CN101836297A - 具有一个或多个发光荧光体的照明装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光体,包括具有至少一个固态发光装置的单块裸片;以及覆盖所述裸片的部分光发射区域的至少第一发光荧光体。在一些实施例中,在所述裸片上提供了至少第二发光荧光体。所述第一发光荧光体和第二发光荧光体在发光材料、尺寸、形状和/或发光材料的浓度方面有所区别。所述发光荧光体可以完全交叠、部分交叠或完全不交叠。一些实施例包括用于使各个固态发光装置各自电连接的电气互联。还提供有一种发光体,包括单元格,其中每个单元格都包括一组发光装置和至少一个发光荧光体。制备发光体的方法包括对单块芯片选择性涂覆至少一个发光荧光体。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2007年10月26日、申请号为60/982900的美国临时专利申请的优先权,并在此将该美国临时专利申请的全文引用入本申请中。
技术领域
本发明涉及发光体,更具体地说,涉及适用于照明应用的发光体。
背景技术
使用磷光体将光线从一种波长转换成另一种波长的发光二极管装置是众所周知的。例如,具有黄色磷光体(像YAG:Ce)的蓝色发光二极管装置被用来产生白光。然而,这些光通常具有相对较低的显色指数(color rendering index,CRI)和相对较高的相关色温(correlated color temperature,CCT)。当降低光的相关色温以产生“暖白光”(像3500K的色温)时,发光二极管装置/磷光体系统的效率也通常被降低。这种情况是由于斯托克斯损耗所导致,同时也因为暖白光发光二极管装置通常使用多种磷光体,而一种磷光体发出的光会被其它一种或多种磷光体所吸收。低效率也可能是增设的磷光体的低量子效率所造成的结果。例如,黄色磷光体(如YAG磷光体)通常在将蓝光波长转换成黄光波长时具有相对较高的量子效率。相反,红色磷光体在该转换中仅具有较低的效率。因而,包含发光二极管装置的暖白光发光体往往比包含发光二极管装置的冷色温白色发光体的效率低。
除了努力改进发光二极管装置的白光产生以外,人们还努力通过安装更大的装置或互连的装置来改进发光二极管装置。例如:
专利号为6,635,503的美国专利描述了发光二极管装置的成串封装;
公开号为2003/0089918的美国专利申请公布文件描述了广谱发光装置以及制造广谱发光装置的方法和系统;
专利号为6,547,249的美国专利描述了在高阻基底上构造的单块式串联/并联发光二极管装置阵列;
专利号为7,009,199的美国专利描述了具有顶盖和反并联连接发光二极管的用于使交流电产生光的电子装置;
专利号为6,885,035的美国专利描述了多芯片半导体发光二极管装置组件;
专利号为6,957,899、7,213,942和7,221,044的美国专利都描述了为直接使用交流或直流高电压而改装的单块芯片集成发光二极管装置;
公开号为2005/0253151的美国专利申请描述了一种运行在高驱动电压和小驱动电流上的发光装置;
公开号为2001-156331的日本专利描述了构建在同一基底上的多个氮化物半导体层,其中层与层之间是彼此电气隔离的,且各氮化物半导体层都与导线电气连接;
公开号为2001-307506的日本专利描述了两种或更多构建在同一半导体基底上的发光二极管装置;以及
公开号为2007/0202623的美国专利申请描述了一种用于极小器件封装和小体积白色发光二极管装置的晶圆(wafer)级封装。
这里使用的表达“发光二极管装置”是指基本的半导体二极管结构(如芯片(chip))。在电子商店销售的常见的市售“LED”通常以由多个部分组成的“封装”装置的形式出现。这些封装装置通常包括半导体基底发光二极管装置(如(但不限于)那些在专利号为4,918,487、5,631,190和5,912,477的美国专利中所描述的半导体基底发光二极管装置)、各种导线连接以及这些封装发光二极管装置的包装。
尽管包含发光二极管装置的发光体具有这些优点,但是仍需要对包含发光二极管装置的发光体,以及从发光二极管装置产生白色或其它颜色光的技术进行改进。
发明内容
本发明的实施例提供了在裸片(die)上选择性涂覆有发光荧光体的发光体。这里所使用的表达“裸片”是指包括至少一个发光装置(如至少一个发光二极管装置)的元件。例如,“裸片”可以为在其上安装有单个发光装置的基底,或者在其上安装有多个发光装置的基底(而“基底”可以指提供了可用于布置这些发光装置的一个或多个表面的任何结构)。
在本发明的第一方面中,提供了一种发光体,包括:
包括至少一个固态发光装置的单块(monolithic)裸片;以及
位于所述裸片上的至少第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案),所述第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案(pattern))覆盖的区域小于所述单块裸片的所有光发射区域,以使由所述至少一个固态发光装置发射的第一部分光直接射入所述第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案),且由所述至少一个固态发光装置的发射的第二部分光不直接射入所述第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案)。
如下所述,本发明包括的每一个发光体都包括在其一个或更多表面的任意数量的表面上涂覆有一种或多种发光荧光体和/或发光荧光体图案的裸片,例如,在其顶面、底面、同时在顶面和底面,或通常在其任意数量的表面上(例如,如果裸片具有6个侧面,如立方体裸片,可以在1至6中任意数量的侧面上涂覆一种或多种发光荧光体)。
在根据本发明第一方面的一些实施例中,所述发光体还包括:
位于所述裸片上的至少第二发光荧光体(或第二发光荧光体图案),所述第二发光荧光体(或第二发光荧光体图案)基本不与所述第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案)交叠,以使所述第一部分光不直接射入所述第二发光荧光体(或第二发光荧光体图案)。
在一些这样的实施例中,由所述至少一个固态发光装置发射的所述第二部分光直接射入所述第二发光荧光体(或第二发光荧光体图案)。
在一些这样的实施例中,由所述至少一个固态发光装置发射的第三部分光不直接射入所述第一发光荧光体(或所述第一类发光荧光体(first pattern oflumiphor))或所述第二发光荧光体(或所述第二类发光荧光体)。
在根据本发明第一方面的一些实施例中,所述发光体还包括:
位于所述裸片上的至少第二发光荧光体(或第二发光荧光体图案),至少部分所述第二发光荧光体与至少部分所述第一发光荧光体(或第一类发光荧光体中的至少一个)交叠;或者在所述第二发光荧光体图案中,所述第二发光荧光体中的至少一个的至少部分与至少部分所述第一发光荧光体交叠,或者与所述第一类发光荧光体中的至少一个的至少部分交叠。
在根据本发明第一方面的一些实施例中,所述至少一个固态发光装置由单个固态发光装置组成。
在根据本发明第一方面的一些实施例中,所述至少一个固态发光装置包括位于同一基底上的多个固态发光装置。
在根据本发明第一方面的一些实施例中,所述至少一个固态发光装置包括单个固态发光装置,所述单个固态发光装置为发光二极管装置。
在根据本发明第一方面的一些实施例中,所述至少一个固态发光装置包括多个固态发光装置,所述多个固态发光装置中至少一个为发光二极管装置。
在根据本发明的一些实施例中,存在多个发光荧光体,这些发光荧光体可以彼此相似,或者其中一个或多个发光荧光体的各自发光材料、各自发光荧光体浓度(即每单位面积或单位体积的发光材料的量)、各自形状和/或各自尺寸区别于其它发光荧光体。为了说明,根据本发明的典型实施例可以包括裸片、第一类发光荧光体、第二类发光荧光体、第三类发光荧光体、第四类发光荧光体、第五类发光荧光体和第六类发光荧光体,其中:
所述第一类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第一尺寸的第一形状和第一浓度的第一发光材料;
所述第二类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第一尺寸的第一形状和第二浓度的第一发光材料;
所述第三类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第二尺寸的第一形状和第一浓度的第一发光材料;
所述第四类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第一尺寸的第二形状和第一浓度的第一发光材料;
所述第五类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第一尺寸的第一形状和第一浓度的第二发光材料;
所述第六类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第三尺寸的第三形状和第三浓度的第三发光材料。
为了进一步说明,根据本发明的发光体的第二典型实施例可以包括裸片、第一类发光荧光体、第二类发光荧光体、第三类发光荧光体,其中:
