[发明专利]荧光体转化发光二极管

说明书

背景技术

发光二极管(LEDs，Light emitting diodes)是取代像白炽灯和日光灯光源这类传统光源的绝佳选择，LED实质上具有比白炽灯更高的发光效率以及比这两种传统光源更长的使用寿命。此外，目前有某些LED发光效率已高于日光灯光源，且更高发光效率的LED也已被实验所证实。最后，LED需要的电压比日光灯还低，因此更适合用在由像是电池或电脑内部直流电源这些低电压电源供电的光源应用上。

不幸的是，LED产生的光，其频带相当窄。为了取代传统照明系统，需要一种由LED构成的光源，其发出的光让人们看起来为“白色”。利用覆盖于蓝色LED的荧光层，通过该荧光层将部分蓝光转化成黄光，就可建造出呈现白色并且发光效率堪比日光灯的光源。在以下的讨论当中将这种光源称为“荧光体转化”光源。若蓝光与黄光的比例选择正确，则产生的光源会让人们看起来像是白色。为了提供正确的比例，必须控制荧光层的厚度。此外，位于制造LED的晶粒(die)上的荧光层其均匀度必须维持，以避免光源发光表面上的光其颜色发生变化。

在要取代传统光源的任何光源当中，成本(以每块钱所能产生的流明来衡量)是一项重要因素。而晶粒的封装成本为最终光源成本中重要的一部份。封装成本的增加是因为需要撷取离开晶粒侧边的光。荧光体转化光源内所使用的蓝光LED所产生的大部分的光都因为晶粒制造材料与周围介质之间折射系数的差异所造成的全反射，而困在该晶粒顶面与底面之间。大部分这种受困的光通过该晶粒侧面离开该晶粒。若要改善该晶粒的光输出，该光源内通常会包含一反射板，将离开该晶粒侧面的光重新导向，使得该光与从该晶粒顶面离开的光以相同方向离开晶粒。

关于提供均匀的荧光体厚度以及反射板的封装成本相当可观。例如：在一个设计当中，以具有反射壁的杯状物形式提供反射板。该杯状物安装在包含该晶粒供电线路的基板上。一部分的该基板透过该杯状物底部上的开口露出。该晶粒安装在该基板透过该杯状物底部露出的部分上，并且连接至该等电线路。然后在该杯状物中填入一有荧光体粒子悬浮物的材料，该材料提供一可固化的固态层使得该荧光体粒子可保持悬浮。以环氧树脂或硅树脂材料来悬浮该荧光体粒子的工艺已为业界所熟知。

这些工艺难以自动化，而自动化的工艺可保证从该晶粒发出的光是均匀的。尤其是，离开该晶粒顶面的光中由该荧光层转化的部分必须与离开该晶粒侧面的光中由该荧光层转化的部分相同。在这些工艺当中，通过固化内含该荧光体粒子的一载体材料，在该光源组装线上该光源的最后组装期间于杯状物内形成该荧光层。该荧光体粒子在分布阶段倾向于沉淀在该载体材料内。为了避免沉淀，该悬浮物必须添加许多种减缓沉淀的材料。此外，该载体必需经过调配，使其短时间内固化以避免该粒子沉淀在该杯状物内晶粒的四周。若该粒子沉淀在该杯状物底部，则离开该晶粒侧面的光必须通过的荧光体数量与离开晶粒顶面的光必须通过的荧光体数量明显不同。结果，由该反射板重新导向的光具有与离开该晶粒顶面的光不同的颜色。因此，光源在表面上所呈现的颜色是不均匀的。

此外，提供个别杯状物给每一晶粒的工艺通常牵涉到许多额外的制造步骤。在最简单的设计当中，该杯状物在制造之后单独固定至其下的该基板。虽然设置使用一层材料所制造的杯状物在数个晶粒之上的设计已被提出，“杯状物层”的制造仍旧占有最终光源制造成本的绝大部分。

发明内容

本发明包含一光源以及制造该光源的方法。该光源包含一晶粒、一光转化元件及一散射环。该晶粒发出第一波长光穿过该晶粒顶面及该晶粒的一或多个侧面，该晶粒接合至一安装基板的表面。该光转化元件包含一层发光材料，其将该第一波长光转化成该第二波长光，该光转化元件具有与该晶粒顶面接合的一底面。该光转化元件具有侧向尺寸，使得该晶粒四周存在一空间，该空间由该基板与该光转化元件所界定。该散射环围绕该晶粒的侧面，并且设置在该空间内，如此从该晶粒侧面发射出来的一部分光会由散射环散射进入该光转化元件内。在本发明的一个态样中，该散射环包含其内有悬浮粒子的一透明材料。在本发明的另一态样中，该光转化元件包含一透明材料的平面层，该平面层具有一发光材料于其中。该光转化元件另包含一光处理层，其包含接合至该平面层的一层透明材料，该光处理层具有覆盖该平面层的一非平面表面。