專利名稱：用于具有多種磷光體的選擇泵浦led的系統(tǒng)和方法
用于具有多種磷光體的選擇泵浦LED的系統(tǒng)和方法相關申請本申請要求于2010年8月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/375，097和于2011年6月28日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/502，212的優(yōu)先權，由此出于所有目的將其兩者通過引用結合于此。
背景技術：
本發(fā)明涉及照明系統(tǒng),并且具體地涉及具有多種磷光體(multiple phosphor)的發(fā)光二極管(LED)泵浦光。固態(tài)照明是已知的。固態(tài)照明依賴于半導體材料以例如通過發(fā)光二極管產生光。其中，紅色LED已知并使用鋁銦鎵磷化物或AlInGaP半導體材料。最近，Shuji Nakamura首先使用InGaN材料以產生發(fā)射藍色光的LED。藍色LED導致其他創(chuàng)新如固態(tài)白色發(fā)光和藍
色激光二極管。已經(jīng)提出并證明了基于InGaN材料系統(tǒng)的高強度紫外(UV)、藍色、和綠色LED。通常在UV-紫色中效率最高，但當發(fā)射波長增加為藍色或綠色時效率降低。不幸的是，實現(xiàn)高強度、高效率的基于InGaN的綠色LED存在問題。此外，基于InGaN的LED昂貴并且難以以有效的方式大范圍地生產。雖然獲得了成功，但是必須改進固態(tài)照明技術以充分發(fā)揮它們的潛能。

發(fā)明內容
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本發(fā)明提供了具有多種磷光體的選擇波長的泵浦LED光。在不同的實施方式中，使用發(fā)射在紫色和/或紫外波長下的輻射的LED來泵浦發(fā)射不同頻率的光的磷光體材料。泵浦LED的特征在于，在正常操作下具有約405nm至430nm的峰值發(fā)射波長。它們至少連同在超過約405nm波長下具有強吸收的藍色磷光體一起使用。在一些實施方式中，在不同波長范圍內操作的LED以組合設置以減少輻射再吸收并提高光輸出效率。本發(fā)明提供了一種光學裝置,所述光學裝置包括安裝構件(mounting member)和覆蓋(上覆，overlying)安裝構件的一部分的至少一個發(fā)光二極管。該LED包括具有表面區(qū)域的含鎵和氮的基板和覆蓋表面區(qū)域的含鎵和氮的緩沖層。有源區(qū)域發(fā)射峰值波長在從約405nm至約430nm范圍內的電磁福射。LED包括電觸點(接觸部)以向結區(qū)域(連接區(qū)域，junction region)提供電流。該裝置另外包括在粘合劑材料內的三種磷光體材料的混合物。磷光體材料的混合物被設置在LED附近范圍內并與來自LED的電磁輻射相互作用以將電磁輻射轉換為在約440至650納米之間的波長范圍。在另一個實施方式中，該裝置包括在LED裝置附近范圍內在比約405nm更長的波長下具有強吸收的藍色磷光體材料。有源區(qū)域被構造成發(fā)射其峰值在約405至430納米范圍內的電磁輻射，同時在從約100° C至約150° C的操作溫度范圍內在至少lOOA/cm2的電流密度下維持約70%和更高的內量子效率(internal quantum efficiency)。


圖1示出在不同波長下發(fā)射的LED的效率特性；圖2和圖3示出了藍色磷光體的吸收特性和取決于LED的發(fā)射波長的相應白色LED性能；圖4示出了峰值發(fā)射在約405-430nm范圍內的泵浦藍色、紅色、和綠色磷光體的LED。圖5不出了在450nm (左)和420nm (右)下發(fā)射的多量子講LED中散布的載流子；圖6示出了構造成陣列的泵浦LED ；圖7示出了構造成具有像素化(pixelated)磷光體組成的陣列的泵浦LED ；圖8示出了構造成具有兩種LED發(fā)射波長的陣列的泵浦LED ;和圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的雙磷光體紫色泵浦白色LED的LED發(fā)射光譜簡化圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及照明系統(tǒng)并涉及具有多種磷光體的LED泵浦光的設備(provision)。使用發(fā)射在紫色和/或紫外波長下的輻射的LED來泵浦發(fā)射不同顏色的磷光體材料。優(yōu)選地，泵浦LED具有在正常操作條件下約405至430nm的峰值發(fā)射波長。

