專利名稱：復(fù)合式白色光源及其制造方法
本申請(qǐng)主張具有2003年2月26日所提出的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)60/451067的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光發(fā)射器，尤其涉及至少某些發(fā)射光的波長(zhǎng)通過一轉(zhuǎn)換材料區(qū)域來轉(zhuǎn)換成其他波長(zhǎng)的光發(fā)射器。
現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管(LEDs)是一種重要類型的固態(tài)裝置，該裝置將電能轉(zhuǎn)換成光能，而一般包含由半導(dǎo)體材料所組成的主動(dòng)層，其夾在兩相對(duì)摻雜層之間。當(dāng)一偏壓施加在橫跨這些摻雜層之間時(shí)，空穴及電子注入該主動(dòng)層，在該層中空穴及電子重組以產(chǎn)生光。光典型地全方位地從該主動(dòng)層及該LED表面發(fā)射。
傳統(tǒng)用以照明應(yīng)用的LEDs的一項(xiàng)缺點(diǎn)在于它們無法從其主動(dòng)層產(chǎn)生白光。一個(gè)讓一單一藍(lán)光發(fā)光二極管發(fā)射白光的方法是在其周圍環(huán)繞一黃色磷光體、聚合物或染料。[參見Nichia Corp.白光二極管，料號(hào)NSPW300BS，NSPW312BS等等；也可參見Hayden美國(guó)專利編號(hào)5959316，″Multiple Encapsulation of Phosphor-LEDDevices″]。該周圍材料會(huì)″向下轉(zhuǎn)換″至少一些光線的波長(zhǎng)，改變其顏色。例如，假如一藍(lán)光發(fā)光二極管被一黃色磷光體所圍繞著，則一些藍(lán)光會(huì)通過該磷光體而沒有被改變，而該其余光線被向下轉(zhuǎn)換成黃色。因此，該LED發(fā)射出藍(lán)光及黃光，這些光線組合后形成白光。
制造一個(gè)由轉(zhuǎn)換材料區(qū)域所圍繞的LED的傳統(tǒng)方法是以必需電氣連接將該LED鑲嵌在一杯狀次鑲嵌，以將偏壓施加到該LED。一注射器機(jī)構(gòu)填滿光學(xué)透明及可固化材料(例如環(huán)氧樹脂、硅膠、溶膠凝膠等等)。利用混合在該材料的轉(zhuǎn)換材料，在該處該轉(zhuǎn)換材料典型地包含磷光體粒子。該注射器混合劑則被注入該次鑲嵌內(nèi)，覆蓋著該LED而部分地填滿該次鑲嵌。當(dāng)該透明材料先被注入該杯內(nèi)時(shí)，這些轉(zhuǎn)換粒子一般地均勻地混合/懸浮在該整個(gè)材料中。該透明材料則會(huì)固化，以形成該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，而該全部組合封裝在一透明環(huán)氧樹脂內(nèi)。
該制造方法的一項(xiàng)缺點(diǎn)在于在某些環(huán)境下，這些轉(zhuǎn)換粒子不均勻地分布在該固化狀態(tài)。在該透明材料混合物被注入一杯內(nèi)之后，在被固化前會(huì)有一段時(shí)間延遲。在該延遲期間，這些轉(zhuǎn)換粒子會(huì)往該杯的底部沉積而覆蓋在該LED上，使得在該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域中存在不同濃度的粒子。該沉積問題在透明材料固化過程期間脫水而變得更加嚴(yán)重，這會(huì)讓這些轉(zhuǎn)換粒子更快速地沉積。該已沉積轉(zhuǎn)換材料區(qū)域會(huì)導(dǎo)致當(dāng)從不同角度觀看時(shí)，來自該發(fā)射器的光呈現(xiàn)不同顏色及/或強(qiáng)度，因?yàn)樵摪l(fā)射光線會(huì)遇到不同程度的轉(zhuǎn)換材料。
該方法的另一項(xiàng)缺點(diǎn)在于從該注射器的光學(xué)透明材料的注射會(huì)在每個(gè)注射器之間引入轉(zhuǎn)換粒子的濃度的變異，這會(huì)降低重制這些注射器的一致性。這些轉(zhuǎn)換粒子會(huì)沉積在該注射器內(nèi)，使得當(dāng)該注射器充滿著時(shí)注入該透明材料混合物的發(fā)射器會(huì)具有比稍后所形成的發(fā)射器更大濃度的轉(zhuǎn)換粒子。從該注射器注射到該杯內(nèi)的透明材料的數(shù)量也是難以控制，而不同數(shù)量的透明材料混合物沉積在不同發(fā)射器內(nèi)。這也會(huì)導(dǎo)致不同發(fā)射器內(nèi)有不同數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子。該固化材料的末端表面形狀也會(huì)變化，使得來自不同LEDs的光通過不同數(shù)量的透明材料及粒子。這些問題會(huì)減少制造具有一致性發(fā)光特征的發(fā)射器的能力。
該傳統(tǒng)發(fā)射器制造方法的其他缺點(diǎn)在于當(dāng)該發(fā)射器不符合這些必需發(fā)光標(biāo)準(zhǔn)時(shí)會(huì)浪費(fèi)材料。因?yàn)闆]有實(shí)際可行的方法可以分離該發(fā)射器及該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，所以假如該發(fā)射器及該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域有缺陷的話，該整個(gè)發(fā)射器必需丟棄。因此，假如該LED是良好的而該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域有缺陷的話，則兩者都是沒用的。丟棄該整個(gè)發(fā)射器會(huì)造成其他良好LEDs的過度浪費(fèi)，這會(huì)增加制造上整體成本。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種改良LED式發(fā)射器及一種用以制造可以對(duì)付傳統(tǒng)發(fā)射器及方法的缺點(diǎn)的發(fā)射器的方法。