高功率白led及其製造方法

2023-05-20 21:46:56 1

專利名稱：高功率白led及其製造方法
髙功率白LED及其製造方法
相關申請
本申請要求於2006年11月17日提交的美國臨時專利申請60/859,633 號的優先權，以引用的方式將該申請的內容併入此處。
背景技術：
包括具有發光二極體(LED)和共振腔LED(RCLED)的固態燈的固態 發光裝置非常有用，因為潛在地，它們能夠比常規的白熾燈和螢光燈提供 更低的製造成本和較長使用壽命。由於固態發光裝置的工作(點亮)時間 長且功耗低，因此即使在它們的初始成本比常規燈的初始成本高的情況下， 這種固態發光裝置往往也能提供實用的成本效益。因為可以使用大規模半 導體製造技術，所以能夠以極低的成本來製造大量的固態燈。
除了在諸如家用和消費電器、視聽設備、電信裝置及汽車儀表標記上 的指示燈的應用外，LED已經在室內和室外信息顯示中得到廣泛的應用。
隨著發射短波長(例如，藍光或紫外(UV))輻射的高效LED的發展， 通過將LED初始發射的一部分下變頻(即螢光粉變頻)至更長波長從而 產生白光的LED的製造已經變得可行。將LED的初始發射變頻至更長波長 通常被稱為對初始發射的下變頻。初始發射的未變頻部分與更長波長的光 相混合以產生白光。
通過將螢光粉層放置在用來填充反射杯的環氧樹脂中來獲得LED初始 發射的一部分的螢光粉變頻，所述反射杯將所述LED容納在LED燈中。熒 光粉以粉末的形式存在，在對環氧樹脂進行固化之前將螢光粉與環氧樹脂 混合。然後將含有螢光粉粉末的未固化環氧樹脂漿液沉積到LED上並隨後 進行固化。
固化的環氧樹脂中的螢光粉顆粒通常隨機地取向且散布在整個環氧樹 脂中。由LED發射的初始光的一部分經過環氧樹脂而不與螢光粉顆粒發生 碰撞，而由LED晶片發射的初始輻射的另一部分與螢光粉顆粒發生碰撞， 使得螢光粉顆粒發射更長波長的輻射。初始短波長輻射和螢光粉發射的輻
9射混合產生白光。
螢光粉變頻LED (pc-LED)技術領域的現狀是在可見光譜區效率低。 單個pc-白LED的光輸出比典型家庭白熾燈的光輸出還要低，典型家庭白 熾燈在可見光譜區的效率大約為10%。具有與典型白熾燈的功率密度相當 的光輸出的LED器件需要更大的LED晶片或具有多個LED晶片的設計。 另外，必須引入直接能量吸收冷卻以便處理LED器件自身中的溫度升高。 更具體而言，在LED被加熱至超過IO(TC時其效率變低，導致在可見光譜 區效率降低。對於一些螢光粉來說，在溫度增加至大約9(TC的閾值以上時， 其固有的螢光粉變頻效率急劇地降低。
通過可以被稱為圓頂或環氧樹脂圓頂的環氧樹脂對常規LED進行封 裝。來自所封裝的LED的光在通過諸如空氣的傳輸介質之前先通過圓頂封 裝物質。所述圓頂封裝物質執行至少兩種功能。首先，進行光線控制，艮P， 其有助於控制由LED晶片傳輸至目的地的光線的方向。第二，其提高在LED 和空氣之間的光傳輸效率。因為封裝介質的折射率的值在LED晶片的折射 率和空氣折射率之間，所以圓頂封裝物質至少部分地執行這兩個功能。在 常規的LED晶片中，圓頂的高度可以在2mm到10mm的範圍以內。

發明內容
本發明的實施例是具有用於發射短波長輻射的輻射源的發光裝置。下 變頻材料接收且下變頻至少一些由所述輻射源發射的短波長輻射，並將所 接收和下變頻的輻射的一部分後向傳輸。與所述下變頻材料相鄰的光學器 件至少部分包圍所述輻射源。所述光學器件用於提取至少一些所述的後向 傳輸的輻射。密封物基本密封所述輻射源和所述光學器件之間的間隙。
本發明的另一實施例是具有多個用於發射短波長輻射的輻射源的發光
裝置。下變頻材料接收且下變頻至少一些來自所述多個輻射源中的至少之
一的所述短波長輻射，且將所接收和下變頻的輻射的一部分後向傳輸。與
所述下變頻材料相鄰的光學器件至少部分包圍所述多個輻射源，且用於提 取至少一些從所述下變頻材料後向傳，的輻射。密封物基本密封所述多個
輻射源和所述光學器件之間的間隙。、
本發明的又一實施例是具有多個用於發射短波長輻射的輻射源的發光裝置。多個下變頻材料層分別接收且下變頻至少一些由所述輻射源的相應 輻射源發射的所述短波長輻射，且將所相應接收和下變頻的輻射的相應部 分後向傳輸。具有多個光學器件。相應光學器件與相應下變頻材料層相鄰。 所述光學器件中的相應光學器件至少部分包圍所述輻射源中的相應輻射 源。相應光學器件各用於提取至少一些從相應下變頻材料層後向傳輸的輻 射或來自相應輻射源的輻射。多個密封物基本密封相應輻射源和相應光學 器件之間的相應間隙。
本發明的另一實施例是製造發光裝置的方法。將下變頻材料放置於光 學器件的第一部分上，所述光學器件用於提取從所述下變頻材料後向傳輸 的輻射或由短波長輻射源發射的輻射中的至少之一。在所述光學器件的第 二部分中形成孔隙。將密封物放置在所述光學器件的所述第二部分的表面 上。將所述輻射源插入所述孔隙，其中所述輻射源的至少一個表面與所述 密封物接觸。將所述光學器件放置於支架上。
本發明的另一實施例是製造發光裝置的另一方法。將下變頻材料放置 於光學器件的第一部分上，所述光學器件用於提取從所述下變頻材料後向 傳輸的輻射或從短波長輻射源發射的輻射中的至少之一。在所述光學器件 的第二部分中形成孔隙。將密封物放置於所述孔隙內部的所述光學器件的 所述第二部分的表面上。將所述輻射源放置於支架上。將所述光學器件放 置於所述支架上以及所述輻射源上方，使得所述光學器件至少部分包圍所 述輻射源。
本發明的再一實施例是具有用於發射短波長輻射的輻射源的發光裝 置。下變頻材料接收且下變頻至少一些由所述輻射源發射的所述短波長輻 射，且將所接收和下變頻的輻射中的一部分後向傳輸。與所述下變頻材料 和所述輻射源相鄰的光學器件用於從所述器件提取後向傳輸的輻射或來自 所述輻射源的輻射中的至少之一。用於反射至少一些從所述光學器件提取 的光的第一反射表面至少部分包圍所述光學器件。用於反射至少一些由所 述輻射源發射的輻射的第二反射表面至少部分包圍所述輻射源。
本發明的再一實施例是具有多個用於發射短波長輻射的輻射源的發光 裝置。下變頻材料接受且下變頻至少一些來自所述多個輻射源中的至少之 一的短波長輻射，且將所接受和下變頻輻射中的一部分後向傳輸。與所述下變頻材料相鄰的光學器件至少部分包圍所述多個輻射源，且用於提取至 少一些從所述下變頻材料後向傳輸的輻射。密封物基本密封所述多個輻射 源和所述光學器件之間的間隙。
本發明的另一實施例是製造具有第一反射杯和第二反射杯的發光裝置 的另一方法。將下變頻材料放置於光學器件的第一部分上，所述光學器件 用於提取從所述下變頻材料後向傳輸的輻射或從短波長輻射源發射的輻射 中的至少之一。將所述輻射源的第一表面放置於井的第一表面，所述井由 所述第二反射杯形成。將第一密封物放置於所述輻射源的至少第二表面和 所述井的第二表面之間。將第二密封物放置於所述輻射源的至少第三表面 上。將所述光學器件放置於所述第一反射杯中且使其與所述第二密封物接 觸。


應理解附圖沒有按比例繪出，且出於示意的方便可以將某些特徵的相 對尺寸進行放大。
圖1是示出了在來自諸如LED晶片的短波長輻射源的示範性輻射光線 與下變頻材料層發生碰撞時可以得到的示範性輻射光線的示意圖2是使用下變頻材料的光學器件的局部截面圖，所述下變頻材料遠 離短波長輻射源；
圖3是根據本發明的示範性實施例的發光裝置的局部截面圖4是圖3中所示的光學器件的局部截面圖，其是具有孔隙的示範性 實施例；
圖5是圖3中所示的光學器件的局部截面圖，其是具有孔隙的替代實 施例；
圖6是本發明的實施例的局部截面圖，其是具有與下變頻材料相鄰的 透鏡的示範性實施例；
圖7是本發明的替代實施例的局部截面圖，其不具有與下變頻材料相 鄰的透鏡；
圖8是本發明的另一替代實施例的局部截面圖，其是具有與下變頻材 料相鄰的透鏡的替代實施例；圖9是本發明的又一替代實施例的局部截面圖，其是具有與下變頻材
料相鄰的透鏡的又一替代實施例；
圖IO是本發明的另一實施例，其中使用了多個短波長輻射源；
