CN102187486B - 发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光器件(100)，包括至少一个发光器(101)、衬底和反射光学壳(103，108)，在反射光学壳(103，108)与一个或者多个发光器(101)之间的空间至少部分地由反射材料(104)的悬浮物填充，以便增加从一个或多个发光器(101)输出的光。
Description
技术领域
本发明涉及发光器件领域，并且更具体地涉及一种对其光输出的改进。
背景技术
常规地已知根据上述技术领域的发光器件。它们在需要可以通过校准光来获得的光束性能时用作光源。这是在比如汽车前/后灯、发光二极管(LED)迷你型投影机、聚光灯和可调色LED源这样的器件中，其中混合来自个别裸片的发射是应用所需要的。在US2008/0094835中描述了这一类发光器件，其中光引擎包括具有至少一个孔的室和定位于这一室以内的多个LED元件，其中通过在壁的内表面与透明覆盖板之间夹入干燥粉末将室的所有内表面有效地实现为高反射表面。
在US2008/0094835中的涉及到使用粉末的方式需要绑定装置，比如覆盖板。这可能例如需要覆盖板中的孔或者耦合输出元件。另外，为了获得高度反射表面，粉末层需要为2-3mm。也有粉末将未被恰当分散的风险和其中粉末层可能更薄的区域，因此未充分足够分散光。因此需要一种改进的发光器件。
发明内容
实现一种光输出有改进的发光器件将是有利的。也将希望实现一种更容易制造的发光器件。另外，也将希望实现一种需要更少材料消耗的发光器件。本发明的目的在于克服这些问题并且提供一种其中光输出有改进的发光器件。
另外，本发明解决如下方面：对发光器件旁边的衬底的直视可能由于许多衬底的低反射率而产生暗纹。如果如例如在汽车前灯应用那样对光源直接成像或者投影，则这些暗纹可能产生赝像。
为了更好地解决这些考虑中的一个或者多个考虑，在本发明的第一方面中提供一种发光器件，该发光器件包括布置于衬底上的至少一个发光器和至少部分地横向包围至少一个发光器的反射光学壳，其中在反射光学壳与至少一个发光器之间的空间至少部分地由反射材料的悬浮物填充。在例如厚LED或者薄膜倒装芯片(TFFC)的、具有厚陶瓷平铺的许多发光构造中，光从侧面发出，该陶瓷平铺的顶部具有嵌入的磷光体颗粒(在本申请中称为Lumiramic或者Lumiramic平铺)。悬浮物的一种效果在于比如向侧面反射在非所需方向上发射的光，这些光原本将部分地由衬底吸收并且未被恰当校准或者混合从而损失效率。因此，悬浮物反射从发光器发射的光。因此，可以将光反射回发光器中。作为一项优点，则增加了从发光器的顶表面输出的光。将悬浮物与反射光学壳一起用于在封装级(也称为2级)的校准、混色和/或聚光的一项优点在于，它在光学上高效，比在光线至少部分地由衬底吸收时反射更多光。反射材料的悬浮物可以用来将从发光器的侧面发射的光反射回发光器中，该光将最终在光反射器中从顶表面离开。另外，悬浮物保护裸片以免在处置模块之时触摸裸片。悬浮物易于分散于一个或多个发光器与反射光学壳的壁之间的空间中。在更多发光器在相同反射光学壳中的情况下，反射材料的悬浮物避免在发光器之间的“串扰”，即来自一个发光器的光进入另一发光器。如果使用可寻址的发光器，则将有从未寻址的发光器发射的光，因为在寻址与未寻址的发光器之间未使用阻挡，并且将不希望这样。通过使用反射材料的悬浮物来避免这一串扰。另外，反射材料的悬浮物产生如下机械稳健性，该机械稳健性如同额外支撑一样工作，以例如将Lumiramic平铺与TFFC保持在一起并且固定到衬底。反射材料的悬浮物也可以改进在发光器和/或裸片和/或Lumiramic和/或TFFC与衬底之间的导热。反射材料的悬浮物还相对于环境密封了发光器及其电触点。反射材料的悬浮物还可以消除沿着发光器的侧面的由潮气、污染等引起的可能短路路径。
根据本发明的一个实施例，一种发光器件还可以包括适合于涂覆反射材料的至少一个通道。通道的一项优点在于它允许例如通过注入来便利地涂覆反射材料。也可以用其它方式涂覆反射材料，从而发光器/裸片/TFFC/Lumiramic的一个或多个侧面由反射材料包围。
根据本发明的一个实施例，发光器件还可以包括在反射光学壳中、在衬底中或者在衬底的界面与反射光学壳之间的相交部中形成通道。这样做的一项优点在于一个或多个通道可以放置于它最适合之处。这可以依赖于生产技术。例如，如果通过层蚀刻来生产器件或者其部分，则作为替代可以将通道蚀刻到衬底中。也可以从顶部涂覆悬浮物。
