TW200903862A - Encapsulant with scatterer to tailor spatial emission pattern and color uniformity in light emitting diodes - Google Patents

Encapsulant with scatterer to tailor spatial emission pattern and color uniformity in light emitting diodes Download PDF

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Description

200903862 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於發光裝置’且更特定言之，係關於具有一 調諸空間發射圖案與色溫輪廟之白光發光二極體與多彩色 發光裝置裝配件。 本發明係在政府的支持下以合約號USAF 〇5_2_5507來實 施。政府具有本發明中的某些權利。 【先前技術】 發光-極體（或數個LED)為將電能轉換為光之固態裝 置且一般包括炎在相對摻雜層之間的半導體材料之一或多 個作用層。通常地，焊線用於橫跨該等摻雜層施加一偏 壓’從而將電洞及電子注射於作用層，其中電洞及電子重 新組合以產生光。從該作用層以及從該㈣之所有表面發 射光。一典型高效率LED包括安裝至一 [ED封裝並由一透 明媒介囊封之一 LED晶片。在高效率LED之製造中，來自 LED之光的有效擷取係一主要關注點。 可製造LED用以發射各種彩色光。然而，傳統LED未能 自其作用層產生白光《來自一藍色發光LED的光已藉由採 用百磷光體、聚合物或染料包圍]LED而轉換成白光，其中 典型的磷光體係摻雜鈽的釔鋁石榴石（Ce:YAG)。[參閱曰 亞化學工業公司（Nichia Corp.)白色LED，零件編號 NSPW300BS、NSPW312BS等；另參閱至Lowrey的美國專 利第59593 16號"磷光體-LED裝置的多個囊封"]。周圍的磷 光體材料會將增加該光波長之某些LED藍光的能量"向下 130422.doc 200903862 轉換”，將其顏色變為黃色。某些藍光在無改變之情況下 穿透該鱗光體而該光之-部分向下轉換為黃色。LED發射 藍光與黃光兩者，其組合以提供一白光。在另一方、、 來自一紫色或紫外發光LED之光藉由採用多彩色碟^或 染料包圍該LED已轉換為白光。 應注意，在整個應用中參考兩個不同重要角度。第一角 度係在圖U中顯示為範例性〜的視角。從在此情況下運行 π 透過半球狀囊封材料之中心且垂直於該囊封材料之平Μ 緣的光學軸測量該視角。零度（〇。）之視角指示自該囊封材 抖之輸出係從直接相對於該光源（即，正面）的囊封材料外 面的-點觀察（或測量）。當相對於觀察者傾斜該裝置時， 7角增加。九十度（90。)之視角指示該輸出從垂直於該光 子轴且與該囊封材料之平坦邊緣齊平之—角（即，直接從 側面）來測量。 ^參考的第二角係在圖la中顯示為ee之發射角。該等發 與視角共享相同光學軸。其測量自光學軸之角，一光 線在從該光源發射後以該角初妗. 月初始在5亥囊封材料中傳播。初 光學轴自該光源傳播之一光線（例如，光線叫具有 傳播Γ角°。如顯不’光線%近似為四十度(4〇。)。當初始 =向自該光學轴偏離時發射角增加。兩個角之間的一 散射事…· ？見角之輸出輪廟在該囊封材料内受 ^ 角說月在其可與該囊封材料内 之材料相互作用前初始自該光源發射時的光之方向。 已考量㈣之各種塗佈程序，其包含旋塗十塗、靜電 130422.doc 200903862 沉積（ESD)及電泳沉積（EpD)。例如旋塗或喷塗之程序通常 在磷光體沉積期間利用一黏合劑材料，而其他程序要求就 在其沉積後添加一黏合劑以穩定磷光體粒子/粉末。
/
KJ 其中在- LED上引入一磷光體的情況下，—通常類型的 LED封裝係'瞭解為一 ”杯中之一滴"方法。- LED晶片駐留 在於一杯狀凹處之底部，且將含有材料（例如，分佈在例 如聚矽氧或環氧樹脂之一囊封材料中之磷光體粒子）之一 麟光體注入並充滿該杯，包圍並囊封該LED。該囊封材料 接著固化用以使其在該LED周圍變硬。然巾，此封裝可導 致具有相對於該封裝以不同視角之發射光的色溫之顯著變 化的一 LED封裝。此彩色變化可由若干因素引起，其包含 光可透過該轉換材料行進之不同路徑長度。此問題可在其 中含有矩陣材料之磷光體在該LED駐留之該杯的"邊緣 延伸從而導致向側向發射進高視角（例如，在自該光學軸 90度）之轉換光的一優勢之情況下在封裝中變得更惡$。 結果係由該LED封裝發射之白光變得不均勻且可具有擁有 不同彩色或強度之光的光帶或補綴。 用於封裝或塗佈LED之另一方法包括使用例如電泳沉積 之方法將磷光體粒子直接耦合在該LED之表面上。此程序 使用靜電電荷用以將磷光體粒子吸引至帶電的該[ED晶片 之表面m可導致與視肖成函數關係㈣彩色不均句 性之改i其中對於此改良之-原因為該轉換光與未轉換 光之光源係接近空間中的同一點。例％，由—黃色轉換材 料覆蓋之-藍色發光LED可提供一實質上均句白色光源， 130422.doc 200903862 因為該轉換材料與LED係接近空間中的同一點。