CN104205375B - 包括发光器件和波长转换材料的光学腔 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例包括附接到衬底的半导体发光二极管。波长转换材料的第一区布置在衬底上。波长转换材料被配置成吸收半导体发光二极管发射的光并且以不同的波长发射光。在第一区中，波长转换材料涂敷衬底的整个表面。衬底被布置成接近光学腔的底表面。波长转换材料的第二区被布置成接近光学腔的顶表面。

Description

包括发光器件和波长转换材料的光学腔
技术领域
本发明涉及包括诸如发光二极管之类的半导体发光器件和诸如磷光体之类的波长转换材料的光学腔。
背景技术
包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、诸如表面发射激光器之类的垂直腔激光器二极管（VCSEL）和边发射激光器的半导体发光器件是当前可用的最高效的光源之一。当前在能够跨可见光谱进行操作的高亮度发光器件的制造中感兴趣的材料体系包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟与氮的二元、三元和四元合金，其也被称为III族氮化物材料。典型地，通过经由金属-有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其它外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其它合适的衬底上外延生长不同组分和掺杂浓度的半导体层的堆叠来制作III族氮化物发光器件。该堆叠通常包括形成在衬底之上的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、形成在该一个或多个n型层之上的有源区中的一个或多个发光层以及形成在有源区之上的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触形成在n型区和p型区上。
如本领域中已知的，III族氮化物器件可以与诸如磷光体之类的波长转换材料组合以形成白色光或其它颜色的光。
图1图示了在US 7,052,152中更加详细地描述的背光。US 7,052,152的第5栏第33行到第6栏第7行描述了当仅使用蓝色、UV或近UV LED时作为背光配置的图1中的器件，并且其中颜色转换磷光体层139在盖板140上。盖板140可以是或者可以不是漫射体，这取决于磷光体执行的漫射的量。磷光体层139是均匀层，其由一个或多个不同类型的磷光体构成。优选地，使用绿色和红色磷光体，但是也可以使用黄色（YAG）磷光体。该层139可以例如通过喷涂、丝网印刷或电泳沉积来施加，或者可以是膜，所述膜具有均匀密度的颗粒或遍及该膜分布的发光染料。该配置是吸引人的，因为磷光体不在LED管芯的顶部上，并且从磷光体发射到背光126的后部的光比发射到LED芯片中的光具有更大的回收效率，这归因于背光126中所使用的膜的高反射性。并且除了回收效率之外，磷光体可以在较低温度处操作并且没有与LED管芯的化学兼容性问题，从而显著提高了效率和寿命。LCD面板114布置在背光126之上。
在另一实施例中，一种类型的磷光体被施加到盖板140，该磷光体优选地为绿色或琥珀色磷光体，而另一磷光体（优选地为红色磷光体）被施加到背光配置的后面板148。该后面板充当漫射体。该磷光体不作为均匀涂层被施加，而是作为点图案被施加。来自LED的蓝色光和来自磷光体层的红色和绿色光的组合产生用于LED面板114的基本上白色的背光。通过在这样的配置中分离磷光体，实现了较高转换效率，而通过优化磷光体点的大小和间隔，可以实现所需要的颜色平衡和色域。
发明内容
本发明的目的是形成可以提高系统效率的光学系统，其中LED和波长转换材料布置在衬底上。
本发明的实施例包括附接到衬底的半导体发光二极管。波长转换材料的第一区布置在衬底上。波长转换材料被配置成吸收由半导体发光二极管发射的光并且以不同的波长发射光。在第一区中，波长转换材料涂敷衬底的整个表面。衬底被布置成接近光学腔的底表面。波长转换材料的第二区被布置成接近光学腔的顶表面。
