專利名稱：填料、它的應(yīng)用及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于摻有發(fā)光材料的透明環(huán)氧樹脂的填料，尤其是應(yīng)用于具有一個(gè)發(fā)紫外光、藍(lán)光或綠光的發(fā)光體的電致發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
這樣一種元件例如已由公開文獻(xiàn)DE 3804 293公知。其中描述了一種具有電致發(fā)光二極管或激光二極管，它們借助一種由塑料組成的摻有熒光光波變換有機(jī)色料的部件使由二極管發(fā)出的發(fā)射光譜移到較長的波長上。由該裝置發(fā)出的光由此具有不同于發(fā)光二極管發(fā)光的顏色。根據(jù)添加到塑料中的色料類型，可以生產(chǎn)出具有同一種發(fā)光二極管類型的發(fā)光二極管裝置，它們可發(fā)出不同顏色的光。
在發(fā)光二極管的許多可能的應(yīng)用領(lǐng)域，如在機(jī)動(dòng)車儀表盤中的顯示元件、飛機(jī)及汽車中的照明及全色柔光LED顯示器方面，對(duì)發(fā)光二極管裝置提出了強(qiáng)烈的要求，希望能由它們產(chǎn)生出混色光，尤其是白光。
但是，至今公知的開始部分所述類型的具有有機(jī)發(fā)光材料的填料在溫度及溫度-濕度應(yīng)力下表現(xiàn)出色點(diǎn)的偏移，即由電致發(fā)光元件發(fā)出光的顏色的偏移。
在JP-07 176 794-A中描述了一種發(fā)白光的平面光源，其中在一透明板的前側(cè)設(shè)置了兩個(gè)發(fā)藍(lán)光的二極管，其光線穿過透明板發(fā)出。透明板在其兩個(gè)彼此對(duì)置的主平面之一上涂有熒光物質(zhì)，當(dāng)它受二極管的藍(lán)光激發(fā)時(shí)發(fā)出光束，由熒光物質(zhì)發(fā)出的光具有不同于二極管發(fā)出的藍(lán)光的波長。在該公知的元件中特別困難的是，用一種方式及方法來施加熒光物質(zhì)，以使得該光源能發(fā)出均勻的白色。此外，大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)能力有問題，因?yàn)闊晒鈱拥暮苄雍癫▌?dòng)、例如是由于透明板表面不平整度引起的，將導(dǎo)致發(fā)出光的白色調(diào)的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，開發(fā)一種開始部分所述類型的填料，借助它可制造出能發(fā)出均勻混合色光的電致發(fā)光元件，并可實(shí)現(xiàn)以技術(shù)上有代表性的成本及普遍可再現(xiàn)的元件特性進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。它所發(fā)出的光在溫度及溫度-濕度應(yīng)力下應(yīng)能保持色穩(wěn)定。此外還將給出制造這種填料的方法。
該任務(wù)將通過以下技術(shù)方案來解決。
根據(jù)本發(fā)明的一種基于透明環(huán)氧樹脂的填料，它應(yīng)用于具有一個(gè)發(fā)紫外光、藍(lán)光或綠光的發(fā)光體的電致發(fā)光元件中，其特征在于在透明的環(huán)氧樹脂中散布著一種無機(jī)發(fā)光色料顆粒，該無機(jī)發(fā)光色料顆粒由一個(gè)組構(gòu)成，該組由稀土元素?fù)诫s的石榴石、稀土元素?fù)诫s的硫鎵酸鹽、稀土元素?fù)诫s的鋁酸鹽及用稀土元素?fù)诫s的原硅酸鹽組成，無機(jī)發(fā)光色料顆粒的粒度≤20μm并且具有平均顆粒直徑d50≤5μm。
本發(fā)明還包括基于上述方案的有利的進(jìn)一步構(gòu)型及應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)置了在透明環(huán)氧樹脂中散布一種基于具有通用式為A3B5X12:M的施主晶格的無機(jī)材料發(fā)光色料粉末，及該發(fā)光色料具有≤20μm的粒度及平均顆粒直徑d50≤5μm。特別有利的是該平均顆粒直徑d50在1及2μm之間。在該粒度情況下可以得到合適的產(chǎn)品產(chǎn)量。
無機(jī)礦物發(fā)光材料對(duì)于溫度及溫度-濕度穩(wěn)定性是特別有利的。
在根據(jù)本發(fā)明的填料一個(gè)特別優(yōu)選的構(gòu)型中其組成成分為a)環(huán)氧樹脂≥60Gew％(重量百分比)b)發(fā)光色料≤25Gew％c)觸變劑≤10Gew％d)礦物擴(kuò)散劑≤10Gew％e)處理助劑≤3Gew％
