專利名稱：遠(yuǎn)程熒光體發(fā)光二極管照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于LED的熒光體(phosphor)照明器。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)在許多照明應(yīng)用中都迅速獲得公認(rèn)。與白熾燈泡相比，LED更 加有效，具有更長的使用壽命，并且可被封裝為具有各種適當(dāng)形狀和大小的包裝。
特別是，對于照明應(yīng)用來說，所謂的白光LED變得更受歡迎。在這些白光LED中， 發(fā)光元件典型地是以相對短的波長-諸如藍(lán)光、紫光或者紫外光-來發(fā)射光的LED。從所謂 的藍(lán)光LED中所發(fā)射的光照射熒光體。該熒光體吸收藍(lán)光并且以一個或者多個更長的波長 發(fā)射光，所述波長除了光譜的連續(xù)部分以外還可以包括離散的波長。從熒光體所發(fā)射的光 可以被用于照亮目標(biāo)，或者可以被用于一般的照明目的。 與人類視覺有關(guān)的許多特征-諸如CIE色卡圖(或者其它適當(dāng)?shù)膱D)上的(x，y) 坐標(biāo)和所謂的色溫(該色溫將熒光體的發(fā)射光譜與具有特定溫度的黑體的發(fā)射光譜相關(guān) 聯(lián))-典型地由熒光體自身的化學(xué)特性、熒光體與照明藍(lán)光的相互作用以及照明藍(lán)光的波 長來確定。 存在其它因素來影響基于LED的照明器的性能，這些因素一般與熒光體的性能無
關(guān)。例如，主要影響因素典型地是使熒光體發(fā)射/散射的光從裝置中輸出的效率。其次的
影響因素典型地是藍(lán)光LED與幫助確定照明器亮度的熒光體之間的光程(optical path)
的效率。換句話說，離開藍(lán)光LED并照射熒光體的光子的百分比越高，由熒光體所發(fā)射的輸
出光越多。另外，許多熒光體以朗伯特(Lambertian)方式來發(fā)射光，該光具有類似的或者
一致的角特性。對于一些應(yīng)用，朗伯特分布可能太寬，并且可能需要較窄的光錐。 —般來說，公知的光學(xué)系統(tǒng)不能提供既具有高的燈具效率(fixtureefficiency)
(即離開藍(lán)光LED并照射熒光體的光具有高的百分比)又具有比較窄的光束角(即與朗伯
特分布相比具有比較小的射出光的角分布)的基于LED的照明器。 作為特定示例，考慮三種公知的參考，并且在下面注明它們的缺陷。 作為第一示例，考慮由Christopher L. Bohler等人發(fā)明的并于2007年11月22日
公開的題為"LED-based light bulb"的美國專利申請公開No. US 2007/0267976A1 。Bohler
公開文獻(xiàn)中的圖5在此被復(fù)制為本申請的圖1。 Bohler的照明系統(tǒng)510包括諸如有機(jī)或者無機(jī)熒光體的波長轉(zhuǎn)換材料。熒光體 可以被置于任何適當(dāng)?shù)奈恢茫T如集成在LED 512中、光制導(dǎo)(light guide) 536處、涂覆 在燈罩522的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)、包含在光罩522中、或者這些方式的組合。有機(jī)透明熒光體 的示例是BASFL翻gen F染料，諸如L翻gen F黃色083、 L聽gen F橙色240、 L翻genF 紅色300以及Lumogen F紫色570。當(dāng)然，還可以考慮使用其它熒光體，諸如具有美國專利 No. 6， 366， 033中所說明的有機(jī)成分的稀土絡(luò)合物；美國專利No. 6， 207， 229中所說明的量 子點(diǎn)熒光體；美國專利No. 6， 048， 616中所說明的納米熒光體，或者其它合適的熒光體。
UV光線540由LED 512發(fā)射，并且被熒光體544轉(zhuǎn)換成白光或者可見光542。熒光體544優(yōu)選地包括兩個或者更多個熒光體以將發(fā)射的光540轉(zhuǎn)換成可見光542，盡管也包含 單種成分熒光體以用于生成飽和色光?？梢姽?42穿過外殼而射出。在該實(shí)施例中，熒光 體混合物544被布置在光制導(dǎo)536周圍或者光制導(dǎo)536中，該光制導(dǎo)536是布置在LED512 上方的平板，以致于光線540的大部分照射在該平板上。
對于Bohler的裝置510需要注意兩個問題。 首先，從LED 512發(fā)射的光的較小部分到達(dá)熒光體544。該熒光體自身具有特定大 小并且與LED 512相距特定距離。從LED 512發(fā)射的光具有特定的角分布，典型地是朗伯 特分布，使得一定百分比的LED光照射在熒光體544上，而剩余的光未到達(dá)該熒光體并且未 能生成任何白光。這導(dǎo)致LED發(fā)射被傳送給熒光體的部分被降低了效率，其中該部分可能 顯著小于100%。 其次，從熒光體544射出的光離開熒光體平板并且直接傳播出去到達(dá)觀察者。一 般來說，從平面熒光體發(fā)射的光具有比較寬的角分布，這可能對于一些應(yīng)用來說過寬。在下 面的段落中提供對來自平板的發(fā)射的更詳細(xì)解釋。 —般來說，從熒光體發(fā)射的光被發(fā)現(xiàn)在單位角度功率方面具有一般的朗伯特分 布。朗伯特分布具有朝向發(fā)射表面的法線的峰值(通常表示為O度)，其具有cose的角
度降落，其中e是關(guān)于表面法線的角度。該朗伯特分布可在數(shù)值上用在角度方面被給定為
2cos—、0. 5)或者120度的半最大值全寬(FWHM)來表示。對于許多應(yīng)用來說，該120度的 FWHM被認(rèn)為是比較寬的。在許多情況下期望更窄或者更加可控的光束。
