[发明专利]暖白光发光二极管及其荧光粉

说明书

【发明所属技术领域】

本发明系关于一种微电子学和照明技术领域，具体而言，这一现代技术领域被称之为“固态光源(Solid state lighting)”，这些理念带来了照明技术的逐步革新，以In-Ga-N为基质的异质结半导体光源逐渐取代了白炽灯和荧光灯光源。

【先前技术】

发光二极管于1965年问世，当时，工程师们研制了以GaAs为基质的第一个发光二极管装置。这是一个光通量F≤0.01流明，在红色区域发光的小功率发光二极管。70～80年代，发光二极管的发展非常缓慢，到90年代初，较好的绿光发光二极管的光通量也不超过0.1～0.3流明。

但是在日本中村修一教授的发明之后，发光二极管的发展就非常迅速了。中村修一教授在90年代提出了新架构的氮化物半导体，以氮化铟和氮化镓为基质。这个半导体的独特之处在于，其中含有大量纳米尺寸的“量子阱”，这些量子阱是在氮化物的合成过程中加入氧为激活剂而合成的。中村修一在其1997年的一篇专题论文“Blue laser”(请参照S.Nakamura.Blue laser，Springer Verlag，Berlin.1997)中对此有综合性的概述。

在中村修一曾工作过的日本Nichia(日亚化)公司，工程师们找到了蓝色发光二极管的新应用。他们以这种发光二极管为基础创造了白光辐射半导体灯。日本工程师是以已知的现象和架构作为根据的；一、根据牛顿的互补色原理得到白色辐射；二、使用两种互补色，即蓝色和黄色，以得到均匀的白光辐射。这种辐射从20世纪40年代开始被应用于黑白电视机的显像管屏幕生产中；三、在In-Ga-N异质结半导体的发光表面，涂上聚合物黏合剂荧光粉层。之前，美国Bell公司的专家曾用荧光粉层将发光二极管的红外光转换成可见光；四、选择荧光粉层的透明度和浓度，以便荧光粉层透射20％的第一级蓝光，将其他的蓝光转换成黄光辐射；以及五、采用含钇铝的石榴石和激活剂铈，即(Y，Ce)₃Al₅O₁₂这种已知材料作为黄色荧光粉的基体。这种材料还是在1965年由荷兰著名研究者G.Blasse为了专门的放射.电子仪器而研制的。

由此，根据这些原则，以这些已知的材料为基础的白光发光二极管(White LED)从1996年开始就被广泛应用。

请参照图1，其绘示了已知的暖白光发光二极管的结构示意图。如图所示，和日本工程师(S Schimzu)的发明相符，这种光源含以下一些构件：辐射异质结(P-N接面)1；电导线2、3；源于蓝宝石(Al₂O₃)或者是碳化硅(SiC)的导热基底4；反光支架5；以聚合物覆盖层的形式存在的发光转换器6，其中分布有荧光粉颗粒7；以及以球型或圆柱型透镜的形式存在的光罩8，在其内部存在透明聚合物层9。

实际上，所有的白色发光二极管都在重复这一略作改变的架构，所以说，这种架构是万能的。

尽管这种架构得到了广泛的应用，但是，不可忽视的是，它也存在一些实质性的缺点：聚合物中浓度不均匀的荧光粉颗粒层会导致发光二极管的发光亮度和发光颜色不均匀；在氮化物异质结的辐射边缘缺乏覆盖层，导致产生大量的蓝光辐射。同时，发光二极管的色温非常高，为T＞8000K。

很多的研究者都致力于修正这一缺点，包括在美国专利文献US7,071,616(请参照Schimizu Yetand US7071616)中所提到的。该专利提出色温较低的发光二极管，这一技术的解决主要是采用专门发橙黄色光的荧光粉，色坐标为X＞0.49，Y＞0.44。这种发光二极管发正常的白光，色温其特点是，对于2θ＝6°，它的发光强度非常高：I＞100烛光。

尽管有着很多优点，但对于正常的色温和很高的发光强度而言，已知的技术解决方法存在着一个实质性的缺点，即它的色温和白炽灯光源的色温不同，白炽灯光源的色温为2850～4000K。从150年前发明了白炽灯的那一刻开始，人们的眼睛就开始习惯了这种色温的暖白光源。白炽灯光源中大量的红色光线使得住所里人们周遭的大部分物体都具有自然色调。尤其是这个颜色就如同人脸的颜色，在白炽灯光源下看起来很舒服，但在荧光灯下的色调却不自然，诚属美中不足之处。

【发明内容】

为解决上述已知技术的缺点，本发明的主要目的系提供一暖白光发光二极管及其荧光粉，其可降低从发光二极管发出的第一级蓝光的数量。