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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf lichtemittierende Vorrichtungen
und insbesondere auf lichtemittierende Dioden mit einer Phosphorschicht,
die als Quelle von weißem
Licht und für
andere Anwendungen nützlich
sind.
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Herkömmliche
Weißlichtquellen
umfassen Vorrichtungen wie Glühlampen
und Leuchtstofflampen. Derartige Vorrichtungen weisen mehrere unerwünschte Charakteristika
auf, unter anderem Größe, Leistungsverbrauch,
begrenzte Betriebsdauer. Alternative Weißlichtquellen weisen wunschgemäß verbesserte
Charakteristika auf.
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Halbleiterbauelemente
wurden bisher als alternative Weißlichtquellen mit einem Ziel
untersucht, Weißlichtquellen
zu finden, die sowohl leistungs- als auch kosteneffizient sind.
Lichtemittierende Dioden (LEDs) sind kompakt und emittieren Licht
einer klaren Farbe mit hoher Effizienz. Da sie Festkörperelemente
sind, weisen LEDs lange Betriebszeiten, gute Anfangstreibercharakteristika
und eine gute Schwingungsfestigkeit auf und halten wiederholten
EIN-/AUS-Operationen
stand. Deshalb finden sie bisher bei Anwendungen wie verschiedenen
Indikatoren und verschiedenen Lichtquellen breite Verwendung. Bei
vielen Anwendungen können
LEDs geeignete Lichtquellen bei einem geringen Leistungsverbrauch
liefern.
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Herkömmliche
LEDs weisen in der Regel ein schmales Emissionsspektrum auf (erzeugen
monochromatisches Licht) und weisen somit nicht ein breites Emissionsspektrum
auf, das notwendig ist, um weißes
Licht zu liefern. In der letzten Zeit werden Vorrichtungen, die
eine Kombination von LEDs verwenden, um drei Lichtkomponenten von
Rot, Grün
und Blau (R, G und B) zu liefern, verwendet, um weißes Licht
zu liefern.
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Große Bildschirm-LED-Anzeigen,
die diese lichtemittierenden Dioden verwenden, sind mittlerweile
in Gebrauch. Strategien zum Streuen und Mischen des durch die LEDs
emittierten Lichts werden bei derartigen Vorrichtungen wichtig,
um weißes
Licht des gewünschten
Tons, der gewünschten
Luminanz und andere Faktoren der Lichtemission derartiger Vorrichtungen
zu erzeugen. Außerdem
erfordert ein Kombinieren von drei Dioden (R, G und B), um weißes Licht
zu liefern, ein größeres Gehäuse als
eine einzige Diode. Kürzlich
entwickelte Vorrichtungen beinhalten mehrere lichterzeugende aktive
Regionen auf einem einzigen Halbleiterchip, wobei die mehreren aktiven
Regionen jeweils in einer Region einer gesonderten Wellenlänge emittieren, derart,
daß die
Kombination von aktiven Regionen das sichtbare Spektrum zum Emittieren
von Weißlicht
abdeckt.
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Ein
weiterer typischer Ansatz zum Erzeugen von Weißlicht kombiniert UV- oder
blaues Licht emittierende Dioden (LEDs) mit Lumineszenzmaterialien
(z.B. Phosphoren), die die LED-Emission
zu Licht einer längeren
Wellenlänge
herunterumsetzen. Bei derartigen Vorrichtungen aktiviert die UV-
oder Blaulichtemission von einer aktiven Region einer lichtemittierenden
Diode eine Phosphorzusammensetzung (sie regt diese an), die positioniert
ist, um das LED-emittierte Licht zu empfangen. Die angeregte Phosphorzusammensetzung wiederum
emittiert Licht bei einer längeren
Wellenlänge.
