高色彩范围光致发光波长转换白色光发射装置的制作方法

高色彩范围光致发光波长转换白色光发射装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术主张2019年10月23日申请的第62/924,747号美国临时申请的优先权的权益，其全部内容在此以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本发明的实施例涉及光致发光波长转换白色光发射装置。更特定地但非排他性地，实施例涉及用于彩色液晶显示器(lcd)的高色彩范围装置。


背景技术：

4.光致发光波长转换白色光发射装置(通常被称为“白色光led”)通常包括蓝色led，并包含一或多个光致发光材料(通常为无机磷光体材料)，其吸收由led发射的蓝色光的一部分并重新发射不同色彩(波长)的光。此类白色光led被称为蓝色泵浦(激发)光致发光波长转换白色光led。未被磷光体材料吸收的由led产生的蓝色光的部分与由磷光体发射的光结合提供在眼睛看来是白色的光。针对彩色lcd的一般照明及背光，白色led通常包括黄色到绿色及红色发射光致发光材料的组合。由于其较长的操作寿命(》50,000小时)及较高的发光效率(每瓦特100流明及以上)，在普通照明应用中，白色led正在迅速取代传统荧光灯、紧凑型荧光灯及白色炽灯。
5.彩色lcd可应用于各种电子装置，包含电视、电脑显示器、膝上型计算机、平板计算机及智能手机。如已知的，大多数彩色lcd包括液晶(lc)显示器面板及用于操作显示器面板的白色光发射背光。色彩纯度及色彩范围(例如，国家电视系统委员会ntsc色度学1953(cie 1931)rgb色彩空间标准)是lcd显示器色彩质量的两个最重要参数，由背光中使用的白色led及显示器的rgb(红色绿色蓝色)滤色片产生的光谱决定。当前，lcd背光中使用的大多数白色led是蓝色泵浦波长转换的白色led。高色彩范围显示器的理想白色光光谱由窄带红色、窄带蓝色及窄带绿色发射峰值组成，其中峰值发射波长对应于显示器的rgb滤色片。在过去的15年里，用于lcd背光的白色led具有由以下组成的光谱：a)由led产生的窄带蓝色发射峰及由磷光体(例如绿色硅酸盐及红色氮化物)产生的宽带绿色及宽带红色发射峰；b)由led产生的窄带蓝色发射峰及由黄色磷光体(例如yag)产生的单个宽带黄色发射峰。最近，具有约631nm窄带红色发射峰的锰活化氟化物磷光体已被用于背光白色led。然而，具有窄带绿色发射及在小于40nm的半最大强度(fwhm)下具有全宽的合适的磷光体不能用于实施高色彩范围显示器。
6.本发明旨在至少部分克服现存的背光的限制及缺点，并改进lcd显示器背光的色彩范围。


技术实现要素：

7.本发明的实施例涉及光致发光波长转换光发射装置，其包括多量子阱(mqw)双波长发光二极管(led)，其产生窄带蓝色光及窄带绿色光发射两者。在本专利说明书中，mqw双
波长led被界定为单个led裸片(或芯片)，用来产生具有对应于蓝色光及绿色光的两种(双)不同色彩(波长)的光。led裸片可为单片结构，且所述裸片可包括集成在单个芯片或包括用于产生蓝色光及绿色光两者的经组合蓝色光/绿色光产生量子阱的单个led结构中的相应的蓝色光及绿色光产生量子阱。蓝色光或绿色光产生量子阱中的一者或两者可自身包括多个(数个)蓝色或绿色量子阱；也就是说，蓝色或绿色量子阱中的一者或两者可构成mqw结构。
8.根据实施例，提供一种白色光发射装置(背光)，其包括：多量子阱(mqw)双波长led；及窄带光致发光材料，其产生具有从约620nm到约660nm的峰值发射波长(λ
pe
)的红色光；且其中所述mqw双波长led包括：至少一个第一量子阱(qw)，其产生具有从440nm到470nm的主要波长(λ
d1
)的蓝色光；及至少一个第二量子阱(qw)，其产生具有从520nm到540nm的主要波长(λ
d2
)的绿色光。由于所述mqw双波长led产生窄带蓝色光及窄带绿色光发射，且所述窄带光致发光材料产生窄带红色光发射，因此本发明的装置可用于产生具有比已知的装置及结构更好的色彩范围的光。
9.在实施例中，所述多量子阱双波长led可包括以下至少一者：多个第一量子阱及多个第二量子阱，即所述蓝色光或绿色光产生量子阱中的一者或两者构成mqw结构。所述蓝色及绿色mqw结构可在单个芯片(单片装置)的相应单独区域处制造，或作为单个蓝色/绿色mqw结构制造，其中蓝色及绿色量子阱结构在所述芯片的相同区域处制造，例如，包括插入(例如交替)的蓝色及绿色qw的堆叠的mqw结构层。
10.在实施例中，所述蓝色光及/或绿色光可具有fwhm发射强度，例如，从约15nm到约45nm，从约25nm到45nm，或从约15nm到约25nm。由所述双波长led产生的所述蓝色光的所述fwhm发射强度可通过配置所述led的所述第一qw的铟掺杂浓度、宽度、数目及主要波长间距来选择。类似地，由所述双波长led产生的所述绿色光的所述fwhm发射强度可通过配置所述第二qw的铟掺杂浓度、宽度、数目及主要波长间距来选择。
11.在实施例中，所述窄带红色光致发光材料可具有fwhm发射强度，例如，从约5nm到约30nm或从约10nm到约25nm。所述窄带光致发光材料可产生具有从约620nm到约640nm的峰值发射波长(λ
pe
)的红色光。所述窄带光致发光材料可包括无机及/或有机磷光体材料、量子点(qd)材料、染料及其组合。
12.在实施例中，所述蓝色光及绿色光包括相应的峰值，且所述绿色光峰值的峰值发射强度与所述蓝色光峰值的峰值发射强度的比率为至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、从30％到60％、从30％到50％、从30％到40％、从40％到50％、从40％到60％或从50％到60％。
13.在一些实施例中，所述光致发光材料包括锰活化氟化物磷光体。发现包括锰活化氟化物磷光体以及mqw双波长led的光发射装置能够产生具有特别优越的色彩范围的光。在实施例中，所述窄带光致发光材料包括锰活化氟化物磷光体，特定来说是k2sif6:mn
