Светоизлучающее устройство, включающее в себя люминесцентную керамику и светорассеивающий материал (варианты)



Светоизлучающее устройство, включающее в себя люминесцентную керамику и светорассеивающий материал (варианты)
Светоизлучающее устройство, включающее в себя люминесцентную керамику и светорассеивающий материал (варианты)
Светоизлучающее устройство, включающее в себя люминесцентную керамику и светорассеивающий материал (варианты)
Светоизлучающее устройство, включающее в себя люминесцентную керамику и светорассеивающий материал (варианты)

 

H01L33/50 - Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42; полупроводниковые лазеры H01S 5/00; электролюминесцентные источники H05B 33/00)

Владельцы патента RU 2457582:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС, Н.В. (NL)
ФИЛИПС ЛЬЮМИЛДЗ ЛАЙТИНГ КОМПАНИ, ЭлЭлСи (US)

Керамическое тело 30, содержащее преобразующий длину волны материал, расположено на пути света, испускаемого светоизлучающей областью 31 полупроводниковой структуры 12, содержащей светоизлучающую область, расположенную между областью n-типа и областью р-типа. Слой прозрачного материала 36 также расположен на пути света, испускаемого светоизлучающей областью. Прозрачный материал может соединять керамическое тело с полупроводниковой структурой. Частицы 45, сформированные для рассеяния света, испускаемого светоизлучающей областью, находятся в слое адгезивного материала. В некоторых вариантах осуществления данные частицы являются люминофором; в некоторых вариантах осуществления данные частицы являются не преобразующим длину волны материалом. Изобретение обеспечивает возможность улучшения равномерности вывода смешанного света из устройства, а также улучшения цветовых характеристик смешанного света. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение касается преобразующих длину волны полупроводниковых светоизлучающих устройств.

Полупроводниковые светоизлучающие устройства, включающие в себя светоизлучающие диоды (СИД), резонаторные светоизлучающие диоды (РСИД), вертикальные резонаторные лазерные диоды (ВРЛД) и лазеры с торцевым излучением, находятся среди наиболее эффективных источников света, доступных в настоящее время. Системы материалов, рассматриваемые в настоящее время при изготовлении светоизлучающих устройств высокой яркости, способные функционировать в видимом спектре, включают в себя полупроводники группы III V, в частности двойные, тройные и четверные сплавы галлия, алюминия, индия и азота, также называемые III-нитридными материалами. Обычно III-нитридные светоизлучающие устройства изготавливают путем эпитаксиального выращивания пакета полупроводниковых слоев с разными композициями и концентрациями легирующих примесей на сапфире, карбиде кремния, III-нитриде или другой подходящей подложке с помощью химического осаждения из металлоорганической газовой фазы (MOCVD), эпитаксии из молекулярного пучка (ЭМП) или других эпитаксиальных технологий. Данный пакет часто включает в себя один или несколько слоев n-типа, легированных, например, Si, образованных на подложке, один или несколько светоизлучающих слоев в активной области, образованных на данном слое или слоях n-типа, и один или несколько слоев р-типа, легированных, например, Mg, образованных поверх активной области. Электрические контакты формируют на областях n-типа.

Так как свет, излучаемый III-нитридными устройствами, находится, в целом, на коротковолновом краю видимого спектра, свет, генерируемый III-нитридными устройствами, может быть легко преобразован с получением света, имеющего большую длину волны. В данной области техники хорошо известно, что свет, имеющий первоначальную длину волны пика ("первичный свет"), может быть преобразован в свет, имеющий более длинную волну пика ("вторичный свет"), с использованием способа, известного как люминесценция/флуоресценция. Процесс флуоресценции включает в себя поглощение первичного света преобразующим длину волны материалом, таким как люминофор, и возбуждение люминесцентных центров данного люминофорного материала, которые излучают вторичный свет. Длина волны пика вторичного света будет зависеть от люминофорного материала. Тип люминофорного материала можно выбирать так, чтобы получать вторичный свет, имеющий конкретную длину волны пика.

