专利名称：发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种新开发发光二极管，特别是涉及一种能够由蓝光激发产出三至四种波长的高演色性白光发光二极管。
背景技术：
现有的发光二极管(LED)属于一种半导体元件，其发光芯片的材料主要使用III-V族化学元素，如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等化合物半导体，其发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与空穴的结合，将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。由于发光二极管的发光现象不是通过加热发光或放电发光，而是属于冷性发光，因此发光二极管的寿命长达十万小时以上，且无须暖灯时间(idling time)。此外，发光二极管具有反应速度快(约为10-9秒)、体积小、用电省、污染低(不含水银)、高可靠度、适合大量生产等优点，因此其所能应用的领域十分广泛，其中最值得注意的，当属白光发光二极管。尤其近年来因为发光二极管的发光效率不断地提升，使得白光发光二极管在某些应用领域上，如扫描仪的灯源、液晶屏幕的背光源，或是照明设备等，已有逐渐取代传统的日光灯与白炽灯泡的趋势。
而一般现有的白光发光二极管是以蓝光发光二极管芯片搭配一黄色无机荧光粉(或黄色有机荧光染料)，以产生白光。其中，蓝光发光二极管芯片所发出的蓝光波长介于440nm及490nm之间，而黄色无机荧光粉受到蓝光照射之后，可发出黄色的荧光，且当黄色荧光与原有的蓝光混光后，便可得到所需的白光。此种白光发光二极管在制作上比上述的第一种白光发光二极管容易，且生产成本也较低，因此目前市面上的白光发光二极管大多为这种形式。然而，由于这种白光发光二极管的发光效率较低，且其为二波长型(仅由蓝光及黄光进行混光)的白光发光二极管，因此在演色性及显示色温上不如其它三波长型的白光发光二极管。
近年来有鉴于白光发光二极管受限于Nichia专利使用蓝光LED与Y3Al5O12:Ce3+荧光粉(以下俗称YAG)封装成LED白光二极管的强有力白光专利(WO 98/05078、WO 98/12757)保护下，以及有Osram荧光粉Tb3Al5O12:Ce3+(以下俗称TAG)等，专利控制下，全世界为白光LED掀起一场LED白光专利保卫战，无不急切寻找可替代YAG&TAG的荧光粉，以突破Nichia白光专利保卫战，又鉴于蓝光LED与YAG&TAG荧光粉封成的白光在演色性及显示色温上不如三波长型的白光发光二极管，及最近在高功率High-power LED的需求，更需高演色性上的需求，和高稳定性高发光效率的需求；本发明为完全有别于YAG&TAG材质，开发全新硅酸盐的荧光粉，且以Eu为发光中心。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够由紫外及蓝光激发产出三至四种波长的高演色性白光发光二极管，以提供较高的发光效率及较佳的演色性。基于上述目的，本发明开发出全新的荧光粉，完全有别于Nichia专利(YAG)及Osram荧光粉(TAG)等专利，其中的荧光粉材质不含Y、Tb、Al、Ce等材料，也不以Ce为发光中心；所述新开发的硅酸盐荧光粉是改选自Ca、Sr、Ba、Mg、Cl、SiO4等材料，且以Eu为发光中心。所述新荧光粉的优点硅酸盐的荧光粉耐水性比铝酸盐佳，透光性高，发光效率较高，且以Eu为发光体，更不易衰退，会比Ce更稳定。新硅酸盐荧光粉采用Ca、Sr、Ba为荧光粉基本材料，比重较低(新硅酸盐荧光粉比重＝3.458)，(YAG&TAG荧光粉比重＝4.33)使得新硅酸盐萤粉在于LED封装更不易沉降，封装会更好。
且新开发的荧光粉受激发(excitation)波长250nm～485nm，均适用于UV及Blue chip芯片，有别于其它荧光粉，只可吸收小局部波长，就因其可接受激发(excitation)波长宽，发射(emission)波长稳定，故可将芯片能量全数转换，所以发光效率高，适用于250nm～485nm波段LED的封装，封装后色度稳定，演色性又好。
本发明提出一种白光发光二极管，至少包括一激发光源，发出一光线，且所述光线的波长介于250nm至490nm之间；以及一荧光粉，配置于所述激发光源周围，并适于接收所述激发光源所发出的所述光线，且所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln、(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
当所述光线的波长介于440nm至490nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS所组成的族群至少其中之一。
当所述光线的波长介于250nm至440nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0。
Me是选自钙、锶、钡所组成的族群至少其中之一。