此方法由 於在大量生產環境中橫跨許多LED來控制靜電電荷中的困 難而可呈現矛盾。 處理此等矛盾以改良發射光之空間色溫均勻性之一已知 方法為使用光散射粒子隨機化外出光線之路徑。圖1 &與u 說明採用此方法之一發光裝置100。圖la表示沿斷面線^ (顯示在圖lb中）所取的已知裝置之一斷面。將—光源置 放於一基板104上。一向下轉換材料層1〇6覆蓋光源1〇2。 將一反射器108置放於基板1〇4上的光源1〇2周圍以使得在 由該反射器108與該基板104界定之一空腔中容納該光源 102。將一半球狀囊封材料11〇置放於該光源1〇2上。雖然 亦可使用其他安裝方法，但該囊封材料丨1〇可使用（例如）環 氧黏著劑女裝在该光源1 〇2上。將光散射粒子丨12置放於整 個該囊封材料110上。 光線R1至R4模型化從光源1〇2發射之範例性光子之路 徑。如顯示，發射R1且其穿透向下轉換材料1〇6之一長度 (11 )，其中存在該光經歷一波長轉換之一機率。應注竟， —光子將向下轉換（即，吸收並重新發射）之機率隨該光子 透過向下轉換材料106行進之距離而增加。因此，透過該 向下轉換材料106行進一更大距離（丨〇之尺2具有—更大機會 向下轉換。根據該向下轉換層之形狀，其遵循在穿透該向 下轉換層106後經歷一向下轉換之光的百分比為來自該光 源1 02之發射角的一函數。在沒有光散射粒子之情況下， 發射光譜將展示一顯著圖案，從而產生一光點，其中在色 130422.doc 200903862 溫及強度中之變化通常為人眼所顯而易見。此類不均勾性 可致使一發光裝置不適於用於某些應用。
在穿透該向下轉換材料106後，光進入囊封材料u〇。在 整個該囊封材料U0上分佈之光散射粒子u2經設計用以在 光子經發射以隨機化該等光子射出囊封材料u〇之點前重 新引導個別光子。此具有改良空間色溫均勾性之效應。例 如’ R1與-光散射粒子i 12碰撞，&變方向並如所示發 射。若不存在散射粒子，則R1在與其具有的點不同之點處 射出該囊封材料110。R3經歷多個散射事件。们與以未受 阻礙地穿透該囊封材料。因此’該等光散射粒子藉由自2 初始發射角分離該等光子而隨機化（至某一程度）發射光子 射出該囊封材料110之點。 【發明内容】 依據本發明之一發光裝置之一具體實施例包括至少一光 發射器。在該發射器上配置一囊封材料以使得從該發射器 發射之實質上所有光穿透該囊封材料。該囊封材料具有關 於透過該囊封材料傳播之光的發射角在空間上變化之光散 射特性。 依據本發明之一發光裝置之另一具體實施例包括置放於 表面上之至少一發射器。將一囊封材料置放於發射器上 以使得從該裝置發射之實質上所有光穿透該囊封材料。該 囊封材料具有多個三維（3-D)區域，其具有相關濃度之光 月欠射粒子。在a亥囊封材料内配置該等3 _ 〇區域以修改該發 光褒置之輸出強度及色溫輪廓。 130422.doc 200903862 依據本發明調譜從—光源發射之光的輸th㈣之—方法 具體實施例包括最接近該光源提供—囊封材料以使得 I質上所有該發射光穿透該囊封材料。使用在該囊封材料 内之先散射元件的選擇性配置叢集且沿該囊封材料之今亥表 面重新引導從該光源發射之光。該光從具有一: 该囊封材料發射，該輪廊藉由該等叢集之選擇性配置= s亥囊封材料之修正表面的位置來決定。 依據本發明之一囊封材料之一具體實施例 :材料之形狀之-第-材料。該第-材料具有—第一^ 丰。具有-微粒特徵之一第二材料係散佈在該第—材料内 ::使得該第二材料遍及該第一材料具有一不均勻密度。該 第二材料具有一第二折射率。 製造一囊封材料之一方法之一具體實施例包括提供—鑄 曰果用於使該囊封材料成形。將具有特定光散射特性之一數 ,ί -： m材㈣人該_中。將具有特定光散射特性之 額外材料以-序則人輯模巾以使得該㈣材料包括不 同區域，該料域之每—者具㈣定練射特性。 【實施方式】 本發明提供-種改良之發光裝置及用於製造該裝置之方 可使用具有光散射特性之材料，以各種組態將該 等材料配置在一發射器周圍之一囊封材料中來調諧該發射 強度及色溫輪廓。該等新裝置及方法由固態光源（例如， 發光二極體（LED))工作者尤其較佳。同樣地，正如在其他 led裝置中，橫跨該裝置施加_偏壓且因該裝置之主動區 130422.doc 200903862 I 重新組合而發射光。通常f要設計-LED之輸 出、、有時稱作光點。某些應用 廊均勻性及-較廣的發射輪腐之光點，、有一-度色溫輪 可使用本發明操縱之光輸出輪廓的兩㈣性是與該視 成函數關係的色、、®另綠療μ广 ^ 角 及強度輪廓。亦可操縱其他屬性。將— 囊封材料元件置放於# # ,'s Η放mu使得從該光源發射之所 貫貝上必須穿透該囊封材料元件。亦可置放該囊 以使得該囊封材料與該光源可安裝至一共同表面“亥 :封材料可包括置放於如以上所說明之光源上之任何L ^且在依據本發明之一具體實施例中，該囊封材料可包 透鏡’其係單獨或與其他黏著材料結合使用，以將該 透鏡安裝在該光源上。該囊封材料可由聚矽氧、環氧樹 ::、、玻：二爾其他材料製成，且可執行(例如)束成 、y及來焦等的功能。該囊封材料可在該光源上形成 =適田位置’或其可分離製造且接著隨後藉由（例如）黏性 %乳樹脂附於該光源。