專利名稱：高效發(fā)光器件和用于制造這種器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光器件和用于制造這種器件的方法的領域。這種器件可以例如用于照明應用。更具體地，本發(fā)明涉及改進發(fā)光器件的效能，其中通過使用光轉換介質將初級光源的光轉換為次級光。
背景技術：
針對照明和其他應用而對固態(tài)光源(包括例如發(fā)光二極管(LED))的使用迅速增多。固態(tài)光照保持著提供非常高效的照明器件的希望，并且技術進步的目標是進一步改進這種照明器件中使用的發(fā)光器件的效能。通常，需要用于這種應用的照明器件以提供白光。一種獲得這種照明器件的方案是使用磷光體物種(phosphor species)將固態(tài)光源的初級光的至少一部分轉換為次級光?？梢酝ㄟ^利用包括這種磷光體的波長轉換材料對藍光進行部分轉換來獲得白光。磷光體部分地吸收例如由發(fā)光二極管(LED)發(fā)射的藍光，使得磷光體發(fā)射不同顏色的光，如黃光。將由LED發(fā)射的藍光與由磷光體發(fā)射的黃光進行混合，觀看者感知到所得的藍光和黃光的混合物為白光。然而，磷光體物種發(fā)射具有各向同性光分布模式的次級光(例如黃光)(S卩，以4pi 的立體角發(fā)射次級光)。因此，次級光的至少一部分沿初級光源的方向發(fā)射回來并可能被吸收，從而降低發(fā)光器件的效能。對次級光的吸收可能高達50%。US 2009/0001399公開了一種用于提高使用LED管芯和磷光體的發(fā)射白光的二極管的發(fā)光效能的方法。LED管芯發(fā)射初級光，并且通過磷光體將該初級光轉換為次級光。在LED管芯與磷光體之間提供了至少一個附加層或材料，其對來自LED管芯的初級光透明并反射磷光體的次級光。該附加層或材料可以減少對次級光的吸收。該附加層或材料分別針對初級光和次級光的透明度和反射率不是最優(yōu)的。因此， 仍可以進一步改進發(fā)光器件的效能。

發(fā)明內容
公開了一種發(fā)光器件，其包括初級光源、光轉換介質和光學結構。被布置為發(fā)射初級光的初級光源是在第一面(由例如用于初級光源的載體限定)中設置的。所述光轉換介質被布置為將初級光的至少一部分轉換為波長與初級光的波長不同的次級光。所述光轉換介質是在與初級光源相距一定距離的第二面中設置的。所述光學結構被布置為接收來自所述光轉換介質的次級光的一部分，并被配置為將次級光的所述部分重定向到向著所述第一面且遠離所述初級光源的方向上，以允許次級光的透射。還公開了一種用于對區(qū)域或空間進行照明的照明器件，其包括這種發(fā)光器件。還公開了一種用于制造發(fā)光器件的方法。制造步驟包括在載體上提供用于提供初級光的初級光源；以及將光轉換介質設置在與所述初級光源相距一定距離處。所述光轉換介質能夠將所述初級光的至少一部分轉換為波長與所述初級光的波長不同的次級光。提
4供了面向所述初級光源的光學結構。所述光學結構被布置為接收來自所述光轉換介質的所述次級光的一部分；以及將所述次級光的所述部分重定向到向著所述載體且遠離所述初級光源的方向上。通過提供被配置為將次級光重定向為遠離初級光源的光學結構，可以顯著地減少或消除初級光源對次級光的吸收，而無需中間層或材料。發(fā)光器件的一部分的結構變化提供了將次級光重定向為遠離初級光源。可以通過以下操作來改進發(fā)光效能將該次級光重定向到使得該次級光直接或間接(即，經由另一重定向結構)從發(fā)光器件透射的方向上。光學結構的示例可以是菲涅耳透鏡型結構。應當認識到，第一面和第二面中的至少一個可以包括例如曲面。第二非平坦面的示例由以下將進一步描述的圓頂形光轉換材料提供。權利要求2、3和14的實施例提供了一種有效的光學結構，其允許對次級光的所述部分重定向，而基本上與該結構關于初級光的透明度和次級光的所述部分的反射率的考慮無關。權利要求4的實施例從制造這點來說是有益的。此外，光學結構可以在光轉換介質中形成。權利要求5的實施例的有利之處在于包括光轉換介質的部件有效地攔截了初級光。