鎵取代的釔鋁石榴石熒光粉和包含它的發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】本文提供包括用鎵取代的YAG熒光粉，例如YaCebAlcGadOz的熒光粉組合物，其中a、b、c、d和z均為正數(shù)。本文也提供包括用鎵取代的YAG熒光粉的固態(tài)發(fā)光裝置。
【專利說明】鎵取代的釔鋁石榴石熒光粉和包含它的發(fā)光裝置
[0001]發(fā)明背景
本發(fā)明涉及熒光粉(phosphor)組合物和涉及包含熒光粉組合物的發(fā)光裝置。
[0002]背景
發(fā)光二極管(“LEDs”)為熟知的能夠產(chǎn)生光的固態(tài)照明裝置。LEDs通常包括可在半導(dǎo)體或非半導(dǎo)體襯底，例如藍(lán)寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵襯底上外延生長的多個半導(dǎo)體層。在這些外延層中形成一個或多個半導(dǎo)體活性層。當(dāng)跨活性層施加足夠的電壓時，η-型半導(dǎo)體層中的電子和P-型半導(dǎo)體層中的空穴流向活性層。當(dāng)電子和空穴彼此流向?qū)Ψ綍r，其中一些電子與空穴“相撞”并重新結(jié)合。每次發(fā)生這種情況，發(fā)射光的光子，這就是LED如何產(chǎn)生光的。由LED產(chǎn)生的光的波長分布通常取決于所使用的半導(dǎo)體材料和組成裝置的“活性區(qū)”(即電子與空穴重新結(jié)合的區(qū)域)的薄外延層的結(jié)構(gòu)。
[0003]LEDs通常具有緊緊圍繞在“峰值”波長(即其中LED的輻射發(fā)射光譜達(dá)到其如經(jīng)光檢測器檢測的最大值的單波長(single wavelength))周圍的窄的波長分布。例如，典型LED的光譜功率分布可具有例如約10-30 nm的全寬度，其中寬度在一半最大照明(稱為半峰全寬或“FWHM”寬度)處測量。因此，LEDs通常由其“峰值”波長或者由其“主”波長進(jìn)行確認(rèn)。LED的主波長為與由LED發(fā)射的光具有如由人眼感知的相同表觀顏色的單色光的波長。因此，主波長與峰值波長的不同之處在于 主波長考慮人眼對不同波長的光的敏感性。
[0004]因為大多數(shù)LEDs幾乎為似乎發(fā)射具有單一顏色的光的單色光源，已經(jīng)使用包括發(fā)射不同顏色光的多個LEDs的LED燈，以提供產(chǎn)生白光的固態(tài)發(fā)光裝置。在這些裝置中，由單個LED芯片發(fā)射的不同顏色的光結(jié)合產(chǎn)生期望的白光的強度和/或顏色。例如，通過同時給紅、綠和藍(lán)光發(fā)射LEDs通電，生成的結(jié)合光依光源紅、綠和藍(lán)LEDs的相對強度而定可能呈現(xiàn)白色或近白色。
[0005]通過用發(fā)光材料圍繞單色LED也可產(chǎn)生白光，所述發(fā)光材料將由LED發(fā)射的一些光轉(zhuǎn)換為其它顏色的光。結(jié)合由單色LED發(fā)射的通過波長轉(zhuǎn)換材料的光與由波長轉(zhuǎn)換材料發(fā)射的不同顏色的光可產(chǎn)生白色或近白色的光。例如，單一的藍(lán)色發(fā)光LED芯片(例如由氮化銦鎵和/或氮化鎵制成)可與黃光熒光粉、聚合物或染料，例如鈰摻雜的釔鋁石榴石(其具有化學(xué)式Y(jié)3Al5O12 = Ce,并且通常稱為YAG:Ce)組合使用，這種鈰摻雜的釔鋁石榴石“降頻轉(zhuǎn)換”由LED發(fā)射的一些藍(lán)光的波長，把其顏色變?yōu)辄S色。自氮化銦鎵制備的藍(lán)色LEDs呈現(xiàn)高的功效(例如外量子效率高達(dá)60%)。在藍(lán)色LED/黃色熒光燈下，藍(lán)色LED芯片產(chǎn)生具有主波長為約445-470納米的發(fā)射，和熒光粉產(chǎn)生具有峰值波長為約550納米的黃色熒光來應(yīng)對藍(lán)光發(fā)射。一些藍(lán)光通過熒光粉(和/或熒光粉顆粒之間)而沒有降頻轉(zhuǎn)換，同時相當(dāng)大部分的光被熒光粉吸收，其變?yōu)榧ぐl(fā)的并發(fā)射黃光(即藍(lán)光降頻轉(zhuǎn)換成為黃光)。藍(lán)光與黃光組合可對觀察者呈現(xiàn)白色。這種光的顏色一般地被視為冷白色。在另一種方法中，通過用多色熒光粉或染料圍繞LED可使來自紫色或紫外發(fā)光LED的光轉(zhuǎn)換為白光。不論發(fā)生何種情況，也可加入紅色發(fā)光熒光粉顆粒(例如基于CaAlSiN3 ( “CASN”)的熒光粉)以改善光的顯色性能，即使得光顯得更加“溫暖”，特別是當(dāng)單色LED發(fā)射藍(lán)色或紫外光時。
[0006]正如上面所提到的，熒光粉為一種已知種類的發(fā)光材料。熒光粉可指任何材料，這種材料吸收一種波長的光并在可見光譜內(nèi)重新發(fā)射不同波長的光，而不管吸收和重新發(fā)射之間的延遲和不管所涉及到的波長。因此，術(shù)語“熒光粉”本文可用于指有時稱為熒光性和/或磷光性材料。通常，熒光粉可吸收具有第一波長的光并重新發(fā)射具有不同于第一波長的第二波長的光。例如，“降頻轉(zhuǎn)換”熒光粉可吸收具有較短波長的光并重新發(fā)射具有較長波長的光。
[0007]LEDs用于許多應(yīng)用，包括例如液晶顯示器的逆光照明、指示燈、汽車前燈、閃光燈、特殊照明應(yīng)用以及甚至在一般照明和照明應(yīng)用中作為傳統(tǒng)白熾和/或熒光照明的替代物。在許多這些應(yīng)用中，可能合乎需要的是提供產(chǎn)生具有特殊性能的光的照明光源(lightingsource)。
[0008]概述
依據(jù)本發(fā)明的一些實施方案提供包含釔鋁石榴石(YAG)熒光粉作為主要熒光粉的熒光粉組合物，其中將鎵代入(substituted into) YAG熒光粉晶格中。在一些實施方案中，鈰也代入YAG熒光粉中。向YAG晶格中加入鎵可產(chǎn)生一種熒光粉材料，這種材料在產(chǎn)生暖白光(warm white light)的發(fā)光裝置中不再需要黃色和綠色熒光粉兩者，而是代之以在一種材料中提供必要的發(fā)射。依據(jù)本發(fā)明的實施方案還提供包含YaCebAlfadOz作為主要熒光粉的熒光粉組合物，其中a、b、c、d和z為正數(shù)，和其中R= (a+b)/(c+d)和0.5〈R〈0.7。在一些實施方案中，b/(a+b) =mol % Ce,和0〈mol % Ce<10 ；d/(c+d)=mol % Ga;和CKmol % Ga〈50。另外，在一些實施方案中，z名義上為12。在特定的實施方案中，2〈 mo I % Ce<4 ；10< mo I %Ga〈30 ;和0.5〈R ( 0.6。在一些實施方案中，主要熒光粉以總熒光粉濃度的50-100重量％范圍內(nèi)的濃度存在。
[0009]在本發(fā)明的一些實施方案中，熒光粉組合物把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有500 nm-570 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。在一些實施方案中，熒光粉組合物包含把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600nm-660 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射的第二熒光粉。在一些實施方案中，第二熒光粉包含氮化物和/或氮氧化物熒光粉。在特定的實施方案中，第二熒光粉包含(CahSrx)SiAlN3 = Eu'
[0010]在本發(fā)明的一些實施方案中，熒光粉組合物作為具有2-25 μ m范圍內(nèi)的平均粒子直徑的顆粒存在。在一些實施方案中，熒光粉組合物也包含粘合劑。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的一些實施方案也提供包含固態(tài)照明光源和依據(jù)本發(fā)明的實施方案的熒光粉組合物的發(fā)光裝置。在一些實施方案中，熒光粉組合物把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有500 nm-570 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。在一些實施方案中，熒光粉組合物包含把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600 nm-660 nm范圍內(nèi)的峰值波長的福射的第二突光粉。在一些實施方案中，發(fā)光裝置包含單獨的第二熒光粉組合物，以致熒光粉組合物和第二熒光粉組合物一起把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600 nm-660 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。在一些實施方案中，熒光粉組合物作為單晶熒光粉存在。
