具有均勻磷光體光照的led模塊的制作方法
【專利摘要】通過形成在LED管芯之上的光學(xué)結(jié)構(gòu)修改一般朗伯LED管芯發(fā)射，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)減少沿著法向軸的光發(fā)射并且增強(qiáng)以關(guān)于法向軸的一定角度的光發(fā)射，從而產(chǎn)生某個(gè)光發(fā)射輪廓。提供疊覆光學(xué)結(jié)構(gòu)的磷光體層，諸如在反射光混合腔室中。光發(fā)射輪廓導(dǎo)致跨磷光體表面撞擊的來(lái)自LED管芯的更均勻的通量。一些LED光穿過磷光體并且一些光被轉(zhuǎn)換成不同波長(zhǎng)的光。光發(fā)射輪廓導(dǎo)致跨磷光體的更均勻的顏色和溫度。光發(fā)射輪廓可以通過透鏡、LED管芯之上的圖案化層、LED管芯之上的半反射層、光學(xué)片或者其它技術(shù)來(lái)創(chuàng)建。
【專利說(shuō)明】
具有均勻磷光體光照的LED模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及使用發(fā)光二極管(LED)和磷光體的照明器件，并且特別地涉及用于改進(jìn)跨疊覆LED的磷光體層(或其它轉(zhuǎn)換材料)的顏色和通量的均勻性的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1圖示了常規(guī)LED管芯12，其具有疊覆LED管芯12并與其分離，但是接近LED管芯12的磷光體層H13LED管芯12包括η型層15、發(fā)射光的有源層16以及P型層17。光通過LED管芯
12的頂表面和側(cè)表面出射C3LED管芯12可以發(fā)射藍(lán)光，并且磷光體14可以是發(fā)射黃-綠光的YAG磷光體。通過磷光體14泄漏的藍(lán)光與磷光體發(fā)射的組合創(chuàng)建白光。磷光體14可以由緊密接近LED管芯12的透明支撐表面支撐。
[0003]圖2圖示了裸露LED管芯12的一般朗伯光發(fā)射圖案18。當(dāng)光撞擊在LED管芯12上方的平坦磷光體層14上時(shí)，撞擊在磷光體14上的通量沿法向軸在LED管芯12的中心的正上方最大。通量隨著距LED管芯12之上的中心點(diǎn)的距離而降低。換言之，當(dāng)光線的角度從法向偏離時(shí)，撞擊在磷光體14上的通量變得更少。作為結(jié)果，相對(duì)于更遠(yuǎn)離LED管芯12的中心的光而言，從磷光體14的表面出射的光將在LED管芯12的正上方更藍(lán)。
[0004]此外，出于相同原因，磷光體14的溫度將由于較高的通量而在LED管芯12的正上方較高。一些磷光體和量子點(diǎn)對(duì)溫度非常敏感并且隨著溫度改變其光學(xué)特性。因此，跨磷光體14的溫度梯度將貢獻(xiàn)于顏色非均勻性。而且，在較高溫度位置處，磷光體的量子效率以及長(zhǎng)期材料穩(wěn)定性降低。
[0005]此外，LED管芯12正上方的磷光體遭受來(lái)自高通量的其它不利效果，其影響LED管芯12正上方的顏色。
[0006]因此，顏色跨磷光體14的表面將不均勻。在一些應(yīng)用中，諸如當(dāng)經(jīng)磷光體轉(zhuǎn)換的LED管芯12的圖像通過投影儀中的拋物面反射鏡、頭燈或者用于局部應(yīng)用的其它次級(jí)光學(xué)器件而放大時(shí)，顏色非均勻性尤其引人注意。
[0007]這些問題還存在于LED模塊中，其中LED管芯的陣列安裝在公共襯底上并且覆蓋有磷光體層。在每一個(gè)LED管芯上方的是光學(xué)和熱學(xué)熱點(diǎn)，其中光更藍(lán)(假定使用藍(lán)色LED管芯)并且其中磷光體受溫度和其它因素的不利影響。作為結(jié)果，顏色和溫度跨磷光體不均勻。
