
图5示出了根据本发明实施例的包括Eu的材料的第二实例的激发光谱。
图6示出了图5材料的发射光谱。
图7示出了根据本发明实施例的包括Eu的材料的第三实例的激发光语。
图8示出了图7材料的发射光镨。
图9示出了根据本发明实施例的包括Eu的材料的第四实例的激发光语。
图10示出了图9材料的发射光谱。
图11和12示出了根据本发明实施例的器件的发射光谱。
图13图示了包括LED、发光陶瓷和放置在透明层中的磷光体的器件。
图14图示了包括LED和两个发光陶瓷的器件。
图15图示了包括LED、保角(conformal)磷光体层和放置在透明 层中的磷光体的器件。
图16是封装的发光器件的分解视图。
具体实施例方式
不希望的是，Eu"激活的发红色的磷光体不稳定，这是因为Eu"倾 向于氧化或与存在于发光器件中的其他成分反应。Eu、敫活的发红色的 磷光体的另 一 个缺点在于它们的发射带较宽，这导致较低的流明当量。
与Eu"激活的磷光体相比，Eu"激活的发红色的磷光体在它们的寿 命期间通常更加稳定，但是Eu"激活的磷光体通常只在很短的波长 UV-C和VUV光谱范围中进行强烈的吸收，而对较长的波长，特别对可
光体转换P的发光器件中的应用，因;用在这样的器件中的高效高亮度 LED的发射波长通常在高于350nm的近UV-A光谦范围内或者在蓝色光 语范围内，是比这样的Eu"激活的磷光体在其中强烈吸收的波长范围长 得多的波长。
根据本发明的实施例，磷光体转换的发光器件包括具有激发光谱、 适合与发射蓝色的LED —起使用的Eu"激活的发红色的磷光体。在一 些实施例中，在298K和1.013bar下的Eu,敫活的;粦光体材料的激发光 谱中，460nm和470nm之间的波长范围中的最大强度至少是220nm和 320nm之间的波长范围中的最大强度的5%。如这里使用的，在吸收镨 中，术语"强度"是指被吸收的光量(相当于吸收力度)。
在一些实施例中，在Eu"激活的红色磷光体中，该磷光体中至少 90%,更优选地至少95%,以及更加优选地至少98%的Eu原子是Eu3+ 的形式。与Ei^+材料相比，Eu"材料的光谱(吸收和发射)性质在时间 上更加稳定，因为E,不像Eu"那样容易氧化。因此，Eu"原子越少， 磷光体材料的寿命性能就越良好。
由于Eu3+激活的磷光体材料在上面确定的蓝色光谱范围中吸收能
取决于该转换元件在初级P光传播^向上的厚度。为了获得;目等的吸收力 度，根据本发明实施例的更有效的光转换材料(材料自身的较高的吸收
力度)可以使较薄的磷光体材料能够用于更紧凑的器件，和/或可以降低 次级光重复吸收和之后无辐射跃迁的风险，由于更薄的转换元件，导致
了所述发光器件效率的增加。蓝色吸收能力的增强同时也增强了 350nm 和420nm之间近UV-A范围中的吸收能力。因此，在本发明的实施例中， 也可以将在UV-A光镨范围内发射的LED与根据本发明实施例的磷光体 材料组合。
在一些实施例中，在298K和1.013bar下的Eu"激活的磷光体材料 的发射光谱中，680nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积至少是 570nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积的15%。由于对于某些适 合100-200流明/瓦特效率的应用，这样的器件表现出深红色的发射特性。 由于红色磷光体的稳定性，这样的器件也可以表现出改善的色点稳定 性。如这里使用的，术语"峰值面积"是指规定波长范围内光的积分量。
在本发明的实施例中，Ei^+激活的磷光体材料中Eu的原子掺杂水 平(单位是主晶格三价阳离子的原子百分比)达到20% (包括20%)。 更高的Eu3+浓度可以导致吸收的能量到表面和缺陷点的显著的能量转 移，并因此导致Ei^+发光的淬灭， 一 种称为浓度淬灭(concentration quenching )的J见象。
