專利名稱：用于照明的間接波長轉(zhuǎn)換材料配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置領(lǐng)域，并且更具體而言涉及具有與光源隔開的波長轉(zhuǎn)換材料的照明裝置。
背景技術(shù)：
諸如發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體發(fā)光裝置屬于當(dāng)前可獲得的最高效的光源。在制造能夠跨過可見光譜操作的高亮度LED中當(dāng)前感興趣的材料系統(tǒng)包含III-V族半導(dǎo)體，特別是也稱為III族氮化物材料的鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金；以及鎵、鋁、銦、砷和磷的二元、三元和四元合金。經(jīng)常通過利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)或者其它外延技術(shù)，在藍(lán)寶石、碳化硅或III族氮化物襯底上外延生長III族氮化物裝置，以及在砷化鎵上外延生長III磷化物裝置。通常，η型區(qū)域沉積在襯底上，接著發(fā)光區(qū)域或有源區(qū)域沉積在η型區(qū)域上，接著ρ型區(qū)域沉積在有源區(qū)域上。各層的順序可以顛倒使得P型區(qū)域毗鄰襯底。半導(dǎo)體發(fā)光裝置的一種有希望的用途是用于通用照明和諸如液晶顯示器(LCD)的顯示裝置的背光源。IXD通常用于蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、臺(tái)式監(jiān)視器和電視機(jī)應(yīng)用。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種需要背光照明的彩色或單色透光式IXD，其中背光源可以使用一個(gè)或多個(gè)LED。LED與激光二極管不同之處在于 LED發(fā)射非相干光。圖1中說明的背光源描述于通過引用結(jié)合于此的美國專利7052152。LED 24的陣列置于背光源26的背面板上。背光源沈的背面48和側(cè)壁46覆蓋有高反射性材料。IXD 面板14置于背光源沈前方。IXD面板14可以是常規(guī)IXD，其具有第一偏振濾波器、用于形成跨過液晶層選定區(qū)域的電場的薄膜晶體管陣列、液晶層、RGB濾色器陣列和第二偏振濾波器。濾色器陣列具有紅色、綠色和藍(lán)色子像素?？梢栽贗XD面板14和背光源沈之間使用諸如亮度增強(qiáng)膜(BEF)或偏振恢復(fù)膜(DBEF)的附加膜。顏色轉(zhuǎn)換磷光體層39布置在蓋板40上。磷光體層39為由一種或多種不同類型的磷光體組成的均勻?qū)印?yōu)選地使用綠色和紅色磷光體，但是也可以使用黃色磷光體(YAG)。 此層39可以通過噴涂、絲網(wǎng)印刷或電泳沉積來應(yīng)用，或者可以是具有均勻密度的遍布膜內(nèi)的顆粒或發(fā)光染料(luminescent dye)的膜。作為單個(gè)磷光體層的可替換方案，一種類型的磷光體應(yīng)用到蓋板40，而另一種磷光體應(yīng)用到背光源的背面板48。背面板48上的磷光體可以不應(yīng)用成為均勻涂層，而是應(yīng)用成為點(diǎn)模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有與光源隔開的波長轉(zhuǎn)換材料的照明裝置。依據(jù)本發(fā)明，一種裝置包括反射器和布置在反射器上的波長轉(zhuǎn)換材料。例如，背光源布置在反射器和諸如液晶顯示器的待照射表面之間。背光源包括光源和波導(dǎo)。波導(dǎo)配置成將大多數(shù)來自光源的光引導(dǎo)朝向反射器。該光的至少一部分被波長轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換，被反射器反射，并且入射在待照射表面。