藉由空間改變該囊封材料内之光散 射特性’從-光源發射之百分比例的光可於發射角之一範 圍内經重新引導，以產生—所需之輸出輪廓。在以上[先 前技術]第四及第五段中說明發射角及視角。囊封材料之 某些範例性組態在下文中詳細說明。 雖然存在可用於散射在該囊封材料内之光的數個結構， 但尤其較佳適於本發明之兩個光散射結構係散射粒子及表 面修正。藉由改變在該囊封材料内之該等光散射粒子之密 度用以產生高濃度區域之粒子，來自該光源之該光可經重 130422.doc 200903862 新引導用以達—… 1 —特疋輪出輪廓。 重新引導光之s — + i 另一方式係修改該囊封 域。例如，正如扃丁+心 于材科表面之選定區 在下文中詳細說明，藉 之數個已知方法可修正 ，°蝕刻或研磨 修改部分(相對於一未/ 。妾近該囊封材料表面之- 另-點激發該囊封材料 二係重新引導且在 表面之特定區域 / ^機率。因此’藉由修正該 料内之物☆ 2 改該輸出輪廓至規格。在該囊封材
有效的。 口'、對4囊封材枓之表面的修改亦可 —應！解：當—元件(諸如一層、區域或基板)稱作位於另 兀彳上蚪，該元件可直接位於該另一元件上，或亦可 "子在中間兀件。此外’相對術語(例如'，内部”、，，外部”、 ”上部”、"以上，·、，，下部”、”以下”、"下面”）及類似術語可 μ本文中用於5兒明一層或另一區域之一關係。應瞭解，此 等術語係旨在包含除圖式中描述之方位以外的該裝置之不 同方位。 雖然術S吾第一、第二等在本文中可用來說明各種元件、 組件、區域、層及/或區段，但是此等術語不應限制此等 元件、組件、區域、層及/或區段^此等術語係僅用以將 一元件、組件、區域、層或區段與另一區域、層或區段區 分。因此，下面說明之一第一元件、組件、區域、層或區 段可稱為第二元件、組件、區域、層或區段，而不脫離本 發明之敎示。 應注意’術語"層"與"一些層”在整個應用中可交換使 130422.doc -13· 200903862 用。熟習此項技術者應暸解一單一材料"層"可實際上包括 數個個別材料層。同樣地，可將數個材料"層”功能上視為 —單一層。換言之，術語”層”不指示一同質材料層。—單 —”層”可含有定位在子層中之各種散射材料濃度及組成 物。此等子層可以一單一形成步驟或以多個步驟形成。除 非另外特定陳述’否則其並非旨在藉由將一元件說明為包 括材料之一"層"或”一些層”而限制如申請專利範圍中具體 化的本發明之範疇。
在此將參考示意性說明本發明之理想化具體實施例的斷 面圖，來說明本發明之具體實施例，同樣地，可預期說明 之形狀因（例如）製造技術及/或公差而發生變化。本發明的 具體實施例不應被視為受限於本文所說明特定區域形狀或 粒子形狀，而應包含因(例如)製造而產生的形狀偏差。解 說或說明為（例如）矩形之一區域通常具有由於通常製造公 差之圓形或曲線特徵。因此，圖中所示區域為示意性質： 且其形狀並非旨在說明-區域或粒子之精確形狀，且亦並 非旨在限制本發明之範疇。 固z顯示依據本發 1 丹體實施例。 =封材料200通常包括至少兩個不同材料。媒介服给定 。該囊封材料2〇°之一較佳形狀係具有 .、'面之一球。然而，例如’亦可使用許多立他 囊封材料形狀’例如，—平坦形狀或平凸面u 、 2〇2包括熱或光學固化材料，例…®。例如，媒介 .丄 何卄例如，透明環氧樹脂或聚 乳。光散射粒子204係分佈在整個媒介2〇2上。〆 130422.doc 200903862 其包含： 散射粒子2〇4可包括許多不同材料 矽膠； 氧化鋅（ZnO); 氧化釔（Y2〇3); 二氧化鈦（Ti02); 硫酸鋇（BaS04); 氧化鋁（A1203); 熔化矽（Si02);
煙霧狀二氧化矽（Si02); 氮化鋁； 玻璃珠； 二氧化鍅（Zr02); 碳化矽（SiC); 氧化鈕（Ta05); 氮化矽（Si3N4); 氧化鈮（Nb2〇5);或 氮化蝴（BN)。
TiO' 、Ah〇3與矽為較佳材料。亦。 :::::子 Μ4應二== 昱因AM 材料之間建立—較大折射率差 ” 數差㈣起折射’所以亦可以使用關於周圍媒 介202具有一低折射率之一散射粒子材料。雖然可使用更 大粒子，但散射粒子204之直徑通常小於一微米。粒子204 在媒；I 2G2中導致強迫光從_直路徑偏離之局部不均勾 130422.doc -15- 200903862 性 當光撞擊散射粒子204之—或多者時，在媒介2〇2與粒子 204之間的折射率差異引起光折射並在一不同方向上行 進。-較大折射率差異對於一入射光子產生—更激烈的方 t改變。為此原因，具有高折射率之材料在例如聚石夕氧或 乳樹脂之媒介中工作較佳。在選擇光散射材料時另一考 ^系該材料之吸光率。在較大粒子可逃逸該囊封材料2〇〇 月广其在該封裝中反向散射更多光，從而減少該裝置之總 發光，出。因此，較佳散射粒子材料具有關於該媒介（例 如，環氧樹脂中的TiO,)之一宾如 & # ^ r日”叫）之回折射率及可與透過該囊封 材料，例如’用於可見光譜之i _粒子）傳播之光的波 ^比較之:粒子尺寸。此確保最大化轉遞或向側向散射效 ^，同時取小化由於反向散射所致的光損失。 在-早-光子從該囊封材料發射進周圍環境前，盆可經 歷數個散射事件。當一光子傳遞進具有高密度散射粒子之 -區域時’其可在許多方向上多次折射，從而使得該光子 從具有高濃度散射粒子之一區域射出該囊封材料不大可 能。