CN100468791C

CN100468791C - 具有改良效率的镀膜led

Info

Publication number: CN100468791C
Application number: CNB038247038A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·F·索莱斯; 小斯坦特恩·韦弗; 陈伦星; 鲍里斯·科洛丁; 马休·萨默斯; 阿南·阿奇尤特·塞特勒尔; 托马斯·埃利奥特·斯特克
Original assignee: Gelcore LLC
Current assignee: Current Lighting Solutions LLC
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: AU2003270052B2; EP1540746B1; ES2335878T3; KR100622209B1; US7479662B2; DE60330023D1; AU2003270052A1; KR20050046742A; JP2005537651A; ATE448571T1; WO2004021461A2; US20070120135A1; CN1836339A; WO2004021461A3; EP1540746A2

Abstract

本发明提供了一种LED器件，包括LED芯片和透镜，该透镜远离芯片被定位并且涂布有用于至少将由芯片发射的某些射线转换成可见光的荧光磷光体的均匀厚度层。远离LED定位的磷光体层可以提高装置的效率并且产生更稳定的彩色再现性。优选地，透镜的表面积至少是LED芯片的表面积的十倍。为了提高效率，反射镜和次黏着基台也可以用磷光体涂布以进一步地减少内吸收。

Description

具有改良效率的镀膜LED

背景技术

本发明涉及一种包括UV或蓝光发射二极管或者是UV或蓝光激光二极管(LED)和激活磷光体的发光器件。更具体而言，本发明涉及一种磷光体镀膜LED，该磷光体镀膜LED具有公开的特定几何形状，并设计改进LED效率的涂层。

目前，存在用于全面照明的LED市场，即所谓的“白光LED”。这些“白色LED”发射的射线可感觉到基本为白色。最常见的白色LED由蓝宝石(单晶氧化铝)或单晶SiC上发蓝光的GaInN外延生长层组成。涂布有磷光体的发蓝光芯片将某些蓝色射线转换成互补色例如黄-绿光发射。蓝色光和黄-绿光一起发射通常产生具有约5000K的相关色温且彩色再现指数Ra等于约70-75的白色光，还存在一种白色LED，其利用了UV发光芯片和设计用于将UV射线转换成可见光的磷光体。典型地需要两个或者多个磷光体发射带。

白色磷光体镀膜LED通常具有约50-70％的封装效率。将封装效率定义为：如果所有封装所产生和漏出的射线未被吸收，那么封装效率为LED的实际光输出与所获得的光的比率。在本文描述的发明中，可以获得接近100％的封装效率。

在历史上，磷光体镀膜LED具有相当低的封装效率，这部分是因为磷光体微粒产生的光平均地向各方向射线。某些光常常射向LED芯片、基片、次黏着基台、以及导线结构。所有这些元件吸收该光的一部分。此外，由于磷光体通常不是长波长UV或者蓝色射线的理想吸收体，所以由LED芯片自身发射的部分初始受激射线还会被反射回前述的结构元件上。最终，在UV发射芯片的情况下，为了吸收所有UV并避免UV渗漏，磷光体涂层通常必须相当厚，至少为5-7个粒子厚度。这更增加了涂层的可视反射率。由于LED芯片、次粘着基台、反射镜和导线结构吸收光线，从而限制了封装效率。

正如所述，典型的封装效率是50-70％。因此，如果封装效率可增加到接近100％，则对于提高LED封装的效率提供很好的机会。例如，荧光灯也是利用磷光体涂层而使封装效率接近了100％，这主要是因为由磷光体涂层产生的光被射回灯内，没有照射到任何吸收结构。

本发明提出的另外一个主要问题是磷光体涂层的均匀性。导致上述封装效率的现有设计通常具有安装在基片上并且接着被置于银镀膜反射杯中的蓝色或者UV发射芯片。该杯用含有磷光体粉硅氧烷或硅氧烷环氧树脂进行填充。磷光体微粒被随机地分散在硅氧烷淤浆中，除了由于散射光返回而致上述减少封装亮度的影响之外，相关磷光体厚度也在涂层不同几何形状上有很大的不同。这导致了光束图案中的分色输出。由于不同的涂层图案和厚度以及在LED发射图案中不希望的蓝色或黄色圈，还会导致不同部分具有不同颜色。

