CN102792085A - 基于led的矩形照明装置 - Google Patents

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凯利·C·麦克格瑞迪
克里斯多佛·R·里德
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Abstract

本发明公开了一种照明装置(100)，包括在矩形光混合空腔(109)中的多个发光二极管(LED(102))，所述矩形光混合空腔被安装在LED(102)的上方并被构造成对从LED(102)发射的光进行混合和颜色转换。矩形光混合空腔(109)的长侧壁表面(107l)被涂敷有第一种类型的波长转换材料，而短侧壁表面(107s)反射入射光而没有进行颜色转换。在LED(102)上方且与该LED分离的输出窗(108)被涂敷有第二种类型的波长转换材料。光混合空腔(109)可以包括可更换的反射插入件，所述可更换的反射插入件包括背面形成有第二反射层(124)的非金属漫反射层(124)。另外，LED(102)可以安装在安装板(104)上的升高焊盘(104焊盘)上。光混合空腔(109)可以包括具有孔的底部反射体(106)，其中升高焊盘(104)使LED(102)穿过所述孔升高到底部反射体(106)的顶部表面的上方。

Description

基于LED的矩形照明装置
相关申请的交叉引用
本申请主张2010年2月4日提出申请的临时申请第61/301,546号和2011年1月27日提出申请的美国申请第13/015,431号的利益，所述两个申请在此整体并入本文供参考。
技术领域
所述实施例涉及包括发光二极管(LED)的照明装置。
背景技术
普通照明中发光二极管的使用由于因LED芯片受到限制的最高温度而对光输出水平或照明装置产生的通量造成的限制以及使用寿命要求而仍然受到限制，其中所述使用寿命要求与LED芯片的温度强烈有关。LED芯片的温度由系统的冷却能力以及装置的功率效率(由LED和LED系统相对于进入的电力生成的光功率)来确定。使用LED的照明装置还通常遭受特征为色点不稳定的较差颜色质量。色点不稳定性随着时间以及从一部分到另一部分变化。较差颜色质量的其特征还在于较差的显色性，较差的显色性是由于具有没有或有很少功率的光谱带的LED光源生成的光谱而产生。此外，使用LED的照明装置通常具有颜色的空间和/或角变量。另外，使用LED的照明装置尤其由于需要期望的颜色电子装置和/或传感器来保持光源的色点或者仅利用满足本应用的颜色和/或通量要求产生的LED的选择而很昂贵。
因此，期望对使用发光二极管作为光源的照明装置的改进。
发明内容
照明装置包括发光二极管(LED)。在一个实施例中，照明装置包括光源子组件，所述光源子组件具有在第一方向上延伸的长度尺寸、在垂直于第一方向的第二方向上延伸的宽度尺寸和安装在第一平面中的多个发光二极管(LED)，其中宽度尺寸小于长度尺寸。光转换子组件安装在第一平面上方并与多个LED物理分离，并且光转换子组件被构造成对从光源子组件发射的光进行混合和颜色转换。光转换子组件的第一内表面的第一部分与第一方向对准，并且被涂敷有第一种类型的波长转换材料，并且与第二方向对准的第二内表面的第一部分反射入射光而没有进行颜色转换。光转换子组件的输出窗的一部分涂敷有第二种类型的波长转换材料。与第二方向对准的第二内表面的第一部分和/或底部反射体插入件可以反射在380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％而没有进行颜色转换。
在另一个实施例中，照明装置包括安装板，所述安装板具有在第一方向上延伸的长度尺寸、在垂直于第一方向的第二方向上延伸的宽度尺寸，其中长度尺寸大于宽度尺寸。多个LED被安装到安装板。光混合空腔被构造成反射从多个LED发射的光，直到光穿过输出窗射出为止，其中所述输出窗设置在多个LED上方并与多个LED物理分离。与第一方向对准的空腔的第一部分被涂敷有第一种类型的波长转换材料，与第二方向对准的空腔的第二部分反射入射光而没有进行颜色转换。输出窗的一部分被涂敷有第二种类型的波长转换材料。与第二方向对准的第二表面的第二部分和/或底部反射体插入件可以反射在380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％而没有进行颜色转换。
在另一个实施例中，照明装置包括多个LED和光混合空腔，所述光混合空腔安装在多个LED的上方并与多个LED物理分离并且被构造成对从LED发射的光进行混合和颜色转换。光混合空腔的第一内表面包括可更换的反射插入件，所述可更换的反射插入件具有背面形成有第二反射层的非金属的漫反射层。第二反射层可以是镜面反射的。可更换的反射插入件可以为形成光混合空腔的底面的底部反射体插入件和/或形成光混合空腔的侧壁表面的侧壁插入件。
在又一个实施例中，照明装置包括具有多个升高焊盘的安装板以及安装在安装板的升高焊盘上的多个LED。光混合空腔被构造成反射从多个LED发射的光，直到光穿过输出窗射出为止。光混合空腔包括具有多个孔的底部反射体，其中升高焊盘使LED穿过所述孔升高到底部反射体的顶部表面的上方。空腔的第一部分被涂敷有第一种类型的波长转换材料，而输出窗的一部分涂敷有第二种类型的波长转换材料。
在下面的详细说明中说明进一步的细节和实施例以及技术。该发明内容不限定本发明。本发明由权利要求限定。
附图说明
其中相同的附图标记表示相同部件的附图显示了本发明的实施例。
图1显示发光二极管(LED)照明装置的一个实施例的立体图；
