CN111712920A - 具有光屏障的磷光体 - Google Patents

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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

一种包括磷光体层的器件，该磷光体层具有布置在该磷光体层内以阻断横向光透射的多个气隙。磷光体层的可以被设计大小和被定位成连续地在多个LED发射器像素上方延伸。

Description

具有光屏障的磷光体
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2017年12月22日提交的美国临时申请No. 62/609,588、2018年12月19日提交的美国非临时申请No. 16/226,487和2018年12月20日提交的美国非临时申请No.16/228,586的权益，其如同完全阐述那样通过引用并入。
技术领域
本发明涉及发光二极管（LED），并且更具体地，涉及具有横向光屏障的陶瓷磷光体。
背景技术
制造具有横向光屏障的小型可寻址LED像素系统可能是困难的。用吸收体、分布式布拉格反射体（DBR）或其他光学隔离材料涂覆磷光体侧壁可以提供部分解决方案，但在大小为500微米或更小数量级的像素的分段LED系统上实施可能是不可行或昂贵的。
当前，通常通过使用侧壁反射体和吸收体隔离每个LED段来控制发射器段之间的光串扰。然而，对于非常小的像素大小的LED，诸如小于500微米或甚至300微米LED的LED，磷光体段紧密间隔，并且对吸收体、DBR或其他光学隔离材料进行侧壁涂覆施加是困难的。
发明内容
在一个实施例中，器件可以包括磷光体层，该磷光体层包括磷光体材料和陶瓷、玻璃或有机粘合剂中的至少一个。可以在磷光体层的特定区、区域或内壁内布置多个气隙以阻断光透射。
在另一实施例中，LED封装包括：磷光体层，其包括磷光体材料和陶瓷、玻璃或有机粘合剂中的至少一个；并且具有布置在其内部的多个气隙，以减少穿过磷光体层的横向光透射。发光二极管（LED）阵列可以附接到磷光体层，其中阵列中的每个LED包括发射器像素。磷光体层的可以被设计大小和被定位成连续地在多个LED发射器像素上方延伸。
在一些实施例中，磷光体层包括分层的薄膜。在其他实施例中，多个气隙中的至少一些围绕在所述磷光体层中的区域限定了连续壁，该连续壁阻断了出射或入射横向光透射。
发光二极管（LED）阵列可以限定像素间巷道（lane）并且磷光体层中的多个气隙中的至少一些被定位为在像素间巷道上方竖直延伸。
在一些实施例中，多个气隙还包括磷光体层中连续通道、不连续通道、部分开放通道和蚀刻针孔中的至少一个。气隙还可以被布置为限定二维图案化的横向光屏障，横向光屏障是径向、线性、矩形、正方形或六边形中的至少一个。在一些实施例中，多个气隙限定了从磷光体层的底部延伸到顶部的二维图案化的横向光屏障。
在另一实施例中，一种制造陶瓷磷光体层的方法包括组合陶瓷粉体前体、陶瓷粘合剂、磷光体材料和溶剂以形成混合物的步骤。混合物被涂覆到衬底上以形成膜。通过下述项中的至少一个来布置创建在涂覆混合物的选定区域中气隙形成的条件：使材料变形或从膜去除材料，或将牺牲材料、烧结棒和珠中的至少一个添加到膜。该膜可以被加热以形成在选定区域中具有气隙的陶瓷磷光体。
在另一个实施例中，一种用于制造具有横向光屏障的陶瓷磷光体层的方法包括以下步骤：混合陶瓷粉体前体、陶瓷粘合剂、溶剂和聚合物珠或棒；狭缝挤压式涂覆到衬底上以形成薄膜；以及层叠多极片以形成较厚层。棒和珠或其他牺牲材料可以被烧结以创建气穴，并且通过切割或抛光这些层来完成磷光体陶瓷。
附图说明
图1A是具有分解部分的LED阵列的俯视图图示；
图1B是具有沟槽的LED阵列的截面图示；
图1C是具有沟槽的另一LED阵列的透视图示；
图1D图示了具有参考图1A的1平方毫米（未按比例绘制）的发射器矩阵的示例性LED;
图1E图示了具有参考图1A的1平方毫米（未按比例绘制）的发射器矩阵的示例性LED;
图1F以截面图图示了图1A、1D、1E的阵列中的单个发射器；
图1G以截面图图示了图1A、1D、1E的阵列中的单个发射器的另一实施例；
图1H图示了图1G的示例性器件的俯视图和侧视图;
图1I图示了图1G的示例性器件的俯视图和侧视图;
图1J图示了制造具有横向光屏障的陶瓷磷光体层的方法；
图1K图示了制造具有气隙的陶瓷磷光体层的一般方法；
图2A是在一个实施例中在LED器件附接区处具有附接到衬底的LED阵列的电子板的俯视图；
图2B是两通道集成LED照明系统的一个实施例的示图，其中电子部件安装在电路板的两个表面上；
图2C是示例性车辆前灯系统；以及
图3示出了示例性光照系统。
具体实施方式
在下文中将参照附图更全面地描述不同的光照系统和/或发光二极管（“LED”）实现方式的示例。这些示例不是互相排斥的，并且可以将在一个示例中找到的特征与在一个或多个其他示例中找到的特征组合，以实现附加的实现方式。因此，将理解到，附图中所示的示例仅出于说明性目的提供，并且它们不意图以任何方式限制本公开。相似的数字始终指代相似的元件。
