专利名称：包括细长中空波长转换管的半导体发光设备及组装其的方法
包括细长中空波长转换管的半导体发光设备及组装其的方
法本发明的背景
本发明涉及发光设备及组装和操作该发光设备的方法，并且更具体地，本发明涉及半导体发光设备及组装和操作其的方法。诸如发光二极管和激光二极管的半导体发光装置(“LED”)是广泛公知的固态发光元件，其能够在电压施加于其上之后产生光。发光装置通常包括p-n结、用于装置的ρ型区域的阳极欧姆触点、以及用于装置的η型区域的阴极欧姆触点。该装置可以形成在基底上， 如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓等的基底，或者装置可以不包括基底。半导体P-n结可以例如由基于碳化硅、氮化镓、磷化镓、氮化铝和/或砷化镓的材料和/或基于有机半导体的材料制造。半导体LED可以使用在发光/照明应用中，例如用作常规的白炽和/或荧光发光的替代。因此，通常理想的是提供这样一种光源其产生具有相对较高显色指数(color rendering index，CRI)的白色光，使得被光照射的物体可以显得更自然。光源的显色指数是光源产生的光精确照亮大范围的颜色的能力的客观度量。显色指数的范围为从对单色光源的基本为零到对白炽光源的几乎为100。另外，特定光源的色度可以称为光源的“色点”。对于白色光源，色度可以称为光源的“白点”。白色光源的白点可以沿着对应于加热到给定温度的黑体辐射器发射的光的颜色的色度点的轨迹下落。因此，白点可以由光源的相关的色温(correlated color temperatUre，CCT)识别，该色温是加热的黑体辐射器与白色光源的颜色或色彩相匹配时的温度。白色光源一般具有在大约4000和8000K之间的CCT。具有为4000的CCT的白色光具有淡黄色。具有为8000K的CCT的白色光在颜色上更显蓝，并且可以称为“冷白”。“暖白”可以用来描绘具有大约2600K和3500K之间的CCT的白色光，其在颜色上更显红。为了产生白色光，可以使用具有不同光色的多个发光LED。LED发射的光可以被结合以产生期望强度和/或颜色的白色光。例如，当红色、绿色和蓝色发光LED被同时激励时， 产生的组合光可以表现为白色，或者近乎白色，这取决于组成的红色、绿色和蓝色光源的相对强度。然而，在包括红色、绿色和蓝色LED的LED灯中，所组成的LED的光谱功率分布可以相对较窄(例如，大约10-30 nm全宽半高(FWHM))。尽管有可能利用这种灯实现相当高的发光效能(luminous efficacy)和/或显色，但是可能存在难以获得高效率的波长范围(例如，大约550 nm)。可替代地，通过利用如荧光粉颗粒等波长转换材料包围LED可以将来自单色LED 的光转换为白色光。这里，术语“波长转换材料”被用来指代任何吸收一个波长的光并重新发射不同波长的光的材料，而不管吸收与重新发射之间的延迟如何以及所涉及的波长如何。因此，在此术语“波长转换材料”可以被用来表示在有时称为荧光和/或磷光并通常称为“荧光粉”的材料。通常，荧光粉吸收具有较短波长的光并重新发射具有较长波长的光。 因此，由LED以第一波长发射的光的一部分或全部可以被荧光粉颗粒吸收，荧光粉颗粒可以响应性地以第二波长发射光。例如，蓝色发光LED可以被黄色荧光粉如掺铈的钇铝柘榴石(YAG)包围。产生的光——为蓝色光和黄色光的组合——对观察者可表现为白色。因此，已经努力将半导体发光装置与波长转换材料集成起来以提供半导体发光设备。波长转换材料可以涂覆在LED自身上，可以设置在半导体LED与LED的圆顶(也称为外壳或透镜)之间的微量材料中，和/或可以通过将波长转换材料设置在LED的圆顶的内侧、 外侧和/或内部而与半导体LED远离地设置和/或设置在远离LED的另一表面上/内部。
发明内容
根据本发明的多种实施例的半导体发光设备包括细长的中空波长转换管，该中空波长转换管包括具有均勻地或非均勻地分散在其中的诸如荧光粉的波长转换材料的细长波长转换管壁。管不需要是圆柱形的。半导体发光装置被定向以在细长中空波长转换管内发射光，从而照射在细长波长转换管壁以及分散在其中的波长转换材料上。在一些实施例中，半导体发光装置被定向使得所发射的光的至少20%以斜角撞击细长中空波长转换管壁。在其他实施例中，半导体发光装置被定向使得所发射光的至少大约90%以斜角撞击细长中空波长转换管。在一些实施例中，半导体发光装置被限制为以兰伯顿(Lambertian)图案绕发射轴发射光。在其他实施例中，半导体发光装置构造成以非兰伯顿图案(例如，聚焦图案)发射光。本发明的各种其他实施例能够提供相对于半导体发光装置被定向的细长中空波长转换管，以便向被半导体发光装置发射的且未撞击嵌入在其中的波长转换材料的光提供穿过细长波长转换管壁的较长路径长度，而不增加通过撞击嵌入在其中的波长转换材料而被转换的光的路径长度。