发光元件的制作方法

专利名称：发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种包括至少发光二极管及磷光体的发光元件，前述的磷光体包括铅及/或铜掺杂的化合物以改变光线的波长。

背景技术：
以往用以使用在电子元件中的发光元件(发光二极管)目前已被使用在汽车以及照明产品上。由于发光元件具有优越的电性与结构特性，因此发光元件的需求已逐渐增加。相较于磷光灯(fluorescent lamps)与白热灯(incandescent lamps)，白光发光二极管(white LEDs)已受到相当大的关注。
在发光二极管技术中，已有多种实现白光的方法被提出。一般实现白光发光二极管的技术是将磷光体置于发光二极管上，并且使发光二极管所发出的主光线(primary emission)与用以改变波长的磷光体所发出的二次光线(secondary emission)混合。举例而言，如WO 98/05078与WO 98/12757中所述，其是使用一个能够发出波长波峰(peak wavelength)介于450-490纳米之间的蓝光发光二极管以及镱铝石榴石材料(YAG group material)，前述的镱铝石榴石材料能够吸收蓝光发光二极管，并且发出淡黄色光线(大部分)，此淡黄色光线的波长不同于其所吸收的光线的波长。
然而，在上述常用的白光发光二极管中，其色温范围很狭窄，约介于6,000K-8,000K之间，且其现色指数(Color Rendering Index，CRI)约介于60至75之间。因此，很难制造出色座标与色温与可见光(visible light)相似的白光发光二极管。这也是仅能实现寒冷感觉(cold feeling)的白色光的原因之一。此外，使用于白光发光二极管中的磷光体在水、蒸气或极性溶剂中通常不稳定，且此不稳定性可能会导致白光发光二极管的发光特性改变。
由此可见，上述现有的发光元件在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决发光元件存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的发光元件存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的发光元件，能够改进一般现有的发光元件，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。


发明内容
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下 本发明是提供一种波长转换型发光元件(wavelength conversionLED)。在本发明一实施例中，是提供一种发光元件。此发光元件包括用以发出光线的发光二极管、用以改变光线波长的磷光体，且磷光体实质上是至少覆盖住部分的发光二极管。
本实施例的磷光体可包括铝酸盐型态化合物、硅酸盐、锑酸盐、锗酸盐、锗酸盐-硅酸盐、磷酸盐，或前述材料的任意组合。本实施例亦提供磷光体的分子式。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。



图1是依照本发明一实施例晶片型态的发光元件封装体的侧向剖面图。
图2是依照本发明一实施例顶盖型态的发光元件封装体的侧向剖面图。
图3是依照本发明一实施例灯体型态的发光元件封装体的侧向剖面图。
图4是依照本发明一实施例高功率发光元件封装体的侧向剖面图。
图5是依照本发明另一实施例高功率发光元件封装体的侧向剖面图。
图6是依照本发明一实施例具有发光材料的发光元件的发光频谱。
图7是依照本发明另一实施例具有发光材料的发光元件的发光频谱。
1基材 2导线 3磷光体(物质) 5电极 6、7发光二极管9导电胶 10密封材料31反射器 40晶片型态的发光元件封装体50顶盖型态的发光元件封装体 51、52接脚 53二极管支架 60灯体型态的发光元件61、62、71散热器 63、73壳体 64、74导线架 70、80发光元件
具体实施例方式 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的发光元件其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参照所附图式，本发明将对波长转换型发光元件进行详细的说明，且为了易于说明，将分别针对发光元件以及磷光体进行说明如下。
(发光元件) 图1是本发明一实施例晶片型态发光元件封装体的侧向剖面图。晶片型态发光元件封装体包括至少一发光二极管以及一磷光物质(phosphorescent substance)。电极5是形成于基材1的两侧。用以发出光线的发光二极管6是配置在其中一个电极5上。发光二极管6是藉由导电胶9而配置在电极5上。发光二极管6的一个电极是藉由导线2与电极5连接。
发光二极管适于发出具有大波长范围的光线，例如，从紫外光到可见光的波长范围。在本发明的一实施例中，可使用紫外光发光二极管及/或蓝光发光二极管。
磷光体，即磷光物质3是配置在发光二极管6的顶面与侧面上。本发明的磷光体3包括铅及/或铜掺杂的铝酸盐型态的化合物、铅及/或铜掺杂的硅酸盐、铅及/或铜掺杂的锑酸盐、铅及/或铜掺杂的锗酸盐、铅及/或铜掺杂的锗酸盐-硅酸盐、铅及/或铜掺杂的磷酸盐、或前述材料的任意组合。磷光体3可将发光二极管6所发出的光线的波长转换为另一波长或其他波长。在本发明一实施例中，转换后的光线是位于可见光的波长范围内。在磷光体3与硬化树脂混合后，磷光体3可运用至发光二极管6中。在磷光体3与导电胶9混合之后，包含有磷光体3的硬化树脂亦可运用在发光二极管6的底部。
配置在基材1上的发光二极管6可藉由一或多种密封材料10进行密封的动作。磷光体3是配置在发光二极管6的顶面及侧面上。磷光体3亦可在制造过程中分布于硬化的密封材料中。上述的制造方法是揭露于美国专利US 6,482,664，其所有内容于此一同并入参考。
磷光体3包括铅及/或铜掺杂的化合物。磷光体3包括一种或多种单一化合物。前述的单一化合物的发光波峰(emission peak)例如是介于约440纳米至约500纳米之间、约500纳米至约590纳米之间，或是约580纳米至700纳米之间。磷光体3包括一种或多种磷光体，其具有上述的发光波峰。