应该理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语可以用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括相关联的列出项中的一个或多个的任何及所有组合。
应当理解，当诸如层、区或衬底的元件被称为“在另一元件上”或“延伸到另一元件上”时，它可以直接在另外元件上或直接延伸到另外元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，可以不存在中间元件。还将理解，当一元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另外元件，和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另外元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，在该元件和另外元件之间不存在中间元件。将理解，附加于图中所描绘的任何取向，这些术语旨在涵盖元件的不同取向。
诸如“下面”、“上面”、“上”、“下”、“水平”或“竖直”的相对术语在本文中可以用来描述如图所示的一个元件、层或区与另一个元件、层或区的关系。应当理解，附加于图中所描绘的取向，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。
半导体发光器件（LED）或光功率发射器件（诸如发射紫外（UV）或红外（IR）光功率的器件）跻身于当前可用的最高效的光源。这些器件（在下文中称为“LED”）可以包括发光二极管、谐振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、边缘发射激光器等等。例如，由于其紧凑的大小和较低的功率要求，LED可能是许多不同应用的有吸引力的候选者。例如，它们可以被用作手持式电池供电设备（诸如相机和手机）的光源（例如，闪光灯和相机闪光灯）。例如，它们还可以被用于汽车照明、平视显示器（HUD）照明、园艺照明、街道照明、视频火炬、普通光照（例如，家庭、商店、办公室和工作室照明、剧院/舞台照明和建筑照明）、增强现实（AR）照明、虚拟现实（VR）照明（作为显示器的背光）和IR光谱。单个LED可以提供没有白炽灯光源亮的光，并且因此，多结器件或LED阵列（诸如单片LED阵列、微型LED阵列等）可以被用于期望或需要更高亮度的应用。
诸如以下描述的用于在陶瓷磷光体系统内创建横向光屏障的方法和结构可以与侧壁或段间巷道反射体和吸收体结合使用，或作为侧壁或段间巷道反射体和吸收体的替代或改进而使用。
根据所公开的主题的实施例，LED阵列（例如，微型LED阵列）可以包括如图1A、1B和/或1C所示的像素阵列。LED阵列可以被用于任何应用，诸如需要精确控制LED阵列区段的那些应用。LED阵列中的像素可以是单独可寻址的，可以是以组/子集可寻址的，或者可以不是可寻址的。在图1A中，示出了具有像素111的LED阵列110的俯视图。图1A中还示出了LED阵列110的3×3部分的分解图。如3x3部分的分解图所示，LED阵列110可以包括具有近似100μm或更小（例如，40μm）的宽度w1的像素111。像素之间的巷道113可以以近似20μm或更小（例如，5μm）的宽度w2分开。巷道113可以在像素之间提供气隙，或者可以包含其他材料，如图1B和1C所示并在本文中进一步公开的。从一个像素111的中心到相邻像素111的中心的距离d1可以是近似120μm或更小（例如，45μm）。将理解到，本文中提供的宽度和距离仅是示例，并且实际的宽度和/或尺寸可以变化。
将理解到，尽管在图1A、B和C中示出了以对称矩阵布置的矩形像素，但可以将任何形状和布置的像素应用于本文中公开的实施例。例如，图1A的LED阵列110可以包括以任何适用的布置的超过10,000个像素，该布置诸如是100×100矩阵、200×50矩阵、对称矩阵、非对称矩阵等等。还将理解到，可以以任何适用的格式布置多组像素、矩阵和/或板，以实现本文中公开的实施例。
图1B示出了示例性LED阵列1000的剖视图。如所示的，像素1010、1020和1030对应于LED阵列内的三个不同像素，使得分离部分1041和/或n型接触部1040将像素彼此分离。根据实施例，像素之间的空间可以被气隙占据。如所示的，像素1010包括外延层1011，该外延层1011可以生长在可以从外延层1011去除的任何适用的衬底上，该衬底诸如例如是蓝宝石衬底。远离接触部1015的生长层的表面可以是基本上平坦的或可以被图案化。p型区1012可以位于p接触部1017附近。有源区1021可以邻近于n型区和p型区1012设置。替换地，有源区1021可以在半导体层或n型区与p型区1012之间，并且可以接收电流，以使得有源区1021发射光束。p接触部1017可以与SiO2层1013和1014以及镀金属（例如，镀铜）层1016相接触。n型接触部1040可以包括诸如Cu之类的适用金属。金属层1016可以与反射层1015接触，该反射层1015可以充当接触部。
