有效发光的发光二极管封装及有效发光方法.pdf

一种LED封装，包括用于发射LED光的LED，以及远离于所述LED的用于对LED光的波长进行下变频的变换材料。所述封装进一步包括反射器，将LED光中的至少一些引导到所述变换材料，所述变换材料对经反射的LED光中的至少一些的波长进行下变频。一种用于从LED封装发光的方法，包括：提供LED、反射器及变换材料，从所述LED发光，LED光中的至少一些被朝向所述反射器发射。所述方法进一步包括：将LED光中的至少一些反射为朝向所述变换材料，并在所述变换材料处变换经反射的LED光中的至少一些。经变换的经反射的LED光中的至少一些由所述LED封装来发射。

1.  一种发光二极管(LED)封装，包括：
LED，用于发射LED光；
变换材料，远离于所述LED，用于对所述LED光的波长进行下变频；
反射器，将所述LED光中的至少一些反射为朝向所述变换材料，所述变换材料对经反射的LED光中的至少一些的波长进行下变频。

2.  如权利要求1所述的LED封装，其中所述变换材料对基本上所有经反射的LED光进行下变频，所述发射器封装发射经初级下变频的LED光。

3.  如权利要求1所述的LED封装，其中所述变换材料对经反射的LED光中的一些进行下变频，所述发射器封装发射所述LED光与经下变频的LED光的波长组合。

4.  如权利要求1所述的LED封装，其中所述变换材料包含一个或多个磷光体。

5.  如权利要求1所述的LED封装，其中所述变换材料进一步包括反射性元件以反射经下变频变换的LED光以及未经下变频的LED光。

6.  如权利要求1所述的LED封装，其中所述反射器将基本上所有的LED光反射为远离所述LED。

7.  如权利要求1所述的LED封装，其中所述变换材料含有散射粒子。

8.  如权利要求1所述的LED封装，其中所述变换材料包括中性反射元件以反射经变换的经反射的LED光以及任何未经变换的经反射的光。

9.  如权利要求1所述的LED封装，进一步包括光学元件以用于光提取或光束成形或两者。

10.  一种发射器封装，包括：
初级发射器，发射光；
反射性变换器，远离于所述初级发射器，能变换发射器光的波长；
反射器，将发射器光中的至少一些反射为朝向所述反射性变换器，所述经反射的光中的至少一些的波长由所述反射性变换器进行变换。

12.  如权利要求10所述的发射器封装，其中所述反射性变换器包含一个或多个磷光体，所述一个或多个磷光体对发射器光进行下变频。

13.  如权利要求10所述的发射器封装，其中所述反射性变换器进一步包括反射元件以反射经变换的经反射的光以及任何未经变换的经反射的光。

14.  如权利要求10所述的发射器封装，其中所述反射器将基本上所有的光反射为远离于所述初级发射器。

15.  如权利要求10所述的发射器封装，其中所述反射性变换器含有散射粒子。

16.  如权利要求10所述的发射器封装，其中所述反射性变换器进一步包括中性反射元件以反射所述经变换的经反射的光以及任何未经变换的经反射的光。

17.  一种用于发光的方法，包括：
从初级发射器发射初级光；
将所述初级光中的至少一些反射为远离于所述初级发射器；
变换至少一些经反射的初级光；
发射经变换的初级光、或者经变换的初级光与初级光的波长组合。

18.  如权利要求17所述的方法，其中基本上所有经反射的初级光都被变换，并且经变换的初级光被发射。

19.  如权利要求17所述的方法，其中经反射的初级光中的一些被变换，且经变换的初级光与初级光的波长组合被发射。

20.  如权利要求17所述的方法，进一步包括反射经变换的经反射的初级光以及任何未经变换的经反射的初级光。

21.  如权利要求17所述的方法，其中所述变换包含波长下变频。

22.  一种用于从发光二极管(LED)封装发光的方法，包括：
提供LED、反射器和变换材料；
从所述LED发光，所述光中的至少一些被朝向所述反射器发射；
将LED光中的至少一些反射为朝向所述变换材料；
在所述变换材料处变换经反射的LED光中的至少一些；
发射经变换的经反射的LED光中的至少一些。

23.  如权利要求17所述的方法，其中基本上所有经反射的LED光都被变换，且经变换的经反射的LED光被初级发射。

24.  如权利要求17所述的方法，其中经反射的LED光中的一些被变换，且经变换的经反射的LED光与经反射的LED光的波长组合被发射。

25.  如权利要求17所述的方法，进一步包括反射经变换的经反射的LED光以及任何未经变换的经反射的LED光。

26.  如权利要求17所述的方法，其中所述变换包含波长下变频。

27.  一种发光二极管(LED)封装，包括：
LED，被安装到子基板且能发射LED光；
反射器，被配置为反射LED光中的至少一些；
反射性变换器，远离于所述LED且被配置为接受经反射的LED光中的至少一些、对经反射的LED光中的至少一些的波长进行下变频，且反射经下变频的光以及任何未经下变频的经反射的LED光。

