專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光半導(dǎo)體器件和含有該發(fā)光半導(dǎo)體器件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光半導(dǎo)體器件、利用該發(fā)光半導(dǎo)體器件的顯示裝置、以及該發(fā)光半導(dǎo)體器件在飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
這種類(lèi)型的半導(dǎo)體器件，例如從公開(kāi)文件的DE 38 04 293中有所了解。文中介紹了一種電激發(fā)光二極管或激光二極管的結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中，通過(guò)一個(gè)摻有發(fā)熒光的變光有機(jī)染料的塑料元件將二極管發(fā)射的全部發(fā)射光譜向波長(zhǎng)較大的方向推移。通過(guò)這種措施，使這種結(jié)構(gòu)發(fā)射出另一種不同于發(fā)光二極管發(fā)射的顏色的光。通過(guò)在塑料中摻入不同種類(lèi)的染料，用同一種發(fā)光二極管就可以制成發(fā)射不同顏色的光的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
在DE-OS 2 347 289中發(fā)表了一種紅外(IR)固體燈，其中，在一個(gè)IR二極管的邊沿上涂布發(fā)光材料，從而使該處所發(fā)射的IR射線轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)光。采用這種措施的目的在于，為了控制的目的，在盡可能小地降低二極管發(fā)射的IR射線強(qiáng)度的同時(shí)，將其中盡可能小的一部分射線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。
另外，在EP 486 052中發(fā)表了一種發(fā)光二極管，其中，在基片與一層有源電激發(fā)光層之間至少設(shè)置一層半導(dǎo)體光激發(fā)光層，將來(lái)自該有源層朝向基片發(fā)射的第一波長(zhǎng)段的光變換成第二波長(zhǎng)段的光，從而使該發(fā)光二極管總共發(fā)射各種不同波長(zhǎng)段的光。
在發(fā)光二極管的許多有發(fā)展前途的應(yīng)用范圍中，例如在Kfz儀表盤(pán)上的顯示元件，飛機(jī)和汽車(chē)的內(nèi)部照明，以及在能夠發(fā)射全色光的發(fā)光二極管顯示器中，都對(duì)發(fā)光二極管提出嚴(yán)格的要求，使其能夠產(chǎn)生混合光，特別是白光。
在JP-07 176 794-A中介紹了一種發(fā)射白光的平面光源，在其中的一塊透明板的前端設(shè)置兩個(gè)發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光二極管，向透明板的內(nèi)部發(fā)射光。在透明板兩個(gè)相向?qū)γ嬖O(shè)置的兩塊主表面中的一個(gè)表面上涂有發(fā)光物質(zhì)的涂層，當(dāng)其受到二極管的藍(lán)光激發(fā)之后便會(huì)發(fā)光。發(fā)光物質(zhì)發(fā)射的光的波長(zhǎng)與二極管所發(fā)射的藍(lán)光的波長(zhǎng)有所不同。采用這種已知結(jié)構(gòu)的元件卻難以采用這種方式涂布能以使光源發(fā)射均勻白光的熒光物質(zhì)。除此以外，在大批量生產(chǎn)中的可再現(xiàn)性已經(jīng)成為大問(wèn)題，因?yàn)橹灰獰晒鈱拥暮穸嚷杂袇⒉畈积R，例如出于透明板表面不平的原因，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)射光的白色色調(diào)發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的基本任務(wù)是給出一種按照在開(kāi)頭所述方式的半導(dǎo)體芯片，能夠均勻發(fā)射混合色，既能采用簡(jiǎn)單工藝方法進(jìn)行大批量生產(chǎn)，又能在最大程度上保證器件的可再現(xiàn)性特征。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種發(fā)光半導(dǎo)體器件，其包括一個(gè)半導(dǎo)體主體，其在所述半導(dǎo)體器件工作時(shí)發(fā)射電磁射線；至少一個(gè)第一和至少一個(gè)第二電引線，其與所述半導(dǎo)體主體導(dǎo)電地連接；以及一個(gè)包含有至少一種發(fā)光材料的發(fā)光變換元件。所述半導(dǎo)體主體具有一個(gè)半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，其適合于在所述半導(dǎo)體器件工作時(shí)發(fā)射第一波長(zhǎng)段的電磁射線，該第一波長(zhǎng)段包括至少藍(lán)色光譜范圍中的射線。所述的發(fā)光變換元件將來(lái)自于所述第一波長(zhǎng)段的射線變換成不同于該第一波長(zhǎng)段的第二波長(zhǎng)段的射線并將該射線發(fā)出，使得該半導(dǎo)體器件發(fā)射出由所述第一波長(zhǎng)段的可見(jiàn)射線和所述第二波長(zhǎng)段的可見(jiàn)射線組成的混合色白光，其中所述混合色白光的光譜在藍(lán)色光譜范圍中具有相對(duì)強(qiáng)度最大值，以及在位于500nm和600nm之間的波長(zhǎng)時(shí)具有相對(duì)強(qiáng)度最大值，并且所述光譜至少延伸到高達(dá)700nm的波長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種飛機(jī)艙內(nèi)部照明，其中采用所述的發(fā)射射線的半導(dǎo)體芯片。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種顯示裝置，其包括多個(gè)所述的半導(dǎo)體芯片，所述的半導(dǎo)體芯片被安排用來(lái)照明該顯示裝置的顯示。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種全色LED顯示裝置，包括多個(gè)所述的發(fā)射射線的半導(dǎo)體芯片。
按照本發(fā)明的規(guī)定具有的發(fā)光半導(dǎo)體主體是一種多層結(jié)構(gòu)，特別是由一種用GaxIn1-xN或者GaxAl1-xN制成的有源半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體器件工作時(shí)，發(fā)射一種由紫外、藍(lán)和/或綠光譜段構(gòu)成的第一波長(zhǎng)段的電磁射線。發(fā)光變換元件將來(lái)自第一波長(zhǎng)段的一部分射線按照下列方式變換為一種第二波長(zhǎng)段的射線，也就是由半導(dǎo)體器件發(fā)射多色射線、特別是由第一波長(zhǎng)段的射線和第二波長(zhǎng)段的射線構(gòu)成的混合色光。這就是說(shuō)，例如發(fā)光變換元件是從半導(dǎo)體主體發(fā)射的射線中僅只優(yōu)先選取第一波長(zhǎng)段中的一個(gè)光譜段進(jìn)行選擇吸收，然后在波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波段(在第二波長(zhǎng)段中)進(jìn)行發(fā)射。優(yōu)先選擇的是在半導(dǎo)體主體發(fā)射的波長(zhǎng)為λ≤520nm射線中的一個(gè)相對(duì)的強(qiáng)度最大值，而由發(fā)光變換元件選擇吸收的光譜中的波長(zhǎng)段則是處于這個(gè)強(qiáng)度最大值以外。
