一种发光装置制造方法
【专利摘要】本发明属于照明技术、显示和光电子领域，涉及一种具有可被波长范围240～540nm的光所激发发出红色光的荧光材料的发光装置，包括作为激发光源的至少两种以上发光元件，其是发射光谱峰值在240～540nm的紫外－蓝绿光区域范围内的半导体发光芯片；和发光层，其包含接收来自所述发光元件的光并发光的荧光材料，所述荧光材料包括发红色光的荧光材料和发黄色光的荧光材料，混合后分别涂覆在两个半导体发光芯片上，其中所述发红色光的荧光材料能够将所述发光元件的发射光转换成至少有一个以上的峰值波长处于600～700nm波长范围内的光。本发明中的荧光材料可以提高现有白光LED的显色性能以及发光亮度，多芯片结构形式新颖、可靠。
【专利说明】一种发光装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于照明技术、显示和光电子领域，涉及一种包含可被波长范围240? 540nm的光所激发发出红色光的荧光材料的发光装置。
【背景技术】
[0002] 发光二极管LED (Light Emitting Diode)是一种可将电能转换为光能的能量转换 器件，是世界未来的光源，被认为是二十一世纪最具有发展前景的高新【技术领域】之一。作为 新型照明技术，LED以其使用寿命长、耗电量少、应用灵活、绿色环保、调节方便、发光响应快 等诸多优点，正引发着一次照明领域的革命。随着近年来蓝色、紫色及紫外LED的迅速发 展，使得LED取代传统的白炽灯和荧光灯实现照明成为可能。
[0003] 目前在现有【技术领域】，实现白光LED的方式主要是两种途径：一、利用红、绿、蓝三 种LED组合产生白光；二、通过紫外芯片或蓝光芯片激发相应的荧光材料实现白光。考虑到 实用性和低成本商品化的因素，第二种方法要优于第一种方法。因此合成具有良好发光特 性的荧光材料是实现白光LED的关键。但是，由于受到荧光材料的限制，现有技术都存在一 定的局限性。
[0004] 如专利US 5998925、US 6998771、ZL00801494. 9中，都是利用蓝光芯片激发稀土 铈离子掺杂的钇铝石榴石荧光材料（如Y3A150 12 :Ce，（Y，Gd) 3 (Al，Ga) 5012 :Ce，简称YAG ;或 铽离子掺杂的石榴石结构荧光材料，简称TAG)，通过蓝光芯片激发荧光材料发出黄光与部 分蓝色芯片的蓝光复合出白光。这种方法中，所使用的荧光材料在白光LED的应用和性能 方面具有很大的局限性。首先，这种荧光材料的激发范围在420?490nm的范围内，最有效 的激发在450?470nm的范围内，对于紫外光区域和可见光的短波长区域及绿光区域，这种 荧光材料不能被激发；其次，这种稀土掺杂石榴石结构的荧光材料的最强发射峰位置最大 只能到540nm左右，其整个光谱范围中缺少红光发射成分，造成白光LED的显色指数较低。
[0005] 如专利US 6351069和US 6252254中所涉及的是硫化物红色荧光材料，这种荧光 材料可以作为补色成分加入到白光LED中，用以弥补显色指数，降低色温。但是，硫化物荧 光材料的发光亮度低，而且其稳定性较差，在器件使用中容易产生色漂移。虽然提高显色指 数，却降低LED的流明效率，且腐蚀芯片，缩短了 LED的使用寿命。
[0006] 由上述可知，现有红色荧光材料发光亮度低、稳定性差，且其激发波长局限于紫 夕卜、紫光和蓝光波段（300?470nm)，并没有涉及到绿光波段范围。
[0007] 此外，目前为了解决白光LED显色性的问题，采用蓝光氮化镓芯片激发YAG荧光材 料和红色氮化物荧光材料进行封装，或者采用蓝光氮化镓芯片激发绿色氮氧化物荧光材料 (或者硅酸盐）和红色氮化物荧光材料进行封装获得高显色白光LED。前者白光LED期间 亮度较好但是显色不佳，或者亮度不高显色性较好。此外，这两种方式中所采用的氮化物和 氮氧化物荧光材料，其制备方法非常苛刻，因此价格比较昂贵。
【发明内容】
[0008] 鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种发光装置，其结构为多芯结 构，不同于现有单芯结构，与红色荧光材料配合即可产生白光，且产生的白光的显色指数 商。
[0009] 本发明的技术方案为：
[0010] 一种发光装置，包括作为激发光源的至少两种以上发光元件，其是发射光谱峰值 在240?540nm的紫外一蓝绿光区域范围内的半导体发光芯片；和发光层，其包含接收来自 所述发光元件的光并发光的荧光材料，所述荧光材料包括发红色光的荧光材料和发黄色光 的荧光材料，混合后分别涂覆在两个半导体发光芯片上或者单独涂覆在不同的半导体发光 芯片上。其中所述发红色光的荧光材料能够将所述发光元件的发射光转换成至少有一个以 上的峰值波长处于600?700nm波长范围内的光。
