專利名稱：具有由帶開口的支撐結(jié)構(gòu)保持的波長轉(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或多個發(fā)光二極管的光源以及安裝在不透明支撐結(jié)構(gòu)上的波長轉(zhuǎn)換元件。該支撐結(jié)構(gòu)包括開口，該波長轉(zhuǎn)換元件與該開口對準(zhǔn)，使得經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過該開口發(fā)射。該波長轉(zhuǎn)換元件可以是諸如發(fā)光陶瓷的剛性結(jié)構(gòu)，并且該開口可以是穿過該支撐結(jié)構(gòu)的孔。該支撐結(jié)構(gòu)可以保持該波長轉(zhuǎn)換元件，使得該波長轉(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)明一個實(shí)施例的照明裝置的側(cè)視圖。 圖2為與圖1所示類似但波長轉(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所示類似但光學(xué)元件安裝在支撐結(jié)構(gòu)的開口內(nèi)的照明裝置。 圖4說明使用支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的開口作為對準(zhǔn)而附著到照明裝置的外部光學(xué)元件。 圖5說明與圖1所示類似但支撐結(jié)構(gòu)安裝到擴(kuò)大基板的照明裝置。 圖6說明與圖1所示類似但支撐結(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)的波長轉(zhuǎn)換元件由包含開口的結(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可穿過該開口發(fā)射。 圖1為側(cè)視圖，其說明依據(jù)本發(fā)明一個實(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或多個發(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)生短波長光的其他類型光源。舉例來說，LED 104為藍(lán)色或紫外(UV)LED且可以是諸如美國申請No. 10/652,348中所描述類型的高輻射率裝置，其中該美國申請題為"Package for a Semiconductor LightEmitting Device"，申請人為Frank Wall等，申請日為2003年8月29日，公開號為2005/0045901，受讓人與本發(fā)明公開的受讓人相同，且此美國申請通過引用結(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，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保持的波長轉(zhuǎn)換元件IIO，該支撐結(jié)構(gòu)112包括開口 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。開口 114放置在波長轉(zhuǎn)換元件110之上以透射來自波長轉(zhuǎn)換元件110的正向發(fā)射光(以及來自LED 104經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換元件110的任何泵浦光)。在一個實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)112可以制作成使得開口 114為穿過支撐結(jié)構(gòu)112的孔，該支撐結(jié)構(gòu)可以由不透明材料通過沖壓、模塑或機(jī)加工制成。舉例來說，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。波長轉(zhuǎn)換元件110例如通過環(huán)氧樹脂、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，開口 114是在沒有該反射材料的情況下限定的。 通過將波長轉(zhuǎn)換元件110安裝到支撐結(jié)構(gòu)112，與光源102相對，照明裝置100的組裝被簡化并避免LED 104受大的溫度漂移影響。此外，支撐結(jié)構(gòu)112阻擋藍(lán)光泄露而波長轉(zhuǎn)換元件110在潛在地提供表觀連續(xù)光源的同時混合來自多個管芯的光。
在一個實(shí)施例中，波長轉(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)來自波長轉(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)過開口 114發(fā)射的光的再循環(huán)。 波長轉(zhuǎn)換元件IIO可以由剛性材料形成，特別是在其中開口 114形成為穿過支撐結(jié)構(gòu)112的孔的實(shí)施例中。舉例來說，波長轉(zhuǎn)換元件110可以是陶瓷片，在此有時稱為〃 發(fā)光陶瓷〃 。陶瓷片一般為自支撐層且對于特定波長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納州夏洛特的Baikowskilnternational Corporation購買。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+。 可通過高壓加熱粉末磷光體直到磷光體顆粒的表面開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)為單個大的磷光 體顆粒而沒有光學(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)樹脂或環(huán)氧樹脂)，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，見美國專利申請公開No. 2005/0269582，其通過引用結(jié)合于此。
