專利名稱：具有波長轉(zhuǎn)換體的光檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光檢測器。
背景技術(shù)：
例如包括光電二極管或者光電阻器作為光敏元件的已知光檢測器通常具有由相 應(yīng)依賴于波長的光響應(yīng)確定的波長特有特性。具體而言，光檢測器可以實(shí)施于發(fā)光二極 管布置的通量反饋路徑中用于感測發(fā)光器件發(fā)射的光。通量反饋控制有望在將來實(shí)施于廣泛的色控多發(fā)光二極管(LED)產(chǎn)品中。為 了控制發(fā)射的光，需要例如在寬的頻率和/或溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定特性的光檢測器。通 量反饋信號(hào)可以用來監(jiān)視溫度和老化引起的LED通量減少。因此有必要具有如下光檢測 器，該光檢測器具有相對(duì)于溫度和老化而言穩(wěn)定的光響應(yīng)。然而光譜測量表明多數(shù)硅 光檢測器具有在藍(lán)色和紅外線區(qū)段中與溫度高度地相關(guān)的光響應(yīng)，而在綠色和紅色區(qū)段 中分別獲得可接受的溫度響應(yīng)。圖7示出了硅光電二極管由光電二極管在參考溫度(這里為25°C)的光譜響應(yīng)規(guī) 范化的與溫度相關(guān)的光譜光響應(yīng)。在圖7中，參考標(biāo)號(hào)701描繪了在25°C與溫度的相關(guān) 性，參考標(biāo)號(hào)703描繪了在40°C與溫度的相關(guān)性，參考標(biāo)號(hào)705描繪了在60°C與溫度的 相關(guān)性，參考標(biāo)號(hào)707描繪了在80°C與溫度的相關(guān)性，參考標(biāo)號(hào)709描繪了在100°C與溫 度的相關(guān)性，而參考標(biāo)號(hào)711描繪了在120°C與溫度的相關(guān)性。如圖7中所示，溫度引起的靈敏度變化在450nm具有最大減少量，該波長450nm 大致地對(duì)應(yīng)于在如下多LED系統(tǒng)中常用的品藍(lán)LED發(fā)射器的典型發(fā)射波長，這些多 LED系統(tǒng)使用品藍(lán)LED或者依賴于品藍(lán)LED作為抽運(yùn)LED的熒光劑轉(zhuǎn)換的白色LED。 W02007/007238A1公開了這樣的概念用于轉(zhuǎn)換LED中的光。在經(jīng)由通量反饋來進(jìn)行色控制的多原色系統(tǒng)中，在室溫的校準(zhǔn)步驟將色串的輸 出通量與在校準(zhǔn)期間同時(shí)測量的光響應(yīng)信號(hào)關(guān)聯(lián)。如果傳感器的光響應(yīng)與溫度相關(guān)，則 校準(zhǔn)關(guān)系在感興趣的溫度、例如在80°C將不再成立，80°C在工作的燈中是預(yù)期的。在圖 7的例子中，針對(duì)藍(lán)光的靈敏度與針對(duì)綠/紅光的靈敏度之比隨溫度變化。因此，通量反 饋系統(tǒng)將在較高溫度具有與綠色和紅色信號(hào)相比過低的藍(lán)色信號(hào)，這將造成系統(tǒng)隨溫度 的色點(diǎn)漂移。糾正這些誤差需要測量傳感器的溫度并且使用與它特有的與溫度相關(guān)的靈 敏度特性有關(guān)的信息。圖6針對(duì)圖7中考慮的光檢測器示出了作為溫度函數(shù)的絕對(duì)光譜靈敏度，該光檢 測器為硅光檢測器。如圖6中所示，傳感器的靈敏度一般在藍(lán)色區(qū)段中比在綠色和紅色 區(qū)段中更低。這對(duì)于如圖5中所示實(shí)際系統(tǒng)而言是重要的，在這些系統(tǒng)中傳感器連接到 跨導(dǎo)放大器和分辨率有限的AD轉(zhuǎn)換器。圖5示出了具有光電二極管501、反饋電阻器503、運(yùn)算放大器505和AD轉(zhuǎn)換 器507的典型傳感器-跨導(dǎo)-AD-轉(zhuǎn)換器信號(hào)鏈。