精由改變透過該媒介202之光散射粒子之濃度，可修 改該輸出光之色溫及強度輪廓。 ^ 所設計裝置之應用可規定散射粒子之各種遭度位準。使 用Τι〇2散射粒子，（例如）一高密 0 η在度區域可包含體積近似 獅子’而周圍媒介可包括體積〇細散射粒子。 因此’在此範例中之高密度區域具有係周圍媒介五倍的每 早位體積之散射粒子。範例性密度比為5: U高密度區 130422.doc •16· 200903862 二低诒度區域)。可使用其他密度及密度比；然而，由 二欠所致的知失隨散射粒子之密度而增加。因此，在以 上靶。例中，在周圍媒介中之Ti〇2散射粒子之密度不應超過 〇.〇5%以便維持—可接受的損失數字。密度及密度比可依 據選定用於散射粒子及周圍媒介之材料而改變。 一可=高密度區域明確配置在該囊封材料内以藉由影響以 特疋角攸4光源發射之光將在一給定點離開囊封材料 之機率而達到各種輸出輪廓。更明確而言，如以上所 兒月因為光之色溫為視角之一函數，所以可控制角的色 /皿輪廓且因為光(不管彩色)將穿透一高密度區域並離開 該囊封材料200係不大可能的，所以亦可調諸角強度輪 廓。其他因素亦可影響高密度區域在整個該囊封材料200 上之置放。可配置囊封材料2〇〇以與類似於圖13中所顯示 的裝置之一發光裝置合作。 再次參考圖2,區域206具有關於該鄰近區域2〇8之一高 濃度之散射粒子204。區域206表示三維（3_D)空間，其佔 用在實質上半球狀囊封材料2〇〇之尖端之一體積。光線2〇8 顯示自定位在該囊封材料200下之一距離的一光源（未顯示） 發出。 為便於參考，以具有小於近似3〇Q之一絕對值之發射角 進入該囊封材料200之光稱作低角光。在具有大於近似3〇〇 且小於近似60〇之一絕對值之一發射角的光係稱為中範圍 角光。在具有大於近似00〇之一絕對值之一發射角的光係 稱為高角光。給定範圍僅意指傳遞—般意義的入射光之發 130422.doc •17- 200903862 射角且不應視為將與該等描述術語之一者相關之光限制為 一嚴格範圍的發射角。 光線208如顯示進入該囊封材料2〇〇之平面。在此特定具 體實施例中，低角光將很可能與高密度區域2〇6衝突。與 僅穿透該鄰近區域208之光比較，入射在區域2〇6上的更高 百刀比之低角光將經歷散射事件。入射在區域上的降 • 低百分比之光將直接穿透該區域2〇6。使用此特定幾何結 f ' 冓從區域206發射之光將展示由於一增加數目之散射事 件的較佳色溫均勻性及由於從該區域2〇6重新引導開並從 該鄰近區域208離開該囊封材料之光的一減少強度。 在此具體實施例中，該高密度尖端區域206之體積可依 據待操縱之輸出輪廟的視角範圍而決定。高密度材料之一 更大體積將如響在視角之一更廣範圍上的輸出輪廓。例 如，右5又叶要求在_45〇至45〇之視角範圍上之一改變的輸出 輪廓則需要向密度材料之一特定體積充滿該尖端區域 U 口為°亥戎何結構在此具體實施例中係相對簡單，所 以以下簡單等式可用於發現高密度材料之必要體積，其中 尺為實貝上半球狀囊封材料之半徑且0為發射角： . 半昏 在此具體實栋丨ώ ^ 例中’該高密度尖端區域206致使在視角 之範圍上的輪ψ m十 J屯強度及相關色溫（CCT)倆者之一顯荖降 低，其中該尖端P。 # ^ 而^域206使視野變暗。如圖3中顯示，此且 有在特定角範圍內 吗鬥使輸出輪廓曲線圖變平之效應。圖3僅 130422.doc •18- 200903862 —典型輸出輪廓之一範 忍指使用尖端區域具體實施例提供 例。該曲線圖不反映實際實驗結果 圖4顯示依據本發明之—囊封 Τ1^4ϋ0之另一具體實施例 之一斷面表不。該囊封材料4 J 1定用相冋或不同材料如 以上說明同樣地形成。本文中， __ , &或402具有關於該鄰近 區域406之一高濃度之勒2 ^ 政射拉子404且置放於最接近光源 (未顯示）之該囊封材料200的平 ^ ]十面附近。圖4顯示具有楔形 特徵之尚密度區域402。尤^
^ 纟3七中，區域402類似於一截斷 的倒圓錐體結構。
圖4中所說明之組態的一結果為光可自該等高角重新引 導開向後朝該囊封材料400之中心。該高密度區域概具有 重新分佈通常以高視角至較低視角得到測量之某些強度之 效應。該囊封材料400之此具體實施例在以較低視角觀察 時（例如’當迎面觀察時）看起來更亮。因此，高密度區域 402可用於使該束之強度輪廓成形。在高視角之色溫均勻 性已經較佳’目此該高密度區域4〇2對在高視角之色溫輪 廓具有較小的效應。 置放該楔形特徵402以界定低角光可傳遞進該低密度區 域406而無需與該高密度區域4〇2首次相互作用之一空間。 可調整該等楔形特徵402之頂點之間的距離用以增加或減 少光穿透以到達該低密度區域4〇6之空間尺寸。 圖5顯不依據本發明之一囊封材料5〇〇之另一具體實施例 之一斷面表示。區域502具有比鄰近區域5〇6更高濃度之光 散射粒子504。在3-D中，該高密度區域502為實質上螺旋 130422.doc •19- 200903862 管形。因此，該區域502在中間具有一孔之囊封材料5〇〇之 周邊周圍形成-環。在此具體實施例t，具有更高或更低 範圍之發射角之光穿透該囊封材料而不與該高密度區域 502相互作用。具有一中間範圍之發射角（例如，θ〉4〇。或 θ<50 )之光將入射在該高密度區域5〇2上。