专利名称：白色发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种白色发光器件，并且更具体地说，涉及一宗使 用发光二级管(LED)并具有高色彩再现性和高可靠性的白色发光 器件。
背景技术：
作为取代传统光源(诸如液晶显示器(LCD)的荧光灯或背光 光源)的下一代光源产品，具有低能耗和出色发光效率的发光二极 管(LED)受到了关注。为了以高效率充分应用LED,已经4十对4吏 用LED的白色发光器件进行了大量的研究。作为使用LED实现白 光的方法，通常使用一种利用黄色荧光剂涂覆蓝色LED的方法。然而，在使用蓝色LED和黄色荧光剂的白色发光器件的情况 下，因为在绿色和红色波长区域之间没有明确的区分并且长波长区 域中的光强度非常低，所以色彩再现性不够高。因此，使用蓝色LED 和黄色荧光剂的白色发光器件不适于要求高色彩再现性的产品，比 如移动电话的彩屏和用于计算机监视器的LCD显示器。示图。该发光光谱涉及从包括蓝色LED和由蓝色LED激发的钇铝 石榴石(YAG)基的黄色荧光剂的白色发光器件输出的白光。如图 1A所示，在光谱中，不仅没有明确的区分并且显示出在长波长区 域(比如红色波长区域)中光强度相对较低。这种发光光语特性在 色彩再现方面是不利的。图1B是示出了将具有图1的光谱的白光传输到蓝色、绿色及 红色滤色片时得到的光谱的示图。如图IB中所示，尽管通过使用 滤色片将白光分成了蓝色、绿色和红色光语，但是在绿光光谱与红 光光谱之间存在相当多的重叠部分。此外，被红色滤色片分离出的 红光光"i普在600 nm或更大的波长内具有的相对强度相当4氐。因此， 当^f吏用具有图1A的光i瞽的白光作为LCD显示器的背光时，LCD 显示器显示的色彩再现性不够。事实上，当使用蓝色InGaN基的 LED和YAG基的荧光剂的混合物作为背光的光源时，与国家电4见 系统委员会(NTSC)制式相比，4又实现了约60%到65%的色彩再 现性。通过使用这种程度的色彩再现性难以表达各种色彩。除了所述的蓝色LED和黄色荧光剂的混合物之外，还提供了 使用蓝色LED及红色和绿色荧光剂的混合物的白色发光器件。当 使用上述的红色和绿色荧光剂时，它们的色彩再现性提高到了 一定 程度。然而，这还是不够。此外，由于荧光剂材料的不稳定性，比 如由外部能量引起的破坏，所以通常用于白色发光器件的红色或绿色荧光剂是不可靠的。特别地，亮度相对较高且色彩分布较宽的硫化物荧光剂具有出 色的光学特性。然而，在材料稳定性上存在问题，其中结构很容易 损坏。例如，诸如SrS:Eu的红色硫化物荧光剂可能会与添加到用于 封装的硅树脂或环氧树脂中的铂催化剂反应。并且，当暴露于潮气 中时，可能会产生对产品具有有害影响的腐蚀性气体。诸如Gd203:Eu的红色氧化物荧光剂被认为可以取代红色硫化物荧光剂。 然而，这种红色氧化物荧光剂的亮度低并且色彩分布窄。因此，使 用红色氧化物荧光剂的白色发光器件不能实现想要的亮度和色彩 再现性。发明内容本发明的一个方面提供了一种能够进一步提高色彩再现性并 且具有稳定的荧光剂材料和出色可靠性的白色发光器件。根据本发明的一个方面，提供了一种白色发光器件，包括蓝 色发光二极管(LED );形成在该蓝色LED上的绿色硅酸盐荧光剂； 以及表面涂覆有氧化硅层的红色硫化物荧光剂，该红色硫化物荧光 剂形成在蓝色LED上。绿色硅酸盐荧光剂可以包括掺杂Eu的(Ba,Sr,Ca,Mg)2Si04，并 且红色硫化物荧光剂可以包括掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se):Eu。绿色娃酸盐荧光剂可以包括(Ba,Sr,Ca，Mg)2Si04:Eu,Re, Re是从 Ce、 Pr、 Sm、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、及Er纟且成的纟且中选出的一种或 多种稀土元素。并且，红色碌u化物荧光剂可以包括(Ca，Sr) (S，Se):Eu，Re，， Re，是从Ce、 Pr、 Sm、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、及Er组成的组中选出的一种或多种稀土元素。