包括細長中空波長轉換管的半導體發光設備及組裝其的方法

專利名稱：包括細長中空波長轉換管的半導體發光設備及組裝其的方法
包括細長中空波長轉換管的半導體發光設備及組裝其的方
法本發明的背景
本發明涉及發光設備及組裝和操作該發光設備的方法，并且更具體地，本發明涉及半導體發光設備及組裝和操作其的方法。諸如發光二極管和激光二極管的半導體發光裝置(“LED”)是廣泛公知的固態發光元件，其能夠在電壓施加于其上之后產生光。發光裝置通常包括p-n結、用于裝置的ρ型區域的陽極歐姆觸點、以及用于裝置的η型區域的陰極歐姆觸點。該裝置可以形成在基底上， 如藍寶石、硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵等的基底，或者裝置可以不包括基底。半導體P-n結可以例如由基于碳化硅、氮化鎵、磷化鎵、氮化鋁和/或砷化鎵的材料和/或基于有機半導體的材料制造。半導體LED可以使用在發光/照明應用中，例如用作常規的白熾和/或熒光發光的替代。因此，通常理想的是提供這樣一種光源其產生具有相對較高顯色指數(color rendering index，CRI)的白色光，使得被光照射的物體可以顯得更自然。光源的顯色指數是光源產生的光精確照亮大范圍的顏色的能力的客觀度量。顯色指數的范圍為從對單色光源的基本為零到對白熾光源的幾乎為100。另外，特定光源的色度可以稱為光源的“色點”。對于白色光源，色度可以稱為光源的“白點”。白色光源的白點可以沿著對應于加熱到給定溫度的黑體輻射器發射的光的顏色的色度點的軌跡下落。因此，白點可以由光源的相關的色溫(correlated color temperatUre，CCT)識別，該色溫是加熱的黑體輻射器與白色光源的顏色或色彩相匹配時的溫度。白色光源一般具有在大約4000和8000K之間的CCT。具有為4000的CCT的白色光具有淡黃色。具有為8000K的CCT的白色光在顏色上更顯藍，并且可以稱為“冷白”。“暖白”可以用來描繪具有大約2600K和3500K之間的CCT的白色光，其在顏色上更顯紅。為了產生白色光，可以使用具有不同光色的多個發光LED。LED發射的光可以被結合以產生期望強度和/或顏色的白色光。例如，當紅色、綠色和藍色發光LED被同時激勵時， 產生的組合光可以表現為白色，或者近乎白色，這取決于組成的紅色、綠色和藍色光源的相對強度。然而，在包括紅色、綠色和藍色LED的LED燈中，所組成的LED的光譜功率分布可以相對較窄(例如，大約10-30 nm全寬半高(FWHM))。盡管有可能利用這種燈實現相當高的發光效能(luminous efficacy)和/或顯色，但是可能存在難以獲得高效率的波長范圍(例如，大約550 nm)。可替代地，通過利用如熒光粉顆粒等波長轉換材料包圍LED可以將來自單色LED 的光轉換為白色光。這里，術語“波長轉換材料”被用來指代任何吸收一個波長的光并重新發射不同波長的光的材料，而不管吸收與重新發射之間的延遲如何以及所涉及的波長如何。因此，在此術語“波長轉換材料”可以被用來表示在有時稱為熒光和/或磷光并通常稱為“熒光粉”的材料。通常，熒光粉吸收具有較短波長的光并重新發射具有較長波長的光。 因此，由LED以第一波長發射的光的一部分或全部可以被熒光粉顆粒吸收，熒光粉顆粒可以響應性地以第二波長發射光。例如，藍色發光LED可以被黃色熒光粉如摻鈰的釔鋁柘榴石(YAG)包圍。產生的光——為藍色光和黃色光的組合——對觀察者可表現為白色。因此，已經努力將半導體發光裝置與波長轉換材料集成起來以提供半導體發光設備。波長轉換材料可以涂覆在LED自身上，可以設置在半導體LED與LED的圓頂(也稱為外殼或透鏡)之間的微量材料中，和/或可以通過將波長轉換材料設置在LED的圓頂的內側、 外側和/或內部而與半導體LED遠離地設置和/或設置在遠離LED的另一表面上/內部。

發明內容
根據本發明的多種實施例的半導體發光設備包括細長的中空波長轉換管，該中空波長轉換管包括具有均勻地或非均勻地分散在其中的諸如熒光粉的波長轉換材料的細長波長轉換管壁。管不需要是圓柱形的。半導體發光裝置被定向以在細長中空波長轉換管內發射光，從而照射在細長波長轉換管壁以及分散在其中的波長轉換材料上。在一些實施例中，半導體發光裝置被定向使得所發射的光的至少20%以斜角撞擊細長中空波長轉換管壁。在其他實施例中，半導體發光裝置被定向使得所發射光的至少大約90%以斜角撞擊細長中空波長轉換管。在一些實施例中，半導體發光裝置被限制為以蘭伯頓(Lambertian)圖案繞發射軸發射光。在其他實施例中，半導體發光裝置構造成以非蘭伯頓圖案(例如，聚焦圖案)發射光。