Das Nettoergebnis ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die Licht
emittiert, das eine Mehrzahl von Wellenlängen über das sichtbare Spektrum
aufweist. Eine entsprechende Kombination verschiedener Wellenlängen über das
sichtbare Spektrum kann durch das menschliche Auge als weißes Licht
wahrgenommen werden. Die Zusammensetzung des Phosphors wird üblicherweise
eingestellt, um die Farbbalance des emittierten Lichts zu verändern. In
manchen Fällen
enthält
die Phosphorzusammensetzung mehr als einen Phosphor, wobei jeder
Phosphor bei einer anderen Wellenlänge emittiert.
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Beispielsweise
offenbaren die US-Patentschriften Nrn. 5,813,753 und 5,998,925 lichtemittierende
Vorrichtungen, bei denen eine in einer reflektierenden Schale angeordnete
blaue LED von einer Phosphorzusammensetzung umgeben ist. Die blaue
LED emittiert blaues Licht, von dem ein Teil die Phosphore in der
Phosphorzusammensetzung anregt. Die Phosphore sind derart ausgewählt, daß sie auf
eine Anregung hin rotes und grünes
Licht emittieren. Die Vorrichtung emittiert üblicherweise eine Kombination
aus blauem Licht (nicht absorbierte Emission von der LED) und rotes
Licht und grünes
Licht (von den Phosphoren). Die Kombination von Wellenlängen von
Licht kann durch das menschliche Auge als weiß wahrgenommen werden. Das
Phosphor altert üblicherweise über die
Lebensdauer der Vorrichtung, was die Effizienz, mit der die LED-Emission in
eine höhere
Wellenlänge
umgewandelt wird, verändert.
Somit verändert
sich die Ausgangslichtcharakteristik der Vorrichtung über die
Lebensdauer der Vorrichtung, insbesondere wenn mehrere Phosphore
verwendet werden.
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Somit
wird eine weißes
Licht emittierende Vorrichtung gewünscht, die relativ klein ist,
ein geringes Gewicht und eine lange effektive Betriebslebensdauer
aufweist, leistungseffizient und sparsam ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine lichtemittierende
Vorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
Erfindung widmet sich den zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten in der Technik
und liefert neuartige weißes
Licht emittierende Vorrichtungen, die wünschenswerte Leistungsverbrauchscharakteristika
aufweisen.
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Die
Erfindung liefert eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine LED
und eine Phosphorzusammensetzung, die positioniert ist, um Licht
von der LED zu empfangen, aufweist. Die LED ist angepaßt, um cyanfarbenes
Licht, üblicherweise
im Bereich von 490 nm bis 530 nm, zu emittieren. Die Phosphorzusammensetzung ist
angepaßt,
um cyanfarbenes Licht von der LED zu absorbieren und rotes und/oder
rot-oranges Licht, üblicherweise
im Bereich von 590 nm bis 650 nm, zu emittieren. Die Phosphorzusammensetzung
umfaßt
in der Regel Phosphorpartikel und ein Bindematerial, das die Phosphorartikel
auf eine Phosphor aufweisende Oberfläche immobilisiert.
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Zusätzliche
Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale dieser Erfindung werden teilweise
in den Beschreibungen und in den Beispielen, die nun folgen, dargelegt,
und teilweise werden sie Fachleuten auf eine Überprüfung der folgenden Spezifikationen
einleuchten oder können
durch die Praxis der Erfindung erfahren werden. Die Ziele und Aufgaben
der Erfindung können
mittels der Instrumente, Kombinationen, Zusammensetzungen und Verfahren,
die insbesondere in den angehängten
Patentansprüchen
aufgezeigt sind, umgesetzt um erreicht werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Um
das Verständnis
zu erleichtern, wurden identische Bezugszeichen verwendet, wo dies
praktikabel war, um entsprechende Elemente, die den Figuren gemein
sind, zu bezeichnen. Die Figurenkomponenten sind nicht maßstabsgetreu
gezeichnet.
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Bevor
die Erfindung ausführlich
beschrieben wird, sollte man verstehen, daß, wenn nichts anderes angegeben
ist, diese Erfindung nicht auf bestimmte Materialien, Reagenzien,
Reaktionsmaterialien, Herstellungsprozesse oder dergleichen beschränkt ist,
da diese variieren können.