在本发明的实施例中，Eu"激活的磷光体材料还包括从包括Bi, In，, Tl， Sb或它们的混合物的组中选出的共掺杂物M。这些附加的掺杂物是 具有大量d轨道上的电子的元素，这增大了电子的密度以增强主晶格内 Eu"的吸收能力。在本发明的实施例中，Eu"激活的材料中M的原子掺 杂浓度(单位是原子百分比)达到20%。更高的M、农度可以导致吸收 的能量到表面和缺陷点的显著能量转移，并因此导致激活体发光的淬 灭。
在本发明的实施例中，Eu"激活的材料中Eu (单位是原子百分比) 与M (单位是原子百分比)的比率是0.1:1到10:1。如果存在不止一种 共掺杂物，那么在上面的比率Eu:M中，M可以代表所有共掺杂物的总
和o
在本发明的实施例中，Ei^+激活的磷光体材料从氧化物、面氧化物、 石榴石、钒酸盐、鵠酸盐、硼酸盐、硅酸盐、锗酸盐或它们的混合物的 组中选出。这些材料在主晶格内的氧阴离子点处提供高的电子密度，导 致Eu"吸收性质的改善。
根据本发明的实施例，Eu"激活的磷光体材料从 (Gd.x—zLux)203:Euz,(Y-x.y.zGdxLuy)3Al50i2:Euz，Ba2(Y-x.y隱zGdxLuy)2Si403:Euz, Ba2(YLx-y.zGdxLuy)2Ge40!3:Euz,(YLx.y.zGdxLuy)V04:Euz,(YLx陽y.zGdxLuy)OF:Euz ,(Ylx.y.zGdxLiiy)OCl:Euz,Ba(Y!.x.y.zGdxLuy)B90i6:Euz,Ba3(Yi.x.y.zGdxLuy)(B03) 3:Euz,(Y.x.y.zGdxLuy)2Si05:Euz,(Ca卜aSra)3(Y.w_x.y—zLuwGaxIny)2Ge3012:Euz(a,w, x,y二0.0-1.0,z-0.0-0.2)，(Cai-aSra)3(Y!.w—x.y.zLuvGawInx)2Ge3Oi2:EuyBiz(a,v,w,x= 0.0-1.0，y,z^.0國0.2),LaOM:Eu(其中M=(Br,Cl,I))， Na9[(Y-x-y-zLuxGdy)Wo036]:Euz,(Y—LuxGdy)[P(Mo3。o)4]:Euz (x,y二0.0-1.0,z^.0-0.2)及其混合物的组中选出。这里，Eu"被具有高的负 电荷密度的离子围绕，导致近UV-A和蓝色光谱范围中吸收性质的增强。
根据本发明的发光器件可以广泛地用于各种系统和/或应用中，所述 系统和/或应用包括下面的一个或多个办公室照明系统，家庭应用系统， 商店照明系统，家庭照明系统，重点照明系统，点照明系统，剧场照明 系统，光纤应用系统，投影系统，自点亮(self-lit)显示器系统，像素 化显示系统，分段显示系统，警告标志系统，医学照明应用系统，指示 器标志系统，装饰照明系统，便携式系统，汽车应用以及绿色家居照明 系统。
来使用的元件在它们的大小、形状、材料选择和技术构思方面没有任何 特殊例外，因而可以不受限制地应用相关领域中已知的选才奪标准。
图1和2示出了 Eu掺杂水平为5%的Y203:Eu材料的激发和发射光 谱。尽管在UV-C和VUV光i普范围中Eu"磷光体的吸收强，但是在300nm 左右电荷转移状态的低能量边缘以下所述吸收却^f艮弱。对大于300nm的 波长的弱吸收阻止了具有如图1和图2所示光谱的Eu"磷光体在磷光体 转换的发光二极管中的应用，因为高效的高亮度LED的最小发射波长一 般至少为370nm,这在Y203:Eu磷光体材料的强吸收波长范围之外。在 395nm (7F0-5D3)和465nm (7F0-5D2)左右的吸收线是自旋禁戒(spin forbidden)的4f-4f跃迁，并因此是^f艮弱的吸收线。
由于395nm ( 7Fo-5D3)和465nm ( 7F(r5D2 )左右处所述弱吸收线的 增强，根据本发明实施例的红色线发射Eu"磷光体具有对UV-A辐射和 /或蓝色辐射相对较强的吸收。这通过使用具有高共价性的晶格或通过用 具有[Ar]3d1G、 [Kr]4d1Q或[Xe]4f"5d1。电子结构的离子共掺杂主晶格来实