如上面所提到的，常規(guī)的LED光源通常不充分。例如，產生高顯色指數(shù)(CRI)的白色LED光的最常用的方法之一由在440-470nm范圍內(通常稱為泵浦LED)發(fā)射的LED裝置組成，其激發(fā)兩種磷光體黃色/綠色磷光體和紅色磷光體。這種方法是方便的，因為一些黃色/綠色磷光體，如Ce:YAG，具有高量子效率。不幸地，這種方法也有限制?；赮AG的磷光體僅能夠在約460nm的窄光譜范圍內被有效激發(fā)，限制了可以使用的泵浦LED的波長范圍。雖然可以在低電流密度下在這樣的波長下產生高內量子效率(IQE)的LED裝置，但它們的IQE在高電流密度下迅速下降。這是由于以下兩個作用(a)較大壓電場(piezoelectric field)的存在,其減少了載流子重疊并因此增加了載流子的壽命，將IQE曲線移動至較低的電流密度(參考(ref)) JP(b)與約445nm下發(fā)射的厚有源區(qū)域相關的挑戰(zhàn)(由于厚InGaN層的應變相關生長限制和在多量子阱系統(tǒng)中載流子散步困難兩者引起的)。圖1不出了在不同波長下發(fā)射的LED的效率行為。與長波長LED (445nm和以上)相比，短波長LED (415-430nm)在較高的載流子密度下維持效率。圖1獲自“Influence ofpolarization fields on carrier lifetime and recombination rates in InGaN—basedlight-emitting diodes”，A. David et al，Appl. Phys. Lett. 97，033501 (2010)，其描述T在較長波長的LED中偏振場的增強。論文“Carrier distribution in(0001) InGaN/GaN multiple quantum well light-emitting diodes”，A.David et al,Appl. Phys.Lett. 92，053502(2008)，討論了 450nm-泵浦LED中在量子阱之間散布載流子的困難。來自泵浦LED的藍色光對白色光譜有貢獻。因此，通過磷光體發(fā)射的藍色光的量需要良好的控制以實現(xiàn)給定的CCT。在磷光體組成/裝載中需要解釋泵浦LED的波長的變化。當制造白色LED時，解釋波長差異可以是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。對于440-nm泵浦LED的現(xiàn)有技術結果可以在論文“White light emitting diodeswith super-high luminous efficacy”，Y. Narukawa et al, J. Phys. D43, 354002(2010)中找到。在室溫和約lOOA/cm2的電流密度下，報道了 65%的外量子效率。假設在室溫和100° C的結溫度之間的約90%的提取效率(extraction efficiency)和約10%的性能下降,這對應于在ΙΟΟΑ/cm2和100° C下約65%的IQE。另一個傳統(tǒng)的方法在于使用其發(fā)射峰值在395_405nm范圍內的泵浦LED來泵浦三個或四個磷光體的系統(tǒng)。這是有利的，因為與445nm泵浦LED相比，400nm泵浦LED通常在更高的電流密度下保持更高的性能，這可能是由于較低的壓電場和厚的有源區(qū)域引起的。