在一些实施例中，半导体发光装置是具有大约1 mm2的面积的蓝色光发射二极管(blue light emitting diode)，并且设备在大约4700K的色温处每瓦产生大约160流明。在其他实施例中，设备在大约5500K的色温处每瓦产生大约150流明。根据多种实施例，细长中空波长转换管自身可以具有多种构造。在一些实施例中， 细长中空波长转换管包括内表面和外表面，并且在所述内表面和/或外表面上设有支撑层。在其他实施例中，所述内表面和/或外表面被均勻地或非均勻地纹理化。在一些实施例中，管壁限定管轴，并且半导体发光装置构造成绕发射轴对称地发射光。半导体发光装置被定向使得发射轴与管轴一致。可以提供多种其他构造的细长中空波长转换管。例如，在一些实施例中，细长中空波长转换管包括第一和第二相对端，并且半导体发光装置邻近第一端。在一些实施例中，第二端是封闭端，而在其他实施例中，第二端是压接的第二端。在另一些其他实施例中，在第二端处设有盖，并且在又一些实施例中，所述盖可以包括波长转换材料和/或反射材料。在又一些实施例中，可以设置多个半导体发光装置。例如，在一些实施例中，在所述第二端附近设有第二半导体发光装置，其被定向以在细长中空波长转换管内发射光。在这些实施例中的一些中，可以在第一和第二半导体发光装置之间的细长中空波长转换管中设置双侧反射器。在其他实施例中，细长中空波长转换管可以在第一和第二半导体发光装置之间压边。在又一些实施例中，半导体发光装置至少部分地延伸到细长中空波长转换管中。 在这些实施例中的一些中，半导体发光装置部分地延伸到波长转换管中，以朝其第一端发射光。在又一些实施例中，第二半导体发光装置可以至少部分地延伸到细长中空波长转换管中，以朝其第二端发射光。在又一些实施例中，第一和第二半导体发光装置可以在细长中空波长转换管内，以背靠背的关系被定向。在又一些其他实施例中，可以设置螺纹型基部以及一对支架(standoff)，所述支架保持与螺纹型基部隔开的细长中空波长转换管以及第一和第二半导体发光装置。还可以设置灯泡，其连接于螺纹型基部，并且包围中空波长转换管以及第一和第二半导体发光装置。根据本发明的多种实施例的设备还可以包括安装基底和位于安装基底上的圆顶， 其中半导体发光装置位于安装基底和圆顶之间。圆顶可以至少部分地延伸到细长中空波长转换管的端部中，并且安装基底可以至少部分地延伸到细长中空波长转换管外。也可以提供多管实施例。例如，在一些实施例中，设备还包括第二细长中空波长转换管，并且第一和第二细长中空波长转换管共享公共端。半导体发光装置邻近该公共端。在其他实施例中，多个细长中空波长转换管可以共享公共端并且绕中央轴延伸。在又一些实施例中，设有与第一细长中空波长转换管同轴的第二细长中空波长转换管。根据本发明又一些其他实施例的半导体发光设备可以包括多个发光丝。各个发光丝包括包含具有分散在其中的波长转换材料的细长波长转换管壁的细长中空波长转换管； 以及被定向以在细长中空波长转换管内发射光的半导体发光装置。在一些实施例中，所述多个发光丝可以以线性阵列的形式被端对端地定向。在其他实施例中，所述多个发光丝可以以三维阵列绕公共起点延伸。细长中空波长转换管(一个或多个)以及半导体发光装置 (一个或多个)可以根据这里描述的实施例中的任何一个来设置。还可以提供组装半导体发光设备的方法。在这些方法中，包围位于基底上的半导体发光装置的圆顶被至少部分地插入到细长中空波长转换管的端部中，该细长中空波长转换管具有分散在其中的波长转换材料。该细长中空波长转换管可以远离所述端部被压接。 半导体发光装置和细长中空波长转换管可以根据这里描述的实施例中的任何一个来构造。
图IA是根据多种实施例的半导体发光设备的透视图。图IB是根据其他实施例的半导体发光设备的横截面图。图2A和2B是封装的半导体发光装置的横截面图。图3-10是根据多种其他实施例的半导体发光设备的横截面图。图11A-14是根据多种实施例的细长中空波长转换管的横截面图。图15-18是根据另一些其他实施例的半导体发光设备的横截面图。图19以图形的方式示出了对于根据多种实施例的半导体发光设备，作为CCT的函数的流明每瓦的形式的效率。
具体实施例方式现在将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了多种实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，并且不应理解为限制于此处阐释的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将透彻且完整，并且更全面地将本发明的范围传达给本领域普通技术人员。在附图中，层和区域的大小和相对大小可能为了清楚起见而被放大了。相似的数字在通篇中指代相似的元件。
