荧光转换发光二极管

技术领域

本发明从一种根据权利要求1的前序部分的荧光转换LED出发。 在此尤其是涉及一种具有高转换效率的LED。

背景技术

根据US-A 6 686 691公开了一种将蓝芯片用作初级光源的荧光 转换LED。具有两种吸收蓝光并发射绿光与红光的荧光物质的荧光物质 层被连接在该芯片之前。但是在此，这两种荧光物质均匀地分布在树 脂中，这导致不期望的效应。因此不能同时满足“高效率”和“好的 颜再现”这两个标准。为了实现高的颜再现，必须采用一种其实 波长太短的绿荧光物质，该绿荧光物质于是由于红荧光物质的 强烈吸收而被偏移，或者必须将红荧光物质尽可能远地偏移到长波 中。由在第一种情况下高的吸收以及在第二种情况下红辐射分量的 小的视觉有效作用决定，这两种解决方案都降低效率。

从WO 00/33390中公开了一种将蓝芯片用作初级光源的荧光转 换LED。具有两种吸收蓝光并且发射绿光与红光的荧光物质的荧光物质 层被连接在该芯片之前。这两种荧光物质可以作为混合物或作为单独 的层被采用。

从US-B 6 642 652和US-B 6 696 703中分别公开了一种将蓝 芯片用作初级光源的荧光转换LED。吸收蓝光并且发射绿光与红光的两 种荧光物质层被连接在该芯片之前。在此情况下，红荧光物质层直 接被安置在衬底上，而绿荧光物质层直接位于该红荧光物质层 上。

从US 2004/169181中公开了一种具有荧光物质的薄膜LED。

发明内容

本发明的任务是提供一种根据权利要求1的前序部分的具有高转 换效率地荧光转换LED。

该任务通过权利要求1的特征部分的特征来解决。在从属权利要 求中可以到特别有利的扩展方案。

根据本发明，提供一种用于制造具有两种荧光物质的LED的方案， 相对于标准填充LED，这两种荧光物质对荧光发射的互相吸收被显著减 小。将通过以下方式来解决以下的涉及应用的问题：为了制造具有很 好的颜再现的LED，需要采用多于一种的荧光物质。一般需要一种红 荧光物质和一种绿荧光物质。特别优选的红荧光物质(首先在 蓝初级LED的情况下)是Eu2+激活的化合物，例如(Sr，Ca)2Si5N8:Eu2+ (红)或CaSiAlN3:Eu2+。这些荧光物质具有以下特性，即它们的吸 收延伸至橙黄光谱范围中。在此，吸收随着波长的增加而减少。如 果现在将这种红荧光物质与绿或黄荧光物质以将两种荧光物质 均匀分散在树脂中的形式组合，则红荧光物质吸收绿/黄荧光物 质的发射。在此，短波分量比长波分量更强烈地被吸收。绿/黄荧 光物质的有效发射变得波长更长。除此之外，该吸收过程使LED的效 率恶化，因为所吸收的光不完全被转换成红荧光。绿或黄发射 的大多不期望的偏移一般导致比在没有偏移的情况下所期待的颜再 现更差的颜再现。

该问题的显而易见的解决方案在于薄膜LED 20的制造，其中如图 4中所示，首先将红荧光物质层21并且然后将绿荧光物质层22 施加到芯片23上，类似于在US 6 686 691中所说明的那样。不过， 该制造方法在实践中只能困难地实现，并且导致所制造的LED的强烈 的颜位置波动。

而利用本发明方法可以制造具有很好的颜再现的高效的LED，这 些LED此外还具有特别均匀的辐射特性。

本发明方法在于，将由红荧光物质构成的薄的、优选地最高40 μm、尤其10至40μm厚的靠近芯片的层(称为芯片级涂层/芯片上涂 层)直接施加到发射短波的芯片上，该芯片尤其具有在300至480nm 范围内、即在UV至优选蓝辐射范围内的峰值波长，其中例如可以借 助丝网印刷或电泳来施加该层。在US-B 6 686 691中更详细地说明了 用于此的不同的方法。如此被涂敷的芯片直接用带有转换器的填充树 脂来填充，或者被引入到标准壳体中并在该标准壳体中用只含有绿 或黄荧光物质的树脂来填充。在该配置中，第二荧光物质的绿或 黄辐射射中红荧光物质的概率比在荧光物质均匀的混合时小很 多。优点是，再吸收下降，而LED的效率上升。此外，特别优选的荧 光物质、例如石榴石(例如用于良好颜再现的 (Y，Gd)3(Al，Ga)5O12:Ce，Ra＝80+)或诸如SrSi2O2N2:Eu2+(很好的颜 再现Ra＝85或更高)的碱土金属氧氮化物硅酸盐的发射谱带几乎 不偏移，因此在高效率时达到更高的颜再现指标Ra。