本发明的实施例包括附接到衬底的半导体发光二极管。波长转换材料的第一区布置在衬底上。波长转换材料被配置成吸收由半导体发光二极管发射的光并且以不同的波长发射光。衬底被布置成接近光学腔的底表面。波长转换材料的第二区被布置成接近光学腔的顶表面。反射性表面布置在半导体发光二极管上方。反射性表面被配置成引导反射光从半导体发光二极管离开。
附图说明
图1图示了包括LED的二维阵列的现有技术背光。
图2图示了具有附接到衬底的至少一个半导体发光器件和布置在衬底上的波长转换材料的光学腔。
图3图示了一种光学腔，其具有附接到衬底的至少一个半导体发光器件和布置在该腔的顶部和底部处的波长转换材料。
图4图示了一种光学腔，其具有附接到衬底的至少一个半导体发光器件、布置在腔的侧面处的波长转换材料和布置在半导体发光器件之上的反射区。
图5、6和7图示了具有成形的反射区的光学腔。
具体实施方式
图2图示了根据本发明的实施例的光学腔。一个或多个III族氮化物LED 16布置在处于光学腔10中或靠近光学腔10的衬底14上。尽管以下示例提及发射蓝色或UV光的III族氮化物LED，但是在本发明的实施例中，可以使用除LED之外的诸如激光二极管之类的半导体发光器件以及由诸如其它III-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、II-VI族材料、ZnO或硅基材料之类的其它材料体系制成的半导体发光器件。
可以使用任何合适的III族氮化物LED并且这样的LED是众所周知的。LED 16可以例如是被配置成从LED的顶表面发射大多数光的倒装芯片器件。为了形成这样的LED，III族氮化物半导体结构首先生长在生长衬底上，如本领域中已知的那样。生长衬底可以是任何合适的衬底，诸如例如，蓝宝石、SiC、Si、GaN或复合衬底。半导体结构包括夹在n型区与p型区之间的发光或有源区。N型区可以首先生长并且可以包括不同组分和掺杂浓度的多个层，这些层包括例如诸如缓冲层或成核层之类的准备层和/或被设计成促进生长衬底的移除的层（其可以是n型或意外掺杂的）以及被设计用于对于发光区高效发射光而言期望的特定光学、材料或电学属性的n型或者甚至p型器件层。发光或有源区生长在n型区之上。合适的发光区的示例包括单个厚或者薄的发光层，或者包括被阻挡层分隔的多个薄或者厚的发光层的多量子阱发光区。然后p型区可以生长在发光区之上。类似于n型区，p型区可以包括不同组分、厚度和掺杂浓度的多个层，这些层包括意外掺杂的层或n型层。器件中的所有半导体材料的总厚度在一些实施例中小于10μm并且在一些实施例中小于6μm。
金属p接触形成在p型区上。如果大多数光通过与p接触相对的表面被引导离开半导体结构，诸如在倒装芯片器件中，p接触可以是反射性的。倒装芯片器件可以通过借由标准光刻操作图案化半导体结构并且蚀刻半导体结构以移除p型区的整个厚度的一部分和发光区的整个厚度的一部分来形成，以便形成露出其上形成金属n接触的n型区的表面的台面。台面以及p和n接触可以以任何合适的方式形成。形成台面以及p和n接触是本领域技术人员公知的。
半导体结构可以通过p和n接触连接到支撑件。支撑件是机械支撑半导体结构的结构。支撑件是适于附接到图2的衬底14的自支撑结构。例如，该支撑件可以是可回流焊的。可以使用任何合适的支撑件。合适的支撑件的示例包括具有用于形成到半导体结构的电连接的导电通孔的绝缘或半绝缘晶片（诸如硅晶片），例如通过镀覆形成在半导体结构上的厚金属结合垫，或者陶瓷、金属或任何其它合适的底座。
包括以上描述的半导体结构、金属接触和支撑件的LED 16安装在衬底14上。衬底14可以是光学反射性的并且是导热的。到LED 16的电接触可以通过衬底14制得。合适的衬底14的示例包括金属核印刷电路板、基于FR4的印刷电路板、陶瓷、金属、塑料和硅树脂。在一些实施例中，衬底14的顶表面是反射性的，或者涂敷有诸如反射性涂料或反射性金属层之类的反射性物质。衬底14可以在一些实施例中具有至少0.1W/mK的热导率（硅树脂），在一些实施例中至少10W/mK并且在一些实施例中至少100W/mK，以及在一些实施例中介于0.1W/mK与400W/mK（铜）之间。
