專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高效率和余弦光分布、包括固體光源和用于光轉(zhuǎn) 換的元件的發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
包括電致發(fā)光光源(LED)和光轉(zhuǎn)換磷光體層(phosphor layer) (通常磷光粉(phosphor powder)層或者多晶磷光體層)的磷光體轉(zhuǎn)換 電致發(fā)光器件(pcLED)是已知。在這樣的pcLED中，LED發(fā)射初級(jí)輻射 ，初級(jí)輻射的至少一部分被安排在LED上的磷光體層(轉(zhuǎn)換元件)所吸 收，并且被重新發(fā)射為更長(zhǎng)波長(zhǎng)的次級(jí)輻射。這種方法也被稱(chēng)為顏色 或者光轉(zhuǎn)換。根據(jù)應(yīng)用，初級(jí)輻射被完全轉(zhuǎn)換為次級(jí)輻射，或者在部 分轉(zhuǎn)換中，被轉(zhuǎn)換為不同顏色的光，例如，可以通過(guò)混合初級(jí)和次級(jí) 輻射來(lái)產(chǎn)生白光。盡管次級(jí)輻射在活性材料中被無(wú)方向性地輻射并且 因此在粉層(powder layer)的情況下從轉(zhuǎn)換元件基本上具有余弦角 分布，但是未被轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射具有輻射的平均方向，該輻射的平均 方向由固態(tài)光源的層結(jié)構(gòu)所定義并且，通常顯著地偏離發(fā)光層的方向 。因此通過(guò)重疊初級(jí)和次級(jí)輻射而產(chǎn)生的混合光不具有余弦地依賴(lài)于 觀察角度的光強(qiáng)分布(朗伯(Lambertian)光分布)，并且產(chǎn)生的混合顏 色作為輻射角度的函數(shù)顯著地變化。用戶(hù)期望的光分布為朗伯分布圖 案(pattern)，其以在正向方向上強(qiáng)度最大為特征。
US6652765公開(kāi)了一種光源，該光源具有在藍(lán)色或者紫外光譜范圍 內(nèi)發(fā)光(初級(jí)輻射)的部件(例如，LED)，以及用于至少部分地將初 級(jí)輻射轉(zhuǎn)換為次級(jí)輻射的磷光體材料層，和用于產(chǎn)生光源的朗伯光分 布圖案的光散射材料的層。光散射顆粒用作光散射材料，該顆粒優(yōu)選 地布置在發(fā)光部件和磷光體材料之間，因?yàn)樽罴焉⑸淞６热缓蟊仨氈?適于初級(jí)輻射的波長(zhǎng)。光散射顆粒的粒度應(yīng)該在波長(zhǎng)的1/10和波長(zhǎng)的
IO倍之間。最佳散射行為用等于波長(zhǎng)的粒度獲得，例如，對(duì)于紫外初 級(jí)輻射用O. 的粒度。
在US 6653765中公開(kāi)的光源中以這樣的方式布置磷光體材料使得 用于產(chǎn)生相同色點(diǎn)(color point)的全部初級(jí)輻射(100% )都打到磷 光體層上。在一個(gè)實(shí)施例中，LED由磷光體層完全遮蔽住，在另外的實(shí) 施例中，反射器被用于將初級(jí)輻射完全偏轉(zhuǎn)到磷光體材料上。由懸浮 液(suspension)通過(guò)通常的濕化學(xué)(wet-chemical )方法制造磷光 體層、或者作為具有支撐的基質(zhì)材料的粉末層。這些層具有高的內(nèi)在 散射能力。所公開(kāi)的光源的效率(發(fā)光效率)受在磷光體材料中的后 向散射效應(yīng)和無(wú)輻射(再)吸收過(guò)程消極地影響。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供具有朗伯光分布的發(fā)光器件，其特征在 于改善的發(fā)光效率。
本發(fā)明的目的通過(guò)發(fā)光器件實(shí)現(xiàn)，該發(fā)光器件包括固態(tài)光源、至 少一個(gè)轉(zhuǎn)換元件、和光散射元件，其中該固態(tài)光源被提供來(lái)發(fā)射進(jìn)入 該光散射元件的初級(jí)輻射的第一部分和進(jìn)入該轉(zhuǎn)換元件以至少部分地 轉(zhuǎn)換為至少一個(gè)次級(jí)輻射的初級(jí)輻射的第二部分；該光散射元件被提 供來(lái)根據(jù)初級(jí)輻射的第一部分、次級(jí)輻射和在該轉(zhuǎn)換元件中尚未被轉(zhuǎn) 換的初級(jí)輻射的第二部分的部分來(lái)生成具有朗伯光分布的混合輻射； 并且初級(jí)輻射的第一部分不經(jīng)過(guò)該轉(zhuǎn)換元件而離開(kāi)該發(fā)光器件。