CN102132425A - 具有荧光层的发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光器件以及生产该器件的方法。所述发光器件包括：发光半导体；封装层，其中，将所述发光半导体布置在所述封装层内；在所述封装层上提供的荧光层；以及，在所述封装层与所述荧光层之间提供的空气间隙。

Description

具有荧光层的发光器件
技术领域
本发明涉及发光器件，更具体地说，涉及具有荧光层(phosphor layer)的半导体发光器件。
背景技术
发光二极管(LED：Light emitting diode)是用于替代传统光源(例如，白炽灯以及荧光光源)的绝佳选择。LED实质上比白炽灯具有更高的光转换效率，并且比两种类型的传统光源具有更长的寿命。此外，某些类型的LED目前具有比荧光光源更高的转换效率，并且更高发光效率的LED也已在实验室得以论证。而且，LED需要比荧光灯更低的电压，因此，LED更适合用于由电池或内部计算机直流电源这些低电压电源供电的光源应用上。
不幸地是，LED在相对较窄的光谱带中产生光。为了替代传统的光源，需要一种由LED构成的光源，其产生的光在人们看来是“白色”的。可以由覆盖有将一部分蓝光转换为黄光的荧光层的蓝色发光半导体，来构造比得上荧光光源转换效率的呈现白色的光源。如果正确地选择蓝光与黄光的比率，所产生的光源在观察者看来是白色的。
通常，荧光层是荧光微粒与硅树脂的混合物。在LED的制造过程中，通常用荧光体-硅树脂混合物来填充具有发光半导体的空腔，使得在发光半导体顶部产生荧光层。然而，该荧光层在硅树脂中的荧光微粒分布上以及厚度上可能包含差异。通常，在制造处理中不能控制这些物理差异，这些物理差异导致LED具有不一致的特征(例如，色温以及显色指数)。结果，LED经历装箱处理(binning process)，其中，基于各个LED不同的特征，向各个LED分配特定的装箱代码。装箱增加了LED的制造成本。
因此，尽管现有的LED被公认为通常适合于其预期的用途，但是与装箱相关的额外的制造成本降低了其总体期望(desirability)。照此看来，存在以一致的特征来制造的、并且不增加装箱成本的LED的需求。
发明内容
在本发明公开的一个方面，发光器件包括：发光半导体；封装层，其中，将发光半导体布置在封装层中；在封装层上设置的荧光层；以及，在封装层与荧光层之间设置的空气间隙。
在本发明公开的另一个方面，用于制造发光器件的方法包括：确定发光半导体的光学特征；以及，在将荧光层结合到发光器件中之前，确定荧光层的光学特征。
应理解的是，从下面的详细描述中，发光器件的其它方面对于本领域技术人员将容易地变得明显，在下面的详细描述中，仅通过图解在发光器件的各个方面的示例中进行示出并描述。正如将要了解到的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在此公开的发光器件的各个方面能够在各个其它方面中进行修改。因此，将以下的附图与具体地描述在性质上视为说明性的，而不是限制性的。
附图说明
在附图中通过示例(而不是通过限制)来阐明本公开的各个方面，在附图中：
图1所示为具有荧光层的发光器件的示例的截面图；
图2所示为具有多个发光半导体以及荧光层的发光器件的示例的截面图；
图3所示为具有荧光层以及空气间隙的发光器件的示例的截面图；
图4所示为具有多个发光半导体、荧光层、以及空气间隙的发光器件的示例的截面图；并且
图5所示为用于制造发光器件的示例的流程图。
具体实施方式
以下所阐述的与附图相关的具体描述旨在作为发光器件的各个方面的描述，并不旨在表示可以实践本发明的各个方面的所有方法。具体的描述可以包括为了提供对于发光器件的多种方面的彻底理解的特定的细节；然而，对于本领域技术人员明显的是，没有这些特定的细节也可以实践本发明。在一些情况下，以框图的形式概要地描述并且/或者示出熟知的结构以及组件，以避免混淆本发明的概念。
此外，在此使用的各种描述的术语(例如，“在…上提供”以及“透明的”)应当被给予在本发明公开的上下文内所可能的最广泛的含义。例如，当表述“在另一层上提供一层”时，应理解的是，一层可以被沉积、刻蚀、附着、或者以别的方式，或者直接地或间接地制作在其它层上。而且，将某物描述为“透明的”应被理解为具有以下特性：在所关注的特定的波长(或多个波长)中，容许没有电磁辐射的明显阻碍或吸收。
图1所示为具有荧光层112的发光器件100的示例的截面图。在该示例中，器件可以包括在基板104上设置的蓝色发光半导体102。可以通过电源(未示出)来驱动蓝色发光半导体102，通过电性传导轨迹(未示出)将所述电源电连接至发光半导体102。基板104可以是绝缘材料(例如，陶瓷或者环氧薄片)。在基板104上提供的凹壳(recessed housing)106可以通过在材料层(例如，陶瓷、树脂、聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide)、聚碳酸酯、或其它某些合适的材料)上钻空腔108(例如，锥形空腔)来形成；在空腔108的内壁110上涂上反射材料(例如，铝、银、或通过利用二氧化钛注射成型来灌注的合适的塑料)；然后将凹壳106结合在基板104上。可选地，凹壳106可以通过直接在基板104中钻空腔108来形成。发光半导体102可以在形成凹壳106之后结合至基板104。
