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CN1913188A - 具有改善的光分布一致性的磷光体转换led器件 - Google Patents

具有改善的光分布一致性的磷光体转换led器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型磷光体转换LED器件(“NPCLD”)。该NPCLD可以包括在磷光体主体上的透镜，其中透镜和磷光体主体每个都具有基本凸起的上表面。NPCLD或者可以包括第一和第二透镜，第一透镜具有与磷光体主体之间的基本平坦的界面。

Description

具有改善的光分布一致性的磷光体转换LED器件
技术领域
本发明涉及具有改善的光分布一致性的磷光体转换LED器件。
背景技术
磷光体转换发光二极管(“LED”)器件对于产生这样的光输出是有用的：该光输出具有实际光谱特性和与LED自身的实际光谱特性不同的观察光谱特性。例如，在寻求作为白炽灯和磷光体灯的可能替换的明显发射白光的LED器件的过程中，蓝光LED的出现是一个关键性发展。蓝光LED已被与黄光磷光体集成在一起来发射蓝色和黄色光子，它们的比例为人眼观察为白光的比例。尽管这些光子发射未跨越整个可见光谱，并且因此不能实际等同于日光，但是它们看起来是白色，并且因此可以被有效地用在例如发光设备中。由于LED器件可以比白炽灯或磷光体灯更高效地将电转换为光子发射，所以就能量转换来说将LED用于发光或其他设备可以获得较大的好处。此外，作为固态器件，与传统的白炽灯和磷光体灯相比，LED器件具有更长的平均使用寿命，并且通常更能抵抗物理损害。
磷光体转换LED器件一般发射至少具有两种离散波长的光子，它们是由在位置上彼此接近但是不相同的至少两个不同的源产生的。一个源是来自LED自身的电致发光辐射；另一个是由来自LED的辐射激发的来自磷光体的冷光辐射。遗憾的是，这些光子源的物理定位和功能操作二者的非同式一般导致来自传统的磷光体转换LED器件的累加的光子发射的非一致性，从而产生了不希望的宽广的白色色箱(color bin)扩散。
作为示例，传统的磷光体转换LED器件的结构可以包括由选出的磷光体覆盖的LED。在一个工作示例中，来自LED的一个波长的电致发光发射被磷光体部分截取，导致来自磷光体的受激冷光发射，这些受激冷光发射通常在较长的波长处。由LED发射的第一波长的光子和由磷光体发射的第二波长的光子然后从磷光体转换LED器件被累加地发射出。本领域技术人员可以意识到，LED可以被设计为发射蓝色光子，并且磷光体可以被设计为发射黄色光子，它们的比例为累加的输出被人眼观察为白色。
在制作磷光体转换LED器件的一个示例中，磷光体以液相悬浮在合适的密封剂中，然后被沉积到LED上。在沉积之后，随着密封剂凝固成固态形式，磷光体一般在密封剂中向下迁移。这种迁移通常导致磷光体在LED上不均匀地分层，这导致磷光体转换LED器件产生宽广的白色色箱(color bin)扩散。作为与这种传统的制作方法相关联问题的一个示例，如果LED的形状是矩形棱柱，则磷光体可能沉降到磷光体密封剂悬浮的底部，一直到磷光体的进一步迁移被LED自身部分阻挡的点。随着这种阻挡发展同时磷光体悬浮变凝固，磷光体可能在其沉降到的LED矩形棱柱的整个上表面上不均匀地分布。具体而言，沉降的磷光体的越过LED顶表面的外边沿的部分可能进一步沉降到该表面之下。结果，在接近外边沿处磷光体层的厚度可能减小。在受到来自LED自身的电致发光发射的激励后，这种减小的厚度可能导致接近外边沿的磷光体通过受激发射来转换由LED发射的光子的能力降低。这种降低的能力使得在外边沿上的区域中，自磷光体转换LED器件发射的蓝光子和黄光子之间的期望比例不平衡，这是因为黄光子发射被减少了。因此，在这种磷光体转换LED器件的光子输出中，可能导致宽广的白色色箱(color bin)，并且可能产生蓝光晕，这大约与接近这种外边沿的磷光体较薄的区域的位置一致。这种蓝光晕形成了来自磷光体转换LED器件光输出中的不一致性，在使用器件时，这就美学和功能来说可能都是不希望的。
因此，随着磷光体转换LED器件被实现来用于广泛的最终使用设备，需要不断提供新型磷光体转换LED器件结构，这些结构产生具有改善的一致性的光子发射。
发明内容
新型磷光体转换LED器件(“NPCLD”)被描述。NPCLD可以包括凹面底座外壳、位于该凹面底座外壳中的发光二极管(“LED”)、LED上的磷光体主体、以及磷光体主体上的第一透镜。LED可以包括p掺杂的半导体主体和n掺杂的半导体主体，并且半导体主体可以具有基本凸起的上表面，第一透镜可以具有基本凸起的上表面。
或者，NPCLD可能包括凹面底座外壳、位于该凹面底座外壳中的LED、LED上的磷光体、LED上的第一透镜、以及在第一透镜之上并且在磷光体主体之上的第二透镜。LED可以包括p掺杂的半导体主体和n掺杂的半导体主体，并且磷光体主体可以具有基本平坦的上表面。另外，第一透镜可以具有基本平坦的上表面，并且第二透镜可以包括基本凸起的上表面。此外，第一透镜和磷光体主体都可能具有基本平坦的界面。
作为示例，NPCLD可以通过以下过程制作：生成凹面底座外壳，将LED放置到该凹面底座外壳中，其中LED可以包括p掺杂的半导体主体和n掺杂的半导体主体。磷光体主体可以形成在LED上，并且第一透镜可以形成在该LED上，其中第一透镜可以具有基本平坦的上表面。另外，第二透镜可以被形成在磷光体主体上并且在第一透镜上，其中第二透镜可以具有基本凸起的上表面，并且第一透镜和磷光体主体被成形为具有基本平坦的界面。