绿色石圭酸盐荧光剂可能具有520 nm到550 nm的峰值波长，并 且红色石克化物荧光剂可能具有630 nm到660 nm的峰值波长。绿色 石圭酸盐荧光剂可能具有30 nm到90 nm的半峰全宽(FWHM),并 且红色碌i/f匕物荧光剂可能具有40 nm到100 nm的FWHM。具有涂覆表面的红色石危化物荧光剂可以包括红色石危化物荧光 剂颗粒、形成在该红色疏化物荧光剂颗粒上的氧化硅层、以及结合 在红色石克化物焚光剂颗粒与氧化石圭层之间并且包含碌b和烃基的緩 冲层。该烃基可以是烷基基团。该白色发光器件可以进一步包括封装蓝色LED的树脂封装部。 在这种情况下，绿色硅酸盐荧光剂和具有涂覆表面的红色硫化物荧 光剂可以分散在该树脂封装部中。绿色硅酸盐荧光剂和红色硫化物荧光剂可以以单层焚光剂层 和多层荧光剂层中的一种形成在蓝色LED上。该白色发光器件可以进一步包括具有反射杯的封装体。在这种 情况下，蓝色LED可以安装在封装体的反射杯上。该白色发光器件可以进一步包括具有上凹透镜并且封装蓝色 LED的树脂封装部。
乂人随后结合附图进行的详细描述中，将更清晰地理解本发明的 上述和其它的方面、特4正以及其它伊C点，附图中图1A是示出了传统白色发光器件的发光光语的示图；图1B是示出了通过使用蓝色、绿色和红色滤色片将从传统白 色发光器件输出的光分离时获得的光谱的示图；图2A是示出了根据本发明示例性实施例的白色发光器件的发 光光^普的示图；图2B是示出了通过使用蓝色、绿色和红色滤色片将从才艮据本 发明示例性实施例的白色发光器件输出的光分离时获得的光谱的 示图；图3A到图3C是示出了形成红色硫化物荧光剂薄膜的过程的 才莫拟图，此方法能够应用于本发明；图4是示出了形成图3的薄膜的实例的示意图； 面图；以及图6A到图6C是示出了根据本发明各种实施例的白色发光器 件的横截面图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。但 是，本发明可以以多种不同的方式实现并且不应该限于这里列出的 实施例。相反地，提供这些实施例是为了使本公开彻底且完整，并 将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了 清楚起见可能会夸大形状和尺寸。图2A是示出了根据本发明示例性实施例的白色发光器件的发 光光谱的示图。通过使用蓝色发光二极管(LED)以及掺杂Eu的 (Ba，Sr,Ca,Mg)2Si04绿色硅酸盐荧光剂和掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se)红 色硫化物荧光剂的混合物的白色发光器件获得图2A的发光光谱。 为了材料的稳定性，作为红色疏化物荧光剂的掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se)被提前表面涂覆以氧化硅层。特别地，使用InGaN基的LED 作为蓝色LED，使用掺杂Eu的(Ba，Sr，Ca,Mg)2Si04作为绿色硅酸盐荧光剂，并且使用表面涂覆有氧化硅层的掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se) 作为红色硫化物荧光剂，从而获得图2A的光谱。掺杂Eu的(Ba，Sr，Ca,Mg)2Si04的硅酸盐荧光剂可以被蓝光激发 并且可以具有520 nm到550 nm的峰值波长以及30 nm到90 nm的 半峰全宽(FWHM)。并且，掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se)石克化物荧光剂 一皮蓝光激发并且可以具有630 nm到660 nm的峰值波长以及40 nm 到100 nm的FWHM。通过使用这种绿色和红色荧光剂(参照图2A ) 可以获得实现高度色彩再现性的白光光镨。在这种情况下，可以额 外;也卄寻乂人Ce、 Pr、 Sm、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、及Er纟且成的纟且中选出 的一种或多种稀土元素与Eu—起添加到各种荧光剂中。