TW202413843A - 具有單一透鏡結構的固態發光構件 - Google Patents

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彼得 史考特 安德魯
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本發明揭示固態發光構件，其包含新穎的透鏡結構，所述透鏡結構布置成與至少一個固態光發射器接觸，而無介入氣隙，以提供輸出特性之期望組合，且消除對次級光學件的需求。透鏡結構包含傾斜或彎曲表面，該傾斜或彎曲表面具有配置以產生朝向光出射表面之光發射之全內反射（TIR）的定向。非朗伯透鏡結構配置以導致具有在角度範圍中之特定分佈的聚焦輸出發射或分散輸出發射。單一透鏡結構可包含凹部，該凹部成形為倒角錐、倒圓錐或溝槽，具有與固態發射器之發射中心對齊之最低點，其中壁配置以導致TIR。

Description

具有單一透鏡結構的固態發光構件
本文中之標的關於併入有布置在一或多個固態光發射器（例如，視情況與一或多個發光磷光體組合的發光二極體（LED））上方之單一透鏡結構的固態發光裝置，以及用於製作此類裝置的方法。
諸如發光二極體（light-emitting diode；LED）之固態照明裝置愈來愈多地用於消費者應用及商業應用兩者中。發光二極體已廣泛應用於各種照明環境中，以及用於液晶顯示器的背光照明及用於提供順序照明的發光二極體顯示器。照明應用包含汽車前照燈、道路燈、體育場燈、燈具、手電筒、以及各種室內、室外及專業照明環境。根據各種最終用途，發光二極體裝置的所要特性包含高發光效能、照明區上方之均勻色點、長使用壽命、寬色域及緊湊尺寸。
發光二極體為將電能轉換成光之固態裝置，且通常包含配置於相反摻雜之n型層與p型層之間的半導體材料（或主動區）之一或多個主動層。當在摻雜層上施加偏壓時，電洞及電子注入至一或多個主動層中，其中電洞及電子復合以產生發射，諸如可見光或紫外線發射。發光二極體晶片典型包含可由例如碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、磷化銦、氮化鋁、砷化鎵基材料及/或由有機半導體材料製成之主動區。在所有方向中激發由主動區產生之光子。
諸如磷光體之發光磷光（lumiphoric）材料可配置在發光二極體發射器之發光路徑中以將光之部分轉換成不同波長。已開發出可為發光二極體發射器提供機械支撐、電連接及囊封的發光二極體封裝。出射發光二極體發射器之表面的光發射典型在發射至環境中之前與發光磷光材料及發光二極體封裝之各種元件或表面相互作用，藉此增加光損耗（例如，歸因於內部吸收）及光發射之潛在非均勻性的機會。因而，在產生具有所要發射特性之高品質光同時亦提供高發光效率方面能存在挑戰。發光二極體封裝經常需要次級光學器件（例如，透鏡及/或反射器，包含金屬化反射器）來獲得所要輸出光束特性，此係因為自習知發光二極體封裝之主光學件發出的光典型過寬，且在距離上缺乏強度；然而，次級光學器件增大了照明裝置的尺寸、成本及複雜性，且導致光學損失。與發光二極體照明裝置相關聯的另一限制係長期可靠性，尤其當其成分展現出不同的熱膨脹特性且在大量操作週期中經受熱負載時。
所屬技術領域繼續尋求經改良固態照明裝置，其具有能夠克服與習知照明裝置及用於製作此類裝置的方法相關聯的挑戰的所要照明特性。
本發明內容在各種態樣中關於固態發光構件，其包含布置成與一或多個固態光發射器接觸的新型透鏡結構（例如，在其外表面上方併入至少一個視情況與發光磷光材料組合的發光二極體晶片），以提供不同於由習知構件所提供之輸出特性的所要輸出特徵組合。在某些實施例中，透鏡結構消除對次級光學器件的需求。在包含單一透鏡結構之實施例中，透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離固態光發射器之距離而增大的寬度，且包含傾斜或彎曲表面，該傾斜或彎曲表面具有配置以產生朝向構件之一個或光出射表面的光發射之至少一部分之全內反射的定向。在某些實施例中，在至少一個固態光發射器上方提供非朗伯單一透鏡結構，其間無介入氣隙，且該透鏡結構配置以產生（a）聚焦輸出發射，其在半高全寬（FWHM）值小於100之角度範圍中具有強度分佈，或分散輸出發射，其在FWHM值大於130之角度範圍中具有強度分佈。在某些實施例中，單一透鏡結構包括凹部，該凹部成形為倒角錐、倒圓錐或溝槽，具有與至少一個固態發射器之發射中心對齊之最低點，該凹部由一或多個傾斜壁定界，其中軸線延伸穿過最低點及發射中心，且其中一或多個傾斜壁遠離軸線而在自40至44度之範圍中的角度傾斜。在某些實施例中，透鏡結構包括接觸至少一個固態光發射器之外表面之光擴散部分；及布置在光擴散部分上方之複合折射率部分，該複合折射率部分包括具有第一折射率之第一區域及具有不同於第一折射率之第二折射率之第二區域，第一區域覆蓋少於整個光擴散部分。
在一態樣中，本發明內容關於一種固態發光構件，其包括：至少一個固態光發射器，其配置以產生光發射；及單一透鏡結構，其布置成與該至少一個固態光發射器接觸，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之光發射之至少一部分；其中接近於該至少一個固態光發射器的該單一透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且其中該單一透鏡結構之該至少第一部分包括至少一個傾斜或彎曲表面，該至少一個傾斜或彎曲表面具有配置以產生源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射且配置以將光朝向該固態發光構件之一或多個光出射表面反射的定向。
在某些實施例中，該至少一個傾斜或彎曲表面包括單一透鏡結構之至少第一部分之周邊邊緣表面。
在某些實施例中，單一透鏡結構界定了凹部，且至少一個傾斜或彎曲表面將凹部之至少一部分定界。
在某些實施例中，單一透鏡結構進一步包括第二部分，該第二部分具有隨著遠離至少一個固態光發射器之距離而減小的寬度，其中單一透鏡結構之第一部分布置在至少一個固態光發射器與單一透鏡結構之第二部分之間。
在某些實施例中，單一透鏡結構之第二部分包括具有截角錐形狀（例如，具有正方形之俯視輪廓）之近端區段，且包括具有圓頂狀形狀（例如，具有圓形之俯視輪廓）之遠端區段。
在某些實施例中，單一透鏡結構包括具有圓形或正方形截面形狀之第三部分，其中第三部分布置在第一部分與第二部分之間。
在某些實施例中，單一透鏡結構包括具有第一折射率之材料，單一透鏡結構之至少第一部分由外側向透鏡表面定界，且外側向透鏡表面由具有第二折射率之材料或空間定界，其中第一折射率超過第二折射率達至少0.4之值。
在某些實施例中，單一透鏡結構之至少第一部分包括倒截角錐形狀（例如，具有正方形俯視輪廓）或倒截圓錐形狀（例如，具有圓形俯視輪廓）。
在某些實施例中，單一透鏡結構包括凹部，該凹部成形為倒角錐、倒圓錐或溝槽，且具有與至少一個固態光發射器之發射中心對齊之最低點。
在某些實施例中，一或多個光出射表面沿著單一透鏡結構之側向邊緣布置。
在某些實施例中，固態發光構件進一步包括布置成與單一透鏡結構接觸之次級透鏡結構，其中單一透鏡結構布置在至少一個固態光發射器與次級透鏡結構之間。
在某些實施例中，固態發光構件進一步包括至少一個固態光發射器安裝至其之子基座，其中單一透鏡結構之寬度不大於子基座在單一透鏡結構布置成與至少一個固態光發射器接觸之位置處之寬度。
在某些實施例中，該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且固態發光構件進一步包括：至少一個固態光發射器安裝至其之子基座；及填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒；其中發光磷光材料之部分與填充材料層之部分重疊。
在某些實施例中，發光磷光材料層、填充材料層及單一透鏡結構在熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion；CTE）方面實質匹配，使得發光磷光材料層、填充材料層及透鏡材料之任何兩者或多於兩者之間的CTE差在小於20%之範圍中。
在某些實施例中，單一透鏡結構包括聚矽氧。
在另一態樣中，本發明內容關於一種固態發光構件，其包括：至少一個固態光發射器，其配置以產生光發射；及非朗伯單一透鏡結構，其布置成與該至少一個固態光發射器接觸，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之光發射之至少一部分，其中該固態發光構件無光發射穿過氣隙透射至該非朗伯單一透鏡結構中的氣隙；其中該非朗伯單一透鏡結構配置以對自該至少一個固態光發射器接收之光發射進行成形，以產生具有以下特性（a）及（b）之一者之輸出發射：（a）聚焦輸出發射，其在半高全寬（FWHM）值小於100之角度範圍中具有強度分佈，或（b）分散輸出發射，其在FWHM值大於130之角度範圍中具有強度分佈。在此上下文中，FWHM係指因變數等於其最大值的一半時自變數之兩個值之間的差（重申，其為在y軸上係最大振幅一半的彼等點之間量測之光譜曲線的寬度）。
在某些實施例中，非朗伯單一透鏡結構配置以對自至少一個固態光發射器接收之光發射進行成形，以產生聚焦輸出發射，該聚焦輸出發射具有在FWHM值在40與100之間的範圍中之角度範圍內的強度分佈。
在某些實施例中，非朗伯單一透鏡結構配置以對自至少一個固態光發射器接收之光發射進行成形，以產生分散輸出發射，該分散輸出發射具有在FWHM值在130與200之間的範圍中之角度範圍內的強度分佈。
在某些實施例中，接近於至少一個固態光發射器的非朗伯單一透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且該非朗伯單一透鏡結構之至少第一部分由側向邊緣表面定界，該側向邊緣表面具有配置以產生源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射的定向。
在某些實施例中，該至少一個固態光發射器布置在由升高反射器結構界定之空腔內；接近於該至少一個固態光發射器的該非朗伯單一透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且非朗伯單一透鏡結構之至少第一部分布置成與定界空腔的升高反射器結構之反射壁接觸。
在某些實施例中，升高反射器結構包括懸浮在黏著劑內之反光顆粒；非朗伯單一透鏡結構包括透鏡材料；且升高反射器結構及透鏡材料在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得其之間的CTE差在小於20%之範圍內。
在某些實施例中，固態發光構件進一步包括至少一個固態光發射器安裝至其之子基座，其中單一透鏡結構之寬度不大於子基座在非朗伯單一透鏡結構布置成與至少一個固態光發射器接觸之位置處之寬度。
在某些實施例中，該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且固態發光構件進一步包括：至少一個固態光發射器安裝至其之子基座；及填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒；其中發光磷光材料之部分與填充材料層之部分重疊。
在某些實施例中，發光磷光材料層、填充材料層及非朗伯單一透鏡結構在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得發光磷光材料層、填充材料層及透鏡材料之任何兩者或多於兩者之間的CTE差在小於20%之範圍中。
在某些實施例中，非朗伯單一透鏡結構包括聚矽氧。
在另一態樣中，本發明內容關於一種固態發光構件，其包括：至少一個固態光發射器，其配置以產生光發射，該至少一個固態光發射器具有發射中心；及單一透鏡結構，其布置成與該至少一個固態光發射器接觸，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之光發射之至少一部分；其中該單一透鏡結構包括凹部，其成形為倒角錐、倒圓錐或溝槽，具有與該發射中心對齊之最低點，該凹部由一或多個傾斜壁定界，其中軸線延伸穿過最低點及發射中心，且其中該一或多個傾斜壁遠離該軸線而傾斜40至44度之範圍中之角度。
在某些實施例中，單一透鏡結構包括沿著其側向邊緣之多個光出射表面之一者，且其中一或多個傾斜壁配置以將光反射朝向一或多個光出射表面。
在某些實施例中，單一透鏡結構包括具有第一折射率之材料，且其中凹部實質填充有具有與第一折射率相差至少0.4之第二折射率之材料。
在某些實施例中，具有第二折射率之材料包括空氣。
在某些實施例中，接近於至少一個固態光發射器的單一透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且該單一透鏡結構之至少第一部分由至少一個傾斜或彎曲表面而側向定界，該至少一個傾斜或彎曲表面具有配置以產生源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射的定向。
在某些實施例中，單一透鏡結構界定第一及第二瓣，且凹部成形為布置在第一瓣與第二瓣之間的溝槽。
在某些實施例中，第一瓣及第二瓣之各者包括發光表面，且發光表面之至少一部分具有向外彎曲或凸面輪廓。
在某些實施例中，固態發光構件進一步包括至少一個固態光發射器安裝至其之子基座，其中單一透鏡結構之寬度不大於子基座在單一透鏡結構布置成與固態光發射器接觸之位置處之寬度。
在某些實施例中，該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且固態發光構件進一步包括：至少一個固態光發射器安裝至其之子基座；及填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒；其中發光磷光材料之部分與填充材料層之部分重疊。
在某些實施例中，發光磷光材料層、填充材料層及單一透鏡結構在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得發光磷光材料層、填充材料層及透鏡材料之任何兩者或多於兩者之間的CTE差在小於20%之範圍中。
在另一態樣中，本發明內容關於一種固態發光構件，其包括：至少一個固態光發射器，其布置在子基座上方且配置以產生光發射，該至少一個固態光發射器包括遠離子基座之外表面；及透鏡結構，其布置在該至少一個固態光發射器上方，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之光發射之至少一部分，該透鏡結構包括：光擴散部分，其接觸至少一個固態光發射器之外表面；及複合折射率部分，其布置在光擴散部分上方，該複合折射率部分包括具有第一折射率之第一區域及具有不同於第一折射率之第二折射率之第二區域，第一區域覆蓋少於整個光擴散部分。
在某些實施例中，透鏡之光擴散部分包括隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度，且由至少一個傾斜或彎曲表面側向定界，該至少一個傾斜或彎曲表面具有配置以產生源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之部分的全內反射且配置以朝向透鏡結構之一或多個光出射表面反射光的定向。
在某些實施例中，複合折射率部分之第一區域包括玻璃或藍寶石。
在某些實施例中，複合折射率部分之第一區域由空氣或至少一種氣體組成。
在某些實施例中，固態發光裝置進一步包括至少一個固態光發射器安裝至其之子基座，其中單一透鏡結構之寬度不大於子基座在單一透鏡結構布置成與至少一個固態光發射器接觸之位置處之寬度。
在某些實施例中，該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且固態發光構件進一步包括：至少一個固態光發射器安裝至其之子基座；及填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒；其中發光磷光材料之部分與填充材料層之部分重疊。