權利要求6的實施例的有益之處在于初級光在光轉換介質中的光路對于所有發(fā)射角度來說基本上相同，從而允許在該部件上同等地產生次級光。權利要求7的實施例提供了可相對容易且經濟高效地成形以提供所述光學結構的部件的材料。權利要求8的實施例提供了以下優(yōu)勢進一步減小向著初級光源的光量，從而降低吸收損耗。權利要求9和10的實施例提供了用于進一步重定向次級光的重定向部分以提高發(fā)光器件的效能的裝置。反射部分的反射率為至少95%。WO 2008/060586公開了遠程磷光體發(fā)光器件的實施例，其中在向著初級光源的界面上已經使磷光體層粗糙化。粗糙化的磷光體層意在通過減少對初級光的反射(即，不(重) 定向次級光)來改進磷光體層的轉換效率。對于次級光，粗糙化的磷光體層將再次提供次級光的朗伯光分布，使得大量這種次級光仍將撞擊初級光源。


圖1提供了包括根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)光器件的照明器件的示意圖； 圖2提供了根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)光器件的俯視圖的示意圖3A和圖;3B提供了圖2的發(fā)光器件沿III-III的截面的示意圖；以及圖4A和圖4B提供了發(fā)光器件的備選實施例。
具體實施例方式圖1是針對照明應用而配置(例如被配置為對區(qū)域或空間進行照明)的照明器件1 的示意圖。照明器件1包括發(fā)光器件2和反射表面3 (如二向色鏡或反射器)。為了最優(yōu)地利用反射表面3，優(yōu)選地，發(fā)光器件2的直徑D較小，近似于點光源。圖2提供了照明器件1的發(fā)光器件2的俯視圖。圖3A和圖;3B是沿圖2中的線III-III的截面。發(fā)光器件2包括在襯底11上提供的初級光源10。初級光源10可以包括一個或多個發(fā)光二極管，被布置為允許通過這些二極管傳送電流。由此，這些二極管發(fā)射第一波長的初級光I (例如處于360 nm至480 nm的波長范圍內(如460 nm)的藍光)。應當認識到， 這些二極管不必都發(fā)射單一波長的初級光?？梢韵氲交旌系慕鉀Q方案，其中一些二極管發(fā)射第一波長的光(如藍光)，而其他二極管發(fā)射不同波長的光(如紅光)。可以在一個或多個二極管上提供封裝材料(未示出)(如硅)，以增強初級光從一個或多個二極管的外耦合。發(fā)光器件2具有所謂的遠程磷光體配置，其中包含磷光體物質14的部件13被布置在與初級光源10相距一定距離處。換言之，初級光源10位于第一面中，而磷光體物質是在遠離第一面的第二(曲)面中限定的。初級光源10與部件13之間的典型距離在1 mm與 10 mm之間。已知磷光體14作為光轉換介質(S卩，將發(fā)光二極管的第一波長的初級光I的至少一部分轉換為與第一波長不同的第二波長的次級光II)的能力。作為示例，可以將藍色初級光部分地轉換為黃光。藍光和黃光的組合為觀察者提供了白色亮度W。根據(jù)例如所選的磷光體的一種或多種類型，不同的轉換(即，第二波長)是可能的。作為示例，可以選擇多個不同磷光體，這些磷光體將初級光I轉換為不同波長的次級光II，初級光I和次級光II 混合以提供白色亮度W。應當認識到，根據(jù)磷光體類型和初級光，還可以獲得乳白色亮度。部件13具有圓頂形配置，其中初級光源10被布置在圓頂?shù)闹行奶?。圓頂形部件 13與徑向無關地提供了初級光I在部件13中的相等光路。圓頂13可以限定氣腔15，例如以便獲得氣腔15和圓頂13的折射率之間的相當大的差值。然而，腔15還可以填充與圓頂 13相比在折射率上具有適當差值的物質。磷光體14沿所有方向均勻地發(fā)射次級光II。因此，所發(fā)射的次級光II的一部分將不可避免地被導向回到初級光源10的方向而不是到外部。在不采取任何措施的情況下， 該次級光II的相當大的部分將被初級光源10吸收，由此降低發(fā)光器件2的效能。作為初級光源10的較大相對面積的結果，對于越小的發(fā)光源，對次級光II的該部分的吸收將越大。圖3A和圖;3B的實施例的目的在于基本上防止次級光中發(fā)射回到發(fā)光器件2中的部分被初級光源10吸收。