发光设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包括诸如发光二极管(LED)之类的多个固态光源和透明基板的发光设 备。
【背景技术】
[0002] US 7,737,460 B2描述了包括形成在蓝宝石基板的主表面上的LED芯片的白色LED 芯片。光提取膜被提供在蓝宝石基板的另一主表面上。两个主表面与彼此相反并且平行地 延伸。此外，用于生成白光的磷光体构件可以被提供在基板的相对于光提取膜的相反侧面 上。
[0003] 高亮度光源是包括聚光照明、舞台照明、汽车照明、以及数字(前)投影在内的各种 应用所关注的。为了这一目的，可能利用所谓的光集中器，其中较短波长的光在高度透明的 发光材料中被转换到较长波长。
[0004] 然而，在上述发光设备中，由对磷光体的过度加热造成的诸如再吸收、散射、以及 热淬灭之类的各种效应可能严重降低系统效率。
[0005] EP2346101A1公开了发光模块，其中光学波长转换陶瓷转换由被安装在元件安装 基板上的半导体发光元件发射的光的波长。光学波长转换陶瓷被提供有至少40%透明度的 光学波长转换范围内的全光谱透射。反射膜被提供在光学波长转换陶瓷的表面上。穿过光 学波长转换陶瓷的光的发射面积被减小到小于半导体发光元件的光发射面积。反射膜引导 光，使得光大致平行于半导体发光元件的发光表面发射。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服这一问题，并且提供如下发光设备，使用该发光设备，减少或 者甚至消除了再吸收、散射、以及热淬灭，并且使用该发光设备，因此改善了系统效率。
[0007] 根据本发明的第一方面，这一目的和其它目的借助于如下发光设备来实现，该发 光设备包括多个固态光源和透明基板，透明基板包括以与彼此成不同于零的角度延伸的第 一光输入表面和第一光出射表面，透明基板适于在第一光输入表面处接收由多个固态光源 发射的光，将该光引导到第一光出射表面并且耦合出第一光出射表面，其中多个固态光源 的有源层被提供为与透明基板的第一光输入表面直接物理接触，并且其中第一光输入表面 具有比第一光出射表面更大的表面区域。
[0008] 通过提供适于引导光的透明基板，提供了如下发光设备，使用该发光设备，由多个 固态光源发射并且耦合到透明基板中的光的大部分被引导向第一光出射表面。此外，基板 内的吸收/散射损失显著减少。
[0009] 通过将透明基板的第一光输入表面和第一光出射表面提供为使得它们以与彼此 成不同于零的角度延伸(并且特别地，垂直于彼此延伸），提供了如下发光设备，其中更多的 光被耦合到透明基板中，并且使用该发光设备，最佳地大量光借助于TIR(全内反射)被引导 向第一光出射表面。这转而进一步降低了由于通过除了光出射表面之外的其它表面离开透 明基板而损失的光的量，并且因此进一步增加了通过第一光出射表面发射的光的强度。 [0010]通过将多个固态光源的有源层提供为与透明基板直接物理接触，提供了如下发光 设备，使用该发光设备，从固态光源发射的特别大量的光耦合到透明基板中并且被限制在 透明基板内。多个固态光源的有源层和透明基板之间的直接物理接触可以导致在多个固态 光源的有源层和透明基板的第一光输入表面处的匹配的晶格结构。换句话说，在第一光输 入表面处，多个固态光源的有源层的晶体结构匹配(或者基本上相似于)透明基板的晶体结 构，从而意味着从透明基板到多个固态光源的有源层有晶体结构的平滑过渡，从而减少例 如第一光输入表面处的散射损失。这可能是直接在透明基板的第一光输入表面上生长(例 如使用外延生长）多个固态光源的有源层(从而导致匹配的晶格结构）的结果。透明基板是 例如生长基板和/或单晶基板。因为多个光源的有源层和透明基板之间在第一光输入表面 处的平滑过渡，这些基板提供了由多个固态光源发射的光到透明基板中的经改善的耦合。 [0011]此外，通过向第一光输入表面提供比第一光出射表面更大的表面区域，提供了如 下发光设备，其中基板具有光集中作用，使得耦合出基板的光的强度进一步增加。