磷光体涂层均匀性的问题已经在美国专利第5,959,316号中说明，其中，厚度均匀的荧光层或磷光体层通过透明隔离层与LED芯片分开。然后将整个装置嵌入透明的封装环氧树脂中。

在传统的LED封装中遇到的另一个问题是，若磷光体安置于LED的顶部或邻接LED的层中则其效率降低。这是由于芯片的残留热使磷光体升温并且改变了它的发射特征。传统的LED的另一个缺点在于，由于磷光体非均匀地涂布，使用磷光体的总量经常超过了对由芯片发射的光的有效转化的必要量。磷光体材料是相当昂贵的，该附加量明显地增加了LED的总成本。

最小化LED中光损耗的一种方法是确保次黏着基台、反射镜、和导线结构尽可能地涂布大量反射材料。大多数制造商使用了这种方法。然而，LED本身特别是在具有SiC基片的芯片的情况下吸收大量其自身的射线和磷光体射线。此外，LED结构的其他部件例如次黏着基台相当强烈地吸收可见光射线和近UV射线。使人吃惊地，甚至连银镀膜反射镜和导线结构元件也稍微吸收这两种射线。由于这种吸收以及在磷光体涂层与LED结构之间反射大量的射线的事实，即使具有镀膜表面也很少获得超过50-70％的封装效率。

LumiLED的LUXEON^TMLED产品中使用了一种可选的方法即将磷光体放入反射杯的硅氧烷中。在这些设计中，发光LED芯片涂布有薄磷光体保形涂层。这种配置减少了芯片上涂层厚度的非均匀性以及增进了LED的LED颜色的均匀性。然而，它实际上可以降低LED的总效率，这是因为芯片和次黏着基台吸收射线，并且由磷光体涂层产生的超过一半的射线被直接反射到这些元件上。

因此，通过提高LED封装效率到70％以上，优选地接近100％，这样对于设计具有最大光输出的磷光体涂层LED是有利的。

此外，需要生产具有均匀磷光体层和一致颜色通量的UV/磷光体或蓝光/磷光体白色LED，而在UV发射芯片的情况下，LED没有向环境泄漏大量的UV射线。

此外还需要通过使用均匀涂层厚度的磷光体并将该涂层安置于远离LED芯片，以便防止来自芯片的热向磷光体传递，来增加磷光体转换效率。

此外，需要使由于电流波动引起的LED色移最小化。由于磷光体上的高的射线通量密度，经常在磷光体镀膜LED中观察到电流引起的色移，其倾向于通过耗尽某些激活剂的基态使磷光体饱和。在本文描述的发明中，通过在较远处涂布磷光体，来自LED芯片的蓝光通量密度(W)大大地降低了。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种LED照明组件，包括LED芯片和磷光体镀膜表面，磷光体镀膜的表面积大约至少是LED芯片面积的十倍。

在第二个方面，本发明提供了一种LED照明组件，包括LED芯片以及远离LED芯片的涂布于透明透镜的基本均匀厚度的磷光体涂层。

在第三个方面，本发明提供了一种用于形成LED照明组件的方法，该方法包括如下步骤：在安装表面设置LED芯片，将磷光体涂层涂布于透明透镜，并且将所述透镜附着到所述安装表面上，以使从所述LED芯片发射的光传输到所述透镜。

在第四个方面，本发明提供了一种用于形成LED照明组件的方法，该方法包括如下步骤：在粘合剂和溶剂中分散磷光体以形成磷光体混合物，将所述磷光体混合物涂布于透明透镜，固化所述粘合剂，并且将所述透镜附着到LED芯片上方的安装表面。

优选地，提供磷光体涂层，该涂层完全包围LED芯片并且具有至少约为LED吸收部件的露出面积十倍的覆盖面积。在大多数情况下，诸如当磷光体被涂布在半球体上或类似几何结构上的情况下，这种要求通过以下满足，通过使磷光体镀膜表面距离芯片至少是芯片最长侧长度2-3倍的距离并且包围芯片，从而使射线在不透过磷光体镀膜的表面的情况下不能逃逸。从这样的涂层产生或反射出的射线可能照射到涂层的其它部件而不是芯片、次黏着基台等。因此，减少了由于射线被LED的这些内部结构吸收而引起的光损耗。

