波长转换发光装置制造方法及图纸

技术编号:16113479 阅读:25 留言:0更新日期:2017-08-30 06:49
在依据本发明专利技术实施例的方法中,对于由发光二极管产生且由含有包含基质材料和掺杂剂的磷光体的磷光体层转换的预定量的光线,以及对于在增加的激发强度时磷光体的效率的预定最大降低(即,最大允许下降),选择该磷光体层的最大掺杂剂浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波长转换发光装置
本专利技术涉及波长转换发光装置,诸如发光二极管。
技术介绍
包含发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)及边发射激光器的半导体发光装置是目前可用的最高效的光源。在制造能够跨过可见光光谱范围工作的高亮度发光装置中当前感兴趣的材料体系包含III-V族半导体,具体地为镓、铝、铟以及氮的二元、三元及四元合金,这些也被称为III族氮化物材料。典型地,III族氮化物发光装置是通过在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或者其他合适基底上,利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者其他外延技术,外延生长不同组成及掺杂剂浓度的半导体层的堆叠来制造的。该堆叠经常包含在基底上形成的一个或者多个例如硅掺杂的n型层,在该一个或多个n型层上形成的位于有源区中的一个或多个发光层,以及在该有源区上形成的一个或多个例如镁掺杂的p型层。电接触在n型区域和p型区域上形成。为了产生白光固态光源,来自LED或激光的蓝光照射黄-绿磷光体,例如YAG:Ce磷光体,或者红和绿磷光体的组合,使得由磷光体产生的光与泄露穿过的蓝光的组合产生白光。在由高功率蓝光光源产生的非常亮的蓝光(例如高于100W/cm2)下,一些磷光体淬灭或者饱和。淬灭或者饱和会导致不期望的颜色偏移和降低的光产出。
技术实现思路
本专利技术一目的是提供一种含有即使在高激发强度下是高效的波长转换材料的波长转换发光装置。本专利技术一目的是避免或者最小化随着磷光体转换光源(尤其是两种或者更多种磷光体被用于产生例如暖白光,这会要求全部所使用的磷光体具有恒定转化效率)中的亮度增加的颜色偏移。在依据本专利技术实施例的一种方法中,对于由光源产生且由包含基质材料和掺杂剂的磷光体层转换的预定量的光线,以及对于在增加激发强度时磷光体的效率的预定最大降低,选择该磷光体层的最大掺杂剂浓度。依据本专利技术实施例的一种结构包含发射具有第一峰值波长的光的发光二极管以及放置在由该发光二极管发射的光的路径中的磷光体。该磷光体吸收由该发光二极管发射的光并且发射具有第二峰值波长的光。该磷光体包含基质材料和掺杂剂。掺杂剂的浓度以及掺杂剂的排布被选择,使得在来自发光二极管的预定的光发射下,该磷光体的效率的预定最大降低不被超过。依据本专利技术实施例的一种结构包含发射具有第一峰值波长的光的发光二极管以及放置在由该发光二极管发射的光的路径中的磷光体。该磷光体吸收由该发光二极管发射的光并且发射具有第二峰值波长的光。一种材料被放置于该发光二极管和该磷光体之间。该材料被选择以减少从发光二极管到达磷光体的光的量,使得该磷光体的效率的预定最大降低不被超过。附图说明图1为对于两种具有相同基质(Ba0.1Sr0.9)2Si5N8和不同浓度的掺杂剂Eu2+的磷光体,作为辐照度的函数的量子效率的曲线图。图2为包含光源和波长转换结构的装置的截面图;图3示出对于两种材料,作为激发强度的函数的功率发射/入射功率的曲线图,一种材料在给定激发强度下表现出下降(即,在增加的激发强度,磷光体的效率降低),一种材料在该给定的激发强度诸如例如0.2W/mm2下没有表现出下降。图4示出磷光体颗粒的表面的一部分。图5为一种阶梯式梯度的波长转换结构的截面图。图6为对于图8的结构的一个例子,作为位置的函数的活化剂浓度的曲线图。图7为一种连续梯度的波长转换结构的截面图。图8和图9为对于图7的结构的两个例子,作为位置的函数的活化剂浓度的曲线图。图10为包含多种磷光体的波长转换结构的截面图。图11为磷光体颗粒的作为位置的函数的浓度的曲线图。具体实施方式磷光体基本上是一种用活化剂或者掺杂剂(“活化剂”与“掺杂剂”在此处可互换地被使用)掺杂的结晶基质材料(有时称为晶格)。常见活化剂种类的例子包含Eu2+、Eu3+和Ce3+。当磷光体暴露于特定波长范围中的光(激发光谱)中时,活化剂吸收激发光并且发射更长波长的光(发射光谱)。如上所述,当暴露于例如来自LED的蓝光时,一些磷光体变饱和。具体地,随着激发强度(即,入射到磷光体上的单位面积的光的量)增加,磷光体的效率降低。随着增加的激发强度的效率降低在此处可称为“下降”。许多过程会导致或者加剧下降。在不将本专利技术实施例限制于任何具体理论的情况下,会影响下降的两种过程为基态耗尽以及激发态相互作用。(本专利技术的实施例可能不处理基态耗尽。)激发态相互作用可能包含激发态吸收(ESA)和量子力学相互作用(QMI)。ESA可能取决于基质的电子能带结构和/或相对于基质能带结构的掺杂剂能级的能量位置。QMI可能取决于基质的晶体结构;具体地,发射性的和吸收性的受激发掺杂剂之间的距离。例如,由受激发的活化剂发射的光子可能被另一个已激发的活化剂吸收,激发电子到基质材料导带中而不是发射光子,由此降低磷光体的效率。这种效应在更高的温度下可能更加显著。随着活化剂浓度增加,在任一激发强度下效率的降低可能会变得更加显著,如图1所示。图1是作为来自发射蓝光的激光器的辐照度(单位为W/mm2)的函数,测量的量子效率的曲线图。图1示出的两种磷光体具有相同的基质材料(Ba0.1Sr0.9)2Si5N8以及相同的活化剂Eu2+。图示两种不同的活化剂浓度,0.5%(曲线10)和2.4%(曲线14)。如图1所示,对于更高的活化剂浓度,在最高激发强度下磷光体的效率低于在最高激发强度下具有最低活化剂浓度的磷光体的效率。在本专利技术的实施例中,磷光体被合成或者被应用到装置从而减少或者消除下降,即在增加的激发强度处观察到的效率下降。在下文描述的实施例中磷光体的基质材料可以为例如,CaS、(Ca,Sr)Ga2S4、Ba2-xMxSi5-yAlyN8-yOy,其中M代表Sr或Ca,0≤x≤l,并且0.0005<y<0.05(BSSNE),Ca1-xSrxAlSiN3,其中0≤x≤l,优选地0<x<0.95(SCASN)、eCas、YAG或者任何其他合适的基质材料。在此描述的实施例中磷光体中的活化剂可以为例如稀土材料、铕、Eu2+、铈、Ce3+或者任何其他合适的材料。在下面的例子中,活化剂为铕。然而,铈掺杂的磷光体也可能体验到下降,该下降经常是在比铕掺杂的磷光体高得多的入射功率强度。例如,Ce3+磷光体会在大约50W/mm2时表现出与Eu2+磷光体在1W/mm2时表现出的下降相似的下降。图2示出依照本专利技术的实施例的装置。波长转换结构20放置于从例如发光二极管(LED)的发光装置18发射的光的路径中。该波长转换结构20可以为包含基质和掺杂剂的磷光体。波长转换结构20可以直接接触发光装置18,或者它可以与发光装置18隔开。波长转换结构20可以包含一种或者多种磷光体。在一些实施例中,一个或者多个例如透镜的光学元件(未示于图2)可以包含在图2的装置中。例如,光学元件可以放置于发光装置18和波长转换结构20之间,从而成形、过滤和/或至少部分准直从发光装置18提取的光。另外或者可替换地,光学元件可以放置于波长转换结构20之上,从而成形、过滤和/或至少部分准直从波长转换结构20提取的光。光学元件的例子包含滤光片、圆顶透镜、菲涅尔透镜、复合抛物面聚光器和任何其他合适的结构。在一些实施例中,对于由发光装置18产生且由波长转换结构20转换的本文档来自技高网...
波长转换发光装置