根据本发明的一个实施例，发光器件可以包括白反射光学壳或者镜反射光学壳或者其任何组合。镜反射光学壳可以提供对光的更好校准，而白反射光学壳可以提供对光的更好混合。
根据本发明的一个实施例，一种发光器件可以包括反射光学壳，该反射光学壳构成校准器、聚集器、色/或光混合器或者其任何组合。这使得有可能控制用于不同应用的光的展度(etendue)。
根据本发明的一个实施例，一种光学器件，其中反射材料包括TiO2、其它反射颗粒或者其任何组合。TiO2浓度或者其它反射颗粒的浓度按体积可以至少为20％以便赋予悬浮物以所需反射率。悬浮物可以是清澈的，其中某一数量的高度反射颗粒具有光谱中性特性。这可以向悬浮物提供良好反射质量。可以用于颗粒的其它反射材料包括BaSO4、Al2O3、MgO、卤磷酸钙、焦磷酸钙和/或YBO3。
根据本发明的一个实施例，一种发光器件可以包括反射材料，该反射材料从衬底延伸到发光器的高度的至少50％，优选地从衬底延伸到发光器的高度的至少75%，更优选地从衬底延伸到发光器的高度的至少90%，并且最优选地从衬底延伸到发光器的高度的至少100％。换而言之，发光器件可以包括反射材料，该反射材料实质上覆盖至少一个发光器的侧表面，覆盖至少一个发光器的侧表面的50％，优选为75％，更优选为90％，最优选为100％。一项优点在于，覆盖越好则光的混合和/或校准和/或反射就越好。发光器的高度被定义为发光器从衬底伸展上至发光器或者发光二极管最高点的部分。另外，可以与发光器邻近布置Lumiramic平铺，以便如果期望的话生成白光。一个或多个发光器的侧面和高度可以包括Lumiramic平铺。反射材料的悬浮物可以到达比发光器的高度更高的点、例如从反射光学壳朝发光器倾斜。
根据本发明的一个实施例，一种发光器件包括至少一个TFFC裸片。一项优点在于，此处在光路中无负极/正极。
在第二方面中，本发明涉及一种用于制造发光器件的方法，该方法包括：提供至少一个发光器布置于其上的衬底；布置至少部分地横向包围至少一个发光器的反射光学壳；用反射材料的悬浮物填充在反射光学壳与至少一个发光器之间的空间。这里无需更多绑定装置来保证反射颗粒保持就位，因为绑定装置以悬浮物的形式存在。它比粉末更可控并且需要更少工作步骤。
悬浮物的一种效果在于，比如向侧面反射在非所需方向上发射的如下光，这些光原本将部分地由衬底吸收并且未被恰当校准或者混合从而损失效率。因此，悬浮物反射从发光器发射的光。因此，可以将光反射回发光器中。作为一项优点，然后有效增加从发光器输出的光。另外，悬浮物在处置模块之时保护裸片免受触摸。悬浮物易于分散于在一个或多个发光器与反射光学壳的壁之间的空间中。在更多发光器在相同相应光学壳中的情况下，反射材料的悬浮物避免在发光器之间的“串扰”，即来自一个发光器的光进入另一发光器。如果使用可寻址的发光器，则将有从未寻址的发光器发射的光，因为在寻址与未寻址的发光器之间未使用阻挡，并且将不希望这样。通过使用反射材料的悬浮物来避免这一串扰。另外，反射材料的悬浮物产生如下机械稳健性，该机械稳健性如同额外支撑一样工作，以例如将Lumiramic平铺与TFFC保持在一起并且固定到衬底。反射材料的悬浮物也可以改进在裸片和/或Lumiramic和/或TFFC与衬底之间的导热。反射材料的悬浮物还相对于环境密封裸片或者TFFC或者发光器及其电触点。反射材料的悬浮物还可以消除沿着发光器的侧面由潮气、污染等引起的可能短路路径。
根据本发明的一个实施例，该方法还可以包括固化反射材料。通过固化悬浮物，无需更多层或者额外材料来保持反射材料就位。这提供更少工作步骤并且提供悬浮物在裸片周围的服帖配合，因此可以防止污垢、灰尘、污染或者其它非所需材料影响反射性。
根据本发明的一个实施例，在该方法中，通过层蚀刻来布置或者通过注模(例如用扩散白色塑料)或者通过在包括反射涂层的衬底中蚀刻恰当形状，此后将发光器或者裸片放置于衬底上或者通过对金属件进行成形，将它弯曲成形(金属或者在金属上的涂层或多或少镜反射)或者通过任何其它已知技术，来生产反射光学壳。
根据本发明的一个实施例，该方法还可以包括经过反射光学壳中的通道注入反射材料。这使得有可能在发光器的侧面周围确切地在需要反射材料之处涂覆反射材料，因而最终无材料在发光器上面，从而阻止或者反射在非所需方向上光。
