CN102217099B - 具有耐熔荧光层的发光器件 - Google Patents

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：透明热传导层；在所述透明热传导层上提供的耐熔荧光层；以及，配置为向着所述透明热传导层以及所述耐熔荧光层发光的发光半导体。

Description

具有耐熔荧光层的发光器件

技术领域

本发明涉及发光器件，更具体地说，涉及具有耐熔荧光层（phosphor layer）的半导体发光器件。

背景技术

发光二极管（LED：Light emitting diode）是用于替代传统的光源（例如，白炽灯以及荧光光源）的具有吸引力的备选。LED比白炽灯具有实际上更高的光转换效率，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，并且在实验室论证了更高的转换效率。此外，LED需要比荧光灯更低的电压，因此，LED更适合于光源必须从低电压源（例如，电池或者内部计算机DC电源）供电的应用。

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，需要产生在观察者看来是“白色”的光的LED。可以从覆盖有将一部分蓝光转换为黄光的荧光层的蓝光发射二极管来构造具有与荧光光源的转换效率可比较的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。然而，在需要更高的照明功率的应用中，荧光层会过热。如果没有充分地散热，会导致荧光层的过早退化，并且降低器件的性能以及寿命。

为了防止荧光层过热，许多现有的器件被设计为荧光层进一步远离发光半导体。然而，该方法产生了额外的问题。由于荧光层与发光半导体之间距离的增加，器件的尺寸也随之增加，从而，增加了器件的制造成本。此外，由于这种设计没有提供任何从荧光层散热的方法，因此，这种设计没有有效地解决散热问题。

因此，尽管现有的LED被证明通常适合于其预期的用途，但是其具有固有的缺陷，降低了其总体的效果以及可取性。同样地，存在针对具有用于从荧光层散热的系统的小的、高功率“白光”LED的需要。

发明内容

在本公开的一个方面，发光装置包括透明热传导层、在透明热传导层上提供的耐熔荧光层、以及配置为向透明热传导层以及耐熔荧光层发光的发光半导体。

在本公开的另一个方面，发光器件包括融合在具有比耐熔荧光层的热导率更高的热导率的透明层上的耐熔荧光层。

在本公开的另一个方面，用于制造发光器件的方法包括在透明基板上沉积至少一个荧光体混合物，其中荧光体混合物包括荧光粉、玻璃粉及粘合剂。

在本公开的另一个方面，用于制造发光器件的方法包括，将耐熔荧光层熔合在透明层上。

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）来例示本公开的各个方面，在附图中：

图1是例示发光器件的示例的截面图；

图2是例示具有耐熔荧光层的发光器件的示例的截面图；并且

图3是例示用于在透明层上提供耐熔荧光层的处理的示例的流程图。

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多种方面的描述，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的理解的特定的细节；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、或者另外准备，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”应被理解为具有不允许在所关注的特定的波长（或多个波长）明显地阻碍或吸收电磁辐射的特性。

图1是例示发光器件100的示例的截面图。在该示例中，器件可以包括在凹壳104内所提供的蓝色发光半导体102。可以通过电源（未示出）来驱动的发光半导体102，通过导电轨迹（未示出）将所述电源电耦合至发光半导体102。可以通过在材料层（例如，陶瓷、树脂、聚酞酸酯、聚碳酸酯、或其它合适的材料）上钻空腔106（例如，圆锥空腔）来形成凹壳104。在凹壳104的内壁108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）。可以用配率材料（例如，硅树脂）、或者还原氧气（例如，氮）来填充空腔106。其后，可以在凹壳104上提供覆盖空腔106的荧光层110。

荧光层110与发光半导体102结合使用，以产生具有色温范围以及光谱组成的光。荧光层110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。荧光微粒可以是不同的颜色（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110可以具有圆盘状的形状，以提供一致的辐射方向图。

在操作期间，发光半导体102可以发射蓝光。可以通过荧光层110的荧光微粒来吸收一部分蓝光，剩余的蓝光可以穿过荧光层110。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。来自荧光微粒的有色光的这种二次发射（也称作斯托克斯位移）与剩余的蓝光进行光学混合，从而，所产生的混合的光谱通过人眼感知是白色的。