[0008]所需要的是用于改進(jìn)跨由來(lái)自一個(gè)或多個(gè)LED管芯的光激發(fā)的磷光體表面的光的顏色均勻性的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]描述了減少沿著LED管芯的法向軸發(fā)射的光并且增強(qiáng)偏離法向軸發(fā)射的光的各種技術(shù)，其中所得到的光用于激發(fā)緊密接近LED管芯的磷光體或量子點(diǎn)的層。通過將LED管芯輻射輪廓從朗伯型改變成具有偏離法向的峰值強(qiáng)度的輻射輪廓，來(lái)自LED管芯的經(jīng)修改的光發(fā)射將提供疊覆磷光體層的更均勻的輻照，從而導(dǎo)致磷光體表面之上所發(fā)射的光的更均勻的顏色分布以及跨磷光體的更均勻的通量密度和溫度。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡粘附或模制在LED管芯之上以創(chuàng)建所期望的強(qiáng)度分布輪廓。在另一實(shí)施例中，在LED管芯的頂表面之上形成部分反射體層，其允許相比于在中心區(qū)域中，更多光靠近邊緣逸出。在另一實(shí)施例中，在LED管芯頂表面之上形成圖案化的透明層，其反射和折射光以創(chuàng)建所期望的發(fā)射圖案。在另一實(shí)施例中，光學(xué)層與LED管芯間隔開以創(chuàng)建所期望的發(fā)射圖案。
[0011]磷光體層(或者量子點(diǎn)層)然后提供在LED管芯或者LED管芯的陣列之上。磷光體層可以通過光混合箱中的LED管芯陣列上方的透明板來(lái)支撐或者是自支撐的。LED管芯的最佳強(qiáng)度分布輪廓取決于包括LED管芯的間距以及LED管芯與磷光體層之間的距離的因素。
[0012]描述了其它實(shí)施例。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是現(xiàn)有技術(shù)LED管芯的橫截面視圖，其中磷光體層疊覆LED管芯。
[0014]圖2圖示了圖1的LED管芯的一般朗伯發(fā)射圖案以及跨磷光體表面的所得經(jīng)磷光體轉(zhuǎn)換的發(fā)射，其中指示不同色溫。
[0015]圖3是包含LED管芯的反射光混合箱的橫截面視圖，其中磷光體層提供在LED管芯上方，并且其中LED管芯包括用于減少每一個(gè)管芯沿著其法向軸的通量并且增強(qiáng)一定角度處的通量的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0016]圖4是安裝在LED管芯之上的透鏡的橫截面視圖，其減少沿著法向軸的通量并且增強(qiáng)一定角度處的通量。
[0017]圖5是圖4的透鏡的橫截面視圖，其中指示了典型的尺寸。
[0018]圖6是圖4的透鏡的自頂向下視圖，其中指示了典型的尺寸。
[0019]圖7圖示了從圖4的結(jié)構(gòu)出射的光的角度強(qiáng)度分布輪廓(輻射輪廓)，其中發(fā)射峰在距LED管芯的法向軸大約70度處。
[0020]圖8是具有頂部折射層的LED管芯的橫截面視圖，該頂部折射層具有減少沿著法向軸的管芯通量并且增強(qiáng)一定角度處的通量的中心圓錐形凹陷。
[0021]圖9是具有減少沿著法向軸的管芯通量并且增強(qiáng)一定角度處的通量的頂部半反射層的LED管芯的橫截面視圖。
[0022]圖10類似于圖3，但是磷光體包封光混合箱中的LED管芯。
[0023]圖11是具有增加側(cè)發(fā)射的頂部反射層的LED管芯的橫截面視圖。
[0024]圖12圖示了利用透明圓頂包封以得到增加的光提取的圖11的LED管芯。
[0025]圖13A、13B和13C是針對(duì)反射體層的不同反射率和透明襯底的不同厚度的針對(duì)圖11的側(cè)發(fā)射LED的模擬強(qiáng)度分布輪廓。
[0026]圖14是包含LED管芯的光混合箱的橫截面視圖，其中放置在LED管芯與磷光體層之間的光學(xué)片具有減少沿著法向軸的管芯通量并且增強(qiáng)一定角度處的通量的特征。
[0027]相同或類似的元件利用相同的標(biāo)號(hào)進(jìn)行標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖3圖示了安裝在光混合箱36的反射基底34上的LED管芯30A、30B和30C(集體地，LED管芯30)。光混合箱36的形狀可以是矩形、圓形或者任何其它形狀。光混合箱36的側(cè)壁38也是反射的，并且可以是漫反射或鏡面反射的(例如涂敷有反射鏡層)或者可以具有部分漫反射和鏡面反射的性質(zhì)?；?4也可以是漫發(fā)射的。對(duì)于漫反射而言，壁38和基底34可以由具有高孔隙率的氧化鋁陶瓷材料形成或者涂敷有包含諸如金屬氧化物顆粒(例如二氧化鈦、氧化鋅或者氧化鋁)之類的散射顆粒的層。