值得注意的是，如图1B所示，n型接触部1040可以沉积到在像素1010、1020和1030之间创建的沟槽1130中，并且可以延伸超过外延层。分离部分1041可以分离全部（如所示的）或部分转换器材料1050。将理解到，可以在没有这样的分离部分1041的情况下实现LED阵列，或者分离部分1041可以对应于气隙。分离部分1041可以是n型接触部1040的延伸，使得分离部分1041由与n型接触部1040相同的材料（例如，铜）形成。替换地，分离部分1041可以由与n型接触部1040不同的材料形成。根据实施例，分离部分1041可以包括反射材料。分离部分1041和/或n型接触部1040中的材料可以以任何适用的方式沉积，诸如例如，但是施加包括或允许n型接触部1040和/或分离部分1041的沉积的网状结构。转换器材料1050可以具有类似于图2A的波长转换层205的特征/属性。如本文中提出的，一个或多个附加层可以涂覆分离部分1041。这样的层可以是反射层、散射层、吸收层或任何其他适用的层。一个或多个钝化层1019可以将n-接触部1040与外延层1011完全或部分分开。
外延层1011可以由包括蓝宝石、SiC、GaN、硅树脂的任何适用的材料形成以在被激发时发射光子，并且可以更具体地由以下各项形成：III-V族半导体，其包括但不限于AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；II-VI族半导体，其包括但不限于ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；IV组半导体，其包括但不限于Ge、Si、SiC；及其混合物或合金。这些示例性半导体在它们存在的LED的典型发射波长处可以具有范围为从大约2.4到大约4.1的折射率。例如，III族氮化物半导体（诸如GaN）可以在500 nm处具有大约2.4的折射率，并且III族磷化物半导体（诸如InGaP）可以在600 nm处具有大约3.7的折射率。耦合到LED器件200的接触部可以由诸如AuSn、AuGa、AuSi或SAC焊料之类的焊料形成。
该n型区可以在生长衬底上生长，并且可以包括一层或多层半导体材料，其包括不同的成分和掺杂剂浓度，包括例如制备层（诸如缓冲层或成核层），和/或被设计成便于去除生长衬底的层。这些层可以是n型的，或者不是故意掺杂的，或者甚至可以是p型器件层。可以针对发光区期望的特定光学、材料或电属性来设计这些层，以高效发射光。类似地，p型区1012可以包括具有不同成分、厚度和掺杂剂浓度的多个层，包括非有意掺杂的层或n型层。可以使电流（例如，经由接触部）流过pn结，并且像素可以生成第一波长的光，该第一波长至少部分地由材料的带隙能量确定。像素可以直接发射光（例如，常规LED或直接发射LED），或者可以将光发射到波长转换层1050（例如，磷光体转换的LED、“PCLED”等）中，该波长转换层1050的作用是进一步将发射的光的波长修改为输出第二波长的光。
尽管图1B示出了具有以示例性布置的像素1010、1020和1030的示例性LED阵列1000，但将理解到，LED阵列中的像素可以以多种布置中的任一种来提供。例如，像素可以是倒装芯片结构、垂直注入薄膜（VTF）结构、多结结构、薄膜倒装芯片（TFFC）、横向器件等。例如，横向LED像素可以类似于倒装芯片的LED像素，但是可以不上下颠倒以将电极直接连接到衬底或封装。TFFC也可以类似于倒装芯片LED像素，但是可以去除生长衬底（留下无支撑的薄膜半导体层）。相反地，生长衬底或其他衬底可以被包括为倒装芯片LED的一部分。
波长转换层1050可以处于由有源区1021发射的光的路径中，使得由有源区1021发射的光可以穿越一个或多个中间层（例如，光子层）。根据实施例，波长转换层1050或可以不存在于LED阵列1000中。波长转换层1050可以包括任何发光材料，诸如例如，透明或半透明粘合剂或基质中的磷光体颗粒，或吸收一种波长的光并发射不同波长的光的陶瓷磷光体元件。波长转换层1050的厚度可以基于所使用的材料或布置LED阵列1000或个体像素1010、1020和1030的应用/波长来确定。例如，波长转换层1050可以是近似20μm、50μm或200μm。如所示的，波长转换层1050可以设置在每个个体像素上，或者可以放置在整个LED阵列1000上方。
主光学器件1022可以在一个或多个像素1010、1020和/或1030上或上方，并且可以允许光从有源区101和/或波长转换层1050传过主光学器件。通常可以基于朗伯分布图案来发射经由主光学器件的光，以使得当从理想的漫射辐射体观察时，经由主光学器件1022发射的光的发光强度与入射光的方向和表面法线之间的角度的余弦成正比。将理解到，可以修改主光学器件1022的一个或多个属性来产生与朗伯分布图案不同的光分布图案。