28.  如权利要求27所述的LED封装，其中所述反射性变换器包括变换材料以及反射元件。

29.  如权利要求27所述的LED封装，其中所述变换材料包括一个或多个磷光体。

30.  如权利要求27所述的LED封装，其中所述反射器将基本上所有的LED光反射为远离于所述LED。

31.  如权利要求27所述的LED封装，进一步包括光学元件。

32.  如权利要求27所述的LED封装，其中所述反射性变换器被安装到所述子基板。

33.  一种用于发光的方法，包括：
从初级发射器发射初级光；
将初级光中的至少一些引导到朝向反射性变换器；
变换至少一些经引导的初级光；
发射经变换的初级光、或者经变换的初级光与初级光的波长组合。

34.  一种发光二极管(LED)封装，包括：
LED，用于发射LED光；
反射性变换器，远离于所述LED，用于对LED光中的至少一些的波长进行下变频并反射LED光以及经变换的光，所述LED朝向所述反射性变换器发射LED光，所述反射性变换器提取经变换的光或者经变换的光与LED光的组合。

35.  如权利要求34所述的LED封装，其中所述反射性变换器包括一个或多个磷光体，所述一个或多个磷光体对LED光中的至少一些进行下变频。

36.  如权利要求34所述的LED封装，其中所述反射性变换器进一步包括反射元件，所述经变换的光或经变换的光或所述LED的组合通过从所述反射元件反射而被提取。

37.  如权利要求36所述的LED封装，其中所述LED被配置为使得所述反射器将所述光中的至少一些反射为朝向所述LED。

38.  如权利要求36所述的LED封装，其中所述反射性变换器含有散射粒子。

39.  如权利要求36所述的LED封装，其中所述反射性变换器包括多个中性反射元件，所述经变换的光或经变换的光或所述LED光的组合通过从所述多个中性反射元件反射而被提取。