[0029]在另一實(shí)施例中，側(cè)壁38不是反射的而是透射或者漫透射的。磷光體可以保形地覆蓋壁38使得光通過箱36的壁38和頂部出射。
[0030]形成在基底34上的金屬墊(未示出)電氣連接到LED管芯30的相應(yīng)陽(yáng)極和陰極電極以用于為L(zhǎng)ED管芯30供能。LED管芯30可以串聯(lián)、并聯(lián)或者以串并聯(lián)或網(wǎng)絡(luò)的任何合適組合連接。光混合箱36可以是任何大小，這取決于需要用于所要求的明亮度的LED管芯的數(shù)目。光混合箱36的面積(足跡)可以是5mm2到Im2或者更大，這取決于應(yīng)用。箱36的高度可以調(diào)節(jié)成控制出射窗與LED管芯30的頂部之間的間隙。該間隙39可以像0.1mm那么小并且可以選取成實(shí)現(xiàn)所期望的光混合。示例性指南是與LED管芯的最大尺寸成比例地布置間隙39或側(cè)面38的高度。針對(duì)高度或間隙39的一個(gè)示例性比例的范圍可以從LED管芯的最大側(cè)向尺寸的
0.1倍到LED管芯的最大側(cè)向尺寸的5倍。高度或者間隙39也可以取決于LED管芯30的間距。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)顏色均勻性的最佳高度或間隙可以通過模擬或?qū)嶒?yàn)來(lái)確定。可能存在布置于線性、二維或圓形陣列中的多個(gè)LED管芯30或光混合箱中的單個(gè)LED管芯。
[0031]在LED管芯30正上方的是支撐板40，其對(duì)一個(gè)或多個(gè)LED30所發(fā)射的光的波長(zhǎng)是透明或半透明的。支撐板40可以支撐磷光體層42。支撐板40可以包括玻璃、ora陶瓷材料，諸如半透明氧化鋁或藍(lán)寶石。支撐板40可以是基本上平坦的或彎曲的，諸如凸起的，優(yōu)選地具有恒定厚度。在另一實(shí)施例中，磷光體42層本身可以具有充足的機(jī)械強(qiáng)度以便在沒有支撐板40的情況下自支撐。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可以去除支撐板40。在一個(gè)實(shí)施例中，磷光體42懸浮在從LED管芯30上方0.1mm到LED管芯30上方Icm的任何地方，這取決于針對(duì)特定應(yīng)用所要求的跨光出射窗的顏色均勻性以及其它因素。LED管芯30與板40之間的間隙可以包含空氣(或其它氣體)或者填充有透明材料，諸如硅樹脂或者具有良好導(dǎo)熱性的另一透明材料。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用藍(lán)色LED30以及在利用藍(lán)光“栗浦”或光照時(shí)發(fā)射黃光的磷光體42來(lái)生成白色。一些藍(lán)光通過磷光體層42 “泄漏”以與黃光組合并且產(chǎn)生白光。在其它實(shí)施例中，磷光體42可以包含在由藍(lán)光“栗浦”時(shí)發(fā)射紅光的紅色磷光體。在再其它的實(shí)施例中，磷光體42可以發(fā)射紅光和綠光，其與來(lái)自LED 30的藍(lán)光組合。
[0033]在另一實(shí)施例中，磷光體42處于支撐板40的底表面上，并且支撐板40起作用以保護(hù)磷光體42。在該配置中，支撐板40對(duì)一個(gè)或多個(gè)LED 30所發(fā)射的光和/或從磷光體42發(fā)射的光的波長(zhǎng)是透明或半透明的。
[0034]如通過針對(duì)每一個(gè)LED管芯30的角度強(qiáng)度分布輪廓44(在極坐標(biāo)上)所示出的，每一個(gè)LED管芯30包括光學(xué)結(jié)構(gòu)(在其它圖中示出)，其減少LED管芯在LED管芯的法向軸的方向上的發(fā)射(通量)并且增強(qiáng)偏離法向軸的發(fā)射。在沒有光學(xué)結(jié)構(gòu)的情況下，針對(duì)每一個(gè)LED30A-30C的強(qiáng)度分布輪廓將類似于圖2的情況。針對(duì)特定應(yīng)用選擇強(qiáng)度分布輪廓使得來(lái)自LED管芯30的撞擊在磷光體42上的光導(dǎo)致跨磷光體42的寬闊區(qū)域的近似均勻的照度。來(lái)自相鄰LED管芯30的光與從光混合箱36的表面反射的光的組合使得撞擊在磷光體42上的組合光跨磷光體42的整個(gè)表面基本上均勻。
