CN102484193A - 结合窗口元件的模制透镜 - Google Patents

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Abstract

一种光发射器包括发光器件（LED）管芯和LED管芯之上的光学元件。该光学元件包括透镜、窗口元件以及设置在透镜与窗口元件之间的界面处的接合物。窗口元件可以是波长转换元件或者光学平板。窗口元件可以直接接合或者熔融至透镜，或者窗口元件可以通过一个或多个中间接合层接合至透镜。窗口元件与透镜之间的接合物可以具有与窗口元件、透镜或二者的折射率类似的折射率。

Description

结合窗口元件的模制透镜
政府资助的研究声明
本发明的一个或多个实施例在能源部颁发的合同no. DE-FC26-08NT01583下利用政府支持完成。政府在本发明中拥有某些权利。
技术领域
本公开涉及具有发光器件（LED）的光发射器。
背景技术
图1示出了光发射器100的截面图。光发射器100包括发光器件（LED）管芯102和在LED管芯上的磷光体层104。LED管芯102安装到支撑106上。支撑106可以包括将LED管芯102耦合到外部部件的迹线和引线。支撑106也可以包括驱散来自光发射器100的热量的散热器。
将透镜108跨LED管芯102和磷光体层104安装到支撑106，并且透镜内部的密封剂110密封LED管芯和磷光体层。暴露于光、热和/或湿气时，透镜108和/或密封剂110可能在高功率短波蓝色或紫外（UV）LED操作下变成黄色或褐色。
发明内容
在本公开的一个或多个实施例中，光发射器包括发光器件（LED）管芯以及LED管芯之上或紧邻LED管芯的光学元件。该光学元件可以包括透镜、窗口元件以及设置在透镜与窗口元件之间的界面处的接合物（bond）。窗口元件可以是波长转换元件或者光学平板。窗口元件可以直接接合或者熔融至透镜，或者窗口元件可以通过一个或多个中间接合层接合至透镜。窗口元件与透镜之间的接合物可以具有与窗口元件、透镜或二者的折射率类似的折射率。
附图说明
在附图中：
图1示出了现有技术光发射器的截面图；
图2A、图2B、图3A、图3B、图4A和图4B示出了本公开的实施例中的光发射器的截面图；
图5示出了本公开的一个或多个实施例中的可以在用于形成透镜与窗口元件之间的接合的工艺中使用的设备；
图6-13示出了本公开的实施例中的具有窗口元件的不同类型的透镜的截面图；
图14和图15示出了本公开的实施例中的光发射器的截面图；
图16示出了本公开的一个或多个实施例中的可以在用于在窗口元件上形成接合层的工艺中使用的设备；
图17示出了本公开的一个或多个实施例中的具有可以在图16的设备中形成的接合层的窗口元件；
图18示出了本公开的一个或多个实施例中的可以在用于在透镜上形成接合层的工艺中使用的设备；
图19示出了本公开的一个或多个实施例中的具有可以在图18的设备中形成的接合层的透镜；以及
图20为本公开的一个或多个实施例中的处于菲涅耳透镜形状的包括凹槽的透镜的截面图。
不同的图中相同附图标记的使用表示相似或相同的元件。
具体实施方式
图2A示出了依照本公开的一个或多个实施例的光发射器200的截面图。光发射器200包括安装到支撑204上的LED管芯202。
LED管芯202包括n型层、紧邻n型层的发光层（通常称为“有源区域”）、紧邻发光层的p型层以及紧邻p型层的导电反射层。在一个或多个实施例中，可以使用导电透明接触层，诸如例如氧化铟锡、铝掺杂氧化锌以及锌掺杂氧化铟。取决于实施例，可以在“倒装芯片”布置中将n和p型层的n和p型金属接触设置在LED管芯202的相同侧。这些半导体层外延生长在衬底或衬顶（superstrate）上，所述衬底或衬顶可以被移除，从而只留下外延层。
支撑204可以包括具有电引线的外壳206、外壳中的散热器208以及安装到散热器上的基板（submount）210。LED管芯202经由诸如焊料、金或者金锡互连之类的接触元件212安装到基板210上。基板210可以包括具有通孔的衬底，或者可以包括LED管芯202的基板上再分布的金属图案。接合线可以将基板210上的接合线焊盘耦合到外壳206的电引线，这些电引线在光发射器200与外部部件之间传递电信号。
可以在LED管芯202与基板210之间施加底层填料。底层填料可以提供机械支撑并且可以密封LED管芯202与基板210之间的空隙以免受污染物。底层填料可以阻挡来自LED管芯202侧面的任何边缘发射。底层填充材料可以具有良好的热导率并且可以具有与LED管芯202、基板210和接触元件212中的至少一个近似匹配的热膨胀系数（CTE）。此外，底层填充材料可以具有与如后面所描述的透镜214、窗口元件222、第一硅树脂230和第二硅树脂232中的至少一个或者如后面所描述的透镜314、接合层330和保护侧面涂层332中的至少一个近似匹配的CTE。CTE可以在一个或多个实施例中在彼此的500%或更少以内匹配、在一个或多个实施例中在彼此的100%或更少以内匹配、在一个或多个实施例中在彼此的50%或更少以内匹配以及在一个或多个实施例中在彼此的30%或更少以内匹配。底层填充材料可以为环氧树脂或者硅树脂，并且可以具有填充材料。
更多的信息可以见诸美国专利No. 7462502、No. 7419839、No. 7279345、No. 7064355、No. 7053419和No. 6946309以及美国专利申请公布No. 20050247944，这些文献共同被转让并且通过引用全部被合并。
光学元件位于LED管芯202之上或者紧邻LED管芯202。在本公开的一个或多个实施例中，光学元件包括从LED管芯202提取光的高折射率透镜214。透镜214包括具有平顶（ceiling）218的腔体216。透镜214具有比常规硅树脂透镜更大的折射率（RI）。在LED管芯202发射的波长处，透镜214可以具有1.5或更大（例如1.7或更大）的RI。透镜214可以具有这样的形状和尺寸，使得从LED管芯202进入透镜的光将在接近法向入射下与透镜出射表面220相交，从而通过降低透镜出射表面与外界介质（例如空气）之间的界面处的全内反射而增加光输出。
透镜214可以是半球形透镜或者菲涅耳透镜。透镜214也可以是光聚集器，其包括全内反射器以及具有涂敷有反射金属、电介质材料或反射涂层以便反射或重定向入射光的壁的光学元件。反射涂层的一个实例是来自纽约的孟塞尔颜色服务的孟塞尔白色反射涂层。
透镜214可以由以下材料的任意组合形成：光学玻璃，高折射率玻璃，蓝宝石，钻石，碳化硅，氧化铝，诸如磷化镓之类的III-V族半导体，诸如硫化锌、硒化锌和碲化锌之类的II-VI族半导体，IV族半导体和化合物，金属氧化物，金属氟化物，以下任何一种的氧化物：铝、锑、砷、铋、钙、铜、镓、锗、镧、铅、铌、磷、碲、铊、钛、钨、锌或锆，多晶氧化铝（透明氧化铝），氧氮化铝（AlON），立方氧化锆（CZ），钆镓石榴石（GGG），磷化镓（GaP），钛酸锆酸镧铅（PLZT），锆钛酸铅（PZT），氧氮化硅铝（SiAlON），碳化硅（SiC），氧氮化硅（SiON），钛酸锶，钇铝石榴石（YAG），硫化锌（ZnS），尖晶石，Schott玻璃LaFN21、LaSFN35、LaF2、LaF3、LaF10、NZK7、NLAF21、LaSFN18、SF59或LaSF3，Ohara玻璃SLAM60或SLAH51，或者其任意组合。Schott玻璃可从宾夕法尼亚州杜里埃的Schott玻璃技术公司获得，并且Ohara玻璃可从新泽西州萨默维尔的Ohara公司获得。