4
，所述装置可产生具有色彩范围的光谱的光，所述色彩范围至少为ntsc(国家电视系统委员会ntsc色度学1953(cie 1931))rgb色彩空间标准及/或dci-p3(数字电影倡议)rgb色彩空间标准的90％。在实施例中，所述锰活化氟化物光致发光材料可包括k2sif6:mn
4
，其产生具有从约630nm到约632nm的主要峰值发射波长的红色光。在实施例中，所述锰活化氟化物光致发光材料可包括k2tif6:mn
4
。在实施例中，所述锰活化氟化物光致发光材料可包括k2gef6:
mn
4
。所述锰活化氟化物光致发光材料还可包括一般组合物，其选自由以下组成的群组：k2snf6:mn
4
、na2tif6:mn
4
、na2zrf6:mn
4
、cs2sif6:mn
4
、cs2tif6:mn
4
、rb2sif6:mn
4
、rb2tif6:mn
4
、k3zrf7:mn
4
、k3nbf7:mn
4
、k3taf7:mn
4
、k3gdf6:mn
4
、k3laf6:mn
4
及k3yf6:mn
4
。
14.在实施例中，所述窄带光致发光材料可包括铕活化硫化物磷光体，例如基于mse
1-xsx
:eu的一般组合物的iia/iib族硒化物硫化物基磷光体材料，其中m是mg、ca、sr及ba中的至少一者。此类磷光体材料的实例是硫化钙硒“css”磷光体(case
1-xsx
:eu)。为了改进可靠性，铕活化硫化硒磷光体材料颗粒可涂覆有一或多个氧化物，例如：氧化铝(al2o3)、氧化硅(s1o2)、氧化钛(t1o2)、氧化锌(zno)、氧化镁(mgo)、氧化锆(zro2)、氧化硼(b2o3)或氧化铬(cro)。
15.在实施例中，所述窄带光致发光材料可包括量子点(qd)材料。在优选实施例中，所述量子点材料包括硒化镉(cdse-fwhm≈20-30nm)、硫化镉硒(cdse
xs1-x-fwhm≈20-30nm)、磷化铟(inp-fwhm≈45nm)或磷化铟镓(ingap-fwhm≈45nm)。发现此类量子点材料与mqw双波长led组合可产生具有特别优越的色彩范围的光，其面积超过ntsc及dci-p3 rgb色彩空间标准的90％。
16.在一些实施例中，所述光发射装置包括经封装布置，其中所述光致发光材料安置在所述mqw双波长led上。例如，可将光致发光材料安置在含有所述led的封装中，所述封装包含(但不限于)表面安装装置(smd)封装布置。替代地，所述光致发光材料可以芯片级封装(csp)布置直接沉积在单独的led裸片上。
17.在其它实施例中，所述光发射装置包括远程光致发光(例如远程磷光体)布置，其中所述光致发光材料包括位于所述led远程的光致发光层，例如光致发光片。在本专利说明书中，“远程”是指间隔或分离的关系。分离可为气隙，或者可包含所述led与光致发光层/片之间的透光介质。此类远程磷光体布置可在显示器背光中找到特定应用，且光致发光层可包括所述显示器的层。
18.在各种实施例中，所述光致发光材料可分散在透光介质中。所述透光介质可包括二甲基硅酮或苯基硅酮。为了更好地匹配光致发光材料的折射率，可基于所使用的所述光致发光材料的组成选择苯基硅酮(折射率～1.54)或二甲基硅酮(折射率1.41)。例如，k2sif6:mn
4
(折射率1.4)可分散在二甲基硅酮中，而k2tif6:mn
4
(折射率》1.5)可分散在苯基硅酮中。
19.虽然本发明的光发射装置是关于彩色lcd的背光而产生的，但包括mqw双波长led及红色光致发光材料的光发射装置也可用于一般照明应用。例如，在一般照明应用中，所述mqw双波长led可经配置以产生蓝色光及/或绿色光，其具有从500nm到560nm的主要波长，且在半最大(fwhm)发射强度下具有更宽的全宽，所述强度例如从约15nm到约60nm，从约25nm到约60nm，或从约45nm到约60nm。例如，在一般照明应用中，红色光致发光材料可具有从600nm到660nm的峰值发射强度波长；在可见光谱的橙色到红色区域。所述红色光致发光材料可包括宽带红色光致发光材料，例如铕活化氮化物基光致发光材料，例如钙铝氮化硅基磷光体，其一般组合物为caalsin3:eu(casn)或(sr,ca)alsin3:eu(scasn)。所述光致发光材料还可包括窄带红色光致发光材料。所述光发射装置可包括经封装布置，例如smd封装布置、板上芯片(cob)、led灯丝-玻璃上芯片(cog)及芯片级封装(csp)布置或远程磷光体布置。
附图说明
20.对于所属领域的一般技术人员来说，在结合附图回顾本发明的具体实施例的以下描述后，本发明的这些及其它方面及特征将变得显而易见，其中：
21.图1是根据本发明的实施例的经封装光致发光波长转换白色光发射装置的剖面侧视图；
22.图2a、2b及2c是实例多量子阱(mqw)双波长led芯片结构的示意图；
23.图3a及3b分别是根据本发明的实施例的板上芯片(cob)经封装白色光发射装置的(a)平面图及(b)通过a-a的剖面侧视图；
24.图4是根据本发明的实施例的利用倒装芯片双波长led裸片的芯片级封装(csp)白色光发射装置的示意图；
25.图5是根据本发明的实施例的利用横向芯片双波长led裸片的芯片级封装(csp)白色光发射装置的示意图；
26.图6是根据本发明的实施例的利用垂直芯片双波长led裸片的芯片级封装(csp)白色光发射装置的示意图；
27.图7a及7b分别是根据本发明的实施例的远程光致发光白色光发射装置的(a)平面图及(b)通过b-b的剖面侧视图；
28.图8a及8b分别是(a)根据本发明的实施例的边缘照明液晶显示器及(b)根据本发明的实施例的显示器背光的剖面侧视图；
29.图9是根据本发明的实施例的直接照明背光的示意性剖面表示；
30.图10是根据本发明的实施例的直接照明背光的示意性剖面表示；
31.图11是根据本发明的实施例的利用远程磷光体膜的直接照明背光的示意性剖面表示；
32.图12展示具有一般组合物k2sif6:mn
4
的锰活化六氟硅酸钾磷光体(ksf)的发射光谱；