图2显示示出了LED照明装置的部件的分解图；
图3A和图3B显示LED照明装置的一个实施例的立体剖视图；
图4显示提供与连接的LED的电连接的安装板以及用于LED照明装置的散热层；
图5A显示连接到安装板的顶部表面的底部反射体插入件；
图5B显示安装板的一部分、底部反射体插入件和具有基板的LED的剖视图，其中底部反射体插入件的厚度与LED的基板具有大致相同的厚度；
图5C显示安装板的一部分、底部反射体插入件以及具有基板的LED的另一个剖视图，其中底部反射体插入件的厚度明显大于LED的基板的厚度；
图5D显示安装板的一部分、底部反射体插入件和具有基板的LED的另一个剖视图，其中底部反射体插入件包括非金属层和薄金属反射垫层；
图5E显示安装板和包括在LED之间的升高部分的底部反射体插入件的另一个实施例的立体图；
图5F显示底部反射体插入件的另一个实施例，其中每一个LED由单独的独立光学井包围；
图6A显示与照明装置一起使用的侧壁插入件的一个实施例；
图6B和图6C显示侧壁插入件的另一个实施例的立体图和侧视图，所述侧壁插入件具有沿着矩形空腔的长度被图案化的波长转换材料而没有沿着宽度被图案化的波长转换材料；
图7A显示用于照明装置的输出窗的侧视图，其中所述输出窗具有在窗的内表面上的一层；
图7B显示用于照明装置的输出窗的另一个实施例的侧视图，其中所述输出窗具有两个附加层，一个附加层在窗的内侧而另一个附加层在窗的外侧；
图7C显示用于照明装置的输出窗的另一个实施例的侧视图，其中所述输出窗具有两个附加层，两个附加层都位于窗的相同内表面上；
图8显示安装到照明装置以校准从照明装置发射的光的反射器的立体图；
图9显示具有连接的底部散热器的照明装置；以及
图10显示一体形成到改进的灯装置中的照明装置的侧视图。
具体实施方式
以下将详细参考本发明的背景示例和一些实施例，本发明的示例显示在附图中。
图1显示发光二极管(LED)照明装置100的实施例的立体图。图2显示示出了LED照明装置100的部件的分解图。应该理解的是如在此限定的LED照明装置不是LED，而是LED光源或固定装置或LED光源或固定装置的部件。LED照明装置100包括一个或多个LED晶圆或封装的LED以及LED晶圆或封装的LED所连接到的安装板。图3A和3B显示了LED照明装置100的一个实施例的立体剖视图。
参照图2，LED照明装置100包括安装在安装板104上的诸如发光二极管(LED)102的一个或多个固态发光元件。安装板104连接到安装基部101并通过安装板固定环103固定在适当位置。由LED102布居的安装板104以及安装板固定环103共同包括光源子组件115。光源子组件115可操作以利用LED102将电能转换成光。从光源子组件115发射的光被引导到用于混色和颜色转换的光转换子组件116。光转换子组件116包括空腔主体105和输出窗108，并且可选地包括底部反射体插入件106和侧壁插入件107中的任一个或者两者。输出窗108被固定到空腔主体105的顶部。空腔主体105包括内侧壁，所述内侧壁在子组件116被安装在光源子组件115上时可以用于反射来自LED102的光直到光穿过输出窗108射出为止。底部反射体插入件106可以任选地被放置在安装板104上。底部反射体插入件106包括孔，使得每一个LED102的发光部分不会受到底部反射体插入件106的阻碍。侧壁插入件107可以任选地被放置在空腔主体105内，使得当子组件116被安装在光源子组件115上时，侧壁插入件107的内表面反射来自LED102的光，直到光穿过输出窗108射出为止。
在该实施例中，侧壁插入件107、输出窗108和设置在安装板104上的底部反射体插入件106在LED照明装置100中限定光混合空腔109，在该光混合空腔109中，来自LED102的光的一部分被反射，直到该部分光穿过输出窗108射出为止。光在射出输出窗108之前在空腔109内的反射具有混合光并提供从LED照明装置100发射的光更均匀的分布的效果。
图3A和3B显示光混合空腔109的剖视立体图。侧壁插入件107的多个部分可以包括由诸如磷光体的波长转换材料形成的涂层111，如图3A和3B中所示。此外，输出窗108的多个部分可以涂有不同的波长转换材料(图7B所示)。这些材料的光转换特性与光在空腔109内的混合相结合将产生由输出窗108输出的颜色转换光。通过调整空腔109内表面上的波长转换材料的化学特性和涂层的几何特性，可以规定输出窗108输出的光的特定颜色特性，例如色点、色温和(CRI)。
空腔109可以被填充有非固体物质，例如空气或惰性气体，使得LED102将光发射到非固体物质中而不是将光发射到固体封装物质中。举例来说，空腔可以被气密，并且氩气用于填充空腔。可选地，可以使用氮气。
LED102可以通过直接发射或通过磷光体转换发射具有不同或相同颜色的光，例如，其中磷光体层被施加到作为LED组件的一部分的LED。因此，照明装置100可以使用诸如红色、绿色、蓝色、琥珀色或青色的彩色LED102，或者LED102可以全部产生相同颜色的光或可以全部产生白色光。例如，LED102可以全部发射蓝色光或UV光。另外，LED102可以发射偏振光或非偏振光，并且基于LED的照明装置100可以使用偏振LED或非偏振LED的任何组合。当结合磷光体(或诸如荧光染料的其他波长转换装置)使用时，所述磷光体例如可以在输出窗108中或在输出窗108上、被施加到空腔主体105的侧壁、或者施加到放置在空腔内的其他部件(例如，侧壁插入件107和/或底部反射体插入件106或未示出的其他插入部件)，照明装置100的输出光具有期望的颜色。