AD轉(zhuǎn)換器507輸出針對(duì)某一個(gè)電壓輸入范圍具有給定位分辨率的線性信號(hào)，并且選擇反饋電阻器使得所得最大信號(hào)適合于某個(gè)范圍內(nèi)以獲得該信號(hào)的最佳可能分辨 率。由于傳感器的靈敏度在藍(lán)色區(qū)段中低得多，所以針對(duì)該信號(hào)將在紅色串接通并且選 擇反饋電阻器以向AD轉(zhuǎn)換器輸出適當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)最大信號(hào)。由于該信號(hào)對(duì)于藍(lán)色 串接通的情況將低得多，所以用于藍(lán)色信號(hào)的分辨率將欠佳，并且這可能造成通量反饋 系統(tǒng)中的色控不準(zhǔn)確。可以在感測不同色通道之時(shí)引入可切換的反饋電阻器以針對(duì)每個(gè) 色串將供給AD轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)取為良好值，但是這明顯增添系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。又 一問題在于難以預(yù)測特定光電二極管的表現(xiàn)。上述切換需要與光電二極管在操作溫度將 如何表現(xiàn)有關(guān)的精確知識(shí)。如果已知該表現(xiàn)，則可以容易校準(zhǔn)光電二極管。因此一種在可見光譜區(qū)段中有更均勻靈敏度的傳感器將有助于所有色串的更可 靠和簡單的通量感測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高已知光檢測器的效率。這一目的由獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中具體說明有利實(shí)施 例。本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn)當(dāng)將波長轉(zhuǎn)換體放置于光檢測器如光電二極管或者光電 阻器前面以便將第一波長的光轉(zhuǎn)換成光檢測器具有改進(jìn)的光響應(yīng)特性時(shí)所在的第二波長 的光時(shí)可以增加光檢測器的效率。本發(fā)明涉及一種包括光敏元件和布置于光敏元件前面的波長轉(zhuǎn)換體的光檢測 器，該波長轉(zhuǎn)換體被配置成將第一波長的光轉(zhuǎn)換成第二波長的光并且將第二波長的光引 向光敏元件。例如，第一波長可以比第二波長更短。另外，第一波長可以布置于第一頻 帶內(nèi)，第二波長可以布置于第二頻帶內(nèi)，其中第一和第二頻帶相對(duì)于彼此移位。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二波長取決于光敏元件的光響應(yīng)具有另一特性時(shí)所在的波 長，該另一特性具體為比光敏元件在第一波長的光響應(yīng)有所提高的溫度穩(wěn)定性和/或增 加的光響應(yīng)值。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，光敏元件為光傳感器、具體為光電阻器或者光電二極管，或 者為光敏層、具體為硅層或者硫化鎘層或者鍺層或者砷化鎵銦層或者硫化鉛層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，波長轉(zhuǎn)換體包括波長轉(zhuǎn)換材料、具體為熒光劑材料或者無機(jī) 熒光劑材料或者量子點(diǎn)陣或者納米晶體，其關(guān)聯(lián)優(yōu)點(diǎn)在于可以精確地確定抽運(yùn)波長。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一波長與藍(lán)光關(guān)聯(lián)，第二波長與紅光或者綠光或者琥珀光 關(guān)聯(lián)。本發(fā)明還涉及一種用于光傳感器的可附著波長轉(zhuǎn)換體。