專(zhuān)利名稱(chēng)：具有嵌入的微晶的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有嵌入的微晶的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層、包含所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換層的半導(dǎo)體光源以及包含至少一個(gè)所述半導(dǎo)體光源的系統(tǒng).背景技術(shù)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換是一種重要的技術(shù)，例如從半導(dǎo)體光源產(chǎn)生白光.這樣的例子有藍(lán)-紫光LED與微晶磷光體的結(jié)合或紅外激光輻射在稀土摻 雜的氟化物微晶和玻璃中的上轉(zhuǎn)換(up-converstion)，以實(shí)現(xiàn)在可 見(jiàn)光范圍內(nèi)的激光。發(fā)射可見(jiàn)光的鱗光體層是現(xiàn)有技術(shù)中公知的且通 常用在熒光燈或陰極射線(xiàn)電視管中。這種已知的發(fā)射可見(jiàn)光的磷光體 層也用于將InGaN LED的藍(lán)或紫光轉(zhuǎn)換為其他波長(zhǎng)的可見(jiàn)光輻射，如綠色的或黃色的.通常，發(fā)射可見(jiàn)光的磷光體層包含稀土摻雜的微晶，這些微晶是 燒結(jié)的或通過(guò)其他晶體生長(zhǎng)過(guò)程得到。這樣的一層散射因在所述結(jié)晶 材料內(nèi)部和外部的許多躍遷而產(chǎn)生的光。因此，現(xiàn)有技術(shù)的磷光體層 的光發(fā)射模式是各向同性的。另外，熒光性輻射的能量密度要比用于 激發(fā)的能量密度低得多。因此，所述的現(xiàn)有技術(shù)磷光體層不可能適用 于高要求的光學(xué)應(yīng)用.進(jìn)一步說(shuō)，所述的現(xiàn)有技術(shù)磷光體層不可能適 用于激光。因而， 一方面磷光體粉末可以相對(duì)容易的制備，但另一方 面它不具有想要的光學(xué)性能.還有，辨光體粉末的燒結(jié)或晶體生長(zhǎng)過(guò) 程是復(fù)雜的、耗時(shí)的和/或耗能的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的這些和其他方面將會(huì)參照下文中描述的實(shí)施例得以顯示 和闡明。本發(fā)明的目的是提供包含通過(guò)既不復(fù)雜也不耗時(shí)或耗能的過(guò)程所 得到的磷光體微晶粉末的層，因此所述層可以適用于極高要求的光學(xué)應(yīng)用。本發(fā)明的目的是通過(guò)具有由基質(zhì)層的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層實(shí)現(xiàn)的，所迷基 質(zhì)層包舍嵌入的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜非晶微粒，其
中所迷的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒摻雜有 鑭系元素的至少一種，其中所述的稀土離子摻雜的微晶或/或摻雜的非晶微粒具有10nm到500|iun的平均直徑ds。，其中基質(zhì)層是透明的，因 而對(duì)在400nm- 1200n邁范圍內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)，所迷的稀土離子摻雜 的微晶和/或所述的稀土離子摻雜的非晶微粒的折射率與基質(zhì)層的折 射率匹配，An20且An《0. 1.厚度d的層包括具有折射率nl且具有稍稍不同折射率n2的嵌入 的晶體的基質(zhì)材料，該厚度d的層可以通過(guò)折射率的差值A(chǔ)n來(lái)定義， 測(cè)量折射率An的方法在下邊描述。然而，最優(yōu)選的是，所述微晶被嵌入在折射率完全相同的材料中， 以使微晶"不可見(jiàn)"，即避免在界面上的任何光散射。對(duì)在所有空間 方向上完美折射率匹配的要求，使得來(lái)自這些微晶不顯示任何雙折射 現(xiàn)象是優(yōu)選的.因此，選擇具有立方對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的晶體是有利的?？梢赃m當(dāng)?shù)厥褂脫诫s的非晶材料的小微粒代替所述摻雜的微晶， 如鉺摻雜的象化物玻璃。還有，微晶和摻雜的非晶微粒的混合可以適 當(dāng)?shù)乇挥脕?lái)嵌入根據(jù)本發(fā)明的基質(zhì)層中。