發光裝置、液晶顯示裝置和照明裝置的製作方法
2023-05-03 18:43:41 1
專利名稱：發光裝置、液晶顯示裝置和照明裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於使用螢光材料得到白光的發光裝置，所述的發光裝置料將從作為半導體發光元件的發光二極體(LED)中發射的光進行波長變換；安裝在電子信息設備(例如，液晶電視裝置、個人計算機、PDA(個人數字助理(personal display association))和行動電話)上的液晶顯示裝置，其使用所述的發光裝置作為液晶顯示屏的背光；和室內或室外的照明裝置，其使用所述的發光裝置作為光源。
背景技術：
常規地，使用這種類型的發光裝置例如作為液晶顯示器背光的光源。將從發光二極體(LED)中發射的光或從被LED光激發的螢光材料中發射的光用於得到白光。
目前，下面的方法(1)至(5)認為是用於使用發光二極體和螢光材料得到白光的方法(1)組合從相應發光二極體中發射的藍色LED光、綠色LED光和紅色LED光的方法。
(2)組合從發光二極體中發射的藍光和從被LED光激發的螢光材料中發射的黃光的方法。
(3)組合從發光二極體中發射的藍色LED光和分別從被藍色LED光激發的螢光材料中發射的綠光和紅光的方法。
(4)組合分別從被近紫外光和/或紫外光激發的螢光材料中發射的藍光和黃光的方法。
(5)組合分別從被近紫外光和/或紫外光激發的螢光材料中發射的藍光、綠光和紅光的方法。
最近，大批量生產InGaN發光二極體，由該InGaN發光二極體發射兩種顏色成分的光(在鄰近光譜的藍色部分中的主峰出現副峰)。因此，可以使用一個發光二極體得到在(2)中所述的白光。通過使用黑體輻射的色溫來表示自然光。在照明領域，使用發光二極體的照明引起了興趣。
作為使用一種發光二極體進行在(1)中所述的方法的實例，參考文獻1公開了一種發光二極體，其中從一個InGaN發光二極體中發射分別具有三原色(即，藍色、綠色和紅色)中三種顏色成分的光。在參考文獻1中，作為其中將由InGaN材料製成的半導體層層壓在襯底上的發光二極體，將由AlN或InyGa1-yN(0≤y≤1)製成的第二半導體層形成在由InxGa1-xN(0≤x≤1)製成的第一半導體層上，並且將由InzGa1-zN(0≤z≤1)製成的第三半導體層形成在第二半導體層上。在比第一半導體層低的溫度下生長第二半導體層。在比第二半導體層高的溫度下生長第三半導體層作為在(5)中所述的方法的實例，參考文獻2公開了一種發光裝置，其中將分別從被一種LED光激發的三種螢光材料發射的藍光、綠光和紅光用於得到白光。在參考文獻2中，從發光二極體中發射具有390nm至420nm發射波長的LED光。從被LED光激發的第一螢光材料發射在600nm至670nm的發射波長範圍內具有主峰的紅光。從被LED光激發的第二螢光材料發射在500nm至540nm的發射波長範圍內具有主峰的綠光。從被LED光激發的第三螢光材料發射在410nm至480nm的發射波長範圍內具有主峰的藍光。將分別從各自螢光材料中發射的紅光、綠光和藍光混合，以得到白光。
日本公開出版物11-145513[參考文獻2]日本公開出版物2002-171000發明內容在其中將從發光二極體中發射的藍色LED光和從被該藍色LED光激發的螢光材料中發射的黃光組合的常規方法(2)中，容易控制顏色強度的平衡，因為沒有使用三原色。但是，僅在沿著黑體輻射的特性曲線的一個點處可以發射具有白色特性的自然光。因此，不能發射沿著黑體輻射的特性曲線具有白色特性的任意自然光。在其中將分別從被紫外光和/或近紫外光激發的螢光材料中發射的藍光和黃光組合的另一常規方法(4)中，省去了三原色之一的紅色。因此，沿著黑體輻射的特性曲線，不能發射具有白色特性的任意自然光。結果，不能省去具有更多與自然白光的特性更接近的特性的光。
