專(zhuān)利名稱(chēng)：遠(yuǎn)距離設(shè)置光散射材料的發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)發(fā)光裝置，特別涉及一個(gè)遠(yuǎn)距離設(shè)置光散射材料的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)光二極管(LED)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)最具創(chuàng)新且發(fā)展最迅速的技術(shù)之一。雖 然LED已經(jīng)用于指示器和信號(hào)用途達(dá)十多年，但其技術(shù)發(fā)展和改進(jìn)使得其更廣泛地用于照 明應(yīng)用。在照明應(yīng)用里使用LED極具吸引力，原因包括單位瓦特發(fā)出更多光的能力、更長(zhǎng) 的壽命、更小的尺寸、更高的耐用度、更加環(huán)保以及在色彩、光型控制和調(diào)暗燈光方面的靈 活性。另外，在產(chǎn)生白光源方面也已經(jīng)有許多成果，如螢光粉轉(zhuǎn)換的白光裝置，使用不同類(lèi) 型的螢光粉，如黃色、綠色、藍(lán)色或紅色螢光粉。另一種產(chǎn)生白光源的方法是使用紅色、藍(lán)色 和綠色LED。但是，這些方法都面對(duì)一個(gè)挑戰(zhàn)，即在一個(gè)相對(duì)較小區(qū)域的裝置內(nèi)提供均勻分 布的光和/或光混合。提供均勻分布的光和獲得充分的光混合可能異常困難，因?yàn)椴煌?色的光有不同的光譜，并各自顯示不同的光學(xué)屬性，如反射和折射。雖然目前已經(jīng)嘗試一些 已知方法來(lái)產(chǎn)生均勻的光分布并解決諸類(lèi)問(wèn)題，但這類(lèi)方法并不能令人完全滿(mǎn)意。所以，需要一個(gè)遠(yuǎn)距離設(shè)置光散射材料的發(fā)光裝置，其能夠解決以上的缺陷。
發(fā)明概述依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，披露了一個(gè)遠(yuǎn)距離設(shè)置光散射材料的發(fā)光裝置。發(fā)光 裝置包括一個(gè)有光腔的基板；一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，其被鍵合到基板，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件 位于光腔內(nèi)，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件被設(shè)置以發(fā)出光；至少一個(gè)第一層，其覆蓋一個(gè)或多個(gè)發(fā) 光元件，至少一個(gè)第一層的至少一部分在光腔內(nèi)，至少一個(gè)第一層有一個(gè)上表面，其中至少 一個(gè)第一層的折射率小于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的折射率；以及至少一個(gè)第二層，其被布置 在至少一個(gè)第一層上，至少一個(gè)第二層包括光散射材料，其中至少一個(gè)第二層的折射率小 于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的折射率，并且第一層的折射率小于或等于第二層的折射率。依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，披露了一個(gè)遠(yuǎn)距離設(shè)置光散射材料的發(fā)光裝置。發(fā) 光裝置包括一個(gè)基板；一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，其被鍵合到基板上；至少一個(gè)第一層，其覆蓋在 基板上的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，至少一個(gè)第一層有一個(gè)上表面和側(cè)表面；以及至少一個(gè)第二 層，其覆蓋至少一個(gè)第一層，至少一個(gè)第二層包括光散射材料，其中至少一個(gè)第二層的折射率 小于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的折射率，并且第一層的折射率小于或等于第二層的折射率。從以下的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更加容易理解本發(fā)明的其它實(shí)施例，其中 本發(fā)明實(shí)施例是通過(guò)附圖進(jìn)行描述。