所述第一类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第一尺寸的第一形状和第一浓度的第一发光材料(例如,发射浅绿色-浅黄色光的发光材料,如YAG);
所述第二类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第一尺寸的第一形状和第二浓度的第一发光材料;
所述第三类发光荧光体包括的每个发光荧光体都含有第一尺寸的第一形状和第二浓度的第二发光材料(例如,发射红光的发光材料)。
在本发明的第二方面中,提供了一种发光体,包括:
包括位于同一基底上的多个固态发光装置的单块裸片;
位于第一组所述多个固态发光装置上的第一发光荧光体,所述第一组的数量小于所述多个固态发光装置的全部数量;以及
电气互联,以使所述多个固态发光装置中的每一个单独电连接。
在根据本发明第二方面的一些实施例中,所述电气互联将所述多个固态发光装置连接成由子组串联形成的阵列,所述子组由固态发光装置并联而成(也就是说,所述多个单元格中的固态发光装置被电连接成由固态发光装置子组串联形成的阵列,所述子组由固态发光装置构成,且所述子组包括电气并联的多个固态发光装置)。
在根据本发明第二方面的一些实施例中,所述发光体还包括位于第二组所述多个固态发光装置上的第二发光荧光体,所述第二组多个固态发光装置与所述第一组多个固态发光装置互斥。在根据本发明第二方面的一些实施例中,所述第二组和所述第一组一起包括位于同一基底上的所述多个固态发光装置的所有固态发光装置。
在根据本发明第二方面的一些实施例中,所述第一组多个固态发光装置分别连接成由固态发光装置并联而成的子组串联形成的第一阵列,,且留有所述多个固态发光装置中的一个以连接成由固态发光体串联而成的第二阵列。
在根据本发明第二方面的一些实施例中,所述第一组和第二组以并联的方式电连接。
在根据本发明第二方面的一些实施例中,所述第一组和第二组以可单独控制的方式电连接。
在根据本发明第二方面的一些实施例中,所述第一组固态发光装置分散在整个所述多个固态发光装置中。
在根据本发明第二方面的一些实施例中,当电流通过所述多个固态发光装置时,所述发光体发出感知为白光的光。
在根据本发明的第三方面中,提供了一种发光体,包括:
包括位于同一基底上的多个固态发光装置的单块裸片;
电气互联,以使所述多个固态发光装置中的每一个各自电连接;以及
多个单元格,每个单元格包括一组所述多个固态发光装置,每个所述单元格包括第一发光荧光体,所述第一发光荧光体位于比所述单元格中所有的一组固态发光装置的数量少的固态发光装置上。
在根据本发明第三方面的一些实施例中,每个所述单元格还包括第二发光荧光体,所述第二发光荧光体区别于所述第一发光荧光体,且位于所述单元格的固态发光装置中没有涂覆所述第一发光荧光体的固态发光装置上。
在根据本发明第三方面的一些实施例中,每个所述单元格还包括第三发光荧光体,所述第三发光荧光体区别于所述第一发光荧光体和第二发光荧光体,且位于所述单元格的固态发光装置中没有涂覆所述第一发光荧光体或所述第二发光荧光体的固态发光装置上。
在根据本发明第三方面的一些实施例中,所述多个单元格中的固态发光装置电连接成由子组串联形成的阵列,所述子组由固态发光装置构成,每个所述子组包括多个电气并联的固态发光二极管。
在根据本发明第三方面的一些实施例中,在所述串联的子组中,涂覆有所述第一发光荧光体的固态发光装置与没有涂覆所述第一发光荧光体的固态发光装置一起电气并连。
在根据本发明第三方面的一些实施例中,由所述发光体发射的光感知为白光。
在根据本发明的第四方面中,提供了一种制备发光体的方法,包括:
对包括多个固态发光装置的单块裸片选择性涂覆至少一个发光荧光体,以便仅覆盖部分所述裸片。
在根据本发明第四方面的一些实施例中,选择性涂覆至少一个发光荧光体包括在所述裸片的基本未交叠区域选择涂覆多个发光荧光体。
在根据本发明第四方面的一些实施例中,所述裸片的至少一个部分上未涂覆发光荧光体。
在根据本发明的第五方面中,提供了一种制备发光体的方法,包括:
在位于同一基底上的多个固态发光装置中选取至少一个选择性涂覆至少一个发光荧光体,所述选取的固态发光装置包括小于所有固态发光装置的数量。
在根据本发明第五方面的一些实施例中,选择性涂覆至少一个发光荧光体包括:
在第一组所述多个固态发光装置上涂覆第一发光荧光体;且
在第二组所述多个固态发光装置上涂覆第二发光荧光体,且所述第二组与所述第一组互斥。
在根据本发明第五方面的一些实施例中,选择性涂覆包括在所述多个固体发光装置上将多个发光荧光体涂覆成由发光荧光体的单元格构成的重复图案,所述单元格包括至少一个固态发光装置中,其上提供有所述多个发光荧光体中的每个。
在根据本发明第五方面的一些实施例中,所述方法还包括将所述多个固态发光装置电连接成由子组串联形成的阵列,所述子组由固态发光体并联而成。
在根据本发明的第六方面中,提供了一种发光体,包括:
包括至少一个固态发光装置的单块裸片;
位于所述裸片上的至少第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案);以及
位于所述裸片上的至少第二发光荧光体(或第二发光荧光体图案);
其中:
由所述至少一个固态发光装置发射的第一部分光穿过所述第一发光荧光体和所述第二发光荧光体,且
由所述至少一个固态发光装置发射的第二部分光穿过所述第一发光荧光体,而不穿过所述第二发光荧光体。
在根据本发明第七方面中,提供了一种制备发光体的方法,包括:
在单块裸片上选择性涂覆至少第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案),所述单块裸片包括至少一个固态发光装置,且所述第一发光荧光体(或第一发光荧光体图案)覆盖小于单块裸片的所有光发射区域的区域,以形成初级发光体;
测量由所述初级发光体输出的光(如测量出射光的颜色);以及
基于所述测量,在所述单块裸片上选择性涂覆至少第二发光荧光体(或第二发光荧光体图案)以形成所述发光体。
附图说明
图1是具有多个发光二极管装置的发光体的俯视平面图,其中所述多个发光二极管装置通过同一基底机械连接且被选择性涂覆有磷光体;
图2是具有多个发光二极管装置的发光体的俯视平面图,其中所述多个发光二极管装置通过同一基底机械连接且被选择性涂覆有磷光体;
图3A和图3B是具有多个发光二极管装置的发光体的俯视平面图,其中所述多个发光二极管装置通过同一基底机械连接且被选择性涂覆有磷光体;
图4是具有多个发光二极管装置的发光体的俯视平面图,其中所述多个发光二极管装置通过同一基底机械连接且被选择性涂覆有磷光体;
图5是如图1至图4中二极管的可能采用的互联电路图;
图6是如图1至图4中二极管的可能采用的另一互联电路图;
图7是如图1至图4中二极管的可能采用的又一互联的电路图;
图8是用于提供如图1至图4所示的发光体的制备步骤流程图;
图9是选择性涂覆的磷光体与具有发光二极管装置的基材(submount)相结合以提供单块光源的截面示意图;
图10是具有单个固态发光装置的发光体的俯视平面图,所述单个固态发光装置选择性涂覆有磷光体;
图11为具有裸片的发光体的俯视平面图,所述裸片上涂覆有磷光体。
具体实施方式
下面将参照附图更全面地描述本发明,附图中显示了本发明的实施例。然而,本发明不应当解释为受这里所阐述的实施例的限制。相反,提供这些实施例目的是使本公开透彻和完整,并且对于本领域的技术人员而言这些实施例将会更完整地表达出本发明的范围。通篇相同的标号表示相同的单元。如这里所述的术语“和/或”包括任何和所有一个或多个列出的相关项的组合。
这里所用的术语仅是为了描述特定实施例,而不用于限制本发明。如所用到的单数形式“一个”,除非文中明确指出其还用于包括复数形式。还将明白术语“包括”和/或“包含”在用于本说明时描述存在所述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或元件,但不排除还存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、单元、元件和/或其组合。
如上所述,本发明的各个方面包括电子元件(变压器、开关、二极管、电容器、晶体管等)的多种组合。本领域技术人员熟知并能获取多种这样的器件,且任何这样的器件可以使用到制作本发明的装置中。此外,本领域技术人员能够基于负载的要求以及电路中其它器件的选择,从多种选择中选取合适的元件。
这里所表述的,装置中两个元件“电气连接”,意指两个元件之间不存在插入后本质上影响装置提供的功能的元件。例如,两个元件可看作是电气连接的,即使它们之间可能存在很小的电阻,但其在本质上不影响装置提供的功能(实际上,连接两个元件的线可看作是一个小电阻);同样,两个元件可看作是电气连接的,即使它们之间可能具有使该装置完成附加功能但又不会实质上影响装置提供的功能的附加电子元件,所述装置与不包括附加元件以外的装置相同;同样,直接彼此相连接或直接连接到电路板或其他介质上的导线或迹线的相对端的两个元件是电气连接的。
虽然术语“第一”、“第二”等这里可用来描述各种单元、元件、区域、层、部分和/或参数,但是这些单元、元件、区域、层、部分和/或参数不应当由这些术语来限制。这些术语仅用于将一个单元、元件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。因此,在不背离本发明的示教情况下,以下讨论的第一单元、元件、区域、层或部分可称为第二单元、元件、区域、层或部分。