磷光体可以从由以下化学式表示的组选择：Y3A15O12:Ce、(还被称为YAG:Ce，或者简称为YAG)(Y，Gd)3A15O12:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc，Mg)2Si3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr，Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、CaAlSi(ON)3:Eu、Ba2SiO4:Eu、Sr2SiO4:Eu、Ca2SiO4:Eu、CaSc2O4:Ce、CaSi2O2N2:Eu、SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu、Ca5(PO4)3Cl:Eu、Ba5(PO4)3Cl:Eu、Cs2CaP2O7，Cs2SrP2O7，Lu3Al5O12:Ce，Ca8Mg(SiO4)4C12:Eu，Sr8Mg(SiO4)4C12:Eu、La3Si6N11:Ce、Y3Ga5O12:Ce、Gd3Ga5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、Tb3Ga5O12:Ce、以及Lu3Ga5O12:Ce。照明装置的色点的调节可以通过更换侧壁插入件107和/或输出窗108来实现，侧壁插入件107和/或输出窗108类似地可以被一种或多种波长转换材料涂敷或浸渍，并且根据诸如其颜色转换特性的性能进行选择。
在一个实施例中，诸如CaAlSiN3:Eu或(Sr，Ca)AlSiN3:Eu的发红光磷光体覆盖侧壁插入件107的一部分和空腔109底部的底部反射体插入件106，并且YAG磷光体覆盖输出窗108的一部分。通过选择限定空腔的侧壁的形状和高度以及选择空腔中的哪部分将被磷光体覆盖或不被磷光体覆盖，以及通过优化所述窗上的磷光体层的层厚度，从模块发射的光的色点可以根据需要来调整。
在一个示例中，单一类型的波长转换材料可以被图案化在侧壁上，例如所述侧壁可以是图3B所示的侧壁插入件107。举例来说，红色磷光体可以被图案化在侧壁插入件107的不同区域上，并且黄色磷光体可以覆盖输出窗108，如图7A所示。磷光体的覆盖率和/或浓度可以变化以产生不同的色温。应该理解的是如果LED102产生的蓝色光变化，则红色磷光体的覆盖面积和/或红色及黄色磷光体的浓度将需要改变以产生期望的色温。LED102、侧壁插入件107上的红色磷光体以及输出窗108上的黄色磷光体的颜色性能可以在组装之前被测量，并且根据性能被选择成使得组装件产生期望的色温。在一个示例中，红色磷光体的厚度可以例如在60μm至100μm之间，并且更具体地在80μm至90μm之间，而黄色磷光体的厚度可以例如在100μm至140μm之间，并且更具体地在110μm至120μm之间。红色磷光体可以以按体积1％-3％的浓度与粘合剂混合。黄色磷光体可以以按体积12％-17％的浓度与粘合剂混合。
图4更详细地显示安装板104。安装板104提供连接的LED102至电源(未示出)的电连接。在一个实施例中，LED102为封装LED，例如由PhilipsLumileds Lighting制造的Luxeon Rebel。也可以使用其他类型的封装LED，例如由OSRAM(Ostar组件)制造的装置、Luminus Device(美国)、Cree(美国)、Nichia(日本)或Tridonic(奥地利)。如在此所限定，封装的LED是包括诸如丝焊连接或柱形凸起连接的电连接的一个或多个LED晶圆的组件，并且可以包括光学元件以及热接口、机械接口和电接口。LED102可以包括在LED芯片上的透镜。可选地，可以使用没有透镜的LED。没有透镜的LED可以包括保护层，所述保护层可以包括磷光体。磷光体可以作为粘合剂中的分散体被施加或者作为单独的板被施加。每一个LED102都包括可以安装在基板上的至少一个LED芯片或晶圆。LED芯片典型地具有大约1mm×1mm×0.5mm的尺寸，但是这些可以改变。在一些实施例中，LED102可以包括多个芯片。多个芯片可以发射相似或不同的颜色的光，例如红色光、绿色光和蓝色光。另外，不同的磷光体层可以被施加到相同的基板(submount)上的不同芯片上。基板可以是陶瓷或其他适当的材料。基板典型地包括位于底面上的电接触焊盘，所述电接触焊盘连接到安装板104上的接触件。可选地，电焊线可以用于将芯片电连接到安装板。连同电接触焊盘一起，LED102可以包括在基板的底面上的热接触区，由LED芯片产生的热量可以通过所述热接触区被提取。LED的热接触区连接到安装板104上的散热层131。散热层131可以设置在安装板104的顶层、底层或中间层中的任一层上。散热层131可以通过连接顶部散热层、底部散热层和中间散热层中的任一层的贯穿孔被连接。
在一些实施例中，安装板104将LED102产生的热量传导到安装板104的侧面和安装板104的底部。在一个示例中，安装板104的底部可以通过安装基部101热连接到散热器130(图9所示)。在其他示例中，安装板104可以直接连接到诸如风扇的散热器或者照明固定设备和/或其他机构以消散热量。在一些实施例中，安装板104将热量传导到热连接到安装板104的顶部的散热器。例如，安装板固定环103和空腔主体105可以传导热量远离安装板104的顶部表面。安装板104可以为位于用作热接触区的顶部表面和底部表面上的FR4板，所述板例如为0.5mm厚且具有相对厚的铜层，所述铜层例如为30μm至100μm。在其他示例中，安装板104可以为具有适当电连接部的金属芯印刷电路板(PCB)或陶瓷基板。可以使用其他类型的板，例如由氧化铝(为陶瓷形式的氧化铝)或氮化铝(也为陶瓷形式)制成。