采用按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)⑷舾?一個(gè)或多個(gè))來(lái)自第一波長(zhǎng)段的第一光譜段變換成多個(gè)第二波長(zhǎng)段。從而還可能產(chǎn)生多重色混合和色溫的優(yōu)點(diǎn)。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有的特別優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)發(fā)光變換產(chǎn)生的波長(zhǎng)光譜以及由此發(fā)射的光色不受流過(guò)半導(dǎo)體主體的工作電流大小的約制。當(dāng)半導(dǎo)體器件的環(huán)境溫度發(fā)生變化的時(shí)候，以及由此造成眾所周知的工作電流強(qiáng)度產(chǎn)生劇烈變化的時(shí)候，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就會(huì)具有特別重大的意義。特別是一種以GaN為基的半導(dǎo)體主體的發(fā)光二極管在這方面甚為敏感。
除此以外，按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件只能需要一個(gè)單獨(dú)的控制電壓，因而也只能需要一個(gè)單獨(dú)的控制電壓配置，于是使半導(dǎo)體器件的控制線路所需的設(shè)置費(fèi)用停留在很小的程度。
在按照本發(fā)明的特別優(yōu)先選用的結(jié)構(gòu)形式中，在半導(dǎo)體主體的上方或上面設(shè)置了一種部分透明的發(fā)光變換層，也就是供發(fā)射射線的半導(dǎo)體主體發(fā)射射線之用的部分透明的發(fā)光變換層。為了保證發(fā)射的光肯定能夠有統(tǒng)一的顏色，優(yōu)先選用的是將發(fā)光變換層做成具有這樣的恒定透射路徑的結(jié)構(gòu)，這樣就具有特別好的優(yōu)點(diǎn)，使半導(dǎo)體主體發(fā)射的所有發(fā)射方向的光穿過(guò)發(fā)光變換層的路徑長(zhǎng)度幾乎恒定。只有在半導(dǎo)體器件在所有的方向上發(fā)射的光都是同樣的光的時(shí)候方才能夠達(dá)到這樣的要求。一種按照改進(jìn)結(jié)構(gòu)的、按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的另一個(gè)特別好的優(yōu)點(diǎn)在于，采用簡(jiǎn)單的方法就能達(dá)到高度的再現(xiàn)性，這對(duì)于一種有效率的大批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)具有重要意義?？梢宰鳛榘l(fā)光變換層之用的是，例如摻有發(fā)光材料的清漆層或者樹(shù)脂層。
按照本發(fā)明的另一種優(yōu)先選用的結(jié)構(gòu)形式是用部分透明發(fā)光變換包殼做的發(fā)光變換元件，這種包殼至少包住半導(dǎo)體主體的一部分(有時(shí)候還包住導(dǎo)電引線的一部分)，并且同時(shí)作為結(jié)構(gòu)包殼(外殼)使用。按照這種結(jié)構(gòu)形式的一種半導(dǎo)體器件的優(yōu)點(diǎn)主要在于，在進(jìn)行這種制造時(shí)能夠因襲使用制造發(fā)光二極管(例如徑向發(fā)光二極管)所慣用的生產(chǎn)線。包殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是用發(fā)光變換包殼的材料取代普通二極管所用的透明塑料。
采用按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的其他有利結(jié)構(gòu)形式以及上述兩個(gè)優(yōu)先選用的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，發(fā)光變換層或者發(fā)光變換包殼是用一種至少摻有一種發(fā)光材料的透明材料，例如塑料，優(yōu)先選用是環(huán)氧樹(shù)脂(優(yōu)先選用的塑料和發(fā)光材料見(jiàn)以下所述)。采用這種方法時(shí)，以采用發(fā)光變換元件的制造成本最為經(jīng)濟(jì)。為此所用的制造工序與發(fā)光二極管的生產(chǎn)線相比不會(huì)另加大筆費(fèi)用。
采用本發(fā)明的或者上述結(jié)構(gòu)形式的特別優(yōu)先選用的改進(jìn)結(jié)構(gòu)預(yù)先需要考慮的是，本波長(zhǎng)段或者第二波長(zhǎng)段的波長(zhǎng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第一波長(zhǎng)段的波長(zhǎng)。
特別要考慮的是，第一波長(zhǎng)段的一個(gè)第二光譜段和一個(gè)第二波長(zhǎng)段之間要彼此互補(bǔ)。采用這樣的辦法，可以從一個(gè)統(tǒng)一的有色光源，特別是從一個(gè)統(tǒng)一發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)體主體產(chǎn)生混合光，特別是白光。例如為了使發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)體主體產(chǎn)生白光，要將從半導(dǎo)體主體發(fā)射的藍(lán)色光譜段中的射線的一部分變換成藍(lán)色的補(bǔ)償色的黃色光譜段。借此通過(guò)選用合適的發(fā)光變換元件、特別是通過(guò)選用合適的發(fā)光材料、發(fā)光材料的粒度、濃度，來(lái)改變白光的色溫或者色位。除此以外，這種結(jié)構(gòu)還有利于提供一種可能性，即采用混合發(fā)光材料的可能性，從而能夠有利于將色調(diào)調(diào)整到非常精確的程度?？v然如此，例如出于發(fā)光材料不均勻分布的原因，仍然會(huì)使發(fā)光變換元件發(fā)生不均勻發(fā)射。通過(guò)上述措施，能夠有利于對(duì)于光線穿過(guò)發(fā)光變換元件路徑的不同長(zhǎng)短進(jìn)行補(bǔ)償。
通過(guò)按照本發(fā)明優(yōu)先選用的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)形式，要使發(fā)光變換元件或者構(gòu)件包殼中的其他構(gòu)件能以與一種或多種染料適配，而又不會(huì)對(duì)波長(zhǎng)變換產(chǎn)生影響。為此可以使用普通二極管慣用的染料，例如偶氮染料、蒽醌染料或者周萘酮(Perinon)染料。
為了防止發(fā)光變換元件受到過(guò)高輻射劑量的影響，通過(guò)對(duì)于半導(dǎo)體器件的有利改造，或者通過(guò)上述優(yōu)先選用的結(jié)構(gòu)形式，至少將半導(dǎo)體主體的一部分表面采用，例如塑料制的透明外殼包住，在其表面上涂布發(fā)光變換層，借以減少發(fā)光變換元件的放射密度、轉(zhuǎn)而減少其輻射劑量，根據(jù)所用材料的不同，對(duì)發(fā)光變換元件的使用壽命產(chǎn)生良好的影響。