使用其最終光譜受到最終光譜中發(fā)射器(發(fā)射極)波長存在與否的影響最小(在顏色或亮度方面)的LED發(fā)射器提供了在驅動電流和溫度下范圍內非常穩(wěn)定的性能。用于操作的裝置范圍的顏色穩(wěn)定的磷光體材料的適當選擇(如405nm發(fā)射器的光譜權重(spectralweight))僅為450nm的發(fā)射器的1. 5%。420nm發(fā)射器的光譜權重仍僅為450nm發(fā)射器的10%。成品的磷光體轉換LED的顏色和通量的穩(wěn)定性相對于傳統(tǒng)藍色泵浦裝置顯著增加，其中最終光譜的多達20%由在450nm下的基礎發(fā)射器組成。靶向最終光譜中一定量的發(fā)射器光泄漏的需要的消除也在制造環(huán)境中提供了改進的得色量(color yield)。對于約405nm至430nm泵浦裝置的制造磷光體沉積過程可以接受更多的工藝變化而不犧牲大容量彩色重復性。而這提供了以更高的生產能力進行制造過程而不會損失重復性。與雙組分顏色系統(tǒng)相比，三種或更多種組成顏色(芯片發(fā)射和至少兩種磷光體)的使用為磷光體轉換LED裝置提供了較大的可調的色域?？梢垣@得大范圍的可調顏色和顯色指數(shù)。雙顏色組分白色LED就普朗克曲線(Planckian curve)僅具有一個的可能的橫截面(一個點以實現(xiàn)平衡的白色光譜)而三個或更多個顏色系統(tǒng)提供了沿著普朗克曲線的無限可調性。然而，這種方法受到各種限制

1.在泵浦波長和磷光體波長之間的斯托克斯損失(Stokes loss)較大，因此在磷光體下變頻過程中將損失更多的能量。400nm泵浦LED的相對較大的帶隙導致較高的操作電壓。400nm泵浦LED的有源區(qū)域中的降低的載流子限制使載流子更容易逃逸，并因此降低了高溫性能。與在445nm下相比，大多數(shù)材料在400nm下具有顯著更大的吸收(這是通常用于LED中的高反射率的金屬如Al和Ag、硅酮、一些如GaN或SiC的基板、和Au絲焊的情況。)，其降低了光提取效率。2.沒有集中開發(fā)用于380_430nm激發(fā)光的磷光體。這使得可用的磷光體材料的性能水平落后于采用使用材料諸如Y3Al5O12 = Ce3+ CikG-黃色)和CaAlSiN = Eu2+ (紅色)的450nm泵浦LED的LED制造商所擁有的現(xiàn)有技術磷光體性能，其具有應用于其改進的時間和壓力。3.由于現(xiàn)有技術磷光體材料性能的這種偏移(offset)，并非所有的可用的磷光體均可用于高性能LED裝置。主要的實例是藍色磷光體，其不適合用于所有芯片發(fā)射波長。圖2中示出了兩個藍色發(fā)射磷光體的吸收特性。垂直線表示相對于這兩個磷光體吸收曲線的405nm和420nm發(fā)射器的位置。雖然這兩種材料在405nm下的吸收強度類似,但它們在420nm下明顯不同。第一磷光體的吸收強度的這種減少顯著地影響具有較長波長發(fā)射器的裝置性能。在圖3中示出這種性能變化。本發(fā)明提供了具有高性能的白色LED光源。尤其是，本發(fā)明提供了高-CRI白色LED的新方法。例如，白色LED光源包括其峰值發(fā)射在約405nm至430nm范圍內的一個或多個泵浦LED和三種或更多種磷光體(如藍色、綠色和紅色)的系統(tǒng)。通過磷光體發(fā)射產生基本上白色的光譜。本發(fā)明的一個優(yōu)點是由于適度的應變和壓電場，約405nm至430nm的范圍內的泵浦LED可以在高載流子密度下顯示非常高的IQE (與400nm泵浦LED類似)。另一方面，有源區(qū)域中載流子限制顯著提高，使得不會損害高溫性能。與400nm LED相比，較低帶隙也使得啟動較低的正向電壓。因此，從泵浦LED的性能出發(fā)，約405nm至430nm的范圍是最佳的。對于這種LED (在lOOA/cm2的電流密度和100° C的結溫度下)的高IQE性能可以優(yōu)于70%并且甚至超過90%。這與如現(xiàn)有技術中描述的在440nm下發(fā)射的現(xiàn)有技術LED的約65%形成對比。