作為第二示例，考慮由Nadarajah Narendran等人所發(fā)明的并于2008年2月 7日公開的題為"High efficiency light source usingsolid-state emitter and down-conversion material"的美國專利中請公開No. US 2008/0030993A1 。 '993公開 于2005年11月17日作為具有非正式圖的PCT申請公開No.W02005/107420被原始公開。 Narendran中的圖4在此被復(fù)制為本申請的圖2。 圖2中的實(shí)施例可以被用于要求一般環(huán)境照明的室內(nèi)空間中。如圖所示，該裝置 包括熒光體板650 (例如YAG:Ce或者其它熒光體)。該裝置還包括多個形成陣列的半導(dǎo)體 發(fā)光二極管656，諸如LED/RCLED陣列652。陣列652被安裝在襯底654上，該襯底654可 以由鋁材料制成。在示例性實(shí)施例中，襯底654可以是環(huán)形的。在圖2所示的示例性配置 中，LBD/RCLED陣列被以相互間隔的關(guān)系布置并且圍繞環(huán)形襯底安置。 在Narendran中，發(fā)光二極管的陣列被安置在襯底上，使得二極管的發(fā)光表面朝 向熒光體層板650。以這種方式，二極管656朝向熒光體層板650來發(fā)射短波長的光。當(dāng)短 波長的光照射在該熒光體層板上時(shí)，光的四種成分是被反射的短波長的光和降頻轉(zhuǎn)換的 光660以及被透射的短波長的光和被透鏡的降頻轉(zhuǎn)換的光664。如圖所示，短波長的光和 降頻轉(zhuǎn)換的光660在裝置中被反射以產(chǎn)生白光662。被透射的短波長的光和降頻轉(zhuǎn)換的光 664被透射到裝置外部以產(chǎn)生白光666。 Narendran的裝置具有與Bohler相同的兩個問題。首先，LED發(fā)射被傳送給熒光 體的部分可能顯著小于100%。其次，白光的角分布可能尤其寬，并且與Bohler的裝置相比 甚至更是這樣，因?yàn)楸煌干浜捅话l(fā)射的光都從熒光體朝向觀察者傳播。
作為第三示例，考慮于2007年11月13日頒布給Karl W. Beeson等人的題為"Side emitting illumination systems incorporatinglight emitting diodes"的美國專利
5No. US7，293，908B2。 Beeson申的圖12在此被復(fù)制為本申請的圖3。 來自LED702的光在不被任何其它光學(xué)元件反射的情況下傳播到波長轉(zhuǎn)換層(熒 光體)902。反射器706與波長轉(zhuǎn)換層902相鄰，位于與LED 702相對的一側(cè)。經(jīng)過波長轉(zhuǎn) 換的光朝向LED 702往回傳播，其中橫向分量由熒光體902的發(fā)射角分布來確定。然后，光 被反射器704反射，通過平面的透明元件802透射并且從該裝置射出。反射器704和706 是平面的并且平行，并且在縱向上間隔有距離718。 Beeson的裝置面對與上面針對前兩個參考所討論的問題相同的兩個問題。首先， 由于LED 702與熒光體902之間的自由空間傳播的性質(zhì)(即光線可能從傳播區(qū)域中"漏出" 并且不能照射到熒光體)，離開LED702并到達(dá)熒光體902的光的部分顯著小于100%。其 次，離開裝置的經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光與從熒光體902發(fā)射的光基本上具有相同的角分布；被 平面鏡704反射并不改變光的角分布。對于一些應(yīng)用來說，該角分布可能過寬。
由于這些和其它原因，需要一種如下的基于LED的照明裝置該基于LED的照明裝 置對于從LED傳播到熒光體的光具有比較高的效率，并且具有可控制的和/或比來自熒光 體自身的更窄的光輸出角分布。

發(fā)明內(nèi)容
—個實(shí)施例是一種照明器，包括發(fā)光二極管模塊，具有用于發(fā)射短波長光的LED 發(fā)射平面；熒光體模塊，在縱向上與發(fā)光二極管模塊相間隔并且包括用于吸收短波長光并 發(fā)射經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光的熒光體層；內(nèi)層反射器，環(huán)繞地包圍LED發(fā)射平面并且從LED發(fā)射 平面延伸到熒光體模塊，其中從發(fā)光二極管模塊發(fā)射的所有短波長光或者直接進(jìn)入熒光體 模塊或者在被內(nèi)層反射器反射之后進(jìn)入熒光體模塊；以及凹形的外層反射器，其環(huán)繞地包 圍熒光體層。從熒光體模塊發(fā)射的所有經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光或者直接從照明器射出或者在被 外層反射器反射之后從照明器射出。 另一實(shí)施例是一種照明器，包括發(fā)光二極管模塊，用于產(chǎn)生短波長光并且將所述 短波長光發(fā)射到短波長光傳播角的范圍內(nèi)，每個短波長光傳播角關(guān)于發(fā)光二極管模塊上的 平面法線而形成；熒光體模塊，用于吸收短波長光并且發(fā)射熒光體光，所述熒光體光具有部 分地由熒光體所確定的波長譜；其中熒光體模塊從發(fā)光二極管模塊接收短波長光的內(nèi)部部 分，所述內(nèi)部部分具有小于截?cái)嘀档亩滩ㄩL光傳播角；第一反射器，用于接收短波長光的外 部部分，所述外部部分具有大于截?cái)嘀档亩滩ㄩL光傳播角，并且用于將短波長光的外部部 分反射給熒光體模塊；凹形的第二反射器，用于接收熒光體光并反射射出光，所述射出光具 有比熒光體光窄的角分布。 進(jìn)一步的實(shí)施例是一種用于產(chǎn)生窄的、經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光束的方法，包括從至少 一個發(fā)光二極管將短波長光發(fā)射到短波長角譜中，所述短波長角譜由直接進(jìn)入熒光體模塊 的短波長內(nèi)部角部分和先被第一反射器反射然后才進(jìn)入熒光體模塊的短波長外部角部分 構(gòu)成；在熒光體模塊中的熒光體層處吸收短波長光；從熒光體層發(fā)射經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光； 從熒光體模塊將經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光射出到經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的角譜中，所述經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的角 譜由經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的內(nèi)部角部分和經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的外部角部分構(gòu)成，其中所述經(jīng)過波長轉(zhuǎn) 換的內(nèi)部角部分直接加入經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光束，而經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的外部角部分被凹形的第 二反射器反射，然后再加入經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光束。