[0035]因此，通過使用圖3的設(shè)計(jì)，從磷光體42出射的光將在顏色和明亮度方面跨磷光體42基本上均勻，并且跨磷光體42的溫度將基本上均勻。此外，光混合箱36中的光混合進(jìn)一步改進(jìn)顏色、明亮度和溫度均勻性。
[0036]相比而言，在沒有LED管芯30上的光學(xué)結(jié)構(gòu)的情況下，從磷光體42的頂表面出射的光將沿著每一個(gè)LED管芯30的法向軸更藍(lán)(假定藍(lán)色LED和YAG磷光體)，并且沿著每一個(gè)LED管芯30的法向軸的磷光體42的溫度將比在其它區(qū)域中更熱。這些局部化較熱區(qū)域被稱為熱點(diǎn)。
[0037]還可能的是通過增加光混合箱的高度以增加光混合量來(lái)增加具有普通LED管芯(具有朗伯發(fā)射圖案)的光混合箱的出射窗之上的照度分布的均勻性。該方案的缺點(diǎn)在于，光混合箱將變得過于龐大并且多個(gè)反射將減少光輸出。通過使用本發(fā)明，光混合箱36可以制作得較淺而沒有顏色均勻性方面的任何降低。在模擬中，
【申請(qǐng)人】確定，通過使用本發(fā)明，針對(duì)包含16個(gè)LED管芯的3mm高圓形光混合箱發(fā)射的顏色均勻性等于通過使用現(xiàn)有技術(shù)的5mm高光混合箱所實(shí)現(xiàn)的顏色均勾性。
[0038]圖4圖示了一種類型的經(jīng)模制的透鏡48，其可以創(chuàng)建合適的強(qiáng)度分布輪廓，諸如圖3中的強(qiáng)度分布輪廓44。圖5以毫米標(biāo)識(shí)透鏡48的一些示例性尺寸。這些尺寸關(guān)于LED管芯的尺寸的可縮放版本將產(chǎn)生類似結(jié)果。圖6是透鏡48的自頂向下視圖，其示出透鏡48的各種邊緣50、51、52和53以及以毫米計(jì)的各種示例性尺寸。邊緣50是圓角外邊緣。邊緣51是透鏡的基底的圓形邊緣。邊緣52是透鏡的圓形上邊緣。并且邊緣53是透鏡的內(nèi)腔55的邊緣。透鏡48可以通過硅模制而制成。透鏡48粘附在LED管芯30之上。透鏡48的底表面可以粘附到光箱36的反射基底34或者粘附到在其上安裝LED管芯30的基板表面。
[0039]透鏡48的各種界面處的折射率中的差異導(dǎo)致光的折射。圖7圖示了從圖4的結(jié)構(gòu)的兩個(gè)樣品出射的光的強(qiáng)度分布輪廓，其中發(fā)射峰在距法向大約70度處。峰值強(qiáng)度的最佳角度取決于LED管芯間距以及磷光體42距透鏡48的頂部的距離。最佳角度可以通過模擬或者實(shí)驗(yàn)確定。
[0040]在一些應(yīng)用中，使用透鏡48(具有可能超出6mm的高度，這取決于LED管芯的大小)可能要求過深或者過大的光混合箱。在下文描述使得能夠使用較淺的光混合箱的一些其它光學(xué)技術(shù)。
[0041]圖8圖示了創(chuàng)建來(lái)自LED半導(dǎo)體層60的期望強(qiáng)度分布輪廓的另一類型的光學(xué)結(jié)構(gòu)。在圖8中，LED管芯56是倒裝芯片。透明生長(zhǎng)襯底58(例如藍(lán)寶石)留在LED半導(dǎo)體層60上，并且陽(yáng)極和陰極電極62和64鍵合到基板或反射基底34上的對(duì)應(yīng)金屬墊。透明層66提供在襯底58的頂表面上，襯底58具有減少沿著法向軸發(fā)射的光并且增強(qiáng)以一定角度發(fā)射的光的圓錐形狀凹陷68，如通過強(qiáng)度分布輪廓44所示出的。層66可以是經(jīng)模制的硅樹脂或其它材料。層66可以通過硅樹脂粘合劑粘附到襯底58的頂部或者直接模制在襯底58之上?？商鎿Q地，凹陷68可以直接并入到襯底58中，使得不要求附加層66。
[0042]在另一實(shí)施例中，襯底58被粘附到LED半導(dǎo)體層60的玻璃層或者其它透明層替代。襯底58或者玻璃層應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)選地LED半導(dǎo)體層60的最大線性尺寸的長(zhǎng)度的量級(jí)的厚度以最小化返回到LED半導(dǎo)體層60中的反射。