此外，在400nm和約405nm至430nm之間大多數(shù)材料中的光學吸收顯著降低，產生了整體較高的光提取效率。此外，如上面所解釋的，使用三種或更多種磷光體以產生白光在顏色控制和過程穩(wěn)定性方面有利。藍色磷光體在約405nm至430nm的范圍內可獲得有強吸收并且有高量子效率。在此波長范圍內具有強吸收的藍色發(fā)射磷光體的一些實例是BaMgAl10017:Eu2+、Sr10 (PO4)6C12:E,LaAl (Si6_zAlz)N10_zOz:Ce3+、a-賽隆:Ce3+ (a-硅鋁氧氮陶瓷Ce3+，a-Sialon:Ce3+)、(Y, La)-S1-O-N:Ce3+、GdhSr2+xA105_xFx:Ce3+。與 400nm 泵浦 LED 相t匕，斯托克斯損失也減輕。圖4示出了本發(fā)明的一個實施方式,其中，其峰值發(fā)射在約405nm至430nm的范圍內的LED泵浦藍色、紅色和綠色磷光體。如在圖4中所示，在基板或基臺(submount)上提供泵浦LED源。例如，泵浦LED源發(fā)射在405nm至430nn波長下的輻射。泵浦LED源設置在磷光體材料的混合物中，其吸收由LED源發(fā)射的輻射。磷光體材料由泵浦LED激發(fā)并發(fā)射藍色、綠色和紅色的光。在一個優(yōu)選的實施方式中，通過來自磷光體的輻射的組合，磷光體的混合物特別適合于發(fā)射白色光。將磷光體材料的混合物設置在對泵浦LED源和磷光體發(fā)射的光兩者均基本上透明的密封劑中。取決于應用，該密封劑`可以包括各種類型的材料。在一個優(yōu)選的實施方式中，專門配置密封劑以提高光提取效率。例如，密封劑材料可以包含聚合物物質。在一個優(yōu)選的實施方式中，泵浦LED源發(fā)射在從約405nm至430nm的波長范圍內的輻射并泵浦混合在一起的三種磷光體(例如，藍色、綠色和紅色磷光體)，并且磷光體混合物將大部分泵浦LED源的光轉換為波長較長的光。當然，磷光體混合物可以包含額外的磷光體，如可以添加琥珀色磷光體以提高CRI。在各種實施方式中，由于溫度的變化由LED發(fā)射的波長發(fā)生改變。例如，在室溫下泵浦LED發(fā)射在約398nm波長下的輻射。當溫度升高至約120° C時，泵浦LED發(fā)射約405nm的輻射。通常，高電流和/或高溫是波長偏移的主要原因。例如，對于操作溫度每增加23° C，由泵浦LED所發(fā)射的輻射的波長增加lnm。本發(fā)明的各種實施方式中使用的密封劑和磷光體材料可以補償波長偏移。圖5示出了在450nm (左)和420nm (右)發(fā)射的多量子阱(MQW) LED中散布的載流子。在450nm的發(fā)射方案中，能量勢魚(energy barrier)較大,其可阻礙量子講之間空穴的散布。如所示的，電子或多或少地均勻散布，而空穴不是。與此相反，在420nm的發(fā)射方案中，能量勢壘較低并且因此提高了空穴散布，從而增加了有源區(qū)域的有效容積。本發(fā)明的實施方式實現(xiàn)更好的載流子散布。更具體地，與450nm泵浦LED相比，可以降低載流子限制，其使得載流子能夠更好地散布在MQW系統(tǒng)中。因此，可以采用厚的有源區(qū)域(例如，大于IOnm厚或大于50nm厚)并跨越該有源區(qū)域有效地注入載流子，如圖5中示出。圖6示出了本發(fā)明的一個實施方式，其中五個泵浦LED被設置在陣列中。在此實施中，LED在約405nm至430nm下發(fā)射。LED被配置有特別制造用于色彩轉換的磷光體混合物。如上所述，磷光體混合物包含對泵浦LED發(fā)射的光具有高吸收的磷光體材料。例如，磷光體混合物包含下列材料中的一種或多種BaMgAl10017:Eu2\ Sr10(PO4)6Cl2 = E' LaAl (Si6^zAlz)NichzOz : Ce3+、a-賽隆:Ce3+、(Y, La) -S1-O-N: Ce3+、Gd1_xSr2+xA105_xFx: Ce3+。制備磷光體混合物用于將來自泵浦LED的光轉換為其它顏色，如紅色、綠色和/或藍色的光。當將不同顏色的光組合時，優(yōu)選產生基本上白色的光。