一种基于光波长转换的固态光源，包括固态发光芯片及安在基底上具有一通孔的封装座，该通孔的壁面可反射入射光；窄口端包围着所述固态发光芯片，宽口端封有含光波长转换材料的光波长转换层；通孔内有用以触连并将固态发光芯片包封在基底上的封装胶体；尤其是，该通孔内还分布有低折射率介质，例如但不限于空气，将所述封装胶体与光波长转换层隔开；所述封装胶体的边界面为弯向固态发光芯片的曲面。该封装胶体可以呈半球状或椭球状；其外接球球径大等于固态发光芯片上表面外接圆直径的1.5倍。本发明专利技术光源应用于点阵光源、条形光源或背光源，均有助于提高光提取效率，实现高亮度输出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及带固态发光器件，例如适用于光发射的半导体器件的光源，尤其涉及所述光源的封装结构。
技术介绍
固态光源，包括半导体发光器件(例如但不限于发光二极管)，可在驱动电功率作用下发光(例如但不限于可见光)，为绿色无污染的干净节能光源，在装饰照明、舞台照明和投影机光源中，已有着广阔的应用。限于发光材料的发光效率及成本，现有固态光源往往基于固态发光芯片(例如蓝光LED)和光波长转换材料来产生特定波长范围的光，以代替同等发光波长范围的LED。例如美国专利US 6,496,322和US 6,682,207分别提出了一种绿光荧光粉材料及其成分，与蓝光或UV(紫外)光LED混合产生绿光。日本日亚公司(Nichia)的白光LED专利，公开了利用470纳米蓝光LED芯片来激发黄色YAG荧光粉发出白光的技术方案；该方案结构简单、制造成本低、产品具有很强的实用性。该类光波长转换LED光源中，芯片发光效率、光波长转换材料的吸收和转换效率以及光源的封装效率，直接影响到光源的流明效率，对降低光源成本、节能降耗都具有重要意义。图1示意了现有多种光波长转换LED光源的结构，见于2005年日本应用物理期刊(Journal of Applied Physics，Japan)第44卷第21期第649～651页。一般来说该类光源至少包括LED、以但不限于荧光粉为例的光波长转换材料及用来改变光方向的反射杯，所述LED置于反射杯的底部开口。图1a的方案最为常见，将荧光粉3直接涂覆于LED芯片1之上；用折射率匹配的胶体4来进行封装，殊如覆盖荧光粉3并填充反射杯2的剩余空间；这样荧光粉3在LED芯片1发射出的光激励下，发出特定波长的光并经反射杯2收集定向射出。为避免该方案中荧光粉受LED芯片发热影响导致的效率下降和老化，图1b的方案将荧光粉3改为均匀散布于胶体4中。为了增加发光的均匀性，图1c的方案改将荧光粉分布于封装胶体的外层。图1d的方案则在1c方案的基础上，将反射杯的杯壁由镜面反射特性改为漫反射特性以期提高光萃取效率。此外，SPIE(International Society for Optical Engineering)国际光学工程学会关于第5次固态照明国际会议的学报里(Proceedings of SPIE 5491，第45-50页)，也提出了一种性能得到提高的荧光转换白光LED光源结构，如图2所示：与图1d相比，该方案采用透射杯2’来替换反射杯2，还在支撑LED芯片1和透射杯2’的基底的表面镀全反射膜5’；这样使向背面发射的受激发光可以不再射回LED芯片或在反射杯中多次反射而被消耗，而是透射出透射杯2’以外，入射到底面上的全反射膜5’上而提高光的萃取效率。该方案中，仍然有一部分受激发光因返回到LED芯片及其附近而被吸收，同时光线返射回背面反射膜虽能提高萃取效率，但将造成光斑扩散，使得光源因收集效率不高或体积巨大而实用性较差。专利CN101162745公布了一种高效荧光转换的LED光源，提出使用截止滤光片来高效收集和利用受激发光以提高荧光粉的萃取效率，具有结构及工艺简单的优点，同时对某些应用来说还便于输出纯净的荧光。-->即使这样，现有光波长转换固态光源的光转换效率仍应有被进一步提高的空间。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种基于光波长转换的固态光源，具有更高光转换效率。为解决上述技术问题，本专利技术的基本构思为：现有技术中一般在反射腔体内填充一具有预定折射率的介质，如空气或胶水来进行保护性封装，而恰恰该反射腔体内的光学结构对于整个光源的效率影响很大，因此，基于实验手段对腔体结构作出改进，有可能发现具有更高总体效率的一种结构。作为实现本专利技术构思的技术方案是，提供一种基于光波长转换的固态光源，包括设置或成形于基底上的固态发光芯片，以及安在该基底上的具有一通孔的封装座，该通孔的壁面对入射光具有反射作用；所述通孔的窄口端包围着所述固态发光芯片，宽口端封有一预定厚度的分布有光波长转换材料的光波长转换层；所述通孔内分布有具有预定折射率的封装胶体，将所述固态发光芯片包封在基底上；尤其是，在所述通孔内还分布有低折射率介质，将所述封装胶体与所述光波长转换层隔开；所述封装胶体直接触连所述固态发光芯片；在与所述低折射率介质相接处，该封装胶体的边界呈曲面，弯向所述固态发光芯片。具体地说，上述方案中，所述封装座与基底一体为带凹坑的衬底，该凹坑相当于所述通孔，所述固态发光芯片形成于该凹坑底部；该凹坑的壁面涂/镀有光反射膜。所述通孔呈截头圆锥状或碗状。所述截头圆锥状的通孔的壁面与固态发光芯片的发光轴心间的夹角为15～60度。在与该低折射率介质相接处，所述封装胶体呈半球状，球心大致在所述固态发光芯片的上表面中心；或呈椭球状，椭球的中心大致在所述固态发光芯片的上表面中心。所述封装胶体的外接球球径大于或等于所述固态发光芯片上表面的外接圆直径的1.5倍。所述封装胶体的折射率大于1.33。所述低折射率介质为空气。所述光波长转换材料包括荧光粉，纳米发光材料或发光染料。