这里使用的术语是仅仅为了描述具体实施例的目的，并非意在限制本发明。如此处所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文中明确地另外指出。将进一步理解的是，术语“包括”、“包含”、“具有”及其变型当在本说明书中使用时指定所声明的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除其一个或多个其他特征、 步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。相反，术语“由……构成”在被用在本说明书中时指定所声明的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，并且排除了附加的特征、步骤、操作、元件和/或部件。将理解的是，当诸如层、区域或基底的元件表述为位于另一个元件“上”时，其可以直接地位于所述另一个元件上，或者也可以存在干涉元件。另外，诸如“在……下面”或 “在……上面”的相对性术语在此处可以用来描述一个层或区域对另一个层或区域相对于如图所示的基底或底层的关系。将理解的是，这些术语意在除了图中描绘的方位之外还包括装置的不同方位。最后，术语“直接”意指没有干涉元件。如此处所使用的，术语“和/或” 包括相关所列项目中的一个或多个的任何和所有组合，并且可以简写为“/”。将理解的是，尽管术语第一、第二等在此处可以用来描述多种元件、部件、区域、层和/或零件，但是这些元件、部件、区域、层和/或零件不应被这些术语限制。这些术语仅仅用来将一个元件、部件、区域、层或零件与另一个区域、层或零件区分开。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或零件可以称为第二元件、部件、区域、层或零件而不偏离本发明的教导。此处参照横截面和/或其他图示来描述本发明的实施例，这些图示是本发明的理想实施例的示意性图示。因此，例如由于制造技术和/或公差(tolerance)导致的图示的形状的变化是可以预想到的。因此，本发明的实施例不应理解为受限于此处示出的区域的具体形状，而是包括例如源自制造的形状偏差。例如，示出或描述为矩形的区域一般由于正常的制造公差而具有圆形或弯曲特征。因此，图中示出的区域本质上是示意性的，并且其形状并不意在示出装置的区域的精确形状，并不用来限制本发明的范围，除非本文另有限定。除非此处另有限定，否则此处使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与如本发明所属领域的普通技术人员所普遍理解的相同的含义。应当进一步理解的是，诸如在常用的词典中定义的术语应被解释为具有与其在相关领域和本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非此处明确地进行了这样的限定。图IA和IB是根据本发明多种实施例的半导体发光设备的透视图和横截面图。如图IA和IB所示，这些半导体发光设备包括细长中空波长转换管110，细长中空波长转换管 110包括细长波长转换管壁112，细长波长转换管壁112具有均勻地或非均勻地分散在其中的波长转换材料114。如此处所使用的，管表示长的中空物体，其可以是但并非必须是圆柱形的。因此，管可以是圆形、椭圆形、椭圆体形和/或多边形。半导体发光装置120被定向以在细长中空波长转换管110内发射光122，从而照射在细长波长转换管壁112以及分散在其中的波长转换材料114上。在一些实施例中，半导体发光装置120可以是包括安装基底 IM和位于安装基底IM上的圆顶126的封装发光二极管130，其中半导体发光装置120被设置在安装基底1 和圆顶1 之间。一个或多个电导线1 可以从安装基底IM延伸。 同样如图IA和IB所示，管壁112限定管轴132，并且半导体发光装置120被构造为绕发射轴基本对称地发射光122，并且被定向使得发射轴与管轴132基本一致。根据本发明的多种实施例，可以提供多种构造的半导体发光装置120、安装基底 124以及圆顶126。在一些实施例中，封装的半导体发光装置130可以由以商业方式可获得的LED (如Cree EZ1000TMLED)代表，其由本发明的受让人制造，并被描述在数据表CPR3CR， Rev. A 中，该数据表名为 CrefEZlOOO LEDs Da ta Sheet CxxxEZlOOOSxxOOO，版权 2006， Cree公司，可在cree.com网址上得到。如在该数据表中所指出的，这些LED可以使用 980/980Mm2或大约1 mm2大小的单个半导体小片(die)。对于大约1 W的输入功率，这些 LED可以工作在大约3 V (更典型地，大约3.3 V)的电压，和大约350 mA的电流(大约为 35 A/cm2的电流密度)。