專利名稱：發(fā)光二極管結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)結構，在該發(fā)光二極管結構中色溫 輸出值可以被調整。本發(fā)明還涉及用于調整這樣的LED結構的色溫輸出 值的方法、以及用于調整色溫輸出值的裝置。
背景技術：
大多數白光LED (發(fā)光二極管)使用發(fā)射短波長(藍光、紫色光( violet)或者紫外光)的LED晶粒(die)和波長轉換器，該波長轉換 器吸收來自晶粒的光而且經歷更長波長的二次發(fā)射。因此，這種二極 管發(fā)射兩種或者更多種波長的光，以便當它們組合時表現(xiàn)為白色。最 常用的波長轉換器材料稱為磷光體，當磷光體從另外的輻射源吸收能 量時呈現(xiàn)發(fā)光。白光通常通過色溫來描述，色溫是指完全的黑體將發(fā)射相同頻譜 所在的溫度(以開氏溫標(Kelvin)為單位)。目前在市場上可獲得的白光LED有兩種主要的色溫變化冷白光( 5000 - 6500K)和暖白光(3200 - 4000K)。所有這些LED都基于磷光體 轉換藍光LED。目前用于改變色溫的基于LED的解決方案是基于如下兩者之一-使用兩種分離的LED (—種暖白光、 一種冷白光)，兩種LED都 以不同的強度被驅動，并且其中需要進行光學集成(optical integration)以便將兩種色溫混合在一起，由此產生大約在兩種LED 的兩個極端之間某處的色溫。-使用兩種分離的LED (—種暖白光、 一種黃褐色光)，其中冷白 光LED以其最高強度被驅動，并且其中逐漸添加黃褐色光以將色溫效果 (impression)移向白光。US 2002/0048177/i^開了一種產生色溫可調白光的LED布置。該LED 布置包括一個或多個白光LED和一個或者多個有色LED。來自有色LED的 光輸出和白光組合以產生具有期望的色溫的合成光(resultant light)。有色光輸出的強度由用戶可調整以便改變合成光的色溫?，F(xiàn)有技術解決方案的一個缺點是由于光不是從單個源發(fā)出，所 以它們總是需要分離的集成室(integration chamber )以將顏色適當 地混合。分離的集成室導致更大的器件，構建較大的器件來優(yōu)化地混 合顏色是更困難的。當使用較小的或者較低優(yōu)化設計的集成室時，各 個單獨的顏色將不會被充分地混合，由此可以區(qū)別開來。因此，仍然存在對簡單的、并且能夠容易被調整以產生期望色溫 的白光的改善的白光LED的需要。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是創(chuàng)建改善的白色發(fā)光LED。通過發(fā)光二極管(LED )結構實現(xiàn)該目的，該LED包括 -至少一個LED單元；-至少第一種材料的第一類型的LED晶粒； -至少第二種材料的第二類型的LED晶粒；和 -密封件，包括波長轉換材料，其中，所述至少第一類型的LED晶粒與所述至少第二類型的LED晶粒是 分離地電可尋址的，所述至少一個LED單元包括兩種類型的LED晶粒， 并且，包括波長轉換材料的所述密封件的至少一個連續(xù)部分被定位以 便接收從兩種類型的LED晶粒發(fā)射的光。所述LED結構的特征是還包括 用于調整從所述LED結構產生的色溫的裝置。西此，實現(xiàn)了不需要集成室(integration chamber )的從冷白光 到暖白光的移動。此外，最終用戶(end-user)可以容易地改變色溫所述第一類型的LED晶粒優(yōu)選為藍光LED晶粒，其中所述第一種材 料可以從InGaN (氮化銦鎵)和GaN (氮化鎵)中選擇。所迷第二類型的LED晶粒優(yōu)選為黃褐色光LED晶粒，并且所述第二 種材料可以從AlInGaP (磷化鋁鎵銦)、GaAsP (磷砷化鎵)和GaP (磷 化鎵)中選擇。