f)疏水劑≤3Gew％g)附著媒介質(zhì)≤2Gew％合適的環(huán)氧澆注樹脂例如描述在DE-OS 26 42465的第4至第9頁、尤其是例1至4中及描述在EP 00 39 017的第2至第5頁、尤其是例1至8中，它們公開的內(nèi)容通過引證在這里被錄用。
作為觸變劑，例如可使用高溫蒸餾的硅酸。該觸變劑用于濃縮環(huán)氧澆注樹脂，以減小發(fā)光色料粉末的沉積。對(duì)于澆注樹脂的處理，將繼續(xù)調(diào)整其流動(dòng)性及浸潤特性。
作為礦物擴(kuò)散劑，為了優(yōu)化元件的發(fā)光圖象，最好使用CaF2。
作為處理助劑，如乙二醇醚(Glykolether)能適用。它能改善環(huán)氧澆注樹脂及發(fā)光色料粉末的相容性并由此穩(wěn)定發(fā)光色料粉末-環(huán)氧澆注樹脂擴(kuò)散體。為此目的也可使用基于硅的外表面改型。
疏水劑、如流體硅蠟同樣用于修改色料表面，尤其是改善無機(jī)色料表面與有機(jī)樹脂的相容性及浸潤性。
隨著媒介質(zhì)、如烷氧基硅氧烷(Alkoxysiloxan)在填料固化狀態(tài)下改善色料及環(huán)氧樹脂之間的附著。由此可達(dá)到，例如在溫度波動(dòng)時(shí)，環(huán)氧樹脂及色料之間的界面不會(huì)被撕裂。在環(huán)氧樹脂及色料之間的間隙將會(huì)導(dǎo)致元件中的光損耗。
環(huán)氧澆注樹脂最好包含一種反應(yīng)環(huán)氧乙烷三環(huán)，該樹脂最好具有單功能和/或多功能的環(huán)氧澆注樹脂體系(≥80Gew％，例如Bisphenol-A-Diglycidylether)，一種稀釋劑(≤10Gew％，例如aromatischerMonoglycidylether)，一種多功能乙醇(≤5Gew％)，一種硅基除氣劑(≤1Gew％)，及一種去色劑，用于調(diào)整色值(≤1Gew％)。
在該填料的一種特別有利的進(jìn)一步構(gòu)型中，發(fā)光色料為球狀或鱗片狀。有利的是這種色料聚成塊的傾向非常小。H2O的含量低于2％。
在制造及加工具有無機(jī)發(fā)光色料粉末的環(huán)氧澆注樹脂成分時(shí)通常除浸潤的問題外還有沉積問題。尤其是d50≤5μm的發(fā)光色料粉末極其傾向于結(jié)塊。在上述的填料的組成成分的情況下，發(fā)光色料能有利地以上面給出的粒度基本上不結(jié)塊并均勻地散布在環(huán)氧澆注樹脂中。這種散布即使在填料較長期的存放的情況下也是穩(wěn)定的。實(shí)際上不會(huì)出現(xiàn)浸潤和/或沉積的問題。
特別有利的是使用出自于用Ce摻雜的石榴石(Granate)組中的顆粒作為發(fā)光材料、尤其是使用YAG:Ce顆粒作為發(fā)光材料。有利的摻雜材料濃度例如為1％，及有利的發(fā)光材料濃度例如為12％。此外，優(yōu)選的高純度發(fā)光色料粉末最好具有的鐵含量≤5ppm。較高的鐵含量將引起元件中較大的光損耗。發(fā)光色料粉末有很強(qiáng)的研磨生。因此，填料的Fe含量在制造時(shí)會(huì)顯著地增加。最好在填料中的鐵含量＜20ppm。
無機(jī)發(fā)光材料YAG:Ce首先具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，即在此情況下它涉及具有計(jì)算指數(shù)約為1,84的不分離色料。由此除了波長轉(zhuǎn)換的散布性能外還有散射效能，這可導(dǎo)致藍(lán)色二極管光與黃色轉(zhuǎn)換光的良好混合。
此外特別有利的是，在使用無機(jī)發(fā)光色料時(shí)環(huán)氧樹脂中的發(fā)光材料濃度不會(huì)象使用有機(jī)色料時(shí)那樣受到溶解度的限制。
為了進(jìn)一步避免結(jié)塊，發(fā)光色料最好設(shè)有一個(gè)硅涂層。
在一種制造根據(jù)本發(fā)明的填料的優(yōu)選方法中，發(fā)光色料粉末在與環(huán)氧澆注樹脂混合前在≥200℃的溫度下進(jìn)行例如約10小時(shí)的熱處理。由此同樣可減小其結(jié)塊的傾向。
換一種方式或附加地，發(fā)光色料粉末在與環(huán)氧澆注樹脂混合前在一種高沸點(diǎn)的乙醇中淘洗并且然后被干燥。另一種減少結(jié)塊的可能性在于，發(fā)光色料粉末在與環(huán)氧澆注樹脂混合前被添加一種疏水的硅蠟。特別有利的是，磷的表面穩(wěn)定性通過在存在乙二醇醚(Glykolethern)的情況下通過加熱色料、例如在T＞60℃時(shí)加熱16小時(shí)來實(shí)現(xiàn)。
