CN104302968B - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种发光装置(100)，包括：‑固态光源(101，201)，适于发射初级光；以及‑波长转换部件(105，205)，被布置用于接收所述初级光且能够将所述初级光转换为次级光，波长转换部件和固态光源被相互间隔开；以及‑非吸收的、部分透明的反射器(106，206)，被布置在波长转换部件的光输出侧上。反射器隐藏磷光体的颜色且可以使装置具有银色或金色的金属外观，这对于许多应用来说是更期望的。通过使用非吸收的反射器，效率高且同时需要更少的磷光体，这进一步有助于改进视觉外观。
Description
技术领域
本发明涉及包括固态光源和波长转换元件的发光装置，并且涉及包括这样的发光装置的灯和照明设备。
背景技术
基于发光二极管(LED)的照明设备被越来越多地用于多种多样的照明和信令应用。LED提供优于诸如白炽灯和荧光灯之类的传统光源的优点，包括长寿命、高流明效率、低工作电压和快的流明输出调制。高效的高功率LED经常是基于发射蓝光的InGaN材料的。为了产生具有期望颜色(例如白色)输出的基于LED的照明设备或另一种固态照明设备，可以提供合适的波长转换材料(通常被称为磷光体)，其将由LED发射的光的一部分转换为更长波长的光，以便于生成具有期望的光谱特性的光的组合。针对用在基于蓝色LED的设备中以用于发射白光，合适的波长转换材料的示例是铈掺杂的钇铝石榴石(YAG：Ce)。
基于LED磷光体的照明设备的缺点是，在关状态下，磷光体的颜色可能是清晰可见的。例如，YAG：Ce具有明显的淡黄色或橙色外观。这样的外观出于审美的原因可能是不希望的，且可能对消费者没有吸引力。因此，技术已经被开发以产生在关状态下具有非彩色(例如白色或略带白色的)外观的固态照明设备。一种这样的技术在US 2005/0201109中被公开，其描述了包括光源、设置成面朝光源发射表面的透镜和提供在至少透镜表面上的半透半反膜的照明装置。半透半反膜是包括金属材料的薄膜且提供了光屏蔽机制，在装置处于关状态时不能从外部通过半透半反膜看到内部或者照明装置的结构。然而，装置遭受低效率且由于透镜的存在是笨重的。因此，本领域存在改进发光设备的需要，其在功能性的关状态时具有非彩色的外观。
发明内容
本发明的目的是克服这个问题，并提供具有期望的关状态外观的改进的发光设备。
根据本发明的第一方面，这个和其它的目的通过包括如下部件的发光装置来实现：
-固态光源，适于发射初级光；以及
-波长转换部件，布置用于接收所述初级光且能够将所述初级光转换为次级光，波长转换部件和固态光源被相互间隔开；以及
-非吸收的、部分透明的反射器，布置在波长转换部件的光输出侧上。
由固态光源发射的初级光和由波长转换部件产生的初级光可以由非吸收的、部分透明的反射器透射以离开发光装置。
反射器隐藏波长转换部件的颜色并可以使装置具有银色或金色的金属外观，这对于许多应用是更期望的。通过使用非吸收的反射器，效率是高的且同时需要更少的磷光体，这进一步有助于改进可视外观(磷光体的颜色是较不可见的)。相比于波长转换部件与光源直接接触的装置，使用远程或邻近配置的优点包括减少的由于过热的磷光体的降解和因此增加的磷光体寿命，以及改进的随时间的颜色稳定性。远程配置还可以提供发光表面，其具体与如下描述的光混合腔室结合，允许无需准直透镜等的紧凑的设计。
非吸收的、部分透明的反射器具有在从400nm到800nm的波长范围内的光的统一反射率。
通常地，非吸收的意思是小于1％的吸收。因此，在本发明的实施例中，非吸收的、部分透明的反射器具有对入射光小于1％的吸收。非吸收的、部分透明的反射器通常是非金属的，因为金属的反射器趋向于具有不期望的高的光吸收。
例如，非吸收的、部分透明的反射器包括至少一层非吸收层，其包含通常是从玻璃和塑料材料中选择的介电材料的材料。所述塑料材料可以从聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚萘二甲酸乙二酯(PEN)中选择。