采用薄膜芯片的设计是优选的，其中该薄膜芯片配备有集成的反 射器，使得不丢失反向散射的辐射。

附图说明

下面将借助多个实施例来更详细地阐述本发明。

图1示出一种用作白光的光源(LED)的半导体元件；

图2示出半导体元件的另一个实施例；

图3示出第一和第二荧光物质的吸收特性和发射特性的示意图；

图4示出根据现有技术的半导体元件的实施例。

具体实施方式

例如将一种基本上与在US 5 998 925中所说明的结构类似的结构 用于白LED连同InGaN芯片。在图1中明确地示出了这样的白光光 源的结构。该光源是半导体元件1，该半导体元件具有峰值发射波长为 460nm、即在蓝光范围内的InGaN类型的芯片2，具有在凹部9的区 域中被嵌入到透光的基本壳体8中的第一和第二电气端子3、4。端子 之一3通过接合线14与芯片2相连接。凹部具有壁17，该壁用作芯片 2的蓝初级辐射的反射器。红荧光物质作为薄层11被直接施加到 芯片上。优选地涉及MxSiyNz:Eu类型的氮化物硅酸盐 (Nitridosilikat)；其中M＝Ca，Sr，Ba，Zn。在此，优选z＝2/3x +4/3y。该荧光物质本身例如从EP 1 153 101(Eu红LED)中公开。

层厚应优选地小于40μm，尤其大约为10至30μm厚。这有利于 确保蓝辐射可以部分地穿透层11。用一种包含硅树脂和发射绿光或 发射黄光的荧光颜料6作为主要组成部分的填料5来填充凹部9。在第 一实施形式中，这些荧光颜料是发射黄光的，优选地是石榴石类型的， 例如是YAG:Ce。一种替代方案是TbAG:Ce。替代于此，荧光颜料也可 以是发射绿光的，优选地是氧氮化物硅酸盐类型的。一个具体的实例 是碱土金属硅氧氮(Erdalkali-Sion)，例如尤其是SrSi2O2N2:Eu2+， 利用该碱土金属硅氧氮共计可以实现Ra为85以上的很好的颜再 现。有利地，填料的厚度大于200μm，它尤其是大约300至500μm， 其中发射绿黄光的第二荧光物质尽可能均匀地分布在其中。为了在高 效率的情况下确保尽可能均匀的层厚，推荐平均粒度d50，该平均粒度 应在15μm之下并且尤其是在5至12μm的范围内选择该粒度。该荧 光物质本身例如从EP-A 1449264中公开。

图2示出一种不采用壳体的半导体元件8的替代实施形式。在此， 具有第二荧光物质6的填料5在没有壳体的情况下直接位于芯片2和 红荧光物质的第一薄层11上。如本身已知的，反射器9被集成在芯 片2中，但是与第二荧光物质的本发明方案有关，该反射器9特别有 利地起作用。

在此始终决定性的是，大多为氮化物硅酸盐的发射红光的荧光物 质形成直接被施加在芯片2上的第一层11，而发射绿光的第二荧光物 质6作为填充树脂5中的远离的第二层被施加在薄的第一层上。

根据图3，示出了作为波长的函数的、蓝光可激励的荧光物质的典 型的发射特性和吸收特性。示范性的红荧光物质是 (Sr，Ce)2Si5N8:Eu，而示范性的绿荧光物质是Sr-Sion:Eu。红荧 光物质的吸收B明显地与绿光发射C重叠。然而，绿荧光物质的吸 收A与红荧光物质的发射D不重叠。因此当红荧光物质直接被施 加在芯片上时，效率被提高，而绿黄荧光物质构成外部的广泛分布 的转换元件。这里“明显地”意味着，当将两种荧光物质分开地、而 不是以均匀的混合物的形式连接在芯片之前时，效率提高至少2％。

两种荧光物质的另一种系统是发射红光的氮化物硅酸盐连同发射 绿黄光的氯硅酸盐。例如从DE-A 100 36 940中公开了合适的氯硅酸 盐。

该原理也可以用于以高效率得到特殊的颜，这些颜可以作为 由发射红和绿至黄光的荧光物质所组成的混合物而产生。在此情况 下，芯片尤其也可以发射UV辐射。

吸收UV并在可见范围内发射的荧光物质经常具有只在UV范围内 吸收的特性，因此不可能出现互相的吸收。这尤其适用于硫化镓酸盐 (thiogallate)和硫化物。吸收蓝光的荧光物质更多地倾向于互相吸 收，如图3中所示的。

第一红荧光物质典型地具有在590至680nm处的峰值波长，并 且具有60至130nm的半值宽度。第二荧光物质典型地具有在490至 580nm处的峰值波长，并且具有30至135nm的半值宽度。尤其是将 峰值波长在450至470nm处的InGaN芯片用作初级辐射源。