透镜214可以包括将LED管芯202发射的波长的光转换成其他波长的发光材料。在一个或多个实施例中，透镜214的透镜出射表面220上的涂层包括发光材料。该发光材料可以包括常规的磷光体颗粒、有机半导体、II-VI或III-V族半导体、II-VI或III-V族半导体量子点或纳米晶体、染料、聚合物或者发光的诸如氮化镓（GaN）之类的材料。可替换地，透镜出射表面220附近的透镜214区域可以掺杂有发光材料。可替换地，透镜214可以包含波长转换区域。透镜214可以在透镜出射表面220上包括单层或多层的防反射涂层（AR）以便进一步抑制出射表面处的反射。
透镜214也可以包括后面针对窗口元件222、接合层219、接合层330、接合层1402和接合层1410列出的材料中的任何一种。
更多的信息可以见诸美国专利No. 7279345、No. 7064355、No. 7053419、No. 7009213、No. 7462502和No. 7419839，这些文献共同被转让并且通过引用全部被合并。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件包括窗口元件222，该窗口元件修改LED管芯202的发射光谱、提供平坦的光学表面或者实现这二者。窗口元件222可以直接接合或熔融至透镜214的平顶218以便形成整体元件。窗口元件222可以例如在模制工艺期间直接接合或熔融至透镜214的平顶218。窗口元件222可以在透镜214例如通过例如在模具中冷却或固化而变成固体或变硬之前或者同时置于平顶218上。窗口元件222也可以通过例如在模具中将透镜模制到窗口元件之下或之上而在平顶218处嵌入到透镜214中。
可替换地，图2B示出了可以在例如后面参照图16-19描述的工艺中利用接合层219将窗口元件222接合至透镜214。接合层219可以包括后面针对接合层330列出的材料中的任何一种，这些材料例如氯化铅，溴化铅，氟化钾，氟化锌，铝、锑、砷、铋、硼、铅、锂、磷、钾、硅、钠、碲、铊、钨或锌的氧化物或者其任意混合物。
在LED管芯202发射的波长处，窗口元件222可以具有1.5或更大（例如1.7或更大）的RI。设置在窗口元件222与透镜214之间的界面处的接合物可以具有与窗口元件和透镜中的任一个或二者的RI基本上匹配的RI、处于窗口元件和透镜的RI的中间的RI或者比窗口元件或透镜的RI更大的RI。当这些RI在一个或多个实施例中处于彼此的100%或更少以内、在一个或多个实施例中处于彼此的50%或更少以内、在一个或多个实施例中处于彼此的25%或更少以内以及在一个或多个实施例中处于彼此的10%或更少以内时，这些RI基本上匹配。例如，接合物的RI和窗口元件222或透镜214的RI可以处于彼此的±0.05以内。在本公开的一个或多个实施例中，将具有窗口元件222的透镜214安装到支撑204上以封闭LED管芯202。
窗口元件222可以由针对透镜214和接合层219、330、1402和1410描述的任意材料和材料组合形成，所述材料例如氧氮化铝（AlON），多晶氧化铝氧化物（透明氧化铝），氮化铝，立方氧化锆，钻石，氮化镓，磷化镓，蓝宝石，碳化硅，氧氮化硅铝（SiAlON），氧氮化硅（SiON），尖晶石，硫化锌，或者碲、铅、钨或锌的氧化物。
窗口元件222可以具有与透镜214的CTE近似匹配的CTE以便降低窗口元件中的应力并且防止窗口元件在加热和冷却时变得脱离透镜。CTE可以在一个或多个实施例中在彼此的100%或更少以内匹配、在一个或多个实施例中在彼此的50%或更少以内匹配以及在一个或多个实施例中在彼此的30%或更少以内匹配。
在本公开的一个或多个实施例中，窗口元件222为修改LED管芯202的发射光谱以便提供光的一种或多种希望的颜色的波长转换元件。可以响应于LED管芯202产生的光的波长而控制该波长转换元件的厚度，这导致可高度复现的相关色温。
波长转换元件可以是用于产生一种颜色的光的陶瓷磷光体板或者用于产生不同颜色的光的一堆陶瓷磷光体板。也称为“发光陶瓷”的陶瓷磷光体板可以是陶瓷磷光体厚片（slab）。在LED管芯202发射的波长处，陶瓷磷光体板可以具有1.4或更大（例如1.7或更大）的RI。陶瓷磷光体板可以是Y3Al5O12:Ce3+。
陶瓷磷光体板可以是琥珀色至红色发射稀土金属激活氧代次氮基铝硅酸盐（oxonitridoalumosilicate），具有通式(Ca1-x-y-zSrxBayMgz)1-n(Al1-a+bBa)Si1-bN3-bOb:REn，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤a≤1，0<b≤1且0.002≤n≤0.2，并且RE选自铕（II族）和铈（III族）。陶瓷磷光体板中的磷光体也可以是通式为EA2-zSi5-aBaN8-aOa:Lnz、其中0<z≤1且0<a<5的氧化次氮基硅酸盐（oxido-nitrido-silicate），其包含选自包括Mg、Ca、Sr、Ba和Zn的组的至少一个元素EA以及选自包括Al、Ga和In的组的至少一个元素B，并且由选自包括铈、铕、铽、镨及其混合物的组的镧系元素激活。
陶瓷磷光体板也可以是铝石榴石磷光体，具有通式(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5O12: CeaPrb，其中0<x<1，0<y<1，0<z≤0.1，0<a≤0.2并且0<b≤0.1，例如Lu3Al5O12:Ce3+和Y3Al5O12:Ce3+，其发射黄色-绿色范围内的光；以及(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz 2+，其中0≤a<5，0<x≤1，0≤y≤1并且0<z≤1，例如Sr2Si5N8:Eu2+，其发射红色范围内的光。其他发射绿色、黄色和红色的磷光体也可以是合适的，包括：(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua 2+（a=0.002-0.2，b=0.0-0.25，c=0.0-0.25，x=1.5-2.5，y=1.5-2.5，z=1.5-2.5)，其包括例如SrSi2N2O2:Eu2+；(Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+，其包括例如SrGa2S4:Eu2+；Sr1-xBaxSiO4:Eu2+；以及(Ca1-xSrx)S:Eu2+，其中0<x≤1，其包括例如CaS:Eu2+和SrS:Eu2+。其他合适的磷光体包括例如CaAlSiN3:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+以及(Sr,Ca,Mg,Ba,Zn)(Al,B,In,Ga)(Si,Ge) N3:Eu2+。
陶瓷磷光体板也可以具有通式(Sr1-a-bCabBacMgdZne)SixNyOz:Eua 2+，其中0.002≤a≤0.2，0.0≤b≤0.25，0.0≤c≤0.25，0.0≤d≤0.25，0.0≤e≤0.25，1.5≤x≤2.5，1.5≤y≤2.5并且1.5≤z≤2.5。陶瓷磷光体板也可以具有通式MmAaBbOoNn:Zz，其中元素M为一个或多个二价元素，元素A为一个或多个三价元素，元素B为一个或多个四价元素，O为可选的且可以不在磷光体板中的氧，N为氮，元素Z为激活剂，n=2/3m+a+4/3b-2/3o，其中m、a、b都可以为1并且o可以为0且n可以为3。M为选自Mg（镁）、Ca（钙）、Sr（锶）、Ba（钡）和Zn（锌）的一个或多个元素，元素A为选自B（硼）、Al（铝）、In（铟）和Ga（镓）的一个或多个元素，元素B为Si（硅）和/或Ge（锗），并且元素Z为选自稀土或过渡金属的一个或多个元素。元素Z为选自Eu（铕）、Mn（锰）、Sm（钐）和Ce（铈）的至少一个或多个元素。元素A可以为Al（铝），元素B可以为Si（硅）并且元素Z可以为Eu（铕）。