本發明的各種其他實施例能夠提供相對于半導體發光裝置被定向的細長中空波長轉換管，以便向被半導體發光裝置發射的且未撞擊嵌入在其中的波長轉換材料的光提供穿過細長波長轉換管壁的較長路徑長度，而不增加通過撞擊嵌入在其中的波長轉換材料而被轉換的光的路徑長度。在一些實施例中，半導體發光裝置是具有大約1 mm2的面積的藍色光發射二極管(blue light emitting diode)，并且設備在大約4700K的色溫處每瓦產生大約160流明。在其他實施例中，設備在大約5500K的色溫處每瓦產生大約150流明。根據多種實施例，細長中空波長轉換管自身可以具有多種構造。在一些實施例中， 細長中空波長轉換管包括內表面和外表面，并且在所述內表面和/或外表面上設有支撐層。在其他實施例中，所述內表面和/或外表面被均勻地或非均勻地紋理化。在一些實施例中，管壁限定管軸，并且半導體發光裝置構造成繞發射軸對稱地發射光。半導體發光裝置被定向使得發射軸與管軸一致。可以提供多種其他構造的細長中空波長轉換管。例如，在一些實施例中，細長中空波長轉換管包括第一和第二相對端，并且半導體發光裝置鄰近第一端。在一些實施例中，第二端是封閉端，而在其他實施例中，第二端是壓接的第二端。在另一些其他實施例中，在第二端處設有蓋，并且在又一些實施例中，所述蓋可以包括波長轉換材料和/或反射材料。在又一些實施例中，可以設置多個半導體發光裝置。例如，在一些實施例中，在所述第二端附近設有第二半導體發光裝置，其被定向以在細長中空波長轉換管內發射光。在這些實施例中的一些中，可以在第一和第二半導體發光裝置之間的細長中空波長轉換管中設置雙側反射器。在其他實施例中，細長中空波長轉換管可以在第一和第二半導體發光裝置之間壓邊。在又一些實施例中，半導體發光裝置至少部分地延伸到細長中空波長轉換管中。 在這些實施例中的一些中，半導體發光裝置部分地延伸到波長轉換管中，以朝其第一端發射光。在又一些實施例中，第二半導體發光裝置可以至少部分地延伸到細長中空波長轉換管中，以朝其第二端發射光。在又一些實施例中，第一和第二半導體發光裝置可以在細長中空波長轉換管內，以背靠背的關系被定向。在又一些其他實施例中，可以設置螺紋型基部以及一對支架(standoff)，所述支架保持與螺紋型基部隔開的細長中空波長轉換管以及第一和第二半導體發光裝置。還可以設置燈泡，其連接于螺紋型基部，并且包圍中空波長轉換管以及第一和第二半導體發光裝置。根據本發明的多種實施例的設備還可以包括安裝基底和位于安裝基底上的圓頂， 其中半導體發光裝置位于安裝基底和圓頂之間。圓頂可以至少部分地延伸到細長中空波長轉換管的端部中，并且安裝基底可以至少部分地延伸到細長中空波長轉換管外。也可以提供多管實施例。例如，在一些實施例中，設備還包括第二細長中空波長轉換管，并且第一和第二細長中空波長轉換管共享公共端。半導體發光裝置鄰近該公共端。在其他實施例中，多個細長中空波長轉換管可以共享公共端并且繞中央軸延伸。在又一些實施例中，設有與第一細長中空波長轉換管同軸的第二細長中空波長轉換管。根據本發明又一些其他實施例的半導體發光設備可以包括多個發光絲。各個發光絲包括包含具有分散在其中的波長轉換材料的細長波長轉換管壁的細長中空波長轉換管； 以及被定向以在細長中空波長轉換管內發射光的半導體發光裝置。在一些實施例中，所述多個發光絲可以以線性陣列的形式被端對端地定向。在其他實施例中，所述多個發光絲可以以三維陣列繞公共起點延伸。細長中空波長轉換管(一個或多個)以及半導體發光裝置 (一個或多個)可以根據這里描述的實施例中的任何一個來設置。還可以提供組裝半導體發光設備的方法。在這些方法中，包圍位于基底上的半導體發光裝置的圓頂被至少部分地插入到細長中空波長轉換管的端部中，該細長中空波長轉換管具有分散在其中的波長轉換材料。該細長中空波長轉換管可以遠離所述端部被壓接。 半導體發光裝置和細長中空波長轉換管可以根據這里描述的實施例中的任何一個來構造。


圖IA是根據多種實施例的半導體發光設備的透視圖。圖IB是根據其他實施例的半導體發光設備的橫截面圖。圖2A和2B是封裝的半導體發光裝置的橫截面圖。圖3-10是根據多種其他實施例的半導體發光設備的橫截面圖。圖11A-14是根據多種實施例的細長中空波長轉換管的橫截面圖。圖15-18是根據另一些其他實施例的半導體發光設備的橫截面圖。圖19以圖形的方式示出了對于根據多種實施例的半導體發光設備，作為CCT的函數的流明每瓦的形式的效率。
