專利名稱：固態(tài)照明設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種普通照明領域，更具體地，涉及使用例如發(fā)光二極管
(LED)或半導體激光器作為光源的照明設備。
背景技術：
由于工作溫度、顏色性能、色感一致性以及效率的限制，固態(tài)光源仍 然沒有經(jīng)常地應用到普通照明。例如，輸入功率在10W到40W范圍的固態(tài) 光源具有較高的工作溫度，因此，需要使用相對大的散熱器和冷卻結構。 此外，LED具有有限的頻譜寬度，因此，由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的只有有限數(shù)量的 有效磷光體，所以，限制了產(chǎn)生顏色的性能。另外，由于溫度和化學不相 容性，使得在LED附近的磷光體的使用限制了磷光體的選擇。由于波長轉 換材料應用過程的生產(chǎn)公差和波長轉換材料本身的變化，對色感一致性也 造成問題。最后，與傳統(tǒng)的氣體放電燈相比，傳統(tǒng)的固態(tài)光源的冷卻效率 較低，因此，需要大的冷卻結構。
相對例如在白熾燈泡中的燈絲、以氣體放電為基礎的熒光燈中的陰 極、或在高亮度放電燈中的等離子體的其它照明類型的光源，例如LED和 激光器的固態(tài)光源的光源以低溫(在60。-200。C的范圍)操作。這些傳統(tǒng) 光源的高溫造成由燈產(chǎn)生的大量熱散發(fā)到周圍環(huán)境，并傳播到更大的面 積。LED的較低工作溫度造成較少熱量散失到周圍環(huán)境中，因為需要更高 容量的冷卻結構，所以，LED的較低工作溫度使得很難將LED燈在和傳統(tǒng) 光源具有同樣輸入功率的情況下用于現(xiàn)有照明器材中。幸運地，在大多數(shù) 情況中，由于現(xiàn)有的LED已經(jīng)變的比白熾燈更有效率(產(chǎn)生的光輸出對輸 入電功率)，并且很快將變得比基于氣體放電的傳統(tǒng)燈泡更有效率，LED 系統(tǒng)的輸入功率可以比用于傳統(tǒng)光源的輸入功率低，但冷卻效率仍然是采 用固態(tài)光源的考慮因素。
克服固態(tài)光源應用的挑戰(zhàn)所需要的工程和制造投資使得與傳統(tǒng)的光
8源解決方案相比，固態(tài)照明設備的成本較高。結果，延遲了高效和環(huán)境安 全的固態(tài)照明技術的引入。因此，希望的是一種照明設備，其包括解決前 述許多缺點的方案，且其可以在現(xiàn)有基礎設施上使用和安裝。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)照明設備包括安裝在基座上并由至少一個 側壁環(huán)繞的半導體光發(fā)射器。基座包括用于半導體光發(fā)射器的電連接裝置 以及熱耦合到半導體光發(fā)射器的散熱器。反射性頂部連接到所述至少一個
側壁，使得由基座、頂部和至少一個側壁限定腔室。從腔室發(fā)射的至少70 %的光線從腔室的側壁發(fā)射。
在另一實施例中，固態(tài)照明設備包括安裝在基座上并由至少一個側壁 環(huán)繞的半導體光發(fā)射器。頂部連接到至少一個側壁，使得由頂部、基座和 至少一個側壁限定腔室?？烧{節(jié)波長轉換件連接到腔室，并構造為調節(jié)暴 露到由腔室中的半導體光發(fā)射器發(fā)射的光線下的表面面積，以改變腔室的 例如光輸出的色彩或亮度的光學特性。在一個實施例中，頂部和基座之一 包括使可調節(jié)波長轉換件可調節(jié)地延伸進腔室的孔。可調節(jié)波長轉換件可 以為具有連接到桿的波長轉換材料的桿。在一個實施例中，桿包括膨脹和 收縮以例如膨脹或收縮長度或直徑的可膨脹部分。
在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)照明設備包括安裝在基座 上并由至少一個側壁環(huán)繞的半導體光發(fā)射器?；ㄓ糜诎雽w光發(fā)射 器的電連接裝置以及熱耦合到半導體光發(fā)射器的散熱器。基座和至少一個 側壁限定具有高度與直徑比為2或更大的腔室。


圖l顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的具有半導體光發(fā)射器的固態(tài)照明設備的
視圖2A和2B顯示在各種裝配狀態(tài)的固態(tài)照明設備的側視圖； 圖3A、 3B和3C顯示在裝置的頂部元件上的波長轉換材料的視圖； 圖4顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有半導體光發(fā)射器的固態(tài)照明設 備的視9圖5顯示固態(tài)照明設備的簡化視圖6A和6B顯示固態(tài)照明設備的性能模擬結果以及高度/直徑比的函 數(shù)的效率的視圖7A和7B顯示固態(tài)照明設備的另外實施例；
圖8A和8B顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的沒有單獨的頂部元件的固態(tài) 照明設備的截面剖視圖9A和9B顯示設備的側壁的另外形狀的視圖10A和10B顯示各種組裝狀態(tài)的固態(tài)照明設備的另一實施例的側視
圖11A、 11B和11C顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的具有固態(tài)照明設備的 可調節(jié)波長轉換件以及可調節(jié)波長轉換件的操作的視圖12A和12B顯示手動調節(jié)的可調節(jié)波長轉換件的實施例的視圖； 圖13A和13B顯示通過致動器調節(jié)的可調節(jié)波長轉換件的實施例的視
圖14A、 14B、 14C、 14D和14E顯示可調節(jié)波長轉換件的可供選擇的 實施例的視圖15A、 15B、 15C和15D顯示可調節(jié)波長轉換件的可供選擇的實施例 的視圖，-
圖16A和16B顯示其中頂部元件為可調節(jié)波長轉換件的可供選擇的實 施例的視圖17A顯示使用反射性元件以形成反光燈的固態(tài)照明設備的實施例 的視圖18A和18B顯示使用反射性元件以形成具有使用可調節(jié)波長轉換件
的反光燈的固態(tài)照明設備的另外實施例的視圖19A、 19B和19C顯示固態(tài)照明設備作為背光裝置使用的視圖； 圖20A顯示固態(tài)照明設備的應用的視圖20B說明使用具有例如圖19B顯示的照明設備的可調節(jié)波長轉換件 的視圖21A和21B顯示使用有固態(tài)照明設備的蠟燭型燈泡的視圖； 圖22A、 22B、 22C、 22D和22E顯示可以使用固態(tài)照明設備并將燈泡安裝到設備的不同燈泡形狀的視圖；以及
圖23顯示使用固態(tài)照明設備的燈泡的螺紋連接的放大視圖。
具體實施例方式
圖1說明了固態(tài)照明設備100的側視圖，其中使用例如光發(fā)射二極管 (LED)的至少一個半導體光發(fā)射器102。半導體光發(fā)射器102在此稱作 光發(fā)射二極管102或可交換地LED 102。在一個實施例中，LED 102包括 透鏡104，并可以是由例如Philips Lumileds Lighting LLC生產(chǎn)的Luxeon Rebel或LuxeonK2。如果需要，也可以使用其它市面上的半導體光發(fā)射 器，例如，由Nichia(日本)、Cree(USA)、 Osram(德國)以及Toyoda Gosei (日本)生產(chǎn)的半導體光發(fā)射器。雖然由這些不同的制造商生產(chǎn)的半導體 光發(fā)射器具有不同形式、尺寸以及連接方法，但所有這些產(chǎn)品都可以安裝 進圖1所示的照明設備100中。
此外，雖然半導體光發(fā)射器102顯示有透鏡104，但也可以使用沒有 透鏡的半導體光發(fā)射器，例如由Philips Lumileds Lighting LLC生產(chǎn)的 Luxeon Flash LED、或由Osram生產(chǎn)的Ostar LED裝置。Ostar裝置為其中 多個管芯(die)成套使用的LED的例子。LED102典型地，但不是必須 地，由稱為LED管芯或LED芯片106的光發(fā)射元件以及稱為下部支架108 的芯片載體組成。如果需要，可以使用多個半導體光發(fā)射器。