在发光半导体102键合至基板104之后，可以将透明的配率材料(例如，硅树脂)沉积到空腔108中。其后，可以在凹壳106上提供荧光层112，所述荧光层112覆盖空腔108以及发光半导体102。
荧光层112与发光半导体102结合使用，以产生具有色温范围以及分光光谱组成的光。荧光层112可以包括硅树脂与荧光微粒的混合物，所述荧光微粒均匀地分布并悬浮在硅树脂中。荧光微粒可以具有不同的颜色(例如，黄色、红色、蓝色)，以增强通过器件100所产生的光的显色指数。荧光层112可以具有圆盘状的形状，以提供一致的辐射方向图。
为了控制荧光层112的厚度以及荧光微粒分布，例如，可以通过任何合适的处理(如，刮板(doctor blading)或者丝网印刷)来制造荧光层112。可以控制荧光层112的制造过程，以优化荧光层112的厚度以及荧光微粒分布的一致性。一旦制造了荧光层112，就可以与发光半导体102分离开来进行测试。这给确定荧光层112以及发光半导体102的各自的光学特征(例如，色温、显色指数)提供了时机。通过这种方式，在将荧光层112以及发光半导体102结合到各个器件100中之前，可以获得大多数荧光层112以及发光半导体102的光学特征。基于针对器件100的某些预定的标准，需要具有特定特征的荧光层112与发光半导体102，以用于构造器件100。选择具有期望特征的荧光层112以及发光半导体102，要考虑到预先确定器件100的光学特征。因此，以这样的方式预先确定器件100的光学特征可以消除装箱处理，减小制造成本。
在操作期间，发光半导体102可以发射蓝光。可以通过荧光层112的荧光微粒来吸收一部分蓝光，并且，剩余的蓝光可以穿过荧光层112。一旦通过荧光微粒吸收蓝光，荧光微粒则可以发射其各自颜色的光。这种来自荧光微粒的有色光的二次发射(也已知为Stokes位移)，与剩余的蓝光进行视觉混合，从而，所产生的混合光谱通过人眼感知是白色的。
图2所示为具有多个发光半导体202以及荧光层212的发光器件200的示例的截面图。图2的多个发光半导体202中的各个发光半导体、基板204、凹壳206、空腔208、反射内壁210、以及荧光层212分别对应于图1的发光半导体102、基板104、凹壳106、空腔108、反射内壁110、以及荧光层112，同样地，省略其各自的描述。
器件200在发光半导体202的数量上与图1的器件100不同。器件200可以包括以任何尺寸的阵列(例如，以3×3阵列排列的九个发光半导体202)排列的任何数量的发光半导体202(例如，九个发光半导体202)。
如之前参照图1所描述的，在器件200的构造期间，荧光层212可以分离地制造和测试。而且，如参照图1所描述的，在将发光半导体202以及荧光层212结合到器件200中之前，可以基于其各自的光学特征来选择发光半导体202以及荧光层212。这确保了具有经由选择过的发光半导体202以及荧光层212的器件200将具有期望的光学特征。例如，可以将具有相似的平均波长的九个发光半导体202以及具有均匀的厚度的荧光层212用于构造器件200，其作为荧光层212以及发光半导体202的特定光学特征的结果，可以具有一致的色温。
图3所示为具有荧光层314以及空气间隙的发光器件300的示例的截面图。图3的发光半导体302、基板304、凹壳306、空腔308、反射内壁310、以及荧光层314分别对应于图1的发光半导体102、基板104、凹壳106、空腔108、反射内壁110、以及荧光层112，同样地，省略其各自的描述。
器件300与图1的器件100不同，因为器件300包括封装层312，布置封装层312以封装发光半导体302。封装层312可以由例如硅树脂的材料或者相似的材料来组成。封装层312可以是任何合适的形状，例如，半球形穹面。可以通过凹壳306来支持荧光层314，通过这种方式，在封装层312与荧光层314之间产生空气间隙。
器件300的构造与图1的器件100的构造相似，因为基于荧光层314以及发光半导体302的特征来对其进行选择，并且，在器件300的构造中将荧光层314以及发光半导体302进行组合，以确保器件300具有期望的光学特征。
图4所示为具有多个封装于其各自的封装层412中的发光半导体402、荧光层414、以及在封装层412与荧光层414之间的空气间隙的发光器件400的示例的截面图。图4的多个发光半导体402中的各个发光半导体、基板404、凹壳406、空腔408、反射内壁410、封装层412、以及荧光层414分别对应于图3的发光半导体302、基板304、凹壳306、空腔308、反射内壁310、封装层312、以及荧光层314，同样地，省略其各自的描述。
