DE102004016232B4

DE102004016232B4 - Weisses Licht emittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102004016232B4
Application number: DE102004016232A
Authority: DE
Inventors: Tajul Arosh Baroky; Bee Yin Janet Chua
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Intellectual Discovery Co Ltd
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2024-04-02
Also published as: US20040263074A1; US7462983B2; JP2005020010A; DE102004016232A1

Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung (100), die eine Laserdiode (102) und eine Phosphorzusammensetzung (110) aufweist, die positioniert ist, um Licht von der Laserdiode zu empfangen, wobei die Phosphorzusammensetzung (110) Phosphorpartikel aufweist, die ein d₉₀ im Bereich von 30 Mikrometern bis 45 Mikrometern aufweisen, wobei sich d₉₀ auf die Größe bezieht, bei der 90 Volumenprozent der Partikel kleiner sind als die angegebene Größe, wobei die Phosphorzusammensetzung in der Lage ist, Licht von der Laserdiode zu absorbieren und Licht bei einer Wellenlänge, die länger ist als die des Lichts von der Laserdiode, zu emittieren, wobei die Phosphorzusammensetzung (110) einen ersten Typ von Phosphorpartikeln und einen zweiten Typ von Phosphorpartikeln aufweist, wobei der erste Typ von Phosphorpartikeln auf eine Anregung hin rotes Licht emittiert und der zweite Typ von Phosphorpartikeln auf eine Anregung hin grünes Licht emittiert, wobei die Phosphorzusammensetzung (110) Phosphorpartikel umfasst, die in einer klaren Polymermatrix suspendiert sind, wobei die klare Polymermatrix als Linse...

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf lichtemittierende Vorrichtungen und insbesondere auf lichtemittierende Dioden mit einer Phosphorschicht, die als Quelle von weißem Licht und für andere Anwendungen nützlich sind.
Herkömmliche Weißlichtquellen umfassen Vorrichtungen wie Glühlampen und Leuchtstofflampen. Derartige Vorrichtungen weisen mehrere unerwünschte Charakteristika auf, unter anderem Größe, Leistungsverbrauch, begrenzte Betriebsdauer. Alternative Weißlichtquellen weisen wunschgemäß verbesserte Charakteristika auf.
Halbleiterbauelemente wurden bisher als alternative Weißlichtquellen mit einem Ziel untersucht, Weißlichtquellen zu finden, die sowohl leistungs- als auch kosteneffizient sind. Lichtemittierende Dioden (LEDs) sind kompakt und emittieren Licht einer klaren Farbe mit hoher Effizienz. Da sie Festkörperelemente sind, weisen LEDs lange Betriebszeiten, gute Anfangstreibercharakteristika und eine gute Schwingungsfestigkeit auf und halten wiederholten EIN-/AUS-Operationen stand. Deshalb finden sie bisher bei Anwendungen wie verschiedenen Indikatoren und verschiedenen Lichtquellen breite Verwendung. Bei vielen Anwendungen können LEDs geeignete Lichtquellen bei einem geringen Leistungsverbrauch liefern.
Herkömmliche LEDs weisen in der Regel ein schmales Emissionsspektrum auf (erzeugen monochromatisches Licht) und weisen somit nicht ein breites Emissionsspektrum auf, das notwendig ist, um weißes Licht zu liefern. In der letzten Zeit werden Vorrichtungen, die eine Kombination von LEDs verwenden, um drei Lichtkomponenten von Rot, Grün und Blau (R, G und B) zu liefern, verwendet, um weißes Licht zu liefern.
Große Bildschirm-LED-Anzeigen, die diese lichtemittierenden Dioden verwenden, sind mittlerweile in Gebrauch. Strategien zum Streuen und Mischen des durch die LEDs emittierten Lichts werden bei derartigen Vorrichtungen wichtig, um weißes Licht des gewünschten Tons, der gewünschten Luminanz und andere Faktoren der Lichtemission derartiger Vorrichtungen zu erzeugen. Außerdem erfordert ein Kombinieren von drei Dioden (R, G und B), um weißes Licht zu liefern, ein größeres Gehäuse als eine einzige Diode. Kürzlich entwickelte Vorrichtungen beinhalten mehrere lichterzeugende aktive Regionen auf einem einzigen Halbleiterchip, wobei die mehreren aktiven Regionen jeweils in einer Region einer gesonderten Wellenlänge emittieren, derart, daß die Kombination von aktiven Regionen das sichtbare Spektrum zum Emittieren von Weißlicht abdeckt.
Ein weiterer typischer Ansatz zum Erzeugen von Weißlicht kombiniert UV- oder blaues Licht emittierende Dioden (LEDs) mit Lumineszenzmaterialien (z. B. Phosphoren), die die LED-Emission zu Licht einer längeren Wellenlänge herunterumsetzen. Bei derartigen Vorrichtungen aktiviert die UV- oder Blaulichtemission von einer aktiven Region einer lichtemittierenden Diode eine Phosphorzusammensetzung (sie regt diese an), die positioniert ist, um das LED-emittierte Licht zu empfangen. Die angeregte Phosphorzusammensetzung wiederum emittiert Licht bei einer längeren Wellenlänge. Das Nettoergebnis ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die Licht emittiert, das eine Mehrzahl von Wellenlängen über das sichtbare Spektrum aufweist. Eine entsprechende Kombination verschiedener Wellenlängen über das sichtbare Spektrum kann durch das menschliche Auge als weißes Licht wahrgenommen werden. Die Zusammensetzung des Phosphors wird üblicherweise eingestellt, um die Farbbalance des emittierten Lichts zu verändern. In manchen Fällen enthält die Phosphorzusammensetzung mehr als einen Phosphor, wobei jeder Phosphor bei einer anderen Wellenlänge emittiert.
Beispielsweise offenbaren die US-Patentschriften US 5,813,753 A und US 5,998,925 A lichtemittierende Vorrichtungen, bei denen eine in einer reflektierenden Schale angeordnete blaue LED von einer Phosphorzusammensetzung umgeben ist. Die blaue LED emittiert blaues Licht, von dem ein Teil die Phosphore in der Phosphorzusammensetzung anregt. Die Phosphore sind derart ausgewählt, daß sie auf eine Anregung hin rotes und grünes Licht emittieren. Die Vorrichtung emittiert üblicherweise eine Kombination aus blauem Licht (nicht absorbierte Emission von der LED) und rotes Licht und grünes Licht (von den Phosphoren). Die Kombination von Wellenlängen von Licht kann durch das menschliche Auge als weiß wahrgenommen werden. Das Phosphor altert üblicherweise über die Lebensdauer der Vorrichtung, was die Effizienz, mit der die LED-Emission in eine höhere Wellenlänge umgewandelt wird, verändert. Somit verändert sich die Ausgangslichtcharakteristik der Vorrichtung über die Lebensdauer der Vorrichtung, insbesondere wenn mehrere Phosphore verwendet werden.