如圖1所示，LED102安裝在基座110上，此實施例中，基座IIO 由印刷電路板114和散熱器112構成。在一個實施例中，可以使用例如由 CIRE Bree Industries制造的金屬芯印刷電路板(MC-PCB)。對于一些LED (例如LuxeonK2)，可以直接將LED 102安裝在散熱器112上(通過膠 粘、或釬焊、或使用熱漿糊或膠帶)，并將導線連接到常規(guī)的PCB (例如 由FR4材料制作)上的連接墊上、或直接將導線釬焊到LED導線上。散 熱器112可以由例如美國的Aavid Thermalloy或通過ThermalFlo有限公司 制造。典型地，散熱裝置為壓延鋁制品，并可以為所謂的徑向壓延(Radial Extrusion),其由中心核心和徑向設置的散熱片組成。散熱裝置112應該 具有低的熱阻，對于達到5W的LED功率優(yōu)選低于10K/W，而對于達到 10W的全LED輸入功率優(yōu)選低于5 K/W，而對于達到25W的全LED輸入功率優(yōu)選低于2K/W。散熱裝置112也可以由多個部分構成，各個部分
可以具有不同的形狀和尺寸。散熱裝置112也可以與照明器材的殼體形成 整體，或形成照明器材的殼體。除了LED外，基座110可以包括其它電 子部件(未顯示)，例如溫度傳感器(例如，NTC熱敏電阻器)，或光學 RGB傳感器(例如由Hamamatsu (日本)制造的零件S10170)。此外，基 座110可以包括LED驅動器，例如，由Maxim (USA)制造的MAX16803 或MAX16819，以及需要與這些驅動器組合的部件。此外，基座110包括 電連接裝置116，以將照明設備100電連接到電源或插座。
照明設備100包括至少一個側壁120，所述至少一個側壁120從頂部 看可以為圓形、橢圓形、三角形、矩形或多邊形，并可以由光學透明或半 透明材料、玻璃、塑料和/或A102制作。由于高的熱傳導性和高的光學透 過性能，AlO2作為用于側壁120的材料使用具有優(yōu)勢。八102可以混合進 塑料，但也可以以純A102的形式使用，例如以陶瓷形式(氧化鋁)，或以 晶體形式(蘭寶石)使用。例如，當側壁120具有圓形或橢圓形時，可以 使用單一的連續(xù)側壁。當使用三角形、矩形或其它相似的不連續(xù)形狀時， 可以使用單獨的側壁部分，為簡化起見，本公開將稱為側壁120。在一個 實施例中，側壁120的部分可以為連續(xù)的，而其它部分可以為不連續(xù)的， 例如形成具有"D"型的結構。在一個實施例中，側壁120可以由例如PC (聚碳酸酯)、PMMA (丙烯酸)、或Zeonex (由日本的Zeon公司制作) 的塑料制作，其可以與例如Mg02或A102金屬氧化物顆?；旌?，以制造 更分散的材料。塑料和金屬氧化物顆?？梢宰⑸涑尚突驍D出成型。側壁120 的厚度120t可以在例如0.1到3mm的范圍內(nèi)。側壁120的直徑120d與 LED102的尺寸、或使用的LED的數(shù)量有關，但也可以在3到13mm的 范圍內(nèi)。
照明設備100可以包括由例如具有高反射性(優(yōu)選至少80%反射)的 光學材料制作的頂部元件122，并且頂部元件可以以漫射方式反射，例如， 由Furukawa (日本)制作的稱為MC-PET的材料獲得，或可以具有例如 用由Alanod (德國)制作，品牌為Miro的材料獲得的鏡面反射性質，或 可以具有鏡面和漫射反射的組合。由Alanod制作的幾種材料具有漫射和 鏡面反射性質的組合特性，或通過在鏡面上的絲網(wǎng)印刷白點、以及通過改
12變點的密度和尺寸在鏡面反射材料上產(chǎn)生漫射效應。絲網(wǎng)印刷白點可以用 于實現(xiàn)高效率和均勻性。頂部元件122可以包括微結構，以控制效率和均
勻性。另外，頂部元件122也可以包括電子部件，例如色彩傳感器122cs (例如由日本的Hamamatsu制造，零件號S10170)或溫度傳感器122ts (NTC熱敏電阻器)。這些電子零件可以通過在由頂部元件122、側壁120
和基座110限定的腔室130的大約中間延伸的細電線(未顯示)連接到基
座110，并優(yōu)選用高反射的白涂層涂覆，或可以用如磷光體的波長轉換材
料涂覆。
照明設備100可以具有反射性元件124a和/或124b。作為頂部元件 122，反射性元件124a和/或124b可以具有高光學反射性和低吸收性，并 具有鏡面和/或漫射反射性質，并可以包括微結構以控制反射光的光分布。 為了避免反射性元件124a和124b的邊緣阻擋來自LED 102的光線，反射 性元件124a和124b可以為薄的并靠近裝配在LED 102的發(fā)射區(qū)域周圍。 通過例子，由3M (USA)制造的材料、例如Vikuiti Enhanced Specular Reflector (ESR膜)制作的反射性元件124a和124b具有高反射性并具有 大約65微米的厚度且為柔性的，其用于實現(xiàn)在LED周圍的緊密配合，而 不損壞LED或LED透鏡。薄的漫射反射材料的例子為由Toray (日本) 制造的E60L。
在一個實施例中，照明設備100作為背光裝置使用，例如，使用紅、 綠、藍LED 102，并與在頂部元件122上安裝的反饋傳感器122cs和/或 122ts組合使用。
圖2A和2B顯示固態(tài)照明設備150的另一實施例的側視圖，其與圖1 顯示的照明設備IOO相似，在此同樣的標號表示同樣的元件。圖2A顯示 照明設備150的裝配的視圖，而圖2B顯示裝配形式的照明設備150的視圖。
在此實施例中，反射性元件124用安裝板172連接到側壁170，安裝 板設計為配合到安裝LED 102的基座110上。在此實施例中的反射性元件 124可以由薄的、柔性材料制作，例如3M制造的Vikuiti Enhanced Specular Reflector(ESR膜)，該材料具有高反射性并具有65微米的厚度，或由Tomy (日本)制作的E60L，其是高漫射白反射膜，并具有188微米的厚度。通過使用用于反射性元件124的薄的柔性材料，可避免在安裝期間損壞
LED 102。此外，通過使用很薄的材料，來自LED 102 (平行于支撐結構 110發(fā)射)的光線幾乎不會受到反射性元件124的邊緣阻擋。
在此實施例中，頂部元件180具有邊緣182，其裝配進側壁結構170 中，并由壓緊配合、粘接、卡扣配合或螺紋配合固定。如果需要，頂部元 件180可以包括在頂部反射性器186上的波長轉換層184。如圖3A、 3B 和3C所示，波長轉換層184既可以為波長轉換材料埋在粘接劑中的均勻 層，也可以由頂部反射器186上的點組成。點可以通過例如絲網(wǎng)印刷產(chǎn)生。 波長轉換層184可以包括一種或多種磷光體材料，例如，琥珀色或紅色光 發(fā)射磷光體、琥珀色和紅色光發(fā)射磷光體的組合、黃色或綠色光發(fā)射磷光 體或其組合。
制造具有波長轉換層184的頂部元件180的一個方法是絲網(wǎng)印刷此材 料的大板件，并印出具有所需形狀的頂部元件。如圖3A和3B所示，波 長轉換層184可以由不同數(shù)量(和/或尺寸)的波長轉換材料的點185形 成于頂部反射器186 (或安裝到頂部反射器186上的另一材料)上。如圖 3C所示，不同的波長轉換材料可以用于形成點185a和185b?？晒┻x擇地， 波長轉換材料的混合物可以用于形成每個點，該點提供高度的色點(color point)調節(jié)性，并通過產(chǎn)生更連續(xù)和平的光譜，改進所謂的顯色指數(shù)。點 185可以通過例如絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷施加到頂部反射器186。雖然在圖 3A-3C中只顯示相對少量的點，但應該理解，在實際應用中，用這些技術 可以使用大量的點，這有助于從頂部元件180獲得均勻的反射。
