改進光輸出均勻性的光腔的製作方法

2023-06-01 17:06:31

專利名稱：改進光輸出均勻性的光腔的製作方法
技術領域：
本發明涉及照明領域，更具體地，本發明涉及改進光輸出均勻性的光腔。
背景技術：
光腔(light cavity)通常用於需要相對均勻的區域照明的應用中，比如IXD和其他背光顯示技術。傳統的光腔設計使用直接照明，意思是光源被置於與輸出表面相平行的表面上。在使用多光源的設計中(例如，LED的陣列或者網格)，通過光源產生的光的波長或者強度的任何變化將以「熱點」和/或表示了弱光輸出均勻性的其他輸出人工製品(artifact)的形式明顯地出現在輸出表面上。另外，為了減小這些人工製品的外觀，這種配置對於不同光 源的發光特性有著更為嚴格的要求，這就導致了製造時間的製造成本的增加。因此，亟需一種改進了光輸出均勻性、並且允許將要使用的光源的強度和波長的範圍更寬的光腔。

發明內容
為解決上述問題，本發明提供了一種器件，包括光腔，包括第一表面、第二表面和光轉換層，第二表面與光轉換層基本相對，第一表面從第二表面延伸到光轉換層；至少一個光源，位於第一表面上；以及反射塗料，位於第二表面上。其中，第二表面和光轉換層基本平行，其中，第一表面垂直於第二表面和光轉換層。其中，光腔包括多個附加表面，與第一表面和第二表面以及光轉換層一起限定出腔室，腔室具有第一體積，以及其中，多個附加表面中的一個或多個上形成有反射塗料。其中，至少一個光源所包括的光源的數量以第一比率與第一體積相關，並且其中，第一比率處於大約每立方釐米I個光源和大約每立方釐米10個光源之間。其中，至少一個光源被配置為發出波長處於大約450納米和大約500納米之間的藍光，其中，光轉換層包括紅螢光體層和綠螢光體層，以及其中，紅螢光體層所設置的位置比綠螢光體層的位置更接近第二表面，其中，紅螢光體層的材料選自包含以下材料的組Y2O2S:Eu+Fe203 (P22R)，(KF, MgF2) :Mn(P26)，MgF2:Mn(P33)，(Zn, Mg) F2:Mn(P38)，CaSiO3:Pb, Mn, (Y, Eu)203, Y2O3:Eu, Mg4(F)GeO6:Mn, Y(P, V)O4:Eu, YVO4:Eu, Y2O2SiEu,以及Mg5As2O11 = Mn,以及其中，綠螢光體層的材料選自包含以下材料的組Zn2Si04:Mn (Pl) , ZnO: Zn (Ρ4) , Zn2Si04:Mn, As (P39)，Gd202s: Tb (P43)，Y3Al5O12:Ce (P46)，ZnS:Cu, Al, ZnS:Cu, Au, Al, Y2SiO5:Tb, Y2OS:Tb, Y3(Al, Ga) 5012:Ce, (Ce,Tb)MgAl11O19, BaMgAl10O17:Eu, Mn, Cea67Tba33MgAl11O19 = Ce, Tb, Zn2SiO4:Mn, Sb2O3, LaPO4:Ce,Tb, (La, Ce, Tb)PO4,以及(La，Ce, Tb)PO4:Ce, Tb。
其中，至少一個光源被配置為發出紫外光，從至少一個光源發出的紫外光的波長小於大約400nm，其中，光轉換層包括紅螢光體層、綠螢光體層、和藍螢光體層，其中，紅螢光體層所設置的位置比綠螢光體層的位置更接近至少一個光源，其中，紅螢光體層和綠螢光體層所設置的位置比藍螢光體層的位置更接近光源陣列，以及其中，藍螢光體層的材料選自包含以下材料的組
ZnS: Ag, Cl (Pll)，ZnS: Zn (PlI)，ZnS:Ag+Co-on_Al203 (P22B)，Y2SiO5: Ce (P47)，ZnS: Ag, Al (P55), ZnS: Ag, (Ba, Eu)Mg2Al16O27, BaMgAl10O17:Eu, Mn, BaMg2AI16O27:Eu, CaffO4,CaffO4:Pb, MgffO4, (Sr, Eu, Ba, Ca) 5 (PO4) 3C1, Sr5Cl (PO4) 3Eu, (Ca, Sr, Ba) 3 (PO4)2Cl2:Eu, (Sr,Ca, Ba) 1(I(P04)6C12:Eu，Sr2P2O7:Sn(II)，Ca5F(PO4)3:Sb，以及 3Sr3(P04)2. SrF2:Sb, Mn。