專(zhuān)利名稱(chēng)：具有由帶開(kāi)口的支撐結(jié)構(gòu)保持的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明裝置，具體而言涉及諸如半導(dǎo)體發(fā)光裝置的高輻射率光源產(chǎn)
生的光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
使用發(fā)光二極管(LED)的照明裝置在許多照明應(yīng)用中變得愈發(fā)普遍?？傮w而言，LED利用一次發(fā)射的磷光體轉(zhuǎn)換來(lái)生成白光，但是磷光體也可以用于形成例如紅、綠和黃色的更飽和顏色。

發(fā)明內(nèi)容
將磷光體置為與LED物理接觸的傳統(tǒng)裝置存在諸如有限結(jié)合溫度范圍的缺點(diǎn)。此外，結(jié)合材料選擇可影響成本以及例如由熱致機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的可靠性。因此，改進(jìn)是期望的。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，照明裝置包括諸如一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的光源以及安裝在不透明支撐結(jié)構(gòu)上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件。該支撐結(jié)構(gòu)包括開(kāi)口，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件與該開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)，使得經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過(guò)該開(kāi)口發(fā)射。該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件可以是諸如發(fā)光陶瓷的剛性結(jié)構(gòu)，并且該開(kāi)口可以是穿過(guò)該支撐結(jié)構(gòu)的孔。該支撐結(jié)構(gòu)可以保持該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，使得該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件與該光源物理分離，或者備選地，該支撐結(jié)構(gòu)可以將該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件置為與該光源物理接觸。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的照明裝置的側(cè)視圖。 圖2為與圖1所示類(lèi)似但波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件與光源物理接觸的照明裝置的側(cè)視圖。 圖3為與圖1所示類(lèi)似但光學(xué)元件安裝在支撐結(jié)構(gòu)的開(kāi)口內(nèi)的照明裝置。 圖4說(shuō)明使用支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的開(kāi)口作為對(duì)準(zhǔn)而附著到照明裝置的外部光學(xué)元件。 圖5說(shuō)明與圖1所示類(lèi)似但支撐結(jié)構(gòu)安裝到擴(kuò)大基板的照明裝置。 圖6說(shuō)明與圖1所示類(lèi)似但支撐結(jié)構(gòu)安裝到熱沉的照明裝置。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，照明裝置內(nèi)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件由包含開(kāi)口的結(jié)構(gòu)物理支撐，經(jīng)
轉(zhuǎn)換的光以及一部分的泵浦光在需要時(shí)可穿過(guò)該開(kāi)口發(fā)射。 圖1為側(cè)視圖，其說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的照明裝置100。照明裝置100包括光源102，該光源例如可以是諸如一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED) 104的例如半導(dǎo)體發(fā)光裝置，或者是諸如氙燈或者汞燈的可以產(chǎn)生短波長(zhǎng)光的其他類(lèi)型光源。舉例來(lái)說(shuō)，LED 104為藍(lán)色或紫外(UV)LED且可以是諸如美國(guó)申請(qǐng)No. 10/652,348中所描述類(lèi)型的高輻射率裝置，其中該美國(guó)申請(qǐng)題為"Package for a Semiconductor LightEmitting Device"，申請(qǐng)人為Frank Wall等，申請(qǐng)日為2003年8月29日，公開(kāi)號(hào)為2005/0045901，受讓人與本發(fā)明公開(kāi)的受讓人相同，且此美國(guó)申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合于此。LED 104的角發(fā)射模式為朗伯分布或者使用諸如晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體來(lái)控制。發(fā)光二極管104被描述為安裝在次載具(submount) 106上，該次載具例如可以是陶瓷或硅且可包括LED 104所需的電接觸。次載具106可以安裝在熱沉108上。在需要時(shí)，可以使用除了次載具106和熱沉108之外的支撐結(jié)構(gòu)。 照明裝置IOO包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)112上并由支撐結(jié)構(gòu)112保持的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件IIO，該支撐結(jié)構(gòu)112包括開(kāi)口 114。盡管圖l未示出，如下文所討論，支撐結(jié)構(gòu)112可以物理安裝或連接到照明裝置的各種部件。開(kāi)口 114放置在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110之上以透射來(lái)自波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110的正向發(fā)射光(以及來(lái)自LED 104經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110的任何泵浦光)。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)112可以制作成使得開(kāi)口 114為穿過(guò)支撐結(jié)構(gòu)112的孔，該支撐結(jié)構(gòu)可以由不透明材料通過(guò)沖壓、模塑或機(jī)加工制成。舉例來(lái)說(shuō)，支撐結(jié)構(gòu)112可以由諸如鋁、銅或其他合適材料的金屬或金屬合金制成。