发光二极管及其荧光粉及有机薄膜层的制作方法

专利名称：发光二极管及其荧光粉及有机薄膜层的制作方法
专利说明发光二极管及其荧光粉及有机薄膜层 发明所属技术领域
本发明系关于一种发光二极管及其荧光粉及有机薄膜层，尤指一种于成分中加入了铽离子、镓离子、镱离子和镥离子，使该荧光粉可吸收InGaN半导体异质结所发出的λ＝440～480nm的短波辐射，再辐射出峰值波长λ＝525～595nm的光的发光二极管及其荧光粉及有机薄膜层。
先前技术
发展中的光源，尤其白色光源，是一种多颜色的混合光，可被人眼感觉为至少包括二种以上波长的混合光，当人眼同时受红、蓝、绿光的刺激时，或同时受到蓝光与黄光等互补光线的刺激时均可感受为白光，故依此原理可制作发出不同颜色的光源。如白光固体光源的常用技术中，制作方法主要是利用光线互补的方式，如下列几种 第一种方法系使用以InGaAlP、GaN与GaP为材质的三颗固体光源，分别控制通过固体光源的电流而发出红、绿及蓝光，经透镜将发出的光加以混合而产生白光。
第二种方法系使用GaN与GaP为材质的二颗固体光源，其亦分别控制通过固体光源的电流而发出蓝及黄绿光以产生白光。
但上述二种方式中，若其固体光源之一发生故障，则将无法得到正常的白光，且因其正向偏压各不相同，故须多套控制电路，致使成本较高，此皆为实际应用上的不利因素。
其它如日本日亚化学公司(Nichia Chemical)于1996年发展出以氮化铟镓蓝光固体光源配合发黄光的钇铝石榴石荧光物质亦可成为一白光光源，然而其为利用互补色原理以产生白光，其光谱波长分布的连续性不如真实的太阳光，只适合作为简单的照明用途。第四种可产生白光的方案系日本住友电工(SumitomoElectric Industries，Ltd)研发出使用ZnSe材料的白光固体光源，其亦利用光线互补的原理产生白色光线。
相较于上述公知技术产生白光的技术，本发明特别利用黄橙色光固体光源与具有特定成分的荧光粉产生多样的辐射光源。

发明内容
为解决上述公知技术的缺点，本发明的目的是制造出一种荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，铈作激发剂，其组成中加入了铽离子、镓离子、镱离子和镥离子，使该荧光粉可吸收InGaN半导体异质结所发出的λ＝440～480nm的短波辐射，再辐射出峰值波长λ＝525～595nm的光。
为解决上述公知技术的缺点，本发明的另一目的是制造一种有机薄膜层，其由聚合物与覆盖在半导体异质结发光面上的荧光粉的混合物组成。
为解决上述公知技术的缺点，本发明的另一目的是制造一种发光二极管，其由覆盖有包含所述荧光粉填充物的有机薄膜层和球面透镜构成，其在2θ＝30°时，光强J＝100-200cd，完全光效能η＞40lm/w，白光色品坐标X＞0.32，Y＞0.31。
为达到上述目的，本发明涉及一种荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，铈作激发剂，其组成中加入了铽离子、镓离子、镱离子和镥离子，形成化学式为(Y1-x-y-z-p-qGdxTbyYbzLupCeq)3Al5O12的化合物，其中x＝0.05～0.9，y＝0.001～0.3，z＝0.01～0.05，p＝0.01～0.2，q＝0.0001～0.2。
为达到上述目的，本发明涉及一种有机薄膜层，其由聚合物覆盖在半导体异质结发光面上，在该聚合物中填充入如上所述的荧光粉。
为达到上述目的，本发明涉及一种发光二极管，其由覆盖有包含如上所述的荧光粉填充物的有机薄膜层和球面透镜构成，该有机薄膜层的轴线的交点与该球面透镜的焦点相重合。
实施方式
本发明揭露一种发光二极管及其荧光粉及有机薄膜层，且该荧光粉例如但不限于为无机荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，铈(Ce)作激发剂，并于成分中加入了铽(Tb)离子、镓(Ga)离子、镱(Yb)离子和镥(Lu)离子。