具體實施例方式現在將參照附圖更全面地描述本發明，在附圖中示出了多種實施例。然而，本發明可以以多種不同的形式來實施，并且不應理解為限制于此處闡釋的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將透徹且完整，并且更全面地將本發明的范圍傳達給本領域普通技術人員。在附圖中，層和區域的大小和相對大小可能為了清楚起見而被放大了。相似的數字在通篇中指代相似的元件。
這里使用的術語是僅僅為了描述具體實施例的目的，并非意在限制本發明。如此處所使用的，單數形式“一”、“一個”和“該”意在也包括復數形式，除非上下文中明確地另外指出。將進一步理解的是，術語“包括”、“包含”、“具有”及其變型當在本說明書中使用時指定所聲明的特征、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除其一個或多個其他特征、 步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。相反，術語“由……構成”在被用在本說明書中時指定所聲明的特征、步驟、操作、元件和/或部件的存在，并且排除了附加的特征、步驟、操作、元件和/或部件。將理解的是，當諸如層、區域或基底的元件表述為位于另一個元件“上”時，其可以直接地位于所述另一個元件上，或者也可以存在干涉元件。另外，諸如“在……下面”或 “在……上面”的相對性術語在此處可以用來描述一個層或區域對另一個層或區域相對于如圖所示的基底或底層的關系。將理解的是，這些術語意在除了圖中描繪的方位之外還包括裝置的不同方位。最后，術語“直接”意指沒有干涉元件。如此處所使用的，術語“和/或” 包括相關所列項目中的一個或多個的任何和所有組合，并且可以簡寫為“/”。將理解的是，盡管術語第一、第二等在此處可以用來描述多種元件、部件、區域、層和/或零件，但是這些元件、部件、區域、層和/或零件不應被這些術語限制。這些術語僅僅用來將一個元件、部件、區域、層或零件與另一個區域、層或零件區分開。因此，下面討論的第一元件、部件、區域、層或零件可以稱為第二元件、部件、區域、層或零件而不偏離本發明的教導。此處參照橫截面和/或其他圖示來描述本發明的實施例，這些圖示是本發明的理想實施例的示意性圖示。因此，例如由于制造技術和/或公差(tolerance)導致的圖示的形狀的變化是可以預想到的。因此，本發明的實施例不應理解為受限于此處示出的區域的具體形狀，而是包括例如源自制造的形狀偏差。例如，示出或描述為矩形的區域一般由于正常的制造公差而具有圓形或彎曲特征。因此，圖中示出的區域本質上是示意性的，并且其形狀并不意在示出裝置的區域的精確形狀，并不用來限制本發明的范圍，除非本文另有限定。除非此處另有限定，否則此處使用的所有術語(包括技術和科學術語)都具有與如本發明所屬領域的普通技術人員所普遍理解的相同的含義。應當進一步理解的是，諸如在常用的詞典中定義的術語應被解釋為具有與其在相關領域和本說明書的上下文中的含義一致的含義，并且不應在理想化或過于正式的意義上進行解釋，除非此處明確地進行了這樣的限定。圖IA和IB是根據本發明多種實施例的半導體發光設備的透視圖和橫截面圖。如圖IA和IB所示，這些半導體發光設備包括細長中空波長轉換管110，細長中空波長轉換管 110包括細長波長轉換管壁112，細長波長轉換管壁112具有均勻地或非均勻地分散在其中的波長轉換材料114。如此處所使用的，管表示長的中空物體，其可以是但并非必須是圓柱形的。因此，管可以是圓形、橢圓形、橢圓體形和/或多邊形。半導體發光裝置120被定向以在細長中空波長轉換管110內發射光122，從而照射在細長波長轉換管壁112以及分散在其中的波長轉換材料114上。在一些實施例中，半導體發光裝置120可以是包括安裝基底 IM和位于安裝基底IM上的圓頂126的封裝發光二極管130，其中半導體發光裝置120被設置在安裝基底1 和圓頂1 之間。一個或多個電導線1 可以從安裝基底IM延伸。 同樣如圖IA和IB所示，管壁112限定管軸132，并且半導體發光裝置120被構造為繞發射軸基本對稱地發射光122，并且被定向使得發射軸與管軸132基本一致。根據本發明的多種實施例，可以提供多種構造的半導體發光裝置120、安裝基底 124以及圓頂126。在一些實施例中，封裝的半導體發光裝置130可以由以商業方式可獲得的LED (如Cree EZ1000TMLED)代表，其由本發明的受讓人制造，并被描述在數據表CPR3CR， Rev. A 中，該數據表名為 CrefEZlOOO LEDs Da ta Sheet CxxxEZlOOOSxxOOO，版權 2006， Cree公司，可在cree.com網址上得到。如在該數據表中所指出的，這些LED可以使用 980/980Mm2或大約1 mm2大小的單個半導體小片(die)。