抗反射涂層122沉積在波長轉(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轉(zhuǎn)換元件110轉(zhuǎn)換的光的范圍內(nèi) 的波長。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 轉(zhuǎn)換元件110的輸入側(cè)111。 如圖1所說明，支撐結(jié)構(gòu)112可以放置為使得波長轉(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，波長轉(zhuǎn)換元件110(和抗反射涂層122) 不與光源102接觸。波長轉(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和波長轉(zhuǎn)換元件 IIO(和抗反射涂層122)之間的間隙。光源102和波長轉(zhuǎn)換元件110之間的物理分離的長 度可以變化，不過在一個實(shí)施例中在50 ii m至250 ii m的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，光源102 和波長轉(zhuǎn)換元件IIO之間的物理分離足以防止光源102對波長轉(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與波長轉(zhuǎn)換元件110之間的間隙。 圖2為說明根據(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基本類似，相似地標(biāo)注的元件是相同的。然而，如圖2所說明，照明裝 置150內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)112保持波長轉(zhuǎn)換元件IIO，使得波長轉(zhuǎn)換元件110和光源102之間不 存在間隙，即，波長轉(zhuǎn)換元件110通過抗反射涂層122與光源102物理接觸。波長轉(zhuǎn)換元件 110在需要時可結(jié)合到光源102以用于優(yōu)化的光學(xué)耦合。 圖3為說明照明裝置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 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可以穿過開口 114安裝到波長轉(zhuǎn)換元件110。備選地，如果支 撐結(jié)構(gòu)112為具有限定開口 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所說明，照明裝置200的支撐結(jié)構(gòu)112可以放 置為將波長轉(zhuǎn)換元件110置為與光源102接觸。 使用具有開口 114的支撐結(jié)構(gòu)112的一個優(yōu)點(diǎn)為，開口 114可用作對準(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)。舉例來說，圖4說 明光學(xué)元件220附著到照明裝置100，如箭頭222所說明。光學(xué)元件220包括突起224，該 突起大小調(diào)整為適合開口 114。因此，開口 114充當(dāng)用于光學(xué)元件220的對準(zhǔn)。當(dāng)然，其他
6光學(xué)或非光學(xué)元件可以使用開口 114來對準(zhǔn)。 圖5說明照明裝置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)施例對本發(fā)明予以說明，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)利要求書的精神和范圍不受前 述說明書的限制。
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)射光的波長轉(zhuǎn)換元件，該波長轉(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；以及具有開口的不透明支撐結(jié)構(gòu)，該波長轉(zhuǎn)換元件安裝到該支撐結(jié)構(gòu)并與該開口對準(zhǔn)，使得由該波長轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過該開口發(fā)射。
2. 權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該波長轉(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，其中該開口為穿過該支撐結(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)元件穿過該開口而安裝到該波長轉(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，還包括使用該開口來對準(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)保持該波長轉(zhuǎn)換元件使得該波長轉(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)保持該波長轉(zhuǎn)換元件使得該波長轉(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，還包括位于該波長轉(zhuǎn)換元件上的抗反射涂層，該抗反射涂 層置于該波長轉(zhuǎn)換元件和該光源之間。
16. —種設(shè)備，包括包含至少一個發(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)并與該開口對準(zhǔn)，使得由該發(fā)光陶瓷產(chǎn)生的 經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過該開口發(fā)射。
17. 權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中該開口為穿過該支撐結(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)元件穿過該開口而安裝到該發(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，還包括使用該開口來對準(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)保持該波長發(fā)光陶瓷使得該波長發(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或多個發(fā)光二極管的光源(102)以及安裝在不透明支撐結(jié)構(gòu)(112)上的波長轉(zhuǎn)換元件(110)。該支撐結(jié)構(gòu)包括開口(114)，該波長轉(zhuǎn)換元件與該開口對準(zhǔn)使得經(jīng)轉(zhuǎn)換的光穿過開口發(fā)射。該波長轉(zhuǎn)換元件可以是諸如發(fā)光陶瓷的剛性結(jié)構(gòu)，且該開口可以是穿過支撐結(jié)構(gòu)的孔。該支撐結(jié)構(gòu)可保持該波長轉(zhuǎn)換元件，使得該波長轉(zhuǎn)換元件與光源物理分離，或者備選地，該支撐結(jié)構(gòu)可將該波長轉(zhuǎn)換元件置為與該光源物理接觸。
文檔編號H01L33/48GK101711435SQ200880017512
公開日2010年5月19日 申請日期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