33.图13展示不同s/se(硫/硒)比率的css磷光体(表示为css604、css615、css624、css632及css641)的标准化发射光谱；
34.图14是多量子阱(mqw)双波长led的经测量发射光谱，即强度与波长的关系；及
35.图15是根据本发明的实施例的经封装光发射装置(背光)的经测量发射光谱，即强度与波长的关系。
具体实施方式
36.现在将参考附图详细描述本发明的实施例，附图作为本发明的说明性实例提供，以使所属领域的技术人员能够实践本发明。值得注意的是，下面的附图及实例并不意味着将本发明的范围限制在单个实施例中，而是可通过交换部分或全部描述或说明的元件来实现其它实施例。此外，在可使用已知的组件部分或完全实施本发明的某些元件的情况下，将仅描述理解本发明所必需的此类已知的组件的那些部分，且将省略对这些已知的组件的其它部分的详细描述，以避免模糊本发明。在本说明书中，展示单一组件的实施例不应被认为是限制性的；确切来说，除非本文另有明确陈述，否则本发明旨在涵盖包含多个相同组件的其它实施例，反之亦然。此外，除非明确阐述，否则申请人不打算将说明书或权利要求中的
任何术语赋予不寻常或特殊含义。进一步来说，本发明涵盖在此通过说明的方式提及的已知组件的当前及未来已知等效物。贯穿本说明书中，附图数字前的类似参考数字用于表示类似(等效)部件。
37.本发明的实施例涉及光致发光波长转换光发射装置，其包括产生蓝色光及绿色光发射的mqw双波长led。如上文所描述，mqw双波长led被界定为单个led裸片(或芯片)，其产生两种(双)不同色彩(波长)的光(蓝色及绿色)。
38.经封装白色光发射装置/背光
39.现在将参考图1描述根据本发明的实施例的经封装光致发光波长转换白色光发射装置110，图1展示光发射装置110的剖面侧视图。光发射装置110是封装型装置，包括例如表面安装装置(smd)2835led封装(引线框架)112。smd封装112包括通常为矩形的基座114及从基座114的相对边缘向上延伸的侧壁116a、116b。侧壁116a、116b的内表面在如所展示的垂直方向上从基座向外倾斜，并与基座114的内表面一起界定呈倒置锥台形状的空腔118。
40.在此实施例中，空腔118含有一或多个双波长led裸片120(图1中仅说明一个)及光致发光层122，光致发光层122包括填充空腔118的红色发射光致发光材料。红色光致发光材料可用于产生具有在620nm到660nm的范围内的峰值发射波长(λ
pe
)的红色光。
41.led裸片120安装在空腔118的底板上的相应接合垫124上。所述或每一led裸片120在其上表面的相对端上包括n电极126a及p电极126b。接合导线128a、128b将n电极126a及p电极126b连接到对应的接触垫130a、130b，这些接触垫安装在空腔118的底板上。接触垫130a、130b电连接到基座114的下侧上的外部接触垫132a及132b。
42.光致发光层122可以由磷光体材料构成，磷光体材料通常以分散在透光性光学封装材料(介质)中的颗粒的形式，例如硅酮材料。光致发光层122可如所说明的与led裸片120接触，并如所展示填充空腔118。取决于装置应用，光致发光材料可为宽带(fwhm发射强度从约25nm到约60nm)或窄带(fwhm发射强度从约5nm到约25nm)材料，具体取决于装置应用。宽带及窄带红色光致发光材料的实例在下文中描述。
43.mqw双波长led
44.根据本发明，mqw双波长led裸片120可包括ingan/gan(铟镓氮化物/氮化镓)mqw双波长led裸片，其包括：a)一或多个第一量子阱(qw)，其在操作中产生具有从440nm到470nm的主要波长(λ
d1
)的蓝色光，及b)一或多个第二量子阱，其在操作中产生具有从520nm到540nm的主要波长(λ
d2
)的绿色光。通常，mqw双波长led将包括多个第一及第二量子阱；也就是说，第一及第二qw每一者本身包括相应的mqw结构。
45.图2a、2b及2c是可在本发明中使用的mqw实例双波长led结构的示意图。将了解，存在适合在本发明中使用的其它合适的mqw led结构。图2a及2b可被称为单片装置，因为其主要包括作为单个芯片制造的相应的蓝色及绿色mqw led结构，而图2c包括能够产生蓝色及绿色光的单个mqw led结构。
46.参考图2a，led芯片220包括分层结构，其依次包括：蓝宝石衬底220a、第一n掺杂gan(n-gan)层220b、用于产生主要波长λ
d2
的绿色光的第二ingan mqw结构层220c、第一p掺杂gan(p-gan)层220d、势垒层220e、第二n掺杂gan(n-gan)层220f，用于产生主要波长λ
d1
的蓝色光的第一ingan mqw结构层220g，及第二p掺杂gan(p-gan)层220h。n电极226a及p电极226b分别电连接到第一n-gan层220b及第二p-gan层220h。由mqw结构220c及220g产生的光
的主要波长λd可取决于qw的铟(in)掺杂、qw层的宽度及数目以及qw的主要波长λd间距。将了解，包括层220b到220d的结构构成产生绿色光的相应绿色mqw led结构(p-n结二极管)，而包括层220f到220h的结构构成产生蓝色光的相应蓝色mqw led结构。绿色及蓝色mqw led结构以串联方式进行电连接。取决于应用，蓝色(第一)及绿色(第二)qw的数目及主要波长λd间距可经配置以产生蓝色光及/或绿色光，其在从约15nm到约45nm的半最大发射强度(fwhm)下具有全宽。例如，在一般照明应用中，蓝色光及/或绿色光通常具有更宽的fwhm发射强度，例如，从约25nm到约645nm。在显示背光应用中，蓝色光及/或绿色光通常具有较窄的fwhm发射强度，例如，从约15nm到约25nm。
47.在图2a的布置中，蓝色(第一)及绿色(第二)mqw层220g及220c以垂直布置彼此堆叠。在其它实施例中，蓝色及绿色qw可横向位于单个层内。参考图2b，led芯片220包括分层结构，其依次包括：蓝宝石衬底220a、n掺杂gan(n-gan)层220b、用于分别产生具有主要波长λ