这里参照截面图(和/或平面图)来描述根据本发明的实施例,这些截面图是本发明的理想实施例的示意图。同样,可以预料到由例如制造技术和/或公差导致的示意图的形状上的变化。因此,本发明的实施例不应当视为受这里所示的区域的特定形状的限制,而是应当视为包括由例如制造引起的形状方面的偏差。例如,显示为或描述为矩形的模塑区域(implanted region)一般还具有圆形的或曲线的特征。因此,图中所示的区域实质上是示意性的,它们的形状不用于说明装置的某区域的准确形状,并且也不用于限制本发明的范围。
除非另有定义,这里所用的所有术语(包括科学和技术术语)的含义与本发明所述领域的普通技术人员普遍理解的含义相同。还应进一步明白,如常规使用的词典里定义的那些术语将解释为其含义与它们在相关领域以及本发明的上下文环境中的含义相一致,除非本文明确定义外不会从理想或过度形式化(formal sense)的层面上理解。本领域的技术人员还应理解,参照“邻近(adjacent)”另一特征分布的结构或特征可具有与该邻近的特征重叠或在其之下的部分。
本发明的实施例可以使用任何合适的固态发光装置结构。典型的实施例可以运用氮化铟镓的多量子阱发光二极管装置结构,但是也可以采用任何其他合适的固态发光装置结构,例如,氧化锌、碲化锌或任何其他第三族-第四族和/或第二族-第六族的组合,任何铝、铟、镓、磷的二元、三元或四元组合,任何铝、铟、镓和氮的二元、三元或四元组合,任何铝、镓、铟、砷的二元、三元或四元的组合,或类似的可以使用的组合(如果需要的话)。因此,在本发明的实施例中可以适用任何能够提供足够大的区域的固态发光装置结构,使得在该区域上能够形成或移除多块独立的发光材料。
根据本发明的主旨可以采用大量这样的固态发光装置。这些固态发光装置包括无机和有机发光体。这种发光体中的大部分都是在本领域中众所周知的(因此不需要在此对这些装置和制造这些装置的材料做详细介绍)。此外,这些发光装置的出射波长可以处于可见光频谱至近紫外至紫外的范围内的任何位置。
当存在一个以上固态发光装置时,各个固态发光装置可以是彼此相同或彼此不同,或将其组合。
适合的固态发光装置的代表性示例在以下文献中有所描述:
(1)于2005年12月22日提交的、申请号为60/753138、题为“照明装置”(发明人:Gerald H.Negley;代理备审案号931_003PRO)的美国专利申请,以及于2006年12月21日提交的、申请号为11/614180的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此;
(2)于2006年4月24日提交的、申请号为60/794379、题为“通过空间上分离磷光体薄膜来移动LED中的光谱内容(spectral content)”(发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven;代理备审案号931_006PRO)的美国专利申请,以及于2007年1月19日提交的、申请号为11/624811的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此;
(3)于2006年5月26日提交的、申请号60/808702、题为“照明装置”(发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven;代理备审案号931_009PRO)的美国专利申请,以及于2007年5月22日提交的、申请号为11/751982的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此;
(4)于2006年5月26日提交的、申请号60/808925、题为“固态发光装置及其制造方法”(发明人:Gerald H.Negley和Neal Hunter;代理备审案号931_010PRO)的美国专利申请,以及于2007年5月24日提交的、申请号为11/753103的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此;
(5)于2006年5月23日提交的、申请号60/802697、题为“照明装置及其制造方法”(发明人:Gerald H.Negley;代理备审案号931_011PRO)的美国专利申请,以及于2007年5月22日提交的、申请号为11/751990的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此;
(6)于2006年8月23日提交的、申请号60/839453、题为“照明装置及照明方法”(发明人:Antony Paul van de Ven和Gerald H.Negley;代理备审案号931_034PRO)的美国专利申请,以及2007年8月22日提交的美国专利申请No.11/843243,其全部内容通过引用结合于此;
(7)于2006年11月7日提交的、申请号为60/857305、题为“照明装置和照明方法”(发明人:Antony Paul van de Ven和Gerald H.Negley;代理备审案号931_027PRO)的美国专利申请,以及2007年11月7日提交的美国专利申请No.11/936,163,其全部内容通过引用结合于此;
(8)于2006年10月12日提交的、申请号60/851230、题为“照明装置及其制造方法”(发明人:Gerald H.Negley;代理备审案号931_041PRO)的美国专利申请,以及2007年10月11日提交的美国专利申请No.11/870679,其全部内容通过引用结合于此;
虽然以下是参照发光二极管装置对本发明的实施例进行描述的,但是其它固态发光装置也可以使用在本发明的替换实施例中。例如,本发明的实施例可能适于使用以大面积装置形式提供的有机或无机的发光装置,例如以在半导体基底上聚集各个单独装置的单块裸片的形式。这样的发光装置在这里被统称为“固态发光装置”。
本发明的一些实施例采用选择性沉积发光荧光体(如磷光体),以便于提供多个固体发光装置,其中至少一些发光二极管装置是机械性连接到发光二极管装置所安装的同一基底上的。这里所使用的术语“固态发光装置”是指可以串联和/或并列的形式分别电气连接至其他发光装置结构的单独的固态发光装置结构。在本发明的一些实施例中,多固态发光装置通过同一基底保持彼此机械连接,且不是嵌入式单独使用,而是以多个可独立电气连接的固态发光装置构成的单片结构的形式提供的。这样的单片多固态发光装置的发光体在如下文献中进行了描述:
(1)共同受让并同时提交的美国专利申请,名为“容错发光体、容错发光体的一体化系统以及制作容错发光体的方法”(代理备审案号931_056NP;发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven),其公开的全部内容通过引用结合于此;以及2007年1月22日提交的、申请号为60/885,937的,名为“高压固态发光体”的美国专利申请(发明人:Gerald H.Negley;代理备审案号931_056PRO);2007年10月26日提交的、申请号为60/982,892的,名为“容错发光体、容错发光体的一体化系统以及制作容错发光体的方法”(发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven,代理备审案号931_056PRO2)的美国专利申请,以及2007年11月9日提交的、申请号为60/986,662(代理备审案号931_056PRO3)的美国专利申请中进行了描述;其全部内容通过引用结合于此;和/或
(2)由共同受让并同时提交的美国专利申请,名为“使用发光装置互连阵列的照明装置及其制造方法”(代理备审案号931_078NP,发明人:GeraldH.Negley和Antony Paul van de Ven),其全部内容通过引用结合于此;以及2007年10月26日提交的、申请号为60/982909、题为“使用发光装置的外部互连阵列的照明装置及其制造方法”的美国专利申请(发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven;代理备审案号931_078PRO),以及2007年11月9日提交的、申请号为60/986795的(代理备审案号931_078PRO2)的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此。
虽然本发明的实施例主要是参照单块多固态发光装置发光体进行描述的,但是本发明的实施例可以使用任何尺寸足够大的装置,来提供发光荧光体的离散定位。因此,本发明不应该被解释为仅限于这里所描述的某种特定的多固体发光装置发光体,而是可以使用任何固态发光装置发光体。该发光体的最小尺寸的具体值可能取决于发光荧光体的使用工艺。
这里所使用的表述“发光荧光体”,指的是任何发光元件,即任何具有发光材料的元件。