該可附著波長轉(zhuǎn)換體包 括用于附著到光傳感器的可附著元件，該可附著元件包括用于將第一波長的光轉(zhuǎn)換成第 二波長的光的波長轉(zhuǎn)換體。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，波長轉(zhuǎn)換體包括波長轉(zhuǎn)換材料、具體為無機(jī)熒光劑材料。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一波長與藍(lán)光關(guān)聯(lián)，第二波長與紅光或者綠光或者琥珀光 關(guān)聯(lián)。本發(fā)明還涉及一種包括光敏元件以及可附著波長轉(zhuǎn)換體的光檢測器，其中光敏 元件具體為光電二極管或者光電阻器。
本發(fā)明還涉及一種發(fā)光二極管布置、具體為LED燈，該布置包括用于發(fā)光的至 少一個(gè)發(fā)光二極管和布置于發(fā)光二極管布置的通量反饋路徑中的光檢測器。本發(fā)明還涉及一種包括光檢測器的多色發(fā)光器件，該光敏元件感測以第二波長 從波長轉(zhuǎn)換體撞擊的第一光分量和以第二波長直接撞擊光敏元件而不穿過波長轉(zhuǎn)換體的 第二光分量。根據(jù)又一方面，多色發(fā)光器件可以包括多個(gè)光檢測器，各光檢測器具有與 不同波長關(guān)聯(lián)的波長轉(zhuǎn)換體。


將參照以下附圖描述本發(fā)明的更多實(shí)施例圖1示出了光檢測器；圖2示出了傳感器板，其中波長轉(zhuǎn)換體附著于光檢測器前面；圖3示出了在將藍(lán)光轉(zhuǎn)換成琥珀光的熒光劑Lumiramic材料上入射的藍(lán)光所經(jīng)歷 的波長移位；圖4a示出了如下系統(tǒng)的絕對(duì)光譜響應(yīng)的與溫度相關(guān)的曲線圖，在該系統(tǒng)中波長 轉(zhuǎn)換體附著于光檢測器前面；圖4b示出了如下系統(tǒng)以它在25°C的參考溫度的響應(yīng)為參照的與溫度相關(guān)的相對(duì) 光譜響應(yīng)，在該系統(tǒng)中波長轉(zhuǎn)換體附著于光檢測器前面；圖5示出了光檢測系統(tǒng)的框圖；圖6示出了硅光電二極管的光譜靈敏度；以及圖7示出了硅光電二極管的相對(duì)光譜光響應(yīng)與溫度的相關(guān)性。
具體實(shí)施例方式圖1示出了光檢測器，該光檢測器具有布置于光敏元件103前面的波長轉(zhuǎn)換體 101。波長轉(zhuǎn)換體101可以包括熒光劑材料或者任何其它波長轉(zhuǎn)換材料。光敏元件103 可以是光電二極管或者光電阻器的光敏層。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，光敏元件103可以是光電 二極管或者光電阻器。波長轉(zhuǎn)換體101例如在藍(lán)光到達(dá)光敏元件103的敏感區(qū)之前或者在它到達(dá)光敏元 件103之前將它轉(zhuǎn)換成更高波長。例如，波長轉(zhuǎn)換體可以包括用于光轉(zhuǎn)換的隨溫度穩(wěn)定 的光轉(zhuǎn)換熒光劑材料。優(yōu)選地，將光轉(zhuǎn)換到如下波長區(qū)段中，光敏元件103的光響應(yīng)在 該波長區(qū)段中比在藍(lán)色區(qū)段中的光響應(yīng)更穩(wěn)定并且具有更高值。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，不同熒光劑材料可以用于將來自例如藍(lán)色區(qū)段的光轉(zhuǎn)換成例 如綠色和/或琥珀色區(qū)段中的更高波長。優(yōu)選地，波長轉(zhuǎn)換體101用來覆蓋如下傳感器，這些傳感器使得能夠維持發(fā)射 的光不變，其中在光檢測器將接收的光變換成光檢測器具有不同特性時(shí)所在的另一波 長。例如，光轉(zhuǎn)換材料可以吸收藍(lán)光并且至少部分地以更高波長將轉(zhuǎn)換的光重新發(fā)射到 光檢測器即光傳感器的活躍區(qū)域中。