Re是选自、镝、铕、铥、镁、锰、锌所组成的族群至少其中之一；其中的荧光粉含有Ca、Sr、Ba、Mg、Cl、SiO4、Dy元素；其固态反应法中的原料粉体可使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
红光荧光粉(Me1-xEux)ReS，生产采用Na2S制作工艺，及添加Sm，以提升红色荧光粉的发光效率及耐热性；其中的红光荧光粉中含有Ca、Sr、Ba、S、Cl、Eu、Sm元素；其固态反应法中的原料粉体可使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
蓝光荧光粉(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+生产添加Gd，以提升蓝色荧光粉的发光效率；(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+蓝光荧光粉中含盖有Ca、Sr、Ba、PO4、Cl、Eu、Gd元素；其固态反应法中的原料粉体可使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
所述激发光源包括发光二极管芯片或激光二极管芯片。
本发明还提出一种白光发光二极管，至少包括一承载器，该承载器的一表面具有一凹穴凸块或平面凸块，可提升出光效率，进而提高发光效率；一激发光源，配置于所述承载器的所述凹穴凸块内或平面凸块，并与所述承载器电连接，所述激发光源发出一光线，且该光线的波长介于250nm至490nm之间；一封胶，配置于所述承载器上，且所述封胶覆盖所述激发光源，以将所述激发光源固着于所述承载器上；以及一荧光粉，配置于所述封胶内，并适于接收所述激发光源所发出的光线，且所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
还包括多数个焊线，且所述焊线电连接于所述激发光源与所述承载器之间。
所述承载器包括封装脚架或电路基板。
激发光源包括发光二极管芯片或激光二极管芯片。
当所述光线的波长介于440nm至490nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS所组成的族群至少其中之一。
当所述光线的波长介于250nm至440nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0；其固态反应法中的原料粉体可使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
Me选自钙、锶、钡所组成的族群至少其中之一。
Re选自镨、铷、钐、镝、钬、钇、铒、铕、铥、镱、镏、钆、镁、锰所组成的族群至少其中之一。
本发明提出一种白光发光二极管，至少包括一激发光源、一承载器、一封胶以及一全新的荧光粉，其中承载器的一表面具有一凹穴，而激发光源配置于承载器的凹穴内，并与承载器电连接，且激发光源发出一光线，而光线的波长介于250nm至490nm之间。封胶配置于承载器上，且封胶覆盖激发光源，以将激发光源固着于承载器上。此外，荧光粉配置于激发光源周围，以接收激发光源所发出的光线，且全新开发的荧光粉材质选自(Ca，Sr，Ba)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+，Dy3+，Mn3+所组成的族群其中之一或二种以上。
本发明中所述的白光发光二极管例如还包括多个焊线，其电连接于激发光源与承载器之间。此外，承载器例如可为封装脚架或电路基板，而激发光源例如可为发光二极管芯片或激光二极管芯片等。
本发明中所述的荧光粉的材质可视激发光源所发出的光线的波长作调整，例如当光线的波长介于250nm至490nm之间时，荧光粉的材质是选自(Ca，Sr，Ba)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+，Dy3+，Mn3+所组成的族群其中之一或二种以上。
在上述的荧光粉的材质中(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln:，0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0。此外，Me是选自钙、锶、钡所组成的族群其中之一或二种以上，而Re是选自镝、铕、铥、镁、锰、锌所组成的族群其中之一或二种以上。
本发明还提出一种发光二极管芯片(chip)，所述发光二极管芯片发出一光线，该光线的波长介于250nm至490nm之间，所述发光二极管芯片至少包括基板；芯片层，位于所述基板上；导电接触层，位于所述基板与芯片层中间；阳极电极，与一导电接触层接触，位于所述基板上；阴极电极，与另一导电接触层接触，并且与所述阳极电极接触的导电接触层隔离；以及一荧光粉层，配置于激发光源芯片周围，并用于接收所述激发光源所发出的所述光线，且所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群其中之一。
当所述光线的波长介于440nm至490nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS所组成的族群至少其中之一。
