用于照明的间接波长转换材料配置的制作方法

专利名称：用于照明的间接波长转换材料配置的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明装置领域，并且更具体而言涉及具有与光源隔开的波长转换材料的照明装置。
背景技术：
诸如发光二极管(LED)的半导体发光装置属于当前可获得的最高效的光源。在制造能够跨过可见光谱操作的高亮度LED中当前感兴趣的材料系统包含III-V族半导体，特别是也称为III族氮化物材料的镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金；以及镓、铝、铟、砷和磷的二元、三元和四元合金。经常通过利用金属有机物化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)或者其它外延技术，在蓝宝石、碳化硅或III族氮化物衬底上外延生长III族氮化物装置，以及在砷化镓上外延生长III磷化物装置。通常，η型区域沉积在衬底上，接着发光区域或有源区域沉积在η型区域上，接着ρ型区域沉积在有源区域上。各层的顺序可以颠倒使得P型区域毗邻衬底。半导体发光装置的一种有希望的用途是用于通用照明和诸如液晶显示器(LCD)的显示装置的背光源。IXD通常用于蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、便携式音乐播放器、膝上型计算机、台式监视器和电视机应用。本发明的一个实施例涉及一种需要背光照明的彩色或单色透光式IXD，其中背光源可以使用一个或多个LED。LED与激光二极管不同之处在于 LED发射非相干光。图1中说明的背光源描述于通过引用结合于此的美国专利7052152。LED 24的阵列置于背光源26的背面板上。背光源沈的背面48和侧壁46覆盖有高反射性材料。IXD 面板14置于背光源沈前方。IXD面板14可以是常规IXD，其具有第一偏振滤波器、用于形成跨过液晶层选定区域的电场的薄膜晶体管阵列、液晶层、RGB滤色器阵列和第二偏振滤波器。滤色器阵列具有红色、绿色和蓝色子像素。可以在IXD面板14和背光源沈之间使用诸如亮度增强膜(BEF)或偏振恢复膜(DBEF)的附加膜。颜色转换磷光体层39布置在盖板40上。磷光体层39为由一种或多种不同类型的磷光体组成的均勻层。优选地使用绿色和红色磷光体，但是也可以使用黄色磷光体(YAG)。 此层39可以通过喷涂、丝网印刷或电泳沉积来应用，或者可以是具有均勻密度的遍布膜内的颗粒或发光染料(luminescent dye)的膜。作为单个磷光体层的可替换方案，一种类型的磷光体应用到盖板40，而另一种磷光体应用到背光源的背面板48。背面板48上的磷光体可以不应用成为均勻涂层，而是应用成为点模式。

发明内容
本发明的目的是提供一种具有与光源隔开的波长转换材料的照明装置。依据本发明，一种装置包括反射器和布置在反射器上的波长转换材料。例如，背光源布置在反射器和诸如液晶显示器的待照射表面之间。背光源包括光源和波导。波导配置成将大多数来自光源的光引导朝向反射器。该光的至少一部分被波长转换材料转换，被反射器反射，并且入射在待照射表面。


图1是以半导体LED阵列为背光源的显示器装置的截面视图。图2为根据本发明实施例的照明装置的截面视图。图3说明定位在透明波导中的开口内的侧面发射LED。图4和5说明侧面发射LED的实例。图6说明配置成将光引导朝向具有波长转换材料的反射器的背光源。图7和8说明布置在反射器上的波长转换材料。图9为根据本发明实施例的照明装置的截面视图。图10为具有沿着边缘定位的LED的透明波导的俯视图。图11说明沿着透明波导的边缘布置的LED。
