CN101027789A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种发光装置，它包括发光的光源，和第一材料，其位置便于接受至少一部分所述的光。第一材料包括陶瓷材料，和在所述光源上设置接触层以便将所述光源连接到所述第一材料。还公开了创造这种装置的一种方法。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置，它包括发光的光源和定位用于接受至少一部分所述光的第一材料。
背景技术
半导体发光装置，如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)都属于现有的最有效的和最耐用的光源。
在照明应用中高功率无机LEDs的光提取是一个关键问题。由于在发光装置和周围环境之间介面上的全部内部反射和接着反射的光被该装置再吸收导致从这样的装置可提取光的效率锐减，这是常规半导体发光装置普遍存在的问题。产生这样的全部内部反射是因为制成该装置的半导体材料在装置发射波长处的折射率(nd)大于包装或封装该装置的材料，通常为环氧树脂或硅树脂，的折射率。这些封装材料的缺点是这样有限的nd匹配，还有对高温耐用性和光子密度的限制。
由于全部内部反射造成的损失随着装置内部折射率对装置外部折射率之比迅速增加。例如，蓝宝石(Al2O3)LED材料的高nd大大限制了发射到空气中的光量。
在半导体发光装置中使用磷是为了扩展和转换该半导体发光装置的发射光谱。这种方法包括使用半导体发光装置的发射来激励磷。
专利EP 1 369 935谈到在半导体发光装置内光提取减少的问题，并建议半导体发光装置采用颗粒更细的磷。从而减小造成常规磷转换的发光装置效率降低的磷颗粒引起的散射，从而提高光的提取。
在专利EP 1 369 935中，它还建议增加埋置磷颗粒的介质的折射率使其更接近匹配磷颗粒的折射率，来减少磷颗粒引起的光散射。
专利EP 1 369 935中建议的解决办法的一个缺点是埋置磷颗粒的介质必须要与发光装置的蓝宝石接触。因此，高的过程温度可能会损害LED的n/p层。
还有，在更高温度下，即高于200℃，包含磷的介质的热膨胀是很重要的。在专利EP 1 369 935中，环氧树脂、丙烯酸聚合物、聚碳酸酯和硅树脂聚合物长期在高于150℃温度下将不能存在。在高功率LED的情况下，操作LED的温度可能升到高至250℃，在专利EP 1 369 935中提到的所有有机介质都将损坏，因为它们在高功率LED(每个芯片5瓦/mm2)应用中都将烧光。
因此，需要获得新的发光装置，它对高的过程温度不敏感并且它已经改进了光的提取特征。
发明内容
本发明的一个目的是获得对高的过程温度不太敏感的发光装置，并有提高的光提取。
通过一种发光装置达到了这个目的，该装置包括发光的光源，和定位用于接受至少一部分所述光的第一材料，其中所述第一材料包括陶瓷材料，和在所述光源上布置接触层以便将所述光源连接到所述第一材料。
该接触层可由硫属化物玻璃制成，和它的厚度可在2-3微米之间。
使用接触层可防止第一材料与光源之间的直接接触。这样，使在高的过程温度下光源损坏的风险减至最小。
所述第一材料可以包括，如多晶氧化铝(Al2O3)、钇-铝-石榴子石(YAG，Y3Al5O12)、三氧化二钇(Y2O3)、MgAl2O4、MgAlON、氮化铝(AlN)、AlON、添加氧化锆(ZrO2)的二氧化钛(TiO2)、或它们的混合物，并将所述第一材料布置在所述光源的至少一部分上。第一材料优选地具有大于1.75的折射率。
该光源可以是发光二极管(LED)，包括有大于1.75折射率的无机第二材料。例如，第二材料可以是蓝宝石(Al2O3)。
按照本发明，获得在光源和设置用于接受该光的陶瓷材料之间折射率的匹配。还有，该陶瓷材料有与光源(即蓝宝石)大致相同的膨胀系数，并能长期耐受高至250℃的操作温度。与先有技术的发光装置比较这提供光提取特性的显著提高也避免了在使用有机材料作为光接受材料时观察到的变质问题。
