ES2569616T3 - Dispositivo emisor de luz y dispositivo de visualización - Google Patents

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ES2569616T3
ES2569616T3 ES10158455.5T ES10158455T ES2569616T3 ES 2569616 T3 ES2569616 T3 ES 2569616T3 ES 10158455 T ES10158455 T ES 10158455T ES 2569616 T3 ES2569616 T3 ES 2569616T3
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Yoshinori Shimizu
Kensho Sakano
Yasunobu Noguchi
Toshio Moriguchi
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Abstract

Un dispositivo emisor de luz que comprende: un conductor, un chip de LED que emite una luz visible y está montado sobre dicho conductor, teniendo dicho chip de LED una capa semiconductora de nitruro de tipo p y una capa semiconductora de nitruro de tipo n y electrodos formados sobre superficies expuestas de dicha capa semiconductora de nitruro de tipo p y dicha capa semiconductora de nitruro de tipo n, un material trasparente que recubre dicho chip de LED, y un fósforo contenido en dicho material trasparente y que absorbe una parte de la luz emitida por el chip de LED, y emite una luz que tiene una longitud de onda de emisión principal más larga que un valor máximo de emisión principal de dicho chip de LED, en el que el valor máximo de emisión principal de dicho chip de LED está dentro de la gama entre 420 y 490 nm, y la luz emitida desde dicho chip de LED y la luz emitida desde dicho fosforo se mezclan para generar luz blanca, en el que el fósforo comprende un material fluorescente granate activado con cerio, que contiene al menos un elemento seleccionado entre Y, Lu, Sc, La, Gd y Sm, y al menos un elemento seleccionado entre Al, Ga e In, y en el que dicho chip de LED es un chip de LED orientado hacia abajo, y dichos electrodos de dicho chip de LED están conectados eléctricamente y ligados a dicho conductor por un saliente metálico, pasta de Ag o pasta de carbón.

Description

imagen1
DESCRIPCIÓN
Dispositivo emisor de luz y dispositivo de visualización
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
5 La presente invención se refiere a un diodo emisor de luz usado en dispositivos de visualización de LED, fuentes de retroiluminación, señales de tráfico, señales ferroviarias, conmutadores de iluminación, indicadores, etc. Más específicamente, se refiere a un dispositivo emisor de luz (LED) que comprende un fósforo, que convierte la longitud de onda de la luz emitida por un componente emisor de luz y emite luz.
Descripción de la técnica relacionada
10 Un diodo emisor de luz es compacto y emite luz de color claro con alta eficacia. También está libre de problemas, tales como la extinción, y tiene una buena característica de impulso inicial, alta resistencia a la vibración y durabilidad para resistir operaciones repetitivas de ENCENDIDO / APAGADO, porque es un elemento semiconductor. Por tanto, ha sido usado extensamente en aplicaciones, tales como indicadores diversos y diversas fuentes de luz. Han sido desarrollados recientemente diodos emisores de luz para colores RGB (rojo, verde y azul), que tienen luminancia ultra-alta y alta eficacia
15 y se han puesto en uso dispositivos de visualización de LED de pantalla grande, que usan estos diodos emisores de luz. El dispositivo de visualización de LED puede ser operado con menos energía y tiene buenas características, tales como peso ligero y larga vida y, por lo tanto, se espera que sea usado más extensamente en el futuro.
Recientemente, se han hecho varios intentos para hacer fuentes de luz blanca usando diodos emisores de luz. Debido a que el diodo emisor de luz tiene un espectro de emisión favorable para generar luz monocromática, hacer una fuente de 20 luz para luz blanca requiere disponer estrechamente entre sí tres componentes emisores de luz de rojo, verde y azul, difundiendo y mezclando a la vez la luz emitida por ellos. Al generar luz blanca con tal disposición, ha habido un problema, tal como que la luz blanca del tono deseado no puede ser generada debido a las variaciones en el tono, la luminancia y otros factores del componente emisor de luz. Además, cuando los componentes emisores de luz están hechos de distintos materiales, la energía eléctrica requerida para accionar difiere de un diodo emisor de luz a otro, 25 haciendo necesario aplicar distintos voltajes a distintos componentes emisores de luz, lo que conduce a un circuito impulsor complejo. Además, debido a que los componentes emisores de luz son componentes semiconductores emisores de luz, el tono del color está sujeto a variación debido a la diferencia en características de temperatura, a cambios cronológicos y al entorno operativo, o bien la disparidad en el color puede ser provocada debido a no lograr mezclar uniformemente la luz emitida por los componentes emisores de luz. Por tanto, los diodos emisores de luz son efectivos
30 como dispositivos emisores de luz para generar colores individuales, aunque hasta ahora no se ha obtenido una fuente de luz satisfactoria, capaz de emitir luz blanca usando componentes emisores de luz.
A fin de resolver estos problemas, el presente solicitante desarrolló previamente diodos emisores de luz que convierten el color de la luz, que es emitida por componentes emisores de luz, por medio de un material fluorescente divulgado en las Patentes Japonesas JP-A-5-152609, JP-A-7-99345, JP-A-7-176794 y JP-A-8-7614. Los diodos emisores de luz
35 divulgados en estas publicaciones son tales que, usando componentes emisores de luz de una clase, son capaces de generar luz de color blanco y de otros colores y están constituidos según lo siguiente.
El diodo emisor de luz divulgado en los anteriores boletines está hecho montando un componente emisor de luz, que tiene una gran brecha de banda de energía de la capa emisora de luz, en una copa proporcionada en la punta de un marco conductor, y que tiene un material fluorescente que absorbe la luz emitida por el componente emisor de luz y emite luz de
40 una longitud de onda distinta a la de la luz absorbida (conversión de longitud de onda), contenido en un molde de resina que cubre el componente emisor de luz.
El diodo emisor de luz divulgado según lo descrito anteriormente, capaz de emitir luz blanca mezclando la luz de una pluralidad de fuentes, puede ser hecho usando un componente emisor de luz capaz de emitir luz azul y moldeando el componente emisor de luz con una resina, que incluye un material fluorescente que absorbe la luz emitida por el diodo
45 emisor de luz azul y emite una luz amarillenta.
Sin embargo, los diodos emisores de luz convencionales tienen problemas, tales como el deterioro del material fluorescente que conduce a la desviación del tono del color y al oscurecimiento del material fluorescente, dando como resultado una eficacia disminuida de la extracción de luz. El oscurecimiento aquí se refiere, en el caso de usar un material fluorescente inorgánico, tal como material fluorescente de (Cd, Zn)S, por ejemplo, a una parte de elementos metálicos que 50 constituyen el precipitado de material fluorescente o a un cambio de sus propiedades, que conduce a la coloración o, en el caso de usar un material fluorescente orgánico, a coloración debida a la rotura de la doble unión en la molécula. Especialmente cuando se usa un componente emisor de luz hecho de un semiconductor que tiene una alta brecha de banda de energía para mejorar la eficacia de conversión del material fluorescente (es decir, aumenta la energía de la luz
imagen2
emitida por el semiconductor y aumenta el número de fotones que tienen energías por encima de un umbral que pueden ser absorbidos por el material fluorescente, dando como resultado que se absorba más luz), o se reduce la magnitud del consumo de material fluorescente (es decir, el material fluorescente es irradiado con energía relativamente mayor), la energía lumínica absorbida por el material fluorescente aumenta inevitablemente, dando como resultado una degradación
5 más significativa del material fluorescente. El uso del componente emisor de luz con mayor intensidad de emisión de luz para un periodo de tiempo extendido provoca además una degradación más significativa del material fluorescente.
El documento EP-A-0 209 942 divulga una lámpara de descarga de vapor de mercurio de baja presión. Esta lámpara tiene un relleno, que comprende mercurio y un gas raro, y una capa luminiscente que comprende material luminiscente, cuya emisión se halla principalmente en la gama entre 590 y 630 nm y en la gama entre 520 y 565 nm. La luz emitida por
10 la lámpara de descarga está en una gama de longitudes de onda que es casi totalmente invisible y que tiene que ser transformada por la capa luminiscente para hacerse visible. La lámpara también está dotada de una capa de absorción que comprende un aluminato luminiscente activado por cerio trivalente y que tiene una estructura de cristal de granate.
También el material fluorescente proporcionado en la vecindad del componente emisor de luz puede ser expuesto a una alta temperatura, tal como la temperatura en ascenso del componente emisor de luz y el calor transmitido desde el
15 entorno externo (por ejemplo, la luz solar en el caso en que el dispositivo se use en el exterior).
Además, algunos materiales fluorescentes están sujetos a un deterioro acelerado, debido a la combinación de humedad que entra desde el exterior o que se introduce durante el proceso de producción, a la luz y al calor transmitidos desde el componente emisor de luz.
Cuando llega a un tinte orgánico de propiedad iónica, el campo eléctrico de corriente continua en la vecindad del chip
20 puede causar electroforesis, dando como resultado un cambio en el tono del color. Esta lámpara no puede ser realizada como un dispositivo sencillo, pequeño, ligero y barato.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1.
Por tanto, un objetivo de la presente invención es resolver los problemas descritos anteriormente y proporcionar un
25 dispositivo emisor de luz que experimente solamente grados extremadamente bajos de deterioro en la intensidad lumínica de emisión, la eficacia de emisión lumínica y el desplazamiento de colores durante un largo tiempo de uso con alta luminancia.
El presente solicitante completó la presente invención mediante investigaciones basadas en la hipótesis de que un dispositivo emisor de luz que tiene un componente emisor de luz y un material fluorescente debe satisfacer los siguientes
30 requisitos para lograr el objetivo mencionado anteriormente.
(1)
El componente emisor de luz debe ser capaz de emitir luz de alta luminancia con una característica emisora de luz que sea estable durante un largo tiempo de uso.
(2)
El material fluorescente proporcionado en la vecindad del componente emisor de luz de alta luminancia debe mostrar una excelente resistencia ante la luz y el calor, de modo que las propiedades del mismo no cambien incluso
35 cuando se usa durante un periodo extendido de tiempo, mientras se expone a la luz de alta intensidad emitida por el componente emisor de luz (en particular, el material fluorescente proporcionado en la vecindad del componente emisor de luz se expone a la luz de una intensidad de radiación tan alta como de alrededor de entre 30 y 40 veces la de la luz solar, de acuerdo con nuestra estimación, y se requiere que tenga más durabilidad ante la luz según se usa un componente emisor de luz de mayor luminancia).
40 (3) Con respecto a la relación con el componente emisor de luz, el material fluorescente debe ser capaz de absorber con alta eficacia la luz de alta mono-cromaticidad emitida por el componente emisor de luz y de emitir luz de una longitud de onda distinta a la de la luz emitida por el componente emisor de luz.
Por tanto, la presente invención proporciona un dispositivo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1.
El semiconductor de un compuesto de nitruro (generalmente representado por la fórmula química IniGarAlkN, donde 0 < i,
45 0 < j, 0 < k e i+j+k=1) mencionado anteriormente contiene diversos materiales que incluyen InGaN y GaN, dopados con diversas impurezas.
El fósforo mencionado anteriormente contiene varios materiales definidos según lo descrito anteriormente, incluyendo Y3Al5O12:Ce y Gd3In5O12:Ce.
Debido a que el dispositivo emisor de luz de la presente invención usa el componente emisor de luz, hecho de un 50 semiconductor de un compuesto de nitruro, capaz de emitir luz con alta luminancia, el dispositivo emisor de luz es capaz de emitir luz con alta luminancia. También el fósforo usado en el dispositivo emisor de luz tiene excelente resistencia ante la luz, por lo que las propiedades fluorescentes del mismo experimentan menos cambio incluso cuando se usa durante un periodo extendido de tiempo, mientras está expuesto a luz de alta intensidad. Esto posibilita reducir la degradación de características durante un largo periodo de uso y reducir el deterioro debido a la luz de alta intensidad emitida por el
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5 componente emisor de luz, así como a la luz extrínseca (luz solar, incluyendo la luz ultravioleta, etc.) durante el uso en el exterior, para proporcionar por ello un dispositivo emisor de luz que experimenta un desplazamiento de color extremadamente menor y menos reducción de luminancia. El dispositivo emisor de luz de la presente invención también puede ser usado en aplicaciones tales que requieren velocidades de respuesta tan altas como de 120 nseg., por ejemplo, porque el fósforo usado en el mismo permite la pos-luminiscencia solamente durante un breve periodo de tiempo.
10 En el dispositivo emisor de luz de la presente invención, el principal valor máximo de emisión del componente emisor de luz está fijado dentro de la gama entre 400 nm y 530 nm, y la longitud de onda de la emisión principal del fósforo está fijada para que sea más larga que el principal valor máximo de emisión del componente emisor de luz. Esto posibilita emitir eficazmente luz blanca.
Además, en el dispositivo emisor de luz de la presente invención, es preferible que la capa emisora de luz del componente
15 emisor de luz contenga un semiconductor de nitruro de galio que contenga In. Otras características preferentes de las realizaciones de la presente invención están descritas en las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo emisor de luz de acuerdo con un modo de realización de la presente invención puede ser aplicado a una placa de guía óptica esencialmente rectangular, proporcionada con el componente emisor de luz montado sobre una cara lateral frontal del mismo y, excepto por una superficie principal, están cubiertas con un material reflectante, en el que una
20 luz emitida por el componente emisor de luz es convertida en una luz plana por el fósforo y la placa de guía óptica, para que sea una salida desde la superficie principal de la placa de guía óptica.
En esta realización, el fósforo está contenido, preferentemente, en un material de recubrimiento montado sobre dicha cara lateral frontal, y en contacto directo con el componente emisor de luz, o está instalado sobre una superficie principal de la placa de guía óptica no cubierta por el material reflectante.
