CN102084503B - 远距离设置光散射材料的发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一个远距离设置光散射材料的发光装置，其能够改善混光的属性。该发光装置包括一个有光腔的基板；一个或多个键合到基板并位于光腔内的发光元件；至少一个第一层，其覆盖一个或多个发光元件，至少一个第一层的一少部分位于光腔内，其中至少一个第一层的折射率小于一个或多个发光元件的折射率；以及至少一个包括光散射材料的第二层，其被布置在至少一个第一层上，其中第一层的折射率小于或等于第二层的折射率。

Description

远距离设置光散射材料的发光装置
技术领域
本发明涉及一个发光装置，特别涉及一个远距离设置光散射材料的发光装置。
发明背景
目前，发光二极管(LED)是半导体产业内最具创新且发展最迅速的技术之一。虽然LED已经用于指示器和信号用途达十多年，但其技术发展和改进使得其更广泛地用于照明应用。
在照明应用里使用LED极具吸引力，原因包括单位瓦特发出更多光的能力、更长的寿命、更小的尺寸、更高的耐用度、更加环保以及在色彩、光型控制和调暗灯光方面的灵活性。另外，在产生白光源方面也已经有许多成果，如萤光粉转换的白光装置，使用不同类型的萤光粉，如黄色、绿色、蓝色或红色萤光粉。另一种产生白光源的方法是使用红色、蓝色和绿色LED。但是，这些方法都面对一个挑战，即在一个相对较小区域的装置内提供均匀分布的光和/或光混合。提供均匀分布的光和获得充分的光混合可能异常困难，因为不同颜色的光有不同的光谱，并各自显示不同的光学属性，如反射和折射。虽然目前已经尝试一些已知方法来产生均匀的光分布并解决诸类问题，但这类方法并不能令人完全满意。
所以，需要一个远距离设置光散射材料的发光装置，其能够解决以上的缺陷。
发明概述
依照本发明的一个实施例，披露了一个远距离设置光散射材料的发光装置。发光装置包括一个有光腔的基板；一个或多个发光元件，其被键合到基板，一个或多个发光元件位于光腔内，一个或多个发光元件被设置以发出光；至少一个第一层，其覆盖一个或多个发光元件，至少一个第一层的至少一部分在光腔内，至少一个第一层有一个上表面，其中至少一个第一层的折射率小于一个或多个发光元件的折射率；以及至少一个第二层，其被布置在至少一个第一层上，至少一个第二层包括光散射材料，其中至少一个第二层的折射率小于一个或多个发光元件的折射率，并且第一层的折射率小于或等于第二层的折射率。
依照本发明的另一个实施例，披露了一个远距离设置光散射材料的发光装置。发光装置包括一个基板；一个或多个发光元件，其被键合到基板上；至少一个第一层，其覆盖在基板上的一个或多个发光元件，至少一个第一层有一个上表面和侧表面；以及至少一个第二层，其覆盖至少一个第一层，至少一个第二层包括光散射材料，其中至少一个第二层的折射率小于一个或多个发光元件的折射率，并且第一层的折射率小于或等于第二层的折射率。
从以下的详细描述，本领域技术人员将更加容易理解本发明的其它实施例，其中本发明实施例是通过附图进行描述。将会认识到，本发明能够适用于其它和不同的实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够在各个方面对其一些细节进行修改。
附图说明
图1是本发明第一实施例的一个发光装置的截面图；
图2是本发明第二实施例的一个发光装置的截面图；
图2A是本发明第二实施例的图2所示发光装置的部分俯视图；
图2B是本发明第二实施例的图2所示第一层的部分侧视截面图；
图3是本发明第三实施例的一个发光装置的截面图；
图4是本发明第四实施例的一个发光装置的截面图；
图4A是本发明第四实施例的图4所示发光装置的部分俯视图；
图4B是本发明第四实施例的图4所示第一层的部分侧视截面图；
图5是本发明第五实施例的一个发光装置的截面图。发明详述
在以下的描述里，通过描述并参照附图，显示了本发明的具体实施例。将会理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对其作出结构和其它方面的改变，而作为其它实施例。而且，各种实施例及其每个不同实施例的各个方面可以以任何合适的方式组合使用。所以，附图和详述本质上被看作是描述性的而不是限制性的。
通常，本发明实施例涉及一个发光装置，其有远距离设置的光散射材料。
图1是本发明第一实施例的一个发光装置的截面图。发光装置100包括一个基板102和一个红色LED 104、一个蓝色LED 106和一个绿色LED 108，它们被键合到基板102内形成的凹腔103上。第一层110被填充到光腔103内，并被布置在LED上面或围住红色LED 104、蓝色LED106和绿色LED 108(统称为“RBG LEDs”)。第二层112被布置在第一层110的上面或者围住第一层110。依照本发明的实施例，第二层112包括光散射材料。依照本发明的一个实施例，该光散射材料包括多个颗粒，其用来散射由RBG LEDs发出的光。联接导线114可以电连接RBG LEDs中的每个LED到金属触点116。第一或第二光学器件118，如透镜或反射器，也可以被提供在第二层112的上面，用来指示或反射光。依照一个实施例，第一和第二层是透明且绝缘的。但是，依照其它实施例，第一和第二层可以是部分透明或半透明的。