[0012] 以上特征全部都有助于显著减少发光设备中出现的再吸收、散射、以及热淬灭，这 转而导致高强度的光输出并且因此显著改善的系统效率。
[0013] 在实施例中，第一光输入表面的区域是第一光出射表面的表面区域的四倍、十倍、 或者三十倍大。
[0014] 在实施例中，多个固态光源被设置在散热器上，使得多个固态光源被设置在透明 基板和散热器之间。通过提供散热器，由光源产生的热量可以以高效率的方式从作为光导 起作用的透明基板被消散走。
[0015] 在实施例中，透明基板包括光子晶体结构和衍射结构中的一个或者多个。通过向 基板提供光子晶体结构和/或衍射结构，获得了耦合出透明基板的具有与基板的光输入表 面(并且因此固态光源的表面）的法向不同的方向的光的峰值强度。在实施例中，光子晶体 结构和/或衍射结构为如下类型，其向耦合出透明基板的光提供非郎伯的辐射图案，而是相 反地在侧面方向上具有更多的发射，并且在实施例中集中在相对于基板的光输入表面(并 且因此固态光源的表面）的法向的33度至47度的角范围内。具体而言，在基板中使用光子晶 体结构提供了由固态光源发射的被限制在基板的与光出射表面不同的表面的逃逸圆锥角 之外的光。此外，光子晶体结构可以被设计为使得:发射的角分布使得落到由固态光源覆盖 的区域上的光的量被最小化。总而言之，光子晶体结构和/或衍射结构的使用从而有助于进 一步增加耦合出基板的光的强度。
[0016] 在实施例中，透明基板包括耦合元件，耦合元件被设置在第一光出射表面处，用于 将光耦合出第一光出射表面。因此，提供了如下发光设备，使用该发光设备，光到透明基板 外的耦合明显更高效，这导致更少的光损失并且因此更高的强度增益。
[0017] 在实施例中，多个光源中的每个光源都发射第一光谱分布的光。在其它实施例中， 多个光源包括发射第一光谱分布的光的至少一个第一固态光源和发射不同于第一光谱分 布的第二光谱分布的光的至少一个第二固态光源。接着，不同的光谱分布由透明基板接收， 被引导到第一光出射表面并且从第一光出射表面发射。以这一方式，预定颜色的光在透明 基板的第一光出射表面处发射，这通过应用发射不同的光谱分布的不同固态光源而获得。
[0018] 在实施例中，透明基板由透明材料制成，该透明材料从包括以下项的组中选择:蓝 宝石、诸如YAG、LuAG之类的非掺杂透明石榴石、玻璃、石英、诸如多晶氧化铝之类的陶瓷材 料、发光材料、磷光体、以及其组合。因此，提供了如下发光设备，该发光设备具有由具有高 热导率的高度透明的材料制成的基板，因此允许来自多个固态光源的光以非常小的光损失 或者甚至无光损失地被引导通过透明基板，而同时保证优秀的热量消散。在实施例中，透明 材料示出了高透明度，换句话说，其应该不散射光。
[0019] 在这一上下文中，高度透明的材料旨在是如下材料:该材料在激发和发射的光谱 范围内几乎不示出吸收，并且进一步示出大于80%、大于90%、大于95%、或者甚至大于 98% (即平行光束的被散射到大于2度的角的分数小于20%、小于10%、小于5%、或者甚至 小于2 % )的直接光束透明度。
[0020] 在实施例中，透明基板包括被设置在第一光出射表面处的发光元件和光学元件中 的任何一个或者多个。通过在第一光出射表面处提供发光元件，提供了如下发光设备，该发 光设备保证具有一个光谱分布的光到具有另一光谱分布的光的转换，其优势在下面进一步 描述。通过在第一光出射表面处提供光学元件，由发光设备发射的光束的图案和形状可以 针对特定应用或者情况进行调整。例如，所获得的图像图案可以被滤波(诸如依据颜色或者 偏振滤波）、聚焦、成形、或者投影到表面上。合适的光学元件包括但不限于例如透镜的折射 或者衍射元件、颜色滤波器、反射元件、偏振器、和针孔、以及这些元件的组合。