圖11是本發明的另一實施例，其具有多個短波長輻射源；
圖12是本發明的又一實施例，其具有多個短波長輻射源；
圖13是本發明的再一實施例，其具有多個與輻射源和光學器件相鄰的
反射表面；
圖14示出了用來製造結合圖3-12描述的本發明的任何實施例的方法的 示範性實施例；
圖15示出了製造結合圖3-12描述的本發明的任何實施例的方法的另一 實施例；
圖16示出了用來製造結合圖13描述的本發明的實施例的方法的示範 性實施例；
圖17是根據本發明的再一實施例的光學器件的局部截面圖； 圖18是圖17中所示的實施例的另一局部截面圖； 圖19是本發明的再一實施例的局部截面圖； 圖20是圖19所示的實施例的另一局部截面圖21示出了製造圖17-20中所示的任一實施例的方法的示範性實施例；
以及
圖22示出了製造圖17-20中所示的任一實施例的方法的另一實施例。
具體實施例方式
圖1是示出了在來自諸如LED晶片2002的短波長輻射源的示範性輻 射光線2000與下變頻材料層2004發生碰撞時可以得到的示範性輻射光線 的示意圖。來自諸如LED晶片2002的短波長源的示範性短波長輻射2000 與下變頻材料層2004發生的碰撞可以產生具有四個分量的輻射由下變頻 材料層2004反射的後向傳輸短波長輻射2006;透射穿過下變頻材料層2004 的前向傳輸短波長輻射2008;透射穿過下變頻材料2004的前向傳輸下變頻 輻射2010;以及由下變頻材料2004反射的後向傳輸下變頻輻射2012。可 以將這四個分量混合以產生白光。所述四個分量中的兩個2010和2012可以各由兩個子分量構成。前向 傳輸下變頻輻射的一個子分量可以是發射的輻射2014;即波長比與下變 頻材料層2004發生碰撞的短波長輻射的波長更長的下變頻輻射。前向傳輸 下變頻輻射所發射的輻射子分量2014可以由短波長輻射2000透射穿過下 變頻材料2004時與下變頻材料2004的顆粒發生碰撞來產生。前向傳輸下 變頻輻射的第二子分量可以是前向散射發射的輻射2016;即波長比與下 變頻材料層2004發生碰撞的短波長輻射2000的波長更長的其它下變頻輻 射。前向傳輸下變頻輻射2010的前向散射發射的輻射子分量2016可以通 過與下變頻材料2004的顆粒發生碰撞且還在透射穿過下變頻材料2004之 前在下變頻材料2004的顆粒之間來回反射的短波長輻射2000來產生。
後向傳輸下變頻輻射2012的一個子分量可以是發射的輻射2020;艮P: 波長比與下變頻材料層2004發生碰撞的短波長輻射2000的波長更長的下 變頻輻射。後向傳輸下變頻輻射2012所發射的輻射子分量2018可以由與 下變頻材料2004的顆粒發生碰撞的短波長輻射2000在由下變頻材料2004 反射時產生。後向傳輸下變頻輻射2012的第二子分量可以是後向散射發射 的輻射2020;即波長比與下變頻材料層2004發生碰撞的短波長輻射2000 的波長更長的其它下變頻輻射。後向傳輸下變頻輻射2012的後向散射發射 的輻射子分量2020可以通過與下變頻材料2004的顆粒發生碰撞且還在由 下變頻材料2004反射之前在下變頻材料2004的顆粒之間來回反射的短波 長輻射2000來產生。
可以通過將如上所討論的各個分量的混合來產生白光。在前向傳輸方 向上(即針對透射穿過下變頻材料層的輻射2008、 2014、 2016、 2010的 輻射)，可以通過將前向傳輸短波長輻射2008與前向傳輸下變頻輻射2010 的子分量2014、 2016中的一個或者兩個混合來產生白光。也就是說，在前 向傳輸的方向上，可以通過將前向傳輸短波長光2008與透射發射的輻射 2014和/或與透射前向散射發射的輻射2016混合來產生白光。
在後向傳輸方向上(即針對由下變頻材料層反射的輻射2006、 2018、 2020、 2012)，可以通過將後向傳輸短波長輻射2006與後向傳輸下變頻輻 射2012的子分量2018、 2020中的一個或者兩個混合來產生白光。也就是 說，在後向傳輸的方向上，可以通過將後向傳輸短波長輻射2006與反射發射的輻射2018和/或與反射後向散射發射的輻射2020混合來產生白光。
前向傳輸短波長輻射2008的波長可以與由諸如LED晶片2002的輻射 源發射的輻射2000的波長大致相同。後向傳輸短波長輻射2006的波長可 以與輻射源2002發射的輻射2000的波長大致相同。前向傳輸短波長輻射 2008的波長可以與後向傳輸短波長輻射2006的波長大致相同。在示範性實 施例中，輻射源2002可以發射波長小於550nm的輻射，更具體地波長在大 約200nm至小於550nm的範圍以內。因此，前向傳輸短波長輻射2008的 波長和後向傳輸短波長輻射2006的波長可以小於550nm，更具體地波長在 大約200nm至小於550nm的範圍以內。
前向傳輸下變頻輻射2010 (包括其子分量2014、 2016)的波長和後向 傳輸下變頻輻射2012 (包括其子分量2018、 2020)的波長可以是波長比下 變頻材料2004的激發光譜更長的任意波長。在示範性實施例中，下變頻材 料2004的激發光譜可以在大約300nm至大約550nm的範圍以內。在替代 實施例中，可以使用具有除大約300nm至大約550nm的範圍之外的激發光 譜的其它下變頻材料。所述下變頻材料2004的激發光譜產生的輻射的波長 比由短波長輻射源2002產生的輻射的波長長。在示範性實施例中，下變頻 材料2004可以產生在大約490nm至大約750nm的範圍以內的輻射。
發明人已經發現在將下變頻螢光粉靠近LED管芯放置時將對螢光粉變 頻LED的性能產生負面影響。性能差主要是由下列事實引起包圍管芯的 螢光粉介質表現得像是各向同性發射器，且朝向管芯的後向傳輸輻射的一 部分在螢光粉層、管芯以及反射杯之間傳播。結果，後向傳輸輻射使得結 溫增加，因此，降低了系統的效率且增加了密封物的發黃。所有這些因素 將引起光輸出隨著時間降低。
文獻表明與螢光粉層發生碰撞的光的60%將後向傳輸，這將對所描述 的影響起作用(Yamada，等2003)。 8YAG: Ce螢光板的實驗室測量證明 在藍LED源的方向上接近60M的輻射能量後向傳輸。在其它因素中，反射 的輻射能量的絕對大小取決於螢光粉塗層的密度。
預計在RCLED中該影響的幅度更大，這是因為其光輸出更加準直。因 此，封裝嘗試捕獲透射的、發射的以及反射的分量以便提高系統效率。另 外，發明人已經創建了允許將螢光粉層從管芯移開的封裝，防止輻射反饋至LED和RCLED中。結果，通過允許更多反射的和由螢光層發射的輻射 從器件出射，所述封裝增加了器件的效率。同時，來自RCLED的輻射與熒 光粉層發生均勻的碰撞，以便獲得均勻的白光源。另外，提高了 LED和 RCLED的壽命。
在將螢光粉放置成與管芯相鄰的常規螢光粉變頻白LED中，超過65% 的由螢光粉產生的光後向散射且損耗在LED封裝中。基於這些發現，已經 發展了一種稱為光子散射萃取TM (SPETM)的技術。在2005年5月5日提 交且在2005年11月17日以WO 2005/107420 A2公布的待審國際申請 PCT/US2005/015736號中公開了該技術的方面。
為了增加螢光粉變頻白LED (pc-LED)的光輸出且實現更高的發光效 率，將下變頻材料(例如，螢光粉或者量子點)移動至遠處位置且將適當 剪裁的光學器件放置在LED晶片和下變頻材料層之間。接著，能夠提取後 向傳輸的光以提高總的光輸出和效率。通過提取螢光粉發射的和後向散射 的反射的輻射，該技術顯著地提高了 pc白LED的總的光輸出和發光效率， 其中反射的短波長輻射否則將損耗掉。在本說明書中所描述的本發明可以 例如使用LED晶片陣列以1501m/W實現1500流明的封裝。在示範性實施 例中，所述LED晶片陣列可以是氮基的。在替代實施例中，所述LED晶片 陣列可以是AlInN基或任意其它短波長發射器。
