TW201142216A - LED-based rectangular illumination device - Google Patents

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TW201142216A
TW201142216A TW100103996A TW100103996A TW201142216A TW 201142216 A TW201142216 A TW 201142216A TW 100103996 A TW100103996 A TW 100103996A TW 100103996 A TW100103996 A TW 100103996A TW 201142216 A TW201142216 A TW 201142216A
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Gerard Harbers
Kelly C Mcgroddy
Christopher R Reed
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Xicato Inc
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Description

201142216 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例係關於包含發光二極體（led)的照明裝 置。 本申請案主張2010年2月4曰申請之臨時申請案第 61/301，546號之權利，其全文以引用之方式併入本文中。 【先前技術】 由於光輸出位準中或由於LED晶片限制之最大溫度而由 照明裝置產生之通量的限制及壽命需求（與該led晶片之溫 度非常相關），在一般照明中使用發光二極體仍然具有限 制。s亥LED晶片之溫度由系統中之冷卻能力及裝置之功率 效率（由LED系統產生之光學功率，相對於進去的電功率） 而決定。使用LED的照明裝置亦通常遭受較差色彩品質， 特徵為色彩點不穩定性。該色彩點不穩定性隨時間變化， 以及從部分至部分變化。較差色彩品質之特徵亦為較差演 色性’其係由於由LED光源產生之光譜具有沒有功率或較 小功率之頻帶。此外，使用LED之照明裝置通常具有色彩 上的空間及/或角度變動。再者，由於除其他外，為維持 〇亥光源之色衫點或滿足該應用之色彩及/或通量需求而僅 使用LED所產生之一選擇，對色彩控制電子裝置及/或感測 器之需要存在必要性，故使用LED之照明裝置較昂責。 因此’期望對使用發光二極體作為光源的照明裝置之改 良。 【發明内容】 153864.doc 201142216 一照明裝置包含發光二極體（LED)。在一實施例中，該 照明裝置包含一光源子組件，其具有在一第一方向上延伸 之一長度尺寸，以垂直於該第一方向之一第二方向延伸之 一寬度尺寸’及安裝於一第一平面内的複數個發光二極體 (LED) ’其中該寬度尺寸小於該長度尺寸。一光轉換子組 件安裝於該第一平面上方’且與該複數個LEd實體分離， 且經組態以將從該光源子組件發射之光混合及色彩轉換。 該光轉換子組件之一第一内部表面之一第一部分與該第一 方向對準，且用一第一類型之波長轉換材料塗覆，且與該 第二方向對準之一第二内部表面之一第一部分在沒有色彩 轉換之情況下將入射光反射。該光轉換子組件之一輸出窗 之一部分用一第二類型之波長轉換材料塗覆。該第二内部 表面之該第一部分與該第二方向對準及/或一底部反射鏡 插入物可在沒有色彩轉換之情況下反射380奈米與780奈米 之間之至少95%的入射光。 