側壁170包括連接到安裝板172的透明內(nèi)壁132和安裝到內(nèi)壁172的 波長轉換層171。波長轉換層171可以是波長轉換材料埋在粘接劑中的均 勻層，或可以由內(nèi)壁172上的多個點組成。如果需要，波長轉換層171可 以在內(nèi)壁172的內(nèi)側。側壁既可以為單件，其中磷光體埋在擠出材料的塑 料材料中(與有色飲料吸管的生產(chǎn)一樣)，或磷光體也可以施加到透明或 半透明圓柱形載體的內(nèi)側或外側。如果磷光體施加到'載體管'上，磷光 體優(yōu)選施加到管的內(nèi)側，以避免損壞磷光體層。管的外部優(yōu)選制作為粗糙 的(通過刻蝕、或砂紙打磨或磨削)，或具有微結構。
本實施例的重要方面是組合具有固態(tài)光發(fā)射裝置的不同顏色、以及不同波長轉換組合、波長轉換層厚度、波長轉換濃度、和/或用于側面和頂 部元件13和12的不同覆蓋系數(shù)的不同頂部、側部以及底部的能力。給定
主光發(fā)射器11的特征以及應用要求，選擇具有公知特征的適合側壁13以 及頂部元件12，使得照明設備根據(jù)顧客要求盡可能產(chǎn)生符合要求的色點
(color point)、顯色系數(shù)、以及空間光輸出。對不同固態(tài)照明發(fā)射器可以 使用不同底部，其允許根據(jù)主光發(fā)射器ll的可用性轉換供應者，而不必 改變產(chǎn)品的規(guī)格，或使用由特定供應商制造的成批的主光發(fā)射裝置，給定 裝置的目標規(guī)格，通過仔細選擇和組合不同的發(fā)射器、側壁和頂部元件， 改變波長、光輸出、和/或正向電壓。這些通過例如使用裝置的計算機模 型，訪問可用部件的數(shù)據(jù)庫來完成。
圖4顯示照明設備200的另一實施例的側視圖，同照明設備150 —樣， 同樣的標號表示同樣的元件。照明設備200包括安裝在下支座206上的 LED芯片204A和204B形式的多個LED 202、連接到芯片204周圍的下 支座206的反射性元件208、放置在芯片204和反射性元件208周圍并連 接到下支座206的側壁部分210。如果需要，可以使用更多或更少的LED。 頂部元件180可以與圖2A所示一樣構成。照明設備200包括在由下支座 206和側壁部分210限定的腔室213內(nèi)的透明光學材料214。透明光學材 料214可以為硅樹脂材料，并可以為相對軟或相容硅樹脂材料，例如由 DowCorning生產(chǎn)，型號為JCR 6109或JCR 6110A/B的材料。可供選擇 地，環(huán)氧樹脂或任何其它透明光學材料都可以代替硅樹脂材料使用。使用 軟硅樹脂材料214的優(yōu)點是其可以保護LED芯片204，并避免可能損壞 LED芯片204或任何連接到芯片的引線結合的熱或機械應力。當將透明光 學材料214應用于由下支座206和側壁210形成的腔室213中后，頂部元 件180連接到側壁210，而硅樹脂可以通過例如熱凝固、UV凝固、或其 它適合的方法凝固。如圖4所示，頂部元件180可以包括空腔181，以允 許腔室213中的硅樹脂膨脹。此結構具有的優(yōu)點是硅樹脂214保護LED 芯片204，且由于更好的折射率匹配，所以其可以改進芯片204的提取效 率。并且，照明設備200可以具有緊湊的結構。
圖5顯示了圖1的照明設備100的簡化側視圖。圖5說明了照明設備 IOO的光學性質，但沒有顯示照明設備的所有部件。可以看出，為主光源
15的LED 102在由射線132表示的側壁120的方向以及射線134表示的頂部 元件122的方向的兩個方向發(fā)射來自LED芯片104的光線。射線132碰 到側壁120且根據(jù)側壁120的光學性質，部分朝向圖1所示的期望目標 140傳遞，而部分反射。在側壁120反射的光線可能碰撞到頂部元件122、 或側壁120的另一部分、或底部(由反射性元件124a和LED102組成)。 最后，設備100發(fā)射的至少70%的光線從側壁120發(fā)射。
在此設備中的光線路徑的另一例子由射線134表示。在此情況下，來 自LED 102的光線直接碰撞到頂部元件122。由于頂部元件122設計為具 有高反射率，所以，大多數(shù)光線將從頂部元件122反射。從頂部元件122 反射的光線或者碰撞到側壁120，或碰撞到反射性元件124a、或LED 102。
顯示在圖5中的照明設備100的結構具有用于照明場合的多種優(yōu)點， 特別適用于光發(fā)射二極管。首先，大多數(shù)光線通過側壁離開設備，在圖 17A、 18和22E的反光燈的情況下，在那里光線可以容易地被反射器捕捉， 或如圖19和20所示，進一步在例如背光結構中傳播。第二，來自一個或 多個主光發(fā)射器的光線在由頂部元件122、側壁120和底部(由反射性元 件124a和LED102組成)形成的腔室130內(nèi)混合。在腔室130內(nèi)混合光 線是有利的，因為，由于制造誤差，LED可以改變顏色和亮度。此外，來 自不同LED的不同顏色可以成組使用，且各個LED的驅動電流可以改變， 以改變設備的輸出顏色。第三，照明設備100的亮度圖案(在角度上的亮 度變化)與白熾鹵素燈泡中的線性燈絲的輻射圖案相似，從而現(xiàn)有的光學 設計和制造技術可以用于開發(fā)基于照明設備100的裝置。第四，在實施例 中，側壁120和/或頂部元件122包括波長變換材料，照明設備100的結 構允許使用具有不同磷光體的不同頂部和側壁122和120，或不同的磷光 體變換系數(shù)，使得不同的色點可以通過代替?zhèn)让婧?或頂部元件實現(xiàn)。第 五，由于此空腔優(yōu)選由具有(很)低吸收性的材料制成，所以，效率可以 很高，特別是如果此結構與波長轉換層沉積在LED芯片的頂部的情況相 比更是如此，在該情況中一小部分光線直接返回進入芯片而部分吸收。第 六，在實施例中，其中側壁120和/或頂部元件122包括波長轉換材料， 當LED120產(chǎn)生藍或UV泵(pump)光線時，當LED 102的波長和光輸 出已經(jīng)測量或確定后，照明設備100的光輸出的色點或白點由例如在裝配過程的最后階段加入的側壁120和頂部元件122的部件確定。因此，波長
轉換材料和側面和頂部元件122和120的材料濃度和/或厚度可以根據(jù) LED 102的測量或己知的波長和光輸出被選擇，以實現(xiàn)需要的光輸出。
在照明設備100的輸出上、即沿側壁120的亮度分布與主光發(fā)射器， 即LED 102的亮度圖案以及頂部元件122、側壁120與反射性元件124a 的光學和幾何性質有關，也與使用的LED芯片的數(shù)量、以及在空腔室內(nèi) 芯片的位置有關。側壁120的高度H和側壁120的直徑D是光學設計中 影響亮度分布的參數(shù)。在一個實施例中，H/D比可以為0.5到2.0。
圖6顯示了作為不同H/D比的側壁的高度上的位置的函數(shù)的裝置的發(fā) 射率的變化。在圖6A所示的模擬中，側壁120給出了48。X的透射率以及 48%的反射率，并給出了與丙烯酸擴散體的性質相同的朗伯(lambertian) 漫射散射性質。在模擬中使用圓筒形狀、直徑為12mm的側壁。給出頂部 元件為98%的反射系數(shù)，其通過使用由Furkawa (日本)制造的MC-PET 材料實現(xiàn)，并模擬漫反射材料。
頂部元件也具有12mm的直徑。對于光源的發(fā)射區(qū)域以外的區(qū)域，反 射性底部部件給出了 98%的反光效率，且光源的發(fā)射區(qū)域假設具有0%的 反射系數(shù)。在實際中，光源具有一些反射，但很低，且隨著選擇的不同發(fā) 射器改變。在此情況下，對應于Luxeon Rebel LED的近似透鏡直徑，發(fā) 射區(qū)域假設為3mm直徑的圓片。
作為在圓筒側壁的長度上的位置的函數(shù)的發(fā)射率的結果作為圓筒空 腔的高度直徑比的函數(shù)在圖6A中給出。圖中顯示了5個曲線，具有0.5、 0.83、 1.17、 1.50禾Q 2.0的H/D比，對于12mm圓筒空腔的實際長度對應 6mm、 10mm、 14mm、 18mm和24mm的高度。在低的H/D比下，可獲得 具有相對高均勻度的發(fā)射率，而對于較高的H/D比，均勻度降低。
圖6B顯示了在與采用圖6A所示的裝置的同樣光學參數(shù)下作為H/D 比的函數(shù)的效率。效率是從側壁朝向目標發(fā)射的光線除以由芯片產(chǎn)生的光 線獲得的結果。通常，光線用流明(光通量單位)測量。如果使用波長轉 換器，則需要使用輻射度功率以定義效率，但在這種情況下，由于所謂的 斯托克司頻移，效率將低于圖中顯示的效率，斯托克司頻移基本上是在波 長轉換光子以及(較高能量)藍或UV光子之間的能量差異。在磷光體轉