发光荧光体可以单独含有任何发光材料或发光材料的组合,而本领域技术人员熟知多种这样的发光材料。例如,任何特定的发光荧光体中的一种或多种发光材料可以从磷光体、闪烁物质、日辉光带(day glow tape)和在紫外线的激发下发出可见光的油墨等中进行选择。所述一种或多种发光材料可以为下迁移(down-converting)材料,或上迁移(up-converting)材料,或者还可以包括这两种材料的组合。例如,所述第一发光荧光体可以包括一种或多种下迁移发光材料。
如果需要的话,这些(或各个)发光荧光体可进一步包括一种或多种高度透射(如透明或大致透明或稍稍漫射)的黏合剂,如由环氧树脂、硅树脂、玻璃、金属氧化物或任何其他适合的材料组成(例如,任何给定的发光荧光体包括一种或多种黏合剂,一种或多种磷光体可分散在该一种或多种黏合剂内)。通常,发光荧光体越厚,磷光体的百分比重可能越低。也就是说基于发光荧光体的总体厚度,磷光体的百分比重可以是任何值,如从0.1%的比重到100%的比重(如对纯净磷光体进行热等静压处理)。
这些(或各个)发光荧光体可独自进一步包括任何数量的已知添加剂如扩散体、散射体、着色剂等。
本专利申请中合适的发光荧光体的代表性示例,可以参考本文以及通过引用结合到本文中的内容。
这里所表述的区域为单个单块层的各自隔离的区域(以及相似的表述),是指(至少)每个区域包括本领域普通技术人员可以认识到的由加工成单一单块层以及由随后彼此隔离所产生的本质结构特征,如通过构建一个或更多凹槽、注入离子等,以使各个区域之间不能直接导电。
两个或多个元件是彼此“隔离”的表述是指各个元件不会彼此直接接触(即便例如他们可能同时与另一元件接触)。
表达“单块”在提到仅包括单个固态发光装置的裸片时,是指包括至少一个单块层(在某些情况下,固态发光装置的所有层都是单块的)。表达“单块”在提到包括大量固态发光装置的裸片时,是指每个固态发光装置各自具有至少一个层为单块层的隔离区域(在某些情况下,固态发光装置的各自所有层都为各个单块层的隔离区域,即在这种情况的一些典型实例中,每个固态发光装置包括p型层和n型层,各个p型层为单块p型层的彼此隔离的区域,而各个n型层为单块n型层的彼此隔离的区域)。
通过提供单块的发光体,其中采用相同类型的二级发光体来激发不同地、离散定位的发光荧光体(如在本发明的某些实施例中),可以减少环境对由这些发光体制成的单块系统的影响。例如,在传统的利用发光二极管装置来产生不同颜色的系统中,这些不同类型的发光二极管装置对于环境条件的变化可能发生不同的反应。因而,磷化铟镓红色发光二极管装置可能会比氮化铟镓蓝色发光二极管装置更受温度变化的影响。在根据本发明某些实施例的发光体中,所有的发光二极管装置由相同材料制成,温度可能对所有的发光二极管装置产生相同的影响。因此,如果磷光体发出的光线与不同的激发出射光呈比例改变,则不需要对温度变化进行补偿以维持色点。
同样,因为激发源由晶圆的同一一般区域(general region)形成,(如根据本发明的某些实施例中,例如,多个固态发光装置中的每一个都包括至少一个作为第一单块层的隔离区域的区域(例如,固态发光装置中的每一个都包括n型层和p型层,且该n型层为单块n型层的隔离区域,而该p型层为单块p型层的隔离区域)),其电学和/或光学性能将可能比位于同一晶圆的不同区域或位于互连的不同晶圆中的离散装置的可变性更小。例如,相对于不同晶圆的两个固态发光装置,或者甚至在同一晶圆上距离较远的两个固态发光装置,该晶圆上相邻的固态发光装置的出射波长可能更接近于基本相同。其相似性关系可以用Vf表示。
这里所用的表述“被激发”在指发光荧光体时含义是至少一些电磁辐射(如可见光、紫外(UV)光或红外光)正在与该发光荧光体反应,使得该发光荧光体发出至少一些光。表述“受到激发”包含以下情形:荧光体连续发光或以一定速率间断发光使得人眼将其感知为连续发光,或相同颜色或不同颜色的多个荧光体间断和/或交替(时间上有重叠或没有重叠)发光使得人眼将它们感知为连续发光(以及在发出不同颜色光的情况下将它们感知为那些颜色光的混合)。
这里所使用的表达“交叠”,如“所述第二发光荧光体的至少部分交叠在所述第一发光荧光体的至少部分上”,是指与第二结构交叠的结构可以在第二结构上方、下方或侧面,和/或各自的结构或材料可以是部分或全部地混合在一起。例如,表达“所述第二发光荧光体的至少部分交叠在所述第一发光荧光体的至少部分上”包括以下情况:所述第二发光荧光体涂覆在所述第一发光荧光体的顶部、所述第一发光荧光体涂覆在所述第二发光荧光体的顶部或者所述第一发光荧光体的至少部分发光材料与所述第二发光荧光体的至少部分发光材料混合等。
可以对固态发光装置涂覆发光材料(这里也称为发光荧光材料),如磷光体(phosphor)。而在一些实施例中,也可以选择性涂覆发光材料。发光材料可以涂覆到部分或者全部机械连接的固态发光装置中。例如,如果发光二极管装置发出紫外波段的光线,发光材料可以涂覆到所有的固态发光装置中以避免紫外光射出装置。如果发光二极管装置发射波长在蓝色波段的光线,发光材料可以仅涂覆到一些发光二极管装置中,使得没有穿过磷光体的蓝光以及受激发的磷光体发射的光线都能射出装置。同样在一些实施例中,为一个或更多的固态发光装置涂上磷光体涂层,但是一部分由固态发光体装置发出的光穿过磷光体而不发生偏转,也就是说在一些实施例中,不是所有由固态发光体装置发射的光都被磷光体(磷光体或多个磷光体中的一个)吸收。
在一些实施例中,内部互连(在发光二极管装配的同一基底上或基材上)对机械连接在一起的固态发光装置进行电气连接,以提供高电压单块发光体。所述发光体包括多个电气连接成阵列的固态发光装置,所述阵列具有两个或更多子组,每个子组包括至少三个并联的固态发光装置。(见例如,于2007年11月9日提交的、申请号为60/986,662、题为“容错发光体、容错发光体的一体化系统以及制作容错发光体的方法”(代理备审案号931_056PRO3;发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven))。所述阵列电气互连为:将固态发光装置的阳极成排布置以电气连接在一起,将其阴极彼此电气连接且连接到后一排中的固体发光装置的阳极。通过将固态发光装置电气连接成这样的阵列,阵列中任何子组中一个或更多固态发光装置发生故障,可以通过其所在子组中其它固态发光装置进行补偿。同样,通过将固态发光装置电气连接成这样的阵列,一个或更多固态发光装置发生故障,也可以通过阵列中其它固态发光装置进行补偿。优选地,包括至少两个由固态发光装置并联而成的子组,而在一些实施例中,包括了足够数量的子组以制备所述多个固态发光装置发光体,如50伏、100伏、150伏或者甚至200伏的发光体。此外,在一些实施例中,可以提供位于同一基底上的具有各自不同电压的发光体。
在本发明提供的发光体中,发光体的激活作用(即为其供电)可以激活发光体中一个以上的发光装置,也就是说所述发光体不是单独可寻址的发光装置的阵列(如在显示器等类似的情况下)。
本发明的发光体可以任何方式排列、安装和供电,且可安装在任何需要的外壳或组件上。熟练技工熟悉各种各样的排列、安装方案和电源设备,并且结合本发明可应用任何这样的排列、方案和设备。
例如,本领域技术人员非常熟知大量合适的引线框,其中一些包括一对引脚,其中一个引脚与反光杯结合在一起(即作为其阳极或阴极),该反光杯直接与固体发光裸片的第一区域接触,另一个引脚与连接到固体发光裸片的第二区域的引线相接(即作为其阳极或阴极,且选择在固体发光裸片的第一区域未选择的一极)。
此外,本发明可以采用任何所需的电路为根据本发明的发光体供电。实施本发明可以使用的电路的代表性示例在以下文献中有所描述:
(1)于2005年12月21日提交的、申请号为60/752753、题为“照明装置”(发明人:Gerald H.Negley、Antony Paul van de Ven和Neal Hunter;代理备审案号931_002PRO)的美国专利申请,以及2006年12月20日提交的、申请号为11/613692的美国专利申请,其全部内容通过引用结合于此;
(2)于2006年5月5日提交的、申请号为60/798446、题为“照明装置”(发明人:Antony Paul van de Ven;代理备审案号931_008PRO)的美国专利申请,以及2007年5月3日提交的、申请号为11/743754的美国专利申请;其全部内容通过引用结合于此;
(3)于2006年6月1日提交的、申请号为60/809959、题为“带冷却的照明装置”(发明人:Thomas G.Coleman,Gerald H.Negley、Antony Paul vande Ven;代理备审案号931_007PRO)的美国专利申请,以及2007年1月24日提交的、申请号为11/626483的美国专利申请;其全部内容通过引用结合于此;
(4)于2006年5月31日提交的、申请号为60/809595、题为“照明装置和照明方法”(发明人:Gerald H.Negley;代理备审案号931_018PRO)的美国专利申请,以及2007年5月30日提交的、申请号为11/755162的美国专利申请;其全部内容通过引用结合于此;
(5)于2006年9月13日提交的、申请号为60/844325、题为“具有低压侧MOSFET电流控制的升压/行逆程高压电源技术”(发明人:Peter JayMyers;代理备审案号931_020PRO)的美国专利申请,以及2007年9月13日提交的、申请号为11/854744、题为“为负载供应电能的电路”的美国专利申请;其全部内容通过引用结合于此。
