专利名称：光发射器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用光致发光技术的光发射器件。
背景技术：
相关技术(见专利参考文献1)中已知的光发射器件，利用从LED发出的光作为激励光激发光致发光。专利参考文献1描述的光发射器件发射包含蓝色成份的LED光(初级光)到荧光元件，并获得波长长于初级光的次级光(其频率逐渐减小)。专利参考文献1中描述，通过选择特殊类型的荧光材料构成荧光件，可以获得特定颜色的光作为次级光，并且可以通过混合次级光与蓝光成份(初级光)，进一步产生自光。
专利参考文献1PCT国际申请的日本译文2004-505172。
发明内容
本发明欲解决的问题 专利参考文献1描述了一种光发射器器件，其包括设置在块形外壳中的多个LED(半导体元件)。包括底面、侧壁和顶盖的外壳整个内表面应用荧光材料。在光发射器件的外壳内产生混合色光的同时，不知道颜色混合之前或之后光穿过外壳内部的特殊路径，并存在颜色不能均匀混合的问题。如果在光发射器件中不同颜色的光不能均匀地混合，则在射出外壳的光中，可以观察到不均匀的颜色或是渗色。
解决问题的方式 根据本发明的第一方面的光发射装置包括光发射器件，发射用于激发荧光材料的激励光；反射器件，反射激励光；和包含荧光材料的投影光学元件，接收已经在反射器件处反射的激励光，并投射从荧光材料发出的光致发光的光。
根据本发明的第二方面的光发射器件包括光发射器件，发射用于激发荧光材料的激励光；反射器件，反射激励光；和包含荧光材料的投影光学元件，接收已经在反射器件处反射的激励光和从光发射器件直接传播的激励光，并投射从荧光材料发出的光致发光的光。
在本发明的第一或第二方面，优选光发射器件由LED阵列构成。优选LED阵列通过采用下列任何一种模式形成(1)LED阵列形成在基底的一个表面上，(2)LED阵列形成在基底的两个表面的每一个上，(3)LED阵列形成在一起组装成N角棱镜形的N个基底的每一个上，和(4)LED阵列形成在具有不是单一确定的形状的多面体处。优选从光发射器件发出的激励光包含蓝色成份；从荧光材料发出的光致发光的光包含黄光成份。
在本发明的第一或第二方面，投影光学元件可以由树脂构成，荧光材料基本上均匀地加入到该树脂中。反射器件可以形成为具有抛物线横截面的形状。
根据本发明的第三方面的照相机包括上述光发射器件。
注意，发射激励光的光发射器件可以用发光装置代替，反射激励光的反射器件可以用反射装置代替。
图1是本发明第一实施例中实现的光发射器件采用的结构透视图；图2是基底和LED的放大透视图；图3是图1所示光发射器件的侧视图；图4是用在第二实施例中的基底的放大图；图5是第二实施例中实现的光发射器件的侧视图；图6表示呈现四棱柱形的LED安装基底的实例；图7表示呈现六棱柱形的LED安装基底的实例；图8是配备有光发射器件的照相机外视图；和图9是表示呈现多边形的LED安装基底的实例。
具体实施例方式下面参考附图，对执行本发明的最佳模式进行解释。
(第一实施例)图1是本发明第一实施例中实现的光发射器件采用的结构的透视图。图1表示安装在基底1上的、由“n”个元件11～1n组成的蓝光发射阵列。蓝光发射元件11～1n每个例如由发射包括波长为450nm的蓝色成份的发光二极管(LED)构成。
图2是基底1和蓝色LED 11～1n的放大透视图。每个蓝色LED11～1n的驱动由电流供给电路(未示出)控制，使得它们发射发光亮度水平均匀的光。蓝色LED11～1n处产生的光向反射元件2发射。
图3是图1所示光发射器件从箭头A所示的方向观看的侧视图。如图3所示，反射元件2形成为具有抛物线形横截面，菲涅耳透镜3设置在反射元件2的开口处。反射元件2可以由高亮度的铝材构成，在其内表面(凹曲面)2a处向高反射率水平的菲涅耳透镜3反射来自蓝色LED11～1n的光。包含蓝色成份的光由此基本上以平行光进入菲涅耳透镜3。