尽管在图2、3和4的每一个中图示了多个LED，但是在本发明的一些实施例中可以使用单个LED 16。多个LED 16可以以任何合适的设置被设置在衬底14上。例如，四个LED 16可以以二乘二的方形阵列设置在衬底14上，或者多个LED 16可以以圆形设置在衬底14上。许多变型是可能的并且在本发明的范围内。
靠近LED 16，一个或多个波长转换区18布置在衬底14上。在包括多个LED 16的器件中，波长转换区18可以布置在LED 16之间。在一些实施例中，与其形成为如在图1中图示的器件中那样在其中形成波长转换区18的区中仅部分地覆盖衬底的表面的点，波长转换区18覆盖其中形成它的区中的衬底的整个表面。
在一些实施例中，在LED 16与波长转换区18的边缘之间不存在间隙。例如，LED 16可以安装在衬底14上，然后包括LED 16和衬底14的整个结构被用波长转换材料涂敷，使得在波长转换区18与LED 16之间不存在间隙。
在一些实施例中，在LED 16与波长转换区18的边缘之间存在小间隙。例如，波长转换区18可以形成在衬底14上，然后LED 16被安装在波长转换区之间的区域中。制造公差需要LED 16的边缘与波长转换区18的边缘之间的小间隙将不被波长转换材料覆盖。
波长转换区18在一些实施例中至少0.5mm宽并且在一些实施例中不多于20mm宽。LED 16与波长转换区18的边缘之间的任何间隙在一些实施例中介于0mm与0.5mm之间。波长转换区18在一些实施例中可以与LED 16厚度相同。在可替换方案中，波长转换区18可以比LED 16更薄或更厚。
波长转换区18中的波长转换材料吸收LED 16发射的光并且发射不同波长的光。由发光器件发射的未经转换的光通常是从光学腔提取的光的最终光谱的一部分，尽管它不需要是这样。常见组合的示例包括与黄色发射波长转换材料组合的蓝色发射LED，与绿色和红色发射波长转换材料组合的蓝色发射LED、与蓝色和黄色发射波长转换材料组合的UV发射LED以及与蓝色、绿色和红光发射波长转换材料组合的UV发射LED。可以添加发射其它颜色的光的波长转换材料以定制从器件发射的光的光谱。
波长转换材料可以是常规磷光体、有机磷光体、量子点、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、聚合物或诸如GaN之类的发光材料。可以使用任何合适的磷光体，包括但不限于诸如Y3Al5O12:Ce(YAG)、Lu3Al5O12:Ce(LuAG)、Y3Al5-xGaxO12:Ce(YAlGaG)、(Ba1-xSrx)SiO3:Eu (BOSE)之类的基于石榴石的磷光体，以及诸如(Ca,Sr)AlSiN3:Eu和(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu之类的基于氮化物的磷光体。
本文所描述的任何波长转换区可以包括布置在诸如硅树脂、环氧树脂、玻璃或任何其它合适的材料之类的透明材料基质中的波长转换材料。本文所描述的波长转换区可以是例如薄膜、利用或不利用除波长转换材料自身之外的粘合剂材料预形成或就地形成的陶瓷片、与诸如硅树脂、环氧树脂或任何其它合适的材料之类的透明粘合剂混合并且通过丝网印刷、模制、喷涂、制版或任何其它合适的技术形成的颗粒或粉末状波长转换材料。本文所描述的每个波长转换区可以包括单个波长转换材料、波长转换材料的混合物或作为隔离层形成而不是混合在一起的多个波长转换材料。发射不同颜色的光的波长转换材料可以布置在隔离区中或者混合在一起。
波长转换区18的厚度取决于波长转换材料和沉积技术。波长转换区的厚度在一些实施例中可以介于至少0.5μm之间，在一些实施例中不大于500μm，并且在一些实施例中不大于1mm。在各种实施例中，波长转换材料可以布置在LED 16的顶部之上，或者不布置在LED16的顶部之上，如图2、3和4中所示。
