一种基于光波长转换的固态光源及其封装方法，所述固态光源包括光波长转换材料层以及设置在基底上的固态发光芯片，尤其是，将包括光波长转换材料的光波长转换材料层厚度设置成小于或等于该固态发光芯片的外接圆直径的20％，贴覆在该固态发光芯片的发光面上；将所述光波长转换材料层的另一面裸置于空气中。还可以在所述所述光波长转换材料层的上方架设一光收集透镜组件，以将受激发光准直成近平行光进行光输出。使用本发明专利技术的光源具有较低的光学扩展量，便于系统低成本地实现高亮度、高功率光输出。
【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方法及结构。
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。目前最佳绿光LED光源采用了基于InGaN材料的绿光LED，红光LED光源采用了基于AlInGap材料的红光LED。但限于材料发光机制的限制，特定波长的LED发光效率可能很低，具体如图1所示：实曲线表示人眼对不同发光波长的光的敏感度；以InGaN材料所对应的虚曲线为例，发光波长为450纳米的蓝光LED外量子效率约为25％，而530纳米左右的绿光LED外量子效率仅为10％左右。且绿光LED由于生长条件苛刻，加工难度高而造成成本很高：以当前市场为例，同等档次下绿光LED的价格比蓝光LED的高约一倍以上。这严重阻碍了特定波长LED的全面应用。为此，以绿光光源为例，有人提出基于固态发光芯片(例如蓝光LED)采用光波长转换材料(例如绿色荧光粉)来构造光源，代替现有绿光LED。美国专利US 6,496,322和US6,682,207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。该类光源至少包括LED、荧光粉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；如图2，发表在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，为例常用的封装结构有：a)将荧光粉3直接涂覆于LED芯片1之上，胶体4覆盖荧光粉3并填充反射杯2的剩余空间，从而荧光粉3在来自LED芯片1的激发光的激励下，产生特定波长的受激发光并经反射杯2收集定向射出；b)为避免荧光粉发光效率和寿命受LED芯片发热产生的不利影响，将a方案中荧光粉3改为均匀散布于胶体4中，可以既提高荧光转换效率，延长荧光粉寿命，又提高光源输出的均匀性；c)在反射杯2正对LED芯片1的开口处设置一荧光粉层，该荧光粉层与LED芯片之间的空间填充以具有折射系数匹配的胶体；d)将c方案中所述反射杯的杯壁由镜面反射特性改为漫反射特性，以提高荧光转换效率。上述现有技术的不足之处在于：所述几种方案，包括美国专利US 6,496,322所提出的光源结构都将造成光源光斑的大幅扩散，当该类光源用于对光源光学扩展量(Etendue)有所限制的场合如投影机系统、舞台照明系统时，虽然光源的光输出流明可能超出现有绿光LED，但光源的亮度(即单位面积上的流明数)却将大大降低，因此不适合该类应用场合。
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，而提出一种带固态发光芯片的光源及其封装方法，具有较低的光学扩展量，以满足光学系统高效率高亮度的需求。-->为解决上述技术问题，本专利技术的基本构思为：对光斑尺寸进行限制，最好采用薄型封装结构来使固态发光芯片的光斑基本保持不扩散；并经经验验证，放弃对光源发光面用具有一定折射率的介质进行的保护性封装，直接采用紧凑的裸封装结构来提高光输出亮度。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，包括光波长转换材料以及设置在基底上的固态发光芯片，尤其是，所述光波长转换材料所在的光波长转换材料层直接贴覆在所述固态发光芯片上或通过透明填充介质来粘覆在该固态发光芯片上，该光波长转换材料层的上表面裸于空气中；且该光波长转换材料层的厚度小于或等于所述固态发光芯片的外接圆直径的20％。具体地说，上述方案中，所述透明填充介质折射率高于1.3，包括硅胶。所述光波长转换材料层还包括一种或一种以上的透明材料，用来将所述光波长转换材料结合在一起。所述透明材料为透明胶体或透明玻璃材料，例如硅胶，与所述光波长转换材料混合或溶合成型；或者为透明塑料薄膜材料，所述光波长转换材料被热压在该透明塑料薄膜材料上。上述方案中，所述固态发光芯片为半导体发光芯片。例如发光二极管芯片。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，例如硅酸盐绿色荧光粉或YAG:Ce黄色荧光粉。所述基底采用导热材料。上述方案中，还包括波长选择滤光片，隔着空气隙放置在所述光波长转换材料层的上方；该波长选择滤光片反射源自所述固态发光芯片的激发光，而源自所述光波长转换材料的受激发光可透射穿过该波长选择滤光片。或者还包括角度选择滤光片，隔着空气隙放置在所述光波长转换材料层的上方；该角度选择滤光片反射大于预定入射角度的入射光线。