在其他实现示例中，用于制作NPCLD的方法可以包括：在LED上形成具有基本凸起上表面的磷光体主体，在磷光体主体上形成具有基本凸起上表面的透镜。
在研究了附图和详细描述之后，本领域技术人员将清楚其他系统、方法和本发明的特征。所有这种其他系统、方法、特征和优点都要被包括在本说明中，包括在本发明的范围内，受所附权利要求书保护。
附图说明
参考附图可以更好地理解本发明。附图中的组件未必是按比例的，而是为了说明本发明的原理而作出强调。在附图中，相似的标号指示在所有不同视图中的相应部分。
图1示出了新型磷光体转换LED器件(“NPCLD”)的实现方式的示例的截面图；
图2示出了说明用于制作图1示出的NPCLD的方法的实现方式的示例的流程图；
图3示出了NPCLD的另一个实现方式的示例的截面图；
图4示出了说明用于制作图3示出的NPCLD的方法的实现方式的示例的流程图；
图5示出了NPCLD的另一个实现方式的示例的截面图；
图6示出了说明用于制作图5示出的NPCLD的方法的实现方式的示例的流程图；
图7示出了NPCLD的又一个实现方式的示例的截面图；以及
图8示出了说明用于制作图7示出的NPCLD的方法的实现方式的示例的流程图。
具体实现方式
在下面对各种实现方式的描述中，参考了作为本公开一部分的附图，附图通过示例示出了可以在其中实现本发明的特定实现方式。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实现方式，并且可以对结构作出改变。
在图1中，根据本发明示出了一种新型磷光体转换LED器件(“NPCLD”)的实现方式的示例的截面图。NPCLD 100包括阳极102和阴极104。阴极104包括凹面(即，碗和/或杯形)底座外壳106，凹面底座外壳106由电绝缘体形成，并且被支撑在框架107上，在凹面底座106中放置有LED 108。框架107可以与阴极集成在一起，并且例如可用铅制成。本领域技术人员应当理解，框架107或者可以是任何形式的印刷电路板，例如，由FR4、FR5、二马来酰亚胺/三嗪(BT)、聚酰亚胺、金属核制成的。还应当理解，框架107可以是另一种形式的，例如，金属涂覆的陶瓷框架、塑料衬底、或者具有塑料体或腔的铅框架。LED 108可以包括p掺杂的半导体主体110和n掺杂的半导体主体112。本领域技术人员应当理解，术语“主体”是广义的，并且包括大量的目标器件元件的所有形式，例如，任何合适尺寸的但是成形的层、多层、涂层、浇铸或者块。在一种实现方式的示例中，LED 108的形状可以是直角棱柱。在其它示例中，LED 108的形状可以是立方体的、柱状的，或者具有一种期望的几何形状。在一种实现方式的示例中，多于一个LED 108可以被放置在凹面底座外壳106中。
p掺杂半导体主体110可以与底导体114传输信号，并且n掺杂半导体主体112可以与顶导体116传输信号。底导体114和顶导体116分别允许电流流入和流出p掺杂半导体主体110和n掺杂半导体主体112。阴极键合线118可以将阴极104电连接到底导体114，从而使阴极104与底半导体114传输信号。类似地，阳极键合线120  以将阳极102电连接到顶导体116。在一个实现方式的示例中，可以使用多于一条阴极键合线118和/或多于一条阳极键合线120。在替换实现方式示例中，凹面底座外壳106可以由电导体形成，并且可以省略底导体114和阴极键合线118。应当理解，在NPCLD的替换示例结构中，半导体主体112可以是p掺杂的，并且半导体主体110可以是n掺杂的。在这种替换结构中，流过LED108的电流可以是反向的，以使NPCLD 100可以包括阳极104和阴极102。在另一个实现方式示例中，阴极104可由第一端子104替换，该端子104处于相对较高的电势，并且与p掺杂半导体主体110传输信号；阳极102可由第二端子102替换，该端子102处于相对较低的电势，并且与n掺杂的半导体主体112传输信号。LED 108可以由磷光体主体122基本上覆盖，磷光体主体122由包括磷光体和磷光体密封剂的组合物形成。利用“基本上”意思是说NPCLD的被覆盖元件的表面只有较小的部分或者没有部分通过覆盖材料而暴露出来。磷光体主体122可以具有穹形磷光体表面124，形成基本凸起的透镜，用于例如来自磷光体主体122的光子发射126、128、130和132。应当意识到，“基本凸起”意思是磷光体主体122具有总体上凸起的形状，但是可以包括微小的不完整性。凹面底座外壳106的内壁(例如，侧内壁134和底内壁136)形成用于由LED 108和磷光体主体122发射的光子的反射器。该反射器一般以使来自NPCLD 100的光子辐射最大的方向140反射这些光子。例如，底内壁136可以具有圆形外围，凹面底座外壳106也可以具有圆形外围。但是，应当意识到，底内壁136和凹面底外壳106也可以具有其他形状的外围。例如，底内壁136可以具有椭圆形的外围、四边形的外围、或者某些其他几何形状的外围。希望底内壁136具有至少一个对称轴，并且还希望凹面底座外壳106的外围的形状与底内壁136的外围的形状类似。NPCLD 100的阳极102和阴极104可以被支撑在底座142上，并且共同地被封装在发散透镜144中，发散透镜144具有密封剂穹形表面146，该表面形成基本凸起的透镜，用于例如来自NPCLD 100的光子发射148、150、152和154。