Cree EZ1000 LED可以根据下列美国专利/申请中的一个或多个来制造，在此将这些美国专利/申请的公开内容整体并入，就如在此对其进行了完整的阐述一样，这些美国专利/申请为2008年4月8日公告的名为“LED Chip”的美国专利No. D566, 057 ;2008 年 7 月 24 日公开的名为 “Wafer Level Phosphor coating Method and Devices Fabricated Utilizing Same” 的公开号为 2008/0173884 的美国申请；2008 年 7 月 31 El 公开白勺名为 “ffafer Level Phosphor Coating Method and Devices Fabricated Utilizing Same”的公开号为2008/0179611的美国申请；以及2007年9月7日提交的名为“LED Chip”的美国申请No. 29/284, 4310然而，也可以使用其他商业可获得的封装LED 或裸LED小片。所述EZ1000 LED可以被设置在银(Ag)集管(header)上并且用圆顶封装，该圆顶包括例如以Loctite名称在市场上交易的Hysof 0S4000快速固化的水白色的 (water-white)环氧铸造化合物。然而，在其他实施例中，诸如环氧、硅酮和/或其他透明密封剂的其他材料也可以被使用。另外，LED无需具有圆顶，从而裸小片或无圆顶的LED也可以使用。在一些实施例中，如图IA所示，半导体发光装置120可以与细长中空波长转换管110相邻但是不位于其内。在其他实施例中，如图IB所示，半导体发光装置120可以至少部分地在细长中空波长转换管110内。还在其他实施例中，透明圆顶1 可以完全在细长中空波长转换管110内，而安装基底1 可以完全位于细长中空波长转换管外并向上接触其端部。实际上，图IA和IB还示出了组装根据一些实施例的半导体发光设备的方法，其中包围位于基底1 上的半导体发光装置120的圆顶1 至少部分地被插入到具有分散在其中的波长转换材料114的细长中空波长转换管110的端部中。圆顶可以被压入配合到管内， 或者可以使用粘结剂或其他附接元件。细长中空波长转换管110可以由含有分散在其中的荧光粉的一片塑料、环氧、硅酮和/或其他透明或半透明材料(如上述0S4000材料)构造。这些材料可以与荧光粉以期望的浓度混合，然后形成为允许固化的片材。该片材可以卷起来并被胶合到管中以及被切至期望的长度。可替代地，包括封装在其中的荧光粉的塑料材料的茎管(straw)可以被提供并被切至尺寸。另外，中空波长转换管110可以模制、挤压成形和/或通过其他常规工艺形成。荧光粉可以是常规的YAG荧光粉、常规的(Ca、Si、Ba) Si04:Eu2+ (BOSE)荧光粉和/或其他常规荧光粉，其可以根据半导体发光装置120的特性和/或其他参数在组分和/或浓度方面变化。细长中空波长转换管110可以被抽空、填充空气或填充惰性和/或活性气体。 管也可以在其中包括固体和/或凝胶，以提供例如密封剂、索引匹配等。波长转换材料114可以均勻地或非均勻地分散在细长波长转换管壁112中。可以采用均勻的或非均勻的组分和/或浓度。在尺寸上，细长中空波长转换管110可以具有在大约1 mm和大约100 mm之间的长度、以及在大约0.5 mm和大约10 mm之间的内径。管壁112可以具有在大约0. 05 mm和大约2 mm之间的厚度。波长转换颗粒可以以按重量比为大约1%和大约70%之间的浓度分散在其中。根据本发明多种实施例的细长中空波长转换管的使用可以提供高效的白色光。 例如，具有大约1 mm2大小和在室温大约350 mA的驱动电流的Cree EZ1000 LED与大约45 mm长、具有大约9 mm的内径和大约2 mm的壁厚且由一片柔性透明硅酮(具有以大约30%的重量比的浓度分散在其中的htematix BOSE荧光粉)制造的细长中空波长转换管的组合， 可以产生大约170流明的光输出、在大约4700K的色温的大约160流明/瓦的效率、以及在大约5500K的色温处大约150流明/瓦的效率。图19图表化地示出了流明/瓦(lm/W)对 CCT的效率。应当理解到，在图19中，可以使用多种浓度的荧光粉来获得期望的色温。在不希望受到任何工作原理限制的情况下，通过使半导体发光装置120发射的几乎所有光以斜角撞击细长波长转换管壁112，可以根据本发明的多种实施例获得高效率白色光产生。更具体地，参照图2A，封装的发光二极管可以以兰伯顿图案220发射光，其中辐射强度与观察者的视线和正交于半导体发光装置130的表面的轴210之间的角度的余弦成正比。兰伯顿图案220可以通过将发光装置120设计成以兰伯顿图案发射光并将圆顶1 设计成不改变该发射图案来获得，或者通过将发光装置120设计成以非兰伯顿图案发射光并且将圆顶1 中的一个或多个光学元件设计成使得从圆顶1 出现的光是兰伯顿图案来获得。