在一些实施例中，波长转换区18中的波长转换材料的厚度和密度被选择成使得很少或没有入射在波长转换区18的顶部上的光穿过波长转换区18到达衬底14。所形成的使得没有光到达衬底的波长转换层对于高散射性的波长转换材料和/或在其中期望对LED 16发射的大部分光的进行波长转换的应用中可能是有利的。例如，在一些其中该结构发射暖白光的实施例中，由LED 16发射的光的至少90%被波长转换区波长转换。
在可替换的实施例中，波长转换区18中的波长转换材料的厚度和密度被选择成使得至少一些光透射通过波长转换材料并且向后反射离开衬底而通过波长转换材料。这样的较薄的层对于诸如例如有机磷光体、量子点或致密的陶瓷之类的并非高散射性的波长转换材料；在其中期望的是对LED 16发射的光的较小部分进行波长转换的应用中；和/或当波长转换材料昂贵时可能是有利的。
衬底14、LED 16和波长转换区18形成光学腔10的底表面。腔10当从顶部观看时可以是任何合适的形状，诸如方形或圆形。腔10的侧壁不需要如图2、3和4中图示的那样是竖直的，它们可以倾斜以形成例如被截的倒金字塔或锥体。腔10的形状可以由应用指定。腔10可以是填充有空气（折射率为1）或周围气体的箱，或者是诸如玻璃（折射率为1.4-2.2）、硅树脂（折射率为1.4-2）、透明陶瓷（折射率为1.8）、蓝宝石（折射率为1.76）、SiC（折射率为2.4）、立方氧化锆（折射率2.15）、金刚石（折射率为2.4）、GaN（折射率为2.4）、环氧树脂或任何其它合适的材料之类的固体透明材料。在一些实施例中，用于腔10的固体材料被选择成具有尽可能与LED 16（具有变化但通常是大约2.4的折射率的III族氮化物材料）的折射率接近的折射率。光学腔10在一些实施例中具有至少1的折射率，在一些实施例中不大于2.4、在一些实施例中至少1.8并且在一些实施例中至少2。形成光学腔10的固体透明材料的厚度可以在一些实施例中至少为0.5mm并且在一些实施例中不大于3mm，尽管更厚和更薄的光学腔10二者是可能的并且在本发明的范围内。
在光学腔10是固体透明材料的情况下，包括衬底14、LED 16和波长转换区18的结构可以通过诸如硅树脂之类的粘合剂或通过另一其它合适的技术或材料附接到固体透明材料。
LED 16和波长转换区18二者布置在衬底14上或接近衬底14，其中热量可以通过衬底14高效逸散，例如通过将衬底14配置为热沉或通过将衬底14热连接到热沉。由于波长转换区18可以在各种各样的驱动条件下操作期间保持相对冷却，因此诸如降低的量子效应和发射波长的漂移之类的与加热相关联的问题得到减少或消除。此外，由于波长转换区18未直接形成在来自LED 16光的路径中，因此波长转换区上的入射光强度保持为低，这可以提高波长转换材料的量子效率。LED 16与衬底14之间的路径或者波长转换区18与衬底14之间的路径的热阻率在一些实施例中至少为0.1cm2K/W，在一些实施例中不大于50cm2K/W，在一些实施例中至少为1cm2K/W并且在一些实施例中不大于2cm2K/W。
在一些实施例中，光学腔10的侧壁12是反射性的。在其中腔体腔10是箱的情况下，侧壁12可以是反射性的固体壁或布置在固体壁上或附接到固体壁的反射性材料。在其中腔10是固体透明材料的情况下，侧壁12可以是反射性箔或布置在固体透明材料侧面上的反射性材料。
在一些实施例中，可选的滤波器20布置在光学腔10的顶部上。例如，滤波器20可以是基于干扰的二向色（dichroic）反射层，或者任何其它合适的滤波器。在其中腔10是箱的情况下，二向色滤波器20可以是二向色材料片，或者涂敷或形成在诸如玻璃或塑料之类的透明片的顶部或底部上的二向色层，其可以起或者可以不起图2中图示的结构之上的覆盖物的作用。在其中腔10是固体透明材料的情况下，二向色滤波器20可以涂敷或形成在固体透明材料的顶表面上。
