專利名稱：發(fā)光器件、使用該器件的照明裝置及表面發(fā)光照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高采光效率的發(fā)光器件、使用該器件的照明裝置及表面發(fā)光照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖55所示為常規(guī)未密封型發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。常規(guī)未密封型發(fā)光器件100包括由SiC或藍(lán)寶石制成的透明襯底101，及在透明襯底101的表面上形成的由n型半導(dǎo)體層103和p型半導(dǎo)體層104構(gòu)成的二極管結(jié)構(gòu)102。在n型半導(dǎo)體層103和p型半導(dǎo)體層104的pn結(jié)(composition)面105上產(chǎn)生的光主要從基本平行于pn結(jié)面105的二極管結(jié)構(gòu)102的外表面，即p型半導(dǎo)體層104的表面104a或透明襯底101的表面(圖中未示出)發(fā)射出。
由于內(nèi)部材料的折射率和外部介質(zhì)的折射率之間的差異，在光出射(exit)面104a上產(chǎn)生折射。如圖55所示，入射角等于或大于臨界角的光束C1在出射面104a上被全反射，從而未能從出射面104a向外射出，并在發(fā)光器件100中傳播。
在出射面104a上全反射的光束C1在發(fā)光器件100內(nèi)部傳播，并在與出射面104a相對的面(例如，透明襯底101的表面)上被全反射，并再次到達(dá)出射面104a。然而，二極管結(jié)構(gòu)102的表面和透明襯底101的表面彼此基本平行，從而在出射面104a上反射光束的入射角幾乎不改變。因此，在出射面104a處全反射的光束C1在發(fā)光器件100中重復(fù)進(jìn)行全反射，而不會向外射出。在此過程中，一部分光束被構(gòu)成發(fā)光器件100的材料所吸收，從而在發(fā)光器件100中重復(fù)進(jìn)行全反射的光束在發(fā)光器件100中最終被吸收。因此，從發(fā)光器件100向外射出的光束僅為從pn結(jié)面105直接進(jìn)入出射面104a的光束中入射角等于或小于臨界角的光束C2。
假設(shè)n型半導(dǎo)體層103和p型半導(dǎo)體層104的材料為GaN，而透明襯底的材料為藍(lán)寶石，GaN的折射率約為2.5，而藍(lán)寶石的折射率約為1.77，其分別為比較大的值。進(jìn)一步假設(shè)發(fā)光器件100未通過樹脂密封，如圖55所示，并且外界介質(zhì)為空氣，光在出射面104a上的臨界角θcritical≈23.5°?？蛇x地，當(dāng)假設(shè)光的出射面為透明襯底101的表面時，臨界角θcritical≈34.4°。在每種情況下，出射光束在出射面上的臨界角變?yōu)樾〗嵌取?br> 如上所述，從發(fā)光器件100向外射出的光束被限制為從pn結(jié)面105直接進(jìn)入出射面104a的光束中入射角等于或小于臨界角的部分。因此，由于在未密封結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件100中的臨界角為非常小的值，如θcritical≈23.5°或θcritical≈34.4°，因此對于在pn結(jié)面上產(chǎn)生的光束，到空氣介質(zhì)的采光效率等于或小于約20％。
因而，為了增加到空氣介質(zhì)的采光效率，發(fā)光器件100的周圍在常規(guī)上被例如具有透明度和相對較高折射率的環(huán)氧樹脂的透明樹脂層所廣泛密封，從而減少發(fā)光器件100與透明樹脂層(例如，p型半導(dǎo)體層104的表面104a)界面的兩側(cè)材料折射率之間的差異，以增大臨界角。
正如所述，在通過透明樹脂層密封發(fā)光器件100周圍的情況下，從發(fā)光器件100到透明樹脂層中的采光效率增加，但由于折射率差，在透明樹脂層和空氣介質(zhì)的表面之間的界面處會出現(xiàn)折射。因此，到空氣介質(zhì)中的采光效率會隨透明樹脂層的表面形狀而改變。
例如，在二極管結(jié)構(gòu)的表面和透明樹脂層的表面彼此基本平行的情況下，臨界角θ0和θ1由以下方程式示出。在此，當(dāng)在透明樹脂層和外部介質(zhì)之間的界面處發(fā)生全反射時，則構(gòu)成二極管結(jié)構(gòu)的材料折射率表示為n0；透明樹脂層的折射率表示為n1；外部介質(zhì)的折射率表示為n2；以及在二極管結(jié)構(gòu)和透明樹脂層之間界面處的臨界角表示為θ0，而在透明樹脂層和外界介質(zhì)之間界面處的臨界角表示為θ1。
θ0＝sin-1(n1/n0)θ1＝sin-1(n2/n1)在此，存在關(guān)系n0×sinθ0＝n1×sinθ1sinθ0＝(n1/n0)×sinθ1＝(n1/n0)×sin(sin-1(n2/n1))＝(n1/n0)×(n2/n1)＝n2/n0因此，從二極管結(jié)構(gòu)到外界介質(zhì)發(fā)射的光束的臨界角為sin-1(n2/n0)。換句話說，由與二極管結(jié)構(gòu)未通過透明樹脂層密封的情況下相同的臨界角θ0的方程式表示。當(dāng)二極管結(jié)構(gòu)的表面和透明樹脂層的表面彼此基本平行時，臨界角僅取決于構(gòu)成二極管結(jié)構(gòu)的材料的折射率和空氣的折射率，從而即使在由透明樹脂層密封時仍不能增加采光效率。
另一方面，當(dāng)使透明樹脂層較大從而發(fā)光器件可被視為點(diǎn)光源，并且使透明樹脂層的出射面基本為球形從而從發(fā)光器件發(fā)射出的光束基本垂直于出射面進(jìn)入時，可以使透明樹脂層和外部介質(zhì)之間界面處的全反射減少到盡可能小，并使射出到空氣介質(zhì)的光束最大。在此情況下，到空氣介質(zhì)的采光效率約為在pn結(jié)面上產(chǎn)生的光束的35-40％。
如上所述，在常規(guī)未密封發(fā)光器件中，到空氣介質(zhì)的采光效率非常小。另一方面，在由透明樹脂密封的密封型發(fā)光器件中，盡管到空氣介質(zhì)的采光效率增加，但發(fā)光器件(發(fā)光單元)被具有較小導(dǎo)熱系數(shù)的透明樹脂層密封。因此，僅通過電極或?qū)Ь€向外發(fā)射來散發(fā)在發(fā)光器件中產(chǎn)生的熱量，從而散熱性能較低并且發(fā)光器件的工作壽命縮短。
此外，發(fā)光器件的發(fā)光顏色為藍(lán)色或紫外時，短波長區(qū)的通量密度較大，從而使密封發(fā)光部分的透明樹脂層易于惡化，并使發(fā)光器件的工作壽命變短。另外，密封發(fā)光器件的透明樹脂層的大小遠(yuǎn)大于發(fā)光器件的大小，從而整體增大了發(fā)光器件的尺寸，并且材料的成本變的昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將解決上述常規(guī)發(fā)光器件的問題，并旨在延長未密封型發(fā)光器件的工作壽命，并且本發(fā)明提供一種發(fā)光器件，通過該器件，可獲得等于具有密封結(jié)構(gòu)的常規(guī)發(fā)光器件最高水平的采光效率，以及提供使用該器件的照明裝置和表面發(fā)光照明裝置。
根據(jù)本發(fā)明第一方案的發(fā)光器件為一種具有二極管結(jié)構(gòu)的未密封型發(fā)光器件，由n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層的疊層在透明襯底表面上形成該二極管結(jié)構(gòu)，并且其特征在于光出射面不平行于二極管結(jié)構(gòu)的各個表面中與透明襯底相對的面。
通過這種結(jié)構(gòu)，光束(如果是常規(guī)照明器件，則在發(fā)光器件的光出射面和其他面之間重復(fù)進(jìn)行全反射并且被構(gòu)成該發(fā)光器件的材料吸收)從光出射面向外射出，因?yàn)楫?dāng)光束重復(fù)進(jìn)行全發(fā)射時，在光出射面上的入射角逐漸減小并變得小于臨界角。結(jié)果，能提高從發(fā)光器件向外發(fā)射的光的采光效率。因此，即使是未密封型發(fā)光器件，仍可以獲得等于常規(guī)密封型發(fā)光器件最高水平的采光效率。此外，由于發(fā)光器件沒有通過樹脂密封，則可以減小發(fā)光器件本身的尺寸，并且使材料的成本降低。另外，可以正面向下和正面向上兩種方式將發(fā)光器件安裝在裝配襯底上。
此外，根據(jù)本發(fā)明第二方案的照明裝置包括安裝在裝配襯底上的未密封型發(fā)光器件，及設(shè)置在發(fā)光器件的光出射面前面的熒光部件，該熒光部件被該發(fā)光器件發(fā)出的光激發(fā)并發(fā)射與激發(fā)波長不同的波長的光，并且其特征在于該發(fā)光器件具有二極管結(jié)構(gòu)，該二極管結(jié)構(gòu)由n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層的疊層在透明襯底的表面上形成，以及光的出射面不平行于該二極管結(jié)構(gòu)的各個表面中與該透明襯底相對的面。
通過這種結(jié)構(gòu)，由于利用熒光物質(zhì)的波長轉(zhuǎn)換的照明裝置被構(gòu)造為使用根據(jù)本發(fā)明第一方案的發(fā)光器件，從而可減小照明裝置的發(fā)光單元的尺寸，并減小照明裝置本身的尺寸。特別地，通過使用多個減小尺寸的發(fā)光器件，可以提供與常規(guī)裝置大小相等，但具有更高發(fā)光亮度的照明裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明第三方案的表面發(fā)光照明裝置包括安裝在裝配襯底上的一個或多個未密封型發(fā)光器件及熒光部件，該熒光部件被該發(fā)光器件發(fā)出的光激發(fā)并發(fā)射與激發(fā)波長不同波長的光，并且其特征在于該發(fā)光器件具有二極管結(jié)構(gòu)，該二極管結(jié)構(gòu)由n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層的疊層在透明襯底的表面上形成，以及所述光出射面相對于所述二極管結(jié)構(gòu)的各個面中與該透明襯底相對的一個面形成預(yù)定的形狀，從而使從該發(fā)光器件發(fā)射的光通量具有預(yù)定的光分布。