在其他实施例中，如图2B所示，封装或未封装的发光二极管可以以聚焦(S卩，窄远场发射)图案230来发射光，其中更多的辐射能量被更靠近发射轴210发射而非侧部。再次， 该聚焦图案可以通过将发光装置120设计成以聚焦图案发射光并将圆顶1 设计成不改变该发射图案来获得，或者通过将发光装置120设计成以非聚焦图案发射光并将圆顶126中的一个或多个光学元件设计成使得光以聚焦图案从圆顶126出现来获得。可以使用其他的常规发射图案。常规地，圆顶1 可以设计为半球形的，使得发射的光122垂直于圆顶表面穿过圆顶。因此，如果荧光粉涂覆在圆顶1 的内表面和/或外表面上，则多数发射光将被向后散射到装置120中。与此形成鲜明对比的是，当封装的LED 130如图IB所示相对于细长中空波长转换管安装时，至少20%的发射光122能够以斜角撞击细长中空波长转换管壁112，如图IB所示。光回到半导体发光装置120中的向后散射可以被充分地减少。另外，在一些实施例中，至少大约90%的发射光122能够以斜角撞击细长中空波长转换管壁112，如图IB所示。光回到到半导体发光装置中的向后散射可以被充分地减少。因此，本发明的一些实施例可以允许从半导体发光装置120发射的光与圆顶1 基本正交地穿过圆顶126，但是与细长中空波长转换管壁112大致倾斜地撞击管壁112。 因此，本发明的一些实施例可以被认为提供了主光学表面，如封装发光二极管130的圆顶 126，其中兰伯顿辐射使几乎所有的发射光与该主光学表面正交地穿过，并且细长中空波长转换管壁112提供了包括分散在其中的波长转换材料114的次光学表面，其中几乎所有的光以斜角照射在次光学表面112上。在不希望受到任何工作原理限制的情况下，本发明的实施例的高效率还可以解释为是由于可以在细长中空波长转换管110内建立的不同路径长度。特别地，参照图3和3A， 来自半导体发光装置120的发射光122在管壁110的内表面反射，如射线310所示，并且还在管壁内折射，如射线312所示。附加的内部反射从外壁发生，如射线314所示，并且一部分原始光316从管出现。穿过壁112的路径由射线312表示。相反，当光撞击嵌入在管壁 112内的荧光粉颗粒114时，其在所有方向上转换和散射，如射线322所示。因此，如图3和3A所示，除了在半导体发光装置120附近，几乎没有光在半导体发光装置120处被向后反射。为了使从半导体发光装置120出现的光122(例如蓝色光)转换成例如黄色光，其必须照射在波长转换材料(例如，荧光粉)颗粒114上。一旦其确实转换， 则理想的是转换的发射322以最小的阻挡逸出，不仅从LED 130逸出，还从其他波长转换材料颗粒114逸出。因此，理想的是波长转换材料层对蓝色光而言显得厚，而对黄色发射322 显得薄。这由管110帮助实现，因为蓝色光具有以切线入射穿过管壁112的较长路径312， 并且相同量的转换能够利用较少的波长转换材料114实现。因此，由于蓝色光具有以切线入射穿过管壁112的较长路径长度312，所以管对于进入的蓝色光显得较厚。由于管显得较厚，所以可以使用较低浓度的荧光粉。通过使用较低浓度的荧光粉，可以提供较少的荧光粉阻挡。因此，在一些实施例中，细长中空波长转换管110相对于半导体发光装置120定向， 以对半导体发光装置120发射的不撞击嵌入在其中的波长转换材料114的光122提供穿过细长波长转换管壁112的较长路径长度312，而不增加被嵌入在其中的波长转换材料114转换的光322的路径长度。根据本发明的多种实施例，可以提供多种构造的细长中空波长转换管。例如，如图 4所示，细长中空波长转换管110包括第一和第二相对端110a、110b，并且半导体发光装置 120邻近第一端110a。还应当理解，在图4和接下来的其他图中，半导体发光装置120示出为位于细长中空波长转换管110外。在这些实施例中，可以提供反射器、透镜和/或其他光学元件以在管110内引导光122。然而，在其他实施例中，半导体发光装置120可以至少部分地延伸到细长中空波长转换管110中。在又一些其他实施例中，半导体发光装置120完全延伸到细长中空波长转换管110中。W044]在图4中，第二端IlOb是开口端。相反，在图5中，第二端IlOb是封闭的第二端，其可以通过盖510来设置。盖510可以是反射性的和/或可以在其中含有波长转换材料。盖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、 纹理化和/或微型透镜覆盖的盖。盖510中的波长转换材料在组分和/或浓度方面可以与细长波长转换管壁112中的波长转换材料114相同或不同。在其他实施例中，如图6所示， 第二端IlOb是压接的第二端610。将理解到，此处使用词语“压接的”来表示锥形端，并不表示任何特定的制造方法。