具有遠程納米結構磷光體的發光設備的製作方法

2023-09-21 12:42:40 3

具有遠程納米結構磷光體的發光設備的製作方法
【專利摘要】本發明的實施例包括發光設備（LED10）、第一波長轉換材料（13，在基質14中以形成層12）以及第二波長轉換材料（形成層16）。第一波長轉換材料包括納米結構波長轉換材料。納米結構波長轉換材料包括具有至少一個長度不超過100nm的維度的顆粒。第一波長轉換材料（13）與發光設備（10）隔開。
【專利說明】具有遠程納米結構磷光體的發光設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種半導體發光設備，例如與納米結構磷光體結合的發光二極體。

【背景技術】
[0002] 包括發光二極體（LED)、諧振腔發光二極體（RCLED)、垂直腔雷射二極體（VCSEL) 和邊緣發射雷射器的半導體發光設備是目前可用的最高效的光源之一。能夠跨可見光譜操 作的高亮度發光設備的製造中目前感興趣的材料系統包括III-V族半導體，尤其是也稱為 III族氮化物材料的鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金。典型地，III族氮化物發光設 備通過經由金屬有機化學氣相沉積（M0CVD)、分子束外延（MBE)或者其他外延技術在藍寶 石、碳化矽、III族氮化物或者其他適當的襯底上外延生長不同成分和摻雜濃度的半導體層 疊層而製造。該疊層經常包括跨襯底形成的摻雜有例如Si的一個或多個η型層、跨所述一 個或多個η型層形成的有源區中的一個或多個發光層以及跨有源區形成的摻雜有例如Mg 的一個或多個P型層。電接觸在η和p型區上形成。
[0003] 如本領域中所知的，III族氮化物設備可以與諸如磷光體之類的波長轉換材料結 合以便形成白色光或者其他顏色的光。波長轉換材料吸收III族氮化物設備的發光區發射 的光，並且發射不同的、更長波長的光。波長轉換的III族氮化物設備可以用於許多應用， 例如一般照明、用於顯示器的背光源、汽車照明以及照相機或者其他閃光燈。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種高效的波長轉換的發光設備。
[0005] 本發明的實施例包括發光設備、第一波長轉換材料以及第二波長轉換材料。第一 波長轉換材料包括納米結構波長轉換材料。納米結構波長轉換材料包括具有至少一個長度 不超過100nm的維度的顆粒。第一波長轉換材料與發光設備隔開。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1圖示出紅色發射磷光體和紅色發射納米結構磷光體的強度與波長的函數關 系。
[0007] 圖2圖示出包括LED、波長轉換層以及與LED隔開的納米結構波長轉換材料的結 構。
[0008] 圖3A和圖3B圖示出可以用在納米結構波長轉換材料中以便散熱的導線模式。
[0009] 圖4圖示出包括LED、跨LED偵彳面延伸的波長轉換層以及與LED隔開的納米結構波 長轉換材料的結構。
[0010] 圖5圖示出包括均與LED隔開的波長轉換層和納米結構波長轉換層的結構。
[0011] 圖6圖示出包括LED和單個波長轉換區的結構。
[0012] 圖7圖示出包括密封的納米結構波長轉換層的結構。
[0013] 圖8圖示出反射器和納米結構波長轉換層的部分。

【具體實施方式】
[0014] 當在本文中使用時，"泵浦光"指的是由諸如LED之類的半導體發光設備發射的光。 "轉換光"指的是由波長轉換材料吸收並且在不同波長下重新發射的泵浦光。