具体实施例方式图2说明根据本发明实施例的照明装置。光由波导50提供。一种合适的背光源为起到波导50的作用从而混合由若干LED提供的光的透明材料部分。波导可以是例如丙烯酸材料(例如PMMA)、硬硅树脂、成型塑料、聚碳酸酯或者任何其它合适的材料。图10为具有沿着边缘50A定位的LED 90的波导50的一个实例的俯视图。图11说明在波导50的边缘50a上的LED 90。反射性构件92可以将来自LED 90的光引导到波导50内。LED 90包括穹顶透镜94。LED可以可替换地布置在波导中的开口内。开口可以定位在透明波导的边缘附近。 这种背光源的一个实例在图3中说明并且在通过引用结合于此的US2009-004M20中描述。 安装在载具22上的侧面发射LED 10定位在固态的透明波导材料36部分中的开口内。波导部分36定位在较大的波导30的槽42内。LED将大多数光从装置的侧面，而不是从顶部发射离开装置。合适的装置的一个实例在图4中说明并且在通过引用结合于此的美国专利6974229中更详细描述。LED 44上方的透镜21设计成使得发射到顶部部分内的光在表面25上全内反射，以便该光入射在表面23上并且折射离开透镜。发射到部分41内的光也折射离开该装置。透镜21附连到框架43。引线27电连接到LED 44。合适的侧面发射装置的另一个实例在图5中说明。图5的装置可以比图4的装置薄(即，短)得多。图5的装置是通过在诸如蓝宝石、SiC或GaN的生长衬底(未示于图5) 上首先生长η型区域60、发光或有源区域62以及ρ型区域64而形成。部分的ρ型区域64 和发光区域62被蚀刻以露出部分的底下的η型区域60。可以是反射性的金属电极(例如， 银、铝或合金)随后形成于露出的η和ρ型区域上。当二极管正向偏置时，发光区域62在由 III族氮化物有源层的组成确定的波长发射光。形成这种LED是公知的。半导体LED接着安装在载具70上成为倒装芯片。载具70例如可以是任何合适的材料，诸如陶瓷、铝或硅。载具70包括金属电极，该金属电极经由互连而焊接或超声焊到半导体结构上的金属电极，该互连可以是例如金或焊料。如果电极本身可以例如通过超声焊或任何其它合适的结合而被连接，则互连可以略去。半导体层(60、62和64)和载具70之3/4页
间的多个金属层(包括半导体上的电极、载具上的电极、以及互连)在图5中示于结构66 (连接到η型区域60)和68 (连接到ρ型区域64)。载具70用作机械支撑，提供了 LED芯片上的η和P电极与电源之间的电学接口，并且提供热沉。合适的载具是公知的。为了减小LED的厚度并且防止光被生长衬底吸收，通过合适于衬底的方法移除生长衬底，诸如通过蚀刻、化学机械抛光或者激光熔化，其中在激光熔化中，激光加热III族氮化物结构和生长衬底的界面，从而熔化一部分III族氮化物结构并且从半导体结构释放衬底。在一个实施例中，在LED阵列安装在载体晶片上之后并且在LED/载体被单一化(例如通过锯切)之前，执行生长衬底的移除。在生长衬底移除之后，在一些实施例中，剩余的III族氮化物结构被减薄和/或粗糙化或者例如利用光子晶体图案化。反射性膜74形成于半导体结构上方。反射性膜74 可以是镜面的或漫射的。镜面反射器可以是由有机或无机层形成的分布式布拉格反射器 (DBR)0镜面反射器也可以是一层铝或其它反射性金属，或者是DBR和金属的组合。漫射反射器可以由沉积在粗糙化表面上的金属形成或者由诸如合适的白色涂料的漫射材料形成。 通过在反射性层74和η型区域60之间添加可选的层72，可以增大侧面发射的效率，层72 为诸如透明波导层或者包含反射性颗粒或粗糙化/棱镜表面的散射层。诸如磷光体的波长转换层也可以布置在η型区域60和反射器74之间。在一个实施例中，载具70具有约380微米的厚度，半导体层具有约5微米的组合厚度，可选的层72具有约200微米的厚度，并且反射性膜74具有约150微米的厚度，使得 LED加上载具厚度小于1mm。当然，LED可以制成更厚。LED的每条边的长度典型地小于Imm 并且LED经常是方形，不过它们可以是任何形状。