Ferner sollte man verstehen, daß die
hierin verwendete Terminologie lediglich dem Zweck der Beschreibung
bestimmter Ausführungsbeispiele dient
und keine Einschränkung
darstellen soll. Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, daß Schritte in
einer anderen Reihenfolge ausgeführt
werden, wo dies logisch möglich
ist. Die beschriebene Sequenz ist jedoch bevorzugt.
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Es
muß erwähnt werden,
daß die
Singularformen „ein", „eine", „eines", „der", „die" und „das" usw. gemäß der Verwendung
in der Spezifikation und in den beigefügten Ansprüchen auch Mehrzahlbezugnahmen umfassen,
wenn der Kontext nicht deutlich etwas anderes vorgibt. Somit umfaßt beispielsweise
eine Bezugnahme auf „ein
Phosphorpartikel" eine
Mehrzahl von Phosphorpartikeln. Bei dieser Spezifikation und in
den folgenden Patentansprüchen
wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, die per Definition
die folgenden Bedeutungen haben sollen, es sei denn, eine anderslautende
Absicht ist offensichtlich.
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Gemäß der Verwendung
hierin bezieht sich der Begriff „LED" bzw. „lichtemittierende Diode" auf eine Vorrichtung,
die einen Stapel von Halbleiterschichten (einen „Chip") aufweist, einschließlich einer
aktiven Region, die Licht emittiert, wenn sie vorgespannt ist, um
einen elektrischen Stromfluß durch
die Vorrichtung zu erzeugen, und Kontakten, die an dem Stapel befestigt
sind. Eine „Cyan-LED" ist eine LED, die
cyanfarbenes Licht, z.B. im Wellenlängenbereich von 490 nm bis
530 nm, emittiert. Cyanfarbenes Licht ist Licht, das eine Wellenlänge im Bereich
von 490 nm bis 530 nm aufweist. Rotes Licht ist Licht, das eine
Wellenlänge
im Bereich von etwa 610 nm bis 650 nm aufweist. Rot orangefarbenes
Licht ist Licht, das eine Wellenlänge im Bereich von 590 nm bis
etwa 610 nm aufweist.
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„Phosphor" bezieht sich auf
jegliche Lumineszenzmaterialien, die Licht einer Wellenlänge absorbieren und
Licht einer anderen Wellenlänge
emittieren. „Lichtemittierende
Vorrichtung" bezieht
sich auf eine Vorrichtung, die eine LED und eine Phosphorzusammensetzung
umfaßt,
wobei die Phosphorzusammensetzung angepaßt ist, um Licht von der LED
zu empfangen und Licht, das eine längere Wellenlänge aufweist
als das Anregungslicht, zu emittieren. „Weißes Licht emittierende Vorrichtung" bezieht sich auf
eine lichtemittierende Vorrichtung, die in der Lage ist, weißes Licht
zu erzeugen. „Weißes Licht" bzw. „Weißlicht" bezieht sich auf
Licht, das von einem typischen menschlichen Beobachter als weiß wahrgenommen
wird; bestimmte Ausführungsbeispiele
weißen
Lichts umfassen Licht, das eine „Korreliert-Farbtemperatur" (CCT – correlated
color temperature) im Bereich von etwa 3000 K bis etwa 6500 K aufweist
und einen Farbwiedergabeindex (CRI – color rendering index) von
mehr als 85 aufweist. Bei typischeren Ausführungsbeispielen liegt die
CCT im Bereich von etwa 4800 bis etwa 6500 K. Diesbezüglich ist
CCT als die absolute Temperatur (in Grad Kelvin ausgedrückt) eines
theoretischen schwarzen Körpers
definiert, dessen Chromatizität
der der Lichtquelle am stärksten ähnelt. CRI
ist eine Angabe der Fähigkeit
einer Lichtquelle, einzelne Farben relativ zu einem Standard zu zeigen;
der CRI-Wert ist von einem Vergleich der Spektralverteilung der
Lampe mit einem Standard (in der Regel einem schwarzen Körper) bei
derselben Korreliert-Farbtemperatur abgeleitet. Sowohl die CCT als
auch der CRI sind so, wie sie in der Industrie bekannt sind und
verwendet werden.