在本发明的实施例中，非吸收的、部分透明的反射器包括非吸收层的堆叠。通常地，非吸收层的所述堆叠的每一层可以具有在从400nm到800nm的波长范围内的统一反射率。
在一些实施例中，非吸收的、部分透明的反射器可以是镜面反射器。
在本发明的实施例中，非吸收的、部分透明的反射器具有在从20％到60％的范围内的反射率，优选从30％到45％，且更优选从35％(或者从高于35％)到45％。
在一些实施例中，发光装置包括由反射底部和至少一个反射侧壁定义的光混合腔室。固态光源可以被布置在底部或侧壁上。光混合腔室提供高效率，在开状态下的良好的光混合且与远程磷光体结合允许紧凑的设计而无需准直透镜等。
在一些实施例中，非吸收的、部分透明的反射器形成光出射窗，通过光出射窗光可以离开光混合腔室。
波长转换部件可以被布置在非吸收的、部分透明的反射器的面朝固态光源的表面上。替代地或另外，波长转换部件可以被布置在所述反射底部上且所述固态光源被布置在所述反射侧壁上。
在另一方面中，本发明提供灯，例如改装的灯，其包括如本文中描述的发光装置。
在又一方面中，本发明还提供包括至少一个如本文中描述的发光装置的照明设备。
要注意的是，本发明涉及在权利要求书中记载的特征的所有可能组合。
附图说明
现在将更详细地描述本发明的这个和其它方面，参照示出本发明实施例的附图。
图1是根据本发明实施例的发光装置的侧剖视图。
图2是根据本发明实施例的发光装置的侧剖视图且示意性地图示了在关状态下看着发光装置的观察者。
图3是根据本发明另一实施例的发光装置的侧剖视图。
图4是根据本发明另一实施例的发光装置的侧剖视图。
图5是根据本发明另一实施例的发光装置的侧剖视图。
图6是根据本发明实施例的灯的侧视图(部分在截面中)。
图7是根据本发明实施例的照明设备的透视图。
如图所示，层和区域的尺寸为图示的目的被夸大，并且因此被提供用于图示本发明实施例的一般结构。自始至终同样的附图标记指的是同样的元件。
具体实施方式
本发明将会在下文中更完全地被描述，参照附图，其中目前优选的本发明的实施例被示出。然而，本发明可以被体现为许多不同的形式且不应当被解释为限于本文中阐述的实施例；更确地说，这些实施例被提供用于完全性和完整性，且将本发明的范围完全传达给技术人员。
本发明人已经发现半透明的反射器可以有利地被用于隐藏磷光体的本色并且代替地使包含磷光体的发光装置具有更期望的、金属的外观。
根据本发明实施例的发光装置在图1中被描绘。发光装置100包括多个光源101，在本文中为LED，其被布置在光混合腔室103的底部102上。光混合腔室103被环形的侧壁104围绕。波长转换部件105被布置成与光源101间隔开，所谓的远程磷光体模式。如沿从光源和波长转换部件的光输出方向看到的，在波长转换部件105的另一侧上，提供了部分反射、部分透明的部件106。部分反射、部分透明的部件在下文中被称为部分透明的反射器。部分透明的反射器可以有低的或大体上没有吸收。“没有吸收”或“非吸收的”本文中意指在讨论中的反射器或层具有对入射光1％或不到1％的吸收，优选在整个可见波长范围内。部分透明的反射器可以是由单层或多层的堆叠形成的板、片、膜或箔。在多层的堆叠的情况下，层关于材料的组分和光学(例如反射和/或透射)性质可以是相同的或不同的。
在操作中，由光源101发射的初级光被波长转换元件接收，可能在被侧壁和/或底部(这二者均可以是反射的)反射之后。波长转换部件将初级光的至少一部分转换为更长波长的次级光。被转换的次级光被部分沿光输出方向(朝着观察者107)发射且被部分发射回到光混合腔室中，在其中它可以在光输出方向被反射且改变方向。次级光和任何未被转换的初级光由部分透明的反射器106透射且因此离开发光装置。优选地，光混合腔室的侧壁以及可选地还有底部是高反射的，因此由于光循环和最小化的吸收而确保良好的光混合、良好的光分布和高效率。
设想侧壁以及因此反射腔室可有任意适合的几何形状。例如，代替环形侧壁，发光装置可包括定义例如正方形、矩形或其它多边形腔室的一个或多个侧壁。