圖1是公知照明系統(tǒng)的平面圖。 圖2是另一公知照明系統(tǒng)的平面圖。 圖3是又一公知照明系統(tǒng)的剖面示意圖。 圖4是示例性照明器的剖面示意圖。 圖5是圖4的照明器的剖面示意圖，其中示出從LED模塊到熒光體模塊的附加光 線。 圖6是入射在熒光體層上的單位面積功率的曲線圖。 圖7是熒光體層的一部分的剖面示意圖，其中透明層位于熒光體層的下方而透明 圓頂位于熒光體層的上方。 圖8是所發(fā)射的單位角度功率的朗伯特分布的曲線圖。 圖9是圖4和圖5的照明器的剖面示意圖，其中示出從熒光體模塊射出的附加光 線。 圖10是從照明器射出的功率的角分布的示意圖。 圖11是從照明器射出的單位角度功率的曲線圖。 圖12是具有在熒光體上安裝的熱沉的示例性照明器的剖面示意圖。 圖13是示例性照明器的剖面示意圖，其中省略了熒光體模塊中的透明圓頂。
具體實(shí)施例方式
在許多照明器中，來自短波長的發(fā)光二極管(LED)的光被透射給熒光體。熒光體 吸收該短波長的光并且發(fā)射經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光，其中該經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光具有期望的波長 譜，而波長譜主要取決于熒光體的化學(xué)性質(zhì)。對于一些應(yīng)用，可能需要增加LED與熒光體之 間的效率，從而盡可能多的LED光被熒光體吸收。還可能需要將由熒光體發(fā)射的光的角分 布變窄，使得光比典型的具有120度半最大值全寬(FWHM)的朗伯特分布要窄。注意在一些 實(shí)施例中，一些照明用的短波長光與熒光體所發(fā)射的光一起從裝置射出；在這些情況下，該 裝置的總發(fā)射譜可包括來自照明LED的藍(lán)光成分和來自熒光體的黃光/紅光成分。
公開了一種照明器，在該照明器中LED模塊朝向熒光體模塊發(fā)射短波長的光，該 熒光體模塊吸收該短波長的光并且發(fā)射經(jīng)過波長調(diào)節(jié)的光。該發(fā)射大體上是縱向的，具有 圍繞縱向的一般的朗伯特分布。熒光體模塊包括最接近LED模塊的透明層和直接與透明 層相鄰的熒光體層。這兩個層大體上被垂直于縱向定向。照明器包括反射器，該反射器環(huán) 繞地包圍LED模塊中的發(fā)射平面并且在發(fā)射平面與透明層之間縱向延伸。事實(shí)上，所有由 LED模塊發(fā)射的光或者直接進(jìn)入熒光體模塊，或者在被反射器反射之后進(jìn)入。透明層的橫 向側(cè)面支持全內(nèi)反射，從而事實(shí)上所有來自LED模塊并進(jìn)入透明層的光都被透射給熒光體 層。在一些應(yīng)用中，熒光體層位于凹面鏡的焦點(diǎn)處，這可以使由熒光體所發(fā)射的光變窄和/ 或準(zhǔn)直。與熒光體層相鄰并且與透明層相對地，熒光體模塊可以包括透明圓頂、熱沉，或者 什么都不包括。 以上段落僅僅是概括性的，并且不應(yīng)被理解為以任何方式進(jìn)行限制。在下面的圖 和文字中提供更多細(xì)節(jié)。
圖4是示例性照明器10A的剖面示意圖。照明器10A包括發(fā)射短波長的光的發(fā) 光二極管模塊20、吸收該短波長的光并且發(fā)射經(jīng)過波長調(diào)節(jié)或者波長轉(zhuǎn)換的光的熒光體模 塊30A、環(huán)繞地包圍LED模塊20并且將任何橫向傳播的短波長的光反射到熒光體模塊30A 中的第一鏡面或者反射器41、以及將經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光引導(dǎo)成具有期望的準(zhǔn)直度(degree ofcollimation)的光束的第二鏡面或者反射器42。下面以進(jìn)一步的細(xì)節(jié)來說明這些元件 中的每一個。 LED模塊20包括印刷電路板21、支撐平臺22、發(fā)射表面23和透鏡24。 印刷電路板21機(jī)械地支撐LED并且將電能供應(yīng)給LED。印刷電路板21可包括其
自身的電源，諸如電池，或者可以與外部電源電連接。印刷電路板21可包括一個或者多個
螺紋孔、通孔和/或定位構(gòu)件。印刷電路板21可具有任何適當(dāng)?shù)男螤?，諸如圓形、方形、矩
形、六邊形等等。 支撐平臺22是可選的，并且可包括將LED從實(shí)際的印刷電路板上抬高適當(dāng)距離所 需要的機(jī)械和電連接。 發(fā)射表面23是發(fā)光二極管平面的物理位置。假設(shè)LED模塊20中的所有LED都具 有各自的從相同的發(fā)射平面23發(fā)射的輸出，盡管不必如此。在該應(yīng)用中，發(fā)射平面23被作 為三個水平定位的矩形的最高表面繪出，該三個水平定位的矩形表示三個相鄰的LED刻面 (facet)、芯片或者模具(die)?？梢詫ED布置為陣列，諸如1 X 2、 1 X 3、2X 2、2X 3、3X 3、 單個LED或者任何其它合適數(shù)量的LED刻面。LED陣列可以矩形模式或者任何其它合適的 模式來布置。 透鏡24將LED陣列封裝起來。該透鏡可如圖4所示那樣將全部LED封裝在發(fā)射 平面中，或者可將少于全部的LED封裝在發(fā)射平面中?？商鎿Q地，透鏡24可以是一系列透 鏡，每個透鏡將其自身的LED封裝在發(fā)射平面中。 在一些應(yīng)用中，透鏡24是半球狀的，其中LED發(fā)射平面位于該透鏡24的中心。對 于半球狀的透鏡，從發(fā)射平面23的中心射出的光以大致法向的入射照射該半球的整個表 面。對于發(fā)射平面23上除中心以外的位置，光可能在從透鏡24射出時(shí)受到折射。 一般來 說，透鏡自身可能未涂有防反射層，因此在光離開透鏡24時(shí)，可能有大約4%的反射損失。 可選的防反射涂層可減少該反射損失，但是還可能增加該裝置的成本。注意，對于足夠大的 發(fā)射平面來說，發(fā)射平面邊緣處的光可能在透鏡24的曲面處受到全內(nèi)反射，并且有效地留 在該透鏡內(nèi)部；這種情況通常可以通過將LED陣列保持得距離透鏡24的中心足夠近來避 免。 還要注意，透鏡24可具有不同于半球狀的形狀。例如，透鏡24可具有子彈的形狀， 其中對該透鏡表面輪廓可以選擇錐形和/或非球面元素。 —般來說，意圖將許多類型的商業(yè)上可獲得的封裝好的LED用作LED模塊20。例 如，LED模塊20的一種可能備選方案在商業(yè)上可從OsramOpto Semiconductors獲得，并且 其以O(shè)STAR的名稱銷售。也可以獲得來自O(shè)sram Opto Semiconductors和來自其它制造商 的其它商品，并且這些其它商品也可以被同樣好地用作LED模塊20。 LED模塊20向外輻射短波長的光，其中大多數(shù)功率被縱向地引導(dǎo)離開該LED模塊， 而較少的功率被橫向引導(dǎo)到旁邊。 在許多情況下，該分布是朗伯特分布，其中取決于關(guān)于表面法線的角的余弦。例如，如果LED完全缺少透鏡24，則LED的裸發(fā)射大體上是朗伯特。朗伯特分布具有特征性的 寬度，通常給定為120度的半最大值全寬(FWHM)。如果透鏡24是半球狀的并且發(fā)射平面 23位于該半球的中心，則保持朗伯特分布。 在其它情況下，該分布可以與朗伯特分布不同。例如，如果發(fā)射平面23在縱向上 遠(yuǎn)離透鏡24的中心，則離開透鏡的短波長光的分布可能比朗伯特分布更窄或更寬。
