CN101097974A

CN101097974A - 白光发光二极管

Info

Publication number: CN101097974A
Application number: CNA2006100911293A
Authority: CN
Inventors: 樊斌; 邵剑心
Original assignee: JINGYING OPTICS CO Ltd
Current assignee: JINGYING OPTICS CO Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-02

Abstract

本发明公开了一种白光发光二极管，包括用于发射光的光源部分，在所述光源发出的光出射的至少一侧上封装有透光的保护件，在所述保护件上一体地形成有光控制构造。根据本发明的一个方面，所述光控制构造包括二元光学构造或者光子晶体构造。根据本发明，由于作为光源装置的白光发光二极管本身就能够发射出符合光学系统要求的光，减少了甚至不需要配合使用的光学器件，所以能够显著地降低光学系统的体积。

Description

白光发光二极管

技术领域

本发明涉及白光发光二极管。

背景技术

光源是投影光学系统不可或缺的组成部分，它不仅影响投影系统的光学性质，而且影响投影系统的体积。在传统的投影系统和LCD等显示系统中，一般采用UHP、CCFL等作为光源，为了使光源发出的光能够满足投影系统的使用要求，往往还需要配合使用其他的光学器件。因此，使投影系统难以小型化，而且光路复杂，光损增加。由于发光二极管(LED)的高速发展，其亮度等已逐渐可以满足各种传统的投影光学系统，采用白光LED作为光源，有助于投影系统体积的减小。但是，LED的光源发散角较大，光源利用效率较低，因此，投影系统采用白光LED作光源时，还必须配合使用准直器件和均化器件等光学器件。所以，很难使投影系统的体积进一步减小，特别是减小到能够内置于游戏机、数码相机等便携式电子设备中。

发明内容

相应地，本发明的目的是提供一种白光发光二极管，它能够进一步减小投影光学系统的体积。

为了实现上述目的，本发明提供了一种白光发光二极管，包括用于发射光的光源部分，在所述光源部分发出的光出射的至少一侧上封装有透光的保护件，在所述保护件上一体地形成有光控制构造。

根据本发明的一个方面，所述光控制构造包括二元光学构造。所述保护件包括入射光侧和出射光侧，在所述入射光侧和出射光侧中至少一侧上一体形成有控制光学性质用的浮雕图案。所述光学性质至少包括均化。所述光源部分可以包括多个彩色LED。或者，所述光学性质至少包括均化和准直。所述光源部分可以包括单色LED和荧光激发材料。单色LED可以是紫外LED，光源部分与荧光激发材料间可以设置透射紫外光并反射可见光的滤光层以提高效率。所述保护件还可以包括至少2层，在所述至少2层中的至少一层保护件上一体形成有控制至少一种光学性质用浮雕图案。

根据本发明的另一个方面，所述光控制构造包括光子晶体构造。所述保护件包括入射光侧和出射光侧，在所述入射光侧和出射光侧中的至少一侧上一体形成有光子晶体构造。所述光子晶体构造中不同折射率部分周期性分布使所述光源发出的光经过所述光子晶体构造后至少具有一种光学性质。所述光学性质至少包括均化。所述光源部分可以包括多个彩色LED。或者，所述光学性质至少包括均化和准直。所述光源部分可以包括单色LED和荧光激发材料。单色LED可以是紫外LED，在光源部分与荧光激发材料之间可以设置透射紫外光并反射可见光的滤光层以提高效率。所述保护件还可以包括至少2层，在所述至少2层中的至少一层保护件上一体形成有光子晶体构造。根据本发明，二元光学结构的浮雕图案可以与光子晶体构造结合使用。

根据本发明，由于作为光源装置的白光LED本身就能够发射出符合光学系统要求的光，减少了甚至不需要配合使用的光学器件，所以，能够显著地降低光学系统的体积。

附图说明

图1示出了根据本发明一种实施例的白光LED示意图。

图2是本发明另一实施例的白光LED的示意图。

图3是本发明又一实施例的白光LED的示意图。

图4A和图4B是本发明中采用的彩色LED阵列排列方式的示例。

具体实施方式

为了便于更好地理解本发明，下面将结合附图对本发明的一些示例性实施例进行说明。

图1示出了根据本发明一种实施例的白光LED示意图。其中，在光源部分10出射光的一侧封装有透光的保护件11。在图示的实施例中，保护件11位于光源部分10的一侧。但是，如果需要，可以在光源部分10的多侧封装透光保护件11。保护件11例如可以是，但不限于，玻璃或树脂材料等。

在图1所示的实施例中，在保护件11的出射光侧13一体地形成有光控制构造。但是，根据实际需要以及便于加工方面的考虑，一体形成的光控制构造可以位于保护件11的任何部分，例如入射光侧12或者保护件11内部，还可以位于保护件11的多个部分，例如在入射光侧12和出射光侧13都形成，而不限于出射光侧13。