附图说明

图1是传统的LED封装组件的立体图。

图2是根据本发明的第一实施例的LED组件的截面图。

图3是根据本发明的第二实施例的LED组件的截面图。

图4是根据本发明的第三实施例的LED组件的截面图。

图5是根据本发明的第四实施例的LED组件的截面图。

图6是根据本发明的第四实施例的LED组件侧面立体图。

图7是根据本发明的第四实施例的LED组件侧面立体图。

图8是根据本发明的一实施例具有代表性的LED组件，示出用于入射到不同表面的射线的通量线。

图9是包含带通滤波器的蓝色LED源的透镜的截面图。

图10是包含多个带通滤波器的UV LED的透镜的截面图。

图11是包含微透镜或宏透镜阵列的透镜的截面图，在该透镜的外表面形成，以控制发射射线的发射角、方向、或强度。

具体实施方式

尽管为了方便起见，以下的对本发明的具体实施例的讨论针对LED，但应当理解，本发明涉及任何发光半导体的应用。参照图1，示出了传统LED组件10。LED组件包括安装于该LED组件底部表面14上的LED芯片12。LED芯片12发射射线(通常是在白光LED中的UV或蓝光)。由透明材料制成的透镜18包围芯片12和底面14。两根导线20将芯片12与电源连接。填充透镜和芯片12之间的空间22的通常是环氧树脂或其他透明材料，例如硅氧烷、丙烯酸树脂、热塑性材料、聚氨酯、聚酰亚胺、或者与系数修正匹配的流体或凝胶(未示出)。在环氧树脂内均匀分散的是磷光体微粒(未示出)，这些磷光体微粒至少吸收一部分由芯片12发射的光并且将其转换成不同的波长。

这些LED的性能适合于某些应用，可是它们具有以上讨论过的许多缺陷。因而，以下要披露的实施例尝试去克服存在于传统LED中的某些局限。

参照图2，示出了本发明的一个实施例的截面图。在该实施例中，通常设置LED封装110，该LED封装包括安装于次黏着基台114(submount)上的LED芯片112，将其依次安装在反射镜116上。正如本文中所使用的，“反射镜”指的是不仅包括LED封装底部的任何表面，而且还包括任何用于支撑LED芯片的其他结构，例如，热沉(heat sink)等等。由透明材料制成的透镜118包围芯片112、次黏着基台114和反射镜116。可选地，填充在透镜和芯片112之间的空间122的通常是环氧树脂或其他透明材料，例如硅氧烷、丙烯酸树脂、热塑性材料、聚氨酯、聚酰亚胺、或者与系数修正匹配的流体或凝胶。将包含磷光体微粒的磷光体层124涂布于透镜118的内表面或外表面上。优选地，将涂层涂布在透镜的内表面以防止由于操作等而使磷光体层移动。磷光体涂层的厚度应该足以使至少一部分由LED芯片发射的射线转换成不同的波长。这个厚度通常是在6μm至200μm之间，同时优选的厚度是在20μm至30μm之间。

LED芯片112可以是任何传统的UV或蓝光LED。这种LED是已知的，并且通常是由外延生长在蓝宝石、氧化铝、或单晶SiC基片上的InGaN或AlGaN层组成。优选的LED芯片可以具有在200nm至480nm范围内的原发射。同样地，磷光体层124可以包括一个或多个适合的荧光磷光体，该荧光磷光体能够吸收UV或蓝色射线，并且能够单独或与由LED芯片发射的射线结合产生用于照明的可见白色光或近白色光。用于本发明的适宜磷光体包括但不限于Y₃Al₅O₂：Ce(YAG：Ce)、Tb₃Al_4.9O₁₂:Ce(TAG:Ce)、和Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu(SAE)。其他产生磷光体的白光也是适合的。磷光体微粒的尺寸并不重要，例如直径可以约在3μm至30μm。

透镜118可以由基本上对于由LED芯片和磷光体发射的射线透明的材料制成。因而，根据发射射线的波长，透镜可以包含不同的材料，这些材料包括但不限于玻璃、环氧树脂、塑料、热固性树脂或热塑性树脂或本领域已知的任何其他种类的LED封装材料。