因此 ，至少對(duì)于初級(jí)輻射的第一部分避免了由于在轉(zhuǎn)換元件中的無(wú)輻射吸 收而導(dǎo)致的光損耗，因?yàn)樗唤?jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件，在進(jìn)入該光散射元件之前 和從該光散射元件出射之后都不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光器 件因此和最新4支術(shù)進(jìn)展(the state of the art)相比在相同的色點(diǎn)具 有增加的效率。 一個(gè)或者幾個(gè)非有機(jī)的和/或有機(jī)的LED或者激光二極 管可以被用作固態(tài)光源。獨(dú)立權(quán)利要求明顯地也包括完全將初級(jí)輻射 的第二部分轉(zhuǎn)換為次級(jí)輻射的發(fā)光器件的實(shí)施例。
在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換元件包括具有大于晶體連接(crystalline connection)的理論固態(tài)密度的97 %的密度的陶瓷材料。由于小的內(nèi) 在散射效應(yīng)，這樣的轉(zhuǎn)換元件垂直于初級(jí)輻射的第二部分的傳播的平 均方向發(fā)射次級(jí)輻射的更高部分。這導(dǎo)致了初級(jí)輻射的第一部分和次 級(jí)輻射更好的可混合性。此外，小的散射效應(yīng)減小了初級(jí)和次級(jí)輻射 進(jìn)入轉(zhuǎn)換元件中光路的平均長(zhǎng)度。因此，又減小了在轉(zhuǎn)換元件中的無(wú)
輻射的再吸收的部分，并且因此，進(jìn)一步增加了發(fā)光器件的效率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換元件在初級(jí)輻射的第二部分的輻射的平
均方向上具有至少30p m的厚度。用這樣厚的轉(zhuǎn)換元件，可以獲得吸收 強(qiáng)度的足夠大的改變，用于調(diào)整混合光的期望的色點(diǎn)。
在又一個(gè)實(shí)施例中，固態(tài)光源從混合光的輻射方向觀察具有大于 或者等于轉(zhuǎn)換元件的表面的發(fā)光表面，該轉(zhuǎn)換元件的表面面對(duì)固態(tài)光 源。這樣，對(duì)于總初級(jí)輻射可以增加初級(jí)輻射的第一部分的部分。在 這個(gè)實(shí)施例中，至少?gòu)墓虘B(tài)光源側(cè)面出射的總初級(jí)輻射不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元 件。在這里，被稱(chēng)為"側(cè)面出射"的光經(jīng)過(guò)該表面離開(kāi)固態(tài)光源，該 表面基本被安排為垂直于初級(jí)輻射的傳播的平均方向。總初級(jí)輻射中 的初級(jí)輻射的第一部分的部分越大，通過(guò)無(wú)輻射再吸收損耗的初級(jí)輻
射越少，并且因此發(fā)光裝置更有效。
在另一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換元件具有至少一個(gè)開(kāi)口，初級(jí)輻射可以 通過(guò)該開(kāi)口而不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件。要求增加總初級(jí)輻射中初級(jí)輻射的第 一部分的部分進(jìn)一步增加了發(fā)光器件的效力。經(jīng)過(guò)開(kāi)口的初級(jí)輻射的 部分的傳播的平均方向至少非常相似于次級(jí)輻射的傳播的平均方向， 并且使得較不昂貴的光散射元件可能用于產(chǎn)生朗伯光分布圖案。在這 里，該開(kāi)口不應(yīng)當(dāng)被理解為轉(zhuǎn)換元件的部分。
在另一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換元件光學(xué)地耦合到固態(tài)光源用于減小在 邊界表面的背反射。
在另一個(gè)實(shí)施例中，光散射元件圍住(enclose)該固態(tài)光源和轉(zhuǎn) 換元件。從而有利于產(chǎn)生朗伯光分布圖案。
在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光器件還包括透鏡，該透鏡圍住固態(tài)光源 、轉(zhuǎn)換元件和光散射元件。該透鏡實(shí)現(xiàn)期望的偏轉(zhuǎn)或者混合光的聚焦