包括透镜1065和波导1062之一或两者的次级光学器件可以设置有像素1010、1020和/或1030。将理解到，尽管利用多个像素、根据图1B所示的示例讨论了次级光学器件，也可以为单个像素提供次级光学器件。次级光学器件可以被用来散布传入光（发散光学器件），或将传入光聚集到准直射束中（准直光学器件）。波导1062可以涂覆有介电材料、金属化层等等，并且可以被设置为反射或重定向入射光。在替换的实施例中，照明系统可以不包括以下各项中的一个或多个：波长转换层1050、主光学器件1022、波导1062和透镜1065。
透镜1065可以由任何适用的透明材料形成，该透明材料诸如是但不限于SiC、氧化铝、金刚石等等或它们的组合。透镜1065可以被用来修改要输入到透镜1065中的光束，使得来自透镜1065的输出射束将有效地满足期望的光度规格。附加地，透镜1065可以诸如通过确定多个LED器件200B的点亮和/或熄灭外观来达到一个或多个美学目的。
图1C示出了LED阵列1100的三维视图的截面。如所示的，LED阵列1100中的像素可以被沟槽分开，该沟槽被填充以形成n接触部1140。像素可以在衬底1114上生长，并且可以包括p接触部1113、p-GaN半导体层1112、有源区1111和n-Gan半导体层1110。将理解到，仅作为示例提供此结构，并且可以添加、去除或部分地添加或去除一个或多个半导体或其他适用的层，以实现本文中提供的公开内容。可以将转换器材料1117沉积在半导体层1110（或其他适用的层）上。
如所示的，可以在沟槽1130内形成钝化层1115，并且可以在沟槽1130内沉积n接触部1140（例如，铜接触部）。钝化层1115可以将n接触部1140的至少一部分与半导体的一个或多个层分开。根据一实现方式，沟槽内的n接触部1140或其他适用的材料可以延伸到转换器材料1117中，使得n接触部1140或其他适用的材料在像素之间提供完全或部分光学隔离。
图1D图示了具有参考图1A的1平方毫米（未按比例绘制）的发射器矩阵的示例性LED。在图1D中，图示了在1平方毫米内的发射器的3×3矩阵。每个发射器是大约300微米，发射器之间有50微米的空间。发射器中心到发射器中心的间距是大约350微米。
图1E图示了具有参考图1A的1平方毫米（未按比例绘制）的发射器矩阵的示例性LED。在图1E中，图示了在1平方毫米内的发射器的10×10矩阵（仅表示矩阵的一部分）。每个发射器是大约80微米，发射器之间有20微米的空间。发射器中心到发射器中心的间距是大约100微米。
随着发射器的大小已经减小到低于500微米和减小到图1A、1D、1E中所描绘的大小，或者甚至是300微米之下（sub-300 microns）和100微米之下（sub-100 microns）的其他配置，或甚至低至例如数十微米的其他配置，并且发射器之间的间距持续减小，现有解决方案中使用的有吸收体、分布式布拉格反射体（DBR）或其他光学隔离材料的涂覆磷光体侧壁无法提供必要的隔离。
图1F以截面图图示了图1A、1D、1E的阵列中的单个发射器1。发射器1包括支撑有源区3和衬底4的焊料层2。图案层5与衬底4相邻并且远离有源区3。
焊料层2可以由AuSn或其他金属材料形成，并且通常提供与诸如印刷电路板（PCB）的板的金属接触部。如所图示的，焊料层2可以是大约50微米（如所示为47微米）厚。
有源区3或半导体层可以采取一层pGaN的形式。该有源区3是发射器有源区。如具有相关技术普通技能的人将了解的，GaN是发光二极管中通常使用的二元III/V族直接带隙半导体。GaN具有3.4 eV的宽带隙的晶体结构，这使该材料成为光电子（optoelectronics）、高功率和高频器件中应用的理想选择。GaN可以用硅（Si）或用氧掺杂，以创建n型GaN，和用镁（Mg）掺杂以创建p型GaN，如本示例中所使用的那样。衬底4可以由GaN形成。衬底4和有源区3可以为大约6微米，其中衬底4为大约5微米，并且有源区3为大约1微米。
图案层5可以采取图案化的蓝宝石衬底（PSS）层的形式。图案层5可以在蓝宝石衬底表面上提供具有变化的几何形状和尺寸的周期性结构。这些具有各种形状（诸如圆锥形、圆顶形、金字塔形和柱形等）的周期性结构的蓝宝石晶片称为PSS。PSS指图案化的蓝宝石衬底，其中GaN在具有增强提取的图案的蓝宝石衬底上生长。在所图示的配置中，蓝宝石已被去除，而使图案5在GaN 4表面上配准。
图案化的磷光体层6与图案层5相邻并且远离衬底4。该图案化的磷光体层6为大约30微米厚。在该结构中不存在蓝宝石，其中将图案化的磷光体层6直接安装在衬底4上。图案化的磷光体层5可以包括DBR 7。可以通过竖直延伸的光屏障元件部分地提供光学隔离，该光屏障元件定位成在整个图案化的磷光体层6以及分别附接到图案化的磷光体层6和衬底4上或内部的DBR 7上竖直延伸。其他实施例可以包括在竖直延伸的光屏障元件内的DBR、吸收体和金属化的各种组合，以改善发射器之间的光学隔离。
图1G以截面图图示了图1A、1D、1E的阵列中的单个发射器10的另一实施例。在该实施例中，发射器10包括衬底14。衬底14例如可以是硅或陶瓷衬底。邻近该衬底14的是发射器区13（在图1G中用四个发射器示出），每个发射器区13被DBR 17包围。发射器13可以是例如GaN半导体发射器。图案化的磷光体区16与发射器13相邻并且远离衬底14。