器件400与图3的器件300在封装的发光半导体402的数量上不同。与在图2中所示的器件200相似，器件400可以包括以任何尺寸的阵列排列的任何数量的发光半导体402。
器件400的构造与图2的器件200的构造相似，因为基于荧光层414以及发光半导体402的特征来对其进行选择，并且，在器件400的构造中将荧光层414以及发光半导体402进行组合，以确保器件400具有期望的光学特征。
图5所示为用于制造发光器件(例如，器件100、器件200、器件300、以及器件400其中一个)的处理方法的示例的流程图。处理开始，并且进行至框502，其中，测试至少一个发光半导体，并且确定其光学特征。在框502之后，处理进行至框504，其中，测试至少一个荧光层，并且确定其光学特征。
一旦确定了发光半导体以及荧光层的光学特征，处理进行至框506，其中，基于其确定的光学特征来选择荧光层以及至少一个发光半导体，以用于发光器件的构造中。处理然后进行至框508，其中，将所选择的荧光层以及至少一个发光半导体结合到发光器件中。
如上所述，具有预先选择的发光半导体以及荧光层的LED可以运用在许多应用中。作为示例，这些LED非常适合于液晶显示器(LCD：liquid crystal display)背光应用。其它应用可以包括(但是不限于)汽车内部照明、电灯泡、灯笼、街灯、闪光灯、或者任何其它使用LED的应用。
提供以上描述以使本领域的任何技术人员能够实践在此描述的各个方面。对于这些方面的各种修改对于本领域技术人员将很容易变得明显，并且可以将在此定义的一般原理应用至其它方面。从而，权利要求并不规定为限制在此示出的方面，而是包含与权利要求语言一致的完整范围，其中，除非特定地如此规定，涉及到单数的元素并不旨在表示“一个并且仅有一个”，而是表示“一个或更多个”。除非另外特别规定，措辞“一些”表示一个或更多个。对于本领域技术人员来讲，贯穿于本公开所记载的各个方面的元件的所有结构与功能性等同物，都已是可知的、或者随后成为可知的，通过引用清楚地合并与此，并且旨在包含在权利要求范围之内。此外，没有任何在此的公开旨在不顾这种公开是否在权利要求中明确地陈述而用于公众。没有权利要求元素在提供35U.S.C.§112、第六节之下进行解释，除非利用短语“用于…的装置”确切地表述元素，或者，在方法权利要求的情况下，利用短语“用于…的步骤”来表述元素。

Claims (14)

1.一种发光器件，该发光器件包括：
发光半导体；
封装层，其中，将所述发光半导体布置在所述封装层内；
在所述封装层上设置的荧光层；以及
在所述封装层与所述荧光层之间设置的空气间隙。
2.根据权利要求1所述的发光器件，该发光器件还包括多个发光半导体，其中，将所述多个发光半导体中的各个发光半导体布置在其各自的封装层内。
3.根据权利要求1所述的发光器件，该发光器件还包括配置为支持所述荧光层的凹壳。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述封装层是硅树脂。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述凹壳包括反射内壁。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，通过刮板来制造所述荧光层。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，通过丝网印刷来制造所述荧光层。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光器件的光学特征是预先确定的。
9.一种制造发光器件的方法，该方法包括：
确定发光半导体的光学特征；以及，
在将荧光层结合到所述发光器件中之前，确定所述荧光层的光学特征。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述发光半导体的光学特征包括确定多个发光半导体的光学特征。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述荧光层的光学特征包括确定多个荧光层的光学特征。
12.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括基于其各自的光学特征从所述多个发光半导体中选择至少一个发光半导体、以及从所述多个荧光层中选择荧光层。
13.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括基于所述选择的荧光层以及所述至少一个发光半导体来确定所述发光器件的光学特征。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括将所述选择的荧光层与所述至少一个发光半导体结合到所述发光器件中。
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