CN103562622A - 用于基于led照明模块的颜色转换腔 - Google Patents

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Abstract

照明模块(100)包括多个发光二极管(LED)(102a、102b、102c)。存在多个颜色转换腔(160a、160b、160c)，每一个颜色转换腔都具有涂覆有波长转换材料(162，16、165)的侧壁。一个或者多个LED位于每一个颜色转换腔内。透射层(134)可以设置在所述颜色转换腔的上方并且可以包括附加的波长转换材料。可以选择所述波长转换材料，以产生具有目标颜色点的输出光。另外，在所述多个颜色转换腔的上方可以存在第二光混合腔(170)。

Description

用于基于LED照明模块的颜色转换腔
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年3月27日递交的美国专利申请No.13／431,796的优先权，进而所述专利申请根据35USC119要求2011年3月31日递交的美国临时专利申请No.61／470,389的优先权，将这两个专利申请的全部内容一并在此作为参考。
技术领域
所述实施例涉及包括发光二极管(LED)的照明模块。
背景技术
由于在所述照明设备产生的光输出电平或者通量(flux)中的限制，发光二极管在普通照明中的使用仍然受到限制。使用LED的照明设备通常还遭受以颜色点(color point)不稳定性为特征的较差的颜色质量。所述颜色点不稳定性随着时间变化并且在部分之间变化。较差的颜色质量还以较差的显色性(poor color rendering)为特征，所述较差的显色性是由于不具有功率或者具有很小功率的频带的LED光源产生的光谱。此外，使用LED的照明设备通常在所述颜色中具有空间和／或角度变化。另外，除了其他方面，由于所需颜色控制电子学和／或传感器来维持所述光源的颜色点或者只使用一小部分生产的LED以满足所述应用的颜色和／或通量要求的必要性，使用LED的照明设备是昂贵的。
因此，需要对利用发光二极管作为光源的照明设备进行改进。
发明内容
照明模块包括多个发光二极管(LED)。存在多个颜色转换腔，每一个颜色转换腔都具有涂覆有波长转换材料的侧壁。一个或者多个LED位于每一个颜色转换腔内。透射层可以沉积在所述颜色转换腔的上方并且可以包括另外的波长转换材料。可以选择所述波长转换材料以产生具有目标颜色点的输出光。另外，在所述多个颜色转换腔的上方可以存在第二光混合腔(light mixing cavity)。
在下面的详细描述中描述了其他细节以及实施例和技术。本概要不限定本发明。本发明由所述权利要求限定。
附图说明
图1、2和3阐释了三个示例性光源，所述光源包括照明设备、反射体反射体和固定装置。
图4示出了分解图，阐释了如图1所述的基于LED的照明设备的组件。
图5A和5B阐释了如图1所述的基于LED的照明设备的透视图和横截面图。
图6阐释了基于LED的照明模块的横截面图，所述基于LED的照明模块包括涂覆有荧光层(layer of phosphor)的反射和透射颜色转换元件。
图7阐释了具有透射颜色转换元件的LED照明模块的一部分的横截面图，所述透射颜色转换元件具有带有荧光颗粒的颜色转换层。
图8阐释了具有反射颜色转换元件的LED照明模块的一部分的横截面图，所述反射颜色转换元件具有荧光颗粒。
图9-13描述了包括多个颜色转换腔的基于LED的照明模块100的各种实施例的横截面侧视图。
图14A-14E描述了基于LED的照明模块的各种实施例的横截面顶视图，所述基于LED的照明模块包括多个颜色转换腔。
图15、16和17描述了基于LED的照明模块的各种实施例的横截面侧视图，所述基于LED的照明模块具有安装至透射层的网格结构。
图18描述了基于LED的照明模块的横截面顶视图，所述基于LED的照明模块具有安装至透射层的网格结构。
图19描述了基于LED的照明模块的另一实施例的横截面侧视图，所述基于LED的照明模块具有安装至透射层的网格结构。
图20阐释了包括颜色转换腔的基于LED的照明模块的横截面图，所述颜色转换腔配置用于在较宽区域上方对从LED发射的光进行色散和颜色转换。
图21阐释了具有颜色转换腔的基于LED的照明模块的横截面图。
图22、23和24阐释了基于LED的照明模块的横截面侧视图，所述基于LED的照明模块包括设置在LED上方并且与LED间隔开的半透明非平面的非平面形状的窗口。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中所阐释的本发明的背景技术示例和一些实施例。
图1、2和3阐释了三个示例性光源，全都标记为150。图1所阐释的光源包括具有矩形形状因子的照明模块100。图2所阐释的光源包括具有圆形形状因子的照明模块100。图3所阐释的光源包括集成在改造灯装置中的照明模块100。这些示例是出于阐释的目的。还可以构想一般多边形和椭圆形的照明模块的示例。光源150包括照明模块100、反射体125和固定装置120。如图所示，固定装置120包括热沉能力，并且因此有时可以称作热沉120。然而，固定装置120可以包括其他结构的和装饰的元件(未示出)。反射体125安装至照明模块100来对从照明模块100发射的光进行校准或者偏转(deflect)。所述反射体125可以由导热材料制成，诸如包括铝或者铜的材料并且可以热耦合至照明模块100。热量由传导通过照明模块100和导热反射体125流动。热量还流经所述反射体125上方的热对流。反射体125可以是复合抛物面聚光器，其中所述聚光器由高反射材料构成或者涂覆有高反射材料。光学元件(诸如漫射器或者反射体125)可以可拆卸地耦合至照明模块100，例如利用线、夹子、扭转锁定机构或者其他适当的结构。如图3所示，所述反射体125可以包括侧壁126和窗口127，所述侧壁和窗口可选地用例如波长转换材料、扩散材料或者任何其他所需材料涂覆。
如图1、2和3所示，照明模块100安装至热沉120。热沉120可以由导热材料制成，诸如包括铝或者铜的材料，并且可以热耦合至照明模块100。热量由传导通过照明模块100和所述导热热沉120流动。热量还流经热沉120上方的热对流。照明模块100可以利用螺纹连接至热沉120，以将所述照明模块100夹紧至所述热沉120。为了方便照明模块100的拆卸和更换，照明模块100可以可拆卸地耦合至热沉120，例如利用夹紧机构、扭转锁定机构或者其他适当的结构。照明模块100包括至少一个导热表面，所述导热表面例如直接地或者利用导热膏、导热胶带、导热垫片或者热环氧树脂热耦合至热沉120。为了LED的足够冷却，每瓦特流入板上LED的电能应当使用至少50平方毫米但是优选地100平方毫米的热接触面积。例如，在使用20个LED的情况下，应当使用1000至2000平方毫米的热沉接触面积。使用较大的热沉120可以允许在较高功率下驱动所述LED102，并且还允许不同的热沉设计。例如，一些设计可以呈现较少依赖于所述热沉方向的冷却性能。此外，风扇或者用于强制冷却的其他解决办法可以用于从所述设备去除热量。所述底部热沉可以包括一个孔，使得可以完成至所述照明模块100的电连接。