现。通过应用共价晶格或电子充足的共掺杂物，Eu"的4f-4f跃迁的自旋
禁戒特性在一定程度上有所放宽，这导致了这些跃迁的吸收力度的增 强。改善的吸收性质使这些材料能够作为颜色转换器有效地用于当前技
术水平的发射波长处于UV-A和/或蓝色光谱范围中的有机或无机发光 二极管。
根据本发明用于吸收增强的包括Eu的合适磷光体材料是诸如 (Gd.xLux)203:Eu，(Yi國x.yGdxLuy)3Al50!2:Eu,Ba2(Y.x國yGdxLuy)2Si40!3:Eu, Ba2(Y].x.yGdxLuy)2Ge40i3:Eu,(Y!.x.yGdxLuy)V04:Eu,(Y!-x—yGdxLuy)OF:Euz,(Y!一x .yGdxLuy)OCl:Eu，Ba(Y!.x.yGdxLuy)B9Ch6:Eu,Ba3(Y!-x.yGdxLuy)(B03)3:Eu,(YLx.y GdxLuy)2SiO5:Eu,(Cai.aSra)3(Yi_w.x.y.zLuwGaxIny)2Ge3Oi2:Euz(a,w,x,y=0.0-l .O,z. :0.0-0.2),(Ca]陽aSra)3(YLw.x.y—zLuvGawInx)2Ge3O12:EuyBiz(a,v,w，x=0.0-1.0,y,z=0 .0-0.2),LaOM:Eu(其中M气Br,Cl,I))及其混合物之类的高共价晶格。这里， Eu"被具有高的负电荷密度的离子围绕。合适的Eu掺杂水平为原子百 分比达到20%。在这些材料之中，Eu"展现出与主晶格强烈的共价反应， 相比原子跃迁概率，影响了自旋禁戒跃迁的跃迁概率。
可以通过用其他诸如B产、In3+、 丁13+或Sb"或其混合物之类的带三 个正电荷的离子共掺杂主晶格来更进一步加强Eu"与主晶格的共价反 应。例如，合适的In"掺杂水平为原子百分比达到10%。根据本发明的 另一个实施例，包括Eu的磷光体材料中M的原子掺杂水平达到5%。 根据本发明另一个实施例，包括Eu的磷光体材料中M的原子掺杂水平 达到1%。
根据本发明的实施例，包括Eu的磷光体材料中Eu与M的原子百 分比比率介于0.5:1和5:1之间。根据本发明的实施例，包括Eu的磷光 体材料中Eu与M的原子百分比比率为1:1到3:1。当存在不止一种共掺 杂物M时，上面比率中的M项代表所有共掺杂物的总和。
吸收的激发能量通常由具有更长波长的次级辐射释放。在辐射释放 (从受激发到基态的电子跃迁)之前，受激发的D级无辐射地驰豫到受 激发的D基态SD。。根据跃迁规则，跃迁到乍2态是允许的，而跃迁到 卞4态导致深红色发射是自旋禁戒的。为了增加光效率和显色指数，优选 具有700nm左右波长的深红色发射。根据本发明的包括Eu"的磷光体材 料的高电子密度也影响了发射性质，其中相比允许的跃迁5DQ—7F2,加 强了自旋禁戒跃迁5D。—7F4。
下面的实例表示了根据本发明实施例的包括El^+的磷光体材料改
善的吸收和发射性质。为了更好地与图1和2所示磷光体进行比较，下 面所有的实例都包含相同的Eu掺杂水平即Eu"的原子百分比为5%。 Eu"的存在由材料的制备来预先确定。本领域技术人员已知必须选择哪 种原料以制备主要包括Eu"的材料。 实例I
图3和4示出了 LaOCl:Eu的激发和发射谱。在图3中，460nm和 470nm之间的波长范围中的最大强度大约是220nm和320nm之间的波 长范围中的最大强度的21%。在图4中，680nm和720nm之间的波长范 围中的峰值面积是570nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积的 22%。 实例II
图5和6示出了 Sr3In2Ge3012:Eu的激发和发射谱。在图5中，460nm 和470nm之间的波长范围中的最大强度大约是220nm和320nm之间的 波长范围中的最大强度的25%。在图6中，680nm和720nm之间的波长 范围中的峰值面积是570nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积的 25%。 实例III
