飽和型磷光體固態(tài)發(fā)射器制造技術(shù)

揭示了一種高效高產(chǎn)率的發(fā)射器組件，它在各批之間呈現(xiàn)出有限的波長變化，并在工作中有一致的波長和發(fā)射特性。根據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)發(fā)射器組件的一實施例，包括半導(dǎo)體發(fā)射器和變換材料。設(shè)置變換材料以基本上吸收全部從半導(dǎo)體發(fā)射器發(fā)射的光，并以一種或多種不同的光的波長譜重新發(fā)射光。還設(shè)置該變換材料，使得當(dāng)所述重新發(fā)射的光從所述發(fā)射器組件發(fā)射時，沒有過剩的變換材料阻擋所述重新發(fā)射的光，所述發(fā)射器組件以所述一種或多種波長譜從所述變換材料發(fā)光。半導(dǎo)體發(fā)射器較佳為發(fā)光二極管（ＬＥＤ）或激光二極管。（*該技術(shù)在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】本申請要求享受Keller等人于2002年6月13日提交的序列號為60/388,327的臨時申請的權(quán)利。
技術(shù)介紹
專利
本專利技術(shù)涉及固態(tài)發(fā)射器，具體地說，涉及發(fā)射光的波長由一種變換材料變換的發(fā)光二極管(LED)激光二極管。
技術(shù)介紹
發(fā)光二極管(LED)是一種把電能變換成光的固態(tài)器件，而且一般來說，它包括夾在兩層相反摻雜的半導(dǎo)體層之間的一層半導(dǎo)體材料的有源層。當(dāng)把偏壓施加到摻雜層的兩端時，空穴和電子就被注入到該有源層中，它們在有源層中重新接合以產(chǎn)生光。光從有源層和從LED的所有表面全向地發(fā)射。最近在LED中的進展(諸如基于III族氮化物的LED)已導(dǎo)致效率超越基于燈絲的光源的高效光源，提供對于輸入功率來說相等或更大亮度的光。固態(tài)半導(dǎo)體激光二極管以與LED差不多相同的方法把電能變換成光。它們在結(jié)構(gòu)上與LED類似，但在兩個相對的表面上包括鏡面，其中的一個是部分透射的。在邊緣發(fā)射激光器的場合下，鏡面在側(cè)表面上；該鏡面提供光的反饋，以產(chǎn)生受激的發(fā)射。這種受激發(fā)射提供高度準(zhǔn)直/相干的光源。縱向腔體激光器像邊緣發(fā)射激光器幾乎一樣地工作，但鏡面在頂部和底部。它從其頂部提供類似的準(zhǔn)直輸出。某些類型的固態(tài)激光器在把電流變?yōu)楣獾姆矫婺鼙萀ED更為有效。發(fā)射綠光的LED可用包括基于III族氮化物的材料系統(tǒng)的不同材料系統(tǒng)來制造，但是，該發(fā)射綠光的LED通常通常要遇到低產(chǎn)率，且被認(rèn)為在一批批的產(chǎn)品中難以制造具有相同發(fā)射特性的產(chǎn)品。在一批產(chǎn)品中，LED在整個晶片上也能顯示出大的波長變化，并隨著諸如驅(qū)動電流和溫度之類的工作條件能呈現(xiàn)強的波長和發(fā)射的變化。磷光體、聚合物和染料已被用來圍繞LED，以把LED的光下變換為不同的波長，從而修改由LED發(fā)射的光。例如，單一發(fā)射藍光的LED已用黃色的磷光體、聚合物或染料圍繞，常用的磷光體為摻鈰的釔鋁石榴石(Ce:YAG)，。包圍著的磷光體材料“下變換(downconvert)”某些LED光的波長，并將其作為不同的波長再發(fā)射，使得總的“LED組件”發(fā)射兩個波長的光。在由黃色磷光體包圍著的發(fā)藍光的LED的場合下，某些藍光在不被變換的情況下通過磷光體，而其余的光被下變換成黃色。在由LED組件發(fā)射的光的總色彩中，通過磷光體的藍光起著主要的作用，它發(fā)射組合起來以提供白光的藍光和黃光。在這些類型的LED組件中，難以用光源(LED)發(fā)射均勻光這樣的方式來施加下變換的材料。因為變換材料層厚度方面的稍許波動也能改變發(fā)射光的顏色，所以重復(fù)性和大量生產(chǎn)也會產(chǎn)生問題。Hohn等人的第6,066,861號美國專利揭示了一種澆鑄合成物，它圍著LED并以穩(wěn)定的散布包含變換材料，使得來自LED的光顯得更均勻。在一實施例中，變換材料(發(fā)光物質(zhì))是粒子大小＜20μm且平均顆粒直徑d50＜5μm的通用分子式A3B5X12:M的磷光體族。類似于具有包圍藍色LED的黃色變換材料的LED組件，設(shè)置澆鑄合成物，使得LED光相當(dāng)大的部分通過，而余下的LED光被下變換。這種典型的由黃色下變換材料包圍的藍色LED的另一個缺點在于，得到的白光可具有不能接受的色溫和差的色彩重現(xiàn)(rendering)，使得這種LED不適于標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)照明。Soules等人的第6,252,254號美國專利揭示了一種用綠色和紅色下變換磷光體來覆蓋的藍色LED(或激光二極管)。與由黃色下變換材料包圍的藍色LED類似，該綠/紅色磷光體吸收某些藍色LED的光，并再發(fā)射紅色和綠色的光，使得LED和磷光體都發(fā)射組合成白光的光。Soules等人揭示了，該得到的白光具有改進的色溫和改進的色彩重現(xiàn)。具有黃色下變換材料的典型藍色LED的另一缺點在于，該材料會惡化，導(dǎo)致色調(diào)偏離和熒光材料變暗。