当所述光线的波长介于250nm至440nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0。
Me选自钙、锶、钡所组成的族群至少其中之一。
Re选自镨、铷、钐、镝、钬、钇、铒、铕、铥、镱、镏、钆、镁、锰所组成的族群至少其中之一。
在基板上的凹穴内设有一凹穴凸块，以承载发光二极管芯片。
包覆于所述芯片外的荧光粉层，厚度0.5mm～3.0mm。
所述基板的材料至少包括氧化铝、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、硅基板、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)。
所述全新硅酸盐荧光粉通过调整Ca、Sr、Mg、SiO4、Eu、Dy、Mn等成份的比率制造出发绿光(Green)，洋红光(Magenta)的荧光粉，及(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Sm0.015红光荧光粉生产采用Na2S工艺，又添加Sm可以提升红色荧光粉的发光效率及耐热性。Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15蓝光荧光粉生产因添加Gd，增强蓝色荧光粉的发光效率达2倍多。
基于上述，本发明的白光发光二极管是以发光波长为250nm至490nm的发光二极管芯片(或激光二极管芯片)作为激发光源，并搭配不同材质的荧光粉，以产生例如黄色、红色、绿色及蓝色等不同颜色的荧光，并与原有的激发光源所发出的激发光进行混光，而形成一白光。本发明的白光发光二极管为三至四波长型的白光发光二极管及芯片，其可具有较高的发光效率及较佳的演色性。
本发明的新硅酸盐的荧光粉，完全不属于YAG&TAG材质，是以Eu为发光中心，完全有别于Nichia专利(YAG)及Osram(TAG)荧光粉等专利，且可改善长期以来Blue-chip封装，演色性不佳问题，甚至提高亮度功能，并且改进UV-chip的封装的亮度，将UV-chip带进可实际封装。
图1为本发明白光发光二极管的一实施例示意图；图2a～图2c为本发明白光发光二极管另一实施例示意图；图3a～图3d为本发明白光发光二极管的白光芯片结构图；图4为本发明以Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图，发射光谱为508.2nm；图5是以同时添加铕与镝的绿色荧光粉Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08的XRD光谱图；图6是本发明以Ca7.6Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.32Dy0.08激发光谱图及发射光谱图，Eu增加，发射光谱增长为511.8nm；图7是本发明以(Sr7.48Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Mn0.2激发光谱图及发射光谱图，发射光谱为563nm；图8是本发明以同时添加铕与锰的洋红色荧光粉(Sr7.48Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Mn0.2的XRD光谱图；图9是本发明以(Sr7.28Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.32Mn0.2激发光谱图及发射光谱图，Eu增加，发射光谱增长为564.4nm；图10是本发明以(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Sm0.015激发光谱图及发射光谱图，发射光谱为616.2nm；图11是本发明以同时添加铕与钐的红色荧光粉(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Sm0.015的XRD光谱图；图12是本发明以(Sr0.35Ca0.6)S:Eu0.1Sm0.015激发光谱图及发射光谱图，Ca增加，发射光谱增长为641.8nm；图13是本发明以Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15激发光谱图及发射光谱图，Gd增加，发射光谱增加为2倍强度；图14是本发明以同时添加铕与钆的蓝色荧光粉Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15的XRD光谱图；图15是本发明以Sr4.85(PO4)2Cl:Eu0.15激发光谱图及发射光谱图，未添加Gd元素时发射光谱的强度；图16是本发明以20％的绿光荧光粉Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08搭配80％的洋红光(Magenta)荧光粉(Sr7.48Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