[0012]在本發(fā)明的一些實施方案中，熒光粉組合物把由固態(tài)照明光源發(fā)射的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有大于580納米的峰值波長的輻射。在一些實施方案中，熒光粉組合物把由固態(tài)照明光源發(fā)射的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有530納米-585納米之間的峰值波長的輻射，和把由固態(tài)照明光源發(fā)射的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600納米-660納米之間的峰值波長的福射。
[0013]在本發(fā)明的一些實施方案中，固態(tài)照明光源包含發(fā)射具有藍(lán)色范圍內(nèi)的主波長的光的發(fā)光二極管。在特定的實施方案中，藍(lán)色LED的主波長在約445 nm-470 nm之間。
[0014]在一些實施方案中，發(fā)光裝置發(fā)射具有約2500K-4500K之間的相關(guān)色溫的暖白光。在一些實施方案中，發(fā)光裝置發(fā)射具有約2500K-3300K之間的相關(guān)色溫的暖白光。在一些實施方案中，發(fā)光裝置具有至少90的CRI值。在一些實施方案中，由發(fā)光裝置發(fā)射的光具有在1931 CIE色度圖上的7個MacAdam橢圓形黑體軌跡范圍內(nèi)的色點(color point)和具有約2500K-約3300K之間的相關(guān)色溫。另外，在本發(fā)明的一些實施方案中，發(fā)光裝置具有高于50的CRI R9組件。[0015]附圖簡述
圖1為說明普朗克軌跡位置的1931 CIE色度圖的圖表。
[0016]圖2為自依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物形成的顆粒的掃描電子顯微鏡圖像。
[0017]圖3為自依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物形成的顆粒的掃描電子顯微鏡圖像。
[0018]圖4為說明于450 nm激發(fā)時，依據(jù)本發(fā)明的實施方案的熒光粉組合物的Ga和Ce濃度對光致發(fā)光光譜的CCX坐標(biāo)的影響的圖表。
[0019]圖5為說明于450 nm激發(fā)時，依據(jù)本發(fā)明的實施方案的熒光粉組合物的Ga和Ce濃度對光致發(fā)光光譜的ccy坐標(biāo)的影響的圖表。
[0020]圖6為說明于450 nm激發(fā)時，對于不同的依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物的光致發(fā)光光譜的代表性顏色坐標(biāo)的圖表。也顯示LuAG:Ce/YAG:Ce的50:50混合物的色點用于比較。
[0021]圖7顯示依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物的光致發(fā)光光譜。也顯示市售LuAG: Ce、市售YAG: Ce和LuAG: Ce/YAG: Ce的50:50混合物的光譜用于比較。
[0022]圖8A-8D為依據(jù)本發(fā)明實施方案的固態(tài)發(fā)光裝置的各種視圖。
[0023]圖9A-9E為說明可用于把熒光粉組合物應(yīng)用于依據(jù)本發(fā)明實施方案的LED芯晶片(chip wafer)的制作步驟的截面圖。
[0024]圖1OA顯示含有各種依據(jù)本發(fā)明實施方案的組合物的發(fā)光裝置的色點圖，其中紅色熒光粉作為第二熒光粉包含在內(nèi)。也提供結(jié)合相同的紅色熒光粉的LuAG:Ce/YAG:Ce的50:50物理混合物的色點用于比較。
[0025]圖1OB顯示在圖1OA中顯示的點的亮度。
[0026]圖1OC顯示在圖1OA中顯示的點的CRI。
[0027]圖1OD顯示在圖1OA中顯示的點的CRI的R9組件。
[0028]本發(fā)明實施方案的詳述
本發(fā)明現(xiàn)將參照其中顯示本發(fā)明實施方案的附圖在下文進(jìn)行更充分地描述。然而，本發(fā)明不應(yīng)視為受限于本文闡述的實施方案。更正確地說，提供這些實施方案是為了使本公開變得更詳盡和完整，并將本發(fā)明的范圍充分地轉(zhuǎn)達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在繪圖中，為清晰起見夸大了層的厚度和區(qū)域。同樣的數(shù)字自始至終指涉同樣的元件。本文使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列舉條目的任何和全部組合。[0029]本文使用的術(shù)語僅用于描述具體實施方案的目的，并且不打算限制本發(fā)明。本文使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”打算也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外明確指明。應(yīng)該進(jìn)一步理解，當(dāng)用于本說明書時，術(shù)語“包含”和/或“包括”及其衍生形式，指定存在所闡述的特征、操作、元件和/或組件，但是不排除存在或加入一種或多種其它特征、操作、元件、組件和/或其組合。
[0030]應(yīng)該理解當(dāng)元件，例如層、區(qū)域或襯底被稱為“在”或延伸“到”另一個元件上時，其可直接在或直接延伸到另一個元件上，或者也可存在介入元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為“直接在”或延伸“直接到”另一個元件上時，不存在介入元件。也應(yīng)該理解當(dāng)元件被稱為“連接(connected) ”或“聯(lián)接(coupled) ”到另一個元件時,其可直接連接或連接到另一個元件，或者可存在介入元件。相比之下，當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接連接”到另一個元件時，不存在介入元件。
[0031]應(yīng)該理解，盡管術(shù)語第一、第二等本文可用于描述各種元件、組件、區(qū)域和/或?qū)?，這些元件、組件、區(qū)域和/或?qū)硬粦?yīng)受到這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)別一個元件、組件、區(qū)域或?qū)优c另一個元件、組件、區(qū)域或?qū)?。因此，以下討論的第一元件、組件、區(qū)域或?qū)涌杀环Q為第二元件、組件、區(qū)域或?qū)佣槐畴x本發(fā)明的講授。
[0032]此外，相對術(shù)語，例如“較低的”或“底部”和“較高的”或“頂部”本文可用于描述如在圖中說明的一個元件與另一個元件的關(guān)系。應(yīng)該理解，相對術(shù)語打算包括裝置除了在圖中描繪的取向外的不同取向。例如，如果圖中的裝置翻轉(zhuǎn)過來，那么描述為在其它元件的“較低”側(cè)的元件將取向為在其它元件的“較高”側(cè)。示例性的術(shù)語“較低的”因此可依圖的具體取向而定包括“較低的”和“較高的”取向兩者。
[0033]除非另外定義，本文使 用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。應(yīng)該進(jìn)一步理解，術(shù)語，例如在常用字典中定義的那些術(shù)語，應(yīng)解釋為具有與其在本說明書和相關(guān)技術(shù)的背景下的含義一致的含義，并且不應(yīng)以理想化或過于正式的感覺來解釋，除非本文明確地如此定義。
[0034]在此涉及的所有專利和專利申請通過引用以其全部結(jié)合到本文中。在術(shù)語或范圍發(fā)生矛盾的情況下，以本申請為準(zhǔn)。
