專利名稱：包括無機(jī)發(fā)光二極管的發(fā)光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用無機(jī)LED的發(fā)光設(shè)備.目前存在發(fā)光設(shè)備的市場，所述發(fā)光設(shè)備通過使用藍(lán)色或者UV (A )無機(jī)LED與發(fā)光材料(所謂的磷光體(phosphor)轉(zhuǎn)變的LED )結(jié) 合產(chǎn)生白光。通常，將藍(lán)色LED芯片涂敷或覆蓋有磷光體，其將至少 一些藍(lán)色輻射轉(zhuǎn)變成例如黃光。未轉(zhuǎn)變的藍(lán)光與黃光一起產(chǎn)生白光。對于這些發(fā)光設(shè)備來說，光提取是一個(gè)關(guān)鍵問題。從磷光體轉(zhuǎn)變 的LED提取光的經(jīng)典方法涉及使用初級(jí)(primary)提取光學(xué)系統(tǒng)，即 基于它們的折射性質(zhì)提取光的光學(xué)圓頂(optical dome)。圖1示意 性地示出了這樣一種發(fā)光設(shè)備30,其具有由單一圓頂34覆蓋的多個(gè) LED32。但是，這種方法的缺點(diǎn)是其以損害發(fā)光設(shè)備或者LED模塊的緊 湊性為代價(jià)而提取光。這是因?yàn)橛捎谌珒?nèi)反射而將遠(yuǎn)離圓頂中心發(fā)射 的光可以收集在圓頂內(nèi)部，因此半球形圓頂?shù)闹睆奖仨毣旧洗笥诎l(fā) 光區(qū)域(即，圓頂?shù)牡酌?basearea)基本上大于一個(gè)或多個(gè)LED )， 其進(jìn)而還導(dǎo)致圓頂具有相當(dāng)大的高度。這特別適用于多芯片的LED模 塊，其中利用單個(gè)光學(xué)圓頂來覆蓋多個(gè)LED。此外，目前的初級(jí)提取光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)限制了光熱穩(wěn)定性，這限制 了所使用的LED的功率并因此限制了發(fā)光設(shè)備的流明功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服這些問題，并提供一種改進(jìn)的和緊湊的使用無機(jī)LED的發(fā)光設(shè)備。通過下面的描述將被闡明的該目的和其他目的將通過根據(jù)所附的 權(quán)利要求發(fā)光設(shè)備以及制造這種發(fā)光設(shè)備的方法來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種發(fā)光設(shè)備，其包括用于發(fā)射 初級(jí)光(primary 1 ight)的至少一個(gè)無機(jī)發(fā)光二極管(LED),支撐在 (多個(gè))LED的第一側(cè)上的發(fā)光板，該板適于轉(zhuǎn)變來自LED的至少一 部分所述初級(jí)光的波長，該發(fā)光設(shè)備包括用于耦合出來自發(fā)光板的光 的光散射單元.光散射單元使得能夠提取光，否則該光將經(jīng)歷全內(nèi)反射。光散射 單元可以是設(shè)置在發(fā)光板第二側(cè)上的光子隨機(jī)化層，該笫二側(cè)與笫一 側(cè)相對。可選擇的是，光散射單元可以是結(jié)合在發(fā)光板中的光散射粒 子。兩種可選擇的方案允許有效的光提取而無需使用任何龐大的初級(jí) 提取光學(xué)系統(tǒng)，并且與現(xiàn)有技術(shù)的提取光學(xué)系統(tǒng)相比較提供了高度大 大減小的平坦的光學(xué)設(shè)計(jì)。此外，可以將(多個(gè))LED放置在發(fā)光板表 面上的任何地方并保持光提取。因此，板的面積不一定基本上大于(多 個(gè))LED的面積，這允許緊湊的LED模塊設(shè)計(jì).而且，可以將多個(gè)LED 以高裝填密度安裝在板上，從而形成緊湊的高亮度的多個(gè)LED的模塊。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)光設(shè)備還包括插入在發(fā)光板和 (多個(gè))LED之間的分色鏡，所述分色鏡適于透射初級(jí)光并反射被轉(zhuǎn)變 的光。分色鏡提供了防止在發(fā)光板第一側(cè)(背側(cè))的光損失的優(yōu)點(diǎn)， 并將所有被轉(zhuǎn)變的光向前朝著發(fā)光板的第二側(cè)(前側(cè)或者發(fā)射側(cè))引 導(dǎo)。這導(dǎo)致有效的光提取和增加的亮度。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)光設(shè)備還包括設(shè)置在發(fā)光板側(cè) 壁上的反射鏡。這些反射鏡防止光經(jīng)過發(fā)光板的側(cè)壁逸出，由此降低 了光損失。該反射鏡例如可以是分色鏡或者金屬反射鏡。(多個(gè))發(fā)光二極管可適于發(fā)射藍(lán)光和UV ( A )光中的一種。在前 一種情況下，將從LED發(fā)射到發(fā)光板中的部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變成例如黃光， 而將部分藍(lán)光發(fā)射經(jīng)過散射單元并加入到黃光中，從而產(chǎn)生白光。在 后一種情況下，將所有的UV( A)進(jìn)行轉(zhuǎn)變并經(jīng)過散射單元從前側(cè)發(fā)射。發(fā)光板可包括無機(jī)封裝的磷光體。無機(jī)封裝的磷光體的使用提供 了高度的光熱穩(wěn)定性。這使得該設(shè)備能夠抵抗高溫，進(jìn)而能夠使得使用大功率LED芯片。大功率LED芯片有助于發(fā)光設(shè)備的高流明輸出。 這當(dāng)然假定板的剩余材料也可承受由多個(gè)大功率LED芯片所產(chǎn)生的負(fù) 載。這種板例如可以是多晶的。多晶的板還允許由陶瓷粉末成形和燒 結(jié)來制造。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造發(fā)光設(shè)備的方法，所述方 法包括提供發(fā)光板，在所述板的第一側(cè)設(shè)置至少一個(gè)無機(jī)發(fā)光二極 管，并將散射單元施加到所述板上。該方法提供了與前面探討的本發(fā) 明的方面所得到的類似優(yōu)點(diǎn)。