在工作示例中，偏置电流被外部电源(未示出)施加到阳极102和阴极104上。偏置电流包括要被传送过n掺杂半导体主体112和p掺杂半导体主体110之间的界面156的电荷载流子。电子从n掺杂半导体主体112流到p掺杂半导体主体110，空穴在相反的方向上产生。注入到p掺杂半导体主体110的电子与空穴组合，从而导致光子的电致发射，所述光子例如是来自LED 108的光子158和160。这些光子中的一些穿过磷光体主体122，通过密封剂穹形表面146发射出去。其他光子激励由磷光体主体122中的磷光体发射的新光子的冷光发射，例如，示例光子126、128、130和132。形成基本凸起的透镜的磷光体穹形表面124和形成基本凸起的透镜的密封剂穹形表面146一起工作来强化的光谱分布的一致性和从NPCLD100的密封剂穹形表面146发射的光子强度。
在一种实现方式的示例中，足够的磷光体可以被用在组合物中来形成磷光体主体122，以使得磷光体基本覆盖LED 108。此外，磷光体可以被选择为具有比其悬浮在其中的密封剂高的密度(或者特定的比重)，以使磷光体沉降到磷光体主体122的底部。如虚线162所示，在该实现示例中，磷光体形成磷光体主体122的穹形部分164。将磷光体形成到磷光体主体122的穹形部分164中进一步强化了从磷光体主体122发射的电致电光的光子发射的一致性。
磷光体主体122的基本凸起的磷光体穹形表面124使到发散透镜144的光子输出得到了加强。根据Snell法则可以意识到，仅当光以小于高折射率介质和低折射率介质的临界角的角度与这两种介质之间的界面相交时，才从高折射率介质传输到低折射率介质。基本凸起的磷光体穹形表面124的曲率使离开磷光体主体122的大多光子以接近直角到达基本凸起的磷光体穹形表面124，以使得光子进入发散透镜144，同时只有较少的反射损失。
对用于制作LED 108的材料的选择一般是由所期望的NPCLD 100的最终用途确定的。例如，如果期望由人眼观察到的光子发射为白光，则LED可以被设计为发射蓝光。可以利用以下半导体芯片：基于氮化镓(“GaN”)或者氮化铟镓(“InGaN”)的半导体芯片，这些芯片发射蓝光，该蓝光具有约420纳米(“nm”)到约490nm范围内的最宽广的发射，或者更具体地说，在约430nm到480nm范围内。术语“基于GaN或者InGaN的LED”应当理解为这样的LED：辐射发射区域包含GaN、InGaN和/或相关的氮，以及混合的基于这种氮化物的晶体，例如，Ga(Al-In)N。这种LED可从例如下述文献获知：Shuji Nakamura andGerhard Fasol，“The Blue Laser Diode”，Springer Verlag，Berlin/Heidelberg，1997，pp.209等等，该文献通过引用整体被结合于此。在替换实现方式示例中，聚合物LED或激光二极管可以用来替换半导体LED。应当意识到，术语“发光二极管”被定义为包括半导体发光二极管、聚合物发光二极管、以及激光二极管。
类似地，对用于由LED发射的蓝光光子中的某些激发的磷光体的挑选也可以由期望的NPCLD 100的最终用途确定。例如，如果期望人眼观察到的光子发射为白光，则选中的磷光体可以被设计为发射黄光。当将蓝光和黄光光子按照例如国际照明委员会公布的色度图中所示的适当的波长以适当的比例组合时，蓝光和黄光光子一起看起来就是白色。就此而言，钇铝石榴石(“YAG”)是常见的宿主材料，并且通常用一种或多种稀土元素或化合物掺杂。铈是用于白光发射设备的YAG磷光体中的一种常见的稀土掺杂剂。
在一种实现方式的示例中，所选中的磷光体可以是铈掺杂的钇铝石榴石，其包括例如以下元素中的至少一种：钇、镥、硒、镧、钆、钐或铽。铈掺杂的钇铝石榴石也可以包括例如以下元素中的至少一种：铝、镓或铟。在另一种实现方式的示例中，所选中的磷光体可能具有铈掺杂的石榴石结构A3B5O12，其中第一个组分“A”代表例如以下元素中的至少一种：钇(“Y”)、镥(“Lu”)、硒(“Se”)、镧(“La”)、钆(“Gd”)、钐(“Sm”)或者铽(“Tb”)，并且第二组分“B”代表例如以下元素中的至少一种：铝(Al)、镓(Ga)或铟(In)。这些磷光体可由来自LED 108的蓝光激发，并且从而可以发射出这样的光线：其波长被移位到大于500nm的范围内，该范围高至约585nm。作为示例，可以利用具有在约550nm到约585nm的范围内的最大发射波长的磷光体。在铈激活的Tb石榴石冷光材料的情形中，最大发射可能位于约550nm。在宿主晶格中相对少量的Tb可以用于改善铈激活的冷光材料的属性，而可以专门添加大量的Tb来对铈激活的冷光材料的发射波长进行移位。较高比例的Tb因此非常适于具有小于5000K的较低色温的白光磷光体转换LED器件。对于关于将磷光体用在磷光体转换LED器件中的其他背景信息，例如参见：WO 98/05078；WO 97/50132；WO 98/12757；和WO97/50132，这些发明整体通过引用被结合于此。