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的一實(shí)施例包含一光源，該光源發(fā)射光線的第一光譜。一轉(zhuǎn)換材料區(qū)域包含在內(nèi)而與該光源分開地形成，而包含轉(zhuǎn)換粒子。該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域位于該光源附近，使得至少某些光源的光線通過該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域。這些轉(zhuǎn)換粒子吸收至少某些通過該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域的光源光線，而發(fā)射出光線的第二光譜。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的另一實(shí)施例包含一光源，其發(fā)射光線的第一光譜，及一轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，其與該光源分開地形成。該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域位于該光源附近，而被配置成以吸收至少某些由該光源所發(fā)射的光線，而重新發(fā)射位在光線的第二光譜的光線。該發(fā)射器以光線的均勻第三光譜來發(fā)射該第一及第二光譜的組合。
根據(jù)本發(fā)明的制造發(fā)射器的方法的一實(shí)施例包含提供一光源，及提供一分離形成的轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，該區(qū)域含有轉(zhuǎn)換粒子。該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域則連接于該光源附近。該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域如此放置使得至少某些從該光源以不同角度所發(fā)射的光線會(huì)流過該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，及實(shí)質(zhì)上穿過該相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子。
本發(fā)明的這些及其他特征及優(yōu)點(diǎn)對(duì)于熟練技術(shù)人員可以從該下列詳細(xì)描述及一起所采用的這些伴隨圖式相當(dāng)明顯。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射器的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，該光發(fā)射器具有一半球形含磷光體透鏡，該透鏡與該LED及次鑲嵌分開制造；圖2是圖1發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；圖3是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的其他實(shí)施例的剖面圖，其具有一半球狀含磷光體透鏡；圖4是圖3發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；圖5是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的其他實(shí)施例的剖面圖，其具有一半球狀含磷光體透鏡；圖6是圖5發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；圖7是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的其他實(shí)施例的剖面圖，其具有一半球狀含磷光體透鏡；圖8是圖7發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；圖9是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的其他實(shí)施例的剖面圖，其具有一半球狀透鏡，該透鏡具有一含磷光體層及散射粒子；圖10是圖9發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；圖11是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的其他實(shí)施例的剖面圖，其具有一大致上為半球狀的透鏡，該透鏡具有一含磷光體層；
圖12是圖11的發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；圖13是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的其他實(shí)施例的剖面圖，其具有一負(fù)載磷光體的蓋子；圖14是圖13發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；圖15是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的其他實(shí)施例的剖面圖，其具有一穿孔式負(fù)載磷光體的蓋子；圖16是圖15發(fā)射器的剖面圖，其將分開部分連接在一起；及圖17及18是說明制造根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1及2說明根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射器10的一個(gè)實(shí)施例。發(fā)射器10可用于許多不同應(yīng)用，像是包含在一顯示系統(tǒng)內(nèi)，在該顯示系統(tǒng)它透過一角度范圍發(fā)射均勻顏色及/或強(qiáng)度的光線。該系統(tǒng)可包含單一發(fā)射器或發(fā)射器陣列，但是在為了簡(jiǎn)化及便于討論起見只有描述一個(gè)發(fā)射器。