在通過(guò)本發(fā)明的特別優(yōu)先選用的措施及其結(jié)構(gòu)形式中，采用一種發(fā)射這樣射線的半導(dǎo)體主體，即發(fā)射的發(fā)射光譜的波長(zhǎng)在420nm和460nm之間，特別是在430nm處(例如以GaxAl1-xN為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體主體)，或者在450nm處(例如以GaxIn1-xN為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體主體)出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度最大值。采用這樣的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，就有利于產(chǎn)生C.I.E.色表中的幾乎所有的顏色和混合色。此處發(fā)射射線的半導(dǎo)體主體是用如上所列的主要是用電致發(fā)光半導(dǎo)體材料，但是也能用一種其他電致發(fā)光材料，例如聚合物材料制成。
在本發(fā)明的其他特別優(yōu)先選用的改進(jìn)結(jié)構(gòu)中以及在其結(jié)構(gòu)形式時(shí)，發(fā)光變換包殼或發(fā)光變換層是用一種清漆或塑料制成的，例如是用一種在光激器件包殼中的硅樹(shù)脂、熱塑性塑料或硬質(zhì)塑料材料(環(huán)氧樹(shù)脂和丙稀酸樹(shù)脂)制成的。例如還能用熱塑性塑料制成頂蓋元件，作為發(fā)光變換包殼之用。以上所列的材料能夠采用簡(jiǎn)單的方法摻入一種或多種發(fā)光材料。
當(dāng)將半導(dǎo)體主體設(shè)置在一個(gè)缺口中，或在預(yù)制好的一個(gè)外殼之中，并在缺口處用一個(gè)涂有發(fā)光變換層的頂蓋蓋住時(shí)，就能特別簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。這樣的一種半導(dǎo)體器件可以在普通的生產(chǎn)線上大批量制造。對(duì)此必須做的僅只是要在該外殼之中安裝完半導(dǎo)體主體之后再在外殼上裝設(shè)，例如用清漆層或鑄模樹(shù)脂層做的覆蓋元件，或者蓋上用熱塑性塑料做的預(yù)制蓋板。也可以改用透明材料的外殼缺口，例如用透明塑料封填，這樣特別不會(huì)改變來(lái)自半導(dǎo)體主體發(fā)射的光線的波長(zhǎng)；如果愿意，還可以預(yù)先做成發(fā)光變換結(jié)構(gòu)。
出于特別容易實(shí)現(xiàn)的原因，特別優(yōu)先選用的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的改進(jìn)結(jié)構(gòu)是將半導(dǎo)體主體設(shè)置在一個(gè)預(yù)制的或者業(yè)已裝好引線框的外殼中，并且將外殼用至少部分透明的鑄模樹(shù)脂填滿，在澆注缺口之前，預(yù)先摻入發(fā)光材料。由于使用摻有發(fā)光材料的澆注料來(lái)澆注半導(dǎo)體主體，就等具有發(fā)光變換元件的發(fā)光半導(dǎo)體器件優(yōu)先選用的材料是摻有一種或多種發(fā)光材料的環(huán)氧樹(shù)脂。也可以采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)取代環(huán)氧樹(shù)脂。
可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方式在PMMA中摻入有機(jī)染料。要想制造發(fā)射綠色、黃色和紅色的，按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可以使用，例如以周萘烯(Perylen)為基的染料分子。還可以通過(guò)摻入4價(jià)金屬有機(jī)化合物的方法來(lái)制造發(fā)射UV、可見(jiàn)光或紅外光的半導(dǎo)體器件。特別是通過(guò)摻入Eu3+為基的金屬有機(jī)螯合物(λ≈620nm)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射紅光的、按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。發(fā)射紅光的、按照本發(fā)明的、特別是發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體主體的半導(dǎo)體器件能夠通過(guò)摻入4價(jià)藍(lán)寶石的螯合物、或摻入預(yù)先摻有Ti+3的藍(lán)寶石進(jìn)行混合的方法制造。
采用這樣的一種方式有利于制造發(fā)射白色光的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體主體，即通過(guò)適當(dāng)選用發(fā)光材料將由半導(dǎo)體主體發(fā)射的藍(lán)光變換成補(bǔ)償色的波段，特別是藍(lán)色及黃色波段或者變換成疊加三色光，例如藍(lán)、綠、和紅光。這樣就能通過(guò)發(fā)光材料產(chǎn)生黃光，或者產(chǎn)生綠光和紅光。由此產(chǎn)生的白色色調(diào)(CIE-色表中的色調(diào))能夠通過(guò)適當(dāng)選用混合用的染料及其濃度加以改變。
適合于做發(fā)射白光的、按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件用的發(fā)光材料是，例如發(fā)綠光用的BASF Lumogen F 083、發(fā)黃光用的BASF LumogenF 240、發(fā)紅光用的BASF Lumogen F 300一類(lèi)的周萘烯發(fā)光材料。這些發(fā)光材料可以采用簡(jiǎn)單的方式摻入，例如透明樹(shù)脂中。
一種利用發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)體主體來(lái)制造發(fā)綠光的半導(dǎo)體器件的優(yōu)先選用的方法是用硼硅酸鹽玻璃置換發(fā)光變換元件中的UO2++。
采用對(duì)于按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件以及對(duì)于上述有利的結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的另一個(gè)優(yōu)先選用的改進(jìn)結(jié)構(gòu)是在發(fā)光變換元件或者結(jié)構(gòu)包殼的其他透射組件中另外摻入稱(chēng)之為擴(kuò)散劑的光散射顆粒。通過(guò)這種辦法能夠有利于使半導(dǎo)體器件的著色性以及發(fā)射性達(dá)到最佳化。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一種特別有利的結(jié)構(gòu)形式在于在發(fā)光變換元件的至少一部分透明環(huán)氧樹(shù)脂中摻入一種無(wú)機(jī)發(fā)光材料。最有利的方法也就是采用簡(jiǎn)單方法使無(wú)機(jī)發(fā)光材料與環(huán)氧樹(shù)脂形成化合物。一種特別優(yōu)先選用的、用來(lái)制造發(fā)白光的半導(dǎo)體器件的無(wú)機(jī)發(fā)光材料是磷YAG:Ce(Y3Al5O12:Ce3+)。這種發(fā)光材料能夠采用特別簡(jiǎn)單的方法與在LED工藝中慣用的透明環(huán)氧樹(shù)脂相混合。其他可以考慮作為發(fā)光材料用的有摻雜稀土元素的石榴石，如Y3Ga5O12:Ce3+、Y(Al，Ga)5O12:Ce3+、Y(Al，Ga)5O12:Tb3+以及摻有稀土元素的堿土金屬的硫化物如SrS:Ce3+，Na，SrS:Ce3+，Cl，SrS:CeCl3，CaS:Ce3+和SrSe:Ce3+。
