CN103119736A - 光电半导体元器件 - Google Patents
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Abstract
光电半导体元器件使用添加的发光材料，该发光材料将420nm以下的主射束源出射的翼部区域转换为可见的射束。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的光电半导体元器件，特别是一种转换型LED。本发明还说明了一种所属的制造方法。
背景技术
US598925公开了一种典型的白光LED。恰恰在这种转换型LED中重要的是，主出射相对是短波。峰值典型地位于440至460nm。因为半值宽度大多数处于20至40nm的区域中，因此这种类型的LED通常还射出射束在420nm以下的区域中完全值得注意的部分。但是该射束产生了一些问题，这是因为该射束由于其能量很高而破坏性地影响LED的部件。迄今为止所使用的技术（以便能与其共存）有针对性地使用了抗UV性提高的有机材料，但是由此仅仅可以有局限性地选择材料。
发明内容
本发明的目的在于，在根据权利要求1的前序部分的光电半导体元器件中得到了一种对于材料缺乏抗UV性问题的改进的解决方案。
该目的通过权利要求1的表征的特征得以实现。
特别有利的设计方案存在于从属权利要求中。
本发明通过将缺点转化为优点来解决这种问题。由此不仅能实现对于LED的有机成分或者部件的改进的UV保护，还实现了在用于芯片的LED中提升效率，该LED的主出射>420nm。
典型地，出射的最大值例如为大约440nm（例如见图2）。在此，少部分（大约10%）产生了波长<420nm的短波UV射束，该射束例如断开了有机键C-C；C-H；C-O-O-H，并且导致了并不希望的变色。可能的是，这些UV部分通过适当的光学过滤器（例如涂层）被“阻断”、确切地说吸收，并且由此保护该塑料。根据本发明提出，过滤器并不阻断<420nm、特别是380-420nm区域的短波UV射束，该UV射束在光学上是无用的并且仅仅导致不希望的发热。对此替代地，该射束能通过适当的、在该区域中的吸收相对较高的发光材料转化为可见光，由此不仅仅产生更少的热量，还改进了效率。
优选地使用在380-420nm中有效激发的发光材料，特别是具有这样的性质，即该发光材料的QE和吸收>50%，优选地>70%，理想地为>80%。理想的是，发光材料在可见光区域（>420nm）中类似于芯片地出射。在白光LED中这是一个相对于主发光材料成分（在光转换方面）添加的附加发光材料成分，主发光材料成分例如是已知的YAG：Ce或者另一种石榴石。附加的发光材料成分能以芯片的颜色（“芯片颜色”）、即蓝色出射。适合的发光材料例如是BAM或者SCAP。但是添加的发光材料也能以发光材料成分的颜色或者以另外的颜色出射。这例如在使用例如射出黄光或者绿光的硅酸盐或者氮氧化物时出现。同样可以考虑混合附加的发光材料成分。附加的（添加的）发光材料成分可以作为涂层涂覆在反射体上和/或在底板（Board）上。
附加的发光材料成分可以以芯片的颜色（“芯片颜色”）、即蓝色出射。适合的发光材料例如是BAM或者SCAP。但是添加的发光材料也能以发光材料成分的颜色或者以另外的颜色出射。这例如也使用例如射出黄光或者绿光的硅酸盐或氮氧化物时出现。同样可以考虑混合附加的发光材料成分。附加的（添加的）发光材料成分可以作为涂层涂覆在反射体上和/或在底板上。
在芯片出射具有主出射>420nm、例如大约440nm的情况下，不可避免地产生的短波UV射束的、特别是在380-420nm区域中的部段通过附加的发光材料成分转换为波长较大的有用射束。这通过更多可见光和生成相应更少的热量使得效率提高。此外，在这种情况下原则上能使用较多数量的塑料。在此作为选择出现了对LED的射束特性的改进。
本发明不仅适用于可以是完全转换或者部分转换的转换型LED，而且也适用于纯LED、特别是适用于蓝光LED。
特别良好适合的附加的发光材料、或者是在纯LED的情况下单个的效率待改进的发光材料是M10(PO4)6C12:Eu,其中M=单独的Sr，Ba，Ca或者这些材料的组合。特别适合的是sr10(PO4)6Cl2:Eu。掺杂物Eu在此替代M，优选地是Sr，部分地在其晶格位置（Gitterplaetzen）上。有效的掺杂物是3至6mol-%Eu。
本发明的基本的特征以编号列举的形式是：
1.一种光电半导体元器件，具有光源、壳体和电接口，其中，所述光源出射主射束，该射束的峰值波长介于420至460nm的区域中，并且所述峰值波长具有主出射的翼部，该翼部延伸进入小于420nm的区域，其特征在于，翼部区域的射束或者翼部形区域的一部分通过添加的发光材料转换为可见的射束。
2.根据权利要求1所述的光电半导体元器件，其特征在于，添加的发光材料将380至420nm区域中的射束至少部分地或者优选尽可能有效地转换为可见的射束。