其中，该荧光粉的基体的化学组成例如但不限于为(Y1-x-y-z-p-qGdxTbyYbzLupCeq)3Al5O12的钇铝石榴石，并使用Ce作激发剂，该荧光粉可辐射出黄橙色光。其中，该荧光粉基体的化学式(Y1-x-y-z-p-qGdxTbyYbzLupCeq)3Al5O12中x＝0.05～0.9，y＝0.001～0.3，z＝0.01～0.05，p＝0.01～0.2，q＝0.0001～0.2。其中，激发剂的最佳含量为0.07≤Ce/(Gd+Tb+Yb+Lu)≤0.20。
该荧光粉中活性离子Ce+3与钇铝石榴石基体中另外加入的Tb，Yb，Lu离子的浓度比的取值范围例如但不限于为0.09≤Ce/(Tb+Yb+Lu)≤0.23。
该荧光粉颗粒可吸收InGaN半导体异质结1(请参照

图1)所发出的λ＝440～480nm的短波辐射，再辐射出峰值波长λ＝525～595nm的光，其峰值向长波段方向移动的距离随(Gd+Ce)/(Y+Lu+Gd+Tb+Yb+Ce)的比值在0.05～1之间增大而增大。
当该荧光粉被半导体异质结1的短波辐射激发时，该荧光粉发光的余辉随(Ce+Yb)/(Y+Lu+Gd+Tb+Ce)的比值在0.005～0.1间增大而减小，变化范围为120～60奈秒。
因此，本发明的荧光粉具有以下特征它以钇铝石榴石为基体，铈作激发剂，其组成中加入了铽离子、镓离子、镱离子和镥离子，形成化学式为(Y1-x-y-z-p-qGdxTbyYbzLupCeq)3Al5O12的化合物，其可吸收InGaN半导体异质结1所发出的λ＝440～480nm的短波辐射，再辐射出峰值波长λ＝525～595nm的光，峰值向长波段方向移动的距离随(Gd+Ce)/(Y+Lu+Gd+Tb+Yb+Ce)的比值在0.05～1之间增大而增大。
此外，本发明进一步提供一有机薄膜层2(请参照图1)，其由聚合物与覆盖在半导体异质结1发光面上的荧光粉的混合物组成，在该聚合物中填充入如上所述的荧光粉。其中，该荧光粉具有如上所述的特性及成分，故在此不拟赘述。
其中，该有机薄膜层2中的聚合物中填充该荧光粉的质量浓度为10～70％，该荧光粉的厚度例如但不限于为80～240微米。该有机薄膜层2可吸收20～90％半导体异质结1的原始短波辐射，将其与该荧光粉自身发出的黄橙色光相混合，最终形成色温T＝6500～2800K的白色光。
此外，本发明进一步提供一种发光二极管。请参照图1，其绘示本发明一较佳实施例的发光二极管的结构示意图。如图所示，本发明的发光二极管由氮化铟镓短波异质结1、填充有如上所述荧光粉的有机薄膜层2及球面透镜3构成，其中该有机薄膜的基体由热凝聚合物构成。
其中，该有机薄膜层2具有如上所述的特性及成分，故在此不拟赘述。该热凝聚合物可为例如但不限于硅氧烷树脂、环氧树脂或聚碳酸酯。该荧光粉颗粒于该有机薄膜层中的填充浓度为10～70％，薄膜厚度为80～240微米。其中，该球面透镜3将半导体异质结1的发光透过填充有该荧光粉的有机薄膜层传输出来，该球面透镜3的光轴与该半导体异质结1的主要发光面的几何中心相重合，使其在2θ＝30°时，可发出光强J＝100-200cd，完全光效能η＞40lm/w，白光色品坐标X＞0.32，Y＞0.31的白光。
此外，该有机薄膜层2与该球面透镜3之间的空间进一步可加入一层透光聚合膜层4，该透光聚合膜层4的折射率为1.4≤n≤1.6，其分子质量＝10000～20000个碳单位。
综上所述，本发明涉及一种发光二极管及其荧光粉及有机薄膜层，该荧光粉以钇铝石榴石为基体，Ce作激发剂，其组成中加入了铽离子、镓离子、镱离子和镥离子，使该荧光粉可吸收InGaN半导体异质结所发出的λ＝440～480nm的短波辐射，再辐射出峰值波长λ＝525～595nm的光，因此，确可改善公知的二极管荧光粉的缺点。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作少许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
附图简单说明
图1为一示意图，其绘示本发明一较佳实施例的发光二极管的结构示意图。
主要组件符号说明
氮化铟镓短波异质结1有机薄膜层2 球面透镜3 透光聚合膜层权利要求
1.一种荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，铈作激发剂，其组成中加入了铽离子、镓离子、镱离子和镥离子，形成化学式为(Y1-x-y-z-p-qGdxTbyYbzLupCeq)3Al5O12的化合物，其中x＝0.05～0.9，y＝0.001～0.3，z＝0.01～0.05，p＝0.01～0.2，q＝0.0001～0.2。