發(fā)射器10包含光源12，其位在一杯狀次鑲嵌14的表面11上。光源12可以使用已知的結(jié)合方法來鑲嵌在表面11。填充材料19設(shè)置于表面11上并環(huán)繞在光源12四周，使得填充材料19填充在該杯內(nèi)的容積。一含有磷光體的半球狀透鏡16鄰近于次鑲嵌14。透鏡16包含散布各處的轉(zhuǎn)換粒子22，使得透鏡16及粒子22形成一轉(zhuǎn)換材料區(qū)域21。表面11可以對(duì)選定的波長(zhǎng)具反射性，使得光源12所發(fā)射的光線從表面11反射，而促成該發(fā)射器10的光線發(fā)射。應(yīng)注意的是轉(zhuǎn)換粒子22以圖1及2中所示的透鏡16及在該文件中所顯示的其余圖示中的點(diǎn)點(diǎn)來表示。
該透鏡16的表面13結(jié)合于填充料19，并保持在相對(duì)于次鑲嵌14的適當(dāng)?shù)胤?。因此，透鏡16如此放置使得光源12所發(fā)射的光線的一部分從表面13流到表面15穿過透鏡16。然而，填充材料19是為任選(optional)的，而透鏡16可以直接接合到次鑲嵌14的表面17。填充料19包含一環(huán)氧樹脂或其他填充料，其能夠?qū)⑼哥R16接合到次鑲嵌14。透鏡16及填充料19包含一材料，該材料對(duì)于感興趣的波長(zhǎng)系呈透明。轉(zhuǎn)換粒子22包含一或更多螢光或磷光體材料，像是磷光體、螢光染料或發(fā)光半導(dǎo)體材料。
如所示，光源12包含單一發(fā)光二極管(LED)。然而，光源12包含其他光發(fā)射器，像是一固態(tài)激光器、一激光二極管、一有機(jī)發(fā)光二極管，還有其他等等。典型的選定的要求波長(zhǎng)在該紅外線到該紫外線的范圍之間，雖然其他波長(zhǎng)也可以使用。再者，光源12可以包含發(fā)射出相同或不同波長(zhǎng)的光線的多重光源。
傳統(tǒng)LEDs及其他光發(fā)射器的操作及制造細(xì)節(jié)為人所知，所以只進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論。傳統(tǒng)LEDs可以從一些材料系統(tǒng)通過許多已知方法來制造，例如利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)所制造的適當(dāng)方法。其他適當(dāng)方法包含分子光束外延法(MBE)及金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)。
LEDs通常包含一主動(dòng)區(qū)域，該區(qū)域夾在兩相對(duì)摻雜層之間，這些兩相對(duì)摻雜層摻雜著p型或n型。該LED的頂層通常為p型，而該底層通常為n層，雖然如果這些層的傳導(dǎo)性相反的話，LEDs也可以運(yùn)作。這些p型及n型層具有各自接點(diǎn)(contact)，而電氣信號(hào)施加橫跨這些接點(diǎn)，使得一電流注入到該主動(dòng)區(qū)域而產(chǎn)生光發(fā)射。
次鑲嵌14包含電氣電路(未顯示)，其耦合到光源12，諸如用以提供電源用作光線發(fā)射的電氣電路。次鑲嵌14也可以包含用以保護(hù)光源12免受諸如靜電沖擊的大電氣信號(hào)的組件及電路。
操作中，光源12發(fā)射所要求波長(zhǎng)的光線，該發(fā)射光線直接來自該光源或是間接來自表面11的反射而流過透鏡16。由光源12所發(fā)射的光線的一部分流過透鏡16而被轉(zhuǎn)換粒子22所吸收。
被吸收輻射的一部分在一或更多波長(zhǎng)光譜上重新發(fā)射，其通常不同于該吸收波長(zhǎng)，該重新發(fā)射光線典型地具有比該吸收光線更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。該傳輸光線及該重新傳輸光線的組合使該發(fā)射器10能夠發(fā)射不同于該原始發(fā)射光線的波長(zhǎng)的光線。例如，光源12可發(fā)射藍(lán)光而轉(zhuǎn)換粒子22會(huì)吸收一部分的藍(lán)光，而將之轉(zhuǎn)換成黃光。該發(fā)射器10則會(huì)發(fā)射白光，其由該藍(lán)光及黃光所組合。使用含有以該(Gd，Y)3(Al，Ga)5O12:Ce系統(tǒng)為基礎(chǔ)的磷光體的轉(zhuǎn)換粒子，可以讓全范圍的廣泛黃光光譜發(fā)射變得可能。在其他范例中，轉(zhuǎn)換粒子22利用一適當(dāng)綠光發(fā)射材料(如Sr:thiogallate磷光體)重新發(fā)射綠光?？梢允褂梦账{(lán)光而重新發(fā)射不同波長(zhǎng)的光線的其他轉(zhuǎn)換粒子。也可以使用吸收不同波長(zhǎng)的光線而重新發(fā)射不同波長(zhǎng)的光線的不同轉(zhuǎn)換粒子，像是吸收紫外線而發(fā)射位在不同波長(zhǎng)上的光線的粒子。
根據(jù)本發(fā)明，要求均勻地散布轉(zhuǎn)換粒子22在透鏡16內(nèi)，使得該發(fā)射光線的顏色及強(qiáng)度在整個(gè)廣大范圍的觀看角度是均勻的。結(jié)果，透鏡16制造成與次鑲嵌14與光源12相分離。因此，取代注射該透明材料混合物，其系將透鏡16形成到次鑲嵌14內(nèi)，利用諸如射出成型或該傳統(tǒng)注射器制造程序的已知方法，材料可用以大量生產(chǎn)透鏡。通過將透鏡16制造成與次鑲嵌14與光源12分離，其優(yōu)點(diǎn)為可以克服使用傳統(tǒng)方法制造發(fā)射器相關(guān)的問題。
一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是該制造程序可以提供比傳統(tǒng)技術(shù)更為便宜的透鏡。該程序比較便宜的理由是因?yàn)榘l(fā)射器10的形成減少所產(chǎn)生的浪費(fèi)，因?yàn)楣庠?2會(huì)在透鏡16接合到次鑲嵌14上之前先被測(cè)試。假如發(fā)射器10具有次于標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射或是其他缺陷，則會(huì)做出有關(guān)光源12或透鏡16是否有缺陷的決定。該缺陷組件則會(huì)被放棄而以新組件來取代。該取代程序會(huì)避免與該傳統(tǒng)制造程序有關(guān)的浪費(fèi)，在該程序中假如該發(fā)射次于標(biāo)準(zhǔn)的話則該整個(gè)發(fā)射器會(huì)被丟棄。
