專利名稱：使用固態(tài)發(fā)射器和降頻轉(zhuǎn)換材料的高效光源的制作方法
相關(guān)申請本申請要求2004年5月5日提交的美國臨時申請60/568,373和2004年12月15日提交的美國臨時申請60/636,123的優(yōu)先權(quán)，這兩個專利申請的內(nèi)容結(jié)合于此引作參考。
背景技術(shù)：
固態(tài)發(fā)光裝置，包括具有發(fā)光二極管(LED)和諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)的固體燈，是非常有用的，因為它們潛在地提供了與傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈相比更低的制造成本和更長期的耐用性。由于它們工作(發(fā)光)時間長耗能低，固態(tài)發(fā)光裝置常常提供功能成本收益，即使它們的起初成本高于傳統(tǒng)燈。因為可以采用大規(guī)模半導(dǎo)體制造技術(shù)，所以很多固體燈可以在極低的成本下生產(chǎn)。
除了應(yīng)用于家庭電器和消費電器，音像設(shè)備，通訊裝置和汽車儀表標識上的指示燈之外，LED還被發(fā)現(xiàn)相當多地應(yīng)用于室內(nèi)和戶外信息顯示器中。
隨著發(fā)射藍光或紫外光的高效LED的發(fā)展，生產(chǎn)產(chǎn)生白光的LED開始成為可能，其通過將LED的一部分原發(fā)射光(primaryemission)熒光轉(zhuǎn)換成為較長波長的光以產(chǎn)生白光。將LED的原發(fā)射光轉(zhuǎn)換為較長的波長通常被稱為原發(fā)射光的降頻轉(zhuǎn)換(downconversion)。原發(fā)射光中沒有被轉(zhuǎn)換的部分和較長波長的光結(jié)合產(chǎn)生白光。
LED一部分原發(fā)射光的熒光轉(zhuǎn)換是通過在被用來填滿反射杯的環(huán)氧樹脂中放置熒光體層實現(xiàn)的，反射杯罩住LED燈內(nèi)的LED。熒光體是粉末形式，在環(huán)氧固化之前與環(huán)氧混和。包含熒光體粉末的沒有固化的環(huán)氧樹脂漿即被沉積在LED上隨后被固化。
已經(jīng)固化的環(huán)氧樹脂中的熒光體顆粒通常任意散布充滿整個環(huán)氧樹脂。LED發(fā)射的一部分原始光穿過環(huán)氧樹脂而沒有撞擊到熒光體顆粒，LED發(fā)射的另一部分原始光撞擊到熒光體顆粒，促使熒光體顆粒發(fā)出耀眼的光。原始藍光和熒光體發(fā)射的光結(jié)合產(chǎn)生白光。
在可見光譜區(qū)域，現(xiàn)有的LED技術(shù)效率低下。單個LED的發(fā)光量低于已知的白熾燈的發(fā)光量，白熾燈占可見光譜區(qū)域中效率的大約10％。具有相當發(fā)光量能量密度的LED裝置必須需要更大的LED或包含多個LED的新設(shè)計。而且，必須引入一種直接進行能量吸收冷卻的形式以處理LED裝置自身內(nèi)部的溫度升高。更特殊地，LED裝置當被加熱到高于100℃的溫度時效率變得更低，導(dǎo)致了可視光譜區(qū)域中的衰減返回。對于某些熒光體，當溫度增加到高于大約90℃的閾值溫度時，熒光體自身的轉(zhuǎn)換效率戲劇性地衰減。
授予Wojnarowski等人的美國專利No.6,452,217提出了一種大功率LED燈或復(fù)合LED燈的設(shè)計，以用于發(fā)光產(chǎn)品和從發(fā)光產(chǎn)品中排除熱的熱源中。它具有被設(shè)置于多維陣列中的LED晶片。每個LED晶片都具有用以產(chǎn)生白光的半導(dǎo)體層和熒光體材料。反射器將從每個晶片發(fā)來的光收集并聚焦生成近似的大功率LED燈。該專利的圖12中闡明了沿一定角度的射線軌跡路徑發(fā)射光線的多側(cè)面陣列。該專利的圖19中闡明了有角度的LED燈頂部。
授予Baretz等人的美國專利No.6,600,175和Baretz等人提交的美國專利申請No.2004/0016938提出了一種產(chǎn)生白光的固態(tài)發(fā)光裝置。美國專利申請No.2004/0016938是美國專利No.6,600,175的繼續(xù)申請。固態(tài)發(fā)光裝置產(chǎn)生較短波長的射線，射線被傳輸?shù)桨l(fā)光介質(zhì)上進行降頻轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生白光。在該專利的圖2和圖6中，LED和發(fā)光介質(zhì)被隔開。在圖6中，例如，較短波長的射線光，優(yōu)選藍光波長至紫外光波長范圍內(nèi)的射線光，從固體裝置82中發(fā)射出來。當發(fā)光介質(zhì)90撞擊到較短波長射線時，即被激勵發(fā)生反應(yīng)發(fā)射出具有在可視光譜區(qū)域波長范圍內(nèi)的波長的射線以產(chǎn)生白光。
授予Mueller-Mach等人的美國專利No.6,630,691提出了一種包括熒光轉(zhuǎn)換基板的LED裝置，熒光轉(zhuǎn)換基板將LED的發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)射出的一部分原光轉(zhuǎn)換為一種或多種波長的光，再與未被轉(zhuǎn)換的原光結(jié)合產(chǎn)生白光。如該專利中圖2所示，反射電極21被布置于LED表面上。LED發(fā)射的一部分原光撞擊到發(fā)射電極21，發(fā)射電極將原光通過LED和基板發(fā)射回去。傳播進入基板的一部分原光被轉(zhuǎn)換為黃光一部分沒有被轉(zhuǎn)換。當這兩種類型的光被基板發(fā)射出來時，它們結(jié)合在一起產(chǎn)生白光。使用反射電極通過保證進入基板的原始光量達到最大值提高了LED裝置的效率。
Muller-Mach等人提交的美國專利申請No.2002/0030444，以美國專利No.6,696,703授予Muller-Mach等人，提出了一種薄膜式熒光轉(zhuǎn)換LED結(jié)構(gòu)。該專利中圖2示出了LED 2和LED 2表面上的熒光體薄膜21。LED發(fā)出的藍光撞擊到熒光體薄膜21。一部分光穿過熒光體21而一部分被吸收并被轉(zhuǎn)換成從熒光體21上發(fā)射出來的黃光。藍光和黃光結(jié)合形成白光。在該申請的圖3中，反射墊25位于LED 2的表面上。從LED 2發(fā)出的光被反射墊25反射回來通過LED 2進入熒光體21。然后光被結(jié)合，如該專利中圖2所示。該專利中圖4利用兩個熒光體薄膜31、33，通過基板13，兩個薄膜被與LED 2分開。薄膜31發(fā)射紅光。薄膜33發(fā)射綠光。LED 2發(fā)射的藍光穿過將紅光和綠光結(jié)合產(chǎn)生白光的薄膜31、33。在該申請中圖5的實施例中，LED裝置50包括多個熒光體薄膜37和38。介質(zhì)鏡36被放置于薄膜37和基板13之間。介質(zhì)鏡36對從發(fā)光結(jié)構(gòu)2發(fā)射的原始光來說是完全透明的，但對熒光體薄膜37和38發(fā)射的波長來說是高反射性的。