其中，至少一個光源是發光二極體(LED)。其中，光源陣列所包括的光源數量處於大約10個和大約30個之間。其中，至少一個光源包括第一光源，被配置為發出第一顏色的光；以及第二光源，被配置為發出第二顏色的光。其中，反射塗料的厚度處於大約I微米和大約10微米之間，以及其中，反射塗料的材料選自包含以下材料的組氧化鈦、氧化鋅、鋁、銀、銅、鈦、以及鋅。此外，本發明還提供了一種背光顯示系統，包括光腔，包括底表面、多個側壁、以及光轉換層，底表面與光轉換層基本相對，多個側壁從底表面延伸到光轉換層；液晶層，設置在光轉換層上方，並且基本平行於光轉換層；至少一個發光二極體，位於多個側壁中的至少一個上；以及反射塗料，位於多個側壁和底表面上；其中，光腔被配置以對液晶層進行照明。其中，反射塗料的厚度處於大約I微米和大約10微米之間，以及其中，反射塗料的材料選自包含以下材料的組氧化鈦、鋁、銀、銅、鈦、和鋅。其中，光轉換層包括紅螢光體層和綠螢光體層，其中，至少一個發光二極體被配置為發出藍光，藍光的波長處於大約450納米和大約500納米之間，以及其中，來自至少一個發光二極體的光從光轉換層的相對側發出，為紅光、綠光和藍光的組合。其中，光轉換層包括紅螢光體層、綠螢光體層、以及藍螢光體層，其中，至少一個發光二極體被配置為發出紫外光，紫外光的波長小於大約400納米，以及其中，來自至少一個發光二極體的光從光轉換層的相對側發出，為紅光、綠光和藍光的組合。此外，本發明還提供了一種器件，包括底表面；光轉換層，設置在底表面上方，並且與底表面間隔開，光轉換層包括紅螢光體層和綠螢光體層，紅螢光體層比綠螢光體層更接近底表面；第一側表面，從光轉換層延伸到底表面；一個或者多個光源，形成在第一側表面上；以及反射層，形成在底表面上。其中，一個或者多個光源被配置為發出藍光，藍光由多個光源中的每一個發出，藍光的波長處於大約450納米和大約500納米之間，其中，紅螢光體層被配置為發出紅光，紅光的波長處於大約590納米和大約750納米之間，以及其中，綠螢光體層被配置為發出綠光，綠光的波長處於大約495納米和大約570納米之間。其中，光轉換層進一步包括藍螢光體層，藍螢光體層比紅螢光體層和綠螢光體層更靠近底表面，其中，一個或者多個光源被配置為發出紫外光，紫外光由多個光源中的每一個發出，紫外光的波長小於大約450納米，其中，紅螢光體層被配置為發出紅光，紅光的波長處於大約590納米和大約750納米之間，其中，綠螢光體層被配置為發出綠光，綠光的波長處於大約495納米和大約570納米之間，以及其中，藍螢光體層被配置為發出藍光，藍光的波長處於大約450納米和大約500納米之間。其中，反射塗料的材料選自包含以下材料的組=SiO2、和TiO2，並且其中，反射塗料的厚度處於大約I微米和大約10微米之間。該器件進一步包括多個附加側表面，與第一側表面和頂表面以及底表面一起限定出腔室，腔室具有第一體積，其中，光轉換層是頂表面；以及多個反射層，多個反射層的每一個都位於多個附加側表面中的一個上。其中，一個或者多個光源所包括的光源的數量以第一比率與第一體積相關，以及其中，第一比率處於大約每立方釐米I個光源和大約每立方釐米10個光源之間。


根據以下結合附圖的詳細描述可以最好地理解本發明。需要強調的是，根據工業中的標準實踐，各種不同部件沒有按比例繪製，並且只是用於圖示的目的。實際上，為了使論述清晰，可以任意增加或減小各種部件的數量和尺寸。圖I是根據本發明的各個方面的光腔的實施例的橫截面圖。圖2是根據本發明的各個方面的沿著線2A-2A所得到的圖I的光腔的橫截面圖。圖3是根據本發明的各個方面的沿著線2A-2A所得到的圖I的光腔的另一個實施例的橫截面圖。圖4是根據本發明的各個方面的光腔的另一個實施例的橫截面圖。圖5是示出了根據本發明的各個方面的方法的流程圖。圖6是根據本發明的各個方面的光腔的另一個實施例的橫截面圖。