[0011] 优选地，发出红色光的荧光材料的化学组成通式，其中M为Li、Na、 1(、]\%、0 &、51'、8&、86、211、￥、6(1、6&中的至少一种元素汸为1^、恥、1(、81中的一种元素 ；〇 选自Mo、W中的至少一种元素；0为氧元素；D选自Cr、r、Br'r、NH4+、Au+、Ag+中的一种离 子；R 为选自 Eu、Nd、Dy、Ho、Tm、La、Ce、Er、Pr、Sm、Yb、Lu、Sb、Tb、Mn 中的至少一种元素，其 中Eu是必须选择的元素；a、b、c、d、e、f为摩尔系数，0? 1彡a彡5,0. 01彡b彡3,0〈c彡8， l〈d 彡 32,0 彡 e 彡 1,0. 001 彡 f 彡 1，且 0? 1 彡 a+b+f 彡 9,4c = d+e。
[0012] 优选地，发光元件为氮化物半导体发光芯片或具有含铟的氮化物半导体发光芯 片。
[0013] 优选地，发光装置还包括散热绝缘基底，所述发光元件设置在该散热绝缘基底上。
[0014] 优选地，发光层是圆顶形的。
[0015] 优选地，荧光材料与透明树脂混合后均匀涂覆在所述半导体发光芯片之上，一同 设置在反光杯之中。
[0016] 优选地，环氧树脂与所述发红光的突光材料和发黄光的突光材料以1:0. 5 :0. 3的 质量比均匀混合，分别涂覆于所述半导体发光芯片之上。
[0017] 优选地，其中一组半导体发光芯片为波长465?467. 5nm的蓝光芯片，另一组为波 长530. 9?535nm的绿光芯片。
[0018] 本发明还提供另一种发光装置，包括作为激发光源的至少两种以上发光元件，其 中一组发光元件是发射光谱峰值在395?400nm的半导体发光芯片，另一组发光元件是发 射光谱峰值在465?467. 5nm的半导体发光芯片或者发射光谱峰在530. 9?535nm的半导 体发光芯片；和发光层，包含接收来自所述发光元件的光并发光的荧光材料，所述荧光材料 包括发红色光的荧光材料和发蓝光的荧光材料，所述荧光材料混合后分别涂覆在两个半导 体发光芯片上，其中所述发红色光的荧光材料能够将所述发蓝光的荧光材料受所述发光元 件激发而发射的至少一部分蓝光转换成至少有一个以上的峰值波长处于600?700nm波长 范围内的红光，以获得混合后的商显色白光。
[0019] 本发明的有益效果在于：本发明中所采用的荧光材料可被紫外、紫光或蓝绿光有 效激发，该荧光材料的激发波长范围广（为240?540nm)、发光效率高、结晶完整、化学性能 稳定，可以提高现有白光LED的显色性能以及发光亮度。本发明的发光装置的多芯片结构 形式新颖、可靠。此外，多芯片组合封装要比现有的RGB多芯片封装成本低，电路简单且白 光LED亮度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 下面结合附图及具体实例对本发明做出详细说明，但本发明并不局限于以下实 例。
[0021] 图1为本发明实施例1的荧光材料的激发光谱图。
[0022] 图2为本发明实施例1的突光材料的三个不同激发光（395nm，466nm和534nm)下 的发射光谱图。
[0023] 图3为本发明实施例1-实施例5中所得荧光材料随着改变F离子摩尔数615nm 发光强度的变化曲线图。
[0024] 图4a为实施例51-实施例52中使用荧光材料的LED结构示意图，为单芯片LED 发光装置，包括半导体发光芯片1、荧光材料2、封装材料3、管脚4、阴电极5、引线6、阳电极 7、反光杯8。
[0025] 图4b为实施例53中使用荧光材料的LED结构示意图，为多芯片LED发光装置，包 括半导体发光芯片la、发光芯片lb、突光材料2、封装材料3、管脚4、阴电极5、引线6、阳电 极7、反光杯8。
[0026] 图5为使用荧光材料的多芯片LED杯碗结构示意图，包括半导体发光芯片la、发光 芯片lb、荧光材料2、封装材3。
[0027] 图6为实施例51中的红色LED的发射谱图，激发半导体芯片波长为465? 467. 5nm〇
[0028] 图7为实施例52中的白光LED的发射谱图，激发半导体芯片波长为465? 467. 5nm〇
[0029] 图8为实施例53和实施例52中的白光LED的发射谱图。
【具体实施方式】
[0030] 下面叙述本发明的实施例1-61。需要指出的是本发明并不受这些实施例的限制。