有效发光的发光二极管封装及有效发光方法
发明背景
技术领域
本发明涉及发光二极管，尤其涉及一种发光二极管装置及用于自波长下变频材料有效地产生光的方法。
先前技术
发光二极管(LED)为将电能变换为光的固态设备，且通常包含一夹于两个相对掺杂的半导体材料层之间的半导体材料活性区域。当在掺杂层上施加偏压时，将空穴及电子注入至活性区域内，在活性区域内，其重新组合以产生光的。光自活性层及自LED的所有表面发出。LED的最近的进展(诸如，基于氮化物的LED)已导致了高效光源，该等光源超越了基于灯丝的光源的效率，同时提供相对于其输入功率具有相等或更大的亮度的光。
用于照明应用的常规LED的一个缺点在于：其不能自其活性层产生白光。用以自常规LED产生白光的一种方式是组合来自不同LED的不同色彩。举例而言，可通过组合来自红光、绿光及蓝光LED的光或组合来自蓝光及黄光LED的光来产生白光。此方法的一个缺点在于：其需要使用多个LED来产生光的单一色彩，从而增加了总成本及复杂性。光的不同色彩亦通常自不同类型的LED得以产生，且在一设备上组合不同LED类型可能需要复杂的制造且可能需要不同的控制电压。由于每一设备可能具有不同的电学需求且在变化的操作条件下(例如，随着温度、电流或时间)可能不同地工作，所以这些类型的发射器的制造复杂且成本高。
组件LED的发射谱线通常狭窄(例如，10-30nm FWHM)，且存在难以获得高效率LED的波长范围(例如，大约550nm)。结果，可能难以达成具有低成本及高成品率的高功效及高现色指数。此在光谱需求需要高效率绿光LED时可能尤其有问题，因为此等LED仅被实现于(In、Ga、Al)N系统中，且通常经受低效率及随着操作条件(诸如，驱动电流及温度)的变化，波长及发射会变化。虽然仅可使用在互补色彩(例如，蓝色、黄色)下发射的两个LED来实现较简化的白灯，但在此等灯中极度难以达成高现色系数。
来自单一发蓝光LED的光亦已通过以黄色磷光体、聚合物或染料来包围LED芯片而被变换为白光，其中典型的磷光体为Ce:YAG。[见Nichia Corp.的白光LED，零件号为NSPW300BS、NSPW312BS，等等；亦见Lowrey的美国专利第5959316号＂Multiple Encapsulation of Phosphor-LED Devices＂]。周围材料＂下变频＂LED光中的至少一些的波长，从而改变其色彩。举例而言，若基于氮化物的发蓝光LED由黄色磷光体包围，则一些蓝光将穿过该磷光体而不被改变，而剩余光将被下变频至黄色。该LED将发射蓝光及黄光，其组合以提供白光。
用磷光体层来涂布LED的一种常规方法是利用注射器或喷嘴将含有环氧化物的磷光体注射于LED上。用于涂布LED的另一常规方法为通过模板印刷，其描述于Lowery的欧洲专利申请案EP 1198016 A2中。以邻近LED之间的所要距离而将多个发光半导体设备配置于基板上。提供具有与LED对准的开口的模板，其中孔洞稍大于LED且模板厚于LED。将模板定位于基板上，其中每一LED位于模板中相应的开口中。接着将一组合物沉积于模板开口中，其覆盖LED，其中在可通过热或光加以固化的硅酮聚合物中，典型的组合物为磷光体。在填充孔洞之后，自基板移除模板，且使模板组合物固化至固态。
以磷光体来涂布LED的另一常规方法是利用电泳沉积。使变换材料粒子悬浮于基于电解质的溶液中。将多个LED配置于导电基板上，接着将该导电基板几乎完全浸没于电解质溶液中。在未浸没于溶液中的位置处，将来自电源的电极耦合至导电基板，且将另一电极配置于电解质溶液中。将来自电源的偏压施加于电极上，此使电流穿过溶液至基板及其LED。此产生一电场，使变换材料被吸至LED，从而以该变换材料来覆盖LED。
在这些常规LED封装中，磷光体变换元件紧紧地靠近于LED芯片，且由于磷光体的散射及朗伯(Lambertian)发射特征，大部分光被发回LED封装及LED芯片中。在透射穿过磷光体层后，光子亦可经历多个散射事件。由磷光体层所散射或发射且被引向LED芯片的光经受芯片的光提取限制。LED芯片光提取效率通常小于一，从而导致进一步的光子损失。经散射回至封装中的光可被反射回，但封装材料的反射率通常仅为70-90％。散射及回射增加了封装内所发射的光的路径长度，且因此增加了经历损失的机会。
发明内容
简言之且一般而言，本发明针对用于发光的发射器封装及方法，并且特别针对LED封装以及从LED封装发光的方法。根据本发明的发射器封装的一个实施例包括一发射光的初级发射器，以及远离于该初级发射器的能够变换发射器光的波长的变换材料。该封装进一步包括反射器，以将该发射器光中的至少一些反射为朝向该变换材料，所述经反射的光中的至少一些的波长由所述变换材料进行变换。
根据本发明的LED封装的个实施例包括：用于发射LED光的LED，以及一远离于LED的用于对LED光的波长进行下变频的变换材料。该封装进一步包括将LED光中的至少一些反射为朝向该变换材料的反射器，经反射的LED光中的至少一些的波长由该变换材料进行下变频。
