CN103283047A - 用于远程荧光粉led装置的荧光粉反射器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种荧光粉组件，所述荧光粉组件包括荧光粉层和附着在所述荧光粉层上的宽带反射器。所述荧光粉组件能够与短波长(例如蓝光)LED和其他任选部件组合而构成远程荧光粉照明系统。至少一些LED光在到达所述宽带反射器之前穿过所述荧光粉层。所述宽带反射器对于所述LED光和所述较长波长的荧光均提供高反射率。所述荧光粉层相对LED光的透明或透射程度可以被调整以增加所述照明系统的宽带输出光。实际上能够通过减少用于所述荧光粉层中的荧光粉量来实现这种增加。所述荧光粉层相对于所述LED光的所述单程透射率T可为30％至65％，并且所述宽带反射器的反射率可为至少90％、94％、或98％。

Description

用于远程荧光粉LED装置的荧光粉反射器组件
技术领域
本发明一般地涉及光源，就具体应用而言涉及包括发光二极管(LED)和荧光粉的固态光源。本发明还涉及相关的制品、系统和方法。
背景技术
发射宽带光的固态光源已经公知。在一些情况下，此类光源通过将发射黄光的荧光粉层施加到蓝光LED上来制备。当来自蓝光LED的光穿过荧光粉层时，蓝光中的一些被吸收，并且所吸收能量中的相当大一部分被荧光粉再发射为可见光谱中的较长波长的斯托克斯频移光，通常为黄光。荧光粉厚度为足够薄的，以使得蓝色LED光中的一些完全穿过荧光粉层，并且与来自荧光粉的黄光组合，从而得到显现白色的宽带输出光。
另外已提出了其他的LED泵浦型荧光粉光源。在美国专利7,091,653(Ouderkirk等人)中，讨论了其中将来自LED的光由长通反射器反射到荧光粉层上的光源。荧光粉层发射被长通反射器基本上透射的可见光(优选地为白光)。LED、荧光粉层、和长通滤波器被布置为使得光在从LED传播到长通反射器时并不穿过荧光粉层。
发明内容
我们已经研制出可用于远程荧光粉照明系统中的新系列的荧光粉组件。荧光粉组件通常包括荧光粉层和附着于荧光粉层的宽带反射器。荧光粉组件可与一个或多个短波长(例如蓝光)LED、和其他任选部件结合使用以提供远程荧光粉照明系统。在此类系统中，来自LED的至少一些光在到达宽带反射器之前穿过荧光粉层。宽带反射器对于LED光和较长波长的荧光具有高反射率。我们已经发现，可(例如)通过适当地选择荧光粉浓度和荧光粉层的物理厚度来调整荧光粉层对LED光的透明度(或透射度)，以增加照明系统的宽带输出光。实际上可通过减少荧光粉层中所用的荧光粉量来实现这种光输出的增加。在一些情况下，可选择荧光粉浓度和荧光粉层的物理厚度以提供LED光穿过荧光粉层的单程透射率T。可选择T以最大化照明系统的宽带输出光。我们已经发现，T可(例如)在30至65％、或35至60％、或40至50％的范围内。
在一些情况下，宽带反射器可对于LED光和荧光具有至少94％、或至少98％的反射率。荧光粉组件可以卷材形式制成，例如使用一层或多层聚合物基膜，并且随后可从该卷材中切割出具有合适尺寸和形状的片段以装配到特定的远程荧光粉照明系统内。因此，所述组件可为可模切的。在一些情况下，宽带反射器可直接附接于荧光粉层，而在其他情况下，宽带反射器可通过一个或多个中间层附接于荧光粉层。荧光粉组件可包括附接于荧光粉层的粘合剂层。所述组件可包括附接于荧光粉层的结构层，所述结构层为自承的。所述组件可包括适于承载荧光粉层和宽带反射器的隔离衬片。
远程荧光粉照明系统可包括荧光粉组件，所述荧光粉组件与提供短波长LED光的一个或多个LED相结合。此类系统还可包括二向色反射器，所述二向色反射器被构造成可反射的LED光的第一部分、透射LED光的第二部分、并且透射荧光的一部分。
另外，描述提供宽带光输出的远程荧光粉照明系统。此类系统包括荧光粉组件和一个或多个LED。LED可发射具有400至500nm范围内的一个或多个发射峰的LED光。荧光粉组件可包括荧光粉层和附着于荧光粉层的宽带反射器。荧光粉层可被构造成可吸收LED光的一部分并且响应吸收的LED光发射荧光，并且宽带反射器可对于LED光和荧光具有至少90％的反射率。宽带光输出可包括由荧光粉组件发射的荧光的一部分和由荧光粉组件反射的LED光的一部分。荧光粉层可具有荧光粉浓度和物理厚度，所述荧光粉浓度和物理厚度被调制成可提供LED光穿过荧光粉层的单程透射率T，其中T被选择成可最大化宽带光输出。T可在30至65％、或35至60％、或40至50％的范围内。宽带反射器对于LED光和荧光具有至少94％、或至少98％的反射率。
此类系统还可包括二向色反射器，所述二向色反射器被构造成可反射由一个或多个LED发射的LED光的一部分以经由不穿过组件的光路照射到组件上，所述二向色反射器还被构造成可透射由一个或多个LED发射的LED光的一部分并且透射荧光的一部分。所述系统还可包括具有外表面和内表面的透镜构件，并且二向色反射器可设置在其外表面的至少一部分上。二向色反射器可被制作成可覆盖透镜构件的基本上整个外表面，或者其可覆盖透镜构件的外表面面积的至少50％、70％、或80％。荧光粉组件被取向为使得荧光粉层设置在透镜构件和宽带反射器之间。
此类系统的宽带输出光可为基本上白色的，并且可包括至少(1)由组件反射的和由二向色反射器透射的LED光、以及(2)由二向色反射器透射的荧光。宽带光输出还可包括(3)由二向色反射器透射的但未通过组件反射的LED光。宽带光输出可具有CIE色坐标(x，y)，并且x可在0.25至0.4的范围内，y可在0.25至0.4的范围内。
本发明还讨论了相关方法、系统和制品。
本专利申请的这些和其他方面从以下具体实施方式中将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅由所附权利要求书限定，并且在审查期间可以进行修改。
附图说明
图1a为包括LED、二向色反射器、和荧光粉层的远程荧光粉宽带光源的示意性侧视图或剖面图；
图1b为示例性蓝光LED和示例性荧光粉的光谱强度分布的理想曲线图；
图2为包括LED、二向色反射器、和荧光粉组件的远程荧光粉宽带光源的示意性侧视图或剖面图；
图3a和3b为示例性荧光粉组件的示意性侧视图或剖面图；
图4为另一种示例性宽带光源的示意性透视图；
图5为宽带光源的一部分的示意性俯视图或平面图；
图6为另一种示例性宽带光源的示意性侧视图或剖面图，其中示出了荧光粉组件；
图7为包括LED和荧光粉组件的另一种远程荧光粉宽带光源的示意性侧视图或剖面图；
图8为被模拟的二向色反射器对于不同入射角的光谱反射率的曲线图，其上叠加有示例性蓝光LED的归一化功率谱的曲线图；
图9为穿过荧光粉组件的荧光粉层的随荧光粉浓度(颗粒密度)变化的单程透射率的曲线图；
图10为得自远程荧光粉宽带光源的随荧光粉浓度(颗粒密度)变化的总发射光的曲线图；
图11为得自远程荧光粉宽带光源的随荧光粉浓度(颗粒密度)变化的宽带输出光的色坐标的曲线图；并且
图12为另一种示例性宽带光源的示意性侧视图或剖面图，其中示出了荧光粉组件。
