专利名称：包括全氮化物发光二极管的发光二极管光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)光源，更特别地涉及包括全氮化物发光二极管的LED光源。
背景技术：
已知取决于LED的材料组成，LED芯片产生特定的光色输出，例如蓝色、红色或绿 色。在需要构造所产生颜色不同于LED输出颜色的LED光源时，已知在LED芯片上提供含磷光体的元件，例如罩(dome)、板或其他覆盖物。含磷光体的元件可以包括被LED输出激发时产生其他波长/颜色的光的磷光体或磷光体混合物。这种方法通常可以称作“磷光体转换”，与含磷光体的元件相结合以产生与LED输出光不同的光或者除LED输出光之外的光的LED可以称作“磷光体转换LED”或“pc LED”。在一种已知的构造中，例如，可以将发蓝光的LED (例如InGaN LED)与包含具有SY3Al5O12 = Ce的铯激活的钇铝石榴石磷光体(YAG = Ge)的含磷光体元件(例如置于发蓝光的LED之上的板或罩)相结合。LED的蓝光输出激发YAG = Ge使得从含YAG = Ge的元件中产生黄光输出。LED的蓝光输出和含磷光体元件的黄色(和其他波长的)光输出结合产生冷白光发射。这是“磷光体转换”或“pc”白色LED的一个实例。这种类型的磷光体转换LED可以产生较低的显色指数(CRI)。可以通过将磷光体转换(pc)白色LED与发红光的LED (无磷光体转换)相结合的已知构造提高CRI。pc白色LED可以包括发蓝光的LED (InGaN)，发红光的LED可以是InGaAlP LED。与单独的pc白色LED相比，这种构造可以得到更高的CRI，并产生更暖的白光发射，但由于有随时间工作方式不同的多种不同LED类型(在此实例中为蓝色和红色)，因此可能需要多个激励电路。已知的可选方案包括将发黄光和发红光的磷光体混合到与单一 LED结合的含磷光体兀件中。例如，可以将发蓝光的LED (InGaN)与包括发黄光和发红光的磷光体的含磷光体元件相结合。然而，这种构造可能产生混合的不可调谐的颜色。而且，这种构造中的磷光体可能彼此干扰，例如一种磷光体可能吸收另一磷光体发射的光。附图简述
应当参考以下详细描述，其应当结合以下附图阅读，其中类似的编号表示类似的部
件
图I图示了依照本发明的多通道(多电路)发光二极管(LED)阵列光源的一种实施方案。图2示意性地图示了依照本发明的磷光体转换LED的一种实施方案。
图3示意性地图示了依照本发明的磷光体转换LED的另一实施方案。图4示意性地图示了依照本发明的磷光体转换LED的另一实施方案。图5示意性地图示了依照本发明的磷光体转换LED的另一实施方案。图6示意性地图示了依照本发明的磷光体转换LED的另一实施方案。图6A-6I示意性地图示了依照本发明的磷光体转换LED的芯片级罩构造的实施方案。图7示意性地图示了依照本发明的光源的一种实施例。图8示意性地图示了依照本发明的光源的另一实施例。图9示意性地图示了依照本发明的光源的另一实施例。
图10示意性地图示了依照本发明的光源的一种实施例。发明详述
依照本发明，提供了多通道(多电路)LED阵列光源，经构造以产生多色的可调谐光，其中所有发光LED芯片或封装(packages)都是III-氮化物LED (例如InGaN)。对于用于产生非蓝光的通道，使用含磷光体元件(例如磷光体浸溃(infused)的硅罩、单片陶瓷板等)将芯片发出的蓝光经磷光体转换为不同颜色(例如红色、黄色和/或绿色)。各通道可以单独和独立地控制，使得能够由各种颜色混合策略得到全光谱范围。这种系统能够潜在地消除用于产生照明的可调谐照明系统目前的问题，例如(a)绿光和黄光的低效能、(b)颜色稳定性、(c)复杂的电子设备和(d)芯片波长分级(binning)，下面将对此进行论述。尽管依照本发明的实施方案可以结合多通道可调谐构造进行描述，但应当理解依照本发明的构造可以配置为具有产生不可调谐的光输出的单通道或多通道。