如下，图5 和图6中示出了白色发光器件结构的详细实例。参照图2A,与使用传统钇铝石榴石(YAG)基的荧光剂的传 统器件的发光光谱(参照图1A)不同，此发光光谱具有以足够的 光强度相互区分的红色区域和绿色区域。并且，600nm或更大的长 波长区域显示了足够的相对强度。如图2A中所示，此光谱具有蓝 色区域、绿色区域、和红色区域的峰值波长分别在430 nm到450 nm、 510nm到540nm、和635 nm到655 nm的范围内。与蓝色区 域的峰值波长的光强度相比，绿色区域和红色区域的峰值波长的相 对强度约为35%或更大。特别地，显示了约650 nm的清晰的红色 峰值波长。这种光强度分布和峰值波长可以获得显著提高的色彩再 现性。图2B示出了通过将显示图2A光谱的白光传输到蓝色、绿色 和红色滤色片中而分开的相应的R、 G和B光i普。滤色片用在液晶 显示器(LCD)中。如图2B中所示，由三个原色滤色片分开的蓝 光光谱、绿光光谱和红光光谱具有分别近似与分离前的白光光谱的 相应RGB波长区域(参照图2A)类似的峰值波长和相对峰值强度。就是说，通过传输进入各个滤色片而获得的蓝光、绿光和红光光谱具有的峰值波长近似等于传输前的白光的各个RGB区域的峰 值波长，仅具有可忽略的峰值波长移位。并且，滤色片传输后的每 个峰值处的相对强度近似等于白光的每个RGB波长区域的峰值处 的相对强度。因此，使用滤色片传输后获得的三种原色光，与全国 电视系统委员会(NTSC)相比，可以获得约80%或更大的高色彩 再现性。与传统的LED荧光剂混合物相比，这种色彩再现性显著 提高了。它可以表达各种近似于自然色的色彩。绿色石圭S臾盐荧光剂(Ba，Sr，Ca,Mg)2 Si04:Eu和红色硫化物荧光剂 (Ca,Sr) (S,Se):Eu,与蓝色LED组合在一起，可以根据要求用在各 种化合物中。例如，绿色荧光剂中Ba、 Sr、 Ca、和Mg的成分比是 变化的，或者红色荧光剂中S和Se成分比是变化的，从而将发光 特性控制在一定范围内。此外，可以将除了 Eu之外的其它稀土元素添加到绿色硅酸盐 荧光剂(Ba，Sr，Ca，Mg)2Si04:Eu和红色硫化物荧光剂(Ca,Sr) (S，Se):Eu 中。例如，/人Ce、 Pr、 Sm、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、及Er组成的组中 选出的一种或多种稀土元素。可以添加(Ba,Sr,Ca,Mg)2Si04:Eu,Ce或 (Ca，Sr) (S，Se):Eu，Pr， Ce或Pr作为Eu之外的辅助活化剂。因为红色硫化物荧光剂自身很容易与外部湿气和能量发生反 应，为了限制材料的这种不稳定性，在使用前提前用氧化硅层涂覆 红色硫化物荧光剂的表面。特别地，当采用由本申请人在提交本发 明之前提交的韩国专利申请No. 2005-012736中7>开的表面涂覆方法时，可以形成与辟u化物牢固结合的氧化石圭表面涂层。图3A到图3C是示出了能够应用于红色硫化物荧光剂的表面 涂覆方法的模拟图。参照图3A,在表面涂覆之前准备掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se)的红 色硫化物荧光剂颗粒31的粉末。如图3B中所示，通过将硅烷基改 良剂(特别为液体型的)施加到荧光剂粉末中而形成有机高分子薄 膜。例如，当使用氢硫基团硅烷基改良剂时，此改良剂的官能基团 末端的"-SH"基团可以与掺杂Eu的(Ca,Sr) (S,Se)焚光剂颗粒31 的表面上的硫反应并在荧光剂颗粒31的表面上形成有机高分子薄 膜32,同时保持二者之间稳定的结合。作为硅烷基改良剂，具有能 够与荧光剂颗粒31的表面上的石克发生反应并与之结合的硅烷基改 良剂，此硅烷基改良剂包括从烷基石圭烷、烷氧基石圭烷、曱基石圭烷、 甲氧基硅烷、羟基硅烷、以及它们的组合物组成的组中选出的硅烷。如图3C中所示，为了从有机高分子薄膜32中获得氧化硅层 35，在从200。C到600。C的温度下加热具有有机高分子薄膜32的荧 光剂，从而获得密实地结合于荧光剂颗粒31的整个表面的氧化硅 层35。