25 Un dispositivo de visualización de LED puede comprender los dispositivos emisores de luz de la presente invención, dispuestos en una matriz, y un circuito impulsor que controla el dispositivo de visualización de LED de acuerdo con datos de visualización que son ingresados al mismo. Esta configuración posibilita proporcionar un dispositivo de visualización de LED relativamente barato que es capaz de una visualización de alta definición con menos disparidad cromática debida al ángulo de visualización.
30 Generalmente, un material fluorescente que absorbe la luz de una longitud de onda corta y emite luz de una longitud de onda larga tiene mayor eficacia que un material fluorescente que absorbe la luz de una longitud de onda larga y emite luz de una longitud de onda corta. Es preferente usar un componente emisor de luz que emita luz visible que un componente emisor de luz que emita luz ultravioleta que degrada la resina (el material de moldeado, el material de recubrimiento, etc.). Así, para el diodo emisor de luz de la presente invención, con el fin de mejorar la eficacia emisora de luz y de garantizar
35 una larga vida, el principal valor máximo de emisión del componente emisor de luz se fija dentro de una gama de longitudes de onda relativamente cortas, entre 420 nm y 490 nm en la región de luz visible, y la longitud de onda de la emisión principal del fósforo se fija para que sea más larga que el principal valor máximo de emisión del componente emisor de luz. Con esta disposición, debido a que la luz convertida por el material fluorescente tiene una longitud de onda más larga que la de la luz emitida por el componente emisor de luz, no será absorbida por el componente emisor de luz,
40 incluso cuando el componente emisor de luz esté irradiado con luz que ha sido reflejada y convertida por el material fluorescente (dado que la energía de la luz convertida es menor que la energía de la brecha de banda). Por tanto, en un modo de realización de la presente invención, la luz que ha sido reflejada por el material fluorescente o similar es reflejada por la copa en la que está montado el componente emisor de luz, posibilitando una mayor eficacia de la emisión.
Breve descripción de los dibujos
45 La Fig. 1 es una vista seccional esquemática de un diodo emisor de luz de tipo conductor, de acuerdo al modo de realización de la presente invención.
La Fig. 2 es una vista seccional esquemática de un diodo emisor de luz de tipo punta.
La Fig. 3A es un gráfico que muestra el espectro de excitación del material fluorescente de granate activado por el cerio usado en el primer modo de realización de la presente invención.
50 La Fig. 3B es un gráfico que muestra el espectro de emisión del material fluorescente de granate activado por el cerio usado en el primer modo de realización de la presente invención.
La Fig. 4 es un gráfico que muestra el espectro de emisión del diodo emisor de luz del primer modo de realización de la presente invención.
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La Fig. 5A es un gráfico que muestra el espectro de excitación del material fluorescente de itrio-aluminio-granate, activado por el cerio usado en el segundo modo de realización de la presente invención.
La Fig. 5B es un gráfico que muestra el espectro de emisión del material fluorescente de itrio-aluminio-granate, activado por el cerio, usado en el segundo modo de realización de la presente invención.
5 La Fig. 6 muestra el diagrama de cromaticidad de la luz emitida por el diodo emisor de luz del segundo modo de realización, mientras que los puntos A y B indican los colores de la luz emitida por el componente emisor de luz, y los puntos C y D indican los colores de la luz emitida por dos clases de fósforos.
La Fig. 7 es una vista seccional esquemática de una fuente de luz plana.
La Fig. 8 es una vista seccional esquemática de otra fuente de luz plana, distinta a la de la Fig. 7.
10 La Fig. 9 es una vista seccional esquemática de otra fuente de luz plana, distinta a las de las Fig. 7 y la Fig. 8.
La Fig. 10 es un diagrama de bloques de un dispositivo de visualización, que es una aplicación de la presente invención.
La Fig. 11 es una vista plana del dispositivo de visualización de LED de la unidad de visualización de la Fig. 10.
La Fig. 12 es una vista plana del dispositivo de visualización de LED, en el que un píxel está constituido a partir de
15 cuatro diodos emisores de luz, incluyendo el diodo emisor de luz de la presente invención y los que emiten colores RGB.
La Fig. 13A muestra los resultados de pruebas de vida durable de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1 y el Ejemplo Comparativo 1, mostrando los resultados a 25º C, y la Fig. 13B muestra los resultados de pruebas de vida durable de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1 y el Ejemplo Comparativo 1, mostrando los resultados a 60º C y
20 un 90 % de humedad relativa.
La Fig. 14A muestra los resultados de pruebas de adaptabilidad climática del Ejemplo 9 y el Ejemplo Comparativo 2, mostrando el cambio de la razón de retención de luminancia en el tiempo, y la Fig. 14B muestra los resultados de pruebas de adaptabilidad climática del Ejemplo 9 y el Ejemplo Comparativo 2, mostrando el tono del color antes y después de la prueba.
25 La Fig. 15A muestra los resultados de pruebas de fiabilidad del Ejemplo 9 y el Ejemplo Comparativo 2, mostrando la relación entre la razón de retención de luminancia y el tiempo, y la Fig. 15B es un gráfico que muestra la relación entre el tono del color y el tiempo.
La Fig. 16 es un diagrama de cromaticidad que muestra la gama de tonos de color que puede obtenerse con un diodo emisor de luz que combina los materiales fluorescentes mostrados en la Tabla 1 y el LED azul que tiene una
30 longitud de onda máxima en 465 nm.
La Fig. 17 es un diagrama de cromaticidad que muestra el cambio en el tono del color cuando la concentración del material fluorescente se cambia en el diodo emisor de luz, que combina los materiales fluorescentes mostrados en la Tabla 1 y el LED azul que tiene una longitud de onda máxima en 465 nm.
La Fig. 18A muestra el espectro de emisión del fósforo (Y0,6Gd0,4)3Al5O12:Ce del Ejemplo 2.
35 La Fig. 18B muestra el espectro de emisión del componente emisor de luz del Ejemplo 2, que tiene la longitud de onda máxima de emisión de 460 nm.
La Fig. 18C muestra el espectro de emisión del diodo emisor de luz del Ejemplo 2.
La Fig. 19A muestra el espectro de emisión del fósforo (Y0,2Gd0,8)3Al5O12:Ce del Ejemplo 5.
La Fig. 19B muestra el espectro de emisión del componente emisor de luz del Ejemplo 5, que tiene la longitud de 40 onda máxima de emisión de 450 nm.
La Fig. 19C muestra el espectro de emisión del diodo emisor de luz del Ejemplo 5.
La Fig. 20A muestra el espectro de emisión del fósforo Y3Al5O12:Ce del Ejemplo 6.
La Fig. 20B muestra el espectro de emisión del componente emisor de luz del Ejemplo 6, que tiene la longitud de onda máxima de emisión de 450 nm.
45 La Fig. 20C muestra el espectro de emisión del diodo emisor de luz del Ejemplo 6.
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La Fig. 21A muestra el espectro de emisión del fósforo Y3(Al0,6Ga0,5)5O12:Ce del Ejemplo 7.
La Fig. 21B muestra el espectro de emisión del componente emisor de luz del Ejemplo 7, que tiene la longitud de onda máxima de emisión de 450 nm.
La Fig. 21C muestra el espectro de emisión del diodo emisor de luz del Ejemplo 7.
5 La Fig. 22A muestra el espectro de emisión del fósforo (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce del Ejemplo 11.
La Fig. 22B muestra el espectro de emisión del fósforo (Y0,4Gd0,6)3Al5O12:Ce del Ejemplo 11.
La Fig. 22C muestra el espectro de emisión del componente emisor de luz del Ejemplo 11, que tiene la longitud de onda máxima de emisión de 470 nm.
La Fig. 23 muestra el espectro de emisión del diodo emisor de luz del Ejemplo 11.
10 Descripción detallada de modos de realización preferentes
Con referencia ahora a los dibujos adjuntos, se describirán a continuación las realizaciones preferentes de la presente invención.
Un diodo emisor de luz 100 de la Fig. 1 es un diodo emisor de luz de tipo conductor, que tiene un conductor de montaje 105 y un conductor interno 106, en el que un componente emisor de luz 102 está instalado en una copa 105a del
15 conductor de montaje 105, y la copa 105a está rellenada con una resina de recubrimiento 101 que contiene un fósforo especificado para cubrir el componente emisor de luz 102, y está moldeada en resina. Un electrodo n y un electrodo p del componente emisor de luz 102 están conectados con el conductor de montaje 105 y el conductor interno 106, respectivamente, por medio de los cables 103.
En el diodo emisor de luz constituido según lo descrito anteriormente, parte de la luz emitida por el componente emisor de
20 luz (chip de LED) 102 (mencionado en adelante en el presente documento como una luz de LED) excita el fósforo contenido en la resina de recubrimiento 101 para generar luz fluorescente que tiene una longitud de onda distinta a la de la luz de LED, por lo que la luz fluorescente emitida por el fósforo y la luz de LED que es emitida sin contribuir a la excitación del fósforo se mezclan y se emiten. Como resultado, el diodo emisor de luz 100 también emite luz que tiene una longitud de onda distinta a la de la luz de LED emitida por el componente emisor de luz 102.
25 La Fig. 2 muestra un diodo emisor de luz de tipo chip, en el que el diodo emisor de luz (chip de LED) 202 está instalado en un hueco de una cubierta 204 que está rellenada con un material de recubrimiento que contiene un fósforo especificado para formar un recubrimiento 201. El componente emisor de luz 202 está fijado usando una resina epoxi o similar, que contiene Ag, por ejemplo, y un electrodo n y un electrodo p del componente emisor de luz 202 están conectados con terminales metálicos 205 instalados en la cubierta 204 por medio de cables conductores 203. En el diodo emisor de luz de
30 tipo chip, constituido según lo descrito anteriormente, de manera similar al diodo emisor de luz de tipo conductor de la Fig. 1, la luz fluorescente emitida por el fósforo y la luz de LED que es transmitida sin ser absorbida por el fósforo se mezclan y se emiten, por lo que el diodo emisor de luz 200 también emite luz que tiene una longitud de onda distinta a la de la luz de LED emitida por el componente emisor de luz 202.
El diodo emisor de luz que contiene el fósforo según lo descrito anteriormente tiene las siguientes características.
35 1. La luz emitida por un componente emisor de luz (LED) se emite usualmente a través de un electrodo que suministra energía eléctrica al componente emisor de luz. La luz emitida es parcialmente bloqueada por el electrodo formado sobre el componente emisor de luz, dando como resultado un patrón de emisión específico y, por lo tanto, no es emitida uniformemente en cada dirección. El diodo emisor de luz que contiene el material fluorescente, sin embargo, puede emitir luz uniformemente sobre una amplia gama, sin formar un patrón de emisión indeseable, porque la luz es
40 emitida después de ser difundida por el material fluorescente.
2. Aunque la luz emitida por el componente emisor de luz (LED) tiene un máximo monocromático, el máximo es ancho y tiene una propiedad de alta representación cromática. Esta característica es una ventaja indispensable para una aplicación que requiere longitudes de onda de una gama relativamente amplia. Es deseable que la fuente de luz para un escaneador de imágenes ópticas, por ejemplo, tenga un máximo de emisión más amplio.
45 Los diodos emisores de luz pueden tener la configuración mostrada en la Fig. 1 o la Fig. 2, en la que se combinan un componente emisor de luz, que usa un semiconductor de un compuesto de nitruro que tiene energía relativamente alta en la región visible, y un fósforo específico, y tienen propiedades favorables, tales como la capacidad de emitir luz de alta luminancia y menos degradación de la eficacia de emisión lumínica y menos desplazamiento del color sobre un periodo de uso extendido.
En general, un material fluorescente que absorbe luz de una longitud de onda corta y que emite luz de una longitud de onda larga tiene mayor eficacia que un material fluorescente que absorbe luz de una longitud de onda larga y emite luz de una longitud de onda corta y, por lo tanto, es preferente usar un componente emisor de luz de un semiconductor compuesto de nitruro que sea capaz de emitir luz azul de longitud de onda corta. No hace falta decir que es preferente el
5 uso de un componente emisor de luz que tiene alta luminancia.
Un fósforo a usar en combinación con el componente emisor de luz de semiconductor de un compuesto de nitruro debe tener los siguientes requisitos:
1. Excelente resistencia ante la luz para soportar luz de una alta intensidad durante un largo periodo de tiempo, porque
el material fluorescente se instala en la vecindad de los componentes emisores de luz 102, 202, y está expuesto a luz 10 de una intensidad tan alta como de alrededor de entre 30 y 40 veces la de la luz solar.
2.
Capacidad para emitir eficazmente luz en la región azul para la excitación por medio de los componentes emisores de luz 102, 202. Cuando se usa la mezcla de colores, debería ser capaz de emitir luz azul, no por rayos ultravioletas, con una alta eficacia.
3.
Capacidad de emitir luz desde regiones verdes y rojas con el fin de mezclarla con luz azul para generar luz blanca.
15 4. Buena característica de temperatura, adecuada para su ubicación en la vecindad de los componentes emisores de luz 102, 202, y de la influencia resultante de la diferencia de temperatura debida al calor generado por el chip al iluminar.
5. Capacidad de cambiar continuamente el tono del color en términos de la proporción de la composición o razón de mezcla de una pluralidad de materiales fluorescentes.
20 6. Adaptabilidad climática para el entorno operativo del diodo emisor de luz.
Modo de realización 1
El diodo emisor de luz del primer modo de realización de la presente invención emplea un elemento semiconductor de un compuesto de nitruro de galio, que tiene una brecha de banda de alta energía en la capa emisora de luz y es capaz de emitir luz azul, y un fósforo de granate activado con cerio en combinación. Con esta configuración, el diodo emisor de luz
25 del primer modo de realización puede emitir luz blanca mezclando la luz azul emitida por los componentes emisores de luz 102, 202 y la luz amarilla emitida por el fósforo excitado por la luz azul.