因此，作為使用發光二極體用於再現黑體輻射的色溫作為任意自然光的常規方法，分別使用方法(1)、(3)和(5)，因為在每種方法將三原色作為一組使用。但是，方法(1)、(3)和(5)每種中，必須控制三原色的三種波長或四種波長。例如，在如常規方法(1)和參考文獻1中所公開的，其中將從相應的發光二極體中發射的藍色LED光、綠色LED光和紅色LED光組合的方法中，難以控制三原色，並且難以發射具有沿著黑體輻射的特性曲線的白色特性的任意自然光，因為必須準確地控制相應三原色的每種顏色強度的平衡。
在(3)、(5)和參考文獻2中公開的方法，存在發射效率的缺點，因為在兩種螢光材料之間發生兩種波長的吸收和發射。此外，由於每種螢光材料比重的差異，難以均勻地將兩種螢光材料混合於樹脂材料中。結果，出現在產生的各種螢光顏色之間的顏色強度的差異。因此，產生難以大批量生產的問題。
本發明有意解決上面所述的問題。本發明的一個目的在於提供一種能夠發射沿著黑體輻射的特性曲線的任意自然光的發光裝置，由該裝置容易控制每種顏色強度的平衡，所述的發光裝置具有發射效率和大批量生產的能力方面的優點；安裝在電子信息設備上的液晶顯示裝置，其使用所述的發光裝置作為液晶顯示屏的背光；和照明裝置，其使用所述的發光裝置作為光源。
根據本發明的發光裝置包含半導體發光元件，其能夠發射兩種波長成分的光；和螢光材料部分，其中含有螢光材料，能夠發射光，當由兩種波長成分中的至少一種激發所述的螢光材料時，從所述的螢光材料發射光，其中調節所述的兩種波長成分和由螢光得到的波長成分，以將其設置在黑體輻射的特性曲線上的任意色溫，從而達到了上面所述的目的。
優選地，在根據本發明的發光裝置中，所述的半導體發光元件是發光二極體(元件)。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，所述的發光二極體是InGaN發光二極體。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，所述的兩種波長成分是在藍色和黃色之間顏色範圍內的兩種顏色，並且由螢光得到的波長成分是紅色。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，所述的兩種波長成分是兩種顏色，並且所述的兩種顏色是藍色和在綠色和黃色之間顏色範圍內的顏色。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，所述的兩種波長成分是兩種顏色，並且所述的兩種顏色是藍色和黃色。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，在所述的螢光材料部分中，調節在樹脂中含有的螢光材料的含量，以將三種波長成分的組合光設置在黑體輻射的特性曲線上的一個色溫。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，在所述的螢光材料部分中，調節其中含有螢光材料的樹脂的厚度，以將三種波長成分的組合光設置在黑體輻射的特性曲線上的一個色溫。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，所述的螢光材料包括選自一組螢光材料中的一種或多種螢光材料，所述的螢光材料被表示為CaAlSiN3:Eu2+；M2O2S:Eu；(其中M是一種或多種選自La、Gd和Y中的元素)，0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；Y(P，V)O4:Eu；和YVO4:Eu。
此外，優選地，在根據本發明的發光裝置中，將所述的半導體發光元件提供在殼體構件的上表面處的凹面部分的底部，並且提供混合有所述螢光材料的樹脂以填充所述半導體發光元件的發光面正面處的凹面部分的內部，並且所述凹面部分的內部是螢光材料部分。