在某些實施例中，透鏡之光擴散部分包括隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度，且由至少一個傾斜或彎曲表面側向定界，該至少一個傾斜或彎曲表面具有配置以產生源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之部分的全內反射且配置以朝向透鏡結構之一或多個光出射表面反射光的定向。
在某些實施例中，複合折射率部分之第一區域包括玻璃或藍寶石，或複合折射率部分之第一區域由空氣或至少一種氣體組成。
在某些實施例中，固態發光裝置進一步包括至少一個固態光發射器安裝至其之子基座，其中單一透鏡結構之寬度不大於子基座在單一透鏡結構布置成與至少一個固態光發射器接觸之位置處之寬度。
在某些實施例中，其中該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且固態發光構件進一步包括：至少一個固態光發射器安裝至其之子基座；及填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒；其中發光磷光材料之部分與填充材料層之部分重疊。
在某些實施例中，透鏡結構之發光磷光材料層、填充材料層及光擴散部分在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得發光磷光材料層、填充材料層及光擴散部分之任何兩者或多於兩者之間的CTE差在小於20%之範圍中。
在另一態樣中，前述態樣中之任一者及/或如本文中所描述之各種單獨態樣及特徵可組合以獲得額外優點。如本文中所揭示的各種特徵及元件之任一者可與一或多個其它所揭示的特徵及元件組合，除非本文中另有相反指示。
根據隨後的揭示內容及所附申請專利範圍，本發明內容之其它態樣、特徵及實施例將更加顯而易見。
下文所闡述之實施例表示使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實踐實施例所必需的資訊，且繪示實踐實施例之最佳方式。所屬技術領域中具有通常知識者結合附圖閱讀以下繪示後，將瞭解本發明之概念且將認識本文中未具體提出的所述概念之應用。應理解的是，所述概念及應用屬於本發明及隨附申請專利範圍之範疇內。
應理解的是，儘管術語第一、第二等可在本文中用以描述各種元件，但所述元件不應受所述術語限制。所述術語僅用於將一個元件與另一個元件區分開來。舉例而言，在不脫離本發明之範疇的情況下，可將第一元件稱為第二元件，且類似地，可將第二元件稱為第一元件。如本文中所用，術語「及/或」包含相關聯的所列項目中之一或多者的任何及所有組合。
應理解的是，當諸如層、區或基板的元件稱作在另一元件「上」或延伸至另一元件「上」時，其能直接在另一元件上或直接延伸至另一元件上，或亦可存在介入元件。相比之下，當一元件稱作「直接位於另一元件上」或「直接延伸至另一元件上」時，不存在介入元件。同樣，應瞭解的是，當諸如層、區或基板之元件稱作「位於另一元件上方」或「在另一元件上方」延伸時，其能直接位於另一元件上方或直接在另一元件上方延伸，或亦可存在介入元件。相比之下，當一元件稱作「直接位於另一元件上方」或「直接在另一元件上方延伸」時，不存在介入元件。亦應理解的是，當一元件稱作「連接」或「耦接」至另一元件時，其能直接連接或耦接至另一元件，或可存在介入元件。相比之下，當元件稱作「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，不存在介入元件。
諸如「下方」或「之上」、或「上部」或「下部」、或者「水平」或「垂直」的相對術語可在本文中用於描述如諸圖中所繪示的一個元件、層或區與另一元件、層或區的關係。應瞭解的是，所述術語及上文所論述之術語意欲涵蓋除諸圖中所描繪之定向之外的不同裝置定向。
本文中使用之術語僅用於描述特定實施例之目的，且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否則單數形式「一」及「該」亦意欲包含複數形式。應進一步理解，術語「包括」及/或「包含」在本文中使用時指定所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但不排除一或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或添加。
除非另外定義，否則本文使用的全部術語（包含技術及科學術語）的含義與概括熟習本發明所屬的技術者通常理解的含義相同。應進一步瞭解，本文所用的術語應解釋為具有符合其在本說明書上下文中及相關技術中之含義的含義，且不應在理想化或過度正式的意義上解釋，除非本文中明確如此定義。
本文中參考本發明之實施例之示意性繪示來描述實施例。因此，層及元件之實際尺寸能不同，且預期到由於（例如）製造技術及/或公差引起的繪示之形狀的變化。舉例而言，繪示或描述為正方形或矩形之區能具有圓形或彎曲特徵，且展示為直線之區可具有某一不規則性。因此，諸圖中所繪示之區為示意性的，且其形狀並不意欲繪示裝置之區的精確形狀，且並不意欲限制本發明之範疇。另外，出於繪示性目的，結構或區之尺寸可相對於其它結構或區放大，且因此經提供以繪示本發明主題之通用結構且可或可不按比例繪製。諸圖之間的共同元件可在本文中展示為具有共同元件符號，且可隨後不進行重複描述。
在深入研究本發明之各種態樣的特定細節之前，對於上下文提供可包含於本發明之例示性發光二極體中的各種元件之概述。發光二極體晶片典型包括能具有以不同方式配置之許多不同半導體層的主動發光二極體結構或區。發光二極體及其主動結構之製造及操作通常為在所屬領域中已知，且本文中僅簡要地論述。主動發光二極體結構之層能使用具有使用金屬有機化學氣相沉積製造合適處理之已知製程製造。主動發光二極體結構之層能包括許多不同層，且通常包括夾在n型與p型相反摻雜磊晶層之間的主動層，其皆連續形成於生長基板上。應理解的是，額外層及元件亦能包含於主動發光二極體結構中，包含（但不限於）緩衝層、成核層、超晶格結構、未摻雜層、包覆層、接觸層、以及電流分散層及光萃取層及元件。主動層能包括單量子井、多量子井、雙異質結構或超晶格結構。
主動發光二極體結構能由不同材料系統製造，其中一些材料系統為基於III族氮化物之材料系統。III族氮化物指形成於氮（N）與週期表III族元素之間的彼等半導體化合物，通常為鋁（Al）、鎵（Ga）及銦（In）。氮化鎵（Gallium nitride；GaN）為常見二元化合物。III族氮化物亦指三元及四元化合物，諸如氮化鋁鎵（aluminum gallium nitride；AlGaN）、氮化銦鎵（indium gallium nitride；InGaN）及氮化鋁銦鎵（aluminum indium gallium nitride；AlInGaN）。對於III族氮化物，矽（Si）為常見n型摻雜劑，且鎂（Mg）為常見p型摻雜劑。因此，對於基於III族氮化物之材料系統，主動層、n型層及p型層可包含GaN、AlGaN、InGaN以及AlInGaN之一或多個層，所述層為未經摻雜或摻雜有Si或Mg。其它材料系統包含碳化矽（silicon carbide；SiC）、有機半導體材料及諸如磷化鎵（gallium phosphide；GaP）、砷化鎵（gallium arsenide；GaAs）、磷化銦（indium phosphide；InP）之其它III至V族系統及相關化合物。
主動發光二極體結構可生長於生長基板上，該生長基板可包含許多材料，諸如藍寶石、SiC、氮化鋁（AlN）、GaN、GaAs、玻璃或矽。SiC具有某些優點，諸如相比於其它基板更接近III族氮化物之晶格匹配且產生高品質III族氮化物膜。SiC亦具有極高導熱性，使得SiC上之III族氮化物裝置之總輸出功率不受基板熱耗散限制。藍寶石為用於III族氮化物之另一常見基板且亦具有某些優點，包含較低成本、具有成熟製造製程及具有良好的透光光學性質。
主動發光二極體結構之不同實施例可取決於主動層以及n型及p型層之組成而發射不同波長之光。在一些實施例中，作用發光二極體結構發射峰值波長範圍為大約430奈米（nm）至480 nm之藍光。在其它實施例中，主動發光二極體結構發射峰值波長範圍為500 nm至570 nm之綠光。在其它實施例中，主動發光二極體結構發射峰值波長範圍為600 nm至650 nm之紅光。在某些實施例中，主動發光二極體結構可布置以發射在可見光譜之外的光，包含紫外線（UV）光譜之一或多個部分。
發光二極體晶片亦可覆蓋有一或多種發光磷光材料（在本文中亦被稱作發光磷光體），諸如磷光體，使得來自發光二極體晶片之光中之至少一些由一或多種發光磷光體吸收，且根據來自一或多種發光磷光體之特性發射轉換成一或多個不同波長光譜。就此而言，接收由發光二極體源產生之光之至少一部分的至少一個發光磷光體可重新發射具有與發光二極體源不同之峰值波長的光。可選擇發光二極體源及一或多種發光磷光材料，使得其組合輸出產生具有一或多個所要特性（諸如，色彩、色點、強度、光譜密度等）之光。在某些實施例中，發光二極體晶片之聚集發射（視情況與一或多種發光磷光材料組合）可配置以提供冷白光、中性白光或暖白光，諸如在2500開爾文（K）至10,000 K之色溫範圍內。在某些實施例中，可使用具有青色、綠色、琥珀色、黃色、橙色及/或紅色峰值波長之發光磷光材料。在某些實施例中，發光二極體晶片與一或多個發光磷光體（例如，磷光體）之組合發射通常為白色之光組合。一或多種磷光體可包含發射黃色（例如，YAG:Ce）、綠色（例如，LuAg:Ce）及紅色（例如，Cai-x-ySrxEuyAlSiN3）之磷光體及其組合。在其它實施例中，發光二極體晶片及對應發光磷光材料可布置以主要發射自發光磷光材料轉換之光，使得聚集發射包含很少或不包含對應於發光二極體晶片自身之可感知發射。
如本文中所描述之發光磷光材料可為或可包含磷光體、閃爍體、發光磷光墨水、量子點材料、日光帶及類似者中之一或多者。可藉由任何適合手段提供發光磷光材料，例如直接塗佈於發光二極體之一或多個表面上、分散於經配置以覆蓋一或多個發光二極體之囊封材料中、及/或塗佈於一或多個光學或支撐元件上（例如藉由粉末塗佈、噴墨印刷或其類似方式）。在某些實施例中，發光磷光材料可降頻轉換或升頻轉換，且可提供降頻轉換及升頻轉換材料兩者之組合。在某些實施例中，配置以產生不同峰值波長之多個不同（例如組成不同）發光磷光材料可布置以自一或多個發光二極體晶片接收發射。一或多種發光磷光材料可以各種布置設置於發光二極體晶片之一或多個部分上。在某些實施例中，一或多種發光磷光材料可以實質均勻之方式配置於發光二極體晶片之一或多個表面上或上方。在其它實施例中，一或多種發光磷光材料可以相對於材料組成、濃度及厚度之一或多者非均勻的方式配置於發光二極體晶片之一或多個表面上或上方。在某些實施例中，一或多種發光磷光材料之充填百分比可在發光二極體晶片之一或多個外部表面上或之間變化。在某些實施例中，一或多種發光磷光材料可在發光二極體晶片之一或多個表面之部分上圖案化，以包含一或多個條紋、點、曲線或多邊形形狀。在某些實施例中，多種發光磷光材料可配置於發光二極體晶片上或上方之不同離散區或離散層中。
如本文中所使用，當照射於發光裝置之層或區上的所發射放光之至少80%穿過該層或區出射時，可將該層或區視為「透明的」。此外，如本文所用，當照射於發光二極體之一層或區上的發射放光之至少80%被反射時，將該層或區視為「反射」或體現為「鏡面」或「反射器」。在一些實施例中，發射放光包括可見光，諸如具有或不具有發光磷光材料之藍色及/或綠色發光二極體。在其它實施例中，發射放光可包括非可見光。舉例而言，在基於GaN之藍色及/或綠色發光二極體之上下文中，銀（Ag）可被視為反射材料（例如，至少80%反射性）。在UV 發光二極體之狀況下，可選擇適當材料以提供所要反射率（且在一些實施例中，為高反射率）及/或所要吸收率（且在一些實施例中，為低吸收率）。在某些實施例中，「光透射性」材料可布置以透射所要波長之發射放光之至少50%。
發光二極體封裝可包含一或多個元件，諸如發光磷光材料及電接觸、以及其它元件，其在支撐構件（諸如子基座或引線框架）上具備一或多個發光二極體晶片。子基座之合適材料包含但不限於陶瓷材料，諸如氧化鋁（aluminum oxide）或氧化鋁（alumina）、AlN、或者有機絕緣體，如聚醯亞胺（PI）及聚鄰苯二甲醯胺（PPA）。在其它實施例中，子基座可包括印刷電路板（printed circuit board；PCB）、藍寶石、矽（Si）或任何其它合適材料。對於PCB實施例，可使用不同PCB類型，諸如標準FR-4 PCB、金屬芯PCB或任何其它類型之PCB。在另外其它實施例中，支撐結構可體現引線框架結構。光改變材料可配置於發光二極體封裝內，從而以所要發射方向或圖案反射、或者以其它方式重新引導來自一或多個發光二極體晶片之光。
如本文中所使用，「光改變材料」可包含許多不同材料，包含反射或重新定向光、散射光之光反射性材料、吸收光之光吸收材料、發光磷光材料及充當觸變性劑之材料。如本文中所使用，術語「光反射性」指反射、折射、散射或以其它方式重新引導光之材料或顆粒。對於光反射性材料，光改變材料可包含熔融矽石、微粒狀二氧化矽、二氧化鈦（TiO2）或懸浮於黏合劑（諸如聚矽氧或環氧樹脂）中的金屬顆粒之至少一者。在某些態樣中，顆粒可具有布置以在所要方向上折射光發射之折射率或折射。在某些態樣中，光反射顆粒亦可稱作光散射顆粒。取決於在固化之前的所要黏度，光反射顆粒或散射顆粒與黏合劑之重量比可包括約0.15:1至約0.5:1之範圍，或在約0.5:1至約1:1之範圍中，或在約1:1至約2:1之範圍中。對於光吸收材料，光改變材料可包含碳、矽或懸浮於諸如聚矽氧或環氧樹脂之黏合劑中之金屬顆粒的至少一者。光反射性材料及光吸收材料可包括奈米顆粒。在某些實施例中，光改變材料可包括通常白色以反射及重新引導光。在其它實施例中，光改變材料可包括用於吸收光及增加對比度之通常不透明的色彩，諸如黑色或灰色。在某些實施例中，光改變材料包含懸浮於黏合劑中之光反射性材料及光吸收材料兩者。
根據各種實施例的本文中所揭示之固態發光裝置包含布置在基部部分或次組合件上方之透鏡結構，其中基部（基底）部分或次組合件包含安裝在子基座上方之至少一個固態發射器，其中至少一種填充材料接觸至少一個固態發射器之側向邊緣。該至少一個固態發射器可包含安裝在子基座上方之發光二極體晶片，或可包含覆蓋有發光磷光材料且安裝在子基座上方之發光二極體晶片。在後一狀況下，發光二極體安裝在具有第一表面之子基座上方，發光磷光材料層施加在遠離（亦即，相對）第一表面之至少一個發光二極體之整個外表面上方，其中至少一個發光二極體之側向邊緣不含發光磷光材料，且至少一個填充材料層接觸至少一個發光二極體之側向表面（其中填充材料層亦可與發光磷光材料層之側向邊界接觸）。在某些實施例中，基部部分或次組合件可藉由以下步驟製作，所述步驟包含施加填充材料層以接觸安裝在子基座上之至少一個發光二極體之側向表面，將密封模板黏附在填充材料上或上方，以及藉由界定在密封模板中之窗口施加發光磷光材料以在至少一個發光二極體上形成光改變材料層，以及自填充材料移除密封模板。
申請人使用或測試之先前技術模板（例如，版模模板、三維印刷模板及以上類似者）具有各種缺點，所述缺點限制了其實用性，諸如允許光改變材料在模板與下方層之間通過，或往往使光改變材料黏附至模板壁，導致對光改變材料將會保留在下方層上之區的控制不佳。然而，在不使用模板之情況下磷光體材料在布置於基板上之發光二極體上方之局部沉積亦係困難的，此係因為表面效應（例如，往往導致彎月面形成之表面張力）往往阻止磷光體混合物覆蓋發光二極體之整個發射區（包含其拐角），及/或往往形成具有不均勻厚度之圓頂狀磷光體沉積物（亦即，發光二極體晶片之中間之厚度大於接近於其邊緣之厚度）。
在某些實施例中，密封模板包括載體層（例如，膜）及黏著劑層，其可以黏著帶形式提供。在某些實施例中，載體層布置以透射紫外線（UV）光譜發射，且黏著劑層可包括UV剝離黏著劑，其在黏著劑暴露於UV光譜發射時展現黏性之降低或失去。一或多個窗口可藉由諸如雷射切割、刀具切割、衝壓、加壓或以上類似者的任何合適方法界定於密封模板中。
在某些實施例中，藉由用足夠的力加壓以使得黏著劑層與底層接合，可將界定窗口之模板施加至底層（例如，其中模板中之窗口與由底層支撐之一或多個發光二極體對齊）。此後，發光磷光材料可透過窗口施加（例如，藉由噴塗、施配、噴射泵送或其它沉積方法）。在某些實施例中，密封模板可包括實質等於發光磷光材料之所要沉積厚度的厚度。視情況，可藉由跨越密封模板之外部表面拖曳鏟削構件（例如聚矽氧或橡膠刀具，諸如刮板）來移除任何過量厚度之發光磷光材料。