因此，中間範 圍之視角更激烈影響輸出輪廓。可選擇區域5〇2之寬度及 j孔之尺寸，以使得從中間角之一特定範圍發射之光與該 高密度區域502相互作用。 圖6顯示依據本發明之一囊封材料6〇〇之一斷面表示。該 囊封材料600併入相較於該鄰近區域6〇4具有更高濃度散射 粒子602之一個以上的區域。尖端區域6〇6與底部區域6〇8 為兩高密度區域。此4寺定具體實施例允許來自中間範圍之 發射角之光穿透該囊封材料6〇〇，而具有較小機率與該高 密度區域606、608相互作用。該高密度區域6〇8用於重新 引導光向後朝向該光學軸，使該束之強度輪廓成形，並且 重新引導光朝向該高密度區域6〇6。該高密度區域6〇6用於 文良以低視角之光的彩色均勻性與強度輪廓。雖然此具體 實施例顯示區域幾何結構之—特定組合’但取決於所需輸 出輪廓’ 3午多不同組合係可行的。該等組合僅意指範例性 的。因此，本發明不應受限於此等範例。 圖7顯示依據本發明之一囊封材料7〇〇之一斷面表示。該 囊封材料700之特徵為具有多個高密度區域，此等區域之 者/、有不同農度的光散射粒子702。尖端區域704具 有最同密度的光散射粒子702 ;該底部區域706不比尖端區 130422.doc -20- 200903862 ::〇4密集但比區域7。8密集。可選擇密度以不同地影響從 :之離放乾圍發射之光。-更密集區域將導致以-相 广圍之視角的輸出輪廊，其隨某些視角範圍内的改良色 /皿均勻性而不那麼密集。 一圖8顯示依據本發明之-囊封材料_之-具體實施例之 斷面表不。忒囊封材料8〇〇之特徵為在分級式尖端區域 中之放射粒子雄度之—範圍。將該等散射粒子，以一 斜度與敢接近該朵彡盾> | + ^ 原、之最不役集的子區域806以及在尖端 最密集子區域8〇8 一起置放。具有一中間密度之子區域 81〇插入其間。該等子區域806、8〇8、81〇顯示為其内具有 冋質散射粒子密度之離散層。然而，該分級式區域可為具 有從低到高密度平穩轉變之一連續區。而且，該最密集子 區域可最接近光源（未顯*)置放。該分級式尖端區域8〇2以 更連續及平穩之方式影響在視角之所需範圍上的輸出輪 廓，從而消除顯著強度及色溫變化。 用於製造具有分級式散射粒子區域之一裝置之一方法涉 及-序列模製程序。在具有一半球狀囊封材料(例如，囊 封材料800)之-具體實施例的情況下，一半球狀轉模可用 於形成該囊封材料800。將具有特定濃度光散射粒子之一 數罝之-第-材料引入該鑄模中。在此具體實施例中將組 :議區域之該第一材料可允許在添加下—層前變硬或 a又疋’或S亥程序可繼續而無需變硬。接著，且 负一不同濃 度之光散射粒子之一數量的一第二材料在該第— 材料之頂 部引入該鑄財。可允許該第二材料在添加額外層前設 130422.doc 200903862 定，但該程序可在之前置放層變硬前繼續。具有光散射粒 子之各種厚度及濃度之額外層可隨後引入該鑄模中。因 此’-序列模製程序可用於製造一囊封材料（例如，在圖8 中顯示的囊封材料）。_多不同鑄模形狀及材料序列可用 於製造一所需囊封材料。 圖9顯示依據本發明之一囊封材料_之一具體實施例之 一斷面表示。該囊封材料_之特徵為具有-修正表面902 及政射粒子904。正如與其他散射材料類似地，該修正表 面902散射光之光子，防止其以與其從該光源（未顯示）發射 ，角相同的角離開該囊封材料9〇〇。此具有隨機化入射在 =亥修正表面902上之該發射光之部分的效應。撞擊該修正 表面9〇2之光具有在一改變角發射或向後重新引導進該囊 封材料觸之—更高機率。因此，可藉由修改該表面之一、 特定部分而調諧強度及色溫輪廓。 在此具體實施例中 锋的 〗T 。亥均勻密集散射粒子9〇4具
散射效應’而該修正表面對在 又 於廂且古隹+ 牡祝角之特疋軏圍内之輪出 =具有-”效應。本文中，將該修正表 工主 知以低角發射之光更可能撞擊該修 正表面902。因為色溫係該 ^ 角之—特定範圍作為一目桿=文=函數，所以可將視 知用於改良色溫均勻性。 存在宝用於修正一表面之數個不同已知方法。例如，可蝕 或研磨該表面之部分。亦可使用粗糙化 以提供一更敕〜欠 纟面’或其可經特定定結構用 更正齊的修正。例如，定結構之已知方法可用於 130422.doc -22· 200903862 =一修正表面（例如，截斷的角錐形）上提供許多不同特定 幾何結構。該表面將散射入射光之程度取決於該表面之粗 糙度。可將粗糙度測量為從表面外形之尖峰至谷底的平均 距離。隨著表面粗糙度增加，所以散射光之百分比亦增 加。若（例如）該表面使用一化學蝕刻（例如，以hf為主的 蝕J J)粗糙化，則該表面之粗糙度可藉由改變該蝕刻時 間而調諧。較長的敍刻時間通常導致較高程度的表面粗链 度以此方式，可控制該表面粗糙度用以達到一特定散 平均位準。 =10顯示依據本發明之—囊封材料！_之-具體實施例 之一斷面表示。該囊封材料刪之特徵為具有多個修正表 面1002、1004。正如與高密度散射粒子區域類似，可操縱 來自各種發射角範圍之光用以產生一特定輸出輪廓。在此 具體實:例中’來自低角及高角之光將以比以一中間角發 射=光円的百分比進行内部重新引導。雖然該效應在其中 色不均勻性係最大值處的較低視角將更加顯 藉由l擇囊封材料1000表面之某些區域用以修正 明確㈣該輸出強度輪廓。圖1〇係修正表面區域之—組人 ::耗例性具體實施例。然而，許多其他修正 構亦可用於達到修改的輸出輪廓。 圖11顯示依據本發明壹 之一斷… 之*封材枓1100之-具體實施例
