一種發(fā)光裝置及其制造方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可用于LED顯示、背景照明、室內(nèi)照明、室外裝飾照明、 交通工具照明等方面的發(fā)光裝置。具體地，本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管 (LED)，其中包含一種藍(lán)光發(fā)射、紫光發(fā)射、紫外光發(fā)射的半導(dǎo)體發(fā)光芯 片，以及可有效吸收半導(dǎo)體發(fā)光芯片的發(fā)光并釋放出不同顏光的熒光粉。

背景技術(shù)

LED是一種高效率、低成本固態(tài)光源，其特點是具有小電流，在室溫下即 可得到足夠的強(qiáng)度，發(fā)光響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，壽命長，體積小，經(jīng)久耐用，抗沖 擊等優(yōu)點，因此在指示燈、信號燈等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，近期發(fā)展起來的白光LED 有望取代白熾燈進(jìn)入照明領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

當(dāng)前白光LED的制造方法有三種：1、是在藍(lán)光LED芯片上涂敷高效的， 能被藍(lán)光激發(fā)的黃熒光粉，藍(lán)光和黃光混合形成白光；2、是在藍(lán)光LED芯片 上涂敷被藍(lán)光激發(fā)而發(fā)射綠光和紅光的熒光粉，紅光、藍(lán)光、綠光混合形成白光； 3、是在紫光或紫外LED芯片上涂敷高效的三基熒光粉而制成白光LED。從 以上的實現(xiàn)方法可以看出，熒光粉是白光LED的關(guān)鍵材料之一。但是，當(dāng)前可 應(yīng)用于白光LED的熒光粉有效轉(zhuǎn)換效率較低，無法滿足高性能器件的需要，尤 其是紅熒光粉的種類很少，效率更低。因此開發(fā)新型的白光LED用發(fā)射綠光 和紅光的熒光粉成為國內(nèi)外研究的熱點。

目前較為常用的是第一種方法。日亞公司于1996年申報了在藍(lán)光LED芯片 上涂敷鈰激活的YAG熒光粉制成白光LED的專利JP8-198585。眾所周知，通過 藍(lán)光和黃光混合形成白光有一個致命地弱點是沒有覆蓋到空間中的紅部分， 從而顯性比較差，同時不能實現(xiàn)室內(nèi)照明中的暖照明。

后兩種實現(xiàn)方法的最大問題是熒光粉的效率和穩(wěn)定性問題。美國專利 6255670和美國專利6294800分別報道了Ba2(Mg，Zn)Si2O7：Eu和 Ca8Mg(SiO4)4Cl2：Eu，Mn熒光粉及其制備方法，這類熒光粉是以紫外光激發(fā)的綠 熒光粉，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但發(fā)光強(qiáng)度還有待于進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光裝置，其中包含一種藍(lán)光發(fā)射、紫光發(fā)射、 紫外光發(fā)射的半導(dǎo)體發(fā)光芯片，以及可有效吸收半導(dǎo)體發(fā)光芯片的發(fā)光并釋放出 不同顏光的熒光粉。本發(fā)明的發(fā)光裝置發(fā)光效率高，顯性好，可以廣泛應(yīng)用 于白光LED。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種發(fā)光裝置的制造方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種發(fā)光裝置，其特征在于含有紫外光、或紫光、或藍(lán)光LED芯片和至少 一種可有效吸收芯片的發(fā)光并發(fā)出不同顏光的熒光粉，其中所述的熒光粉中至 少有一種具有以下組成：

包含Zn，Cd和Mg元素中至少一種作為基質(zhì)陽離子，以及Cu、Ag、Al、 Mn、Au和Cl中至少一種為激活劑離子，和以S為基質(zhì)陰離子。

本發(fā)明的發(fā)光裝置，包含可根據(jù)需要調(diào)節(jié)基質(zhì)和激活劑使其發(fā)光光譜在450 -650nm范圍內(nèi)的任意波段的硫化鋅、鎘系列熒光粉。適合300-460nm的光激 發(fā)，具有較高的發(fā)光強(qiáng)度，穩(wěn)定性好。在LED中使用結(jié)果表明該粉所制備的器 件壽命長，發(fā)光效率高，顯性好，可以廣泛應(yīng)用于白光LED。

在上述發(fā)光裝置中，所述熒光粉中至少有一種具有以下的組成式：

M1S：M2 x，其中：M1為Zn，Cd和Mg元素中至少一種，M2為Cu、Ag、Al、 Mn、Au和Cl中至少一種，1×10-6≤x≤0.05。

在上述發(fā)光裝置中，所述LED芯片是發(fā)光主峰波長位于350nm-500nm的 InGa，Ga，ZnO系列的半導(dǎo)體發(fā)光元件中至少一種。