[0035]本文使用的術(shù)語“固態(tài)發(fā)光裝置”可包括發(fā)光二極管、激光二極管和/或包括一個或多個半導(dǎo)體層的其它半導(dǎo)體裝置，這樣的半導(dǎo)體層可包括硅、碳化硅、氮化鎵和/或其它半導(dǎo)體材料；可包括藍(lán)寶石、硅、碳化硅和/或其它微電子襯底的任選襯底；和可包括金屬和/或其它導(dǎo)電材料的一個或多個接觸層。固態(tài)發(fā)光裝置的設(shè)計和制作為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。本文使用的措辭“發(fā)光裝置”不受限制，除了其為能夠發(fā)光的裝置。
[0036]依據(jù)本發(fā)明實施方案的固態(tài)發(fā)光裝置可包括基于II1-V氮化物(例如氮化鎵)的LEDs或者在碳化硅或氮化鎵襯底上制作的激光器，例如由Cree，Inc.0f Durham, N.C.制造和銷售的那些裝置。這樣的LEDs和/或激光器可(或可不)配置為用以操作，以使通過襯底以所謂的“倒裝芯片”取向發(fā)生發(fā)光。依據(jù)本發(fā)明的實施方案的固態(tài)發(fā)光裝置包括在芯片的一側(cè)與陰極接觸和在芯片的對側(cè)與陽極接觸的立式裝置，以及其中兩種接觸在裝置的同側(cè)的裝置兩者。本發(fā)明的一些實施方案可使用固態(tài)發(fā)光裝置、裝置包(device package)、固定裝置(fixtures)、發(fā)光材料/元件、電源、控制元件和/或，例如在以下專利文獻(xiàn)中描述的方法:美國專利號 7564180、7456499、7213940、7095056、6958497、6853010、6791119、6600175、6201262、6187606、6120600、5912477、5739554、5631190、5604135、5523589、5416342、5393993、5359345、5338944、5210051、5027168、5027168、4966862 和 / 或 4918497，和美國專利申請公布號 2009/0184616、2009/0080185、2009/0050908、2009/0050907、2008/0308825、2008/0198 112、2008/0179611、2008/0173884、2008/012192 1、2008/0012036,2007/0253209,2007/0223219,2007/0170447,2007/0158668,2007/0139923和 / 或 2006/0221272。
[0037]可見光可包括具有許多不同波長的光?？梢姽獾谋碛^顏色可參照二維色度圖，例如在圖1中顯示的1931 CIE色度圖來說明。色度圖對于把顏色定義為顏色的加權(quán)和提供有用的參考。
[0038]如在圖1中顯示的那樣，1931 CIE色度圖上的顏色通過落入通常為U形區(qū)域內(nèi)的X和y坐標(biāo)(即色度坐標(biāo)或色點)來定義。在或靠近所述區(qū)域外面的顏色為由具有單波長或非常小的波長分布的光組成的飽和色。在區(qū)域內(nèi)部的顏色為由不同波長的混合組成的不飽和色。白光，其可為許多不同波長的混合，通常發(fā)現(xiàn)靠近所述圖的中間，在圖1中標(biāo)注10的區(qū)域。存在許多不同色度的可認(rèn)為“白色”的光，如由區(qū)域10的大小證實的那樣。例如，一些“白”光，例如由鈉蒸氣照明裝置產(chǎn)生的光，可能顏色會呈現(xiàn)黃色，而其它的“白”光，例如由一些熒光照明裝置產(chǎn)生的光，可能顏色會顯得更藍(lán)。
[0039]通常呈現(xiàn)綠色或包括實質(zhì)上綠色組件的光標(biāo)繪在白色區(qū)域10上面的區(qū)域11、12和13中，白色區(qū)域10下面的白光通常呈現(xiàn)粉紅色、紫色或品紅色。例如，標(biāo)繪在圖1的區(qū)域14和15的光通常呈現(xiàn)品紅色(即紫紅色或淺紫紅色)。
[0040]進(jìn)一步已知，來自兩個不同光源的光的二元組合可能似乎具有不同于兩種組成色中任何一種的顏色。組合光的顏色可能取決于兩個光源的波長和相對強度。例如，由藍(lán)色光源和紅色光源的組合發(fā)射的光可能對觀察者呈現(xiàn)紫色或品紅色。類似地，由藍(lán)色光源和黃色光源的組合發(fā)射的光可能對觀察者呈現(xiàn)白色。
[0041]圖1的圖表中的每一個點稱為發(fā)射具有所述顏色的光的光源的“色點”。如在圖1中顯示的那樣，存在稱為“黑體”軌跡16的色點位置，其對應(yīng)于由加熱至各種溫度的黑體輻射器發(fā)射的光的色點位置。黑體軌跡16也稱為“普朗克”軌跡，因為位于沿著黑體軌跡的色度坐標(biāo)(即色點)服從普朗克方程(Planck’s equation):
E(A) = A X_5/(eB/T-l)，其中E為發(fā)射強度，λ為發(fā)射波長，T為黑體的色溫并且A和B為常數(shù)。位于或靠近黑體軌跡16的顏色坐標(biāo)對人觀察者產(chǎn)生愉悅的白光。
[0042]當(dāng)加熱的物體變?yōu)闊霟?，其首先發(fā)出微紅色光，然后淡黃色光，然后白色光，并且最后帶藍(lán)色光，因為與黑體輻射器的峰值輻射相關(guān)的波長隨著溫度增`加而逐漸變短。發(fā)生這樣的原因是與黑體輻射器的峰值輻射相關(guān)的波長隨著溫度增加而逐漸變短，與維恩位移定律一致。產(chǎn)生在或靠近黑體軌跡16的光的發(fā)光體可因此依據(jù)其相關(guān)色溫(CCT)進(jìn)行描述。如本文使用的，術(shù)語“白光”指視為白色，在1931 CIE色度圖上的7個MacAdam橢圓形黑體軌跡內(nèi)，并具有2000Κ-10000Κ范圍內(nèi)的CCT的光。具有4000 K的CCT的白光可能會顏色呈現(xiàn)黃色，而具有8000 K或以上的CCT的白光可能會顏色顯得更藍(lán)，并可稱為“冷”白光?！芭卑坠饪捎糜诿枋鼍哂屑s2500 Κ-4500 K之間的CCT的白光，其顏色帶有更多紅色或黃色。暖白光對人觀察者通常為愉悅的顏色。具有2500 Κ-3300 K的CCT的暖白光對某些應(yīng)用可為優(yōu)選的。[0043]光源在所照明的物體準(zhǔn)確地再現(xiàn)顏色的能力一般地使用顯色指數(shù)(“CRI”)表征。光源的CRI為當(dāng)照明8種基準(zhǔn)色時，照明系統(tǒng)的演色性如何與參考黑體輻射器的演色性相比較的相對測量的修正平均值(modified average)。因此，CRI為當(dāng)用特定的燈照明時物體表面顏色變化的相對量度。如果正用照明系統(tǒng)照明的一組試驗色的顏色坐標(biāo)與正用黑體輻射器照射的相同試驗色的坐標(biāo)相同，那么CRI等于100。日光通常具有幾乎100的CRI，白熾燈泡具有約95的CRI，熒光照明一般地具有約70-85的CRI，而單色光源具有基本上為零的CRI。具有少于50的CRI的用于普通照明應(yīng)用的光源通常認(rèn)為很差，并且一般地僅用于其中經(jīng)濟(jì)問題排除其它選擇的應(yīng)用。具有70-80之間的CRI值的光源對于其中物體顏色不重要的普通照明具有用途。對于一些普通的室內(nèi)照明，大于80的CRI值為可接受的。具有4個MacAdam步長(MacAdam step)橢圓形普朗克軌跡16內(nèi)的顏色坐標(biāo)和超過85的CRI值的光源更適合于普通的照明目的。具有大于90的CRI值的光源提供更大的顏色質(zhì)量。
[0044]對于背后照明(backlight)、普通照明和各種其它應(yīng)用，通常合乎需要的是提供產(chǎn)生具有相對高的CRI的白光的照明光源，以致用照明光源照明的物體可能似乎對人眼具有更自然的色彩。因此，這樣的照明光源可能一般地包括一排固態(tài)照明裝置，包括紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光裝置。當(dāng)紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光裝置被同時通電時，生成的組合三色光(combined light)依紅色、綠色和藍(lán)色光源的相對強度而定，可能呈現(xiàn)白色或近白色。然而，甚至為紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射體的組合的光可具有低的CRI，特別是如果發(fā)射體產(chǎn)生飽和光時，因為這種光可能沒有來自許多可見光波長的組成(contributions)。