图4示出了分解图，以示例的形式阐释了如图1所述的基于LED的照明设备的组件。应当理解，如在此所限定的，基于LED的照明模块不是LED，而是LED光源或固定装置或者LED光源或固定装置的组成部分。例如，基于LED的照明模块可以是如图3所示的基于LED的替换灯泡。基于LED的照明模块100包括一个或者多个LED管芯或者封装LED以及安装板，LED管芯或者封装LED连接至所述安装板。在一个实施例中，所述LED102是封装LED，诸如由Philips Lumileds Lighting公司制造的Luxeon Rebel。也可以使用其他类型的封装LED，诸如由OSRAM公司(欧司朗封装，Oslonpackage)、朗明纳斯设备(Luminus Devices)公司(美国)、科锐(Cree)公司(美国)、日亚(Nichia)公司(日本)或者锐高(Tridonic)公司(奥地利)制造的那些。如在此所限定的，封装LED是一个或者多个LED管芯的组装，所述管芯包含电气连接，诸如引线键合连接或者柱形凸起，并且可能包括光学元件和热、机械和电气接口。所述LED芯片典型地具有大约1mm×1mm×0.5mm的大小，但是这些尺寸可以变化。在一些实施例中，所述LED102可以包括多个芯片。所述多个芯片可以发射类似或者不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的光。安装板104连接至安装基座101并且通过安装板定位环103固定在适当的位置。同时，由LED102填充的安装板104和安装板定位环103包括光源子组件115。光源子组件115可用于利用LED102将电能转换为光。将从光源子组件115发射的光指向光转换子组件116用于颜色混合和颜色转换。光转换子组件116包括腔体105和输出端口，所述输出端口被表示为输出窗口108但是不限于此。光转换子组件116可选地包括底部反射体插入件106和侧壁插入件107的任一个或者两个。如果用作所述输出端口，用胶黏剂(adhesive)将输出窗口108固定至腔体105。为了促进从所述输出窗口至腔体105的热耗散，导热的胶黏剂是期望的。所述胶黏剂应当可靠地经受在所述输出窗口108和腔体105的界面处出现的温度。此外，优选的是，所述胶黏剂反射或者透射尽可能多的入射光，而不是吸收从输出窗口108发射的光。在一个示例中，由道康宁(Dow Corning)公司(美国)制造的若干胶黏剂(例如Dow Corning公司型号SE4420、SE4422、SE4486、1-4173或SE9210)的其中之一的耐热性、导热性和光学属性的组合提供了合适的性能。然而，也可以考虑其他导热胶黏剂。
当可选地放置在腔体105内时，腔体105的内侧壁或者侧壁插入件107是反射性的，使得来自LED102的光以及任何波长的转换光在透射通过所述输出端口(例如输出窗口108)之前在所述腔160内反射，所述输出端口安装在光源子组件115的上方。底部反射体插入件106可以可选地放置在安装板104的上方。底部反射体插入件106包括孔，使得每一个LED102的发光部分不被底部反射体插入件106阻挡。侧壁插入件107可以可选地放置在腔体105内，使得当腔体105安装在光源子组件115的上方时，侧壁插入件107的内表面将光从所述LED102指向所述输出窗口。尽管如图所示，从照明模块100的顶部看，腔体105的内侧壁是矩形的，但是可以构想其他形状(例如三叶形或者多边形)。此外，腔体105的内侧壁可以从安装板104至输出窗口108逐渐变细或者向外弯曲，而不是如图所示与输出窗口108垂直。
底部反射体插入件106和侧壁插入件107可以是高反射的，使得在所述腔160中向下反射的光通常发射回至所述输出段阔，例如输出窗口108。另外，插入件106和107可以具有高的导热性，使得它用作附加的散热器。作为示例，所述插入件106和107可以由高导热材料制成，诸如基于铝的材料，所述基于铝的材料能够处理成高反射性和耐用的材料。作为示例，可以使用由德国Alanod公司制造的被称作
Figure BDA0000426725990000061
的材料。可以通过对铝进行抛光或者通过用一种或者多种反射性涂层覆盖插入件106和107的内表面实现高的反射性。插入件106和107可以替代地由高反射薄材料制成，诸如由3M公司(美国)出售的VikuitiTMESR、由东丽(Toray)公司(日本)制造的LumirrorTME60L或者微晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)，诸如由古河电气(Furukawa Electric)有限公司(日本)制造的。在其他示例中，插入件106和107可以由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成。在一些示例中，插入件106和107可以由1至2毫米厚的PTFE材料制成，如由W.L.Gore公司(美国)和Berghof公司(德国)出售的。在另外一些实施例中，插入件106和107可以由PTFE材料构成，背后是薄的反射层，诸如金属层或者非金属层，诸如ESR、E60L或者MCPET。同样，可以将高漫反射涂层施加至侧壁插入件107、底部反射体插入件106、输出窗口108、腔体105和安装板104的任一个。这种涂层可以包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)和硫酸钡(BaSO4)粒子，或者这些材料的组合。
图5A和5B阐释了如图1所述的基于LED的照明模块100的透视图和横截面图。在这个实施例中，所述侧壁插入物107、输出窗口108和设置在安装板104上的底部反射体插入件106限定了在所述基于LED的照明模块100中的光混合腔160(如图5A所示)。来自所述LED102的一部分光在通过输出窗口108离开之前在光混合腔160内反射。在离开所述输出窗口108之前在所述腔160内反射具有对光进行混合并且提供从所述基于LED的照明模块100发射的光的更均匀分布的效果。此外，由于在离开所述输出窗口108之前光在所述腔160内反射，一部分光通过与包括在所述腔160中的波长转换材料相互作用进行颜色转换。
尽管如图1-5B所示，基于LED的照明模块100包括单个颜色转换腔160，但是在此可以介绍其他实施例。在一方面中，输出窗口108可以是三维形状的壳体结构，以促进光的提取、颜色转换和对输出光束剖面的成形。在另一方面中，形成多个袋状结构的网格结构可以连接至所述基于LED的照明模块100的窗口。通过用不同波长转换材料涂覆不同的袋状结构，可以调谐从照明模块100发射的光的颜色点并且可以提高输出光束均匀性。在另外一个方面中，基于LED的照明模块100可以包括多个颜色转换腔160，每一个腔都围绕着不同的LED或者LED组。通过变化不同颜色转换腔160的颜色转换属性，可以调谐从照明模块100发射的光的颜色点并且可以提高输出光束均匀性。此外，可以安置第二混合腔以收集从每一个颜色转换腔发射的光并且在离开照明模块100之前对所述光进一步进行混合。在另一方面中，通过在所述颜色转换腔内一系列反射对光进行横向透射并且远离LED，颜色转换腔可以配置用于在较宽区域上方对从LED102发射的光进行色散和颜色转换。在一些示例中，可以通过嵌入在所述颜色转换腔内的波长转换材料对从所述LED发射的光进行颜色转换。在一些示例中，可以通过位于所述颜色转换腔输出处的波长转换材料对从所述LED发射的光进行颜色转换。
LED102可以通过直接发光或者通过荧光粉转换发射不同或者相同的颜色，其中将荧光层施加至所述LED作为所述LED封装的一部分。所述照明设备100可以使用颜色LED102(诸如红色、绿色、蓝色、琥珀色或者青色)的任何组合，或者所述LED102可以全都产生相同颜色的光。一些或者全部LED102可以产生白光。此外，所述LED102可以发射偏振光或者非偏振光，并且基于LED的照明设备100可以利用偏振或者非偏振LED的任何组合。在一些实施例中，由于LED在这些波长范围内的发光效率，LED102发射蓝光或者紫外光。当LED102与包括在颜色转换腔160中的波长转换材料组合使用时，从所述照明设备100发射的光具有所需的颜色。与所述腔160内的光混合组合的所述波长转换材料的照片(感觉有误，是不是应该是photon)转换属性导致进行了颜色转换的光输出。通过调谐所述波长转换材料的化学和／或物理(诸如厚度和浓度)属性以及在腔160内表面上涂层的几何属性，可以指定由输出窗口108输出的光的具体颜色属性，例如颜色点、色温和显色指数(CRI)。
为了本专利文件，波长转换材料是任何单一的化学化合物或者不同化学化合物的混合物，所述化学化合物执行颜色转换功能，例如吸收一个峰值波长的一些光，并且作为回应，发射处在另一峰值波长处的一些光。
腔160的某些部分，诸如所述底部反射体插入件106、侧壁插入件107、腔体105、输出窗口108和放置在所述腔内的其他组件(未示出)可以涂覆或者包括波长转换材料。图5B阐释了涂覆有波长转换材料的所述侧壁插入物107的部分。此外，腔160的不同组件可以涂覆相同或者不同的波长转换材料。