在透镜118的内表面设置磷光体涂层124而不是分散在环氧树脂或其他填充材料中，可提供更加均匀而有效的LED发射的转换。一个优点在于可以涂布受控的均匀厚度涂层。其一个益处在于可以利用最小量的磷光体精确地控制涂层的厚度，并且通过准确控制用于实现最佳转换效率和防止UV渗漏(如果使用UV发射芯片)。这有助于实现均匀的光发射，不发生由现有技术装置中磷光体的非均匀分散而导致的色圈。另一个益处在于磷光体远离由LED产生的热，进一步地提高了转换效率。当然，磷光体层可以被设置在透镜材料的内部或具有安置于其上的其他材料的涂层，这种配置也是本发明所涵盖的。

尽管以下并不想限制本发明，但是磷光体涂层可以通过如喷涂、辊涂、弯月面涂或浸涂、烫印、丝网印刷、点胶(dispensing)、滚压、刷涂、或喷射或任何其它的可以提供均匀厚度涂层的方法来涂布。用于涂布磷光体的优选方法是喷涂。

在用于涂布LED外壳的透镜和反射镜的典型技术中，首先将磷光体粉末与粘合剂和溶剂一起搅拌到淤浆。合适的粘合剂包括但不限于硅氧烷、环氧树脂、热塑性塑料、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、及其混合物。合适的溶剂包括但不限于诸如甲苯、过氧化甲乙酮(又称丁酮(MEK))、二氯甲烷、以及丙酮、及其它的散射介质这样的低沸点溶剂。所述溶剂可以优选是载剂。淤浆中每种组分的量并不是关键的，但是应该进行选择以便制备出易于涂布于透镜的淤浆，同时，这种淤浆还应包含用于LED射线有效转换的足够浓度的磷光体微粒。典型的淤浆的制作可以使用大约2份重量的6μm磷光体、1.2份重量的硅氧烷、和1份过氧化甲乙酮。合适的硅氧烷是GE XE5844。

接着将这种淤浆涂布到透镜的表面。然后可将这种镀膜透镜进行烘焙、加热、或其它处理以除去溶剂并固化粘合剂。正如本文所使用的，术语“固化”指的是不仅包括对粘合剂实际的固化或交联，而且更一般地是表明在粘合剂中任何化学的和/或物理变化，使得通常由于粘合剂的凝固或硬化而使其中磷光体微粒变得相当稳定。

如上所述，淤浆可以通过任何合适的方法而涂布于透镜。在优选的方法中，将淤浆通过喷涂来施加。在该方法中，将淤浆用于填充合适的气刷的贮存腔。然后淤浆利用加压喷枪喷射到透镜上，将该淤浆进行预热并且保持在电热板上，优选在高于溶剂沸点温度如110℃的高温下保持。通过连续的道次将部件进行喷射，喷射大约每个道次进行约1/2秒。淤浆在接触时干燥并且获得均匀的涂层。在35-40个道次的透镜上得到约4层厚(利用6μm大小的磷光体微粒约20-30μm)。然后将透镜进行烘焙以固化粘合剂。可将这种涂布LED的方法用于全面照明的任何LED。如果需要的话，可将透明材料的第二涂层添加到磷光体层之上以保护磷光体或提供保护涂层以帮助光提取。

在传统涂布方法之上利用具有YAG磷光体的蓝光LED已经实现了光输出的显著改进，其中，磷光体被埋入淤浆中并且均匀地涂布在芯片周围。显然，许多其他使透镜远远地围绕LED芯片的方法也在本发明的范围之内。

在一个优选的实施例中，透镜的半径优选至少是芯片的一侧长度(“L”)的约2-3倍。这种结构增加了从涂布于这类透镜的涂层产生或反射的射线更有可能照射到涂层的其它部分的可能性，在此射线将被转发射，而在芯片或其他非镀膜区域，射线将被吸收并损耗。