圖2示出了使用SPEW技術的器件。其示出了可以使用一個或多個固 態發射器和下變頻材料的高效光源。其示出了利用下變頻材料的光學器件， 所述下變頻材料遠離短波長輻射源。下變頻材料可以是螢光粉或量子點。 如所示，器件2000可以包括用於發射短波長輻射的輻射源202。輻射源202 通過由基本透明的介質製成的光學器件250與螢光粉層204隔離，所述基 本透明的介質可以基本是光透射的。基本透明的介質可以例如是空氣、玻 璃或丙烯酸。光學器件250以及本申請公開的所有實施例可以是圓柱形， 或可以具有其它彎曲或線性形狀。出於示意的目的，將光學器件250示出 為具有壁252和254，所述壁252和254可以是基本透明的且基本上是光透 射壁。可以將螢光粉層204放置成與光學器件250的部分206相鄰或放置 在部分206上。
螢光粉或量子點層204可以包括附加的散射顆粒(例如微球)以改善不同波長的混合光。同樣，螢光粉或量子點層204可以是單個螢光粉(或 量子點)或多個螢光粉(量子點)以產生可以處於幾個不同光譜區的不同 顏色的下變頻輻射。替代地，可以將僅具有散射顆粒的層放置在下變頻材 料層204的上面、或下面、或上面和下面以改善顏色混合。
其上可以沉積螢光粉層204的光學器件250的部分206可以是光學器 件250的端面。輻射源202可以位於光學器件250的另一部分處。例如， 輻射源202可以位於光學器件250的另一端面208處。可以將光學元件250 安置於基座256上。
短波長輻射源202可以位於壁252和254之間。可以將短波長輻射源 202和光學器件250兩者設置於基板256上。
示範性輻射光線214可以包括透射穿過螢光粉層204的輻射，所述輻 射包括透射穿過螢光粉層204的前向傳輸短波長輻射和透射穿過螢光粉層 204的前向下變頻輻射。
示範性輻射光線215可以包括後向傳輸短波長輻射和後向傳輸下變頻 反射輻射，所述後向傳輸下變頻反射輻射可以由螢光粉層204後向發射和/ 或散射。示範性輻射光線216可以包括由螢光粉層204後向散射的輻射。 示範性輻射光線216可以包括可以透射穿過基本透明的、基本光透射的壁 252、 254的輻射光線215。儘管示範性箭頭215示出了在側壁252和254 的中間附近傳輸的後向傳輸輻射，應當理解，後向傳輸輻射可以在沿著側 壁252和254的多個位置透射穿過側壁252和254。可以將在光學器件250 之外進行的輻射的傳輸稱為光提取。因此，輻射光線215和輻射光線216 可以包括由螢光粉層204反射的短波長輻射和可以由螢光粉層204發射和/ 或散射的下變頻反射輻射。所有輻射光線215和216或其中的一些可以被 視為可見光。
因為可以將光學器件250配置和設計成具有基本透明、基本光透射的 壁252和254，以便從光學器件250內部至光學器件250外部提取輻射，所 以可以發生穿過側壁252和254的輻射傳輸(提取)。另外，光學器件250 的各個寬度可以改變，以便將期望量的輻射提取到光學器件250外部。可 以改變的寬度是端面206處的寬度和端面208處的寬度。類似地，可以改 變在端面206和端面208之間的寬度。端面206和208之間的寬度可以導致壁252和254為基本直的、彎曲的、或既具有直的部分又具有彎曲部分。
根據將使用光學器件250的應用情況，可以改變如上所討論的光學器 件250的特徵的尺寸。可以通過採用光線追跡原理和全內反射(TIR)原理 來改變和設置光學器件250的特徵的尺寸。在應用TIR原理時，離開壁252 和254中的一個或者兩個的輻射的反射率可以超過99.9%。可以將TIR原 理應用於本申請所公開的所有實施例。
可以根據光學器件的使用情況來設置光學器件250的尺寸。例如，可 以設置光學器件的尺寸，以便使得來自輻射源202的進入光學器件250的 輻射量最大化。替代地，可以設置光學器件250的尺寸，以便使得來自輻 射源202的與下變頻材料204發生碰撞的輻射量最大化。並且替代地，可 以設置光學器件250的尺寸，以便使得從下變頻材料204後向傳輸的輻射 量最大化。並且替代地，可以設置光學器件250的尺寸，以便使得穿過壁 252和254提取到的輻射量最大化。並且替代地，可以設置光學器件250的 尺寸，以便提供一種儘可能地同時使得如上所討論的下列輻射特徵中的每 一個最大化的器件進入光學器件250的輻射量；與下變頻材料204發生 碰撞的輻射量；從下變頻材料204後向傳輸的輻射量；以及穿過壁252和 254提取到的輻射量。另外，可以設置光學器件250的尺寸，使得如上所討 論的特徵中的任意一個不最大化或不是所有的所述特徵都最大化。可以使 用光線追跡原理和TIR原理，以便實現這些替代中的任意一個。
可以改變的一些尺寸是光學器件的端面206的直徑；光學器件的端面 208的直徑；壁252和/或254相對於端面208的角度；壁252和/或254的 形狀。例如，壁252和/或254可以是直的、彎曲的、或直的和彎曲的的組 合。光學器件250的高度260可以小於30mm。
光學器件250的折射率可以在大約1.4至大約1.7的範圍以內。輻射源 202的折射率可以在大約1.7至大約2.6的範圍以內。可以通過例如輻射透 射環氧樹脂220的材料對輻射源202進行封裝。封裝材料可以被稱為圓頂 220。圓頂220的高度可以在大約2mm至大約10mm。圓頂220可以用於束 控制和用來提高輻射源的效率，諸如在輻射源202是LED時。為了提供這 些優點，圓頂220的折射率可以在大約1.4至1.7的範圍以內。可以將圓頂 220的折射率選擇為在輻射源202的折射率和光學器件250的折射率之間，
18使得可以對輻射源202的輸出和光學器件250之間的輻射提供過渡。
在光學器件250的端面208中提供孔隙。可以確定孔隙的大小和形狀 以沿著所封裝的輻射源202容納圓頂220。因此，孔隙的高度可以是大約 2mm至大約15mm，以便完全容納圓頂220。
圖3是根據本發明的示範性實施例的發光裝置的局部截面圖。圖3示 出了可以是發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)、或共振腔發光二極體 (RCLED)的短波長輻射源302。輻射發射源302沒有由圓頂封裝。輻射 發射源302可以製造成不具有常規的圓頂，或者可以製造成具有圓頂，如 有需要可以將圓頂去除。輻射發射源302可以發射短波長輻射。可以將輻 射源302的一側安置於熱沉304上，所述熱沉304可以將熱量從輻射源302 傳輸出去。熱沉304的內表面306可以是反射表面以形成反射杯。在示範 性實施例中，出於示意的目的，反射表面306的形狀可以是拋物面，但是 其可以採用諸如凹形、橢圓形或平板形的任意幾何形狀。在示範性實施例 中，熱沉304的長度370可以是大約5mm。反射表面306可以將從光學器 件提取的一些光引導至下變頻材料310，且可以將所提取的一些光引導至透 鏡340而不與下變頻材料310發生碰撞。
可以將光學器件308安置於熱沉304上且在輻射源302上方。光學器 件308可以利用放置在光學器件的一部分316上的下變頻材料310，所述光 學器件遠離輻射源302。下變頻材料310可以是螢光粉或量子點。通過可以 由基本透明的介質製成的光學器件308將輻射源302與螢光粉層310隔離， 所述透明介質可以基本是光透射。基本透明的介質可以是例如空氣、玻璃 或丙烯酸。光學器件308可以具有基本透明和基本光透射的壁312和314。
螢光粉或量子點層310可以包括附加的散射顆粒(例如微球)以改善 不同波長的混合光。同樣，螢光粉或量子點層310可以是單個螢光粉(或 量子點)或多個螢光粉(量子點)以產生可以處於幾個不同光譜區的不同 顏色的下變頻輻射。替代地，可以將僅具有散射顆粒的層放置在下變頻材 料層310的上面、或下面、或上面和下面以改善顏色混合。
其上可以沉積螢光粉層310的光學器件308的部分316可以是光學器 件308的端面。輻射源302可以位於光學器件308的另一部分處。例如， 輻射源302可以位於光學器件308的另一端面318處。如所示，可以將光學元件308放置於基座上，所述基座可以是熱沉304。