关于发光元件40，当发光二极管6接收到电源供应器所提供的电源时，发光二极管6会发出主光线。之后，主光线会激发磷光体3，而磷光体3会使主光线转换为较长波长的光线(二次光线)。从发光二极管6所发出的主光线与从磷光体3所发出的二次光线扩散并混合在一起，以使发光二极管6发出特定颜色的可见光频谱。在本发明一实施例中，可将一个以上具有不同发光波峰的发光二极管配置在一起。此外，若适当地调整磷光体的混合比例，本发明可获得特定的色光、色温以及现色指数(CRI)。
承上所述，若可适当地控制发光二极管6与磷光体3内所包含的化合物，即可获得想要的色温或特定的色座标，特别是在大范围的色温，例如从约2,000K至约8,000K或约10,000K之间，及/或现色指数约大于90。因此，本发明的发光元件可使用于家电、立体声音响、电信元件，以及内/外展览显示器等电子元件中。由于本发明的发光元件可提供与可见光相似的色温与现色指数，因此本发明的发光元件亦可使用于汽车与照明产品中。
图2是本发明一实施例顶盖型态的发光元件封装体的侧向剖面图。本发明的顶盖型态的发光元件封装体与图1中的晶片型态的发光元件封装体40具有相似的结构。顶盖型态的发光元件封装体50具有反射器31，其可将发光二极管6所发出的光线反射至特定方向。
在顶盖型态的发光元件封装体50中，可配置一个以上的发光二极管。每一个发光二极管具有与其他发光二极管不同的波长波峰。磷光体3包括多个具有不同发光波峰的单一化合物。前述各种化合物的比例可经过适当的控制。前述的磷光体3可应用于发光二极管及/或均匀地分布于反射器31的硬化材料中。以下将进行更详细的说明，本发明的磷光体包括铅及/或铜掺杂的铝酸盐型态的化合物、铅及/或铜掺杂的硅酸盐、铅及/或铜掺杂的锑酸盐、铅及/或铜掺杂的锗酸盐、铅及/或铜掺杂的锗酸盐-硅酸盐、铅及/或铜掺杂的磷酸盐，或前述材料的任意组合。
在本发明的一实施例中，图1与图2中的发光元件包括一具有良好导热性的金属基材。此发光元件可轻易地将发光二极管所发出的热散去。因此，可制造出高功率的发光元件。若提供散热器于金属基材之下，可更有效率地将发光二极管所发出的热散去。
图3是为依照本发明一实施例灯体型态的发光元件封装体的侧向剖面图。灯体型态的发光元件60具有一对接脚51、52以及配置于其中一接脚末端的二极管支架53。二极管支架53具有如杯子的形状，且一个或多个发光二极管6是配置于二极管支架53中。当多个发光二极管配置于二极管支架53中时，每一个发光二极管53具有与其他发光二极管不同的波长波峰。发光二极管6的电极例如是通过导线2而与接脚52连接。
一定体积且混合于环氧树脂中的磷光体是配置在二极管支架53上。以下将进行更详细的说明，磷光体3例如包括铅及/或铜掺杂的化合物。
此外，二极管支架上例如配置有发光二极管6，且磷光体3例如是藉由硬化材料，如环氧树脂或硅树脂(silicon resin)进行密封。
在本发明一实施例中，灯体型态的发光元件60可具有一对以上的接脚。
图4是为依照本发明一实施例高功率发光元件封装体的侧向剖面图。散热器71是配置于高功率发光元件70的壳体73内，且散热器71是部分暴露于外界。一对导线架74是从壳体73突出。
一个或多个发光二极管是配置于其中一导线架74，且发光二极管6的电极例如是藉由导线与另一导线架74连接。导电胶9是配置于发光二极管6与导线架74之间。磷光体3则是配置在发光二极管6的顶面与侧面上。
图5是为依照本发明另一实施例高功率发光元件封装体的侧向剖面图。
高功率发光元件80具有壳体63，以容纳发光二极管6，7、配置于发光二极管6，7的顶面与侧面的磷光体3、一个或多个散热器61，62，以及一个或多个导线架64。导线架64可用以接收电源供应器所提供的电源，且导线架64是从壳体63突出。
在图7与图8的高功率发光元件70，80中，磷光体3可添加至配置于散热器与发光元件之间的胶体中。此外，本发明可将透镜与壳体63，73结合。
在本发明的高功率发光元件中可选择性地使用一个或多个发光二极管，且磷光体可依照发光二极管而进行调整。以下将进行更详细的说明，磷光体包括铅及/或铜掺杂的化合物。
本发明的高功率发光元件例如可具有冷却器(图中未示)及/或散热器。本发明可使用空气或风扇对冷却此冷却器。
本发明的发光元件并不限定于前述的结构，这些结构可根据发光二极管的特性、磷光体的特性，以及光线的波长作适当的修改。此外，尚可增加新的部件于前述的结构中。
本发明中，用以举例的磷光体是说明如下。
(磷光体) 本发明的磷光体包括铅及/或铜掺杂的化合物。磷光体可藉由紫外光及/或可见光，例如蓝光，来激发。化合物包括铝酸盐、硅酸盐、锑酸盐、锗酸盐、锗酸盐-硅酸盐，或磷酸盐型态的化合物。
铝酸盐型态的化合物可包括具有分子式(1)、分子式(2)，及/或分子式(5)的化合物。
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(Al2O3)·e(M3O)·f(M42O3)·g(M5oOp)·h(M6xOy)......(1) 其中，M1可为Pb、Cu，及/或前述材料的任意组合；M2可为一个或多个一价元素(monovalent elements)，如Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag，及/或前述材料的任意组合；M3可为一个或多个二价元素(divalent elements)，如Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn，及/或前述材料的任意组合；M4可为一个或多个三价元素(trivalent elements)，如Sc、B、Ga、In，及/或前述材料的任意组合；M5可为Si、Ge、Ti、Zr、Mn、V、Nb、Ta、W、Mo，及/或前述材料的任意组合；M6可为Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，及/或前述材料的任意组合；X可为F、Cl、Br、I，及/或前述材料的任意组合；0<a≤2；0≤b≤2；0≤c≤2；0≤d≤8；0<e≤4；0≤f≤3；0≤g≤8；0<h≤2；1≤o≤2；1≤p≤5；1≤x≤2；以及1≤y≤5。