具有嵌入的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒 的基質(zhì)層的上外表面可以是平坦、光滑或粗糙的.此外，由于制作的 方法的原因，至少嵌入在基質(zhì)中的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子 摻雜的非晶微粒的一部分可以擴(kuò)展到基質(zhì)層之外而進(jìn)入中間層。因 而，中間層可以是最優(yōu)選地用于完全覆蓋微晶，所述微晶可以伸出基 質(zhì)層。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)高亮度以及利用根據(jù)本發(fā)明的至少 一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以提供激光器。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它允許轉(zhuǎn)換 介質(zhì)具有非常柔韌的形狀，特別是對(duì)波導(dǎo)層，此外，根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層允許無(wú)散射的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以允許將6 0Onm至12 0Onm范圍的輻射 的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到400nm至650nm (從紅外到可見(jiàn)光的上轉(zhuǎn)換).也可以 允許將350nm至500nm范圍的輻射的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到400n邁至650nm (從 紫外/藍(lán)光到可見(jiàn)光的下轉(zhuǎn)換)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用稀土摻雜微晶嵌入到玻璃和/或聚合物的基 質(zhì)材料中的稀土摻雜微晶。另外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以很容易制造成差不
多任意形狀。本發(fā)明尤其涉及微晶和/或摻雜的非晶微粒，其中所述的稀土摻雜微晶和/或摻雜的非晶微粒具有的平均直徑ds。為50n邁到500pm，優(yōu)先 地平均直徑ds。為100nm到30|im，進(jìn)一步優(yōu)選地平均直徑d5。為l，到10(iim。在本發(fā)明中使用的特征ds。具有的含義是微晶的至少50%落在定 義的直徑范圍內(nèi).然而，可以有益的是，被嵌入摻雜的微晶和/或摻雜的非晶微粒的 基質(zhì)的至少20wtX，優(yōu)選地至少50wtX,進(jìn)一步優(yōu)選地至少70wU,更 優(yōu)選地至少80w"，最優(yōu)選地至少為90wtX具有的直徑范閨為lOOmn 到10,。根據(jù)本發(fā)明，如果使用相對(duì)少量的稀土離子摻雜微晶和/或摻雜的 非晶微粒，那么波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的高亮度和/或上轉(zhuǎn)換激光器就可以實(shí)現(xiàn)。因而，根據(jù)本發(fā)明的基質(zhì)層可以包含具有占基質(zhì)層的體積分?jǐn)?shù)為 0. lvol、到50vol1和/或具有占基質(zhì)層的重量分?jǐn)?shù)為0. lwt.X到 50wt.X的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒，所述體 積分?jǐn)?shù)優(yōu)選地是0.5vol.X到20vol.X，更優(yōu)選地是lvol.、到 15vol.、最優(yōu)選地是5vol.X到lOvol、，所述重量分?jǐn)?shù)優(yōu)選地是 0. 5wt1到20wt.X，更優(yōu)選地是lwt.X到15wt.N，最優(yōu)選地是5wt.X 到10wt.V對(duì)本發(fā)明有用的稀土離子的微晶可以從YLF、 YAG、 LiLuF" BaY!F" SrF" LaCL、 KPb2Cls和/或LaBr3中選擇。所述微晶，比如稀土摻雜的 YAG或YLF，可以用具有想要大小(如100nm到10pm)的微晶粉末相 對(duì)容易地制作。對(duì)本發(fā)明有用的非晶微?？梢詮腪BLAN、鍺酸鹽玻璃、碟屬(化合 物)玻璃(chalcogenite glass )、含碟化物玻璃(sulfide containing glass)、含硒化物玻璃和/或含碲化物玻璃中選擇，根據(jù)本發(fā)明可以使用的摻雜物可以從稀土離子的組中逸擇，特別 中鑭系元素，如鉺、鐠、銩、鈥、釤、銪、鏑、鋱、鈰、釹和锪.可以?xún)?yōu)選的是，在微晶內(nèi)的摻雜劑的濃度范圍在占微晶的總量的 0. l-10wt.X。然而，為了增加紅外吸收和/或允許在其他合適的稀土離 子上的能量躍遷，采用具有l(wèi)wtX-30wt.S范閨的摻雜物(優(yōu)選地為鐿)