17換的情況下，曲線圖中顯示的效率將減少另外的15到25%。對于低的H/D
比，由于一定量的光線散射回底部，由于光源的吸收性這被假設具有低的
反射效率，因此效率相對低。對于大H/D比，效率達到幾乎90%的值， 而在1.25的H/D因數(shù)的情況下，效率值為85%。在實際中，輸出區(qū)域上 的可接受均勻度以及(總)效率可以通過H/D比的明智選擇實現(xiàn)。適合的 H/D比在0.5到2的范圍內(nèi)，特別是在0.8到1.6的范圍內(nèi)更好。
圖7A和圖7B分別顯示了固態(tài)照明設備250A和250B (在此有時統(tǒng) 稱為照明設備250)的兩個實施例。照明設備250與圖1和圖5中所示的 照明設備100相似，同樣的標號表示同樣的元件。此外，在圖7A和圖7B 中只顯示了一部分照明設備250。照明設備250包括可以用于進一步改進 效率和色彩均勻度的特征。在圖7A中，頂部元件252A制作為向內(nèi)朝向 LED 102彎曲的凹進形狀。凹進的頂部元件252A具有在頂部元件處反射 的光線被導向側壁120的效果，且較少的光線返回到主光源，因此，只有 很少的光線被光源吸收。頂部元件252A的形狀可以根據(jù)需要改變，以實 現(xiàn)高效率和/或光輸出的高均勻度，且可以包括非球面或圓錐形狀。如果 需要，頂部元件252A可以具有與凹進形狀相反的凸起形狀。對于特殊幾 何形狀的最佳形狀可以很容易地利用例如由Breault研究組織生產(chǎn)的 ASAP的市場上出售的光線跟蹤程序、或由光學研究協(xié)會生產(chǎn)的LightTools確定。
圖7B顯示了具有凸起頂部元件352B的照明設備250B和具有橢圓或 拋物線形狀的反射性元件254。如果需要，凹入頂部元件252A可以用于 照明設備250B。彎曲的反射性元件254具有來自主光發(fā)射器102的大多 數(shù)光線指向頂部元件252B而較少的光線指向側壁120的作用。當頂部元 件252B包括與側壁120不同的色彩波長轉換器時，引導大多數(shù)光線到頂 部元件252B可能對于控制設備250B的輸出光線的顏色有用。在一個實 施例中，頂部元件252B具有紅光發(fā)射磷光體層，而側壁具有綠光發(fā)射磷 光體層。通過使用橢圓形反射性元件代替平反射性元件124a，來自主光發(fā) 射器102的大多數(shù)光線都被引導到頂部元件252B，且大多數(shù)光線都轉換 為紅光，這將導致具有較低相關色溫的光輸出。通過將較大角度的發(fā)射光 線引導到側壁120的頂部，反射性元件254的形狀還可以用于改進側壁發(fā)射率的均勻度。
圖8A和圖8B顯示了各個照明設備300A和300B (在此有時統(tǒng)稱為 照明設備300)的截面剖視圖。照明設備300與圖l和圖5顯示的照明設 備100相似。同樣的標號表示同樣的元件，但照明設備300不包括單獨的 頂部元件。當使用大H/D比時，例如如圖8A所示，照明設備300特別有 用。來自主光發(fā)射器102的大多數(shù)光線直接入射到側壁120 (由射線132 表示)上，而只有一小部分光線泄漏到設備的頂部(由射線134表示)。 在一個實施例中，照明設備300具有2.0或更大的H/D比，優(yōu)選為3.0或 更大。圖8B顯示了側壁302集合在一起形成頂部元件304的照明設備 300B的結構。照明設備300B的優(yōu)點是相對便宜的擠出成型方法可以用于 制作側壁302。側壁302可以用夾緊、膠粘、熱成形或其它適合的技術封 閉以形成頂部304。
圖9A和圖9B顯示了各個照明設備350A和350B (在此有時統(tǒng)稱為 照明設備350)的截面剖視圖。照明設備350與圖1和圖5顯示的照明設 備100相似。同樣的標號表示同樣的元件，但照明設備350包括不同形狀 的側壁。如圖9A所示，頂部元件352和側壁354兩者都彎曲，這導致更 多光線向上發(fā)射，即通過側壁354遠離基座110。這在例如以下應用中很 有用，在所述應用中，照明設備350A在光線應用中位于相對低的位置， 而該光線應用期望在較高位置接收光線。在圖9B中，可以獲得同樣的效 果，但使用直線側壁356。
圖9A和9B中的兩個側壁形狀354和356都優(yōu)選通過注模制作，其 中波長轉換器通過噴漆被沉積，或磷光體分散在塑料中。在噴漆的情況下， 漆可以用作粘合劑，且5到50微米范圍的整個層的厚度施加到側壁部分。 適用于注模側壁的塑料材料的例子包括PMMA或Zeonex。
圖IOA和圖10B顯示了在非裝配狀態(tài)和裝配狀態(tài)的照明設備的另一 實施例的截面剖視圖。照明設備400與圖1所示的照明設備100相似，同 樣的標號表示同樣的元件。照明設備400包括連接外部側壁402的底部 110。頂部元件406連接到內(nèi)部的第二側壁404。反射性元件408連接到內(nèi) 部側壁404。如圖所示，照明設備400通過將內(nèi)部側壁404插入到外部側 壁402中被裝配。此結構的優(yōu)點是實現(xiàn)高度的色彩均勻性，且不同的色彩或白點可以通過利用具有不同波長轉換器或波長轉換效率的頂部元件實 現(xiàn)。作為此實施例的代替，反射性元件408可以連接到底部110，而外部
側壁402連接到頂部元件406,而內(nèi)部側壁404連接到底部110。如果需 要，例如，在設備用在反光燈中，并且希望的照明模式是光束的外側具有 與光束中心不同的顏色或亮度的情況下，內(nèi)部側壁404可以不覆蓋整個外 部側壁402 (反之亦然)。
圖IIA、 IIB和11C顯示了根據(jù)另一實施例的可調節(jié)波長轉換件452 并可調節(jié)波長轉換件與照明設備450—起使用的視圖。照明設備與圖1所 示的照明設備100相似，同樣的標號表示同樣的元件。顯示在圖IIA中的 可調節(jié)波長轉換件452是例如金屬或塑料桿或線的部件454，其用波長轉 換材料或染料的層456涂覆?？烧{節(jié)波長轉換件452不必是實心的，也可 以是中空管，并且，代替涂以波長轉換材料或染料，其可以至少部分地包 含波長轉換材料或染料涂層。在此實施例的一個實際應用中，光源102為 冷白色(即，具有高于5000K的相關色溫的白色)高功率LED，例如， Luxeon K2 (由Philips Lumileds Lighting制造)，而調節(jié)件由涂有紅或琥珀 色光發(fā)射磷光體的金屬絲制作。在此情況下，側壁120由半透明材料構成。 如圖IIB和IIC所示，可調節(jié)波長轉換件452通過頂部元件460中的孔 458被引入設備450，并可以沿著調節(jié)范圍A保持在不同的位置。如果需 要，LED可以以要求的驅動電流操作，而設備的光輸出用色點計(color point meter)監(jiān)測。通過將可調節(jié)波長轉換件452進一步插入到設備450 中，可以減小相關色溫?？烧{節(jié)波長轉換件452可以進一步插入到設備 450，直到達到所需的色點為止，然后，通過例如膠粘、或釬焊或激光焊 接或其它機械方法固定到頂部元件，以固定兩個部件。然后，可以通過切 割去除在設備450外部的可調節(jié)波長轉換件的部分。