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·4-a-b-c(M3O)·7(Al2O3)·d(B2O3)·e(Ga2O3)·f(SiO2)·g(GeO2)·h(M4xOy)......(2) 其中，M1可为Pb、Cu，及/或前述材料的任意组合；M2可为一个或多个一价元素，如Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag，及/或前述材料的任意组合；M3可为一个或多个二价元素，如Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn，及/或前述材料的任意组合；M4可为Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、In、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，及前述材料的任意组合；X可为F、Cl、Br、I，及前述材料的任意组合；0<a≤4；0≤b≤2；0≤c≤2；0≤d≤1；0≤e≤1；0≤f≤1；0≤g≤1；0<h≤2；1≤x≤2；以及1≤y≤5。
铜与铅掺杂发光材料的制备例如为一基础固态反应(basic solidreaction)。本发明可使用没有任何杂质的纯原材(starting materials)，例如铁。任何能够藉由加热制程转换为氧化物的原材皆可用以形成富氧的磷光体(oxygen dominated phosphors)。
制备的例子 具有分子式(3)的发光材料的制备方法。
Cu0.02Sr3.98Al14O25:Eu ......(3) 原材CuO、SrCO3、Al(OH)3、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
氧化物(oxides)、氢氧化物(hydroxides)，及/或碳酸盐(carbonates)型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如H3BO3等，并以化学当量比例(stoichiometric proportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约1小时，其是在温度约为1,200℃的条件下进行。在搅拌预烧制材料(pre-fired materials)之后，接着进行第二阶段烧制约4小时，其是于减压环境以及温度约为1,450℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为494纳米。
表1在激发波长约为400纳米的情况下，铜掺杂的Eu2+-活化铝酸盐与未经铜掺杂的Eu2+-活化铝酸盐的比较。
具有分子式(4)的发光材料的制备方法。
Pb0.05Sr3.95Al14O25:Eu......(4) 原材PbO、SrCO3、Al2O3、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
纯氧化物(oxides)、碳酸盐(carbonates)等型态的原材，或其他能够热分解为氧化物的组成物可藉由少量的助焊剂(flux)，例如H3BO3等，并以化学当量比例(stoichiometric proportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约1小时，其是于空气中以及温度约为1,200℃的条件下进行。在搅拌预烧制材料(pre-firedmaterials)之后，接着进行第二阶段烧制，其是于空气中以及温度约为1,450℃的条件下烧制约2小时，再于减压环境下烧制约2小时。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为494.5纳米。
表2在激发波长约为400纳米的情况下，铅掺杂的Eu2+-活化铝酸盐与未经铅掺杂的Eu2+-活化铝酸盐的比较。
表3在激发波长约为400纳米的情况下，一些能够被长波长紫外光及/或可见光激发的铜及/或铅掺杂的铝酸盐的光学特性，及其发光密度百分比的比较。
a(M1O)·b(M2O)·c(Al2O3)·d(M32O3)·e(M4O2)·f(M5xOy)......(5) 其中，M1可为Pb、Cu，及/或前述材料的任意组合；M2可为Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn，及/或前述材料的任意组合；M3可为B、Ga、In，及/或前述材料的任意组合；M4可为Si、Ge、Ti、Zr、Hf，及/或前述材料的任意组合；M5可为Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，及/或前述材料的任意组合；0<a≤1；0≤b≤2；0<c≤8；0≤d≤1；0≤e≤1；0<f≤2；1≤x≤2；以及1≤y≤5。
制备的例子 具有分子式(6)的发光材料的制备方法。
Cu0.05Sr0.95Al1.9997Si0.0003O4:Eu......(6) 原材CuO、SrCO3、Al2O3、SiO2、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
纯氧化物(oxides)及/或碳酸盐(carbonates)型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如AlF3等，并以化学当量比例(stoichiometricproportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行烧制约3小时，其是于减压环境以及温度约为1,250℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为521.5纳米。
表4在激发波长约为400纳米的情况下，铜掺杂的Eu2+-活化铝酸盐与未经铜掺杂的Eu2+-活化铝酸盐的比较。
具有分子式(7)的发光材料的制备方法。
Cu0.12BaMg1.88Al16O27:Eu......(7) 原材CuO、MgO、BaCO3、Al(OH)3、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
纯氧化物(oxides)、氢氧化物(hydroxides)，及/或碳酸盐(carbonates)型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如AlF3等，并以化学当量比例(stoichiometric proportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行烧制约2小时，其是于减压环境以及温度约为1,420℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为452纳米。