具體實施例方式以下公開內容提供了許多用於實施所公開的不同特徵的不同實施例或實例。以下描述組件和配置的具體實例以簡化本發明。當然，這僅僅是實例，並不是用於限制本發明。例如，在以下所描述中，第一部件形成在第二部件上方或者之上可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實施例，還可以包括第一部件和第二部件之間形成有附加部件，從而使得第一部件和第二部件可能不直接接觸的實施例。另外，本公開的內容可以在不同實例中重複參考標號和/或字母。這種重複是為了簡化和清晰的目的，並且沒有在本質上表示各個實施例和/或所討論配置之間的關係。另外，空間相對位置的術語，比如「在......之下」、「下方」、「底部」、「上方」、「頂
部」等等用於使本發明內容中的一個元件或者部件與另一個元件或者部件的關係變得簡明。空間相對位置的術語覆蓋了包括部件的器件的不同定向。例如，如果附圖中的器件翻轉，則描述為在另一個元件或者部件「下方」或者「之間」的元件將定向為在該另一個元件或者部件「上方」。因此，示例性術語「下方」可以包含上方和下方兩個方向。設備可以被另外地定向(旋轉90度或者其他方向)，相應地，本文所使用的空間相對位置描述可以進行同樣的解釋。圖I是根據本發明的各個實施例的光腔60的實施例的橫截面圖。如所示，光腔60具有底表面70和兩個側表面80、90。在某些實施例中，側表面80和90相對平行設置。在該實施例中，側表面80和90被設置為垂直於底表面70。在其他實施例中，側表面80和90被設置為與底表面70呈銳角。在其他實施例中，側表面80和90被設置為與底表面70呈鈍角。在另外的其他實施例中，側表面80和90中的一個側表面被設置為與底表面70呈銳角，另一個側表面被設置為與底表面70呈鈍角。在某些實施例中，光腔60的高度92可以處於大約I釐米(cm)到10釐米(cm)之間，寬度94可以處於大約IOcm和IOOcm之間。在其他實施例中，上述高度和寬度可以大於或者小於上述範圍。光源100形成在光腔60的側表面90上。光源100可以形成在側表面90上的任何位置，例如，在一個實施例中靠近頂部，在另一個實施例中靠近底部，在又一個實施例中靠近中部。在某些實施例中，光源100可以是發光二極體或者LED。在一個實施例中，光源100是布置在側表面90上的多個光源中的一個(如圖2所示，並在以下進行詳細描述)。光源100被配置為發出期望的波長範圍內的某個波長的光Lb。在一個實施例中，光源100被配置為所發出的光的波長處於大約450納米(nm)和大約500納米nm之間(藍可見光)。在該實施例中，光源100可以是被配置為發出藍光的LED，例如，氮化鎵(GaN)LED或者氮化銦鎵(InGaN) LED。在其他實施例中，光源100被配置為發出波長小於400nm的光(紫外光)。 在實施例中，光轉換層120被設置為平行於光腔60的底表面70。在其他實施例中，光轉換層120可以與底表面70間隔開，而不必平行於底表面70。在某些實施例中，光轉換層120由一個或者多個螢光體層130、140構成。如圖2所示，光轉換層由紅螢光體層130和綠螢光體層140構成。螢光體層130、140用於將光源100發出的光Lb的一部分轉換為波長不同的光。例如，當光Lb照到紅螢光體層130時，構成光Lb的一部分光子將被吸收。被吸收的光子使得紅螢光體層130所發出的光子具有與紅可見光相對應的波長。通過這種方式，一部分光Lb穿過紅螢光體層130而沒有經過轉換。在某些實施例中，由光源100發射的藍光Lb照到紅螢光體層130，使得某些紅光由紅螢光體層130發出，並且使得一部分藍光穿過。然後，該紅光和藍光照到綠螢光體層140。如上所述，照到綠螢光體層140的一部分藍光轉換為綠光，剩下的一部分藍光穿過而沒有經過轉換。基本上所有紅光都穿過而沒有被綠螢光體吸收，而僅一小部分紅光可能被綠螢光體吸收而沒有導致發出綠光。因此，從綠螢光體層140發射出，從而從光腔60輸出紅光、綠光和藍光的混合光。紅光、綠光和藍光的混合光被人眼感知為白光U。在某些實施例中，紅螢光體層130設置在綠螢光體層140下方，從而使得來自腔60內部的光Lb首先照到紅螢光體層130。通常，在這些實施例中，產生出波長較長的光的螢光體層應該比產生出波長較短的光的螢光體層設置得更靠近腔的內部。這種配置防止了螢光體再轉換現象，其中，通過內部螢光體層轉換的光會通過外部螢光體層而被再次轉換。在某些實施例中，紅螢光體層130可以由發磷光的材料或者螢光材料組成，其中，該發磷光的材料或者螢光材料能夠發出波長在6 2 O nm和7 5 O nm之間的紅可見光譜的光。