Debido a que el fósforo de granate, activado con cerio, que se usa en el diodo emisor de luz del primer modo de realización, tiene resistencia a la luz y adaptabilidad climática, puede emitir luz con grados extremadamente pequeños de desplazamiento del color y de disminución en la luminancia de la luz emitida, incluso cuando es irradiado por una luz muy
30 intensa emitida por los componentes emisores de luz 102, 202 situados en la vecindad durante un largo periodo de tiempo.
Los componentes del diodo emisor de luz del primer modo de realización serán descritos en detalle a continuación.
(Fósforo)
El fósforo usado en el diodo emisor de luz del primer modo de realización es un fósforo que, cuando es excitado por la luz
35 visible o los rayos ultravioletas emitidos por la capa emisora de luz semiconductora, emite luz de una longitud de onda distinta a la de la luz excitante. El fósforo es, específicamente, material fluorescente de granate activado con cerio que contiene al menos un elemento seleccionado entre Y, Lu, Sc, La, Gd y Sm, y al menos un elemento seleccionado entre Al, Ga e In. De acuerdo con la presente invención, el material fluorescente es, preferentemente, material fluorescente de itrioaluminio-granate (fósforo YAG) activado con cerio, o un material fluorescente representado por la fórmula general (Re1
40 rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce, donde 0 < r < 1 y 0 < s < 1, y Re es al menos uno seleccionado entre Y y Gd. En el caso en que la luz de LED emitida por el componente emisor de luz, que emplea el semiconductor de un compuesto de nitruro de galio, y la luz fluorescente emitida por el fósforo, que tiene color corporal amarilla, estén en la relación de colores complementarios, el color blanco puede ser emitido mezclando la luz de LED y la luz fluorescente.
En el primer modo de realización, debido a que el fósforo se usa mezclando con una resina que compone la resina de
45 recubrimiento 101 y el material de recubrimiento 201 (detallados más adelante), el tono del color del diodo emisor de luz puede ser ajustado, incluyendo el blanco y el color de lámpara incandescente, controlando la proporción de mezcla con la resina o la cantidad usada al rellenar la copa 105 o el hueco de la cubierta 204, de acuerdo a la longitud de onda de la luz emitida por el componente emisor de luz de nitruro de galio.
La distribución de la concentración de fósforo tiene influencia también sobre la mezcla de colores y la durabilidad. Es 50 decir, cuando la concentración de fósforo aumenta a partir de la superficie del recubrimiento o moldeado donde está contenido el fósforo, hacia el componente emisor de luz; se torna menos probable que sea afectado por humedad extrínseca, facilitando por ello suprimir el deterioro debido a la humedad. Por otra parte, cuando la concentración de fósforo aumenta desde el componente emisor de luz hacia la superficie del moldeado, se torna más probable que sea afectado por humedad extrínseca, pero menos probable que sea afectado por el calor y la radiación desde el componente
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5 emisor de luz, posibilitando así suprimir el deterioro del fósforo. Tales distribuciones de la concentración de fósforo pueden lograrse seleccionando o controlando el material que contiene el fósforo, conformando la temperatura y la viscosidad, y la configuración y la distribución de partículas del fósforo.
Usando el fósforo en el primer modo de realización, puede hacerse un diodo emisor de luz que tiene excelentes características de emisión, porque el material fluorescente tiene suficiente resistencia a la luz para un funcionamiento de
10 alta eficacia, incluso cuando está dispuesto adyacente a, o en la vecindad de, los componentes emisores de luz 102, 202, con una intensidad de radiación (Ee) dentro de la gama entre 3 Wcm-2 a 10 Wcm-2 .
El fósforo usado en el primer modo de realización, debido a la estructura del granate, es resistente al calor, la luz y la humedad y, por lo tanto, es capaz de absorber luz de excitación que tiene un máximo en una longitud de onda cerca de los 450 nm, según se muestra en la Fig. 3A. También emite luz de un amplio espectro, que tiene un máximo cerca de los 15 580 nm, rebajándose en 700 nm, según se muestra en la Fig. 3B. Además, la eficacia de la emisión de luz excitada en una región de longitudes de onda de 460 nm, y más, puede aumentarse incluyendo Gd en el cristal del fósforo del primer modo de realización. Cuando se aumenta el contenido de Gd, la longitud de onda de máxima emisión se desplaza hacia una longitud de onda más larga y el espectro de emisión entero es desplazado hacia longitudes de onda más largas. Esto significa que, cuando se requiere la emisión de luz más rojiza, puede lograrse aumentando el grado de sustitución por Gd.
20 Cuando se aumenta el contenido de Gd, la luminancia de la luz emitida por fotoluminiscencia bajo luz azul tiende a disminuir.
Especialmente cuando parte del Al es sustituido por Ga entre la composición del material fluorescente YAG que tiene estructura de granate, la longitud de onda de la luz emitida se desplaza hacia una longitud de onda más corta y, cuando parte del Y es sustituido por Gd, la longitud de onda de la luz emitida se desplaza hacia una longitud de onda más larga.
25 La Tabla 1 muestra la composición y las características emisoras de luz del material fluorescente YAG representado por la fórmula general (Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ce.
Tabla 1
N.º
Contenido a de Gd (razón molar) Contenido b de Ga (razón molar) Coordenadas de cromaticidad de CIE Luminancia Y Eficacia
x
y
1
0,0 0,0 0,41 0,56 100 100
2
0,0 0,4 0,32 0,56 61 63
3
0,0 0,5 0,29 0,54 55 67
4
0,2 0,0 0,45 0,53 102 108
5
0,4 0,0 0,47 0,52 102 113
6
0,6 0,0 0,49 0,51 97 113
7
0,8 0,0 0,50 0,50 72 86
Los valores mostrados en la Tabla 1 fueron medidos excitando el material fluorescente con luz azul de 460 nm. La luminancia y la eficacia en la Tabla 1 están dadas en valores relativos a los del material nº 1, que se fijan en 100.
30 Al sustituir Al por Ga, la proporción está, preferentemente, dentro de la gama desde Ga:Al = 1:1 a 4,6, en consideración de la eficacia de emisión y la longitud de onda de la emisión. De manera similar, al sustituir Y por Gd, la proporción está, preferentemente, dentro de la gama desde Y: Gd = 9:1 a 1:9, y, más preferentemente, desde 4:1 a 2:3. Esto es porque un grado de sustitución por Gd por debajo del 20 % da como resultado un color de un mayor componente verde y un menor componente rojo, y un grado de sustitución por Gd por encima del 60 % da como resultado un componente rojo
35 aumentado, pero una rápida disminución en la luminancia. Cuando la razón Y:Gd de Y y Gd en el material fluorescente YAG se fija dentro de la gama entre 4: 1 y 2:3, en particular, puede hacerse un diodo emisor de luz capaz de emitir luz blanca esencialmente a lo largo del emplazamiento de radiación del cuerpo negro, usando una clase de material fluorescente de itrio-aluminio-granate, según la longitud de onda de emisión del componente emisor de luz. Cuando la razón Y:Gd de Y y Gd en el material fluorescente YAG se fija dentro de la gama entre 2:3 y 1:4, puede hacerse un diodo
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emisor de luz capaz de emitir luz de lámpara incandescente, aunque la luminancia es baja. Cuando el contenido (grado de sustitución) de Ce se fija dentro de la gama entre 0,003 a 0,2, puede lograrse una intensidad luminosa relativa del diodo emisor de luz de no menos del 70 %. Cuando el contenido es menos de 0,003, la intensidad luminosa disminuye porque el número de centros de emisión de fotoluminiscencia excitados, debido al Ce, disminuye y, cuando el contenido es mayor que 0,2, ocurre la sofocación de densidad.
Por tanto, la longitud de onda de la luz emitida puede ser desplazada a una longitud de onda más corta, sustituyendo parte del Al de la composición por Ga, y la longitud de onda de la luz emitida puede ser desplazada a una longitud de onda más larga sustituyendo parte del Y de la composición por Gd. De esta manera, el color de la luz de emisión puede cambiarse continuamente cambiando la composición. Además, el material fluorescente es escasamente excitado por líneas de emisión de Hg que tengan longitudes de onda tales como 254 nm y 365 nm, pero es excitado con mayor eficacia por la luz de LED emitida por un componente emisor de luz azul que tenga una longitud de onda de alrededor de 450 nm. Por tanto, el material fluorescente tiene características ideales para convertir la luz azul del componente emisor de luz del semiconductor de nitruro en luz blanca, tales como la capacidad de cambiar continuamente la longitud de onda máxima cambiando la proporción de Gd.
De acuerdo con el primer modo de realización, la eficacia de la emisión de luz del diodo emisor de luz puede ser adicionalmente mejorada combinando el componente emisor de luz que emplea el semiconductor de nitruro de galio y el fósforo hecho añadiendo el elemento de tierra rara samario (Sm) a los materiales fluorescentes itrio-aluminio-granate (YAG) activados con cesio.
El material para hacer tal fósforo se hace usando óxidos de Y, Gd, Ce, Sm, Al y Ga, o compuestos que puedan ser fácilmente convertidos en estos óxidos a alta temperatura, y mezclando suficientemente estos materiales en proporciones estoiquiométricas (de medición de bases). Esta mezcla se mezcla con una cantidad adecuada de un fluoruro tal como el fluoruro de amoniaco, usado como fundente, y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura de entre 1.350 y 1.450º C en el aire durante entre 2 y 5 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bola en agua, lavado, separado, secado y cernido, para obtener por ello el material deseado.
En el proceso de producción descrito anteriormente, el material de mezcla también puede hacerse disolviendo los elementos de tierras raras Y, Gd, Ce y Sm en proporciones estoiquiométricas (de medición de bases) en un ácido, coprecipitando la solución con ácido oxálico y calentando al fuego el co-precipitado para obtener un óxido del co-precipitado, y luego mezclándolo con óxido de aluminio y óxido de galio.
El fósforo representado por la fórmula general (Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O12 puede emitir luz de longitudes de onda de 460 nm, y más largas, con mayor eficacia tras la excitación, porque el Gd está contenido en el cristal. Cuando el contenido de gadolinio aumenta, la longitud de onda máxima de la emisión se desplaza desde 530 nm a una longitud de onda más larga, de hasta 570 nm, mientras que el espectro de emisión entero también se desplaza a longitudes de onda más largas. Cuando se necesita luz de un tono rojo más fuerte, puede lograrse aumentando la cantidad de Gd añadido para la sustitución. Cuando se aumenta el contenido de Gd, disminuye gradualmente la luminancia de fotoluminiscencia con luz azul. Por lo tanto, el valor de p es preferentemente 0,8 o menos o, más preferentemente, 0,7 o menos. Más preferentemente aún, es de 0,6 o menos.
Se puede hacer que el fósforo representado por la fórmula general (Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O12, incluyendo Sm, esté sujeto a menos dependencia de la temperatura, independientemente del contenido aumentado de Gd. Es decir, el fósforo, cuando está contenido el Sm, tiene luminancia de emisión sumamente mejorada a mayores temperaturas. La extensión de la mejora aumenta según se aumenta el contenido de Gd. La característica de la temperatura puede ser sumamente mejorada, en particular, por el agregado de Sm en el caso de material fluorescente de una composición tal como de tono rojo, se refuerza aumentando el contenido de Gd, porque tiene malas características de temperatura. La característica de temperatura mencionada aquí se mide en términos de la razón (%) de luminancia de emisión del material fluorescente a una alta temperatura (200º C) con relación a la luminancia de emisión de la excitación de la luz azul que tiene una longitud de onda de 450 nm a la temperatura normal (25º C).
La proporción de Sm está, preferentemente, dentro de la gama de 0,0003 < r < 0,08, para dar una característica de temperatura del 60 % o más. El valor de r por debajo de esta gama lleva a un menor efecto de mejora de la característica de temperatura. Cuando el valor de r está por encima de esta gama, por el contrario, la característica de temperatura se deteriora. La gama de 0,0007 < r < 0,02, para la proporción de Sm allí donde la característica de temperatura llega a ser del 80 % o más, es más deseable.
La proporción q de Ce está, preferentemente, en una gama de 0,003 < q < 0,2, lo que posibilita una luminancia de emisión relativa del 70 % o más. La luminancia de emisión relativa se refiere a la luminancia de emisión en términos del porcentaje para la luminancia de emisión de un material fluorescente, donde q = 0,03.
Cuando la proporción q de Ce es de 0,003 o menos, la luminancia disminuye porque el número de centros excitados de fotoluminiscencia de emisión, debida al Ce, disminuye y, cuando q es mayor que 0,2, ocurre la sofocación de densidad.
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La sofocación de densidad se refiere a la disminución en la intensidad de emisión que ocurre cuando la concentración de un agente de activación, añadido para aumentar la luminancia del material fluorescente, aumenta más allá de un nivel óptimo.
También puede usarse una mezcla de dos o más clases de fósforos con composiciones de (Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O12 que 5 tengan distintos contenidos de Al, Ga, Y y Gd o Sm. Esto aumenta los componentes RGB y permite la aplicación, por ejemplo, para un dispositivo de visualización de cristal líquido de colorido completo, usando un filtro de color.
(Componentes emisores de luz 102, 202)
El componente emisor de luz está preferentemente incrustado en un material de moldeado según se muestra en la Fig. 1 y la Fig. 2. El componente emisor de luz usado en el diodo emisor de luz de la presente invención es un semiconductor de 10 un compuesto de nitruro de galio, capaz de excitar eficazmente los materiales fluorescentes de granate activados con cerio. Los componentes emisores de luz 102, 202 que emplean el semiconductor de un compuesto de nitruro de galio se hacen formando una capa emisora de luz de un semiconductor de nitruro de galio, tal como InGaN, sobre un sustrato en el proceso MOCVD. La estructura del componente emisor de luz puede ser una homo-estructura, una hetero-estructura o una doble hetero-estructura, que tengan Juntura MIS, Juntura PIN o Juntura PN. Pueden seleccionarse diversas
15 longitudes de onda de emisión, según el material de la capa semiconductora y la cristalinidad del mismo. También puede hacerse en una estructura de pozo cuántico único o una estructura de pozo cuántico múltiple, donde se forma una capa de activación semiconductora tan delgada como el efecto cuántico que pueda ocurrir. De acuerdo con la presente invención, un diodo emisor de luz, capaz de emitir con mayor luminancia sin deterioro del fósforo, puede ser hecho formando la capa de activación del componente emisor de luz en una estructura de pozo cuántico único de InGaN.