根据本发明的用于发光的方法的一个实施例包括：从初级发射器发射初级光，反射初级光中的至少一些。该方法进一步包括：变换至少一些经反射的初级光。发射经变换的初级光，或经变换的初级光与初级光的波长组合。
根据本发明的用于从LED封装发光的方法的一个实施例包括：提供LED、反射器和变换材料，从LED发光，所述光中的至少一些被朝向该反射器发射。该方法进一步包括：将LED光中的至少一些反射为朝向该变换材料，以及在变换材料处变换经反射的LED光中的至少一些。经变换的经反射的LED光中的至少一些由LED封装来发射。
根据以下的详细描述及示例性地图示本发明特征的附图，本发明的这些和其他方面及优点将变得显而易见。
附图说明
图1为根据本发明的有效LED封装的一实施例的剖视图；
图2为根据本发明的LED封装的另一实施例的剖视图；
图3为根据本发明的具有不止一个反射器的LED封装的另一实施例的剖视图；
图4为根据本发明的具有用于光束成形的光学元件的LED封装的一实施例的剖视图；
图5为根据本发明的具有用于光束成形的光学元件的LED封装的另一实施例的剖视图；
图6为根据本发明的具有反相LED及半球形反射器的LED封装的另一实施例的剖视图；
图7为图7中的LED封装的俯视图；
图8为根据本发明的多LED封装的一实施例的剖视图；
图9为根据本发明的发光方法的一实施例的流程图；及
图10为根据本发明的发光方法的另一实施例的流程图。
本发明提供一种有效LED封装及用于自LED封装有效发光的方法。根据本发明的装置及方法远离于LED而配置反射性变换材料。此方法允许使用相对较薄且密集的磷光体材料层来将LED光下变频为另一波长。此减小了变换器材料内光的路径长度，且改良了LED封装的效率。LED封装发射的色彩由反射性变换器膜或薄磷光体层的组合物控制，所述反射性变换器膜包含色彩变换材料和中性高反射率材料两者，所述薄磷光体层在可能带有黏合剂(诸如，环氧化物或聚硅酮)的均匀涂敷的高反射性(例如，银或铝镜)表面上。本发明的不同实施例具有一光学配置，其中来自变换材料的光经向用户反射且不向封装回反射。根据本发明的LED封装允许由LED朝向磷光体所发射的光子不朝向灯内的低反射率的低光提取元件显著地背向散射光。因此对于所有光子而使散射及吸收事件最小化，且随着少量通过而发生来自LED封装的光提取。通过使变换材料远离于LED，变换材料保持较凉，从而进一步改良灯效率。对于根据本发明的LED封装，亦可预制造变换材料，此使该等封装可复制。
为了达成这些结果，根据本发明的LED封装通常包含初级发射器(诸如，LED)、反射器及远离于该LED且具有光变换材料的反射性变换器。该反射器经定位使得基本上所有LED光自反射器反射至变换材料，在该变换材料处，该光中的至少一些的波长被下变频。经下变频的光及任何剩余的LED光自变换材料透射。反射性变换器可进一步包含反射性材料或反射元件，其沿所要的方向反射经下变频的光及任何LED光。
应理解，当一元件或层被称为在另一元件或层＂上＂、＂连接至＂、＂耦合至＂另一元件或层，或与另一元件或层＂接触＂时，其可直接在另一元件或层上、直接连接或耦合至另一元件或层，或与另一组件或层直接接触，或者可存在插入元件或层。相反地，当一元件被称为＂直接＂在另一组件或层＂上＂、＂直接连接至＂、＂直接耦合至＂另一元件或层，或都＂直接与＂另一元件或层＂接触＂时，不存在插入元件或层。同样地，当第一元件或层被称为与第二元件或层＂电接触＂或＂电耦合＂时，在第一元件或层与第二元件或层之间存在准许电流通过的电路径。该电路径可包括电容器、耦合电感器及/或准许电流的其它元件(即便导电元件之间没有直接接触)。
应理解，虽然术语第一、第二等等在本文中用以描述各种组件、组件、区域、层及/或部分，但这些元件、组件、区域、层及/或部分不应受到此等术语的限制。这些术语仅用以将一元件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区别开。
图1展示根据本发明的LED封装10的一实施例，其包含用已知结合方法而安装至子基板14的半导体发光二极管(LED)12。虽然本文中参考半导体LED而描述了本发明，但可使用许多不同发射器。如本文中所使用，术语半导体LED可包括一个或多个LED、激光二极管及/或其它半导体设备，所述半导体设备包括一个或多个半导体层，所述半导体层可包括硅、碳化硅、氮化镓及/或其它半导体材料、基板，所述基板可包括蓝宝石、硅、碳化硅及/或其它微电子基板，及一个或多个接触层，所述接触层可包括金属及/或其它导电层。半导体发光设备可为基于氮化镓的LED或在碳化硅基板上所制造的激光器，诸如，由NorthCarolina的Durham的Cree，Inc.制造及出售的那些设备，但亦可使用来自其它材料系统的其它发光设备。
常规LED的操作及制造细节在本领域中是通常已知的，仅简要地加以论述。通过已知方法，可自许多材料系统来制造常规LED，其中合适的方法为通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)的制造。LED通常具有一夹于经p型或n型掺杂的两个相对掺杂层之间的活性区域。LED的顶层通常为p型且底层通常为n型，但若倒转这些层，LED亦工作。p型及n型层具有各自的接触点，每个接触点具有导线，用以将偏压施加于p型及n型层上。此偏压导致活性层自LED的所有表面发光。
