專利名稱：白光發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及白光發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
光源是投影光學(xué)系統(tǒng)不可或缺的組成部分，它不僅影響投影系統(tǒng)的光
學(xué)性質(zhì)，而且影響投影系統(tǒng)的體積。在傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)和LCD等顯示系 統(tǒng)中， 一般采用UHP、 CCFL等作為光源，為了使光源發(fā)出的光能夠滿足 投影系統(tǒng)的使用要求，往往還需要配合使用其他的光學(xué)器件。因此，使投 影系統(tǒng)難以小型化，而且光路復(fù)雜，光損增加。由于發(fā)光二極管(LED) 的高速發(fā)展，其亮度等已逐漸可以滿足各種傳統(tǒng)的投影光學(xué)系統(tǒng)，采用白 光LED作為光源，有助于投影系統(tǒng)體積的減小。但是，LED的光源發(fā)散 角較大，光源利用效率較低，因此，投影系統(tǒng)采用白光LED作光源時，還 必須配合使用準直器件和均化器件等光學(xué)器件。所以，很難使投影系統(tǒng)的 體積進一步減小，特別是減小到能夠內(nèi)置于游戲機、數(shù)碼相機等便攜式電 子設(shè)備中。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種白光發(fā)光二極管，它能夠進一步減 小投影光學(xué)系統(tǒng)的體積。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種白光發(fā)光二極管，包括用于發(fā) 射光的光源部分，在所述光源部分發(fā)出的光出射的至少一側(cè)上封裝有透光 的保護件，在所述保護件上一體地形成有光控制構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述光控制構(gòu)造包括二元光學(xué)構(gòu)造。所述保 護件包括入射光側(cè)和出射光側(cè)，在所述入射光側(cè)和出射光側(cè)中至少一側(cè)上 一體形成有控制光學(xué)性質(zhì)用的浮雕圖案。所述光學(xué)性質(zhì)至少包括均化。所 述光源部分可以包括多個彩色LED。或者，所述光學(xué)性質(zhì)至少包括均化和 準直。所述光源部分可以包括單色LED和熒光激發(fā)材料。單色LED可以 是紫外LED，光源部分與熒光激發(fā)材料間可以設(shè)置透射紫外光并反射可見 光的濾光層以提高效率。所述保護件還可以包括至少2層，在所述至少2 層中的至少一層保護件上一體形成有控制至少一種光學(xué)性質(zhì)用浮雕圖案。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述光控制構(gòu)造包括光子晶體構(gòu)造。所述 保護件包括入射光側(cè)和出射光側(cè)，在所述入射光側(cè)和出射光側(cè)中的至少一 側(cè)上一體形成有光子晶體構(gòu)造。所述光子晶體構(gòu)造中不同折射率部分周期 性分布使所述光源發(fā)出的光經(jīng)過所述光子晶體構(gòu)造后至少具有一種光學(xué)性 質(zhì)。所述光學(xué)性質(zhì)至少包括均化。所述光源部分可以包括多個彩色LED。 或者，所述光學(xué)性質(zhì)至少包括均化和準直。所述光源部分可以包括單色 LED和熒光激發(fā)材料。單色LED可以是紫外LED，在光源部分與熒光激 發(fā)材料之間可以設(shè)置透射紫外光并反射可見光的濾光層以提高效率。所述 保護件還可以包括至少2層，在所述至少2層中的至少一層保護件上一體 形成有光子晶體構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明，二元光學(xué)結(jié)構(gòu)的浮雕圖案可以與光子 晶體構(gòu)造結(jié)合使用。
根據(jù)本發(fā)明，由于作為光源裝置的白光LED本身就能夠發(fā)射出符合光 學(xué)系統(tǒng)要求的光，減少了甚至不需要配合使用的光學(xué)器件，所以，能夠顯 著地降低光學(xué)系統(tǒng)的體積。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施例的白光LED示意圖。
圖2是本發(fā)明另一實施例的白光LED的示意圖。
圖3是本發(fā)明又一實施例的白光LED的示意圖。
圖4A和圖4B是本發(fā)明中采用的彩色LED陣列排列方式的示例。
具體實施例方式
為了便于更好地理解本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的一些示例性 實施例進行說明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施例的白光LED示意圖。其中，在光源 部分10出射光的一側(cè)封裝有透光的保護件11。在圖示的實施例中，保護 件ll位于光源部分IO的一側(cè)。但是，如果需要，可以在光源部分10的多 側(cè)封裝透光保護件11。保護件11例如可以是，但不限于，玻璃或樹脂材 料等。
