[发明专利]具有均匀磷光体光照的LED模块

说明书

通过形成在LED管芯之上的光学结构修改一般朗伯LED管芯发射，所述光学结构减少沿着法向轴的光发射并且增强以关于法向轴的一定角度的光发射，从而产生某个光发射轮廓。提供叠覆光学结构的磷光体层，诸如在反射光混合腔室中。光发射轮廓导致跨磷光体表面撞击的来自LED管芯的更均匀的通量。一些LED光穿过磷光体并且一些光被转换成不同波长的光。光发射轮廓导致跨磷光体的更均匀的颜色和温度。光发射轮廓可以通过透镜、LED管芯之上的图案化层、LED管芯之上的半反射层、光学片或者其它技术来创建。

技术领域

本发明涉及使用发光二极管（LED）和磷光体的照明器件，并且特别地涉及用于改进跨叠覆LED的磷光体层（或其它转换材料）的颜色和通量的均匀性的技术。

背景技术

图1图示了常规LED管芯12，其具有叠覆LED管芯12并与其分离，但是接近LED管芯12的磷光体层14。LED管芯12包括n型层15、发射光的有源层16以及p型层17。光通过LED管芯12的顶表面和侧表面出射。LED管芯12可以发射蓝光，并且磷光体14可以是发射黄-绿光的YAG磷光体。通过磷光体14泄漏的蓝光与磷光体发射的组合创建白光。磷光体14可以由紧密接近LED管芯12的透明支撑表面支撑。

图2图示了裸露LED管芯12的一般朗伯光发射图案18。当光撞击在LED管芯12上方的平坦磷光体层14上时，撞击在磷光体14上的通量沿法向轴在LED管芯12的中心的正上方最大。通量随着距LED管芯12之上的中心点的距离而降低。换言之，当光线的角度从法向偏离时，撞击在磷光体14上的通量变得更少。作为结果，相对于更远离LED管芯12的中心的光而言，从磷光体14的表面出射的光将在LED管芯12的正上方更蓝。

此外，出于相同原因，磷光体14的温度将由于较高的通量而在LED管芯12的正上方较高。一些磷光体和量子点对温度非常敏感并且随着温度改变其光学特性。因此，跨磷光体14的温度梯度将贡献于颜色非均匀性。而且，在较高温度位置处，磷光体的量子效率以及长期材料稳定性降低。

此外，LED管芯12正上方的磷光体遭受来自高通量的其它不利效果，其影响LED管芯12正上方的颜色。

因此，颜色跨磷光体14的表面将不均匀。在一些应用中，诸如当经磷光体转换的LED管芯12的图像通过投影仪中的抛物面反射镜、头灯或者用于局部应用的其它次级光学器件而放大时，颜色非均匀性尤其引人注意。

这些问题还存在于LED模块中，其中LED管芯的阵列安装在公共衬底上并且覆盖有磷光体层。在每一个LED管芯上方的是光学和热学热点，其中光更蓝（假定使用蓝色LED管芯）并且其中磷光体受温度和其它因素的不利影响。作为结果，颜色和温度跨磷光体不均匀。

所需要的是用于改进跨由来自一个或多个LED管芯的光激发的磷光体表面的光的颜色均匀性的技术。

发明内容

描述了减少沿着LED管芯的法向轴发射的光并且增强偏离法向轴发射的光的各种技术，其中所得到的光用于激发紧密接近LED管芯的磷光体或量子点的层。通过将LED管芯辐射轮廓从朗伯型改变成具有偏离法向的峰值强度的辐射轮廓，来自LED管芯的经修改的光发射将提供叠覆磷光体层的更均匀的辐照，从而导致磷光体表面之上所发射的光的更均匀的颜色分布以及跨磷光体的更均匀的通量密度和温度。

在一个实施例中，透镜粘附或模制在LED管芯之上以创建所期望的强度分布轮廓。在另一实施例中，在LED管芯的顶表面之上形成部分反射体层，其允许相比于在中心区域中，更多光靠近边缘逸出。在另一实施例中，在LED管芯顶表面之上形成图案化的透明层，其反射和折射光以创建所期望的发射图案。在另一实施例中，光学层与LED管芯间隔开以创建所期望的发射图案。

磷光体层（或者量子点层）然后提供在LED管芯或者LED管芯的阵列之上。磷光体层可以通过光混合箱中的LED管芯阵列上方的透明板来支撑或者是自支撑的。LED管芯的最佳强度分布轮廓取决于包括LED管芯的间距以及LED管芯与磷光体层之间的距离的因素。