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明能夠適用于其它和不同的實(shí)施例， 并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠在各個(gè)方面對(duì)其一些細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)發(fā)光裝置的截面圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的一個(gè)發(fā)光裝置的截面圖；圖2A是本發(fā)明第二實(shí)施例的圖2所示發(fā)光裝置的部分俯視圖；圖2B是本發(fā)明第二實(shí)施例的圖2所示第一層的部分側(cè)視截面圖；圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例的一個(gè)發(fā)光裝置的截面圖；圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例的一個(gè)發(fā)光裝置的截面圖；圖4A是本發(fā)明第四實(shí)施例的圖4所示發(fā)光裝置的部分俯視圖；圖4B是本發(fā)明第四實(shí)施例的圖4所示第一層的部分側(cè)視截面圖；圖5是本發(fā)明第五實(shí)施例的一個(gè)發(fā)光裝置的截面圖。發(fā)明詳述在以下的描述里，通過(guò)描述并參照附圖，顯示了本發(fā)明的具體實(shí)施例。將會(huì)理解， 在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)其作出結(jié)構(gòu)和其它方面的改變，而作為其它實(shí)施例。 而且，各種實(shí)施例及其每個(gè)不同實(shí)施例的各個(gè)方面可以以任何合適的方式組合使用。所以， 附圖和詳述本質(zhì)上被看作是描述性的而不是限制性的。通常，本發(fā)明實(shí)施例涉及一個(gè)發(fā)光裝置，其有遠(yuǎn)距離設(shè)置的光散射材料。圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)發(fā)光裝置的截面圖。發(fā)光裝置100包括一個(gè)基板 102和一個(gè)紅色LED 104、一個(gè)藍(lán)色LED 106和一個(gè)綠色LED 108，它們被鍵合到基板102內(nèi) 形成的凹腔103上。第一層110被填充到光腔103內(nèi)，并被布置在LED上面或圍住紅色LED 104、藍(lán)色LED106和綠色LED 108(統(tǒng)稱(chēng)為“RBG LEDs”)。第二層112被布置在第一層110 的上面或者圍住第一層110。依照本發(fā)明的實(shí)施例，第二層112包括光散射材料。依照本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施例，該光散射材料包括多個(gè)顆粒，其用來(lái)散射由RBG LEDs發(fā)出的光。聯(lián)接導(dǎo) 線114可以電連接RBG LEDs中的每個(gè)LED到金屬觸點(diǎn)116。第一或第二光學(xué)器件118，如 透鏡或反射器，也可以被提供在第二層112的上面，用來(lái)指示或反射光。依照一個(gè)實(shí)施例， 第一和第二層是透明且絕緣的。但是，依照其它實(shí)施例，第一和第二層可以是部分透明或半 透明的。依照所述實(shí)施例，第一層110改變從RGB LEDs發(fā)出的光線，然后被發(fā)射到第二層 112。第一層110可以用來(lái)反射、折射、和/或改變從RBG LEDs發(fā)出的光輻射模式。所以， 從RGB LEDs發(fā)出的光被預(yù)混和后再傳遞到包括光散射材料的第二層112。結(jié)果，紅色、藍(lán) 色、綠色和/或其它光的混合和空間顏色均勻性通過(guò)第一層110的存在能夠得以改善，特別 是與沒(méi)有第一層110而只有第二層112的發(fā)光裝置相比。第一層110和第二層112可以是任何合適的半透明材料，諸如硅、環(huán)氧樹(shù)脂、或玻 璃。光散射材料可以是任何有機(jī)或無(wú)機(jī)光散射材料，諸如聚合物粉末或金屬氧化物。光散 射材料也可以是任何合適的形狀，如球狀、錐狀或平面狀。另外，它們可以是任何尺寸。依 照一個(gè)實(shí)施例，其顆粒尺寸小于或等于 ο μ m。但是，也可以使用任何其它合適的顆粒尺寸。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一層110和第二層112沒(méi)有任何波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換屬性，其用 來(lái)傳遞光穿過(guò)第一層110或第二層112或這兩層，保持光的原始波長(zhǎng)。第一層110的折射率 大于1。依照另一個(gè)實(shí)施例，第一層110的折射率小于RBG LEDs或其它可能使用的發(fā)光元 件的折射率，并小于或等于第二層112的折射率。第二層112的折射率也可以小于RBGLEDs 或其它可能用于發(fā)光裝置100里的發(fā)光元件的折射率。圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光裝置的截面圖。發(fā)光裝置200包括一個(gè)基板102、 一個(gè)被鍵合在基板102內(nèi)光腔103上的發(fā)光元件106、第一層110被填充到光腔103內(nèi)，其