將磷光體材料的混合物設置在密封劑中，所述密封劑對泵浦-LED和磷光體發(fā)射的光兩者基本上透明。在一個優(yōu)選的實施方式中，密封劑被專門構造成提高光提取效率并且由聚合物物質形成。圖7示出本發(fā)明的一個實施方式，其中泵浦LED被設置在陣列中，并且磷光體組成以像素化配置空間地變化。此處，單獨的空間區(qū)域執(zhí)行至紅色、綠色、和藍色的光的轉換。如圖7中所示，五個LED被設置在構造成泵浦磷光體材料的陣列中。不同顏色的單色磷光體材料吸收由LED發(fā)射的輻射并重新發(fā)射與磷光體材料相關的顏色的光。磷光體材料以像素化的方式設置在LED之上。專門創(chuàng)建像素化圖案以產生發(fā)射的混合，其組合產生顏色基本上為白色的光。在一個優(yōu)選的實施方式中，LED發(fā)射基本上相同顏色的輻射(例如，波長約405nm至430nm)，并且來自LED的輻射泵浦位于不同空間位置中的單色磷光體材料。而彩色的磷光體材料發(fā)射彩色的光。例如，如圖7中所示，磷光體材料分別發(fā)射紅色、綠色和藍色的光。在圖7所示的構造中，基于所需要的顏色和所使用的LED的類型，泵浦LED和/或磷光體的類型跨陣列可以變化。

圖8示出本發(fā)明的一個實施方式，其中以陣列設置泵浦LED，并且采用兩種LED發(fā)射波長。短波長LED (約405nm至430nm)泵浦紅色和綠色磷光體，而較長波長LED (440nm至460nm)發(fā)射藍色的光。如圖8所示，5個LED裝置形成位于基板或基臺上的LED陣列。更具體地，中間的LED裝置發(fā)射藍色的光(例如，約440nm至460nm的波長)，而其它LED裝置發(fā)射基本上在紫色(例如，約405nm至430nm)波長范圍內的輻射。將紫色LED裝置設置在有色的磷光體材料中，其中LED裝置泵浦發(fā)射有色的光，如紅色光的磷光體材料。類似地，綠色磷光體材料，在吸收基本上紫色的輻射后，發(fā)射綠色光。藍色的LED裝置不設置在磷光體材料中，并且作為結果，直接發(fā)射由藍色LED裝置產生的藍色光。取決于應用，可以使用多個泵浦LED連同不構造成泵浦磷光體材料的藍色或紅色LED組合來以陣列幾何設置LED。應當理解，圖8所示的LED的設置可以幫助減少光吸收。例如，相對于400nm,在約405nm至430nm下模內吸收(inter-die absorption)減少(因為基板吸收較低)，其是使用較長波長泵浦LED的另外的優(yōu)點。磷光體材料和LED裝置的不同設置使得能夠獲得不同顏色的光。在一個優(yōu)選的實施方式中，LED裝置生長在非極性或半極性基板上。在一些實施方式中，LED裝置可以生長在低位錯密度基板(〈I X IO7位錯/cm2)上以使得在高電流密度和高溫下能夠可靠操作。波長轉換材料可以是陶瓷或半導體顆粒磷光體、陶瓷或半導體板磷光體、有機或無機的下變頻器、上變頻器(反斯托克斯)、納米顆粒和提供波長轉換的其它材料。以下列出了一些實例(Srn, Ca1-J 10 (PO4) 6*B203: Eu2+ (其中 O 彡 η 彡 I)(Ba, Sr, Ca) 5 (PO4) 3 (Cl, F，Br, 0Η) : Eu2+, Mn2+(Ba, Sr, Ca) BPO5: Eu2+, Mn2+Sr2Si308*2SrCl2:Eu2+(Ca, Sr, Ba) 3MgSi208: Eu2+, Mn2+BaAl8013:Eu2+2Sr0*0. 84Ρ205*0· 16B203:Eu2+(Ba, Sr, Ca) MgAl10O17: Eu2+, Mn2+K2SiF6:Mn4+(Ba, Sr, Ca) Al2O4: Eu2+(Y, Gd, Lu, Sc, La) BO3: Ce3+, Tb3+(Ba, Sr, Ca) 2 (Mg, Zn) Si2O7: Eu2+(Mg, Ca , Sr, Ba, ZrO2SiUu2+ (其中 O 彡 χ 彡 O. 2)(Sr, Ca, Ba) (Al, Ga) 2S4:Eu2+(Ca, Sr) 8 (Mg, Zn) (SiO4) 4C12: Eu2+, Mn2+Na2Gd2B2O7: Ce3+, Tb3+(Sr, Ca, Ba, Mg, Zn) 2P207: Eu2+, Mn2+(Gd, Y, Lu, La) 203: Eu3+, Bi3+(Gd, Y, Lu, La) 202S: Eu3+, Bi3+(Gd, Y, Lu, La) VO4: Eu3+, Bi3+(Ca, Sr) S: Eu2+, Ce3+(Y, Gd, Tb, La, Sm, Pr, Lu)3(Sc, Al, Ga) 5_n012_3/2n: Ce3+ (其中 0 彡 n 彡 0. 