具有结构化层和纳米磷光体的LED制造技术

一种器件，包括发光二极管（LED）衬底和位于来自LED衬底的发射光路径内的超分子波长转换层，该超分子波长转换层包括多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒被配置成增加波长转换层中的光路径长度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有结构化层和纳米磷光体的LED相关申请的交叉引用本申请要求2017年12月21日提交的第62/609,085号美国临时申请、2017年12月22日提交的第62/609,520号美国临时申请、2018年3月13日提交的第18161535.2号欧洲专利申请和2018年3月14日提交的第18161807.5号欧洲专利申请以及2018年12月20日提交的第16/228,522号美国非临时申请的权益，其通过引用被并入，如同被完全阐述一样。
技术介绍
本专利技术涉及发光二极管（LED），并且更具体地，涉及具有结构化层和纳米磷光体的LED。典型的磷光体转换的白色LED使用磷光体转换器将蓝色泵浦光的部分下转换为其它颜色，诸如绿色、橙色和红色。通常，磷光体转换器或者是以粉末形式嵌入聚合物膜中的磷光体颗粒，或者是嵌入固体介质（诸如陶瓷或玻璃）中的磷光体颗粒。在任一配置中，磷光体转换器沉积在蓝色泵浦LED管芯之上。磷光体转换器通常包括晶体（诸如掺杂有铈、铒和其它三价镧系元素的YAG）以及最近的量子点。使用嵌入聚合物膜中或固体介质中的粉末磷光体颗粒提出了挑战。首先，磷光体颗粒的吸收截面低，并且因此需要大量的磷光体颗粒来实现所需的转换光强度和色点。这些磷光体颗粒需要大量的体积散射剂来改善散射。另外，磷光体颗粒可以将大量蓝色泵浦光背散射回到LED管芯中。这种背散射光在管芯内被吸收，从而导致LED的效率降低。此外，主要由于膜内大的光散射，源自典型磷光体颗粒的光具有朗伯角光谱。这样的角光谱在需要定向或准直光发射的应用中不是有用的特征。专利
技术实现思路
一种器件，包括发光二极管（LED）衬底和定位在来自LED衬底的发射光路径内的超分子波长转换层，该超分子波长转换层包括多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒被配置成增加波长转换层中的光路径长度。一种器件，包括发光二极管（LED）衬底和定位在来自LED衬底的发射光路径内的超分子波长转换层，该超分子波长转换层包括光子纳米结构，该光子纳米结构被配置成增加波长转换层中的光路径长度。一种方法，包括向发光二极管（LED）的激发层提供功率以使得LED提供发射光，以及使用包括多个纳米颗粒或光子纳米结构中的至少一种的超分子波长转换层与发射光相互作用，以增加超分子波长转换层中的光路径长度。附图说明图1A图示了包括由嵌入在发光二极管（LED）结构之上的主体电介质中的超分子组成的超磷光体的器件；图1B图示了图1A的超分子的配置，其包括金属/电介质结构和转换器颗粒的示例性组合；图1C图示了包括由嵌入在LED结构之上的主体电介质中的超分子组成的超磷光体的器件；图1D图示了图1C的超分子的配置，其包括金属/电介质结构和转换器颗粒的示例性组合；图1E图示了使用超磷光体层与LED的光相互作用的方法；图2A是示出一LED器件的图；图2B是示出多个LED器件的图；和图3是示例应用系统的图。具体实施方式下文将参考附图更充分地描述不同光照射系统和/或发光二极管实施方式的示例。这些示例不相互排斥，并且在一个示例中发现的特征可以与在一个或多个其他示例中发现的特征相组合，以实现附加的实施方式。因此，将理解，附图中所示出的示例仅是出于说明的目的而提供的，并且它们不意图以任何方式限制本公开。贯穿全文，相同的数字指代相同的元件。将理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语可以用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本专利技术的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以被称为第一元件。如本文中所使用的，术语“和/或”可以包括关联列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。将理解，当诸如层、区域或衬底的元件被称为在另一元件“上”或延伸“到”另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接在”另一元件“上”或“直接”延伸“到”另一元件“上”时，可以不存在中间元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另一元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，在该元件和另一元件之间不存在中间元件。将理解，除了附图中所描绘的任何取向之外，这些术语还意图包含元件的不同取向。如附图中所图示的，诸如“下面”、“上面”、“上方”、“下方”、“水平”或“垂直”的相对术语在本文中可以用于描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。