Mn0.2，而发光二极管芯片用455nm的蓝色激发光组成三波长型白光发光二极管的光谱图；图17是本发明以100％的绿光荧光粉Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08，而发光二极管芯片使用波长为455nm的蓝色激发光组成的发光二极管色度光谱图；图18是本发明取适当的荧光粉配比，包括洋红光荧光粉、绿光荧光粉、红色荧光粉(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Sm0.015以及蓝光荧光粉Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15，并提供一波长为385nm的紫光作为激发光的光谱图。
主要元件符号说明100白光发光二极管110封装脚架110a凹穴 112a第一接点112b第二接点 120发光二极管芯片122a阳极电极 122b阴极电极124激发光130封胶132荧光粉134荧光140黏着胶150焊线200a白光发光二极管 200b白光发光二极管200c白光发光二极管 210电路基板210a凹穴 210b凹穴凸块或平穴凸块220发光二极管芯片230封胶232荧光粉240黏着胶
310基底 320阳极电极330芯片层 340荧光粉层350接触层 360阴极电极410蓝色荧光 420绿色荧光430洋红色荧光 440红色荧光具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，特举较佳实施例，并配合所附图式，详细说明如下本发明的荧光粉合成包括下列实施例实施例一(绿色荧光粉固态反应法)一、根据化学计量比分别取5.0克的碳酸钙(CaCO3)、1.83克的二氧化硅(SiO2)、0.5860克的氧化铕(Eu2O3)、0.4141克的氧化镝(Dy2O3)与1.1185克的氧化镁(MgO)，将所秤取的原料以研磨方式均匀混合。再加入适量HCl，使其形成的配方为Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08。
二、将混合物置入坩埚中，并于氮气中以5℃/min的升温速率加热至1200℃进行锻烧(calcinations)，6小时后以5℃/min的降温速率冷却至室温。
三、研磨锻烧后的粉末，将其再置于坩埚中在空气中以1200℃烧结(sintering)5小时，烧结工艺的升降温速率仍是5℃/min。
四、研磨烧结后的粉末，再将其置于H2/N2(15％/85％)的还原气氛中以1000℃进行还原(reduction)6小时。此是将样品中的Eu3+离子还原成Eu2+，藉以提高其发光亮度，故此步骤视情形而定，非绝对必要的步骤。
范例1Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图4)。
范例2以同时添加铕与镝的绿色荧光粉Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08的XRD光谱图(图5)。
范例3Ca7.6Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.32Dy0.08激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图6)。
实施例二(洋红光(Magenta)荧光粉固态反应法)一、根据化学计量比分别取5.0克的碳酸锶(SrCO3)、0.9970克的碳酸钙(CaCO3)、3.29克的二氧化硅(SiO2)、1.0515克的氧化铕(Eu2O3)与1.145克的氧化锰(Mn2O3)、2.007克的氧化镁(MgO)，将秤取的原料以研磨方式均匀混合。再加入适量HCl，使其形成的配方为(Sr7.48Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Mn0.2。
二、将混合物置入坩埚中，并在氮气中以5℃/min的升温速率加热至1250℃进行锻烧(calcinations)，6小时后以5℃/min的降温速率冷却至室温。
三、研磨锻烧后的粉末，将其再置于坩埚中在空气中以1250℃烧结(sintering)5小时，烧结步骤的升降温速率仍是5℃/min。
四、研磨烧结后的粉末，再将其置于H2/N2(15％/85％)的还原气氛中以1000℃进行还原(reduction)6小时。此是将样品中的Eu3+离子还原成Eu2+，藉以提高其发光亮度，故此步骤视情形而定，非绝对必要的步骤。
范例4(Sr7.48Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Mn0.2激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图7)。
范例5以同时添加铕与锰的洋红色荧光粉(Sr7.48Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Mn0.2的XRD光谱图(图8)。