陶瓷磷光体板也可以是Eu2+激活的Sr-SiON，其具有分子式(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua，其中a=0.002-0.2，b=0.0-0.25，c=0.0-0.25，x=1.5-2.5，y=1.5-2.5，z=1.5-2.5。
陶瓷磷光体板也可以是化学改变的Ce:YAG磷光体，其通过向Ce:YAG磷光体掺杂镨（Pr）的三价离子而产生。陶瓷磷光体板可以包括主要荧光材料和补充荧光材料。主要荧光材料可以是Ce:YAG磷光体并且补充荧光材料可以是铕（Eu）激活的硫化锶（SrS）磷光体（“Eu:SrS”）。主要荧光材料也可以是Ce:YAG磷光体或者任何其他适当的发射黄色的磷光体，并且补充荧光材料也可以是利用铕激活的硫化钙（CaS）和硫化锶（SrS）的混合三元晶体材料((CaxSr1-x)S:Eu2+)。主要荧光材料也可以是Ce:YAG磷光体或者任何其他适当的发射黄色的磷光体，并且补充荧光材料也可以是掺杂铕的次氮基硅酸盐（nitrido-silicate）。次氮基硅酸盐补充荧光材料可以具有化学式(Sr1-x-y-zBaxCay)2Si5N8:Euz 2+，其中0≤x,y≤0.5并且0≤z≤0.1。
陶瓷磷光体板也可以具有以上描述的任何磷光体的混合物。
更多的信息可以见诸美国专利No. 7462502、No. 7419839、No. 7544309、No. 7361938、No. 7061024、No. 7038370、No. 6717353和No. 6680569以及美国专利申请公布No. 20060255710，这些文献共同被转让并且通过引用全部被合并。
在本公开的一个或多个实施例中，窗口元件222为具有面向LED管芯202的光学平坦表面的光学平板。该光学平板可以是蓝宝石、玻璃、钻石、碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）或者任何透明、半透明或散射的陶瓷。在一个或多个实施例中，窗口元件222可以是上面针对透镜214和接合层219、330、1402和1410列出的材料中的任何一种。在LED管芯202发射的波长处，光学平板可以具有1.5或更大（例如1.7或更大）的RI。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件可以包括可选的用于从光发射器200提取热量的散热器224。散热器224可以具有可选的翼片226（仅仅标记了两个）。散热器224可以通过例如模制而结合到透镜214中或透镜214上。散热器224可以是层、板、厚片或者环。如果散热器224是透明、半透明或者散射的，那么它可以处于光路中。例如，它可以直接位于窗口元件222上。散热器224可以是钻石、碳化硅（SiC）、单晶氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）或者氮化铝镓（AlGaN），并且它可以是透镜214、窗口元件222或者光学元件的任何部分的一部分。如果散热器224不透明，那么它不可以处于光路中。例如，它可以接触窗口元件222的边缘。散热器224可以是硅，氮化铝（多晶、烧结、热压），诸如银、铝、金、镍、钒、铜、钨之类的金属，金属氧化物，金属氮化物，金属氟化物，热油脂，或者其任意组合。散热器224可以反射产生的光并且可以充当侧面涂层。
在本公开的一个或多个实施例中，将第一硅树脂230施加到LED管芯202和窗口元件222中的一个或二者上，因此在将透镜214安装到支撑204上之后第一硅树脂设置在它们之间。第一硅树脂230帮助将来自LED管芯202的光提取到窗口元件222。第一硅树脂230也可以充当将LED管芯202与对于透镜214的任何外部冲击隔离的机械缓冲，并且可以使得光发射器200更加坚固。第一硅树脂230可以是在LED管芯202发射的波长处具有1.4或更大的RI的聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅树脂。
在将透镜214安装到支撑204上之后，将第二硅树脂232引入腔体216的其余空间中。第二硅树脂232可以填充有反射或散射颗粒。第二硅树脂232可以覆盖窗口元件222的边缘以便降低边缘发射，这在窗口元件为波长转换元件时可能是重要的。第二硅树脂232也可以覆盖第一硅树脂230和LED管芯202的边缘以便降低边缘发射并且帮助将来自LED管芯的光引导至窗口元件222。第二硅树脂232也可以用作LED 202与支撑204之间的底层填料，代替单独的底层填料。第二硅树脂232可以是在LED管芯202发射的波长处具有1.5或更大的RI的苯基取代硅树脂，并且可以填充有反射颗粒，比如例如氮化铝、氧氮化铝（AlON）、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石（GGG）、钛酸锆酸镧铅（PLZT）、锆钛酸铅（PZT）、蓝宝石、氧氮化硅铝（SiAlON）、碳化硅、氧氮化硅（SiON）、钛酸锶、氧化钛、钇铝石榴石（YAG）、硒化锌、硫化锌和碲化锌中的一个或多个。硅树脂230与232之间的界面边界可以用作防止污染物穿越到第一硅树脂中并且在光路中或窗口元件222上积累的屏障。
在一个或多个可替换的实施例中，光发射器200不包括第二硅树脂232。相反地，整个腔体216填充有第一硅树脂230。
在一个或多个可替换的实施例中，光发射器200不包括第一硅树脂230和第二硅树脂232。相反地，在LED管芯202与窗口元件222之间形成空气间隙。在没有第一硅树脂230的情况下，尺寸过大的窗口元件222可以用来捕获尽可能多的来自LED管芯202的发射。尺寸过大的窗口元件222可以跨越腔体平顶218并且可以甚至覆盖腔体侧壁。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件为接合至LED管芯202的透镜214。接合层219可以用来将透镜214接合至LED管芯202。之前和之后的合并的文献中进一步描述了这一点。
图3A示出了在本公开的一个或多个实施例中的光发射器300的截面图。光发射器300包括安装到支撑204上的LED管芯202。光学元件位于LED管芯202之上或者紧邻LED管芯202。在本公开的一个或多个实施例中，光学元件包括从LED管芯202提取光的高折射率透镜314。透镜314可以具有带有底面318的圆顶状形状。透镜314可以具有1.5或更大（例如1.7或更大）的RI。透镜314可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜314可以包括将LED管芯202发射的波长的光转换成其他波长的发光材料。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件包括窗口元件222，该窗口元件直接接合或熔融至透镜314的底面318以便形成整体元件。窗口元件222可以例如在模制工艺期间直接接合或熔融至透镜314的底面318。窗口元件222可以在透镜314通过例如在模具中冷却或固化而变成固体或变硬之前或者同时置于底面318上。窗口元件222也可以通过例如在模具中将透镜模制到窗口元件之下或之上而在底面318处嵌入到透镜314中。