Люминофоры могут быть расположены на пути света, излучаемого СИД, несколькими способами. Патент США 6351069 описывает III-нитридный СИД кристалл, покрытый слоем прозрачной смолы, с которой смешан преобразующий длину волны материал. Патент США 6630691 описывает выращивание СИД устройств на монокристаллических люминесцентных подложках. Патент США 6696703 описывает применение тонкопленочных люминофорных слоев, расположенных поверх СИД. Несколько патентов описывают формирование конформных люминофорных слоев на СИД, например, с помощью электрофоретического осаждения, как описано в патенте США 6576488, или с помощью трафаретной печати, как описано в патенте США 6650044. Многие из этих люминофорных слоев являются хрупкими и трудными в обращении и не выносящими высокой температуры и высокоинтенсивного освещения, вызываемых СИД. Кроме того, может быть трудно или невозможно сформировать множественные люминофорные слои с помощью некоторых способов.

Альтернативой вышеописанным люминофорным слоям является применение преобразующих длину волны материалов, сформированных в керамические плиты, как описано более подробно в публикации патентной заявки США 2005-0269582, которая включена сюда посредством ссылки. Люминесцентные керамические плиты, описанные в ней, являются, в целом, самоподдерживающими слоями, сформированными отдельно от полупроводникового устройства, затем прикрепляемыми к конечному полупроводниковому устройству или используемыми в качестве подложки роста для полупроводникового устройства. Люминесцентная керамика имеет тенденцию быть более крепкой, чем люминофорные слои, описанные выше.

Согласно вариантам осуществления данного изобретения керамическое тело, содержащее преобразующий длину волны материал, находится на пути света, испускаемого светоизлучающей областью полупроводниковой структуры, содержащей светоизлучающую область, расположенную между областью n-типа и областью р-типа. Слой прозрачного материала также находится на пути света, испускаемого светоизлучающей областью. Прозрачный материал может соединять керамическое тело с полупроводниковой структурой. Частицы, приспособленные для рассеяния света, испускаемого светоизлучающей областью, находятся в данном слое адгезивного материала. В некоторых вариантах осуществления данные частицы представляют собой люминофор; в некоторых вариантах осуществления данные частицы не являются преобразующим длину волны материалом. Присутствие рассеивающих частиц в адгезиве может улучшить равномерность выхода смешанного света из устройства и может улучшить цветные характеристики смешанного света.

Фиг.1 показывает люминесцентную керамику, расположенную над полупроводниковой структурой, включающей в себя светоизлучающий слой.

Фиг.2 показывает люминесцентную керамику, прикрепленную к полупроводниковой структуре с помощью прозрачного материала, включающего в себя рассеивающие частицы, согласно вариантам осуществления данного изобретения.

Фиг.3 представляет покомпонентное изображение упакованного светоизлучающего устройства.

Фиг.4 показывает прозрачный материал, включающий в себя рассеивающие частицы, сформированный над люминесцентной керамикой, соединенной с полупроводниковой структурой, согласно вариантам осуществления данного изобретения.

Люминесцентные керамические слои могут быть изготовлены путем нагрева обычного порошкового люминофора под давлением до тех пор, пока частицы люминофора не начнут размягчаться и плавиться. Частично расплавленные частицы слипаются вместе, образуя жесткий агломерат частиц. В отличие от тонкой пленки, которая оптически ведет себя как одна большая частица люминофора без оптических разрывов, люминесцентная керамика ведет себя как тесно упакованные отдельные люминофорные частицы, так что существуют небольшие оптические разрывы на поверхности раздела между разными люминофорными частицами. Так как исходный материал порошкового люминофора обычно имеет однородную композицию и легирование, полученная люминесцентная керамика является, в целом, прозрачной, оптически однородной и равномерно легированной по керамической плите активирующими примесями, которые действуют как люминесцентные центры.

Одна проблема с равномерно легированной люминесцентной керамикой заключается в том, что минимальная толщина люминесцентной керамики ограничивается возможностью воспроизводимого изготовления керамики. Многие люминофоры имеют предпочтительный диапазон легирования, где данный люминофор эффективно поглощает и излучает свет. При таких расположениях люминофора, как конформные слои, порошок люминофора с предпочтительным уровнем легирования осаждают с толщиной, необходимой для достижения желаемого числа люминесцентных центров, которые обеспечивают желаемую величину преобразования люминофора и утечки непреобразованного света из светоизлучающего диода, обеспечивая желаемые характеристики смешанного света. В люминесцентной керамике толщина, требуемая для возможности производства, может заставлять использовать гораздо меньший уровень легирования, чем предпочтительный уровень, если использование порошка люминофора с предпочтительным уровнем легирования в керамике при минимальной толщине, требуемой для возможности производства, дает слишком много люминесцентных центров и, следовательно, слишком большое люминофорное преобразование.