Okazaki提交的美國專利申請No.2002/0030060提出了一種提供有紫外線發(fā)光元件和熒光體的白光半導(dǎo)體發(fā)光裝置。熒光體層具有藍光發(fā)光熒光體和黃光發(fā)光熒光體，兩種熒光體被混和擴散在一起。發(fā)光裝置3位于反射罩5內(nèi)。在該申請中圖2、4和8的應(yīng)用中，熒光體層6被形成于遠離發(fā)光元件3的位置。圖2的應(yīng)用中示出了形成于密封構(gòu)件7內(nèi)的熒光體層6。密封構(gòu)件7由透明樹脂制成。在圖4和圖8的應(yīng)用中，熒光體層被形成于密封構(gòu)件7的表面上。
Brukilacchio提交的美國專利申請No.2002/0218880提出了一種LED白光光學(xué)系統(tǒng)。如該申請圖1的應(yīng)用中，光學(xué)系統(tǒng)100包括LED光源110，光學(xué)濾波器120，反射器130，熒光體層135，聚光器140，第一照明區(qū)150，第二照明區(qū)170，以及驅(qū)熱器190。光學(xué)濾波器120包括反射相關(guān)色溫(CCT)范圍和傳輸相關(guān)色溫(CCT)范圍。反射相關(guān)色溫(CCT)范圍內(nèi)的光能被禁止通過光學(xué)濾波器120(例如，通過反射)。從位于光學(xué)濾波器120的反射范圍內(nèi)的熒光體層后表面137進入光學(xué)濾波器前表面121的光能被反射回熒光體層135中。光學(xué)濾波器120的傳輸相關(guān)色溫(CCT)范圍內(nèi)的光能通過濾波器120傳輸并與反射器130相互作用。
反射器130為反射性光學(xué)元件，被設(shè)置為用于將從LED光源后表面112發(fā)出的光能反射回LED光源110。光能和光學(xué)材料相互作用，且一部分光能離開LED前表面111并與光學(xué)濾波器120相互作用。然后光能繼續(xù)進入熒光體層，以對從熒光體層后表面137發(fā)射出的光能提供重復(fù)地壓縮循環(huán)處理。這種重復(fù)處理捕獲光能，否則光能會丟失。聚光器140捕獲從熒光體層前表面136發(fā)射出的光能。
Mueller-Mach等人提交的美國專利申請No.2002/0003233，以美國專利No.6,501,102授予Mueller-Mach等人，提出了一種LED裝置，其可以對從LED裝置的發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)出的基本上所有原射線執(zhí)行熒光轉(zhuǎn)換功能以產(chǎn)生白光。LED裝置包括至少一個熒光轉(zhuǎn)換元件，其被設(shè)置為用于接收和吸收發(fā)光結(jié)構(gòu)發(fā)射出的基本上全部原始光。熒光轉(zhuǎn)換元件發(fā)射第二和第三波長的二次光，兩者結(jié)合產(chǎn)生白光。有些實施例使用發(fā)光結(jié)構(gòu)表面上的反射電極，有些則不使用。在使用反射電極21的實施例中(圖2、3、6、7的應(yīng)用中)，基板將發(fā)光結(jié)構(gòu)與熒光體層分開。也就是說，發(fā)光結(jié)構(gòu)位于基板一側(cè)，而熒光體層被放置于基板另一側(cè)。在不使用反射電極的實施例中(圖4、5的應(yīng)用中)，熒光體層被放置于發(fā)光結(jié)構(gòu)的表面上。
授予Mueller等人的美國專利No.6,686,691提出了一種用于產(chǎn)生白光的三色燈。該燈使用藍光LED和紅光熒光體和綠光熒光體的混和物以產(chǎn)生白光。如圖3所示，燈20包括被放置于反射杯28內(nèi)的LED 22。LED 22發(fā)射由線26指示的光帶內(nèi)的光，而熒光體混合物24被布置于該光帶中?？梢钥吹剑瑥腖ED 22發(fā)射出的一些沒有被吸收的光從反射杯28的壁上反射回熒光體混合物24。如果光被反射到?jīng)]有被原始光帶覆蓋的空間，反射杯28可以改變光帶26。反射杯的壁可以是拋物面形狀。
授予Soules等人的美國專利No.6,252,254和No.6,580,097，提出了一種被熒光體覆蓋的LED或激光二極管。專利No.6,580,097是專利No.6,252,254的一部分。更特殊地，該專利公開了一種被包含熒光體的涂層覆蓋的藍光發(fā)光LED。包含熒光體的涂層包括綠光發(fā)光熒光體和紅光發(fā)光熒光體。綠光和紅光發(fā)光熒光體被藍光發(fā)光二極管激勵。
授予Marshall等人的美國專利No.6,513,949，授予Marshall等人的美國專利No.6,692,136，以及Marshall等人提交的美國專利申請No.2002/0067773提出了一種LED/熒光體/LED混和發(fā)光系統(tǒng)。專利No.6,692,136是專利No.6,513,949的繼續(xù)申請。專利申請No.2002/0067773以專利No.6,692,136被授權(quán)。如圖1A所示，LED 10包括安裝在被填滿透明環(huán)氧樹脂13的反射金屬盤或反射器12內(nèi)的LED晶片。圖1B示意性描述了與圖1A中的LED結(jié)構(gòu)基本相同的典型的熒光體-LED 14，除了填滿反射器16的環(huán)氧樹脂18包括一種或多種類型的發(fā)光熒光體材料均勻混和成的顆粒19之外。熒光體顆粒19將從LED晶片15發(fā)射出的一部分光轉(zhuǎn)換為不同光譜波長的光。系統(tǒng)允許通過改變LED的顏色和數(shù)目，和/或熒光體-LED的熒光體來設(shè)置和優(yōu)化不同的自認為很重要的發(fā)光系統(tǒng)性能參數(shù)。
授予Mueller-Mach等人的美國專利No.6,603,258提出了一種通過將原藍綠色光與被熒光轉(zhuǎn)換成的略帶紅色光結(jié)合以產(chǎn)生白光的發(fā)光二極管裝置，LED被安裝于被填滿熒光轉(zhuǎn)換樹脂的反射杯內(nèi)。LED發(fā)射出的原射線撞擊到熒光轉(zhuǎn)換樹脂。撞擊到樹脂的一部分原射線被轉(zhuǎn)換為略帶紅色的光。原射線中沒有被轉(zhuǎn)換的部分穿過樹脂與略帶紅色的光結(jié)合產(chǎn)生白光。
授予Srivastava等人的美國專利No.6,616,862提出了一種與銪和錳離子共同激活的鹵磷酸鹽發(fā)光材料。該專利中圖3公開了一種安裝在具有與LED相鄰的反射表面140的杯120內(nèi)的LED。實施例包括內(nèi)部散布有熒光體顆粒200的透明容器160?？商娲兀c粘結(jié)劑混和在一起的熒光體可以被用作LED表面的涂層。從LED發(fā)射出的沒有被熒光體吸收的一部分藍光和從熒光體發(fā)射出的廣譜光結(jié)合以提供白光光源。