WO 98/12757 A1 betrifft eine Wellenlängenkonvertierende Vergußmasse auf der Basis eines transparenten Epoxidgießharzes, das mit einem Leuchtstoff versetzt ist, für die Verwendung bei einem elektrolumineszierenden Bauelement mit einem ultraviolettes, blaues oder grünes Licht aussendenden Körper. Diese Druckschrift offenbart die Erzeugung von weißem Licht dadurch, dass von einem Halbleiterkörper ausgesandte blaue Strahlung in komplementäre Wellenlängenbereiche, z. B. zu additiven Farbtripeln (Blau, Grün, Rot) umgewandelt wird. Zur Wellenlängenkonversion wird ein Leuchtstoff vom YAG-Typ, z. B. Y₃Al₅O₁₂:Ce eingesetzt.
WO 00/33390 A1 offenbart eine Phosphor-Zusammensetzung, die mindestens einen von YBO₃:Ce³⁺, Tb³⁺; BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺, Mn²⁺; (Sr, Ca, Ba) (AI, Ga)₂S₄:Eu²⁺; und Y₃Al₅O₁₂-Ce³⁺; und mindestens einen von: Y₂O₂S:Eu³⁺, Bi³⁺; YVO₄:Eu³⁺, Bi³⁺; SrS:Eu²⁺; SrY₂S₄:Eu²⁺; (Ca, Sr)S:Eu²⁺; und CaLa₂S₄:Ce³⁺ umfasst.
US 2002/0074558 A1 offenbart ein Licht emittierendes Halbleiterelement des Nitrid-Typs, welches mit einem Phosphor versehen ist, der aus mindestens zwei Typen von Phosphoren gebildet ist. Als rotes Licht emittierende Phosphore werden ZnS:Cu, LiAlO₂:Fe³⁺, Al₂O₃:Cr, Y₂O₃:Eu³⁺ und Y-basierte Phosphore offenbart.
US 6,340,824 B1 offenbart die Erzeugung von weißem Licht durch Mischen verschiedener fluoreszierender Materialien für Rot, Grün und Blau. Für rotes Licht offenbart diese Druckschrift Y₂O₂S:Eu oder La₂O₂S:(Eu, Sm) als Phosphor.
US 2002/0187571 A1 betrifft ein Verfahren zum konformen Beschichten einer Licht emittierenden Halbleiterstruktur mit einer Phosphorschicht zum Erzeugen von weißem Licht. Die Beschichtung erfolgt durch elektrophoretische Abscheidung.
US 2003/0080341 A1 offenbart eine Licht emittierende Diode mit einem LED Chip mit einer Licht emittierenden Schicht aus einem Nitrid-Verbindungshalbleiter und einem Licht übertragenden Harz, welches fluoreszierendes Material einschließt, das mindestens einen Teil des von dem LED Chip emittierten Lichts absorbiert und Licht einer anderen Wellenlänge emittiert. Das fluoreszierende Material umfasst fluoreszierende Partikel einer kleinen Partikelgröße und fluoreszierende Partikel einer großen Partikelgröße. Partikel der großen Partikelgröße können zwischen 15 μm und 30 μm kontrolliert werden. Als rot fluoreszierendes Material beschreibt diese Druckschrift 3.5MgO0.5MgF₂ GeO₂:Mn; Mg₆As₂O₁₁:Mn; Gd₂O₂:Eu oder La₂O₂S:Eu.
US 6,284,156 B1 betrifft einen lange anhaltenden Phosphor, dessen Phosphoreszenz bei Raumtemperatur mehrere Stunden anhält. Eine durchschnittliche Partikelgröße kann in einem Bereich zwischen 1.0 μm und 70 μm liegen, bei einem Variationskoeffizienten des Partikeldurchmessers von 100% oder weniger.
US 2001/0008484 A1 betrifft die Herstellung eines Epoxidharzes zum Eingießen einer Licht emittierenden Vorrichtung, die aus einem Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleiter hergestellt ist, insbesondere einer LED. Als fluoreszierende Substanz kann das Epoxidharz ZnS:Mn enthalten.
Somit wird eine weißes Licht emittierende Vorrichtung gewünscht, die relativ klein ist, ein geringes Gewicht und eine lange effektive Betriebslebensdauer aufweist, leistungseffizient und sparsam ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine lichtemittierende Vorrichtung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung widmet sich den zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten in der Technik und liefert neuartige weißes Licht emittierende Vorrichtungen, die wünschenswerte Leistungsverbrauchscharakteristika aufweisen.
Die Erfindung liefert eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine Laserdiode und eine Phosphorzusammensetzung, die positioniert ist, um Licht von der Laserdiode zu empfangen, aufweist. Die Laserdiode ist angepaßt, um Licht, üblicherweise im Bereich von 340 nm bis 490 nm, zu emittieren. Die Phosphorzusammensetzung ist angepaßt, um Licht von der Laserdiode zu absorbieren und Licht zu emittieren, das eine längere Wellenlänge aufweist als das von der Laserdiode emittierte Licht. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel ist die Phosphorzusammensetzung angepaßt, um Licht in dem roten und grünen Abschnitt des sichtbaren Spektrums zu emittieren. Das rote Licht liegt üblicherweise im Bereich von 590 nm bis 650 nm, und das grüne Licht liegt in der Regel im Bereich von 520 nm bis 550 nm. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Phosphorzusammensetzung angepaßt, um Licht in dem gelben Abschnitt des sichtbaren Spektrums zu emittieren, beispielsweise im Bereich von 560 nm bis 580 nm.
Die Phosphorzusammensetzung umfaßt üblicherweise zumindest eine Art von Phosphorpartikeln, obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele zwei (oder mehr) unterschiedliche Typen von Phosphorpartikeln umfassen können, z. B. einen ersten Typ von Phosphorpartikeln und einen zweiten Typ von Phosphorpartikeln. Bei manchen Ausführungsbeispielen emittiert der erste Typ von Phosphorpartikeln auf eine Anregung hin rotes Licht, und der zweite Typ von Phosphorpartikeln emittiert auf eine Anregung hin grünes Licht. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen umfaßt die Phosphorzusammensetzung einen Typ von Phosphorpartikeln, der auf eine Anregung hin gelbes Licht emittiert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Phosphorzusammensetzung drei unterschiedliche Typen von Phosphorpartikeln, z. B. einen ersten Typ von Phosphorpartikeln, der auf eine Anregung hin blaues Licht emittiert, einen zweiten Typ von Phosphorpartikeln, der auf eine Anregung hin grünes Licht emittiert, und einen dritten Typ von Phosphorpartikeln, der auf eine Anregung hin rotes Licht emittiert. Die Phosphorzusammensetzung umfaßt in der Regel ein Bindematerial, das die Phosphorpartikel auf eine Phosphor aufweisende Oberfläche immobilisiert.