的共摻雜是有利的。此外，在具有藍(lán)光、紫光或紫外輻射的激發(fā)和下轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光輻射的情況下，可以采用摻雜有鈥、釤、銪、鏑、鉺和/或鋱的YAG微晶。 另外，鈰可以用作單一的摻雜物或和釤一起使用.然而，為了將激發(fā) 能向釤轉(zhuǎn)換，利用鈰的高吸收特性是很有益的，可用于用紅外輻射的激發(fā)和上轉(zhuǎn)換到可見(jiàn)光的嵌入在基質(zhì)材料中的優(yōu)選微晶材料可以從摻雜有鉺、錯(cuò)、銩、鈥或釹的YLF、 LiLuF" BaY2F" SrF" LaCL、 KPb2Cl5或LaBr3微晶組成的組中選擇.為了進(jìn)一步提高根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的亮度，優(yōu)選的是，對(duì) 于發(fā)射波長(zhǎng)，所述稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒 的折射率與基質(zhì)層的折射率匹配，An^0且Ai^0. 01，優(yōu)選地是SO. 005，更優(yōu)選地是SO. 001，和/或其中對(duì)于激發(fā)波長(zhǎng)，所述的稀土離子摻雜的微晶和/或所述的稀土離子摻雜的非晶微粒的折射率與基質(zhì)層的折射 率匹配，Ar^O且AnS0. 1，優(yōu)選地是SO. 05，更優(yōu)選地是《0. 01。最優(yōu)選地是，對(duì)于想要的波長(zhǎng)，即對(duì)于激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)，非 晶基質(zhì)材料與微晶和/或基質(zhì)材料的折射率匹配得盡可能地相近。由于 在界面處的任何散射都會(huì)破壞激光的高光束質(zhì)量，因此這一點(diǎn)很重 要》在波導(dǎo)激光器中的 一個(gè)有利配置中，所述輻射被束縛在波導(dǎo)內(nèi)。 在小角度下的激發(fā)波長(zhǎng)的任何散射引起來(lái)自波導(dǎo)的小的光損失，并且 降低效率。根據(jù)波導(dǎo)的想要的幾何形狀和數(shù)值孔徑，所述的嵌入有稀 土離子摻雜的微晶和/或摻雜的非晶微粒的基質(zhì)的折射率的容差可以 對(duì)每種成分(即基質(zhì)材料，摻雜的微晶以及摻雜的非晶微粒)計(jì)算出 來(lái) 根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以?xún)?yōu)選地包含一基質(zhì)層，該基質(zhì)層的 熔點(diǎn)低于稀土離子摻雜的微晶和/或所述的稀土離子摻雜的非晶微粒的熔點(diǎn)。希望基質(zhì)層熔點(diǎn)低于稀土離子摻雜的微晶和/或所述的稀土離 子摻雜的非晶微粒的熔點(diǎn)可以避免對(duì)晶體和非晶微粒產(chǎn)生有害影響，因?yàn)榇嬖谥Ｗ映叽绾途w和非晶微粒的形狀可能因熔化而被改變的 危險(xiǎn)。因而，為了不破壞微晶，基質(zhì)材料應(yīng)該具有足夠低的軟化點(diǎn)， 即比微晶的熔點(diǎn)低得多。根據(jù)本發(fā)明可以被適合采用的基質(zhì)材料可以是聚合物和/或玻璃
材料。此外，可以?xún)?yōu)選使用柔韌的或有彈性的基質(zhì)材料。上面提到的基質(zhì)材料允許通過(guò)熱熔處理、旋轉(zhuǎn)涂覆、溶膠-凝膠 沉積和其他公知的沉積技術(shù)簡(jiǎn)單的成形.本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，包含嵌入的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土 離子摻雜的非晶微粒的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以很容易的成形為幾乎每種想要的形狀。