在另一實施例中，該照明裝置包含一安裝板，其具有在 一第一方向上延伸之一長度尺寸，在垂直於該第一方向之 -第二方向上延伸之一寬度尺寸，其中該長度尺寸大於該 寬度尺寸複數個led女裝至該安裝板。一光混合腔經組 態以反射從該複數個LED發射之光，直到光經一輸出窗出 去，該輸出窗安置於該複數個LED上方，且與該複數個 LED實體分離。該腔之一第一部分(與該第一方向對準)用 第類型之波長轉換材料塗覆，且該腔之一第二部分 (與該第二方向對準）在沒有色彩轉換的情況下反射入射 153864.doc 201142216 光。該輸出窗之一部分用一第二類型之波長轉換材料塗 覆。該第二内部表面之第二部分與該第二方向對準及/或 一底部反射鏡插入物可在沒有色彩轉換之情況下反射38〇 奈米與780奈米之間之至少95%之入射光。 在另一實施例中，該照明裝置包含複數個LEd及安裝於 其上的一光混合腔’且其與該複數個LEd實體分離，且經 組態以將從該等LED發射之光混合及色彩轉換。該光混合 腔之一第一内部表面包含一可替換、反射性插入物，其具 有由一第二反射層支持的一非金屬、擴散反射層。該第二 反射層可為鏡面反射的。該可替換、反射性插入物可為一 底部反射鏡插入物，其形成該光混合腔之一底部表面及/ 或一側壁插入物形成該光混合腔之側壁表面。 然而在另一實施例中，該照明裝置包含一安裝板，其具 有複數個凸起墊片及安裝於該安裝板之該等凸起墊片上的 複數個LED。一光混合腔經組態以反射從該複數個LEDs 射之光，直到該光經一輸出窗而出去。該光混合腔包含一 底部反射鏡，其具有複數個孔，其中該等凸起墊片經過該 等孔而將該等LED墊高至高於該底部反射鏡之一頂表面。 該腔之一第一部分用一第一類型之波長轉換材料塗覆，且 該輪出窗之一部分用一第二類型之波長轉換材料塗覆。 進一步的細節及實施例及技術在下文詳細之描述中描 述。此發明内容並不定義本發明。本發明由技術方案定 義。 【實施方式】 153864.doc -6 - 201142216 附加圖式繪示本發明之實施例，其中相同數字指示相同 組件。 將對本發明之背景實例及一些實施例作出詳細參考，該 等實例繪示於附圖中。 圖1繪示一發光二極體（LED)照明裝置100之一實施例之 一透視圖。圖2展示繪示LED照明裝置1〇〇之組件之一分解 圖。應理解，如在此所定義，一 LED照明裝置不是一 LED，但是一 LED光源或器具或一 LED光源或器具之組件 部分。LED照明裝置1〇〇包含一個或多個led晶粒或封裝之 LED及一安裝板，LED晶粒或封裝之LED附接至該安裝 板。圖3A及圖3B繪示該LED照明裝置1〇〇之一實施例之透 視圖、橫截面視圖。 參考圖2 ’ LED照明裝置1 〇〇包含一個或多個固態發光元 件，諸如發光二極體（LED)102，安裝於安裝板1〇4上。安 裝板104附接至安裝基部101，且由安裝板固持環1〇3固定 到位。填入LED 102之安裝板104及安裝板固持環ι〇3—起 包括光源子組件115。光源子組件115經操作以使用LED 1 02而將電能轉換至光。從光源子組件1丨5發射之光引導至 光轉換子組件116，用於色彩混合及色彩轉換。光轉換子 組件116包含腔本體105及輸出窗1〇8，且視需要包含底部 反射鏡插入物106及側壁插入物107之任一者或兩者。輸出 窗108固定至腔本體105之頂部^腔本體105包含内部側 壁，當子組件116安裝於光源子組件115上時，其等可用於 反射來自該等LED 102的光，直到該光經輸出窗丨〇8出去。 153864.doc 201142216 底部反射鏡插入物106可視需要置於安裝板i〇4上。底部反 射鏡插入物106包含孔，使得每一 LED 102之發光部分並不 會被底部反射鏡插入物106所阻擋。