Zusätzliche Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale dieser Erfindung werden teilweise in den Beschreibungen und in den Beispielen, die nun folgen, dargelegt, und teilweise werden sie Fachleuten auf eine Überprüfung der folgenden Spezifikationen einleuchten oder können durch die Praxis der Erfindung erfahren werden. Die Ziele und Aufgaben der Erfindung können mittels der Instrumente, Kombinationen, Zusammensetzungen und Verfahren, die insbesondere in den angehängten Patentansprüchen aufgezeigt sind, umgesetzt um erreicht werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Um das Verständnis zu erleichtern, wurden identische Bezugszeichen verwendet, wo dies praktikabel war, um entsprechende Elemente, die den Figuren gemein sind, zu bezeichnen. Die Figurenkomponenten sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
Bevor die Erfindung ausführlich beschrieben wird, sollte man verstehen, daß, wenn nichts anderes angegeben ist, diese Erfindung nicht auf bestimmte Materialien, Reagenzien, Reaktionsmaterialien, Herstellungsprozesse oder dergleichen beschränkt ist, da diese variieren können. Ferner sollte man verstehen, daß die hierin verwendete Terminologie lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele dient und keine Einschränkung darstellen soll.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, daß Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, wo dies logisch möglich ist. Die beschriebene Sequenz ist jedoch bevorzugt.
Es muß erwähnt werden, daß die Singularformen „ein”, „eine”, „eines”, „der”, „die” und „das” usw. gemäß der Verwendung in der Spezifikation und in den beigefügten Ansprüchen auch Mehrzahlbezugnahmen umfassen, wenn der Kontext nicht deutlich etwas anderes vorgibt. Somit umfaßt beispielsweise eine Bezugnahme auf „ein Phosphorpartikel” eine Mehrzahl von Phosphorpartikeln. Bei dieser Spezifikation und in den folgenden Patentansprüchen wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, die per Definition die folgenden Bedeutungen haben sollen, es sei denn, eine anderslautende Absicht ist offensichtlich.
Gemäß der Verwendung hierin bezieht sich der Begriff „Laserdiode” auf eine Vorrichtung, die einen Stapel von Halbleiterschichten aufweist, einschließlich einer doppelten Heterostruktur und einer aktiven Region, die Licht emittiert, wenn sie vorgespannt ist, um einen elektrischen Stromfluß durch die Vorrichtung zu erzeugen, eines optischen Resonators und Kontakten, die an dem Stapel befestigt sind. „LED” oder „lichtemittierende Diode” bezieht sich auf eine Vorrichtung, die einen Stapel von Halbleiterschichten aufweist (einen „Chip”), einschließlich einer aktiven Region, die Licht emittiert, wenn sie vorgespannt ist, um einen elektrischen Stromfluß durch die Vorrichtung zu erzeugen, und Kontakten, die an dem Stapel befestigt sind, vorausgesetzt, daß die LED keine doppelte Heterostruktur und keinen optischen Resonator aufweist. Eine „blaue Laserdiode” ist eine Laserdiode, die blaues Licht emittiert, z. B. im Wellenlängenbereich von etwa 440 nm bis etwa 490 nm. Eine „violette Laserdiode” ist eine Laserdiode, die violettes Licht emittiert, z. B. im Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis etwa 440 nm. Eine „UV-Laserdiode” ist eine Laserdiode, die ultraviolettes Licht emittiert, z. B. im Wellenlän genbereich von etwa 200 nm bis etwa 400 nm. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen emittiert die UV-Laserdiode ultraviolettes Licht im Wellenlängenbereich von etwa 340 bis etwa 400 nm. Bezüglich eines von einer Laserdiode oder von einer Phosphorzusammensetzung emittierten Lichts weist, wenn kein anderslautender Bereich explizit angegeben ist, Licht, das als rot beschrieben wird, eine Wellenlänge im Bereich von 590 nm bis etwa 650 nm auf, weist gelbes Licht eine Wellenlänge im Bereich von 560 nm bis 580 nm auf, weist grünes Licht eine Wellenlänge im Bereich von 520 nm bis etwa 550 nm auf, weist blaues Licht eine Wellenlänge im Bereich von 440 nm bis etwa 490 nm auf, weist violettes Licht eine Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis etwa 440 nm auf und weist ultraviolettes Licht eine Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis etwa 400 nm auf (üblicherweise etwa 340 nm bis etwa 400 nm); und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die Laserdioden und Phosphorzusammensetzungen aufweisen, die Licht emittieren, das Wellenlängen in einem oder mehreren der in diesem Satz spezifizierten Bereiche aufweist, werden spezifisch in Betracht gezogen und sind hierin enthalten.
„Phosphor” bezieht sich auf jegliche Lumineszenzmaterialien, die Licht einer Wellenlänge absorbieren und Licht einer anderen Wellenlänge emittieren. „Lichtemittierende Vorrichtung” bezieht sich auf eine Vorrichtung, die eine Laserdiode und eine Phosphorzusammensetzung umfaßt, wobei die Phosphorzusammensetzung angepaßt ist, um Licht von der Laserdiode zu empfangen und Licht, das eine längere Wellenlänge aufweist als das durch die Laserdiode emittierte Licht, zu emittieren. „Anregung” bezieht sich auf den Vorgang, durch den die Phosphorzusammensetzung Licht empfängt. „Weißes Licht emittierende Vorrichtung” bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung, die in der Lage ist, weißes Licht zu erzeugen. „Weißes Licht” bzw. „Weißlicht” bezieht sich auf Licht, das von einem typischen menschlichen Beobachter als weiß wahrgenommen wird; bestimmte Ausführungsbeispiele weißen Lichts umfassen Licht, das eine „Korre liert-Farbtemperatur” (CCT – correlated color temperature) im Bereich von etwa 3000 K bis etwa 6500 K aufweist und einen Farbwiedergabeindex (CRI – color rendering index) von mehr als 85 aufweist. Bei typischeren Ausführungsbeispielen liegt die CCT im Bereich von etwa 4800 bis etwa 6500 K. Diesbezüglich ist CCT als die absolute Temperatur (in Grad Kelvin ausgedrückt) eines theoretischen schwarzen Körpers definiert, dessen Chromatizität der der Lichtquelle am stärksten ähnelt. CRI ist eine Angabe der Fähigkeit einer Lichtquelle, einzelne Farben relativ zu einem Standard zu zeigen; der CRI-Wert ist von einem Vergleich der Spektralverteilung der Lampe mit einem Standard (in der Regel einem schwarzen Körper) bei derselben Korreliert-Farbtemperatur abgeleitet. Sowohl die CCT als auch der CRI sind so, wie sie in der Industrie bekannt sind und verwendet werden.