在另一例子中，側壁120可以包括YAG磷光體，藍色LED102可以 與包括紅或琥珀色光發(fā)射磷光層456的可調節(jié)波長轉換件452 —起使用。 此實施例的優(yōu)點是當YAG磷光體兼有波長轉換器和漫射體的功能時，可 以獲得更高的效率。由YAG磷光體產(chǎn)生的光線遠離藍色發(fā)射器，藍色發(fā) 射器部分吸收由磷光體產(chǎn)生的光線，因此，與磷光體接近光發(fā)射器周圍的 情況一樣，很少的光線由LED102吸收。圖12A和圖12B顯示了可調節(jié)波長轉換件502從頂部插入到照明設 備500中的照明設備500的另一實施例?？烧{節(jié)波長轉換件502由涂有例 如紅色或琥珀色的光發(fā)射磷光體的螺桿形成。例如，可以通過將磷光體混 合進UV固化漆中，并將常規(guī)(金屬)螺紋在漆中浸涂，以及在水平位置 旋轉螺紋的同時用UV燈凝固漆來產(chǎn)生涂層。具有螺紋結構的可調節(jié)波長 轉換件的優(yōu)點是光線可以更好地在設備的側壁上傳播。在圖12A中，可調 節(jié)波長轉換件502顯示為完全插進照明設備500，因此，在螺桿上的光線 變換材料具有最大的作用。另一方面，在圖12B中，顯示了在其最高位置 處的可調節(jié)波長轉換件502，因此，與調節(jié)件502相應的光線變換材料對 設備500的光輸出具有最小的作用。螺桿型調節(jié)件的一個優(yōu)點是色點由設 備使用者改變，并可以實現(xiàn)精確的控制。照明設備500顯示了使用多個安 裝在照明設備500的底部110上的主光發(fā)射器504a和504b。頂部元件508 為反射拱，并包括用于插入可調節(jié)波長轉換件502的螺紋孔510。用于頂 部元件508的反射拱的使用提供了光線在設備500的側壁上的更好的分 布，且將更多光線引導到調節(jié)件502，特別是當使用多個光源時更是如此。 如果需要，也可以使用平頂反光器、或凹進或凸起頂部元件。圖12A和 12B中的可調節(jié)波長轉換件502顯示具有相對大的頭部503，使得螺桿的 深度可以用手調節(jié)。在另一實施例中，可調節(jié)波長轉換件502可能需要螺 紋驅動器調節(jié)螺紋的深度，當可調節(jié)波長轉換件502較熱時，優(yōu)選使用螺 紋驅動器。
圖13A和圖13B顯示了使用可調節(jié)波長轉換件522的照明設備520 的另一實施例的側視圖和頂視圖，可調節(jié)波長轉換件522用電動機526移 進或移出裝置520的腔室524?？烧{節(jié)波長轉換件522可以具有螺紋結構， 并可以涂有例如紅色或琥珀色光發(fā)射磷光體。可調節(jié)波長轉換件522通過 底部528進入腔室524，在此例中，所述底部528具有三個主光發(fā)射器 530A、 53OB和530C，所述主光發(fā)射器可以為例如LuxeonRebel型?？烧{ 節(jié)波長轉換件522用齒輪系統(tǒng)527連接到電動機526。當然，也可以使用
不同形式的電動機，例如步進電機等。
圖13B顯示了具有三個LED 530A、 530B和530C的底部分528的頂 視圖。三個LED的每個相對其鄰近的一個旋轉120度。在此結構中優(yōu)選
21使用Luxeon Rebel LED?？烧{節(jié)波長轉換件522通過三個LED之間的中 心被引入。
圖14A到圖14E顯示了可以用于照明設備550的可調節(jié)波長轉換件 522的另外實施例的視圖。照明設備550與圖IIB和圖IIC顯示的照明設 備450相似，但包括安裝在底部554上的多個主光發(fā)射器552A和552B。 圖14A、 14B和14C顯示了由柔性管562制作的可調節(jié)波長轉換件522， 柔性管562涂覆有或埋有波長轉換材料，并包括沿著管562的部分566的 長度的多個狹縫564,部分566定位為接近照明設備550的腔室551的中 間。
管562通過例如膠粘或夾緊固定到裝置的底部110，而具有切口 564 的部分566構造為當管562從被頂部推動時膨脹。在圖14A中，顯示的結 構為部分566膨脹，而在圖14B中，顯示的結構為部分566收縮。圖14C 顯示了部分566的細節(jié)，其顯示在垂直方向即沿部分566的長度具有切口 564。管562還可以包括在部分566的頂部、中部和底部處的預成型部分 568，以有利于容易地彎曲。當部分566膨脹時，與當部分566為收縮形 式相比，管562的較大的面積暴露到光源522A和522B的光線下。因此， 照明設備550的光輸出可以通過改變部分566的膨脹來改變。通過例子， 如果管560具有紅色或琥珀色光發(fā)射磷光體，且側壁部分120具有黃色或 綠色的光發(fā)射磷光體，則在部分566為收縮形式(圖14B所示)時實現(xiàn)高 的相關色溫，而當部分566為膨脹形式(圖14A所示)時實現(xiàn)低的相關色 溫，同時保持高的顯色指數(shù)。
在另一實施例中，可調節(jié)波長轉換件560可以由例如連接到設備550 的底部110以及頂部的控制桿的硅樹脂圓筒制作。通過向下推動桿，硅樹 脂可以從圓筒形轉變?yōu)楦咏鼨E圓形，具有與如上所述同樣的效果。硅樹 脂可調節(jié)波長轉換件560可以包括例如磷光體的光譜改進材料。
在另一結構中，如圖14D和14E所示，可調節(jié)波長轉換件570由涂 覆有染料或磷光體的波紋管形成。這樣的波紋部分例如用于飲料管中以彎 曲管的頂部。在此實施例中，可調節(jié)波長轉換件570的可膨脹部分將管從 圖14D所示的很短的長度膨脹到如圖14E所示的較長的長度?？刂茥U572 通過管延伸，并連接到管的底部，以控制可調節(jié)波長轉換件570的膨脹量。
22圖15A到圖15B顯示了可以用于照明設備600的可調節(jié)波長轉換件 602的另一實施例。照明設備600與圖14A到圖14E所示的照明設備550 相似，其中同樣的標號表示同樣的元件。在圖15A和15B中，可調節(jié)波 長轉換件602為涂有或埋有例如磷光體的波長轉換材料的管。管602的端 部以例如接近設備600的腔室601的高度的長度分成兩個或更多個端部 606。端部606進入頂部元件610中的分開的孔608中?？?08位于例如 以管604為中心的圓上，而該圓的直徑大于可調節(jié)波長轉換件602的直徑。 當可調節(jié)波長轉換件602進一步插入到設備600中時，如圖15B所示，端 部606將展開，因此，與可調節(jié)波長轉換件602如圖15A所示從設備600 更多抽出的情況相比，將更多地暴露到LED612的光線下。在一個實施例 中，使用具有高相關色溫(例如6500K)的白色LED。在一個實施例中， 大量例如3、 6、 9、 12或15個CCT白色LED可以與具有光學微結構616 的側壁614—起使用，以控制從設備出來的亮度圖案。微結構616可以為 例如由3M生產(chǎn)的BEF膜。主光發(fā)射器612的透鏡形狀可以最佳化以使得 在側壁614上的光線分布更均勻。
圖15C和圖15D顯示了具有端部606'的可調節(jié)波長轉換件602'的 照明設備600'的另一結構，端部606'靠近主發(fā)射器618，且其中當可 調節(jié)波長轉換件602'下降進入照明設備600，中時，端部606'覆蓋主 發(fā)射器618的透鏡620。如果需要，可調節(jié)波長轉換件602'可以具有比 透鏡620的直徑大的直徑，在這種情況下，中空的可調節(jié)波長轉換件602' 不必分開(劈開)。例如，可調節(jié)波長轉換件602'可以為具有染料或磷 光體的管，并具有單個(圓筒)端部，在最低位置覆蓋透鏡。
圖16A到圖16B顯示了具有由頂部元件660產(chǎn)生的可調節(jié)波長轉換 件的照明設備650的另一實施例，頂部元件660可以由例如橡膠或硅樹脂 的柔性材料制作。在此情況下，柔性材料包含染料或波長轉換材料，其既 可以施加到其表面，也可以埋在材料中。臂662可以例如在中間部分連接 到頂部元件660。通過拉或推臂662，可以改變頂部元件660的形狀，例 如，從圖16B中由線660a顯示的凹進頂?shù)男螤罡淖優(yōu)橛删€660b顯示的凸 起的反轉頂?shù)男螤睿蛴删€660c顯示的中間的某個位置。通過改變頂部 元件660的形狀，通過側壁發(fā)射的光學性質將改變，并可以用于根據(jù)需要
23調節(jié)光學性質。
圖17A是反光燈700的部分側面剖視圖，其可以和上述的任何照明設
備一起使用，例如圖i所示的照明設備ioo。通過例子，照明設備100的
H/D比可以為1.00，在此情況下，照明設備100的直徑和高度為12mm。 照明設備100使用2W的輸入功率以及501m/W功效的LED形式的單個主 光發(fā)射器。反光燈700使用拋物線形的反射器702，其焦距長度為10mm， 約95mm的直徑以及約56mm的深度(從拋物線的頂部測量到出口孔)。 這些尺寸只是例子，可根據(jù)需要使用其它尺寸。樣本射線顯示在圖17A中， 沒有顯示反光燈700的空腔內(nèi)的射線反射性。產(chǎn)生的亮度曲線顯示在圖 17B中。對于上述使用條件，射線跟蹤模擬表示在14。的全寬度最大半角 時的大約450cd的軸向亮度。在此例子中，如果使用包括四個LED芯片 的LED，則輸入功率可以增加系數(shù)4，并可以在8W的輸入功率時實現(xiàn) 1800cd的亮度。當然，也可以使用其它數(shù)量的LED芯片。由于照明設備 100的側壁的固定尺寸和光學性質，如果增加照明設備100中的LED芯片 的數(shù)量，則不必改變反光燈700的光學設計，其優(yōu)點是簡化制造并減少需 要的零件。如圖17A所示，燈700可以包括具有螺絲型連接器706的基座 704。
