本發(fā)明涉及波長轉(zhuǎn)換發(fā)光裝置，諸如發(fā)光二極管。

背景技術(shù)：

包含發(fā)光二極管（led）、諧振腔發(fā)光二極管（rcled）、垂直腔激光二極管（vcsel）及邊發(fā)射激光器的半導(dǎo)體發(fā)光裝置是目前可用的最高效的光源。在制造能夠跨過可見光光譜范圍工作的高亮度發(fā)光裝置中當(dāng)前感興趣的材料體系包含iii-v族半導(dǎo)體，具體地為鎵、鋁、銦以及氮的二元、三元及四元合金，這些也被稱為iii族氮化物材料。典型地，iii族氮化物發(fā)光裝置是通過在藍(lán)寶石、碳化硅、iii族氮化物或者其他合適基底上，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（mocvd）、分子束外延（mbe）或者其他外延技術(shù)，外延生長不同組成及摻雜劑濃度的半導(dǎo)體層的堆疊來制造的。該堆疊經(jīng)常包含在基底上形成的一個或者多個例如硅摻雜的n型層，在該一個或多個n型層上形成的位于有源區(qū)中的一個或多個發(fā)光層，以及在該有源區(qū)上形成的一個或多個例如鎂摻雜的p型層。電接觸在n型區(qū)域和p型區(qū)域上形成。

為了產(chǎn)生白光固態(tài)光源，來自led或激光的藍(lán)光照射黃-綠磷光體，例如yag:ce磷光體，或者紅和綠磷光體的組合，使得由磷光體產(chǎn)生的光與泄露穿過的藍(lán)光的組合產(chǎn)生白光。在由高功率藍(lán)光光源產(chǎn)生的非常亮的藍(lán)光（例如高于100w/cm²）下，一些磷光體淬滅或者飽和。淬滅或者飽和會導(dǎo)致不期望的顏色偏移和降低的光產(chǎn)出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明一目的是提供一種含有即使在高激發(fā)強(qiáng)度下是高效的波長轉(zhuǎn)換材料的波長轉(zhuǎn)換發(fā)光裝置。

本發(fā)明一目的是避免或者最小化隨著磷光體轉(zhuǎn)換光源(尤其是兩種或者更多種磷光體被用于產(chǎn)生例如暖白光,這會要求全部所使用的磷光體具有恒定轉(zhuǎn)化效率)中的亮度增加的顏色偏移。

在依據(jù)本發(fā)明實施例的一種方法中，對于由光源產(chǎn)生且由包含基質(zhì)材料和摻雜劑的磷光體層轉(zhuǎn)換的預(yù)定量的光線，以及對于在增加激發(fā)強(qiáng)度時磷光體的效率的預(yù)定最大降低，選擇該磷光體層的最大摻雜劑濃度。

依據(jù)本發(fā)明實施例的一種結(jié)構(gòu)包含發(fā)射具有第一峰值波長的光的發(fā)光二極管以及放置在由該發(fā)光二極管發(fā)射的光的路徑中的磷光體。該磷光體吸收由該發(fā)光二極管發(fā)射的光并且發(fā)射具有第二峰值波長的光。該磷光體包含基質(zhì)材料和摻雜劑。摻雜劑的濃度以及摻雜劑的排布被選擇，使得在來自發(fā)光二極管的預(yù)定的光發(fā)射下，該磷光體的效率的預(yù)定最大降低不被超過。

依據(jù)本發(fā)明實施例的一種結(jié)構(gòu)包含發(fā)射具有第一峰值波長的光的發(fā)光二極管以及放置在由該發(fā)光二極管發(fā)射的光的路徑中的磷光體。該磷光體吸收由該發(fā)光二極管發(fā)射的光并且發(fā)射具有第二峰值波長的光。一種材料被放置于該發(fā)光二極管和該磷光體之間。該材料被選擇以減少從發(fā)光二極管到達(dá)磷光體的光的量，使得該磷光體的效率的預(yù)定最大降低不被超過。

附圖說明

圖1為對于兩種具有相同基質(zhì)(ba0.1sr0.9)2si5n8和不同濃度的摻雜劑eu²⁺的磷光體，作為輻照度的函數(shù)的量子效率的曲線圖。

圖2為包含光源和波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的裝置的截面圖；

圖3示出對于兩種材料，作為激發(fā)強(qiáng)度的函數(shù)的功率發(fā)射/入射功率的曲線圖，一種材料在給定激發(fā)強(qiáng)度下表現(xiàn)出下降（即，在增加的激發(fā)強(qiáng)度，磷光體的效率降低），一種材料在該給定的激發(fā)強(qiáng)度諸如例如0.2w/mm²下沒有表現(xiàn)出下降。