短波長光的光譜由發(fā)射平面23處的LED的輸出確定。典型的LED的輸出通常在 諸如455nm的中心波長的附近，其在該中心波長附近具有多達(dá)幾個nm或者更多的比較窄的 分布或?qū)挾?。LED發(fā)射典型地具有比熒光體發(fā)射窄得多的光譜。 —般來說，基于熒光體的照明系統(tǒng)的物理特性要求熒光體吸收特定波長或波長 帶的光并且發(fā)射具有更長波長的光；較長波長的能量比較短波長的能量少。因此，對于基于 熒光體的照明器來說，LED可發(fā)射位于或接近可見光譜的短波端的光，在該基于熒光體的照 明器中所述熒光體可以發(fā)射可大致覆蓋整個可見光譜的光譜區(qū)域中的光或者熒光體可以 發(fā)射波長大約為400nm到700nm的光。例如，LED可在該光譜的藍(lán)光部分(即450nm附近) 進(jìn)行發(fā)射、在該光譜的紫光部分(即400nm附近)進(jìn)行發(fā)射或者在該光譜的紫外(UV)光部 分以小于400nm的波長進(jìn)行發(fā)射。 對于基于熒光體的照明器來說，期望的是該照明器具有在LED模塊與熒光體模塊 之間的高效率。更具體地，期望的是被熒光體所吸收的光的數(shù)量除以離開LED的光的數(shù)量 應(yīng)該盡可能地接近100%。 對于圖1至3所示的三種公知的系統(tǒng)，熒光體在縱向上與LED分離，并且沒有任何 東西可以捕捉到具有大的橫向分量并且從LED傳播出去的光。從LED橫向發(fā)射到旁邊的光 可能在這些系統(tǒng)中完全地錯過熒光體，并且可能在未被熒光體吸收的情況下逃逸出該光學(xué) 系統(tǒng)。因此，應(yīng)該注意，這三個公知系統(tǒng)中的每一個都具有LED發(fā)射與熒光體吸收之間的固 有的低效率。 為了在本系統(tǒng)中增加LED到熒光體的效率，反射器41聚集具有大的橫向傳播分量 的光，并且將所述光朝向熒光體模塊反射。以這種方式，具有小的橫向分量的光可直接進(jìn)入 熒光體模塊30A(如利用圖1-3的三種公知系統(tǒng)所完成的那樣)，而具有大的橫向分量的光 可從反射器或者鏡面41反射出去并然后進(jìn)入熒光體模塊30A。 熒光體模塊30A包括透明平板或?qū)?1、熒光體或熒光體層32以及可選的透明圓 頂。在下面對這些元件中的每一個進(jìn)行說明，然后對反射器41的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。
透明層31可由任何合適的材料制成，該合適的材料諸如是玻璃、塑料、丙烯酸、聚 碳酸酯、硅或者任何其它合適的光學(xué)材料。 一般來說，期望該透明層31材料具有低的吸收 率，并且具有介于大約14.與1.9之間的折射率，雖然也可以使用該范圍以外的值。透明層 31可以比較厚，具有多達(dá)幾個mm或者更多的厚度。 在一些情況下，透明層31具有可以支持全內(nèi)反射的橫向邊緣或多個橫向邊緣。一 般來說，期望來自LED的短波長光在橫向邊緣處受到全內(nèi)反射，因?yàn)檫@樣的反射對于光滑 的橫向表面來說大體上是沒有損失的。如果使橫向平面變得粗糙而引起散射，則可能由于 散射而損失一些反射的LED光。 與透明層31相比，熒光體層32可以比較薄，具有0.5mm或者更少的典型厚度。如 上所述，熒光體吸收由LED模塊20以比較短的波長所發(fā)射的光并且發(fā)射比較長波長的光。熒光體發(fā)射的特定光譜特性主要取決于熒光體32的化學(xué)特性。雖然這樣的光譜特性對于 熒光體的可感覺的顏色(perceived color)來說可能非常重要，但是這些特性在這里比較 不重要。 一般來說，足以說熒光體層32吸收典型地位于藍(lán)光、紫光和/或UV光譜區(qū)域中的 比較短波長的光，并且發(fā)射典型地跨越可見光譜的全部或者部分的比較長波長的光，其中 該可見光譜包括紫色或者紅色光譜區(qū)域。公知許多種熒光體，并且隨著熒光體領(lǐng)域中的研 究的繼續(xù)，任何或者所有現(xiàn)存的以及未來的熒光體都可與本文的裝置一起使用。
在一些情況下，可如下制作熒光體層32。熒光體自身可以是陶瓷粉，其被混合到液 態(tài)硅中、被涂覆在透明層31的表面并且被固化。熒光體層32與比較粗糙的透明層31以這 種方式形成整體，這可以簡化對熒光體的處理并且可以改善熒光體在使用期間的耐久性。
示例性的熒光體模塊30A包括可選的透明圓頂33，該透明圓頂33與熒光體層32 相鄰地位于與透明層31相對的一側(cè)。透明圓頂33可以與LED模塊20的透鏡24在功能、 構(gòu)造以及材料方面類似；在下面結(jié)合圖9來討論該透明圓頂33對于從熒光體發(fā)射的光的作 用。 現(xiàn)在討論照明器元件的幾何結(jié)構(gòu)。 圖5是圖4的照明器10A的剖面示意圖，其中示出從LED模塊20到熒光體模塊 30A的附加光線。具有比較小的橫向傳播分量的光線51直接進(jìn)入熒光體模塊30A，而具有 較大橫向傳播分量的光線52在進(jìn)入熒光體模塊30A之前首先被反射器41反射。注意，與 圖1-3的三種公知系統(tǒng)不同，沒有短波長的光線橫向地通過LED與熒光體之間的空間而從 照明器射出。 在一些情況下，反射器41可以環(huán)繞地包圍LED發(fā)射平面23，以減少反射器41側(cè)面 周圍的"泄漏"或者使該"泄漏"最小化。在一些情況下，反射器41可以從LED發(fā)射平面23 一直延伸到熒光體模塊30A，并且可以接觸熒光體模塊30A的表面。這也可以減少LED光的 不期望的"泄漏"或者使該"泄漏"最小化。對于具有這種幾何結(jié)構(gòu)的反射器，可以定義關(guān) 于表面法線55的特定閾值角50。傳播角(關(guān)于表面法線55)小于閾值角50的光線51直 接進(jìn)入熒光體模塊30A，而傳播角大于閾值角50的光線52被反射器41反射并且變?yōu)橹匦?定向的光線53，然后才進(jìn)入熒光體模塊30A。 反射器41本身的形狀造成兩個顯著效應(yīng)。首先，被反射器41反射的光線改變方 向。在到達(dá)熒光體時(shí)，這些光線被假設(shè)為全部被吸收，并且該吸收被假設(shè)為與傳播角無關(guān)。 假設(shè)，縱向傳播的光線與具有大橫向傳播分量的光線被同樣吸收。結(jié)果是，光線方向的改變 并不極其重要。 比傳播角改變更為重要的第二效應(yīng)是，反射器41可以改變特定光線到達(dá)熒光體 的實(shí)際位置。例如，注意圖5的示例性照明器10A，被反射器41反射的光線53并不被導(dǎo)向 熒光體的中心，而是導(dǎo)向熒光體中心與熒光體邊緣之間的中間區(qū)域。這樣，反射器41可以 通過對入射在熒光體層32上的光重新分布而幫助避免熒光體層32中的所謂"熱點(diǎn)"。