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Wenn
man, gemäß der Verwendung
hierin, von einer Lichtemission, z.B. von einer Phosphorzusammensetzung
oder einer Diode, sagt, daß sie
bei einer gegebenen Wellenlänge
oder in einem gegebenen Wellenlängenbereich
auftritt, soll es als erforderlich interpretiert werden, daß die Emission
zu mindest etwa 10 % (in der Regel zumindest etwa 20 %) der größten relativen
Emissionsintensität
beträgt,
die bei einer beliebigen Wellenlänge
im Bereich von 340 nm bis 700 nm auftritt. Falls man also von einem
Phosphorpartikel (oder einer Phosphorzusammensetzung) sagt, daß es (bzw.
da sie) Licht emittiert, das eine Wellenlänge im Bereich von etwa 600
nm bis etwa 625 nm aufweist, so ist beabsichtigt, daß das emittierte
Licht im Vergleich zu der Intensität bei der Wellenlänge, die
die intensivste Emission (durch das Phosphorpartikel) über den
Wellenlängenbereich
von 340 nm bis 700 nm aufweist, bei einer Wellenlänge im Bereich
von etwa 600 nm bis etwa 625 nm zumindest etwa 10 % (in der Regel
zumindest etwa 20 %) der Intensität aufweisen sollte. Wenn man,
gemäß der Verwendung
hierin, davon spricht, daß eine
Lichtemission, z.B. von einer Phosphorzusammensetzung oder einer
LED, eine Spitzenemissionswellenlänge bei einer gegebenen Wellenlänge (oder
in einem gegebenen Bereich) aufweist, so soll dies so interpretiert
werden, daß es
erfordert, daß die
Emissionsintensität
bei der gegebenen Wellenlänge
(oder bei einer Wellenlänge
in dem gegebenen Bereich) zumindest etwa 30 % (in der Regel zumindest
etwa 40 %) der größten relativen
Emissionsintensität
beträgt,
die bei einer beliebigen Wellenlänge
im Bereich von 340 nm bis 700 nm auftritt.
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Die
Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet, wenn nichts anderes
angegeben ist, herkömmliche Techniken
einer Halbleiterherstellung, -einhäusung, -Beschichtung, herkömmliche
Techniken einer Materialiensynthese und dergleichen, die allesamt
unter Fachleuten bekannt sind. Derartige Techniken sind in der Literatur
vollständig
erklärt.
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Die
folgenden Beispiele werden dargelegt, um Fachleuten eine vollständige Offenbarung
und Beschreibung an die Hand zu geben, wie die hierin offenbarten
und beanspruchten Verfah ren durchzuführen und wie die hierin offenbarten
und beanspruchten Zusammensetzungen zu verwenden sind. Man bemühte sich, eine
Genauigkeit in Bezug auf Zahlen (z.B. Mengen, Temperatur usw.) zu
gewährleisten,
gewisse Fehler und Abweichungen sollten aber berücksichtigt werden. Wenn nichts
anderes angegeben ist, beziehen sich Teileangaben auf das Gewicht,
lautet die Temperatur auf Grad Celsius und ist der Druck atmosphärisch oder
nahezu atmosphärisch.
Die Standardtemperatur und der Standarddruck sind als 20°C und 1 Atmosphäre definiert.
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen werden nun im folgenden Ausführungsbeispiele der beschriebenen
Erfindung beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 ist eine lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 umfaßt eine
Cyan-LED 102 in Form eines Halbleiterchips. Die Cyan-LED 102 ist
auf einer Montagebasis-Wärmesenke 104 angeordnet,
die in einer in einem Substrat 106 gebildeten Aussparung
getragen ist. Das Substrat 106 weist eine reflektierende
Wand 108 zum Lenken von Licht von der lichtemittierenden
Vorrichtung 100 auf. Die Cyan-LED 102 ist mit
einer Phosphorzusammensetzung 110 beschichtet. Kontaktanschlüsse 112a, 112,
die benachbart zu dem Substrat 106 sind oder dasselbe tragen,
stehen über
Verbindungsdrähte 114a, 114 in
elektrischer Kommunikation mit den Kontakten der Cyan-LED 102.