20 Cuando se usa un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio, si bien pueden usarse zafiro, spinel, SiC, Si, ZnO o similares como el sustrato semiconductor, el uso del sustrato de zafiro es preferente a fin de formar nitruro de galio de buena cristalinidad. Una capa semiconductora de nitruro de galio se forma sobre el sustrato de zafiro para formar una Juntura PN, mediante una capa amortiguadora de GaN, AiN, etc. El semiconductor de nitruro de galio tiene conductividad de tipo N, a condición de no estar dopado con alguna impureza, aunque, a fin de formar un semiconductor de nitruro de
25 galio de tipo N que tiene las propiedades deseadas (concentración portadora, etc.), tal como una eficacia mejorada de la emisión de luz, es preferente doparlo con un dopante de tipo N, tal como Si, Ge, Se, Te y C. A fin de formar un semiconductor de nitruro de galio de tipo P, por otra parte, es preferente doparlo con una sustancia de tipo P, tal como Zn, Mg, Be, Ca, Sr y Ba. Debido a que es difícil convertir un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio al tipo P, simplemente dopando con un dopante de tipo P, es preferente tratar el semiconductor del compuesto de nitruro de galio,
30 dopado con un dopante de tipo P, en un proceso tal como el calentamiento en un horno, la irradiación con un haz de electrones de baja velocidad y la irradiación de plasma, para convertirlo por ello a un tipo P. Después de exponer las superficies de tipo P y los semiconductores de nitruro de galio de tipo N a grabados o a otros procesos, los electrodos de las formas deseadas se forman sobre las capas semiconductoras por rociado o deposición de vapor.
Luego, la oblea semiconductora que ha sido formada se corta en trozos por medio de una sierra de corte en cubos, o se
35 separa por una fuerza externa después de cortar surcos (semi-cortados) que tengan un ancho mayor que el ancho del borde de la hoja. O bien, de otra manera, la oblea se corta en astillas trazando un patrón de rejilla de líneas extremadamente finas sobre la oblea semiconductora, por medio de un trazador que tenga un estilete de diamante que haga un movimiento recto recíproco. De tal modo, puede hacerse el componente emisor de luz de un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio.
40 A fin de emitir luz blanca con el diodo emisor de luz del primer modo de realización, la longitud de onda emitida por el componente emisor de luz está, preferentemente, entre 420 nm y 490 nm inclusive, en consideración de la relación cromática complementaria con el fósforo y el deterioro de la resina y, más preferentemente, entre 420 nm y 490 nm inclusive. Es aún más preferente que la longitud de onda esté entre 450 nm y 475 nm, a fin de mejorar la eficacia de emisión del componente emisor de luz y del fósforo. El espectro de emisión del diodo emisor de luz blanca del primer
45 modo de realización se muestra en la Fig. 4. El componente emisor de luz mostrado aquí es de un tipo conductor mostrado en la Fig. 1, que emplea el componente emisor de luz y el fósforo del primer modo de realización, a describir más adelante. En la Fig. 4, la emisión que tiene un valor máximo alrededor de 450 nm es la luz emitida por el componente emisor de luz, y la emisión que tiene un valor máximo de alrededor de 570 nm es la emisión de fotoluminiscencia excitada por el componente emisor de luz.
50 La Fig. 16 muestra los colores que pueden ser representados por el diodo emisor de luz blanca, hecho combinando el material fluorescente mostrado en la Tabla 1 y el LED (componente emisor de luz) azul que tiene una máxima longitud de onda de 465 nm. El color de la luz emitida por este diodo emisor de luz blanca corresponde a un punto sobre una línea recta que conecta un punto de cromaticidad generado por el LED azul y un punto de cromaticidad generado por el material fluorescente y, por lo tanto, la amplia región de luz blanca (parte sombreada en la Fig. 16) en la parte central del
55 diagrama de cromaticidad puede ser totalmente cubierta usando los materiales fluorescentes 1 a 7 en la Tabla 1.
La Fig. 17 muestra el cambio del color de emisión cuando cambia el contenido de materiales fluorescentes en el diodo emisor de luz blanca. Los contenidos de materiales fluorescentes se dan en un porcentaje en peso para la resina usada en el material de recubrimiento. Como se verá a partir de la Fig. 17, el color de la luz se aproxima al de los materiales fluorescentes cuando aumenta el contenido del material fluorescente, y se aproxima al del LED azul cuando se reduce el contenido del material fluorescente.
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5 De acuerdo con la presente invención, un componente emisor de luz que no excita el material fluorescente puede ser usado junto con el componente emisor de luz que emite luz que excita el material fluorescente. Específicamente, además del componente emisor de luz, que es un semiconductor de un compuesto de nitruro, capaz de excitar el material fluorescente, se disponen juntos un componente emisor de luz que tenga una capa emisora de luz hecha de fosfato de galio, arseniuro de aluminio y galio, fosfato arsénico y galio o fosfato de aluminio e indio. Con esta configuración, la luz
10 emitida por el componente emisor de luz que no excita el material fluorescente se irradia al exterior sin ser absorbida por el material fluorescente, formando un diodo emisor de luz que puede emitir luz roja / blanca; otros componentes de los diodos emisores de luz de la Fig. 1 y de la Fig. 2 serán descritos más adelante.
(Cables conductores 103, 203)
Los cables conductores 103, 203 deberían tener buena conductividad eléctrica, buena conductividad térmica y buena
15 conexión mecánica con los electrodos de los componentes emisores de luz 102, 202. La conductividad térmica es, preferentemente, de 0,042J (0,01 cal) / (s) (cm2) (ºC / cm) o más y, más preferentemente, de 2,09J (0,5 cal) / (s) (cm2) (ºC / cm) o más. Para mayor operabilidad, el diámetro del cable conductor está, preferentemente, entre 10 m y 45 m inclusive. Incluso cuando se usa el mismo material tanto para el recubrimiento que incluye el material fluorescente como para el moldeado, debido a la diferencia en el coeficiente de expansión térmica, debida al material fluorescente contenido
20 en cualquiera de los dos materiales anteriores, es probable que el cable conductor se rompa en la interfaz. Por este motivo, el diámetro del cable conductor es, preferentemente, de no menos de 25 m y, a causa del área emisora de luz y de la facilidad de manipulación, preferentemente, de alrededor de 35 m. El cable conductor puede ser de un metal tal como oro, cobre, platino y aluminio, o una aleación de los mismos. Cuando se usa un cable conductor de tal material y configuración, puede ser fácilmente conectado a los electrodos de los componentes emisores de luz, al conductor interno
25 y al conductor de montaje, por medio de un dispositivo de ligadura de cables.
(Conductor de montaje 105)
El conductor de montaje 105 comprende una copa 105a y un conductor 105b, y es suficiente que tenga bastante tamaño como para montar el componente emisor de luz 102 con el dispositivo de ligadura de cables en la copa 105a. En el caso en que se instalan una pluralidad de componentes emisores de luz en la copa y el conductor de montaje se usa como 30 electrodo común para el componente emisor de luz, debido a que pueden usarse distintos materiales de electrodo, se requiere una suficiente conductividad eléctrica y una buena conductividad con el cable de ligadura, y otros. Cuando el componente emisor de luz se instala en la copa del conductor de montaje y la copa se llena con el material fluorescente, la luz emitida por el material fluorescente, incluso si es isotrópico, es reflejada por la copa en una dirección deseada y, por lo tanto, puede evitarse la iluminación errónea debida a la luz de otro diodo emisor de luz montado en las cercanías. La
35 iluminación errónea se refiere aquí a un fenómeno tal como otro diodo emisor de luz montado en las cercanías, que parece como que ilumina a pesar de no estar alimentado con energía.
Cuando se usa un componente emisor de luz orientado hacia abajo (un tipo de componente emisor de luz tal que la luz emitida se extrae del lado del sustrato y se configura para montar los electrodos opuestos a la copa 105a), pueden usarse pasta de Ag, pasta de carbón, un saliente metálico o similares para ligar y conectar eléctricamente el componente emisor 40 de luz y el conductor de montaje al mismo tiempo (la presente invención usa un chip de LED orientado hacia abajo). Además, a fin de mejorar la eficacia de la utilización de la luz del diodo emisor de luz, la superficie del conductor de montaje, sobre la que se monta el componente emisor de luz, puede ser pulida como espejo para dar una función de reflejo a la superficie. En este caso, la aspereza de la superficie está, preferentemente, entre 0,1S (unidad japonesa de acuerdo con la norma ISO 468 de 1982) y 0,8S (unidad japonesa de acuerdo con la norma ISO 468 de 1982) inclusive. La 45 resistencia eléctrica del conductor de montaje está, preferentemente, alrededor de 300 -cm y, más preferentemente, alrededor de 3 -cm. Al montar una pluralidad de componentes emisores de luz sobre el conductor de montaje, los componentes emisores de luz generan una cantidad significativa de calor y, por lo tanto, se requiere una alta conductividad térmica. Específicamente, la conductividad térmica es, preferentemente, de 0,042J (0,01 cal) / (s) (cm2) (ºC / cm) o más y, más preferentemente, de 2,09J (0,5 cal) / (s) (cm2) (ºC / cm) o más. Los materiales que satisfacen estos
50 requisitos contienen acero, cobre, acero revestido con cobre, estaño revestido con cobre y cerámicas metalizadas.
(Conductor interno 106)
El conductor interno 106 está conectado a uno de los electrodos del componente emisor de luz 102 montado sobre el conductor de montaje 105 por medio de un cable conductor o similar. En el caso de un diodo emisor de luz allí donde se instalan una pluralidad de los componentes emisores de luz sobre el conductor de montaje, es necesario disponer una 55 pluralidad de conductores internos 106 de forma tal que los cables conductores no se toquen entre sí. Por ejemplo, el
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contacto de los cables conductores entre sí puede ser evitado aumentando el área de la cara extrema donde el conductor interno está ligado por cable, según aumenta la distancia desde el conductor de montaje, de modo que el espacio entre los cables conductores esté asegurado. La aspereza superficial de la cara extrema del conductor interno, que conecta con el cable conductor, está, preferentemente, entre 1,6 S y 10 S (unidad japonesa de acuerdo con la norma ISO 468 de 1982) inclusive, en consideración de un contacto estrecho.
A fin de formar el conductor interno en una forma deseada, puede ser punzado por medio de un troquel. Además, puede hacerse punzando para formar el conductor interno, y luego ejerciendo presión sobre él sobre la cara extrema, para controlar por ello el área y la altura de la cara extrema.
Se requiere que el conductor interno tenga buena conectividad con los cables de ligadura, que son cables conductores y que tienen buena conductividad eléctrica. Específicamente, la resistencia eléctrica está, preferentemente, alrededor de 300 -cm y, más preferentemente, alrededor de 3 -cm. Los materiales que satisfacen estos requisitos contienen hierro, cobre, cobre con contenido de hierro, cobre con contenido de estaño, aluminio, hierro y cobre, chapados con cobre, oro y plata.
(Material de recubrimiento 101)
El material de recubrimiento 101 se proporciona en la copa del conductor de montaje, aparte del material de moldeado 104 y, en el primer modo de realización, contiene el fósforo que convierte la luz emitida por el componente emisor de luz. El material de recubrimiento puede ser un material trasparente que tiene buena adaptabilidad climática, tal como resina epoxi, resina de urea y resina de silicona o vidrio. Puede usarse un dispersante junto con el fósforo. Como dispersante, se usan, preferentemente, titaniato de bario, óxido de titanio, óxido de aluminio, dióxido de silicón y similares. Cuando el material fluorescente se forma por rociado, puede omitirse el material de recubrimiento. En este caso, puede hacerse un diodo emisor de luz, capaz de mezclar colores, controlando el espesor de la película o proporcionando una abertura en la capa de material fluorescente.
(Material de moldeado 104)
El moldeado 104 tiene la función de proteger el componente emisor de luz 102, el cable conductor 103 y el material de recubrimiento 101, que contiene fósforo, de perturbaciones externas. De acuerdo con el primer modo de realización, es preferente que el material de moldeado 104 contenga además un dispersante, que puede desafinar la direccionalidad de la luz procedente del componente emisor de luz 102, dando como resultado un ángulo de visión aumentado. El material de moldeado 104 tiene la función de lente para enfocar o difundir la luz emitida por el componente emisor de luz. Por lo tanto, el material de moldeado 104 puede ser formado en una configuración de lente convexa o lente cóncava, y puede tener una forma elíptica cuando se observa en la dirección del eje óptico, o una combinación de estas. Además, el material de moldeado 104 puede ser formado en una estructura de múltiples capas de distintos materiales laminados. Como material de moldeado 104, se emplean preferentemente materiales que tienen alta adaptación climática, tales como resina epoxi, resina de urea, resina de silicón o vidrio. Como dispersante, pueden usarse el titaniato de bario, el óxido de titanio, el óxido de aluminio, el dióxido de silicón y similares. Además del dispersante, también puede estar contenido el fósforo en el material de moldeado. Esto es, de acuerdo con la presente invención, el fósforo puede estar contenido, ya sea en el material de moldeado o en el material de recubrimiento. Cuando el fósforo está contenido en el material de moldeado, el ángulo de visión puede aumentarse adicionalmente. El fósforo puede también estar contenido tanto en el material de recubrimiento como en el material de moldeado. Además, puede usarse una resina que incluya el fósforo como el material de recubrimiento, usando a la vez el vidrio, distinto al material de recubrimiento, como el material de moldeado. Esto posibilita fabricar un diodo emisor de luz que esté menos sujeto a la influencia de la humedad, con buena productividad. El moldeado y el recubrimiento también pueden hacerse del mismo material, a fin de hacer coincidir el índice de refracción, según la aplicación. De acuerdo con la presente invención, añadir el dispersante y / o un agente de coloración en el material de moldeado tiene los efectos de enmascarar el color del material fluorescente oscurecido y de mejorar el rendimiento de la mezcla de colores. Es decir, el material fluorescente absorbe el componente azul de la luz extrínseca y emite luz, para presentar por ello una apariencia como si estuviera coloreado de amarillo. Sin embargo, el dispersante contenido en el material de moldeado da un color blanco lechoso al material de moldeado y el agente de coloración produce un color deseado. Por tanto, el color del material fluorescente no será reconocido por el observador. En caso de que el componente emisor de luz emita luz que tiene una longitud de onda principal de 430 nm o más, es más preferente que esté contenido un absorbente ultravioleta que sirva como estabilizador de la luz.