此外，摻有稀土元素的硫代沒(méi)食子酸鹽，例如CaGa2S4:Ce3+，SrGa2S4:Ce3+特別適合于生成不同類(lèi)型的混合色光。也可以考慮使用摻有稀土元素的鋁酸鹽，例如YAlO3:Ce3+，YGaO3:Ce3+，Y(Al，Ga)O3:Ce3+以及摻有稀土元素的正硅酸鹽M2SiO5:Ce3+(M:Sc，Y，Sc)例如Y2SiO5Ce3+。所有釔的化合物原則上都可以用鈧或鑭替代。
另外一個(gè)可用的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)形式是至少采用純無(wú)機(jī)材料制成的包殼的發(fā)光組件，也就是說(shuō)，是采用純無(wú)機(jī)材料制成的發(fā)光變換包殼或發(fā)光變換層。因此，發(fā)光變換元件是用一種在對(duì)溫度穩(wěn)定的透明或部分透明的材料中摻入無(wú)機(jī)發(fā)光材料制成的。特別是用一種有利的方法在低熔融溫度的無(wú)機(jī)玻璃(例如硅玻璃)中摻入一種無(wú)機(jī)磷制成的。制造這樣的發(fā)光變換層的一種優(yōu)先選用的方法是Sol-Gel-技術(shù)，采用這種工藝是將整個(gè)發(fā)光變換層，不僅是無(wú)機(jī)發(fā)光材料還有所摻的材料都可以在一道工序中進(jìn)行。
為了改善由半導(dǎo)體主體發(fā)射的第一波長(zhǎng)段的射線與經(jīng)過(guò)發(fā)光變換的第二波長(zhǎng)段的射線的混合，以及發(fā)射光的色均勻性，要在按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中采用有利措施，在發(fā)光包殼或發(fā)光變換層中和/或結(jié)構(gòu)包殼的其他元件中另外摻入一種發(fā)藍(lán)光的染料，借以降低由半導(dǎo)體主體發(fā)射射線的所稱(chēng)的取向特征。取向特征是指使半導(dǎo)體主體發(fā)射的射線呈現(xiàn)一種優(yōu)先選用的發(fā)射方向。
在按照本發(fā)明半導(dǎo)體器件的一個(gè)優(yōu)先選用的一種措施中，采用有機(jī)發(fā)光材料粉末來(lái)達(dá)到上述目的，此時(shí)的發(fā)光材料不會(huì)在其周?chē)牟牧?基底)中溶解。另外，有機(jī)發(fā)光材料與其周?chē)牟牧系恼凵渲笖?shù)互不相同。這樣就增加了一個(gè)有利之處，即未被發(fā)光材料吸收的光的部分不會(huì)受發(fā)光材料粒度的約制而產(chǎn)生散射。這樣就會(huì)大大降低半導(dǎo)體主體發(fā)射射線的取向特征，從而使未被吸收的射線和經(jīng)過(guò)發(fā)光變換的射線得以均勻混合，結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)生三維均勻色壓。
由于制造發(fā)光變換包殼或發(fā)光變換層所用的環(huán)氧樹(shù)脂與無(wú)機(jī)發(fā)光材料(Y3Al5O12:Ce3+)互相混合，所以一種發(fā)射白光的、按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件能以特別優(yōu)選的方式實(shí)現(xiàn)。由半導(dǎo)體主體發(fā)射的藍(lán)色射線的一部分被無(wú)機(jī)發(fā)光材料移位至黃色的光譜段，因而被推移到與藍(lán)色互補(bǔ)的波長(zhǎng)段。通過(guò)適當(dāng)選擇染料的混合濃度，可以改變白色光的色調(diào)(在CIE色表中的色位)。
無(wú)機(jī)發(fā)光材料YAG:Ce還有另外的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可以由此而成為一種折射指數(shù)在1.84左右的不溶性顏料(粒度在10μm以?xún)?nèi))。這樣除了波長(zhǎng)發(fā)生變換之外還會(huì)產(chǎn)生一種散射效應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致使發(fā)射藍(lán)光的二極管的射線和經(jīng)過(guò)變換發(fā)射的黃光進(jìn)行良好的混合。
在另一個(gè)按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的優(yōu)先選用的改進(jìn)結(jié)構(gòu)中，以及上述有利的制造形式中，向發(fā)光變換元件或結(jié)構(gòu)包殼的其他的一個(gè)透過(guò)射線的構(gòu)件另外增加摻有稱(chēng)為擴(kuò)散劑的光散射顆粒。采用這樣的辦法，有利于色壓和半導(dǎo)體器件發(fā)射性能的進(jìn)一步最佳化。
特好的優(yōu)點(diǎn)在于，按照本發(fā)明發(fā)射白光的半導(dǎo)體器件及其上述結(jié)構(gòu)形式的、主要以GaN為基制成的發(fā)藍(lán)光的半導(dǎo)體主體的發(fā)光效率與一個(gè)白熾燈泡的發(fā)光效率有可比性。其原因在于，這種半導(dǎo)體主體的外部量子輸出量只有百分之幾，而另一方面有機(jī)染料分子的發(fā)光效率卻經(jīng)常在90％以上。除此以外，按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件與白熾燈泡相比，其使用壽命特長(zhǎng)，非常結(jié)實(shí)，工作電壓較小。
另外的有利之處在于，由于肉眼的靈敏度隨著波長(zhǎng)的增大而增高，所以人眼對(duì)于按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件亮度的分辨能力與對(duì)于未裝發(fā)光變換元件的相比，縱然同樣都裝有半導(dǎo)體器件，但對(duì)于前者卻能夠明顯提高。
另外，按照本發(fā)明原理的有利之處還在于當(dāng)一個(gè)半導(dǎo)體主體除了發(fā)射紫外射線以外還可改成發(fā)射可見(jiàn)光。因此會(huì)使半導(dǎo)體主體發(fā)射的光的亮度明顯提高。
此處所說(shuō)通過(guò)發(fā)光變換使半導(dǎo)體主體發(fā)射藍(lán)光的概念還可以有利于利用多級(jí)發(fā)光變換元件按照紫外→藍(lán)→綠→黃→紅的順序加以擴(kuò)展。此時(shí)，要在半導(dǎo)體主體后面按照先后順序設(shè)置對(duì)多種光譜選擇發(fā)射的發(fā)光變換元件。
還可以采用有利的方式將多種不同的光譜選擇發(fā)射的染料分子一并摻入發(fā)光變換元件的透明塑料之中。這樣就能夠產(chǎn)生很寬的色光譜。
專(zhuān)門(mén)使用YAG:Ce作發(fā)光變換染料的、按照本發(fā)明發(fā)射白光的半導(dǎo)體器件的特殊優(yōu)點(diǎn)在于，這種發(fā)光材料受到藍(lán)光激發(fā)會(huì)在光譜的吸收和發(fā)射之間產(chǎn)生大約100nm的推移。這會(huì)導(dǎo)致大大降低對(duì)于發(fā)光材料所發(fā)射的光的反吸收，結(jié)果導(dǎo)致發(fā)光效率的提高。另外，YAG:Ce具有有利的熱和光化學(xué)的(例如UV-的)高穩(wěn)定性(主要是高于有機(jī)發(fā)光材料)，所以適合于制造在戶(hù)外和在高溫段使用的發(fā)白光的二極管。
迄今為止，YAG:Ce在反吸收、光效率、光化學(xué)穩(wěn)定性以及制造加工方面顯然是一種最適用的發(fā)光材料。并且據(jù)認(rèn)為還可以用于在摻有Ce的磷、特別是摻有Ce的石榴石中使用。