[0045]依據(jù)本發(fā)明的一些實施方案提供包含釔鋁石榴石(YAG)熒光粉作為主要熒光粉的熒光粉組合物，其中鎵代入YAG熒光粉晶格中。在一些實施方案中，鈰也代入YAG熒光粉晶格中。在一些實施方案中，也可包含其它活化劑，例如Tb、Sm、Dy、Nd、Cr、Er、Yb、Ho和Tm。在本發(fā)明的一些實施方案中，提供包含YaCebAlciGadOz作為主要熒光粉的熒光粉組合物，其中
a、b、C、d和z為正數(shù),其可為分?jǐn)?shù)或整數(shù)。在一些情況中，b/(a+b)=mol % Ce,和CKmol %Ce〈10,和 d/(c+d) =mol % Ga 和 0〈mol % Ga〈50。另外,在一些實施方案中，R= (a+b) / (c+d)和0.5〈R〈0.7。另外，在一些情況中，z名義上為12 (+/- S)。術(shù)語“主要熒光粉”意指鎵取代的YAG，例如YaCebAlfadOz存在于本文描述的熒光粉組合物中。鎵取代的YAG熒光粉可為組合物中僅有的熒光粉，或者熒光粉組合物可包括另外的熒光粉，其包括但不限于本文描述的第二熒光粉。另外，在一些情況中，熒光粉組合物可包括兩種或更多種不同的鎵取代的YAG化合物，包括兩種或更多種不同的具有如以上定義的式Y(jié)aCebAlciGadOz的化合物。在特定的實施方案中，mol % Ce為大于2%，但是少于4%。在特定的實施方案中，mol % Ga為大于10%，但是少于30%。此外，在特定的實施方案中，R為大于0.5和少于或等于0.6。在本發(fā)明的一些實施方案中，本文描述的熒光粉組合物可具有足夠?qū)挼腇WHM帶寬，以致其FWHM發(fā)射光譜落入至少部分青色的顏色范圍。
[0046]在一些實施方案中，包括本文描述的熒光粉組合物的發(fā)光裝置可發(fā)出具有高CRI值的暖白光。在一些實施方案中，依據(jù)本發(fā)明的實施方案的固態(tài)照明裝置發(fā)出的光具有超過90的CRI值和在1931 CIE色度圖上具有7個MacAdam橢圓形黑體軌跡范圍內(nèi)的色點以及具有約2500K-約4500K之間的相關(guān)色溫。在其它的實施方案中，固態(tài)照明裝置可發(fā)光，這種光具有超過85，在一些實施方案中超過88和在一些實施方案中超過90的CRI值，并且在一些實施方案中在1931 CIE色度圖上可具有在0.385-0.485 ccx和0.380-0.435ccy之間的色點，和具有2500K-4500K范圍內(nèi)的相關(guān)色溫。在一些實施方案中，相關(guān)色溫在2500K-約3300K的范圍內(nèi)。
[0047]在2010年3月9日遞交的美國申請第12/720390號(其公開通過引用以其全部結(jié)合到本文中)中描述的組合物也可具有這些合乎需要的特征。然而，美國申請第12/720390號中的組合物可包括黃色、綠色和紅色熒光粉的混合物以實現(xiàn)這些結(jié)果。本文描述的熒光粉組合物可不再需要綠色和黃色熒光粉材料的物理混合物，而是本文描述的鎵取代的YAG熒光粉組合物可為以單一材料存在的黃色和綠色熒光粉提供必要的發(fā)射。使用單一熒光粉材料替代黃色和綠色熒光粉材料的混合物具有簡化LED組件制造的優(yōu)點，并且也可減少與可能需要對不同批次的熒光粉材料實施的內(nèi)部質(zhì)量控制測試有關(guān)的后勤方面的負(fù)擔(dān)。也存在節(jié)約成本的潛力，因為LuAG: Ce通常用作綠色熒光粉，和含有Lu-的原材料可能比形成鎵取代的YAG化合物需要的材料更加昂貴。
[0048]如以上描述的那樣，在一些實施方案中，突光粉組合物可包括第二突光粉，后者可將自藍(lán)色LED接受的光降頻轉(zhuǎn)換成具有在紅色范圍內(nèi)的峰值波長的光。在一些實施方案中，這種第二熒光粉可包括氮化物和/或氮氧化物熒光粉。例如，(CahSrx)SiAlN3 = Eu2+可作為第二熒光粉包含在內(nèi)。在一些情況中，第二熒光粉可發(fā)出具有630納米-650納米之間的峰值頻率的光，并可具有85-95納米的FWHM，其主要在紅色范圍內(nèi)。可在某些實施方案中用作第二熒光粉的其它紅色或橙色熒光粉包括Lu203:Eu3+、(Sr2_xLax) (Ce1^xEux)O4,Sr2Ce1^xEuxO4,Sr2^xEuxCeO4,CaAlSiN3: Eu2+ 和 / 或 SrTiO3: Pr3+，Ga3+。可使用的熒光粉的其它實例包括 CahSrxAlSiN3'Ca2Si具、Sr2Si5N8'Ba2Si5N8'BaSi7N10'BaYSi4N7'Y5 (SiO4) 3N、Y4Si2O7N2'Υ5?02Ν、Υ25?303Ν4、Υ25?3_χΑ1χ03+χΝ4_χ、〇&1.55?9Α13016、Y。.^9AI3Ol5N14T CaSiN2 J2Si4N6C 和 / 或Y6SinN2(l0。這樣的材料可包括活化劑材料，后者包括&311、3111、￥13、6(1和/或113中的至少一種。
[0049]在一些實施方案中，主要熒光粉以熒光粉組合物中的總熒光粉的50-100重量％范圍內(nèi)的濃度存在。在特定的實施方案中，主要熒光粉以熒光粉組合物中的總熒光粉的60-80重量％范圍內(nèi)的濃度存在。第二熒光粉可包括一種類型的熒光粉或者可包括兩種或更多種不同的熒光粉，所述熒光粉將自藍(lán)色LED接受的光降頻轉(zhuǎn)換成具有在紅色范圍內(nèi)的峰值波長的光。此外，在一些實施方案中，`可在本文描述的熒光粉組合物中存在另外的熒光粉或其它的突光化合物(luminophoric compounds)。第二突光粉，以及其它的突光粉材料,也可作為單獨的組合物(即不與鎵取代的YAG混合，但是存在于裝置的另一部分中)包含在內(nèi)，以用于依據(jù)本發(fā)明實施方案的發(fā)光裝置。
[0050]在本發(fā)明的一些實施方案中，熒光粉組合物可以顆粒形式存在?？墒褂萌魏魏线m的粒度。熒光粉顆粒可按直徑(術(shù)語“直徑”指對于非球形顆粒的跨顆粒最長距離)分類，并且在一些實施方案中平均粒度在2-25 μ m的范圍內(nèi)。然而，在一些實施方案中，熒光粉組合物可具有10 nm-100 μ m大小的顆?；蚋蠓秶鷥?nèi)的平均粒度。依據(jù)本發(fā)明實施方案的組合物的粒度和形態(tài)學(xué)的實例顯示在圖2和3中，其以兩種不同放大率顯示依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物。在一些實施方案中，熒光粉組合物可能不作為顆粒存在。例如主要和/或第二熒光粉可作為單晶熒光粉，例如通過在美國申請第11/749258號中描述的、如在美國公布號2008/0283864中公布的方法形成的那些單晶熒光粉，包含在本文描述的裝置中。[0051]依據(jù)本發(fā)明的實施方案也提供包括本文描述的固態(tài)照明光源和熒光粉組合物的發(fā)光裝置。在本發(fā)明的一些實施方案中，固態(tài)照明光源包含發(fā)出具有藍(lán)色范圍內(nèi)的主波長的光的發(fā)光二極管。例如，在一些實施方案中，藍(lán)色LED的主波長在約445 nm-470 nm之間。
[0052]依據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的發(fā)光裝置可發(fā)出具有大于580納米的峰值波長的輻射。在特定的實施方案中，裝置可發(fā)出具有在600 nm-660 nm范圍內(nèi)的峰值波長的光。在一些實施方案中，裝置把由固態(tài)照明光源發(fā)出的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換成具有530納米-585納米之間的峰值波長的輻射，和把由固態(tài)照明光源發(fā)出的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換成具有600納米-660納米之間的峰值波長的輻射。
[0053]在本發(fā)明的一些實施方案中，熒光粉組合物可通過改變熒光粉中鈰和鎵的濃度來進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)熒光粉用藍(lán)光激發(fā)時，對于YaCebAlciGadOz中b和d值的變化可改變由裝置發(fā)出的光的顏色。結(jié)果，含有這些熒光粉的裝置組件的亮度、CRI和其它光學(xué)性質(zhì)可通過組成的變化進(jìn)行調(diào)整或優(yōu)化。