授予Shimazu等人的美國專利No.6,069,440、6,614,179和6,608,332提出了一種包括轉(zhuǎn)換從發(fā)光部件發(fā)射出的光的波長并發(fā)射光的熒光體的發(fā)光裝置。這些專利還公開了一種使用被布置于陣列中的多個發(fā)光裝置的顯示器裝置。這些專利都是相互關(guān)聯(lián)的，因為它們出自同一原申請。
授予Ishii等人的美國專利No.6,580,224提出了一種用于彩色液晶顯示器裝置的背后光，以及用于彩色液晶顯示器裝置背后光的場致發(fā)光元件。
Schlereth等人提交的美國專利申請No.2002/0167014，以美國專利No.6,734,467授予Schlereth等人，提出了一種具有半導(dǎo)體LED的LED白光光源，該半導(dǎo)體LED基于至少部分被透明材料制成的包膠環(huán)繞的氮化鎵(GaN)或銦氮化稼(InGaN)。透明材料包括轉(zhuǎn)換器物質(zhì)，用于LED發(fā)射光的至少部分波長轉(zhuǎn)換。LED具有多個發(fā)光區(qū)域，通過這些發(fā)射區(qū)域，相對寬帶光放射光譜產(chǎn)生能量高于轉(zhuǎn)換器物質(zhì)的放射光譜。
在Journal of Light and Visual Environment 27(2)(2003)刊登的，作者為Yamada K.、Y.Imai和K Ishii，標題為“由藍光發(fā)光二極管和YAG熒光體組成的光源裝置的光學(xué)模擬”的文獻中，公開了一種利用從熒光體上的反射光作為從由LED和熒光體組成的光源獲得高發(fā)光量的一種有效方式。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足這樣那樣的需要，并且考慮到它的目的，本發(fā)明提供了一種發(fā)光設(shè)備，其包括發(fā)射光的光源；降頻轉(zhuǎn)換材料(downconversion material)，用以接收發(fā)射光并將發(fā)射光轉(zhuǎn)換為透射光(或稱作傳輸光或向前傳輸光)和反射光(或稱作向后傳輸光)；以及光學(xué)裝置，其被設(shè)置為用于(a)收集和傳遞發(fā)射光到降頻轉(zhuǎn)換材料上，并(b)接收反射光并將反射光傳遞到光學(xué)裝置外側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，光源是半導(dǎo)體光發(fā)射器，其包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)之一。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，降頻轉(zhuǎn)換材料包括適于在某一光譜區(qū)域內(nèi)吸收光而在另一光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射光的熒光體及其它材料中的一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光學(xué)裝置包括具有光透射(光傳輸)性能的透鏡和光導(dǎo)中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光源被布置成與光學(xué)裝置的第一端相鄰。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，降頻轉(zhuǎn)換材料被布置成與光學(xué)裝置的第二端相鄰，且第二端與第一端相反。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光源可以包括多個半導(dǎo)體光發(fā)射器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，收集裝置可以被包括，用于收集被傳遞到光學(xué)裝置外側(cè)去的反射光。收集裝置可以是反射器。
本發(fā)明的另一示例性實施例包括另一發(fā)光設(shè)備，其具有包括光透射材料的圓柱形光學(xué)元件(cylindrical optic)；被布置于圓柱形光學(xué)元件內(nèi)的光發(fā)射源；以及被布置于圓柱形光學(xué)元件內(nèi)中間部分的降頻轉(zhuǎn)換材料，用于對光發(fā)射源發(fā)射來的光實現(xiàn)透射及反射兩種功能中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光發(fā)射源為半導(dǎo)體光發(fā)射器，其包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)之一。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光發(fā)射源被布置成與圓柱形光學(xué)元件的一側(cè)面端部相鄰。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光發(fā)射源可以包括第一和第二發(fā)射源，兩者被相互隔開并都被布置成與圓柱形光學(xué)元件的一側(cè)面端部相鄰。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，降頻轉(zhuǎn)換材料包括適于在某一光譜區(qū)域內(nèi)吸收光而在另一光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射光的熒光體及其它材料中的一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，降頻轉(zhuǎn)換材料被大體平行于圓柱形光學(xué)元件的縱向軸線布置。


如果連同附圖一起閱讀，本發(fā)明可以從下面詳細的介紹中得到很好的理解。必須強調(diào)，根據(jù)慣例，附圖的各種特征都不符合比例。相反，為清楚起見，各種特征的尺寸都被任意地擴大或縮小了。附圖包括圖1為說明一種類型的熒光體(YAG:Ce)的反射和透射光譜分布的相對輸出與波長關(guān)系的圖表；圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的使用固態(tài)發(fā)射器降頻轉(zhuǎn)換材料的高效光源；圖3為圖2中示出的高效光源的底部部分的截面圖；圖4舉例說明了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的使用多個固態(tài)發(fā)射器和降頻轉(zhuǎn)換材料的另一高效光源；圖5A為根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的使用固態(tài)發(fā)射器降頻轉(zhuǎn)換材料的高效光源的另一實施例；圖5B為圖5A中示出的高效光源的截面圖；圖6舉例說明了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的使用固態(tài)發(fā)射器降頻轉(