圖18A顯示了可以與照明設備760—起使用的反光燈750的另一實施 例。如圖18A所示，照明設備760的頂部元件762可以通過例如臂764 升高和降低距離A，以控制照明設備760的發(fā)射區(qū)域的高度。改變照明設 備760的發(fā)射區(qū)域的高度具有改變反光燈750的光束寬度的作用，而不改 變反射器752的形狀。燈750顯示為具有帶插頭756的基座754。
圖18B顯示了具有包括波紋側壁766的照明設備760'的反光燈的另 一實施例。波紋側壁766通過例如臂764延伸或收縮，以控制照明設備 760的發(fā)射區(qū)域的高度。
圖19A、圖19B和圖19C顯示了使用固態(tài)照明設備(例如圖1的照 明設備100)的商業(yè)(廣告)標記或液晶顯示器的背光裝置的截面?zhèn)纫晥D。 圖19A顯示了包括由背面802、側面804和前板806限定的空腔801。 一 個或多個固態(tài)照明設備100安裝在背光裝置800的背面802上。背面802 可以由例如鋁的熱導材料制作，而每個照明設備100的底部安裝為使得其與背面802有良好的熱接觸。背面802由例如Alanod (德國)制造的Miro 材料的高反射材料制作，或單獨的高反射性板或膜808放置在背光裝置 800的底部，使得反光板或膜808將大多數(shù)由照明設備800發(fā)射的光反射 到背光裝置800的側面或前面。背光裝置800的前板806具有光學漫射性 質，例如，通過將漫射光學層或膜807增加到前板806上產(chǎn)生所述性質， 或通過將散射顆粒增加進用于制造前板的塑料或玻璃中產(chǎn)生所述性質。這 些形式的板由例如FuxionOptix制造。在一個實施例中，波長轉換材料可 以加入到前板806的散射材料例如膜807中。其它的光學膜也可以增加到 背光裝置800的前板806上，就像通常在液晶顯示器的背光裝置中使用的 那樣，例如由3M制作的亮度增強材料(BEF)、或同樣由3M制作的反射 偏光器。背光裝置800的優(yōu)點是產(chǎn)生均勻和恒定的輻射圖案，而不直接在 照明設備IOO上方產(chǎn)生熱點。
圖19B顯示了具有一個照明設備100的背光裝置810的視圖，根據(jù)背 光裝置810的尺寸和要求的亮度，照明設備100可以包括多個數(shù)量的LED 芯片。例如，對于18到21英寸的背光裝置810，照明設備100可以包括 lXlmm的6到9個LED芯片。使用的LED芯片可以全部為藍色，同時 例如以包含黃色或綠色光發(fā)射磷光體的圓筒作為側壁，以及在頂部元件上 具有紅色光發(fā)射磷光體?？晒┻x擇地，可以使用彩色LED，例如，發(fā)射紅 光(AlInGaP)、發(fā)射綠光(InGaN)、以及發(fā)射藍光(InGaN) LED的組合。 當然，也可以是混合的方案，例如，在照明設備IOO的側壁中使用發(fā)射綠 光或黃光的磷光體，而在照明設備100的底部中使用發(fā)射藍光和紅光的芯 片。在此結構中，最好使用所謂的板載芯片的方案，并將芯片緊密地包裝 在一起，且如果使用直接發(fā)射紅光的AlInGaPLED，封裝如圖4所示的照 明設備也是有利的，以最大化來自特殊的紅光芯片中的光線提取，紅色芯 片由具有高折射率的材料制作。代替直接發(fā)射綠光和紅光的芯片，也可以 使用覆蓋有發(fā)射綠光和/或紅光的磷光體層、磷光體膜、或磷光體板的藍 光芯片。
除了背光裝置810中間部分的固態(tài)照明設備100夕卜，還可以使用光學 傳播結構812，其由中間厚度接近等于設備的高度的矩形、橢圓形、或矩 形導光件組成，中間厚度典型地為3到9mm的范圍，在側面上逐漸變細到0.1到2mm的厚度范圍。光學傳播結構為例如由PMMA制造的光學導 向件，并可以制作為單一件，但也可以由幾個較小的件裝配成。如果需要 獲得大背光裝置，使用多個件特別有利，因為這些類型的導光件優(yōu)選由注 模成型，而模具就尺寸而言具有有限的容量。導光件在中間具有孔，其典 型的直徑為3到13mm，在其中放置本發(fā)明的設備主體。照明設備100的 側壁和導光件812之間的間隙優(yōu)選制作為盡可能地小，典型地在0.05到 0.5mm的范圍內(nèi)。
來自照明設備100的光線連接進導光件812中，且由于導光件812的 錐度在背光裝置810的整個面積上展開。導光件812可以具有由絲網(wǎng)印刷 制作的白點形式的提取特征或通過注射或傳遞模塑法由模具復制到導光 件中的微結構，以便根據(jù)需要在背光裝置上更均勻地分布照明。
背光裝置810的后面802由例如Alanod (德國)制造的Miro材料、 或由Funrakawa (日本)制作的MC-PET的高反光材料組成。當例如Miro 材料的高熱導性板用作后面802時，優(yōu)選在照明設備100的后面和背光裝 置810的后面802之間具有良好的熱接觸。如果使用絕緣材料，則可以使 用單獨的散熱器。
例如，除了在背光裝置810的前面上的漫射體外，在導光件810的頂 部可以使用中間漫射體814。另外，在此位置可以使用具有微結構的光學 板816，例如由3M (美國)生產(chǎn)的重新定向膜。導光件812放置在背光 裝置810的后面。間隙可以包含在導光件812和前面806、中間漫射體814 和背光裝置810的光學板816之間，以改進均勻性。在此情況下，背光裝 置810的總厚度為大約6到25mm，且導光件812加上漫射體814和重新 定向膜816以及前面之間的間隙達到20mm。如果需要，背光裝置810的 后側802的形狀可以朝向邊緣逐漸變細，使得產(chǎn)生薄的外觀。
對于例如用于標記或LCD-TV的大的背光裝置，可以使用具有如圖 19C所示結構的背光裝置830，其由多個錐形導光件832組成，其具有如 圖19B所示的實施例相似的形狀和尺寸，并在背光裝置830上分布。件 832a和832b可以獨立控制以改變在背光裝置830上的照明分布，以便例 如降低背光裝置830的功率消耗(在LCD上顯示的圖像不需要均勻的背 光的情況下)，或改進LCD上顯示的圖像的對比度。通過例子，如果圖像具有亮和暗的部分，例如在頂部為亮(天空)而底部相對暗(森林、或建 筑)的圖像中，可以降低底部的亮度級以減少黑暗水平，從而增加對比度。
圖20A顯示了圖19B的背光裝置810安裝櫥柜下的燈。背光裝置810 倒轉安裝在櫥柜850 (只部分顯示)下方，背光裝置810的光輸出852用 于照明例如架子854的工作區(qū)域。
圖20B顯示了與背光裝置860 —起使用的可調節(jié)波長轉換件862的視 圖，背光裝置860與上述背光裝置810相似，為例如圖20A所示的櫥柜下 照明應用?？烧{節(jié)波長轉換件862可以包括染料或磷光體，并類似于圖12A 和圖12B所示的可調節(jié)波長轉換件502，或在此公開的任何其它可調節(jié)波 長轉換件。通過使可調節(jié)波長轉換件862進入到照明設備100中，可以改 變櫥柜下光的光輸出，例如，從冷白色到暖白色溫度。如圖20B所示，電 源864可以放置在背光裝置860內(nèi)，例如，在導光件812后面。
圖21A和圖21B顯示了蠟燭型燈形式的照明設備900的另一實施例 的側視圖。照明設備900包括蠟燭型燈泡902，其可以為半透明的，并可 以由塑料或玻璃制作。如果需要，燈泡902可以具有其它形狀。與上述照 明設備相似，腔室910和LED912被包含并安裝在基座904上，基座優(yōu)選 由熱導材料制作，以通過對流增加熱交換，并連接到例如E26型底座的螺 絲型底座906。燈泡902可以包括在頂部和底部的孔，以增強空氣流動(未 顯示)。燈泡902可以在同樣連接到螺絲型底座906的管908中滑動。管 908還可以包括孔以增強在LED基座904的壁上的空氣流動。LED基座 卯4可以包括用于設備的電源以及控制電子裝置。