作为示例，荧光粉可以从以下化学式表示的组中选择：Y3Al5O12：Ce，(又称YAG：Ce，或者简单地YAG)、(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)4Cl2：Eu、Sr8Mg(SiO4)4Cl2：Eu、La3Si6N11：Ce、Y3Ga5O12：Ce、Gd3Ga5O12：Ce、Tb3Al5O12：Ce、Tb3Ga5O12：Ce、and Lu3Ga5O12：Ce。
在一个示例中，可以通过更换侧壁插入物107和／或所述输出窗口108实现所述照明设备的颜色点的调节，类似地可以涂覆或者浸渍一种或者多种波长转换材料。在一个示例中，红色发光荧光粉(诸如铕激活碱土金属氮化硅，例如(Sr，Ca)AlSiN3：Eu)覆盖在所述腔160底部的侧壁插入物107和底部反射体插入物106的一部分，并且YAG荧光粉覆盖所述输出窗口108的一部分。在另一个实施例中，红色发光荧光粉(诸如碱土金属氧氮化硅)覆盖在所述腔160底部的侧壁插入物107和底部反射体插入物106的一部分，并且红色发光碱土金属氧氮化硅和黄色发光YAG荧光粉的混合物覆盖所述输出窗口108的一部分。
在一些实施例中，在合适的溶液介质中将所述荧光粉与粘合剂(binder)以及可选地表面活性剂和增塑剂进行混合。所述结果混合物通过喷涂、丝网印刷、刮涂或者其他合适手段的任一种沉积。通过选择限定所述腔的侧壁的形状和高度，以及选择在所述腔中的哪些部分将由荧光粉覆盖或者不覆盖，并且通过所述光混合腔160表面上的荧光层的层厚和浓度的最优化，可以按照需要调谐从所述模块发射的光的颜色点。
在一个示例中，可以将单一类型的波长转换材料图案化在所述侧壁上，例如可以是如图5B所示的侧壁插入物107。作为示例，可以将红色荧光粉图案化在所述侧壁插入物107的不同区域上并且黄色荧光粉可以覆盖所述输出窗口108。可以变化所述荧光粉的覆盖区域和／或浓度以产生不同的色温。应该理解，如果由所述LED102产生的光发生变化，那么将需要变化所述红色的覆盖区域和／或所述红色和黄色荧光粉的浓度以产生所需的色温。可以在组装之前测量并且根据性能选择所述LED102的颜色性能、所述侧壁插入物107上的红色荧光粉和所述输出窗口108上的黄色荧光粉，使得所述组装件产生所需的色温。
在许多应用中，期望的是产生具有小于3100开尔文度相关色温(CCT)的白光输出。例如，在许多应用中，需要具有2700开尔文度CCT的白光。通常需要一些红色发光，以将从所述光谱的蓝色或者紫外部分发光的LED产生的光转换成具有小于3100开尔文度CCT的白光输出。正在努力将黄色荧光粉与红色发光荧光粉，诸如CaS：Eu，SrS：Eu，SrGa2S4：Eu，Ba3Si6O12N2：Eu，(Sr，Ca)AlSiN3：Eu，CaAlSiN3：Eu，CaAlSi(ON)3：Eu，Ba2SiO4：Eu，Sr2SiO4：Eu，Ca2SiO4：Eu，CaSi2O2N2：Eu，SrSi2O2N2：Eu，BaSi2O2N2：Eu，Sr8Mg(SiO4)4Cl2：Eu，Li2NbF7：Mn4+，Li3ScF6：Mn4+，La2O2S：Eu3+and MgO.MgF2.GeO2：Mn4+，进行混合以达到所需的CCT。然而，由于所述输出光的CCT对混合中的红色荧光粉组分敏感，所述输出光的颜色一致性通常较差。较差的颜色分布在混合荧光粉的情况中更为显著，特别是在照明应用中。通过用不包括任何红色发光荧光粉的荧光粉或者荧光粉混合物涂覆输出窗口108，可以避免颜色一致性的问题。为了产生具有小于3100开尔文度CCT的白光输出，在基于LED的照明模块100的侧壁和底部反射体的任一个上沉积红色发光荧光粉或者荧光粉混合物。选择指定的红色发光荧光粉或者荧光粉混合物(例如峰值发射波长从600纳米至700纳米)以及所述红色发光荧光粉或者荧光粉混合物的浓度，以产生具有小于3100开尔文度CCT的白光输出。按照这种方式，基于LED的照明模块可以用不包括红色发光荧光粉组分的输出窗口产生具有小于3100K CCT的白光。
对于基于LED的照明模块，期望的是在使光子损失降至最低的同时，在至少一个光混合腔160中将所述LED发射的光的一部分转换成更长波长的光。密集堆积的荧光粉薄层适用于对入射光的重要部分进行有效地颜色转换，同时使与相邻荧光颗粒的再吸收、全内反射(TLR)和菲涅耳效应(Fresnel effects)相关的损失降至最低。
图6阐释了颜色转换腔160的横截面图，重点在于LED102发射的光与腔160的组件的相互作用。如图所示，颜色转换腔160包括反射颜色转换元件130和透射颜色转换元件133。透射颜色转换元件133包括固定至光学透射层134的颜色转换层135。反射颜色转换元件130包括固定至反射层131的颜色转换层132。
透射颜色转换元件133按照透射模式提供高效的颜色转换。颜色转换层135包括稀疏的荧光粉薄层。在由紫外或者子紫外辐射泵送的照明设备中，未转换光的透射是不期望的，因为暴露在这些波长下的辐射中对人体有健康风险。然而，对于由紫外以上发射波长的LED泵送的基于LED的照明模块，期望的是，显著比例的未转换光(例如从LED102发射的蓝光)穿过光混合腔160，而无颜色转换。这提升了高的效率，因为避免了所述颜色转换过程所固有的损失。稀疏堆积的荧光粉薄层适用于对入射光的一部分进行颜色转换。例如，期望的是，允许至少10％的入射光透射通过所述层，而无转换。
反射颜色转换元件130按照反射模式提供高效的颜色转换。将在高密度下具有所需厚度的颜色转换层132沉积在反射层131上。在一些实施例中，需要具有堆积密度大于90％的是所述荧光颗粒平均直径两倍的厚度。在这些实施例中，所述平均荧光颗粒直径在6至8微米之间。
图7阐释了LED照明模块100横截面图，重点在于LED102发射的光子与透射颜色转换元件133的相互作用。透射层134可以由光学透明介质(例如玻璃、蓝宝石、聚碳酸酯、塑料)构成。透射层134也可以由半透明材料(例如PTFE薄层或者已经刻蚀的光学透明介质)构成。透射颜色转换元件133可以包括附加层(未示出)，以提高光学系统性能。在一个示例中，透射颜色转换元件133可以包括光学薄膜(诸如双色向滤光镜)、低折射率涂层、附加层(诸如散射粒子层)或者包括荧光颗粒的附加颜色转换层。在一些实施例中，半透明的颜色转换层135包括嵌入在高分子粘合剂142中的荧光颗粒141。荧光颗粒141设置用于使得部分光能够透射通过透射颜色转换元件133，而无颜色转换。
在一个实施例中，沉积在光学透射层134上的半透明的颜色转换层135具有厚度T135，所述厚度是具有堆积密度大约80％的是所述荧光颗粒平均直径的三倍。在这个实施例中，所述平均荧光颗粒直径是10微米。
如图7所示，LED102发射的蓝色光子139通过透射颜色转换元件133而无颜色转换，并且有助于组合光140作为蓝色光子。然而，LED102发射的蓝色光子138被嵌入在颜色转换层135中的荧光颗粒吸收。作为由蓝色光子138提供的激励的响应，所述荧光颗粒按照各向同性发射图案发射更长波长的光。在所阐释的示例中，所述荧光颗粒发射黄光。如图7所示，所述发射黄光的一部分通过透射颜色转换元件133并且有助于组合光140作为黄色光子。所述发射黄光的另一部分由相邻的荧光颗粒吸收并且被重新发射或者丢失。所述发射黄光的另一部分被散射回至光混合腔160，其中它被反射回至透射颜色转换元件133或者在光混合腔160内被吸收和丢失。
图8阐释了颜色转换腔160的横截面图，重点在于LED102发射的光子与反射颜色转换元件130的相互作用。在一些实施例中，颜色转换层132具有厚度T132小于荧光颗粒141平均直径的五倍。荧光颗粒141的平均直径可以在1微米至25微米。在一些实施例中，荧光颗粒141的平均直径在5至10微米。荧光颗粒141设置为大于80％的堆积密度，来增加入射光子与荧光颗粒相互作用以产生已转换光的概率。例如，LED102发射的蓝色光子137入射至反射颜色转换元件130并且由颜色转换层132的荧光颗粒吸收。作为由蓝色光子137提供的激励的响应，所述荧光颗粒按照各向同性发射图案发射更长波长的光。在所阐释的示例中，所述荧光颗粒发射红光。如图8所示，所述发射红光的一部分进入光混合腔160。所述发射红光的另一部分由相邻的荧光颗粒吸收并且被重新发射或者丢失。所述发射红光的另一部分被反射离开反射层131并且被透射通过颜色转换层132至光混合腔160或者被相邻的荧光颗粒吸收并且被重新发射或者丢失。