對于大約1 W的輸入功率，這些 LED可以工作在大約3 V (更典型地，大約3.3 V)的電壓，和大約350 mA的電流(大約為 35 A/cm2的電流密度)。Cree EZ1000 LED可以根據下列美國專利/申請中的一個或多個來制造，在此將這些美國專利/申請的公開內容整體并入，就如在此對其進行了完整的闡述一樣，這些美國專利/申請為2008年4月8日公告的名為“LED Chip”的美國專利No. D566, 057 ;2008 年 7 月 24 日公開的名為 “Wafer Level Phosphor coating Method and Devices Fabricated Utilizing Same” 的公開號為 2008/0173884 的美國申請；2008 年 7 月 31 El 公開白勺名為 “ffafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Same”的公開號為2008/0179611的美國申請；以及2007年9月7日提交的名為“LED Chip”的美國申請No. 29/284, 4310然而，也可以使用其他商業可獲得的封裝LED 或裸LED小片。所述EZ1000 LED可以被設置在銀(Ag)集管(header)上并且用圓頂封裝，該圓頂包括例如以Loctite名稱在市場上交易的Hysof 0S4000快速固化的水白色的 (water-white)環氧鑄造化合物。然而，在其他實施例中，諸如環氧、硅酮和/或其他透明密封劑的其他材料也可以被使用。另外，LED無需具有圓頂，從而裸小片或無圓頂的LED也可以使用。在一些實施例中，如圖IA所示，半導體發光裝置120可以與細長中空波長轉換管110相鄰但是不位于其內。在其他實施例中，如圖IB所示，半導體發光裝置120可以至少部分地在細長中空波長轉換管110內。還在其他實施例中，透明圓頂1 可以完全在細長中空波長轉換管110內，而安裝基底1 可以完全位于細長中空波長轉換管外并向上接觸其端部。實際上，圖IA和IB還示出了組裝根據一些實施例的半導體發光設備的方法，其中包圍位于基底1 上的半導體發光裝置120的圓頂1 至少部分地被插入到具有分散在其中的波長轉換材料114的細長中空波長轉換管110的端部中。圓頂可以被壓入配合到管內， 或者可以使用粘結劑或其他附接元件。細長中空波長轉換管110可以由含有分散在其中的熒光粉的一片塑料、環氧、硅酮和/或其他透明或半透明材料(如上述0S4000材料)構造。這些材料可以與熒光粉以期望的濃度混合，然后形成為允許固化的片材。該片材可以卷起來并被膠合到管中以及被切至期望的長度。可替代地，包括封裝在其中的熒光粉的塑料材料的莖管(straw)可以被提供并被切至尺寸。另外，中空波長轉換管110可以模制、擠壓成形和/或通過其他常規工藝形成。熒光粉可以是常規的YAG熒光粉、常規的(Ca、Si、Ba) Si04:Eu2+ (BOSE)熒光粉和/或其他常規熒光粉，其可以根據半導體發光裝置120的特性和/或其他參數在組分和/或濃度方面變化。細長中空波長轉換管110可以被抽空、填充空氣或填充惰性和/或活性氣體。 管也可以在其中包括固體和/或凝膠，以提供例如密封劑、索引匹配等。波長轉換材料114可以均勻地或非均勻地分散在細長波長轉換管壁112中。可以采用均勻的或非均勻的組分和/或濃度。在尺寸上，細長中空波長轉換管110可以具有在大約1 mm和大約100 mm之間的長度、以及在大約0.5 mm和大約10 mm之間的內徑。管壁112可以具有在大約0. 05 mm和大約2 mm之間的厚度。波長轉換顆粒可以以按重量比為大約1%和大約70%之間的濃度分散在其中。根據本發明多種實施例的細長中空波長轉換管的使用可以提供高效的白色光。 例如，具有大約1 mm2大小和在室溫大約350 mA的驅動電流的Cree EZ1000 LED與大約45 mm長、具有大約9 mm的內徑和大約2 mm的壁厚且由一片柔性透明硅酮(具有以大約30%的重量比的濃度分散在其中的htematix BOSE熒光粉)制造的細長中空波長轉換管的組合， 可以產生大約170流明的光輸出、在大約4700K的色溫的大約160流明/瓦的效率、以及在大約5500K的色溫處大約150流明/瓦的效率。圖19圖表化地示出了流明/瓦(lm/W)對 CCT的效率。應當理解到，在圖19中，可以使用多種濃度的熒光粉來獲得期望的色溫。在不希望受到任何工作原理限制的情況下，通過使半導體發光裝置120發射的幾乎所有光以斜角撞擊細長波長轉換管壁112，可以根據本發明的多種實施例獲得高效率白色光產生。