因此，光檢測器與波長的相關(guān)性變平。另外，波長轉(zhuǎn)換體101可以包括例如在100°C以下隨溫度很穩(wěn)定的熒光劑材料。 這帶來傳感器溫度穩(wěn)定性提高。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，波長轉(zhuǎn)換體101可以形成為可以附著于例如普通光檢測器前面的單獨(dú)元件。例如，這樣的波長轉(zhuǎn)換體可以包括密度與晶體材料的密度相比在百分之 九十五以上的陶瓷熒光板，比如例如將藍(lán)光轉(zhuǎn)換到琥珀色區(qū)段中的Lumiramic板，例如圖 2中所示，該圖示出了波長轉(zhuǎn)換體可以被布置成形成在光電二極管上面布置的Lumiramic 板。圖3示出了來自波長轉(zhuǎn)換體的發(fā)射光譜，該波長轉(zhuǎn)換體包括例如布置于藍(lán)光源 上面的熒光劑層，例如150 μ m厚度的琥珀色Lumiramic板。如圖3中的箭頭所示，將藍(lán) 光轉(zhuǎn)換成琥珀色。圖4A和圖4B示出了熒光劑-光電二極管系統(tǒng)的測量的所得光譜光敏度。圖 4A示出了如下系統(tǒng)的與溫度相關(guān)的光譜光敏度，該系統(tǒng)包括布置于光電二極管上的琥珀 色Lumiramic波長轉(zhuǎn)換體，其中以開爾文為單位給出溫度。圖4B示出了所得光檢測器布 置在不同溫度的變化，該布置包括光電二極管和布置于光電二極管上面的充當(dāng)波長轉(zhuǎn)換 體的琥珀色Lumiramic板。曲線401示出了在25°C的變化，曲線403示出了在40°C的變 化，曲線405示出了在60°C的變化，曲線407示出了在80°C的變化，曲線409示出了在 100°C的變化，而曲線411示出了在120°C的變化。當(dāng)比較圖4A和圖4B中所示結(jié)果與圖6和圖7中所示曲線時(shí)證明光電二極管的 性能顯著提高。具體而言，在450nm的藍(lán)色區(qū)段中的靈敏度已經(jīng)提高，這在與未使用熒 光劑波長轉(zhuǎn)換體時(shí)藍(lán)色與紅色的靈敏度之比為PS(450nm)/PS(630nm) = 0.17相比時(shí)獲得 PS (450nm) /PS (630nm) =0.53。另外，與溫度相關(guān)的靈敏度下降在可見光譜范圍內(nèi)接近均勻并且在從25°C加熱 至80°C時(shí)減少至最大值3%。在無例如包括熒光劑材料的波長轉(zhuǎn)換元件時(shí)，光譜靈敏度 針對(duì)相同光檢測器和相同溫度變化在450nm減少8 %。測量表明本發(fā)明的光電二極管器件在寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，這是通過例如用藍(lán)光 轉(zhuǎn)換熒光劑材料例如Lumiramic覆蓋光檢測器而實(shí)現(xiàn)的。因此，將藍(lán)色入射光轉(zhuǎn)換成如 下更長波長，硅傳感器的靈敏度在該波長較高并且與溫度的相關(guān)性較少。這獲得針對(duì)所 有溫度或者波長的平坦光譜光響應(yīng)。光檢測器在藍(lán)色區(qū)段中的提高效率提供LED在這一區(qū)段中發(fā)射的光量的測量準(zhǔn) 確性增加。因此即使少量光也可以通過測量來高效地捕獲。因而，本發(fā)明方式也可以用 于控制多色LED的顏色，該多色LED包括與不同波長關(guān)聯(lián)(例如與不同光譜如紅色、綠 色或者藍(lán)色(RGB)關(guān)聯(lián))的不同LED的陣列。出于這樣的目的，與某種光如紅色關(guān)聯(lián) 的光檢測器可以與將另一種光如綠色或者藍(lán)色轉(zhuǎn)換成某種光的波長轉(zhuǎn)換體結(jié)合使用。另 外，可以使用具有對(duì)應(yīng)采用的波長轉(zhuǎn)換體的多個(gè)光檢測器。
權(quán)利要求