表5在激发波长约为400纳米的情况下，铅掺杂的Eu2+-活化铝酸盐与未经铅掺杂的Eu2+-活化铝酸盐的比较。
具有分子式(8)的发光材料的制备方法。
Pb0.1Sr0.9Al2O4:Eu ......(8) 原材PbO、SrCO3、Al(OH)3、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
纯氧化物(oxides)、氢氧化物(hydroxides)，及/或碳酸盐(carbonates)等型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如H3BO3等，并以化学当量比例(stoichiometric proportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是于空气中以及温度约为1,000℃的条件下进行。在搅拌预烧制材料(pre-firedmaterials)之后，接着进行第二阶段烧制，其是于空气中以及温度约为1,420℃的条件下烧制约1小时，再于减压环境下烧制约2小时。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为521纳米。
表6在激发波长约为400纳米的情况下，铅掺杂的Eu2+-活化铝酸盐与未经铅掺杂的Eu2+-活化铝酸盐的比较。
关于铜及/或铅掺杂的铝酸盐的结果是列于表7中。
表7在激发波长约为400纳米的情况下，一些能够被长波长紫外光及/或可见光激发的铜及/或铅掺杂的铝酸盐的光学特性，及其发光密度百分比的比较。
铅及/或铜掺杂的硅酸盐具有分子式(9)。
a(M1O)·b(M2O)·c(M3X)·d(M32O)·e(M42O3)·f(M5oOp)·g(SiO2)·h(M6xOy) ...(9) 其中，M1可为Pb、Cu，及/或前述材料的任意组合；M2可为Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn，及/或前述材料的任意组合；M3可为Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag，及/或前述材料的任意组合；M4可为Al、Ga、In，及/或前述材料的任意组合；M5可为Ge、V、Nb、Ta、W、Mo、Ti、Zr、Hf，及/或前述材料的任意组合；M6可为Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，及/或前述材料的任意组合；X可为F、Cl、Br、I，及前述材料的任意组合；0<a≤2；0<b≤8；0≤c≤4；0≤d≤2；0≤e≤2；0≤f≤2；0≤g≤10；0<h≤5；1≤o≤2；1≤p≤5；1≤x≤2；以及1≤y≤5。
制备的例子 具有分子式(10)的发光材料的制备方法。
Cu0.05Sr1.7Ca0.25SiO4:Eu ......(10) 原材CuO、SrCO3、CaCO3、SiO2、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
纯氧化物(oxides)及/或碳酸盐(carbonates)型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如NH4Cl等，并以化学当量比例(stoichiometricproportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行烧制约1小时，其是于钝气环境(如N2或惰性气体)以及温度约为1,200℃的条件下进行。接着，搅拌此材料(pre-fired materials)。之后，接着进行烧制约2小时，其是于稍微减压的环境以及温度约为1,200℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为592纳米。
表8在激发波长约为400纳米的情况下，铜掺杂的Eu2+-活化硅酸盐与未经铜掺杂的Eu2+-活化硅酸盐的比较。
具有分子式(11)的发光材料的制备方法。
Cu 0.2Ba 2Zn 0.2Mg 0.6Si 2O7:Eu ......(11) 原材CuO、BaCO3、ZnO、MgO、SiO2、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
高纯度氧化物(oxides)及/或碳酸盐(carbonates)型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如NH4Cl等，并以化学当量比例(stoichiometricproportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是于减压环境以及温度约为1,100℃的条件下进行。接着，搅拌此材料(pre-fired materials)。之后，接着进行烧制约2小时，其是于减压的环境以及温度约为1,235℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为467纳米。
表9在激发波长约为400纳米的情况下，铜掺杂的Eu2+-活化硅酸盐与未经铜掺杂的Eu2+-活化硅酸盐的比较。
具有分子式(12)的发光材料的制备方法。
Pb0.1Ba0.95Sr0.95Si0.998Ge0.002O4:Eu ......(12) 原材PbO、SrCO3、BaCO3、SiO2、GeO2、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
纯氧化物(oxides)及/或碳酸盐(carbonates)等型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如NH4Cl等，并以化学当量比例(stoichiometricproportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约1小时，其是于空气中以及温度约为1,000℃的条件下进行。在搅拌预烧制材料(pre-fired materials)之后，接着进行第二阶段烧制，其是于空气中以及温度约为1,220℃的条件下烧制约4小时，再在减压环境下烧制约2小时。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为527纳米。