作为示例，可以利用在约430nm到约480nm的范围内具有最大发射的基于氮化镓或者氮化铟镓的蓝光发射LED来激发YAG:Ce类型的冷光材料，该冷光材料在约560nm到约585nm的范围内具有最大发射。
公开了实现方式的各种示例，其中NPCLD被设计为将由LED 108电致发光产生的蓝光光子与从蓝光光子激励磷光体122冷光发光产生的黄光光子组合，以提供看起来为白光的光输出。但是，应当意识到，以不同的颜色方案工作的NPCLD也可以被设计为产生看起来为白光的光线或看起来具有其他颜色的光线。看起来为白色的光线可以通过由LED 108电致发光和由光子激励磷光体122冷光发光产生的两种或更多种颜色的多种组合实现。用于产生看起来为白色的光线的一种示例方法是将两种互补的颜色的光线以适当的功率比例组合。至于LED 108自身，光子发射二极管p-n结一般是基于两种选出的第III族和第V族元素的混合物，例如，砷化镓、砷磷化镓或者磷化镓。小心地对这些化合物、结合了铝和铟的其他化合物、以及诸如碲和镁之类的掺杂剂的添加的相对比例进行控制，使得能够生产出发射例如红光、橙光、黄光或绿光的LED。作为示例，下面的半导体合成物可以用来在所指出的光谱范围内产生光子∶砷化镓铝/砷化镓(外延层/LED衬底；输出波长880nm，红外)；砷化镓铝/砷化镓铝(660nm，超红外)；磷化铝镓铟(外延层；输出波长633nm，极红)；磷化铝镓铟(612nm，极橙)；砷化镓/磷化镓(605nm，橙)；砷磷化镓/磷化镓(585nm，黄光)；氮化铟镓/碳化硅(色温4500K，白炽白光)；氮化铟镓/碳化硅(6500K，浅白)；氮化铟镓/碳化硅(8000K，冷白)；磷化镓/磷化镓(555nm，纯绿)；氮化镓/碳化硅(470nm，极蓝)；氮化镓/碳化硅(430nm，蓝紫)；以及氮化铟镓/碳化硅(395nm，紫外)。
作为示例，上述所选磷光体可以被悬浮在密封剂中，形成磷光体-密封剂合成物，用于在制作NPCLD 100时沉积到LED 108上。对于所产生的光辐射，密封剂至少部分透明。作为一个实现方式的示例，密封剂可以是可凝固的聚合树脂，例如，环氧树脂、硅树脂或者丙烯酸盐树脂(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)，或者这些树脂的混合物。在另一个实现方式的示例中，密封剂可以是另一种光子辐射透射材料，例如，可以处于溶胶-凝胶形式的无机玻璃。
在图2中，示出了说明用于制作图1所示的新型NPCLD 100的过程的实现方式的示例的流程图。该过程开始于步骤202，在步骤204中，产生具有凹面底座外壳106的阴极104，其中凹面底座外壳106具有电子反射侧内壁134和底内壁136。在步骤206中，LED 108在凹面底座外壳106内被放置到底内壁136上。LED可以是预先制造的，或者可以在原位形成。LED 108可以被定位在底内壁136上距底内壁136与侧内壁134接触的所有点基本相等的点处。LED 108可以利用各种已知的技术制造，例如，液相外延、气相外延、有机金属外延化学气相沉积、或者分子束外延。在步骤208中，阴极1 04和阳极102被定位在底座142上，并且键合线118和120分别被连接到导体114和116、以及阴极104和阳极102。应当意识到，步骤208的全部或一部分可以在该过程中稍后执行，而不脱离本方法。磷光体密封剂组合物然后如上所述被形成。作为示例，磷光体在磷光体密封剂组合物中的浓度可以足够高，以使得在形成磷光体主体122后，足够的磷光体被沉积在凹面底座外壳106内来如图1中的虚线162所示基本覆盖LED 108。在本示例中，磷光体沉降到其上的LED 108的存在还对磷光体主体122内的子体的磷光体占据作出贡献，其中磷光体主体122具有由虚线162限定的基本凸起的表面。在步骤210中，在凹面底座外壳106内，磷光体主体122被形成LED 108上。在实现方式的本示例中，磷光体主体122被形成为具有基本凸起的磷光体穹形表面124。作为示例，磷光体主体122被模制或浇铸成期望的形状。在步骤212中，NPCLD 100的LED 108、阳极102、阴极104和键合线118和120被嵌入到发散透镜144中。该过程然后在步骤214中结束。发散透镜可如上所述由密封剂制成，具有悬浮的光散射粒子，例如，二氧化钛或二氧化硅粒子。另外发散透镜144可以通过模制或浇铸形成为具有期望的穹形。
在图3中，示出了一种新型NPCLD 300的另一种实现方式的示例的截面图。NPCLD 300包括阳极302和阴极304。与图2类似，阴极304包括凹面底座外壳306，凹面底座外壳306由电绝缘体形成，并且被支撑在框架307上，在凹面底座306中放置有LED 308。框架307可以与阴极304集成在一起，并且例如可用铅或前述其他材料制成。LED 308包括p掺杂的半导体主体310和n掺杂的半导体主体312。在一种实现方式的示例中，多于一个LED 308可以被放置在凹面底座外壳306中。