[0031] 本发明所涉及的荧光材料是发红光的荧光材料，其激发波长范围在240?540nm 内，所显示出的波长范围在610nm?620nm。该荧光材料的化学通式为：M aAbQe0dDe:Rf，其中 1选自、1^、恥、1(、]\%、〇&、51'、8&、86、211、￥、6(1、6&中的一种或几种元素，六为1^、恥、1(、81 中的一种元素，Q选自Mo、W中的至少一种元素，0为氧元素。R为选自Eu、Nd、Dy、Ho、Tm、 La、Ce、Er、Pr、Sm、Yb、Lu、Sb、Tb、Mn中的至少一种元素，且Eu为必选元素。D选自Cl'F' Br_、r、NH 4+、Au+、Ag+中的一种离子。a、b、c、d、e、f为摩尔系数，其数值满足：0? 1彡a彡5， 0? 01 彡 b 彡 3,0〈c 彡 8, l〈d 彡 32,0 彡 e 彡 3,0. 001 彡 f 彡 1，且 0? 1 彡 a+b+f 彡 9,4c = d+e〇
[0032] 在下述实施例中，LED的相对光谱功率分布和色品坐标采用PMS - 50型紫外一可 见一近红外光谱分析系统测试。荧光材料的激发光谱和发射光谱采用F - 4500荧光光谱 仪测试。
[0033] 实施例1 :Ca。.8Li。. iMoCVA :Eu。.：荧光材料的制备
[0034] 按化学计量组成称取各种原料CaC03, Li2C03, Eu203, M〇03, NH4F，其中称取NH4F的 摩尔质量为 〇、〇? 〇l、〇. 02、0. 05、0. 08、0. 10,即 X 值为 0、0? 01、0. 02、0. 04、0. 08、0. 10。将以 上6组原料充分球磨混合均匀后，装入99瓷坩埚中，在空气气氛下500°C保温5小时，然后 升温到850°C保温4小时，将烧结体冷却后，粉碎、过筛、分级即得到本发明中的化学组成为 〇&。.忑11 (|.11^(|.^〇04:順/的荧光材料。其中0 &(|.81^(|.枷03.9心 (18疋11(|.1的激发光谱如图1所示， 不同激发光下的发射光谱如图2所示其最大的发射在615nm处，不同含量的NH 4F对615nm 处发光强度的影响如图3中的线1所示。
[0035] 实施例2 {a^Li^MoCVA 荧光材料的制备
[0036] 按化学计量组成称取各种原料CaC03, Li2C03, Eu203, M〇03, Sm03, NH4F，其中称取NH4F 的摩尔质量为 〇、〇? 〇l、〇. 02、0. 05、0. 08、0. 10,即 X 值为 0、0? 01、0. 02、0. 04、0. 08、0. 10。将 以上6组原料充分球磨混合均匀后，装入99瓷坩埚中，在空气气氛下500°C保温5小时，然 后升温到850°C保温4小时，将烧结体冷却后，粉碎、过筛、分级即得到本发明中的化学组成 为Caa72Li aiM〇 OhF^EUdSn^的荧光材料。其激发和发射光谱特性与实施例1基本一 致。不同含量的NH4F对615nm处发光强度的影响如图3中的线2所示。
[0037] 实施例3 :LiM〇208_xF2x :Eu荧光材料的制备
[0038] 按化学计量组成称取各种原料CaC03, Li2C03, Eu203, M〇03, LiF，其中称取LiF的摩 尔质量为 〇、〇? 〇l、〇. 02、0. 05、0. 08、0. 10,即 X 值为 0、0? 01、0. 02、0. 04、0. 08、0. 10。将以 上6组原料充分球磨混合均匀后，装入99瓷坩埚中，在空气气氛下500°C保温5小时，然后 升温到850°C保温4小时，将烧结体冷却后，粉碎、过筛、分级即得到本发明中的化学组成为 LiM〇20 8_xF2x :Eu的荧光材料。其激发和发射光谱特性与实施例1基本一致。不同含量的LiF 对615nm处发光强度的影响如图3中的线3所示。
[0039] 实施例4 :LiW208_xF2x :Eu荧光材料的制备
[0040] 按化学计量组成称取各种原料Li2C03，Eu20 3，W03，LiF，其中称取LiF的摩尔质量为 0、0? 01、0. 02、0. 05、0. 08、0. 10,即 X值为 0、0? 01、0. 02、0. 04、0. 08、0. 10。将以上 6 组原料充 分球磨混合均匀后，装入99瓷坩埚中，在空气气氛下500°C保温5小时，然后升温到850°C 保温4小时，将烧结体冷却后，粉碎、过筛、分级即得到本发明中的化学组成为LiW208_ xF2x : Eu的荧光材料。其激发和发射光谱特性与实施例1基本一致。不同含量的LiF对615nm处 发光强度的影响如图3中的线4所示。
[0041] 实施例5 6M〇Q.408_xF 2x :Eu荧光材料的制备