為了避免由于研磨引起的發(fā)光色料散布時(shí)的干擾雜質(zhì)，反應(yīng)容器、攪拌及擴(kuò)散裝置和軋制機(jī)內(nèi)玻璃、金剛砂、碳化物及氮化物材料及特珠硬化的鋼材。不結(jié)塊的發(fā)光材料的散布可以用超聲波法或通過使用篩及玻璃陶瓷燒結(jié)來得到。
一種用于制造發(fā)白光的光電元件的特別有利的無機(jī)發(fā)光材料是磷YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)。它能以特別簡(jiǎn)單的方式與在傳統(tǒng)的LED技術(shù)中應(yīng)用的透明環(huán)氧澆注樹脂相混合。此外可考慮作為發(fā)光材料的是另外用稀土元素?fù)诫s石榴石，如Y3Ga5O12:Ce3+，Y(Al，Ga)5O12:Ce3+及Y(Al，Ga)5O12Tb3+。此外，用稀土元素?fù)诫s的硫鎵酸鹽(Thiogallate)，如CaGa2S4:Ce3+及SrGa2S4:Ce3+特別適用于產(chǎn)生混合色光。對(duì)此同樣可以考慮使用用稀土元素?fù)诫s的鋁酸鹽，如YalO3:Ce3+，YGaO3:Ce3+，Y(Al，Ga)O3:Ce3+及用稀土元素?fù)诫s的原硅酸鹽M2SiO5:Ce3+(MSc、Y、Sc)如Y2SiO5:Ce3+，對(duì)于鐿的化合物原則上可用鈧或鑭來代替鐿。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光半導(dǎo)體元件，具有一個(gè)半導(dǎo)體主體，它在半導(dǎo)體元件工作時(shí)發(fā)出在紫外、藍(lán)和/或綠光光譜區(qū)域中的光波，其特征在于半導(dǎo)體主體由一種基于透明環(huán)氧樹脂的填料所包圍，該波長變換填料應(yīng)用于具有一個(gè)發(fā)紫外光、藍(lán)光或綠光的發(fā)光體的電致發(fā)光元件中，在透明的環(huán)氧樹脂中散布著一種無機(jī)發(fā)光色料顆粒，該無機(jī)發(fā)光色料顆粒由一個(gè)組構(gòu)成，該組由稀土元素?fù)诫s的石榴石、稀土元素?fù)诫s的硫鎵酸鹽、稀土元素?fù)诫s的鋁酸鹽及用稀土元素?fù)诫s的原硅酸鹽組成，無機(jī)發(fā)光色料顆粒的粒度≤20μm并且具有平均顆粒直徑d50≤5μm，并且，無機(jī)發(fā)光材料顆粒使出自于該光譜區(qū)域中的光波的一部分轉(zhuǎn)換成具有較長波長的光波，以使得該半導(dǎo)體元件發(fā)射由該被轉(zhuǎn)換的光波及出自于紫外、藍(lán)和/或綠光光譜區(qū)域的光波組成的混合光波。
根據(jù)本發(fā)明的填料最好應(yīng)用于光發(fā)射半導(dǎo)體主體，尤其是具有由GaxIn1-xN或GaxAl1-xN組成的有源半導(dǎo)體層或?qū)恿械陌雽?dǎo)體主體，它在工作時(shí)發(fā)射在紫外光、藍(lán)光和/或綠光光譜范圍中的電磁射線。在澆注體中的發(fā)光材料顆粒將出自該光譜區(qū)域中的一部分光轉(zhuǎn)換成具有較長波長的克，以使得該半導(dǎo)體元件發(fā)射混合光，尤其是由此種轉(zhuǎn)換光與出自于紫外、藍(lán)和/或綠光光譜中的光組成的混合色光。這就是譬如，發(fā)光材料顆粒選擇地吸收了由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光譜的一部分并在較長波長區(qū)域中再發(fā)射出來。最好由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光在波長λ≤520nm時(shí)具有相對(duì)強(qiáng)度最大值，及由發(fā)光材料顆粒選擇性吸收光譜的波長區(qū)域位于該強(qiáng)度最大值以外。
同樣，也可有利地用多種不同類型的發(fā)射不同波長的發(fā)光材料顆粒散布在填料中。這最好是通過在不同的施主晶格中的不同摻雜來達(dá)到。由此便可有利地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生出多種多樣的由半導(dǎo)體元件發(fā)出光的混合色及色溫。特別感興趣的是它用于全色柔光LEDs。