表10在激发波长约为400纳米的情况下，铅掺杂的Eu2+-活化硅酸盐与未经铅掺杂的Eu2+-活化硅酸盐的比较。
具有分子式(13)的发光材料的制备方法。
Pb0.25Sr3.75Si3O8Cl4:Eu......(13) 原材PbO、SrCO3、SrCl2、SiO2、Eu2O3，及前述材料的任意组合。
氧化物(oxides)、氯化物(chlorides)，及/或碳酸盐(carbonates)等型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如NH4Cl等，并以化学当量比例(stoichiometric proportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是于空气中以及温度约为1,100℃的条件下进行。在搅拌预烧制材料(pre-fired materials)之后，接着进行第二阶段烧制，其是于空气中以及温度约为1,220℃的条件下烧制约4小时，再在减压环境下烧制约1小时。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为492纳米。
表11在激发波长约为400纳米的情况下，铅掺杂的Eu2+-活化氯硅酸盐(chlorosilicate)与未经铅掺杂的Eu2+-活化氯硅酸盐的比较。
关于铜及/或铅掺杂的硅酸盐的结果是列于表12中。
表12在激发波长约为400纳米的情况下，一些能够被长波长紫外光及/或可见光激发的铜及/或铅掺杂的稀土活化硅酸盐(rare earthactivated silicates)的光学特性，及其发光密度百分比的比较。
铅及/或铜掺杂的锑酸盐具有分子式(14)。
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(Sb2O5)·e(M3O)·f(M4xOy)......(14) 其中，M1可为Pb、Cu，及/或前述材料的任意组合；M2可为Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag，及/或前述材料的任意组合；M3可为Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn，及/或前述材料的任意组合；M4可为Bi、Sn、Sc、Y、La、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Gd，及/或前述材料的任意组合；X可为F、Cl、Br、I，及/或前述材料的任意组合；0<a≤2；0≤b≤2；0≤c≤4；0<d≤8；0≤e≤8；0≤f≤2；1≤x≤2；以及1≤y≤5。
制备的例子 具有分子式(15)的发光材料的制备方法。
Cu0.2Mg 1.7Li 0.2Sb2O7:Mn ......(15) 原材CuO、MgO、Li2O、Sb2O5、MnCO3，及/或前述材料的任意组合。
氧化物(oxides)型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，并以化学当量比例(stoichiometric proportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是在温度约为985℃的条件下进行。在预烧制之后，可搅拌该预烧制的材料。接着进行第二阶段烧制约8小时，其是于含氧大气环境以及温度约为1,200℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为626纳米。
表13在激发波长约为400纳米的情况下，铜掺杂的锑酸盐与未经铜掺杂的锑酸盐的比较。
具有分子式(16)的发光材料的制备方法。
Pb0.006Ca0.6Sr0.394Sb2O6......(16) 原材PbO、CaCO3、SrCO3、Sb2O5，及/或前述材料的任意组合。
氧化物(oxides)及/或碳酸盐(carbonates)型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，并以化学当量比例(stoichiometric proportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是在温度约为975℃的条件下进行。在预烧制之后，可搅拌该预烧制的材料。接着进行第二阶段烧制，其是于空气中以及温度约为1,175℃的条件下烧制约4小时，再在含氧大气环境下烧制约4小时。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为637纳米。
表14在激发波长约为400纳米的情况下，铅掺杂的锑酸盐与未经铅掺杂的锑酸盐的比较。
关于铜及/或铅掺杂的锑酸盐的结果是列于表15中。
表15在激发波长约为400纳米的情况下，一些能够被长波长紫外光及/或可见光激发的铜及/或铅掺杂的锑酸盐的光学特性，及其发光密度百分比的比较。
铅及/或铜掺杂的锗酸盐，及/或锗酸盐-硅酸盐具有分子式(17)。
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(GeO2)·e(M3O)·f(M42O3)·g(M5oOp)·h(M6xOy)......(17) 其中，M1可为Pb、Cu，及/或前述材料的任意组合；M2可为Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag，及/或前述材料的任意组合；M3可为Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd，及/或前述材料的任意组合；M4可为Sc、Y、B、Al、La、Ga、In，及/或前述材料的任意组合；M5可为Si、Ti、Zr、Mn、V、Nb、Ta、W、Mo，及/或前述材料的任意组合；M6可为Bi、Sn、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy，及/或前述材料的任意组合；X可为F、Cl、Br、I，及/或前述材料的任意组合；0<a≤2；0≤b≤2；0≤c≤10；0<d≤10；0≤e≤14；0≤f≤14；0≤g≤10；0≤h≤2；1≤o≤2；1≤p≤5；1≤x≤2；以及1≤y≤5。
制备的例子 具有分子式(18)的发光材料的制备方法。
