具有光致發光波長轉換的固態發光裝置的製作方法

2023-05-01 00:45:11

專利名稱：具有光致發光波長轉換的固態發光裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有光致發光波長轉換的固態發光裝置，並且具體地講(但非排他地)涉及基於LED (發光二極體)的白光發射裝置，其用於激發位於所述LED遠端的兩種或兩種以上磷光體材料。本發明進一步涉及用於轉換由固態光發射體產生的光的顏色(波長)的波長轉換組件。
背景技術：
白光發射LED( 「白光LED」)在此項技術中為已知的，並且是相對新穎的技術革新。直到研發出發射電磁波譜的藍光/紫外線部分的LED，研發基於LED的白光源才變得切實可行。如例如US5，998，925中所教示，白光LED包括一種或一種以上磷光體材料，其為光致發光材料，吸收一部分由LED發射的輻射並重新發射不同顏色(波長)的輻射。通常，LED晶片或裸片產生藍光，並且磷光體吸收一定百分比的藍光並重新發射黃光、或綠光與紅光的組合、綠光與黃光的組合、綠光與橙光的組合或黃光與紅光的組合。由LED產生的藍光中未被磷光體吸收的部分與由磷光體發射的光組合，提供人眼看來顏色接近白色的光。
由於期望工作壽命長(>50，000小時)並且發光效率高(70流明/瓦和70流明/瓦以上)，故越來越多地使用高亮度白光LED代替常規的螢光燈、緊湊型螢光燈和白熾燈光源。
通常提供磷光體材料的混合物作為LED裸片發光表面上的單一層。或者，可提供不同磷光體材料作為覆蓋LED裸片的相應層。
如李(Li)的美國專利申請案US2008/02118992A1中所揭示，也已知提供磷光體材料作為位於LED裸片遠端的光學組件上的一層或將磷光體材料併入所述光學組件內。
本發明的一個目的是提供可至少部分地克服已知裝置的缺點的發光裝置。發明內容
本發明的實施例涉及包含一個或一個以上固態光發射體(通常為LED)的固態發光裝置，所述一個或一個以上固態光發射體可操作以產生藍光，其用於激發包括至少兩種藍光可激發磷光體材料的光致發光波長轉換組件。根據本發明，磷光體材料是以區圖案形式提供，其中不同磷光體材料的區幾乎無重疊。本發明者發現，與不同磷光體材料以混合物形式提供於單一層中或提供作為重疊的獨立層的裝置相比，使不同磷光體材料的任何重疊最小化可增加裝置的量子效率並改良由這種裝置產生的光的CRI (顯色指數)。相信將不同磷光體材料隔開(即，不重疊)可減少由一種磷光體材料產生且被另一種磷光體材料吸收(下文中稱為「磷光體間吸收」)的較高能量(較短波長)的光。此外，實體上隔開不同磷光體材料使得發射產物的顏色主要由磷光體材料區的相對面積和/或厚度決定，由此能夠通過改變磷光體材料區的比率來定製發射產物的顏色。相比之下，改變包含磷光體材料混合物的裝置中發射產物的顏色需要調配新的磷光體材料混合物。
根據本發明，發光裝置包含至少一個可操作以產生藍光的光發射體和包含至少兩種磷光體材料的波長轉換組件，其中所述磷光體材料可操作以吸收所述藍光的至少一部分並發射不同顏色的光，且其中所述裝置的發射產物包含由所述至少一個光發射體和所述磷光體材料產生的組合光，且其中所述磷光體材料是呈實質上非重疊區的圖案提供於所述組件表面上。為了防止磷光體材料區重疊，磷光體材料區可由不含磷光體材料的區域或間隙隔開。這些區域或間隙可具光透射性、光反射性或光阻擋性。當其具有光透射性時，間隙充當允許藍光和磷光體產生的光自組件發射的窗口。為了防止由光發射體產生的藍光壓過磷光體產生的光，隔開磷光體區的區域或間隙小於約0.5mm(約0.01英寸或10密耳)且通常為約0.05_。在其它布置中，磷光體材料區可經配置為彼此鄰接或略微重疊。在本專利申請案的情形中，略微重疊意謂磷光體材料區的總重疊面積遠小於非重疊磷光體材料區的總面積。為了使磷光體間吸收最小化，重疊面積優選儘可能地小並且通常小於總面積的0.1%。