一種制備本發(fā)明發(fā)光裝置的方法，將所述的熒光粉，用溶劑調(diào)漿后涂覆在紫 光、或藍(lán)光LED芯片上，焊接好電路，用樹脂封結(jié)，所得固體光源即為本發(fā)明 的發(fā)光裝置。

另一種制備本發(fā)明發(fā)光裝置的方法，將所述的熒光粉以及至少一種其它種類 的LED用熒光粉，用溶劑調(diào)漿后涂覆在紫光、或藍(lán)光LED芯片上，焊接好電路， 用樹脂封結(jié)，所得固體光源即為本發(fā)明的發(fā)光裝置。

在上述的方法中，所述的其它種類的LED用熒光粉是可有效吸收所述芯片 的發(fā)光并發(fā)出不同顏光的熒光粉，并且該熒光粉不具有上述本發(fā)明的組成或組 成式所述的特征。

制造所述的LED用熒光粉的方法與常規(guī)的(Znx，Cd1-x)S類熒光粉的制造方法 相同。

本發(fā)明的一種優(yōu)選發(fā)光裝置，含有紫外光、或紫光、或藍(lán)光LED芯片和至 少一種可有效吸收芯片的發(fā)光并發(fā)出不同顏光的熒光粉，其中所述的熒光粉中 至少有一種具有以下組成：

包含Zn，Cd和Mg元素中至少一種作為基質(zhì)陽離子，以及Cu、Al和Au 中至少一種為激活劑離子，和以S為基質(zhì)陰離子。

在上述發(fā)光裝置中，所述熒光粉中至少有一種具有以下的組成式：

M1S：M2 x，其中：M1為Zn，Cd和Mg元素中至少一種，M2為Cu、Al和Au 中至少一種，1×10-6≤x≤0.05。

在上述的一種發(fā)光裝置中，所述LED芯片是發(fā)光主峰波長位于 350nm-500nm的InGa，Ga，ZnO系列的半導(dǎo)體發(fā)光元件中至少一種。

本發(fā)明的另一種優(yōu)選發(fā)光裝置，含有紫外光、或紫光、或藍(lán)光LED芯片和 至少一種可有效吸收芯片的發(fā)光并發(fā)出不同顏光的熒光粉，其中所述的熒光粉 中至少有一種具有以下組成：

包含Zn，Cd和Mg元素中至少一種作為基質(zhì)陽離子，以及Al、Ag和Cl中 至少一種為激活劑離子，和以S為基質(zhì)陰離子。

在上述的發(fā)光裝置中，所述熒光粉中至少有一種具有以下的組成式：

M1S：M2 x，其中：M1為Zn，Cd和Mg元素中至少一種，M2為Al、Ag和Cl 中至少一種，1×10-6≤x≤0.05。

在上述的發(fā)光裝置中，所述LED芯片是發(fā)光主峰波長位于350nm-500nm的 InGa，Ga，ZnO系列的半導(dǎo)體發(fā)光元件中至少一種。

本發(fā)明的再一種優(yōu)選發(fā)光裝置，含有紫外光、或紫光、或藍(lán)光LED芯片和 至少一種可有效吸收芯片的發(fā)光并發(fā)出不同顏光的熒光粉，其中所述的熒光粉 中至少有一種具有以下組成：

包含Zn和Mg元素中至少一種作為基質(zhì)陽離子，以及Cu、Ag、Al、Mn、 Au和Cl元素中至少一種為激活劑離子，和以S為基質(zhì)陰離子。

在上述的發(fā)光裝置中，所述的熒光粉中至少有一種具有以下組成式：

M1S：M2 x，其中：M1為Zn和Mg元素中至少一種，M2為Cu、Ag、Al、Mn、 Au和Cl元素中至少一種，1×10-6≤x≤0.05。

在上述的發(fā)光裝置中，所述LED芯片是發(fā)光主峰波長位于350nm-500nm的 InGa，Ga，ZnO系列的半導(dǎo)體發(fā)光元件中至少一種。

本發(fā)明的還有一種優(yōu)選發(fā)光裝置，含有紫外光、或紫光、或藍(lán)光LED芯片 和至少一種可有效吸收芯片的發(fā)光并發(fā)出不同顏光的熒光粉所述的熒光粉中 至少有一種具有以下組成：