已经进入菲涅耳透镜3的光中的部分蓝色成份透过菲涅耳透镜3传输，并投射成为沿辐射方向(图3中的右侧)行进的均匀光。在此方面，菲涅耳透镜3起投影光学元件的作用。注意，菲涅耳透镜3通过确保投射到对应于基底1阴影的区域(接近图3中菲涅耳透镜3的光轴Ax)上的光的亮度不低于投射到其它区域上的光的亮度来形成。
菲涅耳透镜3例如可以由树脂构成，预定浓度水平的荧光材料基本上均匀地加入其中。因而，部分蓝光成份如上所述地透过菲涅耳透镜3的同时，另一部分蓝光成份在菲涅耳透镜3处经历波长转变。即，加入到菲涅耳透镜3中的荧光材料被入射光激励，并且由此激励的荧光材料发射包含黄光成份(例如范围在560nm～570nm的波长)的光。由波长转变导致的黄光成份经菲涅耳透镜3投射，成为沿辐射方向(图3中的右侧)行进的均匀的光，其方式类似于投射蓝光成份的情形。结果，蓝光成份和黄光成份在辐射范围均匀地混合，并且人眼观察该混合光是均匀亮度的白光，没有颜色不均匀或渗色的现象。
在上述第一实施例中可以实现下列操作效果。
(1)从用作发光装置的蓝色LED11～1n中发出的光中的蓝色成份在反射元件、即反射装置2处反射，该反射元件形成为具有抛物线横截面，并且该反射光被导向菲涅耳透镜3。然后，甚至当发自蓝色LED11～1n的光通量方向不均匀(如，甚至当光通量呈对角线地向左向右以及沿图2中向上的方向发射时)时，蓝光成份可以高度可靠地被导向菲涅耳透镜3。因而，这使得能够有效利用从蓝色LED11～1n发出的蓝光成份，同时，最大程度地减小了进入菲涅耳透镜3的蓝光成份的亮度的不一致程度。
(2)因为单独在菲涅耳透镜3中包含荧光材料，所以只允许蓝光成份(激励光)进入菲涅耳透镜3。结果，菲涅耳透镜3中产生的蓝光成份和黄光成份(光致发光的光)可以有效地混合。
(3)荧光材料基本上均匀地混合在菲涅耳透镜3中，这使得蓝光成份可以透过菲涅耳透镜3均匀地经受波长转变，与其透过菲涅耳透镜3时的具体位置无关。结果，当黄光成份和蓝光成份在辐射范围内辐射时，在菲涅耳透镜3处波长转变导致的输出黄光成份的亮度、以及透过菲涅耳透镜3的输出蓝光成份的亮度均实现均匀。因此获得颜色不均匀以及色渗程度最低的白光。
(4)因为黄光成份和蓝光成份经均匀地加入了荧光材料的菲涅耳透镜3出射，所以投射到对应于基底1阴影的区域(接近菲涅耳透镜3的光轴Ax)上的光的亮度，不低于投射到其它区域上的光的亮度，实现了辐射范围的均匀照明，与经平行平板件发射黄光成份和蓝光成份的结构不同，所述平行平板件由均匀地混合了荧光材料的材料构成。
蓝色LED11-1n的数量“n”可以取任意值，如1或10，蓝色LED的数“n”应该调节到对应于此范围的最佳值，即在该范围内从光发射器件发出的光要沿水平方向辐射。
虽然在上述实例中蓝色LED11～1n单行设置，但它们也可以是双行或四行设置，并且蓝色LED设置的行数调节到对应于此范围的最佳值，即在该范围内从光发射器件发出的光沿垂直方向辐射。
虽然反射元件2由抛物线形的高亮度水平的铝材制成，但它也可以由高反射率的不同材料制成。此外，取代通过把呈现扁平状的材料加工成抛物状所获得的反射元件2，可以通过把多个极小的反射元件合组合成抛物状，来形成反射元件2。
(第二实施例)蓝色LED可以安装在基底的两侧。图4是用在第二实施例中的基底20的放大图。蓝色LED21～2n安装在基底20的一个表面上，而蓝色LED31～3n安装在基底20的另一个表面上。每个蓝色LED21～2n和31-3n的驱动由电流供给电路(未示出)控制，使得它们发射发光亮度水平均匀的光。
图5是包含基底20的光发射器件的侧视图。图5表示设置在反射元件2开口处的扩散透镜3A，反射元件2形成为具有抛物状横截面。反射元件2在其内表面(凹曲面)2a处向扩散透镜3A高反射率地反射发自蓝色LED21～2n的蓝光成份。结果，包含蓝色成份的光基本上以平行光进入扩散透镜3A。
另一方面，发自安装在基底20表面上的蓝色LED31～3n的蓝光成份进一步朝向扩散透镜3A直接进入扩散透镜3A，不用在反射元件2处进行反射。