側壁插入物1 〇7可視需 要置於腔本體105内’使得當子組件116安裝於光源子組件 115上時，側壁插入物1〇7之内部表面反射來自該等lED 102之光，直到該光經輸出窗108出去。 在此實施例中，安置於安裝板1 〇4上之該側壁插入物 107、輸出窗108及底部反射鏡插入物1〇6定義該LED照明 裝置100中的一光混合腔109，其中來自該等Led 1〇2的— 部分光被反射，直到其經輸出窗108出去。在從該輸出窗 108出去之前在該腔1〇9内反射光具有將該光混合的效應， 且提供從該LED照明裝置1 〇〇發射之光的一更均一分佈。 圖3 A及圖3B繪示光混合腔109之刮視透視圖。側壁插入 物107之部分可包含一塗層lu之波長轉換材料，諸如磷光 體’如圖3A及圖3B中所繪示。此外’輸出窗1〇8之部分可 用一不同波長轉換材料（展示於圖7B中）塗覆。此等材料之 光子轉換屬性與腔109内之光混合組合導致由輸出窗1〇8輸 出之一色彩轉換之光*藉由調諧該等波長轉換材料之化學 屬性及腔109之該等内部表面上之塗層之幾何屬性，可指 定由輸出窗108輸出之光的特定色彩屬性，例如，色彩 點、色彩溫度及演色性指數。 腔109可用一非固體材料填充，諸如空氣或—惰性氣 體，使得該等LED 102發射光至該非固體材料中，相對於 至一固體囊封材料中。經由實例，該腔可密封性密封，且 153864.doc 201142216 使用鼠氣填充s亥腔。或者，可使用氮。 該等LED 102可發射具有不同或相同色彩之光，直接發 射或藉由磷光體轉換，例如，在磷光體層施加至該等LED . 之處，作為6亥LED封裝之部分。因此，該照明裝置i 〇〇可 使用彩色LED 102之任意組合，諸如紅色、綠色、藍色、 琥站色或青色，或該等LED 102可全部產生相同色彩之 光’或可全部產生白光。例如’該.等LED 102可全部發射 藍光或UV光。再者，該等LED 1〇2可發射偏振光或非偏振 光’且以LED為基礎的照明裝置100可使用偏振led或非偏 振LED之任意組合。當與磷光體（或其他波長轉換構件，諸 如發光染料）組合使用時’其可例如在該輸出窗丨0 8中或該 輸出窗108上’施加至腔本體1〇5之側壁，或施加至該腔内 放置之其他組件（諸如側壁插入物107及/或底部反射鏡插入 物106或未作圖式之其他插入之組件），該照明裝置1 〇〇之 輸出光具有如期望之色彩。該等磷光體可從由以下化學式 表示之組中選擇：YsAlsOeCe (亦已知為YAG:Ce，或僅 YAG)、（Y，Gd)3Al5012:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu，SrGa2S4:Eu、 Ca3(Sc，Mg)2Si3012:Ce、Ca3Sc2Si3012:Ce、Ca3Sc204:Ce、 Ba3Si6〇i2N2:Eu ' (Sr，Ca)AlSiN3:Eu 、CaAlSiN3:Eu 、 ' CaAlSi(ON)3:Eu ' Ba2Si〇4:Eu、Sr2Si〇4:Eu、Ca2Si〇4:Eu、
CaSc2〇4:Ce、CaSi2〇2N2：Eu ' SrSi2〇2N2:Eu ' BaSi2〇2N2:Eu、 Ca5(P〇4)3Cl:Eu、Ba5(P〇4)3Cl:Eu、Cs2CaP207、Cs2SrP207、 Lu3Al5〇12:Ce、Ca8Mg(Si〇4)4Ci2:Eu、Sr8Mg(Si〇4)4Cl2:Eu、 La3Si6Nn:Ce ' Y3Ga5〇i2：Ce ' Gd3Ga5012:Ce ' Tb3Al5〇i2：Ce ' 153864.doc 201142216