Wenn man, gemäß der Verwendung hierin, von einer Lichtemission, z. B. von einer Phosphorzusammensetzung oder einer Laserdiode, sagt, daß sie bei einer gegebenen Wellenlänge oder in einem gegebenen Wellenlängenbereich auftritt, soll es als erforderlich interpretiert werden, daß die Emission zumindest etwa 10% (in der Regel zumindest etwa 20%) der größten relativen Emissionsintensität beträgt, die bei einer beliebigen Wellenlänge im Bereich von 340 nm bis 700 nm auftritt. Falls man also von einem Phosphorpartikel (oder einer Phosphorzusammensetzung) sagt, daß es (bzw. da sie) Licht emittiert, das eine Wellenlänge im Bereich von etwa 600 nm bis etwa 625 nm aufweist, so ist beabsichtigt, daß das emittierte Licht im Vergleich zu der Intensität bei der Wellenlänge, die die intensivste Emission (durch das Phosphorpartikel) über den Wellenlängenbereich von 340 nm bis 700 nm aufweist, bei einer Wellenlänge im Bereich von etwa 600 nm bis etwa 625 nm zumindest etwa 10% (in der Regel zumindest etwa 20%) der Intensität aufweisen sollte. Wenn man, gemäß der Verwendung hierin, davon spricht, daß eine Lichtemission von einem spezifizierten Element (z. B. von einer Phosphorzusammensetzung oder einer Laserdiode) eine Spitzenemissionswellenlänge bei einer gegebenen Wellenlänge (oder in einem gegebenen Bereich) aufweist, so soll dies so interpretiert werden, daß es erfordert, daß die Emissionsintensität bei der gegebenen Wellenlänge (oder bei einer Wellenlänge in dem gegebenen Bereich) zumindest etwa 30% (in der Regel zumindest etwa 40%) der größten relativen Emissionsintensität beträgt, die bei einer beliebigen Wellenlänge im Bereich von 340 nm bis 700 nm für das spezifizierte Element unter denselben Bedingungen auftritt.
BEISPIELE:
Die Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet, wenn nichts anderes angegeben ist, herkömmliche Techniken einer Halbleiterherstellung, -einhäusung, -beschichtung, herkömmliche Techniken einer Materialiensynthese und dergleichen, die allesamt unter Fachleuten bekannt sind. Derartige Techniken sind in der Literatur vollständig erklärt.
Die folgenden Beispiele werden dargelegt, um Fachleuten eine vollständige Offenbarung und Beschreibung an die Hand zu geben, wie die hierin offenbarten und beanspruchten Verfahren durchzuführen und wie die hierin offenbarten und beanspruchten Zusammensetzungen zu verwenden sind. Man bemühte sich, eine Genauigkeit in bezug auf Zahlen (z. B. Mengen, Temperatur usw.) zu gewährleisten, gewisse Fehler und Abweichungen sollten aber berücksichtigt werden. Wenn nichts anderes angegeben ist, beziehen sich Teileangaben auf das Gewicht, lautet die Temperatur auf Grad Celsius und ist der Druck atmosphärisch oder nahezu atmosphärisch. Die Standardtemperatur und der Standarddruck sind als 20°C und 1 Atmosphäre definiert.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nun im folgenden Ausführungsbeispiele der beschriebenen Erfindung beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 ist eine lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die lichtemittierende Vorrich tung 100 umfaßt eine Laserdiode 102 in Form eines Halbleiterchips. Die Laserdiode 102 ist auf einer Montagebasis-Wärmesenke 104 angeordnet, die auf einer Basis 106 eines Gehäuses vom Typ einer „Metalldose”, wie es üblicherweise in der Elektronikkomponentenindustrie verwendet wird, getragen ist. Das Gehäuse vom Metalldosentyp umfaßt eine Verkleidungswand 108, die an einem Ende der Verkleidungswand 108 an die Basis 106 angefügt und an einem entgegengesetzten Ende der Verkleidungswand 108 an eine transparente Abdeckung 109 angefügt ist. Eine Oberfläche der Laserdiode 102 ist mit einer Phosphorzusammensetzung 110 beschichtet. Kontaktanschlüsse 112a, 112b, die sich neben der Laserdiode 102 befinden, befinden sich über Verbindungsdrähte 114a, 114b in elektrischer Kommunikation mit den Kontakten der Laserdiode 102. Die Kontaktanschlüsse 112a, 112b erstrecken sich durch die Basis 106 zu dem Äußeren des Gehäuses, um zu ermöglichen, daß ein an die Kontaktanschlüsse 112a, 112b angelegtes elektrisches Potential zu der Laserdiode 102 kommuniziert wird. Eine Kuppellinse 118 ist benachbart zu der transparenten Abdeckung 109 positioniert, um Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung 100 zu lenken. In diesem Kontext umfaßt ein Lenken von Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung ein Fokussieren und/oder Streuen des Lichts von der Laserdiode und/oder der Phosphorzusammensetzung.
Im Gebrauch wird über die Kontaktanschlüsse 112a, 112b ein Potential angelegt, um die Laserdiode 102 zu treiben. Die Laserdiode 102 emittiert ansprechend auf das angelegte Potential Licht. Das von der Laserdiode emittierte Licht passiert die Phosphorzusammensetzung 110, und Phosphorpartikel in der Phosphorzusammensetzung absorbieren einen Teil des Lichts (das „Anregungslicht”), das von der Laserdiode emittiert wird. Die Absorption des Anregungslichts durch die Phosphorpartikel führt zu einer Herunterumsetzung (Umwandlung zu einer längeren Wellenlänge) des Anregungslichts, wodurch Licht erzeugt wird, das eine längere Wellenlänge aufweist als das Anregungslicht. Die lichtemittierende Vor richtung emittiert somit Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten aufweist, was auf (a) Licht, das von der Laserdiode emittiert wird und (nicht absorbiert) die Phosphorschicht passiert, und (b) Licht, das von der Phosphorzusammensetzung emittiert wird, was sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem, durch eine Laserdiode emittiertem Licht ergibt, zurückzuführen ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 2 veranschaulicht. Eine lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Laserdiode 102 in Form eines Halbleiterchips. Die Laserdiode 102 ist auf einer Montagebasis-Wärmesenke 104 angeordnet, die auf einer Basis 106 eines Gehäuses vom Metalldosentyp, wie es üblicherweise in der Elektronikkomponentenindustrie verwendet wird, getragen ist. Das Gehäuse vom Metalldosentyp umfaßt eine Verkleidungswand 108, die an einem Ende der Verkleidungswand 108 an die Basis 106 angefügt ist und an einem entgegengesetzten Ende der Verkleidungswand 108 an eine transparente Abdeckung 109 angefügt ist. Eine Oberfläche der transparenten Abdeckung 109 ist mit einer Phosphorzusammensetzung 110 beschichtet. Die Kontaktanschlüsse 112a, 112b, die sich neben der Laserdiode 102 befinden, stehen über Verbindungsdrähte 114a, 114b in elektrischer Kommunikation mit den Kontakten der Laserdiode 102. Die Kontaktanschlüsse 112a, 112b erstrecken sich durch die Basis 106 zu dem Äußeren des Gehäuses, um zu ermöglichen, daß ein an die Kontaktanschlüsse 112a, 112b angelegtes elektrisches Potential zu der Laserdiode 102 kommuniziert wird. Eine Kuppellinse 118 ist benachbart zu der transparenten Abdeckung 109 positioniert, um Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung 100 zu lenken.