d1
的蓝色光及具有主要波长λ
d2
的绿色光的第一及第二ingan mqw结构220g、220c，以及p掺杂gan(p-gan)层220h。如图2b中所指示，第一及第二mqw结构220g、220c横向位于单个层中，且可由势垒层220e分离。n电极126a及p电极126b分别电连接到n-gan层220b及p-gan层220h。将了解，包括层220b、220g及220h的结构构成产生蓝色光的相应蓝色mqw led结构(p-n结二极管)，而包括层220b、220c及220h的结构构成产生绿色光的相应绿色mqw led结构。蓝色及绿色mqw led结构以并联方式进行电连接。由蓝色及绿色mqw结构产生的光的主要波长λd可取决于铟(in)掺杂、qw层宽度及数目以及qw的主要波长λd间距。取决于应用，蓝色(第一)及绿色(第二)qw的数目及主要波长λd可经配置以产生蓝色光及/或绿色光，其在从约15nm到约45nm的半最大发射强度(fwhm)下具有全宽。例如，在一般照明应用中，蓝色光及/或绿色光通常具有更宽的fwhm发射强度，例如，从约25nm到约45nm。在显示背光应用中，蓝色光及/或绿色光通常具有较窄的fwhm发射强度，例如，从约15nm到约25nm。
48.图2c是能够产生蓝色光及绿色光的单个mqw led结构的示意图。参考图2c，led芯片220包括分层结构，其依次包括：蓝宝石衬底220a、n掺杂gan(n-gan)层220b、用于产生主要波长λ
d2
的绿色光的第二ingan mqw结构层220c、用于产生主要波长λ
d1
的蓝色光的第一ingan mqw结构层220g及掺杂gan(p-gan)层220h。n电极226a及p电极226b分别电连接到n-gan层220b及p-gan层220h。由蓝色及绿色mqw结构产生的光的主要波长λd可取决于qw的铟(in)掺杂、qw层宽度及数目以及qw的主要波长λd间距。将了解，包括层220b、220c、220g及220h的结构构成产生蓝色光及绿色光两者的单个mqw led结构(p-n结二极管)。取决于应用，蓝色(第一)及绿色(第二)qw的数目及主要波长λd可经配置以产生蓝色光及/或绿色光，其在从约15nm到约60nm的半最大发射强度(fwhm)下具有全宽。例如，在一般照明应用中，蓝色光及/或绿色光通常具有更宽的fwhm发射强度，例如，从约25nm到约60nm。在显示背光应用中，蓝色光及/或绿色光通常具有较窄的fwhm发射强度，例如，从约15nm到约25nm。如所说明的，绿色(第二)mqw结构220c可邻近n-gan层220b安置，且蓝色(第一)ingan mqw结构层220g安置在蓝色ingan结构层220g的顶部上，并邻近于p-gan层220h。在其它配置中，蓝色及绿色mqw结构层的位置可与邻近于n-gan层220b的蓝色(第一)mqw结构220g及邻近于p-gan层220h的绿色(第二)mqw结构层220c互换。此外，虽然mqw结构层220c及220g被说明为包括彼此堆叠的相应的mqw结构，但第一及第二mqw可集成为单个结构，例如，包括插入(例如交替)蓝色及绿色qw的堆叠的单个mqw结构层。
49.参考图1，在操作中，来自双波长led裸片120的蓝色光的一部分通过光致发光层122中的光致发光材料转换为红色光。由双波长led裸片120产生的绿色光、由光致发光材料产生的红色光及由双波长led裸片产生的未经转换的蓝色光的组合产生白色光发射产物。取决于光致发光材料的激发光谱(特性)，由双波长led裸片产生的绿色光的一部分也可能被光致发光材料转换为红色光。
50.现在将参考图3a及3b描述根据本发明310的实施例的板上芯片(cob)经封装白色光发射装置310。装置310包括安置在衬底314上的多个(十二个)mqw双波长led裸片320，及安置在led裸片320上的光致发光材料322。更特定来说，图3a展示cob白色光发射装置310的平面图，且图3b展示(图3a的)通过a-a的剖面侧视图。衬底314是平面及方形的，且可为金属芯印刷电路板(mcpcb)。十二个双波长led裸片320以圆形阵列的形式均匀分布在衬底314上。装置310包括衬底314的大约整个周长、环形壁316，所述环形壁围封led裸片320的阵列并与衬底314的表面结合界定圆形空腔318。led裸片320可用于产生具有从440nm到470nm的主要波长λ
d1
的蓝色光及具有从520nm到540nm的主要波长λ
d2
的绿色光。
51.红色光致发光材料322沉积在壁316内的衬底314上，以完全覆盖led裸片320并填充空腔318。红色光致发光材料322可用于产生具有从620nm到660nm的峰值发射波长λ
pe
的红色光。
52.在操作中，由led裸片320产生的蓝色光的一部分通过光致发光材料转换为红色光。由led裸片320产生的绿色光、由光致发光材料产生的红色光及由led裸片产生的未经转换的蓝色光的组合产生白色光发射产物。
53.任选地，白色光发射装置310可包括扩散层334(由图3b中的虚线指示)。扩散层可改进白色光发射装置310的光发射的色彩均匀性。扩散层可与光致发光材料322直接接触。扩散层可包括透光材料及光散射颗粒。当装置在大光束光学中使用时，增强的色彩均匀性尤其有利。包括光散射颗粒的扩散层通过将蓝色激发光引导回光致发光材料322增加了光子产生光致发光的可能性。因此，因为更多蓝色激发光由于扩散层被转换为光致发光，因此可减少产生给定色温光所需的光致发光材料的量。此外，减少光致发光材料的量提供制造白色光发射装置310的更具成本效益的方式，尤其是当使用昂贵的锰活化氟化物磷光体(例如ksf)时。
54.现在参考图4，展示根据本发明的实施例的利用倒装芯片led裸片420的芯片级封装(csp)白色光发射装置的示意图。
55.csp白色光发射装置410包括mqw双波长led倒装芯片led裸片420，其具有位于其光发射面(通常为顶面及四个侧面)中的每一者上的红色光致发光材料涂层422。led裸片422可用于产生具有从440nm到470nm的主要波长λ
