專利名稱：摻磷光體的光子帶隙材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及摻磷光體的光子帶隙材料的用途。
對于LED(發光二極管)在其中希望高輻射或者LED用于光學系統的應用中作為光源而言，光子帶隙材料起著重要作用。現有LED的光學品質在于輻照相當低且由于它們的聚光度(etendue)而不能用標準方式提高。聚光度E表征了光學系統接收光的能力。其是發射源的面積及其傳播的立體角的函數。因此，聚光度是系統輸出的限制函數。盡管LED提供高的開關速度，但是它們在寬角度發光，這使得它們不太適用于光學系統。LED由一旦被電激發或者光激發就發出光子的所謂發射材料制備。光子帶隙材料可以用于為該發射材料設計鏡子，該鏡子以高效率反射來自一個或者多個角度的選定波長范圍的光。此外，它們可以被集成到發射層中以產生發出特定波長和方向的光的LED。
相對低輻照對LED的影響可以闡述如下輻照L由光通量Φ除以聚光度E獲得。聚光度E進而由發光面積A乘以光離開設備的立體角Ω給出L＝Φ/EE＝A*Ω對于處于熱力學平衡中的光源，聚光度是恒定的。這意味著立體角的降低(例如通過采用光學元件)與有效發光面積的增加結合起來。因此，處于熱力學平衡中的LED的光通量φ確定時，則沒有辦法增加LED的輻照L。
當需要高輻照時(像在內窺鏡檢查中)，或者將LED用于光學系統中(例如在車燈中)以產生特定光分布時，LED的低輻照妨礙或者阻止了LED的應用。這些缺陷由下面表格給出。
表1在WO 01/69309A2公開了一種發光結構，該結構具有透明光子帶隙電極結構。根據該說明書，在LED(液晶顯示器)設備中用半導體/金屬氧化物(例如ITO(氧化銦錫))制備的常規透明電極被顯示出光子帶隙結構的透明多層電極或者透明疊層替代，該透明電極或者透明疊層透射可見波長范圍的電磁光譜。根據一個具體實施方案，在活性層之下的襯底層是由碳化硅(SiC)組合物制備的半導體襯底層。
WO 03/087441A1記載了一種抑制了光子發射形式的光子材料。優選地，該材料通過下面方法制備將聚苯乙烯球組裝為光子柵格模板，用第一材料填充材料間的間隙，除去所述球，然后用第二材料填充由所述球留下的空間。兩種材料都可以用磷光體摻雜。提及了兩類重要的發光磷光體，即斯托克斯(Stokes)磷光體，其發出波長比吸收的光波長長的光，和反斯托克斯磷光體，其發出波長比吸收的光波長短的光。
本發明的目的在于通過利用摻雜了磷光體的光子帶隙材料改善發光設備的輻照。
根據本發明提供了一種結構材料，包括-僅在特定方向調節一定范圍的光子頻率(也稱為光子狀態密度(photon density of states))的光子結構；和-具有至少一種發射模式的磷光體材料，其中光子頻率在被所述光子結構調節的范圍中，即光子狀態密度，其中該結構材料具有低于立方體的對稱性，使得該光子結構通過所述磷光體材料的至少一種發射模式在低于三個方向調節發射的光子的產生，以此方式增加輻照。
在一個優選實施方案中，磷光體材料嵌入在光子結構中。
根據另一實施方案，磷光體材料至少部分包覆在光子結構中。
所述結構材料優選包括被設計用來通過磷光體材料的所述至少一種發射模式調節發射的光子的反射性材料。
在另一優選實施方案中，所述光子結構包括周期性柵格。
根據本發明，還提供了包括根據上述實施方案之一的結構材料的LED(發光二極管)。
因此，本發明的一項基本特征在于應用摻雜在光子帶隙材料中的物質，這有助于產生其中吸收和發射不再必需在相同波長進行的單元。由于(反)斯托克斯遷移，發出在特定范圍內的不被發光材料吸收的光。通過這種方式就可能繞開熱力學平衡，因此現在存在一種方式來通過改變波長增加輻照。結果，因為發光不是在熱平衡中進行，現在克服了LED的缺陷。然而，這在非光子帶隙材料中也是可能的，因此，這并不是本發明的特定特征。
本發明的更重要的方面在于，光子帶隙材料現可用于通過選擇主體光子晶體的合適對稱性，調節光子帶隙材料中摻雜的一種或多種發光材料在一個或者多個優選的方向的發光，并阻止在其它方向的發射，以這種方式繞過熱力學平衡。為此目的，必須選擇對稱性低于立方體的主體光子學晶體。因此，可以強烈降低立體角，降低聚光度和增加輻照和/或降低根據上述式子的有效發光面積。
在LED中產生的光以特定的立體角發出。鑒于聚光度恒定，這意味著立體角的降低伴隨著有效發光面積的增加。光子帶隙材料可以以這樣的方式設計，使得光傳播被抑制到一個或者多個方向和特定波長范圍內。發光材料的使用改變了輻射波長。根據一個優選實施方案，使用了光子帶隙結構，該光子帶隙結構利用LED發出的所有光但是僅在一個或者兩個方向發出光。利用LED發出的所有光意味著發光材料在這樣的光譜范圍中進行吸收，其中光可以在光子帶隙材料中以所有方向傳播。
本發明現在借助舉例的方式參照附圖
進行闡述。
附圖示出了由摻雜有許多更小的發光部分(用黑圈表示)的尺寸在光波長級別的構件塊(用白圈表示)構成的光子晶體的截面圖。發光部分對光子晶體的周期性沒有影響。發光顆粒應當具有低于500nm的直徑。
權利要求
1.一種結構材料，包括-僅在特定方向調節光子頻率的范圍的光子結構；和-具有至少一種發射模式的磷光體材料，其中光子頻率在被所述光子結構調節的范圍中，其中該結構材料具有低于立方體的對稱性，使得該光子結構通過所述磷光體材料的至少一種發射模式在低于三個方向調節發射的光子的產生。
2.權利要求1的結構材料，其中磷光體材料嵌入到光子結構中。
3.權利要求1或2的結構材料，其中所述磷光體材料至少部分包覆在光子結構中。
4.前述權利要求中任一項的結構材料，包括被設計用來通過磷光體材料的所述至少一個發射模式調節發射的光子的反射性材料。
5.前述權利要求中任一項的結構材料，其中所述光子結構包括周期性柵格。
6.一種LED(發光二極管)設備，包括根據前述權利要求之一的結構材料。
全文摘要
本發明涉及摻磷的光子帶隙材料的用途。光子帶隙材料對于LED作為其中需要高輻射或者在LED用于光學系統的應用中作為光源起到重要作用。目前LED的光學品質是輻射相當低且不能通過標準方式增加。本發明的目的在于通過使用摻磷光體的光子帶隙材料來增加發光設備的輻射。根據本發明，提供了包含光子結構的結構材料，該光子結構僅在特定方向調節光子頻率的范圍(也被稱為光子狀態密度)，另外含有具有至少一種發射模式的磷光體材料，其中光子頻率處于被所述光子結構調節的范圍中，其中該結構材料具有低于立方體的對稱性，使得光子結構通過磷光體材料的至少一種發射模式在低于三個方向調節發射的光子的產生，以這種方式增加輻照。
文檔編號C09K11/06GK1989222SQ200580024506
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月14日 優先權日2004年7月22日
發明者C·R·朗達, H·蒙克, H·尼科爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司