[0015] 諸如與一種或多種波長轉換材料結合的LED之類的光源的效率出於至少兩個原 因而可能低於最佳。
[0016] 首先，發射白色光的設備經常包括諸如磷光體之類的發射紅色光的波長轉換材 料。一些紅色發射磷光體至少在人眼響應曲線之外的波長下發射一些光。該光對於大多數 應用而言實際上被丟失。此外，用於人眼響應曲線的色域範圍從大約380nm至大約780nm， 最大峰值在555nm處。人眼在不同的波長下具有不同的敏感度。例如，人眼在555nm波長 下可以檢測僅僅10光子/s的通量，但是在450nm下需要214光子/s並且在650nm下需要 126光子/s。由於人眼對於紅色（650nm)光不是非常敏感，因而希望的是紅色發射波長轉 換材料發射非常窄波長帶內的光。該希望的紅色發射波長轉換材料行為在圖1上通過峰1 圖示出，圖1是紅色發射磷光體的發射強度與波長的函數關係的曲線圖。峰1為圖1中虛 線3所示完全處於人眼響應曲線內的陡峭窄峰。許多常見的紅色發射波長轉換材料表現出 圖1中的峰2所示的不太高效的行為。這些材料跨更寬的波長範圍發射光。
[0017] 引入太多散射的第二波長轉換材料可能降低設備的效率。
[0018] 在本發明的實施例中，諸如LED之類的波長轉換半導體設備包括吸收泵浦光並且 發射轉換光的納米結構發光材料。納米結構材料是諸如例如杆、錐、球、管之類的各種不同 的形狀或者任何其他適當的形狀的納米尺寸的半導體顆粒，其在至少一個維度上是納米長 度尺度。量子阱是在一個維度上的尺度為納米長度的顆粒；量子線為在兩個維度上的尺度 為納米長度的顆粒，並且量子點為在所有3個維度上的尺度為納米長度的顆粒。納米結構 材料在一些實施例中可以具有至少6 X 105 cm 1的表面積-體積比，並且在一些實施例中 具有不超過1.5 X 107 cnT1的表面積-體積比。在一些實施例中，納米結構材料的至少一 個維度短於納米結構材料的電子波函數或者玻爾原子半徑。這將諸如半導體帶隙之類的體 積性質修改成現在隨著納米結構材料的相關維度的長度而變化的介觀或者量子性質。在一 些實施例中，納米結構材料可以是紅色發射納米結構磷光體或者發射不同顏色的光的納米 結構磷光體。納米結構磷光體在本文中可以稱為"量子點"或者"Q點"。適當材料的實例包 括 CdSe、CdS、InP、InAs、CdTe、HgTe、ZnS、ZnSe、CuInS2、CuInSe2、Si、Ge 以及具有與可見光 的帶隙接近的帶隙任何半導體材料，即在一些實施例中具有不超過2. OeV的帶隙的任何半 導體材料。在一些實施例中，納米結構材料可以是摻雜有過渡金屬離子和/或稀土金屬離 子的發光納米結構材料，也可以發射窄波長範圍內的適當的紅色光。這些材料在本文中可 以稱為"摻雜點"或者"D點"。適當材料的實例包括上面列出的量子點材料中的任何材料， 包括摻雜劑、摻雜Cu的ZnSe、摻雜Μη的ZnSe、摻雜Cu的CdS以及摻雜Μη的CdS。
[0019] 納米結構材料顆粒在一些實施例中可以具有至少2nm的平均直徑，在一些實施例 中具有不超過20nm的平均直徑，在一些實施例中具有不超過50nm的平均直徑，並且在一些 實施例中具有不超過l〇〇nm的平均直徑。在一些實施例中，納米結構材料的顆粒在一些實 施例中具有至少5%的尺寸分布並且在一些實施例中具有超過30%的尺寸分布。例如，顆粒 的直徑在一些實施例中可以在平均直徑的+/-5%之間變化，並且在一些實施例中可以在平 均直徑的+/-30%之間變化。形成對照的是，常規粉末磷光體經常具有lMffl或者更多的顆粒 尺寸。大多數磷光體顆粒，例如大於99%的磷光體顆粒，具有大於20nm的直徑。此外，在納 米結構材料中，諸如吸收和發射波長之類的光學性質可以隨著顆粒尺寸而變化。在粉末磷 光體中，相同材料的具有不同尺寸的兩個顆粒典型地具有相同的吸收和發射波長。