3.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，添加的发光材料具有该发光材料出射的、处于蓝色至黄色光谱范围中的峰值，特别是在430至565nm中。
4.根据权利要求1所述光电的半导体元器件，其特征在于，光源是具有主发光材料的转换型LED。
5.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，添加的发光材料涂覆在芯片上和/或在壳体的侧壁上。
6.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，添加的发光材料在主发光材料之前涂覆在芯片上或者与该主发光材料相混合。
7.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，发光材料从以下组中选出，M10(PO4)6Cl2:Eu，其中M=单独的Sr，Ba，Ca或者这些材料的组合，(BaxEu1-x)MgAl10O17其中x=0.3至0.5，或者(sr1-x-yCexLiy)2Si5N8。
附图说明
下面应该结合多个实施例对于本发明详细地加以阐述。附图示出：
图1是LED取决于运行电流的主出射的典型光谱；
图2是适合的发光材料的出射和吸收情况；
图3是使用了添加的光学材料的LED；
图4-7是对于使用了添加的发光材料的LED的各一个另外的实施例。
具体实施方式
图1示出一种LED的典型出射光谱，其在转换型LED中被用作主射束源。在此大多数涉及一种InGaN类型的LED。随着工作电流的增加，该工作电流典型地为10至40mA（曲线1：10mA，曲线2：20mA；曲线3：30mA；曲线4：40mA），主出射的峰值在更短波长的方向上移动。同时主射束的部分在420nm以下在出射的短波翼部中增加。本发明的意义在于，可利用在420nm以下的区域，首先在380至420nm的区域中。根据工作电流的类型，在该框架（Fenster）内该部分为大约10%。当该部分至少为1%时应用本发明是有意义的。该射束到达LED壳体的部分强烈地取决于芯片类型和可能所应用的转换工艺。该部分在射出蓝光并且在此未设计作为薄层芯片的芯片中特别高，确切地说，特别是由于进行出射的芯片的体积，在该芯片中，射出光的涂层涂覆在蓝宝石-基底上。
图2示出了一种适合的发光材料的实施例，该发光材料将UV转换为蓝光。这涉及（Sr0.96Eu0.04）10（PO4）6Cl2。卤化磷酸盐（Halophosphat）恰恰在380至420nm的框架区域中强烈地吸收并且在蓝光区域中、基本上在430至490nm的区域中出射。
图3示意性地示出LED1的原理图。该LED具有壳体2，其中放置有InGaN类型的、射出蓝光（峰值在大约440至450nm）的芯片3。在此LED的壳体2具有底板4和进行反射的侧壁5。
主发光材料、特别是YAG：Ce或者另外的石榴石、正硅酸盐（Orthosilikat）或者氮氧化硅（Sion）、氮硅酸盐（Nitridosilikat）、硅铝氮氧化物（Sialon）等等直接涂覆在芯片上。添加的发光材料如在前面所提及的卤化磷酸盐（Halophosphat）在内部涂覆在侧壁5上。另外可能的发光材料是(EAl一X一yCexLiy)2Si5N8其中EA=Sr，Ba，Ca，特别是具有高Eu浓度的(BaxEul-x)MgAl10O17,其中x=0.3至0.5，否则是可在UV区域附近激发的铝酸盐（Aluminate）如(Sr1-xEux)Al12O19。
根据图4添加的发光材料也附加地涂覆在芯片3上。优选地，该添加的发光材料作为独有的涂层8位于主成分6下面。
但是该添加的发光材料也可以与主成分在一个唯一的涂层10中混合，见图5。
附加的发光材料能作为粉末层存在或者固定在阵列中。该阵列可以是有机的或者无机的，并且优选地是UV稳定的。适合的例如有硅树脂（Silikon）或者玻璃。也可能通过稍微加热在塑料反射体的表面中固定。涂覆通过一种常用的、由技术人员所熟知的方法实现，例如喷射、丝网印刷、配制（Dispensen）等等，并且必要时进行适合的温度处理。
如果人们在白光LED中选择需射出蓝光的发光材料作为附加成分，那么经常出现的“黄色的”光环通过与反射体的蓝色出射（光）相混合至少部分地转换为白光并且由此而减弱。只要发光材料附加成分具有与反射体材料相类似的反射性质，该反射体材料就能完全或者部分地由此被替代。
在附加的发光材料中也能混合对光进行反射和/或散射的颗粒。
理想地使用添加的发光材料（“UV转换体”），该发光材料以高量子效率>80%、优选地>90%来转换在380-420nm区域中的射束。为了达到高转换效率，另外该涂层在380-420nm波长区域中的吸收应该尽可能的高。
当有关的UV转换体在LED的有效射束的范围（420nm至必要时780nm）中尽可能少地吸收时，在转换型LED中对于LED的效率是有利的。