在另一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)由未凈皮轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射的部分調(diào)整混合光 的色點(diǎn)，該未被轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射的部分是通過(guò)光散射元件的散射特性 可調(diào)整的，所述初級(jí)輻射被散射回轉(zhuǎn)換元件以轉(zhuǎn)換為次級(jí)輻射。由于 適當(dāng)適配的散射特性，例如，作為對(duì)產(chǎn)品相關(guān)的反應(yīng)、輕微改變轉(zhuǎn)換 元件的吸收特性或者輕微改變初級(jí)輻射的波長(zhǎng)，可以細(xì)微地調(diào)整色點(diǎn) 。替代地，因此在使用相同的固態(tài)光源和轉(zhuǎn)換元件的同時(shí)也可以制造 具有適配于不同要求的色點(diǎn)的發(fā)光器件。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以獲得光散射元件的適配，因?yàn)楣馍⑸湓?包括相同或不同的大小、材料和濃度的反射和/或折射顆粒以產(chǎn)生具有 朗伯光分布的混合輻射。
在另一個(gè)實(shí)施例中，顆粒包括來(lái)自顏料組的材料用于吸收初級(jí)和/ 或次級(jí)輻射。所述顏料可以專(zhuān)門(mén)地吸收初級(jí)和次級(jí)輻射，或者，在另 一個(gè)實(shí)施例中，在吸收之后隨后以不同的波長(zhǎng)再發(fā)射它們。用這些顏 料，還可以更有目的地適配發(fā)光器件的相關(guān)色溫。
本發(fā)明的這些和其他的方面參考在下文中描述的實(shí)施例是明白的 并且其將被闡明。


在圖中
圖l以側(cè)視圖(side elevation)示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的 實(shí)施例；
圖2示出了根據(jù)圖1具有通常尺寸的、在A-B斷面上的、沒(méi)有光散射
元件的發(fā)光器件；
圖3為圖2的、在A-B斷面上的、沒(méi)有光散射元件的發(fā)光器件的俯視
圖4示出作為對(duì)于不同觀察方向的觀察角度的函數(shù)的圖3的發(fā)光器 件的白色混合光的相關(guān)色溫；
圖5示出在圖1中示出的、根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的實(shí)施例的光分 布圖案；
圖6示出具有透鏡的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的另一個(gè)實(shí)施例；和 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的另 一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖l示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的實(shí)施例，該發(fā)光器件具 有載體l、襯底2、和在襯底2上提供的用于輻射初級(jí)輻射511和512的固 態(tài)光源3、以及在初級(jí)輻射光線(xiàn)路徑上布置的轉(zhuǎn)換元件4，該轉(zhuǎn)換元件4 用于至少部分地吸收初級(jí)輻射的第二部分512和次級(jí)輻射521和522的 輻射。固態(tài)光源3和轉(zhuǎn)換元件4被光散射元件6所圍住，用于產(chǎn)生具有朗 伯分布圖案的混合光5?；旌瞎?具有依賴(lài)于初級(jí)輻射和次級(jí)輻射的相
關(guān)色溫。術(shù)語(yǔ)"色溫"嚴(yán)格地可只應(yīng)用于黑體輻射體。相關(guān)色溫指示
黑體發(fā)射體的溫度，它感覺(jué)的溫度最象混合光5的光譜。
典型的固態(tài)光源3包括施加在襯底2上的電致發(fā)光層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu) 具有至少一個(gè)有機(jī)的或者非有機(jī)的電致發(fā)光層，布置在兩個(gè)電極之間 。這里，初級(jí)輻射(頂部發(fā)射器)通過(guò)透明電極發(fā)射到遠(yuǎn)離襯底的側(cè) 上，而面對(duì)襯底2的電極和/或襯底2是反射的。發(fā)光器件也可以包括幾 個(gè)電致發(fā)光光源(例如LED的兩維排列)用于發(fā)射相同的和/或不同的 初級(jí)輻射。在另一個(gè)實(shí)施例中，也可以使用一個(gè)或者幾個(gè)可能耦合到 光導(dǎo)元件和/或光分布元件的激光二極管作為固態(tài)光源。