通過這種結(jié)構(gòu)，由于利用熒光物質(zhì)的波長轉(zhuǎn)換的表面發(fā)光照明裝置被構(gòu)造為使用根據(jù)本發(fā)明第一方案的發(fā)光器件，在與常規(guī)照明裝置相同大小的框體上可安裝更多數(shù)量的發(fā)光器件，并且可提供更高亮度的表面發(fā)光照明裝置。此外，通過適當(dāng)選擇發(fā)光器件的光出射面形狀，可隨意控制光的分布，從而可以提供具有更均勻光分布的表面發(fā)光照明裝置。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)橫截面視圖；圖2為根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件中的光路圖；圖3為根據(jù)第一實(shí)施例照明裝置的修改實(shí)例的結(jié)構(gòu)橫截面視圖；圖4為表示圖3所示的修改實(shí)例中用于固定斜板的方法的橫截面視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)橫截面視圖；圖6A為根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件中的光路圖；圖6B為根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件中的光路圖；圖6C為根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件中的光路圖；圖7為根據(jù)第二實(shí)施例的照明裝置的修改實(shí)例的結(jié)構(gòu)橫截面視圖；圖8為根據(jù)第二實(shí)施例的照明裝置的另一個修改實(shí)例的結(jié)構(gòu)橫截面視圖；圖9A為表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例的平面圖；圖9B為上述第一實(shí)例的橫截面視圖；圖10為表示第三實(shí)施例中四角棱錐透明襯底的高度相對于底面最大寬度的比與采光效率之間的關(guān)系圖；圖11A為表示根據(jù)第三實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例的平面圖；圖11B為上述第二實(shí)例的橫截面視圖；圖12A為表示根據(jù)第三實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例的平面圖；圖12B為上述第三實(shí)例的橫截面視圖；圖13為表示第三實(shí)施例中近似半球型透明襯底的高度相對于底面直徑的比與采光效率之間的關(guān)系圖；圖14A為表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例的平面圖；圖14B為上述第一實(shí)例的橫截面視圖；圖15A為表示根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例的平面圖；圖15B為上述第二實(shí)例的橫截面視圖；圖16A為表示根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例的平面圖；圖16B為上述第三實(shí)例的橫截面視圖；圖17為根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光器件的一個修改實(shí)例的橫截面視圖；
圖18為根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光器件的另一個修改實(shí)例的橫截面視圖；圖19為表示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例的橫截面視圖；圖20為表示根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例的橫截面視圖；圖21為表示根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例的橫截面視圖；圖22為表示根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第四實(shí)例的橫截面視圖；圖23為根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第五實(shí)例的橫截面視圖；圖24為表示根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的第六實(shí)例的橫截面視圖；圖25為表示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖26為表示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖27為表示根據(jù)第七實(shí)施例的發(fā)光器件的修改實(shí)例的橫截面視28為表示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的照明裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖29為表示根據(jù)第八實(shí)施例的照明裝置的一個修改實(shí)例結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖30為表示根據(jù)第八實(shí)施例的照明裝置的另一個修改實(shí)例結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖31為表示根據(jù)第八實(shí)施例的照明裝置的另一個修改實(shí)例結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖32為表示根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的照明裝置結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖33為表示根據(jù)第九實(shí)施例的照明裝置的修改實(shí)例結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖34為表示根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的照明裝置中，用于將發(fā)光器件安裝在裝配襯底上的凹入部分結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例的橫截面視圖；圖35為第十實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例的橫截面視圖；圖36為表示根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的照明裝置中，用于將發(fā)光器件固定在裝配襯底的凹入部分方法的第一實(shí)例的橫截面視圖；圖37為第十一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例的橫截面視圖；圖38為表示第十一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例中，透明中間層的折射率n1和臨界角之間的關(guān)系圖；圖39為第十一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例的橫截面視圖；圖40為表示根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例的橫截面視圖；圖41為常規(guī)發(fā)光器件的光分布圖；圖42為在全漫射光分布情況下，用于解釋光束Φ的圖形，所述光束Φ為從相對于垂直軸成任意角度α的區(qū)域發(fā)射出的光束；圖43為具有20°圓錐頂角的透明襯底或透明部件的發(fā)光器件的光分布圖；圖44為具有40°圓錐頂角的透明襯底或透明部件的發(fā)光器件的光分布圖；圖45為具有60°圓錐頂角的透明襯底或透明部件的發(fā)光器件的光分布圖；圖46A為使用三角柱形透明襯底或透明部件的照明裝置的結(jié)構(gòu)透視圖，其被用于根據(jù)第十二實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置中。
圖46B為用于根據(jù)第十二實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置中的照明裝置的修改實(shí)例的結(jié)構(gòu)透視圖；圖47為使用三角柱形透明襯底的照明裝置的光分布圖；圖48為第十二實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例的橫截面視圖；圖49為表示第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例中透明襯底或透明部件的頂角γ2和導(dǎo)光部件的凹入部分的底角γ1之間的關(guān)系的放大橫截面視圖；圖50為當(dāng)?shù)捉铅?改變時，在導(dǎo)光部件中未反射而直接發(fā)射的比率圖；圖51為根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置結(jié)構(gòu)的橫截面平面圖；圖52為圖51中所示的表面發(fā)光照明裝置的橫截面正視圖；圖53為第十三實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置中采用的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)透視圖；圖54為具有柱面透鏡形透明襯底或透明部件的發(fā)光器件的光分布圖；以及圖55為在常規(guī)未密封型發(fā)光器件中，在pn結(jié)面上產(chǎn)生的光從出射面發(fā)射出的光路圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例下面描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1為表示根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件10的結(jié)構(gòu)剖面圖。發(fā)光器件10包括由例如藍(lán)寶石制成的透明襯底11；及由設(shè)置在透明襯底11的下表面11b上的n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14的疊層構(gòu)成的二極管結(jié)構(gòu)12。透明襯底11所形成的形狀為在沿二極管結(jié)構(gòu)12的p型半導(dǎo)體層13和n型半導(dǎo)體層14的疊層方向上的剖面中，關(guān)于下表面11b傾斜，而在沿垂直于疊層方向上的剖面中上表面11a大體為矩形。凸起電極16a和16b分別設(shè)置在n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14與透明襯底11相對的表面上，并且發(fā)光器件正面向下(倒裝法)安裝在裝配襯底17上。