在發光磷光材料沉積之後，模板可曝露於UV發射以使得模板之黏著劑層呈現降低之黏性。此後，可藉由牽拉（例如，自其邊緣）自底層移除模板，以使得先前透過模板中之窗口沉積的發光磷光材料在移除模板之後保持在目標表面上。在材料沉積完成之後降低黏著劑層之黏性的能力使得密封模板能夠自底層乾淨地剝離，而不留下黏著劑殘留物，且不會致使發光磷光材料的意外移除，而發光磷光材料原本是側向黏附至密封模板之窗口之邊緣。僅在所欲區域中提供發光磷光材料促使在整個發光區域上方達到均勻色點，且可改良亮度位準及/或均勻性。在某些實施例中，多個發光磷光材料層可依序施加在相同（重疊）或不同（非重疊）區域中，包含透過密封模板之單一窗口或透過多窗口密封模板中界定之不同窗口。
在形成併入至少一個固態光發射器之基部部分或次組合件之後，視情況在基部部分或次組合件上形成升高反射器結構之後，可在固態光發射器及任何周圍填充材料層上方形成或以其它方式施加透鏡。在某些實施例中，透鏡可藉由模製、三維印刷、噴射泵送、局部施配或以上類似物而直接形成在基部部分或次組合件上。在某些實施例中，界定空腔之升高反射器結構可形成在基部部分或次組合件上方，且透鏡之至少一部分可沉積在空腔中。在某些實施例中，透鏡可預製（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工或其它製作方法）成一或多個部分，且用合適的黏著劑（例如，光學級聚矽氧黏著劑）一起或單獨地施加至基部部分或次組合件。在某些實施例中，透鏡之一部分或整體可包括聚矽氧，且可藉由諸如模製的技術來製作。在某些實施例中，透鏡之一部分或整體可包括非晶或結晶剛性材料（例如，玻璃、藍寶石或以上類似物），且可藉由剝除、切割或機械加工來製作，然後黏附至下方結構。在某些實施例中，透鏡之至少一部分可預製、施加至下方基部材料或次組合件，且之後可進行模製步驟，以便於附接及/或形成任何額外模具部分，其中前述方法可稱為「取放及模製」。在某些實施例中，預製透鏡之至少一部分可施加至下方基部部分或次組合件，且然後用聚矽氧或裝載有二氧化鈦或另一反射材料之聚矽氧灌注（例如，沿著其至少下部周邊部分），其中前述方法可稱為「取放及灌注」。「取放及灌注」方法有益地避免了任何模具溢料的形成，且因此可促進可製造性的改良。
在某些實施例中，透鏡在特性上係單一的，意味著其體現了單一的連續結構。在某些實施例中，單一透鏡製作為一個組件，而在某些其它實施例中，單一透鏡可製作為彼此接合（例如，黏結或黏附）的多個組件。在某些實施例中，單一透鏡係非朗伯透鏡。朗伯透鏡往往在所有方向上均勻地漫射或散射光，而非在鏡面方向引導光。不管觀察者之視向或視角如何，朗伯表面對觀察者的視亮度或放光率係相同的。就這一點而言，非朗伯透鏡用於在鏡面方向上引導光，而不會在所有方向上漫射光。
在某些實施例中，透鏡併入一或多個表面（例如，傾斜或彎曲表面），所述表面具有配置以產生源自固態發光構件之至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射（total internal reflection；TIR）的定向，且配置以將光引導朝向固態發光構件之一或多個光出射表面。TIR為光學現象，其中到達自第一介質至第二介質的界面（或邊界）處的波不會折射至第二介質中，而完全反射回至第一介質中。當第二介質具有比第一介質更低的折射率時，且波以足夠傾斜角（被稱為臨界角）入射在介質間界面上時，發生TIR。作為一些實例，光學級聚矽氧及玻璃具有約1.5之折射率；空氣具有約1之折射率；且水具有約1.33之折射率。第一及第二介質可獨立地選自固體、液體及氣體。對於可見光，自水入射至空氣中之臨界角約為49°，自普通玻璃入射至空氣中之臨界角約為42°，且自光學級聚矽氧入射至空氣中之臨界角約為41.8°。在某些實施例中，配置以產生固態光發射器之發射的TIR的透鏡之一或多個表面由空氣界定，或由折射率不同於透鏡材料之折射率之固體材料定界。
在某些實施例中，接近於至少一個固態光發射器的透鏡之至少第一部分具有隨著遠離固態光發射器之距離而增大的寬度。透鏡之此一部分可構成光擴散區域。在某些實施例中，提供不同光引導或光成形功能之透鏡之額外（例如，第二、第三等）部分可設置（例如，接合至）第一部分。
在某些實施例中，配置以產生固態光發射器之發射的TIR的透鏡之傾斜或彎曲表面包括透鏡之至少第一部分之周邊邊緣表面（亦即，具有隨著遠離固態光發射器之距離而增大的寬度）。
在某些實施例中，單一透鏡結構界定凹部，且配置以產生固態光發射器之發射的TIR的透鏡之傾斜或彎曲表面定界凹部或溝槽之至少一部分。在此類實施例中，透鏡之傾斜或彎曲表面可配置以將光發射引導朝向布置在透鏡結構之側向邊緣（例如，側）處之一或多個光出射表面。雖然各種形狀之凹部在本發明內容之範圍內，但在某些實施例中，凹部可成形為倒角錐、倒圓錐或溝槽（例如，具有實質V形或U形的截面）。凹部可藉由任何合適的方法形成，諸如模製、機械加工、水刀切割、雷射燒蝕、化學加工或以上類似者。
在某些實施例中，單一透鏡結構可包含接近於固態光發射器之第一部分，該第一部分具有隨著遠離固態光發射器之距離而增大的寬度，且該單一透鏡結構進一步界定凹部，其中配置以產生固態光發射器之發射的TIR的第一傾斜或彎曲表面可設置在第一部分之周邊邊緣表面處，且配置以產生固態光發射器之發射的TIR的第二傾斜或彎曲表面可經布置以定界凹部。
在某些實施例中，單一透鏡結構布置成與至少一個固態光發射器（例如，發光二極體晶片之表面或塗覆在發光二極體晶片上之發光磷光材料層，視情況被一或多個光學清透材料層隔離）實體接觸。前述特徵為區分習知固態裝置之次級光學器件提供了一個基礎，因為此類光學器件通常不與固態光發射器直接接觸。在某些實施例中，固態光發射器安裝至子基座，且單一透鏡包括不大於晶片安裝區域處之子基座之寬度的寬度，其中單一透鏡結構布置成與至少一個固態光發射器接觸。此為區分習知次級光學器件提供了另一基礎，次級光學器件通常在寬度上大於相關聯固態發光構件。在某些實施例中，單一透鏡結構在熱膨脹係數（CTE）方面與下方物項（諸如發光磷光材料層及/或填充材料層）實質匹配，使得發光磷光材料層、填充材料層及透鏡材料之任何兩個或多於兩個之間的CTE差在小於20%之範圍中。在某些實施例中，可藉由形成相同基部材料（例如，諸如聚矽氧、環氧樹脂或另一聚合物材料的黏著劑材料）的透鏡材料、發光磷光材料及填充材料來實現實質CTE匹配，其中發光磷光材料層可具有分散在黏著劑材料中之發光顆粒，填充材料可具有分散在黏著劑材料中之反射顆粒，且透鏡材料可基本上由其中無光改變顆粒的黏著劑材料組成。此CTE匹配可增強高強度固態發光裝置之可靠性及使用壽命。透鏡材料與下方層之間的實質CTE匹配為區分習知次級光學器件提供了另一潛在基礎。
為了提供本文中所描述之實施例的上下文，在結合其餘圖描述本發明內容之實施例之前，將結合圖1及圖2描述習知固態發光裝置。
圖1為包含由子基座12支撐之發光二極體晶片16的第一習知固態發光裝置10之簡化截面圖，其中第一發光磷光材料層部分20接觸發光二極體晶片16之頂表面或外表面18，其中第二發光磷光層部分20A接觸發光二極體晶片16之側向邊緣表面19，且第三發光磷光層部分20B接觸子基座12之第一（上部）表面14的遠離發光二極體晶片16延伸之部分。在裝置10之製造期間，在提供反射材料25前，可以將發光磷光材料施加於發光二極體晶片16之外邊緣表面18及側向邊緣表面19上方及子基座12上方。子基座12（其可體現為基板）包含第二（下部）表面13，該第二表面與接觸發光二極體晶片16之第一表面14相對。反射材料25配置以側向鄰近於發光二極體晶片16，與第二發光磷光層部分20A及第三發光磷光層部分20B接觸。儘管應瞭解的是，光通常在所有方向自發光二極體晶片16發射，但分別自低、中等及高發射角度α1、α2及α3而自發光二極體晶片之中間點發出的三個光束（亦即，光束B α1、光束B α2及光束B α3）展示於圖1中。具有低發射角度α1之光束B α1可在第三發光磷光層部分20B中經波長轉換，且在不出射發光裝置10的情況下捕獲於子基座12與第三發光磷光層部分20B之間。具有中發射角度α2之光束B α2可在第二發光磷光層部分20A中經波長轉換，且由反射材料25反射回至發光二極體16或透過第一發光磷光層部分20向外反射。具有高發射角度α3之光束B α3可在第一發光磷光層部分20中經波長轉換，且出射發光裝置10，其中第一發光磷光層部分20界定裝置10之發光表面。
圖2為包含由子基座12支撐之發光二極體晶片16的第二習知固態發光裝置11之簡化截面圖，其中第一發光磷光材料層部分20接觸發光二極體晶片16之頂表面或外表面18，且其中第二發光磷光層部分20A接觸發光二極體晶片16之側向邊緣表面19。子基座12（其可體現為基板）包含第二（下部）表面13，該第二表面與子基座12之接觸發光二極體晶片16之第一表面14相對。反射材料26配置以側向鄰近於發光二極體晶片16，與第二發光磷光層部分20A及上部表面之部分接觸。子基座12與反射材料25之間不存在發光磷光材料消除子基座12與反射材料26之間的光子捕獲（藉此相對於圖1中所說明之裝置10改良固態發光裝置11的發光效率），但第二發光磷光材料部分20A之存在仍導致次佳發光效率。
與結合圖1及圖2所描述之習知發光裝置10、發光裝置11不同，根據本發明內容之各種實施例的固態發光裝置包含布置在包含至少一個固態光發射器之基部結構或次組合件上方之透鏡結構，其中若存在發光磷光材料，則此類發光磷光材料係沉積在發光二極體晶片之頂表面上方之材料，其中發光二極體晶片之側表面接觸反射材料且不含發光磷光材料。此配置可利用密封模板來實現，該密封模板用於在施加或形成透鏡結構之前，在基部結構之製作期間施加發光磷光材料。
圖3A至圖3F係描繪根據一具體實例在產生固態發光裝置之至少基座或子組合件部分中利用密封模板的步驟的簡化截面圖。
圖3A繪示安裝於子基座12之第一（上部）表面14上的發光二極體晶片16，其中發光二極體晶片16具有頂表面或外表面18（遠離子基座12之第一表面14配置）且具有側向邊緣表面19。在某些實施例中，發光二極體晶片16可具有覆晶布置，其中將發光二極體晶片16安裝至子基座之第一表面14可涉及在發光二極體晶片16之陽極及陰極接觸（圖中未示）與子基座12之接觸墊（圖中未示）之間進行電連接。
圖3B展示在於子基座12上方添加填充材料層30以接觸發光二極體晶片16之側向邊緣表面19之後的圖3A之項目，其中發光二極體晶片16之頂或外表面18保持暴露。在某些實施例中，填充材料30包括反射材料，諸如含於聚矽氧黏合劑中之白色（例如，二氧化鈦或TiO 2）顆粒。填充材料層30可藉由任何合適方法施加，諸如噴射泵送、網版印刷、施配、噴塗或以上類似者，視情況接著為鏟削步驟（例如，使用橡膠刀具或刮板）以移除過量厚度之填充材料。在某些實施例中，填充材料層30包含接觸子基座12之下部邊界31，且包含配置於與發光二極體晶片16之頂表面18實質相同的高度或層位處之上部邊界32。在某些實施例中，具有低於發光二極體晶片16之高度的一或多個次要組件（例如，靜電放電二極體）（圖中未示）亦可由子基座12支撐，且可囊封於填充材料層30中。如圖3B中所示，在某些實施例中，填充材料30之上部邊界32可與發光二極體晶片16之暴露外表面18實質共面以得到連續平坦表面。
圖3C展示在填充材料層30上方添加包含載體層36及黏著劑層37的密封模板35之後的圖3B之項目。密封模板35可藉由使用平坦構件及/或一或多個輥（圖中未示）加壓來施加。密封模板35界定大於發光二極體晶片16但通常與其對準之窗口38（例如，預切割窗口），其中窗口38亦與填充材料層30之鄰近發光二極體的部分32A重疊。在某些實施例中，載體層36包括透射UV光譜發射之材料，且黏著劑層37包括UV剝離黏著劑材料。發光二極體晶片16之頂或外表面18透過密封模板35中所界定之窗口38暴露。
圖3D展示在透過模板35中界定之窗口施加（使用沉積設備39）發光磷光材料層40（例如，發光磷光材料）以沉積於發光二極體晶片16之頂或外表面18上之後的圖3C之項目。如所示，發光磷光材料層40配置於發光二極體晶片之整個外表面18上方，且亦與填充材料層30之鄰近發光二極體的頂表面部分32A重疊，使得發光磷光材料層40寬於發光二極體晶片16之頂或外表面18。提供寬於發光二極體晶片16之頂或外表面18之發光磷光材料層40來確保無發光二極體晶片16之發射部分（包含自其上部拐角）逸出而不與光改變材料層40相互作用從而增強固態發光裝置之發光區域上方的所得發射之均勻性色點。在某些實施例中，光影響材料層40包括在聚矽氧黏合劑中之發光磷光材料（例如，其中例示性發光磷光材料重量百分比為約66%）。可使用任何合適方法來施加發光磷光材料層40，諸如噴塗、施配、噴射泵送及以上類似者。視情況，可藉由跨越密封模板35的載體層36之拖曳鏟削構件（圖中未示）來移除任何過量厚度的光改變材料40。在施加發光磷光材料40之後，此類材料可諸如藉由熱、電磁放光及/或其它方式固化及凝固。
儘管僅展示單一發光磷光材料層40，但應瞭解，多個發光磷光材料層可順序施加在相同（重疊）或不同（非重疊）區域中，包含透過密封模板之單一窗口或透過多窗口密封模板中界定之不同窗口施加。
在發光磷光材料固化之後（或期間），來自外部源（未示出）之UV發射可照射於密封模板35上，以便降低黏著劑層37之黏性。此後，密封模板35可自填充材料30移除（例如，藉由機械牽拉）。在移除密封模板35之前降低黏著劑層37的黏性有利地降低黏著劑殘留物殘留在底層填充材料30上之可能性，且亦降低發光磷光材料40將會保持側向黏附至密封模板35中界定之窗口38之邊界的可能性，以使得當自底層填充材料30移除密封模板35時，不會移除發光磷光材料40之部分，且發光磷光材料40之清潔側向邊緣41保持存在。圖3E展示在移除密封模板35之後的圖3D之項目，其中發光磷光材料與發光二極體晶片16之整個頂或外表面18以及填充材料層30之鄰近發光二極體的頂表面部分32A重疊，同時填充材料層30之其餘頂表面部分32B暴露。如所示，發光二極體晶片16之側向邊緣表面19完全覆蓋有填充材料30且不含發光磷光材料，且無發光磷光材料設置於填充材料30與子基座12之間。
圖3F展示在添加第二填充材料層45以接觸發光磷光材料40（其與發光二極體晶片16之外表面18及填充材料層30之鄰近發光二極體的頂表面部分重疊）之側向邊緣41以接觸填充材料層30之其餘頂表面部分32B，產生固態發光裝置部分或子組合件50之後的圖3E之項目。在某些實施例中，第二填充材料層45包括散射材料（諸如在聚矽氧黏合劑中之微粒（fumed）二氧化矽顆粒）或反射性材料（例如，在聚矽氧黏合劑中之二氧化鈦，其中例示性二氧化鈦重量百分比為約15%）。在某些實施例中，第二材料層45包括實質相同於光改變材料層40之高度的高度。在某些實施例中，第二填充材料層45包括與（第一）填充材料層30實質相同的組成物。在某些實施例中，第二填充材料層45及填充材料層30各自包括在黏合劑中之反射材料，其中填充材料層30、第二填充材料層45可具有相同或不同反射率值。在某些實施例中，第二填充材料層45包括在黏合劑（例如聚矽氧）中之反射材料及/或散射材料，且填充材料層30包括在黏合劑（例如聚矽氧）中之反射材料及/或散射材料。第二填充材料層45可用來散射及/或反射透過光改變材料層40之側向邊界41逸出的光，使得在某些實施例中，可提供合乎需要的光束截止圖案及/或改良的發光效率。固態發光子組合件50適合於形成各種固態發光裝置，所述固態發光裝置可包含接觸光改變層之透鏡（在其間具有或不具有可選清透層），其中此類透鏡可視情況保留在具有各種尺寸及形狀之反射器腔體中。
繼續參考圖3F，在某些實施例中，子基座12包括陶瓷材料，發光二極體晶片16包括半導體材料（例如，在藍寶石或碳化矽基板上之III族-氮化物材料），且固態發光子組合件50之其餘層（包含填充材料層30、發光磷光材料層40及第二填充材料層45）在熱膨脹係數（CTE）特性上實質匹配，其中CTE特性「實質匹配」可體現層間CTE差異小於20%、小於15%、小於10%、小於5%、或小於2%。在某些實施例中，填充材料層30、發光磷光材料層40及第二填充材料層45可包括充填有組合物相同或不同之顆粒且具有相同或不同濃度的相同黏合劑（例如，聚矽氧）。視情況，在某些實施例中，可在第二填充材料層45及發光磷光材料層40上方提供清透（透明）層。