在这些附图中，类似附图标记指代类似元件。
具体实施方式
如上文所述，本专利申请描述了(除了别的以外)可用于宽带固态光源或系统中的荧光粉组件，所述光源使用由来自一个或多个固态发光装置(例如LED)的光泵浦或激发的荧光粉材料层。荧光粉组件包括附着于宽带反射器的荧光粉层。当LED光从LED传播到荧光粉组件时，其在到达宽带反射器之前穿过荧光粉层。宽带反射器对于LED光和较长波长的荧光具有高反射率，例如至少90％。光源输出的为宽带光，包括由荧光粉发射的光的至少一部分和由LED发射的光的至少一部分。可(例如)通过适当地选择荧光粉浓度和荧光粉层的物理厚度来调整荧光粉层对LED光的透明度或透射度，以增加照明系统的宽带输出光。实际上可通过减少荧光粉层中所用的荧光粉量来实现这种光输出的增加。如果需要，也可在保持宽带光输出的基本白色的同时来实现这种增加。
在一些情况下，光源还可包括将来自LED的光中至少一些反射至荧光粉组件的二向色反射器。在这种情况下，LED光中的至少一些在从LED传播到二向色反射器时并不穿过荧光粉组件或荧光粉层。然而，由二向色反射器反射的LED光随后照射到荧光粉层上，导致其发射较长波长的荧光。荧光通过二向色反射器，从而得到或贡献于光源的宽带输出光。通常为蓝色或类似短波长的LED光中的一些也可穿过二向色反射器而不被反射，从而贡献于光源的宽带输出光。
这里，“发光二极管”或“LED”是指发光的二极管，不管发出的是可见光、紫外光还是红外光，但在多个实际实施例中，发出的光将具有约430至530nm、或约440至500nm、或约445至480nm范围内的峰值波长。术语LED包括作为“LED”(不论是常规型还是超辐射型)销售的非相干的封闭或封装的半导体器件、以及相干半导体器件(例如激光二极管，包括(但不限于)垂直腔面发射激光器(VCSEL))。“LED裸片”为LED最基本的形态，即经半导体加工程序制成的单个元件或芯片。例如，LED裸片可由一种或多种III族元素的组合和一种或多种V族元素的组合形成(III-V半导体)。合适的III-V半导体材料的实例包括氮化物(例如氮化镓)和磷化物(例如磷化镓铟)。还可使用其它类型的III-V族材料以及元素周期表中其它族的无机材料。部件或芯片可包括适用于施加电力以使装置通电的电触点。实例包括引线结合、卷带式自动接合(TAB)或倒装焊接。部件或芯片的各个层和其他功能元件通常以晶片级形成，然后可以将加工好的晶片切成单个元件，以生产大量的LED裸片。LED裸片可经配置以进行表面安装、芯片直接贴装或其他已知的安装配置。一些封装的LED通过在LED裸片和相关反射杯之上形成聚合物封壳而制成。LED可在若干种基底中的一种基底上生长。例如，可在蓝宝石、硅、和氮化镓上外延生长GaN LED。就本专利申请而言，“LED”还应视为包括通常称为OLED的有机发光二极管。
在图1a中，示出了包括LED 120、二向色反射器116、和荧光粉材料层132的远程荧光粉宽带光源110。LED 120发射较短波长的光141a，例如主要为蓝光和/或紫外光，但在一些情况下，也可使用蓝绿光或绿光。光141a可具有400至500nm范围内的一个或多个光谱发射峰，包括主发射峰即最强发射峰。LED光141a从LED 120传播到二向色反射器116，不穿过荧光粉层132。如下文更详细所述，二向色反射器116被构造为对于基本上所有的所关注光波长具有低吸收性、对于短波长LED光具有高反射率(和低透射率)、并且对于较长波长的荧光具有较低的反射率(和较高的透射率)。LED光141a因而被反射器116强烈反射而产生反射的LED光141b。反射器116的形状以及LED 120和荧光粉层132的位置被选择成使得反射的LED光141b照射到荧光粉层132上，如图所示。二向色反射器116可透射LED光141a中的一些而得到透射的LED光141c。
荧光粉层132吸收入射的LED光141b中的一些或全部，并且将所吸收能量中的一些再发射而成为斯托克斯频移的(较长波长的)荧光143a。荧光143a通常被荧光粉材料沿所有方向发射，并且这种光本身通常为宽带的，如下文进一步讨论。荧光143a中的一些传播到二向色反射器116。这种光基本上被反射器116透射而产生透射的荧光143b。透射的LED光141c与透射的荧光143b的组合可产生光源110的宽带输出光。
二向色反射器116可在一些情况下适形于透镜构件的外表面，图1a中未示出所述透镜构件以具有一般性，但示于本文的其他附图中。透射光线141c相对于相应光线141a的偏转表示LED光在从透镜材料传送到空气介质或类似低折射率的介质内时产生的折射。二向色反射器116和外部透镜表面(如果存在)可以因此具有凹形和/或弯曲形状，使得由LED 120发射并且由反射器116反射的光主要被导向到荧光粉层132上。二向色反射器可被制作成覆盖透镜构件的基本上整个外表面，或者其可覆盖透镜构件的外表面面积的至少50％、70％、或80％。
二向色反射器有时也称为二向色镜或二向色滤波器。它们被设计成对于一些光波长具有高反射率和低透射率并且对于其他光波长具有低反射率和高透射率。此类反射器通常至少对于可见光、近红外波长和近紫外波长而言具有可忽略不计的吸收，使得未被反射的任何光基本上被透射，反之亦然。此类反射器包括光学薄微层的叠堆(通常为具有大折射率失配的材料的交替排列，例如二氧化硅和二氧化钛的交替层)，但也可使用其他合适的无机或有机材料。此类反射器可通过如下方式来制备：将交替的层真空沉积到玻璃或其他合适的基底上，例如直接沉积到透镜构件的外表面上或者沉积到可随后施用到这种表面的膜或基底上。作为另外一种选择，可通过连续工艺来制备合适的反射膜，所述连续工艺可涉及共挤出交替的聚合物材料以及拉伸所得多层聚合物幅材，例如，如美国专利5,882,774和6,783,349中所述。无论用于二向色反射器的材料和所用的制备方法如何，反射器均具有用于微层叠堆的层厚分布，所述层厚分布被调整为可提供随波长而变化的所需反射特性，如文中别处所述。在这方面，参见美国专利6,967,778。所述层厚分布可被调整为提供如下二向色反射器，所述二向色反射器可用作(例如)长通滤波器或陷波滤波器，由此使得较长波长的荧光在一定入射较范围上基本上被透射，并且较短波长的LED光主要被反射。二向色反射器可(例如)对于荧光具有至少50％、或至少60％、或至少70％的透射率。在一些情况下，二向色反射器可基本上反射蓝色可见光并且基本上透射品红色可见光。在一些情况下，二向色反射器可以是或可以包括多层反射镜膜、反射型偏振器、和/或部分偏振型反射器(例如，在给定波长下不同地反射正交偏振态的反射镜)。
二向色反射器的反射和透射特性随照射到反射器上的光的入射角的改变而改变。例如，相比于垂直入射到反射器上的LED光线而言，二向色反射器116可对于斜射到反射器上的LED光线具有更高的透射率。此特性可用于产生一种远程荧光粉固态光源，其输出光颜色可通过控制设于透镜组件下面的多个LED的相对驱动强度来调节，如2011年5月18日提交的共同转让的待审美国专利申请61/487,423中更完整所述。