依照所述实施例，第一层110改变从RGB LEDs发出的光线，然后被发射到第二层112。第一层110可以用来反射、折射、和/或改变从RBG LEDs发出的光辐射模式。所以，从RGB LEDs发出的光被预混和后再传递到包括光散射材料的第二层112。结果，红色、蓝色、绿色和/或其它光的混合和空间颜色均匀性通过第一层110的存在能够得以改善，特别是与没有第一层110而只有第二层112的发光装置相比。
第一层110和第二层112可以是任何合适的半透明材料，诸如硅、环氧树脂、或玻璃。光散射材料可以是任何有机或无机光散射材料，诸如聚合物粉末或金属氧化物。光散射材料也可以是任何合适的形状，如球状、锥状或平面状。另外，它们可以是任何尺寸。依照一个实施例，其颗粒尺寸小于或等于10μm。但是，也可以使用任何其它合适的颗粒尺寸。
依照本发明的一个实施例，第一层110和第二层112没有任何波长转换属性，其用来传递光穿过第一层110或第二层112或这两层，保持光的原始波长。第一层110的折射率大于1。依照另一个实施例，第一层110的折射率小于RBG LEDs或其它可能使用的发光元件的折射率，并小于或等于第二层112的折射率。第二层112的折射率也可以小于RBGLEDs或其它可能用于发光装置100里的发光元件的折射率。
图2是本发明第二实施例的发光装置的截面图。发光装置200包括一个基板102、一个被键合在基板102内光腔103上的发光元件106、第一层110被填充到光腔103内，其被布置在发光元件106的上面或围住发光元件106、以及在第一层110上形成的包括光散射材料的第二层112。联接导线114可以电连接发光元件106到金属触点116。反射涂层130被涂敷在基板102内形成的光腔103上。依照本发明的一个实施例，反射涂层130用来增强和/或提高从发光元件106发出的光的反射，然后光经过第一层110和第二层112被发出。例如，反射涂层130可以是银(Ag)或铝(Al)涂层，或一个包括银、铝或其它反射材料的合金。参照图2到5所述和所示的每个实施例的第一层110和第二层112的属性以及发光装置的剩余部件基本上类似于图1所述的那些，除非特别加以说明。
图2A是本发明第二实施例的图2所示发光装置的第一层的部分俯视图。显示了第一层110的顶表面的总表面区域A0。总表面区域A0的一部分A1由斜线表示。依照一个实施例，来自任何一个发光元件的光线穿过第一层的总表面区域的一部分A1，并且A1大于或等于大约80％的总表面区域A0。所以，大部分光在穿过第二层112之前被均匀分布。这个情况应该在有反射层或没有反射层的条件下都是有效的。依照一个实施例，超过一半的光在穿过第二层112之前被均匀分布。依照另一个实施例，超过75％的光在穿过第二层112之前被均匀分布。
图2B是本发明第二实施例的图2所示第一层的部分侧视截面图。显示了第一层110的高度t、顶表面直径d、和底部直径b。底部直径b也是光腔的底部直径。依照一个实施例，选择高度t和顶表面直径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，或大约是26，从而从任何发光元件106发出的大部分光在穿过第二层112之前被均匀分布。依照另一个实施例，d/b(即d除以b)大于或等于1，并且小于或等于1.2，从而从任何一个或多个发光元件发出的大部分光能够有效地被涂敷在光腔103上的反射涂层130反射。虽然图2A和2B是参照图2，但以上特征同样适用于图1和图3所示的实施例。再者，虽然第一层110的俯视图被显示是圆形，当第一层的顶表面不是圆形时，b和d可以被看作是水力直径(hydraulic diameters)。
图3是本发明第三实施例的发光装置的截面图。发光装置300类似于图2所示的发光装置200。但是，图3所示的发光装置300包括多个发光元件106。虽然发光装置300的所述实施例包括三个发光元件106，但根据特别实施的要求，可以使用任何数目的发光元件到发光装置300内。
图4是本发明第四实施例的发光装置的截面图。发光装置400类似于图2所示的发光装置200。但是，在第四实施例里的发光装置400，基板102没有任何光腔。相反，第一层110和第二层112是在基板102上形成。反射涂层130可以形成在基板102的上面，位于基板102和第一和第二层110、112之间。第一层110覆盖并围住发光元件106，而包括光散射材料的第二层112，覆盖并围住第一层110。联接导线114可以电连接发光元件106到金属触点116。虽然显示了一个发光元件106，但所述实施例可以使用两个或多个发光元件。