另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是這些發(fā)射器以更為彈性的制造程序來形成。例如，不同透鏡可用以匹配次鑲嵌14及光源12的幾何形狀。同樣地，一特定發(fā)射器10所發(fā)射的顏色可以通過使用一透鏡來改變，該透鏡包含可以產(chǎn)生不同光線組合的不同類型的轉(zhuǎn)換粒子。這些透鏡的改變可以在該組裝線上通過簡(jiǎn)單代換一不同透鏡的供應(yīng)來完成。
另可得到彈性的制造程序，因?yàn)樾纬赏哥R16的材料有較多選擇。例如，因?yàn)樵谠搨鹘y(tǒng)注射器方法中，該透明材料直接注入到該LED上，所以只能夠使用具有相當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)/固化溫度的材料。假如使用較高溫度的材料，則當(dāng)光源12或次鑲嵌14與該透明材料混合物相接觸時(shí)會(huì)受到損傷。
透鏡16制造成與光源12與次鑲嵌14相分離，然后結(jié)合到次鑲嵌14，如上面所討論。結(jié)果，在該傳統(tǒng)注射器程序中可能以其他方法而導(dǎo)致?lián)p害的材料現(xiàn)在也可以使用，一種這樣的材料是玻璃。通過將轉(zhuǎn)換粒子22裝到一堅(jiān)固耐用的材料(諸如玻璃)內(nèi)，轉(zhuǎn)換粒子22更可以免于受到該周圍大氣的污染，該污染會(huì)與粒子22間產(chǎn)生不良反應(yīng)而減少發(fā)射器10的可用壽命。應(yīng)了解該透鏡16除了玻璃之外還可以由許多不同材料所制，諸如環(huán)氧樹脂或塑膠，本發(fā)明并沒有受限于在此所提到的特定透鏡材料。
該制造程序也具有優(yōu)點(diǎn)是該光線的以比傳統(tǒng)制造技術(shù)所提供的光線更為均勻的顏色、強(qiáng)度及溫度來發(fā)射。達(dá)到較佳均勻性的理由是因?yàn)閺墓庠?2以不同角度所發(fā)射的光線會(huì)通過類似厚度的透鏡16，而因此穿過實(shí)質(zhì)上類似數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子22，因?yàn)樗鼈儗?shí)質(zhì)上在整個(gè)區(qū)域21上具有均勻分布。例如，如圖2中所示，光線路徑1、2及3行經(jīng)實(shí)質(zhì)上為相同厚度的透鏡16，及穿過實(shí)質(zhì)上相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子。
轉(zhuǎn)換粒子22的均勻性被較佳地控制，因?yàn)橥哥R16被分開地形成。轉(zhuǎn)換粒子22的沉積可以通過在該混合物注入到該模具之后快速固化該材料混合物，或在固化期間搖動(dòng)該射出模具而避免。
另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換材料區(qū)域21一般并不會(huì)接觸到光源12，所以光源12的表面或形狀上的變化不會(huì)顯著地影響發(fā)射器10的效能。再者，假如轉(zhuǎn)換材料區(qū)域21太靠近光源22，熱會(huì)損壞轉(zhuǎn)換粒子22。
圖3及4說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器30的實(shí)施例。應(yīng)注意的是發(fā)射器30所包含的組件類似于圖1及2中所說明的組件。類似標(biāo)號(hào)使用在類似組件上，以一認(rèn)知為上述與發(fā)射器10相關(guān)連的討論相同地也使用于發(fā)射器30及本說明書的其余部分所討論的其他實(shí)施例。
發(fā)射器30包含光源12，其鑲嵌到次鑲嵌14。填充材料19放置在表面11上，以圍繞在光源12四周，但是在此及在這些圖示的其余部分為了簡(jiǎn)化及便于解釋都省略。發(fā)射器30包含一透鏡36，其鑲嵌到表面17。透鏡36包含一內(nèi)層38，其具有轉(zhuǎn)換粒子22，及一外層40，在該處層38及40較佳地處處需具有均勻厚度。透鏡36為半球狀并位于表面17上，使得光源12所發(fā)射的光線的一部分會(huì)流經(jīng)透鏡36，從一表面33到一表面35。
轉(zhuǎn)換粒子22散布在轉(zhuǎn)換材料區(qū)域21內(nèi)。然而，轉(zhuǎn)換材料區(qū)域21只有包含一部分的透鏡36。特別地，轉(zhuǎn)換粒子22散布在內(nèi)層38，而較佳地沒有散布在外層40內(nèi)。因此，內(nèi)層38包含與轉(zhuǎn)換粒子22相混合的透明材料，而外層40包含透明材料。在該配置中，以不同角度從光源12所發(fā)射的光線會(huì)通過近乎相同厚度的透鏡36及近乎相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子22。(即光線路徑1、2及3是相等的)通過將透鏡36形成半球狀，一內(nèi)部距離42(參見圖4)可以保持在光源12與內(nèi)層38及轉(zhuǎn)換粒子22之間不變，其具有的距離42針對(duì)該特定光源12與次鑲嵌14最佳化。距離42及厚度44的最佳值取決于光源12及次鑲嵌14的類型及尺寸。距離42經(jīng)過挑選以讓光源12可以提供較高的光線強(qiáng)度，而不會(huì)產(chǎn)生能夠造成轉(zhuǎn)換粒子22損壞的過度熱量。假如轉(zhuǎn)換材料區(qū)域21非?？拷庠?2的話，熱量會(huì)損壞轉(zhuǎn)換粒子22。
距離42也會(huì)影響該發(fā)光器30的光效率。當(dāng)來自光源12的方向性光線進(jìn)入到內(nèi)層38而被重新導(dǎo)向回到光源12時(shí)，該方向性光線的一部分會(huì)被轉(zhuǎn)換粒子22所吸收而重新朝全方位發(fā)射。假如距離42太短或假如轉(zhuǎn)換粒子22直接放在光源12上，則該重新發(fā)射光線的某些部分會(huì)被導(dǎo)向回到光源12內(nèi)而被吸收。該光線的吸收會(huì)減少該發(fā)射器30的整體光線發(fā)射效率，因?yàn)樗黾庸庠?2的溫度。假如距離42很長(zhǎng)，則厚度44會(huì)縮減成一點(diǎn)，而來自轉(zhuǎn)換粒子22的光線會(huì)因?yàn)閮?nèi)部全反射而被陷在透鏡36內(nèi)，這也會(huì)降低發(fā)射器30的整體效率。