在根據(jù)本發(fā)明的填料的一個(gè)有利應(yīng)用方面，發(fā)光半導(dǎo)體主體(例如一個(gè)LED芯片)至少部分地被填料包圍。該填料在這里最好同時(shí)作為元件封裝件(外殼)來使用。根據(jù)該實(shí)施形式的半導(dǎo)體元件的優(yōu)點(diǎn)實(shí)質(zhì)上在于對(duì)于它的制造可以使用制造傳統(tǒng)發(fā)光二極管(例如輻射型發(fā)光二極管)所使用的傳統(tǒng)生產(chǎn)線。對(duì)于元件的封裝只需使用填料來簡(jiǎn)單地替代在傳統(tǒng)發(fā)光二極管中為此所使用的透明塑料。
使用根據(jù)本發(fā)明的填料可以通過簡(jiǎn)單的方式可以制造單色光源、尤其是具有發(fā)射單一藍(lán)光的半導(dǎo)體主體的發(fā)光二極管，發(fā)射混合光、尤其是白光的光源。為了使用譬如發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)體主體來產(chǎn)生白光，將借助于無機(jī)發(fā)光材料顆粒使由半導(dǎo)體主體發(fā)出光的一部分由藍(lán)色光譜區(qū)域轉(zhuǎn)換到作為藍(lán)色的補(bǔ)色的黃色光譜區(qū)域。
在此情況下，通過對(duì)發(fā)光材料、其顆粒粒度及其濃度的合適選擇使白光的色溫或色點(diǎn)變化。此外也可以使用發(fā)光材料混合物，由此能有利地、非常精確地調(diào)節(jié)發(fā)出光線的所需色調(diào)。
尤其有利地是該填料應(yīng)用于一種發(fā)光半導(dǎo)體主體，由它發(fā)出的光譜在420nm及460nm的波長上，尤其在430nm(例如基于GaxAl1-xN的半導(dǎo)體主體)或450nm(例如基于GaxIn1-xN的半導(dǎo)體主體)時(shí)具有強(qiáng)度的最大值。利用這種半導(dǎo)體元件能有利地產(chǎn)生出C.I.E.色板中所有的顏色及混合色。但是也可以用另外的電致發(fā)光材料、例如聚合物材料來取代由電致發(fā)光半導(dǎo)體材料作的發(fā)光半導(dǎo)體主體。
該填料特別適合于一種發(fā)光半導(dǎo)體元件(例如發(fā)光二極管)，其中發(fā)光半導(dǎo)體主體被放置在一個(gè)外殼的槽中，該外殼可以與一個(gè)引線框預(yù)制在一起，及該槽中將注有填料。這樣一種半導(dǎo)體元件可以用傳統(tǒng)的生產(chǎn)線大批量地制造。對(duì)此僅需在將半導(dǎo)體主體安裝到外殼中后用填料充填槽。
可以使用根據(jù)本發(fā)明的填料這樣有利地制造發(fā)白光的半導(dǎo)體元件，即，選擇發(fā)光材料，以使得由半導(dǎo)體主體發(fā)出的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成互補(bǔ)的波長區(qū)域、尤其是藍(lán)光及黃光，或加色三色組如藍(lán)、綠及紅。這樣產(chǎn)生的白光的色調(diào)(CIE色板中的色點(diǎn))可以通過鑒于混合物及濃度的發(fā)光材料的選擇來改變。
為了使由電致發(fā)光半導(dǎo)體主體發(fā)出的光與由發(fā)光材料轉(zhuǎn)換的光均勻混合并由此改善由元件發(fā)出的光的色均勻度，在根據(jù)本發(fā)明的填料的一個(gè)有利構(gòu)型中附加了一種發(fā)藍(lán)光的色料，它將削弱由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光線的所謂方向特性。對(duì)于方向特性理解為，由半導(dǎo)體主體發(fā)出的光具有一個(gè)優(yōu)先的發(fā)光方向。
根據(jù)本發(fā)明的具有發(fā)藍(lán)光的電致發(fā)光半導(dǎo)體主體的發(fā)白光的半導(dǎo)體元件可以這樣特別有利地實(shí)現(xiàn)在作為填料使用的環(huán)氧樹脂中混合無機(jī)的發(fā)光材料YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)。由該半導(dǎo)體主體發(fā)出的藍(lán)光的一部分將被無機(jī)發(fā)光材料Y3Al5O12:Ce3+轉(zhuǎn)換到黃光光譜區(qū)域，由此移動(dòng)到為藍(lán)色補(bǔ)色的波長區(qū)域。在此情況下可通過色料濃度的合適選擇來改變白光的色調(diào)(CIE色板中的色點(diǎn))。
對(duì)填料可添加附加的發(fā)光顆粒，即所謂擴(kuò)散劑。由此能使半導(dǎo)體元件的色效果及發(fā)光性能有利地進(jìn)一步優(yōu)化。