5被布置在發(fā)光元件106的上面或圍住發(fā)光元件106、以及在第一層110上形成的包括光散射 材料的第二層112。聯(lián)接導(dǎo)線114可以電連接發(fā)光元件106到金屬觸點(diǎn)116。反射涂層130 被涂敷在基板102內(nèi)形成的光腔103上。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反射涂層130用來(lái)增 強(qiáng)和/或提高從發(fā)光元件106發(fā)出的光的反射，然后光經(jīng)過(guò)第一層110和第二層112被發(fā) 出。例如，反射涂層130可以是銀(Ag)或鋁(Al)涂層，或一個(gè)包括銀、鋁或其它反射材料 的合金。參照?qǐng)D2到5所述和所示的每個(gè)實(shí)施例的第一層110和第二層112的屬性以及發(fā) 光裝置的剩余部件基本上類(lèi)似于圖1所述的那些，除非特別加以說(shuō)明。圖2A是本發(fā)明第二實(shí)施例的圖2所示發(fā)光裝置的第一層的部分俯視圖。顯示了第 一層110的頂表面的總表面區(qū)域&?？偙砻鎱^(qū)域Atl的一部分A1由斜線表示。依照一個(gè)實(shí) 施例，來(lái)自任何一個(gè)發(fā)光元件的光線穿過(guò)第一層的總表面區(qū)域的一部分A1，并且A1大于或 等于大約80%的總表面區(qū)域Α”所以，大部分光在穿過(guò)第二層112之前被均勻分布。這個(gè) 情況應(yīng)該在有反射層或沒(méi)有反射層的條件下都是有效的。依照一個(gè)實(shí)施例，超過(guò)一半的光 在穿過(guò)第二層112之前被均勻分布。依照另一個(gè)實(shí)施例，超過(guò)75%的光在穿過(guò)第二層112 之前被均勻分布。圖2B是本發(fā)明第二實(shí)施例的圖2所示第一層的部分側(cè)視截面圖。顯示了第一層 110的高度t、頂表面直徑d、和底部直徑b。底部直徑b也是光腔的底部直徑。依照一個(gè)實(shí) 施例，選擇高度t和頂表面直徑d，使得d/t(即d除以t)大于或等于0，并且小于或等于 25. 5，或大約是沈，從而從任何發(fā)光元件106發(fā)出的大部分光在穿過(guò)第二層112之前被均勻 分布。依照另一個(gè)實(shí)施例，d/b (即d除以b)大于或等于1，并且小于或等于1.2，從而從任 何一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的大部分光能夠有效地被涂敷在光腔103上的反射涂層130反 射。雖然圖2A和2B是參照?qǐng)D2，但以上特征同樣適用于圖1和圖3所示的實(shí)施例。再者， 雖然第一層110的俯視圖被顯示是圓形，當(dāng)?shù)谝粚拥捻敱砻娌皇菆A形時(shí)，b和d可以被看作 是水力直徑(hydraulic diameters)。圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光裝置的截面圖。發(fā)光裝置300類(lèi)似于圖2所示的 發(fā)光裝置200。但是，圖3所示的發(fā)光裝置300包括多個(gè)發(fā)光元件106。雖然發(fā)光裝置300 的所述實(shí)施例包括三個(gè)發(fā)光元件106，但根據(jù)特別實(shí)施的要求，可以使用任何數(shù)目的發(fā)光元 件到發(fā)光裝置300內(nèi)。圖4是本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)光裝置的截面圖。發(fā)光裝置400類(lèi)似于圖2所示的 發(fā)光裝置200。但是，在第四實(shí)施例里的發(fā)光裝置400，基板102沒(méi)有任何光腔。相反，第一 層110和第二層112是在基板102上形成。反射涂層130可以形成在基板102的上面，位 于基板102和第一和第二層110、112之間。第一層110覆蓋并圍住發(fā)光元件106，而包括 光散射材料的第二層112，覆蓋并圍住第一層110。聯(lián)接導(dǎo)線114可以電連接發(fā)光元件106 到金屬觸點(diǎn)116。雖然顯示了一個(gè)發(fā)光元件106，但所述實(shí)施例可以使用兩個(gè)或多個(gè)發(fā)光元 件。圖4A是本發(fā)明第四實(shí)施例的圖4所示發(fā)光裝置的第一層的部分俯視圖。顯示了 第一層Iio的頂表面的總表面區(qū)域Atl，由第一層110的圓周表示。總表面區(qū)域Atl的一部分 A1是由斜線表示。依照一個(gè)實(shí)施例，來(lái)自任何一個(gè)發(fā)光元件的光線穿過(guò)第一層的總表面區(qū) 域的部分A1，并且A1等于總表面區(qū)域&。所以，A1完全覆蓋Atl，并且大部分光在穿過(guò)第二層 112之前被均勻分布。這種情況在有或沒(méi)有反射層的條件下都有效。