依照本发明的系统和方法通常包括使用磷光体转换(pc) LED,即用不同颜色的磷光体转换单色发光LED (例如由氮化物III制成的发蓝光的LED)以产生不同颜色的光。例如，由氮化物蓝色(例如但不限于蓝色可见光发射，例如440nm-470nm)或UV (例如但不限于近UV发射，例如360nm-420nm)芯片和红色磷光体的组合产生的pc红光；由氮化物蓝色或UV芯片和黄色磷光体的组合产生的pc黄光；由氮化物蓝色或UV芯片和绿色磷光体的组合产生的pc绿光。本文的磷光体可以用该磷光体激发后发出的光的颜色来称呼。例如，发红光的磷光体可以称作红色磷光体，发绿光的磷光体可以称作绿色磷光体等。类似地，LED也可以用该LED发出的光的颜色来称呼。例如，发蓝光的LED可以称作蓝色LED。UV发光LED可以称作UV LED等。氮化物LED发出的大部分蓝光都发生从较短波长变换到较长波长的波斯托克斯位移。各颜色发射的最终颜色取决于最初氮化物LED的波长和用于提供磷光体转换的含磷光体元件。进行了特别的研究以在部件中获得最适合的磷光体类型和浓度以得到所期望的颜色混合所需的每种特定的色点和波长。所得到的光的蓝色部分可以是发蓝光的LED或具有蓝色磷光体的UV LED。依照本发明的系统和方法可以得到相对用于一般照明应用的可调谐LED光源可能解决一些基本问题的结果。例如，一些已知的可调谐LED光源使用多个不同类型的LED。本文所用的词组“不同类型的LED”意于表示多个由不同材料的量子阱发光的LED。包含不同类型的LED的系统可能面临与热管理有关的难题，例如波长迁移和光输出降低(两者都可以由温度变化引起)。通常，不同类型的LED的化学成分对热和退化(degrade)的反应不同，导致不同的热管理需求和不同的退化。例如，在红色或黄色LED (例如InGaAlP LED，也称作磷化物LED)上施加过多的热量可能促成与发绿光或发蓝光的LED (其通常可能比磷化物LED更热稳定)不同的发射光色移。不同类型的LED也可以具有不同的退化时间(或寿命)，这可能使得在可调谐LED光源的使用期内难以保持所需的光谱。不同类型的LED的不同退化速率可能导致所得到的混合光发生色移(例如一个或多个颜色通道的输出减少会使颜色混合偏移并改变所得到的光谱)。为了解决此问题，一些已知的可调谐LED光源需要即时反馈电子设备来维持得到的(混合)光不变(维持构成混合的红色、黄色、绿色和蓝色量不变)。这些电子设备会努力保证各颜色通道彼此关联调节使所得到的光保持不变(各颜色的比例不变)。依照本发明的至少一种实施方案的可调谐的LED光源通过消除不同类型的LED的使用解决了这些问题。例如，依照本发明的LED板可以仅配备发蓝光的LED，包括一些磷光体转换的发蓝光的LED (即pc LED)可以为所得到的混合光谱提供颜色稳定性并消除了对复杂且昂贵的即时反馈电子设备系统的需求。依照本发明的pc LED的发射峰比直接发射型 LED芯片的峰(例如“真绿色芯片”、“真蓝色芯片”和/或“真黄色芯片”)更宽，且因此对波长迁移更不敏感。因此，依照本发明的可调谐LED光源在与热管理和差别化的退化时间关联的颜色稳定性方面可以得到改善。依照本发明的可调谐LED光源还可以降低对分级(SP根据其峰值波长将LED分成不同组)的需求且因此制备成本可以更低。此外，依照本发明的可调谐LED光源可能仅需要单一的电流，因此降低和/或消除了对复杂电子电路(例如反馈电路)的需求并降低了制备成本。现在转到图1，一般性地图示了依照本发明的多通道(多电路)LED阵列光源100的一种实施方案。多通道(多电路)LED阵列光源100可以构造以产生多色的可调谐光。多通道(多电路)LED阵列光源100包括多个LED芯片或封装102 (I) _(n)(后文简单统称为LED)，其中所有发光LED 102 (I)-(η)都是III-氮化物LED (例如InGaN，后文称作“发蓝光LED”)。