范例6(Sr7.28Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.32Mn0.2激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图9)。
实施例三(红色荧光粉固态反应法)一、根据化学计量比分别取0.8059克的碳酸钙(CaCO3)、5.0克的碳酸锶(SrCO3)、3.6945克的硫化钠(Na2S)、1.6668克的氧化铕(Eu2O3)与0.3812克的氧化钐(Sm2O3)，将秤取的原料以研磨方式均匀混合，使其形成的配方为(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Mn0.015。
二、将混合物置入坩埚中，并于将其置于H2/N2(15％/85％)的还原气氛中以1100℃进行锻烧(calcinations)及还原(reduction)，6小时后以5℃/min的降温速率冷却至室温。
三、研磨烧结后的粉末，再将其置于H2/N2(15％/85％)的还原气氛中以1100℃进行还原(reduction)6小时。此是将样品中的Eu3+离子还原成Eu2+，藉以提高其发光亮度，故此步骤视情形而定，非绝对必要的步骤。
四、红光荧光粉生产采用Na2S工艺，又添加Sm提升红色荧光粉的发光效率及耐热性。
范例7(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Sm0.015激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图10)。
范例8以同时添加铕与钐的红色荧光粉(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Sm0.015的XRD光谱图(图11)。
范例9(Sr0.35Ca0.6)S:Eu0.1Sm0.015激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图12)。
实施例四(蓝色荧光粉固态反应法)一、根据化学计量比分别取5.0克的碳酸锶(SrCO3)、0.3575克的氧化铕(Eu2O3)与0.3683克的氧化钆(Gd2O3)，将秤取的原料以研磨方式均匀混合。再加入适量HCl及2.31克的磷酸(H3PO4)使其形成的配方为Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15。
二、将混合物置入坩埚中，并在氮气中以5℃/min的升温速率加热至1250℃进行锻烧(calcinations)。6小时后以5℃/min的降温速率冷却至室温。
三、研磨锻烧后的粉末，将其再置于坩埚中在空气中以1250℃烧结(sintering)5小时，烧结步骤的升降温速率仍是5℃/min。
四、研磨烧结后的粉末，再将其置于H2/N2(15％/85％)的还原气氛中以1000℃进行还原(reduction)6小时。此乃将样品中的Eu3+离子还原成Eu2+，藉以提高其发光亮度，故此步骤视情形而定，非绝对必要的步骤。
五、蓝光荧光粉生产添加Gd，提升蓝色荧光粉的发光效率。
范例10Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图13)。
范例11以同时添加铕与钆的蓝色荧光粉Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15的XRD光谱图(图14)。
范例12Sr4.85(PO4)2Cl:Eu0.15激发(excitation)光谱图及发射(emission)光谱图(图15)。
请再参考图1，其绘示本发明的一种白光发光二极管的示意图。白光发光二极管100例如包括一封装脚架110、一发光二极管芯片120及一封胶130，其中封装脚架110上例如具有一第一接点112a、一第二接点112b以及一凹穴110a，且发光二极管芯片120是通过一黏着胶140而配置在凹穴110a内。此外，发光二极管芯片120具有一阳极电极122a及一阴极电极122b，其分别通过一焊线150而与封装脚架110的第一接点112a及第二接点112b电连接，而封胶130覆盖于发光二极管芯片120上，以将发光二极管芯片120固着于凹穴110a内。
请再参考图1，发光二极管芯片120例如可发出一激发光124，而封胶130内例如掺杂有荧光粉132，其中部分激发光124会直接透过封胶130出射，而其余部分激发光124则会射至荧光粉132上。其中，受到激发光124照射后，荧光粉132内的荧光物质会受到激发，产生电子能级的跃迁，进而发出一荧光134，最后通过激发光124与荧光134的混光，白光发光二极管100便可出射一白光。
此外，除上述的封装脚架之外，本发明的白光发光二极管还可采用一电路基板来代替封装脚架，请参考图2a，其绘示本发明的另一种白光发光二极管的示意图。白光发光二极管200a例如包括一电路基板210、一发光二极管芯片220及一封胶230，其中发光二极管芯片220是透过一黏着胶240而配置于电路基板210的一凹穴210a内的凹穴凸块或平面凸块210b上，并以引线焊接的方式与电路基板210电连接。封胶230内例如掺杂有荧光粉232，且封胶230覆盖于发光二极管芯片220上。关于上述的相关元件的详细作用与其连接关系因与图1中绘示的实施例类似，请参考图1的相关说明，在此不再重复赘述。另一种白光发光二极管的示意图(如图2b与图2c)。白光发光二极管200b及200c可用于发光二极管覆晶封装上。
