JP2011526076A - 光変換構成体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1の光変換器118に類似した半導体光変換構成体を作製した。表Iに相対的な層の順番と、異なる層に対する材料組成及び厚さの見積もり値を要約する。
構成体を構成体のウインドウ側からλin=440nmの青色光を発光するレーザーダイオードにより照射した場合の、実施例1で作製した構成体の外部量子効率(EQE)を計算した。測定された再発光波長はλout=539nmであった。EQEを式(Pout/Pin)×(λin/λout)から計算した。式中、Pinは入射エネルギーであり、Poutは構成体を出る、変換された光の出射エネルギーであった。計算されたEQEは23%であった。
実施例1で作製した構成体の吸収層側をSiO2ナノ粒子によりコーティングして、構造化された層150に類似する構造化された層を得た。粒子は、約440nmの平均直径を有し、Nissan Chemical America Corporation(Houston,Texas)から入手した。粒子を1−メトキシ−2−プロパノール中で5重量%固体含量まで分散した。ディップコーティング法を約65mm/分の速度で用いて、溶液を構成体上にコーティングした。第1のこのような試料(試料A)を1回ディップコーティングした。第2のこのような試料(試料B)を数回ディップコーティングした。図5A及び5Bは、それぞれ試料A及びBの側面の走査型電子顕微鏡(SEM)像である。実施例2で述べた方法を用いて、試料A及びBのEQEをそれぞれ30.7%及び38.2%であると計算した。
プラズマ増強化学蒸着(PECVD)法を用いて、実施例3からの試料A及びBをSi3N4オーバーコートによりコーティングして、オーバーコートされた試料A1及びB1をそれぞれ得た。オーバーコートの厚さは約300nmであり、Si3N4の屈折率は約1.8であった。図6A及び6Bは、オーバーコートされた試料A1及びB1の側面のSEM像である。実施例2で述べた方法を用いて、試料A1及びB1のEQEをそれぞれ41.2%及び41.5%であると計算した。1回粒子ディップコートした試料の場合、Si3N4オーバーコートの追加は、EQEを30.7%から41.2%まで増加させ、約34%の増加であった。多数回の粒子ディップコートを行った試料の場合、Si3N4オーバーコートの追加は、EQEを38.2%から41.5%まで増加させ、約8.6%の増加であった。
実施例3で述べた方法を繰り返して、新しい試料C(1回ディップ)を作製した。実施例2で述べた方法を用いると、試料Cの計算されたEQEは33.45%であった。
実施例3で述べた方法を繰り返して、新しい試料D1〜D4を作製した。実施例2で述べた方法を用いると、試料D1〜D4の計算されたEQEは、それぞれ22.1%、19.93%、21.25%、及び25.7%であった。次に、実施例3で述べた方法を用いて、SiO2粒子の単層により異なるディップ速度で試料をコーティングした。試料D1〜D4に対して得られる見積りパーセント面積被覆率は、それぞれ、30%、40%、50%、及び70%であった。得られた試料に対する計算されたEQEは、それぞれ29.47%、33.45%、31.76%、及び41.5%であった。したがって、SiO2粒子の追加は試料D1〜D4のEQEをそれぞれ33%、68%、49%、及び61%増加させた。
図1の光変換器118に類似した半導体光変換構成体を作製した。表IIに相対的な層の順番と、異なる層に対する材料組成、厚さ、バルクバンドギャップエネルギー、及び屈折率の見積もり値を要約する。
実施例1で述べた方法を用いて、半導体光変換構成体を作製した。構成体の計算されたEQEは15.29%であった。構成体の吸収層側をポリスチレン(PS)微小球によりコーティングして、図21Aの構造化された層2120に類似の構造化された層を得た。微小球は約1000nmの平均直径を有し、これをVWR Scientific Products(South Plainfield,NewJersey)から入手した。微小球の屈折率は約1.59であり、構成体中の吸収層の屈折率は約2.6であった。微小球をH2O中10重量%固体含量まで分散した。約200rpmの速度で約20秒間、続いて約5000rpmの速度で約5秒間スピン−オンコーティング法を用いて、溶液を吸収層の最上表面(図21Aの最上表面2126)に塗布した。図22Aは、得られた試料のSEM像であり、密充填の球形PS粒子を光変換構成体の最上表面上に示す。微小球による最上表面の面積被覆率は約90%であり、得られた試料の計算されたEQEは22.9%であった。したがって、PS粒子は、EQEを15.29%から22.9%まで増加させ、約49.8%の増加であった。次いで、試料を酸素プラズマ(6mT、80WのRFパワー、及び1200Wの誘導結合プラズマパワー)中でエッチングして、リフローし、粒子の大きさを縮小した。粒子による得られた表面被覆率は約64%であった。したがって、エッチング工程は、パーセント面積被覆率を約90%から約64%まで低下させた。図22Bは得られた試料のSEM像である。粒子は円錐状又はドーム状であり、平らな底部を有した。得られた試料の計算されたEQEは、27.8%であった。次に、真空蒸着法を用いて、試料をZnSによりオーバーコートした。オーバーコートの厚さは約400nmであり、ZnSオーバーコートの屈折率は約2.4であった。図22Cは得られた試料のSEM像である。得られた試料の計算されたEQEは、37.8%であった。したがって、ZnSオーバーコートの追加は、EQEを27.8%から37.8%まで増加させ、約36%の増加であった。