Modo de realización diferente
El diodo emisor de luz de otro modo de realización se hace usando un elemento provisto de un semiconductor de un compuesto de nitruro de galio, que tiene una alta brecha de banda de energía en la capa emisora de luz, como el componente emisor de luz, y un material fluorescente que incluye dos o más clases de fósforos de distintas composiciones o, preferentemente, materiales fluorescentes de itrio-aluminio-granate, activados con cerio, como el fósforo. Con esta configuración, puede hacerse un diodo emisor de luz que permite dar un tono de color deseado controlando los contenidos de los dos o más materiales fluorescentes, incluso cuando la longitud de onda de la luz de LED emitida por el componente emisor de luz se desvía del valor deseado debido a variaciones en el proceso de producción. En este caso, el color de emisión del diodo emisor de luz puede formarse constantemente, usando un material fluorescente que tenga una longitud de onda de emisión relativamente corta para un componente emisor de luz de una longitud de onda de emisión relativamente corta, y usando un material fluorescente que tenga una longitud de
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5 onda de emisión relativamente larga para un componente emisor de luz de una longitud de onda de emisión relativamente larga.
En cuanto al material fluorescente, también puede usarse un material fluorescente representado por la fórmula general (Re1-r Smr)3(Al1-Gas)5O12:Ce como el fósforo. Aquí, 0 < r < 1 y 0 < s < 1, y Re es al menos uno seleccionado entre Y, Gd y La. Esta configuración posibilita minimizar la desnaturalización del material fluorescente, incluso cuando el material
10 fluorescente es expuesto a una luz visible de alta intensidad y alta energía, emitida por el componente emisor de luz durante un largo periodo de tiempo, o cuando se usa en diversas condiciones ambientales y, por lo tanto, puede hacerse un diodo emisor de luz que esté sujeto a un desplazamiento cromático y a una disminución de luminancia de emisión extremadamente insignificantes, y que tenga el componente de emisión deseado de alta luminancia.
(Fósforo del modo de realización diferente)
15 Ahora se describirá en detalle a continuación el fósforo usado en el componente emisor de luz del modo de realización anterior. Este modo de realización es similar al primer modo de realización, excepto porque dos o más clases de fósforos de distintas composiciones, activados con cerio, se usan como el fósforo, según lo descrito anteriormente, y el procedimiento de uso del material fluorescente es básicamente el mismo.
De manera similar al caso del primer modo de realización, el diodo emisor de luz puede dotarse de alta adaptabilidad
20 climática controlando la distribución del fósforo (tal como disminuyendo gradualmente la concentración con la distancia desde el componente emisor de luz). Una tal distribución de la concentración de fósforo puede lograrse seleccionando o controlando el material que contiene el fósforo, conformando la temperatura y la viscosidad, y la configuración y distribución de partículas del fósforo.
Por tanto, de acuerdo con este modo de realización, la distribución de la concentración del material fluorescente se
25 determina de acuerdo con las condiciones operativas. También de acuerdo con este modo de realización, la eficacia de la emisión de luz puede aumentarse diseñando la disposición de las dos o más clases de materiales fluorescentes (por ejemplo, disponiendo en el orden de cercanía al componente emisor de luz) de acuerdo con la luz generada por el componente emisor de luz. Con la configuración de este modo de realización, de manera similar al primer modo de realización, el diodo emisor de luz tiene alta eficacia y suficiente resistencia a la luz, incluso cuando se dispone adyacente
30 a, o en la vecindad de, un componente emisor de luz de salida suficientemente alta, con una intensidad de radiación (Ee) dentro de la gama entre 3 Wcm-2 y 10 Wcm-2 .
El material fluorescente de itrio-aluminio-granate, activado con cerio (material fluorescente YAG), usado en este modo de realización, tiene una estructura de granate, de manera similar al caso del primer modo de realización y, por lo tanto, es resistente al calor, la luz y la humedad. La máxima longitud de onda de excitación del material fluorescente de itrio35 aluminio-granate de este modo de realización puede fijarse cerca de los 450 nm, según lo indicado por la línea continua en la Fig. 5A, y la máxima longitud de onda de emisión puede fijarse cerca de los 510 nm, según lo indicado por la línea continua en la Fig. 5B, haciendo a la vez que el espectro de emisión sea tan ancho como para rebajarse hacia los 700 nm. Esto posibilita emitir luz verde. La máxima longitud de onda de excitación de otro material fluorescente de itrio-aluminiogranate, activado con cerio, de este modo de realización puede fijarse cerca de los 450 nm, según lo indicado por la línea
40 discontinua en la FIG. 5A, y la máxima longitud de onda de emisión puede fijarse cerca de los 600 nm, según lo indicado por la línea discontinua en la Fig. 5B, haciendo a la vez que el espectro de emisión sea tan ancho como para rebajarse hacia los 750 nm. Esto posibilita emitir luz roja.
La longitud de onda de la luz emitida se desplaza a una longitud de onda más corta sustituyendo parte del Al, entre los constituyentes del material fluorescente YAG que tienen estructura de granate, por Ga, y la longitud de onda de la luz 45 emitida se desplaza a una longitud de onda más larga sustituyendo parte del Y por Gd y / o La. La proporción de la sustitución del Al por Ga está, preferentemente, entre Ga:Al = 1: 1 y 4:6, en consideración de la eficacia emisora de luz y la longitud de onda de la emisión. De manera similar, la proporción de la sustitución de Y por Gd y / o La está, preferentemente, entre Y:Gd y / o La = 9:1 a 1:9 o, más preferentemente, entre Y:Gd y / o La = 4: 1 y 2:3. La sustitución de menos del 20 % da como resultado un aumento del componente verde y una disminución del componente rojo. La
50 sustitución del 80 %, o una parte mayor, por otra parte, aumenta el componente rojo pero reduce agudamente la luminancia.
El material para hacer un fósforo de ese tipo se forma usando óxidos de Y, Gd, Ce, La, Al, Sm y Ga, o compuestos que puedan ser fácilmente convertidos en estos óxidos a alta temperatura, y mezclando suficientemente estos materiales en proporciones estoiquiométricas (de medición de bases). O bien, el material de mezcla se obtiene disolviendo los 55 elementos de tierras raras Y, Gd, Ce, La y Sm en proporciones estoiquiométricas (de medición de bases) en ácido, coprecipitando la solución con ácido oxálico y calentando al fuego el co-precipitado para obtener un óxido del co-precipitado,
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que se mezcla luego con óxido de aluminio y óxido de galio. Esta mezcla se mezcla con una cantidad apropiada de un fluoruro, tal como el fluoruro de amoniaco, usado como fundente, y se calienta al fuego en un crisol, a una temperatura entre 1.350 y 1.450 ºC en el aire, durante entre 2 y 5 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bola en agua, lavado, separado, secado y cernido, para obtener por ello el material deseado.
En este modo de realización, las dos o más clases de materiales fluorescentes de itrio-aluminio-granate, activados con cerio de distintas composiciones, pueden ser usadas, por mezcla, o dispuestas independientemente (laminadas, por ejemplo). Cuando las dos o más clases de materiales fluorescentes se mezclan, la parte convertidora de colores puede ser formada de manera relativamente fácil, y de una manera adecuada para la producción en masa. Cuando las dos o más clases de materiales fluorescentes se disponen independientemente, el color puede ser ajustado después de formarlo laminando las capas hasta que pueda obtenerse un color deseado. Además, al disponer las dos o más clases de materiales fluorescentes independientemente, es preferente disponer un material fluorescente que absorba la luz del componente emisor de luz de una longitud de onda más corta, cerca del elemento de LED, y un material fluorescente que absorba la luz de una longitud de onda más larga, lejos del elemento de LED. Esta disposición permite la absorción y emisión eficaz de la luz.
El diodo emisor de luz de este modo de realización se hace usando dos o más clases de materiales fluorescentes de itrioaluminio-granate, de distintas composiciones, como los materiales fluorescentes, según se ha descrito anteriormente. Esto posibilita hacer un diodo emisor de luz capaz de emitir luz del color deseado de manera eficaz. Es decir, cuando la longitud de onda de la luz emitida por el componente emisor de luz semiconductor corresponde a un punto sobre la línea recta que conecta el punto A y el punto B en el diagrama de cromaticidad de la Fig. 6, puede emitirse luz de cualquier color en la región sombreada circundada por los puntos A, B, C y D en la Fig. 6, que son los puntos de cromaticidad (puntos C y D) de las dos o más clases de materiales fluorescentes de itrio-aluminio-granate de distintas composiciones. De acuerdo con este modo de realización, el color puede ser controlado cambiando las composiciones o cantidades de los elementos de LED y los materiales fluorescentes. En particular, un diodo emisor de luz de menor variación en la longitud de onda de emisión puede ser hecho seleccionando los materiales fluorescentes de acuerdo con la longitud de onda de emisión del elemento de LED, compensando por ello la variación de la longitud de onda de emisión del elemento de LED. Además, un diodo emisor de luz que incluye componentes RGB con alta luminancia puede ser hecho seleccionando la longitud de onda de emisión de los materiales fluorescentes.
Además, debido a que el material fluorescente de itrio-aluminio-granate (YAG) usado en este modo de realización tiene una estructura de granate, el diodo emisor de luz de este modo de realización puede emitir luz de alta luminancia durante un largo periodo de tiempo. Además, los diodos emisores de luz del primer modo de realización y de este modo de realización están dotados de un componente emisor de luz instalado mediante material fluorescente. Además, debido a que la luz convertida tiene una longitud de onda más larga que la de la luz emitida por el componente emisor de luz, la energía de la luz convertida es menor que la brecha de banda del semiconductor de nitruro, y es menos probable que sea absorbida por la capa semiconductora de nitruro. Por tanto, aunque la luz emitida por el material fluorescente está dirigida también al elemento de LED debido a la isotropía de la emisión, la luz emitida por el material fluorescente nunca es absorbida por el elemento de LED y, por lo tanto, la eficacia de emisión del diodo emisor de luz no será reducida.
(Fuente de luz plana)
Una fuente de luz plana se muestra en la Fig. 7.
En la fuente de luz plana mostrada en la Fig. 7, el fósforo usado en el primer modo de realización está contenido en un material de recubrimiento 701. Con esta configuración, la luz azul emitida por el semiconductor de nitruro de galio es convertida cromáticamente y es emitida en estado plano mediante una placa de guía óptica 704 y una hoja dispersante
706.
Específicamente, un componente emisor de luz 702 de la fuente de luz plana de la Fig. 7 está asegurado en un sustrato de metal 703 en forma de C invertida, sobre el cual están formados una capa de aislación y un patrón conductivo (no mostrado). Después de conectar eléctricamente el electrodo del componente emisor de luz y el patrón conductivo, el fósforo se mezcla con resina epoxi y se aplica al sustrato de metal en forma de C invertida 703, sobre el cual se monta el componente emisor de luz 702. El componente emisor de luz así asegurado se fija sobre una cara extrema de una placa de guía óptica acrílica 704, por medio de una resina epoxi. Una película reflectante 707, que contiene un agente de difusión blanco, está dispuesta sobre uno de los planos principales de la placa de guía óptica 704 donde no está formada la hoja dispersante 706, con el fin de impedir la fluorescencia. De manera similar, se proporciona un reflector 705 sobre la superficie entera, sobre el reverso de la placa de guía óptica 704 y sobre una cara extrema donde no se proporciona el componente emisor de luz, a fin de mejorar la eficacia de la emisión de luz. Con esta configuración, pueden hacerse diodos emisores de luz para la emisión de luz plana, que genera suficiente luminancia para la retro-iluminación de un LCD.
La aplicación del diodo emisor de luz para la emisión de luz plana a un dispositivo de visualización de cristal líquido puede lograrse disponiendo una placa polarizadora sobre un plano principal de la placa de guía óptica 704, mediante cristal
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líquido inyectado entre sustratos de vidrio (no mostrados), sobre los cuales se forma un patrón conductivo traslúcido.
Con referencia ahora a la Fig. 8 y a la Fig. 9, se describirá a continuación otra fuente de luz plana. El dispositivo emisor de luz mostrado en la Fig. 8 está formado en una configuración tal que la luz azul emitida por el diodo emisor de luz 702 es convertida en luz blanca por un convertidor cromático 701 que contiene fósforo, y es emitida en estado plano mediante una placa de guía óptica 704.