[0054]參照圖4-7，依據(jù)本發(fā)明實施方案的組合物可提供與黃色和綠色熒光粉(分別為YAGiCe和LuAG = Ce)的混合物等效的色點。另外，可通過改變熒光粉中鎵和鈰的濃度來改變色點。參照圖4和5，YaCebAlcGadOz中在幾種不同的鈰濃度下改變鎵的濃度影響光致發(fā)光光譜(用450 nm福射激發(fā)時)的ccx和ccy坐標(biāo)。在這種情況下,在特定鋪濃度下ccx坐標(biāo)隨著鎵的濃度增加而降低(圖4)，和在特定的鈰濃度下ccy坐標(biāo)隨著鎵的濃度增加而增加(圖5)。另一方面，在固定的鎵濃度下增加鈰的濃度增加ccx坐標(biāo)(圖4)和減小ccy坐標(biāo)(圖5)。自這些圖表明顯可見，鈰和鎵濃度的變化可用于通過廣泛范圍的ccx和ccy值調(diào)整光致發(fā)光光譜的顏色坐標(biāo)。還可能使用這些圖表中的關(guān)系預(yù)測各種各樣組合物的顏色坐標(biāo)，并因此可確定性地選擇組成以獲得特殊需要的顏色坐標(biāo)。在本發(fā)明的一些實施方案中，鎵以大于O但是少于50 mol %,在一些實施方案中大于O但是少于20 mol %,在一些實施方案中大于5但是少于20 mol %,和在一些實施方案中大于10但是少于30 mol %范圍內(nèi)的濃度存在于YaCebAleGadOz中。另外,在一些實施方案中,鋪以大于O但是少于10 mol%，和在一些實施方案中大于2但是少于5 mol %的濃度存在于組合物中。
[0055]圖6比較LuAG: Ce/YAG: Ce的50:50物理混合物的光致發(fā)光光譜(450nm激發(fā))的色點與幾種特定鎵和鈰濃度下的YaCebAlfadOz的色點。如在圖6中顯示的那樣，YaCebAlcGadOz組合物可獲得與LuAG:Ce/YAG:Ce的50:50物理混合物類似的ccx和ccy坐標(biāo)。在該實例中，YaCebAlcGadOz組合物的光致發(fā)光光譜的ccx坐標(biāo)在0.400-0.440的范圍內(nèi)和ccy坐標(biāo)在0.540和0.556的范圍內(nèi)。
[0056]圖7提供對于幾種不同的鎵和鈰濃度的YaCebAlciGadOz熒光粉的光致發(fā)光發(fā)射光譜。當(dāng)加入更多的鎵時峰值波長降低。這些光譜與LuAG:Ce/YAG:Ce的50:50物理混合物的發(fā)射光譜重疊，如在圖7 中顯示的那樣。這些光譜通常移向YAG:Ce的左側(cè)(較低波長)，和它們移向LuAG = Ce的右側(cè)(較高波長)。
[0057]現(xiàn)將參照圖8A-8D描述包括依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物的固態(tài)發(fā)光裝置30。固態(tài)發(fā)光裝置30包含包裝的LED。具體地講，圖8A為沒有其透鏡的固態(tài)發(fā)光裝置30的透視圖。圖8B為從對側(cè)觀察的裝置30的透視圖。圖8C為具有覆蓋LED芯片的透鏡的裝置30的側(cè)視圖。圖8D為裝置30的底部透視圖。
[0058]如在圖8A中顯示的那樣，固態(tài)發(fā)光裝置30包括其上安裝有單個LED芯片或“模具” 34的襯底/次粘著基臺(submount)( “次粘著基臺”)32。次粘著基臺32可由許多不同的材料，例如氧化鋁、氮化鋁、有機絕緣體、印刷電路板(PCB)、藍(lán)寶石或硅形成。LED 34可具有許多以不同方式排列的不同半導(dǎo)體層。LED結(jié)構(gòu)及其制作和操作通常為本領(lǐng)域已知的，并且因此本文僅進(jìn)行簡短地討論。LED 34的各層可使用已知的方法，例如金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)制作。LED 34的層可包括夾在相對的第一和第二摻雜外延層(其全部在生長襯底上相繼形成)之間的至少一個活性層/區(qū)域。一般地，許多LEDs在生長襯底，例如藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)襯底上生長，以提供生長的半導(dǎo)體晶片，并且這種晶片然后可被單個化為(singulated into)各LED模具中，其被插入一個包中，提供單個包裝的LEDs。生長的襯底可保持為最終單個化的LED部分，或者生長的襯底可完全或部分地去除。在其中保持生長襯底的實施方案中，其可被成形和/或變形(textured)以提高光提取(light extraction)。
[0059]也應(yīng)理解在LED 34中也可包含另外的層和元件，包括但不限于緩沖器、晶核形成、接觸和電流擴(kuò)散層以及光提取層和元件。也應(yīng)理解相對的摻雜層可包含多層和子層，以及超晶格結(jié)構(gòu)和中間層?；钚詤^(qū)域可包含例如單量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或超晶格結(jié)構(gòu)?；钚詤^(qū)域和摻雜層可自不同的材料體系制作，包括例如基于III族氮化物的材料體系，例如GaN、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)和/或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)。在一些實施方案中，摻雜層為GaN和/或AlGaN層，和活性區(qū)域為InGaN層。
[0060]LED 34可為發(fā)出具有在約380-約470 nm范圍內(nèi)的主波長輻射的紫外、紫色或藍(lán)色 LED。
[0061]LED 34可包括在其頂面上的導(dǎo)電電流傳播結(jié)構(gòu)36，以及可易于引線接合達(dá)到其頂面的一個或多個接觸器38。傳播結(jié)構(gòu)36和接觸器38兩者可由導(dǎo)電材料，例如Au、Cu、N1、In、Al、Ag或其組合、導(dǎo)電氧化物和透明導(dǎo)電氧化物制成。電流傳播結(jié)構(gòu)36可包含以LED34上的模式排列的導(dǎo)電指(conductive fingers) 37,個導(dǎo)電指37被空間配制為增強電流自接觸器38傳播進(jìn)入LED 34的頂面。在操作中，通過如以下描述的引線接合向接觸器38施加電信號，并且電信號通過電流傳播結(jié)構(gòu)36的導(dǎo)電指37傳播進(jìn)入LED 34。電流傳播結(jié)構(gòu)通常用于其中頂面為P-型的LEDs，但是也可用于η-型材料。
[0062]LED 34可用依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物39涂布。應(yīng)該理解，熒光粉組合物39可包含在本公開中討論的任何一種熒光粉組合物。
[0063]熒光粉組合物39可使用許多不同的方法涂布在LED 34上，合適的方法描述在美國專利申請系列號11/656759和11/899790中，兩者標(biāo)題為晶片級熒光粉涂布法和裝置制作米用的方法(Wafer Level Phosphor Coating Method and Devices FabricatedUtilizing Method)。或者熒光粉組合物39可使用其它方法，例如電泳沉積(EPD)涂布在LED 34上，合適的EH)方法描述在美國專利申請第11/473089號中，其標(biāo)題為半導(dǎo)體裝置的閉環(huán)電泳沉積(Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices)。向LED 34上涂布熒光粉組合物39的一種示例性方法，本文參照圖9A-9E進(jìn)行描述。
[0064]在LED 34上的次粘著基臺32的頂面40上形成光學(xué)元件或透鏡70 (參見圖8C-8D)，以提供環(huán)境和/或機械保護(hù)兩方面。透鏡70可使用不同的成型技術(shù)模制，例如在標(biāo)題為發(fā)光二極管包和用于制作它的方法(Light Emitting Diode Package and Methodfor Fabricating Same)的美國專利申請系列號11/982275中描述的那些技術(shù)。透鏡70可為許多不同的形狀，例如半球形的。許多不同的材料可用于透鏡70，例如硅樹脂、塑料、環(huán)氧樹脂或玻璃。透鏡70也可變形以改善光提取和/或散射顆粒。在一些實施方案中，透鏡70可包含熒光粉組合物39和/或可用于在LED 34上適當(dāng)?shù)奈恢萌菁{熒光粉組合物39而不是和/或另外把熒光粉組合物39直接涂布到LED芯片34上。
