薄膜波长转换器以及用于制造薄膜波长转换器的方法
【专利说明】薄膜波长转换器以及用于制造薄膜波长转换器的方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请是要求题为“Thin Film Wavelength Converters and Methods for Makingthe Same”的并且于2013年9月16日提交的美国专利申请N0.14/027，507的权益的国际申请，其整体内容被通过引用合并到此。
技术领域
[0002]本申请涉及薄膜波长转换器，并且特别是，涉及用于生产薄膜波长转换结构的方法。
【背景技术】
[0003]固态光源(诸如发光二极管(LED))在电磁谱的特定区域中生成可见光或不可见光。取决于LED的材料组分，LED可以输出例如在电磁谱的蓝色区域、红色区域、绿色区域或(多个)UV区域中的光。当想要构造产生具有与LED的输出色彩的光不同的色彩的光的LED光源时，这是通过由发冷光的材料经由光致发光的处理将来自LED源的所发射的辐射(“主级光”)下转换为具有更长的波长的辐射(根据需要，“次级光”或“三级光”)来实现的。
[0004]光致发光一般牵涉:通过波长转换材料(“转换材料”)(诸如磷或磷的混合物)吸收来更高能量辐射(光子)并且在更长的波长处发射辐射。该处理可以被提及为“波长转换”。与包括转换材料(诸如磷)的波长转换结构组合以产生次级光或三级光的LED可以被描述为“磷转换LED”光源或“波长转换LED”光源。
[0005]在已知的配置中，LED管芯(诸如II1-氮化物管芯)被定位在反射器罩杯封装中。为了将来自LED的主级光部分地或完全地转换为次级光，波长转换材料必须被包括在光源的设计中。该材料可以是粉末或自身支承“板”(诸如陶瓷或单晶板)的形式。该板可以例如通过键合、烧结、胶合等而被直接附接到LED管芯。这样的配置可以被理解为“芯片级转换”或“CLCT’。“芯片级转换”还包括转换材料在LED芯片上的直接沉积或由分散在硅酮中的转换材料的颗粒构成的复合材料的沉积。替换地，所述板可以距LED远地被定位。这样的配置可以被理解为“远距转换”。
[0006]附加地，总是想要利用可以部分地或完全地把由LED发射的主级光转换为次级光和/或三级光以产生具有想要的相关色温的光的波长转换材料。特别是，在生产波长转换结构以制备“暖白色”光源(即，光源所生成的光是白色的并且具有大约2500K-3500K的范围中的色温)方面，兴趣已经增长。虽然已经使用包括分散在聚合物(例如硅酮)粘合剂中的一个或多个磷粉末的波长转换结构开发了暖白色LED灯，但这样的转换器具有很多缺点。例如，硅酮中的粉末化的磷可能对LED灯的热管理强加限制，这可能负面地影响灯性能和寿命O
[0007]因此，本领域仍然有对于可以产生具有想要的光学特性的次级光和/或三级光并且可以避免硅酮转换器中的粉末化的磷的一些或所有限制的波长转换结构的需要。
【附图说明】
[0008]现在参照应当结合以下各图阅读的以下详细描述:
图1A和图1B分别图解根据本公开的包括针对芯片级转换或远距转换而被定位的波长转换器的不例性光源。
[0009]图2A-图2D逐步图解与本公开一致的用于形成完全无机的波长转换器的示例性处理。
[0010]图3是图解与图2D—致的用于形成完全无机的波长转换器的示例性操作的流程图。
[0011]图4A-图4G逐步图解与本公开一致的用于形成完全无机的波长转换器的另一示例性处理。
[0012]图5是图解与图4A-图4G—致的用于形成完全无机的波长转换器的示例性操作的流程图。
[0013]图6A-图6D逐步图解与本公开一致的用于形成另一完全无机的波长转换器的另一示例性处理。
[0014]图7是图解与图6D—致的用于形成完全无机的波长转换器的示例性操作的流程图。
[0015]图8A-图SG逐步图解与本公开一致的用于形成另一完全无机的波长转换器的另一示例性处理。
[0016]图9是图解与图8A-图SG—致的用于形成完全无机的波长转换器的示例性操作的流程图。
【具体实施方式】
[0017]如在此使用的那样，术语“大约”和“实质上”当与数值或范围有关地使用时意味着所引述的数值或范围的+/_5%。
[0018]有时，可以使用数值范围来描述本公开的一个或多个方面。除非在此另外指示，否则任何所引述的范围应当被解释为包括所指示的各端点之间的任何迭代值，仿佛这样的迭代值是被明确地引述的那样。这样的范围还应当被解释为包括落入在这样的迭代值和/或所引述的端点内或其之间的任何和所有范围，仿佛这样的范围在此是被明确地引述的那样。
[0019]为了本公开的缘故，术语“主级光”提及由光源中的发光二极管所发射的光。
[0020]如在此所使用的那样，术语“次级光”意味着通过由至少一个第一波长转换材料进行的主级光的光致发光转换而产生的光。
[0021]术语“三级光”在此被使用以意味着通过由至少一个第二波长转换材料进行的主级光和/或次级光的光致发光转换而产生的光。在一些实施例中，第二波长转换材料处于第一波长转换材料的下游(例如，作为远离主级光的源的层的部分)。替换地或附加地，第二波长转换材料可以被同质地或异质地与第一波长转换材料混合(或另外分布于其内)，或者是它们的组合。可以以相似的方式来限定更高阶转换材料(诸如四级波长材料)。次级波长转换材料可以是两个不同的红色发射材料或红色/橙色发射材料的组合。