利用根據(jù)本發(fā)明填料也可有利地使由電致發(fā)光半導(dǎo)體主體發(fā)出的除可見光以外的紫外光轉(zhuǎn)換成可見光。由此使該半導(dǎo)體主體發(fā)出光的亮度明顯地增強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)白光的半導(dǎo)體元件，尤其是其中使用了YAG:Ce光轉(zhuǎn)換色料的半導(dǎo)體元件的特殊優(yōu)點(diǎn)在于這種發(fā)光材料在藍(lán)光激勵(lì)下，在吸收和發(fā)射光譜之間起到移動(dòng)100nm的光譜移動(dòng)作用。這導(dǎo)致對(duì)由發(fā)光材料發(fā)射出的光的再吸收實(shí)質(zhì)性地減小并由此導(dǎo)致增強(qiáng)的光輸出量。此外，YAG:Ce有利地具有高的熱穩(wěn)定性及光化學(xué)(例如UV-)穩(wěn)定性(實(shí)質(zhì)地高于有機(jī)發(fā)光材料)，由此可制造用于室外和/或高溫區(qū)域的發(fā)白光的二極管。
YAG:Ce鑒于其再吸收性、光輸出量、熱及光化學(xué)的穩(wěn)定性及可加工性，至今被看作最適合的發(fā)光材料。但也可考慮使用另外Ce摻雜的磷、尤其是Ce摻雜的石榴石類。
原光的波長轉(zhuǎn)換將通過施主晶格中有源過渡金屬中心的晶體場(chǎng)分離來確定。通過用Gd和/或Lu代替Y3Al5O12施主晶格中的Y及用Ga代替Al，可使發(fā)射波長以不同的方式移動(dòng)，此外也可通過摻雜類型來移動(dòng)。通過用Eu3+和/或Cr3+代替Ce3+中心可以產(chǎn)生相應(yīng)的波長移動(dòng)。用Nd3+及Er3+的相應(yīng)摻雜由于較大的離子半徑及由此較小的晶體場(chǎng)分離，甚至可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射IR(紅外線)的元件。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，半導(dǎo)體主體被設(shè)置在一個(gè)透明基殼的槽中；及槽全部或者部分地用填料填充。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，多種不同類型的發(fā)射不同波長的發(fā)光材料顆粒散布在填料中。


由以下結(jié)合附圖1至8對(duì)兩個(gè)實(shí)施例的描述將會(huì)得出本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點(diǎn)及目的。
附圖為圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第一半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖2是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第二半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第三半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖4是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第四半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖5是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的第五半導(dǎo)體元件的概要剖面圖；圖6是一個(gè)具有基于GaN層列的發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)體主體的發(fā)射光譜的概圖；圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的填料的、發(fā)白光的兩個(gè)半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜的概圖；及圖8是由另外發(fā)白光的半導(dǎo)體元件發(fā)射的光譜的概圖。
在不同的附圖中相同的或相同功能的部分均以相同的標(biāo)號(hào)表示。
具體實(shí)施例方式
在圖1的發(fā)光半導(dǎo)體元件中，半導(dǎo)體主體1借助導(dǎo)電連接部分、例如金屬焊劑或粘劑用其背面觸點(diǎn)11固定在第一電端子2上。其正面觸點(diǎn)12借助一根連接導(dǎo)線14與第二電端子3相連接。