磷光體材料區的圖案可包含規則和不規則圖案兩者，包括例如不同磷光體材料的條形或線形圖案；像素圖案，其可為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三角形、六邊形，或幾何區的平鋪形式(tiling)，例如矩形或正方形區的平鋪形式。為了確保藍光與磷光體產生的光的視覺摻合以及提供顏色均勻的發射產物，磷光體材料區優選具有至少一個小於約2mm的尺寸。舉例來說，在一種布置中，磷光體材料圖案包含寬度小於約5mm的交替磷光體材料的條形或線形圖案。在另一布置中，磷光體材料圖案包含第一磷光體材料的圓形點或像素圖案，具有第二磷光體材料填充於像素之間的區。為了由波長轉換組件的不同區域產生不同顏色的光，可改變波長轉換組件上磷光體材料區的大小和/或相對面積。可預見通過以此方式配置圖案，此可用於減少裝置的發射產物的顏色的角度變化。舉例來說，對於白光發射裝置，可設想在波長轉換組件的入射藍光強度最大的區域(通常為中央區域)上提供與發黃光的磷光體材料相比相對較多發紅光的磷光體材料。在一個實例中，紅色磷光體材料區朝向組件中央的大小可較大，而遠離中央區域的大小則減小。
為了減少從光發射體到波長轉換組件的熱轉移並由此減少磷光體材料的熱降解，波長轉換組件宜位於距光發射體至少5mm處且優選由空氣間隙與之隔開。
波長轉換組件可具光透射性，並且經配置以轉換透射通過所述組件的至少一部分光的波長。在一種布置中，波長轉換組件包含光透射襯底，在所述襯底的表面上提供磷光體材料圖案作為至少一個層。由於由磷光體材料引起的藍光散射的各向同性性質和光致發光過程的各向同性性質，一部分的藍光和約一半的由磷光體產生的光將從波長轉換組件發射回光發射體。為使裝置的光發射最大化，應將反向散射的藍光和磷光體轉換的光重新導向回到波長轉換組件，以使其透射通過所述組件並提供發射產物。因此，所述裝置宜進一步包含圍繞光發射體和波長轉換組件的光反射腔，其經配置以將反向散射的光重新導向波長轉換組件。所述光反射腔可包含光反射金屬表面或光反射聚合物表面。光反射表面可包含鏡面式(mirror-like)(非漫射性)或朗伯式(Lambertian-1ike)(漫射性)反射表面。
為了進一步減少磷光體間吸收，波長轉換組件可經配置以防止由一種磷光體材料在向光發射體返回的方向上產生的磷光體轉換的光由光反射腔重新導向返回並穿過另一磷光體材料區。舉例來說，在一種布置中，所述裝置包含波長選擇性反射濾波器，其經配置以至少對由兩種磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性。在操作中，波長反射濾波器防止磷光體轉換的光在朝向光發射體的方向上從波長轉換組件發射，由此實際上消除了磷光體間吸收，因為磷光體轉換的光將被反射回起初產生所述光的磷光體材料區中。在另一布置中，波長選擇性反射濾波器包含與每一磷光體材料區相關聯的相應反射濾波器，其中與第一磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由第一磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性，且其中與第二磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由第二磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性。為了使可由光透射襯底內的光反射引起的磷光體間吸收最小化，波長選擇性濾波器優選位於光透射襯底與磷光體材料區之間。為便於製造，可在光透射襯底的一面上提供波長選擇性濾波器，接著在波長選擇性濾波器上沉積磷光體材料區的圖案。波長選擇性濾波器可包含多層結構，所述多層結構包含例如多個電介質材料層或光柵型結構。
在一種布置中，磷光體材料的圖案是通過絲網印刷提供於襯底上。或者，可使用其它沉積技術(包括噴墨印刷、凸版印刷、凹版印刷或柔版印刷)將磷光體材料的圖案施加於襯底。光透射襯底可包含光透射聚合物，例如丙烯酸系物、聚碳酸酯、環氧樹脂或矽酮或玻3 ο
或者，波長轉換組件可具光反射性且經配置以轉換由所述組件反射的至少一部分光的波長。一種此類波長轉換組件包含光反射表面，在所述表面上提供磷光體材料的圖案作為至少一個層。可通過例如印刷術、絲網印刷或噴墨印刷在光反射襯底上提供磷光體材料的圖案。為了使光發射最大化，光反射表面的反射率應儘可能高且優選為至少0.9。光反射表面可包含光反射金屬，例如銀、鋁或鉻。或者，其可包含光反射聚合物、光反射紙或光反射塗料。