根据本发明的一个实施例，该方法可以包括通过毛细作用力将反射材料分散到在反射光学壳与至少一个发光器之间的空间中。这可以保证对悬浮物的最佳分散，因此避免悬浮物中的气孔，因此提供对光的良好反射。
发光器可以是发光二极管(LED)、TFFC裸片、裸片、闪光LED或者任何其它发光器件的形式。
反射光学壳为可选的，并且可以被排除。为了保持悬浮物在有流动性之时就位，可能应用对悬浮物的移动进行定界的临时装置。
独立权利要求中的“...空间...至少部分地由...悬浮物填充”或者“填充”意味着可以填充或者部分地填充在个别发光器与相应光学壳的一个或多个壁之间的空间或者空位的部分。重要因素在于，一个或多个LED或者一个或多个发光器的越多侧面被覆盖，即获得越高效的反射。因此如果完全覆盖一个或多个LED或者一个或多个发光器的侧面，则获得最好结果。当使用本发明的实施例时，若干发光器裸片可以存在于相应光学壳的周围内。例如对于汽车前灯模块。裸片例如为约1mm宽和0.16mm高。前灯模块中的4个发光器裸片的线性阵列可以与它的波束形成光学器件和散热器一起使用，该模块可以约为50mm宽和75-100mm长。为了根据官方法规形成完整低光束，可以使用这些单元中的通常2-3个单元。也可以使用其它如下构成，这些构成包括或多或少发光器裸片，这些裸片形成线性、圆形或者另一形状的构成。
注意，本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能组合。也就是说，在第一方面中提到的特征可以应用于第二方面中，并且反之亦然。
根据下文描述的实施例，将清楚本发明的这些和其它方面，并且将参照这些实施例将阐明这些和其它方面。一般而言，除非这里另有明确定义，权利要求书中所用术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释。除非另有指明，对“一个/一种/该/所述[元件、器件、部件、装置、步骤等]”的所有引用将开放式解释为指代所述元件、器件、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非另有指明，无需以公开的确切顺序进行这里公开的任何方法的步骤。
附图说明
现在将参照示出了本发明当前优选实施例的附图来具体描述本发明的这一和其它方面。
图1是在散热器上的衬底上的裸片或者具有Lumiramic平铺的裸片或者LED的示意透视图。
图2是在散热器上的衬底上的校准器的示意透视图。
图3是在散热器上的衬底上的校准器的第一实施例的示意透视图。
图4是根据本发明一个实施例的在散热器上的衬底上的反射聚集器/色和/或光混合器的示意透视图。
图5是根据本发明一个实施例的在散热器上的衬底上的反射聚集器/色和/或光混合器的第二实施例的示意透视图。
图6是示出了光线的示例的在散热器上的衬底的校准器的一个实施例的示意透视图。
图7是示出了光线的示例的在散热器上的衬底上的反射聚集器/色和/或光混合器的示意透视图。
图8是示出了光线的示例的根据本发明一个实施例的在散热器上的衬底的校准器的第三实施例的示意透视图。
图9是示出了光线的示例的根据本发明一个实施例的在散热器上的衬底上的反射聚集器/色和/或光混合器的第四实施例的示意透视图。
图10是第五实施例的示意透视图。
标号通篇适用，也就是说，相同标号适用于相同元件。
具体实施方式
图1-图9示出了根据本发明的发光器件的各种实施例。
图1-图3代表根据本发明一个实施例的涂覆悬浮物的步骤。
图1、图4和图5代表根据本发明另一实施例的涂覆悬浮物的步骤。
图6-图9图示了各种实施例中的光线的示例。
图10图示了一个替代实施例。
在图1中图示了发光器件100的示意透视图，其中裸片或者发光器101在散热器107上的衬底102上。这是本发明若干实施例的三个制造步骤之中的第一步骤。这里示出了在布置于散热器107上的衬底102上布置的发光器101。标号110表明发光器的可以从发光器的最高点算起的高度。在后续步骤中，这一布置将被适配用于它的具体用途。这惯称为1级，可以是在包括接触图案等的衬底上的LED裸片。后续附图涉及2级。2级可以包括在组件周围的封装，从而使得它适合于在如下应用中使用：保护壳，该壳包括通向外界的电、机械、热和光学接口。