圖3G示出在整個發光磷光材料層40及第二填充材料層45之部分上方形成透鏡材料55之後，包含圖3F之固態光次組合件50之固態發光構件51。透鏡材料65具有向外彎曲（凸面、部分半球形）形狀。在某些實施例中，透鏡材料55可藉由在固態發光組合件50上方施配材料（視情況施配至模具之空腔中，未示出）然後固化來形成，且透鏡材料55包括聚矽氧（或與填充材料層30、發光磷光材料層40及第二填充材料層30實質CTE匹配的另一材料）。
圖3H展示在於散射材料層45上方形成升高反射器結構52之後的圖3F之固態發光子組合件50。升高反射器結構52包含定界反射器腔體53之傾斜反射器壁54。在某些實施例中，升高反射器結構52包括在聚矽氧黏合劑中之反射性顆粒（例如，二氧化鈦）。在某些實施例中，升高反射器結構52之一部分可與光改變材料層40之周邊部分重疊，較佳不與發光二極體晶片16重疊。
圖3I展示在將透鏡材料65添加至反射器腔體53以接觸傾斜反射器壁54之後的包含圖3H之項目（亦即，固態發光子組合件50及升高反射器結構52）的固態發光構件61。如所示，透鏡材料55布置以與發光磷光材料40及反射器壁54接觸，且透鏡材料65包括向外彎曲（凸形）的外表面56及平坦延伸部分64，透過該外表面自裝置51萃取光（亦即，出射）。在某些實施例中，透鏡材料65包括聚矽氧。在某些實施例中，透鏡材料65與升高反射器結構52之CTE實質匹配，且視情況可與其餘裝置層（亦即，填充材料層30、發光磷光材料層40及第二填充材料層45）之CTE實質匹配，其中在某些實施例中，前述項目中之每一者可包括聚矽氧（無論是否充填有顆粒材料）。
儘管本文中之前述實施例包含側向定界光改變（例如，發光磷光）材料層之填充材料，但本發明內容不限於此。在某些實施例中，固態發光構件包含光改變材料，該光改變材料不被接觸光改變材料之側向邊緣之填充材料而側向定界。
圖4繪示根據一實施例的固態發光構件71，包含布置在發光二極體晶片16及發光磷光材料層40上方之半球形透鏡結構65，且適於產生聚焦光輸出發射。發光二極體晶片16由基板12支撐，其中第一填充材料30接觸發光二極體晶片16之側向邊界19。發光磷光材料層40包含設置成與發光二極體晶片16之整個上表面接觸的中間部分40A，且包含布置成與填充材料層30之發光二極體毗鄰的頂表面部分32A接觸之周邊部分40B，而填充材料層30之剩餘頂表面部分32B被升高反射器結構72覆蓋。升高反射器結構72界定傾斜反射器壁74，該反射器壁定界含有部分透鏡材料65'之反射器腔體53，且進一步界定上表面73。在某些實施例中，傾斜反射器壁74自水平面傾斜約40度至44度範圍中之角度，或約42度。透鏡材料65'之中間部分具有向外彎曲（凸面且實質為半球形）表面66'，其中透鏡材料65'進一步包含與反射器結構72之上表面73重疊之平坦延伸部分64'。在某些實施例中，透鏡材料65'可藉由在反射器結構72及發光磷光材料層40上方模製而形成，且可包括聚矽氧（或與第一填充材料層30、發光磷光材料層40及反射器結構72實質CTE匹配的另一材料，其中前述物項亦可包括其中局限有顆粒材料之聚矽氧）。如所示，發光磷光材料層40之側向邊緣41可不被覆蓋，或替代地可被反射器結構72之部分覆蓋。
圖5繪示類似於圖4中所示之固態發光構件的固態發光構件78，但包含完全包括在升高反射器結構52之腔體53內的透鏡材料67，且具有與反射器結構52之上表面73對齊的平坦外（亦即，光出射）表面68，其中上表面73未被覆蓋。圖5之其餘物項與結合圖4所描述之彼等物項相同，使得圖4中之其餘元件之描述藉由參考圖5併入，且不再重複。與圖4中所示之裝置71相比，圖5之固態照明構件78適於產生具有更大視角之分散光輸出發射。
圖6繪示根據一個實施例的固態發光構件81，包含布置在基部結構或次組合件80上方之單一透鏡結構82。基部結構或次組合件80包含由基板12支撐之發光二極體晶片16，其中第一填充材料30接觸發光二極體晶片16之側向邊界19。發光磷光材料層40包含設置成與發光二極體晶片16之整個上表面接觸之中間部分40A，且包含布置成與填充材料層30之發光二極體毗鄰頂表面部分32A接觸的周邊部分40B。第二填充材料45布置在第一填充材料30之剩餘部分32B上方，且與發光磷光材料層40之側向邊界41接觸。發光磷光材料層40與第二填充材料層45組合一起提供用於容納單一透鏡結構82之平坦上表面。單一透鏡結構82包含在過渡部87處接合之第一部分83及第二部分84。在某些實施例中，透鏡結構82之第一部分83及第二部分84整體形成（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工等）。在某些實施例中，第一部分83及第二部分84在過渡部87處彼此黏附或以其它方式貼附。在某些實施例中，第一部分83及第二部分84包括實質相同的折射率，且可由相同材料（例如，聚矽氧或其類似物）形成。透鏡結構82之第一部分83具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且布置成與發光磷光材料層40以及第二填充材料層45之部分接觸。透鏡結構之第一部分83由周邊壁表面85定界，周邊壁表面配置以產生由（囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之）固態發射器之發射中心產生之發射的全內反射（TIR）。在某些實施例中，透鏡結構82之第一部分83包括截頭圓錐形狀（亦即，具有圓形俯視輪廓），但其它形狀係可能的，諸如截角錐形狀（亦即，具有正方形俯視輪廓）。透鏡結構82之第二部分84包含具有實質半球形狀之外部光萃取（或光出射）表面86。在發光構件81之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、45反射）且發射至透鏡結構82之第一部分83中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40（組合地體現為固態光發射器）發出，且入射在周邊壁表面85上之任何發射在朝向透鏡結構82之第二部分84的大致向上方向反射，且藉由半球形外表面86出射至周圍環境。
圖7A繪示根據類似於圖6中所示之實施例的一實施例的固態發光構件91，但其中單一透鏡結構92之第二（上部）部分94具有（平坦）部分球形形狀。圖7A之基部結構或次組合件80之所有要素與結合圖6所描述之相同物項相同，藉由引用併入，且將不再描述。單一透鏡結構92包含在過渡部97處接合之第一部分93及第二部分94。在某些實施例中，透鏡結構92之第一部分93及第二部分94整體形成（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工等），或在過渡部97處彼此黏附或以其它方式貼附。透鏡結構92之第一部分93具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且布置成與發光磷光材料層40以及第二填充材料層45之部分接觸。透鏡結構之第一部分93由周邊壁表面95定界，周邊壁表面配置以產生由（囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之）固態發射器之發射中心產生之發射的TIR。在某些實施例中，透鏡結構92之第一部分93包括截頭圓錐形狀，但其它形狀係可能的，諸如截角錐形狀。透鏡結構92之第二部分94包含具有平坦化、部分半球形狀之外部光萃取（或光出射）表面96。在發光構件91之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構92之第一部分93中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40（組合體現為固態光發射器）發出，且入射在周邊壁表面95上之任何發射在朝向透鏡結構92之第二部分94的大致向上方向反射，且藉由半球形外表面96出射至周圍環境。
圖7B為示出根據圖7A之設計的固態發光構件91產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
圖8A繪示固態發光構件101，該固態發光構件包含與圖6中介紹之相同基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖8A而併入，且將不再重複。單一透鏡結構102設置在發光磷光材料層40及第二填充材料層45之部分上方，且包含在過渡部107處接合之第一部分103及第二部分104。在某些實施例中，透鏡結構102之第一部分103及第二部分104整體形成（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工等），或在過渡部107處彼此黏附或以其它方式貼附。在某些實施例中，過渡部107具有小半徑彎曲輪廓107A。透鏡結構102之第一部分103具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且布置成與發光磷光材料層40以及第二填充材料層45之部分接觸。透鏡結構之第一部分103由周邊壁表面105定界，周邊壁表面配置以產生由（囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之固態發射器）之發射中心產生之發射的TIR。透鏡結構102之第二部分104包含終止於小半徑終端108處之傾斜外部光萃取（或光出射）表面106。在某些實施例中，透鏡結構102之第一部分103及第二部分104可包括獨立選自截頭圓錐形（具有圓形俯視輪廓）、截角錐形（具有正方形或矩形俯視輪廓）或其它形狀（包含具有橢圓形、其它圓形或梯形俯視輪廓的形狀）的形狀。在發光構件101之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構102之第一部分103中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40（組合體現為固態光發射器）發出且入射在周邊壁表面105上之任何發射在朝向透鏡結構102之第二部分104的大致向上方向反射，且藉由傾斜外光萃取表面106出射至周圍環境。
圖8B為示出根據圖8A之設計的固態發光裝置101產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
圖9A繪示根據類似於圖8A中所示之實施例的一實施例的固態發光構件111，但包含透鏡結構之第二（上部）部分114，該第二（上部）部分具有截斷錐形（例如，圓錐形或角錐形）形狀及可實質平行於子基座12之中間表面119。固態發光構件111包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖9A而併入，且將不再重複。單一透鏡結構112設置在發光磷光材料層40及第二填充材料層45之部分上方，且包含在過渡部117處接合之第一部分113及第二部分114。在某些實施例中，透鏡結構112之第一部分113及第二部分114整體形成（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工等），或在過渡部117處彼此黏附或以其它方式貼附。在某些實施例中，過渡部117具有小半徑彎曲輪廓117A。透鏡結構112之第一部分113具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且布置成與發光磷光材料層40及第二填充材料層45之部分接觸。透鏡結構之第一部分113由周邊壁表面115定界，周邊壁表面配置以產生由（囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之）固態發射器之發射中心產生之發射的TIR。透鏡結構112之第二部分114包含傾斜外部光萃取（或光出射）表面116，該表面（在彎曲界面118處）過渡至中間表面119。在某些實施例中，透鏡結構112之第一部分113及第二部分114可包括獨立選自截頭圓錐形、截角錐形或其它形狀的形狀。在發光構件111之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構112之第一部分113中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40（組合體現為固態光發射器）發出且入射在周邊壁表面115上之任何發射在朝向透鏡結構112之第二部分114的大致向上方向反射，且藉由傾斜外光萃取表面116及中間表面119出射至周圍環境。
圖9B為示出類似於圖9A之設計的固態發光裝置11產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
圖10繪示根據類似於圖8A所示之實施例的一實施例的固態發光構件121，但包含單一透鏡結構122之第一（下部）部分123及第二（上部）部分124之間的尖銳邊界。固態發光構件121包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖9A而併入。單一透鏡結構122設置在發光磷光材料層40及第二填充材料層45之部分上方，且包含在具有銳角輪廓127A之過渡部127處接合之第一部分123及第二部分124。在某些實施例中，透鏡結構122之第一部分123及第二部分124整體形成（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工等），或在過渡部127處彼此黏附或以其它方式貼附。透鏡結構122之第一部分123具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且布置成與發光磷光材料層40以及第二填充材料層45之部分接觸。透鏡結構之第一部分123由周邊壁表面125定界，周邊壁表面配置以產生由囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之固態發射器之發射中心產生之發射的TIR。透鏡結構122之第二部分124包含傾斜外部光萃取（或光出射）表面126。在某些實施例中，透鏡結構122之第一部分123及第二部分124可包括獨立選自截頭圓錐形、截角錐形或其它形狀的形狀。在發光構件121之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構122之第一部分123中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40發出且入射在周邊壁表面125上之任何發射在朝向透鏡結構122之第二部分124的大致向上方向反射，且藉由傾斜外光萃取表面126出射至周圍環境。
圖11A繪示根據類似於先前實施例之一實施例的固態發光構件131，但包含單一透鏡結構132，該單一透鏡結構具有截角錐形的第一（下部）部分133且具有第二（上部）部分134，該第二（上部）部分自其近端區段134A中之截角錐形狀過渡至其遠端區段134B中之圓頂狀形狀。重申的是，當自上面觀察時，單一透鏡結構132具有對於具有截角錐形狀之第一部分133而言看起來為正方形的輪廓，而對於具有圓頂狀形狀之第二部分134而言看起來為圓形的（或近似圓形），其中其之間具有自正方形俯視輪廓至圓形俯視輪廓的過渡。固態發光構件131包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖11A而併入。單一透鏡結構132設置在發光磷光材料層40及第二填充材料層45之部分上方，且包含在可具有銳角輪廓137A之過渡部137處接合之第一部分133及第二部分134。在某些實施例中，透鏡結構132之第一部分133及第二部分134整體形成（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工等），或在過渡部137處彼此黏附或以其它方式貼附。透鏡結構132之第一部分133具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度（作為倒截角錐形狀之一部分），且布置成與發光磷光材料層40以及第二填充材料層45之一部分接觸。透鏡結構之第一部分133由周邊壁表面135定界，周邊壁表面配置以產生由囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之固態發射器之發射中心產生之發射之TIR。透鏡結構132之第二部分134包含傾斜外部光萃取（或光出射）表面136，該表面過渡至圓頂狀表面138。在發光構件131之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構132之第一部分133中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40（組合體現為固態光發射器）發出且入射在周邊壁表面135上之任何發射在朝向透鏡結構132之第二部分134的大致向上方向反射，且藉由傾斜外光萃取表面136及圓頂狀表面138出射至周圍環境。