[0042] 按化学计量组成称取各种原料Li2C03, Eu203, W03, LiF，其中称取LiF的摩尔质 量为 0、0? 01、0. 02、0. 05、0. 08、0. 10,即 x 值为 0、0? 01、0. 02、0. 04、0. 08、0. 10。将以上 6 组原料充分球磨混合均匀后，装入99瓷坩埚中，在空气气氛下500°C保温5小时，然后升 温到850°C保温4小时，将烧结体冷却后，粉碎、过筛、分级即得到本发明中的化学组成为 LiWuMouOhFh :Eu。其激发和发射光谱特性与实施例1基本一致。不同含量的LiF对615nm 处发光强度的影响如图3中的线5所示。
[0043] 实施例6-实施例37
[0044] 按表1中的主要原材料，制备过程与实施例1相同，制备合成了如表2中的所示的 化学结构式的荧光材料。并给出了这些材料的在三个波长激发下的发光强度。其光谱特性 与实施例1基本一致。
[0045] 表1实施例6-37所用的原材料
[0046]
【权利要求】
1. 一种发光装置，其特征在于：包括作为激发光源的至少两种以上发光元件，所述发 光元件是发射光谱峰值在240?540nm的紫外一蓝绿光区域范围内的半导体发光芯片；和 发光层，包含接收来自所述发光元件的光并发光的荧光材料，所述荧光材料包括发红光的 荧光材料和发黄光的荧光材料，所述荧光材料混合后分别涂覆在两个半导体发光芯片上或 者单独涂覆在不同的半导体发光芯片上。
2. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发出红光的荧光材料的化学组 成通式为MaAbQeO dDe:Rf，其中M为Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Be、Zn、Y、Gd、Ga中的至少一种 元素；A为Li、Na、K、Bi中的一种元素；Q选自Mo、W中的至少一种元素；0为氧元素；D选 自Cl'F'Br'I'NH4+、Au+、Ag+ 中的一种离子；R为选自Eu、Nd、Dy、Ho、Tm、La、Ce、Er、Pr、 Sm、Yb、Lu、Sb、Tb、Mn中的至少一种元素，其中Eu是必须选择的元素；3、13、(：、(1、6、€为摩 尔系数，0? 1彡a彡5,0.01彡b彡3,0〈c彡8，l〈d彡32,0彡e彡1,0.001彡f彡1，且 0. 1 ^a+b+f^ 9,4c=d+e〇
3. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述的发光元件为氮化物半导体发 光芯片、或具有含铟的氮化物半导体发光芯片。
4. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括散热绝缘基底， 所述发光元件设置在该散热绝缘基底上。
5. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光层是圆顶形的。
6. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述荧光材料与透明树脂混合后均 匀涂覆在所述半导体发光芯片之上，一同设置在反光杯之中。
7. 根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于：环氧树脂与所述发红光的荧光材料 和发黄光的荧光材料以1 :〇. 5 :0. 3的质量比均匀混合，分别涂覆于所述半导体发光芯片之 上。
8. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：其中一组半导体发光芯片为波长 465?467. 5nm的蓝光芯片，另一组为波长530. 9?535nm的绿光芯片。
9. 一种发光装置，其特征在于：包括作为激发光源的至少两种以上发光元件，其中一 组发光元件是发射光谱峰值在395?400nm的半导体发光芯片，另一组发光元件是发射光 谱峰值在465?467. 5nm的半导体发光芯片或者发射光谱峰在530. 9?535nm的半导体发 光芯片；和发光层，包含接收来自所述发光元件的光并发光的荧光材料，所述荧光材料包括 发红光的荧光材料和发蓝光的荧光材料，所述荧光材料混合后分别涂覆在两个半导体发光 芯片上，其中所述发红光的荧光材料能够将所述发蓝光的荧光材料受所述发光元件激发而 发射的至少一部分蓝光转换成至少有一个以上的峰值波长处于600?700nm波长范围内的 红光，以获得混合后的高显色白光发光器件。
【文档编号】H01L33/50GK104377294SQ201410627433
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】朝克夫, 那日苏, 特古斯 申请人:朝克夫