用于发光二极管的光学歧管制造技术

本发明专利技术公开了在小的有成本效益的包装中、有效结合多个蓝光ＬＥＤ输出以照射磷光体从而获得单一实质上均匀的输出的光学歧管。所公开的实施例使用单一或多个ＬＥＤ和远程磷光体，中间选择波长的滤光片安排成使得反向散射的光致发光被再循环以增加亮度和输出孔的通量。另外的光阑遮片用于增加磷光体亮度，只有适度的光度损耗。备选非再循环实施例提供平行光束的蓝光和黄光，或分开或组合为白光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及光源，特别是使用一个或多个发光二极管 (LED)的光聚集/分配系统。
技术介绍
发光二极管(LED)是用途广泛、便宜、及效率高的光源。对于 低光应用如野营照明， 一个或多个LED即可提供足够的光。然而，为 利用LED用于要求更多光的应用，如汽车前灯，则必须结合多个LED 的输出。现有技术中的LED在合并多个发射极芯片的发光输出方面并 不令人满意。物理芯片邻接的确可产生较大的光源，但热量排除的限 制降低了总亮度。同样，在相邻的发射极之间几乎没有光照度的连续 性，从而在各个发射体之间留下暗黑区域。LED可从很多提供商购买 到，且在市场上可获得的LED中，发射极本身已具有各种亮度变化。 例如， 一些提供商(如加利福尼亚州San Jose的OSRAM公司和加利 福尼亚州Santa Barbara的Cree公司)制造了具有引线和焊接区的 高功率LED，其阻挡来自发射芯片上面的光。相反，加利福尼亚州San Jose的Lumileds公司的高功率LED作为倒装芯片的例子，其没有引 线或焊接区，而是在正面阻挡光发射。然而，即使这些LED，其跨发 射极均具有很大的亮度变化。例如，Lumileds的Luxeon工和Luxeon III LED，从中心到边缘的亮度变化达因子10，并在一芯片与下一芯 片之间具有随机的光栅。这样的不合需要的光栅，无论是在倒装芯片 上还是前引线芯片上，均可在准直或聚光透镜的光束中产生有害的人 工因素。尽管可在这些透镜上方放置漫射器，但漫射器将损耗15% 的光并使得光束边缘模糊。 一种更有效的源极均化方法，其保持明显 的边缘，应是光照光学领域很有意义的进展。尽管薄膜LED已大大改 善了传统基于衬底的LED的均匀性，但其之所以总是具有非均匀的光 照度有根本的原因，因为其固有地、向下通过活性、光生成层的非均 匀电流分布。使用较大的焊接电极将在其与LED的接合点处产生更多 无用的表面复合，从而必须保持电极是小电极。相反，在此描述的光 学变换器重视电流馈电的来者位置，放大非均匀性。由于LED的未经处理的锯齿边缘将倒装表面复合，电流不被允许到达它们，从而LED在到其边缘的所有方向均不能被照亮。提供可减轻LED固有的亮度不均匀性的光学变换器应是优点。除了使得单源均匀以外，需要更好的光学方法来结合空间上分开的LED芯片的输出，当严密封装时其更容易冷却。这样的光源结合装 置在光学上应产生具有明显边缘的均匀亮度。除了更容易的热管理以 外，还需要光源结合，其使得任何LED的各种变化甚至失效将不引人 注意。现有技术中的LED还在用于LED中的磷光体的几何结构方面不太 令人满意，所述LED如产生白光的LED。直接涂在lram蓝色芯片上的 四分之一毫米(250微米)或更厚的磷光体涂层必然增加源面积，有 时增加达因子4，因而降低了亮度。磷光体在这样的小芯片上的应用 必然导致跨每一芯片及芯片之间的色温变化。同样，导致大量磷光体 输出反向散射。即，其不经济地照回芯片内，而芯片有相当吸收性。 最后，磷光体必须经受芯片的高工作温度，及有差异的热膨胀引起附 着问题，从而如果磷光体松掉则大大降低输出。尽管较薄的磷光体层 具有较少的应力问题及更大的亮度，但只有一家制造商Lumileds公 司具有先进的磷光体沉积技术可用于其白光LED的共形25微米涂覆， 比其余制造商的要薄10倍。(来自其它公司的实验室样品已被展示， 但这些方法到目前为止尚未被证实可商业化)。即使这样，设备将跨 其表面及芯片之间改变色温。如果磷光体能位于远离LED的位置将是有利的。具体地，如果 LED器件中的磷光体层位于足够远的位置从而不受LED自身温度变化 的影响将是有利的。这样的磷光体目标可以是与分开的LED芯片的结 合区一样小，从而使亮度最大化。传统的白光LED阵列遭受色温的变 化。