在图3示出的第二个实施例中又设置了LED封装210，并且包括安装于次黏着基台214上的LED芯片212，其依次安装在反射镜216上。透镜218围绕芯片212、次黏着基台214、和反射镜216。可选地，填充在透镜和芯片212之间的空间222的通常是环氧树脂或其他透明材料，例如硅氧烷、丙烯酸树脂、热塑性材料、聚氨酯、聚酰亚胺、或者与系数修正匹配的流体或凝胶。为了进一步提高效率，将包含磷光体微粒的磷光体涂层224涂布在透镜218的内表面226上和反射镜216的顶部表面上。优选地，可以认为是封装底部的反射镜顶部表面首先涂布了反射层240，这些反射层是诸如氧化铝、氧化钛等这样的高电介质粉末。优选的反射材料是Al₂O₃。然后将磷光体层224置于反射镜顶部的反射层240之上。使用反射层240来反射穿过该表面上的磷光体层224的任何射线242。也可选择不涂布具有单独磷光体层224的透明透镜118，而是将磷光体均匀地分散在包含透明半球体的材料内。

优选地，位于反射镜216上的反射层240之上的磷光体层224是相当的厚，即，大于5个粉末层，同时，可将位于半球体曲线顶端的磷光体层进行调整以获得所需要的颜色和吸收所有入射在其上的射线。一般而言，在蓝光发射芯片的情况下，位于半球体顶部的磷光体层将在1-4层的厚度范围内，其目的是将某些蓝色射线进行发射。在UV芯片的情况下，涂布在半球体上的磷光体涂层应该在4-8层的厚度，其目的是吸收至少大部分由芯片发射的UV射线。

如图3所示，防止来自芯片242的射线在没有首先照射到半球体的磷光体镀膜表面的情况下而离开该结构。进一步地，所有磷光体镀膜表面面积要远远大于发射芯片的表面积，优选地，至少是LED芯片的吸收部件的露出面积的十倍。正如在本文所使用的，LED吸收部件的露出表面积包括LED芯片的露出表面积以及没有被反射层和/或磷光体层覆盖的次黏着基台的任何露出面积。

在这种结构中，尽管存在被散射回半球体内的大量蓝色或UV射线，几乎所有的射线均被广泛地散射，照射到磷光体涂层的其他部分而不是芯片或次黏着基台。大部分的由磷光体涂层产生的可见光也直接反射到了半球体内。而且不存在金属反射镜和露出的导线结构。这个几何结构的重要特征在于除了LED芯片212之外的所有元件都进行磷光体涂布并且半球体的磷光体表面积是非常大的，优选地，其面积大于LED的任何吸收部件的表面积的十倍以上。因此，几乎所有的返回半球体的射线将会照射到其它磷光体涂层区域并且被磷光体反射或吸收和重新发射。本文所披露的实施例计算得到高于70％以上的效率，并且在大部分情况下接近100％。

在表1中将该设计的效率与几个标准LED封装几何结构的效率进行了比较。这些比较是利用计算机模似进行的。计算机模拟是下面描述的通量模型。它考虑所有射线通量并且假定将全部射线进行漫射，以便入射到任何给定表面上的射线量与其面积成比例。如表1中所示，上述几何结构提供了基本上100％的封装效率。

表1-磷光体镀膜LED的两个标准配置与披露于本发明中三个实施例计算出的封装效率的比较

图4示出了在同样原理下操作的第二实施例。这里将LED芯片312安装在底座314上，底座还作为热沉。然而，芯片312被放置在模制球体318的中心部位。然后将磷光体层(未示出)涂布在球体318的内表面320上，也可选择均匀地分散在球体内。在该设计中，LED将向各方向均匀地辐射。此外，显然由磷光体涂层所产生的和散射回球体的蓝光/UV射线和可见射线将更可能优先于照射到其它的磷光体镀膜表面而不是照射到芯片312或底座314。对于漫射射线而言，这些光吸收结构是小的(照射)对象。如表1所示，这种结构的封装效率接近100％。SiC基片上LED结构的较低封装效率是由于与Al₂O₃基片相比SiC基片吸收的LED射线较高。

根据前面的实施例，显而易见磷光体涂层的特定形状并不重要，只要它尽最大可能地围绕LED芯片并与该芯片保持足够远的距离(例如，这个距离可以使磷光体镀膜表面具有约十倍于芯片露出表面的表面积)，这样从涂层散射的射线不可能照射到芯片或芯片结构。本发明不限于在此描述的实施例而是想要包含所有这些涂层形状，优选地，其中磷光体镀膜表面的面积约是LED吸收部件的露出面积的十倍或更多倍。因而，涂布磷光体的透镜不限于球状或半球状的，而是可以包括任何几何形状，同时优选地，磷光体镀膜表面面积大约至少是LED吸收部件的露出面积的十倍。