圖11B示出了圖11A之固態發光構件131，其上疊加有部分光線軌跡圖，該部分光線軌跡圖示出了自沿著發光二極體晶片16之上表面的三個位置發出且自透鏡結構132之第二部分134之傾斜表面136及圓頂狀表面138出射的光束。
在某些實施例中，單一透鏡結構可具有超過子基座及對應的基部結構或次組合件之寬度的側向尺寸（例如，寬度）。圖12繪示根據一實施例的固態發光構件141，包含單一透鏡結構142，其寬度顯著超過基部結構或次組合件80''及其子基座12之寬度。TIR結構之延伸長度允許TIR引導更多光；因此，可獲得更小視角。基部結構或次組合件80'包含由子基座12支撐之發光二極體晶片16，其中第一填充材料30接觸發光二極體晶片16之側向側表面以及子基座之表面，其中發光磷光材料層40布置在發光二極體晶片16及第一填充材料30之部分上方，且第二填充材料層布置在第一填充材料30之部分上方且與發光磷光材料層40之側向邊界接觸。單一透鏡結構142設置在發光磷光材料層40及第二填充材料層45之部分上方，且包含在可具有銳角輪廓147A之過渡部147處接合之第一部分143及第二部分144。在某些實施例中，透鏡結構142之第一部分143及第二部分144整體形成（例如，藉由模製、剝除、切割、機械加工等），或在過渡部147處彼此黏附或以其它方式貼附。透鏡結構142之第一部分143具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且可體現為任何合適的形狀（例如，截頭圓錐形、截角錐形或其類似物），其中透鏡結構142之第一部分143布置成與發光磷光材料層40以及第二填充材料層45之部分接觸。透鏡結構之第一部分143由周邊壁表面145定界，該周邊壁表面配置以產生由囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之固態發射器之發射中心產生之發射的TIR。透鏡結構142之第二部分144具有帶半球形光萃取表面146之凸面形狀。在發光構件141之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構142之第一部分143中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40（組合體現為固態光發射器）發出且入射在周邊壁表面145上之任何發射在朝向透鏡結構142之第二部分144的大致向上方向反射，且藉由半球形光萃取表面136出射至周圍環境。
在某些實施例中，單一透鏡結構可併入一或多個配置以產生TIR之彎曲表面，以便對固態照明裝置之輸出發射進行成形。圖13A繪示根據一實施例的固態發光構件151，包含布置在基部部分或次組合件80上方之單一透鏡結構152，透鏡結構152具有沿著其側向邊界布置之彎曲表面155，且配置以產生自固態發射器之發射中心發出之發射的TIR，該固態發射器包含基部部分80之發光二極體晶片16及發光磷光材料層40。固態發光構件151包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖13A而併入。透鏡結構152具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且終止於平坦光萃取表面156處，該光萃取表面可與子基座12之主表面平行。在發光構件151之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構112中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40發出且入射在彎曲周邊壁表面155上之任何發射在朝向平坦光萃取表面156的大致向上方向反射，光藉由平坦光萃取表面出射至周圍環境。
圖13B為類似於圖13A之固態發光構件之單一透鏡152的理想化單一透鏡152'的部分光線軌跡圖，但包含連續彎曲的（而非截斷彎曲的）下部部分。固態光發射器之模擬發射中心150疊加在理想化單一透鏡152'之下部部分上，其中虛線視線159'定位相隔84度，對應於具有42度半角之直接發射圓錐。此直接發射圓錐內之固態光發射器之所有發射將直接透射（無反射）穿過平坦光萃取表面156'，而此圓錐外之發射將被彎曲周邊壁表面155在朝向平坦光萃取表面156'之方向反射。
圖14A為根據類似於圖13A中所示之實施例的實施例的固態發光構件161的簡化截面圖，包含具有第一部分163之單一透鏡結構162，其具有沿著其側向邊界布置之彎曲表面165，且配置以產生發射的TIR，且進一步包含單一透鏡結構162之第二部分164，該第二部分具有恆定寬度且布置遠離發光二極體晶片16，從而提供更窄的直接發射圓錐。固態發光構件161包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖14A而併入。透鏡結構之第二部分164具有實質垂直於子基座12之主表面的側壁167，且終止於平坦光萃取表面166處，該平坦光萃取表面可與子基座12之主表面實質平行。在發光構件161之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構162中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40發出且入射在彎曲周邊壁表面165上之任何發射在朝向第二透鏡部分164及平坦光萃取表面166的大致向上方向反射，光藉由平坦光萃取表面出射至周圍環境。
圖14B為類似於圖14A之固態發光構件之單一透鏡162的理想化單一透鏡162'的部分光線軌跡圖，但包含連續彎曲的（而非截斷彎曲的）下部部分。固態光發射器之模擬發射中心160疊加在理想化單一透鏡162'之下部部分上，其中虛線視線169'定位相隔84度，對應於半角為42度的直接發射圓錐。此直接發射圓錐內之固態光發射器之所有發射將直接透射（無反射）穿過平坦光萃取表面166'，而此圓錐外之發射將被彎曲周邊壁表面165'及/或平坦光萃取表面166'在朝向平坦光萃取表面166'之方向反射。
圖15繪示根據類似於先前實施例的一實施例的固態發光構件171，但包含單一透鏡結構172，該單一透鏡結構具有截斷半球形狀之第一（下部）部分173且具有半球形狀之第二（上部）部分174，其中第一部分173及第二部分174在過渡部177處接合（例如，藉由清透黏著劑或其它構件）。固態發光構件171包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖15而併入。透鏡結構172之第一部分173具有沿著其側向邊界布置之彎曲表面175，且配置以產生自固態發射器之發射中心發出之發射的TIR，該固態發射器包含發光二極體晶片16及基部部分80之發光磷光材料層40。在發光構件171之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構172中。自發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40發出且入射在彎曲周邊壁表面175上之任何發射在朝向第二透鏡部分174及其彎曲光萃取表面176的大致向上方向反射，光藉由平坦光萃取表面出射至周圍環境。
如本文中先前所述，根據各種實施例之固態發光構件可包含在其中界定一或多個凹部之單一透鏡。
圖16繪示根據一實施例的固態發光裝置，包含具有界定在其中之凹部188的單一透鏡結構182，其中凹部188具有至少一個傾斜壁185，傾斜壁漸縮至接近於發光磷光材料41及發光二極體晶片16之最低點188A。在某些實施例中，凹部188具有圓錐形狀，且界定在具有正方形（或其它矩形）頂部輪廓之透鏡結構182中，產生沿著透鏡結構182之上邊界之彎曲上周邊邊緣189，其中光出射表面186沿著透鏡結構182之側向邊緣布置。傾斜壁185配置以產生自固態發射器之發射中心發出之發射的TIR，該固態發射器包含發光二極體晶片16及基座部分80之發光磷光材料層40，且將光側向反射至沿著透鏡結構182之側向邊緣布置的光出射表面186。固態發光構件181包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖16而併入。在發光構件181之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構182中。自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之發射中心發出之發射之至少一部分在大致向上方向朝著定界凹部188之傾斜壁185反射，且朝向光出射表面186向外反射，光藉由光出射表面出射至周圍環境。
圖17A繪示根據類似於圖16之一實施例的固態發光裝置，包含單一透鏡結構192，該單一透鏡結構界定了由其筆直（而非彎曲）上邊緣199定界之凹部。凹部198具有至少一個傾斜壁195，該傾斜壁漸縮至接近於發光磷光材料41及發光二極體晶片16之最低點198A。在某些實施例中，凹部198具有圓錐形狀，且界定在具有圓形頂部輪廓之透鏡結構192中。在某些實施例中，凹部198具有倒角錐形狀，且界定在具有正方形頂部輪廓之透鏡結構192中。可選擇其它凹部及透鏡形狀。傾斜壁195配置以產生自固態發射器之發射中心發出之發射的TIR，該固態發射器包含發光二極體晶片16及基座部分80之發光磷光材料層40，且將光側向反射至沿著透鏡結構192之側向邊緣布置之光出射表面196。固態發光構件191包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖17A而併入。在發光構件191之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構192中。自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之發射中心發出之發射之至少一部分入射於定界凹部198之傾斜壁表面195，且朝向光出射表面196向外反射，光藉由光出射表面出射至周圍環境。
圖17B為示出當沿向上方向定位時由圖17A之固態發光裝置191產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。如所示，固態發光裝置191之大部分發射投射在側向方向上，其中僅一小部分發射藉由凹部向上引導。
在某些實施例中，如本文中所揭示之固態發光構件可與次級反射器結構結合使用，以便提供所要光成形及/或光引導效用。
圖18A為圖17A之固態發光構件191的截面圖，該固態發光構件由次級反射器基部201支撐且布置在次級反射器結構200之腔208內。次級反射器結構200包含具有反射內表面205之傾斜壁202，其中傾斜壁202界定內徑，該內徑通常隨著遠離次級反射器基部201之距離而增大。次級反射器結構200配置以致使由固態發光構件在側向方向產生之光在向上方向（大致垂直於次級反射器基部201）重新引導，如在圖18B中所示，圖18B為示出了由圖18A之固態發光裝置及次級反射器結構產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
透鏡結構及發光構件之任何對應凹部之形狀及相對比例可影響自發光構件出射之光之圖案。舉例而言，圖19為示出由類似於圖17A之發光構件191之固態發光裝置191A產生之光束之圖案的模型化光線軌跡圖，但其中固態發光裝置191A在寬度上被拉伸（且定位以在向下方向發射光）。當比較圖19及圖17B時，可看出，在寬度上拉伸透鏡結構改變欲在側向方向上投射之光之更大比例，其中不同圖案之光線透射穿過固態發光裝置191A之透鏡結構中界定之凹部。
圖20繪示根據一實施例的固態發光構件201，包含單一透鏡結構202，該透鏡結構界定凹部207，該凹部成形為形成透鏡結構202之上部（或第二）部分的兩個的瓣202A、瓣202A之間的溝槽。透鏡結構202之下部（或第一）部分由周邊壁表面205A、周邊壁表面205B定界，周邊壁表面配置以產生由固態發射器之發射中心產生之發射的TIR，固態發射器在固態發光構件201之基部結構或次組合件80內囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40。固態發光構件201包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖20而併入。透鏡結構201之下部部分具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度。溝槽形凹部207由在凹部207之最低點208處相交的傾斜壁表面204A、傾斜壁表面204B定界，其中傾斜壁表面204A、傾斜壁表面204B可配置以產生由發光二極體晶片16及發光磷光材料層41之發射中心產生之發射的TIR。各瓣202A、瓣202A之遠端區段203A、遠端區段203B由具有向外彎曲輪廓之光萃取表面206A、光萃取表面206B而終止。在發光構件201之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至透鏡結構201中。自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40發出且入射在（A）周邊壁表面205A、周邊壁表面205B及/或傾斜壁表面204A、傾斜壁表面204B上之發射之至少部分被向外反射朝向瓣202A、瓣202B之光萃取表面206A、光萃取表面206B，光藉由該光萃取表面出射至周圍環境。
在某些實施例中，發光構件之單一透鏡結構可包含布置在光擴散部分上方之複合折射率部分，其中該複合折射率部分包括具有第一折射率之第一區域及具有不同於第一折射率之第二折射率之第二區域，第一區域覆蓋少於整個光擴散部分。
圖21繪示根據一實施例的固態發光構件211，其包含透鏡結構（212，併入至少透鏡成分212A、透鏡成分212B），該透鏡結構具有複合折射率部分214（具有折射率相差至少0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或一些其它臨限值的第一區域220及第二區域221），該複合折射率部分布置在光擴散部分213上方，該光擴散部分布置在基部結構或次組合件80上方。固態發光構件211包含與圖6中介紹之相同的基部結構或次組合件80，其中基部結構或次組合件80之所有構件的先前描述藉由參考圖21而併入。光擴散部分213具有隨著遠離發光二極體晶片16之距離而增大的寬度，且由至少一個周邊壁表面215定界，該周邊壁表面配置以產生由囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之固態發射器之發射中心產生之發射的TIR。光擴散部分213在區域間界面217處接觸複合折射率部分214，其中複合折射率部分214之第一區域220覆蓋少於整個光擴散部分213。如所示，複合折射率部分220可在界面217處（第一區域220及第二區域221接觸光擴散區域213之位置）具有平坦表面222，且可提供半球形表面224（或其它彎曲表面）作為第一區域220與第二區域221之間的區域間界面。第二區域221具有側向表面216及上表面218，其中前述表面216、表面218可體現發光構件211之光萃取表面。在某些實施例中，光擴散部分213包括第一固體材料，複合折射率部分214之第二區域221包括第二固體材料（其可與第一固體材料相同或不同），且複合折射率部分214之第一區域220包括氣態、液態或固態材料。在某些實施例中，第一及第二固體材料包括聚矽氧，且第一區域220包括空氣。在發光構件211之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至光擴散部分213中。自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之發射中心發出且入射在至少一個周邊壁表面215上之發射之至少一部分向上反射朝向複合折射率部分214。向上反射之光之中間部分可進入第一折射率區域220，且藉由區域間界面224折射至第二折射率區域221中，而向上反射光之周邊部分可直接進入至第二折射率區域221中。橫穿第二折射率區域221之光藉由光萃取表面216、光萃取表面218出射至周圍環境。