至少一個光發射體優選包含可操作以產生峰值波長在380nm到480nm且通常為約440nm到450nm波長範圍內的藍光的固態光發射體，例如LED。
根據本發明的另一方面，固態發光裝置的用於轉換由光發射體產生的至少一部分光的波長的波長轉換組件在其表面上包含至少兩種磷光體材料的圖案，其經配置為實質上非重疊區的圖案。為了防止 鄰近磷光體材料區重疊，鄰近磷光體材料區可由不含磷光體材料的區域或間隙隔開。將鄰近磷光體區隔開的區域或間隙優選小於0.5mm(約0.01英寸)且通常可為約0.05mm(0.001英寸或10密耳)。在替代性配置中，鄰近磷光體材料區可彼此鄰接。
為了確保顏色均勻的發射產物，磷光體材料區優選具有至少一個小於約5mm的尺寸。
在一種布置中，波長轉換組件具光透射性且包含光透射襯底，在所述襯底上提供磷光體材料的圖案作為至少一個層。為防止一種磷光體材料吸收由另一種磷光體材料所產生的光，波長轉換組件可進一步包含波長選擇性反射濾波器，其經配置以至少對由兩種磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由光發射體產生的光的波長實質上具有透射性。在一種布置中，波長選擇性反射濾波器包含與每一磷光體材料相關聯的相應反射濾波器，其中與第一磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由第一磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由光發射體產生的光的波長實質上具有透射性，且其中與第二磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由第二磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由光發射體產生的光的波長實質上具有透射性。為了使磷光體間吸收最小化，波長選擇性濾波器可位於光透射襯底與磷光體材料區之間。波長選擇性濾波器可包含多層介質鏡或光柵型結構。光透射襯底可包含丙烯酸系物、聚碳酸酯、環氧樹脂、矽酮或玻璃。
在替代性配置中，波長轉換組件具光反射性且包含光反射表面，在所述光反射表面上提供磷光體材料的圖案作為至少一個層。所述光反射表面優選具高反射性且反射率為至少0.9。光反射表面可包含反射金屬(例如銀、鋁或鉻)、光反射聚合物、光反射紙或光反射塗料。
便利地通過印刷術、絲網印刷、噴墨印刷或其它沉積技術在波長轉換組件上提供磷光體材料的圖案。
磷光體材料優選包含無機材料，例如正矽酸鹽、氮化物、硫酸鹽、氧氮化物、含氧硫酸鹽(oxy-sulfate)或石槽石(YAG)材料,其粒度在2 μ m到60 μ m範圍內且更尤其在10 μ m到20 μ m範圍內。


為了更好地理解本發明，現將僅藉助實例，參考附圖來描述根據本發明的實施例的固態發光裝置。
圖1是根據本發明的一個實施例的基於LED的發光裝置的示意圖2是用於圖1的發光裝置中的光致發光波長轉換組件的示意性平面圖和側視圖3是另一種用於圖1的發光裝置中的光致發光波長轉換組件的示意性平面圖和側視圖4是又一種用於圖1的發光裝置中的光致發光波長轉換組件的示意性平面圖5 (a)到5 (d)是說明製造光致發光波長轉換組件的方法的示意圖6是說明已知發光裝置的操作原理的示意圖7是說明圖1的發光裝置的操作原理的示意圖8為(a)根據本發明的發光裝置和(b)圖6的已知發光裝置的相對強度與波長的關係圖9是用於圖1的發光裝置中的根據本發明又一實施例的光致發光波長轉換組件的不意圖10是用於圖1的發光裝置中的根據本發明另一實施例的光致發光波長轉換組件的不意圖11是根據本發明另一實施例的基於LED的發光裝置的示意圖12是說明圖11的發光裝置的操作原理的示意圖；和
圖13是用於圖11的發光裝置中的根據本發明另一實施例的光致發光波長轉換組件的示意圖。
具體實施方式
本發明的實施例涉及包含一個或一個以上固態光發射體(通常為LED)的發光裝置，所述一個或一個以上固態光發射體可操作以產生藍光，其用於激發包括至少兩種藍光可激發磷光體材料的光致發光波長轉換組件。優選在波長轉換組件表面上以實質上非重疊區域的圖案形式提供磷光體材料，本發明者已發現其可提供改良的量子效率和CRI。相信改良的量子效率是由一種磷光體材料產生且被另一種磷光體材料吸收的較短波長(較高能量)的光減少所引起。在本說明書通篇，相同參考數字用於表示相同部分。
