CN100411200C - 白光发光装置 - Google Patents
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Abstract
一种白光发光装置，其包括半导体发光芯片及白光光致发光荧光体，且半导体发光芯片发出光线被白光光致发光荧光体吸收而发出白光，如此提供工艺简化的白光发光装置，其制作成本低，并易于调配出白光，因此具有产业应用的价值。该白光发光装置包括：一半导体发光芯片，其发出光线；及至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体，其吸收该半导体发光芯片的光线而激发出白光，且该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中的一种元素，并且1＞x＞0。
Description
技术领域
本发明涉及一种白光发光装置，尤指一种白光光致发光荧光体吸收半导体发光芯片的光线而发出白光的发光装置。
背景技术
白光是一种多颜色的混合光，可被人眼感觉为白光的至少包括两种以上波长的混合光。例如人眼同时受红、蓝、绿光的刺激时，或同时受到蓝光与黄光的刺激时均可感受为白光，故依此原理可制作发白光的LED光源。常用的白光LED制作方法主要有四种：第一种方法是使用以InGaAlP、InGaN与GaN为材质的三颗LED，分别控制通过LED的电流而发出红、绿及蓝光。因这三颗晶粒是放在同一个灯泡(lamp)中，透镜可将发出的光加以混合而产生白光。第二种方法是使用GaN与Gap为材质的两颗LED也分别控制通过LED的电流而发出蓝及黄绿光以产生白光。目前这两种方式的发光效率可达到20lm/W。但这两种方法有些缺点，即如果这些同时使用的不同光色LED其中之一发生故障，则将无法得到正常的白光。且因其正向偏压各不相同，故须多套控制电路，致使成本较高，此都为实际应用上的不利因素。第三种则是1996年日本日亚化学公司(Nichia Chemical)研发出以氮化铟镓蓝光发光二极管配合发黄光的钇铝石榴石型荧光粉也可成为一白光光源。此方法的发光效率目前(可达15lm/W)虽比前两种方法稍低，但因只需一组LED芯片即可，很大幅度地降低了制造成本，再加上所搭配的荧光粉调制技术已臻成熟，故目前已有商品呈现。然而，其中第二种与第三种方法是利用互补色原理以产生白光的，其光谱波长分布的连续性不如真实的太阳光，使色光混和后会在可见光光谱范围(400nm～700nm)出现色彩的不均匀，导致色彩饱和度较低。虽然人类的眼睛可以忽略这些现象，只会看见白色的光，但在一些精密度较高的光学侦检器的感测下，例如摄影机或相机等，其演色性在实质上仍偏低，即物体色彩在还原时会产生误差，所以这种方式产生的白光光源只适合作为简单的照明用途。此外，第四种可产生白光的方案是日本住友电工(Sumitomo Electric Industries Ltd)在1999年1月研发出使用ZnSe材料的白光LED，其技术是先在ZnSe单晶基板上形成CdZnSe薄膜，通电后薄膜会发出蓝光，同时部分的蓝光照射在基板上而发出黄光，最后蓝、黄光形成互补色而发出白光。由于此方法也只采用单颗LED晶粒，其操作电压仅2.7V，比GaN的LED的3.5V要低，且不需要荧光物质即可得到白光。但其缺点是发光效率仅为8lm/W，寿命也只有8000小时，在实用方面的衡量上仍需更进一步地突破。
目前已开发出LED，是激发三种或以上荧光粉以混合产生白光，未来将可应用于照明(即取代日光灯或灯泡)，但要同时利用多种荧光粉体使其发出荧光，其先决条件之一就是所选用的激发光恰好可被这些荧光粉所吸收，且各荧光体对此波长的光的吸收系数不能相差太多，并且光能转换的量子效率也尽可能接近为佳，因此工艺增加且调配麻烦，并非为最佳取得白光的方式。
由此，发明人根据上述缺陷及多年来从事制造产品的相关经验，提出一种设计合现且有效改善该缺陷的一种白光发光装置。
发明内容
本发明的一个目的，在于提供一种白光发光装置，其通过半导体发光芯片发出光线，且被白光光致发光荧光体吸收后而激发出白光，该白光发光装置的工艺简单，制作成本低，同时对于调配出白光的便利性大幅度地提高，因此极具产业应用的价值。
依据上述发明目的，本发明为一种白光发光装置，其包括一半导体发光芯片及至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体，且该半导体发光芯片发出光线，该至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体吸收该半导体发光芯片的光线而激发出白光，其中该白光的波长为400nm至700nm，且该M为Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中的一种元素，并且1＞X＞0。
由此调配出白光的便利性被大幅度地提高，并且工艺简单，制作成本低，极具产业应用的价值。
附图说明
图1为本发明的白光发光装置第一实施例的示意图；
图2为本发明的白光发光装置第二实施例的示意图；
图3为本发明的光致发光荧光体的激发光谱(excitation)及发射光谱(emission)；
图4为图3的发射光谱以程序转换所得的色度坐标图；
图5为本发明的白光发光装置的一制造流程；
图6为本发明的白光发光装置的另一制造流程。
其中，附图标记说明如下：
半导体发光芯片10
(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体20
封装胶体30
具体实施方式
请参阅第图1及图2所示，本发明为一种白光发光装置，其包括一半导体发光芯片10及至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体20，且该半导体发光芯片10发出光线，以被(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体吸收而激发出白光，其中该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中的一种元素，并且1＞X＞0。