為此，光學結構16整體地形成在部件13中。光學結構16被布置為用于從磷光體 14接收次級光II的一部分(如圖3B所示)，并被成形以將次級光的該部分重定向到向著襯底11但遠離初級光源10的方向上。因此，可以基本上防止初級光源10對次級光II的該部分的吸收。更詳細地，光學結構16包括多個特定設計的表面17，這些表面17被定向為使得沿向著襯底11但遠離初級光源10的方向折射由磷光體14產生的次級光II。次級光II的另一部分將在表面17處經歷全內反射并可以離開部件13而不穿透氣腔15。如圖3A和圖;3B所示，這些表面17的取向根據(jù)相對于初級光源10的角位置沿著部件13而變化。特別是，相鄰的表面17在襯底11附近彼此垂直地定向，而表面17在初級光源10上方(即在圓頂頂點附近)限定了更小的角度。發(fā)光器件2包括在襯底11上或上方提供的反射器18。反射器18可以基本上圍繞初級光源10，如可從圖2觀察到的那樣。優(yōu)選地，將次級光II中被光學結構16重定向的部分導向至反射器18，以提高次級光II最終從發(fā)光器件2輸出的概率，從而提高發(fā)光器件2的發(fā)光效能。優(yōu)選地，部件13由塑料(例如PC或PMMI)或硅制成。這些材料相對便宜并可以被相對容易地模制以提供光學結構16。備選地，部件13由陶瓷材料制成?？梢栽趯Σ考?3進行模制之前或者在稍后的階段添加一個或多個磷光體14。還可以將磷光體涂覆在部件13的外側(即背向初級光源10的一側)，從而在其上形成層或殼。應當認識到，可以想到圖2、圖3A和圖;3B的實施例的各種修改。一個示例涉及應用附接到部件13的分離層20，如圖4A示意性地示出。分離層20 包括光學結構16，以將次級光II的部分重定向到向著襯底11但遠離初級光源10的方向 (例如通過折射次級光的該部分)。另一示例涉及部件13的不同配置，即與圓頂形部件不同的配置。圖4B提供了設置有光學結構36的反截棱錐部件33的示意圖，光學結構36包括表面37，表面37被定向為使得將次級光導向襯底31但遠離初級光源30，如上所述。表面37被定向為使得相鄰表面 37相交于點A并且初級光源30的中心與點A之間畫出的線將這些表面37之間的銳角分為基本上相等的部分。存在填充有折射率低于反截棱錐部件33的折射率的物質(如空氣)的腔35。本領域技術人員在實施要求保護的本發(fā)明時可以通過對附圖、公開內容和所附權利要求的研究來理解并實現(xiàn)對所公開的實施例的其他變型。在權利要求中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。在互不相同的從屬權利要求中記載了某些技術措施的起碼事實并不表示這些技術措施的組合不能用來獲得有益效果。權利要求中的任何附圖標記不應被解釋為限制范圍。
權利要求
1.一種發(fā)光器件(2)，包括-初級光源(10)，用于發(fā)射初級光，所述初級光源設置在第一面中；-光轉換介質(14)，布置為將初級光的至少一部分轉換為波長與所述初級光的波長不同的次級光，其中所述光轉換介質設置在與所述第一面相距一定距離的第二面中；-光學結構(16)，設置在所述第一面與所述第二面之間，其中所述光學結構布置為接收來自所述光轉換介質的所述次級光的一部分，并將所述次級光的所述部分重定向到向著所述第一面且遠離所述初級光源的方向上，以允許所述次級光的透射。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件(2)，其中所述光學結構(16)包括折射結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件(2)，其中所述光學結構(16)包括多個表面(17)， 所述表面定向為使得將所述次級光的所述部分重定向到向著限定至少部分地圍繞所述初級光源的區(qū)域的第一面的方向上。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件(2)，其中所述光轉換介質(14)和所述光學結構 (16)形成整體。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件(2)，其中所述光轉換介質(14)被包括在至少部分地圍繞所述初級光源(10)的部件(13)中。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)光器件(2)，其中所述部件(13)是圓頂形部件。