圖1顯示根據本發明一個實施例的基於LED的白光發射裝置10的示意圖。裝置10包含藍光發射LED12和位於所述LED遠端的光致發光波長轉換組件14。如所示，波長轉換組件14可包含光透射襯底(窗)16,其在一面上具有至少兩種磷光體材料18、20的圖案。光透射窗16可包含任何光透射材料，例如聚合物材料，例如聚碳酸酯、丙烯酸系物、矽酮或環氧樹脂，或玻璃，例如石英玻璃。通常，光透射窗16為平面的，通常為圓盤形，但取決於預期應用，其也可為正方形、矩形或其它形狀。當光透射窗16為圓盤形時，其直徑通常可介於約Icm與約15cm之間，即，面積為0.Scm2與180cm2的孔隙。在替代性實施例中，可預見光透射窗16包含在所選方向上引導光的光學組件，例如凸透鏡、凹透鏡或菲涅耳透鏡(Fresnellens)。為了減少從LED12到波長轉換組件14的熱轉移，特別是到達磷光體材料的熱轉移，波長轉換組件優選位於LED遠端，即，物理上隔開至少5mm的距離。通常，波長轉換組件與LED通過空氣間隙隔開。
藍光LED12可包含基於GaN(基於氮化鎵)的LED，其可操作以產生峰值波長λ i在380nm到480nm(通常為440nm到450nm)波長範圍內的藍光22。藍光LED12經配置以用藍光22照射波長轉換組件14，其中一部分的藍光22被磷光體材料18、20吸收，作為回應，磷光體材料18、20發射具有不同相應波長λ 2、λ 3的光24、26，通常對於暖白光發射裝置為紅光和黃光。裝置10的發射產物28 (其經配置以顯現白色)包含由LED發射的組合光22和由磷光體材料18、20各自產生的光24、26。
如圖1中所示，所述裝置可進一步包含圍繞LED12和波長轉換組件14的光反射腔30以將反向散射的光重新引導到波長轉換組件14。所述光反射腔經配置以引導由LED12產生且由波長轉換組件14反向散射的光22以及由磷光體材料產生的磷光體產生(光致發光)的光26、28。
圖2顯示根據本發明一個實施例的光致發光波長轉換組件14的示意性平面圖和側視圖。在此例示性實施例中，磷光體材料18、20經配置為包含一系列寬度分別為W1和W2的平行的不重疊交替條形或線形的區的圖案。每一磷光體材料條包含具有相應厚度h、t2的厚度均勻的磷光體材料層。應理解，磷光體材料的厚度將決定由磷光體區產生的光的顏色。通常，包含綠光或黃光發射材料的磷光體材料區20的厚度t2大於包含紅光發射磷光體材料的磷光體材料區18的厚度h。在例示性實施例中，12是&的約1.5倍。如所示，不同磷光體材料條可間隔寬度為W3的狹窄間隙30。如將進一步描述，間隙30防止在印刷期間磷光體區發生重疊。間隙30也允許透射一部分的由LED產生的光22。如圖2中所示，不同磷光體材料區之間的間隙30可包含實際空間，但在其它實施例中，間隙可包含不含任何磷光體材料的區域，例如光透射介質。
產生暖白光(CCT ^ 3000K)的波長轉換組件14的實例包含2.5英寸(64mm)直徑的圓形光透射圓盤，其具有發紅光(λ2峰值波長為約630nm)的氮化物磷光體材料18和發黃光(λ 3峰值波長為約550nm)的YAG材料20的交替條狀圖案。通常，磷光體材料區具有厚度h 60 μ m和t2 100 μ m。對於紅光氮化物和黃光YAG磷光體材料，磷光體材料對光透射粘合劑(實達技術公司(Star Technology) U.V.固化丙烯酸粘著劑UVA4103)的負重量分別為約1.2:1和2.8:1。為產生暖白光，圖案經配置而使得紅光和黃光磷光體材料分別覆蓋約44%和約56%的波長轉換組件表面積(孔隙)。為確保藍光22以及磷光體產生的光24、26的視覺摻合以及提供顏色均勻的發射產物28，材料條應儘可能窄並且寬度通常小於約2_。舉例來說,在一個實施例中,磷光體材料條的圖案的尺寸W1=43.5密耳(1.1lmm),w2=55.5 密耳(1.42mm)和 W3=0.5 密耳(0.01mm)。
更可預見在替代性實施例中，磷光體區(材料條)可經配置為彼此鄰接。