图9-13描述了基于LED的照明模块100的各种实施例的横截面侧视图。图9阐释了包括多个颜色转换腔160的基于LED的照明模块100的一个方面。每一个颜色转换腔(例如160a、160b和160c)都配置用于在来自每一个颜色转换腔的光组合之前分别对每一个LED(例如102a、102b、102c)发射的光进行颜色转换。通过变化一个或者多个颜色转换腔的任何化学组成、一个或者多个颜色转换腔中波长转换涂层的几何属性、提供给发射进入任何颜色转换腔的任何LED的电流以及一个或者多个颜色转换腔的形状，可以控制从基于LED的照明模块100发射的光的颜色并且可以提高输出光束均匀性。
如图9所示，LED102a只将光直接发射进入颜色转换腔160a。类似地，LED102b只将光直接发射进入颜色转换腔160b并且LED102c只将光直接发射进入颜色转换腔160c。每一个LED都通过反射侧壁彼此隔离。例如，如图所示，反射侧壁161将LED102a与102b隔离。
反射侧壁161是高反射的，使得例如将从LED102b发射的光向上指向到颜色转换腔160b中，通常朝向照明模块100的输出窗口108。此外，反射侧壁161可以具有高的导热性，使得它用作附加的散热器。作为示例，所述反射侧壁161可以由高导热材料制成，诸如基于铝的材料，所述基于铝的材料能够处理成高反射性和耐用的材料。作为示例，可以使用由德国Alanod公司制造的被称作
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的材料。可以通过对铝进行抛光或者通过用一种或者多种反射性涂层覆盖反射侧壁161的内表面实现高的反射性。反射侧壁161可以替代地由高反射薄材料制成，诸如由3M公司(美国)出售的VikuitiTMESR、由Toray公司(日本)制造的LumirrorTME60L或者微晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)，诸如由Furukawa Electric有限公司(日本)制造的。在其他示例中，反射侧壁161可以由PTFE材料制成。在一些示例中，反射侧壁161可以由1至2毫米厚的PTFE材料制成，如由W.L.Gore公司(美国)和Berghof公司(德国)出售的。在另外一些实施例中，反射侧壁161可以由PTFE材料构成，背后是薄的反射层，诸如金属层或者非金属层，诸如ESR、E60L或者MCPET。同样，可以将高漫反射涂层施加至反射侧壁161。这种涂层可以包括二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)和硫酸钡(BaSO4)粒子，或者这些材料的组合。
在一方面中，基于LED的照明模块100包括第一颜色转换腔(例如160a)，所述第一颜色转换腔具有涂覆有第一波长转换材料162的内表面区域，以及第二颜色转换腔(例如160b)，所述第二颜色转换腔具有涂覆有第二波长转换材料164的内表面区域。在一些实施例中，所述基于LED的照明模块100包括第三颜色转换腔(例如160c)，所述第三颜色转换腔具有涂覆有第三波长转换材料165的内表面区域。在一些其他的实施例中，所述基于LED的照明模块100可以包括附加的颜色转换腔，所述附加的颜色转换腔包括附加的、不同的波长转换材料。在一些实施例中，多个颜色转换腔包括涂覆有相同波长转换材料的内表面区域。
如图9所示，在一个实施例中，基于LED的照明模块100还包括安装在所述颜色转换腔160上方的透射层134。在一些实施例中，用包括波长转换材料163的颜色转换层135涂覆透射层134。在一个示例中，波长转换材料162、164和165可以包括发射红光荧光粉材料并且波长转换材料163包括发射黄光荧光粉材料。透射层134促进每一个颜色转换腔输出的光的混合。
在一些示例中，选择包括在颜色转换腔160中的每一种波长转换材料和颜色转换层135，使得从基于LED的照明模块100发射的组合光140的颜色点与目标颜色点匹配。
在一些实施例中，在所述颜色转换腔160的上方安装第二混合腔170。第二混合腔170是促进所述颜色转换腔160输出的光混合的封闭腔，使得从基于LED的照明模块100发射的组合光140是颜色均匀的。如图9所示，第二混合腔170包括沿着颜色转换腔160的周边安装的反射侧壁171，以捕获所述颜色转换腔160输出的光。第二混合腔170包括安装在所述反射侧壁171上方的输出窗口108。从所述颜色转换腔160发射的光反射离开所述第二颜色转换腔的内部相对表面并且作为组合光140离开所述输出窗口108。
如图10所示，在一个实施例中，基于LED的照明模块100包括颜色转换腔160和第二混合腔170。如图所示，第二混合腔170的输出窗口108由包括波长转换腔材料163的颜色转换层135涂覆。在一个示例中，波长转换材料162、164和165可以包括发射红光荧光粉材料并且波长转换材料163包括发射黄光荧光粉材料。可以可选地包括安装在颜色转换腔160上方的扩散层143，以促进每一个颜色转换腔输出的光的混合。在一些实施例中，扩散层143不执行颜色转换功能。扩散层143可以由半透明材料(例如PTFE薄层)或者光学透明介质(例如玻璃、蓝宝石、聚碳酸酯、塑料)构成，所述光学透明介质已经被处理(例如刻蚀)或者用材料(例如TiO2)涂覆以使它更光学扩散。
如图9和10所示，LED102安装在一个平面上并且反射侧壁161包括与其上安装有LED102的平面垂直定位的平整表面。已经发现平整的、垂直定位的表面在使背反射降至最低的同时可以对光进行有效地颜色转换。然而，也可以考虑其他表面形状和定位。例如，图11描述了反射侧壁161，所述反射侧壁包括相对于其上安装有LED102的平面成倾斜角度定位的平整表面。在一些示例中，这种配置促进从所述颜色转换腔160的光的提取。
图12描述了在另一个实施例中的反射侧壁161。如图所示，反射侧壁161包括锥形部分，所述锥形部分包括相对于其上安装有LED102的平面成倾斜角度定位的平整表面。所述锥形部分过渡至与其上安装有LED102的平面垂直定位的平整表面。在其他实施例中，所述锥形部分包括过渡至平整的、垂直定位表面的曲面。在一些示例中，这些实施例在对所述LED102发射的光有效地进行颜色转换的同时促进从所述颜色转换腔160的光的提取。同样，如图11所示，在反射侧壁161的所述平整的、垂直定位的表面上设置波长转换材料(例如波长转换材料162、164和165)。
如上所讨论的，通过选择包括在所述颜色转换腔160中的每一种波长转换材料并且通过选择包括在颜色转换层135中的波长转换材料，可以调谐从包括多个颜色转换腔的基于LED的照明模块100发射的光的颜色，以与目标颜色点匹配。在其他的实施例中，通过选择具有不同峰值发射波长的LED102，可以调谐从所述基于LED的照明模块100发射的光的颜色。例如，可以选择LED102a以具有480纳米的峰值发射波长，同时可以选择LED102b以具有460纳米的峰值发射波长。