回到图2，待照射表面安置在波导50的一个侧面上。尽管下面的实施例使用IXD 面板14作为待照射表面的实例，本发明不限于LCD显示器并且待照射表面可以是在通用照明应用情形下包括简单透明盖的任何表面。IXD层14可以是常规IXD，其具有第一偏振滤波器、用于形成跨过液晶层选定区域的电场的薄膜晶体管阵列、液晶层、RGB滤色器阵列和第二偏振滤波器。滤色器阵列具有红色、绿色和蓝色子像素。可以在IXD面板14和波导50 之间使用附加的公知的膜，诸如亮度增强膜或偏振恢复膜，以及使用漫射器元件以提高均勻性。反射器52安置在波导50的另一侧面上。如所示在反射器52和波导50之间可以存在空气间隙。反射器52例如可以是诸如从3M公司可获得的增强镜面反射器(ESR)膜的反射性膜，或者涂敷有诸如反射性金属、涂层、涂料或二向色叠层的反射性材料的刚性材料，诸如塑料。在一些实施例，反射器是部分透明的以泄露通过一些光以用于这样的照明应用，其中来自装置的两个侧面(即待照射表面14和反射器52)的光是期望的。诸如磷光体的波长转换材料M布置在最靠近背光源50的反射器52的侧面上。例如，当与发射蓝光的LED组合时，波长转换材料M可以是单个或多个发射黄光的磷光体、一种或多种发射红光的磷光体和一种或多种发射绿光的磷光体的混合物、或者形成为分立层的一种或多种发射红光的磷光体和一种或多种发射绿光的磷光体。当与发射UV光的LED 组合时，可以添加发射蓝光的磷光体。发射不同颜色光的附加磷光体可以被添加以实现组合的波长转换和未转换光的期望颜色特性。在一些实施例，在装置中使用的所有波长转换材料布置在反射器52上，使得波长转换材料不布置在光源和待照射表面之间。波长转换材料M也可以嵌在薄玻璃层内，该薄玻璃层可以被反射性地涂敷。波导配置成将来自LED的光引导朝向波长转换层54，该光的至少一部分在波长转换层被波长转换。例如，在图6说明的装置中，在包括固态的透明波导和安装在载具78上且定位在波导中的开口 76内的侧面发射LED 77的如上所述波导50中，特征79形成于透明波导的顶部内从而将来自LED 77的光引导离开LCD 14并且朝向反射器52上的波长转换材料M。波导50和波长转换层M之间可以存在空气间隙。波长转换光被反射器52反射，与未转换光混合，并且入射在LCD 14。附加漫射器元件和/或(多个)亮度增强膜可以置于波导50和IXD 14之间。反射器52上波长转换材料M的数量可以被调整以调节波长转换光和来自LED的未转换光的组合的色点。图7和8说明布置在两个反射器52上的波长转换材料M。波长转换材料可以例如丝网印刷、喷涂或模板印刷在反射器52上。粉末磷光体可以与诸如硅树脂或环氧树脂的粘合剂混合。波长转换材料的多个区域布置在反射器52上，相邻区域之间具有间隔。在图7的装置中，波长转换材料M的各区域之间的间隔更小，因此更多的光将被波长转换材料转换并且转换和未转换光的组合将具有较少未经转换的蓝光。在图8的装置中，波长转换材料M的各区域之间的间隔更大，因而更少的光将被波长转换材料转换并且转换和未转换光的组合将具有较多未经转换的蓝光。图9说明具有布置在反射器上的间接(remote)波长转换材料的照明装置的可替换实施例。背光源80包括波导82，该波导可以是固态的透明材料或者开放盒子。波导82 的侧面84可以形成为反射性的。一个或多个LED 86定位在最靠近待照射表面(图9中的 IXD 14)的波导82的表面上。LED 86可以将大多数光从LED顶部发射离开LED，朝向布置在反射器52上的波长转换材料M。该光的至少一部分被波长转换材料转换，被反射器52 反射，与未转换光混合，接着入射在IXD 14。在图1说明的装置中，背光源配置成正向朝向IXD 14引导光。如果光被反射朝向背光源的背部而被波长转换，则将所有波长转换材料定位在背光源的背部上将可能导致数量不足的波长转换光，或者将降低装置的效率。