部分透明的反射器106主要用于防止在发光装置处于关状态(即不在操作中)时，波长转换部件的颜色从外部是可见的。在关状态下，如图2所示，从外部入射到发光装置上的光被部分反射和部分透射。由于这种光反射，波长转换元件的颜色从外部是较不可见的，且代替地发光装置可通过调节反射器的厚度和/或折射率给出金属的外观，例如银色或金色。
部分透明的反射器106通常在整个可见光谱内具有统一的反射率，因此它相同程度地反射所有波长的光。通常，部分透射的反射器具有20-60％的反射率，诸如30-45％或35-45％。在一些实施例中，反射率高于35％且可以高达例如45％。
在一些实施例中，部分透明的反射器是镜面反射器。
图3图示了发光装置的实施例，其中部分透明的反射器106包括多层非吸收的层106a、106b、106c的堆叠。这样的层堆叠可包括至少两层，例如三层。在一个示例中，部分透明的反射器106可以是两个玻璃板的堆叠。在另一示例中，部分透明的反射器106可以是三个塑料板的堆叠。在又一示例中，部分透明的反射器106可以包括多个塑料箔的堆叠。
部分透明的反射器可由任意适合的非吸收的、足够透射且反射的材料形成。通常，介电材料可被用于层106a、106b、106c。适合的介电材料的示例包括：
-钛酸盐，诸如钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶、钛酸镁、钛酸钙、钛酸铋、钛酸钕、钛酸镁硅钙和钛酸铅；
-锆酸盐，诸如锆酸钙、锆酸钡和氧化锆；
-氧化物材料，诸如二氧化钛、氧化锡、锡酸钙、三氧化二铋、和铌酸镁锌、氟化镁、二氧化硅、五氧化二钽和硫化锌。
如图3所示的多层反射器可通过调节层106a、106b、106c的厚度和折射率而被设计成具有任意期望的外观，例如非彩色的或银色的外观，或者金色的外观。
用于部分透明的反射器(作为整体或者针对其一个或多个层)的适合的材料的其它示例包括玻璃和塑料材料，诸如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚萘二甲酸乙二酯(PEN)。
图4图示了发光装置的另一个实施例，其中波长转换部件105和部分透明的反射器106被相互间隔开。波长转换部件还仍然与光源101间隔开，例如通过空气间隙分离。在一些实施例中，光源和波长转换部件之间的距离可以是相对小的，所谓的邻近磷光体模式。然而，在这些实施例中，波长转换部件仍然不接触光源。在这样的邻近磷光体模式的实施例中，波长转换部件可被布置在如图3所示的离部分透明的反射器一定距离的地方，或者可被布置成与部分透明反射器接触(类似于图1和图2中示出的实施例)。从而邻近磷光体模式允许发光装置的紧凑设计。
光源可位于在光混合腔室中的任意适合的位置，例如对称地在底部102的中心部分上。虽然附图示出使用多个光源的发光装置，考虑还可以使用单个固态光源，诸如单个LED或单个激光二极管。在使用单个光源的情况下，其通常被布置在底部102的中心。
图5示出了发光装置100的备选实施例，其中两个光源101被安装在侧壁104的内表面上。多个光源可被安装在例如均沿侧壁的圆周的距离彼此固定的距离处。在两个光源的情况下，通常光源相对彼此安装。图5进一步示出了波长转换部件105被布置在光混合腔室103的底部102。在这个实施例中，底部优选是反射的，使得所有被波长转换部件发射(转换)或透射的光直射向由部分透明的反射器106形成的光出射窗。这样的发光装置可以被称为关于磷光体或波长转换部件的“反射模式”。
如上所述，固态光源可以是发光二极管(LED)或激光二极管。备选地，光源可以是有机发光二极管(OLED)。在一些实施例中，固态光源可以是发射蓝光的LED，诸如基于GaN或InGaN的LED，例如主要发射波长范围从440nm到460nm的光。备选地，固态光源可以发射UV或紫色光，其随后由一个或多个波长转换材料转换为更长波长的光。
次级光通常具有比初级光更长的波长。例如，次级光可以具有400nm到800nm的波长范围，例如500nm到800nm，诸如从570nm到620nm。通过结合基色蓝光与能够将蓝光转换为黄光的波长转换部件，可以得到总的白光输出。因此，波长转换部件的波长转换材料通常考虑所使用的光源和期望的输出光的光谱组分来选择。