[0043]圖9圖示了具有形成在LED管芯70的頂表面上的半反射層72的LED管芯70。層72可以粘附到LED半導(dǎo)體層之上的襯底層。層72可以由沉積在小點(diǎn)圖案或棋盤圖案中的不透明反射材料形成，其中存在中心區(qū)域中的較高密度的反射點(diǎn)以用于在中心區(qū)域中將更多的光反射回到LED管芯70中。反射回到LED管芯70中的光最終被循環(huán)利用并且在其它方向上從LED管芯70反射出來(lái)。示出了所得到的強(qiáng)度分布輪廓44。層72還可以是由許多薄電介質(zhì)層形成的布拉格反射器或二色性濾波器層，其中相比于針對(duì)有角度的光，針對(duì)垂直于LED管芯表面發(fā)射的光存在更大的反射。這將導(dǎo)致強(qiáng)度分布輪廓44。
[0044]在另一實(shí)施例中，層72可以是漫射層，諸如向后和向側(cè)方散射入射光的部分的體散射層，以減少?gòu)捻敱砻姘l(fā)射的光的量并且增加從結(jié)構(gòu)的側(cè)表面發(fā)射的光的量。
[0045]在圖8和9中，LED管芯頂部處的光學(xué)結(jié)構(gòu)可以在LED半導(dǎo)體層的邊緣之上延伸以進(jìn)一步減少沿著法向軸的光的量。
[0046]在可替換實(shí)施例中，優(yōu)選的強(qiáng)度分布輪廓44具有距法向軸近似25-45度之間的峰值強(qiáng)度，其中峰值強(qiáng)度的最佳角度取決于LED管芯的間距以及磷光體距LED管芯的頂表面的距離。峰值強(qiáng)度的這樣的角度可以適于淺光混合箱36，諸如LED管芯頂部上方2-5mm之間的高度。
[0047]圖10圖示了光箱36中的圖3的LED管芯30A、30B和30C，其具有本文所描述的任何光學(xué)結(jié)構(gòu)(產(chǎn)生強(qiáng)度分布輪廓44)，但是磷光體76(被示出為陰影)包封一個(gè)或多個(gè)LED管芯30。取決于所期望的發(fā)射顏色、透明結(jié)合劑中的磷光體顆粒密度和其它因素，磷光體76可以將光混合箱36填充直到任何水平。如果使用圖4的硅樹脂透鏡48，則優(yōu)選地磷光體結(jié)合劑材料的折射率(典型地大約1.4)低于硅樹脂透鏡的折射率(典型地1.53)以使得透鏡能夠在優(yōu)選方向上折射光。若干個(gè)LED管芯可以是紅色LED發(fā)射器以通過磷光體層發(fā)射紅色光譜的窄部分，而其它LED管芯可以是藍(lán)色或UV發(fā)射的以激發(fā)磷光體層。在另一可替換方案中，如上文所描述的，磷光體可以在由藍(lán)光光照時(shí)發(fā)射紅光。
[0048]LED管芯30包括本文所描述的任何光學(xué)結(jié)構(gòu)。從光混合箱36出來(lái)的光發(fā)射將跨光混合箱36的光出射區(qū)域基本上均勻。
[0049]在另一實(shí)施例中，來(lái)自安裝于光混合箱36中的LED管芯30A、30B和30C中的一個(gè)或多個(gè)的光不是經(jīng)過磷光體轉(zhuǎn)換的并且具有一般朗伯發(fā)射。例如，LED管芯30A可以是具有一般朗伯發(fā)射的常規(guī)紅色發(fā)射LED管芯，LED管芯30B可以是具有疊覆它的綠色磷光體的藍(lán)色發(fā)射管芯，并且LED 30C可以是沒有疊覆它的磷光體的常規(guī)藍(lán)色發(fā)射管芯。紅色、綠色和藍(lán)色光的組合創(chuàng)建白光。光混合箱36混合光。然后可以去除填充光混合箱36的磷光體76，并且漫射器可以定位在箱36的光出射窗之上。
[0050]在另一實(shí)施例中，LED管芯30A可以是具有一般朗伯發(fā)射的常規(guī)紅色發(fā)射LED管芯，LED管芯30B可以是具有疊覆它的YAG磷光體的藍(lán)色發(fā)射管芯，并且LED 30C可以是具有疊覆它的YAG磷光體的另一藍(lán)色發(fā)射管芯?？梢匀コ坠怏w76。紅光創(chuàng)建具有改進(jìn)的顯色的“較暖，，白光。
