用于具有多种磷光体的选择泵浦LED的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于具有多种磷光体的选择泵浦LED的系统和方法。描述了具有多种磷光体的LED泵浦光。使用发射在紫色和/或紫外波长下的辐射的LED来泵浦发射其他颜色的磷光体材料。设置在不同波长范围内操作的LED以减少光的再吸收并提高光输出效率。

System and method for selective pumping of LED with multiple phosphors

The present invention provides a system and method for selective pumping of LED with multiple phosphors. LED pump light with various phosphors is described. Emit phosphors of other colors by emitting LED at the violet and / or UV wavelengths. A LED operating at different wavelengths is set to reduce the reabsorption of light and improve the efficiency of light output.

【技术实现步骤摘要】
用于具有多种磷光体的选择泵浦LED的系统和方法本申请是申请日为2011年8月19日，申请号为201180040221.6，专利技术名称为“用于具有多种磷光体的选择泵浦LED的系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请本申请要求于2010年8月19日提交的美国临时专利申请号61/375,097和于2011年6月28日提交的美国临时专利申请号61/502,212的优先权，由此出于所有目的将其两者通过引用结合于此。
本专利技术涉及照明系统，并且具体地涉及具有多种磷光体(multiplephosphor)的发光二极管(LED)泵浦光。
技术介绍
固态照明是已知的。固态照明依赖于半导体材料以例如通过发光二极管产生光。其中，红色LED已知并使用铝铟镓磷化物或AlInGaP半导体材料。最近，ShujiNakamura首先使用InGaN材料以产生发射蓝色光的LED。蓝色LED导致其他创新如固态白色发光和蓝色激光二极管。已经提出并证明了基于InGaN材料系统的高强度紫外(UV)、蓝色、和绿色LED。通常在UV-紫色中效率最高，但当发射波长增加为蓝色或绿色时效率降低。不幸的是，实现高强度、高效率的基于InGaN的绿色LED存在问题。此外，基于InGaN的LED昂贵并且难以以有效的方式大范围地生产。虽然获得了成功，但是必须改进固态照明技术以充分发挥它们的潜能。
技术实现思路
本专利技术提供了具有多种磷光体的选择波长的泵浦LED光。在不同的实施方式中，使用发射在紫色和/或紫外波长下的辐射的LED来泵浦发射不同频率的光的磷光体材料。泵浦LED的特征在于，在正常操作下具有约405nm至430nm的峰值发射波长。它们至少连同在超过约405nm波长下具有强吸收的蓝色磷光体一起使用。在一些实施方式中，在不同波长范围内操作的LED以组合设置以减少辐射再吸收并提高光输出效率。本专利技术提供了一种光学装置，所述光学装置包括安装构件(mountingmember)和覆盖(上覆，overlying)安装构件的一部分的至少一个发光二极管。该LED包括具有表面区域的含镓和氮的基板和覆盖表面区域的含镓和氮的缓冲层。有源区域发射峰值波长在从约405nm至约430nm范围内的电磁辐射。LED包括电触点(接触部)以向结区域(连接区域，junctionregion)提供电流。该装置另外包括在粘合剂材料内的三种磷光体材料的混合物。磷光体材料的混合物被设置在LED附近范围内并与来自LED的电磁辐射相互作用以将电磁辐射转换为在约440至650纳米之间的波长范围。在另一个实施方式中，该装置包括在LED装置附近范围内在比约405nm更长的波长下具有强吸收的蓝色磷光体材料。有源区域被构造成发射其峰值在约405至430纳米范围内的电磁辐射，同时在从约100℃至约150℃的操作温度范围内在至少100A/cm2的电流密度下维持约70％和更高的内量子效率(internalquantumefficiency)。附图说明图1示出在不同波长下发射的LED的效率特性；图2和图3示出了蓝色磷光体的吸收特性和取决于LED的发射波长的相应白色LED性能；图4示出了峰值发射在约405-430nm范围内的泵浦蓝色、红色、和绿色磷光体的LED。图5示出了在450nm(左)和420nm(右)下发射的多量子阱LED中散布的载流子；图6示出了构造成阵列的泵浦LED；图7示出了构造成具有像素化(pixelated)磷光体组成的阵列的泵浦LED；图8示出了构造成具有两种LED发射波长的阵列的泵浦LED；和图9是示出根据本专利技术实施方式的双磷光体紫色泵浦白色LED的LED发射光谱简化图。具体实施方式本专利技术涉及照明系统并涉及具有多种磷光体的LED泵浦光的设备(provision)。使用发射在紫色和/或紫外波长下的辐射的LED来泵浦发射不同颜色的磷光体材料。优选地，泵浦LED具有在正常操作条件下约405至430nm的峰值发射波长。如上面所提到的，常规的LED光源通常不充分。例如，产生高显色指数(CRI)的白色LED光的最常用的方法之一由在440-470nm范围内(通常称为泵浦LED)发射的LED装置组成，其激发两种磷光体：黄色/绿色磷光体和红色磷光体。这种方法是方便的，因为一些黄色/绿色磷光体，如Ce:YAG，具有高量子效率。不幸地，这种方法也有限制。基于YAG的磷光体仅能够在约460nm的窄光谱范围内被有效激发，限制了可以使用的泵浦LED的波长范围。虽然可以在低电流密度下在这样的波长下产生高内量子效率(IQE)的LED装置，但它们的IQE在高电流密度下迅速下降。这是由于以下两个作用：(a)较大压电场(piezoelectricfield)的存在，其减少了载流子重叠并因此增加了载流子的寿命，将IQE曲线移动至较低的电流密度(参考(ref))；和(b)与约445nm下发射的厚有源区域相关的挑战(由于厚InGaN层的应变相关生长限制和在多量子阱系统中载流子散步困难两者引起的)。图1示出了在不同波长下发射的LED的效率行为。与长波长LED(445nm和以上)相比，短波长LED(415-430nm)在较高的载流子密度下维持效率。图1获自“InfluenceofpolarizationfieldsoncarrierlifetimeandrecombinationratesinInGaN-basedlight-emittingdiodes”,A.Davidetal,Appl.Phys.Lett.97,033501(2010)，其描述了在较长波长的LED中偏振场的增强。论文“Carrierdistributionin(0001)InGaN/GaNmultiplequantumwelllight-emittingdiodes”,A.Davidetal,Appl.Phys.Lett.92,053502(2008)，讨论了450nm-泵浦LED中在量子阱之间散布载流子的困难。来自泵浦LED的蓝色光对白色光谱有贡献。因此，通过磷光体发射的蓝色光的量需要良好的控制以实现给定的CCT。在磷光体组成/装载中需要解释泵浦LED的波长的变化。当制造白色LED时，解释波长差异可以是一项具有挑战性的任务。对于440-nm泵浦LED的现有技术结果可以在论文“Whitelightemittingdiodeswithsuper-highluminousefficacy”,Y.Narukawaetal,J.Phys.D43,354002(2010)中找到。在室温和约100A/cm2的电流密度下，报道了65％的外量子效率。假设在室温和100℃的结温度之间的约90％的提取效率(extractionefficiency)和约10％的性能下降，这对应于在100A/cm2和100℃下约65％的IQE。另一个传统的方法在于使用其发射峰值在395-405nm范围内的泵浦LED来泵浦三个或四个磷光体的系统。这是有利的，因为与445nm泵浦LED相比，400nm泵浦LED通常在更高的电流密度下保持更高的性能，这可能是由于较低的压电场和厚的有源区域引起的。使用其最终光谱受到最终光谱中发射器(发射极)波长存在与否的影响最小(在颜色或亮度方面)的LED发射器提供了在驱动电流和温度下范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，包括：安装构件；提供覆盖所述安装构件的一部分的至少一个发光二极管(LED)；所述LED包括具有表面区域的含镓和氮的基板；覆盖所述表面区域的含镓和氮的缓冲层；包含有源区域的结区域，所述有源区域被构造成发射在约405至约430纳米范围内的电磁辐射；和耦接到所述结区域以提供能够引起所述有源区域发射所述电磁辐射的电流的第一电接触区域和第二电接触区域；以及在粘合剂材料内的包含第一磷光体材料、第二磷光体材料、和第三磷光体材料的磷光体材料的混合物，所述磷光体材料的混合物被设置在所述LED附近范围内并被构造成与所述电磁辐射相互作用以基本上将在约405至430nm范围内的电磁辐射转换为在约440至650nm之间范围内的波长，其中所述第一磷光体材料包含特征在于在405nm至430nm波长范围内的峰值吸收的蓝色磷光体。