圖3顯示根據本發明另一實施例的波長轉換組件14的示意性平面圖和側視圖。在此例示性實施例中，磷光體材料18、20經配置為包含寬度為w且長度分別為I1U2的矩形區的陣列的圖案。如所示，這些矩形區可由寬度為W3的狹窄間隙30隔開。應理解，可通過不同磷光體材料區的面積4、4的比率(即，A1 A2(I1。w:I2w))來選擇由這種組件14產生的發射產物28的顏色。此外，如先前描述，由每一磷光體材料區產生的光的顏色也將取決於這些區的厚度為了確保顏色均勻的發射產物28，磷光體材料區通常具有至少一個小於約 2mm(w〈2mm 和 / 或(I1, I2) <2mm)的尺寸。
圖4為根據本發明另一實施例的波長轉換組件14的平面示意圖。在此例示性實施例中，磷光體材料的圖案經配置為第一磷光體材料18的圓形區或點的正方形陣列，具有第二磷光體材料20填充於圓形區之間。如所示，寬度為W3的狹窄間隙30可提供於各圓形磷光體區18與周圍磷光體材料之間。又為了確保顏色均勻的發射產物28，圓形磷光體材料區18的直徑Φ通常小於約2mm且圓形區之間的最大間隔s小於約2_。在一種布置中，磷光體材料點18的直徑Φ=75密耳(約1.9mm)且經配置而使得紅色磷光體材料18和黃色磷光體材料20的面積比例為約44%和約56%。
應理解，所描述的各種磷光體材料圖案僅為例示性的，並且其它圖案屬於本發明的範圍內。舉例來說，磷光體材料圖案可包含圓形、橢圓形、正方形、三角形、菱形或六邊形磷光體區的規則或不規則圖案。
磷光體材料18、20 (其呈粉末形式)以已知比例與光透射粘合劑材料32充分混合，所述光透射粘合劑材料例如為聚合物材料(例如熱或U.V.可固化矽酮、丙烯酸系物或環氧樹脂材料)，例如實達技術公司的U.V.可固化丙烯酸粘著劑UVA4103，或透明油墨，例如Nazdari U.V.可固化平版印刷透明套印PSLC-294。將磷光體/粘合劑混合物作為一個或一個以上厚度均勻的層施加於窗16的表面。在優選實施例中，所述混合物通過絲網印刷施加於光透射窗，並且層厚度t由篩孔大小和印刷次數控制。圖5(a)到5(d)為說明製造波長轉換組件的方法的實例的示意圖。如圖5(a)所示，磷光體區20是使用第一絲網來絲網印刷。更換絲網且接著使用第二絲網在磷光體區20之間印刷其它磷光體區18(圖5(b))。接著使用第一絲網印刷覆蓋第一磷光體區20的另一層磷光體區20(圖5(c))。最後，使用第二絲網印刷覆蓋第一磷光體區18的另一層磷光體區18(圖5(d))。將取決於所需磷光體區厚度t來確定印刷次數。
如所屬領域技術人員將顯而易知，可使用其它印刷方法(例如噴墨印刷、凸版印刷、凹版印刷或柔版印刷)以及其它沉積技術施加磷光體混合物。
磷光體材料可包含無機磷光體或有機磷光體，例如具有一般組成A3Si (O, D)5或A2Si (O, D)4的基於娃酸鹽的磷光體，其中Si為娃，O為氧，A包含銀(Sr)、鋇(Ba)、鎂(Mg)或鈣(Ca)且D包含氯(Cl)、氟(F)、氮(N)或硫(S)。基於矽酸鹽的磷光體的實例揭示於美國專利US7，575，697 「銪活化的基於矽酸鹽的綠色磷光體(Europiumactivated silicate-based green phosphor)，，(轉讓給英特美公司(IntematixCorp.))、US7, 601，276 「基於娃酸鹽的兩相黃色憐光體(Two phase silicate-basedyellow phosphor) 」 (轉讓給英特美公司)、US7, 601, 276 「基於娃酸鹽的橙色磷光體(Silicate-based orange phosphor)，，(轉讓給英特美公司)和 US7, 311, 858 「基於娃酸鹽的黃綠色磷光體(Silicate-based yellow-green phosphor) 」(轉讓給英特美公司)中。磷光體也可包含基於鋁酸鹽的材料，例如同在申請中的專利申請案US2006/0158090 「基於招酸鹽的綠色憐光體(Aluminate-based green phosphor) 」 和專利 US7, 390，437 「基於招酸鹽的藍色磷光體(Aluminate-based blue phosphor)」(轉讓給英特美公司)中所教示；鋁_矽酸鹽磷光體，如同在申請中的申請案US2008/0111472 「鋁-矽酸鹽橙紅色磷光體(Aluminum-silicate orange-red phosphor) 」中所教示；或基於氮化物的紅色磷光體材料，例如在2009年12月7日申請的同在申請中的美國專利申請案12/632,550中所教示。應理解，磷光體材料不限於本文中所描述的實例且可包含任何磷光體材料，包括氮化物和/或硫酸鹽磷光體材料、氧氮化物和含氧硫酸鹽磷光體或石榴石材料(YAG)。