按照本发明的发光装置还可以包括一种荧光材料。该荧光材料可以是呈颗粒的形式，如磷，将它均匀地散布在第一材料中。
使用陶瓷材料能非常均匀地分布磷颗粒。
荧光材料在所述第一材料中也可以布置成一层，该层的位置便于接受至少一部分所述的光。荧光材料可以是，如YAG:Ce，它将蓝光转换成白光。
按照本发明的发光装置还可以包括反射涂层，它至少部分包围所述的第一材料。
本发明还涉及制造一种发光装置的方法，该方法包括提供发光的光源；在所述光源上布置接触层；用烧结法施加包括陶瓷材料的第一材料，用于接受至少一部分所述的光。
该方法还可以包括通过与所述第一材料共同烧结来施加均匀散布的颗粒形式的荧光材料。另一种是，该方法还包括施加荧光材料作为在所述第一材料中的一层，该层的位置用于接受至少一部分所述的光。
附图说明
图1表示按照本发明的一种发光装置，它有磷颗粒用于光的转换。
图2表示按照本发明的一种发光装置，它有结合在一起的磷层用于转换光。
具体实施方式
在本发明的研究工作中，发明者惊奇地发现一种发光装置，它有采光本体，该采光本体包括陶瓷材料(有高的nd)，和连接采光本体材料和光源材料的连接层，该装置对高的过程温度不太敏感。这样的装置还有改进的光的提取特征。
该发光装置(1)包括构成本体的第一材料(2)。所述第一材料包括陶瓷材料。陶瓷是这样的材料，在该材料中存在以单晶或多晶形式的晶状结构。单晶是由熔体生成并被研磨成所需的形状。多晶陶瓷是通过粉末方法和烧结增密而成形。
第一材料是适当透明，并有大于1.75的折射率。另一种是，第一材料有大于2.2的折射率。
在本体中所用陶瓷材料的实例是多晶氧化铝(Al2O3)、钇-铝-石榴子石(YAG，Y3Al5O12)、三氧化二钇(Y2O3)、(MgAl2O4)、MgAlON、氮化铝(AlN)、AlON、和搀加氧化锆(ZrO2)的二氧化钛(TiO2)。但是，按照本发明可以使用确保有高的nd的任何陶瓷材料。此外，可以使用上述陶瓷材料的混合物。
该本体接受由装置的光源(3)所产生的至少一部分光。本体有效地提取光并把光传送到外面是重要的。总的光输出必须被最优化。
本体的上部以这样的方式成形，使之产生所需的光发射模式。按照本发明发光装置中所使用形状的例子示于图1和2中。
在LED上布置接触层7，以便连接LED和本体。因此，使LED材料和本体之间没有直接接触。该接触层优选地是玻璃层，例如可以是由硫属化物玻璃制成。接触层可以有例如约2-3微米的厚度。在使用极薄层的情况下这种有色型玻璃(黄、橙或红色)的滤光系数是很小的。
本体装有荧光材料(即磷)用于光的转换。如这里所用的，“荧光材料”指的是一种材料，它吸收一种波长的光而发出不同波长的光。与本发明相关要使用磷的一个例子是YAG:Ce。YAG:Ce与钇铝石榴子石、或铝酸钇(Y3Al5O12)有关，为了使磷起作用搀加铈3+。
用YAG和氧化铝可以烧YAG:Ce-磷而不会损失它的磷(荧光)的活性。因此，在YAG或氧化铝是光提取本体时，一起烧结(共同烧制)埋入氧化铝中的YAG:Ce混合物。YAG:Ce的折射率几乎等于氧化铝和YAG的折射率。
磷可以成均匀散布在本体中的颗粒(4)的形式。但是其他的方法也是可以的，例如在本体中设置磷层(5)。在本体中磷与本体成一个整体用于光的提取造成光的漫散射，可以成为半透明的材料。
将本体和光源安装在基板(8)上。
本体的外侧是反射的(镜面或散射)以便校直。在图1和图2中，反射层(6)是成整体的，但是也可以是外部的反射器。
反射层(6)反射材料(2)内部的光，从而它收集光。在散射涂层的情况下(例如没有压实的氧化铝粉末层，使它变成白色的散射并有总的反射率99％)光将被收集起来。在镜面反射涂层的情况下(铝或银)光将被反射。
如果光被镜面反射到半透明的介质中，那么光将被重新校直。在图2中介质是透明的，镜面反射层的作用将如实际反射器。
反射涂层(6)或外部的反射器至少部分包围本体。在这个说明书中“至少部分”意味着在上侧没有涂层，以便限定光束，和在薄的玻璃层(7)使光的提取本体接触到发光装置(3)的蓝宝石的地方没有涂层。
按照本发明发光装置中的光源优选地是发光二极管(LED)。但是，也可以使用激光二极管(LD)。