更具體地，參照圖2A，封裝的發光二極管可以以蘭伯頓圖案220發射光，其中輻射強度與觀察者的視線和正交于半導體發光裝置130的表面的軸210之間的角度的余弦成正比。蘭伯頓圖案220可以通過將發光裝置120設計成以蘭伯頓圖案發射光并將圓頂1 設計成不改變該發射圖案來獲得，或者通過將發光裝置120設計成以非蘭伯頓圖案發射光并且將圓頂1 中的一個或多個光學元件設計成使得從圓頂1 出現的光是蘭伯頓圖案來獲得。在其他實施例中，如圖2B所示，封裝或未封裝的發光二極管可以以聚焦(S卩，窄遠場發射)圖案230來發射光，其中更多的輻射能量被更靠近發射軸210發射而非側部。再次， 該聚焦圖案可以通過將發光裝置120設計成以聚焦圖案發射光并將圓頂1 設計成不改變該發射圖案來獲得，或者通過將發光裝置120設計成以非聚焦圖案發射光并將圓頂126中的一個或多個光學元件設計成使得光以聚焦圖案從圓頂126出現來獲得。可以使用其他的常規發射圖案。常規地，圓頂1 可以設計為半球形的，使得發射的光122垂直于圓頂表面穿過圓頂。因此，如果熒光粉涂覆在圓頂1 的內表面和/或外表面上，則多數發射光將被向后散射到裝置120中。與此形成鮮明對比的是，當封裝的LED 130如圖IB所示相對于細長中空波長轉換管安裝時，至少20%的發射光122能夠以斜角撞擊細長中空波長轉換管壁112，如圖IB所示。光回到半導體發光裝置120中的向后散射可以被充分地減少。另外，在一些實施例中，至少大約90%的發射光122能夠以斜角撞擊細長中空波長轉換管壁112，如圖IB所示。光回到到半導體發光裝置中的向后散射可以被充分地減少。因此，本發明的一些實施例可以允許從半導體發光裝置120發射的光與圓頂1 基本正交地穿過圓頂126，但是與細長中空波長轉換管壁112大致傾斜地撞擊管壁112。 因此，本發明的一些實施例可以被認為提供了主光學表面，如封裝發光二極管130的圓頂 126，其中蘭伯頓輻射使幾乎所有的發射光與該主光學表面正交地穿過，并且細長中空波長轉換管壁112提供了包括分散在其中的波長轉換材料114的次光學表面，其中幾乎所有的光以斜角照射在次光學表面112上。在不希望受到任何工作原理限制的情況下，本發明的實施例的高效率還可以解釋為是由于可以在細長中空波長轉換管110內建立的不同路徑長度。特別地，參照圖3和3A， 來自半導體發光裝置120的發射光122在管壁110的內表面反射，如射線310所示，并且還在管壁內折射，如射線312所示。附加的內部反射從外壁發生，如射線314所示，并且一部分原始光316從管出現。穿過壁112的路徑由射線312表示。相反，當光撞擊嵌入在管壁 112內的熒光粉顆粒114時，其在所有方向上轉換和散射，如射線322所示。因此，如圖3和3A所示，除了在半導體發光裝置120附近，幾乎沒有光在半導體發光裝置120處被向后反射。為了使從半導體發光裝置120出現的光122(例如藍色光)轉換成例如黃色光，其必須照射在波長轉換材料(例如，熒光粉)顆粒114上。一旦其確實轉換， 則理想的是轉換的發射322以最小的阻擋逸出，不僅從LED 130逸出，還從其他波長轉換材料顆粒114逸出。因此，理想的是波長轉換材料層對藍色光而言顯得厚，而對黃色發射322 顯得薄。這由管110幫助實現，因為藍色光具有以切線入射穿過管壁112的較長路徑312， 并且相同量的轉換能夠利用較少的波長轉換材料114實現。因此，由于藍色光具有以切線入射穿過管壁112的較長路徑長度312，所以管對于進入的藍色光顯得較厚。由于管顯得較厚，所以可以使用較低濃度的熒光粉。通過使用較低濃度的熒光粉，可以提供較少的熒光粉阻擋。因此，在一些實施例中，細長中空波長轉換管110相對于半導體發光裝置120定向， 以對半導體發光裝置120發射的不撞擊嵌入在其中的波長轉換材料114的光122提供穿過細長波長轉換管壁112的較長路徑長度312，而不增加被嵌入在其中的波長轉換材料114轉換的光322的路徑長度。根據本發明的多種實施例，可以提供多種構造的細長中空波長轉換管。例如，如圖 4所示，細長中空波長轉換管110包括第一和第二相對端110a、110b，并且半導體發光裝置 120鄰近第一端110a。還應當理解，在圖4和接下來的其他圖中，半導體發光裝置120示出為位于細長中空波長轉換管110外。在這些實施例中，可以提供反射器、透鏡和/或其他光學元件以在管110內引導光122。然而，在其他實施例中，半導體發光裝置120可以至少部分地延伸到細長中空波長轉換管110中。在又一些其他實施例中，半導體發光裝置120完全延伸到細長中空波長轉換管110中。W044]在圖4中，第二端IlOb是開口端。相反，在圖5中，第二端IlOb是封閉的第二端，其可以通過蓋510來設置。