图7和8示出了 Y2Si05:Eu的激发和发射i普。在图7中，460nm和 470nm之间的波长范围中的最大强度大约是220nm和320nm之间的波 长范围中的最大强度的11%。在图8中，680nm和720nm之间的波长范 围中的峰值面积是570nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积的 21%。 实例IV
图9和IO示出了 Ca3Ga2Ge30u:Eu的激发和发射谱。在图9中，460nm 和470nm之间的波长范围中的最大强度大约是220nm和320nm之间的 波长范围中的最大强度的11%。在图10中，680nm和720nm之间的波 长范围中的峰值面积是570nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积 的27%。
根据本发明的实施例，在298K和1.013bar下包括Eu的磷光体材料 的激发光谱中，460nm和470nm之间的波长范围中的最大强度至少是 220nm和320nm之间的波长范围中的最大强度的10%,如上面的实例
m和iv所示。
根据本发明另 一个实施例，在298K和1.013bar下包括Eu的磷光体 材料的激发光谱中，460nm和470nm之间的波长范围中的最大强度至少 是220nm和320nm之间的波长范围中的最大强度的15%。
根据本发明的实施例，在298K和1.013bar下包括Eu的磷光体材料 的激发光谱中，460nm和470nm之间的波长范围中的最大强度至少是 220nm和320nm之间的波长范围中的最大强度的20%,如上面的实例I 和II所示。
根据本发明的实施例，在298K和1.013bar下包括Eu的磷光体材料 的发射光谱中，680nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积至少是 570nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积的20%,如上面的实例I, II， III， IV所示。其他包括Eu的磷光体材料可以展现出不同的峰值面
积比率。
实例V : 图11示出了根据本发明实施例的LED的发射光谱。如下制造LED: 20%的(Y,Gd)3Al50u:Ce和80%的Y2Si05:Eu组成的粉末混合物悬浮在流 体硅树脂前驱体化合物中。这个硅树脂前驱体的滴剂置于发射465nm波长 的光的LED管芯上，然后使硅树脂聚合。然后用塑料透镜将该LED密封。 图ll表明，得到的LED表现出3000KTc值的良好光学特性。 实例VI
图12示出了根据本发明实施例的LED的发射光谱。如下制造LED: 20%的(Y,Gd) 3Al5012:Ce和80%的LaOCl:Eu组成的粉末混合物悬浮在流 体硅树脂前驱体化合物中。这个硅树脂前驱体的滴剂置于发射465nm波长 的光的LED管芯上，然后使硅树脂聚合。然后用塑料透镜将该LED密封。 图12表明，得到的LED表现出3100KTc值的良好光学特性。
在其他的实施例中，可以选择不同于原子百分比为5Q/o的Eu掺杂水 平，以便例如使转换元件的大小或转换元件的光谱性质适应于希望的应 用。
上面详述的实施例中的元件和特征的特定组合仅仅是示例性的；用 其他的教导互换和替代这些教导也是明显可以预期的。如本领域技术人 员认识到的，本领域技术人员在不背离要求保护的本发明的精神和范围 的情况下可以对这里所描述的内容进行变型、修改以及其他实施。因此，
前面的描述仅仅是作为示例的方式，并不旨在进行限制。本发明的范围 由权利要求及其等效物来限定。此外，本说明书和权利要求中使用的附 图标记并没有限制要求保护的本发明的范围。
材料和方法
