[发明专利]白光发光二极管及其发光转换层

说明书

【发明所属技术领域】

本发明系关于一种电子技术领域，尤指一种与 广义上被称之为’固态光源’(Solid state lighting)的 照明技术有关的氟氧石榴石荧光粉及使用该氟氧石 榴石荧光粉的白光发光二极管。

【先前技术】

在这一技术基础上已经制造出了日常和景观用 的照明设备，甚至还有工业用的大功率照明设备。 这些照明设备的色温较低，T≤3500K，属于’暖白光 照明’。如果色温T＞4600K，那么这种半导体设备就 属于’冷白光’

对于现今大部分的照明设备而言，普遍体积过 大。相对于这一缺陷，具有小体积，高功率输出的 半导体照明设备拥有非常大的市场前景。

这一缺陷的排除有赖于半导体光源中具有特殊 的单个组装的高功率器件。这一技术前景发展不到 20年，日本工程师S.Nakanura提出了以氮化铟 (In-N)，氮化镓(Ga-N)为基质的新型架构光源，其中 含有大量’量子阱”氮化铟镓(In-Ga-N)异质结架构 (亦可称为P-N接面)(请参照S.Nakanura在97年 发表的专题论文’The bule laser diode Sp.1997’，在此 不详细描述)。

而这一结果的出现基于30年前，苏联工程师提 出的在异质结基础上的装置，源于氮化镓半导体架 构的斯托克斯无机荧光粉转换层覆盖，转换层覆盖 源用于发光二极管的反斯托克斯荧光粉。

1998年日本’日亚化学公司’的工程师(S. Nakanura)提出了发光二极管中半导体第一级蓝光 创造的基础上进行加工，提出了组合白光发光二极 管。发光二极管中半导体In-Ga-N异质结蓝光辐射 与大量的荧光粉所产生的黄光辐射，遵循牛顿互补 色(蓝色、黄色)原理，将互补的两种光混合，得 到均匀的白光辐射。这种辐射从17世纪～20世纪开 始被广泛使用在黑白电视机的显像管屏幕生产及雷 达仪器中。

日本工程师利用他们的专利技术及经验，保证 了他们的半导体异质结发光转换层整体白光辐射。 在互补色光学装置、锥形反射、内部锥形仪器、光 学透镜及光引设备等仪器设备中，发光转换层的位 置举足轻重，然而在这方面技术仍存在着不足。将 异质结安置于的蓝宝石单晶基板上时，当功率值W 大于100毫瓦时，异质结通电工作时会产生热，这 点与之前所有的相结合，因蓝宝石的热导系数低(约 45W/MK)，所产生的热量不能很好的从发光二极 管的芯片中移除。为了改进这方面，人们采用了不 同的解决方法，用相似的材料替换蓝宝石基板，如 导热的电介质类型SiC，因其热导系数比之前蓝宝 石高了3倍以上，保证了更高功率的激发。这样的 装置理念是由美国Cree公司首创的，但是他们的装 置成本非常高。

从根本上解决了在发光二极管上的热稳定性问 题是’Semileds’，他们提出将半导体异质结直接建于 铜质基底上。’Semileds’的工程师们用氮化铟镓 (In-Ga-N)为组份的半导体异质结直接安置于铜质基 底上。这点是利用非常特殊的阻碍层，阻碍了异质 结与铜制底板间的扩散过程。

但是它们也存在着实质性的缺陷，虽然高功率 发光二极管(LED)的封装具有低热阻的特性，但依然 会对发光转换层中的荧光粉的颗粒加热，如此荧光 粉的发光量子输出就会降低了，如著名的’日亚化学 公司’提出的铝-钇石榴石(Y，Gd，Ce)₃Al₅O₁₂通常在 T＝373K时，参数降低25％。对于这一特殊系列的 荧光粉，将Gd原子增添到[Gd]＝0.5原子分率时下降 更多，在T＝350K时，参数更是降低50％

【发明内容】

为解决上述已知技术的缺点，本发明的主要目 的系提供一白光发光二极管及其所使用的氟氧石榴 石荧光粉，其可消除上述缺点。

为解决上述已知技术的缺点，本发明的另一目 的系提供一白光发光二极管及其所使用的氟氧石榴 石荧光粉，其可创造更亮的白光发光二极管，在电 压≥3.1V，及电流，发光效率超过每瓦特 100流明。

为解决上述已知技术的缺点，本发明的另一目 的系提供一种白光发光二极管及其所使用的氟氧石 榴石荧光粉，其在历经5～10分钟的第一个工作时间 之后，没有检验到功率下降。