不幸地是，在荧光体中用于将蓝光转换为其它波长的Stokes位移不是100%有效的。通过荧光微粒所吸收的各个蓝光光子并不总是产生不同波长的光子。该损耗的能量被荧光体所吸收，并且作为热量发散到荧光层110中。针对较小的器件，所产生的该热量是很小的，并且对于器件的性能通常没有明显的影响。但是对于更加强大的器件（例如消耗电能超过1瓦特的那些器件），如果没有充分地消散，在荧光层内所产生的热量将变得显著。过多的热量会使荧光层退化，并且降低其效率。即，荧光层将仍然吸收相同数量的光辐射功率，但是将发射较少的光。结果，亮度会降低，并且色温会从白色转移至蓝色，反而影响器件100的性能。为了消散在荧光层110内部所产生的热量，如图2所示，可以将散热结构集成到发光器件中。

图2是例示具有利用耐熔荧光层214的散热结构的器件200的示例的截面图。图2的发光半导体202、凹壳204、反射内壁208、以及空腔206分别对应于图1的发光半导体102、凹壳104、反射内壁108、以及空腔106，同样地，省略其各自的描述。器件200的散热结构可以包括透明层210、金属壳216、金属基板218、以及鳍片220。金属壳216、金属基板218、以及鳍片220都可以由热传导材料组成，例如，铜、铝、氮化铝、或者钻石。

可以将荧光层214熔合在透明层210上，以形成集成的类似玻璃的层。透明层210可以是透明的并且热传导的材料，例如，玻璃、蓝宝石、或者钻石。在熔合在透明层210上之后，荧光层214可以是包括一个颜色或者多个颜色（例如，黄色、红色、绿色）的荧光微粒的耐熔的类似玻璃的层。稍后将参照图3具体地描述将荧光层214熔结在透明层210上的处理。

一旦熔合，可以在凹壳204上提供荧光层214以及透明层210，并且覆盖空腔206。虽然图2示出荧光层214位于透明层210的上面，但是层的顺序可以翻转，使得荧光层214位于透明层210的下面。

可选地，可以在透明层210以及荧光层214的下面提供反射镜212（例如，Bragg反射镜（DBR））。例如，反射镜212可以包括交替的特定厚度的二氧化钛层以及二氧化硅层。可以将反射镜212设计为透射通过发光半导体202发射的短波长的光（例如，蓝色），但是反射通过荧光层214发射的更长波长的光（例如，红色、黄色）。这阻止了通过荧光层214发射的光线进入空腔206（通过荧光层214发射的光线在其中变为损耗），而是将这种光线反射出器件200。同样地，反射镜212可以提高器件200的效率。

可以在由金属壳216以及金属基板218组成的金属外壳内部提供凹壳204，凹壳204包括发光半导体202、荧光层214、透明层210、以及反射镜212。可以通过电容放电焊接或者其它合适的方法将金属壳216键合至金属基板218。可以通过合适的化学的键合方法和/或机械的键合方法将凹壳204键合至金属基板218。一旦在金属外壳内部，可以通过适合于密封空腔206的方法将荧光层214、透明层210、以及反射镜212对于凹壳204保护起来。例如，通过机械地折叠金属壳216的边缘，层214、210、212对于凹壳204会卷曲，如图2所示。通过以这种方式密封地封好器件200，将器件200配置以抵挡温度、压力、以及其它环境条件的极端的波动。

除了提供密封以外，通过金属壳216卷曲层214、210、212确保荧光层214以及透明层210热耦合至金属壳216，金属壳216本身热耦合至金属基板218以及鳍片220，形成了散热结构的热传导线路。

在器件200的操作期间，通过荧光层214中的荧光微粒所产生的热量可以通过荧光层214本身以及透明层210从荧光层214散发至金属壳216。金属壳216将热量转移至金属基板218，金属基板218通过鳍片220依次将热量排出到外部环境。同样地，将荧光层214冷却，阻止荧光层214的退化。