然而，可以?xún)?yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層具有一定的形狀，其中所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的厚度和長(zhǎng)度的比是l: 100到1: 100000，優(yōu) 選地是l: 1000到1: 70000，更優(yōu)選地是1: 5000到1: 50000,根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以包含嵌入有稀土離子摻雜的 微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒的所述基質(zhì)層的至少一個(gè)外表 面，即優(yōu)選地，所述的基質(zhì)層的上外表面和/或下外表面，由此所述的 上表面涂覆有一中間層，該中間層沒(méi)有嵌入的稀土離子摻雜的微晶和/ 或稀土離子摻雜的非晶微粒，因此，對(duì)于400nm到1200nm的波長(zhǎng)范圍， 所述的中間層的折射率與所述的基質(zhì)層的折射率匹配，Ar^0且 An《G. 1，優(yōu)選地是SO. 01，更優(yōu)選地是SO. 005，最優(yōu)選地是SO. 001,, 然而，最優(yōu)選地是所述中間層和所述基質(zhì)層的折射率是相同的。此外， 所述中間層可以涂覆在所述的基質(zhì)層的上表面和下表面之上，也就 是，基質(zhì)層可以?shī)A在至少兩中間層之間。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以形成這樣，基質(zhì)層的上外表面和/或下外表面涂覆有一涂層，因此所述涂層的材料和基質(zhì)層 的材料不同，因此涂層具有比所述相鄰的基質(zhì)層材料的折射率低的折射率。最優(yōu)選地是所述涂層不含有包含在所述基質(zhì)層內(nèi)的微晶.可能伸 出基質(zhì)層的微晶可以戾蓋有一中間物.根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以形成這樣，所述中間層的上外表面涂覆有一涂層，和/或其中所述基質(zhì)層的下 外表面涂覆有一涂層，因而所述涂層材料不同于中間層和/或基質(zhì)層的 材料，因而所述涂層具有比所述相鄰中間層和/或基質(zhì)層的折射率低的折射率。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是在高功率二級(jí)管激光器陣列(diode laser bar)前的襯底上設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層作為薄層。這
樣的具有幾微米厚度的的層制備可以要求附加的測(cè)重，以便給涂層提 供光滑的界面.在基質(zhì)層的上邊沉積沒(méi)有微晶的相同基質(zhì)材料的中間 層可能是必要的。還有，涂層的折射率應(yīng)低于基質(zhì)層和中間層的折射率》然而，也適于使用不包含中間層的根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，因 而至少一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層作為薄層被設(shè)置在高功率二極管激光器陣列前 的襯底上。這樣的具有幾個(gè)微米厚度的層的制備可以要求附加的測(cè) 量，以便給涂層提供一光滑的界面。所述涂層的折射率應(yīng)當(dāng)?shù)陀诨|(zhì) 層的折射率。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的至少一個(gè)基質(zhì)層、中間 層和/或涂層具有一定的形狀，其中所述基質(zhì)層、中間層和/或涂層的厚度和長(zhǎng)度的比是1: 100到1: 100000，優(yōu)選地是1: 1000到1: 70000 以及更優(yōu)選地是l: 5000到1: 50000。 然而，優(yōu)選地的是-基質(zhì)層具有l(wèi)叫到200fim的厚度；和/或 -中間層具有500nm到5|tm的厚度；和/或 -涂層具有10拜到1000nm的厚度。