這些材料包括，例如，帶有Eu+Fe203活化劑的Y2O2S(Y2O2S:Eu+Fe203) (P22R)，(KF，MgF2) :Mn(P26), MgF2 = Mn(P33)，(Zn, Mg)F2:Mn(P38), CaSiO3:Pb, Mn, (Y, Eu)203，Y203Eu,Mg4 (F) GeO6:Mn，Y (P, V) O4:Eu, YVO4:Eu, Y2O2SiEu, Mg5As2O11 :Mn，或者已知的能夠發出具有紅可見光譜的波長的光的任何其他螢光體。在某些實施例中，綠螢光體層140可以由發磷光的材料或者螢光材料組成，其中，該發磷光的材料或者螢光材料能夠發出波長在495nm和570nm之間的綠可見光譜的光。這些材料包括，例如，Zn2SiO4 = Mn(Pl)，ZnO:Zn(P4), Zn2SiO4:Mn, As (P39)，Gd2O2SiTb (P43),Y3Al5O12:Ce (P46)，ZnS:Cu, Al, ZnS:Cu, Au, Al, Y2SiO5:Tb, Y2OS:Tb，Y3(Al, Ga) 5012:Ce, (Ce,Tb)MgAl11O19, BaMgAl10O17:Eu, Mn, Cea67Tba33MgAl11O19 = Ce, Tb, Zn2SiO4:Mn, Sb2O3, LaPO4:Ce,Tb，(La，Ce，Tb)P04, (La，Ce，Tb) PO4: Ce, Tb，或者已知的能夠發出具有可見綠光譜的波長的光的任何其他螢光體。紅螢光體層130和綠螢光體層140的濃度根據期望從光腔輸出的光的種類而發生變化。紅螢光體層130和綠螢光體層140的厚度也可以發生變化。在某些實施例中，該厚度可以處於大約I毫米(mm)和大約5mm之間。在其他實施例中，厚度可以大於大約5mm。在另外的其他實施例中，厚度可以小於大約 1_。取決於由LED發射出的光量，濃度不同的螢光體可以產生出色溫度不同的白光。例如，濃度較高的紅螢光體用於產生色溫度較低的暖白光。在某些實施例中，末端用戶(end user)可以改變光轉換層120,從而改變最終光輸出。在實施例中，用戶將附加的螢光體層增加到光轉換層120，從而改變光輸出。在另一實施例中，用戶從光轉換層120中移除螢光體層，從而改變光輸出。在另一實施例中，用戶移除一層螢光體層，並替換為與其濃度不同的螢光體層。在另一實施例中，用戶增加附加層，從而改變光輸出的性質，例如，增加透鏡、濾色鏡、或者任何其他本領域所公知的用來改變光性質的其他類型的層。再次參考圖1，反射塗料150形成在光腔60的側表面80和底表面70上方。在某些實施例中，反射塗料150還可以形成在側表面90上。反射塗料150能夠反射光Lb。在光Lb照到光腔60頂部的光轉換層120之前，該光Lb可以在光腔60中被側表面80上的反射塗料150反射多次。這種反射通過使得從光源100(可能具有不同的波長和不同的強度)的不同部分發出的光Lb照到相互鄰接的位置上的光轉換層120，來提高由光轉換層120輸出的光Lw的均勻性。然後，光Lw在對應位置上從光轉換層120的相對側發出，使得來自光源100的光能夠更均勻地發送。在包含多個光源的實施例中，這種反射混合了來自各個光源的光，從而進一步增加了均勻性，並且降低了不同光源的不同波長和強度的能見度。在實施例中，反射塗料150由能夠反射光的材料形成。在一個實施例中，反射塗料150由氧化鈦或者氧化鋅或者二者的組合形成。在另一實施例中，反射塗料由諸如，銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、或者任何其他適合反射光的金屬形成。在某些實施例中，反射塗料150的厚度可以處於大約I微米(μπι)和大約10 μ m之間。在其他實施例中，反射塗料150的厚度可以大於大約10 μπι。在另外的其他實施例中，反射塗料的厚度可以小於大約I μπι。在其他實施例中，反射塗料通過將反射薄膜粘貼或者粘合到例如玻璃襯底的襯底而形成。在另外的其他實施例中，反射塗料150是薄膜。現在參考圖2，圖2示出了沿著線2Α-2Α得到的圖I的光腔60的橫截面圖。如所示，光腔60具有兩個附加的側表面160、170。對於讀者來說，圖I中的側表面90是圖2中的背表面。