該囊封材料之特徵為-高密度散射粒子區 戍02與一修正表面11〇4之一 。 D 、’且口 此特疋範例性具體實 130422.doc -23· 200903862 施例將影響相對於從低及高角兩者發射之光的輸出輪鄭。 配置該高密度區域11()2用以與在低角從該光源發射之光相 互作用。置放該修正表面1104用以改變在高角從該光源發 射之光之輪廓且將高角光重新引導回進該囊封材料⑽。並 朝向區域11〇2。雖然高密度區域與修正表面對於與其相互 作用之光具有一類似效應’但可在由該兩個不同結構導致 之輸出輪廓中存在差別。該組合可由於該等結構與該光相 互作用之方式及不同程度而提供優點。在一單一囊封材料 中使用兩·結構可提供額外設計選項用以產生高特定輸出 輪廓。對組合配置之許多變化係可行的。例如，一高密度 區域可用於修正從中間範圍角發射之光的輪廓，同時一修 正表面與在低角發射之光相互作用。本發明不限於任何特 定組合或配置。 圖12顯示一發光裝置12〇〇之一具體實施例之一斷面表 不。例如，將例如一 LED之一光源1202置放於一表面上， 其中—波長轉換材料層1204覆蓋該光源之主要發射表面。 將 &形反射器元件1 206置放於該表面上且包圍該光源 1202。例如’該反射器元件12〇6可由例如鋁之一反射材料 製造’或其可在面向該光源1202之其内壁具有一擴散或反 射塗層。該反射器元件1206將從該光源1202發射之光在極 高角重新引導。 將—囊封材料1 208置放於該光源1 2〇2上以使得發射之實 質上所有光在其逃逸進周圍環境前必須穿透該囊封材料 1208。雖然該囊封材料12〇8可為許多形狀，但一較佳形狀 130422.doc • 24- 200903862 係半球。光散射粒子121 0在整個透光囊封材料12〇8上分 佈。囊封材料1208可使用一透光填充劑材料12〇9安裝在光 源1202上。填充劑材料1209較佳係具有高光透射率及匹配 或緊密匹配該囊封材料12〇8之折射率之一折射率之高溫聚 &物’其可由玻璃、石英、南溫及透明塑膠、聚石夕氧、環 氧树脂或此等材料之一組合製造。囊封材料1208可放置在 該填充劑材料1209之頂部並黏著於該填充劑材料12〇9。在 一替代具體實施例中，可形成該囊封材料以使得該囊封材 料與該光源安裝至其間沒有填充劑材料之一共同表面。 在此特定具體實施例中，該囊封材料包括一修正表面 1212。將修正表面12 12配置在囊封材料1208之尖端，從而 與在低角（即，沿光學軸）從該光源1202發射之光相互作 用。忒反射元件1206亦包括一修正表面1214，其沿該内 壁面向該光源1202延伸。可相對於一囊封材料之修正表面 正如以上所說明同樣地修正該表面1214。例如，該表面可
。3亥修正表面丨214可與任何其他光散射結 以達到一修改輸出輪廓。 圖1 3顯示依據本發明之一 一發光裝置1300之一具體實施例 130422.doc •25- 200903862 之一斷面表示。該裝置1300類似於圖12中顯示之裝置且具 有°午户相同特徵。該裝置1 300包括數個光散射元件。—囊 封材料1302具有在其内分佈之光散射粒子，其某些係集中 於在該囊封材料13〇2之尖端之—高密度區域讓中。該裝 置1300之特徵為具有修正囊封材料表面1306、1307。一反 射器元件1308亦具有一修正表面1310。 "亥反射器元件丨3 08連同複數個光源丨3 14 一起安裝在一表 面312上。s亥等光源1314可為相同顏色或不同顏色、單色 或白色在—較佳具體實施例中，三個光源安裝至該表面 2 紅色光源、一綠色光源與一藍色光源。該等光源 可以夕種組態安裝在表面13〇8上。該等散射元件可配 在X裝置内以使得來自某些或所有該等光源1314之光可 經操縱以達到一所需輸出輪廓。 _ 。已 > 考特定的較佳組態詳細說明本發明，但其他型 ，樣可仃。因此，本發明之精神及範疇不應限於以上說 明之型式。 【圖式簡單說明】 W iai糸 ^ 〇知發光裝置之一斷面表示。 圖1b係-已知發光裝置之一頂部平面圖。 一'依據本發明之—囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 園3係模型化爽白价祕丄。 v 來自依據本發明具有一高密度區域之一發 光^置與不存在一 ^ 、 呵讼又區域之一類似裝置之一範例性相 關色溫輸出輪廓之—曲線圖。 130422.doc -26 - 200903862 圖4係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖5係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖6係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖7係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖8係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖9係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖1 0係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖11係依據本發明之一囊封材料之一具體實施例之一斷 面表示。 