滤波器20被配置成反射如射线24所示的由LED 16发射的并且以相对于LED 16的顶表面的法线的小角度入射在滤波器20上的全部或大多数光。这样的光被反射，如射线28所示。在一些实施例中，滤波器20可选地被配置成较少反射LED 16发射的并且以相对于LED16的顶表面的法线的大角度入射在滤波器20上的光，使得一些大角度光逃逸，如射线26所示。滤波器20还可以被配置成以任何角度透射被波长转换区18波长转换的全部或大多数光。
可选的散射层22可以形成在滤波器20之上，或者在不包括滤波器20的实施例中形成在光学腔10之上。散射层22可以包括诸如TiO2之类的散射颗粒或布置在诸如硅树脂、环氧树脂、玻璃或任何其它合适的材料之类的透明基质中的任何其它合适的材料。在一些实施例中，取代散射层22或除了散射层22之外，散射颗粒可以布置在腔10的总体积或体积的部分内。
在操作期间，从LED 16发射的光的一部分被可选的滤波器20和可选的散射层22重定向而朝向腔10的底表面返回。入射在波长转换区18上的光被转换，即被吸收并以更长的波长重发射。经转换的光从波长转换区18通过散射而被引导向上并且通过反射性衬底14进入腔10。来自LED的经转换的光和未经转换的光的一部分，可能地在一次或多次反射离开腔10的反射性边缘之后和/或可能地在被散射层22或其它表面散射之后，通过滤波器20逃逸。以上描述的反射和散射事件用来混合经转换的和未经转换的光，并且在波长转换区18之上更加均匀地分布未经转换的光，这可以减少“热点”，即经历未经转换的光的更高相对强度的波长转换区18上的点。由于当未经转换的泵浦光的强度为低时许多合适的波长转换材料是最高效的，因而更均匀的激发有助于提高总体系统效率。
透射通过滤波器20的来自LED 16的未经转换的光的部分可以被调节以确保泵浦光的期望的部分逃出腔。例如，对于白色色点，在各种实施例中，逃出腔10的光的5%到30%应当是来自LED 16的未经转换的光，这取决于混合光的期望的色温，并且取决于从LED 16和波长转换区18发射的光的光谱属性。在包括二向色滤波器20的实施例中，如本领域中已知的那样，可以通过选择在二向色滤波器的层中使用的材料、层的厚度和二向色滤波器中的层数来调节被透射的未经转换的光的部分。在包括散射层22的实施例中，可以通过增加或减少散射以增加或减少转换来调节被透射的未经转换的光的部分。散射可以通过增加散射颗粒的浓度、增加散射层的厚度、改变散射颗粒的组分、改变散射颗粒的大小和形状或者改变其中嵌入散射颗粒的基质的组分来增加。散射还可以通过粗糙化诸如光学腔10的顶表面或侧表面之类的光学腔10的表面来增加。在一些实施例中，未经转换的光的部分通过减小波长转换区中的波长转换材料的厚度和/或浓度来增加。在一些实施例中，未经转换的光的部分通过将散射颗粒引入到波长转换区18中来增加，其导致更大部分的入射光从波长转换材料散射离开，而不是被波长转换材料吸收。散射颗粒可以布置在波长转换材料上方的隔离层中，或者与波长转换材料混合。在一些实施例中，被透射的未经转换的光的分数通过仅在光学腔10的顶部的一部分上形成散射层22和/或滤波器20来增加。
在一些实施例中，滤波器20和散射层22被调节以减少从图2、3和4中图示的结构发射的光的颜色中的角变化。在一些实施例中，通过增加光学腔10的顶部处的散射，例如通过在顶表面处添加散射颗粒、在顶表面处添加散射波长转换颗粒、粗糙化腔10的顶表面和/或向腔10的团块（bulk）添加散射颗粒来降低角变化。在一些实施例中，如本领域中已知的那样，通过调节滤波器20（如果存在的话）的角透射属性而以期望的角度选择性地透射光来减少角变化。在一些实施例中，通过调节添加到光学腔10的侧壁的波长转换材料的量和/或通过调节通过侧壁的光的透射来减少角变化。