至少一个光通道包括一个或多个配置为产生非蓝色光(例如但不限于红光、黄光和/或绿光)的磷光体转换发蓝光LED 104(I)-(η)(例如但不限于磷光体浸溃的硅罩、单片陶瓷板等，下文称为“pc发蓝光LED”)。任选地，至少一个光通道可以包括非磷光体转换LED106 (I)-(η)。各光通道可以单独和独立地控制，使得能够由各种颜色混合策略得到全光谱范围。依照本发明的多通道(多电路)LED阵列光源100能够潜在地消除用于一般照明的可调谐照明系统目前的问题，例如(a)绿光和黄光的低效能、(b)颜色稳定性、(c)复杂的电子设备和(d)芯片波长分级，下面将对此进行论述。尽管依照本发明的实施方案可以结合多通道可调谐构造进行描述，但应当理解依照本发明的构造可以配置为具有产生不可调谐的光输出的单通道或多通道。依照本发明，磷光体转换LED可以多种构造或其组合提供。图2显示了用于产生黄色pc LED的芯片级转换(CLC)构造200的一种实例。尽管图示的实施方案是使用特定的光颜色/波长描述的，但应当理解使用相同的通用构造但使用不同的磷光体和/或LED芯片可以制备其他颜色的pc LED。如图所示，CLC构造200包括作为激发源的发蓝光LED 202和位于发蓝光LED 202之上的单独的含磷光体板(YAG:Ce) 204。CLC构造200可以具有较低的分色(即ACx),例如ACx=O. 04。图3显示了用于产生磷光体转换LED的远程磷光体罩构造300的一个实例。如图所示，远程磷光体罩构造300可以包括作为激发源的发蓝光LED 202和位于发蓝光LED 202之上的单独的含磷光体罩302，罩302具有比发蓝光LED 202的最大尺寸更大的直径使得罩302向下延伸越过发蓝光LED 202的所有侧面。罩302可以充满透明的硅树脂304。CLC构造300可以具有非常低的分色，例如ACx=O. 002。作为实例，当与具有O. 5mm的宽度W的发蓝光LED 202 一起使用时，罩302可以具有约6mm的直径D。图4显不了用于产生磷光体转换LED的远程磷光体层构造400的一个实例。如图所示，远程磷光体层构造400可以包括发蓝光LED芯片202和位于芯片202的发光表面之上的单独的含磷光体层402。远程磷光体层402和芯片封装405之间的空间403可以充满透明的娃树脂。图5显示了用于产生磷光体转换LED的体积转换(volume conversion)构造500的一个实例。如图所示，含磷光体的材料502可以直接设在发蓝光LED 202的发光表面(或多发光表面)上作为芯片封装405的一部分。 图6图示了依照本发明的芯片级罩构造600。如图所示，芯片级磷光体罩构造600可以包括作为激发源的发蓝光LED 202和位于发蓝光LED 202之上的单独的含磷光体罩602。图6A-6I图示了具有依照本发明的芯片级转换罩(CIXD)的pc LED的各种实施方案。如本文所述，与其他设计相比，CIXD使得多个LED可以紧密/密集得多地组装在板上(即分隔相邻LED的间距)，同时保持较低的分色(即Λ Cx)。依照本发明的CIXD可以使得LED的间距由制造设备的机械限制而非磷光体层/涂层本身决定(即无论该LED是pc LED还是非pcLED,间距都可以相同)。例如，CIXD可以使间距小于或等于O. Imm(例如小于或等于O. 05mm)。此外，CIXD可以提供较低的颜色角分离，ACx为O. 02或更小(例如O. 01或O. 007)，使得自与垂直pc LED的方向成至多60°角的色移减小。Cx表示例如1931 CIE色图的x坐标且x在0° — 60°范围内，其中0°表示在轴上观测LED，60°表示偏离轴60°观测LED。依照本发明的具有多个带CIXD的pc LED的光源与具有其他pc LED设计的光源相比，可具有更高的流明和/或更低的面积同时仍保持较低的分色AC；。