p掺杂半导体主体310可以与底导体314传输信号，并且n掺杂半导体主体312可以与顶导体316传输信号。阴极键合线318可以将阴极304电连接到底导体314，从而使阴极304与底半导体314传输信号。阳极键合线320可以将阳极302电连接到顶导体316，从而使得阳极302与顶导体316传输信号。在一个实现方式的示例中，可以使用多于一条阴极键合线318和/或多于一条阳极键合线320。与图1类似，底导体314和顶导体316分别允许电流流入和流出p掺杂半导体主体310和n掺杂半导体主体312。在替换实现方式示例中，凹面底座外壳306可以由电导体形成，并且可以省略底导体314和阴极键合线318。应当意识到，在NPCLD的替换示例结构中，半导体主体312可以是p掺杂的，并且半导体主体310可以是n掺杂的。在这种替换结构中，流过LED 308的电流可以是反向的，以使NPCLD 300可以包括阳极304和阴极302。在另一个实现方式示例中，阴极304可由第一端子304替换，该端子304处于相对较高的电势，并且与p掺杂半导体主体310传输信号；阳极302可由第二端子302替换，该端子302处于相对较低的电势，并且与n掺杂的半导体主体312传输信号。
LED 308可以由第一发散透镜322基本覆盖，第一发散透镜322由包括发散粒子和密封剂的组合物形成。发散粒子可以例如是金属氧化物的粒子，金属氧化物例如是二氧化钛或二氧化硅。第一发散透镜322具有基本平坦的上表面324。应当意识到，“基本平坦”意思是第一发散透镜322的上表面324具有整体上平坦的形状，但是可以包括微小的不完整。磷光体主体236沉积在基本平坦的上表面324上，并且具有基本凸起的上表面328。磷光体主体326被沉积到其上的基本平坦的上表面324允许磷光体通过密封剂均匀沉降。这样，在整个基本平坦的上表面324上磷光体的浓度差被最小化。另外，将磷光体主体326沉积到基本平坦的上表面324上准许对磷光体主体326中的磷光体在方向330上的有效厚度进行精确控制。这种精确的厚度控制使得能够对由NPCLD 300发射的光子的光谱比例进行精确的调节，从而使得能够对人眼看起来的光子输出的颜色进行控制。此外，磷光体主体326的第一凸起上表面(即，穹形表面)328辅助产生穿过第一穹形表面328的光子的基本一致的强度。凹面底座外壳306的侧内壁332和底内壁334形成用于由LED 308和磷光体主体326发射的光子的反射器，并且在NPCLD 300的光子辐射最大的方向330上反射这些光子。侧内壁332可以具有圆形外围。NPCLD 300的阳极302和阴极304可以被支撑在底座336上，并且共同被封装在第二透镜338中，第二透镜338可以是发散透镜，具有第二穹形表面340，该表面形成基本凸起的透镜，用于例如来自NPCLD 300的光子发射342、344、346和348。在实现方式示例中，第二透镜338可以不是发散透镜。
图4示出了说明用于制作图3所示的新型NPCLD 300的方法的实现方式的示例的流程图。该过程开始于步骤402，在步骤404中，产生具有凹面底座外壳306的阴极304。凹面底座外壳306具有电子反射侧内壁332和底内壁334，如图3所示。在步骤406中，LED 308在凹面底座外壳306内被放置到底内壁334上。在该方法的一个实现方式中，LED 308可以被定位在底内壁334上距底内壁334与侧内壁332接触的所有点基本相等的点处。在步骤408中，阴极304和阳极302被定位在底座336上，并且键合线318和320分别被从底导体314连接到阴极306，从顶导体316连接到阳极302。同样应当意识到，步骤408的全部或一部分可以在该过程中稍后执行。在步骤410中，第一发散透镜322被形成在凹面底座外壳306内，基本覆盖LED 308，并且形成基本平坦的上表面324。第一发散透镜322可用与上面结合图2的步骤212讨论的相同的组合物形成。磷光体-密封剂组合物如前讨论被形成。在步骤412中，磷光体主体326被形成在基本平坦的上表面324上，并且具有第一基本凸起的上表面328。作为示例，磷光体主体326被模制或浇铸成任何期望的形状。在步骤414中，NPCLD 300的LED 308、阳极302、阴极304和键合线318和320被嵌入到第二透镜338中。该过程然后在步骤416中结束。作为一个实现方式的示例，第二透镜338如上所述由密封剂制成，具有悬浮的光散射粒子，例如，二氧化钛或二氧化硅粒子。第二透镜338可以通过模制或浇铸形成为具有期望的穹形。
在图5中，示出了一种新型NPCLD 500的另一种实现方式的示例的截面图。NPCLD 500包括阳极502和阴极504。阴极504包括凹面底座外壳506，凹面底座外壳506由电绝缘体形成，并且被支撑在框架507上，在凹面底座506中放置有LED 508。框架507可以与阴极504集成在一起，并且例如可用铅或前述其他材料制成。LED 508包括p掺杂的半导体主体510和n掺杂的半导体主体512。在一种实现方式的示例中，多于一个LED 508可以被放置在凹面底座外壳中。
p掺杂半导体主体510可以与底导体514传输信号，并且n掺杂半导体主体512可以与顶导体516传输信号。底导体514和顶导体516分别允许电流流入和流出p掺杂半导体主体510和n掺杂半导体主体512。阴极键合线518可以将阴极504电连接到底导体514，从而使阴极504与底半导体514传输信号。类似地，阳极键合线520可以将阳极502电连接到顶导体516。在替换实现方式示例中，凹面底座外壳506可以由电导体形成，并且可以省略底导体514和阴极键合线518。在一个实现方式的示例中，可以使用多于一条阴极键合线518和/或多于一条阳极键合线520。应当意识到，在NPCLD的替换示例结构中，半导体主体512可以是p掺杂的，并且半导体主体510可以是n掺杂的。在这种替换结构中，流过LED508的电流可以是反向的，以使NPCLD 500可以包括阳极504和阴极502。在另一个实现方式示例中，阴极504可由第一端子504替换，该端子504处于相对较高的电势，并且与p掺杂半导体主体510传输信号；阳极502可由第二端子502替换，该端子502处于相对较低的电势，并且与n掺杂的半导体主体512传输信号。