或者还包括架设在所述光波长转换材料层上方的光收集透镜组，该光收集透镜组的底部表面与所述光波长转换材料层或波长选择滤光片或角度选择滤光片上表面之间的距离小于所述固态发光芯片的外接圆直径的50％。该光收集透镜组为一个具有上、下表面的光收集透镜；所述光收集透镜至少有一个表面镀有光波长选择透射膜，该光波长选择透射膜反射源自所述固态发光芯片的激发光，而源自所述光波长转换材料的受激发光可透射穿过该光波长选择透射膜。或者该光收集透镜组的底部表面镀有角度选择透射膜，该角度选择透射膜反射大于预定入射角度的入射光线。作为实现本专利技术构思的技术方案还是，提供一种基于光波长转换的固态光源的封装方法，所述固态光源包括设置在一基底上的固态发光芯片；尤其是，包括在所述固态发光芯片的发光面上贴覆一厚度小于或等于该固态发光芯片的外接圆直径的20％的光波长转换材料层的步骤，该光波长转换材料层包括光波长转换材料；将所述光波长转换材料层的另一面裸置于空气中。上述方案中，是采用透明填充介质来将所述光波长转换材料层贴覆到固态发光芯片发光面上的。或者还包括隔着空气隙在所述波长转换材料上方放置光波长选择滤光片的步骤，该光波长选择滤光片反射源自所述固态发光芯片的激发光，而源自所述光波长转换材料的受激发光可透射穿过该光波长选择滤光片。进一步地，该光波长选择滤光片具有导热透明基材。或者还包括在所述光波长转换材料层上架设光收集透镜组的步骤，使该光收集透镜组的底部表面与所述光波长转换材料层上表面之间的距离小于所述固态发光芯片的外接圆直径的50％。或者还包括将所述基底设置在散热器或散热片上的步骤。-->上述方案中，所述光波长转换材料层为一种或一种以上透明材料与颗粒状的所述光波长转换材料混合或溶合后固化成型的。或者该光波长转换材料层为将颗粒状的所述光波长转换材料喷洒并热压在透明塑料薄膜材料的表面而形成的。采用上述各技术方案，具有结构简单，成本低，易于实现的优点。附图说明 图1曲线示意了现有发光材料所带来的外量子效率与波长关系；图2a～d示意了现有固态光源的若干种封装结构；图3示意了本专利技术固态光源的封装结构；图4a及4b通过比较示意了图3所述结构可具有的优化效果；图5示意了图3结构的改进实施例；图6示意了图3实施例对光输出亮度的改进效果图7示意了图3结构的又一改进实施例图8示意了图7实施例的改进效果其中，各附图的标记为：1——LED芯片，2——反射杯，3——光波长转换材料/荧光粉，4——胶体，50～53、60～62——光线，7——收集透镜，71、72——上、下表面，8——光波长选择滤光片。具体实施方式 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，包括光波长转换材料以及设置在基底上的固态发光芯片，其特征在于：所述光波长转换材料所在的光波长转换材料层直接贴覆在所述固态发光芯片上或通过透明填充介质来粘覆在该固态发光芯片上，该光波长转换材料层的上表面裸于空气中；且该光波长转换材料层的厚度小于或等于所述固态发光芯片的外接圆直径的20％。
【技术特征摘要】
1.一种基于光波长转换的固态光源，包括光波长转换材料以及设置在基底上的固态发光芯片，其特征在于：所述光波长转换材料所在的光波长转换材料层直接贴覆在所述固态发光芯片上或通过透明填充介质来粘覆在该固态发光芯片上，该光波长转换材料层的上表面裸于空气中；且该光波长转换材料层的厚度小于或等于所述固态发光芯片的外接圆直径的20％。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：所述光波长转换材料层还包括一种或一种以上的透明材料，用来将所述光波长转换材料结合在一起。3.根据权利要求3所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：所述透明材料为透明胶体或透明玻璃材料，与所述光波长转换材料混合或溶合成型；或者，所述透明材料为透明塑料薄膜材料，所述光波长转换材料被热压在该透明塑料薄膜材料上。4.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：还包括波长选择滤光片，隔着空气隙放置在所述光波长转换材料层的上方；该波长选择滤光片反射源自所述固态发光芯片的激发光，而源自所述光波长转换材料的受激发光可透射穿过该波长选择滤光片。5.根据权利要求1或4所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：还包括角度选择滤光片，隔着空气隙放置在所述光波长转换材料层的上方；该角度选择滤光片反射大于预定入射角度的入射光线。6.根据权利要求1、4或5任一项所述基于光波长转换的固态光源，其特征在于：还包括架设在所述光波长转换材料层上方的光收集透镜组，该光收集透镜组...
【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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