CN101711435B - 具有由带开口的支撑结构保持的波长转换元件的照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置包括诸如一个或多个发光二极管的光源(102)以及安装在不透明支撑结构(112)上的波长转换元件(110)。该支撑结构包括开口(114)，该波长转换元件与该开口对准使得经转换的光穿过开口发射。该波长转换元件可以是诸如发光陶瓷的刚性结构，且该开口可以是穿过支撑结构的孔。该支撑结构可保持该波长转换元件，使得该波长转换元件与光源物理分离，或者备选地，该支撑结构可将该波长转换元件置为与该光源物理接触。

Description

具有由带开口的支撑结构保持的波长转换元件的照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置，具体而言涉及诸如半导体发光装置的高辐射率光源产生的光的波长转换。
背景技术
使用发光二极管(LED)的照明装置在许多照明应用中变得愈发普遍。总体而言，LED利用一次发射的磷光体转换来生成白光，但是磷光体也可以用于形成例如红、绿和黄色的更饱和颜色。
发明内容
将磷光体置为与LED物理接触的传统装置存在诸如有限结合温度范围的缺点。此外，结合材料选择可影响成本以及例如由热致机械应力导致的可靠性。因此，改进是期望的。
根据本发明的实施例，照明装置包括诸如一个或多个发光二极管的光源以及安装在不透明支撑结构上的波长转换元件。该支撑结构包括开口，该波长转换元件与该开口对准，使得经转换的光穿过该开口发射。该波长转换元件可以是诸如发光陶瓷的刚性结构，并且该开口可以是穿过该支撑结构的孔。该支撑结构可以保持该波长转换元件，使得该波长转换元件与该光源物理分离，或者备选地，该支撑结构可以将该波长转换元件置为与该光源物理接触。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的照明装置的侧视图。
图2为与图1所示类似但波长转换元件与光源物理接触的照明装置的侧视图。
图3为与图1所示类似但光学元件安装在支撑结构的开口内的照明装置。
图4说明使用支撑结构内的开口作为对准而附着到照明装置的外部光学元件。
图5说明与图1所示类似但支撑结构安装到扩大基板的照明装置。
图6说明与图1所示类似但支撑结构安装到热沉的照明装置。
具体实施方式
根据本发明实施例，照明装置内的波长转换元件由包含开口的结构物理支撑，经转换的光以及一部分的泵浦光在需要时可穿过该开口发射。
图1为侧视图，其说明依据本发明一个实施例的照明装置100。照明装置100包括光源102，该光源例如可以是诸如一个或多个发光二极管(LED)104的例如半导体发光装置，或者是诸如氙灯或者汞灯的可以产生短波长光的其他类型光源。举例来说，LED 104为蓝色或紫外(UV)LED且可以是诸如美国申请No.10/652,348中所描述类型的高辐射率装置，其中该美国申请题为″Package for a Semiconductor LightEmitting Device″，申请人为Frank Wall等，申请日为2003年8月29日，公开号为2005/0045901，受让人与本发明公开的受让人相同，且此美国申请通过引用结合于此。LED 104的角发射模式为朗伯分布或者使用诸如晶格结构的光子晶体来控制。发光二极管104被描述为安装在次载具(submount)106上，该次载具例如可以是陶瓷或硅且可包括LED 104所需的电接触。次载具106可以安装在热沉108上。在需要时，可以使用除了次载具106和热沉108之外的支撑结构。
照明装置100包括安装在支撑结构112上并由支撑结构112保持的波长转换元件110，该支撑结构112包括开口114。尽管图1未示出，如下文所讨论，支撑结构112可以物理安装或连接到照明装置的各种部件。开口114放置在波长转换元件110之上以透射来自波长转换元件110的正向发射光(以及来自LED 104经过波长转换元件110的任何泵浦光)。在一个实施例中，支撑结构112可以制作成使得开口114为穿过支撑结构112的孔，该支撑结构可以由不透明材料通过冲压、模塑或机加工制成。举例来说，支撑结构112可以由诸如铝、铜或其他合适材料的金属或金属合金制成。波长转换元件110例如通过环氧树脂、玻璃、焊料或其他合适材料附着到支撑结构112的交叠部分116。在另一实施例中，支撑结构112可以由例如在波长转换元件110所附着的表面118上涂覆有反射材料的透明材料制成，例如由LCP(液晶聚合物)玻璃、硅或其他合适材料制成。在这种实施例中，开口114是在没有该反射材料的情况下限定的。