2.如权利要求1所述的荧光粉，其中激发剂的含量为0.07≤Ce/(Gd+Tb+Yb+Lu)≤0.20。
3.如权利要求1所述的荧光粉，其中活性离子Ce+3与钇铝石榴石基体中另外加入的Tb，Yb，Lu离子的浓度比的取值范围为0.09≤Ce/(Tb+Yb+Lu)≤0.23。
4.如权利要求1所述的荧光粉，其吸收InGaN半导体异质结所发出的λ＝440～480nm的短波辐射，再辐射出峰值波长λ＝525～595nm的光，峰值向长波段方向移动的距离随(Gd+Ce)/(Y+Lu+Gd+Tb+Yb+Ce)的比值在0.05～1之间增大而增大。
5.如权利要求4所述的荧光粉，其被半导体异质结的短波辐射激发时，该荧光粉发光的余辉随(Ce+Yb)/(Y+Lu+Gd+Tb+Ce)的比值在0.005～0.1间增大而减小，变化范围为120～60奈秒。
6.一种有机薄膜层，其由聚合物与覆盖在半导体异质结发光面上的荧光粉的混合物组成，在该聚合物中填充入如权利要求1所述的荧光粉。
7.如权利要求6所述的有机薄膜层，其中该聚合物中填充该荧光粉的质量浓度为10～70％。
8.如权利要求7所述的有机薄膜层，其中该荧光粉的厚度为80～240微米。
9.如权利要求6所述的有机薄膜层，其可吸收20～90％半导体异质结的原始短波辐射，将其与该荧光粉自身发出的黄橙色光相混合，最终形成色温T＝6500～2800K的白色光。
10.一种发光二极管，其由覆盖有包含如权利要求1所述的荧光粉填充物的聚合层的有机薄膜层和球面透镜构成，该有机薄膜层的轴线的交点与该球面透镜的焦点相重合。
11.如权利要求10所述的发光二极管，其中该聚合物可为硅氧烷树脂、环氧树脂或聚碳酸酯。
12.如权利要求10所述的发光二极管，其中该有机薄膜层与该球面透镜之间的空间进一步可加入一层透光聚合膜层。
13.如权利要求12所述的发光二极管，其中该透光聚合膜层的折射率为1.4≤n≤1.6，其分子质量＝10000～20000个碳单位。
14.如权利要求10所述的发光二极管，其在2θ＝30°时，光强J＝100-200cd，完全光效能η＞40lm/w，白光色品坐标X＞0.32，Y＞0.31。
15.如权利要求10所述的发光二极管，其中该荧光粉的激发剂的含量为0.07≤Ce/(Gd+Tb+Yb+Lu)≤0.20。
16.如权利要求10所述的发光二极管，其中该荧光粉的活性离子Ce+3与钇铝石榴石基体中另外加入的Tb，Yb，Lu离子的浓度比的取值范围为0.09≤Ce/(Tb+Yb+Lu)≤0.23。
17.如权利要求10所述的发光二极管，其中该荧光粉吸收InGaN半导体异质结所发出的λ＝440～480nm的短波辐射，再辐射出峰值波长λ＝525～595nm的光，峰值向长波段方向移动的距离随(Gd+Ce)/(Y+Lu+Gd+Tb+Yb+Ce)的比值在0.05～1之间增大而增大。
18.如权利要求17所述的发光二极管，其中该荧光粉被半导体异质结的短波辐射激发时，该荧光粉发光的余辉随(Ce+Yb)/(Y+Lu+Gd+Tb+Ce)的比值在0.005～0.1间增大而减小，变化范围为120～60奈秒。
19.如权利要求10所述的发光二极管，其中该有机薄膜层中的聚合物中填充该荧光粉的质量浓度为10～70％，该荧光粉的厚度为80～240微米。
20.如权利要求19所述的发光二极管，其中该有机薄膜层可吸收20～90％半导体异质结的原始短波辐射，将其与该荧光粉自身发出的黄橙色光相混合，最终形成色温T＝6500～2800K的白色光。
全文摘要
本发明系关于一种荧光粉，其以钇铝石榴石为基体，铈作激发剂，其组成中加入了铽离子、镓离子、镱离子和镥离子，形成化学式为(Y1-x-y-x-p-qGdxTbyYbzLupCeq)3Al5O12的化合物。此外，本发明亦提供一种有机薄膜层及使用该荧光粉和有机薄膜层的发光二极管。
文档编号H01L33/00GK101104803SQ20071000004
公开日2008年1月16日 申请日期2007年1月8日 优先权日2007年1月8日
发明者索辛纳姆, 罗维鸿, 蔡绮睿 申请人:罗维鸿