半導(dǎo)體主體1的自由上表面及電端子2和3的部分區(qū)域直接地被固化的波長轉(zhuǎn)換澆注體5封裝。它最好具有環(huán)氧澆注樹脂80-90％Gew％(重量百分比)，發(fā)光色料(YAG:Ce)≤15Gew％，二乙烯乙二醇-甲醚(Diethylenglycolmono methylether)≤2Gew％，Tegopreg 6875-45≤2Gew％，Aerosil 200≤5Gew％。
在圖2中表示的根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體元件的實(shí)施例5圖1中實(shí)施例的區(qū)別在于半導(dǎo)體主體1及電端子2和3的部分區(qū)域不是被波長轉(zhuǎn)換澆注體而是被一透明的封塊15封裝。該透明封塊15對(duì)由半導(dǎo)體主體1發(fā)出的光束不起波長改變作用，它例如由發(fā)光二極管技術(shù)中傳統(tǒng)使用的環(huán)氧樹脂、硅樹脂或丙烯酸鹽樹脂、或由另外合適的透明材料如無機(jī)玻璃組成。
在該透明封塊15上加上一個(gè)層4，它由一種波長轉(zhuǎn)換填料作成，并如圖2中所示，它覆蓋著封塊15的整個(gè)外表面。同樣可考慮，層4僅覆蓋該外表面的部分區(qū)域。層4例如由一種摻有發(fā)光材料顆粒6的透明環(huán)氧樹脂組成。這里對(duì)于發(fā)白光半導(dǎo)體元件適用的發(fā)光材料最好是YAG:Ce。
在圖3中表示的具有根據(jù)本發(fā)明填料的、特別優(yōu)選的元件中，第一及第二電端子2、3被埋放在帶有槽9的透明亦或預(yù)制好的基殼8中?！邦A(yù)制好”應(yīng)理解為，在半導(dǎo)體主體裝在端子2上以前，基殼8就已經(jīng)例如借助注塑構(gòu)成在端子2、3上?；鶜?例如由一種透明的塑料組成，及槽9就其形狀言構(gòu)成半導(dǎo)體工作時(shí)發(fā)射光束的反射器17(必要時(shí)在槽9內(nèi)壁上采用合適的涂層)。這樣的基殼8特別適用于可在印刷電路板上安裝的發(fā)光二極管。它在裝半導(dǎo)體主體前例如借助注塑被形成在帶有電端子2、3的導(dǎo)體帶(引線框架)上。
槽9中充填填料5，它們組成成分相應(yīng)于以上結(jié)合圖1所描述的材料。
圖4中表示一種所謂輻射二極管。其中電發(fā)光半導(dǎo)體主體1借助焊接或粘接被固定在構(gòu)成反射器的第一電端子2的部分上。這種外殼的形狀是發(fā)光二極管技術(shù)中公知的，故無需贅述。
半導(dǎo)體主體1的自由上表面直接地由帶有發(fā)光材料顆粒6的澆注體5覆蓋，后者又被另一透明封塊10包圍。
因完整起見，這里應(yīng)注意到，在圖4的結(jié)構(gòu)形式中，當(dāng)然可類似圖1所示的元件利用帶有發(fā)光材料顆粒6的固化澆注體5組成的單一封塊。
在圖5的實(shí)施例中直接地將一個(gè)層4(可以用與上述相同的材料)包圍在半導(dǎo)體主體1上。這部分以及電端子2、3的部分區(qū)域?qū)⒂闪硪煌该鞣鈮K10封裝，后者對(duì)透過層4的光束不起任何波長改變作用，并例如由在發(fā)光二極管技術(shù)中所使用的透明環(huán)氧樹脂或玻璃來制作。
這種設(shè)有層4的半導(dǎo)體主體1在無封塊的情況下，也當(dāng)然可以有利地使用由發(fā)光二極管技術(shù)中全部公知的外殼結(jié)構(gòu)形成(例如，SMD外殼、輻射狀外殼(請(qǐng)參見圖4))。
在上述所有元件中，為了優(yōu)化發(fā)光的彩色效果及為了發(fā)光性能的適配，澆注體5、需要時(shí)，透明封塊15和/或需要時(shí)，另外的透明封塊10具有散射光的顆粒，最好是所謂的擴(kuò)散劑。這種擴(kuò)散劑例如為礦物填充材料，尤其是CaF2、TiO2、SiO2、CaCO3或BaSO4或是有機(jī)染料。這些材料可用簡(jiǎn)單方式摻和在環(huán)氧樹脂中。
在圖6、7及8中表示一個(gè)發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)體主體的發(fā)射光譜(圖6)(在λ～430nm時(shí)為最大發(fā)光強(qiáng)度)及借助這樣的半導(dǎo)體主體制造的發(fā)白光的半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜(圖7及8)。在其橫座標(biāo)上各表示單位為nm的波長，及在縱坐標(biāo)上各表示相對(duì)電致發(fā)光(EL)強(qiáng)度。