在一些情況下，反射器41可以如圖4和5所示具有凹形的剖面。在一些這樣的情 況下，反射器41可以具有拋物線形的剖面。在其它情況下，反射器41可以具有線狀的剖面， 并且可以在三維中呈現(xiàn)為一段椎體。在另一些情況下，反射器41可以具有凸形的剖面。在 另一些情況下，反射器41可以包括凹形和平面部分、凸形和平面部分、和/或凹形和凸形部 分。
圖6是入射到熒光體層32上的單位面積功率(在本領(lǐng)域中被公知為"輻照度") 的示例性曲線圖，其被截取為通過熒光體層32的中心的剖面切面(slice)?？梢钥吹剑瑔挝?面積功率沒有在中心處達(dá)到峰值，而是在中心的任一側(cè)具有比較小的峰值。在該示例中，峰 值可以與被反射器41反射的光相對應(yīng)；注意圖5中光線53在熒光體層32處的到達(dá)位置。
在許多情況下，期望在熒光體層處避免使單位面積功率(輻照度)具有尖峰峰值 分布；這樣的峰值分布可能導(dǎo)致熱問題，其中峰值位置處的熱不能充分地消散。在一些情況 下，期望使熒光體層32處的單位面積功率(輻照度)盡可能均勻。 注意，從光學(xué)的角度來看，期望使所有的光都照射在熒光體層的中心。從照明器10 射出的光束的角伸展取決于吸收并發(fā)射光的熒光體的大小。在比較大的面積上吸收并發(fā)射 光的比較大的熒光體32可在從其射出的光線方面比比較小的熒光體32或者只在比較小的 面積上吸收并發(fā)射光的熒光體具有更大的角發(fā)散(divergence)。實(shí)際上，在力圖具有圖6 中的尖峰峰值分布的光學(xué)性能與力圖具有圖6中的均勻分布的熱性能之間存在折衷方案。
前面對圖4至6的討論說明了從LED到熒光體的光程，在該光程上熒光體最終吸 收短波長的LED光?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7至9所示的從熒光體發(fā)射光并在下面的文字中對其進(jìn)行 說明。 圖7是熒光體層32的一部分的剖面示意圖，其中透明層31被示出位于熒光體層 32的下方而透明圓頂33被示出位于熒光體層32的上方。箭頭的大小表明在相應(yīng)方向上的 發(fā)射的相對強(qiáng)度。 可以看到，熒光體層32從其兩側(cè)發(fā)射光，即使利用短波長光的照明可能只來自一 側(cè)。還可以看到，熒光體層32的發(fā)射模式可以與短波長光照射在熒光體層32上的角度無 關(guān)。 一般來說，這兩個申明對于大多數(shù)或者所有熒光體都是適用的，而不論該熒光體發(fā)射的 光譜特性如何。 熒光體層32在兩個方向上發(fā)射具有朗伯特分布的經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光。朗伯特分 布隨角度地在表面法線處(在O度繪出)達(dá)到峰值，并且取決于角度余弦(關(guān)于表面法線) 地下降。在90度，該分布為零。如圖8所示，該朗伯特分布的特征寬度由120度的半最大 值全寬(FWHM)給出。 注意，120度的FWHM說明了圖3的公知照明器，其中平面鏡704將"向下"發(fā)射的 光反射到"向上"偵""向上"峰值增長2倍，但是半峰值也是如此，因此圖3中的光束輸出 的FWHM是120度。 在圖l和2中，經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光既在"上行"方向上發(fā)射也在"下行"方向上發(fā) 射，因此發(fā)射模式是雙形式(bi-modal)的，其在"上行"和"下行"上都具有120度寬的峰 值。這基本上是圖7所示的發(fā)射模式，其輸出光束既向"上"也向"下"。這種發(fā)射模式可能 適合于白熾燈泡替換，但是對于在此所述的窄光束應(yīng)用來說，這種發(fā)射模式太寬了 。
已經(jīng)說明了在"上行"和"下行"方向上作為朗伯特分布的由熒光體層32所發(fā)射的 光的發(fā)射模式，并且陳述了這種朗伯特分布對于窄光束照明器10A的使用來說可能過寬， 現(xiàn)在繼續(xù)說明使得由熒光體層32所發(fā)射的光變窄的效應(yīng)。轉(zhuǎn)向圖9，圖9是圖4和5的照 明器10A的剖面示意圖，其中示出從熒光體模塊30A射出的附加光線。
來自熒光體30A的光或者直接從照明器10A射出(到圖9的頂部)，或者首先照射 到第二反射器42然后才從照明器10A射出(也到圖9的頂部)。與也被稱為"內(nèi)層"反射器的第一反射器41一樣，第二或者"外層"反射器42也可以是剖面為凹形、凸形或者平面 的任何組合。 在一些情況下，外層反射器42可以具有拋物線形的剖面，其中熒光體層32位于該 拋物線的焦點(diǎn)。于是，外層反射器42是將離開熒光體層32的光準(zhǔn)直的拋物面鏡。
通過檢查圖9中的各種發(fā)射光線來處理對于熒光體發(fā)射的各種情況。
光線61從熒光體層32發(fā)射到透明層31，并且從透明層31的底面射出。然后，光 線61被第二反射器42反射，該第二反射器42將經(jīng)過反射的光線62引導(dǎo)出照明器IOA。這 些光線61和62被鏡面42很好地控制，因?yàn)楣饩€62的射出方向可以通過鏡面42的形狀被 控制在特定范圍內(nèi)。對于拋物面鏡42，射出方向可以均位于特定的角范圍內(nèi)，大體上以縱軸 為中心。還要注意，如果輻射狀地超出內(nèi)層鏡面41的透明層31的突出部分太大，則可能有 更多這些光線61和62。所期望的是，透明層31和熒光體層32在內(nèi)層反射器41的整個圓 周上都輻射狀地延伸超出內(nèi)層反射器41 。 光線61在透明層31的底面上可經(jīng)受大約4%的小量反射。該小量反射可通過為 透明層31涂覆防反射涂層來減小，只是該裝置的這種折衷方案成本更多。