zhuǎn)換材料的另一高效光源；圖7描述了環(huán)繞圖6中示出的高效光源的反射器，用以改變從光源發(fā)射出的光線方向；圖8A至圖8E舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的不同示例性實施例的被直接放置于示例發(fā)光源上面的光學(xué)元件，或光學(xué)透鏡的各種幾何形狀；圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的具有多個高效光源的裝置，高效光源使用放置于燈管上面的用以改變光源發(fā)射光方向的固態(tài)發(fā)射器降頻轉(zhuǎn)換材料；圖9B為圖9A中示出的裝置的截面圖；圖10A舉例說明了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的具有多個高效光源的另一裝置，高效光源使用放置于燈管邊緣周圍的用于改變光源發(fā)射光方向的固態(tài)發(fā)射器降頻轉(zhuǎn)換材料；圖10B為圖10A中示出的裝置的截面圖；圖11舉例說明了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的被設(shè)置為用于被反射器和高效微透鏡散射體環(huán)繞的另一高效光源；
圖12舉例說明了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的另一高效光源，其將光直接導(dǎo)向光轉(zhuǎn)換材料和反射器，而光轉(zhuǎn)換材料被設(shè)置于在高效光源和反射器之間；以及圖13為描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的通過光學(xué)元件發(fā)射朝向光轉(zhuǎn)換材料光的高效光發(fā)射器的示意性圖表。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明在此處針對特殊實施例進行闡述和介紹，但本發(fā)明并不僅限于圖中所示出的內(nèi)容。相反，可以在權(quán)利要求和不偏離本發(fā)明的范圍或其等同替換的范圍內(nèi)做各式修改。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當降頻轉(zhuǎn)換熒光體被布置于靠近LED晶片的位置時，熒光轉(zhuǎn)換LED的性能會受到負面影響。低下的性能主要是由于環(huán)繞晶片的熒光體介質(zhì)性能與各向同性的發(fā)射器相似，而且反射回來朝向晶片的一部分光在熒光體層、晶片和反射杯之間傳播。結(jié)果，反射回裝置內(nèi)的光增加了結(jié)合溫度，這樣，減弱了系統(tǒng)的光效并加速了密封材料變黃。所有這些因素減弱了整個過程中的發(fā)光量。
文獻中顯示撞擊到熒光體層的光中有60％被反射回來，有助于產(chǎn)生前面所介紹的結(jié)果(Yamada，et al.，2003)。八塊摻雜鈰的釔鋁石榴石(YAG:Ce)熒光體板的實驗室測量結(jié)果證明大約60％的輻射能沿藍光LED光源的方向被反射回來。被反射的輻射能絕對數(shù)量取決于，在其它因素當中，熒光體涂層的密度。圖1示出了對帶有YAG:CE熒光體板的藍光LED測量的反射光譜能量分布2。圖1還示出了對同一裝置測量的透射光譜能量分布4。如圖所示，大部分光被反射回來沒有被向前傳輸。
應(yīng)了解，術(shù)語“透射光(傳輸光)和反射光”被通篇使用。然而，更準確的術(shù)語是“向前傳輸光和向后傳輸光”。因為熒光體顆粒吸收短波長光并發(fā)射被降頻轉(zhuǎn)換的光，發(fā)射出的光射向各個方向(朗伯發(fā)射器)，因此，一部分光向上發(fā)射而另一部分光向下發(fā)射。向上發(fā)射(向外發(fā)射)的光是光的傳輸部分而向下發(fā)射到LED晶片上的光是反射部分。
在RCLED中，這些結(jié)果被希望具有更高的強度，因為它們發(fā)出的光更平行。結(jié)果，組件設(shè)法捕獲透射光部分和反射光部分以提高系統(tǒng)的效率。另外，發(fā)明人創(chuàng)造了允許熒光體層被移開晶片的組件，以阻止光反饋回LED和RCLED。結(jié)果，LED和RCLED的壽命被改善了。同時，從RCLED發(fā)射的光撞擊到熒光體層同樣獲得相同的白光光源。另外，組件通過允許更多的光從熒光體層反射到裝置外面以提高裝置的效率。
圖2舉例說明了本發(fā)明的具有分配光學(xué)元件、可透射光、具有圓柱形幾何形狀的外罩光學(xué)元件10的第一示例性實施例。如圖所示，外罩光學(xué)元件10包括被嵌入分配光學(xué)元件中間部分的熒光體層12。這種結(jié)構(gòu)有效地將分配光學(xué)元件分成大致相等的兩片，或兩部分。也就是說，熒光體層可以是大體平行于圓柱形光學(xué)元件10縱向軸線的窄帶。
在某一示例性實施例中，熒光體層12可以是YAG:Ce熒光體層。在示例性替代實施例中，熒光體層可以包括其它熒光體，量子點(quantum dots)，量子點晶體，量子點納米晶體或其它降頻轉(zhuǎn)換材料。應(yīng)了解，本發(fā)明的其它實施例可以包括與熒光體層12類似的熒光體層。與如圖2所示的嵌入式熒光體層不同，然而，其它實施例可以具有不被嵌入的熒光體層。而且，熒光體層不需要均勻的厚度，相反，它可以具有不同的厚度或不同的熒光體混合物以產(chǎn)生更相同的輸出顏色。
一個或多個LED或RCLED可以被放置于底部部分的圓柱形光學(xué)元件內(nèi)，圖中被標記為14。在替代實施例中，一個或多個LED/RCLED可以被放置于除圓柱形光學(xué)元件底部部分之外的位置。
短波長光16被從LED/RCLED中發(fā)射出來。短波長光位于250nm至500nm的波長范圍內(nèi)。因為熒光體層12大體位于圓柱形光學(xué)元件的中間，從LED/RCLED發(fā)射出的短波長光導(dǎo)致了短波長光從圓柱形光學(xué)元件的一側(cè)撞擊到熒光體層12。短波長光與導(dǎo)熒光體層之間的撞擊產(chǎn)生了具有四種成分的光短波長光18，從熒光體層上被反射；短波長光20，通過熒光體層被傳輸；降頻轉(zhuǎn)換光22，從熒光體層上被反射；和降頻轉(zhuǎn)換光24，通過熒光體層被傳輸。產(chǎn)生于熒光體層兩側(cè)的這四種成分結(jié)合并產(chǎn)生白光26。因為本過程發(fā)生在熒光體層的兩個側(cè)面，所以整體的光提取量增加了。
光(短波長光和降頻轉(zhuǎn)換光)—如果熒光體層沒有被嵌入圓柱形光學(xué)元件或晶片中的話將會被反射回圓柱形光學(xué)元件中—將通過圓柱形光學(xué)元件的光透射性能，被很方便地傳輸?shù)酵饨缁驁A柱形光學(xué)元件的外表面。