Вышеописанная проблема слишком большого числа люминесцентных центров является особенно острой для красно-излучающей люминесцентной керамики, объединенной с синим светоизлучающим диодом и желто-излучающей люминесцентной керамикой для получения белого смешанного света. Только небольшое количество красно-излучающего люминофора требуется для получения белого смешанного света; если применяют слишком много красно-излучающего люминофора, белый смешанный свет будет казаться слишком красным. При предпочтительном уровне легирования люминесцентных центров в красно-излучающем люминофоре желаемое количество люминесцентных центров, необходимых для получения желаемого красного излучения, достигается в люминесцентном керамическом слое толщиной 20 мкм. Однако минимальная, приемлемая для производства толщина люминесцентной керамики, образованной из люминофора, составляет 100 мкм. Чтобы достичь желаемого количества люминесцентных центров в люминесцентной керамике толщиной 100 мкм, нужно использовать порошок люминофора с гораздо меньшим, меньше желаемого, уровнем легирования для формирования люминесцентной керамики.

Вторая проблема, связанная с прозрачной люминесцентной керамикой, показана на фиг.1. Прозрачная люминесцентная керамика 30 соединяется со светоизлучающим устройством 12. Показаны два световых луча 33 и 34, испускаемых из светоизлучающей области 31. Так как световой луч 33 излучается при меньшем угле относительно нормали к поверхности светоизлучающего слоя, чем луч 34, луч 33 "видит" меньше люминофора в люминесцентной керамике 30 и, более вероятно, покидает люминесцентную керамику 30 без люминофорного преобразования. Напротив, луч 34 видит гораздо больше люминофора в люминофорной керамике и, более вероятно, подвергается люминофорному преобразованию перед уходом из люминесцентной керамики 30. В результате, предполагая, что светоизлучающая область 31 испускает синий свет, а люминофор в люминофорной керамике 30 излучает желтый свет, свет, испускаемый от верхней поверхности возле центра устройства, кажется более синим, тогда как свет, испускаемый от верхней поверхности возле краев устройства, кажется более желтым, вызывая нежелательное желтоватое "гало" вокруг центра более синеватого света.

Проблема желтого гало, показанная на фиг.1, может быть снижена или устранена путем увеличения рассеяния от люминесцентной керамики 30; то есть путем изготовления люминесцентной керамики 30 скорее полупрозрачной, чем прозрачной, часто с помощью внедрения воздушных карманов во время изготовления керамики, которые действуют в качестве центров рассеяния. Одна проблема с таким подходом заключается в том, что трудно регулировать внедрение воздушных карманов. Внедрение слишком большого числа воздушных карманов может приводить к слишком большому рассеянию, которое может снижать эффективность извлечения света из люминесцентной керамики 30.

В некоторых вариантах осуществления материал, который вызывает рассеяние, такой как люминофор, находится между полупроводниковым светоизлучающим устройством и люминесцентной керамикой, как в устройстве, показанном в разрезе на фиг.2. В устройстве на фиг.2 III-нитридная полупроводниковая структура, включающая в себя светоизлучающую область 31, расположенную между областью n-типа и областью р-типа, выращивается на подложке выращивания (не показана). Части области р-типа и светоизлучающей области вытравливают, обнажая часть области n-типа. Р- и n-контакты 39 и 38, часто отражающие контакты, формируют на обнаженных частях каждой из областей р-типа и n-типа полупроводниковой структуры. Полупроводниковая структура 12 электрически и физически соединяется с опорой 43 посредством р- и n-соединений 42 и 41, которые могут быть, например, соединениями из припоя или золота. Не полностью заполняющий материал 37 может вводиться в любые пространства между полупроводниковой структурой 12 и опорой 43 до, во время или после установки полупроводниковой структуры 12 на опору 43. Не полностью заполняющий материал 37 поддерживает полупроводниковую структуру 12, предотвращая и снижая растрескивание и другие повреждения, вызванные удалением подложки выращивания. Не полностью заполняющий материал 37 может быть сформирован так, что боковые стенки 37 распространяются вдоль и даже за края полупроводниковой структуры 12. После удаления подложки выращивания обнажается верхняя поверхность полупроводниковой структуры 12 согласно ориентации, показанной на фиг.2. Поверхность полупроводниковой структуры 12 может быть сделана шероховатой или текстурированой иным образом, чтобы улучшить извлечение света, например, с помощью фотоэлектрохимического травления.