例如，依照本发明的具有多个带CLCD的pc LED的光源与具有其他pc LED设计的光源相比，可以具有更低的面积同时仍保持相同的流明量。可选择地(或在其之外)，依照本发明的具有多个带CLCD的pc LED的光源与面积相同的具有其他pc LED设计的光源相比可以具有更高的流明。现在转向图6A，一般性地图示了具有CIXD 602a的pc LED 600a的一种实施方案。pc LED 600a可以包括LED 604 (例如本文所述的InGaN基LED)，其具有与板608联接的底面606和与CLCD 602a的底面612联接的顶面610。可以使用各种方式将CLCD 602a固定到LED 604上，例如但不限于粘合层614，例如接触顶面610和底面612的透明硅树脂。尽管粘合层614显示为与LED 604的顶面610和CLCD 602a的底面612同等延伸(coextensive),然而粘合层614可以仅位于各表面610、612的一部分之间。粘合层614的厚度可以仅为几微米。CIXD 602a可以包括一种或多种磷光体,该磷光体可以任选地分散在载体介质内和/或上。例如，CIXD 602a可以包括一种或多种悬浮和/或混合在载体介质内的磷光体，载体介质例如但不限于塑料(例如硅树脂、聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯等)、陶瓷等等。CLCD602a也可以包括一种或多种设在(例如但不限于涂覆在)载体介质外表面上的磷光体。CLCD602a中所用的磷光体的类型(或多种类型)可以取决于预期的应用。例如，在一种实施方案中，各pc LED 600a可以仅包括单一类型的磷光体。这种设置可能是有利的，因为它可以降低和/或消除磷光体之间的任何潜在的相互作用。可以理解，在将多种磷光体结合在单一的LED上时由于不期望的作用，例如浓度梯度、吸收效应、不同的老化和/或温度依赖性等，必须仔细关注。此外，每个pc LED 600a使用单一的磷光体使得可以更好地控制和调谐整个光源。然而，应当理解，取决于预期应用CLCD 602a可以具有多种类型的磷光体。下表I中描述了适合的磷光体。表I
权利要求
1.光源，包括 至少两种磷光体转换(PC)发光二极管(LED)， 所述pc LED各自包括关联的发蓝光LED作为含磷光体元件的激发源。
2.权利要求I的光源，其中所述发蓝光LED发射的光具有420nm-490nm的峰值波长。
3.权利要求I的光源，其中所述发蓝光LED发射的光具有445nm-465nm的峰值波长。
4.权利要求I的光源，其中所述pcLED转换了所述发蓝光LED发射的蓝光流明的至少65%。
5.权利要求I的光源,包括至少三种所述pcLED,第一种所述pc LED是发红光的pcLED，第二种pc LED是发绿光的pc LED，第三种pc LED是发黄光的pc LED，且所述光源进一步包括非转换的发蓝光LED。
6.权利要求I的光源，其中第一种所述pcLED是发红光的pc LED，第二种所述pc LED是发绿光的pc LED，且所述光源进一步包括非转换的发蓝光LED。
7.权利要求I的光源，其中第一种所述pcLED是发红光的pc LED，第二种pc LED是发黄光的pc LED,且所述光源进一步包括非转换的发蓝光LED。
8.权利要求I的光源，其中第一种所述pcLED是发红光的pc LED，第二种pc LED是发黄光的pc LED。
9.权利要求I的光源，其中第一种所述pcLED是发橙红光的pc LED，第二种所述pcLED是发绿光的pc LED,且所述光源进一步包括非转换的发蓝光LED。
10.权利要求I的光源，其中第一种所述pcLED是发红光的pc的LED,第二种所述pcLED是发黄光的pc LED。