圖4示出磷光體顆粒的表面的一部分。

圖5為一種階梯式梯度的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖6為對于圖8的結(jié)構(gòu)的一個例子，作為位置的函數(shù)的活化劑濃度的曲線圖。

圖7為一種連續(xù)梯度的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖8和圖9為對于圖7的結(jié)構(gòu)的兩個例子，作為位置的函數(shù)的活化劑濃度的曲線圖。

圖10為包含多種磷光體的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖11為磷光體顆粒的作為位置的函數(shù)的濃度的曲線圖。

具體實施方式

磷光體基本上是一種用活化劑或者摻雜劑（“活化劑”與“摻雜劑”在此處可互換地被使用）摻雜的結(jié)晶基質(zhì)材料（有時稱為晶格）。常見活化劑種類的例子包含eu²⁺、eu³⁺和ce³⁺。當(dāng)磷光體暴露于特定波長范圍中的光（激發(fā)光譜）中時，活化劑吸收激發(fā)光并且發(fā)射更長波長的光（發(fā)射光譜）。

如上所述，當(dāng)暴露于例如來自led的藍(lán)光時，一些磷光體變飽和。具體地，隨著激發(fā)強(qiáng)度（即，入射到磷光體上的單位面積的光的量）增加，磷光體的效率降低。隨著增加的激發(fā)強(qiáng)度的效率降低在此處可稱為“下降”。

許多過程會導(dǎo)致或者加劇下降。在不將本發(fā)明實施例限制于任何具體理論的情況下，會影響下降的兩種過程為基態(tài)耗盡以及激發(fā)態(tài)相互作用。（本發(fā)明的實施例可能不處理基態(tài)耗盡。）激發(fā)態(tài)相互作用可能包含激發(fā)態(tài)吸收（esa）和量子力學(xué)相互作用（qmi）。esa可能取決于基質(zhì)的電子能帶結(jié)構(gòu)和/或相對于基質(zhì)能帶結(jié)構(gòu)的摻雜劑能級的能量位置。qmi可能取決于基質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)；具體地，發(fā)射性的和吸收性的受激發(fā)摻雜劑之間的距離。例如，由受激發(fā)的活化劑發(fā)射的光子可能被另一個已激發(fā)的活化劑吸收，激發(fā)電子到基質(zhì)材料導(dǎo)帶中而不是發(fā)射光子，由此降低磷光體的效率。這種效應(yīng)在更高的溫度下可能更加顯著。

隨著活化劑濃度增加，在任一激發(fā)強(qiáng)度下效率的降低可能會變得更加顯著，如圖1所示。圖1是作為來自發(fā)射藍(lán)光的激光器的輻照度（單位為w/mm²）的函數(shù)，測量的量子效率的曲線圖。圖1示出的兩種磷光體具有相同的基質(zhì)材料(ba0.1sr0.9)2si5n8以及相同的活化劑eu²⁺。圖示兩種不同的活化劑濃度，0.5%（曲線10）和2.4%（曲線14）。如圖1所示，對于更高的活化劑濃度，在最高激發(fā)強(qiáng)度下磷光體的效率低于在最高激發(fā)強(qiáng)度下具有最低活化劑濃度的磷光體的效率。

在本發(fā)明的實施例中，磷光體被合成或者被應(yīng)用到裝置從而減少或者消除下降，即在增加的激發(fā)強(qiáng)度處觀察到的效率下降。在下文描述的實施例中磷光體的基質(zhì)材料可以為例如，cas、(ca,sr)ga2s4、ba2-xmxsi5-yalyn8-yoy，其中m代表sr或ca，0≤x≤l，并且0.0005<y<0.05(bssne)，ca1-xsrxalsin3，其中0≤x≤l，優(yōu)選地0<x<0.95(scasn)、ecas、yag或者任何其他合適的基質(zhì)材料。在此描述的實施例中磷光體中的活化劑可以為例如稀土材料、銪、eu²⁺、鈰、ce³⁺或者任何其他合適的材料。在下面的例子中，活化劑為銪。然而，鈰摻雜的磷光體也可能體驗到下降，該下降經(jīng)常是在比銪摻雜的磷光體高得多的入射功率強(qiáng)度。例如，ce³⁺磷光體會在大約50w/mm²時表現(xiàn)出與eu²⁺磷光體在1w/mm²時表現(xiàn)出的下降相似的下降。