可替换地，图3B示出了可以在例如后面参照图16-19描述的工艺中利用接合层319将窗口元件222接合至透镜314。接合层319也可以是后面针对接合层330列出的材料中的任何一种，这些材料例如氯化铅，溴化铅，氟化钾，氟化锌，铝、锑、铋、硼、铅、锂、磷、钾、硅、钠、碲、铊、钨或锌的氧化物，或者其任意混合物。
如先前所讨论的，在LED管芯202发射的波长处，窗口元件222可以具有1.5或更大（例如1.7或更大）的RI。设置在窗口元件222与透镜314之间的界面处的接合物具有与窗口元件和透镜中的任一个或二者的RI基本上匹配的RI、处于窗口元件和透镜的RI的中间的RI或者比窗口元件或透镜更大的RI。当这些RI在一个或多个实施例中处于彼此的100%或更少以内、在一个或多个实施例中处于彼此的50%或更少以内、在一个或多个实施例中处于彼此的25%或更少以内以及在一个或多个实施例中处于彼此的10%或更少以内时，这些RI基本上匹配。例如，接合物的RI和窗口元件222或透镜314的RI可以处于彼此的±0.05以内。
然后，使用窗口元件与LED管芯之间的接合层330将具有透镜314的窗口元件222接合至LED管芯202。接合层330可以形成窗口元件222与LED管芯202之间的刚性接合。
接合层330可以由上文中针对透镜214、接合层219、窗口元件222、接合层1402和接合层1410列出的材料中的任何一种形成。
接合层330也可以包括：III-V族半导体，包括但不限于砷化镓、氮化镓、磷化镓和磷化镓铟；II-VI族半导体，包括但不限于硒化镉、硫化镉、碲化镉、硫化锌、硒化锌和碲化锌；IV族半导体和化合物，包括但不限于锗、硅和碳化硅；有机半导体、氧化物、金属氧化物和稀土氧化物，包括但不限于铝、锑、砷、铋、硼、镉、铈、铬、钴、铜、镓、锗、铟、铟锡、铅、锂、钼、钕、镍、铌、磷、钾、硅、钠、碲、铊、钛、钨、锌或锆的氧化物；诸如氯氧化铋之类的卤氧化物；氟化物、氯化物和溴化物，包括但不限于钙、铅、镁、钾、钠和锌的氟化物、氯化物和溴化物；金属，包括但不限于铟、镁、锡和锌；钇铝石榴石（YAG）、磷化物化合物、砷化物化合物、锑化物化合物、氮化物化合物、高折射率有机化合物；及其混合物或合金。
接合层330可以包括将LED管芯202的有源区域发射的波长的光转换成其他波长的发光材料。该发光材料包括常规的磷光体颗粒、有机半导体、II-VI或III-V族半导体、II-VI或III-V族半导体量子点或纳米晶体、染料、聚合物以及发光的诸如GaN之类的材料。如果接合层330包括常规的磷光体颗粒，那么该接合层应当足够厚以便容纳典型地具有大约5微米至大约50微米的尺寸的颗粒。
接合层330可以基本上不含诸如环氧树脂之类的传统的基于有机的粘合剂，因为这样的粘合剂倾向于具有低折射率。
接合层330也可以由低RI接合材料形成，所述接合材料即在LED管芯202的发射波长处具有小于大约1.5的RI的接合材料。例如，氟化镁是一种这样的接合材料。低折射率光学玻璃、环氧树脂和硅树脂也可以是适当的低折射率接合材料。
接合层330也可以由玻璃接合材料形成，所述接合材料例如Schott玻璃LaSFN35、LaF10、NZK7、NLAF21、LaSFN18、SF59或LaSF3，或者Ohara玻璃SLAH51或SLAM60，或者其混合物。接合层330也可以由高折射率玻璃形成，诸如例如(Ge, As, Sb, Ga)(S, Se, Te, F, Cl, I, Br)硫属化物或硫属元素卤化物玻璃。如果希望的话，可以使用诸如玻璃和聚合物之类的低折射率材料。诸如硅树脂或硅氧烷之类的高折射率树脂和低折射率树脂二者可从诸如日本东京的信越化工有限公司之类的制造商获得。可以修改硅氧烷主链的侧链以便改变硅树脂的折射率。
可以在将LED管芯安装到基板210上之后将窗口元件222热接合至LED管芯202。例如，为了将窗口元件222接合至LED管芯202，将接合层330的温度升高到大约室温与接触元件212的熔解温度之间的温度，例如近似150°C至450°C之间以及更特别地大约200°C与400°C之间的温度。在该接合温度下在大约1磅每平方英寸（psi）至大约6000psi的压力下在大约1秒至大约6小时（例如大约30秒至大约30分钟）的时间段内将窗口元件222和LED管芯202压在一起。举例而言，可以在大约3至15分钟之间施加大约700psi至大约3000psi的压力。压力可以在冷却期间施加。如果希望的话，可以使用其他的接合工艺。
应当指出的是，由于热接合工艺的原因，窗口元件222与LED管芯202的CTE之间的失配在加热或冷却时可能使得窗口元件从LED管芯层离或脱离。因此，窗口元件222和LED管芯202应当具有近似匹配的CTE。
可以将保护侧面涂层332施加到窗口元件222、接合层330和LED管芯202的边缘以便降低边缘发射。侧面涂层332可以是具有诸如氮化铝、氧氮化铝（AlON）、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石（GGG）、钛酸锆酸镧铅（PLZT）、锆钛酸铅（PZT）、蓝宝石、氧氮化硅铝（SiAlON）、碳化硅、氧氮化硅（SiON）、钛酸锶、氧化钛、钇铝石榴石（YAG）、硒化锌、硫化锌或碲化锌之类的散射颗粒的硅树脂，热油脂，或者诸如铝、铬、金、镍、钯、铂、银、钒之类的金属膜，或者其组合。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件可以包括具有可选的翼片226的可选的散热器224。散热器224可以热耦合到窗口元件222以便从窗口元件提取热量。取决于光学元件的材料，它可以用作散热器。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件是接合至LED管芯202的透镜314。接合层319或330可以用来将透镜314接合至LED管芯202。在其他实施例中，光学元件是接合至LED管芯222的窗口元件222。接合层330可以用来将窗口元件222接合至LED管芯202。之前和之后的合并的文献中进一步描述了这一点。
更多的信息可以见诸美国专利No. 7279345、No. 7064355、No. 7053419、No. 7009213、No. 7462502、No. 7419839、No. 6987613、No. 5502316和No. 5376580，这些文献共同被转让并且通过引用全部被合并。
图4A示出了本公开的一个或多个实施例中的光发射器400的截面图。光发射器400包括安装到支撑204上的LED管芯202。光学元件位于LED管芯202之上或者紧邻LED管芯202。在本公开的一个或多个实施例中，光学元件可以包括从LED管芯202提取光的高折射率透镜414。透镜414可以具有带有底面418的实心圆顶状形状。透镜414可以具有1.5或更大的RI。透镜414可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜414可以包括将LED管芯202发射的波长的光转换成其他波长的发光材料。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件包括窗口元件222，该窗口元件直接接合或熔融至透镜414。窗口元件222也深嵌（recess）到透镜414中，从而窗口元件与透镜的底面418共面。窗口元件222可以例如在模制工艺期间直接接合或熔融至透镜414。窗口元件222可以在透镜414通过例如在模具中冷却或固化而变成固体或变硬之前或者同时深嵌到底面418中。窗口元件222也可以通过例如在模具中将透镜418模制到窗口元件之下或之上而深嵌到底面418中。也可以在透镜414中为窗口元件222预先制成凹口，并且可以加热透镜以便直接与窗口元件接合或熔融在一起。