圖5及6說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器50，其中發(fā)射器50包含一平坦次鑲嵌54。在該實(shí)施例，一半球狀透鏡56放在光源12之上，而鑲嵌到次鑲嵌54的表面51，其具有光源12配置在透鏡56的內(nèi)部表面53與次鑲嵌54之間的空間內(nèi)(參見圖6)。光源12及內(nèi)部表面53相間隔擺放，使得來自轉(zhuǎn)換材料區(qū)域22的重新發(fā)射光線被光源12所吸收能夠最小化。透鏡56包含轉(zhuǎn)換粒子22，其散布在透鏡56內(nèi)，使得當(dāng)從光源12發(fā)射的光線通過透鏡56時(shí)，其一部分會(huì)被轉(zhuǎn)換粒子22所吸收而以不同波長(zhǎng)重新發(fā)射。
圖7及8說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器70的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，發(fā)射器70包含一半球狀透鏡76，其鑲嵌到次鑲嵌54的表面51。透鏡76包含一內(nèi)層78，其具有與轉(zhuǎn)換粒子22相混合的透明材料，而一包含透明材料的外層80最好是沒有任何轉(zhuǎn)換粒子。光線流動(dòng)從光源12穿過透鏡76，從一表面73到一表面75。
如同上面所討論與圖3及4相關(guān)連，一內(nèi)部距離82挑選在光源12與內(nèi)層78之間，以最小化來自轉(zhuǎn)換粒子22的重新發(fā)射光線到光源12的吸收。距離82及厚度84可被挑選成最佳化發(fā)射器50的光線效率，其中該光線效率通過最小化該重新發(fā)射光線的吸收及通過減少如上所討論的內(nèi)部全反射來最佳化。
圖9及10說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器90的實(shí)施例，其中發(fā)射器90包含光源12，其鑲嵌到次鑲嵌14的表面11。在該實(shí)施例中，一半球狀透鏡96鑲嵌到表面17，其中透鏡96包含一具有轉(zhuǎn)換粒子22的底層98。然而，除了轉(zhuǎn)換粒子22散布在整層98之外，層98也包含散射粒子100，用以重新導(dǎo)向該光線的某些部分。
該光線由位在層98內(nèi)的轉(zhuǎn)換粒子22所吸收而重新發(fā)射的部分被引導(dǎo)沿著層98，如同箭頭99所示(參見圖10)。該重新發(fā)射光線被引導(dǎo)遠(yuǎn)離表面95。因此，在層98內(nèi)含有散射粒子100的理由是用以重新引導(dǎo)該光線朝向表面95，使得發(fā)射器90的光線發(fā)射效率會(huì)增加。
轉(zhuǎn)換粒子22的轉(zhuǎn)換及散射效率取決于該光線的波長(zhǎng)及這些轉(zhuǎn)換粒子的大小。轉(zhuǎn)換材料區(qū)域21典型上并不會(huì)有效率地散射光線，因?yàn)榱Ｗ?2的轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著它們大小減少而減少。結(jié)果，要獲得直徑上小于近乎1微米的高轉(zhuǎn)換效率粒子是困難的。為了有效地散射光線，散射粒子100的直徑應(yīng)該近乎要被散射的光線的波長(zhǎng)的一半。在空中，這會(huì)導(dǎo)致粒子100在直徑近乎為0.2到0.25微米。該范圍的直徑對(duì)于在不同媒體內(nèi)的粒子會(huì)更小，像是環(huán)氧樹脂或其他具有折射率大于自由空間的材料。結(jié)果，磷光體粒子一般地太大以致于不能有效地散射光線。
圖11及12說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器110的實(shí)施例，其中發(fā)射器110包含光源12，其鑲嵌到一次鑲嵌114的表面111。在該實(shí)施例中，一透鏡116放在次鑲嵌114的表面117上，其中透鏡116具有一底層118，該底層包含轉(zhuǎn)換粒子22。光線流來自光源12，穿過透鏡116，從一表面103到一表面105。
次鑲嵌114包含一表面101及一表面115，其被定位成重新引導(dǎo)來自轉(zhuǎn)換粒子22所發(fā)射的光線朝向表面105。因此，底層118并不需要包含類似上述所討論用以散射來自轉(zhuǎn)換粒子22的重新發(fā)射光線的散射粒子100的散射粒子。然而，應(yīng)注意的是散射粒子100仍然可以包含在層118內(nèi)，但是為了簡(jiǎn)化及便于解釋而省略。
表面101及115被塑形，所以沿著層118所引導(dǎo)的光線反射離開表面101及/或117，然后與從光源12所發(fā)射流過層118到表面105的光線相組合。從表面101及115所反射的光線可以促成發(fā)射器110所發(fā)射的光線。因此，發(fā)射器110的光線發(fā)射效率通過包含表面101及115在次鑲嵌114內(nèi)來增加。
圖13及14說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器130的實(shí)施例，其中發(fā)射器130包含一被塑形的LED 152。在該實(shí)施例中，發(fā)射器130并沒有包含一如同在前面所討論的實(shí)施例中一樣的次鑲嵌。反而，發(fā)射器130包含接點(diǎn)134及135，其配置在LED 152的底部。因此，LED 152可以被鑲嵌在一具有接點(diǎn)134及135的金屬蓋內(nèi)，這些接點(diǎn)電氣連接到位在該蓋子處的偏壓源，以提供電源給LED 152的照明。
取代具有一透鏡，發(fā)射器130包含一磷光體負(fù)載蓋136，其具有與LED 152相同形狀，及較佳地具有一大致上一致的厚度。蓋子136可以由如同上述的透鏡的類似材料所制成，而可以包含轉(zhuǎn)換粒子散射其中。蓋子136可以通過如同上述的透鏡的相同方法來制造成與LED 152分離，即一種方法是射出成形。蓋子136可以利用一環(huán)氧樹脂或其他類似材料在適當(dāng)?shù)牡胤借偳对贚ED 152上。