圖22A繪示根據另一實施例的固態發光構件231，其中單一透鏡結構212（由透鏡部分或瓣212A、瓣212構成）界定了中間凹部237，其中各瓣212A、瓣212B具有近端周邊壁表面235A、近端周邊壁表面235B、提供鋸齒形輪廓之遠端周邊光萃取表面236A、遠端周邊光萃取表面236B，及彎曲中間壁表面234A、彎曲中間壁表面234B。各近端周邊壁表面235A、近端周邊壁表面235B可具有線性截面輪廓，配置以產生由囊封發光二極體晶片16及發光磷光材料層40之固態發射器之發射中心產生之發射的TIR（例如，在向上方向上）。各彎曲中間壁表面234A、彎曲中間壁表面234B配置以產生由發光二極體晶片16之發射中心及發光磷光材料層40產生之發射的TIR（例如，在周邊方向上），且亦可產生由對應近端周邊壁表面235A、近端周邊壁表面235B向上反射之至少一些發射的TIR。凹部237由彎曲中間壁表面234A、彎曲中間壁表面234B定界，且漸縮至接近於發光磷光材料40之最低點238A。在某些實施例中，透鏡材料可保持在最低點238A與發光磷光材料40之間。尖銳或彎曲邊界237A、邊界237B可設置在光萃取區域236A、光萃取區域236B及彎曲中間壁表面234A、彎曲中間壁表面234B之間。在發光構件231之操作期間，由發光二極體晶片16產生之發射入射在發光磷光材料層40上（其中此發射被填充材料層30、填充材料層45反射）且發射至瓣232A、瓣232B之下部部分中。自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40發出且入射在近端周邊壁表面235A、近端周邊壁表面235B上之發射的低角部分可在朝向光萃取區域236A、光萃取區域236B之大致向上方向反射，以出射至周圍環境。自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40發出之發射的高角度部分，以及由近端周邊壁表面235A、近端周邊壁表面235B反射之光的部分（若存在）亦在朝向光萃取區域236A、光萃取區域236B之大致周邊方向反射，以出射至周圍環境。
圖22B為示出由圖22A之固態發光裝置產生之選定光束之低密度圖案的第一模型化光線軌跡圖。如所示，自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40發出且入射在近端周邊壁表面235A、近端周邊壁表面235B上之發射的低角部分在大致向上方向朝向光萃取區域236A、光萃取區域236B反射，以出射照明構件231，而自發光二極體晶片16及發光磷光材料層40發出之發射的高角部分大致於周邊方向朝向光萃取區域236A、光萃取區域236B反射，以出射照明構件231。
圖23A提供具有根據圖5的平面透鏡、反射器腔、發光二極體晶片及發光磷光材料布置的固態發光裝置（「V9Flat」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，該比較裝置具有沉積在基部結構上之半球形透鏡布置，包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上且介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。如所示，視角對各別裝置設計而言係相似的。
圖23B提供了圖23A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。如所示，隨視角而變之強度值對於各別裝置設計而言係相似的。
圖23C提供了圖23A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合。如所示，V9Flat設計相對於視角展現出顯著更均勻的色彩性質，因為XPGB+設計隨著視角的變化而在色點方面有更大的變化。
圖24A提供根據圖11A的固態發光裝置（「V29」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，比較裝置具有類似透鏡布置，但包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上以及介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。圖24B進一步提供圖24A之裝置之視角平均值及標準偏差值。
圖24A及圖24B示出，相對於比較裝置，V29裝置（包含配置以提供TIR之透鏡結構）具有實質更小視角（其中平均值約為72對約為119）。此視角差據信主要歸因於V29裝置之選定非單一透鏡結構（其為非朗伯結構）。與前述一致，在某些實施例中，固態照明構件之非朗伯單一透鏡結構（取決於實施例，其可提供或不提供TIR）配置以對自至少一個固態光發射器接收之光發射進行成形，以產生聚焦輸出發射，該聚焦輸出發射具有在FWHM值在以下範圍中之角度範圍中的強度分佈：小於100、或小於90、或小於80、或小於70，或小於60，或在40與100之間的範圍中，或在45與95之範圍內，或在50至90之範圍內，或在55至85之範圍內，或在60至90之範圍內，或在60至80之範圍內，或在65至80之範圍內，或在具有任何前述值之上及下端點之範圍內。
圖24C提供了圖24A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。圖24D提供了自圖24C中所標繪之強度資料導出的隨前述裝置的視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。圖24C示出了V29裝置展現出顯著更大的峰值強度，而圖24C及圖24D示出了V29裝置展現出隨著視角的變化的更大強度下降。
圖25A提供根據圖7A的具有向外彎曲透鏡及發光磷光材料布置的固態發光裝置（「V41V40」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，該比較裝置具有類似透鏡布置但包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上且介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。圖25B進一步提供了圖25A之相同固態發光裝置以及比較裝置的視角平均值及標準偏差值。圖25A及圖25B示出，相對於比較裝置，V4140裝置具有更寬的視角（其中平均值為約138對約119）。此視角差據信主要歸因於V4140裝置之選定非單一透鏡結構（其為非朗伯結構）。與前述一致，在某些實施例中，固態照明構件之非朗伯單一透鏡結構配置以對自至少一個固態光發射器接收之光發射進行成形，以產生聚焦輸出發射，該聚焦輸出發射具有在FWHM值在以下範圍中之角度範圍中的強度分佈：大於130、或大於135、或大於140、或大於150，或大於160，或大於170，或在130與200之範圍內，或在140與200之範圍內，或在150至200之範圍內，或在130至190之範圍內，或在140至190之範圍內，或在150至190之範圍內，或在130至180之範圍內，或在140至180範圍內，或在150至180之範圍內，或在具有任何前述值之上及下端點之範圍內。
圖25C提供了由圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的色點（CCx）校正之光通量的雙變數擬合，示出了V4140裝置及XPGB+裝置的由色點（CCx）值校正的光通量係相似的。
圖25D提供了圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。圖25E提供了自圖26D中所標繪之強度資料導出的隨前述裝置的視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。圖25D示出了V4140裝置展現出顯著更大的峰值強度，而圖25D及圖25E示出了V4140裝置展現出隨著視角的變化的更小強度下降。
圖25F提供了圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合。圖25F示出V4140設計相對於視角展現出更均勻的色彩性質，因為XPGB+設計隨著視角的變化在色點方面有更大的變化。
儘管圖25A至圖25F提供具有比XPGB+比較裝置更大視角的裝置的資料，但在圖26A至圖26D中表徵了具有甚至更高視角性質的其它裝置。
圖26A提供根據圖17A的具有在布置在發光二極體晶片及發光磷光材料布置上方之單一透鏡中界定之圓錐形狀凹部的固態發光裝置（「V24InvCone」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，該比較裝置具有類似透鏡布置但包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上且介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。圖26A示出相對於比較裝置V4140裝置具有更寬的視角（其中平均值為約158對約119）。此視角差據信主要歸因於V24InvCone裝置之選定非單一透鏡結構（其為非朗伯結構）。
圖26B提供了圖26A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。圖26C提供了隨前述裝置的視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。圖26B及圖26C示出了獨特的強度分佈，其在零度之視角值處具有局部最小值，且同時強度（及相對強度）分別上升至接近40度及-40度的局部峰值，且然後隨著遠離局部峰值之角度差的上升而下降。
圖26D提供了圖26A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合。對於自大約-50度至大約50度的視角值，V24InvCone裝置與XPGB+比較裝置之間的色點係可比較的，但對於此範圍之外的視角值，V24InvCone裝置之色點顯著較佳。
圖27A提供具有根據圖4的半球型透鏡、反射器腔、發光二極體晶片及發光磷光材料布置（亦即，包含不提供TIR之透鏡結構）的固態發光裝置（「V8Dome」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，該比較裝置具有沉積在基部結構上之半球形透鏡布置，其包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上且介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。圖27B提供圖27A中表徵之裝置之視角平均值及標準偏差值。圖27A及圖27B示出相對於比較裝置V8Dome裝置（包含未配置以提供TIR之透鏡結構）具有更小視角（其中平均值約為85對約為119）。此視角差據信主要歸因於V8Dome裝置之選定非單一透鏡結構（其為非朗伯結構）。
圖27C提供了圖27A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。圖27D提供了圖27A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。圖27C示出了V8Dome裝置展現出顯著更大的峰值強度，而圖27C及圖27D示出了V8Dome裝置展現出隨著視角的變化的更大強度下降。
圖27E提供了圖27A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合，示出了隨視角而變的CCT的變化在各別裝置之間係可比較的，但對於更高視角下之XPGB+裝置稍微較佳。
本文中所揭示之實施例可提供以下有益的技術效果中之一或多者：使得能夠製作具有所要光束圖案（例如，無論是高度聚焦、高度分散抑或具有新穎的形狀或分佈）的緊湊型固態發光裝置，而不一定需要次級光學器件；使得能夠製作緊湊型固態發光裝置在發射區上展現出增強的發光效能及/或色點之均勻性；簡化固態發光裝置之製作；及增強高強度固態發光裝置之可靠性及使用壽命。
所屬技術領域中具有通常知識者將認識到對本發明內容之較佳實施例之改良及修改。所有此等改良及修改視為在本文中所揭示之概念及隨後申請專利範圍之範疇內。
10:發光裝置 11:發光裝置 12:子基座 13:第二（下）表面 14:第一（上）表面/第一表面 16:發光二極體晶片 18:外表面/頂表面/上部表面 19:側向邊緣表面 20:第一發光磷光材料層部分/第一發光磷光層部分 20A:第二發光磷光層部分 20B:第三發光磷光層部分 25:反射材料 26:反射材料 30:填充材料層/填充材料 31:下部邊界 32:上部邊界 32A:部分 32B:部分 35:模板 36:載體層 37:黏著層 38:窗口 39:沉積設備 40:發光磷光材料層 40A:中間部分 40B:周邊部分 41:側向邊緣/邊界 45:填充材料層/第二材料層 50:子組合件 51:構件 52:升高反射器結構 53:腔體 54:反射器壁 55:透鏡材料 56:外表面 61:固態發光構件 64':平坦延伸部分 65:透鏡材料 65':透鏡材料 66:表面 66':表面 67:透鏡材料 68:表面 71:固態發光構件/裝置 72:反射器結構 73:上表面 74:傾斜反射器壁 78:構件 80:次組合件 80':次組合件 81:發光構件 82:透鏡結構 83:第一部分 84:第二部分 85:周邊壁表面 86:表面 87:過渡部 91:發光構件 92:透鏡結構 93:第一部分 94:第二部分 95:周邊壁表面 96:表面 97:過渡部 101:發光構件/發光裝置 102:透鏡結構 103:第一部分 104:第二部分 105:周邊壁表面 106:表面 107:過渡部 107A:小半徑彎曲輪廓 108:小半徑終端 111:發光構件 112:透鏡結構 113:第一部分 114:第二部分 115:周邊壁表面 116:表面 117:過渡部 117A:小半徑彎曲輪廓 118:彎曲界面 119:中間表面 121:發光構件 122:透鏡結構 123:第一部分 124:第二部分 125:周邊壁表面 126:表面 127:過渡部 127A:銳角輪廓 131:發光構件 132:透鏡結構 133:第一部分 134:第二部分 134A:近端區段 134B:遠端區段 135:周邊壁表面 136:表面 137:過渡部 137A:銳角輪廓 138:圓頂狀表面 141:發光構件 142:透鏡結構 143:第一部分 144:第二部分 145:周邊壁表面 146:半球形光萃取表面 147:過渡部 147A:銳角輪廓 150:模擬發射中心 151:發光構件 152:單一透鏡/透鏡結構 152':單一透鏡 155:彎曲周邊壁表面/彎曲表面 156:平坦光萃取表面 156':平坦光萃取表面 159':虛線視線 160:模擬發射中心 161:發光構件 162:透鏡結構/透鏡 162':單一透鏡 163:第一部分 164:第二部分 165:彎曲表面/彎曲周邊壁表面 165':彎曲周邊壁表面 166:平坦光萃取表面 166':平坦光萃取表面 167:側壁 169':虛線視線 171:發光構件 172:透鏡結構 173:第一部分 174:第二部分 175:彎曲周邊壁表面/彎曲表面 176:彎曲光萃取表面 177:過渡部 181:發光構件 182:透鏡結構 185:傾斜壁 186:光出射表面 188:凹部 188A:最低點 189:彎曲上周邊邊緣 191:發光構件/發光裝置 191A:固態發光裝置 192:透鏡結構 195:傾斜壁 196:光出射表面 198:凹部 198A:最低點 199:上邊緣 200:次級反射器結構 201:次級反射器基部/發光構件/透鏡結構 202:傾斜壁/透鏡結構 202A:瓣 202B:瓣 203A:遠端區段 203B:遠端區段 204A:傾斜壁表面 204B:傾斜壁表面 205:反射內表面 205A:周邊壁表面 205B:周邊壁表面 206A:光萃取表面 206B:光萃取表面 207凹部 208:腔/最低點 211:發光構件 212A:透鏡成分/瓣 212B:透鏡成分/瓣 213:光擴散部分 214:複合折射率部分 215:周邊壁表面 216:表面 217:界面 218:表面 220:第一區域/複合折射率部分/折射率區域 221:第二區域/第二折射率區域 222:平坦表面 224:半球形表面/界面 231:構件 232A:瓣 232B:瓣 234A:彎曲中間壁表面 234B:彎曲中間壁表面 235A:近端周邊壁表面 235B:近端周邊壁表面 236A:光萃取表面 236B:光萃取表面 237:凹部 237A:邊界 237B:邊界 238A:最低點 Bα1:光束 Bα2:光束 Bα3:光束