Das in 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel wird zu einem großen Teil auf dieselbe Weise verwendet, wie sie für das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Im Gebrauch wird über die Kontaktanschlüsse 112a, 112b ein Potential angelegt, um die Laserdiode 102 zu treiben. Die Laserdiode 102 emittiert ansprechend auf das angelegte Potential Licht. Das von der Laserdiode emittierte Licht passiert die Phosphorzusammensetzung 110, und Phosphorpartikel in der Phosphorzusammensetzung absorbieren einen Teil des Lichts (das „Anregungslicht”), das von der Laserdiode emittiert wird. Die Absorption des Anregungslichts durch die Phosphorpartikel führt zu einer Herunterumsetzung des Lichts, wodurch Licht erzeugt wird, das eine längere Wellenlänge aufweist als das Anregungslicht. Die lichtemittierende Vorrichtung emittiert somit Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten aufweist, was auf (a) Licht, das von der Laserdiode emittiert wird und (nicht absorbiert) die Phosphorschicht passiert, und (b) Licht, das von der Phosphorzusammensetzung emittiert wird, was sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem, durch eine Laserdiode emittiertem Licht ergibt, zurückzuführen ist.
Jegliche Laserdiode, die Licht in dem gewünschten Wellenlängenbereich ausgibt, kann potentiell bei einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispiele von geeigneten Laserdioden zur Verwendung bei einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen blaue Laserdioden, violette Laserdioden, UV-Laserdioden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Laserdiode eine UV-Laserdiode, die Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 340 nm bis etwa 400 nm emittiert, und bei anderen Ausführungsbeispielen kann die UV-Laserdiode Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200 nm bis etwa 400 nm emittieren. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die blaue Laserdiode eine Laserdiode aus Galliumnitrid auf einem Siliziumcarbidsubstrat, die Licht im Bereich von etwa 440 nm bis etwa 490 nm emittiert. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Laserdiode eine violette Laserdiode, die Licht im Bereich von etwa 400 nm bis etwa 440 nm emittiert. Bei manchen Ausführungsbeispielen emittiert die violette Laserdiode Licht im Bereich von etwa 405 nm bis etwa 430 nm. Der genaue Wellenlängenbe reich wird durch eine Auswahl von verfügbaren Quellen, gewünschten Farbattributen der lichtemittierenden Vorrichtung (z. B. der „Korreliert-Farbtemperatur” des emittierten weißen Lichts), der Auswahl der Phosphorzusammensetzung und dergleichen bestimmt. Angesichts der hierin gegebenen Offenbarung ergeben sich Variationen derartiger Entwurfsparameter aus der üblichen Fachkenntnis.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Laserdiode in einem gepulsten Modus betreibbar. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Laserdiode in einem Gleichwellenmodus bzw. Continuous-Wave-Modus betreibbar. Die lichtemittierende Vorrichtung kann eine Treiberschaltungsanordnung zum Betreiben der Laserdiode in einem Pulsmodus und/oder in einem Gleichwellenmodus umfassen. Die Laserdiode kann bei einer Temperatur unter 0°C, z. B. in einem Temperaturbereich von etwa minus 210°C bis etwa minus 80°C, betreibbar sein. Üblicherweise ist die Laserdiode im Temperaturbereich von etwa minus 20°C bis etwa 100°C, typischer im Temperaturbereich von etwa 0°C bis etwa 80°C, betreibbar. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen umfaßt die lichtemittierende Vorrichtung außerdem eine Temperatursteuervorrichtung, z. B. ein thermoelektrisches Kühlelement, wie in der Technik bekannt ist.
Die Laserdiode ist üblicherweise an einer Basis angebracht, optional über eine Montagebasis-Wärmesenke. Die Basis kann ein beliebiges geeignetes Material sein, das für eine(s, n) oder mehrere der Laserdiode, der Wärmesenke, jeglicher optionalen Montagebasis und/oder der Kontaktanschlüsse eine mechanische Stütze liefert. Die Laserdiode kann an einem Siliziumcarbid oder an einer anderen Montagebasis angebracht sein. Bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist die Laserdiode in einem Gehäuse vom Metalldosentyp angeordnet; jedoch kann als Gehäuse jegliches Gehäuse verwendet werden, das dieselben Funktionen des Stützens von Elementen der lichtemittierenden Vorrichtung erfüllt und gleichzeitig ermöglicht, daß Licht von der lichtemittieren den Vorrichtung gelenkt wird. Die Laserdiode weist einen Halbleiterstapel und Kontakte zum Anlegen einer Vorspannung über den Halbleiterstapel auf. Die Kontakte sind üblicherweise mit Kontaktanschlüssen drahtgebondet.
Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Laserdiode eine Oberfläche auf, die mit der Phosphorzusammensetzung beschichtet ist. Bei dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel befindet sich die Phosphorzusammensetzung auf einer Oberfläche der transparenten Abdeckung. Bei anderen Ausführungsbeispielen befindet sich die Phosphorzusammensetzung in anderen Positionen, z. B. auf einer Oberfläche der Linse oder auf einer Oberfläche der separaten Struktur, die zwischen der Laserdiode und der Linse liegt, vorausgesetzt, die Phosphorzusammensetzung ist positioniert, um Licht von der Laserdiode zu empfangen. Die Oberfläche, auf der die Phosphorzusammensetzung angeordnet ist, wird hierin als die Phosphor aufweisende Oberfläche bezeichnet. Die Phosphorzusammensetzung kann mittels beliebiger in der Technik anerkannter Techniken, einschließlich Lackieren, Schleuderbeschichten, Gießen, Einkapseln in einer Matrix oder anhand eines anderen geeigneten Mittels auf die Phosphor aufweisende Oberfläche aufgebracht werden. Die Dicke der Phosphorzusammensetzung auf der Phosphor aufweisenden Oberfläche liegt üblicherweise im Bereich von etwa 15 Mikrometern bis etwa 150 Mikrometern, typischer im Bereich von etwa 20 Mikrometern bis etwa 120 Mikrometern und noch typischer im Bereich von etwa 25 Mikrometern bis etwa 100 Mikrometern, obwohl bestimmte Ausführungsbeispiele auch außerhalb dieser Bereiche liegen können. Die Phosphorzusammensetzung ist üblicherweise eine konforme Beschichtung auf der Phosphor aufweisenden Oberfläche. Die konforme Beschichtung ist eine Beschichtung, die eine gleichmäßige Dicke aufweist, wobei die Dicke um nicht mehr als etwa 20 üblicherweise um nicht mehr als etwa 10 variiert. Die Phosphorzusammensetzung kann über einen elektrophoretischen Prozeß, beispielsweise eine Prozeß, der in der US 2002/0187571 A1 oder in der US 2004/0212295 A1 die am 28. April 2003 eingereicht wurde, offenbart ist, auf die Phosphor aufweisende Oberfläche aufgebracht werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt die Phosphorzusammensetzung Phosphorpartikel, die in einer klaren Polymermatrix, z. B. einem Harz, die bzw. das zwischen der Laserdiode und der transparenten Abdeckung positioniert ist, suspendiert sind. Optional kann die klare Polymermatrix die Laserdiode teilweise umgeben. Desgleichen kann bzw. können die Linse und/oder die transparente Abdeckung aus einem klaren Polymermaterial, in dem Phosphorpartikel suspendiert sind, hergestellt sein. Eine derartige Linse und/oder transparente Abdeckung, die aus dem klaren Polymermaterial mit darin suspendierten Phosphorpartikeln hergestellt ist bzw. sind, ist bzw. sind positioniert, um Licht von der Laserdiode zu empfangen und um Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung zu lenken. Derartige Ausführungsbeispiele weisen in der Regel eine größere räumliche Variation des Ausgangslichts auf, da die Weglänge des Lichts durch das Polymer üblicherweise variiert. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Linse je nach den gewünschten Lichtausgangscharakteristika der lichtemittierenden Vorrichtung unterschiedliche Konfigurationen aufweisen, z. B. kann die Linse eine Kuppellinse, eine planare Linse oder eine andere geeignete Konfiguration sein.