为克服该问题，制造商采用成本高昂的装箱(birming)程序。 然而，目前最新的LED仍有相当的色温变化，即使使用密封箱也是如 此。此外，由于装得紧紧的LED阵列必须具有一个或多个芯片宽度的17间隔，磷光体在整个阵列上的简单应用将导致冲淡的、高度不均匀的 亮度。自LED实现更高的白光亮度，同时具有均匀性和颜色一致性，对LED进入一般照明应用市场非常关键，LED的更低的功耗和更长的寿 命将大大有利于节能。更大和更有效的磷光体涂层可被使用，如果它 们可与其蓝光源分开的话。这样的进步将使汽车前灯特别受益，而目 前的白光LED如应用于汽车其亮度至多勉强够格。实际上，跨光束的 色温变化可导致多余的蓝光，其对眼科而言非常危险。在一些应用中，从单一较大的源产生大量较小尺寸的源是有利 的。这在由于光学元件太厚和/或太大而使得光学设计很难铸模时非 常有用。如果所述大的单一源被分成多个具有相同总面积的较小尺寸 的源，则相同的透镜设计可用于每一这样的源，正好按比例縮小到可 模制的大小。可能还希望这些较小的源比较大的本源更均匀，或它们 具有规定的亮度输出。在其它应用中，将单一源或多个源的形状改变成另一形状是有用 的，如从正方形改变成实质上具有相等面积的长方形，反之亦然。这 对于类似于LED头灯这样的应用是有用的，其需要产生高宽比(长比 宽)在2: l到6: l之间的长方形源。当然，这样的方法必须尽可能 地保持源亮度。最后，希望具有极为有效的、用于生产白光LED光源的装置，其 不使用磷光体，其通过将两个或多个不同波长的LED结合为单个同质 源进行。传统上，这种方法已使用三种不同颜色的LED来实现白光， 所述三种颜色LED通常是红、绿和蓝光LED。然而，传统的光学方法 没有通过使用这样的RGB光源产生长方形或正方形均匀光源。具有通 过结合三种以上LED波长而产生光源的装置是有利的。另外，具有能 产生光源色度可调节的光源的装置是有用的。
技术实现思路
18在此描述的光学歧管实施例提供将多个LED或其它光源输出有 效结合为单一输出的能力，所述光学歧管实质上是可由介质材料制成 的、同质的、小的、有成本效益的管壳。光学歧管可用于结合多个相同颜色LED的输出以提供高通量和高强度输出光束，或者可用于产生 多波长光束。例如，红、绿和蓝光LED可被结合以实现"白光"输出。 所公开的实施例还使用单一 LED或多个LED以及布置在远处的磷光体 涂层，使得反向散射光致发光被再循环到输出。光学歧管使用非成像 光学的原理，其被设计来实质上减轻LED发射表面上的亮度变化，并 提供实质上均匀的光源。此外，这些光学歧管可用于使用正方形形状 的LED产生多种非正方形形状的光源，包括长方形和非对称高通量光 源。这些高通源可用于许多应用，如固态照明汽车前灯。例如，对于 该应用，希望具有长宽比为4: l的、均匀、长方形、基于LED的光 源。这可以使用在此描述的光学歧管实现。 一般意义上的固态照明及 具体的发光二极管，受益于在此描述的光学变换器，可发现新的应用。 例如，为提供白光LED，公开了用于将一个或多个蓝光芯片的光传送 到空间上分开的磷光体的光学系统。于是，这样的磷光体目标可以与 分开的芯片的结合区一样小，从而使亮度最大化。磷光体层位于足够 远从而不受LED本身温度变化的影响。在此描述的光学变换器总体上涉及使用非成像光学的原本文档来自技高网...

【技术保护点】
多波长光源，包括：　发射主波长的光的光源；　连接到所述光源并校准其光的输入光学系统；　中间光学系统，所述中间光学系统构造为具有第一端及在另一端具有出口的聚光器；　一个或多个输出端口；　将来自所述输入光学系统的平行光的第一部分引到所述一个或多个输出端口中的至少一个及将来自所述输入光学系统的平行光的第二部分引到所述中间光学系统的所述第一端的一个或多个反射镜；　形成在所述出口上的磷光体片，所述磷光体片材料的成分使其响应于所述光源产生的光的激发而发光，所述磷光体片发射的光返回通过并离开所述中间光学系统以到达所述一个或多个输出端口中的至少一输出端口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：儒利奥C沙维斯，瓦基迪发利科夫，胡安C米纳诺，巴勃罗本尼兹，小威廉A帕基恩，罗伯托阿尔瓦雷斯，奥利弗德罗斯，
申请(专利权)人：光处方革新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]