本發(fā)明進(jìn)一步用圖1到圖6說(shuō)明。 圖1是具有基質(zhì)層和中間層的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的側(cè)面困； 圖2是具有基質(zhì)層、中間層和涂層的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的側(cè)面圖； 圖3是具有基質(zhì)層、中間層及第一和第二涂層的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的側(cè) 面圖；圖4是具有夾在兩個(gè)中間層和笫一、第二涂層之間的基質(zhì)層的波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層的側(cè)面圖；圖5是測(cè)量散射剖面的設(shè)置； 圖6是測(cè)重機(jī)構(gòu)(setup);具體實(shí)施方式
圖1顯示具有基質(zhì)層2的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層1的側(cè)面困，該基質(zhì)層2具 有嵌入其中的稀土離子摻雜的微晶3，由此微晶部分地?cái)U(kuò)展到中間層4 中，所述中間層設(shè)置在基質(zhì)層2的上外表面之上。所述中間層4的材 料是Schott玻璃N-LASF41，其由Schott Glas AG提供.所述中間
層的厚度是l拜.所述基質(zhì)層2包含占基質(zhì)總體積的lvol i的Ce:YAG 微晶。Ce:YAG微晶摻雜有基于Y"的lat、即Y3+離子的1 %被Ce"確 良替代.所述晶體的平均直徑d"為5nm.所述基質(zhì)材料是Schott玻 璃N-LASF41,其由Schott Glas AG提供，其在45 0nm (激發(fā)波長(zhǎng)) 的折射率為1.860，在550nm(發(fā)射波長(zhǎng))的折射率為1.840.Ce: YAG的折射率在450nm為1. 853,在550nm為1. 833.具有嵌入的晶體的基質(zhì)層的厚度為20 im.圖2顯示根據(jù)困1的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層1的側(cè)面困，由此在中間層4的 上外表面之上設(shè)置有第一涂層5。該涂層5被選擇為Schott玻璃N-LASF41，其由Schott Glas AG提供，其在450nm的折射率為1. 826， 在550mn的折射率為1. 808 該涂層的厚度為lOOjim.圖3顯示根據(jù)困2的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層1的側(cè)面困，在基質(zhì)層2的下外 表面之上設(shè)置有第二涂層6。該涂層被選擇為Schott玻璃N-LASF21， 其由Schott Glas AG提供，其折射率在450nm時(shí)為1. 809，在550nm 時(shí)為1.792.該涂層的厚度為200nm。圖4顯示根據(jù)困3的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層1的側(cè)面圖，由此基質(zhì)層2夾在 兩中間層4之間。中間層4的材料是Schott玻璃N-LASF41,其由 Schott Glas AG提供，該中間層的厚度為lnm,測(cè)量折射率An的方法厚度為d的層包含具有折射率為nl且摻雜有稍稍不同的折射率n2 的晶體的基質(zhì)層，該厚度為d的層可以由折射率差A(yù)n定義.這個(gè)折射 率差A(yù)n，對(duì)很小的差A(yù)n可以用下列方法確定對(duì)晶體尺寸^30jim時(shí)， 當(dāng)照射光通過(guò)一厚度為d的樣品時(shí)，折射率差的測(cè)量是被散射的光的 角分布.這個(gè)角分布的FWHM (半高寬)與樣品厚度d、晶體的體積分 數(shù)V以及折射率差A(yù)n的乘積除以平均晶體尺寸(h。成比例，即2 d，o一個(gè)探測(cè)器可以圍繞樣品進(jìn)行角度掃描，見(jiàn)困5測(cè)重散射剖面 (scattering profile)，即強(qiáng)度作為散射角P的函數(shù).光源可以是 具有適當(dāng)濾色鏡的卣素?zé)艋蚣す馄?在探測(cè)器前的光團(tuán)(diaphragm) 可以調(diào)節(jié)角度分辨率(見(jiàn)圖5:測(cè)量散射剖面即角度掃描)。FWHM的關(guān)系也影響給定材料的實(shí)際裝置的最大長(zhǎng)度.對(duì)于基質(zhì)材
料和笫一涂層材料的折射率的給定差值，通常被表示為數(shù)值孔徑，給定平均晶體尺寸、基質(zhì)材料和晶體摻雜材料之間的折射率差值A(chǔ)n以及 給定的體積分?jǐn)?shù)的裝置的長(zhǎng)度不應(yīng)比導(dǎo)致光在基質(zhì)層內(nèi)的角分布的 FWHM(半高寬)的長(zhǎng)度長(zhǎng)很多，該半高寬等于基質(zhì)層內(nèi)全內(nèi)反射的臨 界角的兩倍.