El dispositivo emisor de luz mostrado en la Fig. 9 está formado en una configuración tal que la luz azul emitida por el componente emisor de luz 702 es convertida al estado plano por la placa de guía óptica 704, luego es convertida en luz blanca por una hoja dispersante 706 que contiene fósforo, formada sobre uno de los planos principales de la placa de guía óptica 704, para emitir por ello luz blanca en estado plano. El fósforo puede estar contenido en la hoja dispersante 706, o bien formada en una hoja, esparciéndolo junto con una resina adhesiva sobre la hoja dispersante 706. Además, el adhesivo, incluyendo el fósforo, puede estar formado por puntos, no una hoja, directamente sobre la placa de guía óptica
704.
<Aplicación>
(Dispositivo de visualización)
Ahora se describirá a continuación un dispositivo de visualización. La Fig. 10 es un diagrama de bloques que muestra la configuración del dispositivo de visualización. Como se muestra en la Fig. 10, el dispositivo de visualización comprende un dispositivo de visualización de LED 601 y un circuito impulsor 610 con un controlador 602, medios de almacenamiento de datos de vídeo 603 y medios de control de tono 604. El dispositivo de visualización de LED 601, con diodos emisores de luz blanca 501 mostrados en la Fig. 1 o la Fig. 2, dispuestos en configuración matricial en una cubierta 504, según se muestra en la Fig. 11, se usa como dispositivo de visualización de LED monocromático. La cubierta 504 está dotada de un material de bloqueo ligero 505, formado integralmente con la misma.
El circuito impulsor 610 tiene el medio de almacenamiento de datos de vídeo (RAM) 603 para almacenar temporalmente los datos de visualización que son ingresados, el medio de control de tono 604 que calcula y emite señales de tono para controlar los diodos emisores de luz individuales del dispositivo de visualización de LED 601, para iluminar con el brillo especificado, de acuerdo con los datos leídos desde la RAM 603, y el controlador 602, que está conmutado por señales suministradas desde el medio de control de tono 604 para llevar el diodo emisor de luz a iluminar. El circuito de control de tono 604 extrae datos desde la RAM 603 y calcula la duración de la iluminación de los diodos emisores de luz del dispositivo de visualización de LED 601, y luego emite señales de pulso para encender y apagar los diodos emisores de luz para el dispositivo de visualización de LED 601. En el dispositivo de visualización constituido según lo descrito anteriormente, el dispositivo de visualización de LED es capaz de exhibir imágenes de acuerdo con las señales de pulso que son ingresadas desde el circuito controlador, y tiene las siguientes ventajas.
Se requiere que el dispositivo de visualización de LED, que exhibe con luz blanca usando diodos emisores de luz de tres colores, RGB, exhiba, controlando a la vez la salida de emisión lumínica de los diodos emisores de luz R, G y B y, en consecuencia, debe controlar los diodos emisores de luz teniendo en cuenta la intensidad de emisión, las características de temperatura y otros factores de los diodos emisores de luz, dando como resultado una complicada configuración del circuito impulsor que controla el dispositivo de visualización de LED. En el dispositivo de visualización, construido como se explica anteriormente, sin embargo, debido a que el dispositivo de visualización de LED 601 está constituido usando diodos emisores de luz 501 de la presente invención, que pueden emitir luz blanca sin usar diodos emisores de luz de tres clases, RGB, no es necesario que el circuito impulsor controle individualmente los diodos emisores de luz R, G y B, posibilitando simplificar la configuración del circuito impulsor y hacer el dispositivo de visualización a un bajo coste.
Con un dispositivo de visualización de LED que exhibe en luz blanca, usando diodos emisores de luz de tres clases, RGB, los tres diodos emisores de luz deben estar iluminados al mismo tiempo y la luz de los diodos emisores de luz debe estar mezclada a fin de exhibir luz blanca, combinando los tres diodos emisores de luz RGB para cada píxel, dando como resultado una gran área de visualización para cada píxel e imposibilitando exhibir con alta definición. El dispositivo de visualización de LED que usa el diodo emisor de luz de la presente invención, por el contrario, puede exhibir con luz blanca y puede hacerse con un único diodo emisor de luz y, por lo tanto, es capaz de exhibir con luz blanca de mayor definición. Además, con el dispositivo de visualización de LED que exhibe mezclando los colores de tres diodos emisores de luz, hay un caso en que el color de exhibición cambia debido al bloqueo de alguno de los diodos emisores de luz RGB, según el ángulo de visión; el dispositivo de visualización de LED, explicado anteriormente, no tiene tal problema.
Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo de visualización, proporcionado con el dispositivo de visualización de LED que emplea el diodo emisor de luz de la presente invención, que es capaz de emitir luz blanca, es capaz de exhibir luz blanca estable con mayor definición y tiene la ventaja de menos disparidad de colores. El dispositivo de visualización de LED explicado anteriormente, que es capaz de exhibir con luz blanca, también impone menos estimulación al ojo, en comparación con el dispositivo de visualización convencional de LED que emplea solamente colores rojo y verde y, por lo tanto, es adecuado para su uso durante un largo periodo de tiempo.
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(Modo de realización de otro dispositivo de visualización empleando el diodo emisor de luz de la presente invención)
El diodo emisor de luz de la presente invención puede usarse para constituir un dispositivo de visualización de LED, en el que un píxel está constituido por tres diodos emisores de luz RGB y un diodo emisor de luz de la presente invención, 5 según se muestra en la Fig. 12. Conectando el dispositivo de visualización de LED y un circuito impulsor especificado, puede constituirse un dispositivo de visualización capaz de exhibir diversas imágenes. El circuito impulsor de este dispositivo de visualización tiene, de manera similar a un caso de dispositivo de visualización monocromático, medios de almacenamiento de datos de vídeo (RAM) para almacenar temporalmente los datos de visualización de entrada, un circuito de control de tono que procesa los datos almacenados en la RAM para calcular señales de tono para iluminar los 10 diodos emisores de luz con un brillo especificado y un controlador que es conmutado por la señal de salida del circuito de control de tono, para hacer que los diodos emisores de luz iluminen. El circuito impulsor se requiere exclusivamente para cada uno de los diodos emisores de luz RGB y el diodo emisor de luz blanca. El circuito de control de tono calcula la duración de la iluminación de los diodos emisores de luz a partir de los datos almacenados en la RAM, y emite señales de pulso para encender y apagar los diodos emisores de luz. Al exhibir con luz blanca, el ancho de las señales de pulso para
15 iluminar los diodos emisores de luz RGB se acorta, o bien el valor máximo de la señal de pulso se reduce o no se emite ninguna señal de pulso en absoluto. Por otra parte, una señal de pulso se da al diodo emisor de luz blanca en compensación por ello. Esto hace que el dispositivo de visualización de LED exhiba con luz blanca.
Como se ha descrito anteriormente, el brillo del dispositivo de visualización puede ser mejorado añadiendo el diodo emisor de luz blanca a los diodos emisores de luz RGB. Cuando los diodos emisores de luz RGB son combinados para
20 exhibir luz blanca, uno o dos de los colores RGB pueden ser mejorados, dando como resultado no lograr exhibir luz blanca pura, según el ángulo de visión; tal problema se resuelve añadiendo el diodo emisor de luz blanca, como en este dispositivo de visualización.
Para el circuito impulsor de un tal dispositivo de visualización, según lo descrito anteriormente, es preferente que se provea una CPU por separado, como un circuito de control de tono que calcula la señal de pulso para iluminar el diodo
25 emisor de luz blanca con un brillo especificado. La señal de pulso que se emite desde el circuito de control de tono se entrega al controlador del diodo emisor de luz blanca, para conmutar por ello el controlador. El diodo emisor de luz blanca ilumina cuando el controlador se enciende y se extingue cuando el controlador se apaga.
(Señal de tráfico)
Cuando el diodo emisor de luz de la presente invención se usa como una señal de tráfico, que es una clase de dispositivo
30 de visualización, pueden obtenerse ventajas tales como una iluminación estable durante un largo periodo de tiempo, y ninguna disparidad de color, incluso cuando parte de los diodos emisores de luz se extinguen. La señal de tráfico que emplea el diodo emisor de luz de la presente invención tiene una configuración tal como que los diodos emisores de luz blanca están dispuestos sobre un sustrato sobre el cual se forma un patrón conductivo. Un circuito de diodos emisores de luz, en el que tales diodos emisores de luz están conectados en serie o en paralelo, es manipulado como un conjunto de
35 diodos emisores de luz. Se usan dos o más conjuntos de los diodos emisores de luz, teniendo cada uno los diodos emisores de luz dispuestos en configuración en espiral. Cuando todos los diodos emisores de luz están dispuestos, se disponen sobre el área entera, en configuración circular. Después de conectar las líneas de energía, soldando la conexión de los diodos emisores de luz y el sustrato con fuente de alimentación externa, se asegura en un chasís de señal ferroviaria. El dispositivo de visualización de LED se coloca en un chasís de molde fundido de aluminio, equipado con un
40 miembro bloqueador de luz, y se sella sobre la superficie con un relleno de goma de silicón. El chasís está dotado de una lente de color blanco sobre el plano de visualización del mismo. El cableado eléctrico del dispositivo de visualización de LED se pasa a través de un embalaje de goma sobre el reverso del chasís, para aislar por sellado el interior del chasís del exterior, con el interior del chasís cerrado. De tal modo se forma una señal de luz blanca. Una señal de mayor fiabilidad puede formarse dividiendo los diodos emisores de luz de la presente invención en una pluralidad de grupos y
45 disponiéndolos en una configuración de espiral arremolinada desde un centro hacia el exterior, conectándolos a la vez en paralelo. La configuración de arremolinamiento desde el centro hacia el exterior puede ser continua o intermitente. Por lo tanto, el número deseado de los diodos emisores de luz y el número deseado de los conjuntos de diodos emisores de luz pueden ser seleccionados según el área de visualización del dispositivo de visualización de LED. Esta señal es capaz, incluso cuando uno de los conjuntos de diodos emisores de luz, o parte de los diodos emisores de luz, no logra iluminar
50 debido a algún problema, de iluminar uniformemente en una configuración circular sin desplazamiento cromático, por medio del conjunto restante de diodos emisores de luz o los restantes diodos emisores de luz. Debido a que los diodos emisores de luz están dispuestos en una configuración de espiral, pueden ser dispuestos más densamente cerca del centro, y controlados sin ninguna impresión distinta a la de las señales que emplean lámparas incandescentes.
55 <Ejemplos> Los siguientes Ejemplos ilustran adicionalmente el componente emisor de luz usado en la presente invención en detalle,
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pero no han de ser interpretados para limitar el ámbito de la misma.
(Ejemplo 1)
El Ejemplo 1 proporciona un componente emisor de luz que tiene un valor máximo de emisión a 450 nm y un medio ancho de 30 nm, empleando un semiconductor de GaInN. El componente emisor de luz usado en la presente invención se forma haciendo fluir gas TMG (trimetil galio), gas TMI (trimetil indio), gas nitrógeno y gas dopante, junto con un gas portador, sobre un sustrato de zafiro depurado, y formando una capa semiconductora de un compuesto de nitruro de galio en un proceso MOCVD. Un semiconductor de nitruro de galio con conductividad de tipo N, y un semiconductor de nitruro de galio con conductividad de tipo P, se forman conmutando SiH4 y Cp2Mg (bis(ciclopentadienil)magnesio) como gas dopante. El elemento de LED del Ejemplo 1 tiene una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de aluminio y nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P y una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P y, formada entre la capa de contacto que tiene conductividad de tipo N y la capa revestida que tiene conductividad de tipo P, hay una capa de activación de InGaN no dopada, de un espesor de alrededor de 3 nm, para hacer una estructura de pozo cuántico único. El sustrato de zafiro tiene un semiconductor de nitruro de galio, formado sobre el mismo a baja temperatura, para hacer una capa amortiguadora. El semiconductor de tipo P es templado a una temperatura de 400º C o más, después de formar la película.
Después de exponer las superficies de tipo P y las capas semiconductoras de tipo N mediante el grabado, se forman los electrodos n y p por rociado. Después de trazar la oblea semiconductora que ha sido hecha según lo descrito anteriormente, los componentes emisores de luz se forman dividiendo la oblea con fuerza externa.
El componente emisor de luz en el anterior proceso se monta en una copa de un conductor de montaje que está hecho de acero revestido en plata, por ligadura de troquel con resina epoxi. Luego, los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interno son conectados eléctricamente por ligadura de cables, con cables de oro de 30 m de diámetro, para formar un diodo emisor de luz de tipo conductor.
Se hace un fósforo disolviendo elementos de tierras raras, de Y, Gd y Ce, en un ácido en proporciones estoiquiométricas (de medición de bases), y co-precipitando la solución con ácido oxálico. El óxido del co-precipitado, obtenido calentando al fuego este material, se mezcla con óxido de aluminio, para obtener por ello el material de mezcla. La mezcla se mezcló luego con fluoruro de amoniaco, usado como fundente, y se calentó al fuego en un crisol a una temperatura de 1.400 ºC en el aire durante 3 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bola en agua, lavado, separado, secado y cernido, para obtener por ello el material deseado. El fósforo hecho según lo descrito anteriormente es material fluorescente de itrio-aluminio-granate, representado por la fórmula general (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce, donde alrededor del 20 % del Y es sustituido por Gd y la razón de sustitución del Ce es de 0,03.
80 partes en peso del material fluorescente que tiene una composición de (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce, que ha sido formado en el proceso anterior, y 100 partes en peso de resina epoxi, se mezclan lo suficiente para convertirlas en un compuesto acuoso. El compuesto acuoso se vierte en la copa proporcionada sobre el conductor de montaje, sobre el cual se monta el componente emisor de luz. Después de verter, el compuesto acuoso se cura a 130º C durante una hora. De tal modo, se forma un recubrimiento que tiene un espesor de 120 m, que contiene el fósforo, sobre el componente emisor de luz. En el Ejemplo 1, el recubrimiento se forma para contener el fósforo en una concentración gradualmente creciente, hacia el componente emisor de luz. La intensidad de irradiación es de alrededor de 3,5 W / cm2. El componente emisor de luz y el fósforo son moldeados con resina epoxi traslúcida, con el fin de protección ante la tensión extrínseca, la humedad y el polvo. Un marco conductor, con la capa de recubrimiento de fósforo formada sobre el mismo, se coloca en un molde en forma de bala y se mezcla con resina epoxi traslúcida, y luego se cura a 150º C durante 5 horas.