d1
的蓝色光及具有从520nm到540nm的主要波长λ
d2
的绿色光。红色光致发光材料422产生具有从620nm到640nm的峰值发射波长λ
pe
的红色光。led裸片420包括位于其基座436处的n电极426a及p电极426b。n电极426a及p电极426b通过倒装芯片接合434a及434b电连接到两个对应的接合垫430a、430b。接触垫430a、430b安装在平面衬底414上。
56.参考图5，展示根据本发明的实施例的利用横向芯片双波长led裸片520的csp白色光发射装置的示意图。
57.光发射装置510包括在其上表面538b及所有侧表面538a、538c上涂覆有红色光致
发光材料522的mqw双波长led裸片520。led裸片520的基座536上有接合垫524。led裸片520包括mqw结构，且可用于产生具有从440nm到470nm的主要波长λ
d1
的蓝色光及具有从520nm到540nm的主要波长λ
d2
的绿色光。红色光致发光材料522产生具有从620nm到640nm的峰值发射波长λ
pe
的红色光。led裸片520在其上表面538b的相对端上包括n电极526a及p电极526b。接合导线528a、528b将n电极524a及p电极524b连接到安装在平面衬底514上的对应接触垫530a、530b。
58.参考图6，展示根据本发明的实施例的利用垂直芯片双波长led裸片620的csp白色光发射装置的示意图。
59.光发射装置610包括仅在其上表面638b上涂覆有红色光致发光材料622的mqw双波长led垂直芯片led裸片620。更特定来说，侧表面638a、638c未涂覆有光致发光材料，因为垂直芯片仅从其上表面发射光。led裸片620包括mqw结构，且可用于产生具有从440nm到470nm的主要波长λ
d1
的蓝色光及具有从520nm到540nm的主要波长λ
d2
的绿色光。裸片620包括位于其基座626上的n电极626a，其位于接合垫632上。继而，接合垫632位于安装在平面衬底614上的接触垫630a上。led裸片620包括位于其上表面638b一端上的p电极624b。接合导线624将p电极624b连接到安装在平面衬底614上的对应接触垫630b。红色光致发光材料622可用于产生具有从620nm到660nm的峰值发射波长λ
pe
的红色光。
60.远程光致发光白色光发射装置
61.除了经封装白色光发射装置，本发明还可用于远程光致发光(例如远程磷光体)布置，其中光致发光材料包括位于led裸片远程的光致发光层。在本专利说明书中，“远程”是指间隔或分离的关系。分离可为气隙，或者可包含led裸片与光致发光层之间的透光介质。
62.现在将参考图7a及7b描述根据本发明的实施例的远程光致发光波长转换白色光发射装置布置710。更特定来说，图7a展示远程光致发光白色光发射装置710的部分剖面平面图，且图7b展示(图7a的)通过b-b的剖面侧视图。
63.装置710可单独使用，或包括筒灯或其它照明布置的一部分。装置710包括由圆盘形基座742、空心圆柱壁部分744及可拆卸环形顶部746组成的空心圆柱体740。为了帮助散热，基座742可由铝、铝合金或任何具有高导热性的材料制成。
64.装置710进一步包括多个(在图1a及1b的实例中为五个)经封装mqw双波长led720，它们安装在与圆形mcpcb(金属芯印刷电路板)748热连通的位置。为了最大化光发射，装置710可进一步包括光反射表面750及752，它们分别覆盖mcpcb 748的面及圆柱形壁744的内曲表面。led 720中的每一者包括mqw结构，且可用于产生具有从440nm到470nm的主要波长(λ
d1
)的蓝色光及具有从520nm到540nm的主要波长的绿色光。
65.装置710进一步包括光致发光波长转换组件722，其含有红色光致发光材料，位于led 720远程，且可用于吸收由led 720产生的蓝色/绿色激发光的一部分，并通过光致发光的工艺将其转换为不同波长的光。红色光致发光材料722可用于产生具有从620nm到640nm的峰值发射波长(λ
pe
)的红色光。装置710的发射产物包括由led 720产生的蓝色光及绿色光以及由光致发光波长转换组件722产生的光致发光光的组合。光致发光波长转换组件可由合并红色光致发光材料722的透光材料(例如，聚碳酸酯、丙烯酸材料、硅树脂材料等)形成。此外，在实施例中，光致发光波长转换组件可由涂覆有红色光致发光材料的透光衬底形成。波长转换组件722位于led 720远程，且在空间上与激发源分离。在本专利说明书中，“远程
(remotely及remote)”是指间隔或分离的关系。通常，波长转换组件及激发源通过空气分离，而在其它实施例中，它们可通过合适的透光介质分离，例如透光硅酮或环氧树脂材料。波长转换组件722经配置以完全覆盖外壳开口，使得由装置发射的所有光都通过波长组件722。如所展示，波长转换组件722可使用顶部748可拆卸地安装到壁部分744的顶部，使得灯的组件及发射色彩能够易于改变。
66.液晶显示器及显示器背光
67.虽然前述白色光发射装置可能已关于一般照明应用进行描述，但根据本发明的实施例的装置可用作液晶显示器的背光。如上文所描述的，对于背光应用，mqw led裸片经配置以产生具有较窄fwhm发射强度的蓝色光及/或绿色光，例如，从约15nm到约30nm或从约15nm到约25nm。类似地，红色光致发光材料可包括窄带材料(fwhm发射强度从约10nm到约30nm或从约15nm到约25nm)。
68.图8a及8b分别展示根据本发明的实施例的(a)透光边缘照明彩色液晶显示器(lcd)860的剖面图，及(b)显示背光的放大剖面图。彩色lcd 860包括lc(液晶)显示器面板862及显示背光864。背光864可用于产生用于操作lc显示面板862的白色光。
69.lc显示器面板862包括透明(透光)前(发光/图像发射)板866、透明背板868及填充前板866、背板868之间的体积的液晶(lc)870。