LED 508可以由磷光体主体522基本覆盖，磷光体主体522由包括磷光体和密封剂的组合物形成。磷光体主体522具有基本平坦的上表面524。第一发散透镜526设置磷光体主体522上，并且具有基本平坦的上表面528。第一发散透镜526使穿过表面528的光子发散，从而减少光子强度和光子光谱比例的不平衡。凹面底座外壳506的侧内壁530和底内壁532形成用于由LED 508和磷光体主体522发射的光子的反射器，在NPCLD 500的光子辐射最大的方向534上反射这些光子。底内壁532可以具有圆形外围。NPCLD 500的阳极502和阴极504可以被支撑在底座535上，并且共同地被封装在第二透镜536中，第二透镜536可以是发散透镜，具有穹形表面538，该表面形成基本凸起的透镜，用于例如来自NPCLD 500的光子发射540、542、544和546。在实现方式示例中，第二透镜536可以不是发散透镜。
在一种实现方式的示例中，用来形成磷光体主体522的组合物中的磷光体具有足够的浓度和量，以基本覆盖LED 508。此外，在本示例中，磷光体可以被选择为具有比其悬浮在其中的密封剂高的密度，以使磷光体沉降到磷光体主体522的底部。在该示例中，磷光体对LED 508覆盖最小厚度“x”，如箭头548所示，这足够大到使磷光体在磷光体主体522内形成子体，该子体具有基本平坦的上表面，如虚线550所示。该基本平坦的上表面减小了到达基本平坦的上表面524的光子的强度和光谱比例的不规则。
在图6中，示出了说明用于制作图5所示的新型NPCLD 500的方法的实现方式的示例的流程图。该过程开始于步骤602，在步骤604中，产生具有凹面底座外壳506的阴极504，其中凹面底座外壳506具有电子反射侧内壁530和底内壁532。在步骤606中，LED 508在凹面底座外壳506内被放置到底内壁532上。LED 508可以被定位在底内壁532上距底内壁532与侧内壁530接触的所有点基本相等的点处。在步骤608中，阴极504和阳极502被定位在底座535上，并且键合线518和520分别被连接到导体514和516、以及阴极504和阳极502。同样应当意识到，步骤608的全部或一部分可以在该过程中稍后执行，而不脱离该方法。磷光体-密封剂组合物如前在图2和图4中所讨论被形成。在步骤610中，磷光体主体522在凹面底座外壳506内被形成LED 508上。在本示例中，磷光体主体522被形成为具有基本平坦的上表面524，如图5所示。在一个实现方式的示例中，磷光体-密封剂组合物中的磷光体的浓度和量足够高，以使在形成磷光体主体522后，足够的磷光体被沉积在凹面底座外壳506内，以基本覆盖LED 508，如虚线550所示。在步骤612中，第一发散透镜526被形成在磷光体主体522上，具有基本平坦的上表面528。在一个实现方式示例中，第一发散透镜526可由前述密封剂形成，具有悬浮的光散射粒子，例如，二氧化钛或二氧化硅粒子。第一发散透镜526可以例如通过配置可凝固组合物形成，所述组合物包括悬浮在密封剂中的光散射粒子。或者，第一发散透镜526可以是丝网印刷的，或者预先形成为固态薄膜然后附接到磷光体主体522上。在步骤614中，NPCLD 500的LED 508、阳极502、阴极504、以及键合线518和520被嵌入到第二透镜536中。第二透镜536可以例如通过模制或浇铸形成为具有期望的穹形。该过程然后在步骤616中结束。
在图7中，示出了一种新型NPCLD 700的另一种实现方式的示例的截面图。NPCLD 700包括阳极702和阴极704。阴极704包括凹面底座外壳706，凹面底座外壳706由电绝缘体形成，并且被支撑在框架707上，在凹面底座706中放置有LED 708。框架707可以与阴极704集成在一起，并且例如可用铅或前述其他材料制成。LED 708包括p掺杂的半导体主体710和n掺杂的半导体主体712。在一种实现方式的示例中，多于一个LED 708可以被放置在凹面底座外壳706中。
p掺杂半导体主体710可以与底导体714传输信号，并且n掺杂半导体主体712可以与顶导体716传输信号。底导体714和顶导体716分别允许电流流入和流出p掺杂半导体主体710和n掺杂半导体主体712。阴极键合线718可以将阴极704电连接到底导体714，从而使阴极704与底半导体714传输信号。类似地，阳极键合线720可以将阳极702电连接到顶导体716。在替换实现方式示例中，凹面底座外壳706可以由电导体形成，并且可以省略底电极714和阴极键合线718。在一个实现方式的示例中，可以使用多于一条阴极键合线718和/或多于一条阳极键合线720。应当意识到，在NPCLD的替换示例结构中，半导体主体712可以是p掺杂的，并且半导体主体7 10可以是n掺杂的。在这种替换结构中，流过LED708的电流可以是反向的，以使NPCLD 700可以包括阳极704和阴极702。在另一个实现方式示例中，阴极704可由第一端子704替换，该端子704处于相对较高的电势，并且与p掺杂半导体主体710传输信号；阳极702可由第二端子702替换，该端子702处于相对较低的电势，并且与n掺杂的半导体主体712传输信号。