Según observación visual del diodo emisor de luz, formado según lo descrito anteriormente, en la dirección normal al plano emisor de luz, se halló que la parte central quedaba de color amarillento, debido al color corporal del fósforo. Las mediciones del punto de cromaticidad, la temperatura del color y el índice de representación del color del diodo emisor de luz, hecho según lo descrito anteriormente y capaz de emitir luz blanca, dieron valores de (0,302 0,280) para el punto de cromaticidad (x, y), una temperatura de color de 8.080 K y 87,5 para el índice de representación de color (Ra), que son aproximadas a las características de una lámpara fluorescente de 3 ondas. La eficacia de emisión de luz fue de 9,5 lm/W, comparable a la de una lámpara incandescente. Además, en pruebas de vida, bajo condiciones de energización con una corriente de 60 mA a 25º C, de 20 mA a 25 ºC y de 20 mA a 60º C, con un 90 % de humedad relativa, no se observó ningún cambio debido al material fluorescente, lo que demuestra que el diodo emisor de luz no tuvo ninguna diferencia en su vida de servicio con respecto al diodo emisor de luz azul convencional.
(Ejemplo Comparativo 1)
La formación de un diodo emisor de luz, y las pruebas de vida del mismo, fueron realizadas de la misma manera que en
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el Ejemplo 1, excepto por el cambio del fósforo, de (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce a (ZnCd)S:Cu, Al. El diodo emisor de luz que había sido formado mostró, inmediatamente después de la energización, emisión de luz blanca, pero con baja luminancia. En una prueba de vida, la salida disminuyó a cero en alrededor de 100 horas. El análisis de la causa del deterioro mostró que el material fluorescente estaba ennegrecido.
Se supone que este problema ha sido provocado cuando la luz emitida por el componente emisor de luz y la humedad que se había extendido sobre el material fluorescente, o que había entrado desde el exterior, causó fotólisis, para hacer que el zinc coloidal precipitara sobre la superficie del material fluorescente, dando por resultado una superficie ennegrecida. Los resultados de las pruebas de vida bajo condiciones de energización con una corriente de 20 mA a 25º C y de 20 mA a 60º C con un 90º de humedad relativa se muestran en la Fig. 13, junto con los resultados del Ejemplo 1. La luminancia se da en términos de valor relativo con respecto al valor inicial como referencia. Una línea continua indica el Ejemplo 1 y una línea ondulada indica el Ejemplo Comparativo 1 en la Fig. 13.
(Ejemplo 2)
En el Ejemplo 2, un componente emisor de luz fue formado de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto por el aumento del contenido de In en el semiconductor de un compuesto de nitruro del componente emisor de luz, para hacer que la emisión alcance un valor máximo en 460 nm, y el aumento del contenido de Gd en el fósforo sobre el del Ejemplo 1, para tener una composición de (Y0,6Gd0,4)3Al5O12:Ce. Las mediciones del punto de cromaticidad, la temperatura del color y el índice de representación de color del diodo emisor de luz, que fue hecho según lo descrito anteriormente, y capaz de emitir luz blanca, dieron valores de (0,375, 0,370) para el punto de cromaticidad (x, y), una temperatura de color de 4.400 K y 86,0 para el índice de representación del color (Ra). La Fig. 18A, la Fig. 18B y la Fig. 18C muestran, respectivamente, los espectros de emisión del fósforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz del Ejemplo
2.
Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 2 y las intensidades luminosas medias de los mismos fueron tomadas después de iluminar durante 1.000 horas. En términos del porcentaje del valor de intensidad luminosa antes de la prueba de vida, la intensidad luminosa media después de la prueba de vida fue del 98,8 %, sin demostrar ninguna diferencia en la característica.
(Ejemplo 3)
Se formaron 100 diodos emisores de luz, de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto por el agregado de Sm además de los elementos de tierras raras Y, Gd y Ce en el fósforo, para hacer un material fluorescente con composición de (Y0,39Gd0,57Ce0,03Sm0,01)3Al5O12. Cuando se hizo que los diodos emisores de luz iluminaran a una alta temperatura de 130 ºC, se obtuvo una característica de temperatura media de alrededor del 8 % mejor que la del Ejemplo 1.
(Ejemplo 4)
El dispositivo de visualización de LED del Ejemplo 4 está hecho de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1, dispuestos en una matriz de dimensiones 16 x 16 sobre un sustrato de cerámica, sobre el cual está formado un patrón de cobre según se muestra en la Fig. 11. En el dispositivo de visualización de LED del Ejemplo 4, el sustrato sobre el que están dispuestos los diodos emisores de luz está colocado en un chasís 504 que está hecho de resina de fenol y que está dotado de un miembro bloqueador de luz 505, formado integralmente con el mismo. El chasís, los diodos emisores de luz, el sustrato y parte del miembro bloqueador de luz, excepto las puntas de los diodos emisores de luz, están cubiertos con goma de silicón 506 coloreada de negro con un pigmento. El sustrato y los diodos emisores de luz están soldados por medio de una máquina de soldadura automática.
El dispositivo de visualización de LED hecho en la configuración descrita anteriormente, una RAM que almacena temporalmente los datos de visualización ingresados, un circuito de control de tono que procesa los datos almacenados en la RAM para calcular señales de tono para iluminar los diodos emisores de luz con un brillo especificado, y un medio de accionamiento que es conmutado por la señal de salida del circuito de control de tono, para hacer que los diodos emisores de luz iluminen, están eléctricamente conectados para formar un dispositivo de visualización de LED. Controlando los dispositivos de visualización de LED, se verificó que el aparato puede ser usado como un dispositivo de visualización de LED en blanco y negro.
(Ejemplo 5)
El diodo emisor de luz del Ejemplo 5 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en el uso de fósforo, representado por la fórmula general (Y0,2Gd0,8)3Al5O12:Ce. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 5, y se midieron para diversas características. La medición del punto de cromaticidad dio valores de (0,450, 0,420) en promedio para el punto de cromaticidad (x, y), y se emitió luz de color de lámpara incandescente. La Fig. 19A, la Fig. 19B y la Fig. 19C muestran, respectivamente, los espectros de emisión del fósforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz del Ejemplo 5. Aunque los diodos emisores de luz del Ejemplo 5 mostraron luminancia de alrededor
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(Ejemplo 6)
El diodo emisor de luz del Ejemplo 6 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en el uso de fósforo,
5 representado por la fórmula general Y3Al5O12:Ge. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 6, y se midieron para diversas características. Medición del punto de cromaticidad: se emitió luz blanca verdosa levemente amarilla, en comparación con el Ejemplo 1. El diodo emisor de luz del Ejemplo 6 mostró buena adaptabilidad climática, similar a la del Ejemplo 1 en la prueba de vida. La Fig. 20A, la Fig. 20B y la Fig. 20C muestran, respectivamente, los espectros de emisión del fósforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz.
10 (Ejemplo 7)
El diodo emisor de luz del Ejemplo 7 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto en el uso de fósforo representado por la fórmula general (Y3(Al0,5Ga0,5)5O12:Ce. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 7, y se midieron para diversas características.
Aunque los diodos emisores de luz del Ejemplo 7 mostraron una baja luminancia, emitieron luz blanca verdosa y
15 mostraron buena adaptabilidad climática, similar a la del Ejemplo 1 en la prueba de vida. La Fig. 21A, la Fig. 21B y la Fig. 21C muestran, respectivamente, los espectros de emisión del fósforo, el componente emisor de luz y el diodo emisor de luz del Ejemplo 7.
(Ejemplo 8)
El diodo emisor de luz del Ejemplo 8 fue hecho de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto por el uso del fósforo,
20 representado por la fórmula general Gd3(Al0,5Ga0,5)5O12:Ce, que no contiene Y. Se hicieron 100 piezas de los diodos emisores de luz del Ejemplo 8 y se midieron para diversas características.
Aunque los diodos emisores de luz del Ejemplo 8 mostraron una baja luminancia, mostraron buena adaptabilidad climática, similar a la del Ejemplo 1 en la prueba de vida.
(Ejemplo 9)
25 El diodo emisor de luz del Ejemplo 9 es un dispositivo emisor de luz plana que tiene la configuración mostrada en la Fig.
7.
Se usa un semiconductor de In0,05Ga0,95N, que tiene un valor máximo de emisión a 450 nm, como un componente emisor de luz. Los componentes emisores de luz se forman haciendo fluir gas TMG (trimetil galio), gas TMI (trimetil indio), gas nitrógeno y gas dopante, junto con un gas portador, sobre un sustrato de zafiro depurado, y formando una capa 30 semiconductora de un compuesto de nitruro de galio en proceso MOCVD. Una capa semiconductora de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, y una capa semiconductora de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P, se forman conmutando SiH4 y CP2Mg (bis(ciclopentadienil)magnesio) como gas dopante, formando por ello un juntura PN. Para el componente emisor de luz semiconductor, se forman una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de aluminio y nitruro de galio que 35 tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de aluminio y nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P, y una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P. Una capa de activación de InGaN dopado con Zn, que compone una juntura doble-hetero, se forma entre la capa revestida que tiene conductividad de tipo N y la capa revestida que tiene conductividad de tipo P. Se proporciona una capa amortiguadora sobre el sustrato de zafiro, formando una capa semiconductora de nitruro de galio a baja temperatura. La
40 capa semiconductora de nitruro de tipo P se templa a una temperatura de 400º C o más, después de formar la película.
Después de formar las capas semiconductoras y de exponer las superficies de tipo P y las capas semiconductoras de tipo N por grabación, los electrodos se forman por rociado. Después de trazar la oblea semiconductora que ha sido hecha según lo descrito anteriormente, los componentes emisores de luz se forman como componentes emisores de luz dividiendo la oblea con fuerza externa. El componente emisor de luz se monta sobre un conductor de montaje que tiene
45 una copa en la punta de un marco conductor de cobre revestido en plata, por ligadura de troquel con resina epoxi. Los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interior están eléctricamente conectados por ligadura de cables, con cables de oro que tienen un diámetro de 30 m.
El marco conductor, con el componente emisor de luz adosado sobre el mismo, se coloca en un molde en forma de bala y se sella con resina epoxi traslúcida para el moldeado, que se cura luego a 150º C durante 5 horas, para formar por ello un
50 diodo emisor de luz azul. El diodo emisor de luz azul está conectado a una cara extrema de una placa de guía óptica acrílica que está pulida en todas las caras extremas. Sobre una superficie y cara lateral de la placa acrílica, se aplica el estampado usando titaniato de bario disperso en un adhesivo acrílico como reflector del color blanco, que se cura luego.
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El fósforo de colores verde y rojo se hace disolviendo elementos de tierras raras de Y, Gd, Ce y La en ácido, en proporciones estoiquiométricas, y co-precipitando la solución con ácido oxálico. El óxido del co-precipitado obtenido calentando al fuego este material se mezcla con óxido de aluminio y óxido de galio, para obtener por ello los respectivos materiales de mezcla. La mezcla se mezcla luego con fluoruro de amoniaco usado como fundente, y se calienta al fuego
5 en un crisol a una temperatura de 1.400 ºC en el aire durante 3 horas. Luego el material calentado al fuego es molido por un molino de bola en agua, lavado, separado, secado y cernido, para obtener por ello el material deseado.
120 partes en peso del primer material fluorescente, que tiene una composición de Y3(Al0,6Ga0,4)5O12:Ce y capaz de emitir luz verde, preparado según lo descrito anteriormente, y 100 partes en peso del segundo material fluorescente, que tiene una composición de (Y0,4Gd0,6)3Al5O12:Ce, y capaz de emitir luz roja, preparado en un proceso similar al del primer 10 material fluorescente, son mezcladas suficientemente con 100 partes en peso de resina epoxi, para formar un compuesto acuoso. El compuesto acuoso es aplicado uniformemente sobre una capa acrílica que tiene un espesor de 0,5 mm, por medio de un multi-revestidor, y secado para formar una capa de material fluorescente, a usar como un material convertidor de color, que tiene un espesor de alrededor de 30 m. La capa de material fluorescente se corta del mismo tamaño que el del principal plano emisor de luz de la placa de guía óptica, y se dispone sobre la placa de guía óptica, para 15 formar por ello el dispositivo emisor de luz plana. Las mediciones del punto de cromaticidad y el índice de representación cromática del dispositivo emisor de luz dieron valores de (0,29, 0,34) para el punto de cromaticidad (x, y), y 92,0 para el índice de representación cromática (Ra), que son aproximados a las propiedades de una lámpara fluorescente de 3 ondas. Se obtuvo una eficacia emisora de luz de 12 ℓm/W, comparable a la de una lámpara incandescente. Además, en pruebas de adaptabilidad climática, bajo condiciones de energización con una corriente de 60 mA a temperatura
20 ambiente, de 20 mA a temperatura ambiente y de 20 mA a 60º C con un 90 % de humedad relativa, no se observó ningún cambio debido al material fluorescente.