安装板104包括电焊盘，LED102上的电焊盘连接到该电焊盘。电焊盘通过例如为铜的金属布线电连接到接触件，配线、电桥或其他外部电源连接到所述接触件。在一些实施例中，电焊盘可以为穿过安装板104的贯穿孔，并且电连接部形成在安装板的相对侧(即，底部)上。安装板104如图所述在尺寸上为矩形。安装到安装板104的LED102可以以不同结构布置在矩形安装板104上。在一个示例中，LED102以沿安装板104的长度尺寸延伸的行以及沿安装板104的宽度尺寸延伸的列排列。在另一个示例中，LED102具有六边形结构以形成紧密封装的结构。在这种结构中，每一个LED距离其紧相邻的LED中的每一个等距离。这种结构理想地增加从光源子组件115发射的光的均匀性。
图5A显示连接到安装板104的顶部表面的底部反射体插入件106。底部反射体插入件106可以由具有高导热性的材料制成，并且可以被放置成与安装板104热接触。如图所示，底部反射体插入件106可以绕着LED102安装在安装板104的顶部表面上。底部反射体插入件106可以是高度反射的，使得在空腔109中向下反射的光被大致朝向输出窗108向后反射。例如，底部反射体插入件可以反射在380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％。另外，底部反射体插入件106可以具有高导热性，使得所述底部反射体插入件用作另外的散热器。
如图5B中所示，底部反射体插入件106的厚度可以与LED102的基板102基板具有大致相同的厚度或者略厚。在用于LED102的底部反射体插入件106中冲压形成孔，并且底部反射体插入件106被安装在LED封装基板102基 板上以及安装板104的其余部分。依此方式，高反射面除了在LED102发射光的区域中之外覆盖空腔主体105的底部。例如，底部反射体插入件106可以由高导热材料制成，所述高导热材料例如为被处理以形成高反射且耐用的材料的铝基材料。例如，由德国公司Alanod制造的被称为
Figure BDA00001973661100081
的材料可以用作底部反射体插入件106。底部反射体插入件106的高反射率可以通过对铝进行磨光或者通过用一个或多个反射涂层覆盖底部反射体插入件106的内表面而获得。底部反射体插入件106可以可选地由例如具有65μm厚度的高反射的薄材料制成，例如由3M(美国)售出的VikuitiTM ESR。
在其他示例中，底部反射体插入件106可以由高反射的非金属材料制成，例如由Toray(日本)制造的LumirrorTM E60L、或例如由Furukawa ElectricCo.Ltd.(日本)制造的微晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)或者例如由W.L.Gore(美国)制造的烧结PTFE材料。底部反射体插入件106的厚度尤其是在由非金属反射膜构造而成时可以显著大于LED102的基板102基板的厚度，如图5C中所示。为了适应增加的厚度而不会影响从LED102发射的光，可以在底部反射体插入件106中冲压形成孔以露出LED组件的基板102基板，并且底部反射体插入件106被直接安装在安装板104的顶部上。依此方式，底部反射体插入件106的厚度可以大于基板102基板的厚度而不会明显影响由LED102发射的光。该方案在采用具有仅略大于LED的发光部分的基板的LED组件时尤其有利。在其他示例中，安装板104可以包括升高的焊盘104焊盘以大致配合LED基板102基板的管脚，使得LED102的发光部分升高到底部反射体插入件106之上。在一些示例中，非金属层106a可以形成在薄金属反射垫层106b的背面以增强整体反射率，如图5D中所示。例如，非金属反射层106a可以表现出漫反射特性，而反射垫层106b可以表现出镜面反射特性。该方法在减少镜面反射层内的导波的可能性上是有效的。期望使反射层内的导波最少，这是因为内导波会降低总的空腔效率。
空腔主体105和底部反射体插入件106可以热连接并且可以如期望的被制造成一个部件。底部反射体插入件106可以例如使用导热涂胶或导热带被安装到安装板104。在另一个实施例中，安装板104的顶部表面被构造成是高反射的，以便消除对底部反射体插入件106的需求。可选地，反射涂层可以被施加到安装板104，所述涂层由例如由TiO2、ZnO或BaSO4制成的白色颗粒构成，所述白色颗粒被浸渍在诸如环氧树脂、硅酮、丙烯酸或N-甲基吡咯烷酮(NMP)材料的透明粘合剂中。可选地，涂层可以由诸如YAG:Ce的磷光体材料制成。由磷光体材料和/或TiO2、ZnO或GaSO4材料形成的涂层可以例如通过丝网印刷被直接施加到安装板104或施加到例如底部反射体插入件106。