[0051 ]圖11圖示了 LED管芯78，其包括LED半導(dǎo)體層60、透明生長(zhǎng)襯底58和反射體層80，諸如銀層。反射體層80反射或者部分地反射由半導(dǎo)體層60發(fā)射的光。通過使襯底58更厚，改變側(cè)向發(fā)射的角度范圍使得強(qiáng)度分布輪廓81逼近圖3中的強(qiáng)度分布輪廓44的情況是可能的。分布輪廓81—般向上和向側(cè)方，因?yàn)榈撞縇ED電極和基底34反射一些光。襯底58(或其它透明層)的厚度可以在0.1到2mm之間或者更大以實(shí)現(xiàn)期望的強(qiáng)度分布輪廓。在一個(gè)實(shí)施例中，使用蝕刻劑(或其它粗糙化技術(shù))圖案化襯底58頂表面以進(jìn)一步漫射光來(lái)增加發(fā)射角度的范圍。如果將反射體層80制得足夠薄，則光的某一部分將穿過反射體層80以更緊密地逼近強(qiáng)度分布輪廓44。
[0052]在另一實(shí)施例中，反射層80可以是漫射層，諸如向后和向側(cè)方散射入射光的部分的體散射層，以減少?gòu)捻敱砻姘l(fā)射的光的量并且增加從襯底58的側(cè)表面發(fā)射的光的量。
[0053]圖12圖示了包封在透明圓頂82中以得到增加的光提取的圖11的LED結(jié)構(gòu)。圖12的多個(gè)LED結(jié)構(gòu)可以安裝在具有疊覆磷光體層的本文所描述的光混合箱36中以實(shí)現(xiàn)跨磷光體層的更均勻的顏色發(fā)射。
[0054]圖13A、13B和13C是針對(duì)反射體層80的不同反射率和透明襯底58的不同厚度的針對(duì)圖11的側(cè)發(fā)射LED 78所模擬的強(qiáng)度分布。如所見的，減少反射(圖13B)并且允許更多光穿過反射體層80增加沿著法向軸的強(qiáng)度。而且，減少襯底58的厚度(圖13C)也增加沿著法向軸的相對(duì)強(qiáng)度。
[0055]圖14圖示了常規(guī)LED管芯84A、84B和84C，每一個(gè)包封在圓頂86中以改進(jìn)光提取，其中用于創(chuàng)建期望的強(qiáng)度分布輪廓44的光學(xué)結(jié)構(gòu)是具有光學(xué)結(jié)構(gòu)90的間隔光學(xué)片88，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)90具有將正常朗伯發(fā)射轉(zhuǎn)變成強(qiáng)度分布輪廓44的圖案。圖案可以包括棱柱、角錐、圓錐、菲涅爾透鏡、或者一個(gè)或多個(gè)方向上的V-溝槽，其凹入在片88中或者突出。圖案中的特征典型地面向下以使光側(cè)向彎曲。LED管芯的發(fā)射附加地通過光混合箱的反射表面而混合。支撐在透明支撐板94上的磷光體92將經(jīng)混合的LED管芯的發(fā)射的部分波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一頻譜范圍中。結(jié)果是跨磷光體92的頂表面的基本上均勻的照度和顏色分布。還可以存在代替光學(xué)片88而使用的光學(xué)層的堆疊，特別是當(dāng)使用溝槽結(jié)構(gòu)時(shí)。例如，第一光學(xué)層具有在第一方向上延伸的溝槽，并且第二光學(xué)層具有在諸如垂直于第一方向的第二方向上延伸的溝槽。優(yōu)選地存在兩個(gè)光學(xué)片之間的低折射率材料，諸如空氣間隙。
[0056]在各種實(shí)施例中，多個(gè)磷光體層可以用于實(shí)現(xiàn)期望的顏色。例如，一個(gè)磷光體可以涂敷在LED管芯之上，而不同的磷光體可以與LED管芯間隔開?；蛘?，在圖3的情況中，一個(gè)磷光體可以形成在支撐板40的一側(cè)上并且另一磷光體可以形成在支撐板40的另一側(cè)上。不同的磷光體也可以形成為疊覆層。
[0057]如果LED管芯是激光器LED管芯，則其發(fā)射的法向軸定向性甚至大于常規(guī)LED管芯的情況。通過在激光器的頂表面之上提供諸如表面光柵(用于衍射)、布拉格光柵、全息圖和全息漫射器之類的光學(xué)結(jié)構(gòu)以創(chuàng)建強(qiáng)度分布輪廓44，頭頂“附近”磷光體的光照將更均勻，并且以上所述益處同樣適用。