图3是例示用于组合荧光层214以及透明层210的处理的示例300的流程图。处理开始并且进行至框302，其中，将荧光层214的各种组分混合。例如，可以将特定数量的荧光粉与特定数量的玻璃粉、有机粘合剂、以及玻璃状焊剂混合。例如，荧光粉可以是特定的颜色或者各种颜色（例如，黄色、红色、绿色）的组合，并且是特定的类型，例如，石榴石结构荧光体（例如，钇铝石榴石、铽铝石榴石）、硫化物荧光体（例如，硫化锌、硫化锶）、硒化物荧光体（硒化镉、硒化锌）、硅酸盐荧光体（例如，硅酸钡、硅酸锶、硅酸钙）、以及碱卤化物荧光体（例如，氯化铯、溴化钾）。荧光粉可以包括具有大约3μm至25μm的直径的荧光微粒，但不限于此。玻璃粉可以是任何合适的类型的玻璃粉。有机粘合剂可以是任何加热至600摄氏度或600摄氏度以下会蒸发的合适的有机扩散剂，并且可以包括例如氧化锌、氧化铅、以及硼砂的化合物。可以将荧光粉、玻璃粉、有机粘合剂、以及玻璃状焊剂混合，以对混合物进行有效地混合与除气，使得荧光微粒悬浮并且均匀地分布在混合物内部，并且混合物完全没有气泡。

一旦准备好混合物，处理进行至框304，其中，通过丝网印刷、型板印刷、或者其它合适的方法将混合物均匀地沉积在透明基板（例如，透明基板210）上。针对该目的，例如可以使用用于制造电路板的发光装置。例如，可以沉积混合物以覆盖全部的或部分的透明层，作为一个连续的层、特定的图案、或者点阵列。可以控制所沉积的混合物的厚度，以获得所期望的荧光层的最终厚度。

在沉积混合物之后，处理进行至框306，其中，关于所有期望的荧光体是否都存在于透明层上做出确定。如果确定并非所有期望的荧光体都存在于透明层上，则处理进行至框308。在框308，持续预定数量的时间将混合物干燥，并且处理向后进行至框302，其中，将另一类型和/或颜色的荧光粉与玻璃粉、有机粘合剂、以及玻璃状焊剂混合。然后，处理向下进行，经过框302至306，直到所有期望的荧光体出现在透明层上。

在处理在框304中针对各个不同的荧光粉经历反复的情况下，可以将各个荧光体混合物作为特定的图案和/或点阵列沉积在透明层上。从而，所产生的荧光层可以是不同的荧光体混合物的图案和/或点阵列的组合。可以在丝网印刷各个混合物时用特定的平板印刷图案来实现该荧光层。阵列可以是这样的，即，沉积各个荧光体混合物，只要不与邻近的荧光体混合物相重叠。希望在这种阵列中沉积不同颜色的荧光体，以减少光被不同颜色的邻近的荧光微粒所吸收。此外，分离地沉积各个荧光体混合物要考虑到在所产生的荧光层中存在不相容的荧光体混合物，其中，不相容的荧光体混合物位于其阵列内部的各个区域中。

如果在框306确定所有期望的荧光体都存在于透明层上，则处理进行至框310。

在框310，在熔炉中加热具有沉积的混合物的透明层，其中，混合物被熔合至透明层。例如，熔炉可以是多区域带式炉，其中，混合物被加热至特定的温度（例如，600摄氏度），冷却，并且在30分钟至40分钟的时段内退火。随着混合物熔化并且熔合至透明层，其获得了折射的类似玻璃的特性（即，变成了折射荧光层）。由于折射荧光层与透明层的相似的无机成分，在这些层之间所产生的键合可以包括优越的化学以及光学特性。

在折射荧光层在框310中熔合至透明层之后，处理进行至框312，其中，通过冲切机或类似的发光装置将折射荧光层与透明层切割为预定形状（例如，圆形，正方形）的片。在框312之后，处理结束。

在将各个片附着至其各自的光学器件（例如，在图2中所示的器件200）之前，针对各种性能特征（例如，色温）要对各个片进行测试。

可以在许多应用中使用具有包括折射荧光层的散热结构的LED。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、或者任何其它可以使用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容易地变得明显，并且可以将在此定义的一般原理应用至其它方面。从而，权利要求并不旨在限制在此示出的方面，而是符合与权利要求的语言一致的完整范围，其中，除非特定地规定，涉及到单数的元件并不旨在表示“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。将对于本领域技术人员是已知的、或者随后成为已知的针对贯穿该公开所描述的各个方面的元件的所有结构的与功能的等价物通过引用明显地合并于此，并且旨在通过权利要求来实现。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。没有权利要求元件在提供35U.S.C.§112、第六节之下进行解释，除非利用短语“工具用于”确切地表述元件，或者，在方法权利要求的情况下，利用短语“步骤用于”来表述元件。