图5E显示照明装置100的另一个实施例的立体图。如果需要，例如在使用大量LED102的情况下，底部反射体插入件106可以包括在LED102之间的升高部分，例如如图5D中所示。照明装置100显示在图5D中，其中LED之间的转向器117被构造成将以大角度从LED102发射的光重新引导成相对于安装板104的顶部表面的法线成较窄角度。依此方式，由LED102发射的接近平行于安装板104的顶部表面的光被朝向输出窗108向上重新引导，使得由照明装置发射的光与由LED直接发射的光的锥角相比具有较小的锥角。当选择以大输出角度发射光的LED102时，例如选择近似于朗伯光源的LED时，使用具有转向器117的底部反射体插入件106。通过将光反射成较窄角度，照明装置100可以用于下述应用中，其中例如由于眩目问题(办公室照明或一般照明)或者由于需要仅在需要以及最有效的情况下发送光的效率原因而避免大角度下的光，例如，任务照明和在柜体照明下。此外，由于以大角度发射的光与没有底部反射体插入件106的装置相比在到达输出窗108之前在空腔109中经历较少的反射，因此对于照明装置100提高了光提取效率。这在与光隧道或光积分器结合时尤其是有利的，这是因为其有益于限制由于混合空腔中的重复反射引起的效率损失而出现的大角度的通量。转向器117被显示为具有锥形形状，但是如果需要，也可以使用可选形状，例如半拱顶形、或球冠形或者非球面反射器形状。转向器117可以具有镜面反射涂层、漫射涂层或者可以涂敷有一个或多个磷光体。转向器117的高度可以小于空腔109的高度(例如，空腔109的高度的大致一半)，使得在转向器117的顶部与输出窗108之间具有小间隔。还可以具有设置在空腔109中的多个转向器。
图5F显示底部反射体插入件106的另一个实施例，其中照明装置100中的每一个LED 102被单独的独立光学井118包围。光学井118可以具有抛物线形状、复合抛物线形状、椭圆形形状或者其他适当的形状。来自照明装置100的光被从大角度校准成较小角度，例如，从2×90度的角度校准成2×60度的角度或者2×45度的射束。照明装置100可以用作直接光源，例如，用作向下照光或者柜体光下的光源，或者可以用于将光射入空腔109中。光学井118可以具有镜面反射涂层、漫射涂层或者可以被涂敷有一个或多个磷光体。光学井118可以被以一件式材料构造成为底部反射体插入件106的一部分，或者可以被单独构造并与底部反射体插入件106相结合以形成具有光学井特征的底部反射体插入件106。
图6A显示侧壁插入件107。侧壁插入件107可以由诸如铝基材料的高导热材料制成，所述铝基材料被处理以使材料具有高反射性并且耐用。例如，可以使用由德国公司Alanod制造的被称为
Figure BDA00001973661100111
的材料。侧壁插入件107的高反射率可以通过对铝进行抛光或者通过用一个或多个反射涂层覆盖侧壁插入件107的内表面来获得。底部反射体插入件106可以可选地由具有65μm厚度的高反射的薄材料制成，例如由3M(美国)售出的VikuitiTMESR。在其他示例中，底部反射体插入件106可以由高反射的非金属材料制成，例如由Toray(日本)制造的LumirrorTM E60L、或者诸如由FurukawaElectric Co.Ltd.(日本)制造的微晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)、或者诸如由W.L.Gore(美国)制造的烧结PTFE材料。侧壁插入件107的内表面可以为镜面反射或漫反射。高镜面反射涂层的一个示例是具有防止银层不受到氧化的透明层的镀银镜。高度漫反射的材料的示例包括MCPET、PTFE和Toray E60L材料。另外，可以应用高度漫反射涂层。这种涂层可以包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)和硫酸钡(BaSO4)颗粒或这些材料的组合。
在其他示例中，非金属反射层可以背面形成反射垫层以增强整体反射率。例如，非金属反射层可以表现出漫反射特性，并且反射垫层可以表现出镜面反射特性。该方法已经有效地减小镜面反射层内的导波的可能性；从而使得空腔效率增加。
在一个实施例中，侧壁插入件107可以由高度漫反射的MCPET材料制成。内表面的一部分可以涂敷有保护层或者被诸如磷光体或荧光染料的波长转换材料浸渍。虽然任何光致发光材料或光致发光材料的组合为了该专利文献被认为是波长转换材料，但是这种波长转换材料在此将为了简化起见大致被称为磷光体。例如，可以使用的磷光体可以包括：Y3Al5O12:Ce、(Y，Gd)3Al5O12:Ce、CaS:Eu，SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc，Mg)2Si3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr，Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、CaAlSi(ON)3:Eu、Ba2SiO4:Eu、Sr2SiO4:Eu、Ca2SiO4:Eu、CaSc2O4:Ce、CaSi2O2N2:Eu，SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu、Ca5(PO4)3Cl:Eu、Ba5(PO4)3Cl:Eu、Cs2CaP2O7、Cs2SrP2O7，Lu3Al5O12:Ce，Ca8Mg(SiO4)4C12:Eu、Sr8Mg(SiO4)4C12:Eu、La3Si6N11:Ce、Y3Ga5O12:Ce、Gd3Ga5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、Tb3Ga5O12:Ce、以及Lu3Ga5O12:Ce。
如上所述，空腔109的内侧壁表面可以使用放置在空腔主体105内的单独的侧壁插入件107来实现，或者可以通过处理空腔主体105的内表面获得。侧壁插入件107可以被定位在空腔主体105内并用于限定空腔109的侧壁。例如，侧壁插入件107可以根据哪一侧具有较大开口而从顶部或底部插入空腔主体105中。