5)ZnS: Cu+, Cl-(Y, Lu, Th) 3A15012: Ce3+ZnS: Cu+, A13+ZnS:Ag+，A13+ZnS: Ag+, Cl-(Ca, Sr) Ga2S4: Eu2+SrY2S4: Eu2+CaLa2S4: Ce3+(Ba, Sr, Ca) MgP2O7: Eu2+, Mn2+(Y, Lu) 2W06: Eu3+, Mo6+CaffO4(Y, Gd, La) 202S:Eu3+(Y, Gd, La) 203: Eu3+(Ba, Sr, Ca)nSinNn:Eu2+ (其中 2n+4=3n)Ca3(SiO4)Cl2IEu2+
(Y, Lu, GcD^Ca^i^Ci^iCe3",(其中 O 彡 η 彡 O. 5)用Eu2+ 和 / 或 Ce3+ 摻雜的(Lu, Ca, Li, Mg, Y) α -賽隆(SiAlON)(Ca, Sr, Ba) SiO2N2: Eu2+, Ce3+(Sr, Ca) AlSiN3:Eu2+CaAlSi (ON) 3:Eu2+Sr10(PO4)6Cl2 = Eu2+(BaSi) O12N2: Eu2+SrSi2 (O, C1)2N2: Eu2+(Ba, Sr) Si2 (O, Cl) 2N2: Eu2+LiM2O8 = Eu3+其中 M= (W 或 Mo)在上面的清單中，可以理解，當磷光體具有兩種或更多種的摻雜劑離子(即在上述磷光體的冒號之后的那些離子)時，這意味著磷光體在材料內具有那些摻雜劑離子的至少一種(但不一定是全部)。即，如本領域技術人員理解的，這種類型的表示法意味著磷光體可以包含那些特定的離子中的任何一種或全部作為制劑中的摻雜劑。在一些實施方式中，基于量子點的磷光體用于色彩轉換的用途。量子點材料是其尺寸和化學性質決定其發(fā)光特性的半導體和稀土摻雜氧化物納米晶體家族。半導體量子點的典型的化學組成包括熟知的(ZnxCdl-x)Se[x=0. .1]、(Znx, Cdl-χ) Se [x=0. .1]、Al (AsxPh) [x=0. .1]、(Zn`x, Cdl-χ) Te [x=0. · I]、Ti (AsxPl—x) [x=0. · I]、In (AsxPl—x)[x=0. .1] > (AlxGal—x) Sb [x=0. · I]、(Hgx, Cdl-χ) Te [x=0. .1]閃鋅礦半導體晶體結構。稀土摻雜氧化物納米晶體的公開實例包括Y203:Sm3+、(Y，Gd) 203:Eu3+、Y203:B1、Y203:Tb、Gd2Si05:Ce、Y2Si05:Ce、Lu2Si05:Ce、Y3A15) 12:Ce，但不應該排除其它簡單的氧化物或正硅酸鹽。在一些實施方式中，本發(fā)明提供了雙磷光體紫色泵浦白色LED，其能夠用于照明。在一個特定的實施方式中，藍綠色(cyan)磷光體和橙色磷光體與紫色泵浦LED芯片一起使用。例如，提供發(fā)射在約400 440nm的波長下的輻射的紫色芯片。在此構造中，兩種磷光體的發(fā)射基本上確定了白色光的色度和顏色質量。例如，主要通過兩種磷光體的混合物確定顏色，并且泵浦光的泄漏通常是最低的而且不是非常眼睛敏感的。這種方法結合了磷光體復雜性和使用雙磷光體系統(tǒng)的簡化顏色調節(jié)的成本降低的優(yōu)勢。此外，紫色泵浦的低眼睛敏感性確保了提供制造中具有高產量的顏色目標，這與藍色泵浦系統(tǒng)的情況不同，在該情況中關于藍色光泄漏的嚴密控制對于維持高容量制造中關于色度散布的嚴密控制是必需的。