在操作中，以不同角度來自LED 152所發(fā)射的光線將會(huì)通過蓋子136的類似厚度，因此該光線將會(huì)遭遇類似數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子22，其使得當(dāng)從不同角度觀看時(shí)，發(fā)射器130能夠提供實(shí)質(zhì)上相同顏色及強(qiáng)度的光線。
圖15及16說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器150的實(shí)施例，其中發(fā)射器150包含LED152及一磷光體負(fù)載蓋子154。在該實(shí)施例中，然而，取代具有兩底部接點(diǎn)，LED 152具有一底部接點(diǎn)156及一頂部接點(diǎn)158。蓋子154具有一略大于該頂部接點(diǎn)158的頂部穿孔160，使得當(dāng)蓋子154連結(jié)到LED 152時(shí)，頂部接點(diǎn)158配置在頂部穿孔160之內(nèi)，然而還是可進(jìn)入的。穿孔160可以放在沿著該磷光體蓋上的任何地方，但是為了簡(jiǎn)化及便于解釋顯示成放在該頂部的中心。
頂部接點(diǎn)158的配置使得一電氣信號(hào)可以透過底部及頂部接點(diǎn)156及158分別提供給LED 152。對(duì)于如同在圖16中所表示的LED 150，該電氣信號(hào)透過導(dǎo)體162提供給頂部接點(diǎn)158，該導(dǎo)體162以接線的方式連接到接點(diǎn)158。該電氣信號(hào)也可以透過一導(dǎo)體(未繪示)或透過一金屬杯來提供給底部接點(diǎn)156。
制造方法圖17是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器制造方法170的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其中該發(fā)射器的組件分開制造，然后再接合在一起。在一步驟172中，一LED使用任何已知方法來制造，像是在一MOCVD反應(yīng)裝置中的制造。在一步驟174中，該次鑲嵌被制造，而在步驟176中，該LED使用已知的結(jié)合方法來連接到該次鑲嵌的基部。在一步驟178中，具有轉(zhuǎn)換材料區(qū)域的透鏡使用已知制造方法來制造，像是射出成形。在最后步驟180中，該透鏡結(jié)合到該次鑲嵌在該LED上，其具有一較佳方法為利用環(huán)氧樹脂或其他填充材料來填滿在該透鏡與該次鑲嵌/LED之間的空間，然后接觸到該透鏡的內(nèi)部表面以將之固定在適當(dāng)?shù)牡胤健?br> 在另外中間步驟中(未繪示)，該發(fā)射器可以利用在該次鑲嵌上適當(dāng)?shù)胤降耐哥R來加以測(cè)試，但是是在它被接合到該次鑲嵌之前。假如該發(fā)射器的發(fā)射低于標(biāo)準(zhǔn)的話，則會(huì)做出該LED或該透鏡是否有缺陷的決定。該有缺陷零件則會(huì)被丟棄而重新以新的零件來取代。結(jié)合步驟180可以執(zhí)行在當(dāng)該測(cè)試程序重復(fù)執(zhí)行直到該發(fā)射器有效率地操作之后。
圖18是根據(jù)本發(fā)明之發(fā)射器制造方法的其他實(shí)施例190的流程圖。在一步驟192中，一LED使用任何已知方法來制造，像是在一MOCVD反應(yīng)裝置中的制造，其中該LED可以是任意的形狀。在一步驟194中，接點(diǎn)使用諸如濺鍍法的已知方法以形成在該LED上。在一步驟196中，一磷光體負(fù)載蓋子使用已知方法以制造，像是射出成形。在一步驟198中，該蓋子鑲嵌到該LED，使得該LED光線的一部分通過該蓋子。該蓋子可以使用環(huán)氧樹脂或其他結(jié)合材料來鑲嵌到該LED。在某一方法中，這些接點(diǎn)沉積在該LED的底部表面及該蓋子的覆蓋的LED的頂部及側(cè)邊表面上。在其他實(shí)施例中，一接點(diǎn)沉積在該LED的底部表面上，而其他接點(diǎn)沉積在該LED的頂部表面上。該蓋子穿孔在其頂部表面上，而當(dāng)它連接到該LED時(shí)，該頂部接點(diǎn)被覆蓋于該穿孔內(nèi)，然而還是可進(jìn)入的。
該方法也可以包含在該發(fā)射器的蓋子被結(jié)合到該LED之前先測(cè)試它的中間步驟。假如該蓋子或該LED被發(fā)現(xiàn)具有缺陷，則該缺陷零件會(huì)被丟棄而代之以不同零件。在該蓋子被連結(jié)到該LED之前，該測(cè)試可以重復(fù)執(zhí)行直到該發(fā)射器發(fā)射光線在一些可視角范圍內(nèi)具有充分的顏色及強(qiáng)度。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考其某些較佳配置以相當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)來加以描述，但是其他版本也是有可能。這些上述方法中的步驟順序可以不一樣。根據(jù)本發(fā)明的其他方法可以使用更多或更少的步驟，也可以使用不同步驟。上述之透鏡及蓋子可以采取許多不同形狀及層，而可以包含許多不同類型的轉(zhuǎn)換粒子。該透鏡及蓋子可以被塑形以調(diào)適該特定應(yīng)用，且也可以被塑形以聚焦該發(fā)射光線。所描述之每一個(gè)透鏡及蓋子也可以包含散射粒子散布于其中或在不同位置上。