[0065]固態(tài)發(fā)光裝置30可包含具有不同大小或足跡的LED包。在一些實施方案中，LED芯片34的表面積可覆蓋多于次粘著基臺32的表面積的10%或者甚至15%。在一些實施方案中，LED芯片34的寬度W與透鏡70的直徑D (或者對于方形透鏡為寬度D)的比率可為大于0.5。例如，在一些實施方案中，固態(tài)發(fā)光裝置30可包含LED包，其具有為約3.45 mm方形的次粘著基臺32和具有約2.55 mm最大直徑的半球形透鏡。LED包可配置以容納為約
1.4 mm方形的LED芯片。在該實施方案中，LED芯片34的表面積覆蓋多于次粘著基臺32的表面積的16%。
[0066]次粘著基臺32的頂面40可有圖案化的導(dǎo)電特性，其可包括模具附加墊42與完整的第一接觸墊44。在次粘著基臺32的頂面40上還包括第二接觸墊46與約在附加墊42的中心安裝的LED 34。附加墊42及第一和第二接觸墊44，46可包含金屬或其它導(dǎo)電材料，例如銅。銅墊42，44，46可被鍍到依次在鈦粘附層上形成的銅晶種層上。墊42，44，46可使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝形成圖案。這些圖案化的導(dǎo)電特性使用已知的接觸方法提供給LED 34的電連接以導(dǎo)電路徑。LED 34可使用已知的方法和材料安裝于附加墊42。
[0067]在第二接觸墊46和附加墊42之間下至次粘著基臺32的表面包括間隔48 (參見圖8A)。電信號通過第二個墊46和第一個墊44施加于LED 34，第一個墊44上的電信號通過附加墊42直接傳遞給LED 34，并且來自第二個墊46的信號通過引線接合傳遞至LED
34。間隔48提供第二個墊46和附加墊42之間的電絕緣，以防止施加于LED 34的信號短路。
[0068]參照圖SC和8D，可通過經(jīng)在次粘著基臺32的后表面54上形成的第一和第二表面安裝墊50，52，向第一和第二接觸`墊44，46提供外部電觸點，向包30施加電信號，第一和第二表面安裝墊50，52分別至少部分地與第一和第二接觸墊44，46對齊。導(dǎo)電通路56在第一安裝墊50和第一接觸墊44之間通過次粘著基臺32形成，以致施加于第一安裝墊50的信號被傳導(dǎo)至第一接觸墊44。類似地，導(dǎo)電通路56在第二安裝墊52和第二接觸墊46之間形成，以在兩者之間傳導(dǎo)電信號。第一和第二安裝墊50，52允許LED包30的表面安裝，要施加于LED 34的電信號跨第一和第二安裝墊50，52進(jìn)行施加。
[0069]墊42，44，46提供延伸的導(dǎo)熱通路，以傳導(dǎo)熱量遠(yuǎn)離LED 34。附加墊42比LED34覆蓋更多的次粘著基臺32的表面，附加墊自LED 34的邊緣向次粘著基臺32的邊緣延伸。接觸墊44，46也覆蓋通路56和次粘著基臺32的邊緣之間的次粘著基臺32的表面。通過延伸墊42，44，46，可改善熱自LED 34的擴(kuò)散，這可改善LED的工作壽命和/或允許更高的運行功率。
[0070]LED包30在第一和第二安裝墊50，52之間次粘著基臺32的后表面54上進(jìn)一步包含金屬化區(qū)域66。金屬化區(qū)域66可由導(dǎo)熱材料制成，并可與LED 34至少部分垂直對齊。在一些實施方案中，金屬化區(qū)域66不與次粘著基臺32的頂面上的元件或者次粘著基臺32的后表面上的第一和第二安裝墊50，52電接觸。盡管來自LED的熱量通過附加墊42和墊44，46在次粘著基臺32的頂面40上傳播，更多的熱量將直接在LED 34下面或周圍傳入次粘著基臺32。通過允許該熱量傳播進(jìn)入其可更易于消散的金屬化區(qū)域66，金屬化區(qū)域66可幫助這種消散。熱量也可通過通路56自次粘著基臺32的頂面40傳導(dǎo)，其中熱量可傳播進(jìn)入其也可消散的第一和第二安裝墊50，52。
[0071]應(yīng)該意識到，圖8A-8D說明可包括依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物的一種示例性包裝的LED。在例如2010年4月9日遞交的美國專利申請第12/757891號中公開了另外的示例性包裝的LEDs，其全部內(nèi)容通過引用好像以其全部闡述的那樣結(jié)合到本文中。同樣應(yīng)該意識到，依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物可與任何其它包裝的LED結(jié)構(gòu)一起使用。例如，在一些實施方案中，依據(jù)本發(fā)明實施方案的LED裝置可與另一種LED，例如紅色LED組合使用，包括包含二極管和/或本文描述的熒光粉的那些LEDs。依據(jù)本發(fā)明實施方案的LED裝置與另外LED的組合可提供合乎需要的ccx和ccy坐標(biāo)，并且也可具有合乎需要地高的CRI。
[0072]正如上面提到的那樣，在一些實施方案中，依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物可在晶片被單個化為各LED芯片之前直接涂布到半導(dǎo)體晶片的表面上。一種用于涂抹熒光粉組合物的這樣的方法現(xiàn)將參考圖9A-9E進(jìn)行討論。在圖9A-9E的實例中，把熒光粉組合物涂布到多個LED芯片110上。在該實施方案中，每一個LED芯片110為具有頂部接觸124和底部接觸122的垂直結(jié)構(gòu)的裝置。
[0073]參照圖9A，以其晶片級制作工藝(即在晶片被分開/單個化為各LED芯片之前)顯示多個LED芯片110 (僅顯示兩個)。每一個LED芯片110包含在襯底120上形成的半導(dǎo)體LED。每一個LED芯片110具有第一和第二接觸器122，124。第一接觸器122在襯底120的底部和第二接觸器124 在LED芯片110的頂部。在該特定的實施方案中，頂部接觸器124為P-型接觸器和襯底120的底部上的接觸器122為η-型接觸器。然而，應(yīng)該意識到在其它的實施方案中，接觸器122，124可不同地排列。例如，在一些實施方案中，可在LED芯片110的上表面形成接觸器122和接觸器124兩者。
[0074]如在圖9Β中顯示的那樣，在頂部接觸器124上形成導(dǎo)電觸頭座(pedestal) 128，其用于在用熒光粉組合物涂布LED芯片110之后使得與P-型接觸器124電接觸。觸頭座128可由許多不同的導(dǎo)電材料形成，并可使用許多不同的已知物理或化學(xué)沉積方法，例如電鍍、掩模沉積(mask deposition)(電子束賤射)、化學(xué)鍍或螺柱碰撞(stud bumping)形成。觸頭座128的高度可依熒光粉組合物所要求的厚度而變化，并且高度應(yīng)足以匹配或自LED延伸高于熒光粉組合物涂層的頂面。
[0075]如在圖9C中顯示的那樣，晶片用熒光粉組合物涂層132覆蓋，該涂層覆蓋每一個LED芯片110、接觸器122和觸頭座128。熒光粉組合物涂層132可包含粘合劑和依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物。用于粘合劑的材料可為在固化之后堅固和在可見光譜波長基本上透明的材料，例如娃樹脂、環(huán)氧樹脂、玻璃、無機玻璃、旋涂玻璃(spin-on glass)、電介質(zhì)、BCB、聚酰胺、聚合物等。熒光粉組合物涂層132可使用不同的方法，例如旋轉(zhuǎn)涂布、滴涂(dispensing)、電泳沉積、靜電沉積、印制、噴涂或絲網(wǎng)印刷進(jìn)行涂抹。還有的另一種合適的涂布技術(shù)在2010年3月3日遞交的美國專利申請系列號12/717048中公開，其內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。然后熒光粉組合物涂層132可使用合適的固化方法(例如加熱、紫外(UV)、紅外(IR)或空氣固化)進(jìn)行固化。
[0076]不同的因素決定將由最終LED芯片110中的熒光粉組合物涂層132吸收的LE光的量，這些因素包括但不限于熒光粉顆粒的大小、熒光粉負(fù)載的百分比、粘合劑材料的類型、熒光粉類型與發(fā)出光的波長之間的匹配效率以及熒光粉組合物涂層132的厚度。應(yīng)該理解，許多其它的熒光粉可單獨或組合使用，以實現(xiàn)所期望的組合光譜輸出。
[0077]可使用不同大小的熒光粉顆粒，包括但不限于在10 nm-100 ym大小的顆粒范圍內(nèi)的平均粒度或者更大。較小的粒度一般地散射并且混合顏色好于較大尺寸的顆粒，以提供更加均勻的光線。較大的顆粒與較小的顆粒相比較一般地在光轉(zhuǎn)換時更加有效，但是發(fā)出不太均勻的光線。在一些實施方案中，平均粒度在2-25 μ m的范圍內(nèi)?？筛鶕?jù)需要在涂抹之前在熒光粉組合物涂層132中包含不同大小的熒光粉，以致最終涂層132可具有較小大小(以有效地散射和混合光線)和較大大小(以有效地轉(zhuǎn)換光線)的合乎需要的組合。