因此，图6示出了子弹形细长中空波长转换管110的实施例。上面已描述的本发明实施例在细长中空波长转换管110的第一端IlOa处使用一个或多个半导体发光装置120。然而，在其他实施例中，至少一个半导体发光装置可以被提供在管110的两端。例如，如图7所示，第一半导体发光装置120a邻近细长中空波长转换管110的第一端IlOa而被包括，并且被定向以在细长中空波长转换管110内发射光。第二半导体发光装置120b被邻近第二端IlOb放置，并且被定向以在细长中空波长转换管内发射光122b。图8示出了其他实施例，其中双侧反射器810被包括在第一和第二半导体发光装置120a、122b之间的细长中空波长转换管110中。双侧反射器810可以实施为镜子、球轴承和/或其他反射至少一部分照射在其上的光的装置。例如，可以提供球形、棱柱形、纹理化和/或微型透镜覆盖的双侧反射器。双侧反射器810可以是平坦的，或者是如所示地非平面的。双侧反射器还可以包括波长转换材料。图9A示出了其他实施例，其中细长中空波长转换管110在如所示的第一和第二半导体发光装置120a、122b之间的910处被压接。图 9A示出了完全封闭的渐进压边(crimp)，而图9B示出了未完全封闭的突变压边920。图10示出了其他实施例，其中第一和第二半导体发光装置120a、122b在细长中空波长转换管Iio内被以背靠背的关系定向，使得第一半导体装置120a朝第一端IlOa发射光122a，并且第二半导体发光装置120b朝第二端IlOb发射光122b。在其他实施例中，第一和/或第二端IlOaUlOb可以包括如图5中的盖510的盖，该盖可以例如通过包括图6 的压边610而是压接的或锥形的，或者可以如图所示是开口的。同样，这两个端部无需具有相同类型的终止。细长中空波长转换管110本身也可以具有很多不同的构造。例如，在图IlA中，细长管壁112包括内表面和外表面，其中内表面和/或外表面如所示的被纹理化。纹理化可以是均勻地和/或非均勻地。纹理化可以增强光的散射。另外，图IlB示出了其他实施例， 其中可以使用锯齿形图案或其他图案来引导未转换的光，从而进一步增加其在波长转换管中的路径长度。其他的光引导图案也可以被使用。在其他实施例中，如图12和13所示，可以提供支撑层以支撑细长中空波长转换管壁112。在图12中，支撑层1210位于细长中空波长转换管壁112的外表面上，而在图13 中，支撑层位于细长中空波长转换管壁112的内表面上。实际上，图12和13的实施例可以通过分别在支撑管1210、1310的内侧或外侧涂覆波长转换材料114来制造，使得细长中空波长转换管110实际上可以以在支撑材料上进行涂覆的形式来实现。在又一些其他实施例中，支撑层可以设置在细长波长转换管壁112的内侧表面和外侧表面上。根据其他实施例，还可以提供多个同轴的细长中空转换管112。特别地，如图14所示，第一细长中空波长转换管11 和第二细长中空波长转换管112b彼此同轴地设置。这些管可以被隔开并且可以由公共的支撑层1410支撑。实际上，图14的实施例可以通过用波长转换材料114涂覆支撑层1410的内表面和外表面来制造。在图14的实施例中，分散在第一和第二细长波长转换管壁11加、112b中的波长转换材料114在组分和/或浓度上可以相同或者可以不同。图15示出了其他实施例，其中向半导体发光装置120或半导体发光装置120的集群提供多个细长中空波长转换管110。因此，半导体发光装置120或半导体发光装置120的集群与这些管中的每一个的第一端相邻。在图16中，细长中空波长转换管110绕公共起点延伸，并且半导体发光装置120邻近该公共起点。在一些实施例中，图16可以认为是横截面视图，其示出了围绕公共起点并且在图的平面内延伸以提供二维阵列的多个中空波长转换管110。图16还可以认为示出了绕公共轴1600延伸的中空细长管110的三维阵列的横截面，如箭头1610所示。因此，根据这些实施例，可以提供类似花的花瓣的设计给半导体发光设备。上面描述的本发明各种实施例也可以被认为提供了可以类推成常规白炽灯的灯丝或微型荧光灯泡的半导体发光灯丝。因此，如图17所示，细长中空波长转换管110包括在任一端处封装的半导体发光装置130。封装的半导体发光装置130可以利用导热的支架 1720和/或其他的常规安装技术安装在基部1710上。可以提供灯泡1730和螺纹型基部 1740，使得细长中空波长转换管110与在其相对端处的封装的半导体发光装置130的组合提供用于白炽灯泡的顺便替换(drop-in r印lacement)的灯丝。应当理解，图17提供了简化的图示，并且白炽灯泡的顺便替换也可以采用电压转换电路、热管理系统等。在其他实施例中，如图18所示，以线性阵列端对端地定向灯丝。散热片1810和/ 或反射器1820也可以被提供。此处已经结合上面的描述和附图公开了多种不同的实施例。