因此，在此所描述之本發(fā)明的實(shí)施例為示范用，而許多修正、變化及重新配置可以很容易被想象以達(dá)成實(shí)質(zhì)上為相等的結(jié)果，這些所有都涵蓋在文后申請(qǐng)專利范圍內(nèi)所定義的本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射器，其包含光源，其發(fā)射第一光譜的光；及轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，其與所述光源分開地形成，并包含轉(zhuǎn)換粒子，該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域位于靠近該光源的地方，使得該光源光線的至少某些光線會(huì)通過該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，這些轉(zhuǎn)換粒子會(huì)吸收該光源光線通過該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域的至少某些光線，然后發(fā)射第二光譜的光線。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中該光源沿著延伸穿過該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域的多個(gè)光線路徑發(fā)射該第一光譜的光線，每個(gè)光線路徑延伸穿過實(shí)質(zhì)上相等數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中這些轉(zhuǎn)換粒子散布在該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域中，使得這些轉(zhuǎn)換粒子發(fā)射具有均勻顏色及強(qiáng)度的第二光譜的光線。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中這些轉(zhuǎn)換粒子發(fā)射具有均勻顏色及強(qiáng)度的第二光譜的光線。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域包含散射粒子，這些粒子可以重新引導(dǎo)該第一及第二光譜的光線的至少某些光線。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域包含玻璃透鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)射器，其中該玻璃透鏡與該光源分開地形成，而結(jié)合到靠近該光源的地方。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域包含磷光體負(fù)載蓋子。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其中該磷光體負(fù)載蓋子被塑形以緊密地配合在該發(fā)射器的一個(gè)或更多個(gè)表面上，使得該光源通過該磷光體蓋子的光線可以實(shí)質(zhì)上通過相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其中該磷光體負(fù)載蓋子包含一穿孔，用以接收一電氣接點(diǎn)到該光源。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)射器，其中該穿孔至少有部分以轉(zhuǎn)換粒子及散射粒子的至少一項(xiàng)來填滿。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)射器，其中該磷光體負(fù)載蓋子與該光源分開地形成，而結(jié)合到靠近該光源的表面的至少某一表面的地方。
13.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中還包含次鑲嵌，該光源鑲嵌到該次鑲嵌，而該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域鑲嵌到該次鑲嵌。
14.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域?yàn)榘肭驙?，而該光源配置用以發(fā)射光線朝向該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域的基底，并且穿過該基底。
15.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中該光源包含發(fā)光二極管。
16.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其發(fā)射一光譜的光線由該第一及第二光譜的光線組合而成。
17.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域相對(duì)這些光源放置，使得在該其之間存在一空間。
18.一種發(fā)射器，其包含光源，其發(fā)射第一光譜的光線；及轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，其與該光源分開地形成，而位于靠近該光源的地方，該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域配置用以吸收該光源所發(fā)射的光線的至少某些光線，然后以第二光譜的光線重新發(fā)射光線，該發(fā)射器發(fā)射該第一及第二光譜的光線的組合，其在均勻第三光譜的光線內(nèi)。
19.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域與靠近該光源的位置分開。
20.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，還包含次鑲嵌，其中該光源位于該次鑲嵌的第一表面上，而該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域位于該次鑲嵌的第二表面上。
21.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，其中該次鑲嵌配置用以反射該第一及第二光譜的某些光線。
22.如權(quán)利要求20所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域包含透鏡，該透鏡結(jié)合到該次鑲嵌的第二表面，該第二表面位于該第一表面之上。
23.如權(quán)利要求20所述的發(fā)射器，其中該次鑲嵌表面至少之一將該第一及第二光譜的光線的某些光線反射到該透鏡。
24.如權(quán)利要求20所述的發(fā)射器，其中該次鑲嵌包含一杯狀次鑲嵌及一平面次鑲嵌之一。