Die Phosphorzusammensetzung umfaßt zumindest einen, üblicherweise zumindest zwei (oder drei oder vier) Typen von Phosphorpartikeln, die jeweils ihre eigenen Emissionscharakteristika aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Phosphorzusammensetzung zwei unterschiedliche Typen von Phosphorpartikeln (einen ersten Typ von Phosphorpartikeln und einen zweiten Typ von Phosphorpartikeln). Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Laserdiode aus einer blauen Laserdiode oder einer violetten Laserdiode ausgewählt, ist der erste Typ von Phosphorpartikeln in der Lage, auf eine Anregung durch das Licht von der Laserdiode hin rotes Licht zu emittieren, und ist der zweite Typ von Phosphorpartikeln in der Lage, auf eine Anregung durch das Licht von der Laserdiode hin grünes Licht zu emittieren. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel emittiert die lichtemittierende Vorrichtung somit Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten aufweist, aufgrund von (a) Licht, das von der Laserdiode emittiert wird und (nicht absorbiert) die Phosphorschicht passiert, (b) rotem Licht, das sich aus einer Herunterumsetzung von phosphorabsorbiertem, durch eine Laserdiode emittiertem Licht ergibt, und (c) grünem Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem, durch eine Laserdiode emittiertem Licht ergibt. Das Ergebnis ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die weißes Licht emittiert.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt die Phosphorzusammensetzung einen Typ von Phosphorpartikeln, der in der Lage ist, auf eine Anregung durch blaues oder violettes Licht hin gelbes Licht, z. B. mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 560 nm bis etwa 580 nm, zu emittieren, und ist die Laserdiode aus einer blauen Laserdiode oder einer violetten Laserdiode ausgewählt. Ein derartiges Ausführungsbeispiel der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert somit Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten aufweist, aufgrund von (a) Licht, das durch die Laserdiode emittiert wird und das (nicht absorbiert) die Phosphorschicht passiert, und (b) gelbem Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem, durch eine Laserdiode emittiertem Licht ergibt. Das Ergebnis ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die weißes Licht emittiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Laserzusammensetzung drei unterschiedliche Typen von Phosphorpartikeln (einen ersten Typ von Phosphorpartikeln, einen zweiten Typ von Phosphorpartikeln und einen dritten Typ von Phosphorpartikeln). Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Laserdiode eine UV-Laserdiode, ist der erste Typ von Phosphorpartikeln in der Lage, auf eine Anregung hin rotes Licht zu emittie ren, und ist der zweite Typ von Phosphorpartikeln in der Lage, auf eine Anregung hin grünes Licht zu emittieren, und ist der dritte Typ von Phosphorpartikeln in der Lage, auf eine Anregung hin blaues Licht zu emittieren. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel emittiert die lichtemittierende Vorrichtung somit Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten aufweist, aufgrund von (a) UV-Licht, das (nicht absorbiert) die Phosphorschicht passiert, (b) rotem Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem Licht ergibt, (c) von grünem Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem Licht ergibt, und (d) blauem Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem Licht ergibt. Das Ergebnis ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die weißes Licht emittiert.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel einer weißes Licht emittierenden Vorrichtung umfaßt die Vorrichtung eine UV-Laserdiode und eine Phosphorzusammensetzung, die zwei unterschiedliche Typen von Phosphorpartikeln (einen ersten Typ von Phosphorpartikeln und einen zweiten Typ von Phosphorpartikeln) umfaßt. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist der erste Typ von Phosphorpartikeln in der Lage, auf eine Anregung hin gelbes Licht zu emittieren, und der zweite Typ von Phosphorpartikeln ist in der Lage, auf eine Anregung hin blaues Licht zu emittieren. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel emittiert die lichtemittierende Vorrichtung somit Licht, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkomponenten aufweist, aufgrund von (a) UV-Licht, das (nicht absorbiert) die Phosphorschicht passiert, (b) von gelbem Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem Licht ergibt, und (c) blauem Licht, das sich aus einem Herunterumsetzen von phosphorabsorbiertem Licht ergibt. Das Ergebnis ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die weißes Licht emittiert.
Die Phosphorzusammensetzung umfaßt üblicherweise Phosphorpartikel und ein Bindematerial, das das Phosphorpartikel auf eine Phosphor aufweisende Oberfläche immobilisiert. Das entsprechende Bindemittel wird unter Bezugnahme auf das zum Beschichten der Phosphoraufweisenden Oberfläche verwendete jeweilige Verfahren ausgewählt. Geeignete Bindemittel wurden in der Technik beschrieben und sind dort bekannt. Das Bindematerial kann ein organisches Material wie z. B. ein optisches Kopplungsepoxy (z. B. PT 1002 von Pacific Polymer Technology), ein optisches Kopplungssilikon (ein von Nye Lubricants geliefertes Silikon), ein anorganisches Metalloxid oder Glasfrittenpulver (z. B. ein Glas auf PbO-Basis) oder Sol-Gel sein. Das Bindematerial kann durch eine selektive Aufbringung und Kapillarwirkung in die Phosphormatrix eingebracht werden, nachdem die Phosphorpartikel auf die Phosphor aufweisende Oberfläche aufgebracht wurden. Das Bindematerial kann während eines elektrophoretischen Aufbringungsprozesses zusammen mit den Phosphorpartikeln auf die Phosphor aufweisende Oberfläche aufgebracht werden. Siehe auch US-Patentschrift Nr. US 6,180,029 B1 WIPO-Veröffentlichungsnummer WO 00/33390 A1 die Bindematerialien, klare Polymere und Phosphore zur Verwendung bei Phosphorumwandlungsdioden beschreiben.
