[发明专利]用于白光二极管与无机荧光粉的复合材料

说明书

【发明所属技术领域】

本发明系关于一种用于白光二极管与无机荧光粉的 复合材料。具体而言，系指氮化铟-镓半导体(InGaN)异质结中量 子效应基础上的辐射器组件。

【先前技术】

“光电子学”或“固态光源”的技术领域从20世纪70年代 中期开始出现了一些物理学发现，但这些发现结果在它们第一次 公开后，甚至过了15年都没有被应用。后来日本工程师S.Nakamura (请参照S.NaKamura，G.Fasol″The blue laser diode″Sp～ Verl.B.1997)发现并详尽论述了InGaN短波异质结(junction，亦称 接面)的内部和外部量子输出都有实质性提升这一现象。

这样，在1997年首次制成了高效蓝色、紫色和紫外线发光二 极管的样品。同年Nichia公司的研究员提出了白光发光发光二极 管(请参照S.Schimisu等人的美国US5,988,925号专利， 7.12.1999)，它由辐射波长λ＝455nm蓝光异质结以及所覆盖的聚合 -荧光粉层(转换层)的黄色发光辐射成分组合而成。部分发光二 极管的第一级蓝光与荧光粉转换层发出的黄光混合，产生白光。

从原则上而论，US5,988,925专利中没有新的突破性的解决方 案。事实上，早在1977年对于GaN架构的发光二极管就已授予专 利，这种发光二极管中覆盖着斯托克斯荧光粉(请参照V.Abramof 所获准的苏联USSR专利1977)。于该专利案中提出荧光粉可以分 为两种类型-斯托克斯荧光粉为发光的波长大于激发光的波长，反 斯托克斯荧光粉为发光的波长小于激发光的波长。1977年俄罗斯 工程师建议使用任何一种被GaN短波光激发的荧光粉。1998年日 本工程师选定(请参照G Blasse及Luminescent material.Springer Verlag.Berlin 1994)应用于电视机中已知的钇铝石榴石荧光粉。整 体的白色光源于两种补色，主要是蓝色和黄色。这一原理是由牛 顿发现并被广泛应用于创造黑白电视显像管屏幕以及荧光灯之 中。

然而，日本生产厂商对白光发光二极管的垄断成为了白色发 光二极管照明技术发展上很大的障碍。

请参照图1，其绘示了已知的以InGaN异质结为基体的白光 发光二极管的架构的示意图。如图所示，该InGaN异质结为基体 的白光发光二极管的架构中提供了以InGaN异质结为基体的白光 发光二极管的架构1，在源于Al₂O₃蓝宝石的绝缘基底2上提供了 两个电极3、4。异质结表面面积为200×300μm，在它的正面及 侧面形成一发光转换层，该转换层由一透光聚合层5以及分布其 中的荧光粉6粉末组成。具有转换层的异质结通常安置于圆锥反 射器上，在其焦点平面放上球形镜盖7。在镜盖7表面和转换层之 间通常填充有透光聚合介质(图未示)。

当电极3、4通过导线供给电压为3.2-3.4V，电流I≥20mA时， 发光二极管会发出强烈的白光。我们已习惯采用这种发光二极管 的结构(请参照S.Schimisu等人的US5,988,925号专利7.12.1999) 作为参照对象，然而，尽管被广泛应用，但仍具有一些缺陷。首 先，由于半导体异质结表面和侧面的发光层具有不均匀性，因而 产生了各种不同的色调。其次，由于在异质结的辐射面所形成的 发光转换层相对较薄，通常大约100μm，因而在这种情况下能观 察到白光辐射中包含小分率的第一级蓝光辐射。然而部分蓝光辐 射并没有与荧光粉6粉末发生相互作用而直接穿过转换层，在这 种情况下，在圆锥反射镜附面层借助于发光二极管的镜盖7在组 件辐射中观察到所谓的“月晕效应”(Hallo Effect)。通过目测法， 这种效应表现为异质结蓝色光线毫无偏差地聚焦于光斑中心，它 的周遭分布着暖白色调的整体白光辐射。这两种现象-色调(色 泽)的不同以及“月晕效应”是已知白光发光二极管架构的主要 缺陷。