按照本發(fā)明特別有利的是在于特別適合于全色LED顯示的功率消耗小、適合于在Kfz車(chē)內(nèi)或飛機(jī)艙內(nèi)照明、以及在Kfz儀表盤(pán)等的顯示裝置或者液晶顯示的照明中使用。


按照本發(fā)明的其他特征、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性參見(jiàn)以下9個(gè)實(shí)施例結(jié)合圖1至14的說(shuō)明。
圖1是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第一實(shí)施例的示意剖面圖；圖2是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第二實(shí)施例的示意剖面圖；圖3是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第三實(shí)施例的示意剖面圖；圖4是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第四實(shí)施例的示意剖面圖；圖5是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第五實(shí)施例的示意剖面圖；圖6是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第六實(shí)施例的示意剖面圖；圖7是具有以GaN為基的一個(gè)多層結(jié)構(gòu)的一個(gè)發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體主體的發(fā)射光譜示意圖；圖8是按照本發(fā)明的兩個(gè)發(fā)射白光的半導(dǎo)體器件的發(fā)射光譜示意圖；圖9是發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體主體的剖面示意圖；圖10是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第七實(shí)施例的示意剖面圖；圖11是發(fā)射混合紅光的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的發(fā)射光譜示意圖；圖12是發(fā)射白光的按照本發(fā)明其他的半導(dǎo)體器件的發(fā)射光譜示意圖；圖13是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第八實(shí)施例的示意剖面圖；
圖14是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件第九實(shí)施例的示意剖面圖。
在各圖中的同樣或起同樣作用的部分都標(biāo)以同樣的標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的發(fā)光半導(dǎo)體器件具有一個(gè)半導(dǎo)體主體1、一個(gè)背面接觸件11、一個(gè)正面接觸件12和一個(gè)由不同的疊層疊置成的多層結(jié)構(gòu)7，其中還有一個(gè)在半導(dǎo)體器件工作狀態(tài)中發(fā)射至少一種射線(例如紫外、藍(lán)或綠)的有源區(qū)。
圖9所示是適合于作為這種元件以及所有在以后介紹的實(shí)施例中的元件的一種多層結(jié)構(gòu)7的示例。圖中，在用SiC制成的基片18上設(shè)置一層涂有AlN-或者GaN-層19、一層n-導(dǎo)通的GaN-層20、一層n-導(dǎo)通的GaxAl1-xN-或者GaxIn1-xN-層21、一個(gè)另外的n-導(dǎo)通的GaN-或者一層GaxIn1-xN-層22、一層p-導(dǎo)通的GaxAl1-xN-層或者GaxIn1-xN-層23和一層p-導(dǎo)通的GaN-層24的多層結(jié)構(gòu)。在GaN-層24的一個(gè)主表面25上，以及在基片18的一個(gè)主表面26上分別設(shè)置一個(gè)金屬接觸件27，28，這是采用在慣用的發(fā)光半導(dǎo)體技術(shù)的導(dǎo)電接觸件中所用的材料制成的。
也可以采用根據(jù)其他技術(shù)人員認(rèn)為是適合的其他半導(dǎo)體主體作為按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件使用。這同樣適用于以下所述所有的實(shí)施例。
在圖1的實(shí)施例中，半導(dǎo)體主體采用一種導(dǎo)電粘接劑，例如一種金屬焊料或者粘接材料將其底面接觸件11固定在第一導(dǎo)電引線2上。正面接觸件12采用一條粘結(jié)金屬絲14與一個(gè)第二導(dǎo)電引線3連接。
將半導(dǎo)體主體1未占用的表面和導(dǎo)電引線2及3的一部分線段直接用一種發(fā)光變換包殼5包住。這種包殼是優(yōu)先選用一種在透明發(fā)光二極管中使用的摻有發(fā)光材料6的、優(yōu)先選用摻有有機(jī)發(fā)光材料的透明塑料(優(yōu)先選用是環(huán)氧樹(shù)脂或者也可以用聚甲基丙烯酸甲酯)制成的；發(fā)白光的器件優(yōu)先選用Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce)摻和。
在圖2中所示的一個(gè)按照本發(fā)明半導(dǎo)體構(gòu)件的實(shí)施例與圖1的不同之處在于，半導(dǎo)體主體1和導(dǎo)電引線2及3的部分線段不是用一種發(fā)光變換材料、而是用一種透明包殼15包住。這種包殼不會(huì)使半導(dǎo)體主體1發(fā)射的射線波長(zhǎng)發(fā)生變化；是用一種，例如在發(fā)光二極管工藝中慣用的環(huán)氧樹(shù)脂、或丙烯酸酯樹(shù)脂、或另一種能夠透光的材料，例如無(wú)機(jī)玻璃制成的。
在這種透明的包殼15上涂布一層發(fā)光變換層4，如圖2所示，將包殼15的整個(gè)表面包住，也可以用發(fā)光變換層4僅只包住這個(gè)表面的一部分。發(fā)光變換層4仍然是用，例如由一種摻有發(fā)光材料6的透明塑料(例如環(huán)氧樹(shù)脂，清漆或甲基丙烯酸甲酯)制成的。這樣發(fā)白光的半導(dǎo)體器件也是優(yōu)先選用YAG:Ce作為發(fā)光材料。
這個(gè)實(shí)施例特有的優(yōu)點(diǎn)在于，由半導(dǎo)體主體發(fā)射的射線穿過(guò)發(fā)光變換元件的路徑長(zhǎng)度大體相等。正像經(jīng)常發(fā)生的那樣，當(dāng)由半導(dǎo)體器件發(fā)射的光的精確色調(diào)要取決于該路徑的長(zhǎng)度時(shí)，這個(gè)長(zhǎng)度就會(huì)起到特別重要的作用。
為了改善圖2中的發(fā)光變換層4所發(fā)出的光的輸出耦合，可以在該器件的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置一個(gè)透鏡狀的覆蓋體29(用虛線表示)，用來(lái)衰減發(fā)射光在發(fā)光變換層4內(nèi)部的全反射。這個(gè)透鏡狀的覆蓋體29可以用透明塑料或玻璃制造，然后，例如粘結(jié)在發(fā)光變換層4上，或者直接制成作為發(fā)光變換層4的構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)。