本发明的照明装置可以电气连接至所需的任何电源,而本领域技术熟知多种这样的电源。
在本发明的一些实施例中,所述照明装置进一步包括密封区域。本领域技术人员熟知并能容易地获得大量适用于制备封装LED的密封区域的材料,且如果需要任何这些材料都可以被采用。例如,该密封区域可以由以下两种众所周知的代表性类型的材料来实现,包括环氧树脂和硅树脂。
本领域技术人员也熟知各种密封区域的合适形状,且根据本发明的装置中的密封区域可以为任何这样的形状。本领域技术人员也熟知可以与本发明结合使用的制备封装装置的多种方式,且这些封装装置能够结合这里所述的各种元件。因此,不需要对这里所述的装置在制备密封区域中使用的材料、其密封区域的形状以及制备方法进一步地描述。
本发明包括一种发光体,其包括在其一个或多个表面的任何数量的表面上涂覆了一个或多个发光荧光体和/或发光荧光体图案的单块裸片,例如,在顶面、底面、同时在顶面和底面、或通常位于具有所需数量表面的裸片的一个或多个表面上。
图1至4是多个发光二极管装置的平面图,每一个都在装置的单侧选择性涂覆有磷光体,在提供的替换实施例中可以在装置两侧(或更多侧)各自涂覆磷光体和/或磷光体图案。在图1至4中,平面图示出了装置涂覆有磷光体的一侧。因而,如下所述,在一些实施例中,图1至4示出了装置的基底一侧,而在其它实施例中,图1至4示出了装置的顶部一侧或装置中与基底相反的一侧。各个发光二极管装置可以具有任何要求的发光二极管装置安装结构,包括安装结构和轮廓形状。例如,发光二极管装置可以为InGaN、InGaP发光二极管装置,并且可以是多量子阱、单量子阱或其它发光二极管装置结构。同样地,装置的形状可以是方形、矩形、三角形以及其它规则或不规则形状。此外,单个单块装置中可以具有不同的形状(见:例如共同受让且同时提交的美国专利申请,名为“容错发光体、容错发光体的一体化系统以及制作容错发光体的方法”(代理备审案号931_056NP;发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul vande Ven);以及2007年1月22日提交的、申请号为60/885,937的,名为“高压固态发光体”的美国专利申请(发明人:Gerald H.Negley;代理备审案号931_056PRO)。
如图1至4所示,基底上留有单独的发光二极管装置,以便形成通过同一基底物理连接的多个分离的发光二极管装置。在一些实施例中,发光二极管装置以倒装裸片的方式安装以使光从基底穿出。在这种情况下,基底应该是基本透明的。在其它实施例中,光从装置的顶部穿出。例如,基底可以是蓝宝石、尖晶石、半绝缘或绝缘氮化硅(SiC)、半绝缘或绝缘硅(Si),半绝缘或绝缘氮化镓(GaN)、半绝缘或绝缘氧化锌(ZnO)或者半绝缘或绝缘氮化铝(AlN)。基底材料通常将基于发光二极管装置材料的选择而进行选取,也可以基于光从装置出射的路径来进行选取。总地来说,不同安装结构的装置的这些不同光出射路径被称为这些发光二极管装置的“光出射区域”。因而,在本发明的一些实施例中,光出射区域穿过基底,在另一些实施例中,光出射区域穿过装置的“顶部”,而在另一些实施例中,光可以从发光体的多面(例如,从两侧)射出。
图1示出了在同一基底12上具有多个发光二极管装置14的单块发光体10。各个固态发光装置的光出射区域都覆盖了一层发光材料,如磷光体。因而,区域20覆盖有第一磷光体,区域22覆盖有第二磷光体。因此,由固态发光装置的区域20内发射的光基本不会激发区域22里的第二磷光体,同样地,由固态发光装置的区域22内发射的光也基本不会激发区域20里的第一磷光体。例如,发光二极管装置14可以发出蓝光,区域20可以覆盖一层用于将部分或全部蓝光转换为绿光的磷光体,而区域22可以覆盖一层用于将部分或全部蓝光转换为红光的荧光粉。相应地,单块装置10将具有绿色发光区20、红色发光区22和没有磷光体的蓝色发光区。相应地,可以得到单块RGB装置。
覆盖有磷光体的固态发光装置的数量可以基于以下条件来进行改变:磷光体转换功效,人眼或其它观察装置对磷光体发出波长的敏感度,磷光体的光谱分布,所需的输出色调,固态发光装置在单块装置中的位置和/或二极管在单块装置中的互连情况。此外,本发明的实施例可以使用任何合适的发光材料。本领域技术人员熟知产生不同颜色以及用于各种激发波长的磷光体,因此,这些磷光体无需在此赘述。
回到图1,为考虑了各种因素的实例,可能牵涉到确定数量,以及在固态发光装置的哪块光出射区域涂覆哪种磷光体。在图1中,绿色区域20大于红色区域22,也大于未涂覆的蓝色固态发光装置。这是因为绿色磷光体在将蓝光转换为绿光时的效率可能低于例如黄色磷光体将蓝光转换为黄光时的效率。红色区域22比绿色区域20小,因为红色磷光体比绿色磷光体更高效。固态发光装置未涂覆的蓝色区域是最小的,因为没有磷光体的转换损失。这些区域的尺寸可以进行调整,以提供例如感知为白色的光。如在此所用到的,当处在1931CIE色度图黑体轨迹的八个麦克亚当椭圆内时,光被感知为白色。
图2示出了具有附加的不同类型磷光体的单块装置30。在图2的装置30中,绿色磷光体32的一块区域涂有一块红色磷光体区域40、一块青绿色磷光体区域38、一块黄色磷光体区域36和一块蓝色磷光体或无磷光体区域34。蓝色区域34可以是作为蓝色发光体的未涂覆的发光二极管装置,用作其它磷光体的激发源;或者如果例如紫外、近紫外或紫色光源被用作激发源,区域34是蓝色磷光体。该颜色范围可以例如为变色装置提供更大的颜色范围和/或在白色装置中提供改进的显色性。
图3A和3B是具有多个重复多磷光体区域52或“单元格”的单块装置50的平面图。图3A是示例性单块装置50的平面图,图3B是装置50的某一部位51的特写。在图3A中,可以提供区域或单元格(都包含多磷光体)的图案,以便改进磷光体发出的光的混合并通过将光源彼此间摆放得极接近来构成固态发光装置。因而,作为一个实例,在图3B中每个区域52都包含多个固态发光装置53、包括绿色发光材料的发光荧光体54、红色发光材料的发光荧光体58,以及标注号所示为56且没有磷光体的一个固态发光装置53,,来提供红色、绿色和蓝色。相应地,图3A和3B描绘的整个装置50包含多个具有第一图案的第一发光荧光体54和多个具有第二图案的发光荧光体58。图3B比图3A更准确地展现了单个区域52,即,不同区域52间的间隔在图3A中有所夸张(表明区域52重复的性质)。另外,图3B示出了在不同的各个区域52中,各个发光荧光体54和58在区域52中的相对排列可以不同。
因为单块装置50可能相对较大,例如,1、3或5毫米见方,或者更大,那么在多种颜色磷光体间设置更小、更紧密的间隔区域可以改进单块装置的由彼此间极接近的光源发射的混合光,这样单个光源间尽可能接近且其间隔尺寸小于人眼在一定距离观察时的分辨率以使各个光源融合在一起。同样地,即使能被观察到分散的光源,这种极为接近的条件也使更容易隐藏隔离地光源,因此更容易提供一种输出基本同种颜色光的光源。
虽然图3A和3B描绘出了具体的形状和图案,但是任何合适的图案,包括伪随机图案,都可以被使用。优选地,所述图案是一种将人眼分辨图案能力减小到最低时所能察觉的尺寸和形状。
图4所示为本发明的另一个实施例,可能更适合于产生如美国专利7,213,940(′940专利)所述的白光,该专利公开所阐述的全部内容被包含于此。在图4中,整个发光体55包含磷光体涂覆区域59,为涂覆了YAG磷光体的蓝色发光二极管装置,可以产生属于′940专利所阐述范围内的浅黄绿色光。第二区域57包含将发光二极管装置发出的蓝光转换成属于′940专利所指定波长范围内红色的红色磷光体。当组合在一起的时候,59和57两个区域发出的光被感知为白光。
除了图4给出的图案之外,隔离的浅黄绿光射出区域和红光射出区域的图案可以通过上述关于图3A的描述给出。该单独区域的图案可以被用来例如改进光混合,和/或在单块装置55的尺寸增大时降低组成区域的可分辨能力。
图5至7示出了单块发光体中电气互连每个固态发光装置的方式。如图5所示,发光体中的每种颜色都可以按并联和串联的方式电气连接,以作为发光二极管装置的子组。这些子组可以随后并联连接起来,以便得到双端装置。因而,例如单块发光体60可以包含三个发光二极管装置子组,其中第一子组62对应于具有第一磷光体的发光二极管装置(如绿色),第二发光二极管装置子组64对应于没有磷光体的发光二极管装置(如蓝色),第三发光二极管装置子组66对应于具有第二磷光体的发光二极管装置(如红色)。
在图5所示电路中,如果子组的发光二极管装置中的一个因开路而失效,子组中同级的其它发光二极管装置将负担额外电流,至少部分地补偿失效的发光二极管装置。然而,在发光二极管装置因短路而失效的情况下,所有子组上的电压将下降,而其它子组会因电压不足,无法超过阈值电压而关闭;而如果所有子组上的电压可以得到维持,那么穿过失效子组的电流将增加以达到平衡。这种电流的增加对失效子组中其余的二极管是有害的,而且会导致这些装置寿命减短。因而,如果使用图5所示的排列,使用如下所述的保险丝或其它自修复装置将更好:
由共同受让并同时提交的美国专利申请,题为“容错发光体、容错发光体的一体化系统以及制作容错发光体的方法”(代理备审案号931_056NP;发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven),2007年10月26日提交的、申请号为60/982,892的,名为“容错发光体、容错发光体的一体化系统以及制作容错发光体的方法”(发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven,代理备审案号931_056PRO2)的美国专利申请,以及2007年1月22日提交的、申请号为60/885,937的,名为“高压固态发光体”的美国专利申请(发明人:Gerald H.Negley;代理备审案号931_056PRO);
或者
由共同受让并同时提交的美国专利申请,题为“使用发光装置的互连阵列的照明装置及其制造方法”(代理备审案号931_078NP,发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven),以及2007年10月26日提交的、申请号为60/982909的美国专利申请(代理备审案号931_078PRO)。
图6所示用于单块发光体的各个固态发光装置的可选择的电气互连。如图6所示,全部发光二极管装置都以并联和串联的方式连接在单个阵列中。串联的发光二极管装置串中的每一个都具有同样的颜色。因而,例如单块装置70可以包含并联连接的三组串联的串,其中第一组串联的串72对应于具有第一磷光体的发光二极管装置(如绿色),第二组串联的串76对应于没有磷光体的发光二极管装置(如蓝色),第三组串联的串74对应于具有第二磷光体的发光二极管装置(如红色)。
在图6电路的情况下,如果阵列中串联的串中的一个发光二极管装置因开路而失效,阵列中同级的其它发光二极管装置将负担额外电流,并且至少部分补偿失效的发光二极管装置。然而,由于阵列中同级的发光二极管装置并不全与失效的发光二极管装置同色,并且穿过每个的电流在增加,因此单个颜色组分相对于设备输出的总体颜色的相对分布可能会有所改变。在发光二极管装置因短路而失效的情况下,阵列的整个这一级会被忽略,并且只要该级具有相同总体比例的不同颜色,那么其余发光二极管装置将按同样的相对比例继续输出光,且颜色可以不改变。
图7为另一种可选择地电气互连方式,其中单个子组可以由一个共同的输入隔离驱动。换句话说,可以提供一个共同输出,以及可以提供各个子组的独立输入。如图7所示,装置里的每一种颜色都可以按并联或串联的方式电气连接成发光二极管装置的子组。这些子组可以随后被并联连接到一个输入上,从而提供n+1端的装置,其中n是颜色的数量。因而,例如单块装置80可以包含三个发光二极管装置子组,其中第一子组82对应于具有第一磷光体的发光二极管装置(如绿色),第二发光二极管装置子组84对应于没有磷光体的发光二极管装置(如蓝色),第三发光二极管子组86对应于具有第二磷光体的发光二极管装置(如红色)。
在图7电路的情况下,如果子组中的一个发光二极管装置因开路而失效,那么子组的其它同级发光二极管装置将负担额外电流,并且至少部分补偿失效的发光二极管装置。在一个发光二极管装置因短路而失效的情况下,那么对子组的单独控制可以通过隔离控制子组来补偿Vf的变化。
如上所述,在一些有多个发光荧光体的实施例中,发光荧光体可以全部彼此近似,或者一个或更多发光荧光体可以与其它发光荧光体在它/它们各自的发光材料上,在它/它们各自的发光荧光体浓度(即单位面积或单位体积上的发光材料的量)上,在它/它们各自的形状上,和/或在它/它们各自的尺寸上有所不同。这样的实施例可以具有任何所需的电路,例如:图7所示电路,如果需要,还具有用于不同颜色光输出的单个的子组,并配备有不同数量、不同形状和/或不同尺寸的不同发光荧光体(输出各自不同颜色的光)。
本发明包括具有单块裸片和多个发光荧光体的实施例,其中裸片包括多个固态发光装置,并且其中至少一个发光荧光体与一个或更多其它发光荧光体在它/它们各自的发光材料上,在它/它们各自的发光荧光体浓度(即单位面积或单位体积上的发光材料的量)上,在它/它们各自的形状上,和/或在它/它们各自的尺寸上有所不同,并且其中两组或更多组固态发光装置(每组包括一个或多个固态发光装置)是可单独控制的,借此,不同和/或可变电压可以被施加在单独控制的发光二极管装置组上,以便维持基本恒定的输出颜色(例如,一个或多个固态发光装置的相对亮度发生变化,该变化可以因此得到补偿),和/或以便改变输出颜色。例如,本发明包含了一个实施例,该实施例包括单块裸片、一类第一荧光体(其中每一个都包含第一浓度的发射浅黄绿色光的第一发光材料)、一类第二荧光体(其中每一个都包含第二浓度的第一发光材料,第二浓度大于第一浓度)和一类第三荧光体(其中每一个都包含第三浓度的发射红光的第二发光材料),单块裸片包括多个固态发光装置,其中每一个都发出蓝光,并且其中不同组的固态发光装置(每组至少包含一个固态发光装置)是可单独控制的,所以不同的电压和/或电流可以被施加在不同组的固态发光装置上,并且可单独控制的固态发光装置组与各自不同类型的发光荧光体一起排列(或可单独控制的固态发光装置组与不同表面区域聚集百分比的不同类型发光荧光体一起排列),因此输出光的颜色坐标可以通过调节提供给各可单独控制的固态发光装置和/或不同固态发光装置组上的功率来进行调节(例如,改变发出白光的色温,在其它改变会引起输出光颜色坐标漂移的情况下维持同样的色温等等)。例如,如果第一组固态发光装置与60%第一发光荧光体、40%第二发光荧光体和20%第三发光荧光体一起排列,第二组固态发光装置与剩余的40%第一发光荧光体、60%第二发光荧光体和20%第三发光荧光体一起排列,第三组固态发光装置与剩余的60%第三荧光体一起排列,调节提供给第一、第二和第三组固态发光装置上的各自电流将改变发光体输出的颜色。(即,输出光将有不同的颜色坐标,例如输出光的色温可以从2700K调节到3500K)。类似地,本发明包含了前面句子所描述的装置,除了至少部分第三类发光荧光体(其每一个都包含第三浓度的发射红光的第二发光材料)被一个或多个固态发光装置(如发光二极管)所替换,在这种情况下,其发射红光。
虽然每个所述电气互联是参照发出相同颜色的串进行描述的,但是也可以提供发出不同颜色的串。此外,也提供了子组间的输入或输出不同的装置,以提供不同的输入电压,且所述子组可以分别控制。
图8是根据本发明一些实施例的发光体的制备流程图。如图8所示,发光二极管装置制备在同一基底上(方框100)。所述发光二极管装置被分成各自隔离的固态发光体装置,这样可以分别电气互联。所述各自隔离的固态发光装置可采用任何适用于将其分割成各自隔离的发光二极管装置的技术来提供。例如,可以采用凹槽隔离和/或离子注入的技术以使注入的区域半绝缘或绝缘,从而界定边界同时对各自隔离的固态发光装置的作用区域电气隔离。
所述基底也可以通过减薄、激光雕刻、蚀刻、或化学机械抛光(chemicalmechanical polishing,CMP)来进行处理。例如,可以在基底上提供光出射特征结构,以改善该基底的光出射性能。在具体的实施例中,所述光出射特征结构近似于“蛾眼”结构。在其他实施例中,也可以提供其他光出射特征结构。本领域技术人员熟知多种光出射特征结构。本领域技术人员也熟知雕刻适用于光出射的基底的技术。
可选地,固态发光装置也可以在基底上实现电气互联(方框100)。这些互联可以采用上述美国专利申请中所描述的方法来实施。
在基底上固态发光装置的出射出区域选择性涂覆磷光体或其它发光材料(方框120)。该选择性涂覆可以通过例如喷墨或气泡喷墨打印将磷光体涂覆在固态发光装置的光出射区域。同样,也可以使用掩膜沉积和覆盖沉积。本领域技术人员熟知多种选择性涂覆发光材料的技术,且任意这种技术可以被采用。
在涂覆了磷光体后,如果还需涂覆额外的磷光体(方框130),则可对下一组发光二极管装置和/或发光材料重复实施上述选择性涂覆操作(方框120)。如果所有的磷光体都已涂覆完毕(方框130),可以将这些相互隔离的固态发光装置与晶圆分离开(方框140),以形成具有多个固态发光装置的单块裸片。该分离过程可以采用例如锯切、切刻和切断或其它本领域技术人员熟知的用于分离晶圆内的固态发光装置的技术来实现。
可选地,可以通过在基材上安装该单独的单块裸片来实现发光二极管装置的部分或全部电气互联(方框150)。
所述基材可以如以下文献中所述:由共同受让并同时提交的美国专利申请,题为“使用发光装置的互连阵列的照明装置及其制造方法”(代理备审案号931_078NP,发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven),以及2007年11月9日提交的、申请号为60/986795、题为“使用发光装置的互连阵列的照明装置及其制造方法”的(代理备审案号931_078PRO2)的美国专利申请,以及2007年10月26日提交的、申请号为60/982909的美国专利申请(代理备审案号931_078PRO)。所得的发光装置也可以安装这里所述的形式封装成封装的发光装置。
虽然图8中的操作是参照线性逐步执行来描述的,这些操作也可以并行执行或不按顺序,只要所有操作能获得所需的结果,即提供在其上具有多种发光材料的单块发光体。图8可以在将单块收集的装置从晶圆分开之前或之后执行。因此,本发明的实施例不应被理解为仅限于图8中所示的特定顺序操作。