[0020] 諸如量子點之類的納米結構材料顆粒典型地附接到促進處理的配體(例如，在沒 有該配體的情況下，所述顆粒可能彼此融合以形成大質量)。配體可以是任何適當的材料。 適當配體的實例包括羧酸和基於磷化氫功能化烷烴的分子，例如油酸或者三辛基膦。
[0021] 在一些實施例中，納米結構材料發射窄波長帶內的光。例如，納米結構材料在一些 實施例中可以具有至少20nm的半高全寬並且在一些實施例中具有不超過60nm的半高全 寬。紅色發射納米結構磷光體發射的峰值波長可以通過選擇顆粒的成分和/或尺寸而調 整。納米結構材料的可調性可以歸因於顆粒內部的激子的量子限制。納米結構材料表現出 對於可見光的很少的散射或者沒有散射。
[0022] 納米結構材料的使用提出了設計挑戰。首先，由於納米結構材料的高表面面 積-體積比的原因，這些材料的結構和化學性質可能在存在氧氣和溼氣的情況下發生變 化。這樣的變化可能非所希望地改變納米結構材料的光學性質。
[0023] 其次，諸如吸收和發射特性之類的光學性質可能通過溫度升高而退化。例如，由於 納米結構波長轉換材料的固有性質的原因，納米結構波長轉換材料發射的峰值波長可能隨 著溫度的升高而移動。此外，納米結構波長轉換材料發射的峰值強度可能隨著溫度而減小。 最新技術的高亮度LED在電能變換為光子能期間產生熱量。例如，當在350mA的電流下驅 動時，當前的高亮度LED的結溫可能近似為85° C。如果納米結構材料直接附接到LED，那麼 這樣的溫度可以影響納米結構材料的光學性能。
[0024] 在本發明的實施例中，對包括LED和納米結構波長轉換材料的設備封裝以便高效 地從納米結構波長轉換材料移除熱量，並且保護納米結構材料免受氧氣和溼氣的影響。下 面的圖說明了本發明的實施例。
[0025] 作為初步事項，提供一個或多個諸如LED之類的半導體設備。可以使用任何適當 的III族氮化物LED並且這樣的LED是公知的。儘管在下面的實例中半導體發光設備為發 射藍色或者UV光的III族氮化物LED，但是可以使用除了 LED之外的諸如雷射二極體之類 的半導體發光設備以及由諸如其他III-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、II-VI族材 料、ZnO或者基於Si的材料之類的其他材料系統製成的半導體發光設備。
[0026] 下面的圖中的LED 10可以為例如倒裝晶片設備，其被配置成從LED的頂部表面發 射大多數光。為了形成這樣的LED，如本領域中已知的，首先在生長襯底上生長III族氮化 物半導體結構。生長襯底可以是任何適當的襯底，諸如例如藍寶石、SiC、Si、GaN或者複合 襯底。該半導體結構包括夾在η型區與p型區之間的發光或者有源區。η型區可以首先生 長並且可以包括不同成分和摻雜濃度的多個層，包括例如諸如緩衝層或者成核層之類的準 備層和/或被設計成促進生長襯底的移除的、可以是η型或者非特意摻雜的層，以及被設計 用於發光區高效地發射光所需的特定光學、材料或者電學性質的η型或者甚至ρ型設備層。 發光或有源區跨η型區生長。適當的發光區的實例包括單個厚或薄發光層，或者包括由勢 壘層分隔的多個薄或厚發光層的多量子阱發光區。然後，可以跨發光區生長Ρ型區。像η 型區那樣，Ρ型區可以包括不同成分、厚度和摻雜濃度的多個層，包括非特意摻雜的層或者 η型層。設備中所有半導體材料的總厚度在一些實施例中小於lOMffl並且在一些實施例中小 於 6Mm〇