圖1是以半導(dǎo)體LED陣列為背光源的顯示器裝置的截面視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照明裝置的截面視圖。圖3說明定位在透明波導(dǎo)中的開口內(nèi)的側(cè)面發(fā)射LED。圖4和5說明側(cè)面發(fā)射LED的實(shí)例。圖6說明配置成將光引導(dǎo)朝向具有波長轉(zhuǎn)換材料的反射器的背光源。圖7和8說明布置在反射器上的波長轉(zhuǎn)換材料。圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照明裝置的截面視圖。圖10為具有沿著邊緣定位的LED的透明波導(dǎo)的俯視圖。圖11說明沿著透明波導(dǎo)的邊緣布置的LED。
具體實(shí)施例方式圖2說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照明裝置。光由波導(dǎo)50提供。一種合適的背光源為起到波導(dǎo)50的作用從而混合由若干LED提供的光的透明材料部分。波導(dǎo)可以是例如丙烯酸材料(例如PMMA)、硬硅樹脂、成型塑料、聚碳酸酯或者任何其它合適的材料。圖10為具有沿著邊緣50A定位的LED 90的波導(dǎo)50的一個(gè)實(shí)例的俯視圖。圖11說明在波導(dǎo)50的邊緣50a上的LED 90。反射性構(gòu)件92可以將來自LED 90的光引導(dǎo)到波導(dǎo)50內(nèi)。LED 90包括穹頂透鏡94。LED可以可替換地布置在波導(dǎo)中的開口內(nèi)。開口可以定位在透明波導(dǎo)的邊緣附近。 這種背光源的一個(gè)實(shí)例在圖3中說明并且在通過引用結(jié)合于此的US2009-004M20中描述。 安裝在載具22上的側(cè)面發(fā)射LED 10定位在固態(tài)的透明波導(dǎo)材料36部分中的開口內(nèi)。波導(dǎo)部分36定位在較大的波導(dǎo)30的槽42內(nèi)。LED將大多數(shù)光從裝置的側(cè)面，而不是從頂部發(fā)射離開裝置。合適的裝置的一個(gè)實(shí)例在圖4中說明并且在通過引用結(jié)合于此的美國專利6974229中更詳細(xì)描述。LED 44上方的透鏡21設(shè)計(jì)成使得發(fā)射到頂部部分內(nèi)的光在表面25上全內(nèi)反射，以便該光入射在表面23上并且折射離開透鏡。發(fā)射到部分41內(nèi)的光也折射離開該裝置。透鏡21附連到框架43。引線27電連接到LED 44。合適的側(cè)面發(fā)射裝置的另一個(gè)實(shí)例在圖5中說明。圖5的裝置可以比圖4的裝置薄(即，短)得多。圖5的裝置是通過在諸如藍(lán)寶石、SiC或GaN的生長襯底(未示于圖5) 上首先生長η型區(qū)域60、發(fā)光或有源區(qū)域62以及ρ型區(qū)域64而形成。部分的ρ型區(qū)域64 和發(fā)光區(qū)域62被蝕刻以露出部分的底下的η型區(qū)域60?？梢允欠瓷湫缘慕饘匐姌O(例如， 銀、鋁或合金)隨后形成于露出的η和ρ型區(qū)域上。當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，發(fā)光區(qū)域62在由 III族氮化物有源層的組成確定的波長發(fā)射光。形成這種LED是公知的。半導(dǎo)體LED接著安裝在載具70上成為倒裝芯片。載具70例如可以是任何合適的材料，諸如陶瓷、鋁或硅。載具70包括金屬電極，該金屬電極經(jīng)由互連而焊接或超聲焊到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的金屬電極，該互連可以是例如金或焊料。如果電極本身可以例如通過超聲焊或任何其它合適的結(jié)合而被連接，則互連可以略去。半導(dǎo)體層(60、62和64)和載具70之3/4頁
間的多個(gè)金屬層(包括半導(dǎo)體上的電極、載具上的電極、以及互連)在圖5中示于結(jié)構(gòu)66 (連接到η型區(qū)域60)和68 (連接到ρ型區(qū)域64)。載具70用作機(jī)械支撐，提供了 LED芯片上的η和P電極與電源之間的電學(xué)接口，并且提供熱沉。合適的載具是公知的。為了減小LED的厚度并且防止光被生長襯底吸收，通過合適于襯底的方法移除生長襯底，諸如通過蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光或者激光熔化，其中在激光熔化中，激光加熱III族氮化物結(jié)構(gòu)和生長襯底的界面，從而熔化一部分III族氮化物結(jié)構(gòu)并且從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)釋放襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，在LED陣列安裝在載體晶片上之后并且在LED/載體被單一化(例如通過鋸切)之前，執(zhí)行生長襯底的移除。