掺入发光材料的发光器件及其形成方法技术

发光器件使用激发辐射源如发光二极管，以激发光致发光材料提供可见光源。光致发光材料负载在与激发辐射源相邻的低密度材料如干凝胶或气凝胶上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及发光器件，尤其涉及发光二极管。更具体地，本专利技术涉及发光器件，其利用来自于电力发光的半导体器件中的发射，以激发与半导体器件相邻的材料内的光致发光。固态光子器件是其中光量子，即光子起到重要作用的一组器件。光子器件常分为三类光源(发光二极管、激光器、二极管激光器等)、光电检测器(光电导体、光电二极管等)和能量转换器件(光生伏打电池)。更具体地说，发光二极管(LED)是当在p-n结结构上施加电压差时发光(其中包括紫外光、可见光和红外光)的半导体器件。存在许多方式制造发光二极管和许多相关的结构，但这些通常是公知的，和此处描述的本专利技术应用于它们当中的大多数或者全部上。因此，除了视需要解释本专利技术以外，下文将不详细讨论它们。作为实例且不是限制，Sze，Physics of Semiconductor Devices(2ndEd.1981)的第12-14章，和Sze，Modern Semiconductor Device Physics(1998)的第7章给出了各种光子器件，其中包括LED的充分说明。此处使用术语LED，是指基本的半导体二极管结构。(例如)在电子商店中销售的公知和可商购的“发光二极管”典型地代表由许多部件制成的“封装”器件。这些封装的器件典型地包括半导体基LED，例如(但不限于)在美国专利No.4918487、No.5631190和No.5912477中所述的那些；各种布线连接，和包封及保护LED的包装。在许多商业实施方案中，包装包括硬质聚合物包封材料，它提供器件高度的机械稳定性。包装还可提供所需的光学特征，如颜色、形状(即透镜状)和折射指数。多年来，不同的制造商已成功地提供各种聚合物作为包封材料。过去所使用的合适的聚合物包括脂环族、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂和聚氨酯。尽管LED的开发以许多方式革新了发光工业，但其特征中的一些抑制了其商业化的充分潜力。例如，LED的发射光谱典型地在由LED的组成和结构决定的波长下显示出单一、相当窄的峰(峰值波长)。在许多情况下，这当然是有利的，并且现有技术存在许多专利旨在获得材料的精确结合以实现电磁辐射的特定波长的发射(例如蓝光)。例如，一些已知的器件在二极管内利用氮化镓铟(InGaN)作为活性层(即发光层)。在InGaN器件中，通过改变在该活性层内In的摩尔分数，发射不同波长的光。其它LED基于具有特定晶体结构的半导体材料或者用特定浓度的特定元素掺杂的活性层，所有这些实现了所发射的辐射的特定波长，这些特定波长可能在可见光光谱内或者可能不在其内。尽管在许多LED应用(例如激光器)中发光的特异性是有利的，但LED的许多商业具有吸引力的应用不一定要求LED中固有的发射特异性。因此，研究者正开发扩大LED应用领域的方法。LED扩大的一个领域是发光领域，即提供所需强度和物体真实色彩再现性的人工(与日光相反)照明。强度是指在给定区域内产生的光量，且用诸如流明或者坎德拉之类的单位测量。典型地使用演色性指数(Color Rendering Index)(CRI)测量色彩再现，所述CRI是当用特定的灯照射时，物体表面颜色偏移的相对量度。日光具有最高的CRI(100)，白炽灯泡具有相对接近的CRI(约95)，和荧光发光具有不那么精确的CRI(70-85)。一些类型的特殊发光具有相对低的CRI(例如汞蒸汽或钠，二者均为约25)。由于LED在特定波长下发光，因此它们倾向于不能提供照明质量的CRI(当单独使用时)，而不管其强度如何。另外，光和颜色的本性使得一些光(其中包括“白”光)仅仅可通过两种或多种“原”色的组合再现，因此不可能通过独立的、单独封装的半导体二极管再现。尽管如此，由于每年美国约1/3的电用于发光，因此LED的效率提供理论上所需的选择。研究者多年来已知白炽光灯泡是能量非常低效的光源它们所使用的约90％的电以热而不是光的形式释放。荧光灯泡比白炽灯泡有效(约4倍)，但与固态LED相比，仍然相当低效。此外，与正常的半导体基器件的寿命相比，白炽灯泡具有相对短的寿命，即约750-1000小时。相比之下，LED的寿命常常能以数十年计。荧光灯泡具有较长的寿命(10-20000小时)，但具有不那么有利的CRI。因此，研究者寻求用更有效的LED替代白炽和荧光灯泡的方法。将LED应用领域扩展到以前由白炽和荧光灯泡占主导的领域的一种方式是通过开发和使用“白色”LED。由于以白色形式看到的光实际上是两种或多种颜色的共混物，因此不存在“白色”光子，而单独使用LED不会产生白色光泽或白光。因此，在一般的意义上，白色LED是或者由相应的红色、绿色和蓝色LED形成的LED像素，或者包括下述发光材料(磷光体)的LED，所述发光材料根据由未涂布的LED发射的特定波长，发射白光(或者共混形成白光的颜色)。发光材料常常与包装材料混合。磷光体是与包装材料混合的常见发光材料。磷光体是当通过激发辐射源激发时，发射响应(responsive)辐射(例如可见光)的发光材料。在许多情况下，响应辐射具有不同于激发辐射的波长(频率)，和对于照明目的来说，更有利地具有不同于激发辐射的波长(频率)。