图6B-6C显示空腔109的选定内侧壁表面的处理。如图6B和6C中所示，所述处理被用于侧壁插入件107，但是如上所述，可以不使用侧壁插入件107，并且所述处理可以被直接应用于空腔主体105的内表面。图6B显示矩形空腔，所述矩形空腔具有沿着图示的较长尺寸延伸的长度和沿着图示较短尺寸延伸的宽度。在该示例中，反射涂层113被施加到两个较短的侧壁表面107s，由波长转换材料形成的涂层111沿着相应地具有长度尺寸的侧壁表面107l施加。如果需要，则用于形成侧壁插入件107的材料本身可以是反射的，从而消除对反射涂层113的需要。在一个实施例中，较短的侧壁表面107s反射380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％而没有进行颜色转换。对侧壁插入件107(即，反射短侧壁表面107s和波长转换长侧壁表面107l)处理的该组合已经被发现特别有利。已经证实将反射面施加到对应于宽度尺寸的侧壁表面107s上能够提高从输出窗108发射的输出束的颜色均匀性。图6B和图6C显示锯齿形图案化涂层111，其中每一个锯齿的顶端与每一个LED102的位置对准，如图6C所示。侧壁表面107l的没有涂层111的任何部分都是反射的，并且例如可以反射在380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％而没有进行颜色转换。对应于长度尺寸的侧壁表面107l上的磷光体图案的施加还具有提高的颜色均匀性并能够更有效的使用磷光体材料，其中磷光体图案绕着LED聚集。虽然显示了锯齿形图案，但是可以采用诸如半圆形图案、抛物线形图案、平坦的锯齿形图案及其他图案达到相似的效果。此外，如果需要，则涂层111可以不具有图案，即，侧壁表面107l整体可以涂敷有磷光体。
图7A-7C以横截面图显示输出窗108的各种结构。在图3A和图3B中，显示了窗108被安装在空腔主体105的顶部上。其可以有益于密封窗108与空腔主体105之间的间隙以形成气密空腔109，使得没有灰尘或湿气可以进入空腔109。密封材料可以用于填充窗108与空腔主体105之间的间隙，例如环氧树脂或硅酮材料。其可以有益于使用由于窗108和空腔主体105的材料的热膨胀系数的差别而随着时间的过去保持柔性的材料。作为可选例，窗108可以由玻璃或透明陶瓷材料制成并焊接到空腔主体105上。在该情况下，窗108可以在边缘处电镀有金属材料，例如铝、或银、或铜、或金，并且焊膏被施加在空腔主体105与窗108之间中。通过加热窗108和空腔主体105，焊料将熔化并在空腔主体105与窗108之间提供良好的连接。
在图7A中，窗108在窗的内表面上，即，面对空腔109的表面上具有附加层124。附加层124可以含有漫射颗粒或具有波长转换特性的诸如磷光体的颗粒或者同时含有两者。层124可以通过丝网印刷、喷涂或粉末涂敷被施加到窗108。对于丝网印刷和喷涂，典型地，颗粒被浸入粘合剂中，这可以通过聚氨基甲酸酯基漆或硅酮材料获得。对于粉末涂敷，粘合剂被混合到为小球形式的粉末混合物中，所述小球具有低熔点并在加热窗108时形成均匀层，或者底漆被施加到窗108，其中颗粒在涂敷过程期间粘到窗108。可选地，粉末涂敷可以利用电场、以及窗并且在烤箱中烘烤的磷光体颗粒被施加，使得磷光体永久地粘附到窗。在粉末涂敷过程期间例如通过使用激光和光谱仪和/或检测器和/或照相机可以以正向散射和反向散射模式监控施加到窗108的层124的厚度和光学特性，以获得正确的颜色和/或光学特性。
在图7B中，窗108具有两个附加层124和126；一个附加层位于窗的内侧，而一个附加层位于窗108的外侧。外侧层126可以是光散射颗粒，例如TiO2、ZnO和/或BaSO4颗粒。磷光体颗粒可以被添加到层126，以对从照明装置100射出的光的颜色进行最后的调节。内侧层124可以包含波长转换颗粒，例如磷光体。
在图7C中，窗108也具有两个附加层124和128，但是所述两个附加层都位于窗108的同一内表面上。虽然显示两个层，但是应该理解的是可以使用多个附加层。在一个结构中，最靠近窗108的层124包括白光散射颗粒，使得如果从外部观察窗108呈现白色，并且随着角度变化具有均匀的光输出，并且层128包括发黄光磷光体。
磷光体转换过程产生热量，因此窗108和窗108上的例如在层124中的磷光体应该被构造成使得所述窗和所述磷光体不能过热。为此，窗108可以具有例如不少于1W/(m K)的高导热性，并且窗108可以使用具有低热阻率的诸如焊料、热涂胶或热带的材料热连接到空腔主体105，所述空腔主体用作散热器。用于窗的良好材料为氧化铝，所述氧化铝可以以其结晶形态被称作蓝宝石使用以及以其多晶或陶瓷形式被称作矾土使用。如果需要，则可以使用其他图案，例如具有变化的尺寸、厚度和密度的小点。
图8显示安装到照明装置100的用于校准从空腔109发射的光的反射器140的立体图。反射器140可以由诸如包括铝或铜的材料的导热材料制成，并且可以连同空腔主体105一起或穿过空腔主体105热连接到板104上的散热器，如关于图4A所述。热量通过穿过连接到安装板104的散热层131、导热空腔主体105和导热反射器140的传导而流动。热量还通过反射器140上的热对流流动。反射器140可以为复合抛物形聚光器，其中聚光器由高反射材料制成。复合抛物形聚光器往往较高，但是复合抛物形聚光器通常以长度减小的形式被使用，从而增加射束角度。该结构的优点在于不需要附加的漫射器来使光均匀，从而增加通过率。诸如漫射器或反射器140的光学元件可以例如通过螺纹、夹具、扭锁机构或其他适当的装置可移除地连接到空腔主体105。在其他示例中，漫射器或反射器140可以直接连接到安装基部101。