在圖1所示的實施例中，在保護件11的出射光側(cè)13 —體地形成有光 控制構(gòu)造。但是，根據(jù)實際需要以及便于加工方面的考慮， 一體形成的光 控制構(gòu)造可以位于保護件11的任何部分，例如入射光側(cè)12或者保護件11 內(nèi)部，還可以位于保護件11的多個部分，例如在入射光側(cè)12和出射光側(cè) 13都形成，而不限于出射光側(cè)13。
為了將所需的光控制構(gòu)造一體形成在保護件11上，可以采用各種工 藝手段。例如，在圖1所示的實施例中，光控制構(gòu)造是采用二元光學(xué)技術(shù) 在保護件11的出射光側(cè)13形成的浮雕圖案構(gòu)造。此外，光控制構(gòu)造還可 以是例如光子晶體構(gòu)造等。
不同的浮雕構(gòu)造可以形成具有不同光學(xué)性質(zhì)的出射光。例如，由于 LED的發(fā)散角度大，通常會需要對光進行會聚或者準直，為了適應(yīng)投影系 統(tǒng)的均勻照明要求，通常還需要均化。通過對入射在浮雕構(gòu)造各個部分上 的入射光的相位進行調(diào)整，可以使發(fā)散的入射光被約束為平行的出射光， 從而達到準直和調(diào)整數(shù)值孔徑等目的；通過對各部分入射光的相位進行調(diào) 整，還可以使出射光的光強在經(jīng)過出射光側(cè)13之后均勻分布，從而達到 均化的目的。在圖1所示的實施例中，上述光控制構(gòu)造可以使出射的光均 化。根據(jù)實際光學(xué)系統(tǒng)對光源裝置的要求，可以對應(yīng)地設(shè)計不同的光控制 構(gòu)造，使從本發(fā)明的白光LED出射的光能夠直接或者至少部分地滿足預(yù)定 的光學(xué)性質(zhì)，例如，準直性、均化性、偏振性、單色性、光束形狀、光束 直徑等等。
在圖1所示的實施例中，光源部分IO包括多個彩色LED，這些彩色 LED可以包括但不限于紅色、綠色、藍色等，各種顏色的LED的數(shù)量之 比使得它們可以混合成基本上色平衡的白光。這些彩色LED的鈍化層上可 以具有光子晶體結(jié)構(gòu)以使各個彩色LED發(fā)出的光成為準直光。這些彩色
LED可以采用適當?shù)呐帕蟹绞?，如紅、綠、藍相間的陣列布置。圖4A和 圖4B示出了部分彩色LED排列方式的兩種示例，其中R、 G、 B分別代 表紅色、綠色和藍色LED。當然圖4A和圖4B只是示意性表示，實際可 以采用的排列方式遠遠不限于這些。
光源部分10包括的多個彩色LED也可以采用普通的彩色LED芯片， 即，這些彩色LED芯片自身不具有光學(xué)準直結(jié)構(gòu)。在此情況下，準直功能 由保護件11來提供，即保護件11同時具有對光線進行至少準直和均化的 多個功能。所述多個功能可以在保護件11的不同部分來提供，例如分別 在保護件11的入射光側(cè)12—體形成準直用浮雕構(gòu)造，而在出射光側(cè)13 — 體形成均化用浮雕構(gòu)造，或者在入射光側(cè)12形成均化用浮雕構(gòu)造而在出 射光側(cè)13形成準直用浮雕構(gòu)造。另外，也可以只在保護件11的一個部分 一體形成浮雕構(gòu)造，同時實現(xiàn)對不同光學(xué)性質(zhì)例如準直和均化的控制。
另外，還可以采用光子晶體構(gòu)造而不是二元光學(xué)構(gòu)造的方式來形成光 控制構(gòu)造。通過在保護件11的至少一側(cè)上貼裝光子晶體構(gòu)造或者用光子 晶體取代至少部分保護件11,使保護件11與光子晶體構(gòu)造一體形成。通 過對光子晶體中不同折射率部分進行周期性分布，可以獲得所需性質(zhì)的出 射光。
圖2是本發(fā)明另一實施例的白光LED的示意圖。其中光源部分10包 括單色LED例如紫外LED或藍光LED,由所述單色LED發(fā)出的光對熒光 材料20進行激發(fā)而得到白光。在圖2中，熒光材料20布置在單色LED與 保護件ll之間，但是熒光材料20也可以布置在其他合適的地方，例如單 色LED表面、保護件ll的表面或內(nèi)部。
對于光源部分10中使用紫外LED的情況，還可以采取措施進一步提 高本發(fā)明的白光LED的效率。例如，在圖2所示光源部分10與熒光材料 20之間可以設(shè)置濾光層(未示出)，所述濾光層具有波長選擇功能，能夠 透射光源部分10發(fā)出的紫外光并反射可見光，例如透射小于400 nm的波 長而反射400 700 nm的波長。由于受激發(fā)的熒光材料20發(fā)出的可見波 段的光是向各個方向分散的，所以該濾光層可以使向后發(fā)射的光反射向保 護件11并從其出射，從而提高熒光發(fā)光的利用率。并且，在實際應(yīng)用中，從白光LED發(fā)射出的光必然會有一部分由于后續(xù)光路元件的反射而回 到白光LED中，因此該濾光層也可以對這部分光進行再次反射，從而使之 得到重新利用?？梢杂美缤ǔ５亩鄬幽そ刂篂V波器等的制造方式形成膜 結(jié)構(gòu)來制成濾光層。