通过将波长转换元件110安装到支撑结构112，与光源102相对，照明装置100的组装被简化并避免LED 104受大的温度漂移影响。此外，支撑结构112阻挡蓝光泄露而波长转换元件110在潜在地提供表观连续光源的同时混合来自多个管芯的光。
在一个实施例中，波长转换元件110的侧边可覆盖有反射涂层120，诸如铝、银或3M ESR反射膜或者任何其他合适反射材料的层，以再循环来自波长转换元件110的边发射光。此外，支撑结构112的交叠部分116和/或结合材料可以是反射性的，以提高不经过开口114发射的光的再循环。
波长转换元件110可以由刚性材料形成，特别是在其中开口114形成为穿过支撑结构112的孔的实施例中。举例来说，波长转换元件110可以是陶瓷片，在此有时称为″发光陶瓷″。陶瓷片一般为自支撑层且对于特定波长可以是半透明或透明的，这可以降低与诸如共形层的不透明波长转换层相关的散射损耗。发光陶瓷层可以比薄膜或共形磷光体层更鲁棒。在一些实施例中，诸如结合材料内的磷光体这样的除了发光陶瓷以外的材料可以用作波长转换元件110。
可以在发光陶瓷层内形成的磷光体的示例包括具有如下通式的铝石榴石磷光体：(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:CeaPrb，其中0＜x＜l，0＜y＜l，0＜z≤0.1，0＜a≤0.2及0＜b≤0.1，诸如在黄-绿色范围内发光的Lu3Al5O12:Ce3+和Y3Al5O12:Ce3+；以及(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz 2+，其中0≤a＜5，0＜x≤l，0≤y≤1及0＜z≤1，诸如在红色范围内发光的Sr2Si5N8:Eu2+。合适的Y3Al5O12:Ce3+陶瓷片可以从北卡罗来纳州夏洛特的BaikowskiInternational Corporation购买。其他发绿、黄和红光的磷光体也是合适的，这些磷光体包括(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua 2+(a＝0.002-0.2，b＝0.0-0.25，c＝0.0-0.25，x＝1.5-2.5，y＝1.5-2.5，z＝1.5-2.5)，例如包括SrSi2N2O2:Eu2+；(Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+，包括例如SrGa2S4:Eu2+；Sr1-xBaxSiO4:Eu2+；以及(Ca1-xSrx)S:Eu2+，其中0＜x≤1，包括例如CaS:Eu2+和SrS:Eu2+。
可通过高压加热粉末磷光体直到磷光体颗粒的表面开始软化和熔化而形成发光陶瓷。部分熔化的颗粒粘在一起形成刚性的颗粒团聚物。与在光学上表现为单个大的磷光体颗粒而没有光学不连续的薄膜不同，发光陶瓷表现为紧密堆积的单独磷光体颗粒，使得在不同磷光体颗粒之间的界面存在小的光学不连续。因此，发光陶瓷在光学上几乎是均匀的且具有与形成该发光陶瓷的磷光体材料相同的折射率。与布置在诸如树脂的透明材料内的共形磷光体层或磷光体层不同，发光陶瓷通常除了磷光体以外不需要结合材料(例如有机树脂或环氧树脂)，使得在单独磷光体颗粒之间存在非常少的空间或不同折射率的材料。因此，发光陶瓷是透明或半透明的，不同于共形磷光体层。关于可以在本发明中使用的发光陶瓷的更多信息，见美国专利申请公开No.2005/0269582，其通过引用结合于此。
抗反射涂层122沉积在波长转换元件110的输入侧面上，使得抗反射涂层122位于波长转换元件110和LED 104之间。在另一实施例中，涂层122可以是诸如二向色滤光器的分色元件，该分色元件透射蓝色泵浦光并反射由波长转换元件110转换的光的范围内的波长。分色元件116可以是高角度接受性涂层，该涂层直接应用到面向光源102的波长转换元件110的输入侧111。