Люминесцентная керамика 30 прикрепляется к верхней поверхности полупроводниковой структуры 12. Слой прозрачного материала 36 находится между полупроводниковой структурой 12 и люминесцентной керамикой 30. Хотя материал 36 описывается здесь как "прозрачный", следует понимать, что материал 36 не обязан быть полностью прозрачным, хотя в большинстве вариантов осуществления предпочтительно, когда материал 36 не поглощает существенного количества света. В некоторых вариантах осуществления прозрачный материал 36 действует в качестве адгезива, прикрепляя люминесцентную керамику 30 к полупроводниковой структуре 12. Боковые стенки 37 из не полностью заполняющего материала могут содержать боковую протяженность прозрачного материала 36.

В некоторых вариантах осуществления данного изобретения материал, который вызывает рассеяние, формируют над люминесцентной керамикой, соединенной с полупроводниковым светоизлучающим устройством, как в устройстве, показанном в разрезе на фиг.4. Как и на фиг.2, в устройстве на фиг.4 люминесцентная керамика соединяется, например, с помощью прозрачного адгезивного слоя, такого как силикон, эпоксидная смола или золь-гель, или путем прямого связывания, с III-нитридной полупроводниковой структурой, установленной на опоре. Прозрачный материал 36 формируют над люминесцентной керамикой 30. В некоторых вариантах осуществления данного изобретения слой прозрачного материала, расположенный между полупроводниковой структурой 12 и люминесцентной керамикой 30, как показано на фиг.2, может быть объединен со слоем прозрачного материала, образованным над люминесцентной керамикой, как показано на фиг.4.

Внутри прозрачного материала 36 на фиг.2 или фиг.4 находятся частицы 45, которые действуют как центры рассеяния. Прозрачный материал 36 может нагружаться достаточным количеством частиц 45, чтобы вызывать достаточное рассеяние для снижения или устранения проблемы желтого гало, описанной выше. Прозрачный материал 36 может иметь толщину, например, от 0,5 до 50 мкм в противоположность люминесцентной керамике 30, которая обычно имеет толщину больше чем 100 мкм. В некоторых вариантах осуществления рассеивающие частицы 45 не являются преобразующими длину волны материалами. Рассеивающие частицы 45 выбирают так, что разница показателей преломления между прозрачным материалом 36 и рассеивающими частицами 45 велика, насколько возможно. Например, прозрачный материал 36 может иметь показатель преломления от 1,4 до 1,5, как в случае с, например, эпоксидной смолой или силиконом. Рассеивающие частицы могут иметь показатель преломления от 1,8 до 2,4, как в случае, например, легированного или нелегированного Y3Al5O12 или ZnS. Чем меньше разница показателей преломления, тем больше рассеивающих частиц 45 должно находиться в прозрачном материале 36 для достижения заданной величины рассеяния. Примеры подходящих материалов для рассеивающих частиц 45 включают в себя оксиды иттрия, такие как Y2O3, оксиды титана, оксиды стронция и оксиды рубидия. В некоторых вариантах осуществления подходящие частицы имеют средний диаметр от 0,5 λ до 20 λ, где λ представляет собой длину волны внутри устройства света, испускаемого светоизлучающей областью. В некоторых вариантах осуществления подходящий объемный коэффициент заполнения частиц составляет от 10 до 50% объема прозрачного материала 36, и подходящая плотность числа частиц составляет одну частицу на объем (5 λ)3. И размер частиц, и плотность числа частиц могут зависеть от разницы показателя преломления между прозрачным материалом 36 и частицами 45.