荧光粉层132包含一种或多种合适的荧光粉材料，所述荧光粉材料发荧光或者说是发射相对于所吸收的LED光具有斯托克斯频移的光。荧光粉材料优选地吸收波长范围与LED的发射光谱重叠的光，使得LED可激发荧光粉并导致其发荧光或者说是发射荧光。在多种情况下，给定的荧光粉材料可吸收电磁波谱的紫外光、蓝光、和/或蓝绿光部分中的光，并且可发射可见光或近可见光区域中的光。发射的荧光通常为宽带的，例如其可具有至少100纳米的光谱宽度。宽带荧光可分布在连续的宽带中，或者其可具有尖峰分布(如一组间隔开的狭窄发射线)，或者其为狭窄发射线和连读宽带的组合。示例性的荧光粉材料包括已知的荧光染料和荧光粉。铈掺杂钇铝石榴石(Ce:YAG)为可使用的荧光粉的一个实例。其他稀土掺杂石榴石或其他稀土掺杂材料(例如，铕和/或锶掺杂硅酸盐、氮化物、和铝酸盐)可以同样适合，这取决于光源的设计细节和约束。合适的荧光粉材料可包括有机和无机荧光或磷光材料，例如掺杂的无机氧化物或氮化物、量子点、和半导体(包括II-VI和III-V材料)。
在图1b中以曲线162示出了典型的荧光发射光谱。还示出了标记为曲线160的典型的蓝色LED发射光谱。这些曲线意在表示典型的组成部分，未必有意进行限制。如图所示，对于给定的LED/荧光粉对而言，荧光通常分布在比LED光更长波长的位置。在其中LED120发射蓝光并且二向色反射器116透射此光中的一些的情况下，荧光粉层132可被定制成可发射黄色荧光，使得蓝色LED光和黄色荧光的组合而形成名义上白色的光。
图2示出了远程荧光粉宽带光源210的示意图，其可与图1a的光源110相同或相似，不同的是单个荧光粉层132被替换为荧光粉反射镜组件230。光源210因而包括LED 220、二向色反射器216、和荧光粉反射镜组件230。LED 220发射较短波长的光241a，例如主要为蓝光和/或紫外光，但在一些情况下，也可使用蓝绿光或绿光。光241a可具有400至500nm范围内的一个或多个光谱发射峰，包括主发射峰即最强发射峰。LED光241a从LED 220传播到二向色反射器216，且不穿过荧光粉层232。如文中别处所述，二向色反射器216被构造为对于基本上所有的所关注光波长具有低吸收性、对于短波长LED光具有高反射率(和低透射率)、并且对于较长波长的荧光具有较低的反射率(和较高的透射率)。LED光241a因而被反射器216强烈反射而产生反射的LED光241b。反射器216的形状以及LED220和荧光粉组件230的位置被选择成使得反射的LED光241b照射到荧光粉组件230，如图所示。二向色反射器216可透射LED光241a中的一些而得到透射的LED光241c。
荧光粉组件230包括附接于宽带反射器234的荧光粉材料层232。荧光粉层232可与图1a的荧光粉层132相同或相似，不同的是层232在物理和/或光学意义上比层132薄。例如，层232可与层132具有相同的每单位体积的荧光粉材料浓度，但可为物理上较薄的，以确保LED光241b中的一些能够完全穿透荧光粉层232。作为另外一种选择，层232可与层132具有相同的物理厚度，但可相比于层132具有较低的每单位体积的荧光粉材料浓度，以同样确保LED光241b中的一些能够完全穿透荧光粉层232。在其他情况下，层232相比于层132可为物理上较薄的并且具有较低的荧光粉浓度。在任何情况下，LED光241b中的一些入射到荧光粉层232上，并且此光中的一些被吸收并且再发射为荧光243a。LED光241b中的其余部分达到宽带反射器234，并且被反射回荧光粉层232内。此二次反射的LED光中的一些再次被荧光粉层232吸收和再发射，并且其余部分从层232和组件230射出而形成反射的LED光241d。荧光243a中的一些以及二次反射的LED光241d中的一些可传播到二向色反射器216。荧光243a基本上被反射器216透射而产生透射的荧光243b。二次反射的LED光241d中的一些也可被反射器216透射以增加透射的LED光241c的量。透射的LED光241c与透射的荧光243b的组合可产生光源210的宽带输出光。在其中LED 220发射蓝光并且二向色反射器216透射此光中的一些的情况下，荧光粉层232可被定制成可发射黄色荧光，使得蓝色LED光和黄色荧光的组合而形成名义上白色的光。
荧光粉组件可包括少至两个层-荧光粉层和宽带反射器层-或者其可包括一些附加层。例如，荧光粉组件可包括一个或多个粘合剂层、垫片层、结构层、导热层、粘结层、和隔离衬片。可以设想出多种多样的适合于荧光粉组件的构造。图3a和3b示意性地示出了两种此类构造。在图3a中，设计相当简单的荧光粉组件330包括附接于宽带反射器334的荧光粉层332。在图3b中，具有较复杂设计的荧光粉组件331包括附接于宽带反射器336的荧光粉层332，所述组件还包括粘合剂层333、结构层337、和导热层338。导热层338可附接于散射器以有助于将荧光粉层335保持在较低工作温度下。优选的是，光通过相同的表面(其在此处称为荧光粉组件的“工作表面”)进入和离开给定的荧光粉组件。在图3a中，工作表面为表面332a，在图3b中，工作表面为表面333a。尽管宽带反射器在图3a和3b中示为直接附接于荧光粉层，但在其他情况下，宽带反射器可通过一个或多个中间层附接于荧光粉层。如文中别处所述，一个可能重要的荧光粉组件的设计参数是荧光粉层的物理厚度332、333，其在图3a和3b中标记为“t”。另一个可能重要的荧光粉组件的设计参数是荧光粉层中的荧光粉材料的浓度。现在更详细地讨论可包括在荧光粉反射镜组件中的一些构成层。
荧光粉组件的荧光粉层可由其中分散有一种或多种荧光粉的光稳定和热稳定粘结剂制成。粘结剂可为聚合物(包括(例如)硅树脂和/或氟聚合物)，并且可为粘合剂或凝胶(例如，硅树脂粘合剂或硅树脂凝胶)。荧光粉材料(荧光粉)可为混合的、分层的、或图案化的、或者这些构型中的两个或多个的组合。合适的涂布方式包括刮涂、挤压涂布、和刮棒涂布。用于涂覆图案化涂层的合适的装置包括用于印刷(包括轮转凹版、凹雕、丝网、和喷墨)的那些装置。一个或多个荧光粉层可被图案化在未图案化的荧光粉层上，或者不同的区域可主要地具有一种荧光粉类型。例如，可使用红光发射荧光粉和绿光发射荧光粉的像素图案，其中每个像素在至少一个方向上约为(驱动或激发荧光粉的)相关LED的尺寸。像素图案可呈一维的排列或二维的网格形式。可通过在空间上隔开不同的荧光粉来降低再吸收损耗。在一些情况下，不同的荧光粉可被分成如下区域，所述区域的侧向或横向尺寸为包含荧光粉的层的厚度的约2至20倍。