由固態(tài)光源3發(fā)射的初級(jí)輻射主要垂直于在固態(tài)光源3中的發(fā)光層 傳播，在這里標(biāo)示為初級(jí)輻射的第二部分512 (見(jiàn)圖l)。由于在固態(tài) 光源內(nèi)的層的不同折射率和在邊界面的全反射的伴隨效應(yīng)，初級(jí)輻射 的笫一部分511，除了初級(jí)輻射的第二部分512，相對(duì)于輻射5的平均方 向以大的角度從固態(tài)光源3側(cè)面地出射，而沒(méi)有打到(impinge upon) 轉(zhuǎn)換元件4上。由于光散射元件6和結(jié)果產(chǎn)生的混合光的朗伯分布，以 大的觀察角度(在觀察方向和傳播的平均方向5之間的角度)側(cè)面出射 的初級(jí)輻射并不導(dǎo)致在混合光中初級(jí)輻射的增加的部分。用圍住固態(tài) 光源的轉(zhuǎn)換元件也可以獲得可比擬的效果。然而，在這里，全部的初 級(jí)輻射(同樣沒(méi)有轉(zhuǎn)換的輻射)必須經(jīng)過(guò)該轉(zhuǎn)換元件。在轉(zhuǎn)換元件中 初級(jí)輻射的部分的無(wú)輻射吸收損耗導(dǎo)致這樣的光源的效力的減小。根 據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件和這樣的pcLED相比具有更高的效力，因?yàn)檎{(diào)整期 望的色溫所需要的部分的至少一部分(第一部分511)不存在吸收損耗 。對(duì)于混合光的初級(jí)輻射的特定要求的部分，發(fā)光器件的效力隨著初 級(jí)輻射的第一部分511對(duì)于總的沒(méi)有轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射的部分(依賴(lài)于轉(zhuǎn) 換元件的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換元件對(duì)于初級(jí)輻射的第二部分512的吸收強(qiáng)度可以 小于100%,所以沒(méi)有轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射也經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件)而增加。
轉(zhuǎn)換元件4被布置用于在初級(jí)輻射的第二部分512的光線(xiàn)路徑上至 少部分地吸收初級(jí)輻射的第二部分512，用于將所吸收的初級(jí)輻射轉(zhuǎn)換 為次級(jí)輻射521和522。轉(zhuǎn)換元件中活性材料的選擇決定次級(jí)輻射的光 譜。當(dāng)使用合適的初級(jí)輻射和次級(jí)輻射時(shí)，可以產(chǎn)生不同顏色的光， 例如，由藍(lán)色初級(jí)輻射和黃色次級(jí)輻射可以產(chǎn)生白光。在其他的實(shí)施 例中，通過(guò)合適的轉(zhuǎn)換材料和不同顏色的次級(jí)輻射(例如藍(lán)色、黃色
、綠色和/或紅色次級(jí)輻射)也可以轉(zhuǎn)換紫外初級(jí)輻射。對(duì)于其他的應(yīng) 用，也可以獲得初級(jí)輻射和次級(jí)輻射的不同組合。
在實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換元件4可以包括基本上光轉(zhuǎn)換磷光體材料的壓制
(pressed)的陶瓷材料、或者維數(shù)穩(wěn)定的基質(zhì)材料(例如，PMMA)、或者 可以摻雜顆粒并且具有嵌入的光轉(zhuǎn)換顆粒的其他材料。在另一個(gè)實(shí)施 例中，轉(zhuǎn)換元件4包括具有理論的固態(tài)密度的97%以上的密度的陶資材 料。由于小的內(nèi)在散射效果，這樣的轉(zhuǎn)換元件4垂直于初級(jí)輻射的第二 部分512的傳播的平均方向發(fā)射次級(jí)輻射的更大部分521。這導(dǎo)致初級(jí) 輻射的第一部分511與側(cè)面出射的次級(jí)輻射521的更好的可混合性。此 外，小的散射效果減小了初級(jí)輻射的第二部分521在轉(zhuǎn)換元件4中直到 從轉(zhuǎn)換元件出射的光程的平均長(zhǎng)度。因此，減少了初級(jí)輻射的第二部 分512在轉(zhuǎn)換元件中的無(wú)輻射再吸收的部分，并且因此進(jìn)一步增加了發(fā) 光器件的效率。通過(guò)特定的燒結(jié)方法獲得散射效果，例如，通過(guò)在還 原條件(reducing condition)下在1700至175(TC燒結(jié)陶瓷材料2到8 個(gè)小時(shí)獲得散射效果，這導(dǎo)致產(chǎn)生沒(méi)有孔隙的、具有大于理論密度的 96%的密度的材料，并且通過(guò)隨后在氬氣壓(0. 500kbar到Abar)下 在1750。C燒結(jié)該材料持續(xù)10小時(shí)以便去除殘留的孔隙。和壓制的磷光體 粉的陶瓷相比，在用于光轉(zhuǎn)換的這種陶瓷中，次級(jí)輻射包括明顯更高 部分的次級(jí)輻射521，所述次級(jí)輻射521從轉(zhuǎn)換元件(由此從轉(zhuǎn)換元件 的表面，其層法線(xiàn)和初級(jí)輻射的第二部分5U的傳播方向基本上成直角 )側(cè)面出射。