圖4B是本發(fā)明第四實(shí)施例的圖4所示第一層的部分側(cè)視截面圖。顯示了第一層 110的高度t和直徑d。依照一個(gè)實(shí)施例，選擇高度t和頂表面直徑d，使得d/t (即d除以 t)大于或等于0，并小于或等于22. 8，或大約是23，從而從任何發(fā)光元件106發(fā)出的大部分 光在穿過(guò)第二層112之前被均勻分布。雖然圖4A和4B是參照?qǐng)D4，但以上特征同樣適用于 圖5所示的實(shí)施例。再者，雖然第一層110的俯視圖顯示是圓形的，但當(dāng)?shù)谝粚拥捻敳勘砻?不是圓形時(shí)，d可以被看作是水力直徑。圖5是本發(fā)明第五實(shí)施例的發(fā)光裝置的部分截面圖。第五實(shí)施例的發(fā)光裝置500 類(lèi)似于圖4所示的發(fā)光裝置400。但是，在本發(fā)明的第五實(shí)施例里，發(fā)光裝置500包括至少 一個(gè)熒光層502，其圍住并覆蓋至少一部分發(fā)光元件106。第一層110覆蓋并圍住熒光層 502。熒光層502可以包括一個(gè)或多個(gè)熒光材料，如黃色、紅色、藍(lán)色或綠色的發(fā)光熒光粉。 雖然顯示有一個(gè)發(fā)光元件106，但兩個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件也可以用于所述實(shí)施例。在本發(fā)明的實(shí)施例里，由于從發(fā)光元件發(fā)出的光線在到達(dá)第二層112之前，是在 第一層Iio上被預(yù)混合，可以減少在第二層112上所需的光散射材料的數(shù)量。另外，減少光 散射材料的數(shù)量可以降低光損失，并提高由發(fā)光裝置發(fā)出的光的強(qiáng)度。雖然已經(jīng)參照所述實(shí)施例特別描述和顯示了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其形式和細(xì)節(jié)作出改變。例如，雖然本發(fā)明 的實(shí)施例被顯示包括反射涂層130，但本發(fā)明實(shí)施例也可以包括或不具有反射涂層130，這 主要取決于特定實(shí)施的要求。再者，也可以使用各種實(shí)施例的任何適當(dāng)組合。所以，本發(fā)明 的實(shí)施例可以包括單個(gè)發(fā)光元件或多個(gè)發(fā)光元件。雖然LED是一個(gè)適合用于本發(fā)明實(shí)施例 的示范發(fā)光元件，但也可以使用其它發(fā)光元件。所以，以上描述意在提供本發(fā)明的示范實(shí)施例，但本發(fā)明的范圍并不受限于在此 提供的具體范例。
權(quán)利要求
1.一個(gè)發(fā)光裝置，包括 一個(gè)基板，其有一個(gè)光腔；一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，其被鍵合到基板上，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件位于光腔內(nèi)，一個(gè)或多 個(gè)發(fā)光元件被設(shè)置用于發(fā)光；至少一個(gè)第一層，其覆蓋一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，至少一個(gè)第一層的一少部分位于光腔 內(nèi)，至少一個(gè)第一層有一個(gè)上表面，其中至少一個(gè)第一層的折射率小于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元 件的折射率；和至少一個(gè)第二層，其被布置在至少一個(gè)第一層上，至少一個(gè)第二層包括光散射材料，其 中至少一個(gè)第二層的折射率小于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的折射率，并且第一層的折射率小于 或等于第二層的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件是半導(dǎo)體基裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件是有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出一個(gè)或多個(gè)主波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，還包括一個(gè)或多個(gè)熒光層，其覆蓋一個(gè)或多個(gè)發(fā) 光元件，其中一個(gè)或多個(gè)熒光層用來(lái)將由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的至少一部分光轉(zhuǎn)換成 一個(gè)不同波長(zhǎng)的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)熒光層包括熒光粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中光散射材料包括多個(gè)均勻分布的顆粒以散射 由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中光散射材料的顆粒尺寸小于或等于10μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中第一層和第二層中都是絕緣且透明的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中第一層被設(shè)置以保持穿過(guò)第一層的光的波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中來(lái)自任何一個(gè)發(fā)光元件的光穿過(guò)第一層的 一個(gè)上表面的總表面區(qū)域的一部分，其中這部分表面區(qū)域大于或等于大約80%的總表面區(qū) 域。