TbsGasOeCe及LusGajO丨yCe。該照明裝置之色彩點之調 整可由替換侧壁插入物107及/或該輸出窗1〇8而完成，其 類似地可用一個或多個波長轉換材料塗覆或充滿，且基於 其等之效能而選擇，諸如其等之色彩轉換屬性。 在一實施例中，一發射紅色之磷光體，諸如 或（81*，〇3)八18丨>13王11遮蓋側壁插入物1()7之一部分及在該腔 109底部之底部反射鏡插入物丨〇6，且一 yAg填光體遮蓋該 輸出窗108之一部分。藉由選擇定義該腔之該等側壁之形 狀及高度，且選擇該腔中哪一部分將用磷光體遮蓋或不遮 蓋，且藉由最佳化該視窗上該磷光體層之層厚度，從模組 處發射之光的色彩點可如期望般調諧。 在一實例中’在該側壁（其可為例如展示於圖3B中之該 側壁插入物107)上可圖案化—單一類型之波長轉換材料。 經由貫例’可在該側壁插入物1 〇7之不同區塊上圖案化一 紅色磷光體，且一黃色磷光體可遮蓋該輸出窗108，如圖 7A中所展示。該等磷光體之覆蓋及/或濃度可變化，以產 生不同色彩溫度。應理解，若由該等LED 1〇2產生之藍光 變化，則該紅色磷光體之覆蓋面積及/或該等紅色及黃色 磷光體之濃度將需要變化，以產生期望之色彩溫度。在該 側壁插入物107上之該等LED 1〇2、紅色磷光體及在該輸出 窗108上之黃色磷光體之色彩效能可在組裝之前量測，且 基於效能而選擇，使得該等組裝之部件產生期望之色彩溫 度"在一實例中，該紅色磷光體之厚度可為例如在6〇 至100 μιη之間，且更明確地為在8〇 ^^至9〇 之間，而該 153864.doc •10· 201142216 黃色磷光體之厚度可為例如在100 μιη至140 μηι之間，且更 明確地為在110 μιη至120 μηι之間。該紅色磷光體可用一黏 結劑以體積之1%至3%之一濃度混合《該黃色鱗光體可用 一黏結劑以體積之12。/。至17°/。之一濃度混合。 圖4更詳細地繪示安裝板1 〇4。該安裝板1 〇4提供電連接 至該等附接之LED 102至一電源供應器（未作圖式）。在一 實施例中，該等LED 102為封裝之LED，諸如由Phi丨ips Lumileds Lighting製造之Luxeon Rebe卜亦可使用其他類 型之封裝LED，諸如由OSRAM (Ostar封裝）、Luminus
Devices (美國）、Cree (美國）、Nichia (日本）或 Tridonic (奥 地利）製造之封裝LED。如在此定義，一封裝之led係含有 電連接之一個或多個LED晶粒之一組件，諸如電線接合連 接或鈕扣凸塊，且可能包含一光學元件及熱、機械及電介 面。該等LED 102可包含在該等LED晶片上的一透鏡。或 者，可使用沒有一透鏡的LED。沒有透鏡之lED可包含保 護性層，其等可包含磷光體^該等磷光體可施加為一黏結 劑中之一散佈，或施加為一分離盤。每一lED i〇2包含至 少一個LED晶片或晶粒，其可安裝於一基台上。該LED晶 片通常具有約1咖乘以1 mm乘以〇.5 _之一尺寸，但此 等尺寸可變化。在一些實施例中，該等LED 1〇2可包含多 個晶片。該等多個晶片可發射類似或不同色彩之光，例 如，紅色、綠色及藍色。再者，可在相同基台上之不同晶 片上轭加不同磷光體層。該基台可為陶瓷或其他適當材 料該基台通常包含在一底部表面上的電接觸塾片，其等 153864.doc •11· 201142216 耗接至該安裝板1G4上之接觸件。或者，可使用電接合電 線’以將該等晶片電連接至一安裝板。該等⑽1〇2可與 電接觸墊片—起包含該基台之該底部表面上之熱接觸區 塊，由該等LED晶片產生之熱可經過該等熱接觸區塊而提 取省等LED之該等熱铸觸區塊耦接至該安裝板1〇4上之 熱擴散層熱擴散層131可安置於安裝板1〇4之頂層、 底層或中間層之任意者上。