[0022]术语“输出光”在此被用于意味着从提及为光源的灯输出的光(例如从远离波长转换器的区域中的灯发射的光)。输出光可以包括主级光、次级光、三级光和它们的组合等。在未进行限制的情况下，与本公开一致的输出光优选地具有范围从大约2000K到大约4500K(诸如大约3000K)的色温。当然，本公开可以使用并且设想具有其它色温的输出光。
[0023]对磷、LED或转换材料的色彩的提及一般提及其发射色彩，除非另外指定。因此，蓝色LED发射蓝色光，黄色磷发射黄色光，依此类推。
[0024]本公开的一个方面涉及用于固态光源的波长转换器。一般地，本公开的波长转换器包括至少一个第一转换材料，用于把由固态光源发射的主级光转换为次级光。此外，在此所描述的波长转换器包括至少一个第二转换材料，用于把来自第一转换材料的未转换的主级光和/或次级光的至少一部分转换为三级光。
[0025]如可以领会的那样，由第二磷材料产生的三级光将(按定义)具有与由第一磷材料产生的次级光不同的谱特性。因此，可以通过控制第一磷和/或第二磷的类型或特性以及相对浓度来调整来自灯的输出光的色温。例如，如果第一磷材料的特性保持恒定，则可以通过调整第二转换材料的类型、特性和/或浓度来实现在来自灯的输出光的相关色温上的控制。虽然根据本公开可以使用任何类型的波长转换器，但是在非限限制性的优选实施例中，在此所描述的波长转换器是包括转换材料的一个或多个层(例如薄膜)的波长转换板的形式。为了清楚的缘故，该类型的波长转换器在此被提及为“薄膜转换器”。在一些实施例中，本公开的波长转换器是包括至少一个第一波长转换材料的一个或多个层和至少一个第二波长转换材料的一个或多个层的薄膜转换器的形式。
[0026]现在参照图1A和图1B，图1A和图1B图示性地图解根据本公开的两个示例性灯配置的结构。在图1A中，LED光源100包括LED 102，其出现在支承体101的上表面(未标记)上。LED光源100进一步包括波长转换器103，其在此情况下部署在LED 102的发光表面(未标记)上。为了简明并且易于理解的缘故，转换器103在图1A和图1B中被图解为单个结构。然而，如然而稍后所讨论的那样，转换器103包括各种材料的多个层(例如薄膜)，包括第一转换材料的至少一个层、导电层以及第二转换材料的至少一个层。因为转换器103紙邻LED 102的表面，所以图1A中的LED光源100可以被理解为具有“芯片级转换”(CLC)结构。
[0027]如图1A中进一步图解那样，从LED 102发射的主级光104的至少一部分可以被入射在转换器103上并且由转换器103吸收。主级光104的吸收可以将转换器103内的第一转换材料和/或第二转换材料激励到更高的能量状态。当这样的转换材料驰豫到更低的能量状态时，它们可以发射次级光和/或三级光(未标记)。远离转换器103(即其下游)的输出光105可以是从LED光源100发射的，并且可以包括次级光和三级光的组合。如果转换器103未转换所有主级光104，则输出光105可以还包括未转换的主级光。可以通过构成转换器103的转换材料的有效转换效率来确定输出光105中的主级光、次级光和三级光的比率。
[0028]图1B包括与图1A相同的元件，并且因此将不重复这样的元件的性质和功能。然而，与图1A不同，图1B中的转换器103被放置得远离LED 102的发光表面一定距离。因为转换器103 “远距”于LED 102，所以图1B可以被理解为描绘具有“远距的磷”配置的LED光源。
[0029]为了清楚并且为了易于理解，图1A和图1B以简化的形式描绘LED光源100的结构。应当理解的是，LED光源100可以包括可以被包括在灯中的任何数量的其它组件。这样的组件可以包括例如驱动电子器件、反射器、外壳、一个或多个热沉、一个或多个漫射器和它们的组合等。
[0030]为了清楚的目的，LED102已经在图1A和图1B中被图解为单个结构。虽然这种配置是有用的，但应当理解的是，LED 102可以包括可以被布置成图案或阵列的多个LED。这样的结构在此被提及为“LED内核”。LED内核中的LED的数量和分布可以广泛地变化。例如，在此所描述的LED内核可以包括从大于I个到大约100个LED或更多。在一些实施例中，LED内核包括从大约2个到大约75个LED、大约3个到大约50个LED、大约4个到大约30个LED、大约5个到大约25个LED、或者甚至大约10个到大约20个LED。当然，具有任何数量的LED的LED内核是由本公开所设想到的，并且可以根据在此所描述的光源而被使用。
[0031]LED 1 2 (或对应的LED内核)可以是任何已知的LED，包括但不限制于II1-V氮化物LED(诸如InGaN LED)0LED 102是主级光的源。在一些实施例中，LED 102是包括一个或多个蓝色LED(即发射(例如从大约450nm到大约500nm的)