7.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)光器件(2)，其中所述部件(13)包括塑料、陶瓷材料或硅材料。
8.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件(2)，還包括限定所述初級光源(10)與所述光轉換介質(14)之間的氣隙的空間(15)。
9.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件(2)，還包括布置為接收所述次級光中由所述光學結構(16)重定向的部分的反射器(18)。
10.根據(jù)權利要求8所述的發(fā)光器件(2)，其中所述反射器(18)基本上布置在至少部分地圍繞所述初級光源(10)的第一面中或者與該第一面平行布置。
11.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件(2)，其中所述初級光源(10)包括用于產生所述初級光的一個或多個發(fā)光二極管，并且其中所述光轉換介質(14)包括用于產生所述次級光的至少一個磷光體部件。
12.一種照明器件(1)，配置為對區(qū)域或空間進行照明，所述照明器件包括根據(jù)權利要求1至11中一項或多項所述的發(fā)光器件(2)和至少部分地封裝所述發(fā)光器件的構件(3)， 其中所述構件包括布置為反射由所述發(fā)光器件發(fā)射的光的至少一個反射表面。
13.一種用于制造發(fā)光器件(2)的方法，包括以下步驟-在載體(11)上提供用于提供初級光的初級光源(10)；-將光轉換介質(14)設置在與所述載體相距一定距離處，所述光轉換介質能夠將所述初級光的至少一部分轉換為波長與所述初級光的波長不同的次級光；-提供面向所述初級光源的光學結構(16)，其中所述光學結構布置為接收來自所述光轉換介質的所述次級光的一部分；以及將所述次級光的所述部分重定向到向著所述載體且遠離所述初級光源的方向上。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括在部件(13)中提供所述光學結構(16)的步驟，其中所述光學結構是通過將所述部件成形以提供多個表面(17)來獲得的，所述表面定向為使得將所述次級光的所述部分重定向到向著限定至少部分地圍繞所述初級光源的區(qū)域的第一面的方向上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件(2)，其包括初級光源(10)、光轉換介質(14)和光學結構(16)。所述初級光源被設置在襯底(11)上。包括磷光體(14)的光轉換介質被布置為將初級光的至少一部分轉換為不同波長的次級光(II)。所述光轉換介質呈遠程磷光體配置。所述光學結構被布置為接收來自所述光轉換介質的次級光(II)的一部分，并被配置為將次級光的所述部分重定向到向著第一面但遠離所述初級光源(10)的方向上。通過提供將次級光重定向為遠離所述初級光源的光學結構，可以顯著地減少或消除所述初級光源對所述次級光的吸收。通過將該次級光重定向為使得其從發(fā)光器件透射的方向，改進了發(fā)光效能。
文檔編號F21Y101/02GK102460747SQ201080024763
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權日2009年6月4日
發(fā)明者范克薩利 E., J. H. 布勒門 P., H. 史密茨 W. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 飛利浦發(fā)光二極管照明設備(控股)有限公司