[发明专利]使用含镓和氮材料的光学器件反射模式封装

说明书

相关申请的引用

本申请要求享有2010年2月3日提交的美国临时专利申请No.61/301,183的优先权，共同受让而出于各种目的结合于本文中作为参考。也结合于本文中作为参考的是共同受让的专利申请系列号12/887,207；12/914,789；61/257,303；61/256,934；和61/241,459。

技术领域

本发明总体涉及照明。本发明提供了LED器件的电磁辐射，如紫外线、紫光、蓝光、蓝光和黄光，或蓝光和绿光的透射技术。这些器件可以采用以反射模式发射光的磷光体制作于块体（bulk）半极性或非极性材料上。在其它实施方式中，起始材料能够包括含氮化镓的极性材料。本发明能够应用于白光照明，多色照明，一般性照明，装饰性照明，汽车和飞行器灯，街灯，植物生长照明，指示灯，平板显示器照明，其它光电器件等。

背景技术

在十九世纪后期，托马斯·爱迪生发明了灯泡。传统的灯泡，俗称“爱迪生灯泡”，使用了封装于密封在基座内的玻璃灯泡内的钨丝，该基座螺旋拧入灯座。灯座连接电源。这种传统的灯泡广泛使用。不幸的是，这种传统的灯泡耗散了超过90％的作为热能的能量。此外，这种传统灯泡由于灯丝元件的热膨胀和收缩而经常发生故障。

荧光灯照明采用填充惰性气体的管状结构，通常也含有汞。一对电极耦接于灯管，并通过镇流器耦接于交流电源。当汞蒸气激发时，就会放电，发射远紫外光。灯管涂有磷光体，这能够通过紫外光激发。最近，荧光灯照明已经安装到基座结构，这种基座能够匹配标准灯座。

固态照明技术也已经使用。固态照明依赖于生产发光二极管俗称LED的半导体材料。首先，红色LED已经示范（证明，demonstrate）并商业化推出。红色发光二极管使用铝铟镓磷化物或AlInGaP半导体材料。最近一段时间，中村修二（Shuji Nakamura）率先使用InGaN材料生产出蓝色LED蓝色范围的发光LED。蓝色化LED引领了创新，如固态照明和蓝色激光二极管，这由此能够开发Blu-Ray^TM DVD播放机，以及其它发展。其它颜色的LED也已推出。

基于氮化镓的高强度UV，蓝光和绿色LED已经推出并示范取得了一定成功。效率通常在UV-紫色中最高，随着发射波长升高至蓝色或绿色而下降。不幸的是，要获得高强度高效率的氮化镓基绿色LED已经问题重重。典型的氮化镓基LED的发光效率在较高的电流密度下显著下降，而这种较高电流密度却是普通照明应用所需的，这种现象称为“电流饱和”。此外，引入LED的封装也有局限性。这些封装往往热效率低下。其它限制包括产率较差，效率低和可靠性问题。虽然固态照明技术非常成功，但对于其潜能的充分开发利用还必须对其进行改进。

发明内容

在所选择的实施方式中，本发明提供的光学器件具有包括表面区域的安装构件，在一部分所述表面区域上的至少一个LED器件和置于所述表面区域上的波长转换材料，构造成基本反射所述LED器件的直接发射并构造成透射通过所述LED器件直接发射与至少波长转换材料相互作用所产生的至少一个所选择波长的转换的发射的波长选择性表面。LED器件的至少30%的直接发射在与所述波长转换材料发生相互作用之前从所述波长选择性表面被反射。优选所述波长材料具有小于100μm的厚度，但其可能小于200μm，而所述LED器件具有的表面区域延伸高出波长转换材料的表面。所述波长转换材料优选包括特征为平均粒子-粒子间距约小于10倍所有波长转换材料平均粒径的波长转换粒子。

通常情况下，所述波长选择性表面是滤光片（滤光器）或二色性光学构件。这种波长转换材料能够作为以像素化图案布置（安排）、（或以）混合至一起的第一和第二波长转换材料提供，或以堆叠布置提供。这种波长转换材料能够作为量子点，磷光体材料或有机材料提供。还优选这种LED器件制作于具有极性、半极性或非极性取向的含镓和氮的基底上。

在另一实施方式中，这种光学器件包括具有表面区域的安装构件，连同波长转换材料层一起置于一部分所述表面区域之上的LED器件。波长选择性表面构造成基本反射所述LED器件的直接发射并透射通过所述LED器件直接发射与至少波长转换材料相互作用所产生的至少一个所选择的波长的转换发射。通过在第一高度的所述LED表面区域形成的第一体积连接LED表面和波长选择性表面。通过在第二高度的波长转换材料层的区域形成的第二体积连接波长转换材料层和波长选择性表面。第二体积大于第一体积，而第二区域基本上是透明的并基本上无波长转换材料。