发光的涂层和装置的制造方法
【专利说明】发光的涂层和装置
[0001 ] 背景
[0002] 本申请要求2013年08月5日提交的美国申请第61/862279号的优先权，其全文通过 引用结合于此。
[0003] 已知电致发光灯或装置的各种实施方式，其中基于发光二极管(LED)来产生白光。 一种实施方式基于使用转换发光体，其通常称作磷光剂。其它实施方式使用量子点。LED的 初级发射的一部分(大多数是波长范围约460nm的蓝色)可通过磷光剂来吸收，并作为在更 高波长的次级辐射再次发射。发射波长通常在500nm(绿色)到630nm(红色）的范围变化。如 果磷光剂与互补颜色的发射一起使用，可额外地实现白色发射。
[0004] 然而，为了形成暖色系的白光（2700-3500K)，红色磷光剂应与黄色磷光剂组合使 用。因为红色磷光剂的宽发射以及红色磷光剂的较低的效率，常规溶液提供不足的颜色再 现、低效的辐射能量(辐射功率)利用和技术上复杂的构造。
[0005] 概述
[0006] 本发明总体涉及照明，具体来说，涉及具有高效率和高颜色再现的LED、LED灯泡和 电致发光装置。
[0007] -些实施方式提供具有高效率和高颜色再现的用于照明应用的LED模块。示例性 实施方式包括红色磷光剂，其可沉积到黄色磷光剂基材上，由此第二荧光颜色的添加拓宽 发射的光的颜色空间，这使得通过合适地混合蓝色、黄色和红色贡献来调节发射的颜色。
[0008] -些实施方式提供用于将输入波长转换成输出波长的设置例如波长转换板。该波 长转换板包含第一磷光剂层和第二磷光剂层，该第一磷光剂层包含在整个第一基质中分布 的第一磷光剂颗粒，且该第二磷光剂层包含在整个第二基质中分布的第二磷光剂颗粒，由 此第二磷光剂层与第一磷光剂层物理接触，且第二基质包含硅氧烷或倍半硅氧烷主体材 料、倍半硅氧烷-硅酸盐主体材料、溶胶-凝胶主体材料或碱性(alkal i)/硅酸盐水玻璃主体 材料。
[0009] 其它实施方式提供具有至少一个发光二极管和多层结构的照明装置，该至少一个 发光二极管适于发射峰值波长在可见光谱区中的基色光(primarylight)，该多层结构具有 第一磷光剂层和第二磷光剂层，该第一磷光剂层包含在整个第一基质中分布的第一磷光剂 颗粒，且该第二磷光剂层包含在整个第二基质中分布的第二磷光剂颗粒。该第二磷光剂层 可物理接触第一磷光剂层，且第二基质包含硅氧烷或倍半硅氧烷(silsesquioxane)主体材 料、倍半硅氧烷-硅酸盐主体材料、溶胶-凝胶主体材料或碱(alkali)/硅酸盐水玻璃主体材 料。
[0010] 其它实施方式提供具有至少一个发光二极管和多层结构的照明装置，该至少一个 发光二极管适于发射峰值波长在可见光谱区中的基色光，该多层结构具有第一磷光剂层和 第二磷光剂层，该第一磷光剂层包含在整个第一基质中分布的发射黄光的磷光剂颗粒，该 第二磷光剂层接触第一磷光剂层并包含在整个第二基质中分布的发射红光的磷光剂颗粒。 第二基质包含硅氧烷或倍半硅氧烷主体材料、倍半硅氧烷-硅酸盐主体材料、溶胶-凝胶主 体材料或碱/硅酸盐水玻璃主体材料，且该第二磷光剂层不包含陶瓷氧化物前体。
[0011] 各种实施方式还包含组合第一磷光剂材料和第二磷光剂材料的方法。该方法包含 提供第一磷光剂材料，组合第一磷光剂材料与主体基质来构建第一磷光剂混合物，在一种 或多种预定的温度下固化该第一磷光剂混合物，和将该固化的第一磷光剂混合物沉积到具 有第二磷光剂材料的基材上。
[0012] 在以下的详细描述中给出了要求保护的主题内容的其他特征和优点，其中的部分 特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下 详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的要求保护的主题而被认识。
[0013] 应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理 解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步 的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所 述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理、操作和变体。
[0014] 附图简要说明
[0015] 提供这些附图只是为了说明性目的，应理解本文所述的和所讨论的实施方式不限 于所示的设置和手段。
[0016]图1是色度图表，其显示与眼睛响应卷积(convolved)的各种颜色点。
[0017]图2A-2F显示根据示例性实施方式的各种倍半硅氧烷主体材料。
[0018]图3显示根据一些实施方式的示例性固化过程。
[0019]图4A-4C提供由实施方式形成的示例性涂层的图形化显示。
[0020] 图5是由一些实施方式形成的示例性涂层的图形化显示。
[0021] 图6是由一些实施方式形成的示例性涂层的图形化显示。
[0022]图7显示本发明的一实施方式和下面的黄色磷光剂基材的比较。
[0023]图8显不另一实施方式。
[0024]图9是色度图表，其显示根据一些实施方式的与眼睛响应卷积(convolved)的各种 颜色点。
[0025]图10是量子效率与温度的关系图。
[0026]图11显示根据一些实施方式的在表面贴装封装中的白光LED。
[0027] 图12显示根据另一些实施方式的在表面贴装封装中的白光LED。
[0028] 图13A和13B显示具有根据一些实施方式的具有波长转换板的发光装置。