本发明还想要涵盖多种几何形状，这些几何形状并不十分理想，或许没有提供100％封装效率的全部优点，不过的确利用了所设计的远处的磷光体涂层的原理，以使镀膜表面至少是芯片发射面积的十倍。例如，图5示出了传统表面黏着LED示意图。在这种结构中，将LED芯片412和次黏着基台414装配在反射杯416中。与传统设计(在上述背景中描述)不同，其具有或多或少随机地埋入反射镜和透镜之间的光学介质中的磷光体，将该磷光体涂层作为一层施加于透明透镜418上。磷光体涂层远离芯片412并且位于具有大约十倍以上于LED吸收部件的露出面积的表面上。很明显，涂布有磷光体涂层的透镜418的表面面积可以小于芯片表面积的十倍。然而，由于更多的射线将照射到芯片并且被芯片吸收，因此组件的封装效率降低。此外，可以将第二个透镜430安装在磷光体镀膜透镜之上用于保护。

大部分的从磷光体涂层散射回来的UV或者蓝色射线和可见射线照射到反射杯416或其它磷光体表面。仅仅相对少量射线照射到光吸收芯片和次黏着基台。在该设计中，重要的是反射杯416由非常高的反射性材料制成，例如具有大于95％的反射率的汽相沉积和保护银涂层或诸如细粒氧化铝和氧化钛这样的高纯度无机粉末。另外，反射杯416可用磷光体涂布或者也可不用磷光体涂布。表1示出了面积为1.6mm²的特定LED的模拟性能，该LED位于利用面积为27mm²的磷光体镀膜透镜的银反射杯中次黏着基台上的。

如图6和图7所示，本发明还披露了涂布包含多个LED芯片的系统的远距离磷光体涂层的构思。多个发射蓝光或UV的LED可以被装配在单个反射电连接板或其它结构上。然后，将磷光体镀膜表面用于围绕不是单个的LED而是整组的LED。磷光体镀膜表面可以易于从所述LED器件拆卸，以便可以安装包含不同磷光体混合物或者混合量的附加透镜，以容易地调整光的色温、CIE、和CRI，而无需更换所述发光半导体。磷光体镀膜表面可以被单独或与其它高反射表面结合使用以围绕该组LED。图6和图7示出了这种结构的两个实施例。一个是电源模块500，可将其用作筒灯。另外一个是壁灯600，该壁灯具有许多装配在磷光体镀膜面板之后的LED。很明显，假如磷光体表面积优选是十倍于LED吸收部件的露出面积，则可以进行多种这样的配置。

如上所述，任何实施例可以包括位于LED芯片和磷光体镀膜透镜之间的环氧树脂或其它透明填充物。若封装材料或透明填充物具有与芯片和透镜的折射率的几何平均值相匹配折射率，则可以实现光的更有效提取，优选地在这个数值的20％之内，甚至更有选地在10％之内。这减少了灯的内部反射量。这样，在透镜具有约1.5的折射率、GaN LED芯片具有约2.7的折射率的情况下，优选地填充物将具有约2.1的折射率。在具有两种或多种不同折射率的材料的LED芯片的情况下，如在蓝宝石次黏着基台上的具有约1.7的折射率的GaN半导体的情况下，优选地封装物的折射率将与透镜折射率的几何平均值和二者之中的较大值相匹配。这样，利用比环氧树脂高的折射率的封装物可以获得较好的光提取，诸如旋涂式玻璃(SOG)或其他的高折射率材料。

以上的任何实施例还可以装备有一个或多个带通滤波器，以进一步地提高所得到的LED封装效率。这样，在如图9所示的一个实施例中，示出包含第一带通滤波器光片750的用于蓝光LED源的透镜718。将该带通滤波器安置于磷光体层724和LED(未示出)之间。带通滤波器选择为可使来自蓝光LED源752的入射光允许通过，而从磷光体层754发射的光被向外反射。

在如图10所示的实施例中，将两个带通滤波器设置在UV LED源封装中。在该实施例中，将第一带通滤波器850安置于磷光体层824和邻接透镜818的LED源(未示出)之间。第一带通滤波器起到传播来自LED的UV光852的作用，同时反射由磷光体层854发射的光。第二带通滤波器856反射来自LED 852的UV光，同时允许磷光体层854发射的光通过。这种配置防止了来自于封装的潜在有害UV射线的传输，同时确保了可见光的传播。