图3图示了具有布置在光学腔的顶部和底部处的波长转换区的光学腔10。在图3的结构中，第一波长转换区18布置在LED 16之间，如图2中那样。第二波长转换区36布置在腔10的顶部处，例如在包括滤波器20的实施例中刚好在滤波器20下方或刚好在滤波器20上方，或者在包括散射层22的实施例中刚好在散射层22下方或刚好在散射层22上方。第二波长转换区36可以是覆盖腔10的整个顶部的单个连续区，如图3中所示，或者它可以形成在被空间、透明材料或诸如散射材料之类的另一材料分隔的较小区中。第二波长转换区36可以通过任何合适的技术形成在腔10的顶表面、滤波器20的底表面、滤波器20的顶表面上，或者例如透明材料的隔离片上。
波长转换区18的任何上述特性，包括但不限于材料、厚度和沉积技术，可以在本发明的实施例中应用于波长转换区36。波长转换区18和36不需要具有相同的特性，尽管在一些实施例中它们可以这样。
在一些实施例中，第二波长转换材料与散射层22中的散射颗粒混合，而不是如图3中所示的那样形成为第二、隔离层36。
单个或多个波长转换材料可以包括在波长转换区18和波长转换区36中的每一个中。发射不同颜色的光的波长转换材料可以被分隔或混合。散射或其它非波长转换材料可以被添加到波长转换区18和36中的任一个或二者。
在一些实施例中，在具有腔10的顶部和底部上的波长转换区的系统中，腔10的顶表面的反射率（即滤波器20的反射率）可以被降低以允许更多的光被滤波器20透射，这可以提高结构的效率。由于存在顶部波长转换区，需要来自LED 16的较少的光入射在底部波长转换区上，因此较少的光必须朝向光学腔10的底部反射。结果，滤波器20可以是较小反射性的。此外，由腔10的顶部上的波长转换区导致的散射可以增加朝向腔的底部上的波长转换区18引导的光量，并且可以减小散射层22中所需的散射材料的量，或者可以完全消除对散射层22的需要。
在一些实施例中，布置在腔10底部上的波长转换区包括经受具有增加的温度的最严重性能退化的波长转换材料，因为腔10的底部上的波长转换区可能比腔10的顶部上的波长转换区更易于冷却。
在一些实施例中，器件包括波长转换材料A，其可以被由另一波长转换材料B发射的光激发。波长转换材料A可以布置在腔10的底部上的波长转换区中，而波长转换材料B可以布置在腔10的顶部上的波长转换区中，以最小化波长转换材料之间的相互作用。
例如，制造白光的器件通常包括蓝色LED和红色和绿色或黄色发射磷光体。发射红光的许多磷光体将吸收绿色或黄色发射磷光体发射的光。许多红色发射磷光体还是温度敏感的。在一些实施例中宏，红色发射磷光体布置在腔10的底部上并且绿色或黄色发射磷光体布置在腔10的顶部上。在这样的设置中，红色发射磷光体可以吸收比在其中混合红色和绿色/黄色磷光体的系统中更少的绿色或黄色光，这可以提高混合光的显色指数，可以提高器件的效率，并且可以简化颜色瞄准。
在一些实施例中，红色发射磷光体布置在腔10的顶部上并且绿色或黄色发射磷光体布置在腔10的底部上。在一些实施例中，红色发射和绿色/黄色发射磷光体被混合，并且该混合物布置在腔10的顶部和底部二者上。在一些实施例中，红色发射磷光体和红色发射量子点的混合物布置在腔10的底部上并且多个类型的绿色发射磷光体的混合物布置在腔10的顶部上。在一些实施例中，单个红色发射磷光体布置在腔10的底部上并且相同或不同的红色发射磷光体和绿色/黄色发射磷光体的混合物布置在腔10的顶部上。
在图3中所示的系统的操作期间，来自LED 16的光26的一部分未经转换地透射通过腔10的顶部并且被提取。未经转换的光还可以在逃出腔10之前在腔10内部反射若干次。来自LED 16的光的另一部分被波长转换区36吸收并且以不同的波长被重发射。该重发射的光中的一些直接逃出并且一些进入腔10，其中它可以在从腔10的顶部被提取出之前反射许多次。来自LED 16的光的最后一部分24反射离开腔10的顶部并且入射在波长转换区18上。波长转换区18吸收该光中的一些并且以不同的波长重发射它，并且反射其余的光。经波长转换的或被反射的未经转换的光在从腔10的顶部提取出之前可以反射许多次。