为了将所需的光控制构造一体形成在保护件11上，可以采用各种工艺手段。例如，在图1所示的实施例中，光控制构造是采用二元光学技术在保护件11的出射光侧13形成的浮雕图案构造。此外，光控制构造还可以是例如光子晶体构造等。

不同的浮雕构造可以形成具有不同光学性质的出射光。例如，由于LED的发散角度大，通常会需要对光进行会聚或者准直，为了适应投影系统的均匀照明要求，通常还需要均化。通过对入射在浮雕构造各个部分上的入射光的相位进行调整，可以使发散的入射光被约束为平行的出射光，从而达到准直和调整数值孔径等目的；通过对各部分入射光的相位进行调整，还可以使出射光的光强在经过出射光侧13之后均匀分布，从而达到均化的目的。在图1所示的实施例中，上述光控制构造可以使出射的光均化。根据实际光学系统对光源装置的要求，可以对应地设计不同的光控制构造，使从本发明的白光LED出射的光能够直接或者至少部分地满足预定的光学性质，例如，准直性、均化性、偏振性、单色性、光束形状、光束直径等等。

在图1所示的实施例中，光源部分10包括多个彩色LED，这些彩色LED可以包括但不限于红色、绿色、蓝色等，各种颜色的LED的数量之比使得它们可以混合成基本上色平衡的白光。这些彩色LED的钝化层上可以具有光子晶体结构以使各个彩色LED发出的光成为准直光。这些彩色LED可以采用适当的排列方式，如红、绿、蓝相间的阵列布置。图4A和图4B示出了部分彩色LED排列方式的两种示例，其中R、G、B分别代表红色、绿色和蓝色LED。当然图4A和图4B只是示意性表示，实际可以采用的排列方式远远不限于这些。

光源部分10包括的多个彩色LED也可以采用普通的彩色LED芯片，即，这些彩色LED芯片自身不具有光学准直结构。在此情况下，准直功能由保护件11来提供，即保护件11同时具有对光线进行至少准直和均化的多个功能。所述多个功能可以在保护件11的不同部分来提供，例如分别在保护件11的入射光侧12一体形成准直用浮雕构造，而在出射光侧13一体形成均化用浮雕构造，或者在入射光侧12形成均化用浮雕构造而在出射光侧13形成准直用浮雕构造。另外，也可以只在保护件11的一个部分一体形成浮雕构造，同时实现对不同光学性质例如准直和均化的控制。

另外，还可以采用光子晶体构造而不是二元光学构造的方式来形成光控制构造。通过在保护件11的至少一侧上贴装光子晶体构造或者用光子晶体取代至少部分保护件11，使保护件11与光子晶体构造一体形成。通过对光子晶体中不同折射率部分进行周期性分布，可以获得所需性质的出射光。

图2是本发明另一实施例的白光LED的示意图。其中光源部分10包括单色LED例如紫外LED或蓝光LED，由所述单色LED发出的光对荧光材料20进行激发而得到白光。在图2中，荧光材料20布置在单色LED与保护件11之间，但是荧光材料20也可以布置在其他合适的地方，例如单色LED表面、保护件11的表面或内部。

对于光源部分10中使用紫外LED的情况，还可以采取措施进一步提高本发明的白光LED的效率。例如，在图2所示光源部分10与荧光材料20之间可以设置滤光层(未示出)，所述滤光层具有波长选择功能，能够透射光源部分10发出的紫外光并反射可见光，例如透射小于400nm的波长而反射400～700nm的波长。由于受激发的荧光材料20发出的可见波段的光是向各个方向分散的，所以该滤光层可以使向后发射的光反射向保护件11并从其出射，从而提高荧光发光的利用率。并且，在实际应用中，从白光LED发射出的光必然会有一部分由于后续光路元件的反射而回到白光LED中，因此该滤光层也可以对这部分光进行再次反射，从而使之得到重新利用。可以用例如通常的多层膜截止滤波器等的制造方式形成膜结构来制成滤光层。

图2所示实施例中的保护件11具有一体地形成的光控制构造，所述光控制构造同时具有对光线进行至少准直和均化的多个功能。如上所述，多个功能可以在保护件11的不同部分来提供，也可以只在保护件11的一个部分一体形成浮雕构造，同时实现对不同光学性质例如准直和均化的控制。此实施例中的光控制构造也可以采用二元光学构造或光子晶体构造的方式来形成。