圖2示出依照本發(fā)明的實施例的裝置。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20放置于從例如發(fā)光二極管（led）的發(fā)光裝置18發(fā)射的光的路徑中。該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20可以為包含基質(zhì)和摻雜劑的磷光體。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20可以直接接觸發(fā)光裝置18，或者它可以與發(fā)光裝置18隔開。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20可以包含一種或者多種磷光體。

在一些實施例中，一個或者多個例如透鏡的光學(xué)元件（未示于圖2）可以包含在圖2的裝置中。例如，光學(xué)元件可以放置于發(fā)光裝置18和波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20之間，從而成形、過濾和/或至少部分準(zhǔn)直從發(fā)光裝置18提取的光。另外或者可替換地，光學(xué)元件可以放置于波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20之上，從而成形、過濾和/或至少部分準(zhǔn)直從波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20提取的光。光學(xué)元件的例子包含濾光片、圓頂透鏡、菲涅爾透鏡、復(fù)合拋物面聚光器和任何其他合適的結(jié)構(gòu)。

在一些實施例中，對于由發(fā)光裝置18產(chǎn)生且由波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20轉(zhuǎn)換的預(yù)定量的光線，以及對于在增加的激發(fā)強(qiáng)度時該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的效率的預(yù)定最大降低（即最大允許下降），選擇波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20中的最大平均摻雜劑濃度。該效率的預(yù)定最大降低可能導(dǎo)致結(jié)果的總發(fā)射的顏色偏移。一些應(yīng)用，特別是利用多種磷光體的應(yīng)用，諸如例如產(chǎn)生暖白光的裝置，會要求全部所使用的磷光體具有恒定或者近似恒定的轉(zhuǎn)換效率。因此，在一些實施例中，在應(yīng)用中可以接受的顏色偏移可決定效率的預(yù)定最大降低。

波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20可以為基本上均勻的平均摻雜劑濃度的磷光體層、分層結(jié)構(gòu)或者梯度組成結(jié)構(gòu)，例如在任何下述例子中描述的磷光體。

在實踐中，圖2的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的厚度是受限的。例如，如下所述，通過降低摻雜劑濃度，可以降低該下降，但是當(dāng)摻雜劑濃度降低時，預(yù)定量的轉(zhuǎn)換光需要更大的厚度，極限情況下接近零的摻雜劑濃度需要無限大的厚度。因此，在一些實施例中，對于預(yù)定的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)厚度20，以及對于在增加的激發(fā)強(qiáng)度時波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的效率的預(yù)定最大降低（即最大允許下降），選擇該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20中的最大平均摻雜劑濃度。

發(fā)光裝置18可以為任何合適的裝置，該裝置發(fā)射光，該光可以激發(fā)波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20中的一種或者多種波長轉(zhuǎn)換材料。在一些實施例中，發(fā)光裝置18是發(fā)射藍(lán)光或者是uv光的iii族氮化物led。iii族氮化物led例如可以為：倒裝芯片裝置，其中大部分光通過led的表面被提取，該表面與電氣接觸部形成于其上的表面相對；垂直裝置，其中電氣接觸部形成在裝置的相對兩側(cè)；或者橫向裝置，其中兩個電氣接觸部都形成在裝置的一表面，大部分光通過所述電氣接觸部被提取。iii族氮化物裝置層生長在其上的生長基底可以為裝置的一部分，可以被減薄或者可以被全部去掉。任何合適的發(fā)光裝置可被使用。

盡管在下面例子中半導(dǎo)體發(fā)光裝置為發(fā)射藍(lán)光或者uv光的iii族氮化物led，可以使用除了led以外的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，諸如激光二極管，以及由其他材料體系（例如其他iii-v族材料、iii族磷化物、iii族砷化物、ii-vi族材料、zno或者基于si的材料）制造的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，只要該裝置的發(fā)射與波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的激發(fā)光譜重疊。

合適的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20可以包含一種或多種在下面實施例中描述的磷光體和/或結(jié)構(gòu)。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20可以被放置在led上或者與led隔開。在一些實施例中，該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中摻雜劑的濃度和/或摻雜劑的排布被選擇，使得在來自發(fā)光結(jié)構(gòu)18的預(yù)定的光發(fā)射下，該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的效率的預(yù)定最大降低不被超過（即最大下降水平不被超過）。