作為實施例，依據(jù)光學(xué)技術(shù)的高通量藍光(470nm)發(fā)光LED(鯊魚系列)發(fā)射器可以被使用。熒光體層12的密度可以在4-8mg/cm2(其它密度也被考慮在內(nèi))的范圍內(nèi)，圓柱形光學(xué)元件10的長度可以在2至4英寸范圍內(nèi)，而圓柱形光學(xué)元件的直徑可以約為0.5英寸。作為另一實施例，不同的封裝效率和均勻性可以通過改變熒光體層的密度，和圓柱形光學(xué)元件的長度和直徑來實現(xiàn)。當圓柱形光學(xué)元件長度為2.25英寸時，可以實現(xiàn)光沿圓柱形光學(xué)元件的圓周方向的更高的效率和一致性。
圖2中示出的實施例可以由從整圓丙烯酸棒上切下的半圓丙烯酸棒段成型并被拋光。熒光體可以與光學(xué)透明環(huán)氧樹脂混和，然后被均勻涂在每個棒段的平面。棒段可以被連接到一起再放入烤箱中固化環(huán)氧樹脂。
2.25英寸的光學(xué)元件(圓柱形光學(xué)元件)的整體發(fā)射損失被發(fā)現(xiàn)大約為16％。損失包括6％被反射回LED的光，7％夫瑞奈(Fresnel)損失，和3％由于硬件安裝造成的不可回收的損失。
大約一半的損失可以歸結(jié)為發(fā)生在具有不同折射率的介質(zhì)之間的分界處的夫瑞奈損失?？梢酝ㄟ^在LED/RCLED和圓柱形光學(xué)元件之間使用耦合器以減少夫瑞奈損失。另外，可以通過在LED/RCLED上使用抗反射膜以阻止光被反射回LED/RCLED來補償損失。
圖3為在底部部分被標記為14的圓柱形光學(xué)元件的截面圖。如圖所示，圓柱形光學(xué)元件10包括兩個半圓丙烯酸棒段14a和14b。熒光體層12被丙烯酸棒段14a和丙烯酸棒段14b夾在中間。每個丙烯酸棒段包括發(fā)光源17和19。每個發(fā)光源17和19可以是半導(dǎo)體光發(fā)射器，例如發(fā)光二極管(LED)，激光二極管(LD)，或諧振腔LED(RCLED)。應(yīng)了解，底部部分14可以包括兩個以上發(fā)光源。這樣，就可以有多個光發(fā)射器組成的一個陣列被放置于丙烯酸棒段14a內(nèi)，而多個光發(fā)射器組成的另一陣列被放置于丙烯酸棒段14b內(nèi)。這兩個陣列可以被相互對稱布置，類似于圖3中所示的關(guān)于熒光體層12對稱布置的光源17和19的形式。
圖4舉例說明了本發(fā)明的另一示例性實施例。如果需要的是一般的環(huán)境照明，本實施例可以被使用于空間內(nèi)部。如圖所示，裝置包括熒光體板50(例如，YAG:Ce或其它熒光體，如前面所列舉的)。裝置還包括多個半導(dǎo)體發(fā)光二極管56形成的陣列，例如LED/RCLED陣列52。陣列52被安裝在可以為鋁材料的基板54上。在示例性實施例中，基板54可以是圓形。在插圖4所示的示例結(jié)構(gòu)中，LED/RCLED被相互隔開圍繞圓形基板放置。
發(fā)光二極管陣列被放置于基板上以使二極管的發(fā)光表面朝向熒光體層板50。用這種方式，二極管56向熒光體層板50發(fā)射短波長光。當短波長光撞擊到熒光體層板時，產(chǎn)生光的四種成分短波長光和降頻轉(zhuǎn)換光60以及透射短波長光和透射降頻轉(zhuǎn)換光64。短波長光和降頻轉(zhuǎn)換光60在裝置內(nèi)部被反射產(chǎn)生白光62，如圖所示。透射短波長光和透射降頻轉(zhuǎn)換光64在裝置外側(cè)被傳輸產(chǎn)生白光66。
圖5A和圖5B舉例說明了本發(fā)明的另一示例性實施例。如圖所示，裝置500包括杯502，和被放置于杯502內(nèi)位于杯502底部的一個或多個光發(fā)射器501。還包括熒光體層503和504。熒光體層503被沉積于與光發(fā)射器501底部相對的一端和杯502側(cè)壁的大致中心處。熒光體層503被沉積于杯502側(cè)壁的內(nèi)側(cè)。如圖5A和5B所示的實施例可以被使用于空間內(nèi)部，如果僅需要一般的環(huán)境照明。
裝置500包括杯502，其可以是具有一個LED/RCLED或組成陣列的多個LED/RCLED的透明杯。杯包括一個粘接在杯502的內(nèi)部透明壁上的熒光體層503。另一熒光體層可以被僅僅粘接到杯的中心區(qū)域。因此，大部分被反射的短波長光和經(jīng)過降頻轉(zhuǎn)換的光可以直接從前表面的透明部分離開。從LED/RCLED發(fā)出光的窄束是優(yōu)選的，在本實施例中，將從LED/RCLED發(fā)出的沒有撞擊到熒光體層就離開前表面的透明部分的短波長光減到最少。杯可以被制成玻璃或丙烯酸材料。
杯502的內(nèi)側(cè)可以被填滿玻璃或丙烯酸材料，因此將熒光體層503夾在杯502和包含在杯502中的內(nèi)側(cè)部分之間。熒光體層504也可以被粘接到玻璃或丙烯酸材料的外側(cè)。在替代實施例中，熒光體層504可以被放置于玻璃或丙烯酸材料內(nèi)部，類似于圖2和圖3中示出的所介紹的被夾在兩個半圓丙烯酸棒之間的熒光體層。
圖6也舉例說明了本發(fā)明的另一示例性實施例。如圖所示，裝置600包括光發(fā)射器602，其通過可由透明介質(zhì)制成的光學(xué)元件606與熒光體層604分開。在示例性實施例中，透明介質(zhì)可以是空氣。在替代實施例中，透明介質(zhì)可以是玻璃或丙烯酸。熒光體層604可以被安裝或沉積于具有透明側(cè)壁610和612的光學(xué)元件606上。(如果光學(xué)元件606具有圓形截面，側(cè)壁610和612可以是連續(xù)的側(cè)壁)。
圖7也舉例說明了本發(fā)明的另一示例性實施例。如圖所示，裝置700包括被放置于反射器702內(nèi)的裝置600。反射器702具有拋物面幾何形狀。本發(fā)明不具有限制性，因為反射器702可以具有其它的幾何形狀，例如錐形、球形、雙曲面形、橢圓面形、棱錐形、或還可以是例如箱形。裝置700的優(yōu)點包括更好的控制光束輸出的分布和使輸出的色彩更均勻。
基板603可以被用來安裝發(fā)光源602，光學(xué)元件606的一端，和反射器702的一端，如圖6和圖7所示。
類似于本發(fā)明的其它實施例，發(fā)光源602可以是一個或多個半導(dǎo)體光發(fā)射器，例如LED、LD或RCLED。發(fā)光二極管可以被安裝在二極管的陣列中，類似與圖4中所描述的光源陣列52。另外，熒光體層604可以類似于圖4中所描述的熒光體層50。
圖8A至8E描述了光學(xué)元件的不同幾何形狀。光學(xué)元件801為圓錐形幾何形狀。光學(xué)元件802為球形幾何形狀。光學(xué)元件803為雙曲面形幾何形狀。光學(xué)元件804為棱錐形幾何形狀。光學(xué)元件805為箱形幾何形狀。其它幾何形狀可以包括拋物面形或橢圓面形。另外，每個光學(xué)元件的較寬表面的頂部都是平面，或可以具有其它幾何形狀。
類似于其它實施例，光學(xué)元件801至805可以被制成透明材料，因此功能與光學(xué)透鏡(類似圖6中的光學(xué)元件606)相似，或可以是由透明材料制成的側(cè)壁(類似于圖6中的側(cè)壁610和612)形成的中空腔。