在所不實施例中，側表面160、170被設置為垂直於底表面70,並且與側表面90相交。側表面160、170被設置為相互平行。在其他實施例中，側表面160和170被設置為與底表面70呈銳角。在其他實施例中，側表面160和170被設置為與底表面70呈鈍角。在另外的其他實施例中，側表面160和170中的一個側表面被設置為與底表面70呈銳角，另一個側表面被設置為與底表面70呈鈍角。在某些實施例中，側表面90、160、和170、底表面70、光轉換層120、以及側表面80 (圖I中所示)形成了一個腔室。在某些實施例中，光腔60包含形成在側表面90上的光源陣列180。該光源陣列180包括多個光源，包括圖I中示出的光源100。在某些實施例中，光源陣列180將包含大約2個到大約30個的單個光源。在其他實施例中，光源陣列180包含多於大約30個光源。在另外的其他實施例中，光源陣列180包含單個光源。該單個光源可以設置於圖2中所示出的單個行中。在其他實施例中，單個光源可以布置在多個行和多個列中(見圖3)。單個光源可以間隔開大約Imm到大約10mm。在其他實施例中，單個光源可以間隔開大於大約10mm。另外，陣列中光源的數量可以根據光腔60的總體積而變化。在某些實施例中，所使用的比例可以為，每IOcm3的單個光源數量為大約I個到8個。在其他實施例中，所使用的光源與腔體積的比例可以更高。在光Lb照到光腔60頂部的光轉換層120之前，反射塗料150勇於將該光Lb在光腔60中反射多次。與圖I中所描述相應的，這種反射增加了由光轉換層120輸出的光1^的 均勻性。在圖2所示的實施例中，反射塗料150還將來自光源陣列180的各個光源的光混合，從而進一步增加了均勻性，並且降低了不同光源的不同波長和強度的能見度。這種混合增加了從光腔60輸出的光Lw的均勻性。另外，這種混合使得波長和強度變化較大的光源能夠用於光源陣列180中。由于波長和強度處於可選範圍之外而使得被排斥的光源減少，故降低了成本。現在參考圖3，示出了沿著線2A-2A得到的圖I的光腔的另一個實施例200的橫截面圖。為了清晰和一致，使用相同的參考標號來表示圖2中的相似元件。如所示,光腔200具有底表面70、以及三個側表面90、160、170。光腔200還包括圖I中的側表面80，該側表面80未在該橫截面圖中示出。在所示實施例中,側表面160、170垂直於底表面70、和側表面90設置。側表面160和170相互平行設置。在其他實施例中，側表面160和170被設置為與底表面70呈鈍角。在另外的其他實施例中，側表面160和170中的一個側表面被設置為與底表面70呈銳角，另一個側表面被設置為與底表面70呈鈍角。在某些實施例中，反射塗料150形成在側表面160、170和底表面70上。在其他實施例中，反射塗料150還形成在側表面90上。光源陣列210形成在光腔200的側表面90上。光源陣列210與圖2中的光源陣列180不同，其中，該光源陣列210包含了附加行的單個光源，從而總共具有兩行。在某些實施例中，光源陣列210可以包含多於兩行的光源。在其他實施例中，光源陣列210可以被配置為「棋盤格(checkerboard)」圖案，從而使得每行和每列的交叉點不包含光源。在另外的其他實施例中，光源陣列219可以被配置為任何規則幾何圖案或者不規則幾何圖案。光轉換層120與光腔200的底表面70平行設置。在某些實施例中，光轉換層120由一個或者多個螢光體層構成。類似於圖I和圖2，光腔200的光轉換層120由紅螢光體層130和綠螢光體層140構成。該螢光體層130、140用於將由光源陣列210發出的光Lb的一部分轉換為不同波長的光。在某些實施例中，如之前的圖I所描述的，由光轉換層120所發出的光被人眼感知為白光Lw。在光Lb照到光腔60頂部的光轉換層120之前，反射塗料150用於將該光Lb在光腔60中反射多次。這種反射提高了由光轉換層120輸出的光Lw的均勻性。在圖3所示的實施例中，反射塗料150還能夠將來自光源陣列210的各個光源的光混合，從而進一步增加了均勻性，並且降低了不同光源的不同波長和強度的能見度。現在參考圖4，示出了根據本發明的各個方面的光腔220的另一個實施例的橫截面圖。