由圖6中所示的半導(dǎo)體主體發(fā)出的光線僅有一部分被轉(zhuǎn)換到長波的波長區(qū)域，由此形成作為混合色的白光。圖7中的虛線表示一個(gè)半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，其光線由兩個(gè)互補(bǔ)的波長區(qū)域(藍(lán)及黃)組成并由此發(fā)出總的白光。這里發(fā)射光譜在約400及約430nm(藍(lán)光)之間的波長及在約550及約580nm(黃光)之間的波長上各具有一個(gè)最大值，實(shí)線31代表一個(gè)半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，其顏色白色是由三個(gè)波長區(qū)域(由藍(lán)、綠及紅組成的三色混合組)混合組成。這里其發(fā)射光譜例如在約430nm(藍(lán))、約500nm(綠)及約615nm的波長時(shí)各具有一個(gè)最大值。
圖8表示一個(gè)發(fā)白光的半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，該半導(dǎo)體元件設(shè)有一個(gè)發(fā)出圖6所示發(fā)射光譜的半導(dǎo)體主體，并在其中使用了發(fā)光材料YAG:Ce。在由該半導(dǎo)體主體發(fā)出的圖6所示的光線中僅有一部分轉(zhuǎn)換成長波波長區(qū)域，由此形成混合色白光。圖8中不同類型的虛線30至33表示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的發(fā)射光譜，在其中澆注體5的環(huán)氧樹脂具有不同的YAG:Ce濃度。每個(gè)發(fā)射光譜在λ＝420nm及λ＝430nm之間、即藍(lán)色光譜區(qū)域中，和在λ＝520nm及λ＝545nm之間、即綠色光譜區(qū)域中各具有一個(gè)強(qiáng)度最大值，其中具有長波最大值的發(fā)射頻帶大部分位于黃色頻譜區(qū)域中，圖12中所示附圖表明，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中可以用簡(jiǎn)單方式通過改變環(huán)氧樹脂中發(fā)光材料濃度來改變白光的CIE色點(diǎn)。
借助上述元件對(duì)本發(fā)明的說明當(dāng)然不能看作是對(duì)本發(fā)明的限制。作為半導(dǎo)體主體，例如發(fā)光二極管芯片或激光二極管芯片也可理解為聚合物L(fēng)ED，它發(fā)射相應(yīng)的光線頻譜。
權(quán)利要求
1.一種基于透明環(huán)氧樹脂的填料(5)，它應(yīng)用于具有一個(gè)發(fā)紫外光、藍(lán)光或綠光的發(fā)光體(1)的電致發(fā)光元件中，其特征在于在所述透明環(huán)氧樹脂中包含一個(gè)無機(jī)發(fā)光色料顆粒的組，該組由稀土元素?fù)诫s的石榴石、稀土元素?fù)诫s的硫鎵酸鹽、稀土元素?fù)诫s的鋁酸鹽及用稀土元素?fù)诫s的原硅酸鹽構(gòu)成，所述無機(jī)發(fā)光色料顆粒具有粒度≤20μm和d50≤5μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的填料，其特征在于所述無機(jī)發(fā)光材料顆粒(6)是球形的或鱗片狀的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1填料，其特征在于所述無機(jī)發(fā)光材料顆粒(6)的平均顆粒直徑d50在1及2μm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的填料，其特征為該填料(5)是由以下成分組成的a)環(huán)氧樹脂≥60Gew％且＜100Gew％b)無機(jī)發(fā)光材料顆粒＞0且≤25Gew％c)觸變劑＞0且≤10Gew％d)礦物擴(kuò)散劑＞0且≤10Gew％e)處理助劑＞0且≤3Gew％f)疏水劑＞0且≤3Gew％g)附著媒介質(zhì)＞0且≤2Gew％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的填料，其特征在于使用出自于用Ce摻雜的石榴石組中的顆粒作為無機(jī)發(fā)光材料顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的填料，其特征在于使用YAG:Ce顆粒作為無機(jī)發(fā)光材料顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的填料，其特征在于它的鐵含量≤20ppm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的填料，其特征在于所述無機(jī)發(fā)光材料顆粒在與環(huán)氧樹脂混合前在≥200℃溫度下進(jìn)行熱處理。