【技术保护点】
一种方法,包含对于由发光二极管产生且由包含基质材料和掺杂剂的磷光体层转换的预定量的光线,以及对于在增加的激发强度时磷光体的效率的预定最大降低,选择该磷光体层的最大掺杂剂浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.06 US 62/100194;2015.06.19 US 62/1820901.一种方法,包含对于由发光二极管产生且由包含基质材料和掺杂剂的磷光体层转换的预定量的光线,以及对于在增加的激发强度时磷光体的效率的预定最大降低,选择该磷光体层的最大掺杂剂浓度。2.根据权利要求1所述的方法,其中掺杂剂浓度贯穿磷光体层是均匀的。3.根据权利要求1所述的方法,其中该磷光体层包含:具有第一掺杂剂浓度的第一区域;和具有第二掺杂剂浓度的第二区域;其中该第二掺杂剂浓度小于该第一掺杂剂浓度;以及该磷光体布置成使得由该发光二极管发射的光在该第一区域之前到达该第二区域。4.根据权利要求1所述的方法,其中该磷光体层中的该掺杂剂浓度是梯度变化的。5.根据权利要求1所述的方法,其中该掺杂剂为Eu2+。6.根据权利要求1所述的方法,其中该掺杂剂为Ce3+。7.一种结构,包含:发射具有第一峰值波长的光的发光二极管;和放置于由该发光二极管发射的光的路径中的磷光体,该磷光体用于吸收由该发光二极管发射的光并且发射具有第二峰值波长的光;其中:该磷光体包含基质材料和掺杂剂;以及该掺杂剂的浓度和该掺杂剂的布置被选择,使得在来自该发光二极管的预定的光发射下,该磷光体的效率的预定最大降低不被超过。8.根据权利要求7所述的结构,其中该磷光体在选定的掺杂剂浓度下均匀掺杂,使得在来自该发光二极管的预定的光发射下,该磷光体的效率的预定最大降低不被超过。9.根据权利要求7所述的结构,其中该磷光体包含:具有第一掺...

【专利技术属性】
技术研发人员:G米勒R米勒马赫PJ施密特DR钱伯林OB谢金HH贝赫特尔
申请(专利权)人:皇家飞利浦有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

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