Die Aussparung in dem Substrat 106 ist mit einer klaren
Polymermatrix 116 gefüllt.
Eine Kuppellinse 118 ist benachbart zu der Aussparung in
dem Substrat 106 positioniert, um Licht von der lichtemittierenden
Vorrichtung 100 zu lenken. In diesem Kontext umfaßt ein Lenken
von Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung ein Fokussieren
und/oder Streuen des Lichts von der Cyan-LED und/oder der Phosphorzusammensetzung.
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Im
Gebrauch ist ein Potential über
die Kontaktanschlüsse 112a, 112 angelegt,
um über
die aktive Region der Cyan-LED 102 eine Vorspannung anzulegen.
Die Cyan-LED 102 emittiert ansprechend auf die Vorspannung über die
aktive Region cyanfarbenes Licht. Das emittierte cyanfarbene Licht
passiert die Phosphorzusammensetzung 110, und Phosphorpartikel
in der Phosphorzusammensetzung absorbieren einen Teil des cyanfarbenen
Lichts. Die Absorption des cyanfarbenen Lichts durch die Phosphorpartikel
führt zu
einer Herunterumsetzung (Umwandlung zu einer längeren Wellenlänge) des
Lichts, wodurch Licht erzeugt wird, das eine längere Wellenlänge aufweist
als das cyanfarbene Licht. Die Phosphorpartikel sind ausgewählt, um
auf eine Anregung durch das cyanfarbene Licht hin rotes und/oder
rot-oranges Licht zu erzeugen. Die lichtemittierende Vorrichtung
emittiert somit Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten
aufweist, was auf (a) cyanfarbenes Licht, das (nicht absorbiert)
die Phosphorschicht passiert, und (b) rotes und/oder rotorangefarbenes
Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem,
durch eine LED emittiertem cyanfarbenem Licht ergibt, zurückzuführen ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 2 veranschaulicht.
Eine lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt
eine Cyan-LED 102 in Form eines Halbleiterchips. Die Cyan-LED 102 ist
auf einer Montagebasis-Wärmesenke 104 angeordnet,
die in einer in einem Substrat 106 gebildeten Aussparung
getragen ist. Das Substrat 106 weist eine reflektierende
Wand 108 zum Lenken von Licht von der lichtemittierenden
Vorrichtung 100 auf. Die Cyan-LED 102 ist mit
einer Phosphorzusammensetzung 110 beschichtet. Kontaktanschlüsse 112a, 112b,
die benachbart zu dem Substrat 106 sind oder dasselbe tragen,
stehen über
Verbindungsdrähte 114a, 114b in
elektrischer Kommunikation mit den Kontakten der Cyan-LED 102.
Die Aussparung in dem Substrat 106 ist mit einer klaren
Polymermatrix 116 gefüllt.
Eine planare Linse 119 ist benachbart zu der Aussparung
in dem Substrat 106 positioniert, um Licht von der lichtemittierenden
Vorrichtung 100 zu lenken.
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Das
in 2 veranschaulichte
Ausführungsbeispiel
wird zum großen
Teil auf dieselbe Weise verwendet wie das in 1 beschriebene Ausführungsbeispiel. Im Gebrauch
ist ein Potential über
die Kontaktanschlüsse 112a, 112b angelegt,
um über
die aktive Region der Cyan-LED 102 eine Vorspannung anzulegen. Die
Cyan-LED 102 emittiert ansprechend auf die Vorspannung über die
aktive Region cyanfarbenes Licht. Das emittierte cyanfarbene Licht
passiert die Phosphorzusammensetzung 110, und Phosphorpartikel
in der Phosphorzusammensetzung absorbieren einen Teil des cyanfarbenen
Lichts. Die Absorption des cyanfarbenen Lichts durch die Phosphorpartikel
führt zu
einer Herunterumsetzung des Lichts, wodurch Licht erzeugt wird, das
eine längere
Wellenlänge
aufweist als das cyanfarbene Licht. Die Phosphorpartikel sind ausgewählt, um auf
eine Anregung durch das cyanfarbene Licht hin rotes und/oder rot-oranges
Licht zu erzeugen. Die lichtemittierende Vorrichtung emittiert somit
Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten aufweist, was auf
(a) cyanfarbenes Licht, das (nicht absorbiert) die Phosphorschicht
passiert, und (b) rotes und/oder rot-orangefarbenes Licht, das sich
aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem, durch eine
LED emittiertem cyanfarbenem Licht ergibt, zurückzuführen ist.