图13描述了另一实施例，用于调谐从包括多个颜色转换腔的基于LED的照明模块100发射的光的颜色。通过独立地控制提供给不同LED102的电流，可以确定从每一个独立控制的颜色转换腔中发射的通量。按照这种方式，可以调谐具有不同颜色转换特性的颜色转换腔的输出通量，使得从基于LED的照明模块100输出的光的颜色与目标颜色点匹配。例如，电源180在导体183上提供电流184至LED102a。LED102a发射的光进入颜色转换腔160a，经历颜色转换并且作为进行了颜色转换的光167发射。类似地，电源181在导体185上提供电流186至LED102b。LED102b发射的光进入颜色转换腔160b，经历颜色转换并且作为进行了颜色转换的光168发射。通过调节电流184和186，可以调谐进行了颜色转换的光167的通量和进行了颜色转换的光168的通量，使得进行了颜色转换的光167和168的组合与目标颜色点匹配。类似地，可以独立地控制附加颜色转换腔，以调谐基于LED的照明模块100的输出光的颜色点。如图13所示，电源182在导体187上提供电流188至LED102c。从LED102c发射的光进入颜色转换腔160c，经历颜色转换并且作为进行了颜色转换的光169发射。按照这种方式，可以调谐电流184、186和188，使得进行了颜色转换的光167、168和169的组合与目标颜色点匹配。
图14A-14E描述了基于LED的照明模块100的各种实施例的横截面顶视图。图14A描述了按照紧密堆积结构设置的六边形颜色转换腔160a-160g，其中每一个颜色转换腔的侧壁都与另一个共享。例如，颜色转换腔160g的每一个侧壁都分别与另一个颜色转换腔(160a-160f)共享。图14B描述了按照矩形网格设置的矩形颜色转换腔160a-160i。在这种配置中，每一个颜色转换腔的侧壁都与另一个共享。例如，颜色转换腔160g的每一个侧壁都分别与颜色转换腔160a-160f和160h-160i共享。图14C描述了按照六边形网格设置的矩形颜色转换腔160a-160f。在这种配置中，每一个颜色转换腔的侧壁都与多个颜色转换腔共享。例如，颜色转换腔160g的侧壁与颜色转换腔160e和160f共享。图14D描述了按照六边形网格设置的圆形颜色转换腔160a-160i。图14E描述了按照紧密堆积六边形网格设置的三角形颜色转换腔160a-160f。在这种配置中，每一个颜色转换腔的侧壁都与另一个共享。图14A-E的实施例是示例性的，但是也可以考虑不同形状和不同布局的颜色转换腔。例如，颜色转换腔可以是椭圆形、星形、一般多边形等形状。此外，可以选择导致紧密堆积配置的网格图案。然而，在其他实施例中，可以考虑不是紧密堆积的网格图案。
图15、16和17描述了基于LED的照明模块100的各种实施例的横截面侧视图，所述基于LED的照明模块具有安装至透射层134的网格结构196。在一些实施例中，透射层134是基于LED的照明模块100的输出窗口。安装至所述透射层134的网格结构196形成了多个袋状结构。任意数量的袋状结构可以被一些波长转换材料至少部分地涂覆。安装至透射层的或者作为透射层一部分的网格结构提供了一种利用含有不同波长转换材料的物理隔离的袋状结构进行颜色控制的手段。通过变化具有不同波长转换材料的袋状结构的数量，控制所述输出光的颜色。此外，通过平均分配不同波长转换材料的袋状结构，提升了输出光束均匀性。最后，通过隔离平面上不同类型的波长转换材料可以提高效率，使得从LED发射的光的显著部分被波长转换材料一次吸收并且被作为输出光重新发射。这个结构使所述进行了颜色转换的光被第二种波长转换材料重新吸收的可能性降至最低。
在图15所述的实施例中，一些袋状结构由发射红光荧光粉191填充，另外的袋状结构由发射绿光荧光粉材料192填充，并且还有其他的袋状结构由发射黄光荧光粉材料190填充。按照这种方式，从每一个LED发射的光的一部分被颜色转换成红色、绿色和黄色光，成为从基于LED的照明模块100发射的组合光140的一部分。在一些实施例中，网格结构196由PTFE材料构成。由于其有效的扩散反射属性，PTFE提升了有效的颜色转换并且允许来自LED102的光的一些透射通过透射层134，而无颜色转换。
在一些实施例中，诸如图15和16所述的那些，所述袋状结构特征在于深度D和宽度W。通过调谐所述袋状结构的宽度和深度尺寸以及所述波长转换材料的组分，从基于LED的照明模块100发射的光可以与目标颜色点匹配。图17阐释了一个实施例，其中所述网格结构的深度从所述透射层134延伸至其上安装有所述LED102平面。
图18描述了基于LED的照明模块100的横截面顶视图。如图所示，每一个袋状结构都由发射红光荧光粉191或者发射黄光荧光粉190涂覆。在这个实施例中，具有发射红光荧光粉191的袋状结构与发射黄光荧光粉190平均分配。在其他实施例中，更多数量的袋状结构可以涂覆一种荧光粉或者另一种，以与目标颜色点匹配。在一些其他的实施例中，附加的荧光粉可以包括在一些袋状结构中。
在一些其他的实施例中，每一个都包括荧光粉组合的不同波长转换材料可以涂覆不同的袋状结构，以与目标颜色点匹配。例如，一些袋状结构可以由发射具有3000K CCT的白光的波长转换材料涂覆，而其他袋状结构可以由发射具有4000K CCT的白光的荧光粉涂覆。按照这种方式，通过变化产生3000K光和4000K光的袋状结构的相对数量，可以调谐由基于LED的照明模块100输出的组合光140，以具有3000K至4000K之间的CCT。如图18所示，每一个袋状结构都一律是正方形。然而，在其他实施例中，每一个袋状结构可以是任意的形状(例如一般多边形和一般椭圆形)。期望的是成形的袋状结构，以提高从基于LED的照明模块100发射的光的输出光束均匀性和颜色控制。
如图19(和图16)所示，袋状结构的图案特征在于网格间隔距离G，而LED的图案特征在于LED间隔距离L。在一些实施例中，所述网格间隔距离可以小于所述LED间隔距离(参见图19)。在一些其他的实施例中，所述网格间隔距离可以与所述LED间隔距离相同(参见图16)。在一些其他的实施例中，所述网格间隔距离可以大于所述LED间隔距离(未示出)。同样，如图19所示，所述网格间隔距离大于所述袋状结构宽度W，以保证从LED102发射的足够的光被波长转换材料进行颜色转换。在一些实施例中，所述网格间隔距离是所述袋状结构宽度W的至少两倍。
图20阐释了包括颜色转换腔160的基于LED的照明模块100的另一方面的横截面图，所述颜色转换腔配置用于在较宽区域上方对从LED102发射的光进行色散和颜色转换。按照这种方式，在薄的剖面结构中可以实现颜色转换并且提升输出光束均匀性。如图20所示，颜色转换腔160a包括至少一个反射侧壁161，将从LED102a发射的光指向设置在LED102a上方的透射层134。所述反射侧壁161相对于设置有LED102的平面204成倾斜角度定位。如图20所示，反射侧壁161向外并且向上延伸至透射层134与反射侧壁161的附着点207。透射层134包括设置在每一个LED102上方的凸反射体205。如图所示，反射体205的中心轴与每一个LED102的中心轴202是共线的，使得每一个反射体205在每一个LED102的上方是居中的。如图所示，透射层134的一部分涂覆有波长转换材料206。按照这种方式，从LED102a发射的光在从颜色转换腔160a发射之前被横向色散和颜色转换。例如，光子208(例如蓝色光子)从LED102a中发射，反射离开反射体205，随后反射离开反射侧壁161，并且激发波长转换材料206。所述波长转换材料206吸收光子208并且发射进行了颜色转换的光(例如红光)，所述进行了颜色转换的光通过透射层134并且离开颜色转换腔160a。
如图20所示，颜色转换腔160a从LED102a的中心轴202至附着点207横向延伸一段距离DWG。为了在较宽区域上促进光的分散，透射层134与平面204之间的距离H小于DWG的一半。如图所示，在图20中，通过在所述颜色转换腔内一系列反射对光进行横向透射并且远离LED102a并且然后通过所述光与设置在水平表面上的波长转换材料的相互作用对从LED发射的光进行颜色转换，颜色转换腔160配置用于在较宽区域上对LED102发射的光进行分散和颜色转换。为了进一步促进光的横向分散，在所述LED的上方引入反射体以在颜色转换之前对光进行横向反射。
图21阐释了在另一个实施例中的颜色转换腔160。在这个实施例中，透射层134是半透明层。例如，透射层134可以由烧结PTFE的薄层构成。如图所示，透射层134不包括如图20的实施例所述的反射体。作为反射体的替代，所述半透明层允许从每一个LED102发射的一部分光的透射以及另一部分的反射，以在每一个颜色转换腔内促进光的横向散射。