70.前板866可包括在其上表面(即包括显示器的观察面的板的面)上具有第一偏振滤色层(片)874的玻璃板872。任选地，前板的最外观察表面可进一步包括防反射层876。在其底侧，即前板866面向液晶(lc)870的面上，玻璃板872可进一步包括滤色片板878及透光公共电极平面880(例如透明的氧化铟锡ito)。
71.滤色片板878包括不同色彩子像素滤色片元件r、g、b的阵列，其分别允许红色光(r)、绿色光(g)及蓝色光(b)的透射。显示器的每一单位像素包括一组三个子像素滤色片元件r、g、b。每一rgb子像素包括相应的滤色颜料，通常为有机染料，其仅允许对应于子像素色彩的光通过。
72.背板868可包括在其上表面(面向lc的表面)上具有tft(薄膜晶体管)层884的玻璃板882。tft层884包括tft阵列，其中存在对应于每一单位像素的每一单独色彩子像素r、g、b的晶体管。每一tft可用于选择性地控制光到其对应子像素的通路。在玻璃板882的下表面上提供第二偏振滤色层(片)886。两个偏振滤色片874及886的偏振方向彼此正交(垂直)对准。
73.背光864可用于从用于操作lc显示器面板862的前光发射面(面向显示器面板的后部的上面)产生及发射白色光。如图8b中所展示，背光864可包括边缘照明布置，其包括导光件(波导)888，其具有沿导光件888的一或多个边缘定位的一或多个经封装mqw双波长led 820。每一mqw led 820可用于产生具有从440nm到470nm的主要波长(λ
d1
)的蓝色光及具有从500nm到540nm的主要波长的绿色光。如所指示的，导光件888可为平面的；然而，在一些实施例中，其可为锥形(楔形)的，以促进从导光件的前光发射面(面向显示器面板的上面)更均匀地发射激发光。led 820经配置使得在操作中，其产生蓝色/绿色激发光890，其耦合到导光件888的一或多个边缘中，且然后通过全内反射被引导到整个导光件的体积中，并最终从导光件888的前面(面向显示面板862的上面)发射。如图8b中所展示，且为了防止光从背光864逃逸，导光件888的后面(如所展示的下面)可包括光反射层(表面)892，例如来自3m
tm
的
vikuiti
tm esr(增强型光谱反射器)薄膜。
74.在导光件888的前光发射面(如所展示的上面)上，提供光致发光波长转换层822及亮度增强膜(bef)894。在实施例中，光致发光层可包括单独的片/膜或沉积在例如bef894或导光件888上的层。根据本发明的实施例，光致发光层包括产生具有从620nm到640nm的峰值发射波长(λ
pe
)的红色光致发光材料。将了解，由于光致发光材料被提供在与led 820分离且远离的单独的相应层822中，因此背光构成远程光致发光布置，其中激发源及光致发光材料被光学介质(导光件888)分离。在操作中，光致发光层822将蓝色激发光(也可能是绿色光，取决于光致发光材料的激发光谱)的一部分转换为白色光898，以操作lc显示器面板862。为了优化显示器的效能及色彩范围，选择蓝色光的主要波长λ
d1
及绿色光的主要波长λ
d2
以及红色光致发光材料的峰值发射波长λ
pe
，以基本上对应于其对应的滤色片元件rgb的最大透射特性。
75.亮度增强膜(bef)(也称为棱镜片)包括精密微结构光学膜，并将来自背光的光发射控制在固定角(通常为70度)内，从而提高背光的发光效率。通常，bef包括膜的光发射面上的微棱镜阵列，并且可将亮度提高40到60％。bef 894可包括单个bef或多个bef的组合，且在后者的情况下，可实现更大的亮度增加。合适的bef的实例包含来自3m
tm
的vikuiti
tm bef ii或来自mntech的棱镜片。在一些实施例中，bef 894可包括将棱镜片与扩散膜集成在一起的多功能棱镜片(mfps)，且可具有比普通棱镜片更好的发光效率。在一些实施例中，bef 894可包括微透镜膜棱镜片(mlfps)，例如可从mntech获得的微透镜膜棱镜片。
76.虽然在前述实施例中，背光是利用导光件将光跨显示器的整个区域分布的边缘照明布置，但本发明的各种实施例在直接照明背光中具有实用性，其中在液晶显示器面板的表面上配置led阵列。图9说明直接照明背光布置964，其中在光反射壳体9102的底板9100上提供经封装光发射装置910的阵列，例如图1到6的经封装光发射装置。通常，光发射装置安装在所展示的mcpcb 948上)。如所说明的，光发射装置910可包括图1的经封装布置。为了确保显示器面板的均匀照明，背光可进一步包括安置在光反射壳体9102与bef 994之间的光漫射层(漫射器)9104。
77.图10是根据本发明的实施例的另一直接照明背光1064的示意性剖面表示。在此实施例中，csp经封装光发射装置1010的阵列被提供在光反射壳体10100的底板上的mcpcb 1048上。如所说明的，光发射装置1010可包括图4的csp经封装布置。光发射装置经配置为阵列，并覆盖显示器的整个表面区域。为了确保显示器面板的均匀照明，背光可进一步包括安置在光反射壳体10100与bef 1094之间的光漫射层(漫射器)10104。
78.图11是根据本发明的实施例的另一直接照明背光的示意性剖面表示。在此实施例中，光致发光材料作为层1122(磷光体膜)提供，其位于mqw双波长led 1120远程。mqw双波长led芯片1120(例如led倒装芯片)的阵列提供在光反射壳体11102的底板上的mcpcb 1148上。mqw双波长led芯片1120经配置为阵列，并覆盖显示器的整个表面区域。如所说明的，光致发光材料层1122可经安置以覆盖光反射壳体11102。为了确保显示器面板的均匀照明，背光可进一步包括安置在光致发光层1122与bef 1194之间的光漫射层(漫射器)11104。将光致发光材料定位在单独的远程层1122中的一个特定优点是能够使用非常小的“微型”led倒装芯片，这些芯片原本由于尺寸小而很难甚至不可能单独地用红色光致发光材料涂覆。通常，微型led芯片的尺寸为50pm或更小。
79.红色光致发光材料