現(xiàn)在將參照顯示本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的附圖，更詳細(xì)描述 本發(fā)明的這些和其他方面。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光設(shè)備的側(cè)視圖，以及 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光設(shè)備的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的發(fā)光設(shè)備10。發(fā)光設(shè)備10例如 可用于照明的目的。發(fā)光設(shè)備IO包括支撐多個(gè)無機(jī)發(fā)光二極管(LED) 14的發(fā)光板12。因此，板12作為LED的基板。發(fā)光板12可以是透明的或者半透明的，并且在由于封裝的無機(jī)發(fā) 光材料(inorganic phosphors)而產(chǎn)生的藍(lán)色或者UV輻射下發(fā)光。發(fā) 光板12優(yōu)選為多晶的。例如，其可以由整塊塊發(fā)光陶瓷(monolith luminescent ceramic)或者陶資磷光體復(fù)合物(ceramic phosphor composite)制成。可選擇的是，其可以由例如具有結(jié)合了發(fā)光功能的 玻璃制成。如上所述的這種板可承受當(dāng)該板與多個(gè)無機(jī)LED耦合時(shí)引 起的高負(fù)載。LED14可以是發(fā)射藍(lán)光或者UV (A)光或者輻射("初級(jí)光，，)的 LED。 LED可包括具有在其上處理的InGaN材料藍(lán)寶石晶片基板。發(fā)光設(shè)備IO還包括光子隨機(jī)化層16，該光子隨機(jī)化層16設(shè)置在 發(fā)光板12的相對于支撐LED14的一側(cè)相對的一側(cè)上。光子隨機(jī)化層16 包括具有光散射功能的子波長非周期隨機(jī)化布局(topology)。該布 局是在其特點(diǎn)和/或不規(guī)則性小于所選光源發(fā)出的光的波長的這一意 義上的"子波長，，。光子隨機(jī)化層16例如可以通過將粒子涂層施加到 板12上或者通過將陶瓷或者溶膠-凝膠型的透明厚膜浮雕在板12上來獲得。優(yōu)選的是，發(fā)光設(shè)備IO還包括插在發(fā)光板12和LED14之間的分 色鏡18以及設(shè)置在發(fā)光板12的側(cè)壁上的反射鏡20。分色鏡18對于藍(lán) 色和UV光是透射的，對于更大的波長是反射的。分色鏡18例如可以 通過使用薄膜沉積技術(shù)對板12進(jìn)行涂敷來獲得。LED14與分色鏡18 光學(xué)耦合。發(fā)光板12上LED14和分色鏡18之間的耦合可以例如通過 將所述鏡/板與LED的藍(lán)寶石基板粘合來實(shí)現(xiàn)(在這些基板上處理 InGaN材料之前或之后)，或者通過使用合適的透明粘合劑將LED與 所述鏡/板粘合來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)光設(shè)備10工作時(shí)，從LED14發(fā)出的光經(jīng)過分色鏡18而被提 取進(jìn)入到發(fā)光板12中。由于如上所述，分色鏡18透射藍(lán)光和UV光， 因此藍(lán)光或者UV光不受分色鏡18的影響.被提取進(jìn)入發(fā)光板12中的 光然后由發(fā)光板12的發(fā)光材料轉(zhuǎn)變成更長的波長。所有到達(dá)發(fā)光板12 的頂面的光由光子隨機(jī)化層16散射。部分所述光在散射之后耦合出板 12 ，并且部分所述光被散射回進(jìn)入板12中。應(yīng)當(dāng)注意的是，不具有該 層而經(jīng)歷全內(nèi)反射的光也被散射，并被耦合出板12或者被散射回進(jìn)入 板12中。在UV (A) LED的情況下，將光完全轉(zhuǎn)變成更長的波長，并且所有 被轉(zhuǎn)變的光通過光子隨機(jī)化層16從發(fā)光板12的頂面發(fā)射。在藍(lán)色LED 的情況下，將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變成黃光或者具有更長波長的其他光。選擇 發(fā)光板12的性質(zhì)，使得部分(未被轉(zhuǎn)變的)藍(lán)光從板12的頂面逸出 通過光子隨機(jī)化層16并加入(已被轉(zhuǎn)變的)黃光(或者其他更長波長 的光)中以產(chǎn)生白光。在上述兩種情況下，任何朝向發(fā)光板12的底面入射的已被轉(zhuǎn)變的 光(諸如由光子隨機(jī)化層16散射回到板12中的部分光)由分色鏡18 反射，并重新定向?yàn)槌蝽斆婧凸庾与S機(jī)化層16。因此，防止了在發(fā) 光板12的底面的光損失，并且所述光得到了經(jīng)過板12的頂面逸出的 第二次機(jī)會(huì)。這增大了光輸出，并因此增大了發(fā)光設(shè)備10的亮度和效 率。反射鏡20防止光從發(fā)光板12的側(cè)壁逸出，也增大了發(fā)光設(shè)備IO 的亮度。