可替换地，图4B示出了可以在例如后面参照图16-19描述的工艺中利用接合层419将窗口元件222接合至透镜414。接合层419可以包括上文中针对接合层330列出的材料中的任何一种，这些材料例如氯化铅，溴化铅，氟化钾，氟化锌，铝、锑、砷、铋、硼、铅、锂、磷、钾、硅、钠、碲、铊、钨或锌的氧化物，或者其任意混合物。窗口元件222与透镜414之间的接合物具有与窗口元件和透镜中的任一个或二者的RI基本上匹配的RI、处于窗口元件和透镜的RI的中间的RI或者比窗口元件或透镜的RI更大的RI。
使用窗口元件与LED管芯之间的接合层330将具有透镜414的窗口元件222接合至LED管芯202。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件可以包括具有可选的翼片226的可选的散热器224。散热器224可以热耦合到窗口元件222以便从窗口元件提取热量。可以在接合窗口元件222的同时、之前或者之后将散热器224模制到透镜414。取决于光学元件的材料，它可以用作散热器。
图5示出了本公开的一个或多个实施例中的可以在用于将窗口元件222直接接合或熔融至透镜414的模制工艺中使用的模制设备500。设备500可以是热压缩模具，具有下面的模具半部分502和上面的模具半部分504。模具半部分502和504限定透镜414的希望的形状的模具腔体。模具半部分502和504可以具有对准这些模具半部分的引导销和孔。加热/冷却元件506（仅仅标记了两个）在模制工艺期间向模具半部分502和504提供适当的加热和冷却。加热/冷却元件506可以是模具半部分502和504的组成部分或者与其分离。可替换地，可以在这些模具半部分也是加热元件的情况下通过使电流直接流入模具中而加热模具半部分502和504。
将窗口元件222置于下面的模具半部分502上，并且将玻璃块（glass chunk）或粉末508置于窗口元件上。加热/冷却元件506将模具半部分502和504加热到足以对玻璃块或粉末508定形而不损坏窗口元件222的温度。将上面的模具半部分504置于下面的模具半部分502上以便将热量和压力施加到玻璃块或粉末508，并且软化的玻璃流动且采取模具腔体的形状以形成透镜414。当透镜414冷却和硬化时，其与窗口元件222直接接合或熔融在一起。除了窗口元件222之外，可选的散热器224也可以与透镜414直接接合或熔融在一起。散热器224可以在窗口元件222之前、之后或者同时与透镜414模制在一起。散热器224也可以粘附或胶合到透镜414。
加热/冷却元件506可以逐渐地冷却模具半部分502和504。其CTE可以在一个或多个实施例中在彼此的100%或更少以内匹配、在一个或多个实施例中在彼此的50%或更少以内匹配以及在一个或多个实施例中在彼此的30%或更少以内匹配。脱模顶销（ejector pin）可以用来将具有窗口元件222的透镜414推离模具。
尽管针对透镜414描述了模制工艺，但是模具半部分502和504可以采取不同的形状以形成上面描述的透镜214和314以及后面描述的透镜614、714、814、914、1014、1114、1314和2014。代替所描述的模制工艺的是，其他的透镜模制工艺可以用来形成上面描述的具有窗口元件的任何透镜，包括但不限于注塑和插入模制。例如，插入模制可以用来将具有可选的翼片226的任何可选的散热器224结合到透镜中。
图6-11、图13和图20示出了可以代替模块200中的透镜214、模块300中的透镜314或者模块400中的透镜414的具有窗口元件的不同透镜。这些具有窗口元件的不同透镜也可以代替后面描述的光发射器1400和1500中的透镜1414。
图6示出了本公开的一个或多个实施例中的透镜614的截面图。透镜614具有带有腔体616的圆顶状形状，该腔体616具有平顶618。窗口元件222直接接合或熔融至透镜614。可替换地，在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将窗口元件222接合至透镜614。透镜614类似于上面描述的透镜214，只不过窗口元件222深嵌到平顶618中，从而窗口元件的底部可以基本上与平顶共面。透镜614可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜614可以包括发光材料和/或窗口元件222。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222和/或透镜614转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
图7示出了本公开的一个或多个实施例中的透镜714的截面图。透镜714具有带有底面718的圆顶状形状。窗口元件222直接接合或熔融至透镜714的底面718。窗口元件222也跨越整个底面718。可替换地，在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将窗口元件222接合至透镜714。透镜714可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜714可以包括发光材料和/或窗口元件222。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222和/或透镜714转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
图8示出了本公开的一个或多个实施例中的透镜814的截面图。透镜814为复合抛物面聚集器（CPC）透镜，具有将光朝发射表面820定向的反射表面819。窗口元件222直接接合或熔融至透镜814的底面818。可替换地，在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将窗口元件222接合至透镜814。透镜814可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜814可以包括发光材料和/或窗口元件222。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222和/或透镜814转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
图9示出了本公开的一个或多个实施例中的透镜914的截面图。透镜914是一种类型的侧面发射透镜。窗口元件222直接接合或熔融至透镜914。可替换地，在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将窗口元件222接合至透镜914。窗口元件222深嵌到透镜914中，从而窗口元件的底部可以如图所示与透镜的底面918共面。可替换地，窗口元件222接合至底面918并且从底面918突出。透镜914可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜914可以包括发光材料和/或窗口元件222。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222和/或透镜914转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