因為在該附圖中示出的實施例類似於之前的圖1，所以重複的元件保留了與圖I中相同的參考標號。類似於圖I中所不出的實施例，光腔220包含底表面70、側表面80、90、以及光轉換層120。光轉換層120不僅與前述相同包含了紅螢光體層130和綠螢光體層140，還包含了附加的藍螢光體層230。在某些實施例中，藍螢光體層230可以被設置在紅螢光體層130和綠螢光體層140上方，從而使得在來自光腔內部的光Luv照到藍螢光體層230之前，照到紅螢光體層130和綠螢光體層140。這種配置防止了螢光體再轉換現象，其中，通過內部螢光體層轉換的光通過外部螢光體層被再次 轉換。在某些實施例中，藍螢光體層230可以由發磷光的材料或者螢光材料組成，其中，該發磷光的材料或者螢光材料能夠發射出波長在藍可見光譜450nm和475nm之間的光。這些材料包括，例如，ZnS:Ag, Cl (Pll)，ZnS:Zn(PlI)，ZnS:Ag+Co-on-Al203(P22B),Y2SiO5 = Ce (P47)，ZnS:Ag, Al (P55)，ZnS:Ag, (Ba, Eu)Mg2Al16O27, BaMgAl10O17:Eu, Mn,BaMg2Al16O27:Eu，CaffO4, CaffO4:Pb, MgffO4, (Sr, Eu, Ba, Ca) 5 (PO4) 3C1, Sr5Cl (PO4)3:Eu，(Ca, Sr,Ba) 3 (PO4)2Cl2:Eu, (Sr, Ca, Ba) 10 (PO4) 6C12:Eu, Sr2P2O7: Sn (II)，Ca5F (PO4) 3 Sb, 3Srs (PO4) 2.SrF2: Sb，Mn，或者已知的能夠發出具有藍可見光譜的波長的光的任何其他螢光體。再次參考圖4,光源240形成在側表面90上。在所不實施例中，光源240是能夠產生出波長小於大約400nm的紫外光Luv的光源。在該實施例中，該光源240可以是被配置為發出紫外光的LED，例如金剛石、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、或者氮化鋁鎵銦(AlGaInN)LED。螢光體層130、140、和230用於將由光源240發出的紫外光Luv的一部分轉換為波長不同的光。例如，當紫外光Lw照到紅螢光體層130時，組成紫外光Lw的一部分光子將被吸收。所吸收的光子導致紅螢光體層發出波長對應於紅可見光的光子。紫外光Luv的一部分將穿過紅螢光體層130而沒有以上述方式進行轉換。在某些實施例中，由光源240發出的紫外光Luv照到紅螢光體層130，導致一部分紅光由紅螢光體層130發出，一部分紫外光穿過。然後，該紅光和紫外光照到綠螢光體層140。如上所述，一部分紫外光照到綠螢光體層140而轉換為綠光，一部分紫外光穿過而沒有經過轉換。基本上所有紅光都穿過而沒有被綠螢光體吸收，只有小部分紅光可以被綠螢光體吸收而沒有發出綠光。然後，該紅光、綠光和紫外光照到藍螢光體層230。如上所述，一部分紫外光照到藍螢光體層230而被轉換為藍光，一部分紫外光穿過而沒有被轉換。在某些實施例中，基本上所有紫外光都被轉換為紅光、綠光或者藍光。基本上所有紅光和綠光都穿過而沒有被藍螢光體吸收，只有一小部分紅光和綠光可以被藍螢光體吸收而沒有發出藍光。因此，紅光、綠光、和藍光將從藍螢光體層230發出，並且從光腔220輸出。紅光、綠光和藍光的混合被人眼感知為白光U。在一些實施例中，留下了一部分紫外光Luv沒有被各個螢光體層130、140、230轉換。圖5是示出了根據本發明的使用一個實施例的方法250的流程圖。步驟260涉及形成具有頂表面、底表面、和側表面的光腔。步驟270涉及形成在側表面上包括至少一個光源的光源陣列。在某些實施例中，步驟280涉及在底表面形成反射塗料。在一些實施例中，所形成的反射塗料的厚度處於大約I Pm和大約ΙΟμπι之間。在實施例中，反射塗料由氧化鈦、氧化鋅、上述二者的組合、或者適於反射可見光的任何材料和材料的組合形成。在另一實施例中，反射塗料由諸如，銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、或者任何其他適合反射光的金屬形成。步驟290涉及在頂表面上形成光轉換層。