为了实现光学隔离，例如，图1F和图1G的图案化的磷光体区16或层可以采用诸如Lumiramic的陶瓷磷光体的形式，该陶瓷磷光体被形成为具有在GaN附接表面23和磷光体发射表面22之间竖直延伸的内部光屏障21。光屏障21可以是组成上相异的材料、薄膜或金属反射体。Lumiramic可以用于图1F中的图案磷光体层6。光屏障21可以形成在布置在每个GaN台面之上的分段磷光体中，或者形成在在多个GaN台面上方延伸的连续磷光体层中。
可替代地，可以通过提供气隙来形成光屏障21，该气隙限定了穿过磷光体的连续通道、不连续通道或部分开放通道，或者蚀刻的针孔。通道或针孔可以是结构化的、部分结构化的或随机定义的。可以定义径向、线性、矩形、正方形、六边形或其他适当形状的壁或结构。可以引入高折射率和/或低折射率的颗粒。例如，包括磷光体陶瓷前体和光屏障/反射体/散射体的两层或更多层膜可以重复地折叠、切片和烧制以形成可取向以减少横向光传播的磷光体陶瓷。
磷光体陶瓷内的光屏障21在磷光体的覆盖GaN发射器的区域内对准，磷光体陶瓷内的光屏障21在磷光体的覆盖GaN发射器的区域内沿像素周边对准，和/或磷光体陶瓷内的光屏障21在磷光体的覆盖GaN发射器的区域外通过与（例如，GaN台面之间的）像素间巷道对准而对准。在连续的磷光体陶瓷层跨多个GaN台面延伸的其他实施例中，将侧壁DBR层施加到GaN上，随后在连续的磷光体中竖直延伸光屏障21元件（在这种情况下为气隙散射壁）。
如下文将描述的，可以在磷光体的制造期间（例如，通过重复折叠包括光屏障和磷光体陶瓷前体的双层），在创建陶瓷之后或在附接到GaN之后，创建竖直延伸的光屏障21元件。可以使用激光钻孔或喷水钻孔来创建光屏障21。
图1H图示了图1G的示例性器件30的俯视图和侧视图。器件30包括具有发射器13并且包括衬底14。衬底14例如可以是硅或陶瓷衬底。邻近该衬底14的是发射器区13（在图1G中示出为具有四个发射器），每个发射器区13被带有金属、电介质或漫反射体的侧涂覆38包围。发射器13可以是例如GaN半导体发射器。图案化的磷光体区36与发射器13相邻并且远离衬底14。GaN像素周围的金属涂覆37被示出为勾画了像素。磷光体区36包括多个呈孔形式的竖直光屏障31。层36可以例如通过蚀刻以随机布置的孔31布置。这样的孔31可以是圆柱形的，并且竖直穿过层36。孔31可以是球形形状的，并且可以嵌入层36中。孔31的直径可以在50至400nm之间变化，并且孔间间距可以在0至300nm的范围内变化。除了具有圆形截面的孔31之外，还可以使用具有矩形截面的孔（未示出）。也可以使用延伸深入到该层中的金字塔形孔阵列（未示出）。气孔31可以用金属散射元件和电介质回填以增强反射/吸收的光。如图1H的俯视图中所示，孔31在整个层36上随机地间隔开。
图1I图示了图1G的示例性器件40的俯视图和侧视图。器件40包括具有发射器13并且包括衬底14。衬底14例如可以是硅或陶瓷衬底。邻近该衬底14的是发射器区13（在图1G中示出为具有四个发射器），每个发射器区13被带有金属、电介质或漫反射体的侧涂覆38包围。发射器13可以是例如GaN半导体发射器。图案化的磷光体区46与发射器13相邻并且远离衬底14。GaN像素周围的金属涂覆37被示出为勾画了像素。磷光体区46包括多个竖直光屏障41。竖直光屏障41可以限定像素边缘（中心的两个像素），而其他光屏障提供在每个像素（边缘像素）上方的磷光体层46中形成的竖直光屏障41。在图1I中图示出，存在与金属涂覆37的像素边缘对准的竖直屏障46。这允许磷光体转换器在z方向上进行波导，而在的x-y平面中不进行波导，从而提供相邻物之间增加的像素隔离。可以使用有序结构，例如光子晶体和超材料。光子晶体可以提供具有至少三层单位晶胞的竖直孔的矩形、三角形和六边形图案。每个单位晶胞可以具有在100-400 nm变化的孔直径，并且单位晶胞大小在300至600 nm之间变化。如图1I的俯视图中所图示的，竖直屏障41在36中提供网格图案。
图1J图示了制造具有横向光屏障的陶瓷磷光体层的方法50。制备这样的层的方法50包括：在步骤51处，混合陶瓷粉体前体、陶瓷粘合剂、溶剂和添加聚合物珠或棒（诸如PMMA）。方法50还包括：在步骤52处，将混合物狭缝挤压式涂覆在衬底上以形成薄膜。方法50还包括：在步骤53处，层叠多个片以形成适合于磷光体陶瓷的较厚层。在溶剂的初始烘焙之后，方法50包括：在步骤54处烧结聚合物珠或棒以创建气穴。这些珠或棒的图案和排列可以帮助在陶瓷磷光体膜中制备适当的光学散射。方法50还包括在步骤55处通过切割和/或抛光以创建供LED使用的适当大小的薄片和取向来完成磷光体膜。
图1K图示了制造具有气隙的陶瓷磷光体层的一般方法60。该方法包括通过组合陶瓷粉体前体、陶瓷粘合剂、磷光体材料和溶剂以形成混合物来制造陶瓷磷光体层（步骤61）。将混合物涂覆到衬底上以形成膜（步骤62）。通过下述项中的至少一个来布置创建在涂覆混合物的选定区域中气隙形成的条件：使材料变形或从膜去除材料，或将牺牲材料、烧结棒和珠中的至少一个添加到膜（步骤63）。可以对膜进行加热以形成在选定区域中具有气隙的陶瓷磷光体（步骤64）。