荧光粉组件的宽带反射器对于较短波长的LED光和较长波长的荧光均具有高反射率。因此，完全传播穿过荧光粉层的任何LED光可被反射回荧光粉层内，从而为增加LED光在减小厚度的荧光粉层中的吸收创造条件。此外，沿背离宽带光源的输出端(并且背离荧光粉组件的工作表面)的方向传播的任何荧光可被宽带反射器拦截，并且被向后折返穿过荧光粉层以增加光源的总输出中的荧光成分。宽带反射器可以是或可以包括镜面反射器、漫反射器、和/或半镜面反射器(镜面发射器和漫射器的组合)。宽带反射器可包含粘结剂和颜料，并且可包含其他添加剂。合适的粘结剂包括与结合荧光粉层而述及的那些相同的粘结剂材料。用于宽带反射器中的粘结剂可与用于荧光粉层中的粘结剂相同或不同。示例性的颜料包括锐钛矿或金红石TiO2。优选的是，用诸如二氧化硅之类的涂料来钝化TiO2。其他添加剂可包括可改善导热率的无机填充剂。合适的填充剂可包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、和/或金刚石。宽带反射器中的此类填充剂有利地具有LED光和荧光的低吸光度。具有主要为镜面特性的合适的宽带反射器包括被构造为在整个可见光谱上具有高反射率的多层光学膜，例如，由3M公司出售的在整个可见光区域具有高于98％的反射率的VikuitiTM增强镜面反光膜(ESR)。也可使用由高折射率材料和低折射率材料(例如，纳米孔隙聚合物或其他聚合物、MgF2、TiO2、SiO2、Al2O3、和/或ZrO2)的光学薄层制成的其他介质涂层反射器。也可使用较简单的金属镀膜，例如镀铝聚合物膜或镀银聚合物膜。可(例如)通过添加一种或多种已知的介质涂层(例如，纳米孔隙聚合物或其他聚合物、无机纳米颗粒填充的聚合物、MgF2、TiO2、SiO2、Al2O3、和/或ZrO2)来提高金属镀层的反射率。
荧光粉组件中还可包括粘合剂层。粘合剂层优选地对于LED光和荧光均具有高透射率和低吸收率。合适的粘合剂层包括丙烯酸酯和硅树脂。粘合剂可包含能够利用热或辐射进行固化的其他添加剂。例如，可将热固型环氧树脂与B阶段固化丙烯酸酯进行混合以形成压敏粘合剂，所述压敏粘合剂可被固化而形成永久性粘结。粘合剂也可作为可固化液来涂覆，例如具有热活化催化剂或光解活化催化剂的有机硅树脂单体。在一些情况下，粘合剂可在荧光粉层与光源的另一个部件(例如透镜构件)之间形成基本上永久的粘结。在其他情况下，粘合剂可形成可去除的粘结。这里，粘合剂的粘结强度可以高到足以提供最终应用中良好的耐久性并且低到足以允许(例如)通过模切和剥离来移除荧光粉层的一个或多个部分。
荧光粉组件中还可包括透明垫片层。这种层可设置在组件的工作表面处，或者设置在工作表面和荧光粉层之间。垫片层可被定制成具有下述功能中的一个或多个：其可改变从荧光粉层发射的光的光学输出特性；其可将荧光粉层移位或设置成远离一个部件(例如透镜构件)并且靠近另一个部件(例如导热基底)；和/或其可在透镜构件和荧光粉层之间形成低折射率层以增加装置的亮度。合适的低折射率涂料包括氟聚合物、硅树脂、和辐射固化材料，所述低折射率涂料与溶剂相结合来进行固化，随后进行干燥以产生低折射率层。
荧光粉组件中还可包括结构层。这里，结构层指自承的并且为足够厚和强固的层，使得其能够与所粘附的荧光粉层的部分一起被机械地移除(例如，通过剥离)。在移除之前，可刻划或切割结构层以将待保留部分与待移除部分分开，由此能够将待移除部分与荧光粉层的相应部分一起从透镜构件或其他部件机械地移除，以选择性地露出透镜构件的内表面的部分。合适的结构层包括聚酯(包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯)、氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯、和硅树脂。结构层也可具有织造或随机纤维垫，所述织造或随机纤维垫包括下述材料，例如纤维素、合成纤维、和陶瓷或玻璃纤维。
荧光粉组件中还可包括导热层。导热层可设置在荧光粉层后面，使得荧光粉层位于导热层和组件的工作表面之间。导热层可接触或以其他方式联接于导热基底或散射器，以便将荧光粉层保持在较低的工作温度。导热层可由聚合物层(尤其是由足够量的导热粉末或材料(氧化铝、二氧化硅、氮化硼、和/或氮化铝)填充的那些)制成。聚合物层可为均聚物(例如硅树脂或丙烯酸酯)、或聚合物的混合物、或B阶段固化材料(例如热固型环氧树脂与辐射固化型丙烯酸酯的混合物)。
荧光粉组件中还可包括粘结层(并非此前讨论的粘合剂层525)。例如，可在相邻的功能层之间包括底涂层以便增强这些层之间的粘结。
可将荧光粉组件的夹层构造中的两个或多个层的功能结合到单个层内。例如，粘合剂层也可充当透明垫片层。作为另外一种选择或除此之外，以单个层描述或示出的层中的任何一者可被拆分或复制，以在荧光粉组件的夹层构造中内提供两个或多个此类不同的层。此外，荧光粉组件可以卷材形式制成，例如使用一层或多层聚合物基膜，并且随后可从该卷材中切割出具有合适尺寸和形状的片段以装配到特定的远程荧光粉照明系统内。所述组件因而可被制为可模切的。
图4示出了包括荧光粉组件429的宽带光源410。光源410在笛卡尔x-y-z坐标系中示出。光源410包括可以是或可以包括散热器的基底412。基底412承载具有上(工作)表面429a和基准点429b的荧光粉组件429。荧光粉组件429包括荧光粉层和宽带反射器，但也可包括文中别处所述的其他层和特征。十八个LED被设置在荧光粉组件的顶部或者以其他方式靠近设置，所述LED被布置成分别具有六个相邻LED的三个楔形组430、432、434，每个具有相邻LED的组设置在基底的楔形区域中。三个楔形LED组的布局、以及每组中示出的LED的数量和取向为多种可能的布置方式中的一种，并且不应理解为限制性的。例如，还可设想到楔形以外的形状。除了三个楔形之外LED还可被布置成其他构型，并且可存在一个或多个适当定位的LED以使得来自每个LED的光的大部分优先照射荧光粉的无阻挡区域，如下文所述。LED可包封在形成透镜构件的透明聚合物、或玻璃、或其他合适的透光材料中，或者LED可直接设置在透镜构件的下表面或内表面的下面。透镜构件的上表面即外表面可为凹形和弯曲的，使得二向色反射器416可以被附着并且可以在形状上适合这种表面。二向色反射器可与本文所述的其他二向色反射器相同或相似。二向色反射器416的形状可限定顶点416a和对称轴或光轴416b。光轴416b可与光源410的光轴重合，并且可穿过基准点429b和顶点416a。
这些具有相邻LED的组彼此由荧光粉组件429的无阻挡楔形部分440、442、444隔开。这里，“无阻挡”是指荧光粉组件429的其中基本上不存在LED的部分。此外，每个具有相邻LED的组位于基底的楔形区域中，所述楔形区域与荧光粉组件的无阻挡楔形部分中的一者关于点429b大致相对。基底的楔形区域(例如，其中存在LED的楔形组430的区域)与其在荧光粉组件中的对应楔形部分(例如，部分440)中的每一对也可以关于点429b大致对称。通过配置二向色反射器416以使得光轴416b穿过点429b并且通过选择二向色反射器的合适曲率半径，可将来自相邻LED的每个楔形组的LED光中的被二向色反射器反射的部分(至少大致地)成像到荧光粉组件的对应楔形部分上。