[圖1]為包含由子基座支撐之發光二極體晶片的第一習知固態發光裝置的簡化截面圖，其中發光磷光材料層覆蓋發光二極體晶片及子基座之上表面，且覆蓋發光二極體晶片之側表面，其中反射材料布置在發光磷光材料層之部分上，且其中疊加的箭頭示出了自發光二極體晶片之發射中心發出之選定光束。
[圖2]為第二習知固態發光裝置的簡化截面圖，該第二習知固態發光裝置包含由子基座支撐之發光二極體晶片，其中發光磷光材料層覆蓋發光二極體晶片之上表面及側表面，且其中反射材料布置在發光磷光材料層之子基座及側表面部分上。
[圖3A]至[圖3F]為描繪根據一實施例在產生固態發光裝置（或次組合件）之至少一部分中利用密封模板的步驟的簡化截面圖，該裝置部分具有光改變（例如，發光磷光）材料層，該光改變材料層布置在由子基座支撐之發光二極體晶片之上表面上方及接觸發光二極體晶片之側向邊緣之第一填充材料層之部分上方，其中第二填充材料層接觸發光磷光材料層之側向邊緣。
[圖3G]為在發光磷光材料層及第二填充材料層之部分上方形成具有向外彎曲形狀之透鏡材料之後，併入圖3F之裝置部分之固態發光裝置的簡化截面圖。
[圖3H]至[圖3I]為描繪產生併入圖3F之裝置部分之固態發光裝置的進一步步驟的簡化截面圖，包含形成布置在第二填充材料層上方之界定空腔之升高反射器結構、以及形成具有接觸發光磷光材料層及升高反射器結構之壁的向外彎曲形狀的透鏡材料。
[圖4]為根據一實施例的適於產生聚焦之光輸出發射之固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸發光二極體晶片之側邊界之第一填充材料、接觸發光二極體晶片之上表面及第一填充材料之部分的發光磷光材料層、布置在第一填充材料層上方之界定空腔之升高反射器結構、以及具有接觸升高反射器結構之壁且接觸發光磷光材料層之實質半球形狀之透鏡材料。
[圖5]為類似於圖4所示之固態發光裝置之一部分的簡化截面圖，但其中透鏡材料具有與升高反射器結構之上邊界實質對齊的平坦形狀，且適於產生分散的光輸出發射。
[圖6]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界之下部部分，該側向邊緣具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大且配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，且其中該透鏡之上部部分具有實質半球形狀。
[圖7A]為根據類似於圖6中所示之一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，但其中透鏡之上部部分具有（平坦）部分球形形狀。
[圖7B]為示出根據圖7A之設計的固態發光裝置產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
[圖8A]為根據一個實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界之下部部分，該側向邊緣具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大且配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，透鏡包含隨著距小半徑尖端距離而減小的寬度的透鏡之上部部分，其中透鏡之下部部分與上部部分之間存在彎曲輪廓過渡部。
[圖8B]為示出根據圖8A之設計的固態發光裝置產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
[圖9A]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界之下部部分，該側向邊緣具有配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，且包含透鏡之上部部分，該上部部分具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而減小且終止於平坦上部邊界處的寬度，其中彎曲輪廓過渡部設置在透鏡之上部部分與下部部分之間的界面處。
[圖9B]為示出類似於圖9A之設計的固態發光裝置產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
[圖10]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界之下部部分，該側向邊緣具有配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，且包含透鏡之上部部分，該上部部分具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而減小的寬度，其中在透鏡之上部部分與下部部分之間存在尖銳邊界。
[圖11A]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界之下部部分，該側向邊緣具有配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，且其中透鏡之上部部分具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而減小的寬度且以圓形上部邊界終止，其中下部部分在自上面觀看時具有看似正方形之輪廓，且上部部分具有圓形之俯視圖輪廓，其中其間存在自正方形頂部輪廓至圓形頂部輪廓的過渡部。
[圖11B]示出了圖11A之固態發光裝置，其上疊加有部分光線軌跡圖，該部分光線軌跡圖示出了自沿著發光二極體晶片之上表面的三個位置發出之光束。
[圖12]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡具有實質大於基板之寬度的寬度，該透鏡包含由側向邊緣定界之下部部分，該側向邊緣具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大且配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，且該透鏡包含具有實質半球形狀之上部部分。
[圖13A]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界，該側向邊緣具有根據彎曲輪廓隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大且配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，該透鏡進一步包括平坦上部邊界。
[圖13B]為類似於圖13A之固態發光裝置之透鏡的理想化透鏡的部分光線軌跡圖，但包含連續彎曲的（而非截斷彎曲的）基部。
[圖14A]為根據類似於圖13A中所示之實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，進一步包含遠離發光二極體晶片布置之透鏡之恆定寬度部分。
[圖14B]為類似於圖14A之固態發光裝置之透鏡的理想化透鏡的部分光線軌跡圖，但包含連續彎曲的（而非截斷彎曲的）基部。
[圖15]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界的接近於發光二極體晶片之第一部分，該側向邊緣具有根據彎曲輪廓隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大且配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，且該透鏡包含由側向邊緣定界之遠離發光二極體晶片之第二部分，該側向邊緣具有根據彎曲輪廓隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大的寬度，其中第一及第二透鏡部分之形狀係部分或實質半球形。
[圖16]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中透鏡界定具有接近於發光二極體晶片之點的圓錐凹部。
[圖17A]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡在其形狀中界定可變直徑中間凹部，其中該中間凹部之斜角表面配置以產生光之全內反射，以將光發射引導朝向透鏡之側向邊緣。
[圖17B]為示出當沿向上方向定位時由圖17A之固態發光裝置產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
[圖18A]為布置在次級反射器結構之空腔內的圖17A之固態發光裝置的截面圖。
[圖18B]為示出由圖18A之固態發光裝置及次級反射器結構產生之光束圖案的模型化光線軌跡圖。
[圖19]為模型化光線軌跡圖，示出了由類似於圖17A中所示之固態發光裝置產生之光束之圖案，但在寬度上拉伸且定位在向下方向上。
[圖20]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中透鏡包含定界中間溝槽之第一及第二瓣，且各瓣具有向外彎曲光萃取表面。
[圖21]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界的接近於發光二極體晶片之第一部分，該側向邊緣具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大且配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，其中該透鏡包含遠離發光二極體晶片之第二部分，該第二部分由具有恆定寬度之側向邊緣界定，且其中內部區域（例如，空氣）具有半球形狀而折射率不同於布置在透鏡之第一部分與第二部分之間的透鏡材料。
[圖22A]為根據一實施例的固態發光裝置的簡化截面圖，包含由基板支撐之發光二極體晶片、接觸基板之上表面的發光磷光材料層、接觸發光二極體晶片及發光磷光材料層之側邊界的至少一種填充材料、以及布置成與發光磷光材料層及至少一種填充材料接觸的單一透鏡結構，其中該透鏡包含由側向邊緣定界的接近於發光二極體晶片之第一部分，該側向邊緣具有隨著遠離發光二極體晶片之距離而增大且配置以產生源自發光二極體晶片之發射中心之光發射之全內反射的寬度，該透鏡包含具有遠離發光二極體晶片之鋸齒形側壁輪廓之第二部分，且透鏡在其中界定中間凹部，該中間凹部延伸至接近於發光二極體晶片之最低點。
[圖22B]為示出由圖22A之固態發光裝置產生之光束之低密度圖案的第一模型化光線軌跡圖。
[圖23A]提供具有根據圖5的平面透鏡、反射器空腔、發光二極體晶片及發光磷光材料布置的固態發光裝置（「V9Flat」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，該比較裝置具有沉積在基部結構上之半球形透鏡布置，包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上以及介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。
[圖23B]提供了圖23A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。
[圖23C]提供了圖23A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合。
[圖24A]提供根據圖11A的固態發光裝置（「V29」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，比較裝置具有類似透鏡布置但包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上以及介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。
[圖24B]提供了圖24A之相同固態發光裝置及比較裝置的視角平均值及標準偏差值。
[圖24C]提供了圖24A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。
[圖24D]提供了自圖24C中標繪之強度資料導出的圖24A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。
[圖25A]提供根據圖7A的具有向外彎曲透鏡及發光磷光材料布置的固態發光裝置（「V41V40」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，比較裝置具有類似透鏡布置但包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上以及介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。
[圖25B]提供了圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的視角平均值及標準偏差值。
[圖25C]提供了由圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的色點（CCx）校正之光通量的雙變數擬合。
[圖25D]提供了圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。
[圖25E]提供了自圖26D中標繪之強度資料導出的圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。
[圖25F]提供了圖25A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合。
[圖26A]提供根據圖17A的具有在布置在發光二極體晶片及發光磷光材料布置上方之單一透鏡中界定之圓錐形狀凹部的固態發光裝置（「V24InvCone」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，該比較裝置具有類似透鏡布置但包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上以及介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。