[0027] 金屬p接觸在p型區上形成。如果例如在倒裝晶片設備中，大部分光通過與p接 觸相對的表面被引導出半導體結構，那麼P接觸可以是反射的。倒裝晶片設備可以通過經 由標準光刻操作對半導體結構圖案化並且蝕刻半導體結構以移除P型區的整個厚度的一 部分和發光區的整個厚度的一部分以便形成臺面而形成，所述臺面露出其上形成金屬η接 觸的η型區的表面。該臺面以及ρ和η接觸可以以任何適當的方式形成。形成臺面以及ρ 和η接觸是本領域技術人員公知的。
[0028] 半導體結構可以通過ρ和η接觸連接到支撐。該支撐是機械地支撐半導體結構的 結構。該支撐是一種自支撐結構，適合附接到其上安裝了 LED 10的結構。例如，該支撐可 以是可回流焊接的。可以使用任何適當的支撐。適當的支撐的實例包括具有用於形成到半 導體結構的電連接的導電通孔的絕緣或半絕緣晶片（例如矽晶片)、在半導體結構上例如通 過電鍍形成的厚金屬接合墊或者陶瓷、金屬或任何其他適當的底座。生長襯底可以被移除， 或者它可以保持為設備的一部分。可以對通過移除生長襯底而暴露的半導體結構粗糙化、 圖案化或者紋理化以便增大光提取。
[0029] 下面的圖中的納米結構波長轉換層12包括諸如上面描述的Q點或D點之類的發 光材料以及其中設置了納米結構發光材料的基質材料。納米結構發光材料可以是在基質中 隨機或者順序地布置的Q點或D點。納米結構波長轉換材料顆粒可以接合(共價或離子或 配位)到基質或者機械或物理地陷在基質中。在一些實施例中，納米結構波長轉換材料的顆 粒形成到緊密堆積或者有序的膜中，其中相鄰顆粒彼此物理地接觸。納米結構顆粒的有序 膜可以通過例如將顆粒懸浮在溶劑中，然後允許顆粒隨著溶劑變幹沉澱到有序膜中而自組 裝。可替換地，納米結構顆粒的有序膜可以通過將納米結構顆粒浮在不與顆粒混溶的液體 表面上而形成。當顆粒浮動時，它們可以物理地擠壓在一起並且然後作為有序陣列轉移至 襯底上，其然後可以用在下面描述的布置之一中。
[0030] 在一些實施例中，一個顆粒與另一個顆粒的緊鄰不是所希望的，因為相鄰顆粒可 以淬滅彼此的螢光性質或者改變峰值發射波長。例如，相鄰顆粒之間的間距越近，則發射波 長變得越多地紅移。相鄰顆粒之間的間距在一些實施例中可以為至少5nm，在一些實施例中 可以為至少l〇nm，在一些實施例中可以為至少20nm，在一些實施例中可以為不超過lOOnm， 在一些實施例中可以為不超過500nm，並且一些實施例中可以為不超過lMm。
[0031] 在一些實施例中，納米結構材料顆粒包覆有排斥其他納米結構材料顆粒的殼。在 一些實施例中，基質被選擇成以混溶的方式提供相鄰顆粒的充分分離（即沒有納米結構顆 粒的聚合或群集的分離)。在一些實施例中，避免了在膜形成或者設備操作期間造成納米結 構顆粒的聚合的基質材料。在一些實施例中，使用了在設備操作期間維持其形狀，關於溫 度、藍色通量和納米結構顆粒離子化光學且化學穩定的基質材料。（離子化指的是納米結構 材料從納米結構顆粒表面發射電子)。