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110例如通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃、焊料或其他合適材料附著到支撐結(jié)構(gòu)112的交疊部分116。在另一實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)112可以由例如在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件IIO所附著的表面118上涂覆有反射材料的透明材料制成，例如由LCP(液晶聚合物)玻璃、硅或其他合適材料制成。在這種實(shí)施例中，開(kāi)口 114是在沒(méi)有該反射材料的情況下限定的。 通過(guò)將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110安裝到支撐結(jié)構(gòu)112，與光源102相對(duì)，照明裝置100的組裝被簡(jiǎn)化并避免LED 104受大的溫度漂移影響。此外，支撐結(jié)構(gòu)112阻擋藍(lán)光泄露而波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110在潛在地提供表觀連續(xù)光源的同時(shí)混合來(lái)自多個(gè)管芯的光。
在一個(gè)實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110的側(cè)邊可覆蓋有反射涂層120，諸如鋁、銀或3M ESR反射膜或者任何其他合適反射材料的層，以再循環(huán)來(lái)自波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110的邊發(fā)射光。此外，支撐結(jié)構(gòu)112的交疊部分116和/或結(jié)合材料可以是反射性的，以提高不經(jīng)過(guò)開(kāi)口 114發(fā)射的光的再循環(huán)。 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件IIO可以由剛性材料形成，特別是在其中開(kāi)口 114形成為穿過(guò)支撐結(jié)構(gòu)112的孔的實(shí)施例中。舉例來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110可以是陶瓷片，在此有時(shí)稱(chēng)為〃 發(fā)光陶瓷〃 。陶瓷片一般為自支撐層且對(duì)于特定波長(zhǎng)可以是半透明或透明的，這可以降低與諸如共形層的不透明波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層相關(guān)的散射損耗。發(fā)光陶瓷層可以比薄膜或共形磷光體層更魯棒。在一些實(shí)施例中，諸如結(jié)合材料內(nèi)的磷光體這樣的除了發(fā)光陶瓷以外的材料可以用作波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件IIO。 可以在發(fā)光陶瓷層內(nèi)形成的磷光體的示例包括具有如下通式的鋁石榴石磷光體(Livx—y—a—bYxGdy) 3 (A"—zGaz) 5012: CeaPrb，其中0<x<l，0<y<l，0<z《0.1，0<a《0.2及0 < b《0. 1 ，諸如在黃-綠色范圍內(nèi)發(fā)光的Lu3Al5012: Ce3+和Y3A15012: Ce3+ ;以及(Sr卜x—yBaxCay)2—zSi5—aAlaN8—aOa:Eiiz2+，其中0《a〈5，0〈x《l，0《y《l及0〈z《l，諸如在紅色范圍內(nèi)發(fā)光的Sr2Si5N8:Eu2+。合適的Y3Al5012:Ce3+陶瓷片可以從北卡羅來(lái)納州夏洛特的Baikowskilnternational Corporation購(gòu)買(mǎi)。其他發(fā)綠、黃和紅光的磷光體也是合適的，這些磷光體包括(Sr卜a—bCabBac)SixNyOz:Eua2+(a = 0. 002-0. 2， b = 0. 0-0. 25， c = 0. 0-0. 25，x = 1. 5-2. 5， y = 1. 5-2. 5， z = 1. 5-2. 5)，例如包括SrSi2N202:Eu2+ ; (Sivu—V—xMguCavBax)(Ga2—y—zAlyInzS4) :Eu2+，包括例如SrGa2S4:Eu2+ ;SivxBaxSi04:Eu2+ ;以及(Ca卜xSrx) S:Eu2+，其中0 < x《l，包括例如CaS:Eu2+，P SrS:Eu2+。 可通過(guò)高壓加熱粉末磷光體直到磷光體顆粒的表面開(kāi)始軟化和熔化而形成發(fā)光 陶瓷。部分熔化的顆粒粘在一起形成剛性的顆粒團(tuán)聚物。與在光學(xué)上表現(xiàn)為單個(gè)大的磷光 體顆粒而沒(méi)有光學(xué)不連續(xù)的薄膜不同，發(fā)光陶瓷表現(xiàn)為緊密堆積的單獨(dú)磷光體顆粒，使得 在不同磷光體顆粒之間的界面存在小的光學(xué)不連續(xù)。因此，發(fā)光陶瓷在光學(xué)上幾乎是均勻 的且具有與形成該發(fā)光陶瓷的磷光體材料相同的折射率。與布置在諸如樹(shù)脂的透明材料內(nèi) 的共形磷光體層或磷光體層不同，發(fā)光陶瓷通常除了磷光體以外不需要結(jié)合材料(例如有 機(jī)樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂)，使得在單獨(dú)磷光體顆粒之間存在非常少的空間或不同折射率的材料。 因此，發(fā)光陶瓷是透明或半透明的，不同于共形磷光體層。關(guān)于可以在本發(fā)明中使用的發(fā)光 陶瓷的更多信息，見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2005/0269582，其通過(guò)引用結(jié)合于此。
抗反射涂層122沉積在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110的輸入側(cè)面上，使得抗反射涂層122位 于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110和LED 104之間。在另一實(shí)施例中，涂層122可以是諸如二向色濾光 器的分色元件，該分色元件透射藍(lán)色泵浦光并反射由波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110轉(zhuǎn)換的光的范圍內(nèi) 的波長(zhǎng)。分色元件116可以是高角度接受性涂層，該涂層直接應(yīng)用到面向光源102的波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換元件110的輸入側(cè)111。 如圖1所說(shuō)明，支撐結(jié)構(gòu)112可以放置為使得波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110沿著光學(xué)路徑(總 體上由箭頭103所示)與光源102物理分離。因此，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110(和抗反射涂層122) 不與光源102接觸。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件IIO(和抗反射涂層122)與光源102之間的介質(zhì)可以 是例如空氣、氣體或真空。