圖2所示實施例中的保護件11具有一體地形成的光控制構(gòu)造，所述 光控制構(gòu)造同時具有對光線進行至少準直和均化的多個功能。如上所述， 多個功能可以在保護件11的不同部分來提供，也可以只在保護件11的一 個部分一體形成浮雕構(gòu)造，同時實現(xiàn)對不同光學(xué)性質(zhì)例如準直和均化的控 制。此實施例中的光控制構(gòu)造也可以采用二元光學(xué)構(gòu)造或光子晶體構(gòu)造的 方式來形成。
圖3是本發(fā)明另一實施例的白光LED的示意圖。其中，保護件14是 一種疊層結(jié)構(gòu)，具有至少2層，并且在其中至少一層上具有光控制構(gòu)造。 根據(jù)不同的要求，疊層結(jié)構(gòu)的層數(shù)、在哪一層上設(shè)置光控制構(gòu)造、光控制 構(gòu)造設(shè)在該層的哪個部分、用何種技術(shù)實現(xiàn)光控制構(gòu)造以及所設(shè)置的光控 制構(gòu)造所控制的光學(xué)性質(zhì)都可以具體選擇。在本實施例中示為2層的保護 件14,采用了二元光學(xué)技術(shù)。其中，每一層都包括透光襯底15和在襯底 15的至少一側(cè)上形成的浮雕圖案。如上所述，這些浮雕圖案可以使入射光 變成具有預(yù)定光學(xué)性質(zhì)的出射光，例如經(jīng)過準直和均化的輸出光。
本實施例也可以利用光子晶體技術(shù)實現(xiàn)。例如，不同的層是具有不同 光學(xué)性質(zhì)的光子晶體?；蛘撸部梢詫⒍鈱W(xué)技術(shù)與光子晶體技術(shù)結(jié)合 使用，例如對不同的層分別使用二元光學(xué)的光控制結(jié)構(gòu)和光子晶體的光控 制結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)使用或制造方面的需要。當然，與圖2所示實施例類似， 本實施例也可以釆用單色LED激發(fā)熒光材料的方式來實現(xiàn)。根據(jù)需要，熒 光材料可以布置在單色LED與保護件14之間，也可以布置在例如單色 LED表面、保護件14中任一層透光襯底15的表面或內(nèi)部、或者多層透光 襯底15之間等等合適的地方。
需要說明的是，上面給出的實施例只是用于對本發(fā)明進行更直觀的說 明而并非窮舉，本發(fā)明的范圍不局限于這些具體的實施例，其范圍由權(quán)利 要求限定。
權(quán)利要求
1.一種白光發(fā)光二極管，包括用于發(fā)射光的光源部分和透光的保護件，所述保護件封裝在所述光源部分發(fā)出的光出射的至少一側(cè)上，其特征在于，所述保護件上一體地形成有光控制構(gòu)造。
2. 如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光控制構(gòu)造包括二元光學(xué)構(gòu)造。
3. 如權(quán)利要求2所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述保護件包 括入射光側(cè)和出射光側(cè)，在所述入射光側(cè)和出射光側(cè)中的至少一側(cè)上形成 有控制至少一種光學(xué)性質(zhì)用的二元光學(xué)浮雕圖案。
4. 如權(quán)利要求3所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光學(xué)性質(zhì) 至少包括均化。
5. 如權(quán)利要求4所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部分 包括多個彩色發(fā)光二極管，所述多個彩色發(fā)光二極管的鈍化層上具有光子 晶體結(jié)構(gòu)，所述光子晶體結(jié)構(gòu)使各個所述彩色發(fā)光二極管發(fā)出的光成為準 直光0
6. 如權(quán)利要求4所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光學(xué)性質(zhì) 至少還包括準直。
7. 如權(quán)利要求6所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部分 包括多個彩色發(fā)光二極管。
8. 如權(quán)利要求6所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，其中具有熒光 激發(fā)材料，所述光源部分發(fā)出的光照射到所述熒光激發(fā)材料時能夠?qū)ζ溥M 行激發(fā)。
9. 如權(quán)利要求8所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部分 包括紫外發(fā)光二極管。
10. 如權(quán)利要求9所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部分與所述熒光激發(fā)材料之間具有濾光層，所述濾光層能夠透射紫外光并反 射可見光。