图4图示了对图2和3中图示的结构中的任一个的可能修改。在一些实施例中，使直接在LED 16之上的腔10的顶部区域比其中包括滤波器20的实施例中的滤波器20更具反射性，或者使其在其中不包括滤波器20的实施例中是反射性的。例如，反射区38可以在腔10的顶部处直接形成在LED 16之上，使得来自LED 16的光在遭遇滤波器20或散射层22之前遭遇反射区38。反射区38可以是例如布置在腔10的顶部上或滤波器20的底部上、在透明覆盖物上或者在任何其它合适的层上的反射性金属箔或其它反射性材料的盘。
如果被反射区38反射的光被引导朝向LED 16返回，光可以被LED 16吸收并且损失。在一些实施例中，反射区38可以被配置成引导反射光从LED 16离开。例如，图4中图示的反射区可以具有引导反射光从LED 16离开的粗糙化的、纹理化的或图案化的表面。图5、6和7图示了引导反射光从LED 16离开的成形的反射区38的示例。尽管图5、6和7图示了一个LED16，但是所图示的反射区38可以在腔10中的多个LED之上重复。所图示的反射区38通常围绕LED 16的顶表面的法线旋转对称，尽管在一些实施例中它们不需要是这样。
图5中图示的反射区38具有从接近LED 16的中心朝向腔10的顶部上升然后向后朝向波长转换区18延伸的表面41。由于表面41朝向波长转换区18向下延伸，它距LED 16更远。表面41在图5中被图示为接触LED 16的顶表面和波长转换区18的顶表面二者，尽管在一些实施例中它不需要接触任一个表面或这两个表面。如射线43所示，从LED 16发射的光被表面41反射开而远离LED 16并且朝向波长转换区18。表面41可以如图5中图示的那样是弯曲的或平坦的，并且它可以包括弯曲的部分和平坦的部分二者。在一些实施例中，可以省略顶部波长转换区36并且波长转换材料可以布置在区42中。
图7图示了包括具有与图5中的相同的形状的反射区38的系统。在图7中，省略图5的区42，并且反射区38的表面41形成光学腔10的顶表面。波长转换区36作为保形涂层（即具有基本上均匀厚度的涂层）形成在反射区38之上。例如，图7中的波长转换区36的厚度可以以小于50%变化。图7中图示的结构可以通过在衬底14之上模制光学腔10、LED 16和波长转换区18，然后在光学腔10之上模制波长转换区36，或者在光学腔10之上压制预先形成的柔性波长转换片来形成。如图5中那样，反射区38无需具有图7中图示的精确形状。
图6中图示的反射区38具有从LED 16上方并且接近LED 16的中心的光学腔10的区斜向地（digaonally）向上朝向波长转换区36并且远离LED 16上升的表面47。表面47还可以认为突起，诸如从腔10的顶部处的基座朝向定位在腔10的顶部下方并且在LED 16上方的点延伸的反向的锥体或金字塔。表面47在图6中图示为与LED 16的顶表面间隔开，尽管它在一些实施例中可以接触LED 16。如射线45所图示的，从LED 16发射的光被反射离开表面47而远离LED 16并且朝向波长转换区18。表面47可以如图6中图示的那样是平坦的，或者是弯曲的，并且它可以包括弯曲部分和平坦部分二者。
在一些实施例中，图5和6中图示的结构通过在反射区38的顶部（图5中的42，图6中的44）与反射区38的底部（腔10）之间的表面41和47处创建折射率差异来经由全内反射进行反射。因为反射区38通过全内反射进行反射，所以以小于临界角的角度入射在表面41和47上的光被透射通过表面而不是被反射。结构在一些实施例中可以被模制。例如，图5的结构可以在波长转换区36或诸如透明覆盖物之类的另一合适的结构上被模制，然后定位在衬底14之上，使得腔10是空气并且区42是模制化合物、硅树脂或任何其它合适的材料。图6的结构可以模制在衬底14之上使得区44是空气并且腔10是模制化合物、硅树脂或任何其它合适的材料。在一些实施例中，形成反射区38的折射率差异介于空气与玻璃或者以上描述为适于形成腔10的任何材料之间。例如，区42和44可以是玻璃并且腔10可以是空气，或者区42和44可以是空气并且腔10可以是玻璃。形成图5和6中图示的表面的两种材料之间的折射率差异在一些实施例中可以为至少0.4，在一些实施例中至少0.5，在一些实施例中至少0.8，并且在一些实施例中至少1。在一些实施例中，图5和6中图示的反射区38利用反射性材料形成或涂敷有反射性材料。