例如在阴极射线管中使用磷光体(在所述阴极射线管中，典型的实例是电视管)。将磷光体层施加到阴极射线管的管壁上。电子束击中并激发磷光体层，从而引起磷光体颗粒发光。发光材料的其它实例包括荧光灯泡、日辉光带和一旦用紫外光照射在可见光谱内发出辉光的油墨。在许多情况下，磷光体沿着比激发辐射源宽的光谱且在较长的波长下发射光。例如，一些白色LED基于具有发射蓝光的活性层的LED。这些发射蓝光的LED包括磷光体，例如(但不限于)含有磷光体的透明材料的薄的涂层。含磷光体的材料也可称为“转化介质”。当蓝光经过含磷光体的材料时，一部分蓝光激发磷光体，磷光体反过来发射黄光(黄光具有比蓝光长的波长)。将该黄光与来自活性层的其余蓝光混合，产生亮白光。在磷光体涂层内的微妙变化会改变白光的色泽，从蓝白色变为黄白色。其它磷光体可与其它LED结合，实现不同的色调、颜色或效果。共混原色产生非原色的结合通常是本领域和其它领域公知的。一般来说，CIE色度图(1931年确立的原色国际标准)提供确定颜色作为三种确定的原色的加权之和的有用参考。目前，通过添加材料到如上所述的塑料包封剂材料内，例如通过共混或者涂布工艺，从而实现了在LED基器件内引入发光材料。因此，封装步骤对于最终LED的色彩特征和质量的一致性来说，是关键的。使用磷光体作为实例，若转化介质太厚或者磷光体在该层内的含量太大，则可发生“自吸收”。当在封装层内的光发射停留在封装层内，激发其它磷光体颗粒时，发生自吸收，和最终被吸收回到LED结构内或者要么阻止离开该器件，从而降低性能(强度)和效率。另外，因激发源(LED光)和通过磷光体生成的光二者引起不想要的散射，导致磷光体的粒度可能成为问题。在LED内越来越多地使用氮化镓和其它宽带隙的半导体(它们可发射在电磁光谱的紫外(UV)部分内的光子)，对封装提出了新的障碍，因为紫外光倾向于使典型地封装LED所使用的许多聚合物降解。此外，目前进入市场的较高功率(GaN)的器件要求能耐受较高功率输出的封装技术。例如，来自一些最新的LED的辐射通量是自然光的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体基发光器件，它包括：发射激发辐射的发光二极管，覆盖至少一部分所述发光二极管的多孔基体，和在所述多孔基体内负载的物质，其中所述物质一旦与通过所述二极管发射的激发辐射相互作用则发射响应辐射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-2-14 10/248,7541.一种半导体基发光器件，它包括发射激发辐射的发光二极管，覆盖至少一部分所述发光二极管的多孔基体，和在所述多孔基体内负载的物质，其中所述物质一旦与通过所述二极管发射的激发辐射相互作用则发射响应辐射。2.权利要求1的发光器件，其中所述辐射响应物质是磷光体。3.权利要求2的发光器件，其中响应来自所述二极管的激发辐射，所述磷光体发射在光谱的可见光部分内的光。4.权利要求1的发光器件，其中所述发光二极管包括碳化硅基底和含至少一种第III族氮化物的活性层；和其中所述响应物质包括负载在所述多孔基体内的光致发光材料，其中所述物质一旦与通过所述二极管发射的激发辐射相互作用则发射可见光。5.权利要求1或4的发光器件，其中所述二极管发射频率选自紫外、可见光和红外电磁光谱中的电磁辐射。6.权利要求1或4的发光器件，其中所述多孔基体对所述激发辐射、响应辐射和可见光是基本上透光的。7.权利要求1或4的发光器件，其中所述多孔基体是溶胶凝胶材料。8.权利要求2或4的发光器件，其中所述光致发光材料是磷光体。9.权利要求1的发光器件，它包括发射激发辐射的激光二极管，所述激光二极管具有碳化硅基底和含至少一种第III族氮化物的活性层；和所述多孔基体覆盖至少一部分所述激光二极管，和负载在所述多孔基体内的光致发光材料，其中所述光致发光材料一旦与通过所述激光二极管发射的激发辐射相互作用则发射响应辐射。10.权利要求9的发光器件，其中所述激光二极管具有选自氮化镓、氮化镓铟和氮化镓铝铟中的活性层。11.权利要求9的发光器件，其中所述多孔基体是对所述激发辐射和可见光基本上透光的溶胶凝胶。12.权利要求7或11的发光器件，其中所述溶胶凝胶选自气凝胶和干凝胶。13.权利要求1的半导体基发光器件，其中所述发光二极管包括单晶碳化硅基底，在所述二极管上的所述多孔基体选自气凝胶和干凝胶，和所述响应物质是负载在所述基体内的磷光体，且该物质对来自所述二极管的发射以及不同波长的次级发射作出响应。14.权利要求1、4、9或13的发光器件，其中所述多孔基体直接在所述二极管上。15.权利要求1或13的发光器件，其中所述基体具有至少约50％体积的孔隙度。16.权利要求1或13的发光器件，其中所述基体具有至少约90％体积的孔隙度。17.权利要求13的发光器件，其中所述磷光体以介于约1mg至1g/cm3的用量存在于所述基体内。18.权利要求13的发光器件，其中所述多孔基体对所述激发辐射和所述响应辐射是基本上透光的。19.权利要求1或13的发光器件，其中所述多孔基体包括二氧化硅化合物。20.权利要求19的发光器件，其中所述溶胶凝胶材料的密度为约0.01g/cm3至1....

【专利技术属性】
技术研发人员：GH尼格利，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]