用内部植入的荧光分光计系统来测量根据本发明的包括Eu的材料 的光谱。这个荧光分光计系统的光源是空气流冷却外壳内的150W Xe 灯。该灯的输出聚焦在焦距为0.5m的激发单色器(Bentham)的入射狭 缝上。通过若干反射镜将来自激发单色器的出射狭缝的逸出光馈送到样 品腔内并聚焦在受测试的样品材料上。当测试下的样品水平取向时，激 发的光轴和发射分支垂直地并几乎平行地取向。这种几何取向保证了不 同样品可靠和定量的比较测量。所述样品腔通过反射镜系统光学耦合到 发射单色器(Bentham,焦距0.5m)上。用安装至所述发射单色器出射 狭缝的热电冷却的光电倍增管(PMT)单元进行发射光的检测。该系统 完全由计算机通过基于DOS的内部开发的软件程序来控制。
测试下的样品成形为2mm厚的粉末层，激发光束的点大小约为 2dmm2。激发和发射分支的光镨分辨率的数量级为l-2nm。选择lnm的 步长来确定激发和发射谱。
上面描述的Eu"激活的红色发射磷光体特别有望用在配置成发射 白光的磷光体转换的LED中。在这样的器件中，发蓝色的LED可以与 发黄色或绿色的磷光体和发红色的Eu"激活的磷光体组合；或者，发 UV的LED可以与发蓝色的磷光体、发黄色或绿色的磷光体以及发红色 的Eu"激活的磷光体组合。
合适的发黄色或绿色的磷光体包括铝石榴石磷光体，它们的通式 为(Lu-x.y—a-bYxGdy)3(Al.zGaz) 5012:CeaPrb，其中0<x<l, 0<y<l, (Kz^O.l, 0<a^0.2和(Kb^0.1,例如Lu3Al5012:Ce3^。 Y3Al5012:Ce3+; SrSi2N202:Eu2+; 包括例如SrGa2S4:Eu21々(Sr1—u.v-xMguCavBax)( Ga2-y-zAlyInzS4) :Eu2+;以及 Sri-xBaxSi04:Eu2+。合适的发蓝色的磷光体包括例如MgSrSi04。
点。首先，因为Eu"激活的红色磷光体的激发光谱通常限制于可见光谱 中的锐线(即窄的波长范围)，如图3， 5, 7和9所示，所以Eu"激活
娃，.
果，EuS+激活的红色磷光体不需要与发黄色或绿色的磷光体分开，允许 了实施包括Ei^+激活的红色磷光体的白光磷光体转换的LED中极好的 灵活性。其次，来自红色磷光体的线发射(即窄波长范围)可以提高包 括Eu"激活的红色磷光体的器件中白光的显色性质，如图4, 6, 8和10 所示。例如，在一些实施例中，发射自这样的器件的复合光可以具有2800 和3300K之间的相关色温(CCT),显色指数Ra介于80和87之间。
图13是包括与上述形成为发光陶资的发黄色或绿色的磷光体和如 上所述Eu"激活的红色磷光体组合的发蓝色的LED的器件一部分的横 截面视图。在图13所示的器件中，包括至少一个放置在n型区域和p 型区域之间的发光层20的III氮化物半导体结构18生长在生长衬底(未 示出)上。半导体结构18的部分可以被蚀刻成暴露每个传导类型的区 域，以便p和n触点可以形成在器件的相同侧，并且该器件可^皮安装成 倒装片。
半导体结构18通过金属互连器14和16连接至底座(mount)12,底 座12可以例如是陶瓷的或基于Si的，金属互连器14和16将该底座连 接至半导体结构18上的p和n触点(未示出)。所述生长衬底可以译 持为器件的一部分(放置在半导体结构18和发光陶瓷22之间)或可以 从所述半导体结构处移除。p和n触点中的一个或两个可以反射发光层 20产生的光，以便逸出半导体结构的大多数光朝图13所示的方向通过 半导体结构18的顶表面逸出。
以发光陶瓷22为形式的发黄色或绿色的磷光体放置在半导体结构 18的顶表面上。在美国专利申请公布文本2005-0269582中更加详细地 描述了发光陶瓷，该公布文本通过引用手段并入本文。可以如下制造合 适的Y3Al5012:Ce3、V^;:将40g Y203 ( 99.998% ) 、 32g A1203 ( 99.999% ) 和3.44gCe02在辊台上用异丙醇中的1.5kg高纯度氧化铝球(直径2mm ) 碾磨12小时。接着在CO环境下以1300。C煅烧干燥的前驱体粉末两小 时。然后在乙醇环境下用行星式球磨机(玛瑙球)解聚获得的YAG粉 末。接着粉浆浇铸(slip cast)陶瓷浆以在干燥之后获得陶瓷的绿色主体。 然后以1700。C在石墨板之间烧结所述绿色主体两小时。