在圖l示出的實(shí)施例中，光散射元件6圍住固態(tài)光源3和轉(zhuǎn)換元件4 。在其他的實(shí)施例中，從混合光5的傳播方向觀察，光散射元件6也可 以以平面的形式設(shè)置在轉(zhuǎn)換元件4的上方，假如發(fā)光器件的合適的反射 器布置導(dǎo)致該事實(shí)總的初級(jí)輻射511和512和次級(jí)輻射521和522經(jīng)過(guò) 光散射元件用于產(chǎn)生混合光5的朗伯光分布圖案。
圖2和圖3示出圖1的發(fā)光器件在A-B橫斷面的、在側(cè)視圖(圖2)和 俯視圖(圖3)中的尺寸，這里為了更清楚起見(jiàn)沒(méi)有示出光散射元件6 。固態(tài)光源3具有l(wèi)mmx lmm的表面，并且為了更好的表現(xiàn)而被畫(huà)上陰影 線(xiàn)，盡管在俯; 見(jiàn)圖(plan view)中它,皮布置在轉(zhuǎn)換元件4下方并且因此 在俯視圖中不能直接看得見(jiàn)。轉(zhuǎn)換元件4在固態(tài)光源3上方垂直于光5的 平均傳播方向投影，在X1和X3方向上分別超過(guò)0. 08mm，在X2和X4方向
上分別超過(guò)O. 15mm。
盡管這種投影，可是如在圖4中所示，在相關(guān)色溫的隨觀察角度變 化的測(cè)量中，在不使用光散射元件的情況下通過(guò)在小觀察角度和大觀 察角度之間移動(dòng)相關(guān)色溫，固態(tài)光源3發(fā)射初級(jí)輻射的顯著的第一部分 511，其以幾千開(kāi)爾文可察覺(jué)，在圖4中的曲線(xiàn)表現(xiàn)在圖3中表示為X1到 X々的四個(gè)方向中的隨角度變化的測(cè)量。其中，0。觀察角度對(duì)應(yīng)于發(fā)光器 件的垂直俯視圖。在藍(lán)色或黃色光諉范圍內(nèi)的輻射被用作初級(jí)和次級(jí) 輻射。在俯視圖中，結(jié)果產(chǎn)生具有在4700開(kāi)爾文范圍內(nèi)的色溫的白色 混合光，而在大的觀察角度白光的色溫達(dá)到8000開(kāi)爾文并且因此包括 藍(lán)色初級(jí)輻射的高部分。
在給定的材料組分下，轉(zhuǎn)換元件4的厚度應(yīng)當(dāng)適于在初級(jí)輻射和次 級(jí)輻射之間的期望比率。這里，如果沿著輻射5的方向觀察轉(zhuǎn)換元件4 具有至少30p m的厚度是有利的。
在這種情況中，轉(zhuǎn)換元件4可以直接應(yīng)用到固態(tài)光源3上，或者通 過(guò)透明材料光耦合到固態(tài)光源3。對(duì)于光耦合轉(zhuǎn)換元件4到固態(tài)光源3， 例如，具有對(duì)于初級(jí)輻射在l. 4和3. O之間的折射率的柔性或者硬性材 料的粘合層可以被用在轉(zhuǎn)換元件4和固態(tài)光源3之間，例如，鉑交聯(lián)的 可交聯(lián)的雙組分、或者在高溫時(shí)與固態(tài)光源3和轉(zhuǎn)換元件4連接的玻璃 材料。此外，如果轉(zhuǎn)換元件4和固態(tài)光源3緊密接觸是特別有利的。
在圖5中，示出了根據(jù)本發(fā)明的、如在圖l中示出的、具有在圖2 和圖3中指示的尺寸的發(fā)光器件在W0nm波長(zhǎng)處的作為初級(jí)輻射的發(fā)射 角度的函數(shù)的光分布圖案。這里，光散射元件6以600y m的平均厚度遮 蔽住固態(tài)光源3和轉(zhuǎn)換元件4。厚度細(xì)節(jié)在這里應(yīng)當(dāng)理解為沿著初級(jí)輻 射和次級(jí)輻射的光路的厚度。在圖5中由"L"標(biāo)記的實(shí)線(xiàn)曲線(xiàn)表示理 想的朗伯光分布。光散射元件包括硅基質(zhì)材料(折射率n-l.45),其 中嵌入有具有O. m平均直徑和O. 05%的體積密度的散射顆粒。測(cè)量曲 線(xiàn)是對(duì)對(duì)應(yīng)的顆粒而測(cè)量的，所述對(duì)應(yīng)的顆粒區(qū)別只在n-l. 6到2. 6的 折射率。在圖5中測(cè)量到的光分布圖案幾乎與折射率無(wú)關(guān)；因此，所有 的測(cè)量點(diǎn)都由相同的符號(hào)來(lái)表示。如果考慮到光散射元件6對(duì)初級(jí)輻射 經(jīng)過(guò)光散射元件4之后的光分布的影響，則發(fā)現(xiàn)在不同的顆粒大小方面 大的差異。而在大約500nm直徑以下的顆粒經(jīng)由和朗伯分布相似的所有 角度散布被透射的光，基本只有當(dāng)使用光學(xué)上非常厚的層(小的透射