短波長輻射源302可以位於光學器件308的壁312和314之間。短波 長輻射源302和光學器件308兩者都可以安置於熱沉304上。
輻射源302、光學器件308以及下變頻材料310的操作及其之間的相互 關係可以與圖1和2中所示和所描述的相應元件的操作及其之間的相互關 系相同。由輻射源302發射的短波長輻射可以導致透射穿過螢光粉層310 的輻射，其包括透射穿過螢光粉層310的前向傳輸短波長輻射和透射穿過 螢光粉層310的前向下變頻輻射；以及後向傳輸短波長輻射和可以由螢光 粉層310後向發射和/或散射的後向傳輸下變頻反射輻射。應當理解，後向 傳輸輻射可以在沿著側壁312和314的多個位置透射穿過側壁312和314。 可以將在光學器件308之外的輻射的傳輸稱為光提取。因此，可以從光學 器4牛308提取的輻射光線可以包括由螢光粉層310反射的短波長輻射和由 螢光粉層310發射和/或散射的下變頻反射輻射。由輻射源302的頂部和側 面發射的一些短波長輻射可以離開光學器件308而不與下變頻材料310發 射碰撞。可以將所提取的短波長反射輻射和所提取的下變頻反射輻射的一 部分或全部視為可見光。
因為可以將光學器件308配置且設計成具有基本透明、基本光透射的 壁312和314，以便從光學器件308內部至光學器件308外部提取輻射，所 以可以發生穿過側壁312和314的輻射傳輸(提取)。另外，光學器件308 的各個寬度可以改變，以便將期望量的輻射提取到光學器件308外部。可 以改變的寬度是端面316處的寬度和端面318處的寬度。類似地，可以改 變在端面316和端面318之間的寬度。通過改變壁312和314的形狀，可 以引起端面316和318之間的壁312和314的寬度的改變。壁312和314 可以基本為直的、彎曲的、或既具有直的部分又具有彎曲部分。
根據將使用光學器件308的應用情況，可以改變如上所討論的光學器 件308的特徵的尺寸。可以通過採用光線追跡原理和全內反射(TIR)原理 來改變和設置光學器件308的特徵的尺寸。在應用TIR原理時，離開壁312 和314中的一個或者兩個的輻射的反射率可以超過99.9%。可以將TIR原 理應用於本申請所公開的所有實施例。
可以根據光學器件的使用情況來設置或調整光學器件308的尺寸以及下變頻材料310的特性。例如，可以設置光學器件的尺寸，以便使得來自 輻射源302的進入光學器件308的輻射量最大化。替代地，可以設置光學 器件308的尺寸，以便使得來自輻射源302並與下變頻材料310發生碰撞 的輻射量最大化。並且替代地，可以設置光學器件302的尺寸，以便使得 從下變頻材料310後向傳輸的輻射量最大化。並且替代地，可以設置光學 器件308的尺寸，以便使得穿過壁312和314提取到的輻射量最大化。
應當理解，還可以設置或調整光學器件308的其它實施例的尺寸和下 變頻材料310的特性以產生沒有被最大化的輻射特徵。在這些其它實施例 中，根據光學器件的使用情況，可以將下列一個或多個輻射量調整成小於 其對應的最大水平的一個或多個變化的水平進入光學器件308的輻射量； 與下變頻材料310發生碰撞的輻射量；從下變頻材料310後向傳輸的輻射 量；以及穿過壁312和314提取到的輻射量。針對光學器件的特定使用， 還可以根據相對成本需要與光所需的提取效率的關係來改變光學器件308 的尺寸。
可以使用光線追跡原理和TIR原理，以便實現這些替代中的任意一個。 可以改變的一些尺寸是光學器件的端面316的直徑；光學器件的端面 318的直徑；壁312和/或314相對於端面318的角度；壁312和/或314的 形狀。例如，壁312和/或314可以是直的、彎曲的、或直的和彎曲的的組 合。在示範性實施例中，光學器件308的高度360可以是大約3mm。
圖4是圖3中所示的光學器件的局部截面圖，其是具有孔隙的示範性 實IS例。更具體而言，圖4是具有孔隙320的示範性實施例的光學器件308 的局部截面圖。圖4示出了光學器件308和在光學器件308的端面316上 的下變頻材料310。圖4示出了光學器件308的端面318中的孔隙320。可 以確定孔隙320的大小和形狀以容納輻射源302，使得光學器件308至少部 分包圍輻射源302，因為輻射源302的絕大部分在孔隙302裡面。如圖3和 4所示的示範性實施例中所示，當輻射源302在孔隙320裡面時，光學器件 308基本可以包圍全部輻射源302。沒有被光學器件308包圍的輻射源302 的部分僅僅是位於熱沉304上的部分。當將輻射源安置於如圖3和4所示 的光學器件308的孔隙320裡面時，可以說輻射源302完全陷於光學器件 308裡面。在示範性實施例中，輻射源302的尺寸可以是大約lmmX大約lmmX大約0.3mm，且孔隙320的直徑可以是大約2mm。通過使用沒有圓 頂的輻射源，光學器件308的高度360可以小於例如圖2中所示的光學器 件250的高度260。
應當理解，光學器件中的孔隙可以具有各種形狀。如圖4中所示，例 如孔隙320可以具有彎曲形狀。圖5是圖3中所示的光學器件的局部截面 圖，其是具有孔隙的替代實施例。在圖5中所示的替代實施例中，孔隙322 的形狀可以更接近於輻射源302的形狀。例如，如圖5中所示，光學器件 308的孔隙322的形狀可以是梯形。在示範性實施例中，孔隙322的尺寸可 以等於或稍大於輻射源302的直徑。如圖5中箭頭50所示，可以將具有梯 形形狀的孔隙322的光學器件308放置於輻射源302的頂部且基本包圍輻 射源302。當使用諸如孔隙322的孔隙時，且將光學器件308放置於輻射源 302頂部時，圖3可以示出在光學器件308的孔隙322裡面的輻射源308。 如圖3和5中所示，可以使得光學器件308中的孔隙的形狀與輻射源302 的形狀更匹配。在替代實施例中，無論使用何種形狀的孔隙，除了輻射源 302的可能位於熱沉304上或在沒有使用熱沉時位於支撐基座上的那一側之 外，輻射源302可以完全陷於光學器件308裡面且可以基本被光學器件308 所包圍。
光學器件308的折射率可以在大約1.4至大約1.7的範圍以內。輻射源 的折射率在大約1.7至大約2.6的範圍以內。參照圖4，在輻射源302和光 學器件308之間可能存在諸如間隙324、 326以及328的空氣間隙。參照圖 4，在孔隙320內部的輻射源302的頂點330和光學器件308的相鄰點之間 以及在孔隙320的內部的輻射源302的頂點332和光學器件308的相鄰點 之間同樣可能存在空氣間隙(未示出)。參照圖3和5，在孔隙322裡面的 輻射源302的側面和光學器件308的內側之間同樣可以存在空氣間隙。無 論輻射源和孔隙的各自形狀如何，在孔隙裡面的輻射源302和光學器件308 的內部之間同樣可能存在空氣間隙。為了給從輻射源302至光學器件308 傳遞的輻射提供過渡，可以放置密封物以填充輻射源302和光學器件308 之間的間隙。因此，對於光學器件裡面的任何形狀的輻射源和任何形狀的 孔隙，可以將密封物放置於間隙中。密封物可以為從各輻射源至光學器件 傳遞的輻射提供過渡。在示範性實施例中，密封物可以儘可能地填充每一個間隙，以便獲得
從輻射源302至光學器件308的最高輻射傳輸效率。如果沒有完全填充每 一個間隙，則從輻射源302至光學器件308的輻射傳輸效率將降低，還可 以將密封物用作粘結材料以將光學器件308粘結至輻射源302。光學器件 308和輻射源302之間更好的粘結可以導致從輻射源302至光學器件308的 輻射傳輸效率更高。