該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包含一種或者多種波長轉(zhuǎn)換材料，其可以為例如傳統(tǒng)磷光體、有機(jī)磷光體、量子點、有機(jī)半導(dǎo)體、ii-vi族或iii-v族半導(dǎo)體、ii-vi族或iii-v族半導(dǎo)體量子點或者納米晶體、染料、聚合物、或者其他發(fā)光的材料。該波長轉(zhuǎn)換材料吸收由led發(fā)射的光并且發(fā)射一種或者多種不同波長的光。由led發(fā)射的未轉(zhuǎn)化的光經(jīng)常為從該結(jié)構(gòu)提取的光的最終光譜的一部分，盡管它沒有必要如此。從該結(jié)構(gòu)提取的光的最終光譜可以為白色、多色或者單色。

通常組合的例子包含發(fā)射藍(lán)光的led與發(fā)射黃光的波長轉(zhuǎn)換材料組合，發(fā)射藍(lán)光的led與發(fā)射綠光和紅光的波長轉(zhuǎn)換材料組合，發(fā)射uv光的led與發(fā)射藍(lán)光和黃光的波長轉(zhuǎn)換材料組合，以及發(fā)射uv光的led與發(fā)射藍(lán)光、綠光和紅光的波長轉(zhuǎn)換材料組合。發(fā)射其他顏色光的波長轉(zhuǎn)換材料可以被添加以調(diào)整從該結(jié)構(gòu)提取的光的光譜。該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以包含光散射或者光擴(kuò)散元件，例如tio2。

在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20是這樣一種結(jié)構(gòu)，其與led分開制作，并且例如通過晶片鍵合或者比如硅樹脂或環(huán)氧樹脂的合適粘接劑附著到led。此類預(yù)制的波長轉(zhuǎn)換元件的一個例子是陶瓷磷光體，它是通過例如下述形成：將粉末磷光體或者磷光體的前驅(qū)體材料燒結(jié)成陶瓷板，該陶瓷板然后可以被劃片成單獨的波長轉(zhuǎn)換元件。陶瓷磷光體也可以通過例如流延成型形成，在該流延成型中陶瓷被制作成正確的形狀，劃片或切割工藝不是必需的。合適的非陶瓷預(yù)制波長轉(zhuǎn)換元件的例子包含：粉末磷光體，其分散在諸如硅樹脂或玻璃的透明材料中，該硅樹脂或玻璃被軋制、鑄造或者以其他方式形成為片，隨后被切成單獨的波長轉(zhuǎn)換元件；以及與硅樹脂混合并且放置于透明基底上的磷光體。

反射材料（未示于圖2）可以放置于led和波長轉(zhuǎn)換元件的側(cè)面上，從而迫使光通過上表面離開裝置。

在一些磷光體中，可以通過減少活性劑濃度而降低或者消除該下降。在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包含磷光體，該磷光體包含基質(zhì)材料和活化劑，該活化劑在某些活化劑濃度下確實遭受該下降。該磷光體被摻雜到一活化劑濃度，在該活化劑濃度下其不表現(xiàn)出在增加的激發(fā)強(qiáng)度時效率的降低。此類磷光體的效率曲線示于圖3（在圖3中示出的磷光體可以與在圖1中示出的磷光體相同）。圖3是對于具有相同基質(zhì)和不同摻雜劑濃度的兩種磷光體，作為入射功率（激發(fā)強(qiáng)度）的函數(shù)的對于給定磷光體厚度的發(fā)射功率/入射功率的曲線圖。曲線22代表比曲線24的磷光體具有更高活化劑濃度的磷光體。

如圖3所示，具有更高活化劑濃度的磷光體在25標(biāo)示的入射功率處表現(xiàn)出下降（曲線22），而具有較低活化劑濃度的磷光體（曲線24）在25標(biāo)示的入射功率處不表現(xiàn)出下降。在一些實施例中，磷光體包含基質(zhì)材料，在某些活化劑濃度下其在選定的激發(fā)強(qiáng)度下確實遭受下降（即，曲線22在入射功率25處）?；罨瘎舛瓤梢员粶p少，使得磷光體在給定激發(fā)強(qiáng)度下不遭受下降（即，曲線24在入射功率25處）。在該選定激發(fā)強(qiáng)度以外的激發(fā)強(qiáng)度處，該磷光體會表現(xiàn)出下降（即，曲線24在入射功率27處）。