圖1 2係依據本發明之一發光裝置之一具體實施例之一斷 面表示。 圖1 3係依據本發明之一發光裝置之一具體實施例之一斷 面表示。 【主要元件符號說明】 100 發光裝置 102 光源 104 基板 130422.doc •27· 200903862 106 向下轉換材料層 108 反射器 110 囊封材料 112 光散射粒子 200 囊封材料 202 媒介 204 光散射粒子 206 區域 208 鄰近區域 400 囊封材料 402 區域 404 散射粒子 406 鄰近區域 500 囊封材料 502 區域 504 光散射粒子 506 鄰近區域 600 囊封材料 602 散射粒子 604 鄰近區域 606 尖端區域 608 底部區域 700 囊封材料 702 光散射粒子 130422.doc -28· 200903862 704 尖端區域 706 底部區域 708 區域 800 囊封材料 802 尖端區域 804 散射粒子 806 子區域 808 子區域 810 子區域 900 囊封材料 902 修正表面 904 散射粒子 1000 囊封材料 1002 修正表面 1004 修正表面 1100 囊封材料 1102 區域 1104 修正表面 1200 發光裝置 1202 光源 1204 波長轉換材料層 1206 反射器元件 1208 囊封材料 1209 填充劑材料 130422.doc -29- 200903862 1212 修正表面 1214 表面 1300 發光裝置 1302 囊封材料 1304 區域 1306 囊封材料表面 1307 囊封材料表面 1308 反射器元件 1310 修正表面 1312 表面 1314 光源
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Claims (1)

  1. 200903862 十、申請專利範圍： 1 · 一種發光裝置，其包括： 至少—光發射器；以及 囊封材料，其經配置以使得從該至少一發射器發射 之貝貝上所有光穿透該囊封材料，該囊封材料具有隨透 過該囊封材料傳播之光之發射肖而$ $地改變的光散射 特性。 3. 4. 5. 6 · σ。月，項1之發光裝置，該囊封材料包括光散射粒子。 月长項2之發光衮置，該等光散射粒子包括來自二氧 化鈦（Ti〇2)、氧化鋁（Aha)及煙霧狀二氧化矽0^2)之 群組的一或多個材料。 U項2之發光裝置’該囊封材料包括多個三維(弘〇) 區域’該等區域之至少-者相對於該等區域之其他區域 含有一更高濃度的該等光散射粒子。 如請求項4之發光裝置，其中該囊封材料具有二等分斷 面’ 4斷面顯示一置放於該至少一光發射器之遠端的尖 端區，該尖端區界定相對於一鄰近區域具有一高 光散射粒子之該等3-D區域之—者。 如請求項4之發光裝置，其中該囊封材料具有1八斷 該斷面顯示沿該囊封材料之底面在相：方―向:： 伸二得該等楔形區與該囊封材料之外表面係同延之； 楔形區，該等楔形區界定該等3挪域=兩 鄰近區域具有-高漠度之光散射粒子。 相對於- 如請求項4之發光裝置， 4囊封材枓包括相尉於該等區 130422.doc 200903862 域之其他區域具有一高濃度 艰厌乙尤政射粒子之多個3-D區 域0 8. 如請求項1之發光裝置，其中佟 一 ” Τ乜止°哀曩封材料之該表面 之一或多個部分，以散射人射在該表面上之發射光。 9. 如請求項8之發光裝置，其中修正哕壹 τ u止及曩封材料之該表面 之一部分，以散射入射在該表面上之發射光。 10. 如請求項8之發光裝置’其中 』 L止0哀曩封材料相對該發 射器之該表面之一圓屋頂形部分。 如：求項1之發光裝置’進一步包括包圍該至少一光發 射器之暴露部分之一波長變換材料層。 12. :請求項i之發光裝置，進一步包括置放於該基板上之 -反射器元件’該反射器具有其中該囊封材料與該至少 -發射器配置於中心之一實質上螺旋管形，該反射器元 件包括内壁，以重新引導來自該至少—發射器之光朝向 δ亥囊封材料。 ϋ 13. 如請求項12之發光裝置’其中修正該反射器元件内壁以 散射入射光。 14. 如請求項1之發光裝置，其中該至少-發射器包括置放 於該底部上之複數個發射器。 15. —種發光裝置，其包括·· 至少一發射器，其置放於—表面上；以及 一囊封材料，其置放於該發射器上，以使得從該裝置 發射之實質上所有光穿透該囊封材料，該囊封材料具有 多個具有相關濃度之光散射粒子之三維（3_D)區域，將該 130422.doc 200903862 等3-D區域配置於該囊封材料内，以修正該發光裝置之 輸出強度及色溫輪廝。 1 6.如β求項1 5之發光裝置，其中將該等區域配置於該 囊封材料内’以改良該發射光在視角之一範圍上的彩色 均勻性。 17. 如請求項15之發光裝置，其中將該等3-D區域配置於該 囊封㈣與視角成函數關係之發射光的強度 輪廓。 18. 