[0032] 適當的基質材料的實例包括例如空氣或電介質材料(聚合物或陶瓷)、有機材料 (例如聚乙烯（HDPE，LDPE)、聚丙烯、聚乙烯基滷化物、聚苯乙烯、聚乙二烯滷化物、聚甲基丙 烯酸甲酯、聚四氟乙烯、多氯氟乙烯、聚醯胺6、聚醯胺66、聚醯亞胺、聚醯胺-醯亞胺、聚氨 酯、聚碳酸酯、聚縮醛、聚對苯二甲酸乙二醇酯、乙酸丁酸纖維素、硝酸纖維素、丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯聚乙烯醇縮甲醒、娃樹脂、聚碸、塞爾馬氮氧化物（thermanox)、熱塑性彈性 體、聚甲基戊烯、聚對二甲苯或者交聯聚合物）或者無機材料(例如基於溶膠凝膠的二氧化 矽、二氧化鈦、氧化鋯或者這些材料和玻璃陶瓷的組合）或者複合物。複合物包括對於特定 性質優化的材料的混合物。例如，玻璃珠可以與聚合物混合以便形成具有與單獨的聚合物 相比增大的粘度的混合物。在另一個實例中，矽樹脂可以與有機聚合物混合以便形成具有 希望的溶解度的混合物。在一些實施例中，無機材料與有機或矽樹脂材料混合以便形成具 有諸如玻璃化轉變溫度、折射率和熔點之類的希望的性質的材料。
[0033] 複合物可以是電介質材料和/或金屬材料的組合，包括至少在一個、兩個或者三 個維度下為納米尺度的微粒材料。例如，粘土納米顆粒/聚合物、金屬納米顆粒/聚合物 以及碳納米管/聚合物納米複合物可能是適當的。適當的納米複合物在商業上可獲得。 例如，可以使用尼龍納米複合物、聚烯烴納米聚合物、M9 (三菱)、杜立頓KU2-2601 (拜耳)、 Aegis NC (霍尼韋爾）、Aegis TM Ox (低氧氣透過率-霍尼韋爾)或者Forte納米複合物(諾 布爾）以及上面描述的材料的組合。諸如nanomers (Nanocor)、closite (Southern Clay products)、Bentone (Elementis)、Polymer-pellet (PolyOne, Clariant, RTP)、Nanofil (Sud-Chemie)、Planomers(TNO)、Planocolors(TNO)、PlanoCoatings(TNO)之類的納米粘土 納米聚合物可以單獨使用或者與其他材料組合。例如，可以提供優秀的透明度和阻隔性質 的PlanoCoatings可以與可以提供熱穩定性的Planomers組合。具有來自Suncolor公司的 聚合物和納米材料（HTLT1070或HTLT1070AA)的組合的複合物在可見波長（380nm-780nm) 下提供了優秀的透明度以及高的玻璃化轉變溫度。
[0034] 在一個實例中，納米結構波長轉換材料包括設置在CdZnS的殼中的CdSe量子點。 基質為脂肪族丙烯酸酯或者矽樹脂。納米結構波長轉換層12為lOOMffl厚。最近鄰納米結 構顆粒隔開至少5nm並且不超過200nm。納米結構波長轉換層12可以通過將CdSe/CdZnS 核-殼材料與基質材料混合以形成刮塗、滴鑄或者以其他方式分配在襯底上的粘性膜而形 成。
[0035] 在圖2、圖4、圖5、圖6和圖7所示的實例中，納米結構波長轉換層與LED 10隔開。 通常不是納米結構波長轉換層並且可以例如為粉末或陶瓷磷光體層的第二波長轉換層可 以設置在LED 10與納米結構波長轉換層12之間。