蓋510可以是反射性的和/或可以在其中含有波長轉換材料。蓋510可以是平面的，或者如所示地是非平面的。例如，可以提供半球形、棱柱形、 紋理化和/或微型透鏡覆蓋的蓋。蓋510中的波長轉換材料在組分和/或濃度方面可以與細長波長轉換管壁112中的波長轉換材料114相同或不同。在其他實施例中，如圖6所示， 第二端IlOb是壓接的第二端610。將理解到，此處使用詞語“壓接的”來表示錐形端，并不表示任何特定的制造方法。因此，圖6示出了子彈形細長中空波長轉換管110的實施例。上面已描述的本發明實施例在細長中空波長轉換管110的第一端IlOa處使用一個或多個半導體發光裝置120。然而，在其他實施例中，至少一個半導體發光裝置可以被提供在管110的兩端。例如，如圖7所示，第一半導體發光裝置120a鄰近細長中空波長轉換管110的第一端IlOa而被包括，并且被定向以在細長中空波長轉換管110內發射光。第二半導體發光裝置120b被鄰近第二端IlOb放置，并且被定向以在細長中空波長轉換管內發射光122b。圖8示出了其他實施例，其中雙側反射器810被包括在第一和第二半導體發光裝置120a、122b之間的細長中空波長轉換管110中。雙側反射器810可以實施為鏡子、球軸承和/或其他反射至少一部分照射在其上的光的裝置。例如，可以提供球形、棱柱形、紋理化和/或微型透鏡覆蓋的雙側反射器。雙側反射器810可以是平坦的，或者是如所示地非平面的。雙側反射器還可以包括波長轉換材料。圖9A示出了其他實施例，其中細長中空波長轉換管110在如所示的第一和第二半導體發光裝置120a、122b之間的910處被壓接。圖 9A示出了完全封閉的漸進壓邊(crimp)，而圖9B示出了未完全封閉的突變壓邊920。圖10示出了其他實施例，其中第一和第二半導體發光裝置120a、122b在細長中空波長轉換管Iio內被以背靠背的關系定向，使得第一半導體裝置120a朝第一端IlOa發射光122a，并且第二半導體發光裝置120b朝第二端IlOb發射光122b。在其他實施例中，第一和/或第二端IlOaUlOb可以包括如圖5中的蓋510的蓋，該蓋可以例如通過包括圖6 的壓邊610而是壓接的或錐形的，或者可以如圖所示是開口的。同樣，這兩個端部無需具有相同類型的終止。細長中空波長轉換管110本身也可以具有很多不同的構造。例如，在圖IlA中，細長管壁112包括內表面和外表面，其中內表面和/或外表面如所示的被紋理化。紋理化可以是均勻地和/或非均勻地。紋理化可以增強光的散射。另外，圖IlB示出了其他實施例， 其中可以使用鋸齒形圖案或其他圖案來引導未轉換的光，從而進一步增加其在波長轉換管中的路徑長度。其他的光引導圖案也可以被使用。在其他實施例中，如圖12和13所示，可以提供支撐層以支撐細長中空波長轉換管壁112。在圖12中，支撐層1210位于細長中空波長轉換管壁112的外表面上，而在圖13 中，支撐層位于細長中空波長轉換管壁112的內表面上。實際上，圖12和13的實施例可以通過分別在支撐管1210、1310的內側或外側涂覆波長轉換材料114來制造，使得細長中空波長轉換管110實際上可以以在支撐材料上進行涂覆的形式來實現。在又一些其他實施例中，支撐層可以設置在細長波長轉換管壁112的內側表面和外側表面上。根據其他實施例，還可以提供多個同軸的細長中空轉換管112。特別地，如圖14所示，第一細長中空波長轉換管11 和第二細長中空波長轉換管112b彼此同軸地設置。這些管可以被隔開并且可以由公共的支撐層1410支撐。實際上，圖14的實施例可以通過用波長轉換材料114涂覆支撐層1410的內表面和外表面來制造。在圖14的實施例中，分散在第一和第二細長波長轉換管壁11加、112b中的波長轉換材料114在組分和/或濃度上可以相同或者可以不同。圖15示出了其他實施例，其中向半導體發光裝置120或半導體發光裝置120的集群提供多個細長中空波長轉換管110。因此，半導體發光裝置120或半導體發光裝置120的集群與這些管中的每一個的第一端相鄰。在圖16中，細長中空波長轉換管110繞公共起點延伸，并且半導體發光裝置120鄰近該公共起點。在一些實施例中，圖16可以認為是橫截面視圖，其示出了圍繞公共起點并且在圖的平面內延伸以提供二維陣列的多個中空波長轉換管110。圖16還可以認為示出了繞公共軸1600延伸的中空細長管110的三維陣列的橫截面，如箭頭1610所示。因此，根據這些實施例，可以提供類似花的花瓣的設計給半導體發光設備。上面描述的本發明各種實施例也可以被認為提供了可以類推成常規白熾燈的燈絲或微型熒光燈泡的半導體發光燈絲。因此，如圖17所示，細長中空波長轉換管110包括在任一端處封裝的半導體發光裝置130。