发光设备的制造方法_5

文档序号:9793753阅读:来源:国知局
1处的匹配晶格结构。换句话说,在第一光输入表面31处,多个LED的有 源层的晶体结构匹配(或者基本上相似于)透明基板3的晶体结构,从而意味着存在从透明 基板3到多个LED 21、22、23的有源层的晶体结构的平滑过渡,从而减少了例如第一光输入 表面31处的散射损失。如已经提及的那样,这可以是直接在透明基板3的第一光输入表面31 上生长(例如使用外延生长)多个LED 21、22、23的有源层从而导致匹配的晶格结构的结果。 透明基板3是例如生长基板和/或单晶基板。这些基板提供由多个LED发射的光到透明基板3 中的经改善親合。
[0100]在实施例中,LED 21、22、23发射具有相同光谱分布(即第一光谱分布)的光13。备 选地,LED 21、22、23中的两个或者更多LED可以发射具有不同光谱分布的光,诸如例如红 色、绿色、以及蓝色。在其它备选方案中,每个LED都可以被提供在其自己的透明基板上。
[0101] 在实施例中,LED 21、22、23发射在光谱的可见部分内的光。LED可以发射具有在蓝 颜色范围内的中心发射波长的光。LED还可以发射具有在绿颜色范围内的中心发射波长的 光。LED还可以发射具有在红颜色范围内的中心发射波长的光。在这一点上,蓝颜色范围被 限定为在380nm和495nm之间的波长,绿颜色范围被限定为在495nm和590nm之间的波长,并 且红颜色范围被限定为在590nm和800nm之间的波长。
[0102] LED 21、22、23被设置在共同基体或者基板15上,使得LED被设置在透明基板3和基 体或者基板15之间。在实施例中,基体或者基板15是金属基板,其可以为散热器形式,在实 施例中由诸如铜、铁或铝之类的金属制成。散热器可以包括用于改进散热的翅片。注意,在 其它实施例中,基体或者基板15不需要是共同基体或者基板或者散热器。通过提供散热器, 由光源产生的热量可以以高效率方式从光导散去。通过提供金属基板,获得了从LED并且因 此从透明基板的热量散走的显著改善,因此显著提升了发光设备的最大可获得输出光强 度。此外,由例如热淬灭造成的对光学性能的不利影响明显降低或者甚至被消除,这提供了 具有经改善的光学性能的显著更可靠的发光设备。这转而提供了发光设备最大可获得输出 光强度的提升,以及提供了对由光导中的过热造成的对发光设备光学性能的不利影响的降 低或者甚至消除。然而,基体或者基板15或者散热器不是必要元件,并且可以因此在又一些 实施例中被省略。
[0103] 在实施例中,基体或者基板15由具有大于lW/(K*m)、大于10W/(K*m)、或者甚至大 于20W/(K*m)的热导率的材料制成。
[0104] 发光设备1 一般按如下方式工作。具有第一光谱分布的光由LED 21、22、23发射并 且透射穿过透明基板3,从而在第一光输入表面31处进入,通过TIR(全内反射)被引导穿过 透明基板并且在第一光出射表面32处离开。然而,原则上,不是所有光都需要透射穿过光出 射表面32,因为一些光可以透射例如穿过表面35。
[0105]在这一示例中,图7A和图7B所示的透明基板3进一步包括被设置在其它表面36处 的反射元件76;被设置在第一光出射表面32处用于将光耦合出透明基板的元件9;以及被设 置在第一光输入表面31处用于将光耦合到透明基板中的耦合结构7;它们全部都是可选元 件。
[0106] 反射元件76可以例如是其减少通过表面33、34、35和36发生的光损失的镜板、镜 箱、以及镜涂层中的任何一个。
[0107] 从LED 21、22、23到透明基板3中的光耦合可以借助于被提供在第一光输入表面31 上或者中的适当耦合结构7(参见图7B)而改善。原则上,可以提供多于一个耦合结构7。
[0108] 此外,可以提供用于将光耦合出透明基板的出耦合结构9。出耦合结构9可以例如 是光栅或者光子晶体,并且被提供用于改善到透明基板3外的光耦合。在实施例中,出耦合 结构9被设置在第一光出射表面32上。备选地,出親合结构9可以邻近第一光出射表面32被 嵌入在透明结构中。
[0109] 现在转到图8,在侧视图中示出了根据本发明的发光设备101的第二实施例。在这 一实施例中,发光设备101包括被设置在一行中的一共六个LED 21、22、23、24、25、26。
[0110] 在这一实施例中,发光设备101的透明基板3适于将由LED 21、22、23、24、25、26发 射的具有第一光谱分布的光13转换为具有第二光谱分布的光14。因此,在这一实施例中,发 光设备101的透明基板3是发光透明基板或者包括发光材料或者合适的掺杂剂的透明基板。 上文中描述了合适的发光材料和掺杂剂。在图8所示的实施例中,透明基板3包括用于将具 有第一光谱分布的光13转换为具有第二光谱分布的光14的发光元件90,发光元件90被设置 在第一光出射表面32处。
[0111] 在另一实施例中,光透明基板适于将UV形式的由LED发射的光13转换到蓝色波长 转换器,并且磷光体被提供在第一光出射表面32处,适于基于来自透明基板的蓝光输入而 发射白光。因此,多个LED 21、22、23、24、25、26发射在1^到蓝色波长范围内的光。透明基板 包括例如多晶立方钇铝石榴石(YAG),其掺杂有例如铕和/或铽的稀土离子,而第一光出射 表面32处的磷光体是黄色磷光体。这一实施例的优势在于,光出射表面的表面区域小于建 造由直接发光LED组成的光源所要求的表面区域。因此,可以实现光学扩展量的增益。用于 使用蓝色或者UV光源生成白光的备选方案包括但不限于:LED发射蓝光,该光在透明基板中 被转换为绿/蓝光,该绿/蓝光转而由第一光出射表面处的红色磷光体转换为白光;以及LED 发射蓝光,该光在透明基板中被转换为绿光,该绿光转而与红光和蓝光混合以生成白色LED 源,其中该混合借助于前方被设置了漫射器的红色磷光体来实现。