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Jegliche
Cyan-LED, die Licht in dem gewünschten
Wellenlängenbereich
ausgibt, kann potentiell bei einer lichtemittierenden Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Derartige Cyan-LEDs wurden bereits beschrieben,
und Verfahren zum Herstellen des Halbleiterstapels bei der Produktion von
Cyan-LEDs sind in der Technik hinreichend bekannt. Die Cyan-LED
ist in der Regel eine InGaN-LED, die Licht im Bereich von etwa 490
nm bis etwa 505 nm emittiert. Bei manchen Ausführungsbeispielen emittiert
die Cyan-LED Licht im Bereich von etwa 495 nm bis etwa 525 nm. Der
exakte Wellenlängenbereich
wird durch eine Auswahl von verfügbaren
Quellen, gewünschten
Farbattributen der lichtemittierenden Vorrichtung (z.B. der „korrelierten
Farbtemperatur" des
emittierten weißen
Lichts), der Wahl der Phosphorzusam mensetzung und dergleichen bestimmt.
Angesichts der hierin gegebenen Offenbarung ergeben sich Variationen
derartiger Entwurfsparameter aus der üblichen Fachkenntnis.
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Die
Cyan-LED ist üblicherweise
an einem Substrat angebracht, optional über eine Montagebasis-Wärmesenke.
Das Substrat kann ein beliebiges geeignetes Material sein, das für eine(s,
n) oder mehrere der Cyan-LED, der Wärmesenke, jeglicher optionalen
Montagebasis und/oder der Kontaktanschlüsse eine mechanische Stütze liefert.
Die Cyan-LED kann an einem Siliziumcarbid oder an einer anderen
Montagebasis angebracht sein. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
ist die Cyan-LED zu Lichtkollimierungszwecken in einem optischen
Hohlraum angeordnet. Die Cyan-LED weist einen Halbleiterstapel und
Kontakte zum Anlegen einer Vorspannung über den Halbleiterstapel auf.
Die Kontakte sind üblicherweise
mit Kontaktanschlüssen
drahtgebondet.
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Bei
den in 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispielen
weist die Cyan-LED eine Oberfläche auf,
die mit der Phosphorzusammensetzung beschichtet ist. Bei anderen
Ausführungsbeispielen
befindet sich die Phosphorzusammensetzung anderswo als auf der Cyan-LED-Oberfläche, z.B.
auf einer Oberfläche
der Linse oder auf einer Oberfläche
der reflektierenden Wand des Substrats, vorausgesetzt, daß die Phosphorzusammensetzung
positioniert ist, um Licht von der Cyan-LED zu empfangen. Die Oberfläche, auf
der die Phosphorzusammensetzung angeordnet ist, wird hierin als
die Phosphor aufweisende Oberfläche
bezeichnet. Die Phosphorzusammensetzung kann mittels beliebiger
in der Technik anerkannter Techniken, einschließlich Lackieren, Schleuderbeschichten,
Gießen,
Einkapseln in einer Matrix oder anhand eines anderen geeigneten Mittels
auf die Phosphor aufweisende Oberfläche aufgebracht werden. Die
Dicke der Phosphorzusammensetzung auf der Phosphor aufweisenden
Oberfläche
liegt üblicherweise
im Bereich von etwa 15 Mikrometern bis etwa 150 Mikrometern, typischer
im Bereich von etwa 20 Mikrometern bis etwa 120 Mikrometern und
noch typischer im Bereich von etwa 25 Mikrometern bis etwa 100 Mikrometern,
obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele
auch außerhalb
dieser Bereiche liegen können.