在第一實(shí)施例中，透明襯底11的上表面11a作為光的出射面(以下稱為“出射面11a”)，并且出射面11a關(guān)于二極管結(jié)構(gòu)12的各個面中與透明襯底11相對的一個面，也就是p型半導(dǎo)體層14的下表面14a傾斜，從而使其不平行。當(dāng)在pn結(jié)面15上產(chǎn)生的光束進(jìn)入到出射面11a時，入射光束中相對于出射面11a的入射角小于臨界角的部分向外發(fā)射，而入射角大于臨界角的部分在出射面11a上被全反射并在發(fā)光器件10中傳播。隨后，在進(jìn)入到p型半導(dǎo)體層14的下表面14a和透明襯底11的側(cè)表面中的光束中，入射角等于或大于臨界角的光束被再次全反射，并在發(fā)光器件10內(nèi)部向出射面11a行進(jìn)。
圖2示出了發(fā)光器件10中的光路。如圖所示，由于出射面11a關(guān)于p型半導(dǎo)體層14的下表面14a傾斜，光束在出射面11a處的入射角θ1，θ2...變得越來越小，所述光束在出射面11a和p型半導(dǎo)體層14的下表面14a之間被重復(fù)全反射。隨后，當(dāng)在出射面11a處的入射角變得小于臨界角時，其從出射面11a向外射出。因此從出射面11a向外發(fā)射的光束的比率也就是采光效率增加。
此外，由于發(fā)光器件10本身未被透明樹脂密封，所以不存在發(fā)光器件的工作壽命由于透明樹脂的惡化而縮短的問題。另外，二極管結(jié)構(gòu)12直接與空氣接觸，從而其散熱性能提高，并且可以延長發(fā)光器件10的工作壽命。另外，由于二極管結(jié)構(gòu)12的散熱性能提高，如果可以允許溫度以與由透明樹脂密封的情況下相同的水平上升，則可以流入更大的電流并獲得更大的光束。另外，二極管結(jié)構(gòu)12沒有被透明樹脂密封，從而其制造成本比由樹脂密封的情況降低。另外，發(fā)光器件10本身的尺寸將減小。因此，安裝有根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件10的裝置可整體縮小尺寸。
順便說一下，透明襯底11的材料不限于藍(lán)寶石，并且，顯然使用另一種透明材料如SiC、玻璃或丙烯酸樹脂也可獲得基本相同的效果。此外，類似地，當(dāng)在由Al、Ag等涂覆的透明襯底11的傾斜面11a上進(jìn)行全反射過程并且上述發(fā)光器件10正面向上安裝在裝配襯底上時，不通過樹脂來密封發(fā)光器件10也可以提高采光效率。然而，在這種情況下，p型半導(dǎo)體層14的表面14a作為出射面。另外，當(dāng)半導(dǎo)體面14a傾斜，從而不平行于正面向上的透明襯底表面11b時，也可以獲得基本相同的效果。
隨后，根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)光器件10的修改實(shí)例在圖3中示出。在修改實(shí)例中，透明襯底11包括例如由藍(lán)寶石制成的平行板11A和例如由丙烯酸樹脂等制成的透明部件(傾斜板)11B，并且平行板11A和透明部件11B被例如透明且具有高折射率的粘合劑或硅樹脂11C所粘合。二極管結(jié)構(gòu)12形成在平行板11A的下表面(第一面)11b上。在二極管結(jié)構(gòu)12與透明襯底11相對的各面中，透明部件11B的下表面(第三面)通過粘合劑與平行板11A的上表面(第二面)緊密接觸，并且透明部件11B的上表面(第四面)11a關(guān)于p型半導(dǎo)體層14的下表面14a傾斜。
通過修改實(shí)例的這種結(jié)構(gòu)，可獲得如上述第一實(shí)施例基本相同的效果。此外，由于難于加工的藍(lán)寶石板被制成平行板，而傾斜面是由相對易于加工的丙烯酸樹脂等形成的，這可以在即使增加制造步驟時降低透明襯底11的加工成本。玻璃、硅樹脂或者其他透明材料可用于替代丙烯酸樹脂作為透明部件11B的材料。
此外，作為在此修改實(shí)例中用于固定透明部件11B的一種方法，其可以在將其固定在裝配襯底17上之后在發(fā)光器件10的周圍填充硅樹脂18，例如，如圖4所示。另外，用于安裝透明部件11B的方法不限于此，從而以光學(xué)緊密接觸的方式將其安裝在平行板11A上的方法表現(xiàn)相同的效果。
第二實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在上述第一實(shí)施例中，透明襯底11的出射面(上表面)11a關(guān)于p型半導(dǎo)體層14的下表面14a傾斜。在根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件20中，形成許多凸起部分21b，從而透明襯底21的出射面(上表面)21a變得粗糙，如圖5所示。結(jié)果，各個凸起部分21b的表面變得與二極管結(jié)構(gòu)12的各個表面中與透明襯底21相對的面，也就是p型半導(dǎo)體層14的下表面14a不平行。由于透明襯底21除了出射面21a之外的結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例基本相同，因此，同樣的標(biāo)號被用于相同的元件，并且省略對其描述。此外，盡管在圖5中被省略，但凸起電極被分別設(shè)置在n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14與透明襯底11相對的表面上，并且通過使用突起電極，發(fā)光器件被正面向下安裝在裝配襯底上。關(guān)于這些方面，在其他實(shí)施例基本相同，除非另有說明。
如從圖5所見，在透明襯底21的出射面21a上形成的各個凸起部分21b的剖面形狀被形成為其前端尖銳的楔形，并且形狀不均勻。凸起部分21b的形狀和排列可以是任意的，或者凸起部分21b周期性的以預(yù)先設(shè)置的多個圖形的預(yù)定圖案來形成。
因此，描述在pn結(jié)面15上產(chǎn)生的光束進(jìn)入到透明襯底21的出射面21a上形成的凸起部分21b的情況。在入射光束中，相對于凸起部分21b表面的入射角θ小于臨界角的光束從凸起部分21b的表面直接向外發(fā)射出，如圖6A所示。另一方面，相對于凸起部分21b表面的入射角θ小于臨界角的光束在凸起部分21b的表面上被全反射并在凸起部分21b中傳播。然而，凸起部分21b的剖面形狀為其前端尖銳的楔形，所以光束在凸起部分21b的表面上被反射，從而在凸起部分21b中朝向頂端傳播，如圖6B或圖6C所示。然后，在凸起部分21b的表面上的每次全反射，使相對于凸起部分21b表面的入射角變小，并接近0°，也就是垂直。最后，入射角變得小于臨界角，從而其從凸起部分21b的表面向外發(fā)射。因此，即使發(fā)光器件20不被樹脂密封時，與第一實(shí)施例的情況類似，采光效率仍可被提高。
下面，根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件20的修改實(shí)例在圖7中示出。在此修改實(shí)例中，透明襯底21包括例如由藍(lán)寶石制成的平行板21A，及通過涂覆如具有透明度和高折射率的環(huán)氧樹脂的樹脂在平行板21A上形成透明部件21B。此外，大量凸起部分21b形成于透明部件21B的表面上，以至于使得出射面21a粗糙。包括凸起部分21b的其它結(jié)構(gòu)與上述圖5中所示的情況基本上相同，因此省略對它們的描述。
在此，藍(lán)寶石的折射率約為1.77，而環(huán)氧樹脂的折射率約為1.53，從而它們之間的差別很小。因此，在平行板21A與透明部件21B的界面上臨界角變?yōu)檩^大(大約120°)，以至于pn結(jié)面15上產(chǎn)生的光的大部分通過平行板21A進(jìn)入透明部件21B。然后，進(jìn)入透明部件21B的光束進(jìn)一步進(jìn)入設(shè)置在透明部件21B的出射面21a上的凸起部分21b中。光束進(jìn)入凸起部分21b的行為如同圖6A到圖6C所示的那樣。
此外，根據(jù)第二實(shí)施例的發(fā)光器件20的另一個修改實(shí)例在圖8中示出。在此修改實(shí)例中，發(fā)光器件20正面向上安裝在裝配襯底上。通過涂覆如具有透明度和高折射率的環(huán)氧樹脂的樹脂在p型半導(dǎo)體層14的表面14a上形成透明部件22，并且在透明部件22的表面上形成大量的凸起部分22b，以致使出射面22a粗糙。每個凸起部分22b的剖面形狀被形成為其頂端尖銳的楔形。透明襯底21的兩個面相互平行。
通過這些修改實(shí)例的這種結(jié)構(gòu)，由于難于加工的藍(lán)寶石板被制成平行板，通過涂覆相對易于加工的環(huán)氧樹脂等形成透明部件，并且通過形成大量凸起部分使表面粗糙，因此即使制造步驟增加，也可以降低透明襯底21的加工成本。硅樹脂或其它透明材料可用于替代環(huán)氧樹脂作為透明部件的材料。此外，玻璃、丙烯酸樹脂等可用于替代藍(lán)寶石作為平行板或透明襯底的材料。
第三實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。在上述第一實(shí)施例中，透明襯底11的上表面11a關(guān)于下表面11b傾斜，并且在第二實(shí)施例中，使透明襯底21的上表面21a粗糙。在第三實(shí)施例中，透明襯底31被制成多棱錐形、圓錐或近似半球形。
圖9A和圖9B示出了根據(jù)第三實(shí)施例發(fā)光器件30結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例。在第一實(shí)例的結(jié)構(gòu)中，由單一材料如藍(lán)寶石制成的透明襯底31具有正四棱錐形狀，而由n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14的疊層構(gòu)成的二極管結(jié)構(gòu)12設(shè)置在其底面上。除了透明襯底31的形狀之外的結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例中基本相同。
通過以正四棱錐形形成透明襯底31，作為出射面31a的四個斜面分別關(guān)于p型半導(dǎo)體層14的下表面14a傾斜，以使得采光效率提高，如在上述第一實(shí)施例中所述。