在另一个实施例中，每一个颜色转换腔160都包括透明介质210，所述透明介质具有显著高于空气的折射率(例如硅树脂)。在一些实施例中，透明介质210填充所述颜色转换腔。在一些示例中，透明介质210的折射率与作为所述封装LED102一部分的任何封装材料的折射率匹配。在所阐释的实施例中，透明介质210填充每一个颜色转换腔的一部分，但是与所述LED102物理隔离。这可以期望用于促进从所述颜色转换腔的光的提取。如图所示，波长转换层206设置在透射层134上。在一些实施例中，波长转换层206包括多个部分，每一个部分都具有不同的波长转换材料。尽管如图所示，波长转换层206被设置在透射层134的顶上使得透射层134位于波长转换层206与每一个LED102之间，但是在一些实施例中，波长转换层206可以设置在透射层134上，位于透射层134与每一个LED102之间。此外，或者替代地，波长转换材料可以嵌入在透明介质210中。
在另一方面中，基于LED的照明模块100包括设置在LED102上方并且与LED隔离的半透明非平面的非平面形状窗口220，如图22所示。在一些实施例中，半透明非平面形状窗口220可以由模塑或者玻璃材料构成。在其他实施例中，半透明非平面形状窗口220可以由烧结PTFE材料的薄层构成或者包括烧结PTGE材料的薄层。与所述LED物理隔离的成形窗口在执行颜色转换的同时促进了光的混合和颜色均匀性。所述成形窗口所述成形窗口由反射体包围。所述反射体进一步提供了光的混合以促进均匀性和输出光束成形。所述成形窗口结合所述反射体设计，以提供颜色控制和输出光束均匀性，特别是用于狭窄输出光束设计。
所述半透明非平面形状窗口220包括波长转换材料，所述波长转换材料对从LED102发射的一部分光进行颜色转换。例如，如图22所示，从LED102发射的蓝光223由包括在颜色转换层135中的波长转换材料吸收，所述颜色转换层设置在半透明非平面形状窗口220上。作为响应，所述波长转换材料发射更长波长的光(例如黄光)。在图22所示的实施例中，包括波长转换材料的所述颜色转换层135设置在成形输出窗口220上。在一些其他的实施例中，波长转换材料嵌入在所述半透明非平面形状窗口220中。
如图22所示，所述基于LED的照明模块100包括与所述半透明非平面形状窗口220接触的反射侧壁161。按照这种方式，从LED102发射的光在离开所述基于LED的照明模块之前被指向通过所述半透明非平面形状窗口220。在一些实施例中，反射侧壁161用波长转换材料涂覆，所述波长转换材料具有与设置在所述半透明非平面形状窗口220上的波长转换材料不同的颜色转换特性。例如，如图22所示，从LED102发射的蓝光被设置在反射侧壁161上的波长转换材料吸收。作为响应，所述波长转换材料发射更长波长的光(例如红光)。
如图22所示，反射体125贴附至基于LED的照明模块100以形成光源150。反射体125具有包围半透明非平面形状窗口220的内部空间221。按照这种方式，从LED102发射的光在到达反射体125的反射表面之前必须通过半透明非平面形状窗口220。通过用半透明非平面形状窗口220封闭LED102，保护LED102免受环境污染。另外，光源150发射的光的颜色点受控于基于LED的照明模块100的函数，与反射体125无关。此外，通过封闭半透明非平面形状窗口220，反射体125能够控制光源150提供的输出光束剖面。在一些实施例中，内部空间221被折射率大于空气折射率的透明材料(例如硅树脂)填充。按照这种方式，增强了从基于LED的照明模块100的光的提取。
在一些实施例中，所述半透明非平面形状窗口220包括反射部分222。通过反射部分222的适当定位，可以改善由半透明非平面形状窗口220发射的光的输出光束均匀性。如图22所示，半透明非平面形状窗口220包括设置在半透明非平面形状窗口220的反射部分222上的反射层。在一些其他的实施例中，半透明非平面形状窗口220可以由漫反射材料层构成或者包括漫反射材料层(例如烧结PTFE)。在这些实施例中，可能不需要独立的反射部分222，因为足够的光将被反射并且重新指向至所述半透明非平面形状窗口220的另一部分。在这些实施例中，半透明非平面形状窗口220的一部分不包括波长转换材料。
可以对半透明非平面形状窗口220进行成形，以促进输出光束均匀性和从LED102有效的光的提取。在如图23所示的实施例中，半透明非平面形状窗口220是拱顶形的。在一些实施例中，所述拱顶形可以是抛物线形状，配置用于将从LED102发射的光集中到指定的输出光束角度。
在一些实施例中，基于LED的照明模块100包括设置在多个颜色转换腔160上方的半透明非平面形状窗口220。如图24所示，作为示例，基于LED的照明模块100包括多个颜色转换腔160a-160d，配置成如图20所述。半透明非平面形状窗口220设置在所述颜色转换腔的上方，使得从每一个颜色转换腔发射的光在与反射体125相互作用之前都通过半透明非平面形状窗口220。
在一些实施例中，颜色转换腔160的组件可以由PTFE材料构成或者包括PTFE材料。在一些示例中，所述组件可以包括PTFE层，所述PTFE层背后是反射层，诸如抛光金属层。所述PTFE材料可以由烧结PTFE粒子形成。在一些实施例中，颜色转换腔160的内部相对表面的任何部分都可以由PTFE材料构成。在一些实施例中，所述PTFE材料可以涂覆波长转换材料。在其他的实施例中，波长转换材料可以与所述PTFE材料混合。
在其他的实施例中，颜色转换腔160的组件可以由反射的陶瓷材料构成或者包括反射的陶瓷材料，诸如由CerFlex International公司(荷兰)生产的陶瓷材料。在一些实施例中，颜色转换腔160的内部相对表面的任何部分可以由陶瓷材料构成。在一些实施例中，所述陶瓷材料可以涂覆波长转换材料。
在其他的实施例中，颜色转换腔160的组件可以由反射的金属材料构成或者包括反射的金属材料，诸如Alanod公司(德国)生产的铝或者
Figure BDA0000426725990000221
在一些实施例中，颜色转换腔160的内部相对表面的任何部分都可以由反射的金属材料构成。在一些实施例中，所述反射的金属材料可以涂覆波长转换材料。
在其他的实施例中，颜色转换腔160的组件可以由反射的塑料材料构成或者包括反射的塑料材料，诸如由3M(美国)公司出售的VikuitiTMESR、由Toray公司(日本)制造的LumirrorTME60L或者微晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)，诸如由Furukawa Electric有限公司(日本)制造的。在一些实施例中，颜色转换腔160的内部相对表面的任何部分都可以由反射的塑料材料构成。在一些实施例中，所述反射的塑料材料可以涂覆波长转换材料。
腔160可以由非固体材料填充，诸如空气或者惰性气体，使得LED102发射光进入所述非固体材料。作为示例，所述腔可以是密封的并且氩气可以用于填充所述腔。替代地，可以使用氮气。在其他的实施例中，腔160可以用固体封装材料填充。作为示例，硅树脂可以用于填充所述腔。
所述PTFE材料比可以用于构成或者包括在颜色转换腔160的组件中的其他材料(诸如Alanod公司生产的)反射性低。在一个示例中，对基于LED的照明模块100的蓝光输出，所述基于LED的照明模块由未涂覆
Figure BDA0000426725990000223
的侧壁插入件107构成，与由未涂覆PTFE侧壁插入件107构成的相同模块的蓝光输出，所述侧壁插入件由Berghof公司(德国)制造的烧结PTFE材料构成，进行对比。通过使用PTFE侧壁插入件，来自照明模块100的蓝光输出减少7％。类似地，与未涂覆
Figure BDA0000426725990000224
侧壁插入件107相比，通过使用由W.L.Gore公司(美国)制造的烧结PTFE材料构成的未涂覆PTFE侧壁插入件107，来自照明模块100的蓝光输出减少5％。从所述照明模块100的光的提取与所述腔160内的反射率直接相关，因此，与其他可获得的反射材料相比，所述PTFE材料的较差的反射率将与在所述腔160中使用所述PTFE材料的目的相偏离。然而，本发明的发明人已经确定，当所述PTFE材料涂覆荧光粉时，与具有类似的荧光粉涂层的其他反射性更强的材料(诸如