封裝的半導體發光裝置130可以利用導熱的支架 1720和/或其他的常規安裝技術安裝在基部1710上。可以提供燈泡1730和螺紋型基部 1740，使得細長中空波長轉換管110與在其相對端處的封裝的半導體發光裝置130的組合提供用于白熾燈泡的順便替換(drop-in r印lacement)的燈絲。應當理解，圖17提供了簡化的圖示，并且白熾燈泡的順便替換也可以采用電壓轉換電路、熱管理系統等。在其他實施例中，如圖18所示，以線性陣列端對端地定向燈絲。散熱片1810和/ 或反射器1820也可以被提供。此處已經結合上面的描述和附圖公開了多種不同的實施例。將理解到，從文字上來描述和示出這些實施例的每種組合和子組合將會過于重復和混亂。因此，包括附圖在內的本說明書應當理解為構成此處描述的實施例的所有組合和子組合及制造和使用它們的方式和工藝的全部書面描述，并且應當對于任何這種組合或子組合都支持權利要求。例如，這里示出的實施例中的任何一個都可以包括裸半導體發光裝置小片或封裝的半導體 LED ；開口端，封蓋端或壓接端；一個或多個裸的或封裝的半導體發光裝置，其完全位于細長中空波長轉換管的外側、部分地位于其內側或者完全位于其內側；一個或多個支撐層； 一個或多個細長中空波長轉換管，其被同心地布置或者以二維或三維陣列的形式布置和/ 或被封裝以包括散熱片、反射器、驅動電路和/或其他部件。在附圖和說明書中，已經公開了本發明的實施例，并且盡管使用了特定的術語，但是這些術語僅僅在一般性和描述性的意義上使用，并非用于限制的目的，本發明的范圍由以下的權利要求闡明。
權利要求
1.一種半導體發光設備，包括包括細長波長轉換管壁的細長中空波長轉換管，所述細長波長轉換管壁具有分散在其中的波長轉換材料；和半導體發光裝置，其被定向成在所述細長中空波長轉換管內發射光，從而照射到所述細長波長轉換管壁和分散在其中的所述波長轉換材料上。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述半導體發光裝置被定向使得所發射的光的至少約20%以斜角撞擊所述細長波長轉換管壁。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述半導體發光裝置被定向使得所發射的光的至少約90%以斜角撞擊所述細長波長轉換管壁。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，所述半導體發光裝置是具有大約1mm2的面積的藍色光發射二極管，并且其中所述半導體發光設備在大約4700K的色溫處，每瓦產生大約 160流明。
5.根據權利要求1所述的設備，其中，所述半導體發光裝置是具有大約1mm2面積的藍色光發射二極管，并且其中所述半導體發光設備在大約5500K的色溫處，每瓦產生大約150 流明。
6.根據權利要求1所述的設備，其中，所述細長中空波長轉換管被相對于所述半導體發光裝置定位，以便在不增加通過撞擊嵌入在其中的所述波長轉換材料而被轉換的光的路徑長度的情況下，向由所述半導體發光裝置發射且不撞擊嵌入在其中的所述波長轉換材料的光，提供穿過所述細長波長轉換管壁的較長路徑長度。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，所述管壁限定管軸，其中所述半導體發光裝置被構造成繞發射軸對稱地發射光，并且其中所述半導體發光裝置被定向使得所述發射軸與所述管軸一致。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，所述細長中空波長轉換管包括第一和第二相反端，并且所述半導體發光裝置鄰近所述第一端。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述第二端是封閉的第二端。
10.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第二端是壓接的第二端。
11.根據權利要求9所述的設備，還包括在所述第二端的蓋。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，所述蓋包括波長轉換材料。
13.根據權利要求11所述的設備，其中，所述蓋包括反射材料。
14.根據權利要求8所述的設備，其中，所述半導體發光裝置是第一半導體發光裝置， 所述設備還包括鄰近所述第二端的第二半導體發光裝置，所述第二半導體發光裝置被定向成在所述細長中空波長轉換管內發射光，從而照射在所述細長波長轉換管壁和分散在其中的所述波長轉換材料上。