由于出射面31a的傾斜角隨透明襯底31的高度“b”相對于底面31b的最大寬度(即底面31b對角線的長度“a”)的比(b/a)而改變，可以通過改變高度“b”相對于底面31b的對角線長度“a”的比(b/a)來改變采光效率。圖10示出了通過改變比(b/a)獲得的采光效率的結(jié)果。從結(jié)果來看，當(dāng)比(b/a)的值設(shè)置為等于或大于約0.4并且等于或小于4.5時，采光效率變得等于或大于約35％，該值為常規(guī)發(fā)光器件的采光效率(約22-23％)的一倍半。例如，當(dāng)透明襯底31為正四棱錐形時，底邊的長度為350μm(即對角線的長度“a”為495μm)，而高度“b”為300μm，高度“b”相對于對角線的長度“a”的比變?yōu)榧s0.6，從而可獲得采光效率的最大效率約37.5％。
圖11A和圖11B示出了根據(jù)第三實(shí)施例的發(fā)光器件30結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例。在第二實(shí)例的結(jié)構(gòu)中，由單一的材料如藍(lán)寶石制成的透明襯底31具有圓錐形。在這種情況下，由n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14的疊層構(gòu)成的二極管結(jié)構(gòu)12設(shè)置為圍繞其底面上。通過設(shè)置圓錐形透明襯底31的高度“b”相對于底面的直徑“a”的比，類似于上述正四棱錐的情況下，可提高采光效率。
圖12A和圖12B示出了根據(jù)三實(shí)施例發(fā)光器件30的結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例。在第三實(shí)例的結(jié)構(gòu)中，由單一材料例如藍(lán)寶石制成的透明襯底31具有近似半球形(近似球形)的形狀。當(dāng)透明襯底31形成為近似半球形時，像這樣，作為出射面31a的球面相對于p型半導(dǎo)體層14的下表面14a傾斜，從而使采光效率增加，如在上述第一實(shí)施例中所述。
由于出射面31a的斜度隨透明襯底31的高度“b”相對于底面31b的最大寬度(也就是底面的直徑“c”)的比(b/c)而改變，因此可以通過改變高度“b”相對于底面31b的直徑“c”的比(b/c)來改變采光效率。圖13示出了通過改變比(b/c)獲得的采光效率的結(jié)果。從結(jié)果來看，當(dāng)比(b/c)設(shè)置為等于或大于約0.3的值時，可獲得等于或大于約35％的采光效率。此外，發(fā)現(xiàn)通過設(shè)置比(b/c)約為0.5可獲得采光效率的最大效率約36％。例如，當(dāng)二極管結(jié)構(gòu)12形成為邊長350μm的正方形并且以這樣一種方式來選擇底面31b的直徑“c”，即，使得二極管結(jié)構(gòu)12內(nèi)接于底面31b時，則底面31b的直徑“c”變得約為495μm。當(dāng)透明襯底31的高度“b”約為165μm時，相對于底面31b的直徑“c”的比約為0.3，從而使采光效率與常規(guī)發(fā)光器件相比獲得充分高的值。
表1示出了當(dāng)使二極管結(jié)構(gòu)12的尺寸為邊長為350μm的正方形并且改變透明襯底31的形狀和高度時通過光學(xué)仿真獲得的采光效率的結(jié)果。由符號No.1至No.3表示的方框示出了透明襯底31形成為矩形立方體形(等效于上表面和下表面相互平行的透明襯底10如圖55所示)并且改變其高度的仿真結(jié)果。由符號No.4至No.9表示的方框示出了透明襯底31形成為棱錐或圓錐形并且改變其高度的仿真結(jié)果。由符號No.10至No.13表示的方框示出了透明襯底31形成為近似半球(近似球形)形形狀并且改變其高度的仿真結(jié)果。
表1

如從表1中所見，盡管在透明襯底31的形狀為矩形立方體形時采光效率為22％，但在透明襯底31的形狀為棱錐或圓錐形時采光效率上升為38％，從而增加了采光效率。此外，在透明襯底31的形狀為半球形時采光效率上升為36％，然而，當(dāng)透明襯底的高度降低時，可以獲得與透明襯底31的形狀為棱錐或圓錐形時基本相同水平的采光效率。
在第三實(shí)施例中，透明襯底31的形狀為多棱錐形、圓錐形或近似半球形，然而，透明襯底31的形狀不限于這些。透明襯底的出射面可以與其入射面(底面)不平行，如三角柱(多個斜面的結(jié)合)，例如在圖46A中所示，或者如圖53所示的柱面透鏡形，在下文中將進(jìn)行描述。
第四實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。在上述第三實(shí)施例中，對于透明襯底31，單一材料例如藍(lán)寶石形成為多棱錐、圓錐或近似半球形。在第四實(shí)施例中，透明襯底41由藍(lán)寶石等制成的平行板41A以及多棱錐、圓錐和近似半球形的透明部件41B構(gòu)成，所述透明部件形成于平行板41A上并且由例如環(huán)氧樹脂、硅樹脂等基本透明并具有高折射率的材料制成。
圖14A和14B示出了根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光器件40結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例。在該第一實(shí)例的結(jié)構(gòu)中，作為透明襯底41，平行板41A形成為上表面和下表面相互平行、并且水平方向上的橫截面為正方形的近似矩形立方體，而透明部件41B形成為正四棱錐形。此外，由n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14構(gòu)成的二極管結(jié)構(gòu)12設(shè)置在平行板41A的底面上。
在圖15A和圖15B中所示結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例中，透明部件41B形成為圓錐形。在圖16A和圖16B中所示結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例中，透明部件41B形成為近似半球形(近似球形)。
根據(jù)第四實(shí)施例，由于難于加工的藍(lán)寶石板被制成平行板，而相對易于加工的環(huán)氧樹脂等形成多棱錐、圓錐或近似半球形的透明部件41B，因此即使在制造步驟增加時，仍可降低透明部件41的加工成本。
表2示出了當(dāng)在與上述表1相同的條件下改變透明襯底41的形狀和高度時，通過光學(xué)仿真獲得的采光效率的結(jié)果。由符號No.1至No.3表示的方框示出了透明襯底41的透明部件41B形成為矩形立方體形并且改變其高度的仿真結(jié)果。由符號No.4至No.7表示的方框示出了透明襯底41的透明部件41B形成為棱錐或圓錐形并且改變其高度的仿真結(jié)果。由符號No.8至No.11表示的方框示出了透明襯底41的透明部件41B形成為近似半球形(近似球形)形狀并且改變其高度的仿真結(jié)果。
表2

如從表2中所見，盡管在透明部件41B的形狀為矩形立方體形時采光效率為23％，但在透明部件41B的形狀為棱錐或圓錐形時采光效率提高達(dá)38％，從而增加了采光效率。此外，在透明部件41B的形狀為半球形時采光效率提高達(dá)36％，然而，當(dāng)透明襯底的高度降低時，可以獲得與透明襯底31的形狀為棱錐或圓錐形時相比基本相同水平的采光效率。
此外，根據(jù)第四實(shí)施例的發(fā)光器件40的修改實(shí)例在圖17和18中示出。由于這些修改實(shí)例將被正面向上安裝在裝配襯底上，因此通過涂覆如環(huán)氧樹脂等透明且具有高折射率的樹脂將透明部件42設(shè)置在p型半導(dǎo)體層14的表面14a上。在圖17中，透明部件42形成為多棱錐形和圓錐形?？蛇x擇地，在圖18中，透明部件42形成為近似半球形。
表3示出了當(dāng)在與上述表1相同的條件下改變透明部件42的形狀和高度時，通過光學(xué)仿真獲得的采光效率的結(jié)果。由符號No.1至No.3表示的方框示出了透明部件42形成為矩形立方體形并且改變其高度的仿真結(jié)果。由符號No.4至No.9表示的方框示出了透明部件42形成為棱錐或圓錐形并且改變其高度的仿真結(jié)果。由符號No.10至No.13表示的方框示出了透明部件42形成為近似半球形(近似球形)并且改變其高度的仿真結(jié)果。
表3

如從表3中所見，盡管在透明部件42的形狀為矩形立方體形時采光效率為23％，但在透明部件42的形狀為棱錐或圓錐形時采光效率提高為31％，從而增加了采光效率。此外，在透明部件42的形狀為半球形時采光效率提高達(dá)31％，然而，當(dāng)透明襯底的高度降低時，可以獲得與透明部件的形狀為棱錐或圓錐形時基本相同水平的采光效率。
第五實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。在上述第三和第四實(shí)施例中，透明襯底31或41整體形成為多棱錐、圓錐或近似半球形。在第五實(shí)施例中，在透明襯底51的出射面51a上形成多個多棱錐、圓錐或近似半球形的突起部分51a。此外，與第二實(shí)施例相比，其差異在于在透明襯底的出射面上形成的凸起部分的形狀和排列具有規(guī)律性。
圖19示出了根據(jù)第五實(shí)施例的發(fā)光器件50的第一實(shí)例。在第一實(shí)例的結(jié)構(gòu)中，多個例如多棱錐形(例如正四棱錐形)或圓錐形的凸起部分51b規(guī)則地排列在透明襯底51的出射面51a上。其他結(jié)構(gòu)與圖4中所示的第二實(shí)施例的發(fā)光器件20及在圖9A和圖9B中所示的第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例的發(fā)光器件30基本相同。
當(dāng)注意到每個多棱錐形或圓錐形凸起部分51b時，可應(yīng)用上述第三實(shí)施例中的描述而不必修改，從而類似于第三實(shí)施例的情況，與常規(guī)發(fā)光器件相比，可增加采光效率。此外，當(dāng)每個凸起部分51b的高度相對于對角線的長度的比與當(dāng)假定透明襯底為單個棱錐或圓錐時的情況相同，則凸起部分51b的高度被降低與對角線長度被縮短的尺度相同的尺度。
在圖20中所示結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例中，透明襯底51由藍(lán)寶石等制成的平行板51A和由如環(huán)氧樹脂或硅樹脂等透明且具有高折射率的樹脂制成的透明部件51B所構(gòu)成。多個多棱錐或圓錐形的凸起部分51b規(guī)則地排列在透明部件51B的出射面51a上。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)例的結(jié)構(gòu)中的基本相同。