例如包括红、绿、蓝、黄、橙单色荧光粉中的至少一种；相应地，固态发光芯片为发光波长为250～480nm的LED芯片。所述固态发光芯片包括复数个阵列排列的LED芯片。上述方案中，还包括置于所述通孔的宽口端的截止滤光片，介于所述低折射率介质与光波长转换层之间，让源自所述固态发光芯片的入射激发光穿透该截止滤光片，同时该截止滤光片反射来自光波长转换层的入射受激发光。当所述宽口端口径小于所述截止滤光片的厚度的10倍时，该固态光源还包括介于该截止滤光片与光波长转换层之间的空气隙。上述方案中，还包括设置在所述光波长转换层上的第二截止滤光片，让来自光波长转换层的入射受激发光穿透该第二截止滤光片，同时该第二截止滤光片反射或部分反射源自所述固态发光芯片的入射激发光。进一步地，还在所述光波长转换层上设置角度选择滤光片，例如采用3M公司的亮度增强膜，让来自光波长转换层的入射角满足预定角度范围的入射光穿透该角度选择滤光片，超出该预定角度范围的入射光则被该角度选择滤光片所反射。进一步地，还可以在所述光波长转换层上直接触连设置封装介质，将光波长转换层与该光波长转换层上方的空气隔开；所述封装介质与空气的交界面呈曲面，弯向所述光波长转换层。作为实现本专利技术构思的技术方案还是，提供一种点阵光源，包括设置或成形于基-->底上的呈阵列排列的复数个固态发光芯片，尤其是，还包括安在该基底上的具有与固态发光芯片相同数量的通孔的封装座，各通孔与一固态发光芯片相对应，具有如上述各方案所述的特征。作为实现本专利技术构思的技术方案还是，提供一种条形光源，包括设置或成形于基底上的呈长条形排列的复数个固态发光芯片，尤其是，还包括安在该基底上的具有一长条形通孔的封装座，该通孔的壁面对入射光具有反射作用；所述通孔的窄口端包围着各所述固态发光芯片，宽口端封有一预定厚度的分布有光波长转换材料的光波长转换层；所述通孔内分布有具有预定折射率的封装胶体，直接触连并将各所述固态发光芯片整体或逐个包封在基底上，该整体或逐个包封的封装胶体边界呈曲面，弯向所包封的固态发光芯片；在所述通孔内还分布有低折射率介质，将所述封装胶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光波长转换的固态光源，包括设置或成形于基底上的固态发光芯片，以及安在该基底上的具有一通孔的封装座，该通孔的壁面对入射光具有反射作用；所述通孔的窄口端包围着所述固态发光芯片，宽口端封有一预定厚度的分布有光波长转换材料的光波长转换层；所述通孔内分布有具有预定折射率的封装胶体，将所述固态发光芯片包封在基底上；其特征在于：在所述通孔内还分布有低折射率介质，将所述封装胶体与所述光波长转换层隔开；所述封装胶体直接触连所述固态发光芯片；在与所述低折射率介质相接处，该封装胶体的边界呈曲面，弯向所述固态发光芯片。
【技术特征摘要】
1.一种基于光波长转换的固态光源，包括设置或成形于基底上的固态发光芯片，以及安在该基底上的具有一通孔的封装座，该通孔的壁面对入射光具有反射作用；所述通孔的窄口端包围着所述固态发光芯片，宽口端封有一预定厚度的分布有光波长转换材料的光波长转换层；所述通孔内分布有具有预定折射率的封装胶体，将所述固态发光芯片包封在基底上；其特征在于：在所述通孔内还分布有低折射率介质，将所述封装胶体与所述光波长转换层隔开；所述封装胶体直接触连所述固态发光芯片；在与所述低折射率介质相接处，该封装胶体的边界呈曲面，弯向所述固态发光芯片。2.根据权利要求1所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：所述封装座与基底一体为带凹坑的衬底，该凹坑相当于所述通孔，所述固态发光芯片形成于该凹坑底部；该凹坑的壁面涂/镀有光反射膜。3.根据权利要求1所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：在与该低折射率介质相接处，所述封装胶体呈半球状，球心大致在所述固态发光芯片的上表面中心；或呈椭球状，椭球的中心大致在所述固态发光芯片的上表面中心。4.根据权利要求1或2所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：所述封装胶体的外接球球径大于或等于所述固态发光芯片上表面的外接圆直径的1.5倍。5.根据权利要求1所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：所述通孔呈截头圆锥状或碗状。6.根据权利要求5所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：所述截头圆锥状的通孔的壁面与固态发光芯片的发光轴心间的夹角为15～60度。7.根据权利要求1所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：还包括置于所述通孔的宽口端的截止滤光片，介于所述低折射率介质与光波长转换层之间，让源自所述固态发光芯片的入射激发光穿透该截止滤光片，同时该截止滤光片反射来自光波长转换层的入射受激发光。8.根据权利要求7所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：当所述宽口端口径小于所述截止滤光片的厚度的10倍时，该固态光源还包括介于该截止滤光片与光波长转换层之间的...
【专利技术属性】
技术研发人员：许颜正，
申请(专利权)人：深圳市光峰光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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