其中，该半导体发光芯片10所发出的光线为紫外光，且其波长介于300nm至400nm之间，并且该紫外光被该(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体20吸收后发出400nm至700nm波长的白光，该(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体20可再适当调配此种荧光粉的稀土掺杂元素的含量，作为光学活性中心或搭配增感剂于主体晶格中，即可调出一高亮度的白光发光二极管，该白光发光装置的实施形式可使该(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体20成长于该半导体发光芯片10上的光致发光膜层(请参阅图1所示)，或形成光致发光荧光粉体以混合于封装胶体30(请参阅图2所示)或形成其它形态，这样，通入电流使该半导体发光芯片10发出紫外线，且被该光致发光膜层或该光致发光荧光粉体吸收而激发出白光光线。另外，图3为本发明的(Ba1-xMx)Al2O4的激发光谱(excitation)及发射光谱(emission)，图4为图3的发射光谱通过程序转换所得的色度坐标图。
请参阅图5所示，该(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体可以通过固态反应法或化学合成法制得，其中该固态反应法的制作步骤为：
步骤一：依照化学计量比分别取氧化铝(Al2O3)、碳酸钡(BaCO3)与氧化铕(Eu2O3)，使其形成的配方为(Ba1-xMx)Al2O4(此时当以M＝Eu为例)。将秤取的原料以研磨方式均匀混合。
步骤二：将混合物置入船型坩埚中，并于H2/N2(5％/95％)的还原气氛中以5℃/min的升温速率加热至1500℃进行烧结(sintering)并还原(reduction)12小时。这就将样品中的Eu3+离子还原成Eu2+，借此可提高其发光亮度，得到(Ba0.9Eu0.1)Al2O4荧光体。
步骤三：将上述荧光体配合可发出波长为400nm的紫外光半导体发光芯片作为激发光源，经封装后，施加适当的电流即可获得一发光特性很好的白光发光装置。
请参阅图6所示，其为通过化学合成法的柠檬酸盐凝胶法制得，其步骤为：
步骤一：依化学计量比分别取硝酸铝(Al(NO3)3.6H2O)、氯化钡(Ba(Cl)3)与硝酸铕(Eu(NO3)3.6H2O)，使其形成的配方为(Ba1-xEux)Al2O4(此时当M＝Eu为例)。将这些金属盐类置入二次去离子水中使其溶解形成水溶液。
步骤二：加入草酸并搅拌约十分钟。
步骤三：搅拌形成的胶体溶液，然后以抽气过滤法取得白色胶状物。
步骤四：将步骤三的白色胶状物在空气中以300℃热分解大部分的有机质及部分氮氧化物，得到白灰状物。
步骤五：将混合物置入船型坩埚中，并于H2/N2(5％/95％)的还原气氛中以5℃/min的升温速率加热至1500℃进行烧结(sintering)并还原(reduction)12小时。这就将样品中的Eu3+离子还原成Eu2+，由此提高其发光亮度，以得到(Ba0.9Eu0.1)Al2O4荧光体。
步骤六：将前述荧光体配合可发出波长为400nm的紫外光半导体发光芯片作为激发光源，经封装后，施加适当的电流即可获得一发光特性很好的白光发光装置。
综上所述，本发明的“白光发光装置”通过半导体发光芯片发出光线，且被(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体吸收而发出白光，且该M为Eu、Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中的一种元素，并且1＞x＞0，其工艺简单，制作成本低，同时，对于调配出白光的便利性也大幅度地提高，因此极具产业应用的价值。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用于限制本发明的范围，故凡运用本发明的说明书及附图内容所做的等效结构变化，都应包含于本发明的范围内。
Claims (7)
1. 一种白光发光装置，包括：
一半导体发光芯片，其发出光线；及
至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体，其吸收该半导体发光芯片的光线而激发出白光，其中该白光的波长为400nm至700nm，且该M为Bi、Mn、Ce、Tb、Gd、La、Mg及Sr其中的一种元素，并且1＞x＞0。
2. 如权利要求1所述的白光发光装置，其中该半导体发光芯片所发出的光线为紫外光。
3. 如权利要求2所述的白光发光装置，其中该紫外光的波长介于300nm至400nm。
4. 如权利要求1所述的白光发光装置，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体是以固态反应法及化学合成法其中的一种制得。
5. 如权利要求1所述的白光发光装置，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体是以共沉淀法及柠檬酸盐凝胶法其中的一种制得。
6. 如权利要求1所述的白光发光装置，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体形成于该半导体发光芯片上的光致发光膜层。
7. 如权利要求1所述的白光发光装置，其中该至少一(Ba1-xMx)Al2O4型光致发光荧光体形成光致发光荧光粉体，且混合于封装胶体，以接收该半导体发光芯片的发光光线。
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