图3是本发明另一实施例的白光LED的示意图。其中，保护件14是一种叠层结构，具有至少2层，并且在其中至少一层上具有光控制构造。根据不同的要求，叠层结构的层数、在哪一层上设置光控制构造、光控制构造设在该层的哪个部分、用何种技术实现光控制构造以及所设置的光控制构造所控制的光学性质都可以具体选择。在本实施例中示为2层的保护件14，采用了二元光学技术。其中，每一层都包括透光衬底15和在衬底15的至少一侧上形成的浮雕图案。如上所述，这些浮雕图案可以使入射光变成具有预定光学性质的出射光，例如经过准直和均化的输出光。

本实施例也可以利用光子晶体技术实现。例如，不同的层是具有不同光学性质的光子晶体。或者，也可以将二元光学技术与光子晶体技术结合使用，例如对不同的层分别使用二元光学的光控制结构和光子晶体的光控制结构，以适应使用或制造方面的需要。当然，与图2所示实施例类似，本实施例也可以采用单色LED激发荧光材料的方式来实现。根据需要，荧光材料可以布置在单色LED与保护件14之间，也可以布置在例如单色LED表面、保护件14中任一层透光衬底15的表面或内部、或者多层透光衬底15之间等等合适的地方。

需要说明的是，上面给出的实施例只是用于对本发明进行更直观的说明而并非穷举，本发明的范围不局限于这些具体的实施例，其范围由权利要求限定。

Claims

1.一种白光发光二极管，包括用于发射光的光源部分和透光的保护件，所述保护件封装在所述光源部分发出的光出射的至少一侧上，其特征在于，所述保护件上一体地形成有光控制构造。

2.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光控制构造包括二元光学构造。

3.如权利要求2所述的白光发光二极管，其特征在于，所述保护件包括入射光侧和出射光侧，在所述入射光侧和出射光侧中的至少一侧上形成有控制至少一种光学性质用的二元光学浮雕图案。

4.如权利要求3所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光学性质至少包括均化。

5.如权利要求4所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分包括多个彩色发光二极管，所述多个彩色发光二极管的钝化层上具有光子晶体结构，所述光子晶体结构使各个所述彩色发光二极管发出的光成为准直光。

6.如权利要求4所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光学性质至少还包括准直。

7.如权利要求6所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分包括多个彩色发光二极管。

8.如权利要求6所述的白光发光二极管，其特征在于，其中具有荧光激发材料，所述光源部分发出的光照射到所述荧光激发材料时能够对其进行激发。

9.如权利要求8所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分包括紫外发光二极管。

10.如权利要求9所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分与所述荧光激发材料之间具有滤光层，所述滤光层能够透射紫外光并反射可见光。

11.如权利要求6到10中任一项所述的白光发光二极管，其特征在于，在所述入射光侧和所述出射光侧上分别形成控制所述均化的浮雕图案和控制所述准直的浮雕图案之一。

12.如权利要求2所述的白光发光二极管，其特征在于，所述保护件包括至少2层，在所述至少2层中的至少一层保护件上一体形成有控制至少一种光学性质用的二元光学浮雕图案。

13.如权利要求12所述的白光发光二极管，其特征在于，在所述至少2层中的至少一层保护件是光子晶体，所述光子晶体中不同折射率部分周期性分布使入射光经过所述光子晶体构造层后至少具有一种光学性质。

14.如权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光控制构造包括光子晶体构造。

15.如权利要求14所述的白光发光二极管，其特征在于，所述保护件包括入射光侧和出射光侧，在所述入射光侧和出射光侧中的至少一侧上形成有光子晶体构造，所述光子晶体构造中不同折射率部分周期性分布使入射光经过所述光子晶体构造后至少具有一种光学性质。

16.如权利要求15所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光学性质至少包括均化。

17.如权利要求16所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分包括多个彩色发光二极管，所述多个彩色发光二极管的钝化层上具有光子晶体结构，所述光子晶体结构使各个所述彩色发光二极管发出的光成为准直光。

18.如权利要求16所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光学性质至少还包括准直。

19.如权利要求18所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分包括多个彩色发光二极管。

20.如权利要求18所述的白光发光二极管，其特征在于，其中具有荧光激发材料，所述光源部分发出的光照射到所述荧光激发材料时能够对其进行激发。

21.如权利要求20所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分包括紫外发光二极管。

22.如权利要求21所述的白光发光二极管，其特征在于，所述光源部分与所述荧光激发材料之间具有滤光层，所述滤光层能够透射紫外光并反射可见光。

23.如权利要求18到22中任一项所述的白光发光二极管，其特征在于，在所述入射光侧和所述出射光侧上分别形成控制所述均化的光子晶体构造和控制所述准直的光子晶体构造之一。

24.如权利要求14所述的白光发光二极管，其特征在于，所述保护件包括至少2层，所述至少2层中的至少一层保护件是光子晶体，所述光子晶体中不同折射率部分周期性分布使入射的光经过所述光子晶体构造后层至少具有一种光学性质。