Die Phosphorpartikel sind so charakterisiert, daß sie zu einem Herunterumsetzen fähig sind, das heißt nachdem sie durch ein Licht einer relativ kürzeren Wellenlänge stimuliert wurden (Anregung), erzeugen sie ein Licht einer längeren Wellenlänge (Emission). Die Phosphorzusammensetzung umfaßt zumindest eine, üblicherweise zumindest zwei (oder drei oder vier) Typen von Phosphorpartikeln, die jeweils ihre eigenen Emissionscharakteristika aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel, das zumindest zwei unterschiedliche Typen von Phosphorpartikeln aufweist, emittiert der erste Typ von Phosphorpartikeln auf eine Anregung hin rotes Licht, und der zweite Typ von Phosphorpartikeln emittiert auf eine Anregung hin grünes Licht. Bezüglich einer Rot-Emission umfassen typische Phosphorpartikel, die sich zur Verwendung bei der Phosphorzusammensetzung eignen, ein Material, das aus SrS:Eu²⁺; CaS:Eu²⁺; CaS:Eu²⁺, Mn²⁺; (Zn, Cd)S:Ag⁺; Mg₄GeO_5,5F:Mn⁴⁺; Y₂O₂S:Eu²⁺, ZnS:Mn²⁺ und anderen Phosphormaterialien ausgewählt ist, die auf eine Anregung hin, wie sie hierin beschrieben wurde, Emissionsspektren im Rot-Bereich des sichtbaren Spektrums aufweisen. In bezug auf eine Grün-Emission umfassen typische Phosphorpartikel, die sich zur Verwendung bei der Phosphorzusammensetzung eignen, ein Material, das aus SrGa₂S₄:Eu²⁺; ZnS:Cu, Al und anderen Phosphormaterialien ausgewählt ist, die auf eine Anregung hin, wie sie hierin beschrieben wurde, Emissionsspektren im Grün-Bereich des sichtbaren Spektrums aufweisen. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel können zusätzlich zu den Rot und Grün emittierenden Phosphoren auch Blau emittierende Phosphorpartikel in der Phosphorzusammensetzung enthalten sein; geeignete Blau emittierende Phosphorpartikel können z. B. BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu²⁺, Mg oder andere Phosphormaterialien umfassen, die auf eine Anregung hin, wie sie hierin beschrieben wurde, Emissionsspektren im Blau-Bereich des sichtbaren Spektrums aufweisen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt die Phosphorzusammensetzung einen Typ von Phosphorpartikeln, der ausgewählt ist, um auf eine Anregung hin gelbes Licht zu erzeugen. Für eine Gelb-Emission umfassen typische Phosphorpartikel, die sich für eine Verwendung bei der Phosphorzusammensetzung eignen, ein Material, das aus (Y, Gd)₃Al₅O₁₂:Ce, Pr und anderen Phosphormaterialien ausgewählt ist, die auf eine Anregung hin, wie sie hierin beschrieben ist, Emissionsspektren im Gelb-Bereich des sichtbaren Spektrums aufweisen.
Die Rot emittierenden Phosphorpartikel weisen üblicherweise eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 590 nm bis etwa 650 nm auf. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 620 nm bis etwa 650 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 625 nm bis etwa 645 nm, noch typischer im Bereich von etwa 630 nm bis etwa 640 nm auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 590 nm bis etwa 625 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 600 nm bis etwa 620 nm auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen emittieren die Phosphorpartikel ein Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 600 nm bis etwa 650 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 610 nm bis etwa 640 nm, noch typischer im Bereich von etwa 610 nm bis etwa 630 nm.
Die Grün emittierenden Phosphorpartikel weisen üblicherweise eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 520 nm bis etwa 550 nm auf. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 530 nm bis etwa 550 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 535 nm bis etwa 545 nm auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 520 nm bis etwa 535 nm auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen emittieren die Phosphorpartikel Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 520 nm bis etwa 550 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 535 nm bis etwa 550 nm oder im Bereich von etwa 520 nm bis etwa 535 nm.
Die Blau emittierenden Phosphorpartikel weisen üblicherweise eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 440 nm bis etwa 490 nm auf. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 450 nm bis etwa 470 nm, typischerweise im Bereich von etwa 455 nm bis etwa 465 nm auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 440 nm bis etwa 450 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 435 nm bis etwa 445 nm auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen emittieren die Phosphorpartikel Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 440 nm bis etwa 480 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 450 nm bis etwa 470 nm.
Die Gelb emittierenden Phosphorpartikel weisen üblicherweise eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 560 nm bis etwa 580 nm auf. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswel lenlänge im Bereich von etwa 565 nm bis etwa 575 nm auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Phosphorpartikel eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von etwa 575 nm bis etwa 585 nm auf. Bei einem Ausführungsbeispiel emittieren die Phosphorpartikel Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 560 nm bis etwa 580 nm, üblicherweise im Bereich von etwa 565 nm bis etwa 575 nm.
Der genaue Wellenlängenbereich für jeden der oben beschriebenen Typen von Phosphorpartikeln wird durch eine Auswahl von verfügbaren Quellen von Phosphoren, gewünschten Farbattributen der lichtemittierenden Vorrichtung (z. B. der „Korreliert-Farbtemperatur” des emittierten weißen Lichts), der Auswahl der LED und dergleichen bestimmt. Angesichts der hierin gegebenen Offenbarung ergeben sich Variationen derartiger Entwurfsparameter aus der üblichen Fachkenntnis. Nützliche Phosphormaterialien und andere Informationen finden sich bei Mueller-Mach et al., „High Power Phosphor-Converted Light Emitting Diodes Bases an III-Nitrides”, IEEE J. Sel. Top. Quant. Elec. 8(2): 339 (2002).
Die Phosphorpartikel können üblicherweise in einer Palette von Partikelgrößen erhalten werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen liegt der mittlere Partikeldurchmesser der Phosphorpartikel im Bereich von 2–5 Mikrometern. Größere Phosphorpartikel neigen dazu, Licht auf effizientere Weise zu emittieren; mit zunehmender Größe wird es jedoch schwieriger, gleichmäßige Beschichtungen von Phosphorpartikeln zu erhalten. Verfahren einer elektrophoretischen Aufbringung können bei größeren Phosphorpartikeln erfolgreich eingesetzt werden, z. B. bei solchen, die einen mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von etwa 13 Mikrometern bis etwa 20 Mikrometern und ein d90 im Bereich von etwa 30 Mikrometern bis etwa 45 Mikrometern aufweisen, wobei sich d90 auf die Größe bezieht, bei der 90 Volumenprozent der Partikel kleiner sind als die angegebene Größe.