因此，由光源102發(fā)射的光必須行經(jīng)光源102和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件 IIO(和抗反射涂層122)之間的間隙。光源102和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110之間的物理分離的長(zhǎng) 度可以變化，不過(guò)在一個(gè)實(shí)施例中在50 ii m至250 ii m的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，光源102 和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件IIO之間的物理分離足以防止光源102對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110的顯著傳導(dǎo)加 熱。在另一實(shí)施例中，諸如硅酮凝膠或其他合適材料的填充劑或結(jié)合材料可用于填充光源 102與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110之間的間隙。 圖2為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的照明裝置150的側(cè)視圖。照明裝置150與圖 1所示的照明裝置100基本類(lèi)似，相似地標(biāo)注的元件是相同的。然而，如圖2所說(shuō)明，照明裝 置150內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)112保持波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件IIO，使得波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110和光源102之間不 存在間隙，即，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110通過(guò)抗反射涂層122與光源102物理接觸。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件 110在需要時(shí)可結(jié)合到光源102以用于優(yōu)化的光學(xué)耦合。 圖3為說(shuō)明照明裝置200的側(cè)視圖，該照明裝置與圖1所示的照明裝置100基本類(lèi) 似，相似地標(biāo)注的元件是相同的。然而照明裝置200包括位于開(kāi)口 114內(nèi)的光學(xué)元件202， 諸如圓頂透鏡。光學(xué)元件202可以穿過(guò)開(kāi)口 114安裝到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110。備選地，如果支 撐結(jié)構(gòu)112為具有限定開(kāi)口 114的反射涂層的透明材料，光學(xué)元件202可以結(jié)合到支撐結(jié) 構(gòu)112或者與之集成地形成。應(yīng)理解，如圖2所說(shuō)明，照明裝置200的支撐結(jié)構(gòu)112可以放 置為將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件110置為與光源102接觸。 使用具有開(kāi)口 114的支撐結(jié)構(gòu)112的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，開(kāi)口 114可用作對(duì)準(zhǔn)以將附加 元件安裝到照明裝置IOO，或者備選地，將照明裝置IOO安裝到另一結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，圖4說(shuō) 明光學(xué)元件220附著到照明裝置100，如箭頭222所說(shuō)明。光學(xué)元件220包括突起224，該 突起大小調(diào)整為適合開(kāi)口 114。因此，開(kāi)口 114充當(dāng)用于光學(xué)元件220的對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)然，其他
6光學(xué)或非光學(xué)元件可以使用開(kāi)口 114來(lái)對(duì)準(zhǔn)。 圖5說(shuō)明照明裝置300的側(cè)視圖，該照明裝置與圖3所示照明裝置200相似，但是 支撐結(jié)構(gòu)312安裝到擴(kuò)大的基板308。圖6與圖5相似，但是照明裝置350具有安裝到熱沉 356的支撐結(jié)構(gòu)362，該支撐結(jié)構(gòu)可為光源102提供密封環(huán)境。 盡管出于指示目的結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以說(shuō)明，但本發(fā)明不限于此?？梢?進(jìn)行各種修改和改進(jìn)而不背離本發(fā)明的范圍。因此，所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍不受前 述說(shuō)明書(shū)的限制。
權(quán)利要求
一種設(shè)備，包括發(fā)射光的光源；從該光源接收發(fā)射光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件至少部分地轉(zhuǎn)換該發(fā)射光并產(chǎn)生經(jīng)轉(zhuǎn)換的光；以及具有開(kāi)口的不透明支撐結(jié)構(gòu)，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件安裝到該支撐結(jié)構(gòu)并與該開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)，使得由該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過(guò)該開(kāi)口發(fā)射。
2. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件為剛性自支撐材料。
3. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件為發(fā)光陶瓷。
4. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該開(kāi)口為穿過(guò)該支撐結(jié)構(gòu)的孔。
5. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該支撐結(jié)構(gòu)由涂覆有限定該開(kāi)口的反射層的透明材料 形成。
6. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括耦合到該開(kāi)口的光學(xué)元件。
7. 權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中該光學(xué)元件穿過(guò)該開(kāi)口而安裝到該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件。