为了机械稳定性，可使用已知安装方法而将LED 12安装至子基板14。子基板14可包含电路，所述电路用于控制被施加至LED 12的相对量的电流或功率，或用于另外修改被施加至LED 12的电信号。子基板14亦可含有使灯抵抗静电冲击的组件及电路。
LED封装10进一步包含安装于LED 12上的反射器16，其可由任一反射性材料(诸如，金属)制成，或可由具有覆盖有反射性材料层(诸如，银或铝)的一个或多个表面的材料制成。反射器16通常为碟形且具有面向LED 12的底表面18。底表面18在中心具有双曲线锥形20，其中弯曲的表面朝向反射器16的边缘。然而，应理解，反射器可具有许多不同形状及大小，且反射器表面可具有许多不同形状，以在不同方向上反射光。反射器16被配置于LED 12上，其中底表面18面向LED 12，锥形20处于LED 12上，且在一较佳实施例中，大约处于LED 12的中心上，以基本上反射所有初级LED光。
LED封装10也具有反射性变换器22，其至少部分地在LED及子基板14周围而经配置成远离于LED。在较佳实施例中，反射性变换器处于所有LED及子基板周围，且如图所示，经安装至子基板14。应理解，可以许多不同方式及在许多不同位置处将反射性变换器22安装至LED封装。举例而言，在一实施例中，可在反射性变换器与LED封装之间具有一空间的情况下及以不同角度来安装反射性变换器。
在LED封装10中，反射性变换器22通常包含安装于反射性元件26上的变换材料24。可使用许多不同方法而将变换材料24安装至反射性元件26，诸如，藉由在黏合剂中提供变换材料薄片，其中该薄片可切割以允许将多个部分附着于反射性元件26上。在其它实施例中，可使用电泳沉积或丝网印刷而使变换材料24形成于反射性元件26上，且接着藉由黏合剂(诸如，环氧化物)而使其保持于适当位置。其它方法包括在反射性元件26上过度铸模磷光体变换材料。
在其它实施例中，反射性变换器22可包含变换材料24，其中混合有中性高反射率材料，其对反射性变换器赋予其反射特性。可使用许多不同的中性高反射率材料，诸如，二氧化钛或硫酸钡。可单独使用高反射性材料或可与反射性元件26组合地使用高反射性材料以对反射性变换器22赋予其最佳反射特性。
反射器16、LED 12及反射性变换器22合作，使得来自LED 12的光中的至少一些(且较佳地，大多数)自反射器底表面18朝向反射性变换器22反射。举例而言，沿着路径28的光自LED 12朝向反射器16发射，且朝向反射性变换器22反射。变换材料24吸收光，且再发射较低频谱(经下变频)中的光，其中光以朗伯发射图案发射。经下变频的光自反射性变换器22朝向用户向前发射。反射器及变换器几何形状经较佳地设计成使得大多数来自反射性变换器的光自灯朝向用户被提取。
反射器16可朝向反射性变换器22反射大多数光，且反射性变换器22可具有变换材料24的厚度或浓度，使得一些经反射的光由变换材料24下变频，且一些光穿过变换材料24且由反射性元件26反射回。经反射的光中的至少一些也回向穿过变换材料而未经下变频，使得一些LED光被反射且自反射性变换器发射。在此实施例中，经下变频的光及LED光自反射性变换器发回，其中LED封装10发射经下变频的光与LED光的波长组合。
在其它实施例中，反射性变换器22可具有变换材料的厚度或浓度，使得基本上所有经反射的光由变换材料24下变频。在此实施例中，自反射性变换器22发射回的光初级处于经下变频的波长光谱中。反射器16可经定大小及定位以朝向反射性变换器22反射来自LED 12的基本上所有光，使得来自LED封装的基本上所有光自反射性变换器发射。在其它实施例中，反射器16可经定大小，使得其将来自LED 12的一部分光反射至反射性变换器22，剩余的LED光绕过反射器16且自LED封装发射。在此实施例中，LED 12、反射器16及反射性变换器22可经定大小及配置，使得初级LED光与经反射或经变换的光的期望混合自灯封装发射。
许多不同的变换材料可用于根据本发明之LED封装中。较佳的变换材料包含一个或多个磷光体，且下列是可单独或组合地用作变换材料的一些磷光体的列表，其按每一个发射下列激发的经再发射的色彩来分组。
红色
Y₂O₂S:Eu³⁺，Bi³⁺
YVO4:Eu³⁺，Bi³⁺
SrS:Eu²⁺
SrY₂S₄:Eu²⁺
CaLa₂S₄:Ce³⁺
(Ca，Sr)S:Eu²⁺
Y₂O₃:Eu³⁺，Bi³⁺
Lu₂O₃:Eu³⁺
(Sr_2-xLa_x)(Ce_1-xEu_x)O₄
Sr₂Ce_1-xEu_xO₄
Sr_2-xEu_xCeO₄
Sr₂CeO₄
SrTiO₃:Pr³⁺，Ga³⁺
橙色
SrSiO₃:Eu，Bi
黄色/绿色
Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺
YBO₃:Ce³⁺，Tb³⁺
BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺，Mn²⁺
(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)₂S₄:Eu²⁺
ZnS:Cu⁺，Al³⁺
LaPO₄:Ce，Tb
Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺，Mn²⁺
((Gd，Y，Lu，Se，La，Sm)₃{Al，Ga，In)₅O₁₂:Ce³⁺
((Gd，Y)_1-xSm_x)₃(Al_1-yGa_y)₅O₁₂:Ce³⁺
(Y_1-p-q-rGd_pCe_qSm_r)₃(Al_1-yGa_y)₅O₁₂
Y₃(Al_1-sGa_s)₅O₁₂:Ce³⁺
(Y，Ga，La)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺
Gd₃In₅O₁₂:Ce³⁺
(Gd，Y)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺，Pr³⁺
Ba₂(Mg，Zn)Si₂O₇:Eu²⁺
(Y，Ca，Sr)₃(Al，Ga，Si)₅(O，S)₁₂
Gd_0.46Sr_0.31Al_1.23O_xF_1.38:Eu²⁺_0.06
(Ba_1-x-ySr_xCa_y)SiO₄:Eu
Ba₂SiO₄:Eu²⁺
蓝色
ZnS:Ag，Al
组合的黄色/红色
Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺，Pr³⁺
白色
SrS:Eu²⁺，Ce³⁺，K⁺
自以上列表，下列磷光体对于用作基于特定所需特征的变换材料而言是较佳的。每一个在蓝色及/或UV波长光谱中被激发、提供所需的峰值发射、具有有效的光变换，且具有可接受的斯托克位移(Stokes shift)。
红色
Lu₂O₃:Eu³⁺
(Sr_2-xLa_x)(Ce_1-xEu_x)O₄
Sr₂Ce_1-xEu_xO₄
Sr_2-xEu_xCeO₄
SrTiO₃:Pr³⁺，Ga³⁺
黄色/绿色
Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺
(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)₂S₄:Eu²⁺
Ba₂(Mg，Zn)Si₂O₇:Eu²⁺
Gd_0.46Sr_0.31Al_1.23O_xF_1.38:Eu²⁺_0.06
(Ba_1-x-ySr_xCa_y)SiO₄:Eu
Ba₂SiO₄:Eu²⁺
为了进一步改进来自所覆盖之LED的光发射的均一性，变换材料24也可包括散射粒子以在光穿过时将其随机地折射。为了有效地散射光，散射粒子的直径应大约为经散射的光的波长的一半。来自LED的光穿过粒子且经折射以混合且扩展光。较佳的散射粒子基本上不吸收LED光且具有与其所嵌入至的材料(例如，环氧化物)基本上不同的折射率。在一实施例中，散射粒子应具有比其所嵌入至的材料高的折射率。合适的散射粒子可由具有高折射率(n＝2.6至2.9)的二氧化钛(TiO₂)制成。具有小空隙或微孔的诸如多孔硅石的其它材料也可用来散射光。
如上文所提及，LED可在根据本发明的LED封装中发射不同波长光谱中的光。在一实施例中，LED 12可发射蓝色波长光谱中的光，且变换材料24可含有下变频蓝光且再发射黄光的磷光体。LED封装10可接着发射蓝光与黄光的日光组合。在其它实施例中，变换材料可吸收所有蓝色LED光且发射单色黄光。若使用不同类型的磷光体，则封装10可再发射不同的单色光，诸如，绿色。在另一实施例中，LED可在UV波长光谱中发射，且变换材料可含有不同磷光体，所述不同磷光体下变频UV光且发射可组合为白光或光的其它波长的光的不同波长。
在使用不同磷光体的实施例中，可在整个变换材料中均匀地混合磷光体，或变换材料可具有特定磷光体的浓度可较大的不同区域。在其它实施例中，可将变换材料分为具有不同磷光体中之一的区域。应理解，自LED 12至来自灯的提取点的光路的至少一些区段可包括密封材料，如环氧化物或硅酮。可对其连续地或以透镜或薄膜的形式加以配置。
图2展示根据本发明的LED封装40的另一实施例，其具有安装至子基板44的LED 42，此两者皆类似于图1所示且上文所描述的LED 12及子基板14。该LED封装也包含安装于LED 42上的反射器46，其中反射器由反射性材料制成且经配置以反射来自LED的光，如上文所述。LED封装进一步包含反射性变换器52，其具有和图1所示且上文所描述的变换材料24类似的变换材料54。变换材料54可包含许多不同材料，包括以上所列出的磷光体中的一个或多个。变换材料54也可包含如上文所述的中性反射性元件或散射粒子。反射性变换器52也可具有反射性元件56，尤其在不具有中性反射性元件的那些实施例中。反射性变换器52形成于LED 52、子基板44与反射器46的组合周围的杯形物中。