[0036] 圖2圖示出包括納米結構波長轉換層的設備的一個實例。波長轉換層16跨 LED 10頂部表面緊鄰LED 10形成。波長轉換層16可以是一個或多個常規磷光體、有機 磷光體、有機半導體、II-VI或者III-V族半導體、染料、聚合物或者發光的其他材料。可 以使用任何適當的磷光體，包括但不限於基於石榴石的磷光體，Y 3Al5012:Ce、Lu3Al50 12:Ce、 Y3Al5_xGax012:Ce、（BahSigSiO^Eu (BOSE)、基於氮化物的磷光體，（Ca，Sr)AlSiN3:Eu 和 (Ca，Sr，Ba)2Si5N8:Eu。波長轉換層16可以包括單一波長轉換材料或者可以混合在一起或 者設置在LED 10頂部上單獨的層中的多種波長轉換材料。波長轉換層16可以是：例如通 過電泳沉積形成的粉末磷光體層；與諸如矽樹脂或環氧樹脂之類的透明粘合劑材料混合的 跨LED 10成型、絲網印刷、噴塗或者注射的染料或者粉末磷光體；或者諸如陶瓷磷光體或 嵌入到玻璃、矽樹脂或者其他透明材料中的磷光體或者染料之類的預製的波長轉換層。波 長轉換層16的厚度取決於使用的材料和沉積技術。波長轉換層16在一些實施例中可以為 至少2〇Mm厚並且在一些實施例中可以不超過500Mm厚。
[0037] LED 10和波長轉換層16置於反射容器20底部。反射容器20可以為矩形、圓形、 錐形或者任何其他適當的形狀。反射容器20可以例如由聚合物、金屬、陶瓷、電介質材料、 材料組合或者任何其他適當的材料形成。在一些實施例中，反射容器20由至少一種導熱材 料形成或者包括至少一種導熱材料，以便傳導熱量離開反射容器20內的結構。在一些實施 例中，反射容器20被配置成散熱器或者熱連接到散熱器。儘管圖2圖示出一個LED 10設 置在反射容器20內，但是在一些實施例中，多個LED 10設置在單個反射容器內。
[0038] 納米結構波長轉換層12例如跨反射容器20中的頂部開口與LED 10和波長轉換 層16隔開。波長轉換層16的頂部(或者LED 10的頂部)與納米結構波長轉換層12的底部 之間的間距h在一些實施例中可以為至少1_，在一些實施例中為至少2_，在一些實施例 中為不超過5mm，並且在一些實施例中為不超過10mm。納米結構波長轉換層12如上所述包 括設置在基質14中的納米結構波長轉換材料13。納米結構層12的總厚度在一些實施例中 可以為至少l〇Mm,在一些實施例中為至少2〇Mm，在一些實施例中為不超過200Mm，並且在一 些實施例中為不超過2_。
[0039] 納米結構波長轉換層12可以通過例如以下處理技術中的一種或多種形成：浸塗、 旋塗、滴鑄、噴墨印刷、絲網印刷、噴塗、刷塗、層壓、電沉積、氣相沉積、擠壓、旋壓、壓延、熱 成型、澆鑄和成型。例如，納米結構波長轉換材料可以與諸如液體有機聚合物或矽樹脂之類 的基質混合。該混合物可以使用上面列出的方法之一跨電介質材料18設置。可替換地，該 混合物可以設置在諸如透明板或膜之類的襯底上，該襯底然後跨電介質材料18設置。膜可 以根據需要在外界或惰性環境或者特殊環境中使用熱和/或UV和/或壓力進行處理和/ 或固化，以便將液體基質材料變換成其中懸浮了納米結構顆粒的固體材料。可以對膜定形， 或者可以通過諸如切割、修剪、拋光、機械緊固接合、密封焊接、真空電鍍金屬化、印刷、衝壓 或者雕刻之類的一種或多種工藝移除多餘的材料。在一些實施例中，納米結構波長轉換層 12在薄透明襯底上形成，該襯底然後在襯底上形成納米結構波長轉換層12之前或者之後 附接到電介質材料18。