在圖3所示的實(shí)施例中，第一和第二引線2、3是預(yù)埋在透光的或者預(yù)制的、開(kāi)出一個(gè)缺口9的基座8中。所謂“預(yù)制”是指，在將半導(dǎo)體主體安裝在引線2上之前采用，例如注塑法預(yù)先將底座8連接在引線2，3上形成的成品結(jié)構(gòu)。底座8是，例如由一種透光的塑料制成的，缺口9是按照其形狀作成在半導(dǎo)體主體工作期間用來(lái)反射所發(fā)射的射線之用的反射鏡(有時(shí)候通過(guò)缺口9內(nèi)壁上的合適涂層)。這樣的底座8是作為對(duì)于安裝在其上面的發(fā)光二極管的導(dǎo)電板之用的。在安裝半導(dǎo)體主體之前是采用，例如注塑法將底座裝設(shè)在導(dǎo)電引線2、3的導(dǎo)電帶(引線框)上。
缺口9是用與一層發(fā)光變換層4分開(kāi)單獨(dú)制造、并且固定在底座8上的塑料制的蓋板17蓋住。適合做發(fā)光變換層4的材料仍然是在以上說(shuō)明的通論部分中的所列的、摻有在該文中所列有關(guān)發(fā)光材料的塑料或無(wú)機(jī)玻璃。該缺口9既可以用一種塑料、用一種無(wú)機(jī)玻璃或者用氣體充填，也可以抽成真空。
正像圖2中的實(shí)施例那樣，為了改善來(lái)自發(fā)光變換層4的光耦合，此處也可以在其上方設(shè)置一個(gè)透鏡狀的覆蓋體29(用虛線表示)，用來(lái)衰減在發(fā)光變換層4發(fā)射的光的全反射。這種覆蓋體可以用透明塑料制造，粘在，例如發(fā)光變換層4的上面，或者和發(fā)光變換層4共同作成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。
如圖10所示，在一種特別優(yōu)先選用的制造形式中，缺口9用一種含有發(fā)光材料的環(huán)氧樹(shù)脂、也就是說(shuō)是用一種發(fā)光包殼5充填，形成發(fā)光變換元件的結(jié)構(gòu)。在此情況下就可以省卻一個(gè)蓋板17和/或一個(gè)透鏡狀的覆蓋體29。此外，還有如圖13所示的另一種辦法，例如將第一導(dǎo)電引線2通過(guò)沖壓在半導(dǎo)體主體1的范圍以?xún)?nèi)作成一個(gè)反光鏡34的結(jié)構(gòu)，中間用一種發(fā)光變換包殼5充填。
圖4所示是一種稱(chēng)為徑向二極管的另一種制造方法的示例。圖中，半導(dǎo)體主體1是通過(guò)，例如焊接或粘結(jié)的方法，固定在用第一導(dǎo)電引線2作成的一種反光鏡結(jié)構(gòu)部件16之中。這種外殼形狀的結(jié)構(gòu)是在發(fā)光二極管工藝中慣用的形狀，所以在此處不再作詳細(xì)說(shuō)明。
在圖4的實(shí)施例中的半導(dǎo)體主體1是用一種透明包殼15包住，正如在上述第二實(shí)施例(圖2)所示，不會(huì)使半導(dǎo)體主體1發(fā)射的射線的波長(zhǎng)發(fā)生變化，可以采用，例如在發(fā)光二極管工藝中慣用的透明環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃制造。
在這種透明的包殼15上面涂布一層發(fā)光變換層4。為此所用的材料仍然可以是在以上所述的實(shí)施例中采用的塑料或無(wú)機(jī)玻璃，再加上在該處所列的有關(guān)染料。
由半導(dǎo)體主體1、一部分導(dǎo)電引線2，3、透明包殼15和發(fā)光變換層4構(gòu)成的整個(gè)結(jié)構(gòu)直接用另一種透明包殼10包住。不會(huì)使透過(guò)發(fā)光變換層4發(fā)射的射線的波長(zhǎng)發(fā)生變化。這種包殼仍然是，例如采用在發(fā)光二極管工藝中慣用的透明環(huán)氧樹(shù)脂或者無(wú)機(jī)玻璃制成的。
圖5所示的實(shí)施例與圖4中的主要不同之處在于，半導(dǎo)體主體1的未占用表面直接用一個(gè)發(fā)光變換包殼5包住，然后再用另一種透明包殼10包住。在圖5中，還作為示例繪出一個(gè)半導(dǎo)體主體1，其中不用下沿作接觸件、而是改用半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)7的另一個(gè)接觸面作接觸件，后者利用一條第二連接金屬線14與其所屬的導(dǎo)電引線2或3連接。不言而喻，也可以用本文介紹的其他實(shí)施例取代這樣的半導(dǎo)體主體1。反之，當(dāng)然也可以將圖5中的實(shí)施例在前述實(shí)施例中使用。
還要在此處對(duì)于這種不言而喻的情況加以解釋?zhuān)部梢詫D5所用的結(jié)構(gòu)形狀比擬圖1實(shí)施例的辦法制成一個(gè)整體發(fā)光變換包殼5，從而取代將發(fā)光變換包殼5與另一個(gè)透明包殼10結(jié)合使用的辦法。
在圖6的實(shí)施例中，直接在半導(dǎo)體主體1上涂布一層發(fā)光變換層4(可用以上所列的材料)。該半導(dǎo)體主體1和一部分導(dǎo)電引線2，3用另一種透明包殼10包住，不會(huì)使透過(guò)發(fā)光變換層4發(fā)射的射線的波長(zhǎng)發(fā)生變化。這種包殼仍然是，例如采用在發(fā)光二極管工藝中慣用的透明環(huán)氧樹(shù)脂或者無(wú)機(jī)玻璃制成的。
像這樣具有一層發(fā)光變換層4、但沒(méi)有包殼的半導(dǎo)體主體1當(dāng)然還有利于完全采用在半導(dǎo)體工藝中慣用的外殼形狀(例如SMD外殼、徑向外殼(請(qǐng)參閱圖5))。
在圖14中所示的實(shí)施例是按照本發(fā)明的一個(gè)半導(dǎo)體器件，在半導(dǎo)體主體1上設(shè)置一個(gè)透明的槽形部件35，這就是在半導(dǎo)體主體1外面的一個(gè)包槽36。槽狀部件35，例如是用透明環(huán)氧樹(shù)脂或者無(wú)機(jī)玻璃制成的，并且，例如采用注塑法，將導(dǎo)電引線2，3連同半導(dǎo)體主體1包封在一起制成的。在這樣的包槽36中，包含涂有一層仍然是用環(huán)氧樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃制成的發(fā)光變換層4，其中摻有以上所列的無(wú)機(jī)發(fā)光材料顆粒37。采用這種結(jié)構(gòu)的有利條件在于，能以保證結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，在半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中發(fā)光材料不會(huì)聚集在預(yù)先未曾考慮到的，例如在半導(dǎo)體主體附近的部位。槽狀部件35當(dāng)然也可以另行單獨(dú)制造，也可以改用，例如罩在半導(dǎo)體主體1上的辦法固定在一個(gè)外殼構(gòu)件上。
在所有以上介紹的實(shí)施例中，為了使顏色介入發(fā)射光的程度達(dá)到最佳化，為了使其與發(fā)光變換元件(發(fā)光變換包殼5或發(fā)光變換層4)相適配，有時(shí)要在透明包殼15、和/或透明包殼10中摻入光散射顆粒，最為有利的是摻入擴(kuò)散劑。作為這樣的擴(kuò)散劑的示例是礦物性的填充劑，特別是CaF2、TiO2、SiO2、CaCO3或BaSO4，或者也可以用有機(jī)顏料。這些物料可以采用簡(jiǎn)單的方法摻入上述的塑料之中。
圖7、8和12所示是半導(dǎo)體主體發(fā)射的一種藍(lán)光的發(fā)射光譜(圖7)(發(fā)光最大值在λ＝430nm)或者采用一種這樣的半導(dǎo)體主體制成的發(fā)白光的、按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件(圖8及圖12)的發(fā)射光譜。在橫坐標(biāo)上分別以nm為單位標(biāo)注波長(zhǎng)λ；在縱坐標(biāo)上分別標(biāo)注一種相對(duì)的電致發(fā)光(EL)強(qiáng)度。