LED封装40以与图1中的LED封装10非常相同的方式进行操作，其中来自LED 42的光自反射器46反射至反射性变换器52。在不同实施例中，所有或一些光可由变换材料吸收且在经下变频的频谱下再发射。在吸收一些光之实施例中，LED封装40发射自反射组件56所反射的LED光与经下变频的光的波长组合。在变换材料吸收所有LED光且反射器46反射基本上所有LED光的那些实施例中，LED封装40仅发射经下变频的光。在吸收所有经反射的光、但反射器46并非反射所有LED光的实施例中，LED封装40发射经下变频的光与绕过反射器46的未经反射的LED光的波长组合。
反射性变换器52的形状在反射性变换器52中的开口外提供较有向的光束。其设计与反射器46的形状一起可允许捕获由反射器46反射至反射性变换器52上的基本上所有光。不同的形状可用于反射性变换器52，诸如，具有开口的半球形或盒形，其中LED 42配置于半球或盒的基底处。
应理解，根据本发明的LED封装可具有一个以上LED及一个以上反射器。图3展示根据本发明的LED封装70的另一实施例，其具有安装至子基板76的第一及第二LED 72、74，此两者皆与上文所描述的LED及子基板类似。LED封装70进一步包含第一及第二反射器78、80，其中第一反射器配置于第一LED 72上，且第二反射器80配置于第二LED 74上。在其它实施例中，可将单个反射器配置于LED 72、74上。
LED封装70进一步包含反射性变换器82，其包含变换器材料84及反射性元件86，此两者皆与上文的变换器材料及反射性元件类似，且此两者皆可包含相同材料。反射性变换器82不平坦，而相反具有一有角度部分以对自封装70发射的光提供某一定向性。
在操作中，来自LED 72、74的光自反射器78、80反射至反射性变换器82。光可由变换材料84全部或部分地吸收且可经下变频。当经部分下变频时，LED封装70发射来自变换材料84与LED 72、74的光的组合。当光经全部吸收时，根据反射器78、80是否反射所有或一些光(如上文所述)而定，LED封装10可仅发射来自变换材料84的光或者来自变换材料84及LED 72、74的光。此实施例提供两个LED与来自变换材料84的发射的组合发射。
图4展示根据本发明的LED封装100的另一实施例，其具有额外特征以辅助光束成形。LED封装100包含安装至子基板104的LED 102，但封装100可具有一个以上LED。杯形物106安装至子基板104，较佳地，在LED 102周围。在LED 102上，半球形透镜108安装至杯形物106。空间110保持于LED 102与透镜108底部之间，该空间110填充有一透明或透光材料，诸如，透明的环氧化物或聚硅酮。反射器112配置于LED 102上，其中透镜经配置以将基本上所有LED光聚焦于反射器112上。可使用许多不同的安装装置将反射器112安装于LED 102上，或可使反射器112附着至光学组件118。
LED封装进一步包含安装于光学元件118下表面上的反射性变换器116。反射性变换器116包含变换材料120，其可为上述材料中之的任何一个或多个。为了使变换材料120具反射性，在一实施例中，其可包含中性反射性元件，或如图4所示，可在变换材料120后部包括反射性元件122。在封装100中，变换材料不延伸来覆盖光学元件118的内表面，但在其它实施例中，其可比图示延伸得远或少。在变换材料不覆盖内表面的一些实施例中，反射性元件122可继续穿过变换材料120结束之处。光学组件118具有光束聚焦特征124以成形自封装100发射的光。
封装100以与上述实施例非常相同的方式进行操作，其中来自LED 102的光自反射器112反射至反射性变换器。所有或一些LED光经下变频，且如上文所述，LED封装100的不同实施例可仅发射经下变频的光或者经下变频的光与LED光的波长组合。
图5展示根据本发明的LED封装130的另一实施例，其具有许多与上文所描述且图4所示的LED封装100类似的特征，且以类似方式而操作。封装包含安装至子基板134的LED 132，其中在LED 132周围，一杯形物136在子基板134上。反射器138安装于LED 132上。LED封装130进一步包含光学元件142，其具有反射性变换器144。
杯形物136为允许在无透镜的情况下配置封装130的反射性元件。可较靠近于LED 132来安装反射器138，且反射性变换器144可较靠近于反射器138，因此允许基本上所有LED光朝向反射性变换器144反射。LED 132与反射器138之间的空间至少部分地填充有如环氧化物或硅酮这样的密封材料。光学元件142具有和图4中的光束聚焦特征124相类似的光束聚焦特征146。
根据本发明，可以许多不同方式来配置LED及反射器。图6及图7展示根据本发明的LED封装160的另一实施例，其中使LED在反射性变换器上反相。封装160包括和图4中的LED 102类似的LED 162，其中LED 162安装至子基板164。杯形物166在LED 162周围安装至子基板164，且在LED 162上，可选透镜168安装至杯形物166。透镜168聚焦或成形来自LED 162的光。