光線63也從熒光體層32發(fā)射到透明層31中，但是從透明層31的底面射出到由 內(nèi)層反射器41所環(huán)繞的區(qū)域中。如果仔細(xì)地選擇內(nèi)層反射器41的形狀，則這些光線63的 大部分被內(nèi)層反射器41反射并且產(chǎn)生重新進(jìn)入透明層31和熒光體層32的反射光線64，并 且這些光線63在具有低功率損失的情況下被"循環(huán)"。 光線65從熒光體層32的橫向側(cè)面發(fā)射，并且被外層鏡面42反射而變?yōu)閺恼彰髌?10A射出的反射光線66。如光線61和62那樣，光線66傳播的角范圍可通過鏡面42的形 狀來控制。 光線67從熒光體層向上發(fā)射到透明圓頂33中。光線67在圓頂33的曲面處經(jīng)受 折射，并且作為光線68從照明器射出。如果鏡面42在縱向上延伸得足夠遠(yuǎn)，則該鏡面42 可以接收到光線68并且在光線68離開照明器10A之前對其進(jìn)行反射。如透明平板那樣， 圓頂22可以可選地具有防反射涂層，該防反射涂層以增加裝置成本為代價(jià)減少反射。
光線69在與圓頂33的橫向邊緣相當(dāng)近的位置從熒光體層射出，并且在圓頂內(nèi)經(jīng) 受多次內(nèi)反射。光線69最終重新進(jìn)入熒光體層32并且以低功率損失被"循環(huán)"。注意，該 全內(nèi)反射針對圓頂33發(fā)生，因?yàn)闊晒怏w層32 —直橫向地伸展在整個圓頂上。這樣的全內(nèi) 反射不針對LED模塊中的透鏡24發(fā)生，因?yàn)長ED芯片距離透鏡24的中心比較近并且沒有 一直橫向地伸展在整個透鏡24上。 對發(fā)射的各種光線61-69給定各種射出條件及其與外層反射器42的關(guān)系，則照明 器10A的發(fā)射模式可能相當(dāng)復(fù)雜也就不足為怪了?？梢酝ㄟ^將發(fā)射模式分解成以下兩個主 要部分模式來對發(fā)射模式進(jìn)行簡化來自照明器10A的總發(fā)射模式=直接離開的發(fā)射模式 +被反射器42反射的發(fā)射模式。 直接離開照明器10A的發(fā)射模式在輪廓上可能接近朗伯特。如果所有離開熒光體 層的光都源于圓頂?shù)闹行?，則將會是朗伯特。然而，光實(shí)際上在延伸的橫向區(qū)域上離開熒光 體，這使該發(fā)射模式稍微變得復(fù)雜。因此，這被稱為"粗略"朗伯特，并且告誡實(shí)際的模式由 于延伸的熒光體區(qū)域而變得復(fù)雜。 被鏡面42反射的發(fā)射模式可顯著窄于朗伯特分布。如果鏡面42是具有拋物線形剖面的拋物面，則該鏡面42可將從熒光體發(fā)射的光準(zhǔn)直。這樣的準(zhǔn)直光束可顯著窄于"粗 略"朗伯特光的近似120度的FWHM。 實(shí)際的發(fā)射模式是上述具有"粗略"朗伯特光束的窄光束的總和平均。這樣的發(fā) 射模式可具有如下FWHM :該FWHM介于準(zhǔn)直光束的"幾度"與"粗略"準(zhǔn)直光束的大約120度 之間。這在圖10和11中被示意性示出，圖10和11示出照明器10A的角輸出和關(guān)于射出 角的單位角度功率(被稱為"輻射強(qiáng)度")分布。 對于熒光體模塊30A存在其它選擇，這些其它選擇在圖12和13中示出并在下面 說明。 可能存在如下情況熒光體層32生成大量熱量并且可能需要外部元件來散熱。 圖12示出照明器10B，其中熒光體模塊30B包括用于使來自熒光體層32的熱消散的熱沉 (heat sink) 38。因?yàn)闊岢?8阻擋了"向上"的光程，所以熒光體模塊30B還包括反射層37， 該反射層37向下"循環(huán)"任何從熒光體層32向上發(fā)射的光。在一些情況下，當(dāng)與在其中光 被允許既"向上"射出又"向下"射出的熒光體模塊相比時(shí)，這種熒光體模塊30B的效率有 所降低。 圖13是示例性照明器10C的剖面示意圖，其中省略了熒光體模塊30C中的透明圓 頂。離開熒光體模塊30C的光可包括直接從照明器IOC射出的光線以及在離開照明器10C 之前首先被外層反射器42反射的光線72。該照明器10C的輸出角分布與照明器IOA類似。
至此，討論已經(jīng)涉及了照明器10A、10B和10C的結(jié)構(gòu)。下面的段落針對照明器10A 的各種仿真結(jié)果。該仿真是使用LightTools來執(zhí)行的，該LightTools是商業(yè)上可從加利 福利亞州的帕薩迪納市的OpticalResearch Associates獲得的光線跟蹤計(jì)算機(jī)程序。可 替換地，可以使用其它的光線跟蹤程序，諸如TracePro、Zemax、Oslo、Code V，以及Matlab、 Excel或者任何其它合適的計(jì)算工具中的自制的光線跟蹤例程。 針對示意性地在圖4中所示的系統(tǒng)來運(yùn)行光線跟蹤仿真，其目的在于計(jì)算在熒光 體的整個切面上的輻照度(單位面積功率)。 如下設(shè)置尺寸和系統(tǒng)參數(shù)。光源是3mmX 3mm的LED芯片陣列，該LED芯片陣列具 有波長450nm、總輸出功率1瓦特、正方形的芯片區(qū)域和朗伯特角分布(即關(guān)于表面法線在 單位角度功率方面成余弦下降)。芯片區(qū)域被封裝在由硅制成的半球中，在450nm時(shí)折射率 是1.5。該半球的直徑為6.4mm，正方形芯片區(qū)域的中心位于該半球的中心。芯片陣列在縱 向上與透明平板距離3. 2mm。功率反射率為90%的反射器從芯片陣列-此處反射器的直徑 為6.4mm-延伸到透明平板-此處反射器的直徑為11. lmm。反射器的形狀是拋物線形的，其 焦點(diǎn)位于芯片陣列處。矩形的透明平板由BK7玻璃制成，在450nm時(shí)折射率為1.5。透明平 板在縱向上的厚度為10mm并且頂面尺寸為20mmX20mm。該平板的橫向邊緣經(jīng)過拋光并支 持全內(nèi)反射。該平板面對LED陣列的表面具有在450nm時(shí)四分之一波長的MgF2的防反射 涂層，該涂層在450nm時(shí)的折射率為1. 39并且實(shí)際的縱向厚度為112nm。
光線跟蹤仿真的結(jié)果顯示，96. 7%的LED光線到達(dá)熒光體，而3. 3%丟失主要是由 于鏡面的反射(R = 90% )。峰值強(qiáng)度是5. 4瓦特/cn^，其中峰值遠(yuǎn)離熒光體的中心。在熒 光體的整個徑向切面上的強(qiáng)度近似于圖6所示的曲線。 如果令人滿意地執(zhí)行了 LED到熒光體的光程，則執(zhí)行第二光線跟蹤仿真以便對熒 光體發(fā)射建模。
13
對于該仿真，假設(shè)來自熒光體的發(fā)射是朗伯特的，在整個熒光體表面上都具有恒 定發(fā)射的單位面積功率、頂部方向和底部方向都具有相等的發(fā)射并且沒有散射。對于該特 定仿真來說，忽略熒光體的光譜特性，并且假設(shè)光學(xué)元件的折射率不隨波長而改變。"底部" 方向使用來自之前仿真的元件，其中熒光體基本上是零厚度并且位于透明平板的頂面上。 "頂部"方向包括從熒光體向上延伸的透明的部分球體，熒光體接近該部分球體的中心但是 不必要在該中心處。該部分球體由玻璃制成，對于所有波長來說折射率都是1. 5。該計(jì)算的 有用輸出量是從該系統(tǒng)射出的光線的分?jǐn)?shù)。更準(zhǔn)確地說，該分?jǐn)?shù)被定義為從該光學(xué)系統(tǒng)射 出的光線數(shù)量除以來源于熒光體的光線數(shù)量。假設(shè)，如果光線從該系統(tǒng)射出，則該光線或者 直接穿出照明器，或者首先被外層反射器反射(未仿真)并然后穿出照明器。