磷光體材料包含粒度為ΙΟμπι到20μηι且通常為約15μηι的粒子。取決於用於圖案化磷光體材料的沉積技術，磷光體材料可包含大小為2 μ m到60 μ m的粒子。
在描述本發明的裝置的操作前，將參考圖6描述已知發光裝置的操作，圖6顯示了基於LED的發光裝置的示意圖，其中波長轉換組件14在單一層中包括兩種磷光體材料18、20的混合物。在操作中，來自LED12的波長λ I的藍光22由光透射粘合劑32透射直至其撞擊磷光體材料粒子。相信平均1000次光子與磷光體材料粒子的相互作用中僅有I次引起光致發光的光吸收和產生。光子與磷光體粒子的大多數(約99.9%)相互作用引起光子散射。由於散射過程的各向同性性質，平均一半的散射光子將在朝向LED返回的方向上。測試表明通常全部入射藍光中有約10%被散射且從波長轉換組件在朝向LED返回的方向上發射。對於白光發射裝置，通常選擇磷光體材料的量以使全部入射藍光中約5%從所述窗發射且產生發射產物。所述裝置經配置而使得大多數(約85%)的入射光22由磷光體材料吸收且作為光致發光的光24、26被重新發射。由於光致發光的各向同性性質，約一半的由磷光體材料產生的光24、26將在朝向LED的方向上被發射。因此，全部光中至多有約40%可作為波長入2、入3的光24、26被發射且產生發射產物28，同時全部光中至多有約40%將作為波長λ 2、λ 3的光24、26在朝向LED返回的方向上被發射。通常,朝向LED發射的光由光反射腔(未圖示)重新導向以增加裝置的總效率。
本發明者已理解，與由磷光體材料18、20吸收來自LED的較高能量(較短波長)的光22產生的光致發光的光(即，藍光22 ( λ D轉換為黃光26 ( λ 3)和紅光24( λ 2))相同，發射較長波長(λ2)的磷光體材料18也可通過吸收由另一磷光體材料20產生的較高能量(較短波長)的光(λ 3)來激發。此磷光體間吸收使得黃光26的一部分34轉換為紅光24(λ3— λ2)。因為光致發光過程總是引起能量損失(斯託克損失(Stokes loss))，所以此額外波長轉換引起能量損失和量子效率降低。
現參考圖7描述根據本發明的發光裝置10的操作，圖7為說明圖1的裝置的操作的示意圖。本發明的裝置的操作與圖6的裝置類似，但由於兩種磷光體材料18、20實體上分隔入個別區中，此實際上消除了直接相鄰的磷光體材料區之間的磷光體間吸收。然而，如先前描述，約一半的由磷光體產生的光24、26將從磷光體波長轉換組件14在朝向LED12的方向上發射且接著由光反射腔30重新導向回波長轉換組件14。在由光反射腔30反射後，平均約一半的(實際比例與磷光體區的面積比A1 = A2有關)由較高能量(較短波長)的磷光體產生的光24將入射於含有較長波長(較低能量)的磷光體材料20的磷光體材料區上，並且此可引起磷光體間吸收。然而，應理解，與圖6的已知裝置相比，通過使個別區中的磷光體材料圖案化，此仍使磷光體間吸收的可能性降低約一半。
圖8顯示(a)具有磷光體材料圖案的根據本發明的發光裝置和(b)具有相同磷光體材料的混合物的發光裝置的實測發射光譜(強度相對波長)38、40。兩種裝置均經設計以產生具有目標顏色C.1.E.(0.437，0.404)的暖白光(CCT 3000K)。波長轉換組件包含在一面上提供有磷光體材料的2.5英寸直徑的聚碳酸酯圓盤(20密耳Lexan 8010)。對於本發明的裝置，磷光體材料包含尺寸Wi=43.5密耳(1.11mm)、w2=55.5密耳(1.42mm)和w3=0.5密耳(0.0lmm)的交替條形圖案(圖2)，對應於重量比例為78.5%的黃色磷光體材料比重量比例為21.5%的紅色磷光體材料。相比之下，在包含磷光體材料混合物的裝置中，磷光體材料以87.8%的黃色磷光體材料:12.2%的紅色磷光體材料的重量比例混合，並將磷光體材料混合物絲網印刷於聚碳酸酯圓盤上。