将理解，除了附图中所描绘的取向之外，这些术语还意图包含器件的不同取向。半导体发光器件或光学功率发射器件，诸如发射紫外（UV）或红外（IR）光学功率的器件，属于当前可用的最高效的光源。这些器件可以包括发光二极管、谐振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、边缘发射激光器等（以下称为“LED”和以单数形式的“LED”）。例如，由于其紧凑的尺寸和较低的功率要求，LED可能是许多不同应用的有吸引力的候选。例如，它们可以用作手持电池供电器件（诸如相机和蜂窝电话）的光源（例如，闪光灯和相机闪光灯）。例如，它们也可以用于汽车照明、平视显示器（HUD）照明、园艺照明、街道照明、视频火炬、一般照射（例如，家庭、商店、办公室和工作室照明、剧院/舞台照明和建筑照明)、增强现实（AR）照明、虚拟现实（VR）照明、如显示器的背光以及IR光谱。单个LED可以提供没有白炽光源亮的光，并且因此，多结器件或LED阵列（诸如单片LED阵列、微型LED阵列等）可以用于期望或需要更多亮度的应用。公开了具有纳米结构化磷光体的LED，用于效率改善、光束形成和颜色调节。纳米结构可以实现为超材料、等离子体纳米结构、超分子、光子晶体等。该纳米结构化磷光体通过将LED器件的设计与光学天线结合来解决磷光体转换器的已知问题，所述光学天线与转换器材料集成并放置在LED之上。转换器材料被集成到人工结构化金属和/或电介质纳米结构中，使得组合结构（在本文中称为“超分子”和/或“超磷光体”）具有独特的、定制的光学属性。该超分子使用其中的转换器颗粒将光耦合到光学远场，并且为转换器材料添加进一步的功能（至少包括定向光发射的光束形成）。超磷光体包括嵌入在主体纳米结构化介质中的磷光体颗粒。所描述的超分子的应用还可以改善在基于激光器的照射系统（诸如激光器照射转换器膜以生成白光的那些系统）中使用的磷光体膜中的吸收。一种器件，包括定位在来自发光二极管（LED）衬底的发射光路径内的超分子层，该层包括至少一个包括多个纳米颗粒的集成下转换器，该下转换器被配置成通过增加转换器层中的散射来增加蓝色泵浦光的吸收，增加局部光子态密度以增加该层与光子的相互作用从而增加下转换光，与发射光相互作用以控制发射光进入光学远场中的角发射图案，或者提供光束形成以引导发射光。一种器件，包括定位在来自LED衬底的发射光路径内的超分子层，该层包括至少一个包括光子纳米结构的集成下转换器，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种器件，包括：/n发光二极管（LED）衬底；和/n超分子波长转换层，位于来自所述LED衬底的发射光路径内，所述超分子波长转换层包括多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒被配置成增加波长转换层中的光路径长度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180313 EP 18161535.2;20180314 EP 18161807.5;20171.一种器件，包括：
发光二极管（LED）衬底；和
超分子波长转换层，位于来自所述LED衬底的发射光路径内，所述超分子波长转换层包括多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒被配置成增加波长转换层中的光路径长度。


2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述多个纳米颗粒进一步被配置成与所述光相互作用，以控制从所述器件发射的角发射图案。


3.根据权利要求1所述的器件，其中，增加所述光路径长度使蓝色泵浦光的吸收增加。


4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述超分子波长转换层支持感兴趣的特定频带中的表面等离子体共振。


5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述多个纳米颗粒包括至少一个磷光体纳米颗粒、量子点、多个金属纳米颗粒或多种电介质材料。


6.根据权利要求5所述的器件，其中，所述量子点被钝化和保护。


7.根据权利要求5所述的器件，其中，所述多种电介质材料包括硅、二氧化硅、二氧化钛和二氧化铝中的至少一种。


8.根据权利要求5所述的器件，其中，所述多个金属纳米颗粒包括至少一种贵金属或者铝，所述贵金属诸如金和银。


9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述超分子波长转换层包括化合物半导体的纳米线。


10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述超分子波长转换层通常垂直于从所述LED发射的光的传播平面延伸。

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【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·塔马，A·罗佩斯茱莉亚，
申请(专利权)人：亮锐有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US