Phosphorpartikel für bestimmte Ausführungsbeispiele sind von Phosphor Technology, Ltd. (Essex, England) erhältlich. Ein von dieser Quelle erhältliches geeignetes Phosphormaterial ist Strontiumsulfid:Europium (SrS:Eu²⁺) (Teilenummer: HL63/S-D1). Dieses Phosphormaterial weist die nachfolgend gezeigte Partikelgrößenverteilung (wie sie durch einen Coulter-Zähler mit einer 50-Mikrometer-Apertur gemessen wurde) auf:
Ultraschallverteilung. Größe bei aufgeführten Volumen-%

Vol.-% 5 25 50 75 95

Mikrometer 2,3 3,5 5,0 7,2 11,9

Halber Quartilabstand: 0,35
Dieses Rot emittierende Phosphormaterial weist eine Emissionswellenlängenspitze von etwa 615 nm und eine Anregungswellenlängenspitze im Bereich von etwa 460 bis 490 nm auf.
Ein weiteres geeignetes Phosphormaterial, das von Phosphor Technology, Ltd. erhältlich ist, ist Strontiumthiogallat:Europium (SrGa₂S₄:Eu²⁺). Dieses Phosphormaterial weist die nachfolgend gezeigte Partikelgrößenverteilung (wie sie durch einen Coulter-Zähler mit einer 50-Mikrometer-Apertur gemessen wurde) auf:
Ultraschallverteilung. Größe bei aufgeführten Volumen-%

Vol.-% 5 25 50 75 95

Mikrometer 1,7 3,1 5,0 7,5 14,7

Halber Quartilabstand: 0,32
Dieses Grün emittierende Phosphormaterial weist eine Emissionswellenlängenspitze bei etwa 535 nm und eine Anregungswellenlängenspitze im Bereich von etwa 440 bis 470 nm auf.
Ein weiteres geeignetes Phosphormaterial, das von Phosphor Technology, Ltd. erhältlich ist, ist (Yttrium, Gadolinium) Aluminatphosphor (Y, Gd)₃Al₅O₁₂:Ce, Pr). Dieses Phosphormaterial weist die nachfolgend gezeigte Partikelgrößenvertei lung (wie sie durch einen Coulter-Zähler mit einer 50-Mikrometer-Apertur gemessen wurde) auf:
Ultraschallverteilung. Größe bei aufgeführten Volumen-%

Vol.-% 5 25 50 75 95

Mikrometer 1,7 2,9 4,0 5,6 9,4

Halber Quartilabstand: 0,32
Dieses Gelb emittierende Phosphormaterial weist eine Emissionswellenlängenspitze bei etwa 570 nm und eine Anregungswellenlängenspitze bei etwa 470 nm auf.
Von dieser und weiteren handelsüblichen Quellen können auch andere geeignete Phosphore zur Verwendung bei Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Die Herstellung von Phosphoren ist in der Literatur beschrieben, und dementsprechend können angesichts der hierin gegebenen Offenbarung geeignete Phosphore durch Fachleute hergestellt werden.

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung (100), die eine Laserdiode (102) und eine Phosphorzusammensetzung (110) aufweist, die positioniert ist, um Licht von der Laserdiode zu empfangen, wobei die Phosphorzusammensetzung (110) Phosphorpartikel aufweist, die ein d₉₀ im Bereich von 30 Mikrometern bis 45 Mikrometern aufweisen, wobei sich d₉₀ auf die Größe bezieht, bei der 90 Volumenprozent der Partikel kleiner sind als die angegebene Größe, wobei die Phosphorzusammensetzung in der Lage ist, Licht von der Laserdiode zu absorbieren und Licht bei einer Wellenlänge, die länger ist als die des Lichts von der Laserdiode, zu emittieren, wobei die Phosphorzusammensetzung (110) einen ersten Typ von Phosphorpartikeln und einen zweiten Typ von Phosphorpartikeln aufweist, wobei der erste Typ von Phosphorpartikeln auf eine Anregung hin rotes Licht emittiert und der zweite Typ von Phosphorpartikeln auf eine Anregung hin grünes Licht emittiert, wobei die Phosphorzusammensetzung (110) Phosphorpartikel umfasst, die in einer klaren Polymermatrix suspendiert sind, wobei die klare Polymermatrix als Linse geformt ist, wobei die klare Polymermatrix positioniert ist, um Licht von der Laserdiode (102) zu empfangen und um Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung (100) zu lenken, und wobei die Phosphorzusammensetzung (110) auf einer Oberfläche der Linse angeordnet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine weißes Licht emittierende Vorrichtung ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der erste Typ von Phosphorpartikeln Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 590 nm bis 650 nm emittiert.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste Typ von Phosphorpartikeln ein Material umfasst, das aus SrS:Eu²⁺; CaS:Eu²⁺, Mn²⁺; (Zn, Cd)S:Ag⁺; Mg₄GeO_5,5F:Mn⁴⁺; und ZnS:Mn²⁺ ausgewählt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der zweite Typ von Phosphorpartikeln Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 520 nm bis 550 nm emittiert.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der zweite Typ von Phosphorpartikeln ein Material umfasst, das aus SrGa₂5₄:Eu²⁺ und ZnS:Cu, Al ausgewählt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der der erste Typ von Phosphorpartikeln Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 590 nm bis 650 nm emittiert.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) Phosphorpartikel umfasst, die auf eine Anregung hin gelbes Licht emittieren.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 8, bei der die Phosphorpartikel Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 560 nm bis 580 nm emittieren.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der die Phosphorpartikel (Y, Gd)₃Al₅O₁₂:Ce, Pr umfassen.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) eine konforme Beschichtung aufweist, die auf einer Oberfläche der Laserdiode (102) angeordnet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 11, bei der die konforme Beschichtung zwischen 15 Mikrometern und 150 Mikrometern dick ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) ein Material umfasst, das aus SrS:Eu²⁺ und CaS:Eu²⁺ ausgewählt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) ein Material umfasst, das aus CaS:Eu²⁺, Mn²⁺ und (Zn, Cd)S:Ag⁺ ausgewählt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) ein Material umfasst, das aus Mg₉GeO_5,5F:Mn⁴⁺; und ZnS:Mn²⁺ ausgewählt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) ein Material umfasst, das aus SrGa₂S₄:Eu²⁺ und ZnS:Cu, Al ausgewählt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) (Y, Gd)₃Al₅O₁₂:Ce, Pr umfasst.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) eine erste Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von 620 nm bis 650 nm aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 18, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) eine zweite Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von 520 nm bis 550 nm aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) eine Spitzenemissionswellenlänge im Bereich von 560 nm bis 580 nm aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der die Phosphorzusammensetzung (110) Phosphorpartikel umfasst, die einen mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von 13 bis 20 Mikrometern aufweisen.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der die Laserdiode (102) eine blaue Laserdiode ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der die Laserdiode (102) eine violette Laserdiode ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der die Laserdiode (102) eine UV-Laserdiode ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, bei der die Laserdiode (102) in einem Pulsmodus betreibbar ist.