在图2中图示了在散热器上的衬底上的反射聚集器/色和/或光混合器的示意透视图。这是第二步骤和在涂覆反射材料/悬浮物的图3之前的步骤。这一实施例的发光器件100包括在布置于散热器107上的衬底102上的发光器101。结合衬底102布置反射光学壳--在本说明书中也称为聚集器/色和/或光混合器或者校准器--108。校准器108可以是白反射或者由反射性能高的材料如镜面、铬、银、铝或者透镜制成。另外，发光器件100包括一个或者多个通道105。一个或者多个通道应当适合于涂覆反射材料的悬浮物。将空间106图示为由校准器108的壁、LED101的壁、衬底102的底部和在校准器的壁到LED101的顶部之间伸展的虚线所围绕。空间106也可以是这里所示空间的一部分。例如，如果仅部分地填充空间时，也就是说，覆盖衬底102的在别的情况下暴露的底部，但是悬浮物未伸展到LED的顶部。
在图3中图示了在散热器107上的衬底102上的校准器108的第一实施例的示意透视图。这是第三步骤。这里已经涂覆悬浮物/反射材料104。
在图4中图示了在散热器上的衬底上的反射聚集器/色和/或光混合器的示意透视图。这是在涂覆反射材料/悬浮物的图5之前的第二步骤。这一实施例的发光器件100包括在布置于散热器107上的衬底102上布置的发光器101。结合衬底102布置反射光学壳--在本说明书中也称为聚集器/色和/或光混合器或者校准器--103。聚集器/色和/或光混合器103可以是白反射或者由反射性能高的材料如镜面、铬、银、铝或者透镜制成。另外，发光器件100包括一个或者多个通道105。一个或者多个通道应当适合于涂覆反射材料的悬浮物。将空间106图示为由聚集器/色和/或光混合器103的壁、LED101的壁、衬底102的底部和在聚集器/色和/或光混合器103的壁到LED101的顶部之间伸展的虚线所围绕。空间106也可以是这里所示空间的一部分。例如，如果仅部分地填充空间，也就是说，覆盖衬底102的在别的情况下暴露的底部，但是悬浮物未伸展到LED的顶部。
在图5中图示了在散热器107上的衬底102上的聚集器/色和/或光混合器103的第一实施例的示意透视图。这是第二实施例的第三步骤。这里已经涂覆悬浮物/反射材料104。
对于图3和图5，可以经过通道105进行涂覆。利用适当材料也可以从光线通常离开器件的上方涂覆悬浮物/反射材料104。
图6图示了图2上所示的透视图，但是这里已经添加光线109的示例。它示出了从裸片101的侧面离开的光部分地被衬底102吸收，并且另外使光从其向上行进的“有效”表面具有宽度W。
图7图示了图4上所示的透视图，但是这里已经添加光线的示例。这里，宽度W”与图6上的宽度相比有所减少。另外图示了与图6上相同的问题。从裸片的侧面离开的光线109由衬底吸收，因此减少照度或者亮度，因为更少光线109离开反射光学壳。聚集器聚集光，但是一些射线可能如虚线所示留在反射光学壳以内。
图8图示了图3上所示的透视图，但是这里已经添加光线109的示例。这里，光线109在悬浮物104中被反射，因此更多光经过校准器108的顶部离开，从而造成更高照度。
图9图示了图5上所示的透视图，但是这里已经添加光线109的示例。这里，悬浮物造成离开裸片侧面的光线被反射并且更多光将离开聚集器/色和/或光混合器103的顶部。
图10图示了其中仅反射材料104(该反射材料可以是悬浮物)放置于发光器101周围的一个实施例。可能需要用于容纳反射材料的临时装置(未示出)，因为这一实施例不含反射光学壳、校准器或者/色/光混合器或者聚集器。可以存在多个发光器101。
当提及“悬浮物”或者“反射材料的悬浮物”或者“反射材料”时，其实提及的是相同材料。也可以使用未必构成悬浮物的其它材料。重要的是它的光反射能力。
反射材料或者颗粒可以例如悬浮于硅树脂或者其它清澈或者实质上清澈材料中。
当提及通道时意味着管道或者引导件，该管道或者引导件的入口放置于校准器或者聚集器或者色和/或光混合器或者衬底的外侧上，而其出口在可以是校准器/聚集器或者色和/或光混合器的反射光学壳的壁与LED之间放置于衬底中，或者在如下级处放置于反射光学壳中，悬浮物在该级处能够在LED周围扩展，因此保证光的最佳反射。如果悬浮物或者材料能够分散它本身并且提供所需反射效果，则通道还可以放置于反射光学壳的壁上。通道的入口和/或出口可以具有不同形状、比如圆形、方形、三角形、长方形/椭圆形或者任何其它形状。发光器件也可以包括两个或者更多通道。这可以提供向所有所需区域更加便利地分布悬浮物。