LED封装160进一步包含反射性变换器170，如图示，其为半球形。在其它实施例中，反射性变换器170可具有不同的形状，诸如，平面形或盒形，且可具有平面与曲面的任何组合。反射性变换器170进一步包含变换器材料172，其可含有上述磷光体、中性反射性材料及散射粒子中的一个或多个。反射性变换器也可包含反射性元件174以反射经下变频的光和/或LED光。
使LED 162在反射性变换器170上反相，其中朝向反射性变换器170引导LED光。可使用许多不同方法及装置将LED 162安装于适当位置，其中一合适的方法为悬浮元件176横跨于子基板164与反射性变换器170之间。较佳地，使LED与反射性变换器170的纵轴对准。可将悬浮元件176用作导热体以使热远离于子基板164及LED 162，悬浮组件176可带有热管理元件及用以对LED供电的电气元件。类似地，反射性变换器也可具有热管理元件。在此实施例中，基本上所有LED光朝向反射性变换器170引导，且结果，消除了对初级反射器(如图4中的反射器46)的需要。
在操作中，朝向反射性变换器170引导来自LED 162的光，在反射性变换器170处，一些或所有LED光经下变频。在所有LED光经下变频的那些实施例中，经下变频的光在LED 162之方向上被反射回，其中LED封装160发射经下变频的光。在一些光经下变频的实施例中，经下变频的光及LED光在LED 162的方向上被反射回，其中LED封装160发射经下变频的光与LED光的波长组合。
亦可将上述LED封装配置于具有多个LED和/或LED封装的设备中。图8展示根据本发明的多LED封装190的一个实施例，其包含安装有多个LED 194的电路板192。可以许多不同方式将LED 194安装至电路板192，但较佳安装至子基板196，该子基板196又被安装至电路板192。电路板192较佳地具有导电迹线，其允许将一信号施加至电路板192，且将该信号传导至LED 194，从而使这些LED 194发光。
多个反射性变换器198也安装至电路板，其中每一反射性变换器198位于邻近LED之间。每一反射性变换器198可包含如上文所述的变换材料及反射组件。封装190进一步包含多个反射器200，其中每一个反射器200经配置于一个LED194上以将LED光反射至反射性变换器198。封装190也可包含安装于电路板192上的漫射体/透镜元件202。
在操作中，将一信号施加至电路板192，从而使LED 194发光。来自LED 194的光自反射器200朝向反射性变换器198反射，在反射性变换器198处，所有或一些光经下变频。经下变频的光(及LED光)在经反射性变换之处反射至漫射体/透镜组件，在其处，在漫射体的情况下经漫射，或在透镜的情况下经聚焦。
应理解，可以许多不同方式来配置封装190，其具有不同数目的LED及反射性变换器。也应理解，根据本发明，反射器及反射性变换器可具有许多不同的形状及大小。封装190允许一起使用多个LED以形成不同形状的光源，诸如，细长的、圆形的，等等。
应理解，可使用本领域已知的不同方法来制造上述LED封装。因此，本文中仅简要地论述制造方法的细节。
图9展示根据本发明的用于有效发光的方法220的一实施例，且虽然按一特定次序展示了方法的特定步骤，但应理解，根据本发明的其它方法可具有按不同次序的不同步骤。在222中，首先自初级发射器发光，且在224中，朝向波长变换器引导所发射的光，诸如，藉由一反射器。光经较佳地引导(反射)，使得其大部分未被反射回初级发射器。在226中，将初级光中之至少一些的波长波长变换器中变换，所述波长变换器位于远离于初级发射器。在228中，自波长变换器发光，其包含至少所有经下变频的光，或者是经下变频的光与初级发射器光的波长组合。
图10展示根据本发明的用于有效发光的方法240的另一实施例。在242中，提供LED、反射器及变换材料，其中该变换材料较佳地远离于该LED。在一些实施例中，变换材料可远离于LED，如上文所述及图1至图7所示。在244中，自LED发光。在246中，朝向变换材料引导来自LED的光中的至少一些，其中大多数光未被反射回LED。在248中，变换材料下变频至少一些光，且或者发射所有经下变频的光、或者发射经下变频的光与初级LED光的波长组合。在250中，自灯或经成形为所要发射角度的光束提取经下变频的光及初级光或者所有经下变频的光。在混合的下变频与初级光发射的情况下，可将一混合元件添加至250以确保均一的光束色彩。
虽然本发明已参考其特定较佳组态而得以相当详细地描述，但其它版本也是可能的。如上文所提及，可利用在不同色彩下发射的不同LED而以许多不同方式来配置LED封装。在将一发射器描述为提供一特定波长光谱中的光的那些实施例中，可使用两个或两个以上发射器。上述变换材料可使用吸收光的不同波长且再发射超出上述波长的不同波长的许多不同类型的材料。因此，所附的权利要求的精神及范畴不应限于其中所含有之其较佳版本。