Pb0.004Ca1.99Zn0.006Ge0.8Si0.2O4:Mn ......(18) 原材PbO、CaCO3、ZnO、GeO2、SiO2、MnCO3，及/或前述材料的任意组合。
氧化物(oxides)及/或碳酸盐(carbonates)等型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如NH4Cl等，并以化学当量比例(stoichiometricproportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是于含氧大气环境中以及温度约为1,200℃的条件下进行。接着，搅拌该材料。之后，接着进行第二阶段烧制约2小时，其是于含氧大气环境中以及温度约为1,200℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为655纳米。
表16在激发波长约为400纳米的情况下，铅掺杂的锰-活化锗酸盐与未经铅掺杂的锰-活化锗酸盐的比较。
具有分子式(19)的发光材料的制备方法。
Cu0.46Sr0.54Ge0.6Si0.4O3:Mn......(19) 原材CuO、SrCO3、GeO2、SiO2、MnCO3，及/或前述材料的任意组合。
氧化物(oxides)及/或碳酸盐(carbonates)等型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，例如NH4Cl等，并以化学当量比例(stoichiometricproportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是于含氧大气环境中以及温度约为1,100℃的条件下进行。接着，搅拌该材料。之后，接着进行第二阶段烧制约4小时，其是于含氧大气环境中以及温度约为1,180℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为658纳米。
表17在激发波长约为400纳米的情况下，铜掺杂的锰-活化锗酸盐-硅酸盐与未经铜掺杂的锰-活化锗酸盐-硅酸盐的比较。
表18在激发波长约为400纳米的情况下，一些能够被长波长紫外光及/或可见光激发的铜及/或铅掺杂的锗酸盐-硅酸盐的光学特性，及其发光密度百分比的比较。
铅及/或铜掺杂的磷酸盐具有分子式(20)。
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(P2O5)·e(M3O)·f(M42O3)·g(M5O2)·h(M6xOy)......(20) 其中，M1可为Pb、Cu，及/或前述材料的任意组合；M2可为Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag，及/或前述材料的任意组合；M3可为Be、Mg、Ca、Sr、Ba、zn、Cd、Mn，及/或前述材料的任意组合；M4可为Sc、Y、B、Al、La、Ga、In，及/或前述材料的任意组合；M5可为Si、Ge、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Mo，及/或前述材料的任意组合；M6可为Bi、Sn、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Ce、Tb，及/或前述材料的任意组合；X可为F、Cl、Br、I，及/或前述材料的任意组合；0<a≤2；0≤b≤12；0≤c≤16；0<d≤3；0≤e≤5；0≤f≤3；0≤g≤2；0<h≤2；1≤x≤2；以及1≤y≤5。
制备的例子 具有分子式(21)的发光材料的制备方法。
Cu0.02Ca4.98(PO4)3Cl:Eu......(21) 原材CuO、CaCO3、Ca3(PO4)2、CaCl2、Eu2O3，及/或前述材料的任意组合。
氧化物(oxides)、磷酸盐，及/或碳酸盐(carbonates)、氯化物型态的原材可藉由少量的助焊剂(flux)，并以化学当量比例(stoichiometricproportions)混合在一起。此混合物可在明矾坩埚(alumina crucible)内进行第一阶段烧制约2小时，其是于减压环境以及温度约为1,240℃的条件下进行。之后，此材料可被搅拌、洗涤、干燥，以及筛选。此最终的发光材料的发光波长约为450纳米。
表19在激发波长约为400纳米的情况下，铜掺杂的Eu2+-活化氯磷酸盐与未经铜掺杂的Eu2+-活化氯磷酸盐的比较。
表20在激发波长约为400纳米的情况下，一些能够被长波长紫外光及/或可见光激发的铜及/或铅掺杂的磷酸盐的光学特性，及其发光密度百分比的比较。
承上述，本发明的发光元件内的磷光体可包括铝酸盐、硅酸盐、锑酸盐、锗酸盐、磷酸盐型态的化合物，及前述材料的任意组合。
图6是依照本发明一实施例具有发光材料的发光元件的发光频谱。本实施例具有发光波长为405纳米的发光二极管以及磷光体，且此磷光体是藉由上述化合物以一定比例混合而成。磷光体可由波长波峰约为451纳米的Cu0.05BaMg1.95Al16O27:Eu、波长波峰约为586纳米的Cu0.03Sr1.5Ca0.47SiO4:Eu、波长波峰约为637纳米的Pb0.006Ca0.6Sr0.394Sb2O6:Mn4+、波长波峰约为512纳米的Pb0.15Ba1.84Zn0.01Si0.99Zr0.01O4:Eu，以及波长波峰约为494纳米的Cu0.2Sr3.8Al14O25:Eu所构成。
在本实施例中，部分从发光二极管所发出，且波长为405纳米的初始光线会被磷光体所吸收，并被转换为较长的2nd波长。1st光线与2nd光线是混合在一起，以产生所需的光线。如图6所示，发光元件会将波长为405纳米的1st紫外光转换为宽频谱范围的可见光，即白光。此时，色温约为3,000K，而现色指数(CRI)是介于约90至约95之间。
图7是本发明另一实施例具有发光材料的发光元件的发光频谱。本实施例具有发光波长为455纳米的发光二极管以及磷光体，且此磷光体是藉由上述化合物以一定比例混合而成。
磷光体可由波长波峰约为592纳米的Cu0.05Sr1.7Ca0.25SiO4:Eu、波长波峰约为527纳米的Pb0.1Ba0.95Sr0.95Si0.998Ge0.002O4:Eu，以及波长波峰约为557纳米的Cu0.05Li0.002Sr1.5Ba0.448SiO4:Gd，Eu所构成。