如自圖8的譜圖可知，根據本發明使磷光體材料圖案化在較低比例(78.5%而非87.5%)的黃色磷光體材料下產生實質上相同顏色的發射產物。此與通過隔開磷光體材料可降低由紅色磷光體材料吸收的黃光的比例的想法一致。本發明者進一步發現對於既定顏色的發射產物,根據本發明使磷光體材料圖案化可提高CRI (顯色指數)_表I。此外，根據本發明的裝置和波長轉換組件顯示較高的發光效率。
表I
權利要求
1.一種發光裝置，其包含:至少一個可操作以產生藍光的光發射體和包含至少兩種磷光體材料的波長轉換組件，其中所述磷光體材料可操作以吸收所述藍光的至少一部分並且發射不同顏色的光，且其中所述裝置的發射產物包含由所述至少一個光發射體和所述磷光體材料產生的組合光，且其中所述磷光體材料是呈實質上非重疊區的圖案提供於所述組件的表面上。
2.根據權利要求1所述的發光裝置，其中磷光體材料區的總重疊面積小於0.1%。
3.根據權利要求1所述的發光裝置，其中磷光體材料區是由不含任何磷光體材料的區域隔開。
4.根據權利要求3所述的發光裝置，其中所述將磷光體區隔開的區域選自由以下組成的群組:光透射區域、光阻擋區域和光反射區域。
5.根據權利要求2所述的發光裝置，其中所述將磷光體區隔開的區域小於約0.5mm。
6.根據權利要求1所述的發光裝置，其中所述磷光體材料區具有小於約5_的尺寸。
7.根據權利要求1所述的發光裝置，其中鄰近磷光體材料區經配置為彼此鄰接。
8.根據權利要求1所述的發光裝置，其中所述波長轉換組件位於距所述至少一個發射體至少5mm距離處。
9.根據權利要求1所述的發光裝置，其中所述波長轉換組件包含光透射襯底，在所述光透射襯底上提供有所述磷光體材料區的圖案作為至少一個層。
10.根據權利要求9所述的發光裝置，且其進一步包含波長選擇性反射濾波器，其經配置以至少對由所述磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由所述至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性。
11.根據權利要求10所述的發光裝置，其中所述波長選擇性反射濾波器包含與每一磷光體材料相關聯的相應反射濾波器，其中與第一磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由所述第一磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由所述至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性，且其中與第二磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由所述第二磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由所述至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性。
12.根據權利要求10所述的發光裝置，其中所述反射濾波器位於所述光透射襯底與所述磷光體材料區之間。
13.根據權利要求9所述的發光裝置，其中所述磷光體材料區的圖案是使用選自由絲網印刷、噴墨印刷、凸版印刷、 凹版印刷和柔版印刷組成的群組的方法提供於所述襯底上。
14.根據權利要求9所述的發光裝置，其中所述光透射襯底選自由以下組成的群組:丙烯酸系物、聚碳酸酯、環氧樹脂、矽酮和玻璃。
15.根據權利要求1所述的發光裝置，其中所述波長轉換組件包含光反射表面，在所述光反射表面上提供有所述磷光體材料區的圖案作為至少一個層。
16.根據權利要求15所述的發光裝置，其中所述磷光體材料區的圖案是使用選自由絲網印刷、噴墨印刷、凸版印刷、凹版印刷和柔版印刷組成的群組的方法提供於所述光反射表面上。
17.根據權利要求16所述的發光裝置，其中光反射表面的反射率為至少0.9。
18.根據權利要求16所述的發光裝置，其中所述光反射表面選自由以下組成的群組:銀、鋁、鉻、光反射聚合物、光反射紙、光反射塗料和光反射金屬。