根據本發明的液晶顯示裝置使用根據本發明上面所述的發光裝置作為背光。
根據本發明的照明裝置使用根據本發明上面所述的發光裝置作為光源。
以下，將描述具有上面所述結構的本發明的功能。
本發明包括半導體發光元件(例如，發光二極體)和其中含有螢光材料的螢光材料部分。半導體發光元件能夠發射兩種波長成分的光。可以從被兩種波長成分激發的螢光材料中發射光。調節從半導體發光元件中發射的光的兩種波長成分和從螢光材料發射的光的波長成分，以將其設置在黑體輻射的特性曲線上的任意色溫。
在這種情況下，可以通過控制從半導體發光元件中發射的兩種波長成分的光，來控制從螢光材料中發射的光。因此，不需要如常規所要求的同時控制原色的三種波長或四種波長。因此，可以比常規更容易地控制每種顏色成分，以將其設置在黑體輻射的特性曲線上的任意色溫。當調節在樹脂中含有的螢光材料的含量和其中含有螢光材料的樹脂的厚度時，容易調節發射自從半導體發光元件中發射的光的三種波長成分和從螢光材料中發射的光的波長成分的組合所得到的光。因此，可以將組合的光容易地設置在黑體輻射的特性曲線上的任意色溫。
此外，由於本發明的裝置中僅使用一種螢光材料，與在常規裝置中觀察到的兩種波長成分的吸收和發射相比時，本發明的裝置具有發射效率的優點。此外，不需要如採用常規裝置所需要的、將兩種螢光材料均勻混合於樹脂材料中。因此，不出現在所產生的每種螢光色之間顏色強度的差異。因此，由本發明解決了採用常規裝置達到大批量生產能力的問題。
如上所述，本發明可以容易地控制每種顏色強度的平衡，並且具有發射效率和大批量生產能力方面的優點。而且，本發明可以發射沿著黑體輻射的特性曲線的任意自然光。
對於本領域的技術人員而言，通過閱讀和理解下面參考附圖的詳述，本發明的這些和其它優點將變得清楚。
圖1所示為根據本發明一個實施方案的發光裝置結構的視圖。(a)是其平面圖。(b)是由(a)的A-A』線剖開的剖面圖。
圖2所示為晶片A、B和C在CIE色度坐標上的色度坐標和黑體輻射的特性曲線的色度坐標圖。
圖3所示為在20mA下運行根據本實施方案的發光裝置時的典型發射光譜的視圖。
具體實施例方式
以下，將參考附圖描述根據本發明的發光裝置的實施方案。
圖1所示為根據本發明該實施方案的發光裝置結構的視圖。(a)是其平面圖。(b)是由(a)的A-A』線剖開的剖面圖。
在圖1(a)和1(b)中，根據本實施方案的發光裝置10具有提供在金屬底座1上的LED晶片2。LED晶片2的每個末端分別與陽極端子3和陰極端子4連接。陽極端子3和陰極端子4是金屬座的一部分，並且從樹脂殼體5中伸出。基座1與陽極端子3集成在一起。在樹脂殼體5的上表面中心中的凹面部分的底部提供的LED晶片2的發光面(凹面部分的開口側向上方向上)的正面，提供混合有用於紅色螢光的指定螢光材料6的樹脂，以填充該凹面部分的內部。所述的凹面部分的內部用作螢光材料部分。因此，從LED晶片2中發射的光能夠激發螢光材料6。可以將LED晶片2的指定末端用導電粘合劑固定在基座1上，並且可以與陽極端子3連接。將陰極端子4和LED晶片2的指定末端通過Au線7結合，以彼此連接。將基座1、LED晶片2、陽極端子3和陰極端子4包裝，其中陽極端子3和陰極端子4每一部分從樹脂殼體5中拔起，同時樹脂密封殼體5的內部。參考符號D是指樹脂殼體被切割和凹入的部分。這將標誌陽極側。
將發光二極體(未顯示)安裝在LED晶片2上。發光二極體能夠發射兩種波長成分(藍以和綠色至黃色)的光。發光二極體可以由InGaN發光二極體構成。將能夠發射兩種波長的光的發光二極體與用以發射從紅色螢光發出的光的螢光材料6組合。結果，可以得到用於相應三原色的三種波長的光。