回到图4，在一些实施例中，波长转换和/或散射材料布置在光学腔10的侧面上。例如，波长转换区40可以形成在腔10的侧壁上。波长转换区可以包括诸如磷光体之类的波长转换材料，其与诸如硅树脂之类的透明材料混合，然后被涂敷在腔10的侧面上，布置在定位成邻近腔10的侧面的材料的透明片上，或者形成到附接到腔10的侧面的膜中。遭遇波长转换区40的光被吸收并且以不同的波长被重发射或者被反射。
本发明的实施例可以具有优点。由于波长转换材料的至少一部分布置成使得其可以保持冷却（诸如在衬底14上），因而系统的效率相比于其中波长转换材料经受加热的系统可以得到提高。系统提取的光中的随角度变化的颜色可以在维持高效率的同时被最小化。此外，可以使转换的光的部分独立于波长转换材料加载和波长转换区的厚度，使得混合光的色点可以不受波长转换区的形成中的微小工艺变化影响。
已经详细描述了本发明，本领域技术人员将领会到，鉴于本公开，可以对本发明做出修改而不脱离于本文所描述的发明概念的精神。例如，不同实施例的不同元件可以组合以形成新的实施例。因此，意图不在于将本发明的范围局限于所图示和描述的特定实施例。

Claims (11)

1.一种半导体发光结构，包括：
附接到衬底的半导体发光二极管；
布置在衬底上的波长转换材料的第一区，波长转换材料被配置成吸收半导体发光二极管发射的光并且以不同的波长发射光，在第一区中的波长转换材料覆盖半导体发光二极管周围的衬底的整个表面；
具有第二表面的光学腔，该第二表面被布置成接近该衬底，所述光学腔包括反射性表面，所述反射性表面将光远离所述半导体发光二极管进行反射并朝向所述第一区，所述反射性表面从接近所述半导体发光二极管的中心上升，然后朝向波长转换材料的第一区向下倾斜；以及
布置成接近光学腔的第一表面的波长转换材料的第二区。
2.权利要求1的半导体发光结构，其中：
第一区包括能够发射第一波长的光的第一波长转换材料；并且
第二区包括能够发射第二波长的光的第二波长转换材料。
3.权利要求1的半导体发光结构，还包括布置在光学腔内的光散射材料的颗粒。
4.权利要求1的半导体发光结构，其中波长转换材料的第二区保形涂敷该反射性表面。
5.权利要求1的半导体发光结构，其中反射性表面包括通过全内反射进行反射的折射率中的对比。
6.一种半导体发光结构，包括：
附接到衬底的半导体发光二极管；
布置在衬底上的波长转换材料的第一区，波长转换材料被配置成吸收半导体发光二极管发射的未经转换的光并且发射具有不同波长的经转换的光；
具有第二表面的光学腔，该第二表面被布置成接近该衬底；
布置成接近光学腔的第一表面的波长转换材料的第二区；以及
布置成接近光学腔的第一表面的滤波器，该滤波器被配置成反射半导体发光二极管发射的未经转换的光的一部分并且透射波长转换材料发射的经转换的光的一部分。
7.权利要求6的半导体发光结构，其中：
波长转换材料包括能够发射第一波长的光的第一波长转换材料和能够发射第二波长的光的第二波长转换材料；并且
第一和第二区中的每一个包括第一和第二波长转换材料的混合物。
8.权利要求6的半导体发光结构，其中：
第一区包括能够发射第一波长的光的第一波长转换材料；并且
第二区包括能够发射第二波长的光的第二波长转换材料。
9.权利要求6的半导体发光结构，其中与半导体发光二极管对准的接近光学腔的第一表面的第一区比不与半导体发光二极管对准的接近光学腔的第一表面的第二区具有更高反射性。
10.权利要求6的半导体发光结构，其中半导体发光二极管是第一半导体发光二极管，所述半导体发光结构还包括附接到衬底的第二半导体发光二极管，其中波长转换材料的第一区布置在第一与第二半导体发光二极管之间。
11.权利要求6的半导体发光结构，还包括布置在半导体发光二极管上方的反射性表面，其中该反射性表面被配置成引导反射光离开半导体发光二极管。
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