(Ejemplo Comparativo 2)
La formación del diodo emisor de luz y las pruebas de adaptabilidad climática del mismo fueron realizadas de la misma manera que en el Ejemplo 9, excepto por la mezcla de las mismas cantidades de un pigmento fluorescente orgánico verde 25 (FA-001 de Synleuch Chemisch) y un pigmento fluorescente orgánico rojo (FA-005 de Synleuch Chemisch), que son derivados del perileno, en lugar del primer material fluorescente representado por la fórmula general Y3(Al0,6Ga0,4)5O12:Ce, capaz de emitir luz verde, y del segundo material fluorescente representado por la fórmula general (Y0,4Gd0,6)Al5O12:Ce, capaz de emitir luz roja, del Ejemplo 9. Las coordenadas de cromaticidad del diodo emisor de luz del Ejemplo Comparativo 1 así formado fueron (x, y) = (0,34, 0,35). La prueba de adaptabilidad climática fue realizada irradiando con 30 luz ultravioleta, generada por arco de carbón, durante 200 horas, que representa la irradiación equivalente de luz solar durante un periodo de un año, midiendo a la vez la razón de retención de luminancia y el tono de color en diversos momentos durante el periodo de prueba. En una prueba de fiabilidad, el componente emisor de luz fue energizado para emitir luz a una temperatura constante de 70º C, midiendo a la vez la luminancia y el tono de color en distintos momentos. Los resultados se muestran en la Fig. 14 y la Fig. 15, junto con el Ejemplo 9. Como quedará claro a partir de la Fig. 14 y
35 la Fig. 15, el componente emisor de luz del Ejemplo 9 experimenta menos deterioro que el Ejemplo Comparativo 2.
(Ejemplo 10)
El diodo emisor de luz del Ejemplo 10 es un diodo emisor de luz de tipo conductor.
En el diodo emisor de luz del Ejemplo 10, se usa el componente emisor de luz que tiene una capa emisora de luz de In0,05Ga0,95N, con un valor máximo de emisión a 450 nm, que se hace de la misma manera que se usa en el Ejemplo 9. El
40 componente emisor de luz se monta en la copa proporcionada en la punta de un conductor de montaje de cobre revestido de plata, por ligadura de troquel con resina epoxi. Los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interno fueron conectados eléctricamente por ligadura de cables, con cables de oro.
El fósforo se forma mezclando un primer material fluorescente representado por la fórmula general Y3(Al0,5Ga0,5)5O12:Ce, capaz de emitir luz verde, y un segundo material fluorescente representado por la fórmula general (Y0,2Gd0,8)3Al5O12:Ce, 45 capaz de emitir luz roja, preparado de la siguiente manera. A saber, los elementos de tierra rara de Y, Gd y Ce son disueltos en ácido en proporciones estoiquiométricas, y se co-precipita la solución con ácido oxálico. El óxido de la coprecipitación obtenida por calentamiento al fuego se mezcla con óxido de aluminio y óxido de galio, para obtener por ello los respectivos materiales de mezcla. La mezcla se mezcla con fluoruro de amoniaco, usado como fundente, y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura de 1.400º C en el aire durante 3 horas. Luego, el material calentado al fuego es
50 molido por un molino de bola en agua, lavado, separado, secado y cernido para obtener los primeros y segundos materiales fluorescentes de la distribución de partículas especificada.
40 partes en peso del primer material fluorescente, 40 partes en peso del segundo material fluorescente y 100 partes en peso de resina epoxi son mezcladas lo suficiente como para formar un compuesto acuoso. El compuesto acuoso se vierte en la copa que se proporciona sobre el conductor de montaje, en el que se coloca el componente emisor de luz. Luego, la 55 resina, incluyendo el fósforo, se cura a 130º C durante 1 hora. Así, se forma una capa de recubrimiento que incluye el fósforo, en un espesor de 120 m, sobre el componente emisor de luz. La concentración del fósforo en la capa de
imagen13
recubrimiento se aumenta gradualmente hacia el componente emisor de luz. Además, el componente emisor de luz y el fósforo son sellados moldeando con resina epoxi traslúcida, con el fin de protegerlos ante la tensión extrínseca, la humedad y el polvo. Un marco conductor, con la capa de recubrimiento de fósforo formada sobre el mismo, se coloca en un molde en forma de bala y se mezcla con resina epoxi traslúcida, y luego se cura a 150º C durante 5 horas. Bajo
5 observación visual del diodo emisor de luz, formado según lo descrito anteriormente, en la dirección normal al plano emisor de luz, se halló que la parte central quedó de color amarillento, debido al color corporal del fósforo.
Las mediciones del punto de cromaticidad, la temperatura del color y el índice de representación cromática del diodo emisor de luz del Ejemplo 10, que se formó según lo descrito anteriormente, dieron valores de (0,32, 0,34) para el punto de cromaticidad (x, y), 89,0 para el índice de representación cromática (Ra) y una eficacia de emisión de luz de 10 ℓm / W.
10 Además, en las pruebas de adaptabilidad climática, bajo condiciones de energización con una corriente de 60 mA a temperatura ambiente, de 20 mA a temperatura ambiente y de 20 mA a 60º C con un 90 % de humedad relativa, no se observó ningún cambio debido al fósforo, no mostrando ninguna diferencia con respecto a un diodo emisor de luz azul corriente en la característica de vida útil de servicio.
(Ejemplo 11)
15 Se usa el semiconductor In0,4Ga0,6N, que tiene un valor máximo de emisión a 470 nm, como un elemento de LED. Los componentes emisores de luz se forman haciendo fluir gas TMG (trimetil galio), gas TMI (trimetil indio), gas nitrógeno y gas dopante, junto con un gas portador, sobre un sustrato de zafiro depurado, para formar por ello una capa semiconductora de un compuesto de nitruro de galio en el proceso MOCVD. Una capa semiconductora de nitruro de galio, que tiene conductividad de tipo N, y una capa semiconductora de nitruro de galio, que tiene conductividad de tipo P,
20 fueron formadas conmutando SiH4 y CP2Mg (bis(ciclopentadienil)magnesio) como el gas dopante, formando por ello una juntura PN. Para el elemento de LED, se forman una capa de contacto, que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo N, una capa revestida que es un semiconductor de nitruro de galio y aluminio, que tiene conductividad de tipo P, y una capa de contacto que es un semiconductor de nitruro de galio que tiene conductividad de tipo P. Se forma una capa de activación de InGaN no dopado, con un espesor de alrededor de 3 nm, entre la capa de
25 contacto que tiene conductividad de tipo N y la capa revestida que tiene conductividad de tipo P, para formar por ello una estructura de pozo cuántico único. Una capa amortiguadora se proporciona sobre el sustrato de zafiro formando una capa semiconductora de nitruro de galio a baja temperatura.
Después de formar las capas y de exponer las superficies de tipo P y las capas semiconductores de tipo N por grabación, los electrodos se forman por rociado. Después de trazar la oblea semiconductora, que se hace como se ha descrito
30 anteriormente, los componentes emisores de luz se forman dividiendo la oblea con una fuerza externa.
El componente emisor de luz está montado en una copa en la punta de un conductor de montaje de cobre revestido en plata, por ligadura de troquel con resina epoxi. Los electrodos del componente emisor de luz, el conductor de montaje y el conductor interno están eléctricamente conectados por ligadura de cables, con cables de oro que tienen un diámetro de 30 m.
35 El marco conductor, con el componente emisor de luz adosado sobre el mismo, se coloca en un molde en forma de bala y se sella con resina epoxi traslúcida para moldeado, que se cura luego a 150º C durante 5 horas, para formar por ello un diodo emisor de luz azul. El diodo emisor de luz azul está conectado a una cara extrema de una placa de guía óptica acrílica que está pulida sobre todas las caras extremas. Sobre una superficie y cara lateral de la placa acrílica, se aplica el estampado usando titaniato de bario, disperso en un adhesivo acrílico como reflector de color blanco, que luego es
40 curado.
El fósforo se forma mezclando un material fluorescente representado por la fórmula general (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce, capaz de emitir luz amarilla de una longitud de onda relativamente corta, y un material fluorescente representado por la fórmula (Y0,4Gd0,6)3Al5O12:Ce, capaz de emitir luz amarilla de una longitud de onda relativamente larga, preparado de la siguiente manera. A saber, los elementos de tierra rara de Y, Gd y Ce se disuelven en ácido en proporciones estoiquiométricas, y
45 se co-precipita la solución con ácido oxálico. El óxido de la co-precipitación, obtenido calentándola al fuego, se mezcla con óxido de aluminio, para obtener por ello el respectivo material de mezcla. La mezcla se mezcla con fluoruro de amoniaco, usado como fundente, y se calienta al fuego en un crisol a una temperatura de 140º C en el aire durante 3 horas. Luego, el material calentado al fuego es molido por un molino de bola en agua, lavado, separado, secado y cernido.
100 partes en peso del material fluorescente amarillo de longitud de onda relativamente corta y 100 partes en peso del
50 material fluorescente amarillo de longitud de onda relativamente larga, que se forman según lo descrito anteriormente, se mezclan suficientemente con 1.000 partes en peso de resina acrílica y se extruden, para formar por ello una película de material fluorescente, a usar como material convertidor de color, de alrededor de 180 m de espesor. La película de material fluorescente se corta del mismo tamaño que el plano de emisión principal de la placa de guía óptica, y se dispone sobre la placa de guía óptica, para formar por ello un dispositivo emisor de luz. Las mediciones del punto de cromaticidad
55 y del índice de representación cromática del dispositivo emisor de luz del Ejemplo 3, que se forma según lo descrito anteriormente, dieron valores de (0,33, 0,34) para el punto de cromaticidad (x, y), 88,0 para el índice de representación cromática (Ra) y una eficacia de emisión de luz de 10 ℓm / W. La Fig. 22A, la Fig. 22B y la Fig. 22C muestran espectros de emisión del material fluorescente representado por (Y0,8Gd0,2)3Al5O12:Ce y de un material fluorescente representado por la fórmula general (Y0,4Gd0,6)3Al5O12:Ce, usados en el Ejemplo 11. La Fig. 23 muestra el espectro de emisión del diodo emisor de luz del Ejemplo 11. Además, en pruebas de vida, bajo condiciones de energización con una corriente de 60 mA
imagen14
5 a temperatura ambiente, de 20 mA a temperatura ambiente y de 20 mA a 60º C con un 90 % de humedad relativa, no se observó ningún cambio debido al material fluorescente.
De manera similar, la cromaticidad deseada puede mantenerse incluso cuando la longitud de onda del componente emisor de luz se cambia, cambiando el contenido del material fluorescente.
(Ejemplo 12)
10 El diodo emisor de luz del Ejemplo 12 se formó de la misma manera que en el Ejemplo 1, excepto por el uso de fósforo representado por la fórmula general Y3In5O12:Ce. Se hicieron 100 piezas del diodo emisor de luz del Ejemplo 12. Aunque el diodo emisor de luz del Ejemplo 12 mostró una luminancia menor que la de los diodos emisores de luz del Ejemplo 1, mostró buena adaptabilidad climática, comparable a la del Ejemplo 1, en una prueba de vida.
Como se ha descrito en lo que antecede, el diodo emisor de luz de la presente invención puede emitir luz de un color
15 deseado y está sujeto a un menor deterioro de la eficacia de emisión y de la buena adaptabilidad climática, incluso cuando se usa con alta luminancia durante un largo periodo de tiempo. Por lo tanto, la aplicación del diodo emisor de luz no está limitada a artefactos electrónicos, sino que puede abrir nuevas aplicaciones, incluyendo dispositivos de visualización para automóviles, aviones y boyas, para refugios y puertos, así como para uso en exteriores, tal como señales e iluminación para autopistas.
20

Claims (10)

  1. imagen1
    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo emisor de luz que comprende:
    un conductor,
    un chip de LED que emite una luz visible y está montado sobre dicho conductor, teniendo dicho chip de LED una
    5 capa semiconductora de nitruro de tipo p y una capa semiconductora de nitruro de tipo n y electrodos formados sobre superficies expuestas de dicha capa semiconductora de nitruro de tipo p y dicha capa semiconductora de nitruro de tipo n,
    un material trasparente que recubre dicho chip de LED, y
    un fósforo contenido en dicho material trasparente y que absorbe una parte de la luz emitida por el chip de LED, y 10 emite una luz que tiene una longitud de onda de emisión principal más larga que un valor máximo de emisión principal de dicho chip de LED,
    en el que el valor máximo de emisión principal de dicho chip de LED está dentro de la gama entre 420 y 490 nm, y la luz emitida desde dicho chip de LED y la luz emitida desde dicho fosforo se mezclan para generar luz blanca,
    en el que el fósforo comprende un material fluorescente granate activado con cerio, que contiene al menos un 15 elemento seleccionado entre Y, Lu, Sc, La, Gd y Sm, y al menos un elemento seleccionado entre Al, Ga e In, y
    en el que dicho chip de LED es un chip de LED orientado hacia abajo, y dichos electrodos de dicho chip de LED están conectados eléctricamente y ligados a dicho conductor por un saliente metálico, pasta de Ag o pasta de carbón.
  2. 2. Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la superficie de dicho conductor está pulida como 20 espejo.
  3. 3.
    Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una pluralidad de dicho chip de LED está montado sobre dicho conductor.
  4. 4.
    Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una conductividad térmica de dicho conductor no es inferior a 0,042J (0,01 cal) / (s) (cm2) (ºC / cm).
    25 5. Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho conductor comprende un material seleccionado del grupo que consiste en acero, cobre, acero revestido con cobre, estaño revestido con cobre y cerámicas metalizadas.
  5. 6. Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho conductor comprende cerámicas metalizadas.
  6. 7. Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho fosforo comprende un material fluorescente de 30 itrio-aluminio-granate que contiene Y y Al.
  7. 8.
    Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho fosforo propaga dicha luz emitida desde dicho chip de LED.
  8. 9.
    Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho chip de LED comprende una capa emisora de luz de estructura de pozo cuántico único o una estructura de pozo cuántico múltiple.
    35 10. Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho chip de LED comprende InGaN.
  9. 11.
    Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho material transparente está seleccionado del grupo que consiste en resina epoxi, resina de urea, resina de silicona y vidrio.
  10. 12.
    Diodo emisor de luz de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho material transparente contiene un dispersante.
    23
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