該波長轉換材料可以例如是摻雜有鈰、鐠、銪或者它們的組合物 的的釔鋁石榴石，例如(YAG:Ce) 、 ( YAG: Ce， Pr )和(YAG:Ce， Eu)。用于調整由所述LED結構產生的色溫的裝置可以例如使用脈沖寬 度調制，其中接通LED晶粒合計100。/。的時間，所述第一類型的LED晶粒 接通時間的11%,而所述第二類型的LED晶粒接通時間的(100-n) %。 本發(fā)明還涉及調整如上定義的LED結構的色溫輸出值的方法。 此外，本發(fā)明涉及調整由LED結構產生的色溫的裝置，所述LED結 構包括至少一個LED單元；至少第 一種材料的第 一類型的LED晶粒； 至少第二種材料的第二類型的LED晶粒；和密封件，包括波長轉換材料 ;其中，所述至少第一類型的LED晶粒與所述至少第二類型的LED晶粒 是分離地電可尋址的，所述至少一個LED單元包括兩種類型的LED晶粒 ，并且包括波長轉換材料的所述密封件的至少一個連續(xù)部分被定位以 便接收從兩種類型的LED晶粒發(fā)射的光。


圖l示出根據本發(fā)明的LED單元的橫斷面視圖。
具體實施方式
本發(fā)明使得在一個LED封裝內制造可以從冷白光變?yōu)榕坠獾牧?光體轉換的白光LED成為可能。公知的是，在白光LED中放入多個晶粒(die)。在晶粒之上放置 磷光體層，該磷光體層將藍光轉換為(冷)白光。從US 2005/0082974可知道根據權利要求1的前序部分的LED結 構，US 2005/0082974描述了將紅光LED晶粒加到標準的白光LED中以 改善顯色性(colour rendering property)的方法。本發(fā)明現(xiàn)在已經意外地發(fā)現(xiàn)了一種基于根據權利要求1的前序部 分的LED結構能夠調整色溫值的方法。以前，在一個LED結構內，從冷白光移到暖白光或者相反一直是不可能的。通過包括具有將發(fā)射的色溫調整到預選擇的值的能力的裝置來實 現(xiàn)由LED結構發(fā)射的色溫值的調整。參考圖1，根據本發(fā)明的LED結構包括至少一個LED單元(1)， 該LED單元(l)包括襯底(2)，在襯底(2)上布置有第一類型的LED 晶粒(3)和第二類型的LED晶粒(4)。第一類型的LED晶粒(3)與 第二類型的LED晶粒(4)分離地電可尋址(未示出)。在晶粒(3)、(4)之上布置了包括波長轉換材料(6)的密封件(5) 。 LED結構還包 括用于調整從所述LED結構產生的色溫的裝置(7)。構建用于調整色溫的裝置(7)以允許最終用戶來設置期望的輸出 色溫?；谠撈谕妮敵鲋翟O置，用于調整色溫的裝置(7)具有改變 第一類型的LED晶粒和第二類型的LED晶粒的強度直到達到期望的輸 出值的能力。用于調整色溫的合適裝置(7)使用脈沖寬度調制，其中接通藍光 LED和黃褐色光LED合起來為100%的時間。接通藍光LED—定的持續(xù) 期間而在剩下的時間里接通黃褐色光LED。也就是，如果接通藍光LED 11%的時間，則接通黃褐色光LED ( 100-n) %的時間。這樣，可以實 現(xiàn)在這些顏色之間的任何混合。然而，根據本發(fā)明，也可以使用替代 的方法。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，黃褐色光LED晶粒替代常規(guī)白光 LED單元的幾個當前的藍光LED晶粒。兩種類型的晶粒，即藍光LED 晶粒和黃褐色光LED晶粒，由包括波長轉換材料(即磷光體)的密封 件所覆蓋。由于兩種類型的晶粒都被相同的密封件所覆蓋，所以在密 封件中包括的磷光體獲得兩種功能1) 作為轉換器來將藍光轉換為白光；2) 作為擴散器(diffusor)來將黃褐色光和白光混合。因此，接通兩種類型的晶粒將不會產生白光，因為磷光體將把黃 褐色光和由磷光體經由藍光LED晶粒生成的白光混合。例如，作為起始點，可以使用非常冷的白光，大約6000K，并且接 通黃褐色光LED晶粒將使得LED顏色變得更暖。