在示範性實施例中，密封物材料可以是矽膠、環氧樹脂、聚合物或任 何其它密封物，所述密封物是基本光透射、具有必要的折射率且具有足夠 的柔性以基本密封這些間隙。密封物材料的折射率可以在輻射源302的折 射率和光學器件308的折射率之間。在示範性實施例中，密封物的折射率 可以在轄射源302的折射率和光學器件308的折射率之間的範圍以內。例 如，密封物的折射率可以在大約1.5至大約2.3的範圍以內。在示範性實施 例中，應使甩足夠的密封物，使得可以達到基本填充包括但不限於間隙320、 324和326的所有間隙。通過使用沒有圓頂的輻射源以及使用諸如凝膠的密 封物作為輻射源和光學器件之間的連接體，可以允許將光學器件設計成基 本比使用利用圓頂進行封裝的輻射源的光學器件短。例如，參照圖2，裝置 200的高度260可以是大約20mm。相反，參照圖3，裝置300的高度360 可以是大約3mm。因此，在結合SPEm技術的發光裝置的設計和製造中， 使用密封物代替圓頂給了用戶大得多的靈活性。例如，通過使用更多或更 少的密封物，可以製造在大約2mm至10mm的高度範圍中的發光裝置。
返回參照圖3,可以將透鏡340放置於光學器件308的頂部上且在下變 頻材料310的上方。透鏡340可以用來對從下變頻材料310向前傳輸的光 和可以由反射器306反射的光進行聚焦。透鏡340的折射率還可以補償包 含在間隙342中的空氣的折射率，所述間隙342在將透鏡340放置於光學 器件308和下變頻材料310上時形成。透鏡340可以是球面透鏡或可以是 在需要時能夠引導光的其它任意形狀。使用粘接材料可以將透鏡340附著 至下變頻材料。在替代實施例中，還可以將透鏡340附著至熱沉304。在又 一替代實施例中，將透鏡340既附著至下變頻材料310又附著至反射杯306。
圖6至9示出了圖3-5中所示的裝置的替代實施例。在這些實施例的每 一個當中，光學器件308、下變頻材料310、輻射源302以及孔隙(圖6-9中未示出)可以與關於圖3-5中任意一個所討論的相同。圖6示出了具有薄 膜的裝置，所述薄膜具有在光學器件308的頂部和下變頻材料310上的微 鏡陣列342。在該實施例中，可以將陣列342僅附著至下變頻材料310，僅 附著至熱沉304，或既附著至下變頻材料310又附著至熱沉304。圖7示出 了在光學器件308和下變頻材料310頂部上沒有任何透鏡的裝置。圖8示 出了可以僅附著至下變頻材料310的透鏡344。該實施例中的透鏡344可以 是結合圖3-5和7所示和所描述的任何透鏡。圖9示出了可以是本申請中所 示和所描述的任何透鏡的透鏡346以及具有反射表面350和352的熱沉348。 熱沉348的反射表面350和352可以不具有拋物面形狀或橢圓形狀。替代 地，反射表面350和352中的一個或兩個可以具有線性形狀。
圖IO示出了本發明的另一實施例。該實施例具有多個短波長輻射源。 圖10示出了具有如圖5中所示的下變頻材料310和孔隙322的光學器件 308。這些元件可以與圖5中所示相應元件具有相同的大小。然而，與圖5 中所示的單個短波長輻射源302不同的是，圖IO中所示的實施例可以具有 位於熱沉304上的三個短波長輻射源400、 402、 404。短波長輻射源400、 402、 404中的任何一個都沒有通過圓頂進行封裝。因為圖10中的孔隙322 的大小可以和圖5中的孔隙322的大小相同，所以輻射源400、 402、 404 中的一個或多個的大小可以小於圖5中所示的輻射源302的大小。在示範 性實施例中，輻射源400、 402和404中的一個或多個的大小可以是大約 0.3mmX大約0.3mmX大約0.3mm。儘管圖10中示出了放置於熱沉304上 的三個輻射源，應理解可以使用兩個短波長輻射源；或可以使用三個以上 短波長輻射源，只要它們能安裝到孔隙322中。在至少一個輻射源和孔隙 322的內表面之間可以使用密封物。用於本發明的該實施例和用於本申請所 公開的本發明的所有實施例的密封物可以與關於圖3-5中所討論的密封物 相同。
圖11示出了本發明具有多個短波長輻射源的另一實施例。在圖11中， 三個短波長輻射源302A、 302B、 302C中的每一個的大小可以與圖5中所 示的短波長輻射源302的大小相同。302A、 302B和302C中的任何一個都 沒有通過圓頂進行封裝。為了容納這三個輻射源，在可以是光學器件408 的端面的部分416上具有下變頻材料的光學器件408可以比圖3、 5和10中所示的光學器件308大。在示範性實施例中，圖11中所示的孔隙422的 大小可以是大約6mm。另外，熱沉412的大小可以大於圖3、 5和10中所 示的熱沉304。在示範性實施例中，熱沉412的長度470可以是大約10mm。 儘管圖11示出了放置於熱沉412上的三個短波長輻射源302A、302B、302C， 應理解可以使用兩個短波長輻射源；或可以使用三個以上短波長輻射源。 如果輻射源的數目與圖11中所示的實施例不同，則可以改變孔隙422的大 小和熱沉412的大小以容納它們。與本申請中的其它實施例一樣，可以使 用密封物以密封光學器件302A、 302B、 302C中的每一個和孔隙422內部 的光學器件408的表面之間的所有間隙。
圖12示出了本發明具有多個短波長輻射源的再一實施例。在圖12中， 示出了具有三個隔離的熱沉部分502、 504、 506的單個熱沉500。熱沉部分 中的每一個可以具有自己的形成反射杯508、 510、 512的相應反射表面和 自己的標示為短波長輻射源514、 516和520的相應短波長輻射源。在該實 施例中，可以使用具有相應下變頻材料528、 530、 532和相應孔隙534、 536 和538的相應光學器件522、 524和526。與本申請中所公開的所有其它實 施例一樣，輻射源514、 526或520中的任何一個都不具有圓頂。替代地， 可以在各相應的輻射源和光學器件522、 524、 526的相應孔隙534、 536、 538的相應內表面之間的間隙中(未示出)使用密封物。儘管圖12示出了 三個輻射源和其它匹配元件，應理解可以使用兩個輻射源；或可以使用三 個以上的輻射源。如果輻射源的數目與圖12中所示的實施例中的不同，則 光學器件的數目也可以不同，以便與輻射源的數目匹配。
還應理解，對本申請中所示的所有實施例，透鏡的各種配置和該透鏡 的各種附著方式可以與關於圖6至9所示的實施例所示出和解釋的相同。
圖14示出了可以用來製造結合圖3-12所描述的本發明的任何實施例的 方法的示範性實施例。所述方法可以用來製造發光裝置，其具有用於發射 短波長輻射的輻射源；下變頻材料，其至少接收一些由輻射源發射的短波 長輻射；以及光學器件，其用於提取從下變頻材料後向傳輸的輻射和/或從 短波長輻射源發射的輻射。如方框700所示，將下變頻材料放置於光學器 件的第一部分上。與前面所解釋的一樣，光學器件的第一部分可以是光學 器件的第一端面。如方框702所示，在光學器件的第二部分中形成孔隙。光學器件的第二部分可以是光學器件的第二端面。應當理解，如方框702 所示的形成孔隙的步驟可以在如方框700所示的放置下變頻材料的步驟之 前來執行。方框704示出了將密封物放置於光學器件的第二部分的表面上， 其中所述表面在孔隙的內部。在將密封物放置於孔隙的內表面之後，方框 706示出了可以將輻射源放置於孔隙中。當將輻射源放置於孔隙中時，輻射 源的至少一個表面可以接觸密封物。
在將輻射源放置於孔隙中後，如方框708和710所示，至少可以密封 光學器件和輻射源之間的第一和第二間隙。在對輻射源和孔隙內部之間的 間隙進行了密封之後，如方框712所示，可以將光學器件放置於支架上， 輻射源處於孔隙內部。所述支架可以是熱沉。應當理解，可以在方框712 所示的步驟之後來執行方框708和710所示的步驟。在已經密封了輻射源 和孔隙內部之間的間隙且將器件放置於支架上之後，如方框714所示，可 以與下變頻材料相鄰地放置透鏡。
圖15示出了另外一種製造結合圖3-12所描述的本發明的任何實施例的 另一方法。在該方法中，方框800、 802和804所示的步驟與方框700、 702 和704所示的步驟相同。如方框806所示，在將密封物放置於孔隙的內表 面之後，可以將輻射源放置於支架上，所述支架可以是熱沉。應當理解， 可以在如方框800、 802和804所示的步驟之前來執行如方框806所示的將 輻射源放置於支架上的步驟。如方框808所示，在將輻射源放置於支架上 之後，將光學器件放置於支架上且在輻射源的上方，其孔隙內部表面上具 有密封物。當完成所述步驟時，仍如方框808所示，光學器件可以基本包 圍輻射源。此時，如方框810所示，可以密封光學器件和輻射源之間的多 個間隙。接著，如方框812所示，可以與下變頻材料相鄰地放置透鏡。應 當理解，可以不執行方框812中所示的步驟和方框714中所示的步驟，例 如，在製造圖7中所示的實施例時，其中可以不使用該透鏡。