80.在本发明的实施例中，红色光致发光材料可包括任何窄带或宽带红色光致发光材料，其可至少被蓝色光激发，且可用于发射具有从约620nm到约660nm的峰值发射波长(λ
pe
)也就是处于可见光谱的红色区域中在大于约5nm且小于约80nm的半最大(fwhm)发射强度下具有全宽的光。通常，红色光致发光材料包括颗粒形式的磷光体，且可包含例如窄带锰活化氟化物磷光体、窄带铕活化iia/iib族硒化物硫化物基磷光体，或在一般照明的情况下包含宽带红色磷光体，例如铕活化氮化硅基磷光体。替代地，红色光致发光材料可包括量子点材料。
81.窄带红色光致发光材料
82.在本专利说明书中，窄带红色光致发光材料是指产生具有从620nm到640nm的峰值发射波长(λ
pe
)且在从约5nm到约60nm的半最大发射强度下具有全宽的红色光的材料。窄带红色光致发光材料可包括磷光体及/或量子点(qd)材料。
83.窄带红色磷光体：锰活化氟化物磷光体
84.窄带红色磷光体可包含锰活化氟化物磷光体。锰活化氟化物磷光体的实例是一般组合物k2sif6:mn
4
的锰活化六氟硅酸钾磷光体(ksf)。此类磷光体的实例是来自美国加利福尼亚州弗里蒙特市intematix公司的nr6931 ksf磷光体，其具有约632nm的峰值发射波长(λ
pe
)。图12展示nr6931 ksf磷光体的发射光谱。ksf磷光体可被蓝色激发光激发，并产生具有从约631nm到约632nm的峰值发射波长(λ
pe
)的红色光，具有～5nm到～10nm的fwhm(取决于测量方式：即宽度是否考虑了主要发射峰或主要发射峰及卫星发射峰-双峰-图12)。其它锰活化磷光体可包含：k2gef6:mn
4
、k2tif6:mn
4
、k2snf6:mn
4
、na2tif6:mn
4
、na2zrf6:mn
4
、cs2sif6:mn
4
、cs2tif6:mn
4
、rb2sif6:mn
4
、rb2tif6:mn
4
、k3zrf7:mn
4
、k3nbf7:mn
4
、k3taf7:mn
4
、k3gdf6:mn
4
，k3lafe:mn
4
及k3yfe:mn
4
。
85.窄带红色磷光体：iia/iib族硒化物硫化物基磷光体
86.窄带红色磷光体还可包含iia/iib族硒化物硫化物基磷光体。iia/iib族硒化物硫化物基磷光体材料的第一实例具有一般组合物mse
1-xsx
:eu，其中m为mg、ca、sr、ba及zn中的至少一者且0《x《1.0。此类磷光体材料的特定实例是硫化钙硒“css”磷光体(case
1-xsx
:eu)。css磷光体的详细信息在2016年9月30日申请的共同申请的美国专利申请出版物us2017/0145309中提供，其全部内容以引用的方式并入本文中。美国专利出版物us2017/0145309中描述的css窄带红色磷光体可用于本发明。图13展示不同s/se(硫/硒)比率的css磷光体(表示为css604、css615、css624、css632、css641)的标准化发射光谱。在本专利说明书中，符号css#表示后跟着以纳米为单位的峰值发射波长(#)的磷光体类型(css)。例如，css624表示具有624nm的峰值发射波长λ
pe
的css磷光体。css磷光体的峰值发射波长可通过改变组合物中的s/se比率从600nm调谐到650nm，并呈现出具有在～48nm到～60nm范围内的fwhm的窄带红色发射光谱(较长的峰值发射波长通常具有较大的fwhm值)。注意，对于图13中所展示的组合物，x在从约0.05到约0.8的范围内变化——较大x值对应于较高峰值波长；也就是说，随着s含量的增加，这会将发射峰值移到更高的波长。
87.css磷光体颗粒可在温和的h2(气体)环境(例如～5％h2/n2)中由纯化的caseo4及caso4合成。
88.窄带红色磷光体：涂层css磷光体
89.为了改进可靠性，css磷光体颗粒可涂覆有一或多个氧化物，例如：氧化铝(al2o3)、氧化硅(sio2)、氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、氧化镁(mgo)、氧化锆(zrck)、氧化硼(b2o3)或氧化铬(cro)。替代地及/或另外，窄带红色磷光体颗粒可涂覆有一或多个氟化物，例如：氟化钙(caf2)、氟化镁(mgf2)、氟化锌(znf2)、氟化铝(alf3)或氟化钛(tif4)。涂层可为单层，或具有上述涂层组合的多层。组合涂层可为在第一与第二材料之间具有突然转变的涂层，或可为其中从第一材料到第二材料具有逐渐/平滑转变从而形成具有混合组合物的区域的涂层，混合组合物随涂层的厚度而变化。
90.涂层css磷光体颗粒的详细信息在2019年4月9日申请的美国专利us 10,253,257中提供，其全部内容以引用的方式并入本文中。如us 10,253,257中所描述，可通过流化床反应器中的cvd工艺对颗粒进行涂覆。涂层的厚度可为几微米。例如，通常是1pm到2pm。
91.涂覆的css窄带红色磷光体通常涂覆有约1pm的非晶氧化铝(al2o3)。在氧化铝涂层的情况下，涂层包括css磷光体颗粒表面上的致密非晶氧化物涂层，其没有针孔(无针孔)，是不透水的涂层。
92.在典型的涂覆工艺中，将磷光体粉末样品加载到反应器中，并在n2气流下加热到100到250℃，优选地200℃。当要沉积氧化物涂层时，将金属有机氧化物前体mo，例如三甲基铝(tma)、四氯化钛(ticl4)、四氯化硅(sicl4)或二甲基锌(dmz)，通过具有n2载气的入口通过鼓泡器引入反应器。还通过另一入口将h2o蒸汽引入反应器，以与金属氧化物前体反应，以在磷光体颗粒上形成氧化物涂层。被涂覆的颗粒的完全流化(来自气流优化等)而无任何死区对于确保所有磷光体颗粒的均匀涂覆非常重要。在200℃下进行的典型涂覆中，对于反应器的250g磷光体颗粒负载，以1到10g/小时的金属氧化物前体进料速度生产涂层，持续4小时，同时以2到7g/小时的速率进料h2o。这些条件可产生致密且无针孔的涂层，且这些条件能够产生厚度均匀的致密且基本无针孔的涂层，理论上固体空间百分比(体积密度百分比)大于95％、97％及99％。在本专利说明书中，固体空间百分比＝(涂层的体积密度/单个颗粒内材料的密度)x 100。将理解，固体空间百分比(％固体空间)提供由针孔产生的涂层孔隙率的测量值。