功率)時(shí)更大的顆粒才改變被透射的光的角度分布。例如，如果嵌入
的顆粒在和圖4中相同的濃度具有1. Op m的平均直徑，那么在具有 470mn波長(zhǎng)的初級(jí)輻射處光分布明顯不同于朗伯分布。這個(gè)結(jié)果基本上 與顆粒的4斤射率無(wú)關(guān)。對(duì)于在O. 2pi m和O. m之間的平均顆粒直徑， 獲得非常接近于理想的朗伯分布的光分布圖案。在O. m的平均顆粒 直徑處，對(duì)于從l. 8到2. O的顆粒的折射率獲得最好的結(jié)果。在O. 3|jm 和O. 4pi m的平均顆粒直徑處，對(duì)于大于或者等于2. l的顆粒的折射率， 獲得最好的結(jié)果。在O. m的平均顆粒直徑處，對(duì)于從1.9到2. 3的顆 粒的折射率，獲得最好的結(jié)果。在O. 05p m和更小的平均顆粒直徑處光 分布圖案明顯偏離朗伯分布。對(duì)于折射率的數(shù)字應(yīng)當(dāng)在根據(jù)基質(zhì)材料 的折射率差異的上下文中理解，在指示的例子中，硅具有11=1.45。對(duì) 于其他的基質(zhì)材料，顆粒的有利的折射率應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地被適配。此外，
度D，光i射元件6的顆粒;度和厚度的有利的乘:VT x D在O. l和3之間 ,還更有利地在O. 2和1之間。例如，可以使用Zr02或者Ti02作為光散射 顆粒。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)其他材料的光散射顆粒也是已 知的。在平均顆粒直徑相同時(shí)，可以通過(guò)改變顆粒直徑影響光散射元 件6的作為波長(zhǎng)函數(shù)的光散射特性。該分布通常對(duì)應(yīng)于具有分布寬度CT 的對(duì)數(shù)正態(tài)分布。例如，對(duì)于在硅中具有O. 05%的體積濃度的、具有在 0. 06和0. 3之間的顆粒直徑的分布寬度CJ的Zr02顆粒(n=2. 2 )，獲得 只是輕微依賴(lài)于波長(zhǎng)的顆粒的反射行為(散射行為)，然而，該反射行 為另外仍然受顆粒大小所影響。
實(shí)施例
在根據(jù)圖l選擇的發(fā)光器件的幾何結(jié)構(gòu)中，使用在"Omn處具有最 大發(fā)射的發(fā)射藍(lán)光的LED和應(yīng)用在固態(tài)光源上的YAG: Ce陶瓷材料作為 固態(tài)光源，用于從具有理論固態(tài)密度的98 %的密度的陶瓷材料產(chǎn)生黃 色次級(jí)輻射。陶覺(jué)盤(pán)具有250p m的厚度。利用1. 5kg的Ah03磨球( grinding ball )通過(guò)在異丙醇中研磨40gY203、 32輕人1203和3. 44gCe0212 小時(shí)、并且隨后在CO氣氛中在1300。C燃燒干粉來(lái)制造陶瓷盤(pán)的原料。利 用具有瑪瑙研磨杯(agate-grinding cup)的行星式球磨機(jī)在乙醇中解 聚集(deagglomerate)所獲得的YAG: Ce粉，并且隨后利用在石膏鑄模
(plaster mold)中粉漿澆鑄(slip casting)制造陶資綠色本體( 直徑100nm，高2mm)。在干燥后，將綠色本體在石墨盤(pán)上在CO氣氛中 在1700T下燒制兩個(gè)小時(shí)。隨后，將YAG陶資材料鋸成290pi m、進(jìn)行表 面研磨并拋光。陶瓷材料的密度為理論密度的98%。然后用激光切割 必需的陶瓷盤(pán)并清洗。在600mn的波長(zhǎng)處陶瓷材料的透射( transmission)為80%。在陶瓷盤(pán)和LED之間有薄的、具有厚度小于 IOjj m的Gelest Inc公司的PP2-D200 Gelest gel D200的硅凝膠層，用 于光學(xué)地耦合陶瓷盤(pán)到固態(tài)光源。隨后，裝配球面透鏡，其間隙6用包 括嵌入的光散射顆粒的硅凝膠填充。在這個(gè)實(shí)施例中，該填充的間隙6 代表光散射元件6,在硅凝膠中嵌入的顆粒包括具有O. 25p m的平均顆 粒直徑的Zr02。光分布顯示了和理想的朗伯分布圖案的92%的一致性， 并因此很好地符合了朗伯分布。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，也可以使用有色顏料作為散射顆粒，用于進(jìn)一 步改變相關(guān)色溫。無(wú)機(jī)材料作為材料特別適合，其折射率處于這里期 望的范圍內(nèi)。這樣的材料例如對(duì)于藍(lán)色發(fā)光顏料是CoO - Al203和深藍(lán)青 ，對(duì)于綠色發(fā)光顏料是TiO廣CoO-NiO-Zr02、 CeO-Cr203-Ti02-A1203 、 TiO廣ZnO-CoO-NiO，對(duì)于紅色發(fā)光顏料是？6203 、 CdS-CdSe、 TaON。 在光散射元件6中的散射過(guò)程中在轉(zhuǎn)換元件上被反射回的目前為