圖13示出了本發明的再一實施例，其中多個反射表面與輻射源和光學 器件相鄰。圖13中示出了發光裝置6p0。發光裝置600具有光學器件608， 在光學器件608的部分616上有下變頻材料，所述部分616可以是光學器 件608的端面。裝置600還可以具有安置於熱沉604上的短波長輻射源602。 與本申請中的所有其它實施例的情況一樣，可以不通過圓頂來封裝輻射源602。熱沉604可以形成具有反射表面612和614的兩個反射杯。第一反射 杯和表面612可以與第二反射杯和表面614相鄰。反射表面612的半徑可 與反射表面614的半徑相同或不同。另外，反射表面612可以由多個表面 來組成，所述多個表面中的每一個可以具有不同的半徑。組成反射表面612 的所述多個半徑可以取決於光學器件608的高度。
第一反射表面612可以部分包圍光學器件608和下變頻材料610。與關 於本發明其它實施例所討論的一樣，反射表面612可以在下變頻材料610 的方向上和透鏡640的方向上引導從光學器件608提取到的光。
可以將輻射源602安置於熱沉604的底部，使得反射表面614可以部 分地包圍輻射源602。在以點613、 615所示的點可以將第一反射表面612 耦合至第二反射表面614。從熱沉604的底部605至點613和615的距離可 以等於或大於輻射源602的高度。光學器件608的端面部分618的直徑可 以基本等於點613和615之間的距離。
實際上，可以將輻射源602安置於由熱沉604的底部605和反射杯形 成的井中，所述反射杯由反射表面614形成。反射表面可以將從輻射源602 的側面發射的輻射引導至光學器件608中。由反射表面614反射的一些輻 射可以透射至光學器件608中且可以與下變頻材料610發生碰撞。由反射 表面614反射的一些輻射可以透射至光學器件608中且可以穿過壁620、622 離開光學器件608，而不與下變頻材料610發生碰撞。可以將由反射表面 614反射的一些輻射引導至透鏡640而不與下變頻材料 610發生碰撞。
在本發明的該實施例中，光學器件608的端面618不具有孔隙。可以 將光學器件608的端面618放置於輻射源602的頂部表面603上。可以將 密封物(未示出)放置於輻射源602和反射表面614之間的間隙642、 644 中以及輻射源602和光學器件608的端面618之間的間隙646中。與結合 本發明其它實施例所描述的一樣，密封物可以具有相同的特性且可以用於 相同目的。
現在將描述用於製造圖13中所示的裝置的製造方法。圖16示出了該 方法的示範性實施例，所述方法用來製造結合圖13所描述的本範明的實施 例。
對於製造發光裝置的該方法，具有用於發射短波長輻射的輻射源、接收由輻射源發射的至少一些短波長輻射的下變頻材料、用於提取從下變頻 材料後向傳輸的輻射和/或從短波長輻射源發射的輻射的光學器件。還具有 第一反射杯和第二反射杯。第二反射杯與第一反射杯相鄰且形成井。
如方框900所示，將下變頻材料放置於光學器件的第一部分上。如方 框902所示，可以將輻射源的第一表面放置於井的第一表面上。執行該步 驟之後，形成井的反射杯可以部分包圍輻射源。如方框904所示，接著可 以將第一密封物放置於輻射源的至少第二表面和井的第二表面之間。如圖 906所示，接著可以將第二密封物放置於輻射源的至少第三表面上。對於第 一和第二密封物，可以使用相同的材料或不同的材料。如方框908所示， 接著可以將光學器件放置於第一反射杯中，使得第一反射杯部分包圍光學 器件，且光學器件與第二密封物接觸。接著，如方框910所示，可以與下 變頻材料相鄰地放置透鏡。
圖17和18示出了本發明的另一實施例。圖17是可以安裝於輻射源上 方且在反射器上的光學器件的替代實施例的局部截面圖。圖17示出了光學 器件1008和在光學器件1008的端面1016上的下變頻材料1010。圖17示 出了光學器件1008的端面1018中的孔隙1020。儘管將孔隙1020示為具有 彎曲形狀，但是孔隙1020可以具有其它與輻射源的形狀更接近的其它形狀。 例如，孔隙1020可以具有梯形形狀。圖17還示出了安裝在熱沉1034上的 輻射源1032，所述熱沉1034具有形成反射杯的反射表面1036。光學器件 1008、孔隙1020、下變頻材料1010、輻射源1032、熱沉1034以及反射表 面1036的尺寸和特性可以與本申請中的關於本發明其它實施例所描述的尺 寸和特性相同。輻射源1032具有高度1033。也可以以與關於本發明的其它 實施例中所描述的一樣的方式將光學器件安裝於輻射源1032的上方且在熱 沉上。圖18示出了已經安裝於輻射源1032的上方且在熱沉1034上的光學 器件1008。
參照圖17和18，在端面1016和端面1018之間，光學器件1008可以 具有側壁1040和1042。側壁1040、 1042的第一部分可以基本上是透射光 的而側壁1040、 1042的第二部分可以基本上是不透射光的。可以將反射材 料1046A應用於壁1040的部分，且可以將反射材料1046B應用於壁1042 的部分。反射材料1046A和1046B可以是高度反射的漆。在示範性實施例中，所述漆可以由硫酸鋇基漆製成且可以表現出大約97%的反射率。在替 代實施例中，可以使用氣化的鋁塗層或波長可選的塗層來代替漆。
如圖18所示，不僅可以從輻射源1032的頂部1050來發射短波長輻射， 也可以從輻射源1032的側面1052和1054來發射短波長輻射。箭頭1056 和1058表示分別從短波長輻射源1032的側面1052和1054發射的示範性 短波長輻射光線。應當理解，除了示範性輻射光線1056和1058之外，短 波長輻射光線也可以從側面1052和1054發射。在沒有反射材料1046A和 1046B的情況下，可以提取穿過光學器件1008的壁1040和1042且反射離 開反射表面1036的來自側面1052和1054的輻射。可以引導從反射表面1036 反射的一些輻射，使得其與下變頻材料1010發生碰撞。可以不引導從反射 表面1036反射的其它的輻射。替代地，例如，可以將反射的一些輻射引導 朝向並穿過下變頻材料IOIO和反射表面1036之間的間隙1060和1062。被 反射朝向並穿過間隙1060和1062的任何輻射將不會被下變頻材料1010變 頻為白光。
當將反射材料1046放置於光學器件1008的底部部分上時，通過反射 材料1046，可以將從輻射源1032的側面1052和1054發射的輻射引導朝向 下變頻材料且與下變頻材料發生碰撞。圖18示出了在示範性輻射光線1056 和1058與下變頻材料1046A、 1046B發生碰撞時可以由反射材料1046A、 1046B反射的示範性輻射光線1070和1072。應當理解，除了示範性反射的 輻射光線1070和1072之外，短波長輻射光線可以從側面1052和1054發 射且可以由反射材料1046A、 1046B朝向下變頻材料1010反射。
應當理解，出於示意的目的，對反射材料1046A、 1046B的厚度進行 了放大。在示範性實施例中，反射材料1046A、 1046B的厚度相對於圖17 和18中所示的其它元件可以薄得多。在示範性實施例中，如圖17和18所 示，可以分別沿著壁1040和1042的外部來布置反射材料1046A、 1046B。 在替代實施例中，可以將反射材料1046A、 1046B分別嵌入壁1040和1042 裡面。在另一替代實施例中，可以分別沿著壁1040和1042的內表面來布 置反射材料1046A、 1046B。