如請求項15之發光裝置，該囊封材料包括相對於一鄰近 區域八冑回展度之光散射粒子之一 區域，該Μ區 域相對於該至少-發射器置放於該囊封材料之尖端。 19·如請求項15之發光裝置，該囊封材料包括相對於一鄰近 區域具有一高濃度之光散射粒子之— 3_d區域，該W區 域置放於接近該至少—發射器之該囊封材料之該表面之 附近，且從該囊封材料之該中心朝該囊封材料之該表面 K,·1 向外延伸，该3-D區域之體積隨自該囊封材料之該中心 之距離而增加D 20.如請求項15之發光裝置’該囊封材料包括相對於一鄰近 區域具有一南濃度之光散射粒 域置放於-具有與該囊封材料之域’該3_〇區 距該囊封材料之該中心一距離之 卜仅 形區域卜 I的實質上螺旋管 21·如請求項15之發光裝置，該囊封材料包括相對㈣等區 域之其他區域具有一高濃度 ' ° 尤政射粒子之多個3-D區 130422.doc 200903862 域。 22. 如請求項21之發光裝置，复中 ” τ β亥多個3-D區域包括兩個 以上之不同濃度的光散射粒子。 23. 如請求項15之發光裝置，進-步包括置放於該表面上之 複數個發射器。 24. 一種調諧從—光源發射之光之輪出強度及色溫輪廊的方 法’其包括： 最接近該光源提供-囊封材料，以使得實質上所有該 發射光穿透該囊封材料； 使用在„亥囊封材料内之光散射元件的選擇性配置叢 集’且沿該囊封材料之該表面重新引導從該光源發射之 光；以及 發射具有-輸出輪廊之來自該囊封材料之光，該輸出 輪廓由該等叢集之選擇性配置來決定。 2 5 .如s青求項2 4之_方4+ * .. ' 八中邊等光散射元件包括光散射粒 子。 26. 如請求項25之方法，其中該等光散射粒子包括來自二氧 化鈦（ΤΆ)、氧化叙⑷你）及煙霧狀二氧化石夕㈣^之 群組的一或多個材料。 27. 如請求項24之方法，甘丄j^ 、 ，、中δ亥專光散射元件包括該囊封材 料之該表面的修正部分。 2 8 _如請求項24夕士、、+ 、 ’ ’其中該等光散射元件包括在該囊封 材料與遠囊封材料 7叶之该表面之修正部分内的光散射粒 子0 130422.doc 200903862 29’ 一種囊封材料，其包括： 第材料’其界定該囊封材料之形狀，該第一材料 具有一第一折射率；以及 第一材料，其具有散佈在該第一材料内之一微粒特 欲以使得5亥第二材料遍及該第一材料具有一不均勻密 度，該第二材料具有一第二折射率。 3 0.如叫求項29之囊封材料，其中該囊封材料包括一高密度 區域，其比該囊封材料内之鄰近區域具有一更高濃度之 該第二材料。 31. 如請求項30之囊封材料，其中該囊封材料具有一凸面彎 曲的表面及一平面。 32. 如請求項31之囊封材料，其中定位該囊封材料，以接收 來自至少一光源之光，該光入射在該平面上。 33·如請求項32之囊封材料，其中將該高密度區域置放於該 囊封材料内’以使得該高密度區域與從該至少一光源發 射之光在低發射角之一範圍内相互作用。 34·如凊求項33之囊封材料，其中將該高密度區域置放於該 囊封材料之尖端中。 35·如請求項32之囊封才才料，纟中將該高密度區域置放於該 囊封材料内，以使得該高密度區域與從該至少一光源發 射之光在高發射角之一範圍内相互作用。 36.如請求項35之囊封材料，其中將該高密度區域沿該囊封 材料之平坦邊緣置放’以使得該高密度區域在該囊封材 料内形成一倒圓錐體。 130422.doc 200903862 3 7.如請求項32之囊封材料，其中將該高密度區域置放於該 囊封材料内，以使得該高密度區域與從該至少一光源發 射之光在發射角之一中間範圍内相互作用。 3 8.如凊求項37之囊封材料，其中該高密度區域具有一實質 上螺旋管形。 3 9.如„月求項32之囊封材料，其中將該高密度區域置放於該 囊封材料内，以使得該高密度區域與從該至少一光源發
    射之光在低角、中範圍角及/或高角之範圍的一組合内: 互作用。 4〇·^請求項29之囊封材料，其中該囊封材料包括複數個高 在度區域，其比該囊封材料内之鄰近區域具有—更高 度之該第二材料。 〇 ' 其中已修正該囊封材料之該表 42·種製造一囊封材料之方法，其包括： Ο. 提供-鑄模用於使該囊封材料成形； '材料引入該 將具有特定光散射特性之一數量之一第 鑄模中；以及 〜儿取耵将性之額外材料 模中，以使得該囊封材料包括不同㈣ 一者具有特定光散射特性。 °°或之 月泉項12之方法，其中允許引入該鑄 每一者在將該等材料之^ ^ 之忒寻材料 前設定。 卜者以該序列弓丨入該鑄模中 130422.doc 1 1.如請求項29之囊封材料 面之一部分。 200903862 其中該等材料包含光散射粒子。 其中藉由該等材料之每一者中之該 至^ °卩分地決定該等材料之該等光 46. 如請求項44之方法，发φ 0 # , 一中4囊封材料係實質上半球狀， 且其中該第一材料相對於嗲望 耵於邊4額外材料具有最高濃度之
    44. 45. 如請求項42之方法， 如請求項44之方法， 等光散射粒子之濃度 散射特性。 光散射粒子，置放該等額外材料以隨自該囊封材料之該 尖端增加之距離具有減少濃度之光散射粒子。 47. 如請求項42之方法，其中該囊封材料包括該等不同區域 之至少三者。 130422.doc
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