相比之下，在图2、6和9说明的装置中，背光源配置成将来自LED的光往回引导朝向波长转换材料，而不是正向朝向待照射表面。如上所述具有布置在反射器上的波长转换材料的照明装置可以具有若干优点。首先，由于波长转换材料与LED隔开，波长转换材料的效率不由于来自LED的热量而降低。此外，当反射器是热传导的时，任何热量可以通过波长转换材料布置于其上的反射器而有效地传导离开波长转换材料。另外，与其中光通过波长转换材料的装置相比，由波长转换材料的吸收可以减小，因为转换光可以在更短距离行进通过波长转换层。本发明已经予以详细描述，鉴于当前公开内容本领域技术人员将理解，可以对本发明进行调整而不背离此处描述的发明构思的精神。因此，不打算将本发明的范围限制于所说明和描述的特定实施例。
权利要求
1.一种装置，包括 反射器；布置在该反射器上的波长转换材料； 待照射表面；以及布置在该反射器和该待照射表面之间的背光源，该背光源包括光源和波导，其中该波导配置成将大多数来自该光源的光引导朝向该反射器。
2.权利要求1的装置，其中 该波导为固态的透明材料； 该光源为发光二极管；以及该发光二极管定位在该波导边缘附近的该透明材料中形成的开口内。
3.权利要求2的装置，其中该波导包括形成于最靠近该待照射表面的该透明材料的表面上的特征，其中该特征配置成将光引导朝向该反射器。
4.权利要求1的装置，其中 该波导为固态的透明材料； 该光源为发光二极管；以及该发光二极管定位为邻近波导的边缘。
5.权利要求1的装置，其中该波导包括由反射性侧面围成并且用空气填充的体积； 该光源为发光二极管；以及该发光二极管定位为邻近最靠近该待照射表面的该波导的边界。
6.权利要求5的装置，其中该发光二极管定位为将光发射朝向该反射器。
7.权利要求1的装置，其中该波长转换材料布置在多个区域中的该反射器上，其中相邻区域由该反射器的其上不布置波长转换材料的区域隔开。
8.权利要求1的装置，其中该光源包括含有半导体结构的发光二极管，其中波长转换材料不定位在该半导体结构和该待照射表面之间。
9.权利要求1的装置，其中该光源包括发光二极管，该发光二极管包括III族氮化物半导体结构，其包括布置在η型区域和ρ型区域之间的发光层；以及反射器，其定位在该半导体结构上方。
10.权利要求1的装置，其中该反射器是热传导的。
11.权利要求1的装置，其中该光源配置成发射蓝光，并且该波长转换材料包括配置成吸收蓝光且发射绿光的至少一种磷光体和配置成吸收蓝光且发射红光的至少一种磷光体。
12.权利要求11的装置，其中配置成吸收蓝光且发射绿光的至少一种磷光体和配置成吸收蓝光且发射红光的至少一种磷光体被混合并且在该反射器上布置在单个均勻层内。
13.权利要求11的装置，其中配置成吸收蓝光且发射绿光的至少一种磷光体和配置成吸收蓝光且发射红光的至少一种磷光体在该反射器上布置成分立层。
14.权利要求1的装置，其中该光源配置成发射蓝光，并且该波长转换材料包括配置成吸收蓝光且发射黄光的至少一种磷光体。
15.权利要求1的装置，其中该待照射表面为液晶显示器。
全文摘要
一种装置包括反射器和布置在反射器上的波长转换材料。背光源布置在反射器和诸如液晶显示器面板的待照射表面之间。背光源包括光源和波导。波导配置成将大多数来自光源的光引导朝向反射器。该光的至少一部分被波长转换材料转换，被反射器反射，并且入射在待照射表面。
文档编号F21V8/00GK102414503SQ201080018908
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月29日
发明者B. 施切金 O., J. 比尔休曾 S. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司, 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司