Figure BDA0000426725990000231
)相比，所述PTFE材料意外地产生了光输出的增加。在另一个示例中，对照明模块100的白光输出，所述照明模块由荧光粉涂覆的
Figure BDA0000426725990000232
侧壁插入件107构成，目标相关色温(CCT)为4000K，与由荧光粉涂覆的PTFE侧壁插入件107构成的相同模块的白光输出，所述侧壁插入件由Berghof公司(德国)制造的烧结PTFE材料构成，进行比较。与荧光粉涂覆
Figure BDA0000426725990000233
相比，通过使用荧光粉涂覆PTFE侧壁插入件，来自照明模块100的白光输出增加7％。类似地，与荧光粉涂覆
Figure BDA0000426725990000234
侧壁插入件107相比，通过使用由W.L.Gore公司(美国)制造的烧结PTFE材料构成的PTFE侧壁插入件107，来自照明模块100的白光输出增加14％。在另一个示例中，对照明模块100的白光输出，所述照明模块由荧光粉涂覆的侧壁插入件107构成，目标相关色温(CCT)为3000K，与由荧光粉涂覆的PTFE侧壁插入件107构成的相同模块的白光输出，所述侧壁插入件由Berghof公司(德国)制造的烧结PTFE材料构成，进行比较。与荧光粉涂覆
Figure BDA0000426725990000236
相比，通过使用荧光粉涂覆PTFE侧壁插入件，来自照明模块100的白光输出增加10％。类似地，与荧光粉涂覆
Figure BDA0000426725990000237
侧壁插入件107相比，通过使用由W.L.Gore公司(美国)制造的烧结PTFE材料构成的PTFE侧壁插入件107，来自照明模块100的白光输出增加12％。
因此，已经发现，尽管反射性较低，期望的是用PTFE材料构成所述光混合腔160的荧光粉覆盖部分。此外，本发明还已经发现，当外露于LED的热量时，例如在光混合腔160中，与具有类似的荧光粉涂层的其他反射性更强的材料(诸如)相比，荧光粉涂覆PTFE材料具有更高的耐用性。
尽管以上出于指导目的描述了某些具体的实施例，本专利文献的教义具有普遍的适用性并且不限于上述具体实施例。例如，颜色转换腔160的任何组件都可以用荧光粉图案化。所述图案本身和所述荧光粉组分都可以变化。在一个实施例中，所述照明设备可以包括位于光混合腔160不同区域的不同类型的荧光粉。例如，红色荧光粉可以位于所述插入件107和所述底部反射体插入件106的任一个或者两个上，而黄色和绿色荧光粉可以位于所述输出窗口108的上表面或者下表面上或者嵌入在所述输出窗口108内。在一个实施例中，不同类型的荧光粉(例如红色和绿色)可以位于所述侧壁107上的不同区域上。例如，可以将一种类型的荧光粉图案化在所述侧壁插入件107上的第一区域，例如按照条纹、斑点或者其他图案，而另一种类型的荧光粉位于所述插入件107的不同第二区域上。如果需要，附加的荧光粉可以使用并且位于所述腔160的不同区域中。另外，如果需要，可以只在所述腔160中(例如在所述侧壁上)使用并且图案化一种类型的波长转换材料。在另一个示例中，腔体105用于将安装板104直接夹紧至安装基座101，无需使用安装板定位环103。在其他的示例中，安装基座101和热沉120可以是单个组件。在另一个示例中，基于LED的照明模块100如图1-3所述作为光源150的一部分。如图3所示，基于LED的照明模块100可以是可更换灯或者改造灯的一部分。但是，在另一个实施例中，基于LED的照明模块100可以成形为可更换灯或者改造灯，并且被认为如此。因此，可以在不背离权利要求中所述的本发明范围的情况下，实践各种修改、适应和所述实施例各种特征的组合。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种基于LED的照明设备，包括：
侧壁，具有包括第一颜色转换腔的内部表面区域的一部分的第一表面区域，以及包括第二颜色转换腔的内部表面区域的一部分的第二表面区域，其中所述第一表面区域涂覆有第一波长转换材料，以及其中所述第二表面区域涂覆有第二波长转换材料；
第一LED，其中从所述第一LED发射的光直接进入所述第一颜色转换腔并且不直接进入所述第二颜色转换腔；以及
第二LED，其中从所述第二LED发射的光直接进入所述第二颜色转换腔并且不直接进入所述第一颜色转换腔。
2.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，还包括：
安装在所述第一颜色转换腔和所述第二颜色转换腔上方的透射层，其中所述透射层的第一部分覆盖所述第一颜色转换腔，以及其中所述透射层的第二部分覆盖所述第二颜色转换腔。
3.根据权利要求2所述的基于LED的照明设备，其中所述透射层涂覆有第三波长转换材料。
4.根据权利要求2所述的基于LED的照明设备，其中所述透射层耦合至所述侧壁。
5.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，其中所述第一波长转换材料和第二波长转换材料是相同的材料。
6.根据权利要求3所述的基于LED的照明设备，其中将所述第一波长转换材料、所述第二波长转换材料和所述第三波长转换材料的任一个选择为使得从基于LED的照明设备发射的输出光的颜色点与目标颜色点匹配。
7.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，其中选择供应给所述第一LED的电流，使得从所述基于LED的照明设备发射的输出光的颜色点与目标颜色点匹配。
8.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，还包括：
设置在所述第一颜色转换腔和所述第二颜色转换腔上方的第二光混合腔，所述第二光混合腔包括：
反射侧壁，以及
所述基于LED的照明设备的输出窗口。
9.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，其中所述第一LED的峰值发射波长不同于所述第二LED的峰值发射波长。
10.一种基于LED的照明设备，包括：
多个LED；
设置在所述多个LED的上方并且与所述多个LED间隔开的半透明非平面形状窗口，所述半透明非平面形状窗口包括设置在所述半透明非平面形状窗口的顶点的反射部分以及第一波长转换材料，所述第一波长转换材料对从所述多个LED发射的光的一部分进行颜色转换，其中贴附至所述基于LED的照明设备的反射体具有包围所述半透明非平面形状窗口的内部空间；以及
包括反射侧壁的第一颜色转换腔，所述反射侧壁沿着从设置有所述多个LED中的至少一个LED的平面向设置在所述多个LED与所述半透明非平面形状窗口之间的透射层的方向延伸，其中所述透射层的一部分涂覆有第二波长转换材料。
11.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述反射侧壁包括第三波长转换材料。
12.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，还包括：
其上贴附有所述多个LED的安装板；以及
设置在所述安装板上方的基座反射体。
13.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述半透明非平面形状窗口是拱顶形的。
14.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述多个LED安装在所述平面中以及其中所述半透明非平面形状窗口的表面相对于所述平面成倾斜角度朝向。
15.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述反射侧壁围绕所述多个LED中的所述至少一个LED并且相对于设置有所述至少一个LED的平面成倾斜角度朝向。
16.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，还包括：