8. 權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中該光學(xué)元件與該支撐結(jié)構(gòu)和開(kāi)口集成地形成。
9. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括使用該開(kāi)口來(lái)對(duì)準(zhǔn)而安裝到該支撐結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
10. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該光源包括至少一個(gè)發(fā)光二極管。
11. 權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括基板，該至少一個(gè)發(fā)光二極管耦合到該基板并且該 支撐結(jié)構(gòu)耦合到該基板。
12. 權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括熱沉，該至少一個(gè)發(fā)光二極管耦合到該熱沉并且該 支撐結(jié)構(gòu)耦合到該熱沉。
13. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該支撐結(jié)構(gòu)保持該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件使得該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元 件不與該光源物理接觸。
14. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該支撐結(jié)構(gòu)保持該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件使得該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元 件與該光源物理接觸。
15. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括位于該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件上的抗反射涂層，該抗反射涂 層置于該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件和該光源之間。
16. —種設(shè)備，包括包含至少一個(gè)發(fā)射光的發(fā)光二極管的光源；發(fā)光陶瓷，從該光源 接收發(fā)射光并至少部分地轉(zhuǎn)換該發(fā)射光，該發(fā)光陶瓷產(chǎn)生經(jīng)轉(zhuǎn)換的光；以及具有開(kāi)口的不 透明支撐結(jié)構(gòu)，該發(fā)光陶瓷安裝到該支撐結(jié)構(gòu)并與該開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)，使得由該發(fā)光陶瓷產(chǎn)生的 經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過(guò)該開(kāi)口發(fā)射。
17. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該開(kāi)口為穿過(guò)該支撐結(jié)構(gòu)的孔。
18. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該支撐結(jié)構(gòu)由涂覆有限定該開(kāi)口的反射層的透明材 料形成。
19. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括耦合到該開(kāi)口的光學(xué)元件。
20. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中該光學(xué)元件穿過(guò)該開(kāi)口而安裝到該發(fā)光陶瓷。
21. 權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中該光學(xué)元件與該支撐結(jié)構(gòu)和開(kāi)口集成地形成。
22. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括使用該開(kāi)口來(lái)對(duì)準(zhǔn)而安裝到該支撐結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
23. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該支撐結(jié)構(gòu)保持該波長(zhǎng)發(fā)光陶瓷使得該波長(zhǎng)發(fā)光陶 瓷不與該光源物理接觸。
24. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該支撐結(jié)構(gòu)保持該發(fā)光陶瓷使得該發(fā)光陶瓷與該光 源物理接觸。
25. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括位于該發(fā)光陶瓷上的抗反射涂層，該抗反射涂層 置于該發(fā)光陶瓷和該光源之間。
全文摘要
一種照明裝置包括諸如一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的光源(102)以及安裝在不透明支撐結(jié)構(gòu)(112)上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件(110)。該支撐結(jié)構(gòu)包括開(kāi)口(114)，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件與該開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)使得經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過(guò)開(kāi)口發(fā)射。該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件可以是諸如發(fā)光陶瓷的剛性結(jié)構(gòu)，且該開(kāi)口可以是穿過(guò)支撐結(jié)構(gòu)的孔。該支撐結(jié)構(gòu)可保持該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，使得該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件與光源物理分離，或者備選地，該支撐結(jié)構(gòu)可將該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件置為與該光源物理接觸。
文檔編號(hào)H01L33/48GK101711435SQ200880017512
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者F·沃爾, J·D·克梅特克, L·張, R·S·克恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司;飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司