在生長襯底移除之后，在一些實(shí)施例中，剩余的III族氮化物結(jié)構(gòu)被減薄和/或粗糙化或者例如利用光子晶體圖案化。反射性膜74形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方。反射性膜74 可以是鏡面的或漫射的。鏡面反射器可以是由有機(jī)或無機(jī)層形成的分布式布拉格反射器 (DBR)0鏡面反射器也可以是一層鋁或其它反射性金屬，或者是DBR和金屬的組合。漫射反射器可以由沉積在粗糙化表面上的金屬形成或者由諸如合適的白色涂料的漫射材料形成。 通過在反射性層74和η型區(qū)域60之間添加可選的層72，可以增大側(cè)面發(fā)射的效率，層72 為諸如透明波導(dǎo)層或者包含反射性顆粒或粗糙化/棱鏡表面的散射層。諸如磷光體的波長轉(zhuǎn)換層也可以布置在η型區(qū)域60和反射器74之間。在一個(gè)實(shí)施例中，載具70具有約380微米的厚度，半導(dǎo)體層具有約5微米的組合厚度，可選的層72具有約200微米的厚度，并且反射性膜74具有約150微米的厚度，使得 LED加上載具厚度小于1mm。當(dāng)然，LED可以制成更厚。LED的每條邊的長度典型地小于Imm 并且LED經(jīng)常是方形，不過它們可以是任何形狀。回到圖2，待照射表面安置在波導(dǎo)50的一個(gè)側(cè)面上。盡管下面的實(shí)施例使用IXD 面板14作為待照射表面的實(shí)例，本發(fā)明不限于LCD顯示器并且待照射表面可以是在通用照明應(yīng)用情形下包括簡單透明蓋的任何表面。IXD層14可以是常規(guī)IXD，其具有第一偏振濾波器、用于形成跨過液晶層選定區(qū)域的電場的薄膜晶體管陣列、液晶層、RGB濾色器陣列和第二偏振濾波器。濾色器陣列具有紅色、綠色和藍(lán)色子像素?？梢栽贗XD面板14和波導(dǎo)50 之間使用附加的公知的膜，諸如亮度增強(qiáng)膜或偏振恢復(fù)膜，以及使用漫射器元件以提高均勻性。反射器52安置在波導(dǎo)50的另一側(cè)面上。如所示在反射器52和波導(dǎo)50之間可以存在空氣間隙。反射器52例如可以是諸如從3M公司可獲得的增強(qiáng)鏡面反射器(ESR)膜的反射性膜，或者涂敷有諸如反射性金屬、涂層、涂料或二向色疊層的反射性材料的剛性材料，諸如塑料。在一些實(shí)施例，反射器是部分透明的以泄露通過一些光以用于這樣的照明應(yīng)用，其中來自裝置的兩個(gè)側(cè)面(即待照射表面14和反射器52)的光是期望的。諸如磷光體的波長轉(zhuǎn)換材料M布置在最靠近背光源50的反射器52的側(cè)面上。例如，當(dāng)與發(fā)射藍(lán)光的LED組合時(shí)，波長轉(zhuǎn)換材料M可以是單個(gè)或多個(gè)發(fā)射黃光的磷光體、一種或多種發(fā)射紅光的磷光體和一種或多種發(fā)射綠光的磷光體的混合物、或者形成為分立層的一種或多種發(fā)射紅光的磷光體和一種或多種發(fā)射綠光的磷光體。當(dāng)與發(fā)射UV光的LED 組合時(shí)，可以添加發(fā)射藍(lán)光的磷光體。發(fā)射不同顏色光的附加磷光體可以被添加以實(shí)現(xiàn)組合的波長轉(zhuǎn)換和未轉(zhuǎn)換光的期望顏色特性。在一些實(shí)施例，在裝置中使用的所有波長轉(zhuǎn)換材料布置在反射器52上，使得波長轉(zhuǎn)換材料不布置在光源和待照射表面之間。波長轉(zhuǎn)換材料M也可以嵌在薄玻璃層內(nèi)，該薄玻璃層可以被反射性地涂敷。波導(dǎo)配置成將來自LED的光引導(dǎo)朝向波長轉(zhuǎn)換層54，該光的至少一部分在波長轉(zhuǎn)換層被波長轉(zhuǎn)換。例如，在圖6說明的裝置中，在包括固態(tài)的透明波導(dǎo)和安裝在載具78上且定位在波導(dǎo)中的開口 76內(nèi)的側(cè)面發(fā)射LED 77的如上所述波導(dǎo)50中，特征79形成于透明波導(dǎo)的頂部內(nèi)從而將來自LED 77的光引導(dǎo)離開LCD 14并且朝向反射器52上的波長轉(zhuǎn)換材料M。