可調節(jié)波長轉換件914可以通過向下或向上滑動燈泡902分別移進或 移出腔室910。在圖21A中，燈泡902在頂部位置，其中，如果將紅色或 橙色的光發(fā)射磷光體用在可調節(jié)波長轉換件914上，則光輸出具有高的相 關色溫。在圖21B中，燈泡902在較低的位置，顯示為圖21A和圖21B 之間的差A，其中，可以實現(xiàn)較低的相關色溫。在此實施例中，色溫可以 在燈泡的安裝期間設定，或者，如果照明設備900可以由使用者方便地接 近，在燈泡的常規(guī)操作中設定，以獲得所需照明效果的燈泡的色溫。
圖22A、 22B和22C分別顯示了不同形狀的件902a， 902b和902c， 其可以與照明設備900 —起使用。在圖22A中，顯示了具有半透明特性的球形燈泡902a。圖22B顯示了反射器型外殼902b。圖22C顯示了類似于 圖21A所示的另一蠟燭型燈泡902c。在一個實施例中，不同的反射器/燈 泡件卯2連接到使用螺絲底座920的螺絲型底座906。圖22D顯示了沿著 螺絲型底座906和螺紋連接器922的腔室910和LED912的側視圖，螺紋 連接器922用于代替圖21A顯示的管908以容納接收燈泡902a、 902b和 902c的螺絲底座920。通過將反射器/燈泡件卯2的螺絲底座920旋進或 旋出圖22D所示的螺紋連接器922，可調節(jié)波長轉換件914進出腔室910。 圖22E顯示了連接到具有可調節(jié)波長轉換件914的螺紋連接器922的反射 器902b的視圖，可調節(jié)波長轉換件914可以為連接到反射器902b的頂部 的涂有磷光體的管。如果需要，照明設備900可以配置有上述的不同的調 節(jié)件。此外，代替通過操縱反射器/燈泡902控制色點，可調節(jié)波長轉換 件914可以通過環(huán)或旋鈕的單獨件控制，環(huán)或旋鈕例如機械連接到可調節(jié) 波長轉換件914，且控制調節(jié)件到腔室910的進入。
圖23顯示了圖22A中顯示的燈泡卯2a的螺紋連接的放大視圖，螺紋 連接器922連接到螺絲型底座906。如圖23所示，燈泡902a可以包括夾 子926，使得當燈泡902a的螺絲底座920與連接器922旋松時，燈泡902a 不會與底座906分離。這樣，如果需要更換，可以旋松燈泡902a。通過壓 緊燈泡902a并將其檸到連接器922上，燈泡902a可以一開始就連接到底 座906。
雖然用于示例說明的目的顯示了具體的實施例，但本發(fā)明不局限于 此?？梢栽诖嘶A上做出各種改變和改進形式而不脫離本發(fā)明的范圍。因 此，附屬權利要求的主題和范圍不局限于前述說明。
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權利要求
1.一種設備，所述設備包括至少一個半導體光發(fā)射器(106)；安裝所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)的基座(110)，所述基座(110)包括用于所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)的電連接裝置和熱耦合到所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)的散熱器(112)；環(huán)繞所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)并連接到基座(110)的至少一個側壁(120)；和連接到所述至少一個側壁(120)的反射性頂部元件(122)，其中基座(110)、所述至少一個側壁(120)以及反射性頂部元件(122)限定包含所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)的腔室(130)，并且，從腔室(130)發(fā)射的至少70％的光線從所述至少一個側壁(120)發(fā)射。
2. 根據(jù)權利要求l所述的設備，進一步包括在所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)和所述至少一個側壁(120)之間以及半導體光發(fā)射器(106)的光發(fā)射區(qū)域和基座(110)之間的反射性元件(124a)。
3. 根據(jù)權利要求l所述的設備，其中所述至少一個側壁(120)具有從圓形、橢圓形、三角形以及矩形結構中選擇的一個的結構。
4. 根據(jù)權利要求l所述的設備，其中所述至少一個側壁(170)包括波長轉換材料。
5. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其中所述波長轉換材料由所述至少一個側壁(170)的表面上的多個點形成。
6. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中頂部元件(180)包括在腔室(130)的內(nèi)側上的波長轉換材料。
7. 根據(jù)權利要求l所述的設備，進一步包括填充腔室(213)的透明光學材料(214)。
8. 根據(jù)權利要求l所述的設備，其中頂部元件(252A， 252B)是凹進形狀以延伸進腔室，或凸起形狀以延伸出腔室。
9. 根據(jù)權利要求l所述的設備，其中所述至少一個側壁(356)具有第一直徑和第二直徑，在所述第一直徑處，所述至少一個側壁(356)連 接到頂部元件(122)，在所述第二直徑處，所述至少一個側壁(356)連 接到基座(110)，第二直徑大于第一直徑。
10. 根據(jù)權利要求l所述的設備，其中所述至少一個側壁包括內(nèi)部部 分(404)和外部部分(402)，外部部分(402)限定空腔，其中基座(110) 和頂部元件(406)連接到內(nèi)部部分(404)和外部部分(402)的不同的 一個，且內(nèi)部部分(404)滑動迸入由外部部分(402)限定的所述空腔。
11. 根據(jù)權利要求l所述的設備，進一步包括至少一個反射性元件 (702， 812)，該反射性元件(702， 812)光學耦合到腔室(130)外側上的所述至少一個側壁(120)，并構造為將通過所述至少一個側壁(120) 發(fā)射的光線反射到向前方向，該向前方向大致垂直于所述至少一個側壁 (120)的表面的法線。
12. 根據(jù)權利要求ll所述的設備，其中該設備為反光燈和背光裝置之
13. 根據(jù)權利要求ll所述的設備，其中所述至少一個反射性元件為第 一導光件(812)和第二導光件(812)，其中所述腔室在第一導光件和第 二導光件之間。
14. 根據(jù)權利要求13所述的設備，所述設備進一步包括光學漫射前板 (814)，所述光學漫射前板(814)光學耦合到第一導光件(812)和第二導光件(812)，以使得反射到向前方向的光線由光學漫射前板(814)漫 射。
15. 根據(jù)權利要求ll所述的設備，所述設備進一步包括.-至少一個第二半導體光發(fā)射器；安裝所述至少一個第二半導體光發(fā)射器的第二基座；環(huán)繞所述至少一個第二半導體光發(fā)射器并連接到第二基座的至少一 個第二側壁；以及連接到所述至少一個第二側壁的第二反射性頂部元件，其中第二基 座、所述至少一個第二側壁以及第二反射性頂部元件限定包括所述至少一 個第二半導體光發(fā)射器的第二腔室，且其中由所述至少一個第二半導體光發(fā)射器產(chǎn)生的光線通過所述至少一個第二側壁發(fā)射；其中所述至少一個反射性元件(812)在第二腔室的外側上光學耦合 到所述至少一個第二側壁，并構造為將通過所述至少一個第二側壁發(fā)射的 光線反射到向前方向，該向前方向大致垂直于所述至少一個第二側壁的表 面的法線。
16. 根據(jù)權利要求15所述的設備，其中所述至少一個反射性元件為 連接到所述腔室的第一導光件和第二導光件，其中所述腔室在第一導光件和第二導光件(832a)之間；和第三導光件和第四導光件，第三導光件和第四導光件連接到第二腔室(832b)，其中第二腔室在第三導光件和第四導光件之間。