В некоторых вариантах осуществления рассеивающие частицы 45 представляют собой люминофорные частицы, такие как красно-излучающие люминофорные частицы. Подходящие красно-излучающие люминофоры включают в себя eCAS, BSSNE, SSONE, а также (Ca1-xSrx)S:Eu2+, где 0<x≤1, например CaS:Eu2+ и SrS:Eu2+; и (Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz2+, где 0≤a<5, 0<x≤1, 0≤y≤1 и 0<z≤1, включая, например, Sr2Si5N8:Eu2+. eCAS, который представляет собой Ca1-xAlSiN3:Eux, может быть синтезирован из 5,436 г Ca3N2 (чистота >98%), 4,099 г AlN (99%), 4,732 г Si3N4 (чистота >98%) и 0,176 г Eu2O3 (чистота 99,99%). Порошки смешивают с помощью планетарной шаровой мельницы и обжигают в течение 4 часов при 1500°С в атмосфере Н2/N2 (5/95%). BSSNE, который представляет собой Ba2-x-zMxSi5-yAlyN8-yOy:Euz (M=Sr, Ca; 0≤x≤1, 0≤y≤4, 0,0005≤z≤0,05), может быть синтезирован путем углетермического восстановления, которое включает в себя смешение 60 г ВаСО3, 11,221 г SrCO3 и 1,672 г Eu2O3 (все 99,99% чистоты) с помощью планетарной шаровой мельницы, используя 2-пропанол в качестве диспергирующего агента. После сушки данную смесь обжигают в атмосфере образующегося газа при 1000°С в течение 4 часов и 10 г полученного таким образом Ba0,8Sr0,2O:Eu (2%) смешивают с 5,846 г Si3N4 (чистота >98%), 0,056 г AlN (чистота 99%) и 1,060 г графита (микрокристаллического класса). Порошки тщательно смешивают 20 минут с помощью планетарной шаровой мельницы и обжигают в течение 4 часов при 1450°С в атмосфере образующегося газа, получая порошок Ba2-x-zMxSi5-yAlyN8-yOy:Euz (M=Sr, Ca; 0≤x≤1, 0≤y≤4, 0,0005≤z≤0,05). SSONE может быть изготовлен путем смешения 80,36 г SrCO3 (чистота 99,99%), 20,0 г SiN4/3 (чистота >98%) и 2,28 г Eu2O3 (чистота 99,99%) и обжига при 1200°С в течение 4 часов в атмосфере N22 (93/7). Такие красно-излучающие люминофорные частицы могут иметь средний диаметр частиц от 0,5λ до 20λ, где λ представляет собой длину волны внутри устройства света, испускаемого светоизлучающей областью, и концентрацию в прозрачном материале от 0,1 до 95 об.%, более предпочтительно от 10 до 30 об.%.

В одном варианте осуществления частицы красно-излучающего люминофора включают в прозрачный материал 36 в качестве рассеивающих частиц 45. Светоизлучающая область 31 полупроводниковой структуры 12 излучает синий свет. Люминесцентная керамика включает в себя люминофор, который излучает свет в желтом/зеленом диапазоне. Непреобразованный синий свет из светоизлучающей области 31 объединяется с желтым/зеленым светом, излучаемым люминесцентной керамикой 30, и красным светом, излучаемым красными люминофорными частицами 45, обеспечивая смешанный свет, который кажется белым. Количество красного люминофора и уровень легирования красного люминофора, находящегося в прозрачном материале 36, может быть выбран, чтобы получать желаемую величину красного излучения и желаемую величину рассеяния. Если количество красного люминофора, необходимое для желаемой величины красного излучения, не обеспечивает достаточного рассеяния, не преобразующие длину волны частицы, такие как частицы, описанные выше, могут быть включены в прозрачный материал 36 в добавление к красным люминофорным частицам, чтобы достичь желаемой величины рассеяния.