在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光設(shè)備的可選擇實(shí)施方式中，可以將光散射粒 子結(jié)合在發(fā)光板12中。在這種情況下，可以省略光子隨機(jī)化層l6。 應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的具有平坦光學(xué)設(shè)計(jì)的布置使得在保持光提取的情況下可能將LBD14放置在基本上到所述板12的側(cè)面的所有地 方。與現(xiàn)有技術(shù)的LED模塊(如圖1中所示的)相比，這允許(a)包 括給定數(shù)目的LED的發(fā)光設(shè)備的尺寸更小，和/或(b)對于具有給定 面積的發(fā)光設(shè)備而言更高的LED芯片裝填密度(packing density)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明決不限于上述優(yōu)選實(shí)施方式。 相反，許多修改和變化都可能落入所附的權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光設(shè)備(10)，其包括用于發(fā)射初級(jí)光的至少一個(gè)無機(jī)發(fā)光二極管(LED)(14)，支撐在所述LED的第一側(cè)上的發(fā)光板(12)，該板適于轉(zhuǎn)變所述LED發(fā)出的至少部分所述初級(jí)光的波長，和光散射單元，其用于耦合出來自所述發(fā)光板的光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，包括多個(gè)無機(jī)LED,
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述光散射單元是設(shè)置 在所述發(fā)光板的第二側(cè)上的光子隨機(jī)化層(16)，所述第二側(cè)與所述 第一側(cè)相對。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中所迷光散射單元是結(jié)合 在所述發(fā)光板中的光散射粒子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，還包括 插入在所述發(fā)光板和所述發(fā)光二極管之間的分色鏡(18)，所述分色鏡適于透射所述初級(jí)光并反射已轉(zhuǎn)變的光.
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，還包括 設(shè)置在所述發(fā)光板的側(cè)壁上的反射鏡(20)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述發(fā)光二極管適于發(fā) 射藍(lán)光和UV (A)光中的一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述發(fā)光板包含無機(jī)的 封裝的磷光體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述發(fā)光板是多晶的。
10. —種制造發(fā)光設(shè)備(10)的方法，包括 提供發(fā)光板(12)，在所述板的第一側(cè)上設(shè)置至少一個(gè)無機(jī)發(fā)光二極管(LED) (l4)，以及將散射單元施加到所述發(fā)光板。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將散射單元施加到所述發(fā) 光板包括將光子隨機(jī)化層(16)施加到所述發(fā)光板的第二側(cè)上，該第 二側(cè)與所述笫 一側(cè)相對。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將散射單元施加到所述發(fā) 光板包括將光散射粒子結(jié)合在所述發(fā)光板中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括將分色鏡(18)施加到所述發(fā)光板和所述發(fā)光二極管之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 將反射鏡(20)施加到所述發(fā)光板的側(cè)壁上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述發(fā)光板是多晶的，其 中所述多晶的板由陶瓷粉末成形并燒結(jié)而制造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光設(shè)備(10)，其包括用于發(fā)射初級(jí)光的至少一個(gè)無機(jī)發(fā)光二極管(LED)(14)，支撐在(多個(gè))LED的第一側(cè)上的發(fā)光板(12)，該板適于轉(zhuǎn)變(多個(gè))LED發(fā)出的至少部分所述初級(jí)光的波長，該發(fā)光設(shè)備包括用于耦合出來自所述發(fā)光板的光的光散射單元。本發(fā)明使得能夠省略任何龐大的提取光學(xué)系統(tǒng)，并允許一種平坦和緊湊的LED模塊設(shè)計(jì)。本發(fā)明還涉及一種制造這種發(fā)光設(shè)備的方法。
文檔編號(hào)H01L33/58GK101120453SQ200680005194
公開日2008年2月6日 申請日期2006年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月16日
發(fā)明者H·范斯普蘭格, J·德格拉夫, M·A·弗舒?zhèn)?申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司