在本实施例中，部分从发光二极管所发出，且波长为455纳米的初始光线会被磷光体所吸收，并被转换为较长的2nd波长。1st光线与2nd光线是混合在一起，以产生所需的光线。如图7所示，发光元件会将波长为405纳米的1st蓝光转换为宽频谱范围的可见光，即白光。此时，色温是介于约4,000K至约6,500K之间，而现色指数(CRI)是介于约86至约93之间。
除了前述图6与图7中所描述的化合物，本发明中发光元件内的磷光体亦可以是其他种单一化合物或是多种单一化合物的混合物。
依据前述的内容，含有稀土元素的铅及/或铜掺杂的化合物可使得发光元件具有宽色温范围，介于约2,000K至约8,000K或约10,000K之间，以及大于90的优越色现指数。
前述波长转换型发光元件能够应用在行动电话、笔记本电脑，以及家电、立体声音响、电信元件等电子元件中，亦可应用在展览显示器的按键(key pad)以及背光源。此外，此波长转换型发光元件尚可应用在汽车、医疗仪器及照明产品中。
本发明可提供一种波长转换型发光元件，其具有抗水、抗蒸气以及抗极性溶剂等稳定性(stability)。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、一种发光元件，其特征在于其包括
至少一发光二极管，用以发出一光线；以及
一磷光体，用以改变该光线的波长，该磷光体实质上是至少覆盖住部分的该发光二极管；
其中该磷光体包括铜。
2、根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括铝酸盐、硅酸盐、锑酸盐、锗酸盐、锗酸盐-硅酸盐、磷酸盐，或前述材料的任意组合。
3、根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括一具有分子式(1)的化合物，
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(Al2O3)·e(M3O)·f(M42O3)·g(M5oOp)·h(M6xOy)......(1)
其中，
M1包括Pb、Cu或前述材料的任意组合；
M2包括一个或多个一价元素、Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag或前述材料的任意组合；
M3包括一个或多个二价元素、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn或前述材料的任意组合；
M4包括一个或多个三价元素、Sc、B、Ga、In或前述材料的任意组合；
M5包括Si、Ge、Ti、Zr、Mn、V、Nb、Ta、W、Mo或前述材料的任意组合；
M6包括Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或前述材料的任意组合；
X包括F、Cl、Br、I或前述材料的任意组合；
0<a≤2；
0≤b≤2；
0≤c≤2；
0≤d≤8；
0<e≤4；
0≤f≤3；
0≤g≤8；
0<h≤2；
1≤o≤2；
1≤p≤5；
1≤x≤2；以及
1≤y≤5。
4、根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括一具有分子式(2)的化合物，
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·4-a-b-c(M3O)·7(A l2O3)·d(B2O3)·e(Ga2O3)·f(SiO2)·g(GeO2)·h(M4xOy)......(2)
其中，
M1包括Pb、Cu或前述材料的任意组合；
M2包括一个或多个一价元素、Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag或前述材料的任意组合；
M3包括一个或多个二价元素、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn或前述材料的任意组合；
M4包括Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、In、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或前述材料的任意组合；
X包括F、Cl、Br、I或前述材料的任意组合；
0<a≤4；
0≤b≤2；
0≤c≤2；
0≤d≤1；
0≤e≤1；
0≤f≤1；
0≤g≤1；
0<h≤2；
1≤x≤2；以及
1≤y≤5。
5、根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括一具有分子式(5)的化合物，
a(M1O)·b(M2O)·c(Al2O3)·d(M32O3)·e(M4O2)·f(M5xOy)......(5)
其中，
M1包括Pb、Cu或前述材料的任意组合；
M2包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn或前述材料的任意组合；
M3包括B、Ga、In或前述材料的任意组合；
M4包括Si、Ge、Ti、Zr、Hf或前述材料的任意组合；
M5包括Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或前述材料的任意组合；
0<a≤1；
0≤b≤2；
0<c≤8；
0≤d≤1；
0≤e≤1；
0<f≤2；
1≤x≤2；以及
1≤y≤5。
6、根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括一具有分子式(9)的化合物，
a(M1O)·b(M2O)·c(M3X)·d(M32O)·e(M42O3)·f(M5oOp)·g(SiO2)·h(M6xOy)......(9)
其中，
M1包括Pb、Cu、或前述材料的任意组合；
M2包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn或前述材料的任意组合；
M3包括Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag或前述材料的任意组合；
M4包括Al、Ga、In或前述材料的任意组合；
M5包括Ge、V、Nb、Ta、W、Mo、Ti、Zr、Hf或前述材料的任意组合；
M6包括Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或前述材料的任意组合；