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中第一層的頂表面直徑d和第一層的底部直徑 b被設(shè)置使得d/b大于或等于1并小于或等于1. 2。
13.一個(gè)發(fā)光裝置，包括 一個(gè)基板；一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，其被鍵合到基板上；至少一個(gè)第一層，其覆蓋基板上的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，至少一個(gè)第一層有一個(gè)上表 面和側(cè)表面；和至少一個(gè)第二層，其覆蓋至少一個(gè)第一層，至少一個(gè)第二層包括光散射材料，其中至少 一個(gè)第二層的折射率小于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的折射率，并且第一層的折射率小于或等于 第二層的折射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件是半導(dǎo)體基裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件是有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出一個(gè)或多個(gè)主波長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件被覆蓋有一個(gè)或多個(gè) 熒光層，一個(gè)或多個(gè)熒光層用來(lái)接收并將由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的至少一部分光轉(zhuǎn)換 成其它波長(zhǎng)的光。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光裝置，其中一個(gè)或多個(gè)熒光層包括熒光粉。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中光散射材料包括多個(gè)均勻分布的顆粒以散 射由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中光散射材料的顆粒尺寸小于或等于10μ m。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中第一層和第二層中的每層是絕緣且透明的。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中第一層被設(shè)置以保持穿過(guò)第一層的光的波長(zhǎng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中來(lái)自任何一個(gè)發(fā)光元件的光穿過(guò)第一層的 上表面的總表面區(qū)域。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光裝置，其中第一層的高度t和第一層的直徑d被設(shè)置 使得d/t大于或等于0并小于或等于22. 8。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個(gè)遠(yuǎn)距離設(shè)置光散射材料的發(fā)光裝置，其能夠改善混光的屬性。該發(fā)光裝置包括一個(gè)有光腔的基板；一個(gè)或多個(gè)鍵合到基板并位于光腔內(nèi)的發(fā)光元件；至少一個(gè)第一層，其覆蓋一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件，至少一個(gè)第一層的一少部分位于光腔內(nèi)，其中至少一個(gè)第一層的折射率小于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光元件的折射率；以及至少一個(gè)包括光散射材料的第二層，其被布置在至少一個(gè)第一層上，其中第一層的折射率小于或等于第二層的折射率。
文檔編號(hào)H01L21/00GK102084503SQ200980000209
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者盧明, 溫珊媚 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司