[0021] 在实施例中，透明基板适于将由多个固态光源发射的光的至少一部分转换为具有 不同光谱分布的光。
[0022] 因此，提供了如下发光设备，该发光设备保证了将光转换到（否则该光不能保持在 光引导基板中）不同的（特别地更长的）波长。因此，这种光可以被再利用，以便以高效率和 高亮度获得多个波长。此外，提供了如下发光设备，使用该发光设备，由发光设备发射的光 的颜色图案可以改变。此外，提供了如下发光设备，使用该发光设备，特别大量的经转换的 光将留在透明基板中，该光随后可以从表面之一被提取，这转而导致特别高的强度增益。
[0023] 在实施例中，发光设备进一步包括光导，该光导包括第二光输入表面和第二光出 射表面，该光导适于在第二光输入表面处接收耦合出透明基板的第一光出射表面的光，将 接收的光引导到第二光出射表面，并且将接收的光耦合出第二光出射表面，光导被设置为 以便于至少部分地围绕透明基板。
[0024] 在实施例中，透明基板至少部分地被嵌入在光导中。在这一实施例中，透明基板在 实施例中被提供有与光导的折射率接近的折射率。在其中提供了多于一个固态光源的实施 例中，提供这种光导是特别有利的。通过提供光导，获得了如下发光设备，使用该发光设备， 由多个固态光源发射的并且被引导通过透明基板的光可以被收集在光导中并且通常以特 别高效率的方式被引导到第二光出射表面。这转而导致进一步的强度增益，并且还导致了 提供具有更大波长范围的光输出(诸如例如白光输出）的可能性。通过提供光导以便于至少 部分地围绕透明基板，光可以不仅从第一光出射表面而且还从透明基板的其它表面中的一 个或者多个表面被收集，但是除了固态光源所位于的第一光输入表面之外，这转而更进一 步地减少了光损失。因此，保证了特别高效率地从透明基板收集光并且将光耦合到光导中。
[0025] 在实施例中，光导进一步适于将从透明基板接收的光的至少一部分转换为具有不 同光谱分布的光。因此，提供了如下发光设备，该发光设备保证了将光转换到（否则该光不 能保持在光导中）不同的(特别地，更长的)波长。因此，这种光可以被再利用，以便以高效率 和高亮度获得多个波长。此外，提供了如下发光设备，使用该发光设备，由发光设备发射的 光的颜色图案可以改变。此外，提供了如下发光设备，使用该发光设备，特别大量的经转换 的光将留在光导中，该光随后可以从表面之一被提取，这转而导致特别高的强度增益。
[0026] 在实施例中，光导包括透明材料、发光材料、石榴石、掺杂石榴石、以及其任何组合 中的任何一种。因此，提供了具有如下光导的发光设备，该光导具有特别好的波长转换性 质。
[0027] 本发明进一步涉及灯、灯具、或者照明系统，它们包括本发明的发光设备并且用于 以下应用中的一个或者多个应用:数字投影、汽车照明、舞台照明、商店照明、家庭照明、重 点照明、聚光照明、剧场照明、光纤照明、显示系统、警告照明系统、医疗照明应用、装饰照明 应用。
[0028] 本发明进一步涉及用于制造发光设备的方法，该方法包括以下步骤：
[0029] 提供透明基板，透明基板包括以与彼此成不同于零的角度延伸的第一光输入表面 和第一光出射表面，透明基板适于引导在第一光输入表面处接收的光，将该光引导到第一 光出射表面，并且将该光親合出第一光出射表面，其中第一光输入表面具有比第一光出射 表面更大的表面区域，并且
[0030] 在透明基板的第一光输入表面上生长多个固态光源的有源层。
[0031] 注意，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。
【附图说明】
[0032] 现在将参照示出了本发明的（多个)实施例的附图更详细地描述本发明的这一方 面和其它方面。
[0033] 图1示出了包括磷光体轮的发光设