LED 708由第一发散透镜722基本覆盖，第一发散透镜722具有基本平坦的上表面724。磷光体主体726由包括磷光体和密封剂的组合物形成，并且被沉积在第一发散透镜722上。磷光体主体726具有基本平坦的上表面728。第一发散透镜722使穿过表面728的光子发散，从而减少光子强度和光子光谱比例的不平衡。在其上形成磷光体主体726的基本平坦的上表面724确保随着磷光体通过密封剂沉降，磷光体在整个基本平坦的上表面724上非常均匀。这样，在整个基本平坦的上表面724上磷光体的浓度差被最小化。另外，将磷光体主体726沉积到基本平坦的上表面724上准许对磷光体主体726中的磷光体在方向730上的有效厚度进行精确控制。这种精确的厚度控制使得能够对由NPCLD 700发射的光子的光谱比例进行精确的调节，从而使得能够对人眼看起来的光子输出的颜色进行控制。凹面底座外壳706的侧内壁732和底内壁734形成用于由LED 708和磷光体主体722发射的光子的反射器，在NPCLD 700的光子辐射最大的方向730上反射这些光子。底内壁734可以具有圆形外围。NPCLD 700的阳极702和阴极704可以被支撑在底座736上，并且共同地被封装在第二透镜738中，第二透镜738可以是发散透镜，具有穹形表面740，该表面形成基本凸起的透镜，用于例如来自NPCLD 700的光子发射742、744、746和748。在一个实现方式示例中，第二透镜738可以不是发散透镜。
在图8中，示出了说明用于制作图7所示的新型NPCLD 700的方法的实现方式的示例的流程图。该过程开始于步骤802，在步骤804中，产生具有凹面底座外壳706的阴极704。凹面底座外壳706具有电子反射侧内壁732和底内壁734。在步骤806中，LED 708在凹面底座外壳706内被放置到底内壁734上。LED 708可以被定位在底内壁734上距底内壁734与侧内壁732接触的所有点基本相等的点处。在步骤808中，阴极704和阳极702被定位在底座736上，并且键合线718和720分别被连接到导体714和716、以及阴极704和阳极702。同样应当意识到，步骤808的全部或一部分可以在该过程中稍后执行而不脱离该方法。在步骤810中，凹面底座外壳706内，第一发散透镜722被形成在LED 708上，并且具有基本平坦的上表面724。作为示例，发散透镜722可用前述密封剂制成，具有悬浮的光散射粒子，例如，二氧化钛或二氧化硅粒子。与前面在图2、4和6中描述的过程类似，磷光体-密封剂组合物如前讨论被形成。在步骤812中，在凹面底座外壳702内中，磷光体主体726被形成在基本平坦的上表面724上。在该示例中，磷光体主体726可以被形成为具有基本平坦的上表面728。在一个实现方式的示例中，磷光体主体726可用前述密封剂制成，并且具有悬浮的磷光体。磷光体主体726可以例如通过悬浮可凝固组合物形成，所述组合物包括悬浮在密封剂中的磷光体。或者，磷光体主体726可以是丝网印刷的，或者预先形成为固态薄膜然后附接到发散透镜722上。在步骤814中，NPCLD 700的LED 708、阳极702、阴极704、以及键合线718和720被嵌入到第二透镜738中。第二透镜738可以例如通过模制或浇铸形成为具有期望的穹形。该过程然后在步骤816中结束。
尽管前面的描述参考了使用发射蓝光光子的LED来激励来自黄光磷光体的冷光发射以便产生看起来为白光的输出光，但是主体不限于这种器件。可以从由上述组件提供的功能受益的任何磷光体转换LED器件可以被实现在附图示出并在这里公开的NPCLD中。
此外，应当理解，前面对许多实现方式的描述是为了图示和说明目的。该描述不是穷尽的，并且不是将所要求的发明限制为所公开的精确形式。根据上面的描述可以作出修改和变动，并且这些修改和变动可以从实现本发明时获得。权利要求书和它们的等同物限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种新型磷光体转换发光二极管器件，包括：
凹面底座外壳；
所述凹面底座外壳中的发光二极管，所述发光二极管具有p掺杂半导体主体和n掺杂半导体主体；
所述发光二极管上的磷光体主体，所述磷光体主体具有基本凸起的上表面；以及
所述磷光体主体上的第一透镜，所述第一透镜具有基本凸起的上表面。
2.如权利要求1所述的新型磷光体转换发光二极管器件，其中，所述磷光体主体包括磷光体和密封剂，所述磷光体基本覆盖所述发光二极管。
3.如权利要求1所述的新型磷光体转换发光二极管器件，其中：
所述发光二极管在约420nm到约490nm范围内具有最大发射，所述n掺杂半导体主体和所述p掺杂半导体主体每个包括从由下述成份组成的群组中选出的成份：氮化镓、氮化铟镓、氮化镓铝铟、以及它们的混合物；
所述磷光体在约550nm到约585nm的范围内具有最大发射，所述磷光体包括铈掺杂的钇铝石榴石，还包括：
从由下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：钇、镥、硒、镧、钆、钐和铽，以及