對(duì)于晶體尺寸小于30,時(shí)，公式變得不準(zhǔn)確，因?yàn)榉浅Ｐ〉木w 尺寸會(huì)導(dǎo)致完全錯(cuò)誤的結(jié)果。對(duì)于晶體尺寸小于30叫時(shí)，基于幾何光 學(xué)的上述模型不能再正確解釋光傳輸特性.精確的處理可能通過(guò)米氏 (Mie)原理來(lái)進(jìn)行。對(duì)于小的折射率差值A(chǔ)n,可以使用被稱(chēng)為 Rayleigh-Gans散射的近似(見(jiàn)e. g. H. C. v. d. Hulst， light scattering by small particles, Dover Publications, New York, 1982 )。在這個(gè)近似中，折射率的差值A(chǔ)n可以由實(shí)時(shí)的行內(nèi)傳輸(real in-line transmission)的測(cè)量確定。這是對(duì)樣品的透明度的測(cè)量， 測(cè)量樣品內(nèi)在傳輸期間沒(méi)有被散射或吸收的光的部分。測(cè)量機(jī)構(gòu)示于 圖6。探測(cè)器的接收角應(yīng)小于0. 5e,以便幾乎只允許在樣品中沒(méi)有被散 射(或以小于0.5°被散射)的光到達(dá)探測(cè)器.(見(jiàn)圖6:確定實(shí)時(shí)的行內(nèi)傳輸?shù)臏y(cè)重機(jī)構(gòu)。)實(shí)時(shí)的行內(nèi)傳輸I由消光系數(shù)Y和樣品厚度d確定其中1。是樣品前的強(qiáng)度。當(dāng)完成Rayleigh-Gans散射近似時(shí)，消 光系數(shù)y可，出為義o 。
如以前一樣，V是樣品內(nèi)晶體的體積分?jǐn)?shù)，Xo是空氣中測(cè)量中所使 用的波長(zhǎng)。利用這個(gè)關(guān)系，折射率的差值可以從實(shí)時(shí)的行內(nèi)傳輸?shù)臏y(cè)量確定。根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以適合用于半導(dǎo)體光源(比如LED、 OLED和/或激光器)的制造，因而激光器優(yōu)選地選自紅外激光器、藍(lán) 光激光器和紫外激光器。最優(yōu)選的是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層用于藍(lán)-紫GaN基 LED。200580045950.5說(shuō)明書(shū)第9/9頁(yè)此外，根據(jù)本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層可以用于上轉(zhuǎn)換激光器，其中波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層由紅外二極管的輻射激光器激發(fā)，且產(chǎn)生的輻射被耦合進(jìn)入 光波導(dǎo)內(nèi)。上轉(zhuǎn)換層可以和根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換層一起使用，例如在EP-A103102678中描述的，EP-A103102678通過(guò)參考而被完全引入.本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)涉及一種系統(tǒng)，例如一種設(shè)備，其包含根據(jù) 本發(fā)明的至少一個(gè)半導(dǎo)體光源，其用于下列一個(gè)或多個(gè)的應(yīng)用中激光燈，LED燈，OUED燈，商店照明，家庭照明，頭燈(head lamp),重點(diǎn)照明(accent lighting ),局部照明(spotlighting)，劇院照明，辦公照明，工作場(chǎng)所照明，汽車(chē)前照燈(automotive front lighting),汽車(chē)輔助照明，汽車(chē)室內(nèi)照明，消費(fèi)者TV應(yīng)用，光纖應(yīng)用，和投影系統(tǒng)。為了提供一個(gè)全面的公開(kāi)，而不過(guò)度地使說(shuō)明書(shū)延長(zhǎng)，申請(qǐng)人據(jù) 此通過(guò)參考而結(jié)合了上面參考的專(zhuān)利和專(zhuān)利應(yīng)用.在以上詳細(xì)的實(shí)施例中，元件和特征的特定組合僅僅是例示性 的；也顯然地想到用該專(zhuān)利/應(yīng)用及通過(guò)參考而引入的專(zhuān)利/應(yīng)用中的 其他啟示互換和替代這些啟示，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以對(duì)這里描述的內(nèi)容改變、修改和使用其他實(shí)施 方式，而不偏離所要求保護(hù)的本發(fā)明的精神和范圍。因此，在前描述 只是作為例子，而不用于限定。本發(fā)明的范閨在下述權(quán)利要求及其等 同物中限定，此外，用于說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的附困標(biāo)記不限定所要 求的本發(fā)明的范圍.
權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其具有基質(zhì)層，所述基質(zhì)層包含嵌入的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜非晶微粒，其中所述稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒用至少鑭系元素之一摻雜，其中所述稀土離子摻雜的微晶和/或摻雜的非晶微粒具有10nm到500μm的平均直徑d50，且其中所述基質(zhì)層是透明的，由此對(duì)在400nm-1200nm范圍內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)，所述稀土離子摻雜的微晶和/或所述稀土離子摻雜的非晶微粒的折射率與所述基質(zhì)層的折射率匹配，Δn≥0且Δn≤0.1.