在某些實施例中，光轉換層可以由一個或者多個螢光體層(例如紅螢光體層和綠螢光體層)構成。在某些實施例中，光轉換層被配置為發出紅光、綠光和藍光的組合，該組合被人眼感知為白光。在其他實施例中，光轉換層可以被配置為其他光的波長的組合。在其他實施例中，光轉換層可以被配置為所發出的單個光的波長不同於由各個光源產生的光的波長。備選地，光轉換層所發出的光的波長可以與由各個光源所產生的光的波長相同。現在參考圖6，根據本發明的各個方面的光腔300的另一個實施例的橫截面圖。類似於圖I的光腔60，光腔300包括側表面80和90、底表面70、和光轉換層120。光轉換層120包括紅螢光體層130和綠螢光體層140。光源100形成在側表面90上。光源100被配 置為發出藍光Lb。反射塗料150形成在底表面70、以及兩個側表面80和90上。本實施例不同於圖I中所示出的實施例，其中，反射塗料150不僅形成在底表面70和側表面80上，還形成在側表面90上。該附加的反射塗料150增加了 Lb被反射到光轉換層120上的量，並且因此從光腔輸出為白光Lw。本發明中所描述的光腔的各個實施例相比於現有技術具有多個優點，可以理解為每個實施例都可以具有不同的實施例，而沒有哪個具體優點是所有實施例都必須具備的。一個優點是沒有了涉及將來自各個光源的光進行不充分混合的「熱點」和其他人工製品。實際上，來自每個光源的光都在強度和波長上發生略微的改變。如果來自每個光源的所有光都直接從腔中輸出，則每個人工製品都將對於觀察者來說都是可見的。這裡所描述的光腔的實施例通過以下方式減少了這些人工製品的出現通過在將一部分光從腔中輸出之前，將該部分光反射出各個反射表面，從而將來自各個光源的一部分光混合。來自各個光源的光照到腔的頂表面的多個點上，該多個點與來自照到頂表面的其他光源的光相鄰接並相混合。因此，從光腔輸出的光是腔中的各個光源的光的混合。本發明所描述的光腔的各個實施例的另一個優點是能夠使用所產生的光的強度和波長的範圍較寬的光源。由於光源之間的這些區別因為光的混合而被掩蓋，因此，由於產生的光的強度和波長過於不同而被排除的光源較少。這種光源的「廣泛納入(widebinning) 」節省了時間和成本。本文的光腔的實施例還可以用於各種用途。這種用途的實例包括，但不限於戶內和戶外使用的一般照明、用於部分示出諸如幻燈片透明介質的燈箱、光轉換層能夠被消費者改變或者配置的情景照明系統、冰箱照明、顯示器照明、諸如音樂會的娛樂活動的照明、用於諸如廣告牌的廣告的背部照明、外科手術期間對病人身體的均勻照明、或者需要均勻光源的任何用途。上面論述了多個實施例的部件，使得本領域普通技術人員可以更好地理解本發明的各個方面。本領域普通技術人員應該理解，可以很容易地使用本發明作為基礎來設計或修改其他用於執行與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優點的處理和結構。本領域普通技術人員還應該意識到，這種等效構造並不背離本發明的精神和範圍，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。
權利要求
1.一種器件，包括 光腔，包括第一表面、第二表面和光轉換層，所述第二表面與所述光轉換層基本相對，所述第一表面從所述第二表面延伸到所述光轉換層； 至少一個光源，位於所述第一表面上；以及 反射塗料，位於所述第二表面上。
2.根據權利要求I所述的器件，其中，所述第二表面和所述光轉換層基本平行， 其中，所述第一表面垂直於所述第二表面和所述光轉換層。
3.根據權利要求I所述的器件，其中，所述光腔包括多個附加表面，與所述第一表面和所述第二表面以及所述光轉換層一起限定出腔室，所述腔室具有第一體積，以及 其中，所述多個附加表面中的一個或多個上形成有反射塗料。
4.根據權利要求3所述的器件，其中，所述至少一個光源所包括的光源的數量以第一比率與所述第一體積相關,並且 其中，所述第一比率處於大約每立方釐米I個光源和大約每立方釐米10個光源之間。