11.光源，包括 多个相同材料的发蓝光的发光二极管(LED ), 至少一个所述发蓝光LED具有关联的含红色磷光体的元件，且构造为充当所述含红色磷光体元件的激发源以使所述含红色磷光体元件发射红光。
12.权利要求11的光源，其中至少一个所述发蓝光LED具有关联的含磷光体元件，其构造为充当激发源使得发出如下波长的光，所述波长选自绿光波长、黄光波长和橙红光波长。
13.光源组件，包括 多个光源，所述光源包括至少两种磷光体转换(pc)发光二极管(LED)，所述pc LED各自包括相同材料的关联的发蓝光LED作为含磷光体元件的激发源， 所述光源各自设置在单独的关联的印刷电路板(PCB)上，且在所述单独的关联的PCB上没有与所述相同材料不同的材料的LED。
14.权利要求13的光源组件，其中所述发蓝光LED发射的光具有420nm-490nm的峰值波长。
15.权利要求13的光源组件，其中所述发蓝光LED发射的光具有445nm-465nm的峰值波长。
16.权利要求13的光源组件，其中所述pcLED转换了所述发蓝光LED发射的蓝光流明的至少65%。
17.权利要求13的光源组件，其中至少一个所述光源包括至少三种所述pcLED，第一种所述pc LED是发红光的pc LED,第二种所述pc LED是发绿光的pc LED,第三种所述pcLED是发黄光的pc LED,且所述至少一个所述光源进一步包括非转换的发蓝光LED。
18.权利要求13的光源组件，其中至少一个所述光源中，第一种所述pcLED是发红光的pc LED，第二种所述pc LED是发绿光的pc LED，且所述至少一个所述光源包括非转换的发蓝光LED。
19.权利要求13的光源组件，其中至少一个所述光源中，第一种所述pcLED是发红光的pc LED，第二种所述pc LED是发黄光的pc LED。
20.光源，包括 发光二极管(LED)，其具有包括至少一个发光表面的上表面，所述发光表面构造为发射具有第一波长范围的光；和 芯片级转换罩(CIXD)，其包含至少一种磷光体，所述磷光体构造为使所述LED发射的所述光迁移到第二波长范围，所述CLCD具有底面和自其延伸的顶面，所述CLCD的所述底面比所述顶面更宽且基本上与所述LED的所述上表面同等延伸，且所述顶面具有凸起的形状。
21.权利要求20的光源，其中所述光源具有O.02的分色ACX。
22.权利要求20的光源，其中所述LED的所述上表面和所述CLCD的所述底面各自具有大致矩形的形状。
23.权利要求20的光源，其中所述CIXD的所述底面包括构造为安置在联接到所述LED的打线周围的凹口。
24.光源，包括 多个发光二极管(LED)，其中所述多个LED中的至少一个包括芯片级转换罩(CIXD)，所述CLCD包含至少一种磷光体，所述CLCD具有底面和自其延伸的顶面，所述CLCD的所述底面比所述顶面更宽且基本上与所述LED的所述上表面同等延伸，且所述顶面具有凸起的形状； 其中两个相邻LED的间距小于或等于O. 1mm。
25.权利要求24的光源，其中具有所述CIXD的所述LED具有O.02的分色Λ Cx。
26.权利要求24的光源，其中所述LED的所述上表面和所述CLCD的所述底面各自具有大致矩形的形状。
27.权利要求24的光源，其中所述CIXD的所述底面包括构造为安置在联接到所述LED的打线周围的凹口。
全文摘要
光源，包括至少两种磷光体转换(pc)发光二极管(LED)，各pcLED包括关联的发蓝光的LED作为含磷光体元件的激发源。
文档编号H01L27/15GK102906877SQ201180025928
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月18日 优先权日2010年5月27日
发明者M.汤普森, J.塞尔韦里安, D.W.汉比, M.扎豪 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司