雖然沒有被示出，反射器(類似于圖7中示出的反射器702)可以被放置以環(huán)繞每個光學(xué)元件801至805。而且，每個光學(xué)元件801至805可以包括熒光體層(類似于圖6中的熒光體層604)。這個熒光體層(未示出)可以被沉積于每個光學(xué)元件的較寬平面的頂部，與其各自的發(fā)光源相對?？商娲兀@個熒光體層(未示出)可以被夾在每個光學(xué)元件內(nèi)部，各自的光學(xué)元件較寬的平面附近并與各自的發(fā)光源相對。
下面參考圖9A和圖9B，二維陣列的透鏡被示出了，通常被標記為900。如圖9A所示，高效光源裝置的N×M陣列被放置于光管912的頂部。光源裝置的其中三個被標記為910、920和930。N×M陣列中剩余的光源裝置與光源裝置910、920或930中的任一個相同。依此類推，這些光源裝置中的任一個可以類似于圖7中的裝置700。
圖9B中所示，每個光源裝置910、920和930都包括光發(fā)射器902，透鏡904和類似于圖6中的熒光體層604的熒光體層(未示出)。還包括反射器906，用以改變從光發(fā)射器902發(fā)來的透射光和發(fā)射光的方向使其朝向矩形光管912。
光管912，如圖所示，包括與光源裝置910、920和930鄰接的內(nèi)側(cè)面914，和遠離光源裝置的另一相反側(cè)面916。在相反側(cè)面916頂部，被沉積有熒光體層918和微透鏡層920。微透鏡層可以粘接在被沉積的熒光體層上。
圖10A和10B舉例說明了高效光源的另一示例性實施例，通常被標記為1030，其中光源裝置(類似于圖7中的光源裝置700)被圍繞光管邊緣隔開布置。如圖10A所示，幾個光源裝置，例如光源裝置1020、1022、1024、1026等，被放置于光管1000邊緣周圍。
高效光源1030的截面圖在圖10B中被示出了。如圖所示，光源裝置1018被設(shè)置以直接將發(fā)射光傳導(dǎo)至光管1000內(nèi)。光源裝置1018包括光發(fā)射器1020，光學(xué)透鏡1022和與光發(fā)射器1020相對的熒光體層(未示出)。還包括反射器1024用以改變從光發(fā)射器1020發(fā)射來的透射光和反射光的方向使其射向光管1000的邊緣或射入光管1000內(nèi)部。
光管1000包括邊緣1004，頂側(cè)1006和底側(cè)1008。在頂側(cè)1006內(nèi)，被放置有熒光體層1010和微透鏡散射層1012。類似的，在底側(cè)1008，被設(shè)置有熒光體層1014和微透鏡散射層1016。每個微透鏡層都被粘接到各自的熒光體層上。
圖11舉例說明了本發(fā)明的另一示例性實施例。如圖所示，裝置1110包括光源1100，透鏡1102和熒光體層1104。熒光體層被沉積于透鏡1102頂部，以使熒光體層遠離LED，與圖6中示出的形式類似。光源/透鏡/熒光體結(jié)構(gòu)被具有高反射比的反射器1106環(huán)繞。在示例性實施例中，被測得的反射比可以在90％至97％的范圍內(nèi)。另外，高效微透鏡散射層1108被橫放在反射器1106頂部。在示例性實施例中，微透鏡散射層可以顯示出高于95％的效率。
圖12舉例說明了本發(fā)明的另一示例性實施例。如圖所示，裝置1210包括朝向熒光體層1202的光源1200和反射器1206。透明介質(zhì)1204可以填滿光源1200和熒光體層1202之間的空間。在示例性實施例中，熒光體層1202可以是拋物面形狀，或其它彎曲形狀，類似于前面列舉的幾何形狀中的一種。反射器1206可以被放置于遠離熒光體層和光源的位置。透明介質(zhì)1208可以被用來填滿熒光體層和反射器之間的空間。如圖所示，熒光體層1202被放置于光源1200和反射器1206之間。
我們已經(jīng)熟悉，用于白光發(fā)光二極管(LED)中的熒光體將一半以上的發(fā)射光反向散射，至今沒有人說明這些光可以像光子一樣被回收以增加白光源的整體功效。發(fā)明人已經(jīng)用試驗驗證了本發(fā)明的各種實施例所提供的散射光子提取(SPE)方法，有效地增加了白光源的整體功效。電流低的時候，散射光子提取組件顯示了光效超過80lm/W的白光，其色差非常接近黑體軌跡。
可以產(chǎn)生白光的不同方法中，熒光轉(zhuǎn)換發(fā)射方法是最常用的。第一熒光轉(zhuǎn)換白光LED使用摻雜鈰的釔鋁石榴石(YAG:Ce)熒光體與藍基氮化鎵(GaN)LED相結(jié)合。在典型的白光LED封裝中，熒光體被嵌入環(huán)繞LED晶片的環(huán)氧樹脂中。由氮化鎵(GaN)LED發(fā)射的一部分短波長射線被熒光體降頻轉(zhuǎn)換，而組合光被人眼當做白光覺察到。雖然這些產(chǎn)品證明了白光LED概念并被應(yīng)用于很多壁龕照明電器中，它們不適用于一般的照明電器，因為它們的整體發(fā)光量低，功效低。
為了使白光LED達到更高的光效，以下幾個階段需要改進內(nèi)量子效率，提取效率，以及熒光轉(zhuǎn)換效率。一些學(xué)者已經(jīng)在挑戰(zhàn)研究半導(dǎo)體的材料和成長特性以提高內(nèi)量子效率。其他的學(xué)者在研究成型晶片，熒光體晶體，微米量級LED，和其它的新穎方法以提供光提取效率。更有一些學(xué)者在調(diào)研新的具有更高降頻轉(zhuǎn)換效率和更好光學(xué)性能的熒光體。
雖然已有的文獻已經(jīng)表明，光的相當多一部分被熒光體后向散射由于被吸收而丟失在LED中，但是盡發(fā)明人所知，至今沒有人試圖利用本發(fā)明的實施例提供的散射光子提取方法通過提取這些被后向散射的光子來改進性能，本發(fā)明通過回收被散射的光子有效地增加了熒光轉(zhuǎn)換白光LED的整體發(fā)光量和光效。
為了更好地了解原短波長光和熒光體之間的相互作用和量化前散射光量和后散射光量，發(fā)明人用2mg/cm至8mg/cm密度范圍內(nèi)的不同密度的摻雜鈰的釔鋁石榴石(YAG:Ce)熒光體遮住幾個直徑5cm的圓形玻璃板。這些熒光體板被放置于并排結(jié)合為一體的兩個球之間，并用熒光體層遮住右邊球。熒光體材料被從放置于離玻璃板2.5mm的右邊球內(nèi)的5mm藍光LED中發(fā)射出的射線所激勵。分光計通過測量端口測量每個球的發(fā)光量。從左球和右球測得的發(fā)光量分別顯示了通過熒光體層傳輸?shù)墓饬亢蛷臒晒怏w層上反射的光量。根據(jù)LED發(fā)射的輻射能和從YAG:Ce熒光轉(zhuǎn)換的能量，對分光計上的數(shù)據(jù)進行分析，以確定藍光區(qū)域和黃光區(qū)域內(nèi)的光通量。試驗結(jié)果顯示，傳輸輻射和反射輻射的光譜能量分布是不同的，尤其藍光通量與黃光通量的比例。傳輸輻射和反射輻射的量值取決于熒光體密度，密度低，傳輸輻射所占百分比就比較高。典型地，可以控制熒光體密度，使傳輸藍光和傳輸黃光處于恰當?shù)谋壤幸援a(chǎn)生色度適合的白光，白光的色度將典型地位于或接近黑體軌跡。從收集的數(shù)據(jù)來看，可以估計當產(chǎn)生和諧的白色光時，40％的光被傳輸，而其余的60％被反射。Yamada等人發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，如K.Yamada、Y.Imai、K.Ishii在Journal of Light and Visual Environment 27(2)，(2003)所公開的一樣。在傳統(tǒng)的白光LED中，相當大部分的這種反射光被晶片周圍的部件吸收，這是導(dǎo)致其光效低的原因之一。