圖7所示由半導(dǎo)體主體發(fā)射的射線僅只有一部分被變換成為波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)段，從而產(chǎn)生混合色的白光。在圖8中以虛線表示的曲線30是按照本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件的發(fā)射光譜，這種射線是由兩種輔助波長(zhǎng)段(藍(lán)和黃)形成的，總體發(fā)射的是白光。圖中的光譜在大約400和430nm之間(藍(lán))以及在大約550和580nm之間(黃)分別出現(xiàn)一個(gè)最大值。整條曲線31表示一個(gè)按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的發(fā)射光譜，白色是由三種波長(zhǎng)段(由藍(lán)、綠、紅構(gòu)成的疊加三色)混合而成的。圖中的發(fā)射光譜例如在430nm左右(藍(lán))、500nm左右(綠)和615nm左右(紅)處分別有一個(gè)最大值。
另外在圖11中示出發(fā)射由藍(lán)光(一種波長(zhǎng)的最大值在大約470nm)和紅光(一種波長(zhǎng)的最大值在620nm左右)構(gòu)成的混合光的按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的發(fā)射光譜。發(fā)射光對(duì)人眼的總色壓為品紅色。此處由半導(dǎo)體主體發(fā)射的發(fā)射光譜仍然相當(dāng)于圖7所示。
圖12所示是一個(gè)發(fā)白光的、按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，具備發(fā)射圖7所示發(fā)射光譜的半導(dǎo)體主體，其中所用的發(fā)光材料是YAG:Ce。在半導(dǎo)體主體發(fā)射的射線中，只有一小部分被變換成波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)段，因而產(chǎn)生混合白光。圖8中用不同虛線繪制的曲線31至33是表示按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的發(fā)射光譜。發(fā)光變換元件，其中的發(fā)光變換元件是用環(huán)氧樹(shù)脂制成的，含有不同濃度的YAG:Ce。每個(gè)發(fā)射光譜分別在藍(lán)色光譜段的λ＝420nm和λ＝430之間、在綠色光譜段的λ＝520和λ＝545之間出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度最大值，其中含有一個(gè)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的強(qiáng)度最大值的發(fā)射波段的一大部分都處于黃色光譜段。由圖12曲線中明顯可見(jiàn)，采用按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件只要簡(jiǎn)單地通過(guò)改變環(huán)氧樹(shù)脂中的發(fā)光材料的濃度，就能夠改變白光中的CIE-色位。
另外，還可以將摻有Ce的石榴石、硫代沒(méi)食子酸、堿土金屬-硫化物鋁酸鹽直接涂在半導(dǎo)體主體上，不必將其分散在環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃中。
上述無(wú)機(jī)發(fā)光材料的另外的一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)光材料在例如環(huán)氧樹(shù)脂中的濃度不會(huì)像有機(jī)發(fā)光材料那樣要受溶解度的約制。因而不需要用很厚的發(fā)光變換元件。
借助上述實(shí)施例對(duì)于按照本發(fā)明半導(dǎo)體器件的說(shuō)明當(dāng)然不會(huì)將按照本發(fā)明局限在這些實(shí)施例上。在示例中是以發(fā)光二極管芯片或激光二極管芯片作為半導(dǎo)體主體的示例，還可以理解為，例如是一個(gè)發(fā)射相應(yīng)光譜的聚合物L(fēng)ED。
權(quán)利要求
1.發(fā)光半導(dǎo)體器件，具有一個(gè)半導(dǎo)體主體(1)，其在所述半導(dǎo)體器件工作時(shí)發(fā)射電磁射線，具有至少一個(gè)第一和至少一個(gè)第二電引線(2，3)，其與所述半導(dǎo)體主體(1)導(dǎo)電地連接，以及具有一個(gè)包含有至少一種發(fā)光材料的發(fā)光變換元件，其特征在于所述半導(dǎo)體主體(1)具有一個(gè)半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)(7)，其適合于在所述半導(dǎo)體器件工作時(shí)發(fā)射第一波長(zhǎng)段的電磁射線，該第一波長(zhǎng)段包括至少藍(lán)色光譜范圍中的射線，以及所述的發(fā)光變換元件將來(lái)自于所述第一波長(zhǎng)段的射線變換成不同于該第一波長(zhǎng)段的第二波長(zhǎng)段的射線并將該射線發(fā)出，使得該半導(dǎo)體器件發(fā)射出由所述第一波長(zhǎng)段的可見(jiàn)射線和所述第二波長(zhǎng)段的可見(jiàn)射線組成的混合色白光，其中所述混合色白光的光譜在藍(lán)色光譜范圍中具有相對(duì)強(qiáng)度最大值，以及在位于500nm和600nm之間的波長(zhǎng)時(shí)具有相對(duì)強(qiáng)度最大值，并且所述光譜至少延伸到高達(dá)700nm的波長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求1的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的發(fā)光變換元件將所述的第一波長(zhǎng)段的射線變換成由相互不同的光譜子區(qū)組成的多個(gè)第二波長(zhǎng)段的射線，使得該半導(dǎo)體器件發(fā)射出發(fā)出所述第一波長(zhǎng)段的可見(jiàn)電磁射線和所述第二波長(zhǎng)段的可見(jiàn)電磁射線的混合色光。
3.如權(quán)利要求1-2之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的第二波長(zhǎng)段至少部分地具有大于第一波長(zhǎng)段的波長(zhǎng)λ。
4.如權(quán)利要求1-3之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，從所述半導(dǎo)體器件的主發(fā)射方向上看，所述發(fā)光變換元件被布置在所述半導(dǎo)體主體(1)之后。
5.如權(quán)利要求1-4之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述半導(dǎo)體主體(1)的上方或上面設(shè)置至少一個(gè)發(fā)光變換層(4)作為發(fā)光變換元件。
6.如權(quán)利要求1-4之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，作為發(fā)光變換元件設(shè)有發(fā)光變換包殼(5)，該發(fā)光變換包殼包圍所述半導(dǎo)體主體(1)的至少一部分和所述導(dǎo)電引線(2，3)的部分區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1-4之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體主體(1)被布置在底座(8)的缺口(9)內(nèi)，并且所述缺口(9)配備有具有發(fā)光變換層(4)的覆蓋層。