第二颜色转换腔，设置在所述多个LED的第二LED与所述半透明非平面形状窗口之间，其中所述第二颜色转换腔的内部表面区域的一部分涂覆有第三波长转换材料，其中从所述多个LED中的第一LED发射的光直接进入所述第一颜色转换腔并且不直接进入所述第二颜色转换腔，以及其中从所述多个LED中的第二LED发射的光直接进入所述第二颜色转换腔并且不直接进入所述第一颜色转换腔。
17.一种装置，包括：
设置在第一平面中的多个发光二极管LED中的LED，所述LED具有沿与所述LED的管芯区域垂直地延伸的中心轴；
颜色转换腔，包括：围绕所述LED的反射侧壁，其中所述反射侧壁相对于所述第一平面成倾斜角度朝向并且从所述第一平面延伸至第二平面，所述第二平面位于所述第一平面上方第一距离；以及设置在所述第二平面中并且贴附至所述反射侧壁的透射层，其中所述透射层的一部分涂覆有第一波长转换材料，以及其中所述第一距离小于在所述第二平面中测量的从所述透射层与所述反射侧壁的附着点到所述LED的中心轴的距离的一半；以及
凸球面反射体，贴附至所述透射层并且在所述透射层与所述LED之间设置于所述LED的上方。
18.根据权利要求17所述的装置，还包括：
窗口，设置在所述透射层的上方并且与所述透射层间隔开，其中所述窗口的一部分涂覆有第二波长转换材料。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述反射侧壁是漫反射的并且所述反射侧壁的至少一部分涂覆有所述第一波长转换材料。
20.根据权利要求17所述的装置，其中在所述LED与所述反射侧壁之间的空间由固体透明介质填充。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述第一波长转换材料嵌入在所述固体透明介质中。

Claims (23)

1.一种基于LED的照明设备，包括：
侧壁，具有包括第一颜色转换腔的内部表面区域的一部分的第一表面区域，以及包括第二颜色转换腔的内部表面区域的一部分的第二表面区域，其中所述第一表面区域涂覆有第一波长转换材料，以及其中所述第二表面区域涂覆有第二波长转换材料；
第一LED，其中从所述第一LED发射的光直接进入所述第一颜色转换腔并且不直接进入所述第二颜色转换腔；以及
第二LED，其中从所述第二LED发射的光直接进入所述第二颜色转换腔并且不直接进入所述第一颜色转换腔。
2.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，还包括：
安装在所述第一颜色转换腔和所述第二颜色转换腔上方的透射层，其中所述透射层的第一部分覆盖所述第一颜色转换腔，以及其中所述透射层的第二部分覆盖所述第二颜色转换腔。
3.根据权利要求2所述的基于LED的照明设备，其中所述透射层涂覆有第三波长转换材料。
4.根据权利要求2所述的基于LED的照明设备，其中所述透射层耦合至所述侧壁。
5.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，其中所述第一波长转换材料和第二波长转换材料是相同的材料。
6.根据权利要求3所述的基于LED的照明设备，其中将所述第一波长转换材料、所述第二波长转换材料和所述第三波长转换材料的任一个选择为使得从基于LED的照明设备发射的输出光的颜色点与目标颜色点匹配。
7.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，其中选择供应给所述第一LED的电流，使得从所述基于LED的照明设备发射的输出光的颜色点与目标颜色点匹配。
8.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，还包括：
设置在所述第一颜色转换腔和所述第二颜色转换腔上方的第二光混合腔，所述第二光混合腔包括：
反射侧壁，以及
所述基于LED的照明设备的输出窗口。
9.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，其中所述第一LED的峰值发射波长不同于所述第二LED的峰值发射波长。
10.一种基于LED的照明设备，包括：
多个LED；
设置在所述多个LED的上方并且与所述多个LED间隔开的半透明非平面形状窗口，所述半透明非平面形状窗口包括第一波长转换材料，所述第一波长转换材料对从所述多个LED发射的光的一部分进行颜色转换，其中贴附至所述基于LED的照明设备的反射体具有包围所述半透明非平面形状窗口的内部空间；以及
包括反射侧壁的第一颜色转换腔，所述反射侧壁沿着从设置有所述多个LED的至少一个LED的平面向设置在所述多个LED与所述半透明非平面形状窗口之间的透射层的方向延伸，其中所述透射层的一部分涂覆有第二波长转换材料。
11.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述反射侧壁包括第三波长转换材料。
12.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，还包括：
其上贴附有所述多个LED的安装板；以及
设置在所述安装板上方的基座反射体。
13.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述半透明非平面形状窗口是拱顶形的。
14.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述半透明非平面形状窗口包括设置在所述半透明非平面形状窗口的顶点的反射部分。
15.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述多个LED安装在所述平面中以及其中所述半透明非平面形状窗口的表面相对于所述平面成倾斜角度朝向。
16.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，其中所述反射侧壁围绕所述多个LED中的所述至少一个LED并且相对于设置有所述至少一个LED的平面成倾斜角度朝向。
17.根据权利要求10所述的基于LED的照明设备，还包括：
第二颜色转换腔，设置在所述多个LED的第二LED与所述半透明非平面形状窗口之间，其中所述第二颜色转换腔的内部表面区域的一部分涂覆有第三波长转换材料，其中从所述多个LED中的第一LED发射的光直接进入所述第一颜色转换腔并且不直接进入所述第二颜色转换腔，以及其中从所述多个LED中的第二LED发射的光直接进入所述第二颜色转换腔并且不直接进入所述第一颜色转换腔。
18.一种装置，包括：
设置在第一平面中的多个发光二极管LED中LED，所述LED具有沿与所述LED的管芯区域垂直地延伸的中心轴；以及
颜色转换腔，包括：围绕所述LED的反射侧壁，其中所述反射侧壁相对于所述第一平面成倾斜角度朝向并且从所述第一平面延伸至第二平面，所述第二平面位于所述第一平面上方第一距离；以及设置在所述第二平面中并且贴附至所述反射侧壁的透射层，其中所述透射层的一部分涂覆有第一波长转换材料，以及其中所述第一距离小于在所述第二平面中测量的从所述透射层与所述反射侧壁的附着点到所述LED的中心轴的距离的一半。
19.根据权利要求18所述的装置，还包括：
凸球面反射体，贴附至所述透射层并且在所述透射层与所述LED之间设置于所述LED的上方。
20.根据权利要求18所述的装置，还包括：
窗口，设置在所述透射层的上方并且与所述透射层间隔开，其中所述窗口的一部分涂覆有第二波长转换材料。
21.根据权利要求18所述的装置，其中所述反射侧壁是漫反射的并且所述反射侧壁的至少一部分涂覆有所述第一波长转换材料。
22.根据权利要求18所述的装置，其中在所述LED与所述反射侧壁之间的空间由固体透明介质填充。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述第一波长转换材料嵌入在所述固体透明介质中。
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