圖9是示出雙磷光體紫色泵浦白色LED的發(fā)射光譜的示意圖。在這個實例中，將來自Intematix公司的藍綠色磷光體G1758 和橙色磷光體06040 組合并由 420nm發(fā)射LED泵浦?？梢岳斫?，也可以使用其他類型的藍綠色和橙色磷光體。在這種構造中其它磷光體組合和其它泵浦發(fā)射波長的選擇是可能的。在圖9中，相對于5%的泄漏的絕對水平，紫色泵浦LED泄漏變化+/-20%。對于所有三種情況，在約2700K的CCT下顯色指數(shù)(CRI)為約83。三種光譜之間的色度的變化非常小，在u’、v’方面來自普朗克的總偏差小于O. 004。流明效能為約301-305lm/Wopt。與較短波長泵浦LED相比，使用長波長泵浦芯片(例如，在420nm的情況下)的配置一個益處是，其增加光提取效率和封裝效率，降低正向電壓和斯托克斯損失。此外，通過避免藍色磷光體，這種配置去除了效率損失的一個分量，降低了整體磷光體裝載，并降低了成本和復雜性。雖然上面是具體實施方式
的全面描述，但是可以使用各種修改、替代構造、和等價物。因此，上面的描述和說明不應 被視為限制由所附權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種光學裝置，包括 安裝構件； 提供覆蓋所述安裝構件的一部分的至少一個發(fā)光二極管(LED);所述LED包括具有表面區(qū)域的含鎵和氮的基板；覆蓋所述表面區(qū)域的含鎵和氮的緩沖層；包含有源區(qū)域的結區(qū)域，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射在由約405至約430納米組成的范圍內的電磁輻射；和耦接到所述結區(qū)域以提供能夠引起所述有源區(qū)域發(fā)射所述電磁輻射的電流的第一電接觸區(qū)域和第二電接觸區(qū)域；以及 在粘合劑材料內的包含第一磷光體材料、第二磷光體材料、和第三磷光體材料的磷光體材料的混合物，所述磷光體材料的混合物被設置在所述LED附近范圍內并被構造成與所述電磁輻射相互作用以基本上將在約405至430nm范圍內的電磁輻射轉換為在約440至650nm之間范圍內的波長。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述含鎵和氮的基板的特征在于非極性或半極性取向。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述含鎵和氮的基板是本體GaN基板。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述LED在至少lOOA/cm2和更大的電流密度下驅動。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述LED具有至少50的流明/瓦效率。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，以陣列構造提供多個LED。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中，所述LED的波長跨所述陣列而變化。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一磷光體材料包含藍色磷光體。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一磷光體材料包含內量子效率能夠為至少70%的藍色磷光體。
10.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一磷光體材料包含吸收系數(shù)在從I到40CHT1的范圍內的藍色磷光體。
11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一磷光體材料包含峰值發(fā)射波長在440nm至480nm之間范圍內并且光譜FWHM為至少IOnm的藍色磷光體。