Die Phosphorzusammensetzung ist üblicherweise
eine konforme Beschichtung auf der Phosphor aufweisenden Oberfläche. Die
konforme Beschichtung ist eine Beschichtung, die eine gleichmäßige Dicke
aufweist, wobei die Dicke um nicht mehr als etwa 20 %, üblicherweise um
nicht mehr als etwa 10 %, variiert. Die Phosphorzusammensetzung
kann über
einen elektrophoretischen Prozeß,
beispielsweise einen Prozeß,
der in der US-Patentanmeldung 2002/0187571 oder in der US-Patentanmeldung
Nr. 10/425,860, die am 28. April 2003 eingereicht wurde, offenbart
ist, auf die Phosphor aufweisende Oberfläche aufgebracht werden.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Phosphorzusammensetzung Phosphorpartikel, die in einer klaren
Polymermatrix, z.B. einem Harz, die bzw. das die Aussparung in dem
Substrat füllt
und die Cyan-LED teilweise umgibt, suspendiert sind. Desgleichen
kann die Linse aus einem klaren Polymermaterial, in dem Phosphorpartikel
suspendiert sind, hergestellt sein. Eine derartige Linse, die aus
dem klaren Polymermaterial mit darin suspendierten Phosphorpartikeln
hergestellt ist, ist positioniert, um Licht von der Cyan-LED zu
empfangen und um Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung zu
lenken. Derartige Ausführungsbeispiele
weisen in der Regel eine größere räumliche
Variation des Ausgangslichts auf, da die Weglänge des Lichts durch das Polymer üblicherweise
variiert.
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Die
Phosphorzusammensetzung umfaßt üblicherweise
Phosphorpartikel und ein Bindematerial, das das Phosphorpartikel
auf eine Phosphor aufweisende Oberfläche immobilisiert. Das entsprechende
Bindemittel wird unter Bezugnahme auf das zum Beschichten der Phosphor
aufweisenden Oberfläche
verwendete jeweilige Verfahren ausgewählt. Geeignete Bindemittel
wurden in der Technik beschrieben und sind dort bekannt. Siehe beispielsweise
Bindemittel, die in der US-Patentschrift Nr. 6,576,488 an Collins
et al offenbart sind, welche beispiel hafte Bindemittel offenbart,
die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, einschließlich eines
organischen Materials, z.B. ein optisches Kopplungsepoxy, ein optisches
Kopplungssilikon, ein anorganisches Metalloxid oder Glasfrittenpulver
(z.B. ein Glas auf PbO-Basis) oder Sol-Gel. Das Bindematerial kann
durch eine selektive Aufbringung und Kapillarwirkung in die Phosphormatrix
eingebracht werden, nachdem die Phosphorpartikel auf die Phosphor
aufweisende Oberfläche
aufgebracht wurden. Das Bindematerial kann während eines elektrophoretischen
Aufbringungsprozesses zusammen mit den Phosphorpartikeln auf die
Phosphor aufweisende Oberfläche
aufgebracht werden. Siehe auch US-Patentschrift Nr. 6,180,029, WIPO-Veröffentlichungsnummer
00/33390, die Bindematerialien, klare Polymere und Phosphore zur
Verwendung bei Phosphorumwandlungsdioden beschreiben.