8.如權(quán)利要求1-4之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體主體(1)被布置在底座(8)的缺口(9)內(nèi)，并且所述缺口(9)至少部分地由所述發(fā)光變換元件填充。
9.如權(quán)利要求1-8之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述發(fā)光變換元件包括具有不同的波長(zhǎng)變換特性的多個(gè)層。
10.如權(quán)利要求1-9之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述混合色光的所述第一波長(zhǎng)段和所述第二波長(zhǎng)段至少部分地位于互補(bǔ)色光譜范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1-9之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，由所述半導(dǎo)體主體發(fā)出的第一波長(zhǎng)段和兩個(gè)第二波長(zhǎng)段形成疊加三色，使得在該半導(dǎo)體器件工作時(shí)從該半導(dǎo)體器件發(fā)射白光。
12.如權(quán)利要求1-11之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述發(fā)光變換元件(4，5)具有至少一種無(wú)機(jī)發(fā)光材料(6)。
13.如權(quán)利要求12的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料是從一個(gè)組中選擇，該組具有摻雜稀土的石榴石、摻有稀土的堿土金屬硫化物、摻有稀土的硫代沒(méi)食子酸鹽、摻有稀土的鋁酸鹽以及摻有稀土的正硅酸鹽。
14.如權(quán)利要求12-13之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述發(fā)光材料來(lái)自于Ce摻雜的石榴石的組。
15.如權(quán)利要求12-14之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料是YAG:Ce。
16.如權(quán)利要求12-15之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料被嵌入由熱塑性塑料材料或硬質(zhì)塑料材料、如環(huán)氧樹(shù)脂和丙稀酸樹(shù)脂所組成的基體中。
17.如權(quán)利要求12-15之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料被嵌入由低熔點(diǎn)無(wú)機(jī)玻璃所組成的基體中。
18.如權(quán)利要求12-15之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料被嵌入由硅材料所組成的基體中。
19.如權(quán)利要求12-15之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料被直接涂敷在所述半導(dǎo)體主體(1)上。
20.如權(quán)利要求12-19之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料具有為10μm的平均粒度。
21.如權(quán)利要求1-20之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述發(fā)光變換元件被設(shè)有多種不同的有機(jī)或無(wú)機(jī)、或者有機(jī)和無(wú)機(jī)發(fā)光材料(6)。
22.如權(quán)利要求1-21之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述發(fā)光變換元件具有帶有波長(zhǎng)變換作用的有機(jī)或無(wú)機(jī)、或者有機(jī)和無(wú)機(jī)染料分子，且所述發(fā)光變換元件具有不帶波長(zhǎng)變換作用的有機(jī)或無(wú)機(jī)、或者有機(jī)和無(wú)機(jī)染料分子。
23.如權(quán)利要求1-22之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的發(fā)光變換元件或一個(gè)附加設(shè)立的透明包殼(10，15)、或者所述發(fā)光變換元件和一個(gè)附加設(shè)立的透明包殼具有散射光的顆粒。
24.如權(quán)利要求1-23之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的發(fā)光變換元件配有一個(gè)或多個(gè)發(fā)光的4價(jià)金屬有機(jī)化合物。
25.如權(quán)利要求1-24之一的發(fā)光半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述的發(fā)光變換元件或一個(gè)透明包殼(10，15)、或者所述發(fā)光變換元件和一個(gè)透明包殼設(shè)有至少一種發(fā)藍(lán)光的發(fā)光材料。
26.LED顯示裝置，包括多個(gè)如權(quán)利要求1-25之一所述的發(fā)光半導(dǎo)體器件。
27.照明裝置，包括多個(gè)如權(quán)利要求1-25之一所述的發(fā)光半導(dǎo)體器件。
28.液晶顯示的照明器，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1-25之一所述的發(fā)光半導(dǎo)體器件。
29.全色LED顯示裝置，包括多個(gè)如權(quán)利要求1-25之一所述的發(fā)光半導(dǎo)體器件。
30.飛機(jī)艙的內(nèi)部照明器，包括多個(gè)如權(quán)利要求1-25之一所述的發(fā)光半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光半導(dǎo)體器件和相應(yīng)的裝置。為改良它們，半導(dǎo)體主體具有半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，其適于在半導(dǎo)體器件工作時(shí)發(fā)射包括至少藍(lán)色光譜范圍中的射線的第一波長(zhǎng)段的電磁射線。發(fā)光變換元件將第一波長(zhǎng)段的射線變換成與之不同的第二波長(zhǎng)段的射線并將其發(fā)出，使得半導(dǎo)體器件發(fā)射出由第一波長(zhǎng)段的和第二波長(zhǎng)段的可見(jiàn)射線組成的混合色白光，其中混合色白光的光譜在藍(lán)色光譜范圍中具有相對(duì)強(qiáng)度最大值，在位于500nm和600nm之間的波長(zhǎng)時(shí)具有相對(duì)強(qiáng)度最大值，且所述光譜至少延伸到高達(dá)700nm的波長(zhǎng)。由此既能采用簡(jiǎn)單工藝方法進(jìn)行大批量生產(chǎn)，又能在最大程度上保證器件的可再現(xiàn)性特征。
文檔編號(hào)H01L33/50GK1893136SQ200610101629
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月26日
發(fā)明者U·雷, K·赫恩, N·斯塔施, G·韋特, P·施洛特, R·施米特, J·施奈德 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體股份有限兩合公司