17. 根據(jù)權利要求l所述的設備，所述設備進一步包括封閉由所述至少一個側壁限定的腔室的光學半透明外殼(902);以及 電連接到所述至少一個半導體光發(fā)射器(912)、并連接到光學半透明 外殼(902)的基座(卯4)。
18. 根據(jù)權利要求17所述的設備，其中基座(902)為第一基座，所 述設備進一步包括連接到光學半透明外殼(902)的第二基座(920)以及 連接到第一基座(904)的連接器(922)，其中第一基座(904)通過所述 連接器(922)和第二基座(920)連接到光學半透明外殼(902)。
19. 一種設備，所述設備包括 至少一個半導體光發(fā)射器(106); 安裝所述至少一個半導體光發(fā)射器的基座(110); 環(huán)繞所述至少一個半導體光發(fā)射器并連接到基座(110)的至少一個側壁(120);以及連接到所述至少一個側壁(120)的頂部元件(460)，其中基座(110)、 所述至少一個側壁(120)以及頂部元件(460)限定包括所述至少一個半導體光發(fā)射器的腔室；以及連接到腔室的可調節(jié)波長轉換件(452)，所述可調節(jié)波長轉換件(452)構造為調節(jié)暴露到由腔室中所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)發(fā)射的 光線下的表面面積，以改變腔室的光學特性。
20. 根據(jù)權利要求19所述的設備，進一步包括在基座(528)和頂部 元件(460)之一中的孔(458)，可調節(jié)波長轉換件構造為通過經(jīng)由所述孔可調節(jié)地延伸進腔室中來調節(jié)暴露到光線中的表面面積。
21. 根據(jù)權利要求20所述的設備，其中可調節(jié)波長轉換件(452)包 括桿(454)和連接到桿的波長轉換材料(456)。
22. 根據(jù)權利要求21所述的設備，進一步包括在基座(110)和頂部 元件(610)之一中的多個孔(608)，其中桿(602)分成多個端部(606)， 每個端部通過單獨的孔延伸進腔室。
23. 根據(jù)權利要求20所述的設備，其中可調節(jié)波長轉換件(560)包 括具有可膨脹部分(566)的管(562)，可膨脹部分(566)定位在腔室內(nèi)， 并構造為膨脹和收縮以調節(jié)暴露到發(fā)射的光線中的表面面積。
24. 根據(jù)權利要求23所述的設備，其中可膨脹部分膨脹以延長管 (570)以及收縮以縮短管。
25. 根據(jù)權利要求23所述的設備，其中可膨脹部分(566)膨脹以增 加管(560)的可膨脹部分的直徑，以及收縮以減少管(560)的可膨脹部 分的直徑。
26. 根據(jù)權利要求19所述的設備，其中可調節(jié)波長轉換件包括在頂部 元件(660)上的波長轉換材料，其中頂部元件(660)和波長轉換材料構 造為通過相對于半導體光發(fā)射器升高或降低來調節(jié)暴露到光線中的表面 面積。
27. 根據(jù)權利要求19所述的設備，其中可調節(jié)波長轉換件能夠手動調節(jié)。
28. 根據(jù)權利要求19所述的設備，進一步包括連接到可調節(jié)波長轉換 件的致動器(526)，其中致動器(526)調節(jié)可調節(jié)波長轉換件。
29. 根據(jù)權利要求19所述的設備，其中頂部元件(508)為反射性的， 且其中由所述至少一個半導體光發(fā)射器產(chǎn)生的光線通過所述至少一個側 壁(120)發(fā)射。
30. 根據(jù)權利要求19所述的設備，其中頂部元件(122)和所述至少 一個側壁(120)中的至少之一包括波長轉換材料。
31. 根據(jù)權利要求19所述的設備，所述設備進一步包括 電連接到所述至少一個半導體光發(fā)射器(912)的基座(904); 封閉由所述至少一個側壁限定的腔室并且可調節(jié)地連接到基座的光學半透明外殼(902)，可調節(jié)波長轉換件(914)連接到光學半透明外殼 (902)，其中當相對基座調節(jié)光學半透明外殼時，調節(jié)暴露到光線中的可 調節(jié)波長轉換件(914)的表面面積。
32. 根據(jù)權利要求31所述的設備，其中基座(904)為第一基座，所 述設備進一步包括連接到光學半透明外殼(902)的第二基座(920)以及 連接到第一基座(904)的連接器(922)，其中第一基座(904)通過連接 器(922)和第二基座(920)連接到光學半透明外殼(902)。
33. 根據(jù)權利要求19所述的設備，進一步包括反射元件(902b)，所 述反射元件在腔室的外側光學耦合到所述至少一個側壁，并構造為將通過 所述至少一個側壁發(fā)射的光線反射到向前方向，該向前方向大致垂直于通 過所述至少一個側壁發(fā)射的光線的方向。
34. 根據(jù)權利要求33所述的設備，進一步包括 電連接到所述至少一個半導體光發(fā)射器(912)的基座(904); 其中反射性元件(902b)可調節(jié)地連接到基座(904)，可調節(jié)波長轉換件(914)連接到反射性元件(902b)，其中當相對基座調節(jié)外射性元件 時，調節(jié)暴露到光線中的可調節(jié)波長轉換件(914)的表面面積。
35. —種設備，所述設備包括 至少一個半導體光發(fā)射器(106);安裝所述至少一個半導體光發(fā)射器的基座(110)，所述基座包括用于 所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)的電連接裝置和熱耦合到所述至少 一個半導體光發(fā)射器(106)的散熱器(112);環(huán)繞所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)并連接到基座(110)的至 少一個側壁(120)，其中由所述至少一個半導體光發(fā)射器產(chǎn)生的光線通過 所述至少一個側壁發(fā)射，且所述至少一個側壁和基座限定具有直徑和高度 的腔室，其中腔室的高度與直徑比為2或更大。
36. 根據(jù)權利要求35所述的設備，其中所述至少一個側壁(302)具 有與連接到基座的部分相對的頂部元件邊緣(304)，所述頂部元件部分(304)連接在一起。
37. 根據(jù)權利要求35所述的設備，進一步包括在所述至少一個半導體光發(fā)射器(106)和所述至少一個側壁(120)之間以及在所述半導體光發(fā)射器的光發(fā)射區(qū)域和基座之間的反射性元件(124a)。
38. 根據(jù)權利要求35所述的設備，其中所述至少一個側壁(120)具 有從圓形、橢圓形、三角形以及矩形結構中選擇的一個的結構。
39. 根據(jù)權利要求35所述的設備，其中所述至少一個側壁(120)包括波長轉換材料。
40. 根據(jù)權利要求35所述的設備，其中波長轉換材料由所述至少一個 側壁的表面上的多個點形成。
41. 根據(jù)權利要求35所述的設備，其中基座(110)包括連接到所述 至少一個半導體光發(fā)射器(106)的印刷電路板和連接到印刷電路板的散 熱器(112)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固態(tài)照明設備，所述固態(tài)照明設備包括安裝在基座(110)上，并由例如圓形、橢圓形、三角形、矩形或其它適合形狀的側壁(120)環(huán)繞以限定腔室(130)的半導體光發(fā)射器(106)。可以是反射性的頂部元件(122)可以連接到側壁以進一步限定腔室。由半導體光發(fā)射器(106)產(chǎn)生的光線通過腔室的側壁(120)發(fā)射。側壁和/或頂部元件可以包括例如作為表面上的多個點的波長轉換材料?？烧{節(jié)波長轉換件(452)可以在腔室內(nèi)使用，其中可調節(jié)波長轉換件(452)構造為調節(jié)暴露到由腔室中的半導體光發(fā)射器發(fā)射的光線中的表面面積，以改變腔室的光學性質。
文檔編號H01L33/00GK101689588SQ200880020565
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權日2007年6月18日
發(fā)明者杰勒德·哈伯斯, 馬克·A·皮尤 申請人:吉可多公司