氧化石圭层35能够有效地防止作为硬化催化剂的Pt与石克化物 荧光剂颗粒31之间的反应。根据实施例，在氧化硅层35与荧光剂 颗粒31之间，可以形成含有S和诸如烷基基团的石灰氢化合物基团 的薄緩冲层。该緩冲层使得氧化硅层35牢固地结合于荧光剂颗粒 31。图4是详细示出了涂覆图3中的红色好u化物焚光剂颗粒表面的 过程的示图。参照图4，掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se)可以与3 (氬硫基丙基)三 甲氧基硅烷(TMS )反应，从而将掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se)颗粒表面 上的硫(未示出)结合于TMS的SH基团。因此，在掺杂Eu的(Ca，Sr) (S,Se)颗粒的表面上形成Si(OC2H5)3的有机高分子薄膜。通过热处理在掺杂Eu的(Ca，Sr) (S，Se)颗粒的表面上形成緩冲 层S-R和氧化硅层SiQ2。緩冲层S-R包含S和烷基基团R并且结合于荧光剂颗粒31。此外，氧化硅层Si02牢固地结合于緩沖层S-R。 因此，得到了牢固地结合于氧化硅层的经表面涂覆的掺杂Eu的 (Ca，Sr) (S，Se)红色硫化物焚光剂。氧化硅层Si02有效地保护疏化物 荧光剂不受外界湿气、诸如Pt的硬化催化剂、以及其它外界环境的 影响。因此，可能稳定地提供红色硫化物荧光剂的优良光学特性。此外，使用诸如(Ba，Sr，Ca，Mg)2Si04:Eu的绿色硅酸盐荧光剂， 可以提高绿色荧光剂材料的稳定性。绿色硅酸盐焚光剂不仅可以不 受外界湿气、诸如Pt的石更化催化剂、和其它外界环境的影响而保持 稳定状态，并且还可以通过与红色硫化物荧光剂一起使用而提供出 色的色彩再现性。再者，绿色硅酸盐焚光剂可以提供比经表面涂覆 的红色硫化物荧光剂更出色的材料可靠性。图5是示出了根据本发明示例性实施例的白色发光器件100的 横截面图。参照图5，该白色发光器件100包括封装体101,该封 装体的中心上形成有反射杯并且反射杯的底部上安装有蓝色LED 105。在反射杯中，透明树脂封装部110封装蓝色LED105。树脂封 装部110可以由硅树脂、环氧树脂、混合树脂、及聚乙烯树脂之一 形成。在树脂封装部110中，均匀地分布有掺杂Eu的 (Ba,Sr,Ca，Mg)2Si04绿色硅酸盐荧光剂116和表面涂覆有氧化硅层的 掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se)红色硫化物荧光剂118。在反应杯的底部上， 形成有诸如引线的用于连接的导体(未示出)并且该导体通过引线 结合或倒装芯片结合连4妄于蓝色LED 105的电才及。乂人蓝色LED 105发射出的蓝光以如下方式激发掺杂Eu的 (Ba,Sr,Ca,Mg)2Si04绿色硅酸盐荧光剂116和掺杂Eu的(Ca,Sr) (S，Se) 红色硫化物荧光剂118,即从绿色硅酸盐荧光剂116发出绿光而 乂人红色石克化物荧光剂118发出红光。绿光和红光与从蓝色LED 105发出的蓝光混合以输出具有高色彩再现性的白光。并且，如上所述，绿色硅酸盐荧光剂116和红色硫化物焚光剂118使得白色发光器件 利用硅酸盐自身的材料稳定性和涂覆有氧化硅层的表面而提供高 稳定性和高可靠性。白色发光器件IOO是本发明的实施例之一，并且可以采用其它 封装结构。图6A到图6C示出了根据本发明多个实施例的白色发光 器件200到400的片黄截面图。在图6A和图6B的白色发光器件200和300中，取代分布在 初于脂封装部110中的荧光剂116和118， i殳置有'凃覆蓝色LED 105 表面的荧光剂层210、 216和218。具体地，在图6A的白色发光器 件200中，绿色和红色焚光剂116和118 —体分布在荧光剂层结构 210中。然而，在图6B的白色发光器件300中，i殳置有荧光剂层 216和218以形成多层结构。不需要用这些焚光剂层直接涂覆蓝色 LED105的表面。例如，焚光剂层可以i殳置在与蓝色LED 105的表 面分离的部分中，比如i殳置在树脂封装部110的顶面上。此外，不 需要荧光剂层216和218相互4妻触。