在通常使用的螢光材料中，從螢光材料中發射的光的波長越短，其激發效率越好。在這種情況下，從安裝在LED晶片2上的發光二極體中發射的光的藍色成分被螢光材料6吸收的程度比綠色至藍色成分更高。因此，當提高螢光材料6與密封樹脂的混合比率或含有螢光材料6的樹脂的厚度時，在綠色至黃色波長成分的色度比藍色波長成分的色度變得更強之後，用於紅色螢光的成分的色度變得更強。然後，用於紅色螢光的成分的色度服從黑體輻射的特性曲線。引用發射兩種顏色成分(三原色中的兩種原色)的光的InGaN發光二極體的情況。當將兩種波長成分藍色和綠色至黃色與從用於紅色螢光的螢光材料6中發出的成分組合時，在圖2所示的CIE色度坐標上，約在3000K(開氏)和1500K(開氏)的範圍內的黑體輻射的特性曲線上，可以得到色度坐標。具體地，引用發射兩種顏色成分的光的InGaN發光二極體的情況。當將兩種波長成分(藍色和黃色)的組合與從用於紅色螢光的螢光材料6中發出的成分組合時，在圖2所示的CIE色度坐標上，約在12000K(開氏)和1500K(開氏)的範圍內的黑體輻射的特性曲線上，可以得到色度坐標。
這裡，將描述根據本發明的發光裝置10的具體實例，其原型為LED器件(以下，稱作「TOP LED設備」)，所述的LED設備具有圖1中所示的結構。
在發射兩種顏色成分的InGaN發光二極體中，藍色成分的峰波長440nm和綠色成分的峰波長540nm的組合在圖2中用○記號示為晶片A。以類似的方式，藍色成分的峰波長440nm和黃色成分的峰波長590nm的組合，其中，分別地，藍色成分的發射強度強於黃色成分，在圖2中用△記號示為晶片B，並且黃色成分的發射強度強於藍色成分，在圖2中用□記號示為晶片C。LED晶片2的色度坐標為晶片A(0.16，0.46)、晶片B(0.25，0.26)和晶片C(0.35，0.40)。
至於發射紅光的螢光材料，例如，將CaAlSiN3:Eu2+用作螢光材料6。從螢光材料6中發射的光的色度坐標在(0.59，0.40)。螢光材料6由有機矽樹脂保持。以安裝在根據本發明的發光裝置10上的TOP LED設備為原型，其中在每種情況下改變螢光材料6與有機矽樹脂的混合比率。
首先，將LED晶片2順序地晶片接合和引線接合在組件澆鑄的引線框上。接著，分別製備五種混合比率(0∶1、1∶80、1∶40、1∶20和1∶10)的螢光材料6與樹脂。將混合有螢光材料6的樹脂鑄塑成與完成了引線接合步驟的框架粘附的組件的凹面部分，並且在150攝氏度熱固化與螢光材料6一起的鑄塑成型樹脂。最後，將每個組件彼此分離，並且完成TOP LED設備。
如上所述製備的TOP LED設備在20mA下運行的典型發射光譜示於圖3中。
隨著螢光材料6與樹脂的混合比率的提高，藍色LED波長的發射強度比黃綠色LED波長降低的程度更大。與此相對應的是，從螢光材料中發射的紅光的波長提高。隨著螢光材料6與樹脂的混合比率的提高，發射強度以紅色、黃綠色和藍色的順序升高。再現了獲自具有優異可控性的假黑體的光譜。來自黑體的黑體輻射的光譜本來是連續的。但是，在所述黑體的情況下，黑體輻射沒有顯示如在假黑體的情況下觀察到的波動光譜曲線。因此，這裡將由假黑體產生的黑體輻射光譜稱作假黑體輻射光譜。
當此時的原型TOP LED設備在20mA下運行時，TOP LED設備的色度坐標示於圖2中。隨著螢光材料6與樹脂的混合比率的提高，從在20mA下運行的TOP LED設備發射的光的色度坐標收斂至從螢光材料6發射的光的色度坐標。如上所述，在從LED發射的光的波長成分中，光的黃綠成分比光的藍色成分被螢光材料6吸收的程度更低。因此，一旦CIE-Y成分與螢光材料6與樹脂的混合比率成比例地增加，LED晶片2本身的色度坐標收斂至螢光材料6的色度坐標。
採用這種TOP LED設備，當從LED晶片2本身發射的光的色度坐標選自黑體輻射的特性曲線上的色度坐標時，可以以上面所述的方式得到具有在黑體輻射的特性曲線上的色度坐標的LED設備。