为了将UV部分转换为蓝光而添加的转换体的实施例例如是(Ba0.4Eu0.6)MgAl10O17、（Sr0.96Eu0.04）10（PO4）6Cl2类型的高效发光材料。为了将UV部分转换为黄光而添加的转换体的实施例例如是(Sr1-x-yCexLiy)2Si5N8。特别是在此x和y分别处于0.1至0.01的范围中。特别适合的是发光材料(Sr1-x-yCexLiy)2Si5N8，其中x=y。
图6示出避免了所谓的黄色光环的LED1的实施例。在此再次在芯片上或者也在芯片3之前涂覆在涂层6中的主发光材料，该发光材料特别地射出黄光。在正面，通过混合蓝色的主射束和黄色的次射束来射出白光，箭头a。在侧面，更多的黄光（箭头b）替代白光由转换涂层射出，这是因为发光材料或者是包含了发光材料的阵列定义了散射性质和出射性质。黄光首先到达侧壁5，并且自身与在那里由涂层7中涂覆的添加的发光材料的蓝光混合，从而替代射出不希望的黄色光环，在外部的环区域（箭头c）射出白光。
图7示出LED1的一个实施例，（该元器件原则上也可以是激光器），其中作为光源可以使用没有主发光材料的纯InGaN芯片2。该芯片类似于图1示出地射出蓝光。对此提出添加的发光材料7，也就是说没有任何主发光材料，在此是将主出射的翼部区域转换为蓝色射束的BAM，从而实现了特别有效的蓝光LED。在此侧壁简单的是与自身已知的那样设具有进行反射的涂层15。
本发明的基本的要点是：
光电半导体元器件使用添加的发光材料，该发光材料将主射束源的在420nm以下的出射的翼部区域转换为可见的射束。特别地适合：
-以主出射>420nm、特别是在425至450nm，例如大约440nm的芯片出射
-产生的短波UV<420nm，优选地380-420nm不应被过滤器阻断，而是转换为光。这使得通过更多可见光和由此更少的热量形成引起效率提高。
-优选地，射出附加的蓝色的发光材料特别是（Sr0.96Eu0.04）10（PO4）6Cl2，其中，其在380-420nm时被尽可能有效地激发并且与芯片类似地出射。
-其他附加的发光材料颜色、特别是射出黄色的发光材料也是适合的，其也在380-420nm时被有效地激发；这些发光材料适合作为特有的变体或者与添加的蓝色发光材料相组合。
-目标是避免或者减少<420nm、优选地在380-420nm范围中的主射束，因为该射束最有效地断开有机键（C-C；C-H；C-O-O-H），这刚巧应该避免。这使得可以更多样性地选择可用的塑料，并且可能使得使用成本更低廉的塑料的壳体。这可以特别作为底板来应用。替代地，这使得LED的使用寿命更长。
-对添加的射出蓝光和/或黄光的发光材料的涂覆优选地在底板的反射区域中独自地实现，或者根据图3结合反射体材料（例如TiO2）实现。
-作为对6.的补充,也可以实现在芯片上的、根据图4在主发光材料（例如YAG）之下或者根据图5混合在该主发光材料中的涂覆。
-另外能实现通过根据图6的反射体射出蓝光来减少或者避免“黄色光环”。
-只要所添加的射出蓝光和/或黄光的发光材料具有与反射体材料一样的反射性质，反射体材料就可以由此完全地或者部分地被替代。
Claims (7)
1.一种光电半导体元器件，具有光源、壳体和电接口，其中，所述光源射出主射束，所述射束的峰值波长介于420至460nm的区域中，并且所述主射束具有主出射的翼部，所述翼部延伸进入小于420nm的区域中，其特征在于，翼部区域的所述射束或者所述翼部区域的一部分通过添加的发光材料转换为可见的射束。
2.根据权利要求1所述的光电半导体元器件，其特征在于，添加的所述发光材料将380至420nm区域中的射束至少部分地或者优选尽可能有效地转换为可见的射束。
3.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，添加的所述发光材料具有所述发光材料的出射的、处于蓝色至黄色光谱范围中的峰值，特别是在430至565nm中。
4.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，所述光源是具有主发光材料的转换型LED。
5.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，添加的所述发光材料涂覆在芯片上和/或所述壳体的侧壁上。
6.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，添加的所述发光材料在所述主发光材料之前涂覆在芯片上或者与所述主发光材料相混合。
7.根据权利要求1所述光电半导体元器件，其特征在于，所述发光材料从以下组中选出，M10(PO4)6C12:Eu，其中M=单独的Sr，Ba，Ca或者这些材料的组合，(BaxEu1-x)Mg10Al10O17其中x=0.3至0.5，或者(Sr1-x-yCexLiy)2Si5N8。
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