Люминесцентная керамика 30 может быть сформирована из любого подходящего люминофора. Подходящие желто-/зелено-излучающие люминофоры включают в себя алюминий-гранатные люминофоры с общей формулой (Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:CeaPrb, где 0<x<1, 0<y<1, 0<z≤0,1, 0<a≤0,2 и 0<b≤0,1, такие как Lu3Al5O12:Ce3+ и Y3Al5O12:Ce3+; SrSi2N2O2:Eu2+; (Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+, включая, например, SrGa2S4:Eu2+; и Sr1-xBaxSiO4:Eu2+. Подходящая Y3Al5O12:Ce3+ керамика может быть получена следующим образом: 40 г Y2O3 (99,998%), 32 г Al2O3 (99,999%) и 3,44 г СеО2 перемешивают с 1,5 кг шаров из высокочистого оксида алюминия (диаметром 2 мм) в изопропаноле на роликовом стенде в течение 12 часов. Высушенный порошок предшественника затем прокаливают при 1300°С в течение двух часов в атмосфере СО. Полученный порошок YAG затем деагломерируют с помощью планетарной шаровой мельницы (агатовые шары) в этаноле. Керамическую суспензию затем отливают в шаблоны, получая керамическое зеленое тело после сушки. Зеленые тела затем спекают между графитными пластинами при 1700°С в течение двух часов.

Хотя вышеописанный двухлюминофорный пример включает в себя желто-/зелено-излучающий люминофор, сформированный в люминесцентную керамику, и красно-излучающий люминофор, включенный в виде рассеивающих частиц в прозрачный материал, эти два люминофора можно менять местами. Например, один из красно-излучающих люминофоров, описанных выше, может быть сформирован в люминесцентную керамику и объединен со слоем прозрачного материала, включающего в качестве рассеивающих частиц один из желто-/зелено-излучающих люминофоров, описанных выше.

Прозрачный материал 36 может быть, например, органическим материалом, таким как эпоксидная смола, акриловая смола или силикон, одним или несколькими высокопреломляющими неорганическим материалами или золь-гель стеклом. Такие материалы могут использоваться в качестве адгезива, чтобы прикреплять люминесцентную керамику 30 к полупроводниковой структуре 12, как в устройстве, показанном на фиг.2.

Примеры высокопреломляющих материалов включают в себя высокопреломляющие оптические стекла, такие как Schott стекло SF59, Schott стекло LaSF 3, Schott стекло LaSF N18 и их смеси. Эти стекла доступны от Schott Glass Technologies Incorporated, of Duryea, Pa. Примеры других высокопреломляющих материалов включают в себя высокопреломляющее халькогенидное стекло, такое как (Ge,Sb,Ga)(S,Se) халькогенидные стекла, III-V полупроводники, включая GaP, InGaP, GaAs и GaN, но не ограничиваясь ими, II-VI полупроводники, включая ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe и CdTe, но не ограничиваясь ими, полупроводники и соединения IV группы, включая Si и Ge, но не ограничиваясь ими, органические полупроводники, оксиды металлов, включая оксид вольфрама, оксид титана, оксид никеля, оксид циркония, оксид индия олова и оксид хрома, но не ограничиваясь ими, фториды металлов, включая фторид магния и фторид кальция, но не ограничиваясь ими, металлы, включая Zn, In, Mg и Sn, но не ограничиваясь ими, иттрий-алюминиевый гранат (YAG), фосфидные соединения, арсенидные соединения, антимонидные соединения, нитридные соединения, высокопреломляющие органические соединения и их смеси или сплавы. Склеивание с высокопреломляющими неорганическими материалами описано более подробно в заявке с порядковым номером 09/660317, зарегистрированной 12 сентября 2000, и 09/880204, зарегистрированной 12 июня 2001, обе из которых включены сюда посредством ссылки.

Золь-гель стекла описаны более подробно в патенте США 6642618, который включен сюда посредством ссылки. В вариантах осуществления, где люминесцентная керамика прикреплена к устройству с помощью золь-гель стекла, один или несколько материалов, таких как оксиды титана, церия, свинца, галлия, висмута, кадмия, цинка, бария или алюминия, могут быть включены в SiO2 золь-гель стекло для увеличения показателя преломления стекла, чтобы близко сопоставить показатель преломления стекла с показателями преломления люминесцентной керамики и поверхности полупроводниковой структуры, к которой прикрепляется люминесцентная керамика.