25.如權(quán)利要求22所述的發(fā)射器，其中該透鏡包含轉(zhuǎn)換材料區(qū)域及透明材料區(qū)域。
26.如權(quán)利要求22所述的發(fā)射器，其中該透鏡塑形以配合在該次鑲嵌內(nèi)。
27.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域包含一磷光體負(fù)載蓋子。
28.如權(quán)利要求27所述的發(fā)射器，其中該磷光體負(fù)載蓋子塑形以配合該光源的形狀。
29.如權(quán)利要求27所述的發(fā)射器，其中該磷光體負(fù)載蓋子與該光源分開地形成，而結(jié)合到靠近該光源處。
30.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域相對(duì)于該光源放置，使得在這些其中存在一空間，該空間被選定以獲得該第三光譜的光線的實(shí)質(zhì)上均勻發(fā)射。
31.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，其中該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域相對(duì)于該光源放置，使得在該其中存在一空間，該空間被挑選以獲得該第三光譜的光線具有所要求顏色及強(qiáng)度的至少一項(xiàng)。
32.一種制造發(fā)射器的方法，其包含提供光源；提供分開形成的轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，其包含轉(zhuǎn)換粒子；及結(jié)合該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域到靠近該光源的地方，該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域如此放置，使得以不同角度從該光源所發(fā)射的光線的至少某些光線流經(jīng)該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，并經(jīng)過實(shí)質(zhì)上為相同數(shù)量的轉(zhuǎn)換粒子。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，還包含一步驟提供次鑲嵌，該光源結(jié)合到該次鑲嵌的第一表面。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中這些轉(zhuǎn)換粒子散布在該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域內(nèi)，使得該發(fā)射器發(fā)射光線具有相同顏色及強(qiáng)度的至少一項(xiàng)。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其中提供該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域的步驟包含一步驟提供一透鏡，該透鏡包含該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其中結(jié)合該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域以靠近該光源的地方的步驟包含一步驟將該透鏡結(jié)合到該次鑲嵌的該第一表面及一第二表面之一。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其中提供該透鏡之步驟包含一步驟提供一透鏡，該透鏡具有一開口，其配置用以至少部分環(huán)繞在該光源四周。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其中提供該次鑲嵌的步驟包含一步驟提供平面次鑲嵌及杯狀次鑲嵌之一。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，其中該次鑲嵌包含一杯狀次鑲嵌，其具有一第三邊，其配置用以反射從該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域所重新發(fā)射的光線的至少一部份。
40.如權(quán)利要求32所述的方法，其中提供該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域的步驟包含一步驟提供一磷光體負(fù)載蓋子，該蓋子包含該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中提供該磷光體負(fù)載蓋子的步驟包含一步驟提供一磷光體負(fù)載蓋子，該蓋子被塑形為至少部分環(huán)繞在該光源四周。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中提供該磷光體負(fù)載蓋子的步驟包含一步驟提供一磷光體負(fù)載蓋子，其具有一穿孔，用以咬合一接點(diǎn)。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，還包含一步驟以轉(zhuǎn)換粒子及散射粒子的至少一項(xiàng)來填滿該穿孔。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種發(fā)射器，其包含一光源及一轉(zhuǎn)換材料區(qū)域，該區(qū)域具有轉(zhuǎn)換粒子散布其中。該光源能夠沿著穿過該轉(zhuǎn)換材料區(qū)域所延伸的多個(gè)光線路徑發(fā)射光線。來自該光源的光線及來自該轉(zhuǎn)換粒子重新發(fā)射的光線組合，以提供所要求顏色的光線。每個(gè)光線路徑延伸穿過一些足可勝任的轉(zhuǎn)換粒子，使得所要求顏色的光線沿著每道光線路徑具有均勻顏色及強(qiáng)度。
文檔編號(hào)H01J1/62GK1777999SQ200480011028
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者詹姆士·依必森, 艾力克·塔沙 申請(qǐng)人:美商克立股份有限公司