在无阻挡部分440、442、444附近，荧光粉组件可直接粘附至透镜构件的底表面或内表面，所述内表面可为基本上平坦的。另外，在可供选择的实施例中，可将荧光粉组件切割(例如，模切)成三个楔形小件，所述三个楔形小件与三个无阻挡部分440、442、444对准并且可粘合至透镜构件的内表面。在这种情况下，LED下面可不存在荧光粉组件，并且LED可直接接触基底412。
三个LED组中的每一组内的相邻LED被布置在距点429b和/或光轴416b的不同径向距离处(平行于x-y平面测量)。例如，在图示布置方式中，每组中的一个LED设置为最靠近轴416b，每组中的三个LED设置为最远离轴416b，并且每组中的两个LED设置在距轴416b的中间距离处。如果需要，可结合反射和透射特性随入射角而变化的二向色反射器416来使用LED的这种布置方式，以调节或控制光源410的宽带输出的颜色。可通过控制布置在透镜构件下面的各个LED的相对驱动强度来调节输出颜色，如在2011年5月18日提交的共同转让的待审美国专利申请61/487,423中更完整所述。
图5示出了可与光源410相同或相似的宽带光源510的一部分的示例性俯视图或平面图。在相对于笛卡尔x-y-z坐标系绘制出的光源510中，荧光粉组件和/或基底被分隔成六个楔形区域或部分，其中相对的楔形区域或部分为彼此基本上全等的。荧光粉组件可与本文别处描述的荧光粉组件相同或相似。按照类似于图4所示的方式在基底或荧光粉组件上布置十八个LED，即在分别具有六个相邻LED的三个楔形组530、532、534中，每个具有相邻LED的组设置在基底楔形区域中的一个中。从示于装置中心的中心点(未标示)的角度来看，这些LED组的每一个被布置为与荧光粉组件的无阻挡楔形部分相对。因此，LED组530被布置为与楔形荧光粉组件部分540相对，LED组532被布置为与楔形荧光粉组件部分542相对，并且LED组534被布置为与楔形荧光粉组件部分544相对。在示例性实施例中，提供凹形二向色反射器以部分地或完全地覆盖示于图5中的光源的部分。该二向色反射器(其可与文中别处讨论的二向色反射器相同或相似)可设置在透光包封物或透镜构件的表面上，并且可具有平行于z轴和穿过中心点(未标示)的对称轴或光轴。这种反射器可将来自各个LED的至少一些光反射到荧光粉组件的选定部分上，使得不同的LED主要激发荧光粉组件中的荧光粉层的不同部分。如果将荧光粉组件部分540、542、544视为包括位于距中心点不同径向距离处的子部分，即部分540包括子部分540-1、540-2、540-3、540-4，部分542包括子部分542-1、542-2、542-3、542-4，并且部分544包括子部分544-1、544-2、544-3、544-4，则二向色反射器可将来自各个LED的LED光优先地反射到各个荧光粉组件子部分上，如下所述：
来自LED 521a的光反射到荧光粉子部分540-2上；
来自LED 522a、523a的光反射到荧光粉子部分540-3上；
来自LED 524a、525a、526a的光反射到荧光粉子部分540-4上；
来自LED 521b的光反射到荧光粉子部分542-2上；
来自LED 522b、523b的光反射到荧光粉子部分542-3上；
来自LED 524b、525b、526b的光反射到荧光粉子部分542-4上；
来自LED 521c的光反射到荧光粉子部分544-2上；
来自LED 522c、523c的光反射到荧光粉子部分544-3上；并且
来自LED 524c、525c、526c的光反射到荧光粉子部分544-4上。
读者应当记住，LED光的优先反射不应被狭义地理解为来自给定LED的全部反射的LED光均需要照射在指定的荧光粉子部分上，来自这些LED的一些反射的LED光也可能照射在其他荧光粉子部分上和/或光源的其他LED或其他元件上。
在光源510的一个实施例中，所有的十八个LED可发射依照同一LED发射光谱的LED光，并且荧光粉层可具有均一的组成和结构以使得荧光粉层的组成和结构在所有的楔形部分540、542、544中均相同。可通过控制近侧、中间、和远侧LED子组被供电的相对程度来控制或调节来自光源510的总宽带光发射的颜色。在光源510的另一个实施例中，可通过对于与不同LED相关的荧光粉组件的部分使用不同的组成和/或结构来获得不同的颜色。例如，由LED组530中的六个LED激发的荧光粉组件的楔形部分540可与荧光粉组件的部分542和/或544具有不同的组成和/或结构。可通过控制相邻LED的一个组(如LED组530)相对于相邻LED的其他组(如LED组532、534)的供电程度来控制或调节来自光源的总宽带光发射的颜色。除此之外或作为另外一种选择，荧光粉组件的楔形部分540、542、544中的一个、一些、或全部可在距二向色反射器的光轴或中心点(未标示)不同的径向距离处具有不同的组成和/或结构。由于凹形二向色反射器的成像特性，相邻LED的每个组中的一个近侧LED的子组倾向于优先地激发楔形荧光粉组件部分中最靠近中心点的部分，相邻LED的每个组中的两个中间LED的子组倾向于优先地激发楔形荧光粉组件部分的中间部分，并且相邻LED的每个组中的三个远侧LED的子组往往会激发楔形荧光粉组件部分中最远离中心点的部分。因此可通过调节或控制近侧LED、中间LED、和远侧LED的子组被供电的相对程度使用径向变化的荧光粉层来控制或调节来自光源510的总宽带光发射的色温。在光源510的另一个实施例中，可通过选择具有不同发射光谱的各个LED并且随后控制或调节具有不同发射特性的LED被供电的相对程度来实现用于不同宽带光部分的不同颜色。
图6为可与光源410和510相同或相似的另一个示例性宽带光源610的示意性侧视图或剖面图。在相对于笛卡尔x-y-z坐标系绘制出的光源610中，LED 621a、622a、625a、621c、622c、624c设置在荧光粉层629的主表面629a上，所述荧光粉层629又设置在反射基底618上。荧光粉层629和反射基底618(其强烈反射LED光和荧光)形成荧光粉组件。LED被包封在第一包封构件617中，所述第一包封构件617上面形成有第二包封构件即透镜构件614。第一和第二包封构件可由不同的光透射材料(例如，不同的透明聚合物材料)构成，但在其他实施例中，第一和第二包封构件可由相同的材料制成以使得这些构件形成整体部件。第二构件614示出为具有接触第一构件617的平坦下表面即内表面614a。第二构件还具有弯曲的上表面即外表面，所述上表面即外表面上形成有二向色反射器616。弯曲外表面和二向色反射器616的凹形形状限定对称轴或光轴616b，所述对称轴或光轴616b穿过二向色反射器的顶点616a并且穿过荧光粉层629的表面629a上的中心点629b。
第一构件617可以是或可以包括粘合剂层，所述粘合剂层任选地粘合至内表面614a并且填充表面614a和629a之间的空间。构件617也可以是或可以包括低折射率材料，例如含有气体填充的空隙的聚合物层，所述空隙具有约50至约400nm范围内的直径。可通过固化包含溶剂的单体并且在固化之后移除溶剂来制备有空隙的聚合物。参见(例如)PCT公开WO 2011/0881661。在其他实施例中，构件617可以是或可以包括位于表面614a和629a之间的空气填充的间隙。