Описанная здесь люминесцентная керамика может быть текстурированной или формованной, измельченной, механически обработанной, штампованной горячим способом или полированной в желаемые формы, например, для увеличения извлечения света. Например, люминесцентная керамика может быть формована в линзу, такую как выпуклая линза или линза Френеля, загрубленная или текстурированная с фотонной кристаллической структурой, такой как периодическая решетка из дырок, образованных в керамике. Формованный керамический слой может быть меньше, такого же размера или больше, чем поверхность, к которой он прикрепляется.

Фиг.3 представляет покомпонентное изображение упакованного светоизлучающего устройства, описанного более подробно в патенте США 6274924. Теплоотводящая гильза 100 помещается в формованную вставкой раму. Формованная вставкой рама представляет собой, например, заполняющий пластический материал 105, запрессованный вокруг металлической рамы 106, которая обеспечивает электрический путь. Гильза 100 может включать в себя необязательную чашку 102 отражателя. Кристалл 104 светоизлучающего устройства, который может быть любым из устройств, описанных в вариантах осуществления выше, устанавливается прямо или опосредованно с помощью теплопроводящей опоры 103 в гильзу 100. Крышка 108, которая может быть оптической линзой, может добавляться.

На основании подробно описанного изобретения специалистам в данной области техники будет очевидно, что к данному изобретению могут быть сделаны модификации без отклонения от сущности описанной здесь изобретенной идеи. Например, хотя примеры здесь относятся к III-нитридным светоизлучающим диодам, следует понимать, что варианты осуществления данного изобретения могут распространяться на другие светоизлучающие устройства, включая устройства из других систем материалов, таких как III-фосфид и III-арсенид, и другие структуры, такие как резонаторные СИД, лазерные диоды и вертикальные резонаторные лазеры с поверхностным излучением. Следовательно, не предполагается, что объем изобретения ограничивается конкретными показанными и описанными вариантами осуществления.

1. Светоизлучающее устройство, содержащее: полупроводниковую структуру 12, содержащую светоизлучающую область 31, расположенную между областью n-типа и областью р-типа; керамическое тело 30, содержащее преобразующий длину волны материал, причем данное керамическое тело расположено на пути света, испускаемого светоизлучающей областью; и слой прозрачного материала 36, расположенный на пути света, испускаемого светоизлучающей областью, причем множество частиц 45, сформированных для рассеяния света, испускаемого светоизлучающей областью, находятся в слое прозрачного материала.

2. Устройство по п.1, где прозрачный материал 36 расположен между полупроводниковой структурой 12 и керамическим телом 30 и соединяет полупроводниковую структуру с керамическим телом.

3. Устройство по п.1, где керамическое тело 30 расположено между прозрачным материалом 36 и полупроводниковой структурой 12.

4. Устройство по п.1, где толщина прозрачного материала 36 составляет меньше, чем 50% толщины керамического тела 30.

5. Устройство по п.1, где разница между показателем преломления частиц 45 и показателем преломления прозрачного материала 36 составляет, по меньшей мере, 0,4.

6. Устройство по п.1, где частицы 45 выбирают из группы, состоящей из оксидов иттрия, оксидов титана, оксидов стронция и оксидов рубидия.

7. Устройство по п.1, где частицы 45 имеют средний диаметр от 0,5 λ до 20 λ, где λ, представляет собой длину волны света, испускаемого светоизлучающей областью 31, внутри полупроводниковой структуры 12.

8. Устройство по п.1, где прозрачный материал 36 выбирают из группы, состоящей из силикона, эпоксидной смолы и стекла.

9. Устройство по п.1, где слой прозрачного материала 36 имеет толщину от 0,5 до 50 мкм.

10. Устройство по п.1, где полупроводниковая структура 12 содержит множество III-нитридных слоев.

11. Светоизлучающее устройство, содержащее: полупроводниковую структуру 12, содержащую светоизлучающую область 31, расположенную между областью n-типа и областью р-типа; керамическое тело 30, содержащее первый, преобразующий длину волны материал, причем данное керамическое тело расположено на пути света, испускаемого светоизлучающей областью; и слой прозрачного материала 36, расположенный на пути света, испускаемого светоизлучающей областью, причем множество частиц 45 из второго, преобразующего длину волны материала находятся в слое прозрачного материала.