曲線22和24代表的磷光體中的活化劑在一些實施例中可以為例如稀土材料、銪或eu²⁺。

因為具有較低活化劑濃度的磷光體具有更少的活化劑，對于相同量的磷光體，曲線24表示的磷光體在給定入射功率強(qiáng)度下可以發(fā)射的光少于曲線22表示的磷光體。因此，為了達(dá)到給定亮度，在波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包含曲線24代表的磷光體的裝置中可以使用更多的磷光體。

在一些實施例中，曲線24表示的磷光體被包含在波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20中。（曲線22表示的磷光體不被包含在該裝置中，實際上它在上文被描述為參照例，曲線24表示的磷光體的性能與該參照例比較。）在一些實施例中，曲線24表示的磷光體可以為包含在波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20中的基質(zhì)材料具有的唯一磷光體。曲線24表示的磷光體可以放置于具有基本均勻的摻雜劑濃度的單層中。曲線24表示的磷光體中的活化劑濃度貫穿波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20是基本均勻的，即，活化劑濃度在波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的水平或者豎直平面內(nèi)是沒有梯度的。

在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包含粉末磷光體，該粉末磷光體被制作以增大每個磷光體顆粒中活化劑之間的距離，這可以減少或者消除下降。

磷光體部分30可以用活化劑32之間的間隔34來表征，如圖4所示。在一些實施例中，與給定的商業(yè)上使用的具有相同基質(zhì)材料和相同活化劑濃度的磷光體相比，間隔34可以增大。在一些實施例中，活化劑32為稀土材料、銪或eu²⁺。平均間隔34在一些實施例中可以為至少15?，在一些實施例中為至少18?，在一些實施例中為至少20?，在一些實施例中為至少25?，并且在一些實施例中不高于50?。

在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包含具有梯度活化劑濃度的磷光體?；罨瘎舛瓤梢栽谂c波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的主表面垂直的方向上有梯度?；罨瘎舛瓤梢栽谧羁拷ぐl(fā)光源的區(qū)域中是最低的，并且在距離激發(fā)光源最遠(yuǎn)的區(qū)域中是最高的。

在例如陶瓷磷光體的均勻摻雜磷光體中，激發(fā)功率隨著進(jìn)入磷光體的深度以指數(shù)方式降低。實際上，隨著光被磷光體吸收，激發(fā)強(qiáng)度降低。由于激發(fā)強(qiáng)度隨著進(jìn)入磷光體的深度而降低，磷光體表現(xiàn)出的下降也會降低。

與均勻摻雜時的相同磷光體比較，在具有梯度磷光體的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20中，下降可以減少或者消除。如此處所使用，“梯度化”活化劑濃度可以指單一逐步的濃度變化之外的任何濃度變化。梯度的活化劑濃度輪廓可以采取的任何形狀，包含例如線性的、階梯式梯度的、或者冪次函數(shù)輪廓，并且可以包含多個恒定活化劑濃度的區(qū)域或者不包含恒定活化劑濃度的區(qū)域。

圖5示出板型梯度波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的一個例子。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20包含不同活化劑濃度的多個層52、54、56和58。在每個層52、54、56和58內(nèi)，活化劑濃度可以是恒定的和均勻的，盡管這不是必須的。圖5的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20可以是陶瓷或者任何其他合適的結(jié)構(gòu)。盡管在圖5中示出4個層，更多或者更少的層可以被使用。在一些實施例中，包含2至10個層。

圖5中的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的總厚度在一些實施例中可以是至少100μm厚，在一些實施例中不高于400μm厚，在一些實施例中至少200μm厚，并且在一些實施例中不高于300μm厚。每個層可以是相同厚度，盡管這不是必須的。每個層在一些實施例中可以具有至少10μm的厚度，并且在一些實施例中可以具有不高于100μm的厚度。

波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的表面50面向光源18。因此，層52可以具有最低活化劑濃度。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的表面60最遠(yuǎn)離光源。因此，層58可以具有最高活化劑濃度。圖6示出對于波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的一個例子，作為從表面50至表面60的位置的函數(shù)的活化劑濃度。示出恒定和不同活化劑濃度的4個層。濃度從表面50至表面60分多步增加。