可以通过例如直接晶片键合或通过诸如有机材料、 一种或多种高折 射率无机材料或溶胶-凝胶玻璃之类的粘合剂来将发光陶瓷22附着在半 导体结构18上，所述有机材料例如环氧树脂、丙烯酸或硅树脂。
高折射率材料的实例包括高折射率光学玻璃，例如Schott玻璃 SF59、 Schott玻璃LaSF3、 Schott玻璃LaSFNl8及其混合物。这些玻璃 可以从Duryea, Pa的肖特玻璃技术公司(Schott Glass Technologies Incorporated )得到。其他高折射率材料的实例包括例如(Ge,Sb,Ga)(S,Se) 硫属玻璃的高折射率疏系玻璃；包括但不限于GaP、 InGaP、 GaAs和GaN 的III-V半导体；包括但不限于ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdS、 CdSe和CdTe 的II-VI半导体；包括但不限于Si和Ge的IV族半导体和化合物；有机 半导体；包括但不限于氧化鸽、氧化钛、氧化镍、氧化锆，氧化铟锡和 氧化铬的金属氧化物；包括但不限于氟化镁、氟化钙的金属氟化物；包 括但不限于Zn、 In、 Mg和Sn的金属；钇铝石榴石(YAG);磷化物； 砷化物；锑化物；氮化物；高折射率有机化合物；及其混合物或合金。 在美国专利7053419中更加详细地描述了采用高折射率无机材;阡的胶 合，美国专利7053419通过引用手段并入本文。
在美国专利6642618中更加详细地描述了溶胶-凝胶玻璃，美国专利 6642618通过引用手段并入本文。在通过溶胶-凝胶玻璃将发光陶瓷附着 于半导体结构或生长衬底的实施例中，诸如钛、铈、铅、镓、铋、镉、
锌、钡或铝的氧化物之类的一种或多种材料可以包括在Si02溶胶-凝胶
玻璃中以增大该玻璃的折射率，以便更加紧密地将该玻璃的折射率与发
光陶瓷和半导体结构表面的折射率进行匹配，所述发光陶瓷附着在所逸 半导体结构表面上。
例如，为了增多的光提取，所迷发光陶瓷可以织构(textured)或浇 铸、碾磨、积4戒加工、热印(hot stamped),或抛光成期望的形状。例 如，发光陶瓷可以成形为例如圆顶透镜或菲涅耳透镜的透镜，可以用例 如形成在陶资中的周期性孔洞晶格的光子晶体结构粗糙化或织构化。成 形的陶瓷层可以小于、等于或大于其所附着的表面。
支撑半导体结构18和发光陶瓷22的底座12可以定位在反射杯10 中，然后第二磷光体层24放置在发光陶瓷之上。第二磷光体层24可以 包括放置在诸如树脂、硅树脂或环氧树脂之类的透明键合体材料26中 的一种或多种红色磷光体的微粒28,所述红色磷光体包括至少一种如上 所述的Eu"激活的发射红色的磷光体。
图14是包括与发黄色或绿色的磷光体和Eu"激活的发红色的磷光 体组合的发蓝色的LED的器件一部分的横截面视图，所述发黄色或绿色
的磷光体和Ell"激活的发红色的磷光体形成为分离的发光陶乾层。如图
13中所示，包括配置成发射蓝光的发光区域的m氮化物半导体结构安
装在底座12上。以发光陶瓷22为形式的发射黄色或绿色的磷光体放置 在半导体结构18的顶表面上。以发光陶资30为形式的Eu"激活的发红 色的磷光体》文置在发光陶覺22的顶表面之上。如上所迷，可以通过例 如直接晶片键合或通过诸如有机材料、 一种或多种高折射率无机材料或 溶胶-凝胶玻璃之类的粘合剂来将发光陶乾30和22相互连接，所述有机 材料例如环氧树脂、丙烯酸或^5圭树脂。发光陶资30和22相对于半导伴 结构18的位置可以反过来。发光陶资30和22每一个都可以具有100pm 和300inm之间的厚度。