[0112] 此外,在这一实施例中,光学元件81被设置在透明基板3的第一光出射表面32处。 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。在备选实施例中,可以提供多于一个光学元件。提供光学 元件81可以有助于将所发射的光束成形、滤波、以及聚焦中的一种或者多种。
[0113] 此外,在这一实施例中,反射元件76被设置在与透明基板3的第一光出射表面32相 反并且平行延伸的表面36处。向发光设备101的透明基板3提供被定位在与期望光出射表面 平行并且相反地延伸的表面处的这种反射元件76(其可以例如是镜元件),导致入射在这一 反射元件上的光线将通过透明基板反射回到透明基板的期望光出射表面,光线可以在期望 光出射表面处离开透明基板。因此,增加了通过期望光出射表面离开的光的光强度。此外, 通过除了光出射表面之外的透明基板表面的光损失量显著降低。
[0114] 在其它实施例中(未示出),提供了包括两个或者更多透明基板的发光设备,每个 透明基板具有多个固态光源。
[0115] 现在转到图9,在透视图中示出了根据本发明的发光设备102的第三实施例。
[0116] 发光设备102包括光导4和三个LED 211、212、213,三个LED被提供在相应的透明基 板301、302、以及303上。
[0117] 光导4被设置为以便在三个侧面上围绕透明基板301、302、以及303,三个侧面即光 出射表面和分别平行并且相反于光输入表面和光出射表面延伸的表面。在所示的实施例 中,这通过将透明基板301、302、303设置在光导4中的各对应的切口或者凹部91、92、93中来 获得。在备选方案中,透明基板301、302、以及303可以被设置为嵌入在光导4中。
[0118] 在备选实施例中,光导可以被设置为以便在多于三个侧面上围绕透明基板,可能 在除了光输入侧面31之外的所有侧面32、33、34、35、36上。光导4可以仅延伸到透明基板3的 第一光输入表面31未被至少一个LED覆盖的部分上。
[0119] 光导4被示出为大体上被成形为棒体或者杆体,该棒体或者杆体具有垂直于彼此 延伸的第二光输入表面41和第二光出射表面42,使得第二光出射表面42为光导4的端部表 面。光导4进一步包括平行于并且相反于第二光出射表面42延伸的其它表面46,其它表面46 因此同样是光导4的端部表面。光导4进一步包括侧表面43、44、45。光导4还可以为板形状 的,例如作为正方形板或者长方形板。
[0120]第二光输入表面41和第二光出射表面42大体上以相对于彼此的不同于零的角度 延伸。在本文所示的实施例中,第二光输入表面41和第二光出射表面42垂直于彼此延伸。此 外,第二光输入表面41和第二光出射表面42可以具有不同的尺寸,在实施例中使得第二光 输入表面41大于第二光出射表面42。
[0121]根据本发明的发光设备的备选配置(其中第二光出射表面42和其它表面46是互相 相反的侧表面,并且第二光输入表面41是端部表面)也是可行的。
[0122] 图9所示的光导4是透明光导。上文描述了合适的透明材料。光导4可以备选地由石 榴石制成,上文描述了合适的石榴石。此外,光导4可以是发光的、光集中的、或者其组合,上 文描述了合适的材料。
[0123] 现在转到图10,在侧视图中示出了根据本发明并且非常相似于图9所示的发光设 备102的发光设备103的第四实施例。
[0124] 图10所示的发光设备103与图9中的发光设备的不同在于,其包括被设置在与第二 光输入表面41相反并且平行的表面45处的发光元件、层、或者材料410。因此,光导4在这里 适于将从透明基板301、302、303接收的光的至少一部分转换为具有不同光谱分布的光,该 光接着被发射穿过第二光出射表面42。上文描述了合适的发光材料。
[0125] 在备选方案中,光导4可以被提供有不同发光材料的两个或者更多发光元件或者 层,以便将从透明基板301、302、303接收的光的至少一部分转换为具有两个或者更多不同 光谱分布的光,或者换句话说,以便产生两个或者更多不同颜色。
[0126] 现在转到图11,在侧视图中示出了根据本发明的发光设备104的第五实施例。
[0127] 发光设备104与本文中描述的其余实施例的不同在于,其包括图7A、图7B、图8(未 在图11中示出)或者图9所示并且在上文描述的类型的两个发光设备1021和1022。
[0128] 发光设备1021和1022被设置为使得它们相应的光出射表面421和422面对相同方 向,并且使得相反并且平行于它们的相应光输入表面411和412延伸的它们的相应表面451 和452被设置为邻近彼此,它们的相应表面451和452可能但不是必定与彼此接触。因此,发 光设备1021和1022被设置为使得它们的相应光输入表面411和412背离彼此。
[0129] 发光设备1021包括光导402和三个LED 211、212、213,三个LED被提供在它们的相 应透明基板301、302、以及303上。同样地,发光设备1022包括光导403和三个LED 214、215、 216,三个LED被提供在它们的相应透明基板304、305、以及306上。
[0130] 在实施例中,LED 211、212、213发射在上文限定的蓝颜色范围内的光,而LED 214、 215、216发射在上文限定的红颜色范围内的光。发光设备104因此实现了以简单并且方便的 方式将发射不同颜色的光的LED组合在一个发光设备中。
[0131] 然而,LED 211、212、213、214、215、216还可以发射具有同一光谱分
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