1.一種光檢測器，包括光敏元件(101)；以及波長轉(zhuǎn)換體(103)，布置于所述光敏元件(101)前面，具體地直接施加到所述光敏元 件(101)，所述波長轉(zhuǎn)換體(103)被配置成將第一波長的光轉(zhuǎn)換成第二波長的光并且將所 述第二波長的光引向所述光敏元件(101)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測器，所述第二波長取決于所述光敏元件(101)的光響 應(yīng)具有另一特性時(shí)所在的波長，所述另一特性具體為比所述光敏元件(101)在所述第一 波長的光響應(yīng)有所提高的溫度穩(wěn)定性或者增加的光響應(yīng)值。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光檢測器，所述光敏元件(101)為光傳感器、具體為 光電阻器或者光電二極管，或者為光敏層、具體為硅層或者硫化鎘層或者鍺層或者砷化 鎵銦層或者硫化鉛層。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光檢測器，所述波長轉(zhuǎn)換體(103)包括波長轉(zhuǎn)換材 料、具體為無機(jī)熒光劑材料或者量子點(diǎn)陣或者納米晶體。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光檢測器，所述第一波長與藍(lán)光關(guān)聯(lián)，所述第二波 長與紅光或者綠光或者琥珀光關(guān)聯(lián)。
6.一種用于附著到光傳感器的可附著波長轉(zhuǎn)換體，所述可附著波長轉(zhuǎn)換體包括可附著元件，用于附著到所述光傳感器，所述可附著元件包括用于將第一波長的光轉(zhuǎn)換成第二波長的光的波長轉(zhuǎn)換體，所述波長轉(zhuǎn)換體具體包括無機(jī)熒光劑或者量子點(diǎn)陣 或者納米晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可附著波長轉(zhuǎn)換體，所述第一波長與藍(lán)光關(guān)聯(lián)，所述第二波 長與紅光或者綠光或者琥珀光關(guān)聯(lián)。
8.—種光檢測器，包括光敏元件，具體為光電二極管或者光電阻器；以及根據(jù)權(quán)利要求6至7所述的可附著波長轉(zhuǎn)換體。
9.一種發(fā)光二極管布置，包括用于發(fā)光的至少一個(gè)發(fā)光二極管以及布置于所述發(fā)光 二極管布置的通量反饋路徑中的根據(jù)權(quán)利要求1至5和8中的任一權(quán)利要求所述的光檢測器。
10.一種多色發(fā)光器件，包括根據(jù)權(quán)利要求1至5和8中的任一權(quán)利要求所述的光檢 測器，所述光敏元件感測以所述第二波長從所述波長轉(zhuǎn)換體撞擊的第一光分量和以所述 第二波長直接撞擊所述光敏元件而不穿過所述波長轉(zhuǎn)換體的第二光分量，或者其中所述 多色發(fā)光器件包括根據(jù)權(quán)利要求1至5和8中的任一權(quán)利要求所述的多個(gè)光檢測器，各光 檢測器具有與不同波長關(guān)聯(lián)的波長轉(zhuǎn)換體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括光敏元件(101)和布置于光敏元件前面的波長轉(zhuǎn)換體(103)的光檢測器，該波長轉(zhuǎn)換體被配置成將第一波長的光轉(zhuǎn)換成第二波長的光并且將第二波長的光引向光敏元件。優(yōu)點(diǎn)在于可以提供在整個(gè)可見光譜內(nèi)的穩(wěn)定讀取。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102017167SQ200980115256
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者B·阿克曼, C·馬蒂尼, H-H·貝希特爾, M·海德曼, M·薩爾斯布里 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司