圖13舉例說明了一種可以回收大部分反射光的方法，圖中示意性示出了實現(xiàn)散射光子提取的LED組件。與傳統(tǒng)典型的白光LED組件不同，其熒光體被散布在晶片周圍，在本發(fā)明的SPE組件中，熒光體層被移開遠離晶片，只在晶片和熒光體之間留下透明介質(zhì)。組件的有效幾何形狀可以通過射線軌跡分析確定。組件的幾何形狀起了很重要的作用，而圖13中示出的幾何形狀有效地將光傳遞出GaN晶片到熒光體層上，并允許大部分后向散射光從熒光體層上逃離光學(xué)元件。與傳統(tǒng)典型的組件相比，這種SPE組件可以回收更多的光子。此處熒光體的密度還確定了最后白光的色度。
值得注意的是，SPE組件需要不同的熒光體密度以產(chǎn)生色度坐標類似于傳統(tǒng)的白光LED組件的白光。這些不同是因為SPE組件將透射光和后反射光與不相似的光譜相混和了，而傳統(tǒng)的組件則使用占優(yōu)勢的透射光的緣故。
為了驗證圖13中示出的SPE組件提供了更高的發(fā)光量和光效，用同一制造商提供的十二個傳統(tǒng)高磁通LED，六個3W藍光LED和六個3W白光LED進行了試驗。符合SPE組件的側(cè)面要求的商業(yè)光學(xué)元件被發(fā)明了，并且有幾個已經(jīng)被得到用于和LED一起做試驗。雖然這些光學(xué)元件不具有圖13中所示出的幾何形狀以提取大部分的后向散射光，但已經(jīng)足夠證明假設(shè)了。試驗中第二光學(xué)元件的頂部平面部分被預(yù)定量的YAG:Ce熒光體遮蓋。所需的熒光體密度，在單獨的試驗中通過系統(tǒng)地變化熒光體密度值分析所產(chǎn)生結(jié)果的色度然后選擇產(chǎn)生與在試驗中使用的商業(yè)白光LED色度接近的密度值，來確定。比較兩種組件概念的性能，白光LED被與未被遮蓋的第二光學(xué)元件符合。在整體球內(nèi)測量了商業(yè)白光LED的發(fā)光量和光譜，并且還測量了激勵LED所需的電流和電壓。對包括與熒光體遮蓋的第二光學(xué)元件符合的藍光LED的SPE組件進行同樣地重復(fù)測量，如圖13中所示。
SPE LED組件的平均光通量和對應(yīng)的平均光效被發(fā)現(xiàn)分別為90.7lm和36.3lm/W。典型的白光LED組件的平均光通量和對應(yīng)的平均光效分別為56.5lm和22.6lm/W。因此SPE LED組件平均具有61％的更多發(fā)光量和61％的更高光效。類似的LED的光通量和對應(yīng)光效的變化很小，其標準偏差小于4％。與傳統(tǒng)典型的白光LED組件相比，SPE組件一貫具有更高的流明輸出和更高的光效。
電流對發(fā)光量和光效的影響也在兩個LED組件上被測量了，一個是典型的白光LED另一個是SPE組件。這兩個LED都經(jīng)歷了同一個發(fā)光量測量程序，但它們的輸入電流被分幾步從700mA減至50mA，并收集其對應(yīng)的光度數(shù)據(jù)和電子數(shù)據(jù)。電流非常低的時候，SPE組件的光效超過80lm/W，相比之下，傳統(tǒng)組件的光效為54lm/W。
利用SPE組件，后向散射光子在被LED內(nèi)部件吸收之前被提取。很有必要地，熒光體層被放置于進一步遠離晶片的位置，而后向散射光子在組件內(nèi)經(jīng)受多重反射之前被提取。移動熒光體移遠離晶片具有另外的好處白光LED的壽命也被提高了，如早期論文所闡述的一樣(Narendran，N.，Y.Gu，J.P.Freyssinier，H.Yu，and L.Deng.2004.Solid-state lightingFailure analysis of white LEDs.Journal of Crystal Growth 268(3-4)449-456)。
本發(fā)明的用以回收一部分后向散射光的可替代方法是用反射材料遮住第二光學(xué)設(shè)備的側(cè)面，如圖5A和5B中所示。雖然相對傳統(tǒng)的白光LED組件來說，光效可以被提高，但收益不太多，因為后向散射光在熒光體層和反射器之間前后來回彈射，而這種光的大部分被吸收并作為熱消失了。這種方法的缺點是通過周圍的環(huán)氧材料增加短波長光傳播的路徑長度，環(huán)氧樹脂退化更快，從而縮短了白光LED的使用壽命。
應(yīng)了解，圖13中示出的SPE組件的幾何形狀不僅限于這些特殊的形狀。當提出其它設(shè)計關(guān)心的問題例如顏色和壽命時，可替代的形狀也可以被使用以更有效地回收后向散射光子。作為一個實施例，在圖13的結(jié)構(gòu)中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)頂表面直徑的優(yōu)選尺寸約為20mm，而高度優(yōu)選尺寸約為11mm。
總而言之，本發(fā)明回收了從熒光體層后向散射的光。另外，白光LED的整體發(fā)光量和對應(yīng)的光效與傳統(tǒng)的白光LED相比可以被有效地增加。電流低的時候，SPE方法顯示出超過80lm/W光效的白光，而其色度非常接近黑體軌跡。
雖然本發(fā)明已經(jīng)針對示例性實施例進行了介紹，但它不僅限于此。相反，權(quán)利要求將被解釋為還包括可能由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出的不偏離本發(fā)明的精神和范圍的其它變化和實施方式。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光設(shè)備，包括發(fā)射光的光源；降頻轉(zhuǎn)換材料，用于接收發(fā)射光并將發(fā)射光轉(zhuǎn)換為透射光和向后傳輸光；以及光學(xué)裝置，被構(gòu)造成接收向后傳輸光并將向后傳輸光傳遞到光學(xué)裝置之外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光源是半導(dǎo)體光發(fā)射器，包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)之。