扩散透镜3A由基本上均匀地加入了预定浓度的荧光材料的树脂构成。已经进入扩散透镜3A的部分蓝光成份透射，并投影成沿辐射方向(图5中的右侧)行进的均匀光。另一部分的蓝光成份在扩散透镜3A处经过波长转变，成为包含黄色成份的光，再以与蓝光成份非常相同的方式投影成沿辐射方向(图5中的右侧)行进的均匀光。结果，蓝光成份和黄光成份在辐射范围内均匀地混合，并且人眼观察该混合光成为均匀亮度的白光，没有不均匀的颜色。注意，扩散透镜3A也可以称作投影光学元件。
在上述第二实施例中可以实现下列操作效果。
(1)蓝色LED可以安装在基底20的两个表面上，并且从安装在基底20两侧上的蓝色LED21～2n发出的蓝光成份和从蓝色LED31～3n发出的蓝光成份分别被导向扩散透镜3A。结果，可以达到两倍于从安装在基底单侧的LED发出的光发射亮度，使得能够提供一种高亮度的紧凑型光发射器件。
(2)因为具有预定浓度水平的荧光材料基本上均匀地混合到构成扩散透镜3A的材料中，所以能够使得穿过扩散透镜3A的蓝光成份均匀地经历波长转变，无论在扩散透镜3A中其传输的具体位置如何。结果，当黄光成份和蓝光成份在辐射范围内辐射时，在扩散透镜3A中波长转变造成的输出黄光成份的亮度、和透过扩散透镜3A的输出蓝光成份的亮度上达到均匀，并且获得颜色不均匀以及渗色程度最低的白光，与第一实施例相同。
蓝色LED也可以安装在基底的表面，与其组装呈多边棱镜的形状。图6表示呈现四棱形的LED安装基底的实例。图6表示蓝色LED组，蓝色LED21～2n，蓝色LED31～3n，蓝色LED41～4n和蓝色LED51～5n，每个安装在基底组件20A的四个表面其中之一上。每个蓝色LED的驱动由电流供给电路(未示出)控制，使得它们都发出发光亮度水平均匀的光。基底组件20A用作光发射器，代替图5中所示光发射器件中的基底20。
图7表示呈现六棱形的LED安装基底的实例。图7表示蓝色LED组，蓝色LED21～2n，蓝色LED31～3n，蓝色LED41～4n，蓝色LED51～5n，蓝色LED61～6n和蓝色LED71～7n，每个安装在基底组件20B的六个表面其中之一上。每个蓝色LED的驱动由电流供给电路(未示出)控制，使得它们都发出发光亮度水平均匀的光。基底组件20B用作光发射器，代替图5中所示光发射器件中的基底20。
在上述的蓝色LED安装在组装成多棱形(N角棱形)基底表面上的光发射器件中，蓝光成份可靠地不变的被导向扩散透镜3A，无论蓝光成份是发射向反射元件2、还是发射向扩散透镜3A。通过把LED安装在四棱形基底组件的四个表面上，可以实现两倍于LED安装在单个基底的两个表面上的光发射器件发出的光发射亮度，而通过把LED安装到六棱形基底组件的六个表面上，可以实现三倍于LED安装在单个基底的两个表面上的光发射器件的光发射亮度。在两种情况下，都可以实现高亮度的紧凑型光发射器件。
呈现多棱形(N角棱形)的基底组件可以是八棱形组件或十棱形组件。
或者，可以把蓝色LED安装在通过组合包含曲面的表面而获得的多面体组件上，取代通过组合平面表面而获得的多棱形基底组件。例如，可以把蓝色LED组21～2n、31～3n、41～4n、51～5n、61～6n、71～7n、81～8n和91～9n安装在挠性基底20C上或多面体构成的类似结构上，如图9所示，从而在呈现任意形状、而非单一限定形状如多棱形的多面体基底上形成LED阵列。
上述任何一种光发射器件都可以用作图8所示照相机中的摄影照明装置。图8表示安装在照相机主体10上的可互换摄影透镜110。将照明装置101设置成照相机主体100中从物侧看处于右上位置的内部单元。照明装置101由前面解释的光发射器件组成。
光发射器件可以用作便携电话中的光源，这种电话配备有照相机、玩具、发光器件、闪光灯等，或者用作照相机中的照明装置。