圖7示出板型波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20的另一個例子。圖7的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是連續(xù)性梯度變化的，而不是如圖5中示出的階梯式梯度變化。在圖7中，與圖5類似，表面50最靠近光源且表面60最遠(yuǎn)離光源。圖8和圖9以活化劑濃度作為位置的函數(shù)的曲線圖，示出圖7的結(jié)構(gòu)的兩種可能梯度輪廓。在每個梯度輪廓中，活化劑濃度從在表面50的最低濃度增加至在表面60的最高濃度。圖8示出線性梯度輪廓。圖9示出二次曲線的梯度輪廓。例如指數(shù)、多項式或者任何其他合適的輪廓的其他輪廓可以被用于梯度化波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20。

在一些實施例中，粉末磷光體中的單獨顆粒具有跨過顆粒而變化的摻雜劑濃度。單獨的顆粒可以含有具有第一平均摻雜劑濃度的第一區(qū)域和具有第二平均摻雜劑濃度的第二區(qū)域，其中第一和第二平均摻雜劑濃度是不同的。第一和第二區(qū)域可以布置成減少或者消除下降。

通過形成磷光體顆粒，該磷光體顆粒具有跨過顆粒而變化的摻雜劑濃度，使得每個顆粒的中心部分比每個顆粒的外面部分更高程度地被摻雜，可以在粉末磷光體中實現(xiàn)與圖5和圖7的梯度磷光體中描述的相同效應(yīng)，即，磷光體的更高程度摻雜的部分被磷光體的更低程度摻雜的部分“遮蔽”，減少更高程度摻雜的部分中的激發(fā)強(qiáng)度。

圖11是對于這種磷光體顆粒的一個例子，作為直徑的函數(shù)的摻雜劑濃度的曲線圖。在該曲線圖中，70和72代表顆粒的外部邊緣，并且74代表中心。在顆粒的邊緣處摻雜劑濃度低于在中心處的摻雜劑濃度，在中心處的摻雜劑濃度可能是最高的。每個顆粒的較低程度摻雜的外面部分是顆粒的“看到”來自發(fā)光二極管的光線的第一個部分。每個顆粒的較低程度摻雜的外面部分因此減少在更高程度摻雜的中心處的激發(fā)強(qiáng)度，這可以減少下降且可能增加磷光體的效率。磷光體顆粒中的濃度梯度不限于圖11示出的特定輪廓。中心比外面部分被更高程度摻雜的磷光體顆?？梢酝ㄟ^下述形成：提供或者合成摻雜核心、圍繞該摻雜核心生長非摻雜殼體、以及在熱過程中將摻雜劑部分地擴(kuò)散到外部區(qū)域中。

在圖5和圖7中示出的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，以及在圖11中示出的顆粒中，活化劑可以為例如稀土材料、鈰、ce³⁺、銪或eu²⁺。

圖10示出波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)20，其具有遮蔽表現(xiàn)出下降的磷光體的結(jié)構(gòu)，從而減少該磷光體的激發(fā)強(qiáng)度。

表面62最靠近光源且表面64最遠(yuǎn)離光源。遮蔽結(jié)構(gòu)66最靠近光源放置。在增加的激發(fā)強(qiáng)度時表現(xiàn)出效率下降的磷光體68最遠(yuǎn)離光源放置。遮蔽結(jié)構(gòu)66吸收來自光源的光，有效地降低入射到磷光體68上的激發(fā)強(qiáng)度。遮蔽結(jié)構(gòu)66的特性，例如材料、厚度和吸收系數(shù)，可以被選擇以將入射到磷光體68上的激發(fā)強(qiáng)度降低到磷光體的效率的預(yù)定最大降低不被超過的點。合適的遮蔽結(jié)構(gòu)66的例子包含非波長轉(zhuǎn)換材料、波長轉(zhuǎn)換材料、磷光體、設(shè)計成散射光的層、過濾器、反射器以及任何其他合適的結(jié)構(gòu)。

在一些實施例中，結(jié)構(gòu)66是第二磷光體，該第二磷光體在增加的激發(fā)強(qiáng)度時不表現(xiàn)出下降或者表現(xiàn)出比磷光體68少的下降。在一些實施例中，結(jié)構(gòu)66是石榴石磷光體、yag:ce磷光體或者任何其他合適的磷光體。

已經(jīng)描述了本發(fā)明的細(xì)節(jié)，本領(lǐng)域技術(shù)人員鑒于本公開將理解，可以對本發(fā)明進(jìn)行調(diào)整而不背離此處描述的發(fā)明構(gòu)思的精神。因此，不旨在將本發(fā)明的范圍限于所示出和描述的特定實施例。