止沒(méi)有被轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射的部分可以用于其他的實(shí)施例中，以便進(jìn)一 步適應(yīng)混合光5的相關(guān)色溫。
在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖6中所示，固態(tài)光源3，從混合光5的輻射 的方向觀察，具有大于或者等于轉(zhuǎn)換元件4的表面41的發(fā)光表面31,轉(zhuǎn) 換元件4的表面41面對(duì)固態(tài)光源3。這樣，可以增加用于總的初級(jí)輻射 的初級(jí)輻射511的第一部分的部分。在這個(gè)實(shí)施例中，至少?gòu)墓虘B(tài)光源 3側(cè)面出射的總初級(jí)輻射不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件4。如果轉(zhuǎn)換元件4的表面41小 于發(fā)光表面31，如在圖6中示出的，那么，除了側(cè)面出射的初級(jí)輻射511 ，還有與輻射5的平均方向平行出射的初級(jí)輻射的一部分也不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換 元件4。因此，進(jìn)一步增加了不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件的初級(jí)輻射的部分。
在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖7中所示，轉(zhuǎn)換元件4具有至少一個(gè)開(kāi)口8 ，經(jīng)過(guò)開(kāi)口8初級(jí)輻射可以不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件4而通過(guò)。對(duì)于總初級(jí)輻射 的初級(jí)輻射的第一部分511要求增加的部分進(jìn)一步增加了發(fā)光器件的 效力。經(jīng)過(guò)開(kāi)口 8的初級(jí)輻射511的部分的平均傳播方向至少非常相似于次級(jí)輻射的平均傳播方向，并且使得比較不昂貴并且精心制作的光
散射元件6成為可能，用于產(chǎn)生朗伯分布。在這里開(kāi)口8不應(yīng)該被理解 為轉(zhuǎn)換元件的一部分?？梢杂脷怏w(例如空氣)或者用另外的透明且 不散射的材料(例如硅)填充該開(kāi)口。
參考圖和描述解釋說(shuō)明的實(shí)施例只代表根據(jù)本發(fā)明的用于具有朗 伯分布的混合光的有效發(fā)射的發(fā)光器件的例子，而不應(yīng)該解釋為將專(zhuān) 利權(quán)利要求限定為這些例子.本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以想到在所附的 權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)的替代的實(shí)施例。從屬權(quán)利要求的編號(hào)不應(yīng) 該暗示權(quán)利要求的其他組合不表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。此外，在說(shuō) 明書(shū)和權(quán)利要求中使用不定冠詞"一，，或者"一個(gè)"不排除多個(gè)裝置 、單元或者元件。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括固態(tài)光源(3)、至少一個(gè)轉(zhuǎn)換元件(4)、和光散射元件(6)，其中所述固態(tài)光源(3)被提供來(lái)發(fā)射進(jìn)入所述光散射元件(6)的初級(jí)輻射的第一部分(511)和進(jìn)入所述轉(zhuǎn)換元件(4)以至少部分地轉(zhuǎn)換為至少一個(gè)次級(jí)輻射(521、522)的初級(jí)輻射的第二部分(512)；所述光散射元件(6)被提供來(lái)從初級(jí)輻射的第一部分(511)、次級(jí)輻射(521、522)和在所述轉(zhuǎn)換元件(4)中尚未被轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射的第二部分(512)的部分生成具有朗伯光分布的混合輻射(5)；和初級(jí)輻射的第一部分(511)不經(jīng)過(guò)所述轉(zhuǎn)換元件(4)離開(kāi)所述發(fā)光器件。
2. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換元件(4 )包括陶瓷材料，所述陶瓷材料具有大于晶體連接的理論固態(tài)密度的 97%的密度。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換元件 (4 )在初級(jí)輻射的第二部分(512 )的輻射的平均方向上具有至少30(j m的厚度。
4. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于， 從混合光(5)的輻射方向觀察，所述固態(tài)光源(3)具有大于或者等 于所述轉(zhuǎn)換元件(4)的表面的發(fā)光表面(31),所述轉(zhuǎn)換元件(4) 的表面面對(duì)所述固態(tài)光源(3)。
5. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)換元件(4)具有至少一個(gè)開(kāi)口 (8),初級(jí)輻射能夠通過(guò)所述 開(kāi)口而不經(jīng)過(guò)所述轉(zhuǎn)換元件(4)。
6. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)換元件(4)光學(xué)地耦合到所述固態(tài)光源(3)。
7. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于， 所述光散射元件(6)圍住所述固態(tài)光源(3)和所述轉(zhuǎn)換元件(4)。
8. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，還包括透鏡( 7)，所述透鏡(7)圍住所述固態(tài)光源(3)、所述轉(zhuǎn)換元件(4)和 所述光散射元件(6 )。
9. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于， 經(jīng)由未被轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射(511)的部分調(diào)整所述混合光(5)的色點(diǎn) ，未被轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射(511)的部分通過(guò)所述光散射元件(6)的散 射特性可調(diào)整，所述初級(jí)輻射被散射回所述轉(zhuǎn)換元件(4)以轉(zhuǎn)換為次 級(jí)輻射(521、 522 )。
10. 如前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的發(fā)光器件，其特征在于 ，所述光散射元件(6)包括相同或不同的大小、材料和濃度的反射和 /或折射顆粒用于產(chǎn)生具有朗伯光分布的混合輻射(5)。
11. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述顆粒包括 來(lái)自顏料組的材料用于吸收初級(jí)和或次級(jí)輻射。
12. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述顆粒包括,勤再發(fā)射。
全文摘要
一種發(fā)光器件包括固態(tài)光源(3)、至少一個(gè)轉(zhuǎn)換元件(4)、和光散射元件(6)，其中，提供固態(tài)光源(3)以發(fā)射進(jìn)入光散射元件(6)的初級(jí)輻射的第一部分(511)和進(jìn)入轉(zhuǎn)換元件(4)的初級(jí)輻射的第二部分(512)用于至少部分地轉(zhuǎn)換為至少一個(gè)次級(jí)輻射(521、522)，提供光散射元件(6)以從初級(jí)輻射的第一部分(511)、次級(jí)輻射(521、522)和沒(méi)有在轉(zhuǎn)換元件(4)中被轉(zhuǎn)換的初級(jí)輻射的第二部分(512)的部分生成具有朗伯光分布圖案的混合的輻射(5)，并且初級(jí)輻射的第一部分(511)不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換元件(4)而離開(kāi)發(fā)光器件。
文檔編號(hào)H01L33/58GK101375420SQ200780003399
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者H·-H·貝克特爾, P·施米特, W·巴塞爾特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司