图1J和图1K分别示出了用于形成具有横向光屏障的陶瓷磷光体层的方法50和60的步骤。本领域普通技术人员将理解，可以涉及更多或更少的步骤。另外，可以组合任何步骤以同时执行。这些步骤的顺序也可以被改变，使得步骤中的任何一个或多个以不同于图1J和1K中所图示的顺序的顺序执行。
在图1A-K中描述的器件可以供如下描述的器件使用和供如下描述的电子器件使用。例如，图1A-K中的器件可以是下面描述的LED阵列410。
在一个实施例中，图2A是具有LED阵列410的电子板的俯视图，该LED阵列410在LED器件附接区318处附接到衬底。电子板与LED阵列410一起表示LED系统400A。附加地，功率模块312通过迹线418B接收在Vin 497处输入的电压和来自连接性和控制模块316的控制信号，并且通过迹线418A向LED阵列410提供驱动信号。LED阵列410经由来自功率模块312的驱动信号来接通和断开。在图2A所示的实施例中，连接性和控制模块316通过迹线418C从传感器模块314接收传感器信号。
图2B图示了两通道集成LED照明系统的一个实施例，其中电子部件安装在电路板499的两个表面上。如图2B所示，LED照明系统400B包括：第一表面445A和安装在其上的AC/DC转换器电路412，该第一表面445A具有用于接收调光器信号和AC功率信号的输入。LED系统400B包括具有调光器接口电路415的第二表面445B、DC-DC转换器电路440A和440B、具有微控制器472的连接性和控制模块416（在该示例中为无线模块）以及安装在其上的LED阵列410。LED阵列410由两个独立的通道411A和411B驱动。在替换的实施例中，单个通道可以被用来将驱动信号提供给LED阵列，或者任何数量的多个通道可以被用来将驱动信号提供给LED阵列。
LED阵列410可以包括两组LED器件。在示例实施例中，组A的LED器件电耦合至第一通道411A，并且组B的LED器件电耦合至第二通道411B。两个DC-DC转换器440A和440B中的每一个可以分别经由单个通道411A和411B提供相应的驱动电流，以用于驱动LED阵列410中的相应的LED组A和B。LED组之一中的LED可以被配置成发射具有与第二组LED中的LED不同的色点的光。通过控制由单个DC/DC转换器电路440A和440B分别经由单个通道411A和411B施加的电流和/或占空比，可以在一范围内调谐由LED阵列410发射的光的复合色点的控制。尽管图2B所示的实施例不包括传感器模块（如图2A中所述），但是替换的实施例可以包括传感器模块。
所图示的LED照明系统400B是集成系统，其中LED阵列410和用于操作LED阵列410的电路被设置在单个电子板上。电路板499的同一表面上的模块之间的连接可以电耦合，以用于通过表面或子表面互连（诸如迹线431、432、433、434和435或金属化（未示出））来交换例如模块之间的电压、电流和控制信号。电路板499的相对表面上的模块之间的连接可以由通过诸如通孔和金属化（未示出）之类的板互连来电耦合。
根据实施例，可以提供LED系统，其中LED阵列在与驱动器和控制电路分开的电子板上。根据其他实施例，LED系统可以具有LED阵列连同与驱动器电路分开的电子板上的一些电子器件。例如，LED系统可以包括功率转换模块和位于与LED阵列分开的电子板上的LED模块。
根据实施例，LED系统可以包括多通道LED驱动器电路。例如，LED模块可以包括嵌入式LED校准和设置数据以及例如三组LED。本领域普通技术人员将意识到，任何数量的LED组可以与一个或多个应用一致地使用。每个组内的个体LED可以串联或并联布置，并且可以提供具有不同色点的光。例如，可以由第一组LED提供暖白光，可以由第二组LED提供冷白光，并且可以由第三组提供中性白光。
图2C示出了示例性车辆前灯系统300，其包括车辆功率302，该车辆功率302包括数据总线304。传感器模块307可以连接到数据总线304，以提供与环境条件（例如，环境光条件、温度、时间、雨、雾等）、车辆条件（停放的、运动中、速度、方向）、其他车辆、行人、对象等等的存在/方位有关的数据。传感器模块307可以与图2A的传感器模块314相似或相同。AC/DC转换器305可以连接到车辆功率302。
图2C的AC/DC转换器312可以与图2B的AC/DC转换器412相同或相似，并且可以从车辆功率302接收AC功率。它可以将AC功率转换成DC功率，如对于AC-DC转换器412在图2B中描述的。车辆前灯系统300可以包括：有源前灯330，其接收由AC/DC转换器305、连接性和控制模块306和/或传感器模块307或基于它们所提供的一个或多个输入。作为示例，传感器模块307可以检测到行人的存在，使得行人没有被很好地照亮，这可能减小驾驶员看见行人的可能性。基于这样的传感器输入，连接性和控制模块306可以使用从AC/DC转换器305提供的功率将数据输出到有源前灯330，使得输出数据激活有源前灯330内包含的LED阵列中的LED的子集。当被激活时，LED阵列中的LED的子集可以在传感器模块307感测到行人的存在的方向上发射光。在传感器模块207提供确认行人不再在包括车辆前灯系统的车辆的路径中的更新数据之后，可以去激活这些LED的子集或可以以其他方式修改它们的光束方向。