如上所述，根據本實施方案的發光裝置包括LED晶片2，所述的LED晶片上安裝有半導體發光元件(發光二極體)，能夠發射兩種波長成分(即，藍色和綠色)的光；和螢光材料部分，所述的螢光材料部分具有在其中含有的樹脂中含有的螢光材料6，能夠發射紅光，當用兩種波長成分激發螢光材料(所述的螢光材料可以被兩種波長成分中的至少一種激發)時，紅光從螢光材料中發射。將從半導體發光材料中發射的光的兩種波長成分與從螢光材料6中發射的光的波長成分組合，以將其設置在黑體輻射的特性曲線上的任意色溫。在這種情況下，更容易控制每種顏色強度的平衡。而且，存在發射效率和大批量生產的能力方面的優點。
本實施方案中的螢光材料6使用CaAlSiN3:Eu2+。但是，它還可以包括選自一組螢光材料中的一種或多種螢光材料，所述的螢光材料被表示為CaAlSiN3:Eu2+；M2O2S:Eu；(其中M是一種或多種選自La、Gd和Y中的元素)，0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；Y(P，V)O4:Eu；和YVO4:Eu。
雖然在上面所述的實施方案中沒有給出具體實例，但是，可以得到用於以下的液晶顯示裝置使用根據本發明的發光裝置作為液晶顯示屏的背光的電子信息設備(例如，液晶電視裝置和PDA以及行動電話)；和使用根據本發明的發光裝置作為液晶監視器的背光的電子信息設備(例如，個人計算機)。還可以得到使用該發光裝置作為光源的照明裝置。即使在液晶顯示裝置和照明裝置中，根據本發明的發光裝置，更容易控制每種顏色強度的平衡，並且存在發射效率和大批量生產能力方面的優點。此外，使用根據本發明的發光裝置，可以得到這樣的效果，即可以發射沿著黑體的特性曲線的任意自然光。
如上所述，本發明是通過使用其優選實施方案來示例的。但是，不應當僅僅基於上面所述的實施方案來解釋本發明。應當理解的是，本發明的範圍只應當基於權利要求書來解釋。還應當理解的是，本領域的技術人員可以基於本發明的描述以及來自本發明詳述的優選實施方案的描述的公知常識可以實施等價的技術範圍。此外，應當理解的是，在本說明書中引用的任何專利、任何專利申請和任何參考文獻應當通過引用以如同其中具體描述其內容的相同方式而結合在本說明書中。
工業適用性根據本發明，在用於通過使用螢光材料得到白光的發光裝置領域中，所述的螢光材料將從作為半導體發光元件的發光二極體(LED)中發射的光進行波長變換；安裝在電子信息設備(例如，液晶電視裝置、個人計算機、PDA和行動電話)上的液晶顯示裝置，其使用所述的發光裝置作為液晶顯示屏的背光；和室內或室外的照明裝置，其使用所述的發光裝置作為光源，更容易控制每種顏色強度的平衡，並且存在發射效率和大批量生產能力方面的優點。此外，可以發射沿著黑體的特性曲線的任意自然光。
對於本領域的技術人員而言，在不離開本發明的範圍和精神下，各種其它的改變將是明顯的並且可以容易做出的。因此，不想將後附權利要求的範圍受這些所述的說明書的限制，而應當廣義地解釋權利要求。
權利要求
1.一種發光裝置，其包含半導體發光元件，其能夠發射兩種波長成分的光；和螢光材料部分，其中含有螢光材料，能夠發射光，當由兩種波長成分中的至少一種激發所述的螢光材料時，從所述的螢光材料發射光，其中調節所述的兩種波長成分和由螢光得到的波長成分，以將其設置在黑體輻射的特性曲線上的任意色溫。
2.根據權利要求1的發光裝置，其中所述的半導體發光元件是發光二極體。
3.根據權利要求2的發光裝置，其中所述的發光二極體是InGaN發光二極體。
4.根據權利要求2的發光裝置，其中所述的兩種波長成分是在藍色和黃色之間顏色範圍內的兩種顏色，並且由螢光得到的波長成分是紅色。
5.根據權利要求4的發光裝置，其中所述的兩種波長成分是兩種顏色，並且所述的兩種顏色是藍色和在綠色和黃色之間顏色範圍內的顏色。
6.根據權利要求4的發光裝置，其中所述的兩種波長成分是兩種顏色，並且所述的兩種顏色是藍色和黃色。