11. 如權(quán)利要求6到10中任一項所述的白光發(fā)光二極管，其特征在 于，在所述入射光側(cè)和所述出射光側(cè)上分別形成控制所述均化的浮雕圖案 和控制所述準直的浮雕圖案之一。
12. 如權(quán)利要求2所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述保護件 包括至少2層，在所述至少2層中的至少一層保護件上一體形成有控制至 少一種光學(xué)性質(zhì)用的二元光學(xué)浮雕圖案。
13. 如權(quán)利要求12所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，在所述至少 2層中的至少一層保護件是光子晶體，所述光子晶體中不同折射率部分周 期性分布使入射光經(jīng)過所述光子晶體構(gòu)造層后至少具有一種光學(xué)性質(zhì)。
14. 如權(quán)利要求1所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光控制 構(gòu)造包括光子晶體構(gòu)造。
15. 如權(quán)利要求14所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述保護件 包括入射光側(cè)和出射光側(cè)，在所述入射光側(cè)和出射光側(cè)中的至少一側(cè)上形 成有光子晶體構(gòu)造，所述光子晶體構(gòu)造中不同折射率部分周期性分布使入 射光經(jīng)過所述光子晶體構(gòu)造后至少具有一種光學(xué)性質(zhì)。
16. 如權(quán)利要求15所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光學(xué)性 質(zhì)至少包括均化。
17. 如權(quán)利要求16所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部 分包括多個彩色發(fā)光二極管，所述多個彩色發(fā)光二極管的鈍化層上具有光 子晶體結(jié)構(gòu)，所述光子晶體結(jié)構(gòu)使各個所述彩色發(fā)光二極管發(fā)出的光成為準直光。
18. 如權(quán)利要求16所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光學(xué)性 質(zhì)至少還包括準直。
19. 如權(quán)利要求18所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部 分包括多個彩色發(fā)光二極管。
20. 如權(quán)利要求18所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，其中具有熒 光激發(fā)材料，所述光源部分發(fā)出的光照射到所述熒光激發(fā)材料時能夠?qū)ζ?進行激發(fā)。
21. 如權(quán)利要求20所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部 分包括紫外發(fā)光二極管。
22. 如權(quán)利要求21所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述光源部 分與所述熒光激發(fā)材料之間具有濾光層，所述濾光層能夠透射紫外光并反 射可見光。
23. 如權(quán)利要求18到22中任一項所述的白光發(fā)光二極管，其特征在 于，在所述入射光側(cè)和所述出射光側(cè)上分別形成控制所述均化的光子晶體 構(gòu)造和控制所述準直的光子晶體構(gòu)造之一。
24. 如權(quán)利要求14所述的白光發(fā)光二極管，其特征在于，所述保護件 包括至少2層，所述至少2層中的至少一層保護件是光子晶體，所述光子 晶體中不同折射率部分周期性分布使入射的光經(jīng)過所述光子晶體構(gòu)造后層至少具有一種光學(xué)性質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種白光發(fā)光二極管，包括用于發(fā)射光的光源部分，在所述光源發(fā)出的光出射的至少一側(cè)上封裝有透光的保護件，在所述保護件上一體地形成有光控制構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述光控制構(gòu)造包括二元光學(xué)構(gòu)造或者光子晶體構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明，由于作為光源裝置的白光發(fā)光二極管本身就能夠發(fā)射出符合光學(xué)系統(tǒng)要求的光，減少了甚至不需要配合使用的光學(xué)器件，所以能夠顯著地降低光學(xué)系統(tǒng)的體積。
文檔編號H01L33/00GK101097974SQ200610091129
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者斌 樊, 邵劍心 申請人:晶熒光學(xué)科技有限公司