実施例1で述べた方法を用いて、半導体光変換構成体を作製した。構成体の計算されたEQEは、17.65%であった。構成体の吸収層側をポリスチレン(PS)微小球によりコーティングして、図21Aの構造化された層2120に類似の構造化された層を得た。微小球は約500nmの平均直径を有し、これをVWR Scientific Products(South Plainfield,New Jersey)から入手した。微小球の屈折率は約1.59であり、構成体中の吸収層の屈折率は約2.6であった。微小球をH2O中に1.5重量%固体含量まで分散した。ディップコーティング法を約65mm/分の速度で用いて、この溶液を吸収層の最上表面(図21A中の最上表面2126)に塗布した。この試料を1回ディップコーティングした。得られた試料の計算されたEQEは、26.40%であった。したがって、PS粒子は、EQEを17.65%から26.40%まで増加させ、約49.6%の増加であった。次いで、試料を酸素プラズマ(200mT、200mW、及び20.32cm(8インチ)直径のプラテン)中でエッチングして、若干収縮させ、粒子をリフローした。得られた粒子は円錐状又はドーム状であり、平らな底部を有した。次に、真空蒸着法を用いて、試料をZnSによりオーバーコートした。オーバーコートの厚さは約400nmであり、ZnSオーバーコートの屈折率は約2.4であった。得られた試料の計算されたEQEは、35.5%であった。したがって、ZnSオーバーコートの追加は、EQEを26.4%から35.5%まで増加させ、約34.5%の増加であった。
Claims (27)
- 光変換構成体であって、
第1の波長の光の少なくとも一部をより長い第2の波長の光に変換するための第1の屈折率を有する蛍光体スラブと、
前記蛍光体スラブ上に配設され、前記第1の屈折率よりも小さい第2の屈折率を有し、前記蛍光体スラブ上に直接に配設された複数の構造体と前記蛍光体スラブを露出する複数の開口とを含む、構造化された層と、
前記構造化された層の少なくとも一部と前記複数の開口中の前記蛍光体スラブの一部との上に直接に配設され、前記第2の屈折率よりも大きい第3の屈折率を有する、構造化されたオーバーコートと、を含む、光変換構成体。 - 前記構造化されたオーバーコートが前記蛍光体スラブからの前記第2の波長の光の抽出を増強する、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層が前記第2の波長で実質的に光学的に透過性である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化されたオーバーコートが前記第2の波長で実質的に光学的に透過性である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層中の前記複数の構造体が複数の離散した構造体を含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層中の前記複数の構造体が複数の相互接続された構造体を含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層中の前記複数の構造体が複数の粒子を含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記複数の粒子の実質的な区分が実質的に球状である、請求項7に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層が有機材料を含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層がフォトレジストを含む、請求項9に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層が無機材料を含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化された層がSiO2を含む、請求項11に記載の光変換構成体。
- 前記構造化されたオーバーコートが1つ以上のアイランドを含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化されたオーバーコートが、Si3N4、ZnS、ZnSe、ZnSSe、ITO、TiO2、ZrO2、Ta2O5、HfO2及びシリケートの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の半導体光変換構成体。
- 前記構造化されたオーバーコートが半導体を含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第1及び第2の屈折率の差が少なくとも0.3である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第1及び第2の屈折率の差が少なくとも0.5である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第1及び第2の屈折率の差が少なくとも0.7である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第1及び第2の屈折率の差が少なくとも0.9である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第3及び第2の屈折率の差が少なくとも0.3である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第3及び第2の屈折率の差が少なくとも0.5である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第3及び第2の屈折率の差が少なくとも0.7である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記第3及び第2の屈折率の差が少なくとも0.9である、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化されたオーバーコートの構造化された外側表面が、前記構造化された層の最も外側の表面に一致する、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記光変換構成体をカプセル化するカプセル化層を更に含む、請求項1に記載の光変換構成体。
- 前記構造化されたオーバーコートの第2の波長での屈折率が約1.35〜約2.2の範囲にある、請求項1に記載の光変換構成体。
- 発光システムであって、
請求項1に記載の光変換構成体と、
前記第1の波長で発光し、少なくとも一部が前記光変換構成体により前記第2の波長の光に変換されるLEDと、エレクトロルミネッセンス要素をカプセル化するカプセル化層と、を含むエレクトロルミネッセンス要素を含む、発光システム。
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