7.根據權利要求1的發光裝置，其中所述的兩種波長成分是在藍色和黃色之間顏色範圍內的兩種顏色，並且由螢光得到的波長成分是紅色。
8.根據權利要求7的發光裝置，其中所述的兩種波長成分是兩種顏色，並且所述的兩種顏色是藍色和在綠色和黃色之間顏色範圍內的顏色。
9.根據權利要求7的發光裝置，其中所述的兩種波長成分是兩種顏色，並且所述的兩種顏色是藍色和黃色。
10.根據權利要求1的發光裝置，其中在所述的螢光材料部分中，調節在樹脂中含有的螢光材料的含量，以將三種波長成分的組合光設置在黑體輻射的特性曲線上的一個色溫。
11.根據權利要求10的發光裝置，其中在所述的螢光材料部分中，調節其中含有螢光材料的樹脂的厚度，以將三種波長成分的組合光設置在黑體輻射的特性曲線上的一個色溫下。
12.根據權利要求11的發光裝置，其中所述的螢光材料包括選自一組螢光材料中的一種或多種螢光材料，所述的螢光材料被表示為CaAlSiN3:Eu2+；M2O2S:Eu；(其中M是一種或多種選自La、Gd和Y中的元素)，0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；Y(P，V)O4:Eu；和YVO4:Eu。
13.根據權利要求10的發光裝置，其中所述的螢光材料包括選自一組螢光材料中的一種或多種螢光材料，所述的螢光材料被表示為CaAlSiN3:Eu2+；M2O2S:Eu；(其中M是一種或多種選自La、Gd和Y中的元素)，0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；Y(P，V)O4:Eu；和YVO4:Eu。
14.根據權利要求1的發光裝置，其中在所述的螢光材料部分中，調節其中含有螢光材料的樹脂的厚度，以將三種波長成分的組合光設置在黑體輻射的特性曲線上的一個色溫。
15.根據權利要求14的發光裝置，其中所述的螢光材料包括選自一組螢光材料中的一種或多種螢光材料，所述的螢光材料被表示為CaAlSiN3:Eu2+；M2O2S:Eu；(其中M是一種或多種選自La、Gd和Y中的元素)，0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；Y(P，V)O4:Eu；和YVO4:Eu。
16.根據權利要求1的發光裝置，其中所述的螢光材料包括選自一組螢光材料中的一種或多種螢光材料，所述的螢光材料被表示為CaAlSiN3:Eu2+；M2O2S:Eu；(其中M是一種或多種選自La、Gd和Y中的元素)，0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；Y(P，V)O4:Eu；和YVO4:Eu。
17.根據權利要求1的發光裝置，其中將所述的半導體發光元件提供在殼體構件的上表面處的凹面部分的底部，並且提供混合有所述螢光材料的樹脂以填充所述半導體發光元件的發光面正面處的凹面部分的內部，並且所述凹面部分的內部是螢光材料部分。
18.一種液晶顯示裝置，其使用根據權利要求1的發光裝置作為背光。
19.一種照明裝置，其使用根據權利要求1的發光裝置作為光源。
全文摘要
一種發光裝置包括半導體發光元件，其能夠發射兩種波長成分的光；和螢光材料部分，其中含有螢光材料，能夠發射光，當由兩種波長成分激發所述的螢光材料時，作為來自螢光材料的螢光的結果而發射光，其中調節所述的兩種波長成分和由螢光得到的波長成分，以將其設置在黑體輻射的特性曲線上的任意色溫。
文檔編號G02F1/1335GK1854858SQ20061007460
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月19日 優先權日2005年4月19日
發明者增田昌嗣, 梅田浩, 北野雅陽, 大內田敬 申請人:夏普株式會社