此外,虽然图8的操作是参照具有多个固态发光装置的单块发光体而描述的,但是这些操作可以进行适当变换,以提供用于在单个发光装置上选择性涂覆一个或更多发光荧光体。例如,方框100的操作可以替换为制作单个发光装置。同样,可以省略方框110的操作和方框150的操作业务。此外,可以将方框120变换为在单个装置的所选区域上选择性涂覆磷光体,所述所选区域小于装置全部区域。
另外,虽然图8的操作被描述成主要在将装置从晶圆上分离前执行,但是这些操作也可以在分离晶圆形成隔离装置之后执行。因此,本发明的实施例不应该仅限于图8所示的特定顺序操作,而可以包括这里所述的制备装置的任何顺序。
图9所示为本发明的进一步的可能实施例,其中使用具有发光元件的基材来制备具有多种颜色发射的装置200。在图9所示的实施例中,基材230包括一种颜色的发光二极管阵列220,以及贴附有另一种颜色发光二极管的单块阵列的互连区域210。基材230还包括由晶体管、二极管和电子元件组成的部份或全部电源或控制电路。例如,基材230可以包括具有一些区域的砷化镓或磷化镓层(这些区域被划定为小块),这些区域中包括具有砷化铝、磷化铝铟镓或砷化镓铝形成的红色、橘色或黄色的发光二极管或发光二极管阵列与互联。优选地,另一个地区可以安装由蓝色和/或绿色和/或黄色发光二极管组成的单块阵列。可以在所安装的发光二极管装置和/或位于基材上的发光二极管装置上如上所述选择性涂覆磷光体。这些多个发光二极管装置发光体在以下文献中进行了详细描述:
由共同受让并同时提交的美国专利申请题为“使用发光装置的互连阵列的照明装置及其制造方法”(代理备审案号931_078NP,发明人:Gerald H.Negley和Antony Paul van de Ven),以及2007年11月9日提交的、申请号为60/986795、题为“使用发光装置的互连阵列的照明装置及其制造方法”的(代理备审案号931_078PRO2)的美国专利申请,以及2007年10月26日提交的、申请号为60/982909的美国专利申请(代理备审案号931_078PRO)。
图10示出了根基本发明的发光体的进一步实施例。参照图10,示出了发光体240,包括:具有单个固态发光装置242的单块裸片241、位于裸片241上的第一类的第一发光荧光体243,以及位于裸片241上第二类的第二发光荧光体244。所述第一发光荧光体243覆盖的区域小于所述单块裸片241的光出射区域,使得由所述固态发光装置242发射的部分光直接射入所述第一发光荧光体243,且由所述固态发光装置242发射的部分光不直接射入所述第二发光荧光体244。由所述固态发光装置发射的第三部分光不直接射入任何发光荧光体。
本发明还包括具有多个固态发光装置的发光体,其中每一个都具有一个或更多发光荧光体(即具有多个如图10所示的结构的发光体,所述多个结构的区别在于:邻近每个发光装置,发光荧光体的数量、发光荧光体或每个发光荧光体的相对尺寸、发光荧光体或每个发光荧光体的形状、发光荧光体的位置、发光荧光体或每个发光荧光体中发光材料的类型、发光荧光体或每个发光荧光体中发光荧光体的浓度以及发光荧光体的排布,如果需要可以独自选择;或者各个发光荧光体组的这些性能可以独自选择)。也就是说,邻近不容固态发光装置的各自的发光材料、发光荧光体尺寸、发光荧光体数量、发光荧光体布置、发光材料浓度和/或发光荧光体排布,可以彼此相似、彼此不同,或者为这两种情况的组合。
图11示出了根据本发明的发光体的进一步实施例。参照图11,示出了示出了发光体250,包括:单块裸片251、位于裸片251上的第一类的第一发光荧光体252,以及位于裸片251上第二类的第二发光荧光体253。当发光体250发光时,由所述发光体发射的第一部分光同时穿过所述第一发光荧光体251和所述第二发光荧光体252(其中部分或全部在所述第一发光荧光体251、所述第二发光荧光体252或同时在第一发光荧光体和第二发光荧光体中发生偏转),而由所述发光体250发射的第二部分光穿过所述第一发光荧光体252(其中部分或全部发生偏转)而不穿过(即出射时没有进入与之接触)所述第二发光荧光体253。
虽然本发明的实施例是参照多量子阱结构进行描述的,但是本发明可以使用任何合适的发光二极管安装结构。此外,可以利用光出射增强结构(如内部反射层、透明欧姆接触层以及类似结构)来改善单个发光二极管装置的光出射。因此,本发明的实施例不应被理解为仅限于某种特定的发光二极管的安装结构,而是可以使用任何能够通过安装到基材实现电气互联以提供高电压单块发光体的安装结构。
本发明的发光体可以通过所需的任何方式供电。本领域技术人员熟知多种供电设备,且任何这些设备都可以在本发明的连接中使用。本发明的发光体可以电气连接到所需的任何电源,而本领域技术人员熟知多种这样的电源。
这里所描述的发光体可以集成到照明装置中。这里所用的表达“照明装置”除了它要能发光之外不具有任何限制性。即照明装置可以是照射一定面积或容积(如建筑物、游泳池或温泉区、房间、仓库、方向灯(indicator)、路面、停车场、车辆、告示牌例如路面标记、广告牌、大船、玩具、镜面、容器、电子设备、小艇、航行器、运动场、计算机、远端音频装置、远端视频装置、蜂窝电话、树、窗户、LCD显示屏、洞穴、隧道、院子、街灯柱等)的装置,或照射一包围空间的一个装置或一系列装置,或用于边缘照明或背景照明的装置(如背光广告、标志、LCD显示),灯泡替代品(bulb replacement,例如AC白炽灯、低电压灯、荧光灯的替代品等),用于室外照明的灯具,用于安全照明的灯具,用于住宅外照明的灯具(壁式,柱/杆式),天花板灯具/壁式烛台,柜下照明设备,灯(地板和/或餐桌和/或书桌),风景照明设备、跟踪照明设备(track lighting)、作业照明设备、专用照明设备、吊扇照明设备、档案/艺术显示照明设备、高振动/撞击照明设备-工作灯等,镜面/梳妆台照明设备(mirrois/vanity lighting)或任何其他发光装置。
本发明还涉及照明包围空间(其内部空间可以被均匀或非均匀的照亮),包括封闭空间以及至少一个根据本发明的照明装置,其中,所述照明装置将照射所述封闭空间的至少一部分(均匀或非均匀)。
本发明还涉及受到照射的区域,包括从由以下项构成的组中选择的至少一个项目:建筑、游泳池或温泉浴场、房间、仓库、方向灯、路面、停车场、车辆、标识、道路标识、广告牌、大船、玩具、镜子、容器、电子设备、小艇、航行器、露天大型运动场、计算机、远程音频设备、远程视频设备、手机、树、窗户、液晶显示屏、洞穴、隧道、庭院和灯柱等等,在它们之中或之上安装了至少一个本文中所述的照明装置。
在提到固态发光体时,本申请中所用的表述“点亮”(或“被点亮”)指的是提供给该固态发光体至少一部分电流以使它发出至少一些光。表达“被点亮”包括以下情形:当固态发光体连续发光或以一定速率间断发光使得人眼将其感知为连续发光;或者当相同颜色或不同颜色的多个固态发光体间断和/或交替发光(时间上有重叠或没有重叠)发光使得人眼将它们感知为连续发光(以及在发出不同颜色的情况下将它们感知为那些颜色的混合)。
此外,虽然本发明的某些实施例根据特定的元件组合进行了说明,但在不背离本发明主旨的前提下还可以提供其它各种组合。因此,本发明不能被理解为被限定于这里描述的和附图说明的特定示范性实施例,而是还可以包括各实施例的部件的组合。
本发明的普通技术人员可在不背离本发明的精神和范围的情况下根据本发明的公开对其进行许多种变化和修改。因此,必须明白所述的实施例仅用于举例,不应当将其视为限制由所附权利要求定义的本发明。因此,所附的权利要求应理解为不仅包括并行陈述的部件的组合,还包括以基本相同的方式完成基本相同功能以获得基本相同结果的所有等效部件。这些权利要求在此理解为包括以上具体阐述和说明的内容、概念上等效的内容以及结合了本发明的实质思想的内容。
这里所描述装置的任何两个或更多结构部件可以集成。这里所描述装置的任何结构部件可以被分设成两个或更多部件(如果有必要,它们可以被结合在一起)。同样,任何两种或更多功能可以同时执行,和/或任何功能可以顺序执行。
Claims (48)
1.一种发光体,其特征在于,包括:
包括至少一个固态发光装置的单块裸片;以及
位于所述裸片上的至少第一发光荧光体,所述第一发光荧光体覆盖的区域小于所述单块裸片的所有光发射区域,以使由所述至少一个固态发光装置发射的第一部分光直接射入所述第一发光荧光体,且由所述至少一个固态发光装置的发射的第二部分光不直接射入所述第一发光荧光体。
2.根据权利要求1所述的发光体,其特征在于,还包括:
位于所述裸片上的至少第二发光荧光体,所述第二发光荧光体基本不与所述第一发光荧光体交叠,以使所述第一部分光不直接射入所述第二发光荧光体。
3.根据权利要求2所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体包括第一发光材料,所述第二发光荧光体包括第二发光材料,且所述第二发光材料区别于所述第一发光材料。
4.根据权利要求2所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体为第一形状,所述第二发光荧光体为第二形状,且所述第二形状区别于所述第一形状。
5.根据权利要求2所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体包括具有第一浓度的发光材料,所述第二发光荧光体包括具有第二浓度的发光材料,且所述第二浓度区别于所述第一浓度。