即使在附图上的反射光学壳确实具有相对于衬底的某一角度，但是该角度根据应当分散还是聚集光可以在1度与179度之间，更优选地在30与150度之间变化。壁可以形成开放或者部分闭合的腔或者其组合，例如两个壁可以向彼此倾斜而其它两个壁可以打开。
当提及Lumiramic时意味着通过Lumiramic磷光体技术来产生的材料，这可以将在给定色温的细微仓数目减少百分之75或者更多。
本领域技术人员认识到本发明决不限于上述优选实施例。恰好相反，许多修改和变化在所附权利要求书的范围内是可能的。例如多个如两个或者更多发光器可以布置于同一校准或者聚集或者混色结构内。也理解来自任何实施例的任何特征可以使用于另一实施例中。
Claims (13)
1.一种发光器件(100)，包括
布置于衬底(102)上的至少一个发光器(101)和至少部分地横向包围所述至少一个发光器(101)的反射光学壳(103，108)，其中在所述反射光学壳(103，108)与所述至少一个发光器(101)之间的空间(106)至少部分地由反射材料(104)的悬浮物填充，其中所述发光器件还包括适合于涂覆所述反射材料(104)的至少一个通道(105)，其中所述反射材料(104)通过毛细作用力来分散到在所述反射光学壳(103，108)与所述至少一个发光器(101)之间的所述空间(106)中。
2.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述通道形成于所述反射光学壳(103，108)、所述衬底(102)或者在所述衬底(102)的界面与所述反射光学壳(103，108)之间的相交部中。
3.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射光学壳(103，108)为白反射、镜反射或者其任何组合。
4.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射光学壳(103，108)构成校准器、聚集器、色和/或光混合器或者其任何组合。
5.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射材料(104)包括反射颗粒或者不同反射颗粒的组合。
6.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射材料(104)包括TiO2、BaSO4、Al2O3、MgO、卤磷酸钙和/或YBO3。
7.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射材料(104)从所述衬底延伸至所述发光器(101)的高度(110)的至少50％。
8.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射材料(104)从所述衬底延伸至所述发光器(101)的高度(110)的至少75％。
9.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射材料(104)从所述衬底延伸至所述发光器(101)的高度(110)的至少90％。
10.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述反射材料(104)从所述衬底延伸至所述发光器(101)的高度的至少100％。
11.根据权利要求1所述的发光器件(100)，其中所述发光器件包括至少一个薄膜倒装芯片(TFFC)裸片。
12.一种用于制造发光器件(100)的方法，包括：
-提供至少一个发光器(101)布置于其上的衬底(102)；
-布置至少部分地横向包围所述至少一个发光器(101)的反射光学壳(103，108)；
-用反射材料(104)的悬浮物至少部分地填充在所述反射光学壳(103，108)与所述至少一个发光器(101)之间的空间，其中通过经过所述反射光学壳(103，108)中的通道(105)注入所述反射材料(104)来进行填充，其中所述反射材料(104)通过毛细作用力来分散到在所述反射光学壳(103，108)与所述至少一个发光器(101)之间的所述空间(106)中。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括固化所述反射材料(104)。
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