X包括F、Cl、Br、I或前述材料的任意组合；
0<a≤2；
0<b≤8；
0≤c≤4；
0≤d≤2；
0≤e≤2；
0≤f≤2；
0≤g≤10；
0<h≤5；
1≤o≤2；
1≤p≤5；
1≤x≤2；以及
1≤y≤5。
7、根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括一具有分子式(14)的化合物，
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(Sb2O5)·e(M3O)·f(M4xOy)......(14)
其中，
M1包括Pb、Cu或前述材料的任意组合；
M2包括Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag或前述材料的任意组合；
M3包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn或前述材料的任意组合；
M4包括Bi、Sn、Sc、Y、La、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy、Gd或前述材料的任意组合；
X包括F、Cl、Br、I或前述材料的任意组合；
0<a≤2；
0≤b≤2；
0≤c≤4；
0<d≤8；
0≤e≤8；
0≤f≤2；
1≤x≤2；以及
1≤y≤5。
8、根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括一具有分子式(17)的化合物，
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(GeO2)·e(M3O)·f(M42O3)·g(M5oOp)·h(M6xOy)......(17)
其中，
M1包括Pb、Cu或前述材料的任意组合；
M2包括Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag或前述材料的任意组合；
M3包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd或前述材料的任意组合；
M4包括Sc、Y、B、Al、La、Ga、In或前述材料的任意组合；
M5包括Si、Ti、Zr、Mn、V、Nb、Ta、W、Mo或前述材料的任意组合；
M6包括Bi、Sn、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy或前述材料的任意组合；
X包括F、Cl、Br、I或前述材料的任意组合；
0<a≤2；
0≤b≤2；
0≤c≤10；
0<d≤10；
0≤e≤14；
0≤f≤14；
0≤g≤10；
0≤h≤2；
1≤o≤2；
1≤p≤5；
1≤x≤2；以及
1≤y≤5。
9、根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的磷光体包括一具有分子式(20)的化合物，
a(M1O)·b(M22O)·c(M2X)·d(P2O5)·e(M3O)·f(M42O3)·g(M5O2)·h(M6xOy)......(20)
其中，
M1包括Pb、Cu或前述材料的任意组合；
M2包括Li、Na、K、Rb、Cs、Au、Ag或前述材料的任意组合；
M3包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Mn或前述材料的任意组合；
M4包括Sc、Y、B、Al、La、Ga、In或前述材料的任意组合；
M5包括Si、Ge、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Mo或前述材料的任意组合；
M6包括Bi、Sn、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Ce、T或前述材料的任意组合；
X包括F、Cl、Br、I或前述材料的任意组合；
0<a≤2；
0≤b≤12；
0≤c≤16；
0<d≤3；
0≤e≤5；
0≤f≤3；
0≤g≤2；
0<h≤2；
1≤x≤2；以及
1≤y≤5。
10.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光组件，其特征在于所述的磷光体包括一个或多个单一化合物，或其任意组合。
11.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光组件，其特征在于还包括一密封材料用以覆盖所述的发光二极管以及所述的磷光体。
12.根据权利要求11中所述的发光组件，其特征在于所述的磷光体分布于所述的密封材料中。
13.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光组件，其特征在于所述的磷光体与一硬化材料混合。
14.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于所述的至少一发光二极管磷光体包括多个发光二极管。
15.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光组件，其特征在于还包括一反射器，用以反射发光二极管发出的光线。
16.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光元件，其特征在于还包括
多个接脚；
一二极管支架，配置于其中一接脚末端；
一导电元件，用以将该发光二极管连接至其他电极；以及
其中发光二极管配置于该二极管支架内。
17.根据权利要求1至2中任一权利要求所述的发光组件，其特征在于还包括至少一散热器，用以将发光二极管所发出的热散去。
18.根据权利要求17中所述的发光组件，其特征在于所述的至少一散热器包括多个散热器。
19.根据权利要求1中所述的发光元件，其特征在于所述的铜为二价铜。
全文摘要
本发明是关于一种发光元件，包括用以发出光线的发光二极管、用以改变光线波长的磷光体，且磷光体实质上是至少覆盖住部分的发光二极管。磷光体可包括铝酸盐、硅酸盐、锑酸盐、锗酸盐、锗酸盐-硅酸盐、磷酸盐，或前述材料的任意组合。
文档编号C09K11/74GK101424388SQ200810177668
公开日2009年5月6日 申请日期2005年1月17日 优先权日2004年6月10日
发明者冈朵拉罗夫, 瓦特涂斯, 李贞勋 申请人:汉城半导体股份有限公司