另外，虽然上述图标中都绘示两电极同时位于芯片顶部的发光二极管芯片，但在实际运用上，本发明凹穴210a内的凹穴凸块或平穴凸块210b，可提升出光效率，进而提高发光效率，还可采用两电极分别位于芯片的顶部及底部的发光二极管芯片，且随着电极位置的不同，发光二极管芯片与封装脚架(电路基板)之间的连接方式也有所不同。
请参考图3a～3d，其绘示本发明所采用的一种发光二极管白光芯片的剖面图及上视实施例图。其中包括一电路板基底310、一发光二极管芯片层330及一荧光粉层340，该发光二极管芯片层330利用接触层350分别与电路板基底310表层的阳极电极320与阴极电极360形成电气连接；其中的白光芯片荧光粉层340的厚度在0.5mm～3.0mm之内可提升出光效率，进而提高发光效率。
依照本发明的特征，上述的发光二极管芯片所发出的激发光的波长例如可介于250nm至490nm之间，而荧光粉例如包括绿光荧光粉、洋红光(Magenta)荧光粉、以及红光荧光粉及蓝色荧光粉等。其中，绿光及洋红光(Magenta)荧光粉的材质例如可选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln所组成的族群其中之一或二种以上；红光荧光粉的材质例如可选自(Me1-x-yEuxRey)S所组成的族群其中之一，蓝色荧光粉的材质例如可选自(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群其中之一；0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0。此外，Me是选自钙、锶、钡所组成的族群其中之一，而Re是选自镨、铷、钐、镝、钬、钇、铒、铕、铥、镱、镏、钆、镁、锰所组成的族群其中之一或二种以上。
值得注意的是，随着激发光的波长(频率)及其所搭配的荧光粉的不同，本发明的白光发光二极管所输出的发射光谱亦有所不同，下文中特举多个实施例加以说明。
实施例五(激发光的波长介于440nm至490nm之间)举例而言，当发光二极管芯片为一波长介于440nm至490nm之间的蓝光发光二极管芯片时，荧光粉例如包括上述的绿光荧光粉以及洋红光(Magenta)荧光粉等激发能级较低的荧光材料。请参考图4，其绘示本发明的第一实施例的一种白光发光二极管的发射光谱，其中荧光粉的配比例如可为20％的绿光荧光粉Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08搭配80％的洋红光(Magenta)荧光粉(Sr7.48Ca0.2)Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Mn0.02，而发光二极管芯片例如发出波长为455nm的蓝色激发光。在经过激发光照射后，绿光荧光粉例如可发出波长介于510nm～525nm之间的绿色荧光，而洋红光(Magenta)光荧光粉例如可发出波长峰值为560nm～590nm的洋红光(Magenta)色荧光。在蓝色激发光、绿色荧光以及洋红色荧光的混光下，便可形成一高演色性的白光，而本发明的白光发光二极管则为三波长型白光发光二极管(如图16)。
实施例六，基于上述的第五实施例，在变更荧光粉的材料种类，变更每一种材料的组成百分比的的前提下，白光发光二极管所输出的结果亦将有所不同。例如将荧光粉的配比变更为100％的绿光荧光粉Ca7.8Mg(SiO4)4Cl2:Eu0.12Dy0.08，而发光二极管芯片例如可发出波长为455nm的蓝色激发光。如此一来，在激发光照射后，绿光荧光粉所发出的绿色光色度，可形成一高亮度的绿光LED。由蓝光LED经荧光粉直接封装成绿光LED，且具高亮度，为全世界优先的产品(如图17)。
实施例七(激发光的波长介于250nm至440nm之间)请参考图18，其绘示本发明的第五实施例的一种白光发光二极管的发射光谱，其中取适当的荧光粉配比，包括洋红光荧光粉、绿光荧光粉、红色荧光粉(Sr0.78Ca0.17)S:Eu0.1Sm0.015，以及蓝光荧光粉Sr4.7(PO4)2Cl:Eu0.15Gd0.15，并提供一波长为385nm的紫光作为激发光。其中，在受激发光激发后，绿光荧光粉可发射出508.2nm波长的绿色荧光420，蓝光荧光粉可发射出450.2nm波长的蓝色荧光410，红光荧光粉可增强波长为615.6nm的红色荧光440，而洋红光荧光粉可发射出564nm波长的洋红色荧光430，进而形成一四波长且演色性更佳的白光(如图18)。
由上述多个实施例可知，本发明的白光发光二极管是应用一较高能量的激发光，例如波长介于365nm至395nm之间的紫光激发光，或甚至是波长更低(小于365nm)的紫外光激发光，而荧光粉除现有的的红光荧光粉或洋红光荧光粉之外，还包括绿光荧光粉或蓝光荧光粉等激发能级较高的材料。并且，本发明的发光二极管芯片所发出的激发光的波长愈短，其能量相对愈高，而可与此激发光反应的荧光粉种类亦相对愈多，且荧光粉受激发的程度也愈完全。