9.發(fā)光半導(dǎo)體元件，具有一個(gè)半導(dǎo)體主體(1)，它在半導(dǎo)體元件工作時(shí)發(fā)出在紫外、藍(lán)和/或綠光光譜區(qū)域中的光波，其特征在于半導(dǎo)體主體(1)由一種基于透明環(huán)氧樹脂的填料(5)所包圍，該填料(5)應(yīng)用于具有一個(gè)發(fā)紫外光、藍(lán)光或綠光的發(fā)光體(1)的電致發(fā)光元件中，在所述透明環(huán)氧樹脂中包含一個(gè)無機(jī)發(fā)光色料顆粒的組，該組由稀土元素?fù)诫s的石榴石、稀土元素?fù)诫s的硫鎵酸鹽、稀土元素?fù)诫s的鋁酸鹽及用稀土元素?fù)诫s的原硅酸鹽構(gòu)成，所述無機(jī)發(fā)光色料顆粒具有粒度≤20μm和d50≤5μm，并且無機(jī)發(fā)光材料顆粒使出自于該光譜區(qū)域中的光波的一部分轉(zhuǎn)換成具有較長波長的光波，以使得該半導(dǎo)體元件發(fā)射由該被轉(zhuǎn)換的光波及出自于紫外、藍(lán)和/或綠光光譜區(qū)域的光波組成的混合光波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于所述半導(dǎo)體主體(1)被設(shè)置在一個(gè)透明基殼(8)的槽(9)中；及槽(9)全部或者部分地用填料(5)填充。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于所述無機(jī)發(fā)光材料顆粒(6)是球形的或鱗片狀的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于所述無機(jī)發(fā)光材料顆粒(6)的d50在1及2μm之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求9、11或者12的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于a)環(huán)氧樹脂≥60Gew％且＜100Gew％b)無機(jī)發(fā)光材料顆粒＞0且≤25Gew％c)觸變劑＞0且≤10Gew％d)礦物擴(kuò)散劑＞0且≤10Gew％e)處理助劑＞0且≤3Gew％f)疏水劑＞0且≤3Gew％g)附著媒介質(zhì)＞0且≤2Gew％。
14.根據(jù)權(quán)利要求9、11或者12的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于使用出自于用Ce摻雜的石榴石組中的顆粒作為無機(jī)發(fā)光材料顆粒。
15.根據(jù)權(quán)利要求9、11或者12的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于使用YAG:Ce顆粒作為無機(jī)發(fā)光材料顆粒。
16.根據(jù)權(quán)利要求9、11或者12的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于它的鐵含量≤20ppm。
17.根據(jù)權(quán)利要求9、11或者12的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于所述無機(jī)發(fā)光材料顆粒在與環(huán)氧樹脂混合前在≥200℃溫度下進(jìn)行熱處理。
18.根據(jù)權(quán)利要求9、11或者12的發(fā)光半導(dǎo)體元件，其特征在于多種不同類型的發(fā)射不同波長的發(fā)光材料顆粒散布在填料(5)中。
全文摘要
基于一種攙有發(fā)光材料的透明環(huán)氧樹脂的波長變換澆注材料(5)，它用于具有一個(gè)發(fā)紫外光、藍(lán)光或綠光的發(fā)光體(1)的電致發(fā)光元件。在透明的環(huán)氧樹脂中散布著一種具有出自通用式為A
文檔編號(hào)H01S5/32GK101081910SQ20061009448
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期1997年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月20日
發(fā)明者K·霍恩, A·德布雷, P·施洛特爾, R·施米特, J·施奈登 申請(qǐng)人:西門子公司