12. Устройство по п.11, где прозрачный материал 36 расположен между полупроводниковой структурой 12 и керамическим телом 30 и соединяет полупроводниковую структуру с керамическим телом.

13. Устройство по п.11, где керамическое тело 30 расположено между прозрачным материалом 36 и полупроводниковой структурой 12.

14. Устройство по п.11, где толщина прозрачного материала 36 составляет меньше, чем 50% толщины керамического тела 30.

15. Устройство по п.11, где светоизлучающая область 31 сформирована так, чтобы излучать синий свет, первый, преобразующий длину волны материал сформирован так, чтобы поглощать синий свет и излучать желтый или зеленый свет, и второй, преобразующий длину волны материал сформирован так, чтобы поглощать синий свет и излучать красный свет.

16. Устройство по п.11, где первый, преобразующий длину волны материал выбирают из группы, состоящей из (Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:CeaPrb, где 0<х<1, 0<y<1, 0<z≤0,l, 0<а≤0,2 и 0<b≤0,1; Lu3Аl5О12:Се3+: Y3Аl5О12:Се3+; SrSi2N2O2:Eu2+; (Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+; SrGa2S4:Eu2+; и Sr1-xBaxSiO4:Eu2+.

17. Устройство по п.11, где второй, преобразующий длину волны материал выбирают из группы, состоящей из (Ca1-xSrx)S:Eu2+, где 0<х≤1; CaS:Eu2+; SrS:Eu2+; (Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz2+, где 0≤а<5, 0<х≤1, 0≤y≤1 и 0<z≤1; Sr2Si5N8:Eu2+; Ca0,99AlSiN3:Eu0,01; Ba2-x-zMxSi5-yAlyN8-yOy:Euz (M=Sr, Ca; 0≤х≤1, 0≤y≤4, 0,0005≤z≤0,05); и Sr1-xSi2O2N2:Eu2+.

18. Устройство по п.11, дополнительно содержащее множество не преобразующих длину волны частиц, расположенных в слое прозрачного материала 36.

19. Устройство по п.11, где прозрачный материал 36 выбирают из группы, состоящей из силикона, эпоксидной смолы и стекла.

20. Устройство по п.11, где прозрачный материал 36 имеет толщину от 0,5 до 50 мкм.

21. Устройство по п.11, где полупроводниковая структура 12 содержит множество III-нитридных слоев.

22. Устройство по п.11, дополнительно содержащее: n- и р-контакты 38, 39, электрически соединяющиеся с областями n- и р-типа; и крышку 108, расположенную над светоизлучающей областью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к белому светоизлучающему диоду, а именно к белой СИД лампе, использующей белый СИД с высоким коэффициентом цветопередачи. .

Изобретение относится к области источников, излучающих белый свет. .

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, специально предназначенным для светового излучения, в частности к светодиодам на основе нитридных соединений металлов III группы.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, специально предназначенным для светового излучения, в частности к светодиодам на основе нитридных соединений металлов III группы.

Изобретение относится к области светотехники и, в частности, к люминесцирующим материалам, светящимся в желто-оранжевой области спектра и используемым в твердотельных источниках белого света.

Изобретение относится к электронной технике и освещению и может быть использовано при изготовлении осветительных и информационных устройств. .

Изобретение относится к электронной технике и освещению и может быть использовано при изготовлении осветительных и информационных устройств. .

Изобретение относится к технологии функциональных наноматериалов, а именно к химической технологии получения гибридных композиционных наноматериалов, состоящих из углеродных нанотрубок и осажденных на них квантовых точек, и оптической наноэлектронике, включая оптонаноэлектронику и нанофотонику

Изобретение относится к области полупроводниковых светоизлучающих приборов, более конкретно к полупроводниковым светодиодам

Изобретение относится к светотехнике, а именно к уличным светодиодным светильникам, предназначенным для работы в условиях низкой температуры окружающей среды

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным источникам света, заменяющим лампы накаливания

Изобретение относится к светотехнике, а именно к полупроводниковым светоизлучающим устройствам, в частности к многокристальным светоизлучающим матрицам

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным источникам света, заменяющим лампы накаливания
Наверх