93.窄带红色光致发光材料：红色量子点(qd)
94.量子点(qd)是物质(例如半导体)的一部分，其激子被限制在所有三个空间维度中，可被辐射能量激发以发射特定波长或波长范围的光。由qd产生的光的色彩是由qd的纳米晶体结构的量子限制效应实现的。每一qd的能量级与qd的物理大小直接相关。例如，较大的qd，例如红色qd，可吸收及发射具有相对较低的能量(即波长相对较长)的光子。另一方面，大小较小的蓝色qd可吸收及发射相对较高的能量(较短波长)的光子。qd产生具有从20nm到45nm的fwhm发射强度的光。
95.qd材料可包括核/壳纳米晶体，其含有洋葱状结构的不同材料。例如，上文所描述的示范性材料可用作核/壳纳米晶体的核材料。一个材料中的核纳米晶体的光学性质可通过生长另一材料的外延型壳来改变。取决于要求，核/壳纳米晶体可具有单个壳或多个壳。壳材料可基于带隙工程进行选择。例如，壳材料可具有比核材料大的带隙，因此纳米晶体的壳可将光学活性核的表面与其周围的介质分离。在镉基qd的情况下，例如cdse qd，可使用配方cdse/zns、cdse/cds、cdse/znse、cdse/cds/zns或cdse/znse/zns合成核/壳量子点。类似地，对于cuins2量子点，可使用cuins2/zns、cuins2/cds、cuins2/cugas2、cuins2/cugas2/
zns等配方合成核/壳纳米晶体。
96.qd可包括不同的材料，且表1中给出红色qd组合物的实例。
[0097][0098][0099]
图14是彩色lcd的mqw双波长led的经测量发射光谱，即强度与波长的关系。mqw双波长led包括多个蓝色及绿色量子阱，且产生具有约455nm的主要波长(λ
d1
)及约18nm的fwhm的蓝色光14110，并产生具有约530nm的主要波长(λ
d2
)及约30nm的fwhm的绿色光14120。绿色与蓝色发射的峰值发射强度比率，即绿色发射峰值的峰值发射强度与蓝色发射峰值的峰值发射强度的比率，约为40％。经测量的测试数据证实，绿色及蓝色发射的峰值发射强度比率为30％到60％，但其可能至少为30％，至少为40％，至少为50％，至少为60％，从30％到50％，从30％到40％，从40％到50％，从40％到60％，或从50％到60％。至少为30％，至少为40％，至少为50％，且可通常从30％到50％。为了满足特定显示彩色滤色片(红色、绿色及蓝色滤色片)的特定白色点及ntsc目标，可通过有源gan层中的铟掺杂浓度调整蓝色及绿色发射的主要波长，且绿色光及蓝色光发射的峰值强度比率可通过量子阱在mqw结构中的数目及位置进行调整。
[0100]
图15是根据本发明的实施例的背光的经测量发射光谱，即强度与波长的关系，所述背光包括具有图14的mqw双波长led及窄带锰活化ksf磷光体的smd封装(例如，图1的封装)。在此具体实例中，色彩范围被计算为在cie(0.277，0.243)的白色点处高于ntsc rgb色彩空间标准面积的90％。其它测试结果展示，根据本发明形成的背光可产生具有至少为dci-p3 rgb色彩空间标准面积90％的色彩范围的光。
[0101]
用于一般照明应用的光发射装置
[0102]
虽然本发明对于彩色lcd的背光应用具有特定的实用性，但其实用性也可扩展到
一般照明应用。例如，在一般照明应用中，mqw双波长led可经配置以产生蓝色光/或绿色光，其具有从500nm到560nm的主要波长，及更宽的fwhm发射强度，例如，从约15nm到约60nm，从约25nm到约60nm，或从约45nm到约60nm。例如，在一般照明应用中，红色光致发光材料可具有从600nm到660nm的峰值发射强度波长；即在可见光谱的橙色到红色区域。例如，在一般照明应用中，光致发光材料可包括宽带红色光致发光材料。表2中给出宽带红色光致发光材料(磷光体)的实例。在一些实施例中，宽带红色光致发光材料包括铕活化氮化硅基红色磷光体，其包括具有通式caalsin3:eu
2
的钙铝氮化硅磷光体(casn)。casn磷光体可掺杂有其它元素，例如锶(sr)、通式(sr，ca)alsin3:eu
2
(scasn)。casn磷光体具有从约620nm到约660nm的峰值发射波长(λ
pe
)，且在从约70nm到约80nm的半最大发射强度下具有全宽。
[0103]
在一个实施例中，红色磷光体可包括红色发射磷光体，如标题为“红色发射氮化物基钙稳定磷光体(red-emitting nitride-based calcium-stabilized phosphors)”的美国专利us 8,597,545中所教示，其全部内容在此并入本文中。此类红色发射磷光体包括由化学式masrbsicaldneeuf表示的氮化物基组合物，其中：m为ca，且0.1≤a≤0.4；1.5《b《2.5；4.0≤c≤5.0；0.1≤d≤0.15；7.5《e《8.5；0《f《0.1；其中a b f》2 d/v，且v为m的价态。
[0104]
替代地，红色磷光体包括红色光发射氮化物基磷光体，如标题为“红色发射氮化物基磷光体(red-emitting nitride-based phosphors)”的美国专利us 8,663,502中所教示，其全部内容在此并入本文中。此类红色发射磷光体包括由化学式m
(x/v)
m'2si
5-x
al
x
n8:re表示的氮化物基组合物，其中：m是至少一个具有价态v的单价、二价或三价金属；m'是mg、ca、sr、ba及zn中的至少一者；且re是eu、ce、tb、pr及mn中的至少一者；其中x满足0.1≤x≤0.4，且其中所述红色发射磷光体具有一般晶体结构m'2si5n8:re，al在所述一般晶体结构中取代si，且m基本上位于所述一般晶体结构中的间隙位置。此类红色氮化物磷光体的实例为美国加利福尼亚州弗里蒙特市intematix公司的xr系列磷光体。
[0105]