[圖26B]提供了圖26A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。
[圖26C]提供了圖26A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。
[圖26D]提供了圖26A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合。
[圖27A]提供具有根據圖4的半球型透鏡、反射器空腔、發光二極體晶片及發光磷光材料布置的固態發光裝置（「V8Dome」）之多個樣品、以及比較裝置（「XPGB+」）之多個樣品的視角（半高全寬）的標繪圖，該比較裝置具有沉積在基部結構上之半球形透鏡布置，包含布置在發光二極體晶片之側向邊緣表面上以及介於子基座與反射填充材料之間的發光磷光材料（類似於圖1）。
[圖27B]提供了圖27A之相同固態發光裝置及比較裝置的視角平均值及標準偏差值。
[圖27C]提供了圖27A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的強度（以燭光為單位）的雙變數擬合。
[圖27D]提供了圖27A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相對強度（無因次）的雙變數擬合。
[圖27E]提供了圖27A之相同固態發光裝置及比較裝置的隨視角（θ）而變的相關色溫變化（dCCT_c）的雙變數擬合。
12:子基座
16:發光二極體晶片
18:外表面/頂表面/上部表面
19:側向邊緣表面
30:填充材料層/填充材料
40:發光磷光材料層
41:側向邊緣/邊界
45:填充材料層/第二材料層
50:子組合件
52:升高反射器結構
54:反射器壁
61:固態發光構件
64:平坦延伸部分
65:透鏡材料
66:表面

Claims (44)

  1. 一種固態發光構件，其包括： 至少一個固態光發射器，其配置以產生光發射；及 單一透鏡結構，其布置成與該至少一個固態光發射器接觸，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之所述光發射之至少一部分； 其中接近於該至少一個固態光發射器的該單一透鏡結構之至少一第一部分具有隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且 其中該單一透鏡結構之該至少一第一部分包括至少一個傾斜或彎曲表面，該至少一個傾斜或彎曲表面具有配置以導致源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射的定向，且配置以將光朝向該固態發光構件之一或多個光出射表面反射。
  2. 如請求項1之固態發光構件，其中該至少一個傾斜或彎曲表面包括該單一透鏡結構之該至少一第一部分之周邊邊緣表面。
  3. 如請求項1之固態發光構件，其中該單一透鏡結構界定凹部，且該至少一個傾斜或彎曲表面定界該凹部之至少一部分。
  4. 如請求項1之固態發光構件，其中該單一透鏡結構進一步包括第二部分，該第二部分具有隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而減小的寬度，其中該單一透鏡結構之該第一部分布置在該至少一個固態光發射器與該單一透鏡結構之該第二部分之間。
  5. 如請求項4之固態發光構件，其中該單一透鏡結構之該第二部分包括具有截角錐形狀之近端區段，且包括具有圓頂狀形狀之遠端區段。
  6. 如請求項4之固態發光構件，其中該單一透鏡結構包括具有圓形或正方形截面形狀之第三部分，其中該第三部分布置在該第一部分與該第二部分之間。
  7. 如請求項1之固態發光構件，其中該單一透鏡結構包括具有第一折射率之材料，該單一透鏡結構之該至少一第一部分由外側向透鏡表面定界，且該外側向透鏡表面由具有第二折射率之材料或空間定界，其中該第一折射率超過該第二折射率達至少0.4之值。
  8. 如請求項1之固態發光構件，其中該單一透鏡結構之該至少第一部分包括倒截角錐形狀或倒截圓錐形狀。
  9. 如請求項1之固態發光構件，其中該單一透鏡結構包括凹部，該凹部成形為倒角錐、倒圓錐或溝槽，且具有與該至少一個固態光發射器之該發射中心對齊之最低點。
  10. 如請求項8及9中任一項之固態發光構件，其中該一或多個光出射表面沿著該單一透鏡結構之側向邊緣布置。
  11. 如請求項1之固態發光構件，其中該固態發光構件進一步包括布置成與該單一透鏡結構接觸之次級透鏡結構，其中該單一透鏡結構布置在該至少一個固態光發射器與該次級透鏡結構之間。
  12. 如請求項1之固態發光構件，其進一步包括子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座，其中該單一透鏡結構之寬度不大於該子基座在該單一透鏡結構布置成與該至少一個固態光發射器接觸之位置處之寬度。
  13. 如請求項1之固態發光構件，其中該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在該發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中該發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且該固態發光構件進一步包括： 子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座；及 填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒； 其中該發光磷光材料之一部分與該填充材料層之一部分重疊。
  14. 如請求項13之固態發光構件，其中該發光磷光材料層、該填充材料層及該單一透鏡結構在熱膨脹係數方面實質匹配，使得該發光磷光材料層、該填充材料層及該透鏡材料之任何兩者或多於兩者之間的熱膨脹係數差在小於20%之範圍中。
  15. 如請求項1之固態發光構件，其中該單一透鏡結構包括聚矽氧。
  16. 一種固態發光構件，其包括： 至少一個固態光發射器，其配置以產生光發射；及 非朗伯單一透鏡結構，其布置成與該至少一個固態光發射器接觸，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之所述光發射之至少一部分，其中該固態發光構件不含氣隙，所述光發射穿過該氣隙透射至該非朗伯單一透鏡結構中； 其中該非朗伯單一透鏡結構配置以對自該至少一個固態光發射器接收之光發射進行塑形，以產生具有以下特性（a）及（b）之一者的輸出發射： （a）   聚焦輸出發射，其具有在半高全寬（FWHM）值小於100之角度範圍中的強度分佈；及 （b）   分散輸出發射，其具有在半高全寬值大於130之角度範圍中的強度分佈。
  17. 如請求項16之固態發光構件，其中該非朗伯單一透鏡結構配置以對自該至少一個固態光發射器接收之光發射進行塑形，以導致聚焦輸出發射，所述聚焦輸出發射具有在半高全寬值在40與100之間的範圍中之角度範圍中的強度分佈。
  18. 如請求項16之固態發光構件，其中該非朗伯單一透鏡結構配置以對自該至少一個固態光發射器接收之光發射進行成形，以導致分散輸出發射，所述分散輸出發射具有在半高全寬值在130與200之間的範圍中之角度範圍的強度分佈。
  19. 如請求項16之固態發光構件，其中： 接近於該至少一個固態光發射器的該非朗伯單一透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且 該非朗伯單一透鏡結構之該至少第一部分由側向邊緣表面定界，該側向邊緣表面具有配置以導致源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射的定向。
  20. 如請求項16之固態發光構件，其中： 該至少一個固態光發射器布置在由升高反射器結構界定之空腔內； 接近於該至少一個固態光發射器的該非朗伯單一透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且 該非朗伯單一透鏡結構之該至少第一部分布置成與定界該空腔的該升高反射器結構之反射壁接觸。
  21. 如請求項16之固態發光構件，其中： 該升高反射器結構包括懸浮在黏著劑內之反光顆粒； 該非朗伯單一透鏡結構包括透鏡材料；且 該升高反射器結構及該透鏡材料在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得該升高反射器結構與該透鏡材料之間的熱膨脹係數差在小於20%之範圍中。
  22. 如請求項16之固態發光構件，其進一步包括子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座，其中該非朗伯單一透鏡結構之寬度不大於該子基座在該非朗伯單一透鏡結構布置成與該至少一個固態光發射器接觸之位置處之寬度。
  23. 如請求項16之固態發光構件，其中該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在該發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且該固態發光構件進一步包括： 子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座；及 填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒； 其中該發光磷光材料之一部分與該填充材料層之一部分重疊。
  24. 如請求項23之固態發光構件，其中該發光磷光材料層、該填充材料層及該非朗伯單一透鏡結構在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得該發光磷光材料層、該填充材料層及該透鏡材料之任何兩者或多於兩者之間的熱膨脹係數差在小於20%之範圍中。
  25. 如請求項16之固態發光構件，其中該非朗伯單一透鏡結構包括聚矽氧。
  26. 一種固態發光構件，其包括： 至少一個固態光發射器，其配置以產生光發射，該至少一個固態光發射器具有發射中心；及 單一透鏡結構，其布置成與該至少一個固態光發射器接觸，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之所述光發射之至少一部分； 其中該單一透鏡結構包括凹部，其成形為倒角錐、倒圓錐或溝槽，具有與該發射中心對齊之最低點，該凹部由一或多個傾斜壁定界，其中軸延伸穿過該最低點及該發射中心，且其中該一或多個傾斜壁遠離該軸而自40至44度之範圍中的角度傾斜。
  27. 如請求項26之固態發光構件，其中該單一透鏡結構包括沿著其側向邊緣之多個光出射表面之一者，且其中該一或多個傾斜壁配置以將光反射朝向該一或多個光出射表面。
  28. 如請求項26之固態發光構件，其中該單一透鏡結構包括具有第一折射率之材料，且其中該凹部實質填充有具有與該第一折射率相差至少0.4之第二折射率之材料。
  29. 如請求項28之固態發光構件，其中具有第二折射率之該材料包括空氣。
  30. 如請求項26之固態發光構件，其中： 接近於該至少一個固態光發射器的該單一透鏡結構之至少第一部分具有隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度；且 該單一透鏡結構之該至少一第一部分由至少一個傾斜或彎曲表面而側向定界，該傾斜或彎曲表面具有配置以導致源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射的定向。
  31. 如請求項26之固態發光構件，其中該單一透鏡結構界定第一及第二瓣，並且該凹部成形為布置在該第一瓣與該第二瓣之間的溝槽。
  32. 如請求項31之固態發光構件，其中該第一瓣及該第二瓣之各者包括發光表面，且該發光表面之至少一部分具有向外彎曲或凸面輪廓。
  33. 如請求項26之固態發光構件，其進一步包括子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座，其中該單一透鏡結構之寬度不大於該子基座在該單一透鏡結構布置成與該固態光發射器接觸之位置處之寬度。
  34. 如請求項26之固態發光構件，其中該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在該發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中該發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且該固態發光構件進一步包括： 子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座；及 填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒； 其中該發光磷光材料之一部分與該填充材料層之一部分重疊。
  35. 如請求項34之固態發光構件，其中該發光磷光材料層、該填充材料層及該單一透鏡結構在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得該發光磷光材料層、該填充材料層及該透鏡材料之任何兩者或多於兩者之間的熱膨脹係數差在小於20%之範圍中。
  36. 如請求項26之固態發光構件，其中該單一透鏡結構包括聚矽氧。
  37. 一種固態發光構件，其包括： 至少一個固態光發射器，其布置在子基座上方且配置以產生光發射，該至少一個固態光發射器包括遠離該子基座之外表面；及 透鏡結構，其布置在該至少一個固態光發射器上方，且配置以接收由該至少一個固態光發射器產生之所述光發射之至少一部分，該透鏡結構包括： 光擴散部分，其接觸該至少一個固態光發射器之該外表面；及 複合折射率部分，其布置在該光擴散部分上方，該複合折射率部分包括具有第一折射率之第一區域及具有不同於該第一折射率之第二折射率之第二區域，該第一區域覆蓋少於整個該光擴散部分。
  38. 如請求項37之固態發光構件，其中該透鏡之該光擴散部分包括隨著遠離該至少一個固態光發射器之距離而增大的寬度，且由至少一個傾斜或彎曲表面側向定界，該至少一個傾斜或彎曲表面具有配置以導致源自該至少一個固態光發射器之發射中心之光發射之一部分的全內反射且配置以朝向該透鏡結構之一或多個光出射表面反射光的定向。
  39. 如請求項37之固態發光構件，其中該複合折射率部分之該第一區域包括玻璃或藍寶石。
  40. 如請求項37之固態發光構件，其中該複合折射率部分之該第一區域由空氣或至少一種氣體組成。
  41. 如請求項37之固態發光構件，其進一步包括子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座，其中該單一透鏡結構之寬度不大於該子基座在該單一透鏡結構布置成與該至少一個固態光發射器接觸之位置處之寬度。
  42. 如請求項37之固態發光構件，其中該至少一個固態光發射器包括發光二極體晶片及布置在該發光二極體晶片之外表面上方之發光磷光材料層，其中該發光二極體晶片之側向邊緣表面不含發光磷光材料，且該固態發光構件進一步包括： 子基座，該至少一個固態光發射器安裝至該子基座；及 填充材料層，其包括填充材料且接觸該至少一個固態光發射器之側向邊緣表面，該填充材料包括分散在黏著劑中之白色或反光顆粒； 其中該發光磷光材料之一部分與該填充材料層之一部分重疊。
  43. 如請求項42之固態發光構件，其中該發光磷光材料層、該填充材料層及該透鏡結構之該光擴散部分在熱膨脹係數（CTE）方面實質匹配，使得該發光磷光材料層、該填充材料層及該光擴散部分之任何兩者或多於兩者之間的熱膨脹係數差在小於20%之範圍中。
  44. 如請求項37之固態發光構件，其中該透鏡結構之該光擴散部分包括聚矽氧。
TW112128846A 2022-08-11 2023-08-01 具有單一透鏡結構的固態發光構件 TW202413843A (zh)

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