综上所述，本发明的特征在于通过波长介于250nm至490nm之间的激发光源，来对可发出不同颜色的激发光的荧光粉进行激发的动作，因此随着激发光源的波长(频率)的不同，能受到激发的荧光粉的材质也有所不同。与现有的二波长型的白光发光二极管相比之下，本发明的三至四波长型的白光发光二极管具有较高的发光效率及较佳的演色性。此外，相对于现有的使用多个发光二极管芯片进行混光的白光发光二极管，本发明的白光发光二极管亦具有较低的生产成本及较快速的生产速度。
值得一提的是，本发明的白光发光二极管的激发光源，除上述实施例绘示的发光二极管芯片外，还包括激光二极管等其它激发光源。此外，在不脱离本发明的精神范围内，本发明的荧光粉的配比以及其所选用的材质，当可随所需的输出光的性质(如颜色或亮度等)以及激发光源的波长等外在条件进行变更，而本发明的白光发光二极管更可通过荧光粉的材质的调配，而输出特定亮度或颜色的输出光，进而发展为全彩色系列的发光二极管。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺的本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书请求保护的范围为准。
权利要求
1.一种白光发光二极管，其特征在于，至少包括一激发光源，发出一光线，且所述光线的波长介于250nm至490nm之间；以及一荧光粉，配置于所述激发光源周围，并适于接收所述激发光源所发出的所述光线，且所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
2.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于当所述光线的波长介于440nm至490nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS所组成的族群至少其中之一。
3.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于当所述光线的波长介于250nm至440nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
4.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0。
5.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，Me是选自钙、锶、钡所组成的族群至少其中之一。
6.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于Re是选自镝、铕、铥、镁、锰、锌所组成的族群至少其中之一；其中的荧光粉含有Ca、Sr、Ba、Mg、Cl、SiO4、Dy元素；其固态反应法中的原料粉体使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
7.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于红光荧光粉(Me1-xEux)ReS，生产采用Na2S制作工艺，及添加Sm，以提升红色荧光粉的发光效率及耐热性；其中的红光荧光粉中含有Ca、Sr、Ba、S、Cl、Eu、Sm元素；其固态反应法中的原料粉体使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
8.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于蓝光荧光粉(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+生产添加Gd，以提升蓝色荧光粉的发光效率；(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+蓝光荧光粉中含有Ca、Sr、Ba、PO4、Cl、Eu、Gd元素；其固态反应法中的原料粉体使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
9.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于所述激发光源包括发光二极管芯片或激光二极管芯片。
10.一种白光发光二极管，其特征在于，至少包括一承载器，该承载器的一表面具有一凹穴凸块或平面凸块，以提升出光效率，进而提高发光效率；一激发光源，配置于所述承载器的所述凹穴凸块内或平面凸块，并与所述承载器电连接，所述激发光源发出一光线，且该光线的波长介于250nm至490nm之间；一封胶，配置于所述承载器上，且所述封胶覆盖所述激发光源，以将所述激发光源固着于所述承载器上；以及一荧光粉，配置于所述封胶内，并适于接收所述激发光源所发出的光线，且所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