熱擴散層131可經由通孔而連 接’該等通孔連接頂部熱擴散層、底部熱擴散層及中間熱 擴散層之任意者。 在一些實施例中，該安裝板104將該等lED 1〇2產生之熱 傳導至該板104之側面及該板1〇4之底部。在一實例中，安 裝板104之底部可經由安裝基部1〇1而熱耦接至一散熱器 !30(展示於圖9中）。在其他實例中，安裝板刚可直接搞接 至一散熱器，或一發光器具及/或其他機構（諸如一風扇）， 以驅散該熱。在一些實施例中，該安裝板1〇4將熱傳導至 一散熱窃，該散熱器熱耦接至該板1〇4之頂部。例如，安 裝板固持環103及腔本體105可將熱從安裝板1〇4之頂表面 處傳導開。安裝板104可為一 FR4板，例如，其為〇 5 _ 厚，具有在頂表面及底表面上作為熱接觸區塊的相對較厚 的銅層，例如30 4爪至100 μηι。在其他實例中，該板1〇4可 為一金屬芯印刷電路板（PCB)或具有適當電連接的一陶瓷 基台。可使用其他類型之板，諸如由氧化鋁（以陶瓷形式 之氧化鋁）或氮化鋁（亦以陶瓷形式）製成之板。 安裝板104包含電墊片，在該等LED1〇2上之電墊片連接 153864.doc •12· 201142216 至該等電墊片。該等電墊片由—金屬 五屬電連接，例如追跡至 -接觸件的銅’一電線、橋或其他外部電源連接至該銅。 在-些實施例中，該等電塾片可為經該板1〇4之通孔，且 在相對側上（即該板之底部）製造電連接。如㈣示，安裝 板104在尺寸上係矩形。安裝至安裝板⑽之咖⑽可在 矩形安裝板HM上以不同組態配置。在—實例中，led ι〇2 在安裝板104之長度尺寸上以列對準而延伸，且在安裝板 1〇4之寬度尺寸上以行對準而延伸。纟另_實例中，哪 1〇2具有一六邊形酉己置’以產生—緊密排列之結構。在此 -配置中，每-LED從其緊靠之鄰近者之各者處等距。此 一配置期望增加從該光源子組件115處發射之光的均一 性。 圖5A繪示附接至該安裝板1〇4之頂表面的一底部反射鏡 插入物106。該底部反射鏡插入物1〇6可由具有高導熱性之 一材料製成’且可與該板104熱接觸而放置。如所繪示， 該底部反射鏡插入物1 〇6可安裝於該板1 〇4之頂表面上，環 繞该等LED 102。該底部反射鏡插入物i 06可為高度反射性 的，使得在該腔109内向下反射之光大體上朝向該輸出窗 108而反射回。經由實例，該底部反射鏡插入物可反射38〇 奈米與780奈米之間至少95%之入射光。再者，該底部反 射鏡插入物106可具有一較高導熱性，使得其作為一額外 熱擴散器。 如圖5B中所繪示，該底部反射鏡插入物1〇6之厚度可與 該等LED 102之該等基台i〇2submount之厚度近似相同或略微 153864.doc •13· 201142216 更厚。在該等LED 102之該底部反射鏡插入物1〇6中打孔， 且底部反射鏡插入物106安裝於該等LED封裝基台 1 〇2subm()unt及該板1〇4之剩餘部分上。以此方式，除了由 LED 102發射光之區塊，一高度反射性表面遮蓋腔本體1〇5 之底部。經由實例，該底部反射鏡插入物1〇6可用一高度 導熱性材料製成，諸如以鋁為基礎的材料，其經處理使得 該材料具高度反射性且耐久。經由實例，由一德國公司 Alanod製造之稱為Miro®的一材料可使用為該底部反射鏡 插入物106 » s亥底部反射鏡插入物之高反射性可藉由將 該鋁拋光或藉由用一個或多個反射性塗層將該底部反射鏡 插入物106之内表面遮蓋而達成。該底部反射鏡插入物ι〇6 可或者由一高度反射性薄材料製成，諸如由3河（美國）銷售 的Vikuiti™ ESR ’其具有65 μηι的一厚度。 