图10示出了本公开的一个或多个实施例中的透镜1014的截面图。透镜1014是另一种类型的侧面发射透镜。窗口元件222直接接合或熔融至透镜1014。可替换地，在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将窗口元件222接合至透镜1014。窗口元件222深嵌到透镜1014中，从而窗口元件的底部可以如图所示与透镜的底面1018共面。可替换地，窗口元件222接合至底面1018并且从底面1018突出。透镜1014可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜1014可以包括发光材料和/或窗口元件222。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222和/或透镜1014转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
图20示出了本公开的一个或多个实施例中的菲涅耳透镜形状的包括凹槽的透镜2014。透镜2014可以具有蚀刻、模制、压花或冲压的菲涅耳模式。菲涅耳模式包括通常以同心模式设置的一组凹槽。菲涅耳模式可以在整个表面2020上或者仅仅在顶部区域上或者仅仅在表面2020的侧面区域上形成。
窗口元件222直接接合或熔融至透镜2014的底面2018。可替换地，在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将窗口元件222接合至透镜2014。如图所示，窗口元件222接合至底面2018并且从底面2018突出。可替换地，窗口元件222深嵌到透镜2014中，从而窗口元件的底部可以与透镜的底面2018共面。透镜2014可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜2014可以包括发光材料和/或窗口元件222。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222和/或透镜2014转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
图11示出了本公开的一个或多个实施例中的透镜1114的截面图。透镜1114是直角透镜或棱镜。一个窗口元件222（标记为222A）可以直接接合或熔融至棱镜1114的一个直角边并且第二窗口元件222（标记为222B）可以直接接合或熔融至棱镜的另一个直角边。可替换地，可以在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将一个或者这两个窗口元件222A和222B接合至透镜1114。窗口元件222A深嵌到棱镜1114中，从而该窗口元件的底部可以如图所示与透镜的表面1118A共面，并且窗口元件222B深嵌到棱镜中，从而该窗口元件的底部可以如图所示与透镜的表面1118B共面。可替换地，至少一个或者这两个窗口元件222A和窗口元件222B从表面1118A和1118B突出。透镜1114可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。如上文中针对透镜214类似地描述的，透镜1114可以包括发光材料和/或窗口元件222。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222和/或透镜1114转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
图12示出了本公开的一个或多个实施例中的具有棱镜1114的光发射器1200。LED管芯结构1202和1204接合至对应的窗口元件222A和222B。每个LED管芯结构包括LED管芯和支撑。棱镜1114组合来自对应LED管芯结构1202和1204以及窗口元件222A和222B的光1206和1208以便发射光1210。光1206和1208可以是相同的或不同的波长。
图13示出了本公开的一个或多个实施例中的透镜1314的截面图。透镜1314具有带有底面1318的圆顶状形状。第一窗口元件222（标记为222C）封装或嵌入到透镜1314内并且第二窗口元件222（标记为222D）直接接合或熔融至透镜。可替换地，在例如后面参照图16-19所描述的工艺中利用接合层将窗口元件222D接合至透镜1314。窗口元件222D深嵌到透镜1314中，从而该窗口元件的底部可以如图所示与底面1318共面。可替换地，窗口元件222D从底面1318突出。窗口元件222C可以是波长转换元件（例如陶瓷磷光体板）并且窗口元件222D可以是光学平板或者另一个波长转换元件（例如陶瓷磷光体板）。透镜1314可以由上文中针对透镜214描述的任何材料制成。来自LED管芯202的光可以由窗口元件222C、222D和/或透镜1314转换成另一波长。组合的所产生和转换的光可以产生希望的颜色。
可以与如本公开中描述的窗口元件222一起采用附加的透镜，例如顶部发射器、细长光聚集器、具有反射器的顶部发射器、侧面发射器、具有反射器的侧面发射器、非对称细长侧面发射器以及具有光导的顶部发射器。这些透镜记载于美国专利No. 7009213和No. 7276737中，这些文献被共同拥有并且通过引用而被合并。
图14示出了本公开的一个或多个实施例中的光发射器1400的截面图。光发射器1400包括安装到支撑206上的LED管芯202。光学元件位于LED管芯202之上或者紧邻LED管芯202。在本公开的一个或多个实施例中，光学元件包括由接合层1402接合至LED管芯202的窗口元件222。接合层1402可以是硅树脂、环氧树脂、溶胶凝胶材料、玻璃或者与稍后描述的接合层1410类似的高折射率材料。接合层1402也可以是早先针对接合层330描述的材料。可以将可选的侧面涂层1404施加到窗口元件222、接合层1402和LED管芯202的边缘以便降低边缘发射。侧面涂层1404可以是填充有诸如氮化铝、氧氮化铝（AlON）、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石（GGG）、氧化铪、氧化铟、钛酸锆酸镧铅（PLZT）、锆钛酸铅（PZT）、蓝宝石、氧氮化硅铝（SiAlON）、碳化硅、氧氮化硅（SiON）、钛酸锶、氧化钽、氧化钛、钇铝石榴石（YAG）、硒化锌、硫化锌或碲化锌之类的反射或散射颗粒的硅树脂、环氧树脂或者溶胶凝胶衍生材料，热油脂，或者诸如铝、铬、金、镍、钯、铂、银或钒之类的金属膜，或者以上任何一个的组合。
在本公开的一个或多个实施例中，光学元件包括从LED管芯202提取光的高折射率透镜1414。透镜1414可以具有带有底面1408的圆顶状形状。在发光器件的发射波长处，透镜1414可以具有1.5或更大（例如1.7或更大）的RI。透镜1414可以由玻璃、蓝宝石、钻石、氧化铝或者上文中针对透镜214描述的任何材料制成。透镜1414通过高折射率接合层1410接合至窗口元件222。尽管底面1408被示为平坦的表面，但是可以在底面中提供至少部分地接纳窗口元件222的凹口。这可以帮助在接合工艺中定位窗口元件222和透镜1414。