包含Cd作為基質(zhì)陽離子，以及Cu、Ag、Al、Mn、Au和Cl中至少一種 為激活劑離子。

在上述的發(fā)光裝置中，所述的熒光粉中至少有一種具有以下組成式：

CdS：M2 x，其中：M2為Cu、Ag、Al、Mn、Au和Cl中至少一種，1×10-6 ≤x≤0.05。

在上述的發(fā)光裝置中，所述的激活劑離子優(yōu)選組成為Cu、Al和Au中的至 少一種。

在上述的發(fā)光裝置中，所述LED芯片是發(fā)光主峰波長位于350nm-500nm的 InGa，Ga，ZnO系列的半導(dǎo)體發(fā)光元件中至少一種。

本發(fā)明的特點是：

1、本發(fā)明的發(fā)光裝置發(fā)光光譜強(qiáng)度高。2、本發(fā)明的發(fā)光裝置中熒光粉的激 發(fā)光譜寬，適合350nm-500nm范圍的光激發(fā)，可與這些波段的發(fā)光LED芯片 較好匹配。3、其中熒光粉與商用的YAG：Ce等LED用熒光粉相比制造成本較 低，方法簡單、易于操作。4、本發(fā)明制造的發(fā)光裝置發(fā)光強(qiáng)度高、顯性好， 適合各種室內(nèi)及汽車等照明使用。

附圖說明

圖1為實施例1中的發(fā)光材料(Zn0.65，Cd0.35)S：Cu0.02，Al0.01與YAG：Ce商用 粉的激發(fā)光譜比較(測試設(shè)備：FluromaxII分光光度計，監(jiān)控波長：實施例1： 539nm，YAG：Ce商用粉：540nm)。

圖2為實施例1發(fā)光材料(Zn0.65，Cd0.35)S：Cu0.02，Al0.01的發(fā)射光譜(測試設(shè)備： FluromaxII分光光度計，激發(fā)光波長：460nm)。

圖3為實施例1制得的白光LED的發(fā)光光譜圖(電流：20mA，3.5V)。

具體實施方式

本說明書中所包含的實施例包括了熒光粉制備的實施方法，用該熒光粉制備 LED的實施方法。

實施例1

制備本實施例中使用的(Zn0.65，Cd0.35)S：Cu0.02，Al0.01熒光粉的具體實施過程 如下：

按上述化學(xué)式的化學(xué)計量比稱取ZnS，CdS，Cu，Al，加入上述原料的0.5 重量％的MgCl2作為助劑。加入上述原料的0.5重量％的H4F作為助劑，充分 混磨后，在1000℃硫化氣氛中焙燒4小時；焙燒產(chǎn)物經(jīng)破碎、研磨、90℃去離 子水洗滌5次，過濾，烘干。利用共沉淀Al2SiO5進(jìn)行包覆處理，具體做法是： 取上一步所得粉體50克，按重量比粉∶水＝1∶3的比例分散于去離子水中，加 入0.5mol/l的a2SiO3溶液50ml，超聲分散，加入0.5mol/l的Al2(SO4)3溶液50ml， 離心，烘干，即得本發(fā)明實施例1中包含的黃熒光粉。

同樣，通過以上方法可以制備相應(yīng)的硫化合物。特別的，通過增加產(chǎn)物中的 Cd含量可使發(fā)光材料的發(fā)光主峰波長向長波方向移動，相應(yīng)的發(fā)光顏發(fā)生變 化。本發(fā)明的實施過程還采用了以下幾種熒光粉：

表1.實施例采用的熒光粉化學(xué)式、助劑及發(fā)光特性

表1中的反應(yīng)助劑、包覆處理材料中的％均為重量％。

表1中表明實施例采用的熒光粉在365nm紫外光照射50小時相對強(qiáng)度均在97 ％以上。

實施例1的具體操作過程如下：

1、取上述黃熒光粉80克，加入120克環(huán)氧樹脂，置于球磨機(jī)上充分混磨 成漿。安裝好發(fā)光主峰位于440nm的InGa發(fā)光芯片的連接線，將上一步得到 的漿液澆注與該芯片的頂部。置于烘箱中140℃溫度下硬化二小時得到均勻的 發(fā)光層。焊接好導(dǎo)線及引腳得到發(fā)光單元。

2、取透光性環(huán)氧樹脂2千克，利用弧頂形模具澆注上述1所得發(fā)光單元。 具體地，在弧頂形模具中注入容積80％的液體環(huán)氧樹脂，將1得到的發(fā)光單元插 入，將模具和發(fā)光單元引腳分別固定。置于烘箱中140℃溫度下硬化六小時得 到成品即為本發(fā)明的發(fā)光裝置。

實施例1中的發(fā)光材料(Zn0.65，Cd0.35)S：Cu0.02，Al0.01與YAG：Ce商用粉的激發(fā) 光譜比較見圖1。在圖1中，測試設(shè)備：FluromaxII分光光度計，監(jiān)控波長：實施 例1：539nm，YAG：Ce商用粉：540nm。從該圖可以看出，本發(fā)明的發(fā)光裝置 所使用的熒光粉可被低于450nm的藍(lán)光、紫光或紫外光有效激發(fā)，發(fā)光強(qiáng)度高于 目前商用的YAG：Ce熒光粉。