在其他實例中，底部反射鏡插入物1〇6可由一高度反射 性非金屬材料製成，諸如由Toray(曰本）製造之Lumirr〇rTM E00L或諸如由Furukawa mectric c〇 Ud (日本）製造之微晶 聚對苯二曱酸乙二（醇）酯（mcpet)或諸如由W.L. Gore(美 國）製造之一燒結PTFE材料。底部反射鏡插入物1〇6之厚度 (尤其當由一非金屬反射性膜構造時）可在相當大程度上大 於LED 102之該等基台102subm〇unt之厚度，如圖5c中所繪 示。為在沒有揸擊由LED 1〇2發射之光的情況下適應增加 之厚度’可在該底部反射鏡插入物1〇6中打孔，以暴露該 LED封裝之4基台1()2sub_nt，且該底部反射鏡插入物 直接安裝於安裝板1〇4之頂部。以此方式，在沒有在相當 153864.doc 14 201142216 大程度上撞擊由led 102發射之光的情況下，底部反射鏡 插入物106之厚度可大於該基台102subm〇unt之厚度。當利用 具有基台（僅略微大於該LED之發光部分）之LED封裝時， 此解決方案尤其吸引人。在其他實例中，安裝板104可包 含凸起塾片104pad ’以近似匹配該LED基台l〇2submoutU之覆 蓋區’使得LED 102之發光部分在底部反射鏡插入物1〇6上 方凸起。在一些實例中，該非金屬層106a可由一較薄金屬 反射性支持層l〇6b支持，以增強整體反射率，如圖5D中所 繪不。例如，該非金屬反射層1〇6a可具有擴散反射性屬 性，且該反射性支持層106b可具有鏡面反射屬性。此方法 在減少鏡面反射層内之潛在波導上係有效的。期望最小化 反射層内之波導’因為波導減小整體腔效率。 該腔本體105及該底部反射鏡插入物1〇6可熱耦接，且若 期望 了產生為一塊。該底部反射鏡插入物1 〇 6可例如使 用一熱導電膏或帶而安裝至該板1〇4。在另一實施例中， 忒安裝板104之該頂表面經組態為高度反射性的，以便消 除對該底部反射鏡插入物1〇6的需要。或者，可施加一反 射性塗層至板104,該塗層由白色粒子組成，例如由浸入 一透明黏結劑（諸如一環氧樹脂、聚矽氧、丙烯酸或n_曱 基吡咯烷蝌麵？)材料）中的Ti〇2、Zn〇或Β·4製成。或 者’該塗層可由―鱗光體材料製成，諸如YAG:Ce。鱗光 體材料及/或該Ti02、Zn〇5tGaS〇4材料之塗層可直接施加 至該板104，或例如藉由網版印刷而施加至例如該底部反 射鏡插入物106。 153864.doc 15 201142216 圖5E繪示照明裝置1 〇〇之另一實施例之一透視圖，若期 望’例如’在使用一較大數目之LED 102之處，該底部反 射鏡插入物106可包含在該等LED 102之間的一凸起部分， 諸如繪示於圖5D中之凸起部分。照明裝置100繪示於圖5D 其具有在該等LED之間的一轉向器117，該轉向器經 組態以將從該等LED 102關於安裝板104之該頂表面的一法 線以較大角度發射之光重新引導至較小角度。以此方式， 由LED 102發射之近似平行於安裝板"4之該頂表面的光朝 向該輸出窗108而被重新引導向上，使得由該照明裝置發 射之光對比於由該等LED直接發射之光的圓錐角具有一較 小圓錐角。當選擇在較大輸出角度發射光的LED 1〇2時（諸 如近似一朗伯源的LED) ’使用具有一轉向器117的一底部 反射鏡插入物106係有用的》藉由反射該光至較窄角度， 該照明裝置100可使用於避免光處於較大角度的應用中， 例如，由於眩光問題（辦公室照明或一般照明），或由於期 望僅在需要之處及最有效之處發送光的效率原因，例如， 任務照明及櫥櫃内照明。此外，對於該照明裝置丨〇〇改良 光提取的效率’因為以較大角度發射之光在到達該輸出窗 1 0 8之前對比於沒有該底部反射鏡插入物1 〇 6之一裝置，遭 受腔109内較少的反射。此當與一光隧道或整合器組合使 用時尤其有利’由於由該混合腔内重複反射導致之效率損 失’其有利地限制較大角度内的通量。