高折射率接合层1410具有与窗口元件222和透镜1414中的任一个或二者的RI基本上匹配的RI、处于窗口元件和透镜的RI的中间的RI或者比窗口元件或透镜更大的RI。当这些RI在一个或多个实施例中处于彼此的100%或更少以内、在一个或多个实施例中处于彼此的50%或更少以内、在一个或多个实施例中处于彼此的25%或更少以内以及在一个或多个实施例中处于彼此的10%或更少以内时，这些RI基本上匹配。例如，接合物的RI和窗口元件222或透镜1414的RI可以处于±0.05以内。
高折射率接合层1410可以是填充有适当散布的颗粒尺寸<100nm（例如<50nm）的高折射率纳米颗粒的有机硅树脂（silicone resin）或硅酸盐粘结剂。为了促进纳米颗粒的分散性，少量的适当分散剂可以用作纳米颗粒与散布介质之间的增容剂。可以调整散布的纳米颗粒和粘结剂基质的体积比以便控制接合层1410的折射率，即高折射率纳米颗粒的较高的体积浓度增大接合层的有效折射率。有机硅树脂可以是甲基聚硅氧烷、苯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷或者其混合物。硅酸盐粘结剂可以是在固化时形成硅酸盐、甲基硅酸盐或苯基硅酸盐的类型或者其混合物，并且可以在溶胶凝胶工艺中从前驱单体和/或低聚物衍生。高折射率纳米颗粒可以是这样的高折射率纳米颗粒，例如氧化铝、氮化铝、氧氮化铝（AlON）、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石（GGG）、氧化钆、氧化铪、氧化铟、钛酸锆酸镧铅（PLZT）、锆钛酸铅（PZT）、钛酸锶、氧氮化硅铝（SiAlON）、碳化硅、氧氮化硅（SiON）、五氧化钽、氧化钛、钇铝石榴石（YAG）、氧化钇铝、氧化钇、氧化锆、氧化钇稳定氧化锆或者其混合物。
可以将高折射率接合材料薄层施加到窗口元件222、透镜1414或者二者。高折射率接合材料的厚度可以为若干微米（例如<10微米）。高折射率接合材料可以以各种不同的方式施加，例如通过点胶（dispensing）、印刷、喷涂、旋涂或刮涂施加。高折射率接合材料典型地以流体形式沉积，并且可以保持流体直到窗口元件222和透镜1414的连接时刻，或者可以在连接时刻部分地凝固或胶化，或者可以是加热时增粘以便允许实现容易的连接的固体。通常，高折射率接合材料反应以形成范围可以从胶化状态至硬树脂的凝固接合物。
例如，高折射率接合材料前驱可以包括具有散布的纳米TiO2颗粒的甲基取代有机硅树脂，其从溶液中旋涂或刮涂到窗口元件222上。可以大规模地（例如在窗口元件222的衬底上）应用旋涂或刮涂，所述窗口元件随后被分割成较小的部分并且用作单独的窗口元件。有机硅树脂是这样的类型，其在室温下为固体，但是当在70-150°C的温度下加热时将增粘以允许实现使其与窗口元件222接触的透镜1414之间的接合接触。然后，在更高的温度下固化高折射率接合材料（例如200°C下1小时）以便形成窗口元件222与透镜1414之间的高折射率接合层1410。可替换地，高折射率接合材料以液体形式散布在窗口元件222或透镜1414上并且将这两个部件连接。然后，在升高的温度（例如150°C）下将该接合物固化为高折射率固体达1小时。
溶剂可以存在于高折射率接合前驱流体中。该溶剂可以在接合之前或者在接合工艺期间被移除，或者可以保持（部分地）存在以便促进光学接触并且可以通过蒸发进一步从接合物移除。可以向透镜1414与支撑204之间的剩余间隙填充诸如硅树脂之类的底层填充材料1412。该底层填充材料可以包含微粒填料以便增强热导率和/或反射率。
图15示出了本公开的一个或多个实施例中的光发射器1500的截面图。光发射器1500类似于光发射器1400，只是不存在侧面涂层1404，因为利用反射底层填充材料1512代替了底层填充材料1412。该底层填充材料也可以填充LED管芯202与支撑204之间的间隙。反射底层填充材料可以是填充有反射热油脂、金属膜、反射或散射颗粒的硅树脂，或者也可以使用其组合。反射或散射颗粒可以是氮化铝、氧氮化铝（AlON）、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、氧化铪、氧化铟、钆镓石榴石（GGG）、钛酸锆酸镧铅（PLZT）、锆钛酸铅（PZT）、蓝宝石、氧氮化硅铝（SiAlON）、碳化硅、氧氮化硅（SiON）、钛酸锶、氧化钽、氧化钛、钇铝石榴石（YAG）、硒化锌、硫化锌、碲化锌或者其组合。
代替在透镜接合之后填充透镜1414与支撑204之间的间隙的是，可以在透镜接合之前将底层填充材料1412或1512沉积到支撑204上，直到其与窗口元件222平齐或平坦化的。如果这样的话，那么可以在底层填充材料1412或1512以及窗口元件222的整个顶面之上施加高折射率接合层1410材料。
代替成为硅树脂或溶胶凝胶材料的是，高折射率接合层1410也可以由与上面描述的接合层330相同的材料制成。在本公开的一个或多个实施例中，接合层1410由具有比窗口元件222和透镜1414更低的熔解温度的光学玻璃制成。该玻璃可以在窗口元件222顶部形成，在透镜1414底部形成或者这二者。加热该玻璃直到其软化，并且可以在接合工艺和冷却期间施加压力。该玻璃在窗口元件222与透镜1414之间形成高折射率接合层1410。
图16示出了本公开的一个或多个实施例中的用于在窗口元件222上形成玻璃高折射率接合层的工艺的设备。窗口元件222通过支撑保持在下面的模具半部分1602中，并且上面的模具半部分1604置于下面的模具上。模具半部分1602和1604可以具有用于正确对准这些模具半部分的引导销和孔。加热/冷却元件1606（仅仅标记了两个）在模制工艺期间向模具半部分1602和1604提供适当的加热和冷却。加热/冷却元件1606可以是模具半部分1602和1604的组成部分或者与其分离。
玻璃通过模具入口1608而引入到窗口元件222的顶面和底面之上。当玻璃硬化时，它与窗口元件222接合以便形成如图17中所示的接合层1402和1410。稍后加热窗口元件222并且将其接合至透镜1414的底部和LED管芯202的顶部。尽管接合层1402和1410在窗口元件222的两侧形成，但是可以修改上面的工艺以便在窗口元件的一侧形成一个接合层。
图18示出了本公开的一个或多个实施例中的用于在透镜1414底部形成玻璃高折射率接合材料的工艺的设备。首先将透镜1414模制且置于下面的模具半部分1802中，并且将上面的模具1804置于下面的模具上。模具半部分1802和1804可以具有用于正确对准这些模具半部分的引导销和孔。加热/冷却元件1808（仅仅标记了两个）在模制工艺期间向模具半部分1802和1804提供适当的加热和冷却。加热/冷却元件1808可以是模具半部分1802和1804的组成部分或者与其分离。可替换地，可以与接合玻璃块或粉末一起使用与图5中所示类似的具有适当形状的设备以便在透镜或窗口元件上形成接合玻璃层。
玻璃通过模具入口1806而引入到透镜1414的底面之上。当玻璃硬化时，它与透镜1414接合以便形成如图19中所示的接合层1410。稍后加热具有接合层1410的透镜1414并且将其接合至窗口元件222或LED管芯202。
所公开的实施例的特征的各种不同的其他适应性修改和组合都处于本发明的范围内。下面的权利要求书涵盖了许多实施例。

Claims (37)

1.一种光发射器，包括：
发光器件（LED）管芯；
透镜；
窗口元件；以及
设置在透镜与窗口元件之间的界面处的接合物，其中窗口元件接合至透镜。