图3示出了示例系统550，其包括应用平台560、LED系统552和556以及光学器件554和558。LED系统552产生在箭头561a与561b之间示出的光束561。LED系统556可以产生在箭头562a与562b之间的光束562。在图3所示的实施例中，从LED系统552发射的光传过次级光学器件554，并且从LED系统556发射的光传过次级光学器件556。在替换的实施例中，光束561和562不传过任何次级光学器件。次级光学器件可以是或可以包括一个或多个光导。一个或多个光导可以是边缘照亮的，或者可以具有限定了光导的内部边缘的内部开口。LED系统552和/或556可以插入一个或多个光导的内部开口中，使得它们将光注入到一个或多个光导的内部边缘（内部开口的光导）或外部边缘（边缘照亮的光导）中。LED系统552和/或556中的LED可以围绕作为光导的一部分的基部的圆周布置。根据实现方式，基部可以是导热的。根据实现方式，基部可以耦合到布置在光导上方的散热元件。散热元件可以被布置成经由导热基部接收由LED生成的热并且耗散接收到的热。一个或多个光导可以允许LED系统552和556发射的光以期望的方式成形，该期望的方式诸如例如具有梯度、倒角分布、窄分布、宽分布、角度分布等等。
在示例实施例中，系统550可以是具有相机闪光灯系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如路灯之类的室外灯、汽车、医疗设备、AR/VR设备和机器人设备。在示例实施例中，图2A所示的LED系统400A和图2C所示的车辆前灯系统300图示了LED系统552和556。
如本文中讨论的，应用平台560可以经由功率总线、经由线565或其他适用的输入向LED系统552和/或556提供功率。另外，应用平台560可以经由线565提供用于操作LED系统552和LED系统556的输入信号，该输入可以基于用户输入/偏好、感测到的读数、预编程或自主确定的输出等等。一个或多个传感器可以在应用平台560的壳体内部或外部。替换地或此外，如图2A的LED系统400所示，每个LED系统552和556可以包括其自己的传感器模块、连接性和控制模块、功率模块和/或LED器件。
在实施例中，应用平台560传感器和/或LED系统552和/或556传感器可以收集诸如视觉数据（例如，LIDAR数据、IR数据、经由相机收集的数据等）、音频数据、基于距离的数据、移动数据、环境数据等等的数据或其组合。该数据可以与诸如对象、个人、车辆等的物理项目或实体相关。例如，感测装备可以为基于高级驾驶员辅助系统/自动驾驶汽车（ADAS/AV）的应用收集对象接近性数据，这可以基于检测到物理项目或实体来优先处理检测和随后的动作。可以基于例如由LED系统552和/或556发射的光学信号（诸如IR信号），并且基于所发射的光学信号来收集数据来收集数据。可以通过与发射用于数据收集的光学信号的部件不同的部件来收集数据。继续该示例，感测装备可以位于汽车上，并且可以使用垂直腔表面发射激光器（VCSEL）发射射束。一个或多个传感器可以感测对发射的射束或任何其他适用输入的响应。
在示例性实施例中，应用平台560可以表示汽车，并且LED系统552和LED系统556可以表示汽车前灯。在各种实施例中，系统550可以表示具有可转向光束的汽车，其中可以选择性地激活LED来提供可转向光。例如，LED阵列可以被用来定义或投影形状或图案或仅照亮道路的所选部分。在示例性实施例中，LED系统552和/或556内的红外相机或检测器像素可以是识别场景的需要光照的一部分（道路、人行横道等）的传感器（例如，类似于图2A的传感器模块314和图2C的307）。
诸如本文所公开的发光阵列或微型LED阵列可支持受益于光分布的细粒度强度、空间和时间控制的广泛应用。这可以包括但不限于，来自块或单个LED的发射光的精确空间图案化。取决于应用，发射光可以是光谱上相异的、随时间适应的和/或对环境响应性的。在一些实施例中，发光阵列可以以各种强度、空间或时间图案提供预编程的光分布。发射光可以至少部分地基于接收到的传感器数据，并且可以用于光学无线通信。关联的光学器件可以在单个或多个LED级别相异。示例性发光阵列可以包括具有高强度LED的共同控制的中央块以及相关联的共同光学器件的器件，而边缘定位的LED可以具有单独的光学器件。发光LED阵列支持的常见应用包括视频照明、汽车前灯、建筑和区域照明、街道照明以及信息显示。
可编程发光阵列可以用于选择性地和自适应地照明建筑物或区域，以改善视觉显示或降低照明成本。另外，发光阵列可以用来投射用于装饰性动态（motion）或视频效果的媒体立面。结合跟踪传感器和/或相机，行人周围区域的选择性照明可以是可行的。光谱相异的LED可用于调整照明的色温，以及支持特定波长的园艺照明。