图9显示具有连接的底部散热器130的照明装置100。在一个实施例中，安装板104可以通过热环氧树脂粘结到散热器130。可选地或者另外，散热器130可以通过螺纹被拧到照明装置100上以将照明装置100夹紧到散热器130，如图9中所示。如可以在图4中看到，安装板104可以包括用作热接触区的散热层131，所述热接触区例如利用热润滑脂、热带或热环氧树脂热连接到散热器130。为了充分冷却LED，对于流入板上的LED中的电能每一瓦特应该使用至少50平方毫米的热接触区，但是优选地使用100平方毫米热接触区。例如，在使用20个LED的情况下，应该使用1000到2000平方毫米的散热接触区。利用较大的散热器130允许以较高功率驱动LED102，并且还允许不同的散热器设计，使得冷却能力较少依赖于散热器的定向。另外，用于强制冷却的风扇或其他方案可以用于从装置去除热量。底部散热器可以包括孔，使得可以形成至安装板104的电连接。
例如图4所示的位于安装板104上的散热层131可以连接到反射器或散热器，例如散热器130。另外，散热层131可以直接连接到诸如照明固定设备的外部结构。在其他的实施例中，反射器140可以由诸如铝、铜或其合金的金属制成，并且热连接到散热器130以帮助散热。
如图1和图2中所示，多个LED102可以用在照明装置100中。LED102沿着显示的长度尺寸和宽度尺寸线性定位。照明装置100可以具有更多或更少的LED，但是已经发现20个LED为有效量的LED102。在一个实施例中，使用20个LED。当使用大量LED时，可以理想地将LED组合成多串，例如由10个LED形成的两串，以便保持例如不大于24V和700mA的相对较低的正向电压和电流。如果需要，则可以串联设置较大数量的LED，但是这种结构可能导致电安全问题。
侧壁插入件107、底部反射体插入件106和输出窗108中的任一个可以通过磷光体被图案化。图案本身和磷光体组成可以改变。在一个实施例中，照明装置可以包括不同类型的磷光体，所述磷光体位于光混合空腔109的不同区域处。例如，红色磷光体可以位于侧壁插入件107和底部反射体插入件106中的任一个或者两者上，而黄色和绿色磷光体可以位于窗108的顶部表面或底面或者嵌入窗108内。在一个实施例中，中心反射器，例如图5E所示的转向器117，可以具有不同类型的磷光体的图案，例如第一区上的红色磷光体以及单独的第二区上的绿色磷光体。在另一个实施例中，不同类型的磷光体，例如红色和绿色磷光体，可以位于侧壁插入件107或空腔主体105的侧壁上的不同区域。例如，一种类型的磷光体可以在侧壁插入件107上被图案化在第一区处例如形成带状、斑点或其他图案，而另一种类型的磷光体位于侧壁插入件107的不同的第二区上。如果需要，则可以使用附加磷光体，并且附加磷光体位于空腔109中的不同区域中。另外，如果需要，则可以仅使用单一类型的波长转换材料，并且所述波长转换材料在空腔109中例如被图案化在侧壁上。
图10中显示的照明设备包括一体地形成到改进的灯装置150中的照明装置100。改进的灯装置150包括具有内表面142的反射器140，所述内表面被抛光成是反射的或可选地包括反射涂层和/或波长转换层。反射器140还可以包括窗144，所述窗可以任选地包括由波长转换层形成的涂层或者诸如分色滤光器的其他光学涂层。应该理解的是如在此所限定，基于LED的照明装置不是LED，而是LED光源或固定设备或者LED光源或固定设备的部件。在一些实施例中，基于LED的照明装置100可以为替换灯或改进灯或者替换灯或改进灯的一部分。如图10中所示，基于LED的照明装置100可以为基于LED的改进的灯装置150的一部分。
虽然为了指导目的如上所述特定的具体实施例，但是该专利文献的教导具有普遍的适用性并不局限于上述特定实施例。例如，图3A和图3B显示具有线性结构的侧壁，而是应该理解侧壁可以具有任意期望的结构，例如弯曲结构、非垂直结构、倾斜结构等。例如，通过使用锥形侧壁预先校准光经由光混合空腔109获得较高传递效率。在另一个示例中，空腔主体105用于将安装板104直接夹紧到安装基部101而不需要使用安装板固定环103。在其他示例中，安装基部101和散热器130可以为一个部件。图8-10中显示的示例是为了说明性目的。还可以想到为大致的多边形和椭圆形形状的照明装置的示例。因此，可以在不背离权利要求中所述的本发明的范围的情况下可以做出对所述实施例的各种修改、改进和各种特征的组合。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
光源子组件(115)，所述光源子组件具有在第一方向上延伸的长度尺寸、在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸的宽度尺寸以及安装在第一平面中的多个发光二极管(LED(102))，其中所述宽度尺寸小于所述长度尺寸；和
