专利名称：一种发光器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光器件及其制造方法，特别是一种电致发光与光致发光结合的
器件及其制造方法。
背景技术：
发光二极管(LED)具有的全固体、色饱合度好和发光效率高等优点，逐渐开始应 用于显示与照明领域。在照明应用中广泛采用的是白光LED，该器件通常是利用蓝光LED 不完全激发黄色荧光粉来获得黄光，然后LED发出的蓝光与黄光混合产生白光。例如选用 在宝石(A1203)或碳化硅(SiC)衬底上生长的掺杂铝、铟的氮化镓(Gal-xInxN(x约等于 0. 25))蓝光发光二极管芯片与混合在有机硅或环氧树脂中的掺铈钇铝石榴石(YAG:Ce)黄 光荧光粉封装在一起，即可制成白光发光器件。采用蓝光LED激发黄光荧光粉获得的白光 流明效率较高，但显色指数较低。白光也可以采用宝石(A1203)或碳化硅(SiC)衬底上生 长的掺杂铝、铟的氮化镓(Ga(Al/In)N)紫外或蓝紫光LED激发蓝、绿、红(RGB)色荧光粉获 得，该器件也是把紫光LED芯片与RGB荧光粉封装在一起组成的单元发光器件，这种白光 LED显色指数比较高，但流明效率较低。用混合在树脂中的荧光粉粘结在发光二极管制备的 发光器件上，通常会出现由于混合在树脂中的荧光粉不均匀、重量比有变化、荧光粉颗粒散 射不同等原因产生的较大的色偏、色差与黄圈等缺陷，而且这些有机树脂还容易受环境影 响而出现老化变黄等现象，这给白光LED的应用中带来诸多不便。解决上述问题是当前白 光照明应用一个非常关注的研究课题。 图1是现有技术的白光LED器件的结构示意图，其中，105为发光二极管的空穴型 导电电极，106为电子型导电电极，101是晶体生长过渡层，102为电子型导电层，103为发光 层，104为空穴导电层，200是光反射层，300为发光二极管的基板，400是黄光荧光粉，500为 封装树脂。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有易于制备、简单、长寿命、高效率的发光器件及制造 方法。 本发明的另外一个目的是提供一种波长变换的发光器件，包括单色、多色与白色 发光器件。 为实现上述一个或多个目的，本发明提供一种发光器件，包括基板、制备或者结合 在所述基板上的发光二极管以及相关光学与机械结构，其特征在于，所述基板由具有光致 发光功能的晶体、多晶体或者非晶材料构成，所述发光二极管发出的光透过基板发射。
根据本发明的一个方面，上述基板由包括掺铈钇铝石榴石(YAG:Ce)、红宝石 (AlA:Cr)、蓝宝石(AlA:Ti)、掺铈铝酸锂(Li (A1203) :Ce)中的一种或多种的单晶、多晶或 者非晶材料制成。 根据本发明的一个方面，上述发光二极管由不同组分的氮铝铟镓半导体材料制成，所发射的光线的波长峰值范围是350 560nm。 根据本发明的一个方面，上述基板在所述发光二极管发出的光的激发下发射出的
光的色彩包括红色、绿色、蓝色和红色绿色过渡色、绿色蓝色之间的过渡色。 根据本发明的一个方面，上述基板部分吸收、部分透射发光二极管发出的光，所述
基板透射的光与其在光致发光作用下产生的光混合成白光。 本发明通过在具有光致发光功能的晶体基板上制作发光二极管，发光二极管发出 的一部分光激发晶体基板，使晶体基板发光，发光二极管发出的另外一部分光透射过晶体 基板与晶体基板所发出光形成混合光。 本发明的发光器件，包括晶体基板，该晶体基板上制备的发光二极管、反射部件、 以及固定机构。所述晶体基板具有光致发光特性，该发光器件所发射光线的波长范围在紫 外到蓝绿色区，且具有光致发光功能的晶体基板在上述发光器件所发射光线激发下，发射 出为红色、绿色、蓝色和红色、绿色、蓝色之间的过渡色，或者形成混合色光。其中反射部件 是根据不同场合采用不同形式的功能部件。 该发光器件所发射光线的波长峰值范围是350 560nm。该具有光致发光作用的 基板在350 560nm为部分透明。 发光器件可以包括一个或一个以上的无机发光二极管。发光二极管可以采用表面 封装、C0B(Chip on Board)封装、倒装(Flip Chip)等形式进行封装。在采用C0B封装时， 其基板(board)制有反光的光学结构。 多个发光二极管串、并联时，可以用100-380V交流来驱动，此时可利用了发光二 极管的自身整流特性，也可以通过桥式整流器后驱动。 该发光器件为可以位于导光板的侧面，称为侧发光式；或者设置在导光板的正下 方，称为直下式。