5.根據權利要求I所述的器件，其中，所述至少一個光源被配置為發出波長處於大約450納米和大約500納米之間的藍光， 其中，所述光轉換層包括紅螢光體層和綠螢光體層，以及 其中，所述紅螢光體層所設置的位置比所述綠螢光體層的位置更接近所述第二表面， 其中，所述紅螢光體層的材料選自包含以下材料的組Y2O2S: Eu+Fe203 (P22R)，(KF, MgF2) :Mn (P26)，MgF2 :Mn (P33)，(Zn, Mg) F2:Mn (P38)，CaSiO3: Pb, Mn, (Y, Eu)203, Y203 Eu, Mg4 (F) GeO6:Mn, Y (P, V) O4: Eu, YVO4: Eu, Y2O2SiEu,以及Mg5As2O11 = Mn,以及 其中，所述綠螢光體層的材料選自包含以下材料的組Zn2SiO4:Mn (Pl)，ZnO: Zn (P4)，Zn2SiO4:Mn，As (P39)，Gd202s: Tb (P43)，Y3Al5O12: Ce (P46)，ZnS:Cu, Al, ZnS:Cu, Au, Al, Y2Si05:Tb, Y2OS:Tb, Y3(Al, Ga)5012:Ce, (Ce, Tb)MgAl11O19,BaMgAl10O17:Eu, Mn, Ce0.67Tb0.33MgAln019:Ce, Tb, Zn2SiO4:Mn, Sb2O3, LaPO4:Ce, Tb, (La, Ce, Tb)PO4,以及(La，Ce, Tb)PO4:Ce, Tb。
6.根據權利要求I所述的器件，其中，所述至少一個光源被配置為發出紫外光，從所述至少一個光源發出的所述紫外光的波長小於大約400nm， 其中，所述光轉換層包括紅螢光體層、綠螢光體層、和藍螢光體層， 其中，所述紅螢光體層所設置的位置比所述綠螢光體層的位置更接近所述至少一個光源， 其中，所述紅螢光體層和所述綠螢光體層所設置的位置比所述藍螢光體層的位置更接近所述光源陣列，以及 其中，所述藍螢光體層的材料選自包含以下材料的組ZnS:Ag, Cl(Pll)，ZnS:Zn (Pll)，ZnS:Ag+Co-on_Al203 (P22B)，Y2SiO5: Ce (P47)，ZnS:Ag,Al (P55)，ZnS: Ag, (Ba, Eu)Mg2Al16O27, BaMgAl10O17:Eu, Mn, BaMg2Al16O27:Eu, CaffO4, CaffO4:Pb,MgffO4, (Sr, Eu, Ba, Ca) 5 (PO4) 3C1，Sr5Cl (PO4)3: Eu, (Ca, Sr, Ba) 3 (PO4) 2C12 :Eu，(Sr, Ca,Ba) 1(|(PO4)6Cl2:Eu，Sr2P2O7:Sn(II)，Ca5F(PO4)3:Sb，以及 3Sr3(PO4)2. SrF2:Sb, Mn。
7.根據權利要求I所述的器件，其中，所述至少一個光源是發光二極體(LED)。
8.根據權利要求I所述的器件，其中，所述光源陣列所包括的光源數量處於大約10個和大約30個之間。
9.一種背光顯不系統,包括 光腔，包括底表面、多個側壁、以及光轉換層，所述底表面與所述光轉換層基本相對，所述多個側壁從所述底表面延伸到所述光轉換層； 液晶層，設置在所述光轉換層上方，並且基本平行於所述光轉換層； 至少一個發光二極體，位於所述多個側壁中的至少一個上；以及 反射塗料，位於所述多個側壁和所述底表面上； 其中，所述光腔被配置以對所述液晶層進行照明。
10.一種器件，包括 底表面； 光轉換層，設置在所述底表面上方，並且與所述底表面間隔開，所述光轉換層包括紅螢光體層和綠螢光體層，所述紅螢光體層比所述綠螢光體層更接近所述底表面； 第一側表面，從所述光轉換層延伸到所述底表面； 一個或者多個光源，形成在所述第一側表面上；以及 反射層，形成在所述底表面上。
全文摘要
本發明公開了一種輻射器件。該器件包括改進光輸出均勻性的光腔，該光腔包括頂表面、底表面、以及側壁。光轉陣列包括至少一個形成在第一側壁上的光源。該器件還包括反射塗層，該反射塗層至少形成在底表面上。該頂表面允許光傳播，並且包括光轉換層。
文檔編號H01L33/50GK102705724SQ20121007321
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月19日 優先權日2011年3月28日
發明者楊皓宇 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司