图4A是本发明第四实施例的图4所示发光装置的第一层的部分俯视图。显示了第一层110的顶表面的总表面区域A0，由第一层110的圆周表示。总表面区域A0的一部分A1是由斜线表示。依照一个实施例，来自任何一个发光元件的光线穿过第一层的总表面区域的部分A1，并且A1等于总表面区域A0。所以，A1完全覆盖A0，并且大部分光在穿过第二层112之前被均匀分布。这种情况在有或没有反射层的条件下都有效。
图4B是本发明第四实施例的图4所示第一层的部分侧视截面图。显示了第一层110的高度t和直径d。依照一个实施例，选择高度t和顶表面直径d，使得d/t(即d除以t)大于或等于0，并小于或等于22.8，或大约是23，从而从任何发光元件106发出的大部分光在穿过第二层112之前被均匀分布。虽然图4A和4B是参照图4，但以上特征同样适用于图5所示的实施例。再者，虽然第一层110的俯视图显示是圆形的，但当第一层的顶部表面不是圆形时，d可以被看作是水力直径。
图5是本发明第五实施例的发光装置的部分截面图。第五实施例的发光装置500类似于图4所示的发光装置400。但是，在本发明的第五实施例里，发光装置500包括至少一个荧光层502，其围住并覆盖至少一部分发光元件106。第一层110覆盖并围住荧光层502。荧光层502可以包括一个或多个荧光材料，如黄色、红色、蓝色或绿色的发光荧光粉。虽然显示有一个发光元件106，但两个或多个发光元件也可以用于所述实施例。
在本发明的实施例里，由于从发光元件发出的光线在到达第二层112之前，是在第一层110上被预混合，可以减少在第二层112上所需的光散射材料的数量。另外，减少光散射材料的数量可以降低光损失，并提高由发光装置发出的光的强度。
虽然已经参照所述实施例特别描述和显示了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其形式和细节作出改变。例如，虽然本发明的实施例被显示包括反射涂层130，但本发明实施例也可以包括或不具有反射涂层130，这主要取决于特定实施的要求。再者，也可以使用各种实施例的任何适当组合。所以，本发明的实施例可以包括单个发光元件或多个发光元件。虽然LED是一个适合用于本发明实施例的示范发光元件，但也可以使用其它发光元件。
所以，以上描述意在提供本发明的示范实施例，但本发明的范围并不受限于在此提供的具体范例。

Claims (10)

1.一个发光装置，包括：
一个基板，其有一个光腔；
一个或多个发光元件，其被键合到基板上，一个或多个发光元件位于光腔内，一个或多个发光元件被设置用于发光；
至少一个第一层，其覆盖一个或多个发光元件，至少一个第一层的至少部分位于光腔内，至少一个第一层有一个上表面，其中至少一个第一层的折射率小于一个或多个发光元件的折射率；和
至少一个第二层，其被布置在至少一个第一层上，至少一个第二层包括光散射材料，其中至少一个第二层的折射率小于一个或多个发光元件的折射率，并且第一层的折射率小于或等于第二层的折射率；
其中来自任何一个发光元件的光穿过第一层的一个上表面的总表面区域的一部分，其中这部分表面区域大于或等于80%的总表面区域，所述第一层的顶表面直径d和所述第一层的底部直径b被设置使得d/b大于或等于1并小于或等于1.2,并且所述第一层的高度t和所述第一层的所述顶表面直径d被设置使得d/t大于或等于0并小于或等于25.5。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中一个或多个发光元件是半导体基装置。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中一个或多个发光元件是有机发光二极管（OLED）。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中一个或多个发光元件发出一个或多个主波长。
5.根据权利要求1所述的发光装置，还包括一个或多个荧光层，其覆盖一个或多个发光元件，其中一个或多个荧光层用来将由一个或多个发光元件发出的至少一部分光转换成一个不同波长的光。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其中一个或多个荧光层包括荧光粉。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中光散射材料包括多个均匀分布的颗粒以散射由一个或多个发光元件发出的光。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其中光散射材料的颗粒尺寸小于或等于10μm。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其中第一层和第二层中的每层是绝缘且透明的。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其中第一层被设置以保持穿过第一层的光的波长。
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