[0040] 在一些實施例中，為了增強從納米結構波長轉換層散熱，在納米結構波長轉換層 12之上或者之中形成導熱的金屬或陶瓷導線。這些導線在一些實施例中可以例如為至少 lMm寬，在一些實施例中為不超過lOOMm寬，在一些實施例中為不超過1_寬，在一些實施 例中為至少lMm厚，在一些實施例中為至少l〇Mm厚，並且在一些實施例中為不超過lOOMm 厚。這些導線在一些實施例中可以隔開至少1_，在一些實施例中隔開不超過1〇_，並且在 一些實施例中隔開不超過20mm。這些導線在一些實施例中可以為>90%反射的。這些導線 可以在基質層14中形成，並且可以例如是隨機、平行的或者以其他方式以任何適當的布置 設置。圖3A和圖3B中圖示出用於導線22的模式的兩個實例。在一些實施例中，導線22 將熱傳導至反射容器20,該反射容器可以充當散熱器或者可以熱連接到散熱器。導線可以 通過例如絲網印刷、濺射，然後用光刻法圖案化適當的材料或者通過蔭罩蒸發適當的材料 而形成。任何適當的傳導材料可以用於導線22,包括例如鋁、銅、銀和包覆銀的銅。
[0041] 在一些實施例中，納米結構波長轉換層12與波長轉換層16之間的空間完全或者 部分地填充有電介質材料18。電介質材料18可以為例如外界氣體、空氣、陶瓷、氧化鋁、聚 合物或者上面描述的用於納米結構波長轉換層12的基質的材料之一或者組合。電介質18 的材料可以被選擇成導熱，或者可以將導熱材料設置在電介質材料18內。在一些實施例 中，代替或者附加於設置在納米結構波長轉換材料12之上或者之中的導線的是，上面在伴 隨圖3A和圖3B的文字中描述的一根或多根導線22可以嵌入到電介質材料18中。
[0042] 在圖4所示的設備中，波長轉換層16跨LED 10的側面延伸。
[0043] 圖5圖示出包括納米結構波長轉換層的設備的另一個實例。LED 10、納米結構波 長轉換層12、波長轉換層16、電介質材料18和反射容器20的細節可以與上面描述的相同。 納米結構波長轉換層12和波長轉換層16二者都與LED 10隔開。波長轉換層16設置在LED 10與納米結構波長轉換層12之間。波長轉換層16與LED 10隔開距離h2,該距離在一些 實施例中可以大於0mm，在一些實施例中為至少1mm，在一些實施例中為不超過10mm，並且 在一些實施例中為不超過20mm。波長轉換層16與LED 10之間的空間可以填充有電介質 18。納米結構波長轉換層12與波長轉換層16隔開距離hi，該距離在一些實施例中可以大 於0_，在一些實施例中為至少1_，在一些實施例中為不超過5_，並且在一些實施例中為 不超過10_。納米結構波長轉換層12與波長轉換層16之間的空間可以填充有電介質24， 該電介質可以是上面描述的任何適當的電介質材料。電介質材料18和24在一些實施例中 可以是不同的材料並且在一些實施例中可以是相同的材料。納米結構波長轉換層12和波 長轉換層16的位置在一些實施例中可以切換，使得納米結構波長轉換層12設置在LED 10 與波長轉換層16之間。
[0044] 圖6圖示出包括納米結構波長轉換材料的設備的另一個實例。LED 10、電介質材 料18和反射容器20的細節可以與上面描述的相同。圖6中所示的設備具有單一波長轉換 區26。該區域包括納米結構波長轉換材料和常規波長轉換材料二者。在一些實施例中，波 長轉換區26包括彼此接觸的分層形成於彼此之上的上面描述的納米結構波長轉換層12和 波長轉換層16,其中任一層在波長轉換區26頂部。在一些實施例中，波長轉換區26包括 混合在一起的納米結構波長轉換材料和附加的波長轉換材料。這樣的混合波長轉換層可以 利用上面描述的任何基質材料通過上面描述的任何技術形成。波長轉換區26在一些實施 例中可以為至少2〇Mm厚，在一些實施例中為至少5〇Mm厚，在一些實施例中為不超過lOOMm 厚，並且在一些實施例中為不超過20mm厚。波長轉換區26與LED 10隔開距離h3,該距離在 一些實施例中可以大於〇mm，在一些實施例中為至少1mm，在一些實施例中為不超過l〇mm， 並且在一些實施例中為不超過20mm。