Shimuzu等人的第5,998,925號美國專利揭示了一種LED，它通過提供一種發(fā)光元件(例如LED或激光二極管)以及一種能吸收由發(fā)光元件發(fā)射的部分光并發(fā)射與被吸收的光不同波長的光的磷光體來解決這個缺點。該發(fā)光元件包括基于氮化物的半導(dǎo)體，并且該磷光體包含特殊的深紅色熒光材料。Shimuzu等人揭示了，該磷光體具有優(yōu)良的抗光性，從而當(dāng)在延長的時段上使用時，該熒光特性幾乎不會退化。光的提取是常規(guī)LED另一個值得關(guān)注的問題，它通常具有折射率n約為3.5的有源層和摻雜層。然后把LED封裝于折射率n約為1.5的環(huán)氧樹脂中。應(yīng)用斯耐爾(shell)定律指出，只有從與環(huán)氧樹脂界面的法線成約0.443弧度角θ內(nèi)的有源區(qū)發(fā)射的光才能從LED的頂部出射。對于較大的角度，全部內(nèi)反射的光被陷在LED之內(nèi)，使得只有部分的光(在某些例子中約為9.6％)才對發(fā)射光起作用。Vriens等人的第5,813,753號美國專利揭示了一種光的變換和提取得到增強的紫外/藍色LED磷光體器件。該器件通過反射器和磷光體的合適定位來利用大部分的LED的邊緣發(fā)射的光。該器件還通過在該器件上采用一個或多個電介質(zhì)濾光器來影響由紫外/藍色LED磷光體器件發(fā)射的可見光的角度發(fā)射和色彩。在一實施例中，把發(fā)光器件放于具有反射器的呈杯狀的頂部，然后充以具有均質(zhì)混合的磷光體的透明材料。該器件預(yù)先考慮到，并不是所有的光都將被磷光體吸收，而且包括放在該器件上的玻璃板，該玻璃板防止不被磷光體顆粒吸收的紫外/藍光入射到空氣中。在另一實施例中，在鄰近玻璃板的地方添加長波通過濾光器(LPW)來將紫外/藍光反射回磷光體，并透射由磷光體發(fā)射的可見光。所有在上面描述的LED組件都具有共同的特性。各個都依賴或預(yù)期，使來自LED(或激光兩極管)的部分光，在不被吸收的情況下通過變換材料，且在大多數(shù)的情況下，該通過的光在由該組件發(fā)射的整個色彩中起著重要的作用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)設(shè)法提供易于制造的固態(tài)發(fā)光器組件，并提供高產(chǎn)率，而同時，在一批批的組件之間提供呈現(xiàn)有限波長變化的發(fā)光器組件，并在工作的時間中，呈現(xiàn)出一致的波長和發(fā)射特性。根據(jù)本專利技術(shù)的一個飽和型變換材料發(fā)光器組件的實施例包括半導(dǎo)體發(fā)射器和變換材料。該變換材料被配置成吸收幾乎所有從半導(dǎo)體發(fā)射器發(fā)射的光，并重新發(fā)射一種或多種不同波長光譜的光。還把變換材料設(shè)置得使當(dāng)其從發(fā)射器組件發(fā)射時，沒有過剩的變換材料來阻擋該重新發(fā)射的光。發(fā)射器組件以一種或多種波長譜從變換材料發(fā)射光。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個飽和型變換材料發(fā)射器組件的實施例包括一個或多個半導(dǎo)體發(fā)射器，其中的每個發(fā)射器響應(yīng)偏壓發(fā)射光。包括一金屬杯，在該杯底面設(shè)置半導(dǎo)體發(fā)射器。多條導(dǎo)電通路被耦連到半導(dǎo)體發(fā)射器，用于把偏壓施加到發(fā)使器，使得它們發(fā)光。設(shè)置變換材料，使得來自發(fā)射器的光通過該變換材料，而該變換材料吸收幾乎全部來自發(fā)射器的光，并以一種或多種不同的光波長重新發(fā)射光。還設(shè)置該變換材料，使得當(dāng)它從發(fā)射器組件發(fā)射時，基本上不阻擋重新發(fā)射的光。該發(fā)射器組件以一種或多種波長譜從變換材料發(fā)射光。在根據(jù)本專利技術(shù)的一個發(fā)射器組件的實施例中，半導(dǎo)體發(fā)射器包括發(fā)射紫外藍光的LED發(fā)射器，具有的LED光通過綠色磷光體。磷光體被該光浸透，使得該組件發(fā)射在光譜中的綠色部分。該設(shè)置相對于常規(guī)基于氮化物的綠色LED提供了好幾個優(yōu)點。與綠色LED不一樣，綠色磷光體的發(fā)射譜基本上由特定的材料固定，并因此不太會遇到波長變化。一般來說，磷光體還可具有在光譜上較寬的發(fā)射光譜，這種光譜在某些應(yīng)用中可能是理想的。根據(jù)本專利技術(shù)的來自本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種發(fā)射器組件，包括：　　　　半導(dǎo)體發(fā)射器；　　　　變換材料，被設(shè)置以基本吸收全部從所述半導(dǎo)體發(fā)射器發(fā)射的光，并以一種或多種不同的光的波長譜重新發(fā)射光，還設(shè)置所述變換材料，使得當(dāng)所述重新發(fā)射的光從所述發(fā)射器組件發(fā)射時沒有過剩的變換材料來阻擋該重新發(fā)射的光，所述發(fā)射器組件主要以所述一種或多種波長譜從所述變換材料發(fā)射光。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：B科勒，付艷坤，J斯如托，J艾貝森，J巴拉塞，
申請(專利權(quán))人：美商克立股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]