實施例1發(fā)光材料(Zn0.65，Cd0.35)S：Cu0.02，Al0.01的發(fā)射光譜見圖2。在圖2中， 測試設(shè)備：FluromaxII分光光度計，激發(fā)光波長：460nm。由圖2可以看出，該發(fā) 光材料的發(fā)光為寬帶發(fā)射，半寬為15nm。

實施例1制得的發(fā)光裝置的發(fā)光光譜圖見圖3，在圖3中，電流：20mA，3.5V。 可以看出，該發(fā)光裝置包含兩個發(fā)射峰，一個為芯片發(fā)光峰，一個為所包含熒光 粉的發(fā)光峰，由該圖可以看出，該熒光粉可有效吸收芯片的發(fā)光，并轉(zhuǎn)換為黃 互補光。

實施例2

實施例2采用表1中1，2，3號熒光粉，即組成為Zn0.91Cd0.09S：Cu0.008，Al0.002，Zn0.85Cd0.15S ：Cu0.008，Al0.002，ZnS：Ag0.005，Cl0.02的熒光粉，發(fā)光材料的相對重量比例 為1號∶2號∶3號＝70∶20∶10。制備白光發(fā)光裝置的實施例。具體實施過程除 使用的芯片為發(fā)光主峰位于380nm的Ga發(fā)光芯片外，其它的均和實施例1相 同。

實施例3

采用商用(Y0.8Gd0.2)3Al5O12：Ce發(fā)光材料和表1中11號熒光粉，即組 成為CdS：Mn0.01的熒光粉，制備白光發(fā)光裝置的實施例。具體實施過程除使用 的芯片為發(fā)光主峰位于370nm的ZnO發(fā)光芯片，并且發(fā)光材料的相對重量比例 為(Y0.8Gd0.2)3Al5O12：CdS∶Mn0.01＝95∶5外，其它的均和實施例1相同。

實施例4

采用表1中4，5，6號熒光粉，即組成為Zn0.9Cd0.1S：Ag0.005，Zn0.7Cd0.3S： Ag0.005，Zn0.5Cd0.5S：Ag0.005的熒光粉，相對重量比例為4號∶5號∶6號＝15∶70∶15，制 備白光發(fā)光裝置的實施例。具體實施過程除使用的芯片為發(fā)光主峰位于370nm 的InGa發(fā)光芯片外，其它的均和實施例1相同。

實施例5

采用表1中7，8，9，10號，即組成為Zn0.4Cd0.6S：Ag0.005，ZnS：Cul×10-6， ZnS：Cul×10-5，Zn0.6Mg0.2Cd0.2S：Mn0.01的熒光粉，相對重量比例為7號∶8號∶ 9號∶10號＝15∶10∶35∶40，制備白光發(fā)光裝置的實施例。具體實施過程除使 用的芯片為發(fā)光主峰位于370nm的InGa發(fā)光芯片外，其它的均和實施例1相 同。

比較例

比較例采用商用YAG：Ce熒光粉，按照常規(guī)的制造方法制造白光LED。

表2.實施例1，2，3，4，5與比較例在電流20mA，電壓為3.5V的條件下性能比較

由表2可以看出實施例1-5的顯指數(shù)均高于比較例，但是溫低于比較例。 并且本發(fā)明的發(fā)光裝置溫可調(diào)范圍大，可以實現(xiàn)低溫照明。

綜上所述，本發(fā)明的白光LED，其中包含一種藍(lán)光發(fā)射、紫光發(fā)射、紫外 光發(fā)射的半導(dǎo)體發(fā)光芯片，以及可有效吸收半導(dǎo)體發(fā)光芯片的發(fā)光并釋放出不同 顏光的熒光粉。本發(fā)明的發(fā)光裝置發(fā)光光譜強(qiáng)度高。本發(fā)明的發(fā)光裝置所包含 的熒光粉，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)基質(zhì)和激活劑使其發(fā)光光譜在450-650nm范圍內(nèi)的 任意波段。適合300-460nm的光激發(fā)，具有較高的發(fā)光強(qiáng)度，穩(wěn)定性好。在LED 中使用結(jié)果表明該粉所制備的顯性好，相關(guān)溫可調(diào)范圍寬，器件壽命較長， 發(fā)光效率較高。并且本發(fā)明的發(fā)光裝置所使用的熒光粉的成本很低，具有很好的 市場前景，可以廣泛應(yīng)用于白光LED。