从下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：铝、镓和铟。
4.如权利要求1所述的新型磷光体转换发光二极管器件，还包括插在所述发光二极管和所述磷光体主体之间的第二透镜，所述第二透镜和所述磷光体共同具有基本平坦的界面。
5.如权利要求1所述的新型磷光体转换发光二极管器件，还包括：
第一端子，其处于相对较高的电势，并与所述p掺杂半导体主体传输信号；以及
第二端子，其处于相对较低的电势，并与所述n掺杂半导体主体传输信号。
6.一种新型磷光体转换发光二极管器件，包括：
凹面底座外壳；
所述凹面底座外壳中的发光二极管，所述发光二极管具有p掺杂半导体主体和n掺杂半导体主体；
所述发光二极管上的磷光体主体，所述磷光体主体具有基本平坦的上表面；
所述发光二极管上的第一透镜，所述第一透镜具有基本平坦的上表面；以及
所述磷光体主体上和所述第一透镜上的第二透镜，所述第二透镜具有基本凸起的上表面；并且
所述第一透镜和所述磷光体共同具有基本平坦的界面。
7.如权利要求6所述的新型磷光体转换发光二极管器件，其中，所述磷光体主体插入在所述发光二极管和所述第一透镜之间。
8.如权利要求6所述的新型磷光体转换发光二极管器件，其中，所述磷光体主体包括：
磷光体，和
密封剂，
其中所述磷光体基本覆盖所述发光二极管。
9.如权利要求6所述的新型磷光体转换发光二极管器件，其中，所述第一透镜插入在所述发光二极管和所述磷光体主体之间。
10.如权利要求6所述的新型磷光体转换发光二极管器件，其中：
所述发光二极管在约420nm到约490nm范围内具有最大发射，所述n掺杂半导体主体和所述p掺杂半导体主体每个包括从由下述成份组成的群组中选出的成份：氮化镓、氮化铟镓、氮化镓铝铟、以及它们的混合物；并且
所述磷光体在约550nm到约585nm的范围内具有最大发射，所述磷光体包括铈掺杂的钇铝石榴石，还包括：
从由下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：钇、镥、硒、镧、钆、钐和铽；以及
从下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：铝、镓和铟。
11.如权利要求6所述的新型磷光体转换发光二极管器件，还包括：
第一端子，其处于相对较高的电势，并与所述p掺杂半导体主体传输信号；以及
第二端子，其处于相对较低的电势，并与所述n掺杂半导体主体传输信号。
12.一种用于制作新型磷光体转换发光二极管器件的方法，所述方法包括：
生产凹面底座外壳；
将发光二极管放置到所述凹面底座外壳中，所述发光二极管具有p掺杂半导体主体和n掺杂半导体主体；
在所述发光二极管上形成磷光体主体；
在所述发光二极管上形成第一透镜，所述第一透镜具有基本平坦的上表面；以及
在所述磷光体主体上和所述第一透镜上形成第二透镜，所述第二透镜具有基本凸起的上表面；并且
使所述第一透镜和所述磷光体主体成形为具有基本平坦的界面。
13.如权利要求12所述的方法，还包括在所述发光二极管和所述第一透镜之间插入所述磷光体主体。
14.如权利要求12所述的方法，还包括利用磷光体基本覆盖所述发光二极管。
15.如权利要求12所述的方法，还包括在所述发光二极管和所述磷光体主体之间插入所述第一透镜。
16.如权利要求15所述的方法，还包括使所述磷光体主体成形为具有基本凸起的上表面。
17.如权利要求12所述的方法，其中：
所述发光二极管在约420nm到约490nm范围内具有最大发射，所述n掺杂半导体主体和所述p掺杂半导体主体每个包括从由下述成份组成的群组中选出的成份：氮化镓、氮化铟镓、氮化镓铝铟、以及它们的混合物；并且
所述磷光体在约550nm到约585nm的范围内具有最大发射，所述磷光体包括铈掺杂的钇铝石榴石，还包括：
从由下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：钇、镥、硒、镧、钆、钐和铽，以及
从下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：铝、镓和铟。
18.一种用于制作新型磷光体转换发光二极管器件的方法，所述方法包括：
生产凹面底座外壳；
将发光二极管放置到所述凹面底座外壳中，所述发光二极管具有p掺杂半导体主体和n掺杂半导体主体；
在所述发光二极管上形成磷光体主体，所述磷光体主体具有基本凸起的上表面；以及
在所述磷光体主体上形成透镜，所述透镜具有基本凸起的上表面。
19.如权利要求18所述的方法，还包括利用磷光体基本覆盖所述发光二极管。
20.如权利要求18所述的方法，其中：
所述发光二极管在约420nm到约490nm范围内具有最大发射，所述n掺杂半导体主体和所述p掺杂半导体主体每个包括从由下述成份组成的群组中选出的成份：氮化镓、氮化铟镓、氮化镓铝铟、以及它们的混合物；并且
所述磷光体在约550nm到约585nm的范围内具有最大发射，所述磷光体包括铈掺杂的钇铝石榴石，还包括：
从由下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：钇、镥、硒、镧、钆、钐和铽，以及
从下述元素组成的群组中选出的至少一种元素：铝、镓和铟。
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