本发明中使用的波长转换材料可以是无机波长转换材料或有机波长转换材料。无机波长转换材料的示例可以包括——但不限于——铈(Ce)掺杂的钇铝石榴石(Y3Al5O12：Ce3 +，还被称为YAG：Ce或Ce掺杂的YAG)或镥铝石榴石(LuAG，Lu3Al5O12)、α-SiAlON：Eu2+(黄色)和M2Si5N8：Eu2+(红色)，其中M是从钙Ca、Sr和Ba中选出的至少一种元素。此外，YAG：Ce的铝的一部分可用钆(Gd)或镓(Ga)替换，其中较多的Gd导致黄色发射的红移。其它适合的材料可以包括(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa：Euz 2+，其中0≤a＜5，0≤x≤1，0≤y≤1且0＜z≤1，并且(x+y)≤1，诸如Sr2Si5N8：Eu2+，其发射在红色范围内的光。适合的有机波长转换材料的示例是基于二萘嵌苯衍生物的有机发光材料，例如由BASF在品牌名称下销售的化合物。适合的市场上可买到的化合物的示例包括——但不限于——RedF305、Orange F240、Yellow F083和F170，及其组合。有利地，有机发光材料可以是透明的且非散射的。
此外，在一些实施例中，波长转换材料可以是量子点或量子棒。量子点是一般具有仅仅几个纳米的宽度或直径的半导体材料的小晶体。在被入射光激发时，量子点发射由晶体尺寸和材料决定的颜色的光。特定颜色的光可因此通过改变点的尺寸而产生。大多数已知的具有在可见范围内的发射的量子点基于具有诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS)之类的壳的硒化镉(CdSe)。还可以使用诸如磷化铟(InP)和铜铟硫(CuInS2)和/或银铟硫(AgInS2)之类的无镉的量子点。量子点示出非常窄的发射带，并且因此他们示出饱和色。此外，发射颜色可以通过改变量子点尺寸容易地调节。本领域中已知的任何类型的量子点可被用在本发明中。然而出于环境安全和意识的原因，可以优选使用无镉的量子点或至少具有非常低的镉含量的量子点。
可选地波长转换部件可以包括散射元件。散射元件的示例包括孔和散射颗粒，诸如TiO2或Al2O3颗粒。散射元件可以与波长转换材料混合或者作为单独的层被提供。
本发明的发光装置可以被用于任意类型的照明应用，尤其是其中发光装置从外部是可见的灯和照明设备，也就是，其中波长转换部件的颜色可能已经是可见的(如果它不是对于部分透明的反射器)灯和照明设备。包括根据本发明实施例的发光装置的灯的示例如图6所示。灯200是所谓的改装灯，旨在替代传统的白炽灯泡。灯200包括基部202，其被提供有适于螺纹插座的螺纹接头207。基部202具有平的上表面204，其可以是反射的。多个光源201被布置在上表面204的中心。具有圆顶或部分球面形状的部分透明的反射器206被布置作为在光源之上的盖子，优选覆盖整个基部202的上表面204。波长转换部件205与部分反射器206接触，被提供在部分透明的反射器的面朝光源201的表面上。
图7示出了包括至少一个根据本发明的发光装置的照明设备300。照明设备300包括外壳301和光出射窗302。外壳301可有反射的内表面，且光出射窗可以是如上文所述的部分透明的反射器。备选地，光出射窗302可以是透明板且照明设备300代替地可以包括一个或多个位于由外壳301和光出射窗302定义的空间内的部分透明的反射器。
通常照明设备300包括多个以阵列或任何其它模式被布置在外壳301的内表面上的固态光源。
图7中示出的照明设备旨在悬挂于例如天花板，且因此进一步包括附接于外壳301顶部的悬挂装置303。在一些实施例中，部分或所有的外壳顶部还可以是透明的，因此允许光在两个方向同时发射。此外，在一些实施例中，照明设备可以被安装在支架上，而非悬挂。
本领域技术人员意识到本发明决不限于上文所述的优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。