图6的视图未提供有关LED在表面629a上的布置方式或布局的完整信息。在一个实施例中，LED可以被成组集中在楔形区域(类似于图4和5所示的那些)中。例如，LED 621a、622a、625a可为一组六个相邻LED(类似于图5中的LED 521a、522a、523a、524a、525a、526a)中的三个LED，并且LED 621c、622c、624c可为一组六个相邻LED(类似于图5中的LED 521c、522c、523c、524c、525c、526c)中的三个LED。作为另外一种选择，LED可以任何其他的布置方式(相邻LED的组、或者分散或间隔开的布置方式、或者相邻或分散LED的组合)设置在表面629a上，使得来自给定LED的光被二向色反射器616反射到基本上未被其他LED阻挡的荧光粉表面629a的一部分上。在任何情况下，当光从LED中的一个、一些、或全部传播到二向色反射器时，其并不穿过荧光粉层。LED可通过引线、线焊、或其他导电元件(为简洁起见未示出)连接到控制器。
荧光粉层可与文中别处所述的荧光粉层相同或相似，并且其可包括文中别处所述的一种或多种荧光粉材料。在一个实施例中，荧光粉层可以是或可以包括其中分散有大量荧光粉颗粒的透明聚合物层。荧光粉层629被假定具有足够小的厚度t3，使得层629为部分透光的，这样至少一些反射的LED光完全传播穿过层629并且入射到反射基底618上。被反射基底反射的LED光随后可反向传播穿过荧光粉层629，从而提供另一个被荧光粉材料吸收的机会。
光源610可被构造成可利用本文中或者文中别处引用的共同转让的美国专利申请No.61/487,423中讨论的任何技术来提供由具有不同颜色的多个宽带光部分构成的总宽带光发射。
图7示出了可供选择的远程荧光粉宽带光源710的示意图。光源710从输出孔或表面715发射宽带光，例如白光。光源710包括LED 720、反射器716、和荧光粉反射镜组件730。LED 720发射较短波长的光741a，如文中别处所述。LED 720可利用任何合适的支承结构(未示出)(例如，透光性基底或将LED连接至反射器716的一个或多个支承梁)保持固定。LED光中的一些可在入射到荧光粉组件730之前被反射器716反射(参见光741b)，而其他LED光可直接传播到荧光粉组件730。反射器716可具有任何所需水平的反射率，但优选的是其对于LED光和荧光均具有高反射率。反射器716可以是或可以包括镜面反射器、漫反射器、和/或半镜面反射器(镜面发射器和漫射器的组合)。在一些情况下，反射器716可与本文所述的宽带反射器中的任何一个相同或相似。在一些情况下，LED720可为双向的，以使其发射大致朝向荧光粉组件730的一些LED光和大致朝向输出表面715的其他LED光。
荧光粉组件730可与本文所述的其他荧光粉反射镜组件相同或相似。由此，组件730至少包括附接于宽带反射器734的荧光粉材料层732。无论是直接的还是通过反射器716的反射而间接的LED光中的一些照射到荧光粉层732上，此光中的一些被吸收并且再发射为荧光743a。照射到荧光粉层732上的LED光的其余部分到达宽带反射器734，并且被反射回荧光粉层732内。此反射的LED光中的一些再次被荧光粉层732吸收和再发射，并且其余部分从层732和组件730射出而形成反射的LED光741c。荧光743a中的一些和反射的LED光741c中的一些在从反射器716进行零次、或一次、或多次反射之后射出光源710的输出表面715。射出的LED光和射出的荧光相组合而形成光源710的宽带输出光。在其中LED 720发射蓝光的情况下，荧光粉层732可被定制成可发射黄色荧光，使得蓝色LED光和黄色荧光的组合而形成名义上白色的光。
图12为能有效地提供暖白光输出的另一个示例性宽带光源810的示意性侧视图或剖面图。在相对于笛卡尔x-y-z坐标系绘制出的光源810中，LED 821a、822a、825a、821c、822c、824c设置在荧光粉层829的主表面829a上，所述荧光粉层829又设置在反射基底818上。荧光粉层829和反射基底818(其强烈反射LED光和荧光)形成荧光粉组件。LED被包封在第一包封构件817中，所述第一包封构件817上面形成有第二包封构件即透镜构件814。第一和第二包封构件可由不同的光透射材料(例如，不同的透明聚合物材料)构成，但在其他实施例中，第一和第二包封构件可由相同的材料制成以使得这些构件形成整体部件。第二构件814示出为具有接触第一构件817的平坦下表面即内表面814a。第二构件还具有弯曲的上表面即外表面，所述上表面即外表面上形成有二向色反射器816。弯曲外表面和二向色反射器616的凹形形状限定对称轴或光轴816b，所述对称轴或光轴816b穿过二向色反射器的顶点816a并且穿过荧光粉层829的表面829a上的中心点829b。
第一构件817可以是或可以包括粘合剂层，所述粘合剂层任选地粘合至内表面814a并且填充表面814a和829a之间的空间。构件817也可以是或可以包括低折射率材料，例如含有气体填充的空隙的聚合物层，所述空隙具有约50至约400nm范围内的直径。可通过固化包含溶剂的单体并且在固化之后移除溶剂来制备有空隙的聚合物。参见(例如)PCT公开WO 2011/0881661。在其他实施例中，构件817可以是或可以包括位于表面814a和829a之间的空气填充的间隙。
图12的视图未提供有关LED在表面829a上的布置方式或布局的完整信息。在一个实施例中，LED可以被成组集中在楔形区域(类似于图4和5所示的那些)中。例如，LED 821a、822a、825a可为一组六个相邻LED(类似于图5中的LED 521a、522a、523a、524a、525a、526a)中的三个LED，并且LED 821c、822c、824c可为一组六个相邻LED(类似于图5中的LED 521c、522c、523c、524c、525c、526c)中的三个LED。作为另外一种选择，LED可以任何其他的布置方式(相邻LED的组、或者分散或间隔开的布置方式、或者相邻或分散LED的组合)设置在表面829a上，使得来自给定LED的光被二向色反射器816反射到基本上未被其他LED阻挡的荧光粉表面829a的一部分上。在任何情况下，当光从LED中的一个、一些、或全部传播到二向色反射器时，其并不穿过荧光粉层。LED可通过引线、线焊、或其他导电元件(为简洁起见未示出)连接到控制器。
在这方面，荧光粉层的布置方式可与文中别处所述的荧光粉层相同或相似。在这方面，荧光粉层829可包括设置在反射基底818的相当大一部分上的绿光发射荧光粉，其中在一个实施例中，荧光粉层可以是或可以包括其中分散有大量荧光粉颗粒的透明聚合物层。合适的绿光发射荧光粉可得自(例如)英特美公司(Intermatix)和荧光体技术公司(Phosphortech)。