LED包括折射率大于1.75的无机第二材料。另一种是，LED包括折射率大于2.2的无机材料。在LED中所用的无机第二材料的实例是蓝宝石。
通过在蓝宝石(单晶氧化铝)基片(“倒装晶片改装”，这意味着电极连接是在LED的下侧，在上侧没有导线的连接)上生成n/p发光层(InGaN基)，构造蓝的LED。
该LED的折射率和本体的折射率可以几乎相等。例如，该LED的折射率和本体的折射率之差可以接近于零，或是零。但是，对于某些材料组合，在折射率之间可以有一定的差别。本体有更高的折射率改善校直。
如这里所用的，折射率(nd)指的是
nd＝c/(vphase)
式中c是光速和vphase是相速度。它给出当光从一种介质射到另一种介质时产生的折射量。
可将本体直接布置在装置的光源即LED的至少一部分上。例如，将本体设置在光源的整个外表面上。可以通过注射铸造法制造本体，然后去粘合和烧结。除了注射铸造法本体还可以通过凝胶铸造或粉浆浇铸来制造。
在使用LED的每种光应用中都可以应用本发明。它特别适合高功率的LED，因为操作LED的温度可以升高到250℃。
通过提供发光的光源，在所述光源上设置一接触层；和用烧结法施加包括陶瓷材料的第一材料以便接受至少一部分所述的光，可以制造按照本发明的发光装置。
该方法还可以包括以均匀散布的颗粒形式与所述和第一材料共同烧结来施加荧光材料。另一种是，该方法还包括施加荧光材料作为所述第一材料中的一层，该层的位置用于接纳至少一部分所述的光。
通过各种常规方法可以制造该装置，对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，这些方法是众所周知的。

Claims (16)

1.一种发光装置，包括：
发光的光源，和
第一材料，其定位便于接受至少一部分所述的光，其特征在于
所述第一材料包括陶瓷材料，和将接触层布置在所述光源上以便把所述光源连接到所述第一材料。
2.按照权利要求1所述的发光装置，其特征在于所述接触层有2-3微米范围内的厚度。
3.按照权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于所述接触层是由硫属化物玻璃制成。
4.按照前述权利要求中任一项所述的发光装置，其特征在于所述第一材料包括选自多晶氧化铝(Al2O3)、钇-铝-石榴子石(YAG，Y3Al5O12)、三氧化二钇(Y2O3)、(MgAl2O4)、MgAlON、氮化铝(AlN)、AlON、和搀加氧化锆(ZrO2)的二氧化钛(TiO2)，或它们的混合物的材料。
5.按照前述权利要求任一项所述的发光装置，其特征在于所述光源是发光二极管(LED)。
6.按照权利要求5所述的发光装置，其特征在于所述LED包括有折射率大于1.75的无机第二材料。
7.按照权利要求6所述的发光装置，其特征在于所述和第二材料是蓝宝石。
8.按照前述权利要求中任一项所述的发光装置，还包括荧光材料。
9.按照权利要求8所述的发光装置，其特征在于所述荧光材料是颗粒的形式。
10.按照权利要求9所述的发光装置，其特征在于所述颗粒被均匀地散布在所述第一材料中。
11.按照权利要求8所述的发光装置，其特征在于将所述荧光材料布置在所述第一材料中成一层，该层的位置便于接受至少一部分所述的光。
12.按照权利要求8至11中任一项所述的发光装置，其特征在于所述荧光材料是YAG:Ce。
13.按照前述权利要求中任一项所述的发光装置，还包括反射涂层，该涂层至少部分包围所述第一材料。
14.一种制造发光装置的方法，包括
提供发光的光源，
在所述光源上设置接触层，
用烧结法施加包括陶瓷材料的第一材料，以便接受至少一部分所述的光。
15.按照权利要求14所述的方法，还包括
通过与所述第一材料共同烧结的方法施加均匀散布的颗粒形式的荧光材料。
16.按照权利要求14所述的方法，还包括
施加荧光材料作为在所述第一材料中的一层，该层的位置便于接受至少一部分所述的光。
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