11.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于还包括多数个焊线，且所述焊线电连接于所述激发光源与所述承载器之间。
12.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于所述承载器包括封装脚架或电路基板。
13.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于激发光源包括发光二极管芯片或激光二极管芯片。
14.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于当所述光线的波长介于440nm至490nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS所组成的族群至少其中之一。
15.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于当所述光线的波长介于250nm至440nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
16.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0；其固态反应法中的原料粉体使用金属化合物的氧化物、硝酸盐、有机金属化合物或其金属盐类。
17.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于Me选自钙、锶、钡所组成的族群至少其中之一。
18.根据权利要求10所述的白光发光二极管，其特征在于Re选自镨、铷、钐、镝、钬、钇、铒、铕、铥、镱、镏、钆、镁、锰所组成的族群至少其中之一。
19.一种发光二极管芯片，其特征在于，所述发光二极管芯片发出一光线，该光线的波长介于250nm至490nm之间，所述发光二极管芯片至少包括基板；芯片层，位于所述基板上；导电接触层，位于所述基板与芯片层中间；阳极电极，与一导电接触层接触，位于所述基板上；阴极电极，与另一导电接触层接触，并且与所述阳极电极接触的导电接触层隔离；以及一荧光粉层，配置于激发光源芯片周围，并用于接收所述激发光源所发出的所述光线，且所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
20.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于当所述光线的波长介于440nm至490nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS所组成的族群至少其中之一。
21.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于当所述光线的波长介于250nm至440nm之间时，所述荧光粉的材质选自(Me1-x-yEuxRey)8Mgz(SiO4)mCln及(Me1-xEux)ReS及(Ca1-x-ySrxBay)5(PO4)3Cl:Eu2+Gd2+所组成的族群至少其中之一。
22.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于0＜x≤0.8，而0≤y≤2.0，0≤z≤1.0，1.0≤m≤6.0，0.1≤n≤3.0。
23.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于Me选自钙、锶、钡所组成的族群至少其中之一。
24.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于Re选自镨、铷、钐、镝、钬、钇、铒、铕、铥、镱、镏、钆、镁、锰所组成的族群至少其中之一。
25.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于在基板上的凹穴内设有一凹穴凸块，以承载发光二极管芯片。
26.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于包覆于所述芯片外的荧光粉层，厚度0.5mm～3.0mm。
27.根据权利要求19所述的发光二极管芯片，其特征在于所述基板的材料至少包括氧化铝、碳化硅SiC、氧化锌ZnO、硅Si基板、磷化镓GaP、砷化镓GaAs。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管，尤其提供一种白光发光二级管，其至少包括一激发光源及一荧光粉，其中激发光源可发出波长介于258nm至490nm间的一光源，而荧光粉则配置于激发光源周围，以接收激发(excitation)光源所发出的光线。此外，荧光粉的材质选自(Ca、Sr、Ba)
文档编号C09K11/77GK1885576SQ200510079708
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月21日 优先权日2005年6月21日
发明者徐伟仁 申请人:徐伟仁