通过加热粉末磷光体材料直到粉末微粒的表面开始在微粒的接触 点处形成强的键合或颈状物，可以将Eu"激活的红色磷光体形成为发光 陶瓷。进行烧结的温度和压强可能取决于使用的特定磷光体材料。在烧 结期间，部分连接的微粒形成坚硬凝聚物，该坚硬凝聚物通过进一步的 颈部成长进一步减少其孔隙率。颗粒边界被形成并移动，使得一些颗粒 以其他颗粒为代价进行生长。当小孔通道连接(打开的孔隙)时，烧结 过程连续进行，直到所述小孔被隔离(关闭的孔隙)。在烧结的最后阶 段，所述小孔变为关闭，并^l沿着颗粒边界緩慢消除，直到达到期望的 稠化度。
图15是包括与形成为保角层的发黄色或绿色的磷光体和Eu"激活 的发红色的磷光体组合的发蓝色的LED的器件一部分的横截面视图。我 图15所示的器件中，发黄色或绿色的磷光体在生长衬底34的顶部上以 及在生长衬底34和半导体结构18的侧面上形成为保角层32。保角磷光 体层32可以如美国专利6650044所述通过例如钢印来形成，或者如美 国专利6576488所述通过电泳沉积来形成。美国专利6650044和美国专 利6576488都通过引用手段并入本文。如图13中所示，磷光体层24形 成在保角磷光体层32之上，所述磷光体层24包括一种或多种红色磷光 体的微粒28,包括至少一种如上所述的Eu"激活的发红色的磷光体，被 置于诸如树脂、硅树脂或环氧树脂之类的透明键合体材料26中。
图16是如美国专利6274924中更加详细地描述的封装的发光器件 的分解视图。散热金属小块(slug) 100放置在插入浇铸引线框架中。 该插入浇铸引线框架例如是围绕提供电气路径的金属框架106浇铸的充
填的塑料材库+ 105。金属小块100可以包括可选的反射杯102。发光器 件管芯104通过热传导底座103直接或间接安装至金属小块100,发光 器件管芯104可以是上面的实施例中所述器件的任意一种。可以增加可 以是光学透镜的覆盖物108。
在本发明的实施例中，可以选摔包括在白光器件中的LED和磷光 体，以便例如当该器件作为RGB显示器的背光源时，通过优选的滤色 片组来实现期望的色域。
详细描述了本发明，本领域技术人员将理解，有了当前这个公开的 披露，在不背离本文描述的发明构思的精神的情况下，可以对本发明做 出修改。因此，意图不在于将本发明的范围限制于图示的和描述的特定 实施例。
权利要求
1.一种器件，包括半导体结构，该半导体结构包括放置在n型区域和p型区域之间的发光层，该发光层配置成发射具有第一峰值波长的光；第一磷光体，该第一磷光体放置在所述发光层发射的光的路径上，该第一磷光体配置成发射具有第二峰值波长的光；以及第二磷光体，该第二磷光体放置在所述发光层发射的光的路径上，该第二磷光体配置成发射具有第三峰值波长的光，其中所述第二磷光体包括Eu3+；以及在298K和1. 013bar下第二磷光体的激发光谱中，460nm和470nm之间的波长范围中的最大强度至少是220nm和320nm之间的波长范围中的最大强度的5％。
2. 权利要求l的器件，其中所述半导体结构包括in氮化物结构。
3. 权利要求1的器件，其中 所述第 一峰值波长是蓝色； 所述第二峰值波长是黄色或绿色；以及 所述第三峰值波长是红色。
4. 权利要求l的器件，其中第三峰值波长长于第二峰值波长。
5. 权利要求1的器件，其中所述第一磷光体形成在所述半导体结构 之上，第二磷光体形成在第一磷光体之上。
6. 权利要求l的器件，其中所述第一磷光体放置在陶瓷部件中。
7. 权利要求6的器件，其中所述第二磷光体包括多个放置在透明材 料中的微粒，所述透明材料放置在所述陶覺部件之上。
8. 权利要求6的器件，其中 所述陶瓷部件是第一陶瓷部件；以及 第二磷光体放置在笫二陶瓷部件中。
9. 权利要求8的器件，其中所述第二陶资部件放置在所述第一陶瓷部件之上；以及 第 一和第二陶资部件通过粘合剂连接。
10. 权利要求1的器件，其中第一磷光体是放置在所述半导体结构 的顶表面和侧表面之上的保角层。
11. 权利要求IO的器件，其中所述第二磷光体包括多个放置在透明 材料中的微粒，所述透明材料放置在所述保角层之上。