6.根据权利要求5所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体包括第一发光材料,所述第二发光荧光体包括第二发光材料,且所述第二发光材料区别于所述第一发光材料。
7.根据权利要求2所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体为第一尺寸,所述第二发光荧光体为第二尺寸,且所述第二尺寸区别于所述第一尺寸。
8.根据权利要求1所述的发光体,其特征在于,还包括:
位于所述裸片上的至少第二发光荧光体,至少部分所述第二发光荧光体与至少部分所述第一发光荧光体交叠,以使至少部分所述第一部分光也直接射入所述第二发光荧光体。
9.根据权利要求8所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体包括第一发光材料,所述第二发光荧光体包括第二发光材料,且所述第二发光材料区别于所述第一发光材料。
10.根据权利要求1所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体为包含第一多个发光荧光体的第一发光荧光体图案中的部分,且所述第一多个发光荧光体中的每一个都包括第一发光材料。
11.根据权利要求10所述的发光体,其特征在于,所述第二发光荧光体为包含第二多个发光荧光体的第二发光荧光体图案中的部分,且所述第二多个发光荧光体中的每一个都包括第二发光材料。
12.根据权利要求11所述的发光体,其特征在于,所述第一多个发光荧光体中的每一个基本不与所述第二多个发光荧光体中的每一个交叠。
13.根据权利要求11所述的发光体,其特征在于,所述第一多个的发光荧光体中的每一个与所述第二多个的发光荧光体中的至少一个的至少部分交叠。
14.根据权利要求2所述的发光体,其特征在于,
由所述至少一个固态发光装置发射的第三部分光直接射入所述第二发光荧光体,
所述由至少一个固态发光装置裸片发射的第三部分光不直接射入所述第一发光荧光体,且
所述第二部分光不直接射入所述第二发光荧光体。
15.根据权利要求1所述的发光体,其特征在于,所述至少一个固态发光装置由单个固态发光装置组成。
16.根据权利要求1所述的发光体,其特征在于,所述至少一个固态发光装置包括位于同一基底上的多个固态发光装置。
17.根据权利要求1所述的发光体,其特征在于,所述至少一个固态发光装置包括一个或多个发光二极管装置。
18.一种发光体,其特征在于,包括:
包括位于同一基底上的多个固态发光装置的单块裸片;
位于第一组所述多个固态发光装置上的第一发光荧光体,所述第一组的数量小于所述多个固态发光装置的全部数量;以及
电气互联,以使所述多个固态发光装置中的每一个单独电连接。
19.根据权利要求18所述的发光体,其特征在于,所述电气互联将所述多个固态发光装置连接成由子组串联形成的阵列,所述子组由固态发光装置并联而成。
20.根据权利要求19所述的发光体,其特征在于,还包括位于第二组所述多个固态发光装置上的第二发光荧光体,所述第二组多个固态发光装置与所述第一组多个固态发光装置互斥。
21.根据权利要求20所述的发光体,其特征在于,所述第二组和所述第一组包括位于同一基底上的所述多个固态发光装置的所有固态发光装置。
22.根据权利要求19所述的发光体,其特征在于,还包括第二发光荧光体,所述第二发光荧光体与所述第一发光荧光体至少部分交叠。
23.根据权利要求19所述的发光体,其特征在于,所述第一组多个固态发光装置分别连接成由固态发光装置并联而成的子组串联形成的第一阵列,,且留有所述多个固态发光装置中的一个以连接成由固态发光体串联而成的第二阵列。
24.根据权利要求23所述的发光体,其特征在于,所述第一组和第二组以并联的方式电连接。
25.根据权利要求23所述的发光体,其特征在于,所述第一组和第二组以可单独控制的方式电连接。
26.根据权利要求23所述的发光体,其特征在于,所述第一组固态发光装置分散在整个所述多个固态发光装置中。
27.根据权利要求18所述的发光体,其特征在于,当电流通过所述多个固态发光装置时,所述发光体发出白光。
28.一种发光体,其特征在于,包括:
包括位于同一基底上的多个固态发光装置的单块裸片;
电气互联,以使所述多个固态发光装置中的每一个各自电连接;以及
多个单元格,每个单元格包括一组所述多个固态发光装置,每个所述单元格包括第一发光荧光体,所述第一发光荧光体位于比所述单元格中所有的一组固态发光装置的数量少的固态发光装置上。
29.根据权利要求28所述的发光体,其特征在于,每个所述单元格还包括第二发光荧光体,所述第二发光荧光体区别于所述第一发光荧光体,且位于所述单元格的固态发光装置中没有涂覆所述第一发光荧光体的固态发光装置上。
30.根据权利要求28所述的发光体,其特征在于,每个所述单元格还包括第二发光荧光体,所述第二发光荧光体区别于所述第一发光荧光体,且第二发光荧光体与所述第一发光荧光体至少部分交叠。
31.根据权利要求29所述的发光体,其特征在于,每个所述单元格还包括第三发光荧光体,所述第三发光荧光体区别于所述第一发光荧光体和第二发光荧光体,且位于所述单元格的固态发光装置中没有涂覆所述第一发光荧光体或所述第二发光荧光体的固态发光装置上。
32.根据权利要求28所述的发光体,其特征在于,所述多个单元格中的固态发光装置电连接成由子组串联形成的阵列,所述子组由固态发光装置构成,每个所述子组包括多个电气并联的固态发光二极管。
33.根据权利要求32所述的发光体,其特征在于,在所述串联的子组中,涂覆有所述第一发光荧光体的固态发光装置与没有涂覆所述第一发光荧光体的固态发光装置一起电气并连。
34.根据权利要求28所述的发光体,其特征在于,由所述发光体发射的光为白光。
35.一种制备发光体的方法,其特征在于,包括:
对包括多个固态发光装置的单块裸片选择性涂覆至少一个发光荧光体,以便仅覆盖部分所述裸片。
36.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,选择性涂覆至少一个发光荧光体包括在所述裸片的基本未交叠区域选择涂覆多个发光荧光体。
37.根据权利要求35所述的方法,其特征在于,选择性涂覆至少一个发光荧光体包括在所述裸片的至少部分交叠区域涂覆多个发光荧光体。
38.根据权利要求36所述的方法,其特征在于,所述裸片的至少一个部分上未涂覆发光荧光体。
39.一种制备发光体的方法,其特征在于,包括:
在位于同一基底上的多个固态发光装置中选取至少一个选择性涂覆至少一个发光荧光体,所述选取的固态发光装置包括小于所有固态发光装置的数量。
40.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,选择性涂覆至少一个发光荧光体包括:
在第一组所述多个固态发光装置上涂覆第一发光荧光体;且
在第二组所述多个固态发光装置上涂覆第二发光荧光体,且所述第二组与所述第一组互斥。
41.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,选择性涂覆至少一个发光荧光体包括:
在第一组所述多个固态发光装置上涂覆第一发光荧光体;且
在第二组所述多个固态发光装置上涂覆第二发光荧光体,所述第二组中的至少一些固态发光装置同样处于第一组中。
42.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,选择性涂覆包括在所述多个固体发光装置上将多个发光荧光体涂覆成由发光荧光体的单元格构成的重复图案,所述单元包括至少一个固态发光装置中,其上提供有所述多个发光荧光体中的每个。
43.根据权利要求39所述的方法,其特征在于,还包括将所述多个固态发光装置电连接成由子组串联形成的阵列,所述子组由固态发光体并联而成。
44.一种发光体,包括:
包括至少一个固态发光装置的单块裸片;
位于所述裸片上的至少第一发光荧光体;以及
位于所述裸片上的至少第二发光荧光体;
其特征在于:
由所述至少一个固态发光装置发射的第一部分光穿过所述第一发光荧光体和所述第二发光荧光体,且
由所述至少一个固态发光装置发射的第二部分光穿过所述第一发光荧光体,而不穿过所述第二发光荧光体。
45.根据权利要求44所述的发光体,其特征在于,所述第一发光荧光体为包含第一多个发光荧光体的第一发光荧光体图案中的部分,且所述第一多个发光荧光体中的每一个都包括第一发光材料。
46.根据权利要求45所述的发光体,其特征在于,所述第二发光荧光体为包含第二多个发光荧光体的第二发光荧光体图案中的部分,且所述第二多个发光荧光体中的每一个都包括第二发光材料。
47.一种制备发光体的方法,其特征在于,包括:
在单块裸片上选择性涂覆至少第一发光荧光体,所述单块裸片包括至少一个固态发光装置,且所述第一发光荧光体覆盖小于单块裸片的所有光发射区域,以形成初级发光体;
测量由所述初级发光体输出的光;以及
在所述单块裸片上选择性涂覆至少第二发光荧光体以形成所述发光体。
48.根据权利要求47所述的方法,其特征在于,所述第一发光荧光体包括第一发光材料,所述第二发光荧光体包括第二发光材料,且所述第一发光材料区别于所述第二发光材料。
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