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中所述基質(zhì)層包含基于所述 基質(zhì)層的體積分?jǐn)?shù)為0. lvoll到50vol. %的所述稀土離子摻雜的微晶 和/或稀土離子摻雜的非晶微粒，所述體積分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0. 5vol1到 2 0vol. %，更優(yōu)選為lvol. X到15vol. X，最優(yōu)選為5vol. X到10vol.、 和/或體積分?jǐn)?shù)為0. lwt.、到50wt1，優(yōu)選為0. 5wt、到20wt1，更 優(yōu)選為lwt.、到15wt.V最優(yōu)選為5wt、到10wt.V
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中稀土離子的微晶優(yōu)選 地從YLF、 YAG、 LiLuF" BaY2F8、 SrF" LaCL、 KPb'Ch和/或LaBr〗 組成的組中選擇，由此稀土離子的微晶優(yōu)選地呈現(xiàn)立方對(duì)稱(chēng)，
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一個(gè)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中對(duì)于發(fā)射 波長(zhǎng)，所述稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒的折射 率與所述基質(zhì)層的折射率匹配，具有An^O且AnS0. 01,優(yōu)選地SO. 005， 更優(yōu)選地SO. 001;和/或?qū)τ诩ぐl(fā)波長(zhǎng)，所述稀土離子摻雜的微晶和/ 或稀土離子摻雜的非晶微粒的折射率與所述基質(zhì)層的折射率匹配，具 有An20且AnS0, 1，優(yōu)選為SO. 05，更優(yōu)選為SO. 01。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中所述基質(zhì) 層具有的熔點(diǎn)低于所述稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非 晶微粒的熔點(diǎn).
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一個(gè)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中所述波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換層的厚度和長(zhǎng)度比為1: 100到1: 100000，優(yōu)選為1: 1000到1: 70000，更優(yōu)選為1: 5000到l: 50000,
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個(gè)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中所述基質(zhì) 層的至少一個(gè)外表面包含嵌入的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子 摻雜的非晶微粒，并且涂瘦有中間層，該中間層沒(méi)有嵌入的稀土離子 摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒，其中所述基質(zhì)層優(yōu)選地夾 在所述中間層之間，由此所述中間層的折射率與所述基質(zhì)層的折射率匹配，具有Ai^0且An20. 1，優(yōu)選為SO. 01,更優(yōu)選為SO. 005，最優(yōu)選 為SO. 001，且至多所述中間層和所述基質(zhì)層的材料的折射率是相同的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任何一個(gè)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中所述中 間層或所述基質(zhì)層的外表面被涂襲有涂層，和/或其中所述基質(zhì)層的下 外表面被涂覆有涂層，由此所述涂層的材料和所述中間層和/或基質(zhì)層 的材料不同，且由此所述涂層具有比所述相鄰的中間層和/或基質(zhì)層的 折射率低的折射率。
9. 半導(dǎo)體光源，優(yōu)選為L(zhǎng)ED、 OLED和/或激光器，由此所述激 光器優(yōu)選地從由紅外激光器、藍(lán)光激光器和紫外激光器組成的組中選 擇，所述半導(dǎo)體光源包含根據(jù)權(quán)利要求1到8中任意一個(gè)的至少一個(gè) 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層。
10. —種包含根據(jù)權(quán)利要求9的至少一個(gè)半導(dǎo)體光源的系統(tǒng)，用 于下列應(yīng)用中的一個(gè)或多個(gè)激光燈，LED燈，OLED燈，商店照明，家庭照明，頭燈，重點(diǎn)照明，局部照明，劇院照明，辦公照明，工作場(chǎng)所照明，汽車(chē)前照燈，汽車(chē)輔助照明，汽車(chē)室內(nèi)照明， 消費(fèi)者TV應(yīng)用， 光纖應(yīng)用，和 投影系統(tǒng).
全文摘要
本發(fā)明涉及具有包含嵌入的稀土離子摻雜的微晶(3)和/或稀土離子摻雜的非晶微粒的基質(zhì)層(2)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層(1)，其中所述的稀土離子摻雜的微晶和/或稀土離子摻雜的非晶微粒摻雜有至少鑭系元素之一，并且其中所述的稀土離子摻雜的微晶和/或所述摻雜的非晶微粒具有10nm到500μm的平均直徑d₅₀，其中基質(zhì)層是透明的，因而對(duì)于在400nm到1200nm范圍中的至少一個(gè)波長(zhǎng)，所述稀土離子摻雜的微晶和/或所述稀土離子摻雜的非晶微粒的折射率與基質(zhì)層的折射率匹配，具有折射率差Δn，例如0＜_Δn＜_0.1。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101111801SQ200580045950
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月4日
發(fā)明者G·休斯勒, H·蒙克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司