在圖21所示結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例中，發(fā)光器件50將被正面向上安裝在裝配襯底上。透明部件52通過如環(huán)氧樹脂等透明且具有高折射率的樹脂設(shè)置在p型半導(dǎo)體層14的表面14a上。多個多棱錐或圓錐形的凸起部分51b規(guī)則地排列在透明部件52的出射面52a上。
圖22至圖24分別示出了第四實(shí)例至第六實(shí)例的結(jié)構(gòu)，其與上述結(jié)構(gòu)第一至第三實(shí)例結(jié)構(gòu)的不同之處在于規(guī)則地排列在透明襯底51的出射面51a或透明部件52的出射面52a上的多個凸起部分51b或52b形成為近似半球形。其他結(jié)構(gòu)與上述第一至第三實(shí)例的結(jié)構(gòu)中的大體相同。
第六實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第六實(shí)施例。圖25中所示的第六實(shí)施例的發(fā)光器件40’在圖16A和圖16B所示的第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例的發(fā)光器件40上形成抗反射涂層42，用以防止在透明部件41B和空氣介質(zhì)的界面上的反射。由于抗反射涂層42，可大幅增加到空氣介質(zhì)的采光效率。由于除了抗反射涂層42之外的其他結(jié)構(gòu)與第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例完全相同，因此略去對它們的描述。
在不形成抗反射涂層時，由于在透明部件41B和空氣介質(zhì)的界面上發(fā)生的全反射，會產(chǎn)生損耗。在本實(shí)施例中，折射率約為1.36的單層MgF2涂層的抗反射涂層42被涂覆在透明部件41B的表面上，從而降低了由于在透明部件41B和空氣介質(zhì)之間的界面上發(fā)生的反射而引起的損耗。同時，由于可以使用光學(xué)多層涂層作為抗反射涂層42，例如，抗反射涂層42可由TiO2、SiO2及Al2O3的疊層構(gòu)成。
在該實(shí)施例中，盡管抗反射涂層42形成于第四實(shí)施例的發(fā)光器件40的出射面41a上，無需多言，抗反射涂層也可形成于按照其他實(shí)施例的發(fā)光器件的出射面上。
第七實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第七實(shí)施例。在根據(jù)上述第一至第六實(shí)施例的發(fā)光器件中，在透明襯底不作為出射面的那一面上通過層疊n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14形成單個二極管結(jié)構(gòu)12。在如圖26所示的根據(jù)第七實(shí)施例的發(fā)光器件40”中，在多個部分上層疊n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14，從而使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12基本上被分成多個部分。其他結(jié)構(gòu)與在上述第四實(shí)施例中結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例的大體相同，因此省略對其描述。此外，在圖中省略示出突起電極分別形成在n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14的下表面上，并且通過使用突起電極將其正面向下安裝在裝配襯底上。
在二極管結(jié)構(gòu)12被分成如同根據(jù)第七實(shí)施例的發(fā)光器件40”的多個部分的結(jié)構(gòu)中，突起電極被分別設(shè)置在被分開的部分上，以與裝配襯底連接，從而使本質(zhì)上增加導(dǎo)熱路徑。結(jié)果，能增加發(fā)光器件中產(chǎn)生的熱量的散熱性能，從而能延長發(fā)光器件40”的工作壽命。此外，由于在發(fā)光期間發(fā)光器件40”的溫度降低，發(fā)光器件40”的發(fā)光量增加。另外，每對突起電極的n型半導(dǎo)體層13和p型半導(dǎo)體層14的區(qū)域變窄，從而在每個被分開的區(qū)域上電流密度更均勻，并可降低亮度的不均衡。
在本實(shí)施例，第四實(shí)施例的發(fā)光器件40的二極管結(jié)構(gòu)12被分成多個部分。顯然，根據(jù)其他實(shí)施例的發(fā)光器件的二極管結(jié)構(gòu)12也可被分成多個部分。
可選擇地，如圖27所示，可以將多個發(fā)光單元62緊密地設(shè)置在相對較大的單個透明部件51的下表面(光的入射面)上，所述發(fā)光單元62具有例如與圖55所示的常規(guī)發(fā)光器件100大體相同的結(jié)構(gòu)。通過將可選數(shù)量的發(fā)光單元62緊密地設(shè)置在透明部件61上，在所述透明部件中光的出射面不平行于入射面，這樣，可提供任何用途的具有可選擇的發(fā)光區(qū)的發(fā)光器件60。此外，由于透明部件61的存在可使采光效率高于僅排列多個常規(guī)發(fā)光器件100的情況。
第八實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第八實(shí)施例。上述第一至第七實(shí)施例分別涉及發(fā)光器件。然而，第八實(shí)施例涉及使用上述一種發(fā)光器件的照明裝置。
根據(jù)第八實(shí)施例的照明裝置200的結(jié)構(gòu)在圖28中被示出。照明裝置200由裝配襯底203、光學(xué)部件205等構(gòu)成，所述裝配襯底203具有凹入部分202，發(fā)光器件201安裝在凹入部分202中，而所述光學(xué)部件205上在面對凹入部分202的位置處(在發(fā)光器件201的光出射面的前邊)設(shè)置有熒光部件204。
發(fā)光器件201例如為發(fā)射藍(lán)光的藍(lán)光發(fā)光器件，并且可為根據(jù)第一至第七實(shí)施例的發(fā)光器件之一。為了正面向下安裝發(fā)光器件201，通過例如由圖1中的標(biāo)號16a和16b所表示的突起電極將它電連接至裝配襯底203上的電路。
熒光部件204包括例如由藍(lán)光激發(fā)而發(fā)射黃光的熒光材料，所述熒光部件204通過在光學(xué)部件205上形成的凹入部分207中填充包括熒光材料的樹脂而形成。熒光部件204設(shè)置為面對上述發(fā)光器件201，并且其尺寸以這樣一種方式設(shè)置，從而使發(fā)光器件201發(fā)射出的光束的大部分進(jìn)入到其中。光學(xué)部件205由例如丙烯酸樹脂等透明材料制成，而具有期望形狀的凸透鏡206或其類似物形成在熒光部件204的相對側(cè)，用于控制光分布。
從發(fā)光器件201發(fā)射出的藍(lán)光進(jìn)入熒光部件204中，并且其中一部分激發(fā)熒光材料，以產(chǎn)生與入射藍(lán)光不同波長的光。然后，例如通過將穿過熒光部件204的藍(lán)光和由熒光材料產(chǎn)生的光混合而從照明裝置200輸出白光。
即使當(dāng)發(fā)光器件201發(fā)射紫外光時，也可以通過適當(dāng)選擇熒光材料的種類而混合由于熒光材料激發(fā)的光來輸出白光。
通過在光學(xué)部件205中最靠近發(fā)光器件201的位置設(shè)置熒光部件204，如此，可以使從發(fā)光器件201發(fā)射出的光束有效地進(jìn)入熒光部件204中。此外，由于光學(xué)部件205(其為與發(fā)光器件201相獨(dú)立的部件)形成為可選視覺形狀并且熒光部件204設(shè)置在光學(xué)部件205中，因此施加到發(fā)光器件201的應(yīng)力、熱或化學(xué)負(fù)載被降低。
此外，為了使熒光部件204與發(fā)光器件201不接觸，在二者之間設(shè)置了一個縫隙，從而熒光部件204不會直接暴露于由發(fā)光器件201產(chǎn)生的熱量，并且熒光材料、包含熒光材料的樹脂等的老化降低。結(jié)果，可延長熒光部件204的工作壽命，從而可以防止光通量的下降，并且可延長照明裝置200的工作壽命。另外，由于熒光部件204不與發(fā)光器件201相接觸，因此發(fā)光器件201的散熱性能得到改善。
另外，由于熒光部件204(比如熒光材料或包含迅速老化的熒光材料的樹脂)被設(shè)置在光學(xué)部件205的一側(cè)上，并且光學(xué)部件205相對于裝配襯底203可分離，因此可以在由于熒光部件204老化而使照明裝置200的照明性能降低時，通過更換新的光學(xué)部件205來更新熒光部件204。因此，可以使照明裝置200的照明性能恢復(fù)到初始狀態(tài)。
根據(jù)第八實(shí)施例的照明裝置的修改實(shí)例在圖29中示出。從圖29可明顯看出，在此修改的實(shí)施例中，多個凹入部分202形成在單個裝配襯底203上，發(fā)光器件201分別安裝在凹入部分202中，并且分別面向凹入部分202的多個熒光部件204和透鏡206設(shè)置在單個光學(xué)部件205上。通過此修改實(shí)例，可獲得具有與上述大體相同的效果及發(fā)光部分面積變大的的表面發(fā)光裝置。
在圖30中所示的第八實(shí)施例的另一修改實(shí)例中，熒光部件204面向發(fā)光器件201的面形成為與在裝配襯底203上形成的凹入部分202的開口大小基本相同。具體來說，光學(xué)部件205的凹入部分207的開口邊緣和裝配襯底203的凹入部分202的邊緣形成為基本相同的形狀，以相互調(diào)整。當(dāng)包含熒光材料的樹脂被填充在上述凹入部分207中時，熒光部件204面向發(fā)光器件201的面的大小基本等于凹入部分202的開口大小。
在修改實(shí)例情況下，即使要求裝配襯底203和光學(xué)部件205尺度的精確度，熒光部件204的尺寸也可以制成需要的最小值，從而能獲得盡可能小的準(zhǔn)光源。結(jié)果，通過適當(dāng)選擇光學(xué)部件205凸透鏡206的形狀，更易于控制光分布，從而可以實(shí)現(xiàn)所需的光分布。此外，由于熒光部件204面向發(fā)光器件201的面形成為與凹入部分202的開口基本相同，防止了在熒光部件204中發(fā)光部分的輪廓模糊，并改善了光分布。