波導(dǎo)50和波長轉(zhuǎn)換層M之間可以存在空氣間隙。波長轉(zhuǎn)換光被反射器52反射，與未轉(zhuǎn)換光混合，并且入射在LCD 14。附加漫射器元件和/或(多個(gè))亮度增強(qiáng)膜可以置于波導(dǎo)50和IXD 14之間。反射器52上波長轉(zhuǎn)換材料M的數(shù)量可以被調(diào)整以調(diào)節(jié)波長轉(zhuǎn)換光和來自LED的未轉(zhuǎn)換光的組合的色點(diǎn)。圖7和8說明布置在兩個(gè)反射器52上的波長轉(zhuǎn)換材料M。波長轉(zhuǎn)換材料可以例如絲網(wǎng)印刷、噴涂或模板印刷在反射器52上。粉末磷光體可以與諸如硅樹脂或環(huán)氧樹脂的粘合劑混合。波長轉(zhuǎn)換材料的多個(gè)區(qū)域布置在反射器52上，相鄰區(qū)域之間具有間隔。在圖7的裝置中，波長轉(zhuǎn)換材料M的各區(qū)域之間的間隔更小，因此更多的光將被波長轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換并且轉(zhuǎn)換和未轉(zhuǎn)換光的組合將具有較少未經(jīng)轉(zhuǎn)換的藍(lán)光。在圖8的裝置中，波長轉(zhuǎn)換材料M的各區(qū)域之間的間隔更大，因而更少的光將被波長轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換并且轉(zhuǎn)換和未轉(zhuǎn)換光的組合將具有較多未經(jīng)轉(zhuǎn)換的藍(lán)光。圖9說明具有布置在反射器上的間接(remote)波長轉(zhuǎn)換材料的照明裝置的可替換實(shí)施例。背光源80包括波導(dǎo)82，該波導(dǎo)可以是固態(tài)的透明材料或者開放盒子。波導(dǎo)82 的側(cè)面84可以形成為反射性的。一個(gè)或多個(gè)LED 86定位在最靠近待照射表面(圖9中的 IXD 14)的波導(dǎo)82的表面上。LED 86可以將大多數(shù)光從LED頂部發(fā)射離開LED，朝向布置在反射器52上的波長轉(zhuǎn)換材料M。該光的至少一部分被波長轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換，被反射器52 反射，與未轉(zhuǎn)換光混合，接著入射在IXD 14。在圖1說明的裝置中，背光源配置成正向朝向IXD 14引導(dǎo)光。如果光被反射朝向背光源的背部而被波長轉(zhuǎn)換，則將所有波長轉(zhuǎn)換材料定位在背光源的背部上將可能導(dǎo)致數(shù)量不足的波長轉(zhuǎn)換光，或者將降低裝置的效率。相比之下，在圖2、6和9說明的裝置中，背光源配置成將來自LED的光往回引導(dǎo)朝向波長轉(zhuǎn)換材料，而不是正向朝向待照射表面。如上所述具有布置在反射器上的波長轉(zhuǎn)換材料的照明裝置可以具有若干優(yōu)點(diǎn)。首先，由于波長轉(zhuǎn)換材料與LED隔開，波長轉(zhuǎn)換材料的效率不由于來自LED的熱量而降低。此外，當(dāng)反射器是熱傳導(dǎo)的時(shí)，任何熱量可以通過波長轉(zhuǎn)換材料布置于其上的反射器而有效地傳導(dǎo)離開波長轉(zhuǎn)換材料。另外，與其中光通過波長轉(zhuǎn)換材料的裝置相比，由波長轉(zhuǎn)換材料的吸收可以減小，因?yàn)檗D(zhuǎn)換光可以在更短距離行進(jìn)通過波長轉(zhuǎn)換層。本發(fā)明已經(jīng)予以詳細(xì)描述，鑒于當(dāng)前公開內(nèi)容本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以對本發(fā)明進(jìn)行調(diào)整而不背離此處描述的發(fā)明構(gòu)思的精神。因此，不打算將本發(fā)明的范圍限制于所說明和描述的特定實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括 反射器；布置在該反射器上的波長轉(zhuǎn)換材料； 待照射表面；以及布置在該反射器和該待照射表面之間的背光源，該背光源包括光源和波導(dǎo)，其中該波導(dǎo)配置成將大多數(shù)來自該光源的光引導(dǎo)朝向該反射器。