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Die
Phosphorpartikel sind so charakterisiert, daß sie zu einem Herunterumsetzen
von cyanfarbenem Licht fähig
sind, um rotes und/oder rot-orangefarbenes Licht zu erzeugen. Typische
Phosphorpartikel, die sich zur Verwendung bei der Phosphorzusammensetzung
eignen, umfassen ein Material, das aus SrS:Eu2+; CaS:Eu2+; CaS:Eu2+, Mn2+; (Zn, Cd)S:Ag+;
Mg4GeO5,5F:Mn4+; ZnS:Mn2+ und
anderen Phosphormaterialien ausgewählt ist, die auf eine Anregung
mit cyanfarbenem Licht von einer Cyan-LED hin, wie sie hierin beschrieben wurde,
Emissionsspektren im Rot- oder rot-orangefarbenen Bereich des sichtbaren
Spektrums aufweisen. Die Phosphorpartikel weisen üblicherweise
eine Spitzenemissionswellenlänge
im Bereich von etwa 590 nm bis etwa 650 nm auf. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen
weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich
von etwa 620 nm bis etwa 650 nm auf, üblicherweise im Bereich von
etwa 625 nm bis etwa 645 nm, noch typischer im Bereich von etwa
630 nm bis etwa 640 nm. Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die
Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 590
nm bis etwa 625 nm auf, typischerweise im Bereich von etwa 60 nm
bis etwa 615 nm.
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Bei
manchen Ausführungsbeispielen
emittieren die Phosphorpartikel Licht mit einer Wellenlänge im Bereich
von etwa 590 nm bis etwa 650 nm, typischerweise im Bereich von etwa
600 nm bis etwa 640 nm, noch typischer im Bereich von etwa 610 nm
bis etwa 630 nm. Der genaue Wellenlängenbereich wird durch eine
Auswahl von verfügbaren
Quellen von Phosphoren, gewünschten
Farbattributen der lichtemittierenden Vorrichtung (z.B. der „korrelierten
Farbtemperatur" des
emittierten weißen
Lichts), der Wahl der LED und dergleichen bestimmt. Angesichts der
hierin gegebenen Offenbarung ergeben sich Variationen derartiger
Entwurfsparameter aus der üblichen
Fachkenntnis.
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Die
Phosphorpartikel können üblicherweise
in einer Palette von Partikelgrößen erhalten
werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen
liegt der mittlere Partikeldurchmesser der Phosphorpartikel im Bereich
von 2–5
Mikrometern. Größere Phosphorpartikel
neigen dazu, Licht auf effizientere Weise zu emittieren; mit zunehmender
Größe wird
es jedoch schwieriger, gleichmäßige Beschichtungen
von Phosphorpartikeln zu erhalten. Verfahren einer lektrophoretischen
Aufbringung werden bei größeren Phosphorpartikeln
erfolgreich eingesetzt, z.B. bei solchen, die einen mittleren Partikeldurchmesser
im Bereich von etwa 13 Mikrometern bis etwa 20 Mikrometern und ein
d90 im Bereich von etwa 30 Mikrometern bis
etwa 45 Mikrometern aufweisen, wobei sich d90 auf
die Größe bezieht,
bei der 90 Prozent der Partikel kleiner sind als die angegebene
Größe.
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Phosphorpartikel
für bestimmte
Ausführungsbeispiele
sind von Phosphor Technology, Ltd. (Essex, England) erhältlich.
Ein von dieser Quelle erhältliches
geeignetes Phosphormaterial ist Strontiumsulfid: Europium (SrS:Eu)
(Teilenummer: HL63/S-Dx). Dieses Phosphormaterial weist die nachfolgend
gezeigte Partikelgrößenverteilung
(wie sie durch einen Coulter-Zähler
mit einer 50-Mikrometer-Apertur gemessen wurde) auf:
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Dieses
Phosphormaterial weist eine Emissionswellenlängenspitze bei 615 nm und eine
Anregungswellenlängenspitze
im Bereich von etwa 460 bis etwa 490 nm auf. Von dieser und weiteren
handelsüblichen Quellen
können
auch andere geeignete Phosphore zur Verwendung bei Vorrichtungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung erhalten werden. Die Herstellung von Phosphoren ist in
der Literatur beschrieben, und dementsprechend können angesichts der hierin
gegebenen Offenbarung geeignete Phosphore durch Fachleute hergestellt
werden.
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Alle
hierin erwähnten
Patentschriften, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen sind hiermit
in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument
aufgenommen.