為該熒光體發(fā)射建模執(zhí)行三個連續(xù)的仿真。第一，省略該部分球體，使熒光體的頂 側(cè)暴露于照明器的射出方向。對于該"無光學(xué)鏡片"的情況，發(fā)現(xiàn)有80.5%的光線逃逸出該 系統(tǒng)。第二，部分球體的直徑是28. 3mm，該球體的頂部與LED陣列之間的同軸(on-axis)距 離是29mm。對于該光學(xué)鏡片的直徑為28. 3mm的情況，發(fā)現(xiàn)有91. 9%的光線逃逸出該系統(tǒng)。 第三，部分球體的直徑是42. 5mm，該球體的頂部與LED陣列之間的同軸距離是36mm。對于 該光學(xué)鏡片的直徑為42. 5mm的情況，發(fā)現(xiàn)有93. 2%的光線逃逸出該系統(tǒng)。該大約為93% 的值被認(rèn)為是足夠的。 沒有從系統(tǒng)中射出的損失光線或者百分比光線是由于全內(nèi)反射損失(類似于圖9 中的光線69)和拋物線形(內(nèi)層)反射器處的損失而造成。實(shí)際上，該損失對于具有真正 熒光體的裝置來說可以更小。 包裝效率被給出為在不包括外層反射器的情況下為96. 7%乘以93%的值，或者 大約90%。如果在仿真中包括外層反射器，則效率降低到大約84%。另外，具有反射器的 仿真光束角大約為30度FWHM，這比朗伯特的120度FWHM窄得多。 上面的仿真是針對示例性配置和尺寸集合來執(zhí)行的，并且不應(yīng)在任何方面被理解 為限制性的。 在此陳述的本發(fā)明的說明及其應(yīng)用是說明性的并且不是要對本發(fā)明的范圍進(jìn)行 限制。在此公開的實(shí)施例的變型方案和修改是可能的，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究該專利 文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上可以理解這些實(shí)施例的實(shí)際替換方案以及這些實(shí)施例的各種元件的等同體。 可以對在此公開的實(shí)施例做出這些和其它變型方案和修改而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。
1權(quán)利要求
一種照明器(10A、10B、10C)，包括發(fā)光二極管模塊(20)，具有用于發(fā)射短波長光的LED發(fā)射平面(23)；熒光體模塊(30A、30B、30C)，在縱向上與發(fā)光二極管模塊(20)相間隔并且包括用于吸收短波長光并發(fā)射經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光的熒光體層(32)；內(nèi)層反射器(41)，環(huán)繞地包圍LED發(fā)射平面(23)并且從LED發(fā)射平面(23)延伸到熒光體模塊(30A、30B、30C)，其中從發(fā)光二極管模塊(20)發(fā)射的所有短波長光或者直接進(jìn)入熒光體模塊(30A、30B、30C)或者在被內(nèi)層反射器(41)反射之后進(jìn)入熒光體模塊(30A、30B、30C)；以及凹形的外層反射器(42)，環(huán)繞地包圍熒光體層(32)，其中從熒光體模塊(30A、30B、30C)發(fā)射的所有經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光或者直接從照明器(10A、10B、10C)射出(71)或者在被外層反射器(42)反射之后從照明器(10A、10B、10C)射出(72)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中熒光體模塊(30A、30B、30C)進(jìn)一步包括大體上是平面的透明層(31)，該透明層(31)與熒光體層(32)平行并且在縱向上與該熒光體層(32)直接相鄰，并且面向發(fā)光二極管模塊(20)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明器(10A、10B、10C)，其中所述內(nèi)層反射器(41)接觸連續(xù)地圍繞內(nèi)層反射器(41)的圓周的透明層(31)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明器(10A、10B、10C)，其中所述熒光體層(32)和透明層(31) 二者在內(nèi)層反射器(41)的整個圓周上向外延伸地超出內(nèi)層反射器(41)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明器(10A、10B、10C)，其中所述透明層(31)包括支持全內(nèi)反射的橫向邊緣(34)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10C)，其中所述內(nèi)層反射器(41)和所述外層反射器(42)是圓柱形的并且共軸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10C)，其中所述熒光體模塊(30A，10C)是矩形的并且與內(nèi)層反射器(41)和外層反射器(42)都共軸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(IOA)，其中所述熒光體模塊(30A)進(jìn)一步包括透明圓頂(33)，所述透明圓頂(33)在縱向上與熒光體層(32)直接相鄰并且背對發(fā)光二極管模塊(20)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明器(IOA)，其中所述透明圓頂(33)包括曲面部分，所述曲面部分包括半球。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明器(IOA)，其中所述透明圓頂(33)由透射率在1.4與1.9之間的透射材料制成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明器(10B)，其中所述熒光體模塊(30B)進(jìn)一步包括反射層(37)，與所述熒光體層(32)直接相鄰并且背對所述發(fā)光二極管模塊(20);禾口熱沉(38)，與所述反射層(37)直接相鄰并且背對所述發(fā)光二極管模塊(20)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(IOC)，其中所述熒光體層(32)形成所述熒光體模塊(30C)的縱向邊緣。