19.根據權利要求1所述的發光裝置，其中所述至少一個光發射體包含LED，所述LED可操作以產生峰值波長在380nm到480nm波長範圍內的藍光。
20.一種波長轉換組件，其用於轉換由光發射體產生的光的波長，所述波長轉換組件在其表面上包含至少兩種經配置為實質上非重疊區的圖案的磷光體材料。
21.根據權利要求20所述的波長轉換組件，其中磷光體材料區的總重疊面積小於0.1%。
22.根據權利要求20所述的波長轉換組件，其中鄰近磷光體材料區是由不含任何磷光體材料的區域隔開。
23.根據權利要求22所述的波長轉換組件，其中所述將鄰近磷光體區隔開的區域選自由以下組成的群組:光透射區域、光阻擋區域和光反射區域。
24.根據權利要求22所述的波長轉換組件，其中所述將鄰近磷光體區隔開的區域小於約0.5臟。
25.根據權利要求20所述的波長轉換組件，其中所述磷光體材料區具有小於約5mm的尺寸。
26.根據權利要求20所述的波長轉換組件，其中鄰近磷光體材料區經配置為彼此鄰接。
27.根據權利要求20所述的波長轉換組件，且其包含光透射襯底，在所述光透射襯底上提供有所述磷光體材料區域圖案作為至少一個層。
28.根據權利要求27所述的波長轉換組件，且其進一步包含波長選擇性反射濾波器，其經配置以至少對由所述磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由所述至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性。
29.根據權利要求28所述的波長轉換組件，其中所述波長選擇性反射濾波器包含與每一磷光體材料相關聯的相應反射濾波器，其中與第一磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由所述第一磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由所述至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性，且其中與第二磷光體材料相關聯的反射濾波器經配置以至少對由所述第二磷光體材料產生的光的波長具有反射性且對由所述至少一個光發射體產生的光實質上具有透射性。
30.根據權利要求28所述的波長轉換組件，其中所述波長選擇性反射濾波器位於所述光透射襯底與所述磷光體材料 區之間。
31.根據權利要求27所述的波長轉換組件，其中所述磷光體材料區的圖案是使用選自由絲網印刷、噴墨印刷、凸版印刷、凹版印刷和柔版印刷組成的群組的方法提供於所述襯底上。
32.根據權利要求27所述的波長轉換組件，其中所述光透射襯底選自由以下組成的群組:丙烯酸系物、聚碳酸酯、環氧樹脂、矽酮和玻璃。
33.根據權利要求20所述的波長轉換組件，且其包含光反射表面，在所述光反射表面上提供有所述磷光體材料區的圖案作為至少一個層。
34.根據權利要求33所述的波長轉換組件，其中所述磷光體材料區的圖案是使用選自由絲網印刷、噴墨印刷、凸版印刷、凹版印刷和柔版印刷組成的群組的方法提供於所述光反射表面上。
35.根據權利要求33所述的波長轉換組件，其中光反射表面的反射率為至少0.9。
36.根據權利要求33所述的波長轉換組件，其中所述光反射表面選自由以下組成的群組:銀、鋁、鉻、光反射聚合物、光反射紙、光反射塗料和光反射金屬。
全文摘要
本發明涉及一種發光裝置，其包含至少一個可操作以產生藍光的光發射體，通常為LED，以及波長轉換組件。所述波長轉換組件可為光透射性或光反射性的，並且包含至少兩種可操作以吸收所述藍光的至少一部分並且發射不同顏色的光的磷光體材料，且其中所述裝置的發射產物包含由所述LED和所述磷光體材料產生的組合光。所述磷光體材料是呈非重疊區的圖案配置於所述組件的表面上。
文檔編號H05B33/00GK103155700SQ201180046930
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月20日 優先權日2010年9月28日
發明者袁湘龍, 代冰, 李依群 申請人:英特曼帝克司公司