该具有光致发光的基板由晶体、多晶体或者非晶材料构成，光致发光量子 效率大于30%。 根据本发明，还提供了一种制造上述发光器件的方法，包括如下步骤在具有光致 发光功能的基板上直接制备发光二极管。 根据本发明的另一方面，一种制造上述发光器件的方法，包括如下步骤(l)在发 光二极管基板上制备发光二极管；(2)通过剥离技术将发光二极管剥离上述发光二极管基 板；(3)将剥离下来的发光二极管结合到具有光致发光功能的基板上。 根据本发明的另一方面，一种制造上述发光器件的方法，包括如下步骤(l)在发 光二极管基板上制备发光二极管；(2)在与发光二极管基板相对的一侧，将具有光致发光 功能的基板结合到发光二极管上。 根据本发明的另一方面，在上述的制造发光器件的方法中，还包括在发光二极管 的一侧制备反射层的步骤，所述反射层用于将发光二极管发出的光反射到具有光致发光功 能的基板上。 本发明的具有如下有益效果 在本发明所述的装置中，采用了单色发光二极管激发单晶、多晶或者非晶的光致 发光基板，避免了以前方法带来的有机树脂容易受环境影响而出现老化变黄等现象。
在本发明所述的显示装置中，使用具有光致发光功能的单晶、多晶或者非晶基板 把单色光器件转换成白色光器件，避免了以前方法的工艺不稳定性带来的白色光器件色坐标的不稳定性。
图1为现有技术的发光器件的结构示意图。 图2为根据本发明的一种实施方式的发光器件的结构示意图。 图3为根据本发明的另一种实施方式的发光器件的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图描述本发明的具体实施方式
。
实施方式一 图2示出了根据本发明的一种实施方式的发光器件的结构示意图。该发光器件包 括发光二极管、反射层200和具有光致发光功能的晶体基板600。其中发光二极管包括 发光二极管的晶体生长过渡层101、发光二极管的电子型导电层102、无机发光二极管的发 光层103、发光二极管的空穴型导电层104、发光二极管的空穴型导电电极105、发光二极管 的电子型导电电极106。 图2所示的发光器件的工作原理如下发光二极管的发光层103发出波长范围在 紫外到蓝绿色区的光(光的波长范围可根据应用需要进行选择)，发出的光发射到晶体基 板600，其中一部分光激发晶体基板，晶体基板通过光致发光作用发射出的光的色彩范围包 括红色、绿色、蓝色和红色、绿色、蓝色之间的过渡色。发光二极管发光层103发出的另一部 分光穿透晶体基板600，与上述晶体基板600通过光致发光作用产生的光混合成混合色光， 如白色光。 此实施方式中，发光二极管的各半导体层(包括发光二极管的晶体生长过渡层 IOI，发光二极管的电子型导电层102，无机发光二极管的发光层103，发光二极管的空穴型 导电层104)由掺杂铝、铟的氮化镓的半导体材料，S卩(Al)Ga(In)N材料制成，发光二极管的 发光颜色为蓝色光。 发光二极管的空穴型导电电极105由金属材料镍(Ni)和金(Au)制成。发光二极 管的电子型导电电极106由金属材料钛(Ti)和铝(Al)制成。发光二极管的空穴型导电电 极105也可以作为反射层200。晶体基板600由掺铈钇铝石榴石(YAG:Ce)单晶构成。
根据本发明，可以用两种方法来制造图2所示的发光器件。第一种方法包括在 掺铈钇铝石榴石基板600(该基板为具有光致发光作用的晶体基板)上直接制备发光二极 管，该发光二极管包括晶体生长过渡层101、电子型导电层102、发光层103、空穴型导电层 104、空穴型导电电极105、电子型导电电极106。
第二种制造方法包括在蓝宝石基板上制备发光二极管，该发光二极管包括晶 体生长过渡层101、电子型导电层102、发光层103、空穴型导电层104、空穴型导电电极105、 电子型导电电极106 ;通过剥离技术将发光二极管100剥离蓝宝石基板；将剥离下来的发光 二极管结合到具有光致发光作用的晶体基板600上。
实施方式二 图3示出了根据本发明的另一种实施方式的发光器件的结构示意图。图3所示的 发光器件包括发光二极管、发光二极管的基板300、反射层200、具有发光作用的晶体基板