此外，对所公开的实施例的变化可以由技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求在实践请求保护的发明中理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅凭某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中的事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。
Claims (15)
1.一种发光装置(100)，包括：
-固态光源(101,201)，适于发射初级光；以及
-波长转换部件(105,205)，被布置用于接收所述初级光并且能够将所述初级光转换为次级光，所述波长转换部件和所述固态光源被相互间隔开；以及
-非吸收的、部分透明的反射器(106,206)，被布置在所述波长转换部件的光输出侧上，其中由所述固态光源发射的初级光和由所述波长转换部件产生的次级光可以由所述非吸收的、部分透明的反射器透射以离开所述发光装置，以及
其中所述非吸收的、部分透明的反射器对在从400nm到800nm的波长范围内的光具有统一的反射率。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述非吸收的、部分透明的反射器包括非吸收的层(106a,106b,106c)的堆叠。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其中所述非吸收的层的堆叠的每一层在从400nm到800nm的所述波长范围内具有统一的反射率。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述非吸收的、部分透明的反射器是非金属的。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述非吸收的、部分透明的反射器包括至少一个非吸收的层，其包括介电材料。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其中所述介电材料包括玻璃和塑料材料。
7.根据权利要求6所述的发光装置，其中所述塑料材料从聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸乙二酯中选择。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述非吸收的、部分透明的反射器是镜面反射器。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述非吸收的、部分透明的反射器的反射率在从20％到60％的范围内。
10.根据权利要求1所述的发光装置，包括由反射底部(102)和至少一个反射侧壁(104)定义的光混合腔室(103)。
11.根据权利要求10所述的发光装置，其中所述非吸收的、部分透明的反射器形成光出射窗，光可以通过所述光出射窗离开所述光混合腔室。
12.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述波长转换部件被布置在所述非吸收的、部分透明的反射器的面朝所述固态光源的表面上。
13.根据权利要求10所述的发光装置，其中所述波长转换部件被布置在所述反射底部上并且所述固态光源被布置在所述反射侧壁上。
14.一种灯(200)，包括根据权利要求1所述的发光装置。
15.一种照明设备(300)，包括至少一个根据权利要求1所述的发光装置。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: Eindhoven Patentee after: Signify Holdings Ltd. Address before: The city of Eindhoven in Holland Patentee before: PHILIPS LIGHTING HOLDING B.V. |
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