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中所述內(nèi)層反射器(41)是凹形的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中進(jìn)入所述熒光體模塊(30A、30B、30C)的所有短波長光在所述熒光體層(32)處形成峰值遠(yuǎn)離該熒光體層(32)中心的單位面積功率分布。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中所述外層反射器(42)具有包括其縱軸(55)的拋物線形的剖面；并且其中所述外層反射器(42)具有與熒光體層(32) —致的焦點(diǎn)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中從所述熒光體層(32)所發(fā)射的經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光具有朗伯特分布，所述朗伯特分布具有120度的半最大值全寬值。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中從所述照明器(10A、10B、10C)射出的經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光具有小于120度的半最大值全寬值。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中平面的透明層(31)由折射率在1.4與1.9之間的材料制成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明器(10A、10B、10C)，其中所述熒光體層(32)由陶瓷粉形成，混合在液態(tài)硅中、被涂覆到平面的透明層(31)上并且被固化.
20. —種照明器(10A、10B、10C)，包括發(fā)光二極管模塊(20)，用于產(chǎn)生短波長光并且將所述短波長光發(fā)射到短波長光傳播角的范圍內(nèi)，每個短波長光傳播角在發(fā)光二極管(20)處關(guān)于表面法線(55)形成；熒光體模塊(30A、30B、30C)，用于吸收短波長光(51,53)并且發(fā)射熒光體光(61,65)，所述熒光體光(61,65)具有部分地由熒光體(32)所確定的波長譜；其中熒光體模塊(30A、30B、30C)從發(fā)光二極管模塊(20)接收所述短波長光的內(nèi)部部分(51)，所述內(nèi)部部分(51)具有小于截?cái)嘀?50)的短波長光傳播角；第一反射器(41)，用于接收所述短波長光的外部部分(52)，所述外部部分(52)具有大于所述截?cái)嘀?50)的短波長光傳播角，并且用于將短波長光的所述外部部分(53)反射給熒光體模塊(30A、30B、30C);凹形的第二反射器(42)，用于接收所述熒光體光(61，65)并反射射出光(62，66)，所述射出光(62,66)具有比所述熒光體光(61,65)窄的角分布。
21. —種用于產(chǎn)生窄的、經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光束的方法，包括從至少一個發(fā)光二極管將短波長光發(fā)射到短波長角譜中，所述短波長角譜由直接進(jìn)入熒光體模塊(30A、30B、30C)的短波長內(nèi)部角部分和首先被第一反射器反射(41)然后才進(jìn)入熒光體模塊(30A、30B、30C)的短波長外部角部分構(gòu)成；在所述熒光體模塊(30A、30B、30C)中的熒光體層(32)處吸收短波長光；從所述熒光體層(32)發(fā)射經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光；從所述熒光體模塊(30A、30B、30C)將經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光射出到經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的角譜中，所述經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的角譜由經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的內(nèi)部角部分和經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的外部角部分構(gòu)成，其中所述經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的內(nèi)部角部分直接加入經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光束，而經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的外部角部分被凹形的第二反射器(42)反射，然后再加入經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換的光束。
全文摘要
公開了一種遠(yuǎn)程熒光體發(fā)光二極管照明系統(tǒng)，其中LED模塊朝向熒光體模塊發(fā)射短波長光，該熒光體模塊吸收該短波長光并且發(fā)射經(jīng)過波長調(diào)節(jié)的光。發(fā)射大體上是縱向的，具有關(guān)于縱向的大體上朗伯特分布。熒光體模塊包括最接近LED模塊的透明層和直接與該透明層相鄰的熒光體層。這兩個層都大體上與縱向垂直地定向。照明系統(tǒng)包括反射器，該反射器環(huán)繞地包圍LED模塊中的發(fā)射平面并且在發(fā)射平面與透明層之間縱向地延伸。實(shí)際上，所有由LED模塊發(fā)射的光或者直接進(jìn)入熒光體模塊，或者在被反射器反射之后進(jìn)入。透明層的橫向側(cè)面支持全內(nèi)反射，因此，實(shí)際上所有來自LED模塊并進(jìn)入透明層的光都透射到熒光體層。
文檔編號F21Y101/02GK101793355SQ200910262519
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者S·C·艾倫 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司