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中 該波導(dǎo)為固態(tài)的透明材料； 該光源為發(fā)光二極管；以及該發(fā)光二極管定位在該波導(dǎo)邊緣附近的該透明材料中形成的開口內(nèi)。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中該波導(dǎo)包括形成于最靠近該待照射表面的該透明材料的表面上的特征，其中該特征配置成將光引導(dǎo)朝向該反射器。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中 該波導(dǎo)為固態(tài)的透明材料； 該光源為發(fā)光二極管；以及該發(fā)光二極管定位為鄰近波導(dǎo)的邊緣。
5.權(quán)利要求1的裝置，其中該波導(dǎo)包括由反射性側(cè)面圍成并且用空氣填充的體積； 該光源為發(fā)光二極管；以及該發(fā)光二極管定位為鄰近最靠近該待照射表面的該波導(dǎo)的邊界。
6.權(quán)利要求5的裝置，其中該發(fā)光二極管定位為將光發(fā)射朝向該反射器。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中該波長轉(zhuǎn)換材料布置在多個(gè)區(qū)域中的該反射器上，其中相鄰區(qū)域由該反射器的其上不布置波長轉(zhuǎn)換材料的區(qū)域隔開。
8.權(quán)利要求1的裝置，其中該光源包括含有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其中波長轉(zhuǎn)換材料不定位在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和該待照射表面之間。
9.權(quán)利要求1的裝置，其中該光源包括發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包括III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括布置在η型區(qū)域和ρ型區(qū)域之間的發(fā)光層；以及反射器，其定位在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方。
10.權(quán)利要求1的裝置，其中該反射器是熱傳導(dǎo)的。
11.權(quán)利要求1的裝置，其中該光源配置成發(fā)射藍(lán)光，并且該波長轉(zhuǎn)換材料包括配置成吸收藍(lán)光且發(fā)射綠光的至少一種磷光體和配置成吸收藍(lán)光且發(fā)射紅光的至少一種磷光體。
12.權(quán)利要求11的裝置，其中配置成吸收藍(lán)光且發(fā)射綠光的至少一種磷光體和配置成吸收藍(lán)光且發(fā)射紅光的至少一種磷光體被混合并且在該反射器上布置在單個(gè)均勻?qū)觾?nèi)。
13.權(quán)利要求11的裝置，其中配置成吸收藍(lán)光且發(fā)射綠光的至少一種磷光體和配置成吸收藍(lán)光且發(fā)射紅光的至少一種磷光體在該反射器上布置成分立層。
14.權(quán)利要求1的裝置，其中該光源配置成發(fā)射藍(lán)光，并且該波長轉(zhuǎn)換材料包括配置成吸收藍(lán)光且發(fā)射黃光的至少一種磷光體。
15.權(quán)利要求1的裝置，其中該待照射表面為液晶顯示器。
全文摘要
一種裝置包括反射器和布置在反射器上的波長轉(zhuǎn)換材料。背光源布置在反射器和諸如液晶顯示器面板的待照射表面之間。背光源包括光源和波導(dǎo)。波導(dǎo)配置成將大多數(shù)來自光源的光引導(dǎo)朝向反射器。該光的至少一部分被波長轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換，被反射器反射，并且入射在待照射表面。
文檔編號F21V8/00GK102414503SQ201080018908
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者B. 施切金 O., J. 比爾休曾 S. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司