光转换子组件(116)，所述光转换子组件安装在所述第一平面的上方并与所述多个LED(102)物理分离，并且所述光转换子组件被构造成对从所述光源子组件(115)发射的光进行混合和颜色转换，其中所述光转换子组件(116)的第一内表面(107l)的第一部分与所述第一方向对准并被涂敷有第一种类型的波长转换材料，其中与所述第二方向对准的第二内表面(107s)的第一部分反射入射光而没有进行颜色转换，并且其中所述光转换子组件(116)的输出窗(108)的一部分被涂敷有第二种类型的波长转换材料。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，与所述第二方向对准的所述第二内表面的所述第一部分反射在380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％而没有进行颜色转换。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光转换子组件(116)包括设置在所述第一平面的顶部上的底部反射体插入件(106)，其中所述底部反射体插入件(106)反射在380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述底部反射体插入件(106)和所述第二内表面(107s)的所述第一部分中的任一个包括设置在反射垫层(106b)上方的非金属反射层(106a)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述非金属反射层(106a)表现出漫反射特性，所述反射垫层(106b)表现出镜面反射特性。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一内表面(107l)和所述输出窗(108)是为其颜色转换特性所选择的可更换插入件。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一内表面(107l)的第二部分反射在380纳米与780纳米之间的入射光的至少95％而没有进行颜色转换。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个LED(102)以六边形结构被安装在所述第一平面中，其中紧密环绕LED(102)的每一个LED(102)与所述LED(102)是等距离的。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括：
涂敷所述输出窗(108)的第二部分的第三种类型的波长转换材料。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，光散射颗粒与所述第二种类型的波长转换材料混合。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二种类型的波长转换材料包括所述输出窗(108)的第一层(124)；以及
所述设备还包括：
第三种类型的波长转换材料，所述第三种类型的波长转换材料包括所述输出窗(108)的第二层(126，128)。
12.一种设备，包括：
多个发光二极管(LED(102))；和
光混合空腔(109)，所述光混合空腔安装在所述多个LED(102)的上方并与所述多个LED(102)物理分离，并且所述光混合空腔被构造成对从所述LED(102)发射的光进行混合和颜色转换，其中所述光混合空腔(109)的第一内表面包括可更换的反射插入件(106)，并且其中所述可更换的反射插入件(106，107)包括背面形成有第二反射层(106b)的非金属漫反射层(106a)。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第二反射层(106b)是镜面反射的。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述可更换的反射插入件是形成所述光混合空腔(109)的底部表面的底部反射体插入件(106)。
15.根据权利要求12所述的设备，其中，所述可更换的反射插入件是形成所述光混合空腔(109)的侧壁表面(107l，107s)的侧壁插入件(107)。
16.根据权利要求12所述的设备，其中，所述光混合空腔(109)被构造成对从所述LED(102)发射的光进行混合和颜色转换，直到所述光穿过输出窗(108)射出为止，其中所述输出窗(108)被设置在所述多个LED(102)的上方并与所述多个LED(102)物理分离，其中所述光混合空腔(109)的第一部分被涂敷有第一种类型的波长转换材料，并且其中所述输出窗(108)的一部分被涂敷有第种二类型的波长转换材料。
17.一种设备，包括：
安装板(104)，所述安装板具有多个升高的焊盘(104焊盘)；
多个发光二极管(LED(102))所述多个发光二极管安装在所述安装板(104)的所述多个升高的焊盘(104焊盘)上；和
光混合空腔(109)，所述光混合空腔被构造成反射从所述多个LED(102)发射的光，直到所述光穿过输出窗(108)射出为止，所述光混合空腔(109)包括具有多个孔的底部反射体(106)，所述多个LED(102)通过所述多个升高焊盘(104)穿过所述多个孔被升高到所述底部反射体(106)的顶部表面的上方，其中所述光混合空腔(109)的第一部分(107l，106)被涂敷有第一种类型的波长转换材料，并且其中所述输出窗(108)的一部分被涂敷有第二种类型的波长转换材料。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述光混合空腔(109)的第二部分(107s，107l，106)反射从所述多个LED(102)发射的光而没有进行颜色转换。
19.根据权利要求17所述的设备，其中，所述底部反射体(106)包括设置在反射垫层(106b)上方的非金属反射层(106a)。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述非金属反射层(106a)表现出漫反射特性，所述反射垫层(106b))表现出镜面反射特性。
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