2.权利要求1的光发射器，其中：
透镜具有1.5或更大的第一折射率（RI）；
窗口元件具有1.4或更大的第二RI；并且
接合物包括第三RI，该第三RI与第一或第二RI基本上匹配，处于第一和第二RI的中间，或者大于第一或第二RI。
3.权利要求1的光发射器，进一步包括设置在窗口元件与LED管芯之间的界面处的接合层，其中窗口元件接合至LED管芯。
4.权利要求3的光发射器，其中：
LED管芯具有第一折射率（RI）；
窗口元件具有1.4或更大的第二RI；并且
接合层包括第三RI，该第三RI与第一或第二RI基本上匹配，处于第一和第二RI的中间，或者大于第一或第二RI。
5.权利要求1的光发射器，其中窗口元件是透镜的组成部分。
6.权利要求1的光发射器，其中窗口元件为光学平板或波长转换元件。
7.权利要求1的光发射器，其中透镜限定具有平顶的腔体并且窗口元件接合至平顶。
8.权利要求7的光发射器，其中该光发射器进一步包括：
腔体中窗口元件与LED管芯之间的第一硅树脂；以及
至少部分地围绕LED管芯的第二硅树脂，该第二硅树脂包括反射或散射颗粒。
9.权利要求1的光发射器，其中窗口元件的底面和顶面之一基本上与透镜的表面共面。
10.权利要求1的光发射器，进一步包括热耦合到窗口元件、透镜、LED管芯中的一个或多个的散热器，用于LED管芯的支撑，用于LED管芯的基板以及用于LED管芯的外壳。
11.权利要求1的光发射器，其中接合物包括接合层，该接合层包括填充有高折射率纳米颗粒的硅树脂型或硅酸盐型粘结剂，硅树脂型粘结剂是甲基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷或苯基聚硅氧烷或者其混合物，硅酸盐粘结剂是在固化时形成硅酸盐、甲基硅酸盐、苯基硅酸盐或者其混合物的类型。
12.权利要求11的光发射器，其中高折射率纳米颗粒是以下所述之一：氮化铝、氧化铝、氧氮化铝、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石、氧化钆、氧化铪、氧化铟、钛酸锆酸镧铅、锆钛酸铅、钛酸锶、氧氮化硅铝、碳化硅、氧氮化硅、五氧化钽、氧化钛、钇铝石榴石、氧化钇铝、氧化钇、氧化锆和氧化钇稳定氧化锆。
13.权利要求1的光发射器，其中接合物包括接合层，该接合层包括以下所述中的一个或多个：硫属化物玻璃、硫卤玻璃、氧化物、金属氧化物、稀土金属氧化物、氟化物、氯化物、溴化物、金属、钇铝石榴石、磷化物化合物、砷化物化合物、锑化物化合物和有机化合物。
14.权利要求1的光发射器，其中接合物包括接合层，该接合层包括以下所述中的一个或多个：氧化铝、氧化锑、氧化砷、氧化铋、氧化硼、氯化铅、溴化铅、氧化铅、氧化锂、氧化磷、氟化钾、氧化钾、氧化硅、氧化钠、氧化碲、氧化铊、氧化钨、氟化锌和氧化锌。
15.权利要求3的光发射器，其中接合层包括填充有高折射率纳米颗粒的硅树脂型或硅酸盐型粘结剂，硅树脂型粘结剂是甲基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷或苯基聚硅氧烷或者其混合物，硅酸盐粘结剂是在固化时形成硅酸盐、甲基硅酸盐、苯基硅酸盐或者其混合物的类型。
16.权利要求15的光发射器，其中高折射率纳米颗粒是以下所述之一：氮化铝、氧化铝、氧氮化铝、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石、氧化钆、氧化铪、氧化铟、钛酸锆酸镧铅、锆钛酸铅、钛酸锶、氧氮化硅铝、碳化硅、氧氮化硅、五氧化钽、氧化钛、钇铝石榴石、氧化钇铝、氧化钇、氧化锆和氧化钇稳定氧化锆。
17.权利要求3的光发射器，其中接合层包括以下所述中的一个或多个：硫属化物玻璃、硫卤玻璃、氧化物、金属氧化物、稀土金属氧化物、氟化物、氯化物、溴化物、金属、钇铝石榴石、磷化物化合物、砷化物化合物、锑化物化合物和有机化合物。
18.权利要求3的光发射器，其中接合层包括以下所述中的一个或多个：氧化铝、氧化锑、氧化砷、氧化铋、氧化硼、氯化铅、溴化铅、氧化铅、氧化锂、氧化磷、氟化钾、氧化钾、氧化硅、氧化钠、氧化碲、氧化铊、氧化钨、氟化锌和氧化锌。
19.一种用于制造光发射器的方法，包括：
形成设置在窗口元件与透镜之间的界面处的接合物；以及
紧邻发光器件（LED）管芯地定位窗口元件和透镜。
20.权利要求19的方法，进一步包括在设置在窗口元件与LED管芯之间的界面处施加接合层，其中窗口元件接合至LED管芯的表面。
21.权利要求19的方法，其中：
所述形成接合物包括在透镜硬化的同时将窗口元件置于透镜表面上；并且
窗口元件是光学平板或波长转换元件。
22.权利要求19的方法，其中：
所述形成接合物包括在窗口元件上模制透镜；并且
窗口元件是光学平板或波长转换元件。
23.一种光学元件，包括
透镜；
窗口元件；以及
设置在窗口元件与透镜之间的界面处的接合层，该接合层包括以下所述中的一个或多个：氧化铝、氧化锑、氧化砷、氧化硼、氧化铋、溴化铅、氯化铅、氧化铅、氧化锂、氧化磷、氟化钾、氧化钾、氧化硅、氧化钠、氧化碲、氧化铊、氧化钨、氟化锌和氧化锌。
24.一种光发射器，包括：
发光器件（LED）管芯；
光学元件；以及
设置在界面处且将光学元件接合至LED管芯的接合层，所述界面设置在LED与光学元件之间，该接合层包括钾或铅的氟化物、氯化物和溴化物中的一个或多个。
25.权利要求24的光发射器，其中光学元件包括透镜和窗口元件中的至少一个。
26.权利要求24的光发射器，其中光学元件包括接合至透镜的窗口元件。
27.权利要求24的光发射器，其中光学元件包括集成的窗口元件和透镜。
28.权利要求24的光发射器，其中光学元件包括以下所述中的至少一个：氧氮化铝，立方氧化锆，钻石，钆镓石榴石，磷化镓，玻璃，钛酸锆酸镧铅，锆钛酸铅，蓝宝石，碳化硅，以及砷、铋、锗、铅、碲、铊、钛、钨或锌的氧化物，氧氮化硅铝，氧氮化硅，钛酸锶，钇铝石榴石或者硫化锌。
29.权利要求24的光发射器，进一步包括至少部分地围绕LED管芯的反射侧面涂层。
30.权利要求24的光发射器，其中反射侧面涂层包括以下所述中的至少一个：氮化铝、氧氮化铝、硫酸钡、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石、氧化铪、氧化铟、钛酸锆酸镧铅、锆钛酸铅、蓝宝石、氧氮化硅铝、碳化硅、氧氮化硅、钛酸锶、氧化钽、氧化钛、钇铝石榴石、硒化锌、硫化锌和碲化锌。
31.一种光学元件，包括以下所述中的至少一个：钆镓石榴石、钛酸锆酸镧铅、锆钛酸铅、氧氮化硅、氧氮化硅铝、钛酸锶和氧化钛。
32.权利要求31的光学元件，其中该光学元件包括透镜和窗口元件中的至少一个。
33.权利要求31的光学元件，进一步包括紧邻光学元件的发光器件（LED）管芯。
34.一种光发射器，包括光学元件，该光学元件包括以下所述中的至少一个：钆镓石榴石、钛酸锆酸镧铅、锆钛酸铅、氧氮化硅、氧氮化硅铝、钛酸锶和氧化钛。
35.一种用于发光器件（LED）管芯的反射涂层，包括以下所述中的至少一个：氧氮化铝、钛酸钡、钛酸钙、立方氧化锆、钻石、钆镓石榴石、氧化铪、钛酸锆酸镧铅、锆钛酸铅、氧氮化硅铝、氧氮化硅、钛酸锶、氧化钽、钇铝石榴石、硒化锌、硫化锌和碲化锌。
36.权利要求35的反射涂层，其中该反射涂层至少部分地覆盖或围绕LED管芯。
37.一种用于光发射器的接合层，包括钾或铅的氟化物、氯化物和溴化物中的一个或多个。
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