将理解到，从文字上来描述和示出这些实施例的每种组合和子组合将会过于重复和混乱。因此，包括附图在内的本说明书应当理解为构成此处描述的实施例的所有组合和子组合及制造和使用它们的方式和工艺的全部书面描述，并且应当对于任何这种组合或子组合都支持权利要求。例如，这里示出的实施例中的任何一个都可以包括裸半导体发光装置小片或封装的半导体 LED ；开口端，封盖端或压接端；一个或多个裸的或封装的半导体发光装置，其完全位于细长中空波长转换管的外侧、部分地位于其内侧或者完全位于其内侧；一个或多个支撑层； 一个或多个细长中空波长转换管，其被同心地布置或者以二维或三维阵列的形式布置和/ 或被封装以包括散热片、反射器、驱动电路和/或其他部件。在附图和说明书中，已经公开了本发明的实施例，并且尽管使用了特定的术语，但是这些术语仅仅在一般性和描述性的意义上使用，并非用于限制的目的，本发明的范围由以下的权利要求阐明。
权利要求
1.一种半导体发光设备，包括包括细长波长转换管壁的细长中空波长转换管，所述细长波长转换管壁具有分散在其中的波长转换材料；和半导体发光装置，其被定向成在所述细长中空波长转换管内发射光，从而照射到所述细长波长转换管壁和分散在其中的所述波长转换材料上。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述半导体发光装置被定向使得所发射的光的至少约20%以斜角撞击所述细长波长转换管壁。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述半导体发光装置被定向使得所发射的光的至少约90%以斜角撞击所述细长波长转换管壁。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述半导体发光装置是具有大约1mm2的面积的蓝色光发射二极管，并且其中所述半导体发光设备在大约4700K的色温处，每瓦产生大约 160流明。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述半导体发光装置是具有大约1mm2面积的蓝色光发射二极管，并且其中所述半导体发光设备在大约5500K的色温处，每瓦产生大约150 流明。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长中空波长转换管被相对于所述半导体发光装置定位，以便在不增加通过撞击嵌入在其中的所述波长转换材料而被转换的光的路径长度的情况下，向由所述半导体发光装置发射且不撞击嵌入在其中的所述波长转换材料的光，提供穿过所述细长波长转换管壁的较长路径长度。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管壁限定管轴，其中所述半导体发光装置被构造成绕发射轴对称地发射光，并且其中所述半导体发光装置被定向使得所述发射轴与所述管轴一致。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长中空波长转换管包括第一和第二相反端，并且所述半导体发光装置邻近所述第一端。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第二端是封闭的第二端。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第二端是压接的第二端。
11.根据权利要求9所述的设备，还包括在所述第二端的盖。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述盖包括波长转换材料。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述盖包括反射材料。
14.根据权利要求8所述的设备，其中，所述半导体发光装置是第一半导体发光装置， 所述设备还包括邻近所述第二端的第二半导体发光装置，所述第二半导体发光装置被定向成在所述细长中空波长转换管内发射光，从而照射在所述细长波长转换管壁和分散在其中的所述波长转换材料上。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括在所述第一半导体发光装置和所述第二半导体发光装置之间的所述细长中空波长转换管中的双侧反射器。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述细长中空波长转换管在所述第一半导体发光装置和所述第二半导体发光装置之间被压接。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述半导体发光装置至少部分地延伸到所述细长中空波长转换管中。