图6C示出了白色发光器件400。没有额外的封装体101，以诸 如半球形的上凸透镜形状形成的树脂封装部410覆盖蓝色LED 105。在树脂封装部410中，分布有绿色石圭酸盐荧光剂和红色石克化 物荧光剂。蓝色LED 105直接安装在电路板(未示出)上，从而实 现具有宽远场光束分布的外反上芯片(COB)LED封装。在本实施例 中，不需要在树脂封装部410中分布荧光剂。例如，提供荧光剂层 形式的荧光剂。如上所述，根据本发明的示例性实施例，提供了这样一种白色 发光器件，其通过使用绿色硅酸盐荧光剂和表面涂覆有氧化硅层的 红色^5克化物荧光剂极大地提高了白色发光器件的色彩再现性和可靠性。通过使用该白色发光器件，可以实现色彩质量和可靠性提高的LED显示器。尽管结合示例性实施例示出并描述了本发明，然而本领域的才支 术人员应该理解在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和 范围的前提下能够进行修改和变化。
权利要求
1.一种白色发光器件，包括蓝色发光二级管(LED)；绿色硅酸盐荧光剂，其形成在所述蓝色LED上；以及红色硫化物荧光剂，其表面涂覆有氧化硅层，所述红色硫化物荧光剂形成在所述蓝色LED上。
2. 根据权利要求1所述的白色发光器件，其中，所述绿色硅酸盐荧光剂包括掺杂Eu 的 (Ba,Sr，Ca，Mg)2Si04,并且所述红色石克化物焚光剂包括掺杂Eu的(Ca，Sr) (S,Se》Eu。
3. 根据权利要求2所述的白色发光器件，其中，所述绿色硅酸盐荧光剂包括(Ba,Sr,Ca,Mg)2Si04:Eu，Re，所 述Re是从Ce、 Pr、 Sm、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、及Er组成的组 中选出的一种或多种稀土元素。
4. 根据权利要求2所述的白色发光器件，其中，所述红色碌"匕物焚光剂包括(Ca，Sr) (S,Se):Eu,Re，，所述 Re，是乂人Ce、 Pr、 Sm、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、及Er纟且成的纟且中 选出的一种或多种稀土元素。
5. 根据权利要求1所述的白色发光器件，其中，所述绿色石圭酸盐焚光剂具有520 nm到550 nm的峰值波 长，并且所述红色石JU匕物焚光剂具有630 nm到660 nm的峰 4直波长，以及所述绿色石圭酸盐荧光剂具有30 nm到90 nm的半峰全宽 (FWHM ),并且所述红色碌"匕物荧光剂具有40 nm到100 nm 的FWHM。
6. 根据权利要求1所述的白色发光器件，其中，具有涂覆表面的 所述红色石克化物荧光剂包括红色石克化物焚光剂颗粒；氧化石圭层，形成在所述红色碌"匕物荧光剂颗粒上；以及緩沖层，结合在所述红色硫化物荧光剂颗粒与所述氧化 ^圭层之间并且包含-克和烃基。
7. 根据权利要求6所述的白色发光器件，其中，所述烃基是烷基 基团。
8. 根据权利要求1所述的白色发光器件，进一步包括封装所述蓝 色LED的树脂封装部，其中，所述绿色硅酸盐荧光剂和具有涂覆表面的所述红 色硫化物荧光剂分散在所述树脂封装部中。
9. 根据权利要求1所述的白色发光器件，进一步包括具有反射杯 的封装体，其中，所述蓝色LED安装在所述封装体的所述反射杯上。
10. 根据权利要求1所述的白色发光器件，其中，所述绿色硅酸盐 荧光剂和具有涂覆表面的所述红色硫化物荧光剂以单层荧光 剂层和多层荧光剂层之一的形式设置在所述蓝色LED上。
11. 根据权利要求1所述的白色发光器件，进一步包括具有上凹透 镜并且封装所述蓝色LED的树脂封装部。
全文摘要
本发明提供了一种白色发光器件，包括蓝色发光二级管(LED)、形成在蓝色LED上的绿色硅酸盐荧光剂、以及表面涂覆有氧化硅层的红色硫化物荧光剂，该红色硫化物荧光剂形成在蓝色LED上。
文档编号H01L33/12GK101252159SQ20081000186
公开日2008年8月27日 申请日期2008年1月17日 优先权日2007年2月20日
发明者孙宗洛, 尹喆洙, 朴一雨, 李铃木, 郭昌勋 申请人:三星电机株式会社