基于混合波导-下转换器-扩散器的固态光源制造技术

提供了一种固态光源，该固态光源包括：输出光能的光泵、波导、以及下转换器，该波导与光泵光耦合以接收光能，该下转换器用于将来自波导的光能转换为更弱的光能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及固态光源，并且更特别地，涉及一种基于混合波导_下转换器_扩散器的固态光源。
技术介绍
和
技术实现思路
本部分提供了与本公开相关的背景信息，这些信息并不一定是现有技术。本部分还提供了本公开的总体概述，并且本部分不是对本公开的整个范围或本公开的所有特征的全面公开。当前，美国每年单在照明用电上就总共花费数以万亿计的美元——实际上，大多数建筑物用电的四分之一是用于照明。因此，即使照明效率的适度提高也可以使得节省大量的金钱并且对环境有益。作为能效更高的照明解决方案，固态光发射装置(LED或有机 LED)有可能可以替换现有的白炽灯和荧光灯，从而提供超过1001m/W的发光效率。然而，照明的累计成本不仅包括电力成本，而且包括灯的成本。为了在商业上可行，与荧光灯、高强放电(HID)灯以及当前的基于LED的灯相比，任何新兴的固态照明(SSL) 技术必须同时在成本和能量方面具有竞争力。到目前为止，基于LED的照明在大多数市场 (例如，室内普通照明)上在成本方面一直不具有竞争力。重要的是，除了照明效率和成本效能之外，为利于广泛接受，照明质量(S卩，显色指数(CRI))也必须与传统白炽灯和HID灯的照明质量(通常CRI > 90)相匹敌。现有照明器材(例如，荧光照明器材和爱迪生螺旋灯头)的向后兼容性也是非常可取的。迄今为止，事实上，新兴的光源没有一个满足这些要求。无机白光LED可能能够满足SSL要求并且表现出长于50，000小时的装置寿命。迄今为止，基于氮化铟镓(InGaN)和磷化铝镓铟(AlInGaP)的LED已经分别在蓝光和红光波长上实现超过50%的功率转换效率；基于氮化铟镓的绿光LED具有30%的效率。由于昂贵的制造过程(例如，外延)和不相容的蓝光/绿光和红光LED材料，因此当前的白光LED主要基于涂履有黄色磷光体的蓝光LED。然而，该方法产生非常低的CRI输出(大约70)。另外，每个LED芯片尺寸仅在Imm2量级上或更小。因此，需要外部透镜和扩散器，这导致附加的制造和装配成本。相似地，白光OLED可能能够满足SSL要求，提供对发光颜色的精良控制，并且理论功率效率超过150流明/瓦特。迄今为止，OLED已经超过601m/W的功率效率，并且获得80 或更好的CRI。然而，在它们变得对于SSL应用而言在商业上可行之前，必须克服若干重大的技术和科学挑战。这些挑战中的一些包括1.较高的基质成本(计算表明整个OLED必须花费少于$100/m2) ；2.较低的光外耦合率(计算表明光提取效率应当超过50%) ；3.发蓝光材料的较短的工作寿命；以及4.较高的封装成本(尤其在对挠性基质的卷带式加工 (reel-to-reel manufacturing)白勺t青况下)0根据本教导的原理，提供了一种固态光源，该固态光源包括输出光能的光泵；光耦合到光泵以接收光能的波导；以及用于将来自波导的光能转换为较弱光能的下转换器。通过在此提供的说明，其它可应用领域将变得清楚。本
技术实现思路
部分中的说明和具体示例仅出于说明的目的而并非意在限制本公开的范围。附图说明此处描述的附图是仅用于对所选实施方式而非全部可能的实施进行示例说明的目的，而并非意在限定本公开的范围。图1是根据本教导原理的基于混合波导-下转换器-扩散器系统的固态光源的示意图；图2是具有一排LED和相关联波导的固态光源，其中，为清楚起见部分被移除；图3是蓝光LED的放大示意图；图4是根据本教导原理的圆柱状波导组件的仰视立体图；图5是根据本教导原理的板状波导组件的仰视立体图；图6是具有变化的弯曲半径的根据本教导原理的波导的立体图；图7是具有变化的螺距的根据本教导原理的波导的立体图；以及图8a至8c是具有各种表面处理以促进光外耦合的根据本教导原理的波导的示意性截面图。在附图中的若干视图中，对应的附图标记始终指示对应的部件。 具体实施例方式现在将参照附图更全面地描述示例实施方式。提供示例实施方式以使得本专利技术公开充分并且向本领域技术人员完整传达了范围。阐述了许多特定细节，例如特定部件、装置、以及方法的示例，以提供对本公开的实施方式的全面的理解。对于本领域技术人员而言将显而易见的是，不必采用特定细节，可以以许多不同的形式实施示例实施方式并且都不应当解释为对本公开的范围的限制。本文使用的术语仅出于描述具体示例性实施方式的目的，而非意欲进行限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”可被理解成同样包括复数形式，除非上下文中以其它方式清楚地加以表明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括在内的，并且由此详细说明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或掺杂。本文所述的方法步骤、 过程和操作不应被解释成必需要求以所讨论或所述的特定顺序来执行它们，除非明确表明为执行顺序。同样应该明白的是，可采用附加的或替代的步骤。当元件或层被指为“在另一元件或层上”、或“接合至”、“连接至”或“耦合至”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上、或直接接合至、连接至或耦合至另一元件或层，或者可存在居中的元件或层。相反，当元件被指为“直接在另一元件或层上”、或 “直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦合至”另一元件或层时，可不存在居中元件或层。用于描述元件之间的关系的其他用语应当以相似的方式进行解释(例如“在...之间”对 “直接在...之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所使用的，用语“和/或”包括一个或多个关联列举的项目中的任一个和全部组合。为了克服常规固态照明的缺陷，本教导的原理提供了一种以创新且有效的方式组合发展成熟的技术的方法。如图1和2所示，根据本教导的原理，固态光源10设置成具有光泵12和波导组件14，波导组件14可操作地耦合于光泵12以便光泵12与波导组件14之间的光能连通。具体地，本教导提供了一种系统，其中，在一些实施方式中，蓝光LED的输出耦合至包括波导芯层和波导包覆层的光波导或波导组件，由此，与波导包覆层相比，波导芯层具有更高的折射率。波导的外表面可以涂履有波长转换材料(例如，荧光染料、磷光体以及量子点)。通过使波导适当地成形，均勻泄出的蓝光激发波长转换材料以产生白光。与常规系统相比，本教导的主要优点包括(i)蓝光激发的光强度(每单位面积的光功率)非常低，从而允许更宽范围的波长转换材料，以及(ii)照明装置的外形因素(大小和形状)可以仅通过改变波导的外形因素而容易地改变并且不受波长转换材料的放置的限制(例如， 在荧光器材中替换使用的长形照明装置)。在一些实施方式中，光泵12可以包括光学地耦合于一个或多个波导组件14的一个或多个LED、激光器、有机LED以及其组合。应当认识到，在一些实施方式中，光泵12可以包括不同颜色的LED、不同颜色的激光器、不同颜色的有机LED等。特别地参照图1至3，光泵12被示出为提供极高发光效率的蓝光泵LED 12。特别地参照图3，蓝光泵LED 12可以为使用TFFC(薄膜倒装芯片)设计的蓝光LED。继续参照图1、2和4至7，波导组件14可以限定包括圆形、椭圆形、平面状、圆柱状、具有变化的螺距和/或半径的圆柱状或有助于一致的或其它的光输出分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：古培正，马克斯·施泰因，
申请(专利权)人：密执安州立大学董事会，
类型：发明
国别省市：