[0078]涂層132也可在粘合劑中具有不同濃度或載荷的熒光粉材料，典型濃度在按重量計30-90%的范圍內(nèi)。在一些實施方案中，熒光粉濃度在按重量計60-80%的范圍內(nèi)，并可通常均勻分散于整個粘合劑中。在其它的實施方案中，涂層132可包含多層不同濃度或類型的熒光粉，并且所述多層可包含不同的粘合劑材料。可提供一個或多個不含熒光粉的層。例如，可沉積第一個澄明的硅樹脂涂層，隨后為熒光粉加載層。作為另一個實例，涂層可包含例如兩層涂層，其包括具有在LED芯片110上的主要熒光粉的第一層和直接在主要熒光粉上的，具有峰值波長在紅色范圍內(nèi)的第二熒光粉的第二層。許多其它的層結(jié)構(gòu)是可能的，包括在同一層中包含多種熒光粉的多層，并且也可在層之間和/或在涂層與下面的LED芯片110之間提供中間層或元件。
[0079]在用熒光粉組合物涂層132初始涂布LED芯片110之后，需要進(jìn)一步加工處理以暴露出觸頭座128?，F(xiàn)參照圖9D，把涂層132變薄或平整以通過涂層132的頂面暴露出觸頭座128。變薄處理暴露出觸頭座128，平整涂層132并允許控制涂層132的最終厚度。基于LEDs 110在整個晶片上的操作特性和所選擇的熒光粉(或熒光)材料的性質(zhì)，可計算達(dá)到所要求的色點/范圍并仍然暴露出觸頭座128的涂層132的最終厚度。涂層132的厚度在整個晶片可為均勻或非均勻的?？墒褂萌魏魏线m的涂層厚度，包括但不限于少于I _、少于100微米、少于10微米和少于I微米。
[0080]如在圖9E中顯示的那樣，在涂抹涂層132之后，可使用已知的方法，例如切割、用劃線器劃和折斷或者蝕刻自晶片單個化為各LED芯片110。單個化過程分開每一個LED芯片110，每一個具有基本上相同厚度的涂層132，并且結(jié)果，具有基本上相同量的熒光粉和因此基本上相同的發(fā)射特性。在單個化LED芯片110后，在LEDs 110的側(cè)面上保持一層涂層132，并且自LEDs 110的側(cè)面發(fā)射的光也通過涂層132及其熒光粉顆粒。這導(dǎo)致轉(zhuǎn)換至少一些側(cè)面發(fā)光，這可提供在不同的視角具有更加一致的發(fā)光特性的LED芯片110。
[0081]在單個化之后，LED芯片110可安裝于包中，或至次粘著基臺或印刷電路板(PCB)，而不需進(jìn)一步處理以添加熒光粉。在一個實施方案中，包/次粘著基臺/PCB可具有常規(guī)組件引線，伴有經(jīng)電連接到引線的觸頭座128。然后常規(guī)封裝可圍繞LED芯片110和電連接。
[0082]盡管以上涂布工藝提供一種制作依據(jù)本發(fā)明實施方案的固態(tài)發(fā)光裝置的示例性方法，這種裝置包括LED和熒光粉組合物，應(yīng)該意識到可得到許多其它的制作方法。例如，2007年9月7日遞交的美國專利申請系列號11/899790 (美國專利申請出版物第2008/0179611號)，其整個內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中，公開了把熒光粉組合物涂層涂布到固態(tài)發(fā)光裝置上的各種另外的方法。在還有的其它實施方案中，發(fā)光裝置LED芯片可通過焊接接縫或?qū)щ姯h(huán)氧樹脂(conductive epoxy)安裝于反射杯,并且突光粉組合物可包含封裝材料，例如硅樹脂，其具有懸浮于其中的熒光粉?？墒褂迷摕晒夥劢M合物例如部分或全部填充反射杯(reflective cup)。
[0083]應(yīng)該理解，盡管本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于具有垂直幾何學(xué)的LEDs進(jìn)行了描述，其也可應(yīng)用于具有其它幾何學(xué)的LEDs，例如在LED芯片的同側(cè)具有兩個接觸器的橫向(Iareral)LEDs0
[0084]本文已經(jīng)連同以上描述和繪圖公開了許多不同的實施方案。應(yīng)該理解其對于字面上描述和說明這些實施方案的每一個組合和亞組合將為過度重復(fù)和模糊的。因此，本說明書，包括繪圖，應(yīng)解釋為構(gòu)成本文描述的實施方案，以及制備和使用它們的方式和方法的所有組合和亞組合的完整的書面描述，并應(yīng)支撐對任何這種組合或亞組合的權(quán)利要求。
[0085]盡管本發(fā)明的實施方案以上已經(jīng)主要關(guān)于包括LEDs的固態(tài)發(fā)光裝置進(jìn)行了討論，應(yīng)該意識到，依據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施方案可提供包括以上討論的熒光粉組合物的激光二極管和/或其它固態(tài)照明裝置。因此，應(yīng)該意識到本發(fā)明的實施方案不限于LEDs，而是可包括其它的固態(tài)照明裝置，例如激光二極管。
實施例
[0086]實施例組合物I A9CeaiAl4 466Gaa 788CWs
通過以下組成氧化物的直接反應(yīng)合成該材料:Y203、Ce02、Al203和Ga203。稱出反應(yīng)物以得到 Y2.9CeaiAl4.466GaQ.788012+/_s (3.33 mol% Ce，15 mol%Ga，R=0.57)。加入 BaF2 以致其組成總混合物的10 wt%0把這些組分很好地混合。然后把混合物置于坩堝中并在輕微的還原性氣氛下加熱至1450-165 0°C之間反應(yīng)0-12小時。在烘干后，把樣品壓碎、研磨并使用標(biāo)準(zhǔn)方法篩分。把Ga取代的YAG = Ce粉末用選擇的比率與(Cai_xSrx) SiAlN3 = Eu3+粉末混合，產(chǎn)生具有如以下描述的暖白色的裝置。
[0087]實施例組合物2:Y2.9Ce0.^14.2036&1.051012+/_5
以與對實施例組合物I描述的相同方式合成這種材料，但是化計量學(xué)為Y2.9Ce01Al4.203Ga1051012+/_s (3.33 mol% Ce, 20 mol%Ga, R=0.57)。把 Ga 取代的 YAG: Ce 粉末用選擇的比率與用于實施例組合物I的相同(CahSrx) SiAlN3:Eu3+粉末混合，產(chǎn)生具有如以下描述的暖白色的裝置。
[0088]參考組合物
用所選擇的比率制備YAG:Ce、LuAG = Ce和用于實施例組合物I的相同(Cai_xSrx)SiAlN3: Eu3+的物理混合物，產(chǎn)生具有如以下描述的暖白色的裝置。
[0089]用實施例組合物1、實施例組合物2和參考組合物制作發(fā)光裝置，全部使用具有類似的主波長和亮度的藍(lán)色發(fā)光LED模具。選擇具有重疊色點的裝置并標(biāo)繪在圖1OA中。如在圖1OA中顯示的那樣，在一些實施方案中，組合物可以7B和7C色區(qū)(color bins)存在。在一些實施方案中，它們具有在1931 CIE色度圖上的7個MacAdam橢圓形黑體軌跡范圍內(nèi)的色點和具有約2500K-約3300K之間的相關(guān)色溫。
[0090]圖1OB顯示用實施例組合物I和實施例組合物2制作的裝置與用參考組合物制作的裝置相比較具有類似或更高的亮度。同時，圖1OC顯示用實施例組合物I和實施例組合物2制作的裝置比用參考組合物制作的那些裝置具有更高的CRI。在一些實施方案中，CRI增加為比參考組合物高1-2個點。如在圖1OC中顯示的那樣，在一些實施方案中，CRI在88-92的范圍內(nèi)，并且在一些實施方案中CRI達(dá)到大于90的值。另外，圖1OD顯示用實施例組合物I和實施例組合物2制作的裝置比用參考組合物制作的那些裝置具有更高的CRIR9組件。在一些實施方案中，CRI增加比參考組合物高4-7個點。某些實施方案使得一些部件能夠達(dá)到高于50的CRI R9組件的值。
[0091]這樣，包括依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物的裝置可具有與用黃色和綠色熒光粉的混合物得到的那些相同的色點。另外，這樣的裝置可比包括黃色和綠色熒光粉的混合物的裝置獲得等效或更高的CRI值。包括依據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光粉組合物的裝置的CRI R9值可能超過參考裝置(包括黃色和綠色熒光粉的混合物的那些裝置)得到甚至更大的改善。進(jìn)一步地，依據(jù)本發(fā)明實施方案的裝置可產(chǎn)生暖白光輸出，與具有類似色點的參考裝置相比較具有相對高的光通量。
