CN1913182A - 一种白光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种白光二极管，该白光二极管包括发光元件、光致发光荧光体，其中，在发光元件和光致发光荧光体之间还包括透明物质层。由于采用了在发光元件和光致发光荧光体之间涂覆一层透明物质，使发光元件和光致发光荧光体不直接接触，有效改善了发光元件外所包覆的荧光粉的稳定性，减缓了荧光粉的光衰减，所以这种白光二极管具有使用寿命长、稳定性好的特点，在工业上具有实际应用价值。

Description

一种白光二极管
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，更具体是关于一种三波长的白光二极管。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)有寿命长、省电、反应速度快、可靠度高、环保、安全等特点。随着技术的进步，LED的亮度已逐渐提升，并且白光二极管也已经逐渐被开发出来，为新的照明光源的开发开辟了道路。现在制作白光二极管较多的技术是采用单颗发光晶粒产生白光，其主要技术是在发光晶粒表面涂覆一层荧光粉层，由发光晶粒产生的光激发荧光粉层，使其产生不同波长的光，再与原来发光晶粒所发出光的颜色混合以产生白光。
目前，单颗晶粒白光二极管主要是用蓝光发光晶粒激发YAG黄色荧光粉得到白光，其中以日本日亚化学公司的专利(CN1495925A)最为著名。该专利提供一种发光装置，包括发光元件和光致发光荧光体，发光元件由氮化物系化合物半导体组成，光致发光荧光体包括含有从Y、La、Gd与Sm一组中选出的至少一种元素与自Al、Ga与In一组中选出的至少一种元素的、以铈活化的石榴石系荧光体。
此外，也有人提出用蓝光发光晶粒激发红、绿荧光粉层得到白光，但是由于传统的发光二极管封装结构中荧光粉尤其是红色荧光粉的热衰减、化学衰减造成白光二极管的寿命及稳定性不佳，无法实现其在工业上的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用寿命长、稳定性好的白光二极管。
本发明提供的白光二极管包括发光元件、光致发光荧光体，其中，在发光元件和光致发光荧光体之间还包括透明物质层。
本发明所述的白光二极管由于采用了在发光元件和光致发光荧光体之间涂覆一层透明物质，使发光元件和光致发光荧光体不直接接触，有效地改善了发光元件外所包覆的荧光粉(特别是含硫的红色荧光粉)的稳定性，减缓了荧光粉的光衰减，所以这种白光二极管具有使用寿命长、稳定性好的特点，在工业上具有实际应用价值。
附图说明
图1是依照本发明所述的白光二极管的灯型封装方法的结构图。
图2是依照本发明所述的白光二极管的表面粘着型封装方法的结构图。
图3是白光二极管的传统灯型封装方法的结构图。
图4是依照本发明所述的白光二极管的实施例1、2制备的白光二极管A、B的发射光谱图。
图5是依照本发明所述的白光二极管的实施例3制备的白光二极管C的发射光谱图。
图6是依照本发明所述的白光二极管的实施例1制备的白光二极管A的光衰减曲线。
图7是依照现有封装方法封装的白光二极管D(对比例1)的光衰减曲线。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明提供的白光二极管包括发光元件1、光致发光荧光体3，其中，在发光元件1和光致发光荧光体3之间还包括透明物质层2。
所述的发光元件1，可以是任何可激发荧光粉的半导体晶粒，优选是氮化物系化合物半导体，其发出的光为波长为400-500纳米的蓝紫光。
所述的光致发光荧光体3可以是现有的YAG黄色荧光粉层，例如，如CN1495925A所述的从Y、La、Gd与Sm一组中选出的至少一种元素与自Al、Ga与In一组中选出的至少一种元素的、以铈活化的石榴石系荧光体；或者也可以是红、绿混合荧光粉层。虽然氮化物系化合物半导体晶粒激发YAG黄色荧光粉层可以得到白光二极管，但是，这种白光二极管的缺点是所发出的白光只有蓝、黄两波长白光，因此以这种白光仅适用于指示，尚难达到真正照明或LCD彩色背光源用途的标准。相反，氮化物系化合物半导体晶粒激发红、绿混合荧光粉层可以得到三波长的白光，这种白光具有高显色、高效率的特点，可以用于照明或LCD彩色背光源。因此，所述的光致发光荧光体3优选为红、绿混合荧光粉层。所述的红色荧光粉可以选自各种红色荧光粉，如掺杂Eu的CaS、掺杂Eu的SrY2S4、掺杂Eu的Y2O2S中的一种或几种；所述的绿色荧光粉可以选自各种绿色荧光粉，如掺杂Ce的Y3Al5O12、掺杂Eu的SrGa2S4、掺杂Eu的Ba10(PO4)6Cl2中的一种或几种。其中Eu、Ce的掺杂量为本领域人员所公知，可以根据荧光粉的性能要求来确定，本发明对其没有特别的限定。