[0058]本文中示出的所有磷光體層可以利用量子點(diǎn)層、有機(jī)或無(wú)機(jī)磷光體或者用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的組合來(lái)取代或擴(kuò)充。
[0059]作為與間隔的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層組合地使用光學(xué)結(jié)構(gòu)的結(jié)果，不僅改進(jìn)了顏色和通量均勻性，而且還由于層上的“熱點(diǎn)”的減少而實(shí)現(xiàn)了更高的量子效率，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層的較低的局部和總體溫度。另外，存在由于局部通量密度的降低的峰值所致的轉(zhuǎn)換層的較少降級(jí)，其導(dǎo)致增強(qiáng)的流明輸出和流明維持(穩(wěn)定性和可靠性)。
[0060]雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以做出改變和修改而不脫離以其更寬方面的本發(fā)明，并且因此隨附權(quán)利要求要在其范圍內(nèi)涵蓋如落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的改變和修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)光器件，包括: 第一發(fā)光二極管(LED)半導(dǎo)體層，第一 LED半導(dǎo)體層具有頂部發(fā)光表面，第一 LED半導(dǎo)體層生成具有第一峰值波長(zhǎng)的光； 疊覆第一 LED半導(dǎo)體層的頂部發(fā)光表面并且與其間隔開的第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層； 介于第一 LED半導(dǎo)體層與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層之間并且通過第一間隙與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層間隔的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，第一光學(xué)結(jié)構(gòu)減少沿著關(guān)于頂部發(fā)光表面的法向軸的第一 LED半導(dǎo)體層的光發(fā)射并且增強(qiáng)關(guān)于法向軸的一定角度處的光發(fā)射，產(chǎn)生第一光發(fā)射輪廓， 其中由第一LED半導(dǎo)體層和第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的組合生成的具有第一光發(fā)射輪廓的光撞擊在第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層上，并且 其中一些光穿過第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層并且一些光被轉(zhuǎn)換成與第一峰值波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)的光。2.權(quán)利要求1所述的器件，其中第一光學(xué)結(jié)構(gòu)包括定位在第一LED半導(dǎo)體層之上的透Ho3.權(quán)利要求1所述的器件，其中第一光學(xué)結(jié)構(gòu)包括形成在第一LED半導(dǎo)體層之上的半反射層。4.權(quán)利要求3所述的器件，其中半反射層是圖案化的反射層。5.權(quán)利要求1所述的器件，其中第一光學(xué)結(jié)構(gòu)包括形成在第一LED半導(dǎo)體層之上的透明層，其中透明層包含反射和折射來(lái)自第一 LED半導(dǎo)體層的光以創(chuàng)建第一光發(fā)射輪廓的特征。6.權(quán)利要求5所述的器件，其中透明層具有LED半導(dǎo)體層的中心部分之上的圓錐形凹陷。7.權(quán)利要求1所述的器件，其中第一光學(xué)結(jié)構(gòu)包括通過第二間隙與第一LED半導(dǎo)體層分離的具有帶圖案的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光學(xué)層。