[0029]虽然为了说明和理解本发明可包括细节，但这些细节不应构成对范围的限制，相 反只是作为可包含进入特定实施方式和/或说明特定实施方式的特征。
[0030] 具体描述
[0031] 参考附图描述了用于发光的涂层和装置的各种实施方式，其中相同的元件具有相 同的附图标记以便于理解。
[0032]还应理解，除非另外指出，术语如"顶部"，"底部"，"向外"，"向内"等是常用词语， 不构成对术语的限制。此外，描述一个基团为包含元素的基团和它们的组合中的至少一个 时，该基团可包含许多所列元素，或单独的或相互的组合，或者由它们组成，或者主要由它 们组成。
[0033]类似的，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成 时，所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另外说 明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明，否则，本文所用 的不定冠词"一个"和"一种"及其相应的定冠词"该"表示至少一(个/种），或者一(个/种)或 多(个/种）。
[0034] 本领域的技术人员将会认识到，可以对所描述的实施方式做出许多改变，而还能 获得本发明的有益的结果。还显而易见的是，本发明所需的有益结果中的一部分可以通过 选择本发明所述的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员会认识到， 许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本发明的一部分。因此， 提供以下描述作为对本发明原理的说明，不构成对本发明的限制。
[0035] 本领域普通技术人员将理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本文 所述的示例性实施方式进行许多修改。因此，该说明书无意于也不应构造成受限于所给出 的实施例，但应赋予通过所附权利要求及其等同体所提供的全部的保护范围。此外，还可使 用本发明的一些特征，而相应地不使用其它特征。因此，提供示例或示意实施方式的上述说 明，来显示本发明的主题内容的原理，而不构成其限制，且可包括对本发明的修改和置换。 [0036] 基于LED的装置通常使用在约460nm下的GaN基蓝光LED发射器以及在约560nm下的 发射黄光的Ce/YAG磷光剂。图1是色度图表，其显示与眼睛响应卷积的各种颜色点。参考图 1，可知透射的蓝光和黄色荧光的组合通常可产生白色10。这种组合的颜色的表征称作颜色 点，并在与眼睛响应卷积的三基色(tri-stimulus)相图上显示为x-y点。在其中提供小于红 色12,绿色14和蓝色16的纯色的情况下，通过改变各种颜色的相对强度，可形成在三角形18 之内任意地方的颜色。只有460nm(蓝色)和560nm(绿色/黄色)两种波长时，颜色通常受限于 连接该两点的线，因此可获得的颜色受到可观的限制。为了形成接近从白炽灯泡发射光的 白光，例如，需要红光源。因此，本发明的实施方式包括发射红光的磷光剂源来获得所需的 白光发射10。
[0037] 然而，因为热稳定性和红色磷光剂与可用的高量子效率红色磷光剂材料的主体的 反应性，包括发射红光的磷光剂带来挑战。一些实施方式通常涉及形成与LED照明结构和电 致发光装置兼容的发射红光的磷光剂。形成这种发射红光的磷光剂的示例性方法如下所 述，并可用于制备烧结的陶瓷，玻璃-陶瓷，硅酮/磷光剂掺混物和薄的玻璃/磷光剂复合材 料等。其它示例性方法还参见2013年03月28日提交的共同待审的美国专利申请号13/852， 048,其题目为"用于LED磷光剂的硼酸铋玻璃包封剂"，该文的全部内容通过引用纳入本文。
[0038] 本发明的示例性实施方式包括红色磷光剂，其可沉积到黄色磷光剂基材上，由此 添加第三荧光颜色拓宽发射的光的颜色空间，这使得通过合适地混合蓝色、黄色和红色贡 献来调节发射的颜色。常规地，因为热稳定性和与红色磷光剂和/或量子点材料的主体材料 的反应性，包括发射红光的磷光剂的源会带来挑战。应指出，在本文中术语主体和主体材料 可互换使用，且这种使用不应限制本文所附权利要求的范围。例如，这种常规方法可增加所 得装置的降解问题，因为装置中的材料可与环境或主体进行化学反应，由此导致在高温下 损失量子效率。因此，示例性红色磷光剂方法应是稳健的，并与用来形成下面的黄色磷光剂 (YAG)基材的方法相兼容。
[0039] 可使用具有主体的发射红光的磷光剂的源，其可在不基本上影响其量子效率的情 况下作为涂层施加到包含黄色磷光剂的材料上。可用的示例性红色磷光剂包括但不限于 (5池 &]\%)23丨〇4511，]\1以15丨州3 511，其中]\1是〇3,51或83,〇35 511，以及其它合适的红色磷光 剂。根据各转换波长，示例性磷光剂还可包含氧化物磷光剂，硫化物磷光剂，氮化物磷光剂。 例如，示例性磷光剂可包含基于i3-SiA10N:EU，Re的发射黄光的磷光剂，硅酸盐基发射绿光 的磷光剂例如(Ba，Sr，Ca，Mg) 2Si〇4: Eu，Re，或硫化物基发射绿光的磷光剂例如(Ba，Sr，Ca， 1^)(6&^1，11〇 2(5,56，1'6)4 311，1^，氮化物基发射红光的磷光剂例如（51〇&，8&，1^) 八151仏511，此（1$1$5)，或硫化物基发射红光的磷光剂例如（51〇 &，8&，1^)(5,56，1'6) : 已11，1^，其中1