12.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一磷光體材料包含內量子效率為至少70%、吸收系數(shù)在從I至40CHT1的范圍內、峰值發(fā)射波長在440nm至480nm之間的范圍內并且光譜FWHM大于IOnm的藍色磷光體。
13.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一磷光體材料包含選自下述的藍色磷光體=BaMgAl10O17: Eu2+、Sr2P207:Eu2\ Sr6P5BO20: Eu2+、(SrCa)2B5O9Cl: Eu2+、SR5CL(PO4) 3: Eu2+、Ca2P2O7:Eu2+、ZnS:Ag, Cl、Sr10(PO4)6C12:E、LaAl (Si6_zAlz)N10_zOz:Ce3+、a-賽隆Ce3+、(Y，La) -S1-O-N: Ce3+、GdhSr2+XAlO5-XFX: Ce3+[x=0. 6]。
14.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述磷光體混合物被平衡以產生平均顯色性為至少75的普朗克曲線(du’ v’〈.01)之上或附近的輻射。
15.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述有源區(qū)域被構造成以至少lOOA/cm2的電流密度注入并在至少100° C的結溫度下維持約70%和更高的內量子效率。
16.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述有源區(qū)域被構造成在至少lOOA/cm2的電流密度和至少85° C的溫度下發(fā)射內量子效率為至少70%的在從約405至430納米范圍內的電磁輻射；因此來自所述有源區(qū)域的所述電磁輻射基本上沒有小于405且大于440納米范圍的波長。
17.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，磷光體的組成在所述裝置的水平或垂直方向上變化。
18.一種光學裝置，包括 設置在安裝構件的一部分上的至少一個發(fā)光二極管(LED);所述LED具有帶有表面區(qū)域的含鎵和氮的基板；覆蓋所述表面區(qū)域的含鎵和氮的緩沖層；包含有源區(qū)域的結區(qū)域，所述有源區(qū)域發(fā)射在由約405至430納米組成的范圍內的電磁輻射；和耦接到所述結區(qū)域以提供引起所述有源區(qū)域發(fā)射電磁輻射的電流的第一電接觸區(qū)域和第二電接觸區(qū)域； 設置在所述LED附近的顏色轉換材料；以及 其中，所述有源區(qū)域被構造成發(fā)射從約405至430納米的電磁輻射，同時至少減少壓電場影響以引起所述有源區(qū)域輸出至少100安培/平方厘米并維持至少約70%的內量子效率和從約85° C至約150° C范圍的溫度；并且因此所述電磁輻射基本上沒有小于405且大于440納米范圍的波長。
19.根據(jù)權利要求18所述的裝置，其中，所述含鎵和氮的基板是本體GaN，所述本體GaN選自半極性取向、非極性取向、或極性取向。
20.根據(jù)權利要求18所述的裝置，其中，所述含鎵和氮的基板的特征在于小于lE7cm_2的位錯密度。
21.根據(jù)權利要求18所述的裝置，包括第一顏色轉換材料和第二轉換材料，所述第一顏色轉換材料和第二顏色轉換材料與不同波長有關。
全文摘要
描述了具有多種磷光體的LED泵浦光。使用發(fā)射在紫色和/或紫外波長下的輻射的LED來泵浦發(fā)射其他顏色的磷光體材料。設置在不同波長范圍內操作的LED以減少光的再吸收并提高光輸出效率。
文檔編號H01L33/00GK103069582SQ201180040221
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權日2010年8月19日
發(fā)明者奧雷利安·J·F·戴維, 特洛伊·特羅蒂爾, 弗蘭克·M·斯特蘭卡, 邁可爾·R·克拉梅什 申請人:天空公司