12. 权利要求1的器件，其中第一磷光体是(Lu!.x-y-a-bYxGdy)3(Ah-zGaz) 5012:CeaPrb,其中0〈x〈1, 0<y<l, 0<z^0.1, 0<a^0.2和0<b^0.1; Lu3Al5012:Ce3+; Y3Al50i2:Ce3+; SrSi2N202:Eu2+;(Sr-u.v.xMguCavBax)(Ga2—y.zAlyInzS4):Eu2+; SrGa2S4:Eu21p SrLxBaxSiO^Eu" 之一。
13. 权利要求1的，其中在298K和1.013bar下的第二磷光体的发 射光谱中，680nm和720nm之间的波长范围中的峰值面积至少是570nm 和720nm之间的波长范围中的峰值面积的15%。
14. 权利要求1的器件，其中第二磷光体材料中Eu的原子掺杂水平 小于或等于20%。
15. 权利要求1的器件，其中第二磷光体还包括共掺杂物，该共掺 杂物包括Bi， In, Tl, Sb及其混合物之一。
16. 权利要求15的器件，其中第二磷光体材料中Eu:共掺杂物的尿 子百分比的比率介于0.1:1和10:1之间。
17. 权利要求1的器件，其中第二磷光体从包括氧化物、卤氧化物、 石榴石、钒酸盐、镇酸盐、硼酸盐、硅酸盐、锗酸盐及其混合物的组中 选出。
18. 权利要求l的器件，其中第二磷光体从包括(Gd!—x.zLux)203:Euz,(Ylx予zGdxLuy)3Al50u:Euz，Ba2(Y.x.y陽zGdxLuy)2Si4Ch3:Euz, Ba2(YLx.y.zGdxLuy)2Ge40n:Euz,(YLx.y.zGdxLuy)V04:Euz,(Y"x.y.zGdxLuy)OF:Euz ，(Y卜"—zGdxLuy)OCl:Euz,Ba(Y卜x國y.zGdxLuy)B9Ch6:Euz,Ba3(YLx.y國zGdxLuy)(B03) 3:Euz,(Yi-x-y-zGdxLuy)2Si05:Euz,(Ca卜aSra)3(Y!國w陽x-y.zLuwGaxIriy)2Ge3Ch2:Euz(a，w, x,y=0. 0誦1. 0，z=0.0-0.2),(Ca卜aSi"a)3( Y！ .w.x.y—zLuvGawInxhGesO] 2 :EuyBiz(a,v, w,x= 0.0-1.0,y,z-0.0-0.2),LaOM:Eu(其中M=(Br,Cl,I))，Na9[(Y,.x.y.zLuxGdy)Wo036]:Euz，(Y.".zLuxGdy)[P(Mo30!o)4]:Euz (x,y=0.0-l .0, z=0.0-0.2)及其混合物的组中选出。
19. 权利要求1的器件，其中发射自所述器件的复合光具有2800和 3300K之间的相关色温，所述复合光包括一部分发射自发光层的光、一 部分发射自第一磷光体的光以及一部分发射自第二磷光体的光。
20. 权利要求1的器件，其中发射自所述器件的复合光具有80和 87之间的显色指数Ra，所述复合光包括一部分发射自发光层的光、一 部分发射自第一磷光体的光以及一部分发射自第二磷光体的光。
全文摘要
一种磷光体转换的发光器件包括半导体结构，该半导体结构包括放置在n型区域和p型区域之间的发光层，该发光层配置成发射具有第一峰值波长的光；配置成发射具有第二峰值波长的光的第一磷光体；配置成发射具有第三峰值波长的光的第二磷光体。所述第二磷光体是Eu³⁺激活的磷光体，配置成使得在298K和1.013bar下的激发光谱中，460nm和470nm之间的波长范围中的最大强度至少是220nm和320nm之间的波长范围中的最大强度的5％。
文档编号C09K11/83GK101370906SQ200780002475
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月15日 优先权日2006年1月16日
发明者D·U·韦彻特, D·于里克, G·O·米勒, P·休帕茨, R·B·米勒马克, T·朱斯特尔 申请人:飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司