[发明专利]陶瓷波长转换板和包括陶瓷波长转换板的光源

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求题为“CERAMIC WAVELENGTH-CONVERSION PLATES AND LIGHT SOURCES INCLUDING THE SAME”的于2012年3月22日提交的美国专利申请No.13/427,538的优先权，其整体内容被通过引用合并到此。

技术领域

本公开通常涉及固态光源（诸如发光二极管（LED）），并且更特别地，涉及包括一个或更多个陶瓷波长转换板的LED光源。

背景技术

LED芯片可以在光谱的特定区域中生成可见光和不可见光。取决于LED的材料成分，从LED输出的光可以是例如蓝色、红色、绿色、不可见紫外（UV）和/或近UV谱区域中的光。当期望构建产生与LED的输出色彩不同的色彩的LED光源时，已知使用光致发光将具有第一波长或波长范围的从LED输出的光（“初级光”或“激励光”）转换为具有第二波长或波长范围的光（“次级光”或“发射光”）。

光致发光通常牵涉利用波长转换材料（诸如磷或磷的混合物）来吸收更高能量的初级光。吸收初级光可以将波长转换材料激励到更高能态。当波长转换材料返回到更低能态时，其发射通常与初级光不同的波长/波长范围的次级光。次级光的波长/波长范围可以取决于所使用的波长转换材料的类型。像这样，可以通过恰当选择波长转换材料来达到期望的波长/波长范围的次级光。这种处理可以被理解为“波长下转换”，并且与包括波长转换材料（诸如磷）的波长转换结构组合以产生次级光的LED可以被描述为“磷转换的LED”或“波长转换的LED”。

在已知的配置中，LED管芯（诸如III族氮化物管芯）定位于反射器杯封装（cup package）和体积（volume）中，并且波长转换材料的或包括波长转换材料的保形（conformal）层或薄膜直接沉积在管芯的表面上。在另一已知配置中，可以在固体、自支撑平坦结构（诸如陶瓷板、单晶板或薄膜结构）中提供波长转换材料。这样的板在此可以被提及为“波长转换板”。该板例如可以通过晶片接合、烧结、胶合等而直接附接到LED。这种配置可以被理解为“芯片级转换”或“CLC”。替换地，该板可以通过中间元件而被定位得远离LED。这样的配置可以被理解为“远程转换”。

取决于从任何芯片输出的光的期望的远场图案外加转换器配置，与波长转换板关联的一个缺点可能是：在转换处理期间，特定量的光可能通过转换器的侧边脱离（侧边发射）。侧边发射可能造成减少的效率和/或关于角度的不均匀光分布。另外，特别是在其中波长转换板被用在高亮度/功率应用中的实例中，在任何转换处理期间所生成的热可能减少系统的效率。

在一些应用中，已经通过在转换板的侧边周围的硅酮层中浇铸（cast）陶瓷来解决侧边发射问题。例如，可以通过将TiO₂粉末混合到硅酮中并且然后在LED芯片和波长转换板周围部署所得到的材料来形成TiO₂在硅酮中的浇铸。浇铸材料中的硅酮然后可以被固化以在波长转换板的发射表面周围创建固体反射层。结果，仅波长转换板的顶部表面可以被暴露于发射光。发射到转换材料的侧边的光被反射材料所反射。

虽然该解决方案可以有效地解决侧边发射，但其要求在用在每个灯封装中的波长转换板周围的单独浇铸硅酮层中的陶瓷。这可能添加灯制造处理的复杂度。此外，硅酮材料中的陶瓷可能在浇铸期间被过度填充，引起其覆盖波长转换板的顶部表面的一部分，并且潜在地减少光输出。相反地，硅酮材料中的陶瓷可能在浇铸期间欠填充，留下其中来自波长转换板的侧边发射仍为可能的区。

除了前面提到的光学问题之外，在硅酮材料中使用陶瓷还可能对其所合并到的系统的热管理强加限制。例如，在其中生成显著量的热的系统（例如高功率/亮度应用）中，可能出现反射层中的硅酮（或其它有机材料）的热击穿。此外，因为浇铸中的硅酮（或其它有机材料）具有低的热传导率，所以可能不能将足够的热传导离开LED封装和/或波长转换板，这可能造成过热。

附图说明

应参照应结合下面各图阅读的下面的详细描述，其中，相同标号表示相同部分：

图1A至图1C图示地以截面图解与本公开一致的示例性波长转换板；

图2图示地图解与本公开一致的包括多个转换器的示例性波长转换板的顶视图。

图3A至图3C图示地图解根据本公开的附加示例性波长转换板的顶视图。

图4A和图4B图示地以截面图解与本公开一致的包括波长转换板的示例性器件；以及