虽然以上对这样的实例给予了解释，即把包含蓝光成份的LED光用作光致发光的初级光(激励光)，以获得黄光成份(次级光)，但初级光的波长成份和次级光的波长成份(颜色成份)可以与上述实例中的不同。加入到构成菲涅耳透镜(或扩散透镜)的材料中的荧光材料的最佳类型，应该相应于光发射器件的具体用途目的、并结合能够发射用作激励光源的最佳波长的光的光发射元件来选取。例如，可以把发射不同颜色成份的光的LED安装在呈现图6或7所示多棱形基底组件20A和20B的各个表面上。具体地说，可以把蓝色LED安装在一个表面上，把红色LED安装在另一个表面上，绿色LED安装在再一个表面上。在此情况下，可以通过在特定环境下选择用于光发射的最佳LED来发光。对于采用这种结构的光发射器件，可以通过单个的光发射器件获得包含对于各种条件的最佳颜色成份的光。注意，发射对应于多种颜色成份的光的多个LED可以设置在图1所示的基底1上。
应该通过调节加入到构成菲涅耳透镜3(或扩散透镜3A)的材料中的荧光材料的含量、或调节菲涅耳透镜3(或扩散透镜3A)的厚度，来调节初级光和次级光的颜色混合比。例如，通过增大荧光材料的含量来提高次级光的比例，并通过减少荧光材料的含量来降低次级光的比例。此外，可以通过增大菲涅耳透镜3(或扩散透镜3A)的厚度，来提高次级光的比例，并通过减小菲涅耳透镜3(或扩散透镜3A)的厚度，来减小次级光的比例，根本不用改变荧光材料的含量。
虽然以上通过结合附图对优选实施例及其改型进行描述来具体展示了本发明，但本发明不限于这些实例，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明实质、范围和指示的前提下可以对本发明的形式和细节做各种改变。
下列的在先申请的公开内容在此引入作为参考日本专利申请2004年11月1日提交的JP2004-318151。
权利要求
1.一种光发射器件，包括光发射器件，所述光发射器件发射用于激发荧光材料的激励光；反射器件，所述反射器件反射所述激励光；和包含荧光材料的投影光学元件，所述投影光学元件接收已经在所述反射器件处反射的激励光，并投射从所述荧光材料发出的光致发光的光。
2.一种光发射器件，包括光发射器件，所述光发射器件发射用于激发荧光材料的激励光；反射器件，所述反射器件反射所述激励光；和包含荧光材料的投影光学元件，所述投影光学元件接收已经在所述反射器件处反射的激励光和从所述光发射器件直接传播的激励光，并投射从所述荧光材料发出的光致发光的光。
3.如权利要求1或2所述的光发射器件，其特征在于所述光发射器件由LED阵列构成。
4.如权利要求3所述的光发射器件，其特征在于所述LED阵列通过采用下列任何一种模式形成(1)所述LED阵列形成在基底的一个表面上，(2)所述LED阵列形成在基底的两个表面的每一个上，(3)所述LED阵列形成在一起组装成N角棱镜形的N个基底的每一个上，和(4)所述LED阵列形成在具有不是单一确定的形状的多面体处。
5.如权利要求1～4任一所述的光发射器件，其特征在于从所述光发射器件发出的激励光包含蓝色成份；以及从所述荧光材料发出的光致发光的光包含黄光成份。
6.如权利要求1～5任一所述的光发射器件，其特征在于所述投影光学元件由树脂构成，所述荧光材料基本上均匀地加入到该树脂中。
7.如权利要求1～6任一所述的光发射器件，其特征在于所述反射器件形成为具有抛物线横截面的形状。
8.一种照相机，包括如权利要求1～7任一所述的光发射器件。
全文摘要
从蓝色LED发出的蓝光成份在具有抛物形横截面的反射元件处被反射到菲涅耳透镜。荧光材料被基本上均匀地加入到菲涅耳透镜中。一部分蓝光成份透过菲涅耳透镜，另一部分蓝光成份在菲涅耳透镜处经过波长转换。通过波长转换，菲涅耳透镜中的荧光材料被蓝光成份激励，并且由此激励的荧光发射包含黄色成份的光。由波长转换导致的黄光成份经菲涅耳透镜投射成具有蓝光成份的均匀光。
文档编号H01L33/48GK1993580SQ20058002581
公开日2007年7月4日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年11月1日
发明者松井秀树 申请人:株式会社尼康