參照圖17和18,反射材料1046A、 1046B的長度1047可以達到相應 的壁1040和1042的長度的90%。如圖18所示，反射材料1046A、 1046B
29的示範性實施例可以從與輻射源1032的底部1051相鄰的點延伸至反射材 料1046A、 1046B的相應端點1049A、 1049B,所述端點1049A、 1049B在 輻射源1032的頂部1050以上且在光學器件1008的端面1016以下。在替 代實施例中，反射材料1046的長度1047可以導致反射材料1046A、 1046B 中的一個或兩個的端點1049A、 1049B等於、超過、或小於輻射源1032的 高度1033，使得根據長度1047將有不同量的從側1052和1054發射的輻射 碰撞下變頻材料。也就是說，反射材料1046A和1046B的長度可以相同， 或可以不同，且反射材料1046A和1046B的相應長度可以對稱也可以不對 稱。
在該實施例中，在相應反射材料1046A、 1046B的端點1049A、 1049B 和光學器件1008的端面1016之間的壁1040、 1042的第一部分可以基本是 光透射的。因為反射材料1046A、 1046B的存在，所以在輻射源1032的底 部1051和端點1049A、 1049B之間的壁1040、 1042的第二部分可以基本是 不透射光的。替代地，壁1040、 1042的第二部分基本可以是反射的。
使用反射材料1046A、 1046B的另一優點是可以降低製造諸如光學器 件1008的光學器件的成本。如果在其整個長度上，光學器件1008的壁1040、 1042基本透射光的話，則在其整個長度上可能必需要對壁1040、 1042進行 高度拋光以便利用TIR原理。當將反射材料1046A、 1046B應用於光學器 件的底部時，可以降低光學器件的製造成本，因為可以不必沿著壁1040、 1042的整個長度對壁1040和1042進行高度拋光。替代地，可能需要僅僅 對反射壁1040和1042的具有反射材料1046A、1046B那些部分進行高度拋 光。參照圖18，將反射材料1046A、 1046B布置在反射壁1040和1042上 或其中時，可以僅需要對反射壁1040和1042中從反射材料1046A、 1046B 的端點1049A、 1049B至光學器件1008的端面1016的部分進行高度拋光。 與反射材料1046A、 1046B的長度1047 —致的壁1040和1042的其餘部分 可以具有比端點1049A、1049B和光學器件1008的端面1016之間的表面更 粗糙的表面。減少對光學器件1008執行的拋光量可以大大減少製造光學器 件1008的成本。
圖19和20示出了本發明的再一實施例。圖19是本發明的該實施例的 局部截面圖。圖20是該實施例的另一局部截面圖，其示出了耦合至該實施例的其它元件的光學器件。圖19和20所示的實施例基本與圖17和18所 示的實施例相同。
圖19和20所示的實施例可以具有熱沉1034的替代實施例。在圖19 和20中，示出了孔隙1022的替代形式。與本申請的先前部分所解釋的一 樣，可以使用替代形狀的孔隙。在該實施例中，熱沉1034具有凸起部分1035。 凸起部分1035的高度1085可以達到熱沉1034的高度1087的50%。可以 將輻射源1032布置在凸起部分1035的頂部上。圖20示出了從輻射源1032 的側面發射且通過反射材料1046A、 1046B朝著下變頻材料1010反射為示 範性反射輻射光線1070、 1072的示範性輻射光線1056、 1058。與前面所解 釋的一樣，更多或更少的輻射光線可以從輻射源1032的側面發射並通過反 射材料1046A、 1046B朝向下變頻材料1010反射。
在圖20所示的實施例中，孔隙可以覆蓋整個輻射源1032和熱沉1034 的基本所有的凸起部分1035。另外，凸起部分1035的側面1080、 1082在 其上可以具有反射表面。孔隙還可以覆蓋反射表面1080、 1082。換句話說， 輻射源1032可以全部陷於孔隙裡面且凸起部分1035至少可以部分陷於孔 隙中。
圖20所示的實施例的優點是因為在輻射源1034的側面和反射材料 1046A、 1046B之間可以具有更大的間隙體積，所以可以減少朝向輻射源 1034反射回來的輻射量。
圖21和22示出了可以用來製造圖17-20中所示的實施例的方法的示範 性和替代實施例。圖21中所示的方法與圖14中已經示出的方法相同，同 時還需要考慮方框701所示的附加的步驟。方框701中所示的步驟涉及沿 著光學器件的一個或多個壁來放置反射材料，或將所述反射材料嵌入所述 壁中。如所示，可以在方框700所示的步驟之後且在方框702所示的步驟 之前來執行方框701中的步驟。然而應當理解，可以採用任意的順序來執 行方框700、 701以及702所示的步驟。
圖22中所示的方法與圖15中已經示出的方法相同，同時還需要考慮 方框801所示的附加的步驟。方框801中所示的步驟涉及沿著光學器件的 一個或多個壁來放置反射材料，或將所述反射材料嵌入所述壁中。如所示， 可以在方框800所示的步驟之後且在方框802所示的步驟之前來執行方框801中的步驟。然而應當理解，可以採用任意的順序來執行方框800、 801 以及802所示的步驟。
在本申請所描述的所有製造方法中，應理解在各個製造過程中的每一 個中所使用的短波長輻射源不具有圓頂。為了獲得不具有圓頂的短波長輻 射源，用戶可以購買沒有圓頂的短波長輻射源，或可以購買具有圓頂的短 波長輻射源並接著在製造過程中作為而外的步驟將圓頂去除。
儘管這裡參照具體實施例示出和描述了本發明，但本發明並不限於這 裡所示的細節。相反，可以在權利要求的等同物的範圍內且不脫離本發明 的情況下，在細節上做出多種修改。
權利要求
1、一種發光裝置，包括輻射源，用於發射短波長輻射；下變頻材料，接收且下變頻至少一些由所述輻射源發射的所述短波長輻射，並後向傳輸所接收且下變頻的輻射中的一部分；光學器件，與所述下變頻材料相鄰，至少部分包圍所述輻射源，用於提取至少一些從所述下變頻材料後向傳輸的所述輻射；以及至少一個密封物，用於基本密封所述輻射源和所述光學器件之間的間隙。
2、 如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述光學器件具有孔隙，所 述輻射源的至少一部分布置在所述孔隙內部。
3、 如權利要求2所述的發光裝置，還包括布置在所述孔隙內部用於發 射短波長輻射的多個輻射源，其中，所述至少一個密封物基本密封各相應 輻射源和所述光學器件之間的相應間隙。
4、 如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述至少一個密封物的材料 是矽樹脂、聚合物、環氧樹脂或其它輻射透射材料之一。
5、 如權利要求l所述的發光裝置，其中，所述光學器件包括玻璃、丙 烯酸或其它基本上輻射透射的材料之一。
6、 如權利要求1所述的發光裝置，還包括與所述下變頻材料相鄰的透 鏡，用於接收從所述下變頻材料前向傳輸的輻射。
7、 如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述輻射源包括發光二極體 (LED)、雷射二極體(LD)、或共振腔發光二極體(RCLED)的至少其中之一。
8、 如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述輻射源沒有圓頂。
9、 如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述輻射源與所述光學器件 緊密相鄰。
10、 如權利要求1所述的發光裝置，其中，所述下變頻材料包括用於 吸收一個光譜區的輻射並發射另一光譜區的輻射的螢光粉或量子點的至少 其中之一。
11、 如權利要求1所述的發光裝置，還包括至少部分包圍所述光學器 件的反射器，用於以預定的方向引導至少一些從所述光學器件提取的所述 輻射。