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述细长中空波长转换管包括第一和第二相反端，并且其中所述半导体发光装置至少部分地延伸到所述波长转换管中，以朝所述第一端发射光。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述半导体发光装置是第一半导体发光装置， 所述设备还包括第二半导体发光装置，所述第二半导体发光装置至少部分地延伸到所述细长中空波长转换管中，以朝所述第二端发射光。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述第一半导体发光装置和所述第二半导体发光装置以背靠背的关系被定向在所述细长中空波长转换管内。
21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长中空波长转换管是第一细长中空波长转换管，所述设备还包括第二细长中空波长转换管，其中，所述第一细长中空波长转换管和所述第二细长中空波长转换管共享公共端，并且其中所述半导体发光装置邻近所述公共端并且被定向以在所述第一细长中空波长转换管和所述第二细长中空波长转换管内发射光。
22.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长中空波长转换管壁包括内表面和外表面，并且其中所述细长中空波长转换管还包括位于所述内表面和/或外表面上的支撑层。
23.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长中空波长转换管是第一细长中空波长转换管，所述设备还包括包括第二细长波长转换管壁的第二细长中空波长转换管，所述第二细长波长转换管壁具有分散在其中的波长转换材料，所述第一细长中空波长转换管和所述第二细长中空波长转换管彼此同轴。
24.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长管壁包括内表面和外表面，并且其中所述内表面和/或外表面被纹理化。
25.根据权利要求M所述的设备，其中，所述内表面和/或外表面被非均勻地纹理化。
26.根据权利要求1所述的设备，其中，所述细长管壁具有非均勻地分散在其中的波长转换材料。
27.根据权利要求1所述的设备，还包括安装基底；和位于所述安装基底上的圆顶；其中，所述半导体发光装置被设置在所述安装基底和所述圆顶之间；并且其中，所述圆顶至少部分地延伸到所述细长中空波长转换管的端部中，并且所述安装基底至少部分地延伸到所述细长中空波长转换管外。
28.根据权利要求19所述的设备，还包括螺纹型基部；一对支架，所述一对支架保持与所述基部隔开的所述细长中空波长转换管以及所述第一半导体发光装置和所述第二半导体发光装置；以及灯泡，所述灯泡连接于所述螺纹型基部并包围所述中空波长转换管以及所述第一半导体发光装置和所述第二半导体发光装置。
29.根据权利要求21所述的设备，还包括共享所述公共端并绕中央轴延伸的多个细长中空波长转换管。
30.一种半导体发光设备，包括多个发光丝，各个发光丝包括细长中空波长转换管，所述细长中空波长转换管包括细长波长转换管壁，所述细长波长转换管壁具有分散在其中的波长转换材料；以及半导体发光装置，所述半导体发光装置被定向以在所述细长中空波长转换管内发射光，从而照射在所述细长波长转换管壁和分散在其中的所述波长转换材料上。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述多个发光丝被以线性阵列端对端地定向。
32.根据权利要求30所述的设备，其中，所述多个发光丝以三维阵列绕公共起点延伸。
33.一种组装半导体发光设备的方法，包括将包围位于基底上的半导体发光装置的圆顶至少部分地插入到细长中空波长转换管的端部中，所述细长中空波长转换管具有分散在其中的波长转换材料。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括远离所述端部对所述细长中空波长转换管进行压接。
全文摘要
一种半导体发光设备，包括细长中空波长转换管，细长中空波长转换管包括细长波长转换管壁，细长波长转换管壁具有分散在其中的波长转换材料，如荧光粉。半导体发光装置被定向以在细长中空波长转换管内发射光，从而照射在细长波长转换管壁和分散在其中的波长转换材料上。细长中空波长转换管可以具有开口端、压接端、反射端、和/或其他构造。多个管和/或多个半导体发光装置也可以以多种构造被使用。还描述了相关的组装方法。
文档编号G02B6/00GK102282417SQ200980154672
公开日2011年12月14日 申请日期2009年11月10日 优先权日2008年11月18日
发明者P. 赫塞尔 C., A. 埃蒙德 J. 申请人:克里公司