因此，在不驅動黃褐 色晶粒的條件下，LED的顏色越冷，色溫的變化范圍越寬?？梢允褂酶?變LED的強度的任何裝置以便創(chuàng)建期望的LED色溫。為了獲得期望的效果，也可以將不同于黃褐色的其它顏色(例如 紅光)的LED晶粒和藍光LED晶粒組合使用。然而，在本發(fā)明中優(yōu)選 使用黃褐色光LED晶粒，因為，在沒有其他附加的條件下，黃褐色光 LED最相似極端暖白光LED的色溫。進一步說，使用黃褐色對LED的顯色性的損害效果最少。通過"分離地電可尋址，，意指可以分離地控制每種類型的LED晶 粒，即，可以電子地訪問每種類型的LED晶粒而不影響其他類型的晶粒。才艮據本發(fā)明的藍光LED晶?？梢岳缬蒊nGaN (Indium Gallium Nitride,氮化銦鎵)或者GaN(GalliumNitride,氮化鎵)制成。InGaN 是最常使用的藍光高輸出LED。除了藍光LED晶粒，根據本發(fā)明也可以 使用紫色或者紫外光LED晶粒。才艮據本發(fā)明的黃褐色光LED晶粒可以例如由AlInGaP (Indium Gallium Aluminum Phosphide, 褲化鋁鎵銦)、GaAsP (Gallium Arsenide Phosphide, 磷砷化鎵)或者GaP (Gallium Phosphide,磷 化鎵)制成，優(yōu)選AlInGaP。如在本文中使用的，"LED單元，，涉及包括一個或者多個LED晶粒、 安裝框架(mounting frame)、電相互連接和為提取光的光學設備 (optical provision)的子組件。如在本文中使用的，"LED晶粒"涉及具有生成可見光或者不可見光的能力的半導體材料。盡管描述的實施例只公開了兩種類型的LED晶粒，必須理解的是， 根據本發(fā)明可以使用兩種或者更多種不同類型的LED晶粒。如在本文中使用的，"密封件"涉及保護LED晶粒抵抗外部影響 的材料或者幾種材料的混合物(composition).它也應該起到作為在 LED晶粒和周圍之間的緩沖器的作用，并且匹配所有材料的熱性質由此 減小機械應力。密封件可以例如由聚碳酸酯制成，任選地和硅凝膠 (silicone GEL) —起使用來匹配熱行為。包括波長轉換材料的所述密 封件的一個連續(xù)的部分，將被定位以接收從兩種類型的LED晶粒發(fā)射 的光。如在本文中使用的，"波長轉換材料，，涉及具有將一種(單色的) 波長轉換為另一種波長由此改變所發(fā)射的光的顏色的能力的材料。波 長轉換材料通常稱為磷光體。典型使用的磷光體由包括光學活性摻雜 劑的無機宿主物質組成。釔鋁石榴石(YAG)是通常的宿主材料，并且 對于二極管應用，釔鋁石榴石通常摻雜有稀土元素的一種或者稀土化 合物。在為白光發(fā)光二極管設計的YAG磷光體中，鈰是通常的摻雜元 素。在本發(fā)明中使用的磷光體的例子是摻雜有鈰、鐠、銪或者它們的 組合物的釔鋁石榴石，例如(YAG:Ce) 、 ( YAG: Ce， Pr )和(YAG:Ce， Eu)。也可以應用基于非YAG的磷光體。一般將波長轉換材料均勻地散布在密封件中。為了避免在整個波 長轉換材料中的顏色差異，應該將該材料盡可能均勻地散布。
根據本發(fā)明的LED結構通常包括根據本發(fā)明的LED單元的陣列。 因為藍光LED晶粒和黃褐色光LED晶粒兩者都由相同的磷光體所 覆蓋，所以根據本發(fā)明的LED結構容易制造。因此，基本上可以使用 能夠處理在一個封裝中的多個晶粒和磷光體以形成冷白光的任何常規(guī) 的LED結構。
由于所述LED結構和僅僅使用藍色晶粒的LED結構相比沒有改變， 所以LED的成本可以和不能處理色溫變化范圍的LED相同。由于藍色 晶粒比紅色/黃褐色晶粒更貴，所以LED甚至可能變得更便宜。
本發(fā)明可以用于任何照明應用，諸如(高端)辦公照明、鹵素替 代、書桌照明和其他通常的照明應用。
權利要求