5600。其中发光二极管包括发光二极管的晶体生长过渡层101，发光二极管的电子型导电 层102，发光二极管的发光层103，发光二极管的空穴型导电层104，发光二极管的空穴型导 电电极105，发光二极管的电子型导电电极106。 在此实施方式中，发光二极管的各半导体层(包括发光二极管的晶体生长过渡层 IOI，发光二极管的电子型导电层102，无机发光二极管的发光层103，发光二极管的空穴型 导电层104)由掺杂铝、铟的氮化镓的半导体材料，S卩(Al)Ga(In)N材料制成，发光二极管的 发光颜色为蓝色光。 发光二极管的空穴型电极105由金属材料镍(Ni)和金(Au)的半透明层制成。发 光二极管的电子型导电电极106由金属材料钛(Ti)和铝(Al)制成。晶体基板300为掺铈 钇铝石榴石(YAG:Ce)单晶构成。 此实施方式与实施方式二的区别在于，发光二极管基板300在制作过程中没有被 剥离，在发光二极管基板的下侧设置反射层300，具有发光作用的晶体基板600设置在与发 光二极管基板300相对的一侧。 图3所示的发光器件制作过程包括在蓝宝石基板300上制备的发光二极管，该发 光二极管包括晶体生长过渡层101、电子型导电层102、发光层103、空穴型导电层104、空 穴型导电电极105、电子型导电电极106 ;在空穴型导电电极105的上面，结合具有光致发光 作用的晶体基板600。 图3所示的发光器件的工作原理如下发光二极管发光层103发出蓝色光(也可 以发出紫外到蓝绿色区的光，光的波长范围可根据应用需要进行选择)，发出的光发射到晶 体基板600，其中一部分光激发晶体基板600，晶体基板600通过光致发光作用发射出的光 的色彩为红色、绿色的过渡色，发光二极管发光层103发出的另一部分蓝色光穿透晶体基 板600，与上述晶体基板600光致发光作用产生的光混合成白色光。 以上针对本发明的优选实施方式进行了描述，本领域技术人员应该理解，在不脱 离本发明的精神和权利要求书的范围基础上可以进行各种变化和修改。
权利要求
一种发光器件，包括基板、制备或者结合在所述基板上的发光二极管以及相关光学与机械结构，其特征在于，所述基板由具有光致发光功能的晶体、多晶体或者非晶材料构成，所述发光二极管发出的光透过所述基板发射。
2. 根据权利要求l所述的发光器件，其特征在于，所述基板由包括掺铈钇铝石榴石 (YAG:Ce)、红宝石(Al203:Cr)、蓝宝石(Al203:Ti)、掺铈铝酸锂(Li (A1203) :Ce)中的一种或 多种的单晶、多晶或者非晶材料制成。
3. 根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光二极管由不同组分的氮铝 铟镓半导体材料制成，所发射的光线的波长峰值范围是350 560nm。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的发光器件，其特征在于，所述基板在所述发光二 极管发出的光的激发下发射出的光的色彩包括红色、绿色、蓝色和红色绿色过渡色、绿色蓝 色之间的过渡色。
5. 根据权利要求1 3中任一项所述的发光器件，其特征在于，所述基板部分吸收、部 分透射发光二极管发出的光，所述基板透射的光与其在光致发光作用下产生的光混合成白 光。
6. —种制造如权利要求1 5中任一项所述的发光器件的方法，包括如下步骤在具 有光致发光功能的基板上直接制备发光二极管。
7. —种制造如权利要求1 5中任一项所述的发光器件的方法，包括如下步骤(1) 在发光二极管基板上制备发光二极管；(2) 通过剥离技术将发光二极管剥离上述发光二极管基板；(3) 将剥离下来的无机发光二极管结合到具有光致发光功能的基板上。
8. 如权利要求6或7所述的制造发光器件的方法，其特征在于，还包括在发光二极管的 一侧制备反射层的步骤，所述反射层用于将发光二极管发出的光反射到具有光致发光功能 的基板上。
9. 一种制造如权利要求1 5中任一项所述的发光器件的方法，包括如下步骤(1) 在发光二极管基板上制备发光二极管；(2) 在与发光二极管基板相对的一侧，将具有光致发光功能的基板结合到发光二极管上。
10. 如权利要求9所述的制造发光器件的方法，其特征在于，还包括在发光二极管的另 一侧制备反射层的步骤，所述反射层用于将发光二极管发出的光反射到具有光致发光功能 的基板上。
全文摘要
本发明公开了一种发光器件，包括基板、制备或者结合在所述基板上的发光二极管以及相关光学与机械结构。所述基板由具有光致发光功能的晶体、多晶体或者非晶材料构成，所述发光二极管发出的光透过所述基板发射。基板在发光二极管的电致发光激发下发出长于发光二极管波长的光致发光。发光二极管透射出的电致发光与基板的光致发光相混合产生白光。本发明还公开了一种制备上述发光器件的方法。
文档编号H01L33/00GK101771117SQ201010103840
公开日2010年7月7日 申请日期2010年2月2日 优先权日2010年2月2日
发明者刘宏宇, 孙润光 申请人:孙润光;刘宏宇