【技术特征摘要】
2010.08.19 US 61/375,097;2011.06.28 US 61/502,2121.一种光学装置，包括：安装构件；提供覆盖所述安装构件的一部分的至少一个发光二极管(LED)；所述LED包括具有表面区域的含镓和氮的基板；覆盖所述表面区域的含镓和氮的缓冲层；包含有源区域的结区域，所述有源区域被构造成发射在约405至约430纳米范围内的电磁辐射；和耦接到所述结区域以提供能够引起所述有源区域发射所述电磁辐射的电流的第一电接触区域和第二电接触区域；以及在粘合剂材料内的包含第一磷光体材料、第二磷光体材料、和第三磷光体材料的磷光体材料的混合物，所述磷光体材料的混合物被设置在所述LED附近范围内并被构造成与所述电磁辐射相互作用以基本上将在约405至430nm范围内的电磁辐射转换为在约440至650nm之间范围内的波长，其中所述第一磷光体材料包含特征在于在405nm至430nm波长范围内的峰值吸收的蓝色磷光体。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述含镓和氮的基板的特征在于非极性或半极性取向。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述含镓和氮的基板是本体GaN基板。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述LED在至少100A/cm2和更大的电流密度下驱动。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述LED具有至少50％的流明/瓦效率。6.根据权利要求1所述的装置，其中，至少一个所述LED包括以阵列构造的多个LED。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述LED的波长跨所述阵列而变化。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一磷光体材料包含蓝色磷光体。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一磷光体材料包含内量子效率能够为至少70％的蓝色磷光体。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一磷光体材料包含吸收系数在从1到40cm-1的范围内的蓝色磷光体。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一磷光体材料包含峰值发射波长在440nm至480nm之间范围内并且光谱FWHM为至少10nm的蓝色磷光体。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一磷光体材料包含内量子效率为至少70％、吸收系数在从1至40cm-1的范围内、峰值发射波长在440nm至480nm之间的范围内并且光谱FWHM大于10nm的蓝色磷光体。13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一磷光体材料包...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥雷利安·J·F·戴维，特洛伊·特罗蒂尔，弗兰克·M·斯特兰卡，迈可尔·R·克拉梅什，
申请(专利权)人：天空公司，
类型：发明
国别省市：美国,US