如图1所说明，支撑结构112可以放置为使得波长转换元件110沿着光学路径(总体上由箭头103所示)与光源102物理分离。因此，波长转换元件110(和抗反射涂层122)不与光源102接触。波长转换元件110(和抗反射涂层122)与光源102之间的介质可以是例如空气、气体或真空。因此，由光源102发射的光必须行经光源102和波长转换元件110(和抗反射涂层122)之间的间隙。光源102和波长转换元件110之间的物理分离的长度可以变化，不过在一个实施例中在50μm至250μm的范围内。在一个实施例中，光源102和波长转换元件110之间的物理分离足以防止光源102对波长转换元件110的显著传导加热。在另一实施例中，诸如硅酮凝胶或其他合适材料的填充剂或结合材料可用于填充光源102与波长转换元件110之间的间隙。
图2为说明根据本发明另一实施例的照明装置150的侧视图。照明装置150与图1所示的照明装置100基本类似，相似地标注的元件是相同的。然而，如图2所说明，照明装置150内的支撑结构112保持波长转换元件110，使得波长转换元件110和光源102之间不存在间隙，即，波长转换元件110通过抗反射涂层122与光源102物理接触。波长转换元件110在需要时可结合到光源102以用于优化的光学耦合。
图3为说明照明装置200的侧视图，该照明装置与图1所示的照明装置100基本类似，相似地标注的元件是相同的。然而照明装置200包括位于开口114内的光学元件202，诸如圆顶透镜。光学元件202可以穿过开口114安装到波长转换元件110。备选地，如果支撑结构112为具有限定开口114的反射涂层的透明材料，光学元件202可以结合到支撑结构112或者与之集成地形成。应理解，如图2所说明，照明装置200的支撑结构112可以放置为将波长转换元件110置为与光源102接触。
使用具有开口114的支撑结构112的一个优点为，开口114可用作对准以将附加元件安装到照明装置100，或者备选地，将照明装置100安装到另一结构。举例来说，图4说明光学元件220附着到照明装置100，如箭头222所说明。光学元件220包括突起224，该突起大小调整为适合开口114。因此，开口114充当用于光学元件220的对准。当然，其他光学或非光学元件可以使用开口114来对准。
图5说明照明装置300的侧视图，该照明装置与图3所示照明装置200相似，但是支撑结构312安装到扩大的基板308。图6与图5相似，但是照明装置350具有安装到热沉356的支撑结构362，该支撑结构可为光源102提供密封环境。
尽管出于指示目的结合具体实施例对本发明予以说明，但本发明不限于此。可以进行各种修改和改进而不背离本发明的范围。因此，所附权利要求书的精神和范围不受前述说明书的限制。

Claims (14)

1.一种照明设备，包括：
包括多个发光二极管的光源；
从该光源接收发射光的波长转换元件，该波长转换元件至少部分地转换该发射光并产生经转换的光；以及
具有开口的不透明支撑结构，该波长转换元件安装到该支撑结构并与该开口对准，使得由该波长转换元件产生的经转换的光穿过该开口发射；
其中该波长转换元件混合来自该多个发光二极管的光，同时潜在地提供连续光源。
2.权利要求1所述的照明设备，其中该波长转换元件为刚性自支撑材料。
3.权利要求1所述的照明设备，其中该波长转换元件为发光陶瓷。
4.权利要求1所述的照明设备，其中该开口为穿过该支撑结构的孔。
5.权利要求1所述的照明设备，其中该支撑结构由涂覆有限定该开口的反射层的透明材料形成。
6.权利要求1所述的照明设备，还包括耦合到该开口的光学元件。
7.权利要求6所述的照明设备，其中该光学元件穿过该开口而安装到该波长转换元件。
8.权利要求6所述的照明设备，其中该光学元件与该支撑结构和开口集成地形成。
9.权利要求1所述的照明设备，还包括使用该开口来对准而安装到该支撑结构的光学元件。
10.权利要求1所述的照明设备，还包括基板，该多个发光二极管耦合到该基板并且该支撑结构耦合到该基板。
11.权利要求1所述的照明设备，还包括热沉，该多个发光二极管耦合到该热沉并且该支撑结构耦合到该热沉。
12.权利要求1所述的照明设备，其中该支撑结构保持该波长转换元件使得该波长转换元件不与该光源物理接触。
13.权利要求1所述的照明设备，其中该支撑结构保持该波长转换元件使得该波长转换元件与该光源物理接触。
14.权利要求1所述的照明设备，还包括位于该波长转换元件上的抗反射涂层，该抗反射涂层置于该波长转换元件和该光源之间。
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