如图11所示，在以上任意一个实施例中，可以在透镜918的外表面上形成微透镜或宏透镜960阵列以控制发射射线952和954的发射角、方向、或强度。

表1中显示的计算结果是基于图8中所描述的线性通量模型。图中示出了入射到LED封装的四个表面上的九个通量。这些通量用下面的九个线性方程式来描述，每个方程式中用相应的数字描述通量。这些方程式是：

1.

L_{3}^{out} = L_{3}^{+} t_{3}^{VIS}

2.

L_{3 -} = L_{3}^{+} r_{3}^{VIS} + I_{3}^{+} a_{3}^{UV} Q ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{I} / {\overset{&OverBar;}{λ}}_{L}) (\frac{1}{2})

3.

L_{3}^{+} = L_{2}^{-} p_{2 3} + L_{1}^{-} p_{1 3} + L_{0}^{-} p_{0 3} + I_{3}^{+} a_{3}^{U V} Q ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{I} / {\overset{&OverBar;}{λ}}_{L}) \frac{1}{2}

4.

L_{2}^{+} = L_{3}^{-} p_{3 2} + L_{1}^{-} p_{12} + L_{0}^{-} p_{0 2} + I_{2}^{+} a_{2}^{U V} Q ({\overset{&OverBar;}{λ}}_{I} / {\overset{&OverBar;}{λ}}_{L}) \frac{1}{2}

5.

L_{2}^{-} = L_{2}^{+} r_{2}^{VIS}

6.

L_{1}^{+} = L_{3}^{-} p_{3 1} + L_{2}^{-} p_{2 1} + L_{0}^{-} p_{0 1}

7.

L_{1}^{-} = L_{1}^{+} r_{1}^{VIS}

8.

L_{0}^{+} = L_{3}^{-} p_{3 0} + L_{2}^{-} p_{2 0} + L_{1}^{-} p_{10}

9.

L_{0}^{-} = L_{0}^{+} r_{0}^{VIS}

这些表面是：

3＝上部磷光体镀膜表面，

2＝下部磷光体镀膜表面，

1＝反射镜和次黏着基台，以及

0＝蓝光或UV发射芯片。

有九个描述蓝色或UV通量的其它方程式。此处未示出这些描述蓝色或UV通量的方程式。它们通过量子效率Q和斯托克位移(λi/λl)与可见光方程式联系到一起。这十八个线性方程式出现十八个未知量，即照射到每个表面的射线的相关功率，并且同时求解。

P值表示来自一个表面的射线将照射到另一个表面的可能性。表1中所示的计算中被用来计算表面积的比率。Q表示磷光体的量子效率。λ是蓝光或UV芯片射线的平均波长或磷光体的可见射线的平均波长。

所需要的其他参数是不同材料表面的反射率和吸收率。这些参数可从手册数值中获得或利用已知方法直接进行测量而获得。没有芯片反射率的数值，因此这些数值通过假定每个芯片由半导体层和基片组成来进行计算。所有入射到芯片上的射线都可以假定为法向的，入射到倒装芯片设计中的基片上，忽略了衍射效应。芯片反射率的二次方程式是：

R＝R_sub+(1-R_sub)² exp (-2a_sub t_sub)R_act+(1-R_sub)² exp (-2a_sub t_sub)

(1-R_act)² exp (-2a_act t_act)R_mst...

其中：

R_sub＝基片的反射率 R_act＝激活层的反射率

a_sub＝基片的吸收值 a_act＝激活层的吸收系数

t_sub＝基片的厚度 t_act＝激活层的厚度

折射率、吸收系数、厚度使用的是已知值或者估计值，因此：

R＝((n1-n2)²+k²)/(n1+n2)²+k²)，其中k＝λa/2π。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种LED器件，包括:

发光半导体；

透明透镜，覆盖所述半导体上并与所述半导体隔开；以及

磷光体层，包含或者涂布在所述透镜的内表面或外表面，

其中，所述透镜的所述内表面的表面积至少是所述发光半导体的露出表面积的十倍。

2.根据权利要求1所述的LED器件，还包括安置于所述发光半导体和所述透镜之间的透明填充物。

3.根据权利要求2所述的LED器件，其中，所述透明填充物是光耦合材料，所述光耦合材料是环氧树脂、硅氧烷、丙烯酸树脂、热塑性材料、聚氨酯、或者聚酰亚胺。

4.根据权利要求3所述的LED器件，其中，所述填充物具有与所述发光半导体的折射率和所述透镜材料的折射率的几何平均值接近匹配的折射率。

5.根据权利要求1所述的LED器件，其中，所述磷光体层具有基本均匀的厚度。

6.根据权利要求1所述的LED器件，其中，所述磷光体层由包含一个或多个磷光体和粘合剂的淤浆形成。

7.根据权利要求6所述的LED器件，其中，所述淤浆包含溶剂，而所述粘合剂是透明的折射率匹配材料。

8.根据权利要求7所述的LED器件，其中，所述溶剂是丁酮，而所述粘合剂是选自包括硅氧烷、丙烯酸树脂、环氧树脂、热塑性塑料和聚酰亚胺的组。

9.根据权利要求1所述的LED器件，其中，所述磷光体层包含Y₃Al₅O₂:Ce、Tb₃Al_4.9O₁₂:Ce、Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的LED器件，其中，所述发光半导体是具有原发射在200nm-480nm范围的发蓝光LED或UV LED。

11.根据权利要求1所述的LED器件，其中，所述LED器件发射白光。

12.根据权利要求1所述的LED器件，具有70％或更高的封装效率。

13.根据权利要求1所述的LED器件，其中，所述透镜包括球体或者半球体，并且将所述发光半导体安置于所述球体或半球体的中心。

14.一种用于形成LED器件的方法，所述LED器件包括具有均匀磷光体涂层的透镜，所述方法包括如下步骤:

提供安装在支撑物上的LED；

提供透明透镜，所述透明透镜的尺寸适合安装在所述支撑物的上方或周围；

在所述透镜的表面上沉积均匀厚度的磷光体层，其中所述磷光体层的厚度为6至100μm；

组装所述LED、支撑物、和透镜，以形成所述LED器件。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述透镜上沉积所述磷光体的所述步骤包括如下子步骤:

形成包括磷光体粉、溶剂和粘合剂的淤浆；

烫印、丝网印刷、点胶、滚压、刷涂、或喷射所述淤浆到所述透镜上，以形成均匀厚度的涂层；以及

固化所述粘合剂以形成永久性涂层。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，使用多道次的压力喷射方法将所述淤浆喷射到所述透镜上。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述溶剂选自包括甲苯、丁酮、二氯甲烷、及其混合物的组。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述粘合剂选自包括硅树脂、环氧树脂、热塑性塑料、丙烯酸树酯、聚酰亚胺、及其混合物的组。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述磷光体涂层的厚度在6μm至200μm。

20.一种LED器件，包括:

多个发光半导体，安装于反射式电子连接板上；

透明透镜，覆盖所述半导体并且与所述半导体隔开；以及

磷光体层，包含或者涂布在所述透镜内表面或外表面上，

其中，所述磷光体表面积至少是所述LED的露出的表面积的十倍。

21.根据权利要求20所述的LED器件，其中，所述透镜具有与所述发光半导体的折射率相匹配的折射率。

22.根据权利要求20所述的LED器件，其中，所述多个发光半导体包括多个蓝光LED，所述器件还包括安置于所述磷光体层和所述多个蓝光LED之间的所述透镜上的带通光滤波器，所述带通滤波器用于使所述LED的发射波长通过并且反射所述磷光体层的发射波长。

23.根据权利要求20所述的LED器件，其中，所述多个发光半导体包括多个UV LED，所述器件还包括:第一带通光滤波器，安置于所述磷光体层和所述UV LED之间的所述透镜上，用于使所述LED的发射波长通过和反射所述磷光体层的发射波长；以及，第二带通滤波器，安置于所述透镜的外表面上，用于使所述磷光体的发射波长通过和反射所述LED的发射波长。

24.根据权利要求20所述的LED器件，其中，在所述透镜的外表面上形成微透镜或宏透镜阵列，以控制发射射线的发射角、方向或强度。