12、 如權利要求11所述的發光裝置，其中，所述反射器的形狀是拋物 面或橢圓的至少其中之一。
13、 如權利要求ll所述的發光裝置，其中，所述反射器將熱從所述輻 射源傳輸開。
14、 如權利要求ll所述的發光裝置，還包括與所述下變頻材料相鄰的 透鏡，用於接收從所述下變頻材料前向傳輸的輻射和由所述反射器引導的 所述輻射。
15、 如權利要求14所述的發光裝置，其中，所述透鏡耦合至所述下變 頻材料。
16、 如權利要求14所述的發光裝置，其中，所述透鏡耦合至所述反射器。
17、 如權利要求1所述的發光裝置，還包括至少一個布置在與所述輻 射源相鄰的所述光學器件上的反射表面。
18、 如權利要求17所述的發光裝置，其中，以沿著所述光學器件的壁 的外部、沿著所述光學器件的壁的內部或嵌入所述光學器件的壁中的三種 方式中的至少一種來布置所述至少一個反射表面。
19、 如權利要求18所述的發光裝置，其中，所述至少一個反射表面的 長度小於所述光學器件的所述壁的長度。
20、 如權利要求19所述的發光裝置，其中，所述輻射源布置於熱沉上。
21、 如權利要求20所述的發光裝置，其中，所述光學器件具有孔隙，且所述輻射源和所述熱沉的至少一部分布置在所述孔隙的裡面。
22、 如權利要求21所述的發光裝置，還包括a. 所述熱沉上的、至少部分包圍所述光學器件的第二反射表面，用於 以預定的方向引導至少一些從所述光學器件提取的所述輻射；以及b. 所述熱沉上的、布置在所述光學器件的孔隙中的第三反射表面。
23、 一種發光裝置，包括 多個輻射源，用於發射短波長輻射；多個下變頻材料層，分別接收且下變頻至少一些由所述輻射源中的相 應輻射源發射的所述短波長輻射，且後向傳輸所相應接收和下變頻的輻射 中的相應部分；多個光學器件，所述光學器件中的相應光學器件與相應下變頻材料層 相鄰，所述光學器件中的相應光學器件至少部分包圍所述輻射源中的相應 輻射源，所述相應光學器件各用於提取至少一些從相應下變頻材料層後向 傳輸的所述輻射或來自相應輻射源的輻射；以及至少一個密封物，用於基本密封相應輻射源和相應光學器件之間的相 應間隙。
24、 一種製造發光裝置的方法，所述發光裝置包括用於發射短波長輻 射的輻射源、接收至少一些由所述輻射源發射的短波長輻射的下變頻材料、 以及用於提取從所述下變頻材料後向傳輸的輻射和/或從所述短波長輻射源發射的輻射的至少其中之一的光學器件，所述方法包括(a) 在所述光學器件的第一部分上放置所述下變頻材料；(b) 在所述光學器件的第二部分中形成孔隙；(c) 在所述孔隙內部的所述光學器件的所述第二部分的表面上放置密封物；(c) 將所述輻射源插入所述孔隙，其中，所述輻射源的至少一個表面 接觸所述密封物；以及(d) 在支架上放置所述光學器件。
25、 如權利要求24所述的方法，其中，步驟(d)包括在熱沉上放置 所述光學器件。
26、 如權利要求25所述的方法，還包括基本密封所述光學器件和所述 輻射源之間的第一間隙。
27、 如權利要求26所述的方法，還包括基本密封所述光學器件和所述 輻射源之間的第二間隙。
28、 如權利要求26所述的方法，還包括與所述下變頻材料相鄰地放置 透鏡。
29、 如權利要求24所述的方法，還包括以沿著所述光學器件的至少一 個壁或嵌入所述光學器件的至少一個壁中的兩種方式中的一種來放置至少 一反射材料。
30、 一種製造發光裝置的方法，所述發光裝置包括用於發射短波長輻 射的輻射源、接收至少一些由所述輻射源發射的短波長輻射的下變頻材料、 以及用於提取從所述下變頻材料後向傳輸的輻射或從所述短波長輻射源發 射的輻射的至少其中之一的光學器件，所述方法包括c. 在所述光學器件的第一部分上放置所述下變頻材料；d. 在所述光學器件的第二部分中形成孔隙；e. 在所述孔隙內部的所述光學器件的所述第二部分的表面上放置密封物；f. 在支架上放置所述輻射源；以及g. 在所述支架上且在所述輻射源的上方放置所述光學器件，其中，所 述光學器件至少部分包圍所述輻射源。
31、 如權利要求30所述的方法，還包括以沿著所述光學器件的至少一 個壁或嵌入所述光學器件的至少一個壁中的兩種方式中的一種來放置至少 一反射材料。
32、 一種發光裝置，包括 輻射源，用於發射短波長輻射；下變頻材料，接收且下變頻至少一些由所述輻射源發射的所述短波長 輻射，並後向傳輸所接收且下變頻的輻射中的一部分；光學器件，與所述下變頻材料和所述輻射源相鄰，用於提取後向傳輸的輻射或來自所述輻射源的輻射的至少其中之一；第一反射表面，至少部分包圍所述光學器件，用於反射至少一些從所 述光學器件提取的光；以及第二反射表面，至少部分包圍所述輻射源，用於反射至少一些由所述 輻射源發射的所述輻射。
33、 如權利要求32所述的發光裝置，還包括與所述光學器件相鄰的井， 所述輻射源布置於所述井中。
34、 如權利要求33所述的發光裝置，其中所述第二反射表面形成所述 井的一部分。
35、 如權利要求32所述的發光裝置，其中，所述第二反射表面與所述 第一反射表面相鄰。
36、 如權利要求32所述的發光裝置，其中，在支架結構上形成所述第 一反射表面和所述第二反射表面。
37、 如權利要求36所述的發光裝置，其中，在所述支架結構上布置所 述輻射源。
38、 如權利要求37所述的發光裝置，其中，所述支架結構是熱沉。
39、 如權利要求32所述的發光裝置，還包括至少布置在所述輻射源和 所述光學器件之間的間隙中的密封物。
40、 如權利要求32所述的發光裝置，還包括至少布置在所述第二反射 表面和所述輻射源之間的間隙中的密封物。
41、 如權利要求32所述的發光裝置，其中，所述第一反射表面包括具 有至少一個曲率半徑的反射杯。
42、 如權利要求32所述的發光裝置，其中，所述第一反射表面包括至 少具有第一曲率半徑和第二曲率半徑的反射杯。
43、 一種發光裝置，包括 多個輻射源，用於發射短波長輻射；下變頻材料，接收且下變頻至少一些來自所述多個輻射源的至少其中之一的所述短波長輻射，並後向傳輸所接收且下變頻的輻射中的一部分； 光學器件，與所述下變頻材料相鄰，至少部分包圍所述多個輻射源，用於提取至少一些從所述下變頻材料後向傳輸的所述輻射；以及至少一個密封物，用於基本密封所述多個輻射源中的相應輻射源和所述光學器件之間的至少一個間隙。
44、 如權利要求43所述的發光裝置，其中，所述至少一個密封物基本 密封所述多個輻射源和所述光學器件之間的相應間隙。
45、 如權利要求43所述的發光裝置，其中，所述光學器件具有孔隙， 所述多個輻射源中的每一個的至少一部分布置在所述孔隙裡面。
46、 一種製造發光裝置的方法，所述發光裝置包括用於發射短波長輻 射的輻射源、接收至少一些由所述輻射源發射的短波長輻射的下變頻材料、 用於提取從所述下變頻材料後向傳輸的輻射或從所述短波長輻射源發射的 輻射的至少其中之一的光學器件、第一反射杯、以及與所述第一反射杯相 鄰且用於形成井的第二反射杯，所述方法包括-h. 在所述光學器件的第一部分上放置所述下變頻材料；i. 在所述井的第一表面上放置所述輻射源的第一表面；j.在所述輻射源的至少第二表面和所述井的第二表面之間放置第一密 封物；k.至少在所述輻射源的第三表面上放置第二密封物；以及 1.將所述光學器件放置在所述第一反射杯裡面且使其接觸所述第二密 封物。
47、 如權利要求46所述的製造發光裝置的方法，還包括與所述下變頻 材料相鄰地放置透鏡。
全文摘要
一種發光裝置，其具有用於發射短波長的光的光源。下變頻材料接收並下變頻至少一些由所述光源發射的短波長的光，並後向散射所接收並下變頻的光的一部分。與所述下變頻材料相鄰的光學器件至少部分包圍所述光源。所述光學器件用於提取至少一些所述後向散射的光。密封物基本密封所述光源和所述光學器件之間的間隙。
文檔編號H01L33/50GK101611500SQ200780042748
公開日2009年12月23日 申請日期2007年5月31日 優先權日2006年11月17日
發明者N·內雷德蘭, 顧益敏 申請人:倫斯勒工業學院