结合绿光发射荧光粉的使用，可将LED组成蓝色LED和红色LED的组合，其中LED 821a、822a、825a、821c、822c、824c中的至少一者包括红色LED，并且其中可省去绿色LED。这样，蓝色LED将发射基本上被二向色反射器816反射到荧光粉层上的蓝光，其中仅少量(约10％上下)的蓝光透射穿过二向色反射器816。红色LED将发射直接穿过二向色反射器816的光。由荧光粉层产生的绿光也被透射穿过二向色反射器816，由此提供可产生具有暖色特性的白光的红绿蓝色混合。
在另一个可供选择的方面，可将LED组成蓝色LED和至少一个红色LED的组合，其中红色LED可设置在表面829a的中心(例如中心点829b)内。LED 821a、822a、825a、821c、822c、824c可包括蓝色LED或者蓝色和绿色LED的组合，这取决于所使用的荧光粉的类型。
如同上述实施例中的至少一些一样，荧光粉层829被假定具有足够小的厚度t3，使得层829为部分透光的，这样至少一些反射的LED光完全传播穿过层829并且入射到反射基底818上。被反射基底反射的LED光随后可反向传播穿过荧光粉层829，从而提供另一个被荧光粉材料吸收的机会。
光源810可被构造成可提供较暖光的输出。不同于常规的远程荧光粉系统，该系统直接发射红光，不存在通常因穿过荧光粉或从荧光粉反射而产生的损耗。
模拟实例
利用光学设计软件对类似于图6所示的宽带光源作了模拟。此模拟设计假定光源采用十八个LED，所述十八个LED被布置成分别具有六个相邻LED的三个组，基本上如图5的平面图所示。全部十八个LED被假定具有相同的物理和光学特性。每个LED被假定为蓝宝石衬底的氮化镓(GaN/蓝宝石)LED裸片，所述LED裸片具有方形的平面图形状、1mm×1mm的尺寸、和10微米的厚度(参见图6中的尺寸t1)。每个LED的后侧或背侧方形表面被假定对所有波长的光具有50％的反射率。每个LED裸片被假定发射位于如下发射谱带中的蓝光，所述发射谱带具有455nm的峰值波长和以半峰全宽(FWHM)测得的15nm的谱宽。此蓝色LED光在图8中以归一化功率标度绘制为曲线816。图8的曲线还示出了被模拟的二向色反射器对于不同入射角的光谱反射率，如下文进一步讨论。
这些LED被假定浸于折射率为1.41并且物理厚度(参见图6中的尺寸t2)为49微米的硅树脂基质中。硅树脂层上面为具有折射率1.5的半球形透镜，其对应于图6中的元件614(其以SchottTM BK7玻璃来模拟)。该半球形透镜被假定具有7.5mm的曲率半径以及如图6所示的顶点和对称轴。
二向色反射器覆盖半球形透镜的整个弯曲外表面。该反射器被假定具有与六个二氧化钛(TiO2)微层交错的六个二氧化硅(SiO2)微层以便形成六个“光学重复单元”的层对。层对的厚度分布被调整为可提供图8所示的光谱反射率。曲线810为二向色反射器在0度入射角(即，垂直入射)下的反射率。曲线812为在20度入射角下的平均反射率，其中此处的“平均”是指s偏振光和p偏振光的平均值。同样地，曲线814为二向色反射器在40度入射角下的平均反射率。此段落中涉及的入射角为在半球形透镜的介质中(即，在折射率1.5的介质中)测得的入射角。二向色反射器被假定为不吸收，因此二向色反射器对于任何给定入射角和波长的透射百分比(或平均透射百分比)可容易地以100％减去反射百分比(或平均反射百分比)计算出。
从图8的曲线图中，可观察到至少对于一些入射角(来自各个LED的光以所述入射角照射到二向色反射器上)而言，二向色反射器的谱带边缘或光谱过渡区与LED的光谱发射在波长上一定程度地重叠。这里，各个LED发射以不同入射角照射到二向色反射器上的光，原因在于LED在荧光粉层的表面上的布置方式，尤其是在于如下事实：一些LED(参见(例如)图5中的LED 521a、521b、和521c)设置在相对二向色反射器的光轴相对较小的径向距离处，并且其他LED(参见(例如)图5中的LED 524a、525a、526a、524b、525b、526b、524c、525c、和526c)设置在相对光轴相对较大的径向距离处。对应于图5中的LED 521a、521b、521c的被模拟的LED(例如)发射以约0至12度范围内的入射角照射到被模拟的二向色反射器上的光。另一方面，对应于图5中的LED 524a、526a、524b、526b、524c、和526c的被模拟的LED发射以约0至31度范围内的入射角照射到被模拟的二向色反射器上的光。此段中提到的入射角为在半球形透镜的介质中(即，在折射率1.5的介质中)测得的入射角。
在整个面积上具有均一的组成和结构的被模拟荧光粉层被假定为：15微米直径的Ce:YAG荧光粉球形颗粒均匀分布在折射率为1.8的透明材料中。Ce:YAG吸收蓝光和紫外光，并且发射在较为平滑的宽带发射谱带内的显现黄色的光。黄色荧光在与适当量的蓝色LED光组合时产生名义上白色的光。荧光粉层(参见图6中的t3)的物理厚度被假定为100微米。颗粒浓度(荧光粉浓度)在模型中为变量，并且可在5,000颗粒/立方毫米至30,000颗粒/立方毫米的范围内选择。
被模拟的宽带反射器(参见图6中的元件618)被假定具有也为模型中变量的反射率。该反射率被假定为在整个可见光波长范围内一致。
图9的模拟结果示出了在法向入射的LED光穿过荧光粉层629时随荧光粉层中的荧光粉浓度或颗粒密度而变化的计算单程透射率。如所预期，透射率随荧光粉浓度的增加而降低。对于5,000颗粒/立方毫米的荧光粉颗粒密度而言，透射率为约65％。对于30,000颗粒/立方毫米的荧光粉颗粒密度而言，透射率为约20％。
图10示出了随荧光粉浓度而变化并且随宽带反射器的反射率而变化的来自被模拟的远程荧光粉宽带光源的计算总发射量(即，由被模拟的远程荧光粉宽带光源发射的总光学功率)。总光学功率为因二向色反射器透射的LED光产生的光学功率与因二向色反射器透射的荧光产生的光学功率之和。曲线1010、1012、1014、1016分别对应于80％、90％、94％、和98％的宽带反射器618的反射率。这些反射率值被假定对于所有波长一致。
可针对图10中的曲线作出某些观测。曲线呈现的渐变表明，对于80％或更低的宽带反射器的反射率而言，总输出功率显得随荧光粉浓度的增加而单调增加，且对于极高的荧光粉浓度可达到最大渐近值。然而，相比之下，至少在其中宽带反射率为90％或更高的情况下，总功率呈现高于渐近值的最大值即峰值，并且此峰值是在荧光粉的中低浓度下获得的。因此我们发现，在一些条件下，实际上可通过降低荧光粉组件的荧光粉层中的荧光粉量来增加远程荧光粉宽带光源的总输出功率。光源制造商可利用这种观测结果来同时做到节省荧光粉材料和增强宽带光源的总输出光。图9和10的比较揭示：令人尤其关注的设计空间出现在LED光穿过荧光粉层的单程透射率T位于30至65％、或35至60％、或40至50％内之时。注意，可通过调节具有固定厚度的荧光粉层中的荧光粉浓度、或通过调节具有固定荧光粉浓度的荧光粉层的厚度、或通过调节荧光粉层的厚度和荧光粉浓度这二者来获得这些透射率范围。宽带反射器有利地具有至少90％、或94％、或98％的反射率。