下面，第八實(shí)施例的另一個修改實(shí)例在圖31中示出。在此修改實(shí)例的照明裝置200’中，多個發(fā)光器件201緊密地安裝在裝配襯底203的凹入部分202。與此相對應(yīng)，裝配襯底203的凹入部分202和光學(xué)部件205的熒光部件204的尺寸變大。在此修改實(shí)例的情況下，使用多個發(fā)光器件201，從而照明裝置200’的亮度整體提高。此外，發(fā)光器件設(shè)置為面向熒光部件204的中心部分，從而在熒光部件204的發(fā)光中，中心部分的亮度變高。因此，其可近似為點(diǎn)光源，從而可實(shí)現(xiàn)光的更窄分布。
第九實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第九實(shí)施例。根據(jù)第九實(shí)施例的照明裝置210的結(jié)構(gòu)在圖32中示出。照明裝置210由裝配襯底203和光學(xué)部件211構(gòu)成，發(fā)光器件201安裝在所述裝配襯底上，而熒光部件204設(shè)置在所述光學(xué)部件211上。裝配襯底203與根據(jù)上述第八實(shí)施例的照明裝置200的裝配襯底基本相同。
光學(xué)部件211以某種方式構(gòu)成來將在由熒光部件204轉(zhuǎn)換波長并從其發(fā)射出的光束中的、以與朝向光學(xué)部件211的采光面212的方向不同的方向發(fā)射出的光束反射至朝向采光面212的方向。具體來說，凹入部分214形成在與光學(xué)部件211的采光面212相對的面213上、面向發(fā)光器件201的位置處，并且通過在凹入部分214中填充包含熒光材料的樹脂來形成熒光部件204。在熒光部件204的兩側(cè)都形成斜面215，用于沿朝向采光面212的方向全反射從熒光部件204中沿與朝向采光面212的方向不同的方向發(fā)射出的光束。采光面212形成為平行于裝配襯底203的上表面208。
總體來說，從熒光部件204發(fā)射出的光束被分成在圖31中由箭頭A表示的直接向采光面212行進(jìn)的一組和沿由箭頭B表示的大體在橫向上而不是采光面212行進(jìn)的一組。從熒光部件204大體沿橫向發(fā)射的光束在斜面215上被反射，并從采光面212被向外發(fā)射。結(jié)果，從照明裝置210發(fā)射出的光的分布被控制在預(yù)定方向。
如圖33所示，可以通過鋁的氣相淀積等在與采光面212相反的斜面215和后表面216上設(shè)置反射部分217。在這種情況下，顯然，在與光學(xué)部件211的采光面212相對的面213上的至少一部分沒有形成反射部分，從發(fā)光器件211發(fā)射出的光束進(jìn)入到該部分。通過在采光面212的斜面215和后表面216上設(shè)置反射部分217，如此，可以全反射所有進(jìn)入到采光面212的斜面215和后表面216上的光束，并且可以防止光束從這些面漏到裝配襯底203的一側(cè)。更可大幅增加發(fā)光效率。此外，由于反射部分217設(shè)置在光學(xué)部件211和裝配襯底203之間，不易于接觸到，可以降低反射部分的老化或減少灰塵。
第十實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第十實(shí)施例。第十實(shí)施例涉及裝配襯底203的凸起部分202，發(fā)光器件201安裝在該裝配襯底中。對于光學(xué)部件，可以使用在上述第八和第九實(shí)施例中任一個，可選擇地，可以使用其他形狀的光學(xué)部件。
在圖34所示的第十實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例中，設(shè)置在裝配襯底203上的凹入部分202的內(nèi)側(cè)面基本上形成為拋物線形。通過這種結(jié)構(gòu)，從發(fā)光器件201發(fā)射出的光束的一部分在凸起部分202近似拋物線形的內(nèi)側(cè)面上被反射，并進(jìn)入到熒光部件204中作為圖34中由箭頭所示的近似平行光束。結(jié)果，進(jìn)入到熒光部件204中的光量增加，并且使熒光部件204中的發(fā)射光的分布均勻。因此，可以降低照明裝置的采光面上的色差。
在圖35所示的第十實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例中，設(shè)置在裝配襯底203上的凹入部分202內(nèi)側(cè)面形成為近似橢圓形。通過這種結(jié)構(gòu)，從發(fā)光器件201發(fā)射出的光束的一部分在凸起部分202近似橢圓形的內(nèi)側(cè)面上被反射，并進(jìn)入到熒光部件204中作為圖35中由箭頭所示的近似平行光束。結(jié)果，進(jìn)入到熒光部件204中的光量增加，并且光束集中在熒光部件204的中心部分，從而可降低熒光部件204的尺寸。因此，其可近似為點(diǎn)光源，從而可實(shí)現(xiàn)光的更窄分布。
第十一實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。第十一實(shí)施例涉及一種將發(fā)光器件201固定在裝配襯底203的凸起部分202中的方法。
在圖36所示的第十一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例中，發(fā)光器件，其例如與根據(jù)圖16A和圖16B所示第四實(shí)施例的發(fā)光器件40結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例基本相同，被用作發(fā)光器件201。在圖16B中所示的發(fā)光器件40除了近似半球形透明部件41B之外，具有與在圖55中所示的常規(guī)發(fā)光器件100大體相同的結(jié)構(gòu)。
然后，通過粘附近似半球形透明部件42形成發(fā)光器件201，所述透明部件42由例如丙烯酸樹脂等透明并具有高折射率的材料在發(fā)光單元62上制成，所述發(fā)光單元62具有與常規(guī)發(fā)光單元基本相同的結(jié)構(gòu)。首先，發(fā)光單元62被安裝在裝配襯底203的凸起部分202中。接下來，將例如硅樹脂等具有相對較高折射率的透明樹脂230填充在凹入部分202中至一半，并且透明部件42在這樣的條件下緊密設(shè)置在發(fā)光單元62的出射面上，即，以透明部件的下側(cè)浸入樹脂中的狀態(tài)固定透明部件。因此，比通過在發(fā)光單元62上固定透明部件42來預(yù)先裝配發(fā)光器件201的情況，發(fā)光器件201的安裝變得更容易，并且裝配的發(fā)光器件201被安裝在裝配襯底203上。此外，由于樹脂進(jìn)入透明部件42和發(fā)光單元62之間的縫隙，因此增加了透明部件42和發(fā)光單元62的粘附性能并將其牢固地固定。另外，通過具有相對較高折射率的樹脂密封發(fā)光器件201的側(cè)部，從而也提高從發(fā)光器件的側(cè)部的采光效率。
另外，當(dāng)與填充在凹入部分230中的樹脂(例如，硅樹脂)相同的材料被用作透明部件42的材料時，在本質(zhì)上減少了界面，從而可以減少由于菲涅耳(Fresnel)反射引起的損耗。另外由于提高了透明部件42和發(fā)光單元62的粘附性能，因此提高了在界面上的采光效率，并提高了透明部件42的固定強(qiáng)度。
在圖37所示的第十一實(shí)例結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例中，透明夾層231被設(shè)置在透明部件42和發(fā)光單元62之間，所述透明夾層231由具有介于透明部件42的材料折射率n2和發(fā)光單元62的透明襯底(見例如圖55中的透明襯底101)的材料折射率n0之間的中間折射率n1的材料制成，并且通過在凹入部分202中填充例如硅樹脂等具有相對較高折射率的樹脂230來固定透明部件42。例如，當(dāng)假定發(fā)光單元62的透明襯底的材料為藍(lán)寶石(折射率n0＝1.77)，并且透明部件42的材料為丙烯(折射率n1＝1.49)，則由滿足條件1.77＞n1＞1.49的材料形成透明夾層231。在這種情況下，由于透明部件42被樹脂230固定，因此透明夾層231的材料不必具有粘附性。
下面，說明透明夾層231的折射率n1被選為透明部件42的材料折射率n2和發(fā)光單元62的透明襯底的材料折射率n0之間的中間值的原因。對于折射率n0、n1和n2，將參考上述關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的描述，從而重復(fù)使用相同的標(biāo)號。
如現(xiàn)有技術(shù)中所述，當(dāng)分別具有折射率n0、n1和n2(n0＞n1＞n2)的三層被連續(xù)層疊時，光從折射率n0的第一層到折射率n2的第三層的臨界角θ0變?yōu)棣?＝sin-1(n2/n0)，而與第二層的折射率n1無關(guān)。在這種情況下，由于對應(yīng)于第一層的發(fā)光單元62的透明襯底的材料為藍(lán)寶石(n0＝1.77)，并且對應(yīng)于第三層的透明部件42的材料為丙烯(n2＝1.49)，因此臨界角θ0＝sin-1(n2/n0)57°(第一方程式)。
另一方面，當(dāng)分別具有折射率n0、n1和n2(n0＞n2＞n1)的三層被連續(xù)層疊時，在折射率n1的第二層和折射率n2的第三層之間的界面上沒有發(fā)生全反射，并且所有從折射率n0的第二層進(jìn)入到折射率n1的第二層中的光進(jìn)入到折射率n2的第三層。因此，從折射率n0的第一層到折射率n2的第三層的光的臨界角θ0由第一層的折射率n0和第二層的折射率n1來控制，因此θ0＝sin-1(n1/n0)(第二方程式)。在這種情況下，第二層的折射率n1越小，臨界角θ0也變得越小。
透明夾層231的折射率n1和臨界角θ0之間的關(guān)系在圖38中示出。從圖38中可以看出，當(dāng)使透明夾層231的折射率n1大于透明部件42的折射率n2時，進(jìn)入到透明部件42中的光量最大。另一方面，考慮到具有更大折射率的材料一般成本高并且由于菲涅耳反射引起的損耗變大，優(yōu)選使折射率n1較小。因此，通過選擇透明夾層231的折射率n1作為透明部件42的材料折射率n2和發(fā)光單元62的透明襯底的材料折射率n0之間的中間值，如上述，從發(fā)光單元62發(fā)射出的光可最有效地進(jìn)入到透明部件42中。