8.權(quán)利要求1所述的器件，還包括第一LED半導(dǎo)體層與第一光學(xué)結(jié)構(gòu)之間的固體透明層。9.權(quán)利要求1所述的器件，還包括反射光混合腔室，其包含第一LED半導(dǎo)體層、第一光學(xué)結(jié)構(gòu)和第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，其中光混合腔室包括反射基底和至少一個(gè)反射側(cè)壁。10.權(quán)利要求1所述的器件，其中第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層是基本上平坦的層。11.權(quán)利要求1所述的器件，其中第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層包括磷光體層。12.權(quán)利要求1所述的器件，還包括: 至少第二 LED半導(dǎo)體層； 疊覆第二LED半導(dǎo)體層的第二光學(xué)結(jié)構(gòu)；以及 包含第一 LED半導(dǎo)體層、第一光學(xué)結(jié)構(gòu)、第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層、第二 LED半導(dǎo)體層和第二光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射光混合腔室，其中光混合腔室包括反射基底和至少一個(gè)反射側(cè)壁， 為了混合來(lái)自第一 LED半導(dǎo)體層和第二 LED半導(dǎo)體層的光，其中第二光學(xué)結(jié)構(gòu)改進(jìn)跨第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層撞擊的光的均勻性。13.權(quán)利要求12所述的器件，其中第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層疊覆第一LED半導(dǎo)體層和第二 LED半導(dǎo)體層二者。14.權(quán)利要求12所述的器件，其中第二LED半導(dǎo)體層生成具有與第一峰值波長(zhǎng)不同的第二峰值波長(zhǎng)的光。15.權(quán)利要求12所述的器件，其中第一光學(xué)結(jié)構(gòu)和第二光學(xué)結(jié)構(gòu)是單個(gè)片的部分。16.權(quán)利要求12所述的器件，其中第二光學(xué)結(jié)構(gòu)基本上與第一光學(xué)結(jié)構(gòu)等同，使得第二LED半導(dǎo)體層與第二光學(xué)結(jié)構(gòu)組合產(chǎn)生基本上與第一光發(fā)射輪廓等同的第二光發(fā)射輪廓，其中具有第一光發(fā)射輪廓的光和具有第二光發(fā)射輪廓的光在腔室中混合。17.權(quán)利要求16所述的器件，其中第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括定位在第二LED半導(dǎo)體層之上的透Ho18.權(quán)利要求16所述的器件，其中第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括形成在第二LED半導(dǎo)體層之上的半反射層。19.權(quán)利要求18所述的器件，其中半反射層是圖案化的反射層。20.權(quán)利要求16所述的器件，其中第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括形成在第二LED半導(dǎo)體層之上的透明層，其中透明層包含反射和折射來(lái)自第二 LED半導(dǎo)體層的光以創(chuàng)建第二光發(fā)射輪廓的特征。
【文檔編號(hào)】H01L25/075GK105830238SQ201480069464
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日
【發(fā)明人】W.A.索爾, H.J.B.賈格特, O.V.維多溫
【申請(qǐng)人】皇家飛利浦有限公司