Claims (15)

1.一种发光装置，该发光装置包括：

透明热传导层，其中所述透明热传导层耦合至一热传导壳体，所述热传导壳体包含一具有一空腔的凹壳及一金属外壳，其中所述具有一空腔的凹壳设置于所述金属外壳内部，所述空腔是密封的；

一反射层设置于所述空腔内壁；

在所述透明热传导层上设置的耐熔荧光层，其中所述耐熔荧光层熔合至所述透明热传导层，及所述空腔被设置有所述耐熔荧光层的所述透明热传导层密封，及设置有所述耐熔荧光层的所述透明热传导层卷曲于所述凹壳与一部份所述金属外壳之间；以及

配置为向着所述透明热传导层以及所述耐熔荧光层发光的发光半导体，其中未向着所述耐熔荧光层发光的光被所述反射层反射。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述透明热传导层被配置以消散来自所述耐熔荧光层的热量。

3.根据权利要求1所述的发光装置，该发光装置还包括在所述耐熔荧光层的下面设置的布拉格反射镜。

4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述金属外壳被配置以消散来自所述耐熔荧光层的热量。

5.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述耐熔荧光层包括多个荧光体部件。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其中，所述荧光体部件是荧光体点的阵列。

7.根据权利要求5所述的发光装置，其中，所述荧光体部件是多个单独的荧光体图案。

8.根据权利要求5所述的发光装置，其中，将至少一个所述荧光体部件配置为产生与至少另一个所述荧光体部件所产生的光的颜色不同的光。

9.根据权利要求5所述的发光装置，其中，至少一个所述荧光体部件包括与至少另一个所述荧光体部件所包括的荧光微粒的类型不同的荧光微粒。

10.根据权利要求1所述的发光装置，其中，用从由玻璃、蓝宝石、以及钻石组成的组中所选出的材料来形成所述透明热传导层。

11.一种发光装置，该发光装置包括：

熔结在包括比耐熔荧光层的热导率更高的热导率的透明热传导层上的所述耐熔荧光层，其中所述透明热传导层耦合至一热传导壳体，所述热传导壳体包含一具有一空腔的凹壳及一金属外壳，其中所述具有一空腔的凹壳设置于所述金属外壳内部，所述空腔被设置有所述耐熔荧光层的所述透明热传导层密封，及设置有所述耐熔荧光层的所述透明热传导层卷曲于所述凹壳与一部份所述金属外壳之间；及

一反射层设置于所述空腔内壁，其中所述反射层设置以反射向着所述透明热传导层的光。

12.一种制造发光器件的方法，该方法包括：

在透明热传导层上沉积至少一个荧光体混合物，其中，所述荧光体混合物包括荧光粉、玻璃粉、以及粘合剂；

将所述荧光体混合物熔合至所述透明热传导层；

将所述透明热传导层热耦合至一热传导壳体，所述热传导壳体包含一具有一空腔的凹壳及一金属外壳，其中所述具有一空腔的凹壳设置于所述金属外壳内部，所述空腔被设置有所述荧光体混合物的所述透明热传导层密封，及设置有所述荧光体混合物的所述透明热传导层卷曲于所述凹壳与一部份所述金属外壳之间；及

沉积一反射层于所述空腔内壁，其中所述反射层设置以反射向着所述透明热传导层的光。

13.根据权利要求12所述的方法，更包含多于一个所述荧光体混合物，其中，将一个所述荧光体混合物沉积在荧光体部件的第一阵列中，并且，将另一个所述荧光体混合物沉积在荧光体部件的第二阵列中，使得所述第一阵列的所述荧光体部件不与所述第二阵列的所述荧光体部件相重叠。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将至少一个所述荧光体混合物配置为产生与至少另一个所述荧光体混合物所发出光的颜色不同的光。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，至少一个所述荧光体混合物包括与至少另一个所述荧光体混合物的荧光微粒的类型不同的荧光微粒。

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