按照本发明提供的白光二极管，可以根据具体情况依照不同波长的发光元件1选择合适的光致发光荧光体3。例如，如果采用430纳米-500纳米蓝光发光元件，则红色荧光粉可以采用掺杂Eu的CaS或掺杂Eu的SrY2S4，绿色荧光粉可以采用掺杂Ce的Y3Al5O12或掺杂Eu的SrGa2S4；如果采用400纳米-440纳米的蓝紫光发光元件，则红色荧光粉可以采用掺杂Eu的Y2O2S，绿色荧光粉可以采用掺杂Eu的Ba10(PO4)6Cl2。
按照本发明提供的白光二极管，所述的红、绿荧光粉层中红、绿荧光粉的具体混合比例以能配合蓝光混合得到所期望的白光为准，其摩尔比一般为1∶20至9∶1，优选为1∶10至4∶1。其具体比例可由本领域内技术人员在不脱离本发明精神的前提下根据具体情况作变换以得到一个较为适当的比例。例如，如果期望得到较低色温如3000K的白光，则可以适当增加红色荧光粉的比例。通过调节红绿荧光粉的比例亦可制作出其他中间色的发光二极管，如粉红色发光二极管。
按照本发明提供的白光二极管，所述的红、绿荧光粉可以商购得到，也可以采用本领域内技术人员所公知的任何方法如固相反应法、化学合成法、微波合成法、共沉淀法等所得到。
按照本发明提供的白光二极管，所述的红、绿荧光粉层的厚度及形状为本领域技术人员所公知，以能适合发光二极管的尺寸及光学设计要求为准。在不脱离本发明精神的前提下可以根据需要对该荧光粉层的厚度及形状进行改变。
优选情况下，所述的透明物质层2的透光率为70％-100％，所述的透明物质层2优选为环氧树脂、有机硅树脂、玻璃胶中的一种或几种，更优选为有机硅树脂。该透明物质层2位于发光元件1和光致发光荧光体3之间。
按照本发明提供的白光二极管，所述的透明物质层2的厚度以能够隔离发光元件1和光致发光荧光体3并且不超过封装支架的碗杯内部尺寸为准，优选为能够覆盖导线，更为优选为超过导线高度100μm。
如图1、2所示，按照本发明提供的白光二极管，该白光二极管还可以包括封装支架4、导线5。其中，所述的封装支架4选用金属导电材料，发光元件1固定在封装支架4的碗杯中，透明物质层2和光致发光荧光体3依次涂敷在发光元件1上；所述的导线5分别与封装支架4和发光元件1电连接。
如图1、2所示，按照本发明提供的白光二极管，该白光二极管还可以包括外层封装透明胶体6。所述的外层封装透明胶体6包覆在由发光元件1、透明物质层2、光致发光荧光体3、支架4、导线5组成的整体外部，并留出封装支架4的两端作为导电引脚，材料选用本领域人员所公知的各种封装胶体，以达到聚光使发光效果更好的目的。所述的外层封装透明胶体6可将本发明提供的白光二极管封装成灯型且封装支架4为直插式引脚，如图1所示，称为灯型(Lamp)封装，多用于一般照明、指示等。当不采用该外层封装透明胶体6，并且封装支架4是可以直接面对面贴在基板表面时，如图2所示，称为表面粘着型(SMD)封装，多用于手机、LCD显示器等的背光源。
下面的实施例将对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例说明本发明提供的白光二极管。
按图1所示的封装方法，先将发光元件1固定于封装支架4的碗杯内部，用导线5将发光元件1和封装支架4电连接，然后在发光元件1上涂敷一层透明物质层2，厚度为超过导线高度100μm，然后滴入含有光致发光荧光体3的胶体，所述胶体为环氧树脂，作为溶剂使用，所述含有光致发光荧光体3的胶体中光致发光荧光体3的浓度为30重量％，将其干燥固化，待用。外层封装透明胶体6选用环氧树脂，封装成灯型(Lamp)，得到本发明提供的白光二极管A。
其中，发光元件1选用方大集团生产的FD1414系列发出的光的波长为460-470纳米的InGaN蓝光芯片；透明物质层2选用江阴天星保温材料有限公司生产的牌号为TX-7003A/B的透光率为75％的有机硅树脂；光致发光荧光体3选用红、绿混合荧光粉层，其中红色荧光粉选用掺杂Eu的CaS，绿色荧光粉选用掺杂Ce的Y3Al5O12，分别在一氧化碳的还原气氛下、1200摄氏度的条件下，固相反应5小时制得红色荧光粉和绿色荧光粉，然后按照1∶3的摩尔比混合制得红、绿混合荧光粉层。