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中降頻轉(zhuǎn)換材料包括適于在某一光譜區(qū)域內(nèi)吸收光而在另一光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射光的熒光體及其它材料之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光學(xué)裝置包括光透射材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光學(xué)裝置包括具有光透射性能的透鏡和光導(dǎo)中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光學(xué)裝置還被構(gòu)造成將光源的發(fā)射光傳送至降頻轉(zhuǎn)換材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光學(xué)裝置包括適于將光源的基本上全部發(fā)射光傳送至降頻轉(zhuǎn)換材料的透鏡和光導(dǎo)中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光源被布置成與光學(xué)裝置的第一端相鄰。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光設(shè)備，其中降頻轉(zhuǎn)換材料被布置成與光學(xué)裝置的第二端相鄰，該第二端與第一端相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光學(xué)裝置在幾何結(jié)構(gòu)上被設(shè)置成用于將反射光傳輸?shù)焦鈱W(xué)裝置之外。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光源包括多個半導(dǎo)體光發(fā)射器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光設(shè)備，其中降頻轉(zhuǎn)換材料被沉積于光學(xué)裝置第二端的一部分上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光設(shè)備，其中降頻轉(zhuǎn)換材料被沉積為大體遮蓋光學(xué)裝置的第二端。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，還包括用于收集被傳送到光學(xué)裝置之外的反射光的收集裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光設(shè)備，其中收集裝置包括反射器，用于引導(dǎo)反射光遠離收集裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光設(shè)備，其中(a)光源被布置成與光學(xué)裝置第一端相鄰，(b)降頻轉(zhuǎn)換材料被布置成與光學(xué)裝置第二端相鄰，以及(c)光學(xué)裝置的第一端被布置成與反射器的第一端相鄰。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，其中光學(xué)裝置的幾何形狀包括錐形、球形、雙曲面形、拋物面形、橢圓面形、棱錐形、箱形之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光設(shè)備，還包括環(huán)繞光學(xué)裝置的至少一部分的反射器，和被沉積于反射器的至少一部分的頂部的光散射體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光設(shè)備，其中降頻轉(zhuǎn)換材料被布置于光源和反射器之間，并且降頻轉(zhuǎn)換材料具有彎曲形狀。
20.一種發(fā)光設(shè)備，包括包括光透射材料的圓柱形光學(xué)元件；被布置于圓柱形光學(xué)元件內(nèi)的光發(fā)射源；以及降頻轉(zhuǎn)換材料，其被布置于圓柱形光學(xué)元件的內(nèi)部中間部分，用于實現(xiàn)對光發(fā)射源發(fā)出的傳輸光進行透射及反射這二者中的至少一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光設(shè)備，其中光發(fā)射源是半導(dǎo)體光發(fā)射器，包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)之一。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光設(shè)備，其中光發(fā)射源被布置成與圓柱形光學(xué)元件的一個側(cè)向端部相鄰。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光設(shè)備，其中光發(fā)射源包括相互隔開并都與圓柱形光學(xué)元件的一個側(cè)向端部相鄰設(shè)置的第一發(fā)射源和第二發(fā)射源。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光設(shè)備，其中降頻轉(zhuǎn)換材料包括適于在某一光譜區(qū)域內(nèi)吸收光而在另一光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射光的熒光體及其它材料之一。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光設(shè)備，其中降頻轉(zhuǎn)換材料被大體平行于圓柱形光學(xué)元件的縱向軸線布置。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光設(shè)備，其中光發(fā)射源在降頻轉(zhuǎn)換材料的每側(cè)包括至少一個光源。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的發(fā)光設(shè)備，其中光源被安裝在至少一個基板上。
全文摘要
一種發(fā)光設(shè)備包括發(fā)射光的光源；降頻轉(zhuǎn)換材料，用于接收發(fā)射光和將發(fā)射光轉(zhuǎn)換為透射光和向后傳輸光；以及光學(xué)裝置，被構(gòu)造成接收向后傳輸光和將向后傳輸光傳送至光學(xué)裝置之外。光源是半導(dǎo)體光發(fā)射器，其可以包括發(fā)光二極管(LED)，激光二極管(LD)，或諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)。降頻轉(zhuǎn)換材料包括熒光體及用于在某一光譜區(qū)域內(nèi)吸收光而在另一光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射光的其它材料中的一種。光學(xué)裝置或透鏡包括光透射材料。
文檔編號G02B17/08GK1981157SQ200580022283
公開日2007年6月13日 申請日期2005年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月5日
發(fā)明者納德拉賈·納倫德朗, 顧益敏, 讓·保羅·弗雷西尼耶 申請人:倫斯勒工業(yè)學(xué)院