当荧光粉浓度从5,000增加至30,000颗粒/立方毫米时，可能见到总输出光中与荧光相关的比率会增加并且总输出光中与LED光相关的比率会降低。因此，相对于模拟结果，可能见到LED光与荧光的相对混合比率随荧光粉浓度的变化而改变。有鉴于此，人们可能质疑由图10的曲线显示出的最大输出功率是对应于白光，还是被代之以对应于不被普通观察者察觉为白色的光(如过蓝的光或过黄的光)。图11的模拟结果有助于回答此问题。图11绘制出被模拟光源的总宽带光输出的CIE色度x和y坐标。CIE色度坐标(在本文中有时更简单地称为色坐标)表征由Commission international del’eclairage(“CIE”即国际照明协会)于1931年研发的以数学定义的色彩空间。x和y色度坐标或色坐标不应与物理位置或位移相关的x和y坐标相混淆。不同于物理坐标，(x，y)色度坐标为无量纲的。可将CIE色坐标(x，y)满足0.25≤x≤0.4和0.25≤y≤0.4的光定义为白光，其中此定义区域内的不同点对应于白光的不同色调或色泽，例如暖白光与冷白光相比。
图11中的曲线1110、1112分别对应于在其中宽带反射器618具有94％的反射率的情况下由被模拟的远程荧光粉宽带光源发射的总输出光的CIE x坐标和CIE y坐标。对图11的观察以及与图10的比较表明，在保持基本上白色的宽带输出的同时仍能实现由图10的曲线显示的最大输出功率。
除非另外指示，否则本说明书和权利要求书中用来表示特征尺寸、数量、物理特性等的所有数值应当理解为由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，否则说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，并且根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容获得的所需特性而改变。
在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本发明进行的各种修改和更改，对本领域内的技术人员来说将显而易见，并且应当理解，本发明不限于本文示出的示例性实施例。本文引用的所有美国专利、公布和未公布的专利申请、以及其他专利和非专利文献，均在与上述公开内容无直接冲突的范围内以引用方式并入。

Claims (15)

1.一种用于远程荧光粉LED装置的组件，其中所述组件用具有400nm至500nm范围内的发射峰的LED光照射，所述组件包括：
荧光粉层，所述荧光粉层被构造成可吸收所述LED光的一部分并且响应所吸收的LED光而发射荧光；和
宽带反射器，所述宽带反射器附着在所述荧光粉层上；
其中所述宽带反射器对于所述LED光和所述荧光均具有至少90％的反射率；并且
其中所述荧光粉层具有荧光粉浓度和物理厚度，所述荧光粉浓度和物理厚度被调整到提供所述LED光穿过所述荧光粉层的单程透射率T，其中T在30％至65％的范围内。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述组件为可模切的。
3.根据权利要求1所述的组件，其中所述宽带反射器直接附着在所述荧光粉层上。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述宽带反射器通过一个或多个中间层附着在所述荧光粉层上。
5.根据权利要求1所述的组件，还包括附着在所述荧光粉层上的粘合剂层。
6.根据权利要求1所述的组件，还包括附着在所述荧光粉层上的结构层，所述结构层为自承的。
7.根据权利要求1所述的组件，还包括适于承载所述荧光粉层和所述宽带反射器的隔离衬片。
8.一种远程荧光粉照明系统，包括根据权利要求1所述的组件以及用于提供所述LED光的一个或多个LED。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括二向色反射器，所述二向色反射器被构造成可反射所述LED光的第一部分、透射所述LED光的第二部分、并且透射所述荧光的一部分。
10.一种提供宽带光输出的远程荧光粉照明系统，所述系统包括：
一个或多个LED，所述一个或多个LED适于发射具有400nm至500nm范围内的一个或多个发射峰的LED光；和
组件，所述组件包括荧光粉层和附着在所述荧光粉层上的宽带反射器，所述荧光粉层被构造成可吸收所述LED光的一部分并且响应所述吸收的LED光来发射荧光，并且所述宽带反射器对于所述LED光和所述荧光均具有至少90％的反射率；
其中所述宽带光输出包括由所述组件发射的所述荧光的一部分和由所述组件反射的所述LED光的一部分；并且
其中所述荧光粉层具有荧光粉浓度和物理厚度，所述荧光粉浓度和物理厚度被调整到提供所述LED光穿过所述荧光粉层的单程透射率T，其中T被选择成可最大化所述宽带光输出。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括：
二向色反射器，所述二向色反射器被构造成可反射由所述一个或多个LED发射的所述LED光的一部分以经由不穿过所述组件的光路照射到所述组件上，所述二向色反射器还被构造成可透射由所述一个或多个LED发射的所述LED光的一部分并且透射所述荧光的一部分。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括：
具有外表面和内表面的透镜构件，所述二向色反射器设置在所述外表面上；
其中所述组件被取向为使得所述荧光粉层设置在所述透镜构件和所述宽带反射器之间。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述宽带光输出具有CIE色坐标(x，y)，其中x位于0.25至0.4的范围内，并且其中y位于0.25至0.4的范围内。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述荧光粉层为绿光发射荧光粉。
15.一种用于远程荧光粉LED装置的组件，其中所述组件用LED光来照射，所述组件包括：
具有一个或多个LED的阵列，所述具有一个或多个LED的阵列发射400nm至500nm范围内的第一LED光；
荧光粉层，所述荧光粉层被构造成可吸收所述第一LED光的一部分并且响应所吸收的第一LED光而发射荧光；
至少一个附加LED，所述至少一个附加LED发射红色LED光；
二向色反射器，所述二向色反射器被构造成可反射所述第一LED光的第一部分、透射所述LED光的第二部分、透射所述红色LED光、并且透射所述荧光的一部分；以及
宽带反射器，所述宽带反射器附着在所述荧光粉层上，
其中所述宽带反射器对于所述第一LED光和所述荧光均具有至少90％的反射率。
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