15.根據權利要求14所述的設備，還包括在所述第一半導體發光裝置和所述第二半導體發光裝置之間的所述細長中空波長轉換管中的雙側反射器。
16.根據權利要求14所述的設備，其中，所述細長中空波長轉換管在所述第一半導體發光裝置和所述第二半導體發光裝置之間被壓接。
17.根據權利要求1所述的設備，其中，所述半導體發光裝置至少部分地延伸到所述細長中空波長轉換管中。
18.根據權利要求17所述的設備，其中，所述細長中空波長轉換管包括第一和第二相反端，并且其中所述半導體發光裝置至少部分地延伸到所述波長轉換管中，以朝所述第一端發射光。
19.根據權利要求18所述的設備，其中，所述半導體發光裝置是第一半導體發光裝置， 所述設備還包括第二半導體發光裝置，所述第二半導體發光裝置至少部分地延伸到所述細長中空波長轉換管中，以朝所述第二端發射光。
20.根據權利要求19所述的設備，其中，所述第一半導體發光裝置和所述第二半導體發光裝置以背靠背的關系被定向在所述細長中空波長轉換管內。
21.根據權利要求1所述的設備，其中，所述細長中空波長轉換管是第一細長中空波長轉換管，所述設備還包括第二細長中空波長轉換管，其中，所述第一細長中空波長轉換管和所述第二細長中空波長轉換管共享公共端，并且其中所述半導體發光裝置鄰近所述公共端并且被定向以在所述第一細長中空波長轉換管和所述第二細長中空波長轉換管內發射光。
22.根據權利要求1所述的設備，其中，所述細長中空波長轉換管壁包括內表面和外表面，并且其中所述細長中空波長轉換管還包括位于所述內表面和/或外表面上的支撐層。
23.根據權利要求1所述的設備，其中，所述細長中空波長轉換管是第一細長中空波長轉換管，所述設備還包括包括第二細長波長轉換管壁的第二細長中空波長轉換管，所述第二細長波長轉換管壁具有分散在其中的波長轉換材料，所述第一細長中空波長轉換管和所述第二細長中空波長轉換管彼此同軸。
24.根據權利要求1所述的設備，其中，所述細長管壁包括內表面和外表面，并且其中所述內表面和/或外表面被紋理化。
25.根據權利要求M所述的設備，其中，所述內表面和/或外表面被非均勻地紋理化。
26.根據權利要求1所述的設備，其中，所述細長管壁具有非均勻地分散在其中的波長轉換材料。
27.根據權利要求1所述的設備，還包括安裝基底；和位于所述安裝基底上的圓頂；其中，所述半導體發光裝置被設置在所述安裝基底和所述圓頂之間；并且其中，所述圓頂至少部分地延伸到所述細長中空波長轉換管的端部中，并且所述安裝基底至少部分地延伸到所述細長中空波長轉換管外。
28.根據權利要求19所述的設備，還包括螺紋型基部；一對支架，所述一對支架保持與所述基部隔開的所述細長中空波長轉換管以及所述第一半導體發光裝置和所述第二半導體發光裝置；以及燈泡，所述燈泡連接于所述螺紋型基部并包圍所述中空波長轉換管以及所述第一半導體發光裝置和所述第二半導體發光裝置。
29.根據權利要求21所述的設備，還包括共享所述公共端并繞中央軸延伸的多個細長中空波長轉換管。
30.一種半導體發光設備，包括多個發光絲，各個發光絲包括細長中空波長轉換管，所述細長中空波長轉換管包括細長波長轉換管壁，所述細長波長轉換管壁具有分散在其中的波長轉換材料；以及半導體發光裝置，所述半導體發光裝置被定向以在所述細長中空波長轉換管內發射光，從而照射在所述細長波長轉換管壁和分散在其中的所述波長轉換材料上。
31.根據權利要求30所述的設備，其中，所述多個發光絲被以線性陣列端對端地定向。
32.根據權利要求30所述的設備，其中，所述多個發光絲以三維陣列繞公共起點延伸。
33.一種組裝半導體發光設備的方法，包括將包圍位于基底上的半導體發光裝置的圓頂至少部分地插入到細長中空波長轉換管的端部中，所述細長中空波長轉換管具有分散在其中的波長轉換材料。
34.根據權利要求33所述的方法，還包括遠離所述端部對所述細長中空波長轉換管進行壓接。
全文摘要
一種半導體發光設備，包括細長中空波長轉換管，細長中空波長轉換管包括細長波長轉換管壁，細長波長轉換管壁具有分散在其中的波長轉換材料，如熒光粉。半導體發光裝置被定向以在細長中空波長轉換管內發射光，從而照射在細長波長轉換管壁和分散在其中的波長轉換材料上。細長中空波長轉換管可以具有開口端、壓接端、反射端、和/或其他構造。多個管和/或多個半導體發光裝置也可以以多種構造被使用。還描述了相關的組裝方法。
文檔編號G02B6/00GK102282417SQ200980154672
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月10日 優先權日2008年11月18日
發明者P. 赫塞爾 C., A. 埃蒙德 J. 申請人:克里公司