[0045] 如上面所描述的，氧氣和溼氣可能不利地影響納米結構波長轉換材料的性能。上 面描述的設備中的納米結構波長轉換材料可以例如通過選擇合適的基質材料，通過跨納米 結構波長轉換層形成保護層，或者通過密封納米結構波長轉換層而受保護。
[0046] 在一些實施例中，納米結構波長轉換材料13嵌入到具有低氧氣和溼氣滲透率的 基質材料14中。例如，適當的低氧氣和溼氣滲透材料包括無機材料，諸如例如玻璃、陶瓷、 基於溶膠凝膠的二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯和氧化鋅。此外，若干聚合物表現出適 當低的氧氣和溼氣滲透率。下表1列出了適當的材料及其氧氣和溼氣滲透率。適當聚合物 和納米結構波長轉換材料的複合物可以抑制或者減小溼氣和氧氣穿透納米結構波長轉換 層。在一些實施例中，水蒸氣透過率不超過l〇_ 6g/m2/天，並且氧氣透過率不超過KT3cm3/m 2/ 天/大氣壓。
[0047] 表1 : 一些材料及其氧氣和溼氣透過率的列表 材料_水蒸氣透過率（g/m2/天）氧氣透過率（cm3 · mm/m2/天/大氣壓）

【權利要求】
1. 一種結構，包括： 發光設備； 第一波長轉換材料，其中第一波長轉換材料包括納米結構波長轉換材料，該納米結構 波長轉換材料包括具有至少一個長度不超過lOOnm的維度的顆粒；以及 第二波長轉換材料； 其中第一波長轉換材料與發光設備隔開。
2. 權利要求1的結構，其中第二波長轉換材料設置在發光設備與第一波長轉換材料之 間。
3. 權利要求2的結構，其中： 第二波長轉換材料與發光設備隔開第一距離； 第一波長轉換材料與第二波長轉換材料隔開第二距離；並且 第一距離大於第二距離。
4. 權利要求2的結構，其中： 第二波長轉換材料與發光設備隔開第一距離； 第一波長轉換材料與第二波長轉換材料隔開第二距離；並且 第一距離小於第二距離。
5. 權利要求1的結構，其中包括第一波長轉換材料的層的底部表面距離發光設備的頂 部表面至少1mm。
6. 權利要求1的結構，其中第一波長轉換材料設置在包括至少一種透明材料的基質 中。
7. 權利要求6的結構，其中第一波長轉換材料的最近鄰顆粒直接接觸。
8. 權利要求6的結構，其中第一波長轉換材料的最近鄰顆粒隔開至少5nm。
9. 權利要求1的結構，其中第二波長轉換材料設置成與發光設備的頂部表面直接接 觸。
10. 權利要求1的結構，其中第二波長轉換材料與發光設備和第一波長轉換材料二者 都隔開。
11. 權利要求1的結構，進一步包括設置在透明基質中的至少一根導線。
12. 權利要求11的結構，其中所述至少一根導線熱連接到散熱器。
13. 權利要求1的結構，其中第一和第二波長轉換材料在單一波長轉換層中混合在一 起。
14. 權利要求1的結構，其中納米結構波長轉換材料設置在密封的外殼中。
15. 權利要求1的結構，進一步包括反射器，其中納米結構波長轉換材料設置在發光設 備與反射器之間，並且其中與納米結構波長轉換材料發射的光相比，反射器更多地反射發 光設備發射的光。
16. 權利要求1的結構，其中發光設備為半導體設備。
【文檔編號】H01L33/64GK104272479SQ201380025286
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年5月2日 優先權日:2012年5月14日
【發明者】D.貝拉, M.M.布特沃思, O.B.斯徹金 申請人:皇家飛利浦有限公司