1. 一種發(fā)光二極管(LED)結構，包括 -至少一個LED單元(1 );-至少第一種材料的第一類型的LED晶粒(3); -至少第二種材料的第二類型的LED晶粒(4);和 -密封件(5 )，包括波長轉換材料(6 )，其中，所述至少第一類型的LED晶粒(3)與所迷至少第二類型的 LED晶粒(4)是分離地電可尋址的，所述至少一個LED單元(1)包括 兩種類型的LED晶粒(3, 4)，并且包括波長轉換材料(6)的所述密 封件(5)的至少一個連續(xù)部分被定位以便接收從兩種類型的LED晶粒 (3， 4)發(fā)射的光，其特征在于，所述LED結構還包括用于調整從所述LED結構產生的色溫 的裝置(7)。
2. 根據權利要求1的LED結構，其中所述第一類型的LED晶粒(3) 為藍光LED晶粒。
3. 根據權利要求1或2的LED結構，其中所述第一種材料從InGaN ( 氮化銦鎵)和GaN (氮化鎵)中選擇。
4. 根據前面權利要求中的任何一個的LED結構，其中，所述第二 類型的LED晶粒(4)為黃褐色光LED晶粒。
5. 根據前面權利要求中的任何一個的LED結構，其中，所述第二 種材料從AlInGaP (磷化鋁鎵銦)、GaAsP (磷砷化鎵)和GaP (磷化鎵 )中選擇。
6. 根據前面權利要求中的任何一個的LED結構，其中，所述波長 轉換材料(6)為摻雜有鈰、鐠、銪或者它們的組合物的的釔鋁石榴石 ，例如(YAG:Ce) 、 ( YAG: Ce， Pr )和(YAG:Ce， Eu )。
7. 根據前面權利要求中的任何一個的LED結構，其中，所述用于 調整由所述LED結構產生的色溫的裝置使用脈沖寬度調制。
8. 根據權利要求7所述的LED結構，其中在所述脈沖寬度調制中所 述第一類型的LED晶粒和所述第二類型的LED晶粒合起來被接通100y。 的時間，所述第一類型的LED晶粒被接通n。/。的時間，而所述第二類型的 LED晶粒^皮接通(100-n) %的時間。
9. 一種調整根據權利要求1至8中任意一項的LED結構的色溫輸出 值的方法，包括-設置期望的輸出值；-改變所述第一類型的LED晶粒(3)和所述第二類型的LED晶粒(4)的強度直至達到所述期望的輸出值。
10. —種用于調整由LED結構產生的色溫的裝置，所述LED結構包括-至少一個LED單元(1 );-至少第一種材料的第一類型的LED晶粒(3); -至少第二種材料的笫二類型的LED晶粒(4);和 -密封件(5 )，包括波長轉換材料(6 )，其中，所述至少第一類型的LED晶粒(3)與所述至少第二類型的 LED晶粒(4)是分離地電可尋址的，所述至少一個LED單元(1)包括 兩種類型的LED晶粒(3， 4)，并且包括波長轉換材料(6)的所述密 封件(5)的至少一個連續(xù)部分被定位以便接收從兩種類型的LED晶粒 (3， 4)發(fā)射的光。
全文摘要
公開了一種發(fā)光二極管(LED)結構，該發(fā)光二極管結構包括至少一個LED單元(1)；至少第一種材料的第一類型的LED晶粒(3)；至少第二種材料的第二類型的LED晶粒(4)；和包括波長轉換材料(6)的密封件(5)，其中，所述至少第一類型的LED晶粒(3)和所述至少第二類型的LED晶粒(4)是分離地電可尋址的，所述至少一個LED單元(1)包括兩種類型的LED晶粒(3，4)，并且包括波長轉換材料(6)的所述密封件(5)的至少一個連續(xù)的部分被定位以接收從兩種類型的LED晶粒(3，4)發(fā)出的光。該LED結構還包括用于調整由所述LED結構產生的色溫。
文檔編號H01L25/075GK101313405SQ200680043988
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月20日 優(yōu)先權日2005年11月24日
發(fā)明者M·C·弗穆倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司