实施例2
本实施例说明本发明提供的白光二极管。
按照实施例1的方法制备白光二极管，不同的是，按图2所示的封装方法封装成表面粘着型(SMD)，得到本发明提供的白光二极管B。
实施例3
本实施例说明本发明提供的白光二极管。
按照实施例1的方法制备白光二极管，不同的是，发光元件1选用方大集团生产的FD1414系列发光波长为400-440纳米的InGaN蓝光芯片；透明物质层2选用江阴天星保温材料有限公司生产的牌号为TX-400-1A/B的透光率为85％的双酚A环氧树脂；光致发光荧光体3中红色荧光粉选用掺杂Eu的Y2O2S，绿色荧光粉选用掺杂Eu的Ba10(PO4)6Cl2，分别在一氧化碳的还原气氛下、1200摄氏度的条件下，固相反应5小时制得红色荧光粉和绿色荧光粉，然后按照3∶1的摩尔比混合制得红、绿混合荧光粉层。由上述方法得到本发明提供的白光二极管C。
对比例1
本对比例说明现有的白光二极管。
按照实施例1的方法制备白光二极管，不同的是，按图3所示封装结构封装，即发光元件1上不涂覆透明物质层2，而是直接在封装支架4的碗杯内滴入含有光致荧光发光体3的胶体，得到的白光二极管D。
以下实施例说明本发明提供的白光二极管的性质。
实施例5
1.用GAMMA SCIENTIFIC公司生产的GAM-GS-1250-LED型号的LED光谱仪分别测定实施例1、2、3所得到的白光二极管A、B、C的发射光谱图，测定结果(发射光谱图)如图4、5所示。由于实施例1、2均采用相同的发光元件1和光致发光荧光体3，所以制备的白光二极管A、B的发射光谱图相同，如图4所示。实施例3制备的白光二极管C的发射光谱图如图5所示。
如图4、5所示，可以看出本发明所提供的白光二极管可以发出含有蓝、绿、红三波长的白光，具有高显色的特点。
2.分别将实施例1得到的白光二极管A和对比例1得到的白光二极管D在常温25摄氏度下持续点亮，每隔一段时间用美能达公司生产的型号为LS110的亮度计对LED进行相对亮度测试，并做出光衰减曲线，测试结果(光衰减曲线)分别如图6、7所示。
对比图6、7，由于实施例1采用了发光元件1和光致发光荧光体3之间涂覆一层透明物质2的封装结构，改变了对比例1的传统封装结构，可以看到采用实施例1的这种封装结构的二极管较之传统封装结构能明显的减缓本发明所述的含硫的红色荧光粉的光衰减，提高发光效率，从而大大的延长了白光二极管的寿命并且改善了稳定性。

Claims (10)

1、一种白光二极管，该白光二极管包括发光元件、光致发光荧光体，其中，在发光元件和光致发光荧光体之间还包括透明物质层。
2、根据权利要求1所述的白光二极管，其中，所述发光元件是氮化物系化合物半导体，所发出的光为波长为400-500纳米的蓝紫光。
3、根据权利要求2所述的白光二极管，其中，所述的光致发光荧光体为红、绿混合荧光粉层。
4、根据权利要求3所述的白光二极管，其中，所述的红色荧光粉选自掺杂Eu的CaS、掺杂Eu的SrY2S4、掺杂Eu的Y2O2S中的一种或几种；所述的绿色荧光粉选自掺杂Ce的Y3Al5O12、掺杂Eu的SrGa2S4、掺杂Eu的Ba10(PO4)6Cl2中的一种或几种。
5、根据权利要求3所述的白光二极管，其中，红、绿荧光粉的混合比例为1∶20至9∶1。
6、根据权利要求5所述的白光二极管，其中，红、绿荧光粉的混合比例为1∶10至4∶1。
7、根据权利要求1所述的白光二极管，其中，所述的透明物质层的透光率为70％-100％。
8、根据权利要求1或7所述的白光二极管，其中，所述的透明物质层的厚度能够覆盖导线。
9、根据权利要求1所述的白光二极管，其中，该白光二极管还包括封装支架和导线；所述的封装支架选用金属导电材料，发光元件固定在封装支架的碗杯中；所述的导线分别与封装支架和发光元件电连接。
10、根据权利要求1或9所述的白光二极管，其中，该白光二极管还包括外层封装透明胶体；所述的外层封装透明胶体包覆在发光元件、透明物质层、光致发光荧光体的外部；或者包覆在发光元件、透明物质层、光致发光荧光体、封装支架和导线的外部，并留出封装支架的两端作为导电引脚。
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