[0092]在附圖和說明書中已經(jīng)公開了本發(fā)明的實施方案，并且盡管使用了特殊術(shù)語，它們僅在一般和描述性的意義上使用并且不用于限制的目的，本發(fā)明的范圍在以下權(quán)利要求書 中闡述。
【權(quán)利要求】
1.一種熒光粉組合物，所述熒光粉組合物包含YaCebAleGadOz作為主要熒光粉，其中a、b、c、d 和 z 為正數(shù)，和其中 R=(a+b)/(c+d)和 0.5〈R〈0.7。
2.權(quán)利要求1的熒光粉組合物，其中
b/ (a+b) =mol % Ce 和 CKmol % Ce〈10 ;和
d/ (c+d)=mol % Ga 和 0〈mol % Ga〈50。
3.權(quán)利要求2的熒光粉組合物，其中 2〈 moI % Ce〈4 ；
10< mo I % Ga〈30 ;和
0.5〈R ( 0.6。
4.權(quán)利要求2的熒光粉組合物，其中z名義上為12。
5.權(quán)利要求1的熒光粉組合物，其中所述熒光粉組合物把具有445nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有500 nm-570 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。
6.權(quán)利要求5的熒光粉組合物，所述熒光粉組合物進(jìn)一步包含第二熒光粉，以致所述第二熒光粉把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600 nm-660nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。
7.權(quán)利要求6的熒光粉組合物，其中所述主要熒光粉為總熒光粉濃度的約50-100重量％。
8.權(quán)利要求6的熒光粉組合物，其中所述第二熒光粉包含氮化物和/或氮氧化物熒光粉。
9.權(quán)利要求8的熒光粉組合物，其中所述第二熒光粉包含(CahSrx)SiAlN3= Eu'
10.權(quán)利要求1的熒光粉組合物，其中所述熒光粉組合物作為具有2-25μ m范圍內(nèi)的平均粒子直徑的顆粒存在。
11.一種發(fā)光裝置，所述發(fā)光裝置包含: 一種固態(tài)照明光源；和 一種包含釔鋁石榴石(YAG)熒光粉的熒光粉組合物，所述釔鋁石榴石熒光粉具有代入YAG熒光粉中的鎵。
12.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述固態(tài)照明光源包含III族氮化物發(fā)光源。
13.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述YAG熒光粉也用鈰取代。
14.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述用鎵取代的YAG熒光粉具有式Y(jié)aCebAlciGadOz，其中 a、b、c、d 和 z 為正數(shù)，和其中 R= (a+b)/(c+d)和 0.5〈R〈0.7。
15.權(quán)利要求14的發(fā)光裝置，其中
b/ (a+b) =mol % Ce 和 CKmol % Ce〈10 ;和
d/ (c+d)=mol % Ga 和 0〈mol % Ga〈50。
16.權(quán)利要求15的發(fā)光裝置,其中 2〈 moI % Ce〈4 ；
10< mo I % Ga〈30 ;和
0.5〈R ( 0.6。
17.權(quán)利要求15的發(fā)光裝置，其中z名義上為12。
18.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述熒光粉組合物把具有445nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有500 nm-570 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。
19.權(quán)利要求18的發(fā)光裝置，其中所述熒光粉組合物進(jìn)一步包含第二熒光粉，以致所述第二熒光粉把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600 nm-660nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。
20.權(quán)利要求19的發(fā)光裝置，其中所述主要熒光粉為總熒光粉濃度的約50-100重量％。
21.權(quán)利要求19的發(fā)光裝置，其中所述第二熒光粉包含氮化物或氮氧化物熒光粉。
22.權(quán)利要求21的發(fā)光裝置，其中所述第二熒光粉包含(CahSrx)SiAlN3= Eu2'
23.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述熒光粉組合物進(jìn)一步包含粘合劑。
24.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述熒光粉組合物作為具有2-25ym范圍內(nèi)的平均粒子直徑的顆粒存在。
25.權(quán)利要求1 1的發(fā)光裝置，所述發(fā)光裝置進(jìn)一步包含單獨的第二熒光粉組合物，以致所述熒光粉組合物和所述單獨的第二熒光粉組合物一起把具有445 nm-470 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600 nm-660 nm范圍內(nèi)的峰值波長的輻射。
26.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述熒光粉組合物作為單晶熒光粉存在。
27.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述熒光粉組合物把由固態(tài)照明光源發(fā)射的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有大于580納米的峰值波長的輻射。
28.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述熒光粉組合物把由固態(tài)照明光源發(fā)射的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有500納米-570納米之間的峰值波長的輻射，和把由固態(tài)照明光源發(fā)射的至少一些輻射降頻轉(zhuǎn)換為具有600納米-660納米之間的峰值波長的輻射。
29.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述固態(tài)照明光源包含發(fā)射具有藍(lán)色范圍內(nèi)的主波長的光的發(fā)光二極管。
30.權(quán)利要求29的發(fā)光裝置，其中所述藍(lán)色LED的主波長在約445nm-470 nm之間。
31.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置發(fā)射具有約2500K-4500K之間的相關(guān)色溫的暖白光。
32.權(quán)利要求31的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置發(fā)射具有約2500K-3300K之間的相關(guān)色溫的暖白光。
33.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置具有至少90的CRI值。
34.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中由所述發(fā)光裝置發(fā)射的光具有在1931CIE色度圖上的7個MacAdam橢圓形黑體軌跡范圍內(nèi)的色點和具有約2500K-約3300K之間的相關(guān)色溫。
35.權(quán)利要求11的發(fā)光裝置，其中所述發(fā)光裝置具有大于50的CRIR9組件。
【文檔編號】H05B33/14GK103717705SQ201280038649
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月7日
【發(fā)明者】D.克拉特巴克, B.T.科林斯 申請人:科銳