在圖39所示結(jié)構(gòu)的第三實(shí)例中，凸緣42a設(shè)置在透明部件42的底部附近，用于從光的出射面向外突出，并且樹脂230以這樣的方式被填充在凹入部分202中，以使得凸緣42a完全嵌入到樹脂230中。通過這種結(jié)構(gòu)，與第一實(shí)例的結(jié)構(gòu)相比，盡管透明部件42的形狀變得略微復(fù)雜，但與樹脂230接觸的面積增加，從而使用于固定透明部件42的機(jī)械強(qiáng)度增加。此外，可以設(shè)置透明夾層，該透明夾層具有介于透明部件42的材料折射率和發(fā)光單元62的透明襯底的材料折射率之間的中間折射率，如同上述第二實(shí)例的結(jié)構(gòu)。
第十二實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第十二實(shí)施例。第十二實(shí)施例涉及使用多個發(fā)光器件的表面發(fā)光照明裝置。根據(jù)第十二實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置300結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例在圖40中示出。在表面發(fā)光照明裝置300結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例中，多個發(fā)光器件301安裝在裝配襯底302上，并且裝配襯底302被固定在框體303的近中心部分。此外，平板熒光部件304被固定在框體303上端附近的位置，從而與裝配襯底302的裝配表面大體平行。
發(fā)光器件301為根據(jù)上述第三或第四實(shí)施例的具有多棱錐形或圓錐形透明襯底或透明部件的發(fā)光器件，并發(fā)射例如藍(lán)光或紫外光。然而，在根據(jù)第一至第七實(shí)施例的發(fā)光器件中，由于發(fā)光器件301不限于所述形狀，足以使在預(yù)定方向上光出射面的橫截面寬度更窄，相應(yīng)地從作為發(fā)光器件的發(fā)光面的pn結(jié)面15分離。
發(fā)光器件301以這樣的方式排列在裝配襯底302上，使每個間距大體平均。布線圖案以這樣的方式形成在裝配襯底302上，使得并聯(lián)連接多個串聯(lián)連接的發(fā)光器件301組?？蝮w303形成為大體為圓柱形，其底部例如為金屬、樹脂等，并且其高度約為20mm，其直徑約為50mm。裝配襯底302固定在框體303的側(cè)壁303a上，以在側(cè)壁303a的近中心附近的位置處與其大體垂直。熒光部件304形成為透明材料例如并蓄與熒光材料的圓盤形混合物，并在框體303側(cè)壁303a的上端附近被近似垂直地固定至側(cè)壁303a，相對于裝配襯底302的裝配面存在約5mm縫隙。
通過從多個排列在裝配襯底302上的發(fā)光器件301發(fā)射出藍(lán)光或紫外光，并且通過由于由藍(lán)光或紫外光激發(fā)熒光部件304的熒光材料而射出不同波長的光，如此，從表面發(fā)光照明裝置300的發(fā)光面304a中均勻地發(fā)射白光。
下面，不具有多棱錐形或圓錐形透明襯底或透明部件的常規(guī)發(fā)光器件(參見例如圖55中的發(fā)光器件100)的光分布在圖41中示出。如從圖41可以看出，當(dāng)不使用多棱錐形或圓錐形透明襯底或透明部件時，可近似為光的全漫射。如圖42所示，當(dāng)垂直方向(0度軸)上發(fā)射的光密度表示為符號I0時，并且關(guān)于垂直軸沿順時針方向的角度表示為符號θ時，則在θ方向上發(fā)射的光密度為I0cosθ。在關(guān)于垂直軸成任意角度α的區(qū)域中發(fā)射的光通量φ由以下方程式表示 =I0×π(1-cos2α)]]>此外，從0°到90°的總光通量為φ90＝I0×π。
如果具有這樣光分布的發(fā)光器件被設(shè)置在裝配襯底302上，作為照明裝置的光出射面的熒光部件上恰好在發(fā)光器件301之上的位置處的亮度變高，并且在發(fā)光器件301之間的位置處的亮度降低，從而亮度分布變得不均衡。
下面，分別具有20°、40°和60°頂角的圓錐形透明襯底或透明部件的發(fā)光器件的光分布在圖43、圖44和圖45中示出。在每幅圖中的實(shí)線和虛線分別表示在相差90°的剖面平面上光的分布。從發(fā)光器件發(fā)射出的光束在形成頂角的面也就是光的出射面上重復(fù)反射幾次，并從形成頂角的面發(fā)射出，而相對于形成頂角的面的入射角逐漸變大。通過設(shè)置圓錐形的透明襯底或透明部件，如此，光的分布變成恰好在發(fā)光器件之上的光通量下降，并且在預(yù)定角度方向上的部分增加了恰好光通量下降的量。具體來說，在沒有透明襯底或透明部件的情況下，相對發(fā)光強(qiáng)度的峰值在角度θ＝45°和θ＝315°處。此外，頂角越小，則由于圓錐形透明襯底或透明部件，光分布變得越寬。
如上所述，通過在發(fā)光器件301上設(shè)置圓錐形透明襯底或透明部件，從發(fā)光器件301發(fā)射出的光束廣泛分布并進(jìn)入到熒光部件304中，從而在熒光部件304的光出射面304a上亮度的均勻性提高。
此外，透明襯底或透明部件的形狀不限于圓錐形。并且，其形狀可為多棱錐形或其他形狀。圖46A示出了使用三角柱形透明襯底或透明部件310的發(fā)光器件301’。這個發(fā)光器件301’的光分布在圖47中示出。在圖47中，實(shí)線表示在三角橫截面方向上的光分布，而虛線表示在矩形橫截面方向上的光分布。通過使用這種三角柱形透明襯底或透明部件310，從發(fā)光器件301’的發(fā)光部分發(fā)射出的光能夠廣泛分布。
此外，可以選擇正面向下和正面向上安裝發(fā)光單元62，在正面向下時，二極管形成在裝配襯底(未示出)的側(cè)面上，而在正面向上時，二極管形成在透明襯底或透明部件310的側(cè)面上。
通過在圖40中所示的表面發(fā)光照明裝置300的裝配襯底302上安裝這種發(fā)光器件301，從發(fā)光器件發(fā)射出的光束廣泛分布并進(jìn)入到熒光部件304中，從而使熒光部件304的發(fā)光面304a上亮度的均勻性提高。
此外，如圖46B所示，可以在單個三角柱形透明襯底或透明部件310的矩形入射面上設(shè)置多個發(fā)光單元62。在這種情況下，透明襯底或透明部件310變得相對較大，從而使其成型或處理更容易，并且可以總體上減少表面發(fā)光照明裝置的組件數(shù)。
下面，根據(jù)第十二實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置300結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例在圖48中示出。在表面發(fā)光照明裝置300結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例中，在上述第一實(shí)例的結(jié)構(gòu)上，在裝配襯底302和熒光部件304之間設(shè)置由例如丙烯酸樹脂制成的導(dǎo)光部件305。凹入部分305a形成在裝配襯底302一側(cè)導(dǎo)光部件305的表面上面向發(fā)光器件301的位置處，并且每個發(fā)光器件301的透明襯底或透明部件的至少頂端部分(優(yōu)選全部)插入到凹入部分305a中。此外，通過微制造或絲網(wǎng)印刷，在導(dǎo)光部件305表面上未形成凹入部分305a的部分305b處形成點(diǎn)圖案，用以對準(zhǔn)漫反射。另外，在導(dǎo)光部件305的端面305c上進(jìn)行鏡面精加工。
在此第二實(shí)例的結(jié)構(gòu)中，從發(fā)光器件301發(fā)射出的大部分光束通過透明襯底或透明部件310以大體相同的角度進(jìn)入到導(dǎo)光部件305的凹入部分305b中。在導(dǎo)光部件305的入射光中，相對于導(dǎo)光部件305的入射面305d，入射角大于臨界角的光束在導(dǎo)光部件305的內(nèi)部被重復(fù)反射。在面305b上光束被漫反射，在面305b處進(jìn)行漫反射過程，并且最終從出射面305d發(fā)射出。由于從發(fā)光器件301發(fā)射出的光在導(dǎo)光部件305中被導(dǎo)引，而在一定角度上均勻化，并進(jìn)入到熒光部件304中，因此可以增加在熒光部件304的發(fā)光面304a上亮度的均勻性。
下面，如圖49所示，假定發(fā)光器件301的透明襯底或透明部件310的頂角表示為符號γ2(＝40°)，而導(dǎo)光部件305的凹入部分305a的底角表示為符號γ1，并且改變底角γ1。在導(dǎo)光部件305中無反射而直接發(fā)射的光比率在圖50中示出。從圖50中可以看出，導(dǎo)光部件305的凹入部分305a的底角γ1越小，則從導(dǎo)光部件305直接發(fā)射的光束比率變得越小，并且因此，在導(dǎo)光部件305中重復(fù)被反射的光束的比率增加。當(dāng)使導(dǎo)光部件305的凹入部分305a的底角γ1小于發(fā)光器件301的透明襯底或透明部件310的頂角γ2(40°)時，進(jìn)入到導(dǎo)光部件305中的光束超過80％在導(dǎo)光部件305中被反射。結(jié)果，可以使得表面發(fā)光照明裝置300的發(fā)光面304a上的亮度更均勻。
此外，盡管與圖41所示的結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例相比，由于使用導(dǎo)光部件305而增加了組件數(shù)，但由于在導(dǎo)光部件305中的導(dǎo)光作用，可均勻化到熒光部件的輻射密度。因此，盡管增加了發(fā)光器件的間隔，但可以選擇減少發(fā)光器件的數(shù)量，及使得熒光部件中的亮度分布均衡。
第十三實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第十三實(shí)施例。第十三實(shí)施例涉及一種表面發(fā)光照明裝置，其中發(fā)光器件設(shè)置在導(dǎo)光部件的側(cè)面上。圖51為根據(jù)第十三實(shí)施例的表面發(fā)光照明裝置400的剖面平面圖，而圖52為其剖面正視圖。
如從圖中可以看出，近似圓盤形的導(dǎo)光部件405的近似圓柱形側(cè)面的平坦部分被用作入射面405a，并且裝配襯底402和安裝在裝配襯底402上的多個發(fā)光器件401面向入射面405a設(shè)置。在導(dǎo)光部件405的底面405b上以這樣的方式進(jìn)行例如微制造和白點(diǎn)圖案的漫反射過程，使得其密度對應(yīng)于與發(fā)光器件401的距離而變大。此外，相對于導(dǎo)光部件405的出射面以預(yù)定縫隙設(shè)置由包括熒光材料的材料制成的熒光部件404。