街道照明是可以极大地受益于使用可编程发光阵列的一重要的应用。一单个类型的发光阵列可以被用于模仿各种路灯类型，例如，通过适当地激活或去激活选定的LED来允许在类型I线性路灯和类型IV半圆形路灯之间切换。另外，可通过根据环境条件或使用时间调整光束强度或分布来降低街道照明成本。例如，当不存在行人时，可以减小光强度和分布面积。如果发光阵列的LED在光谱上相异，则可以根据各自的日光、暮光或夜间条件来调节光的色温。
可编程发光LED也非常适合支持需要直接或投影显示的应用。例如，需要校准或警告、紧急情况或信息标志的汽车前灯都可以使用发光阵列来显示或投射。例如，这允许修改从汽车前灯输出的光的方向性。如果发光阵列包括大量的LED或包含合适的动态光罩，则可以利用用户指导的放置来呈现文本或数字信息。也可以提供方向箭头或类似的指示符。
已经详细描述了实施例，本领域技术人员将领会到，在给定本说明书的情况下，可以对本文中描述的实施例进行修改而不脱离该发明构思的精神。因此，并不意图本发明的范围被限制到所图示和所描述的具体实施例。

Claims (19)

1. 一种器件，包括：
磷光体层，其包括磷光体材料，和陶瓷、玻璃或有机粘合剂中的至少一个；和
多个气隙，其布置在所述磷光体层内以阻断光透射。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述磷光体层被设计大小和被定位成连续地在多个LED发射器像素上方延伸。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述磷光体层能够被定位成装配在多个LED发射器像素上。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述磷光体层包括分层的薄膜。
5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述多个气隙限定至少一个横向光屏障，以阻断横向光透射。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述磷光体层中的所述多个气隙中的至少一些被限定为定位成相对于在多个LED发射器上限定的像素间巷道竖直地延伸。
7.根据权利要求1所述的器件，其中，所述多个气隙还包括：所述磷光体层中连续通道、不连续通道、部分开放通道和蚀刻针孔中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述多个气隙限定二维图案化的横向光屏障，所述二维图案化的横向光屏障是径向、线性、矩形、正方形或六边形中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述多个气隙限定从陶瓷磷光体层的底部延伸到顶部的二维图案化的横向光屏障。
10. 一种LED封装，包括：
磷光体层，其包括磷光体材料，和陶瓷、玻璃或有机粘合剂中的至少一个，并且具有布置在其内部的多个气隙，以减少穿过所述磷光体层的横向光透射；和
发光二极管（LED）阵列，其附接到所述磷光体层，所述阵列中的每个LED包括发射器像素。
11.根据权利要求10所述的LED封装，其中，所述磷光体层被设计大小和被定位成连续地在多个LED发射器像素上方延伸。
12.根据权利要求10所述的LED封装，其中，所述磷光体层包括分层的薄膜。
13.根据权利要求10所述的LED封装，其中，所述多个气隙中的至少一些围绕所述磷光体层中的区域限定了连续壁，所述连续壁阻断了出射或入射的横向光透射。
14.根据权利要求10所述的LED封装，其中，所述发光二极管（LED）阵列限定像素间巷道；并且其中所述磷光体层中的所述多个气隙中的至少一些被定位为在所述像素间巷道上方竖直延伸。
15.根据权利要求10所述的LED封装，其中，所述多个气隙还包括：所述磷光体层中连续通道、不连续通道、部分开放通道和蚀刻针孔中的至少一个。
16.根据权利要求10所述的LED封装，其中，所述多个气隙限定二维图案化的横向光屏障，所述二维图案化的横向光屏障是径向、线性、矩形、正方形或六边形中的至少一个。
17.根据权利要求10所述的LED封装，其中，所述多个气隙限定从磷光体层的底部延伸到顶部的二维图案化的横向光屏障。
18.一种制造陶瓷磷光体层的方法，所述方法包括以下步骤：
组合陶瓷粉体前体、陶瓷粘合剂、磷光体材料和溶剂以形成混合物；
将所述混合物涂覆到衬底上以形成膜；
通过下述项中的至少一个来创建用于在涂覆混合物的选定区域中的气隙形成的条件：使材料变形或从所述膜去除材料，或向所述膜添加牺牲材料、烧结棒和珠中的至少一个；和
加热所述膜以形成在选定区域中具有气隙的陶瓷磷光体。
19.一种制造具有横向光屏障的陶瓷磷光体层的方法，所述方法包括以下步骤：
混合陶瓷粉体前体、陶瓷粘合剂、溶剂和聚合物珠或棒；
狭缝挤压式涂覆到衬底上以形成薄膜；
层叠多极片以形成较厚层；
烧结棒和珠以创建气穴；和
切割或抛光所述层。
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