發(fā)光器件401的透明襯底和透明部件410形成為例如如圖53所示的柱面透鏡形(近似圓柱面形)，并且發(fā)光單元62緊密地固定在透明襯底或透明部件410的矩形底面上。此外，如圖51所示，發(fā)光器件401以這樣的方式被安裝在裝配襯底402上，從而使透明襯底或透明部件410的近似半圓形剖面與導(dǎo)光部件405的近似圓形剖面垂直相交。
具有柱面透鏡形透明襯底或透明部件410的發(fā)光器件401的光分布在圖54中示出。在圖54中，實(shí)線表示在近似半圓形剖面方向上光的分布，而虛線表示在近似矩形剖面方向上光的分布。發(fā)光器件401的光分布在近似半圓形剖面方向上呈現(xiàn)相對較窄的分布，而在近似矩形剖面方向上呈現(xiàn)較寬的分布。
以此，當(dāng)多個發(fā)光單元62排列在單個柱面透鏡的底面上時，可以獲得大體相同的效果。
因此，由于柱面透鏡形透明襯底或透明部件410，從發(fā)光器件401發(fā)出的光在導(dǎo)光部件405的厚度方向上分布較窄，而在平行于導(dǎo)光部件405的平面方向上分布較寬。在這種情況下，在導(dǎo)光部件405的厚度方向上光束入射角較小，從而在導(dǎo)光部件405的底面405b和出射面405c上被全反射的部分增加。
如上所述，當(dāng)發(fā)光器件401設(shè)置在導(dǎo)光部件405的側(cè)面上時，可以引導(dǎo)光束進(jìn)入導(dǎo)光部件405的整個區(qū)域，并使得表面發(fā)光照明裝置400的熒光部件404的發(fā)光面404a的亮度均勻。此外，由于發(fā)光器件401設(shè)置在導(dǎo)光部件405的側(cè)部上，從而更易于進(jìn)行例如更換發(fā)光器件401等維護(hù)。
另外，柱面透鏡形透明襯底或透明部件410的非矩形剖面形狀不限于半圓形?？梢詾榻瓢霗E圓形和其他可選擇的形狀。
另外，顯然上述實(shí)施例的特征可應(yīng)用到正面向下安裝和正面向上安裝的兩種類型的發(fā)光器件。
本申請基于在日本提交的日本專利申請2002-154262，2002-218891和2002-218989，其內(nèi)容在此作為參考引入。
盡管通過舉例方式并參照附圖充分描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解各種變化和修改對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，除非這種變化和修改脫離了本發(fā)明的范圍，否則均包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種未密封型發(fā)光器件，具有二極管結(jié)構(gòu)，該二極管結(jié)構(gòu)由在透明襯底的一個面上層疊n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層而形成，并且其特征在于，光出射面不平行于該二極管結(jié)構(gòu)的各個面中與該透明襯底相對的一個面。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，該透明襯底的面向形成有該二極管結(jié)構(gòu)的面的面作為所述光出射面；并且它是相對于該二極管結(jié)構(gòu)的各個面中與該透明襯底相對的所述面而傾斜的面，是粗糙面、近似棱錐或圓錐形、近似球形、上面排列著多個近似棱錐或圓錐形或近似球形的凸起部分的面、或多個傾斜面的組合、或近似圓柱形。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述光出射面為近似棱錐或圓錐形；以及近似棱錐或圓錐形的高度相對于底面最大寬度的比等于或大于約0.4并等于或小于約4.5。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述光出射面為近似球形；以及近似球形的高度相對于底面直徑的比等于或大于約0.3并等于或小于約0.5。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，該透明襯底由平行板和透明部件構(gòu)成，其中，該平行板由第一材料制成并且具有上面形成有該二極管結(jié)構(gòu)的第一面和平行于該第一面的第二面，該透明部件由第二材料制成并且具有與該平行板的該第二面相連接的第三面和與該第三面相對的第四面；該透明部件的該第四面不平行于該二極管結(jié)構(gòu)的各個面中與該透明襯底相對的所述面；以及該透明部件的該第四面作為所述光出射面。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其特征在于，該透明部件的該第四面是相對于該二極管結(jié)構(gòu)各個面中與該透明襯底相對的所述面傾斜的面，是粗糙面、近似棱錐或圓錐形、近似球形、上面排列著多個近似棱錐或圓錐形或近似球形的凸起部分的面、或多個傾斜面的組合、或近似圓柱形。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，進(jìn)一步包括與該二極管結(jié)構(gòu)各個面中與該透明襯底相對的所述面相連接的透明部件，并且與該二極管結(jié)構(gòu)的連接面相對的該透明部件的一個面作為所述光出射面。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述光出射面是相對于該二極管結(jié)構(gòu)各個面中與該透明襯底相對的所述面傾斜的面，是粗糙面、近似棱錐或圓錐形、近似球形、上面排列著多個近似棱錐或圓錐形或近似球形的凸起部分的面、或多個傾斜面的組合、或近似圓柱形。
9.一種照明裝置，包括安裝在裝配襯底上的未密封型發(fā)光器件，及設(shè)置在該發(fā)光器件的光出射面前面的熒光部件，該熒光部件被從該發(fā)光器件發(fā)出的光激發(fā)并發(fā)射與激發(fā)波長不同波長的光，并且其特征在于，該發(fā)光器件具有二極管結(jié)構(gòu)，該二極管結(jié)構(gòu)由n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層的疊層在透明襯底的一個面上形成，并且所述光出射面不平行于該二極管結(jié)構(gòu)的各個面中與該透明襯底相對的一個面。
10.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其特征在于，在表面和內(nèi)部該包括熒光部件的光學(xué)部件被可分離地安裝在該裝配襯底上。
11.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其特征在于，該光學(xué)部件具有凸透鏡形狀。
12.如權(quán)利要求9所述的照明裝置，其特征在于，該發(fā)光器件安裝在該裝配襯底上形成的凹入部分的底面上；并且該透明部件面向該發(fā)光器件的一個面近似為與該凹入部分的開口大小相同。
13.如權(quán)利要求12所述的照明裝置，其特征在于，該凹入部分的內(nèi)面形成為近似拋物面或近似橢圓面，并且從該發(fā)光器件發(fā)射出的光在該凹入部分的該內(nèi)面上被反射，以進(jìn)入到該熒光部件中。
14.如權(quán)利要求12所述的照明裝置，其特征在于，在該凹入部分中填入透明樹脂，使得該發(fā)光器件的該出射面的至少一部分露出。
15.如權(quán)利要求14所述的照明裝置，其特征在于，具有作為該發(fā)光器件的該光出射面功能的部件和填充在該凹入部分中的該透明樹脂基本上為相同材料。
16.如權(quán)利要求14所述的照明裝置，其特征在于，該透明襯底由第一材料制成的平行板和第二材料制成并連接到該平行板的透明部件構(gòu)成；該透明部件的未連接面作為該光出射面；以及該平行板和該透明部件通過透明連接層被緊密設(shè)置，該透明連接層由具有介于該第一材料的折射率和該第二材料的折射率之間的中間折射率的材料制成。
17.如權(quán)利要求15所述的照明裝置，其特征在于，具有作為發(fā)光器件的該光出射面功能的所述部件的至少一部分從該光出射面朝向填充在該凹入部分中的該透明樹脂向外突出。
18.一種表面發(fā)光照明裝置，包括安裝在裝配襯底上的一個或多個未密封型發(fā)光器件及熒光部件，該熒光部件被從該發(fā)光器件發(fā)出的光激發(fā)并發(fā)射與激發(fā)波長不同波長的光，并且其特征在于，該發(fā)光器件具有二極管結(jié)構(gòu)，該二極管結(jié)構(gòu)由n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層的疊層在透明襯底的一個面上形成，所述光出射面相對于所述二極管結(jié)構(gòu)的各個面中與該透明襯底相對的一個面形成預(yù)定的形狀，從而使從該發(fā)光器件發(fā)射的光通量具有預(yù)定的光分布。
19.如權(quán)利要求18所述的表面發(fā)光照明裝置，其特征在于，在該發(fā)光器件的該光出射面和該熒光部件之間設(shè)置導(dǎo)光部件。
20.如權(quán)利要求18所述的表面發(fā)光照明裝置，其特征在于，沿預(yù)定方向形成該發(fā)光器件的該光出射面的橫截面，使其寬度對應(yīng)于與該發(fā)光器件的發(fā)光面的距離而變窄。
21.如權(quán)利要求20所述的表面發(fā)光照明裝置，其特征在于，該發(fā)光器件的該光出射面近似為棱錐形或圓錐形、多個斜面的組合或近似圓柱形。
22.如權(quán)利要求20所述的表面發(fā)光照明裝置，其特征在于，具有與該發(fā)光器件的該光出射面基本上相同形狀的凹入部分形成在該導(dǎo)光部件面向該發(fā)光器件的一個面上的、面向每個發(fā)光器件的位置處；并且該發(fā)光器件的該光出射面的至少一部分被插入到該凹入部分中。
23.如權(quán)利要求19所述的表面發(fā)光照明裝置，其特征在于，設(shè)置該發(fā)光器件使其面向與該導(dǎo)光部件的光出射面相垂直的側(cè)面；以及設(shè)置該熒光部件使其面向該導(dǎo)光部件的該光出射面。
全文摘要
一種未密封型發(fā)光器件，其具有在透明襯底的一個表面上通過層疊n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層形成的二極管結(jié)構(gòu)，其中，透明襯底的外表面被傾斜并使其不平行于二極管結(jié)構(gòu)最外側(cè)的表面，以提高從光出射面的采光效率。這兩個表面之間重復(fù)全反射，并且入射到光出射面的光通量的入射角逐漸減小至臨界角之下，以使得光通量輸出到發(fā)光器件之外。
文檔編號H01L33/26GK1656620SQ03812109
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月28日
發(fā)明者橫谷良二, 山口昌男 申請人:松下電工株式會社