該轉向器U7缚示 為具有一錐形’但若期望，可使用替代之形狀，例如一半 圓頂形’或一球形帽，或非球面反射鏡形。該轉向琴 153864.doc -16 - 201142216 可且右一拉 ”另一鏡面反射塗層，一擴散塗層，或可用一個或多個 碟光體塗覆。該轉向器117之高度可小於該腔109之高度 (例如，近似該腔1〇9之高度的一半），使得在該轉向器117 之頂°P與5亥輸出窗1 〇8之間具有一較小空間。在腔109内可 貫施多個轉向器。 圖5F綠不一底部反射鏡插入物106之另一實施例，其中 在照明裝置100中之每一 LED 102由一分離個別之光學井 裏矣光學井118可具有一拋物線、複合抛物線、橢圓 形或其他適當形狀。來自照明裝置100之光從較大角度校 準至較小角度，例如，從一 2χ9〇度的角至一 2><6〇度的角， 或—2x45度的光束。該照明裝置1〇〇可使用為一直接光 原例如，作為一下照燈或一櫥櫃燈，或其可用於將光注 入腔109。該光學井118可具有一鏡面反射塗層，一擴散 塗層，或可用一個或多個磷光體塗覆。光學井ιΐ8可以一 鬼材料構k為底部反射鏡插入物1 之部分，或可單獨構 造及與底部反射鏡插入物1〇6組合構造，以形成具有光學 井特徵的一底部反射鏡插入物106。 圖6A繪示側壁插入物1〇^側壁插入物1〇7可用高度導熱 性材料製成，諸如以鋁為基礎的材料，其經處理以使得該 材料具有高度反射性及耐用 '經由實例，可使用由一德國 公司AUnod製造之稱為Mir〇⑧的一 _。該高度反射性側 壁插入物1〇7可藉由將該鋁拋光，或藉由用一個或多個反 射性塗層將該側壁插入物107之内表面遮蓋而達成。該底 部反射鏡插人物106可或者由-高度反射性薄材料製成， 153864.doc -17- 201142216 諸如由3M(美國）銷售的Vikuiti™ ESR，其具有65 μιη的一 厚度°在其他實例中，底部反射鏡插入物1〇6可由一高度 反射性非金屬材料製成，諸如由Toray(日本）製造之
Lumirror E60L或諸如由 Furukawa Electric Co. Ltd.(日本） 製造之微晶聚對苯二曱酸乙二（醇）酯（MCPET)或諸如由 W.L. Gore(美國）製造之一燒結pTFE材料。側壁插入物1〇7 之内部表面可為鏡面反射的或擴散反射性的。一高度鏡面 反射塗層之一實例係一銀鏡，其具有保護該銀層免於氧化 的一透明層。高度擴散反射性材料之實例包含MCPET、 PTFE及Toray E60L材料。另外，可施加高度擴散反射性塗 層。該等塗層可包含二氧化鈦（Ti〇2)、氧化辞（Zn〇)及硫 酸鋇（BaS04)粒子，或此等材料之一組合。 在其他實例中，可由一反射性支持層支持一非金屬反射 層，以增強整體反射率。例如，該非金屬反射層可具有擴 散反射性屬性，且該反射性支持層可具有鏡面反射屬性。 此方法在減少鏡面反射層内之潛在波導上為有效的；導致 腔效率增加。 在一實施例中，側壁插入物1〇7可由一高度擴散、反射 性MCPET材料製成。該等内部表面之一部分可用__過度塗 覆層塗覆，或用一波長轉換材料充滿，諸如磷光體或發光 染料。為簡單起見，此—波長轉換材料將在此大體上稱為 磷光體，儘管出於此專利文件之目的，任意發光材料或發 光材料之組合考慮為一波長轉換材料。經由實例，可使用 的一磷光體可包含 Y3Al5〇〗2:Ce、（Y，Gd)3Al5〇i2:Ce、 153864.doc -18· 201142216
CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc，Mg)2Si3〇i2:Ce、 Ca3Sc2Si3〇i2：Ce 、 Ca3Sc204:Ce 、 Ba3Si6012N2:Eu 、 (Sr，Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、CaAlSi(ON)3:Eu 、 Ba2Si04：Eu、Sr2Si04:Eu、Ca2Si04:Eu、CaSc204:Ce、 CaSi202N2:Eu、SrSi202N2:Eu、BaSi202N2:Eu、Ca5(P04)3Cl:Eu、 Ba5(P〇4)3Cl:Eu、Cs2CaP2〇7、Cs2SrP2〇7、Lu3Al5〇i2:Ce、 Ca8Mg(Si04)4Ci2：Eu 、 Sr8Mg(Si〇4)4C|2:Eu 、La3Si6Nu:Ce 、 Y3Ga5012:Ce、Gd3Ga5012:Ce、Tb3Al5012:Ce、Tb3Ga5012:Ce 及
Lu3Ga5〇i2:Ce 〇 如上文所討論，腔109之該等内部側壁表面可使用置於 腔本體105内的一單獨側壁插入物1〇7而實現，或可藉由處 理腔本體105之該等内部表面而達成。側壁插入物1 〇7可置 於腔本體1〇5内，且用於定義腔1〇9之側壁。經由實例，側 壁插入物107可取決於哪一側具有一較大開口而從頂部或 底部插入至腔本體105内。 圖6B至圖6C繪示處理選定之腔1 〇9之内部側壁表面。如 圖6B及圖6C中所繪示，該等期望之處理施加至側壁插入 物107，但如上文所討論，可不使用側壁插入物1〇7，且可 直接將所描述之處理施加至腔本體1〇5之該等内部表面。 圖6B繪示一矩形腔，其具有沿著較長尺寸延伸而描繪的一 長度及沿著較短尺寸延伸而描繪的一寬度。在此實例中， 一反射性塗層113施加至該等兩個較短側壁表面1〇7s，且 波長轉換材料之一塗層111沿著對應於該長度尺寸之該等 側壁表面1071而施加。若期望’用於形成該側壁插入物 153864.doc 19 201142216 107本身的材料可為反射性的，藉此不再需要反射性塗層 113。在一實施例中，該等較短側壁表面1〇7s在沒有色彩 轉換的情況下反射380奈米與780奈米之間之至少95%的入 射光。已發現對側壁插入物1 〇 7，即，反射性較短側壁表 面10 7 s及波長轉換較長側壁表面1 〇 71之此處理的組合係尤 其有利的。對應於該寬度尺寸，在該等側壁表面1〇7s上實 施一反射性表面已證實改良從輸出窗1〇8處發射之輸出光 束的色彩均一性。圖6B及圖6C繪示一鋸齒形圖案化塗層 111，其中每一鋸齒之峰值與圆6C中繪示之每— LED 1〇2之 放置對準。沒有塗層111之該等側壁表面1〇71之任意部分 係反射性的，且例如可在沒有色彩轉換的情況下反射38〇 奈米與780奈米之間的至少95%之入射光。對應於該長度 尺寸在該等側壁表面丨071上實施磷光體圖案（其中該磷光體 圖案繞該等LED而集中）亦已改良色彩均一性，且使得使用 磷光體材料更有效。雖然繪示一鋸齒圖案，可利用類似效 果之其他圖案，諸如半圓形、抛物線、平坦之鋸齒圖案， 及其他形狀《此外，若期望，該塗層lu可不具有圖案， 即，該等側壁表面1071之整體可用磷光體塗覆。 圖7A至圖7C以橫截面視圖繪示輸出窗1〇8之多種組態。 在圖3A及圖3B中，遠視窗刚展示為安裝於該腔本體⑻ 之頂部上。其可有效地密封該視窗108與該腔本體1〇5之間 的間隙，以％成-密封性的密封腔1〇9，冑得沒有灰塵或 濕氣能進入該腔109。可使用一密封材料填充該視窗1〇8與 該腔本體1〇5之間的間隙:，例如-環氧樹脂或-聚砂氧材 153864.doc -20- 201142216 料。由於該視窗108及腔本體l〇5之材料之熱膨脹係數的差 異，其可有利地使用隨時間保持可撓性的一材料。作為_ 替代，該視窗108可由玻璃或一透明陶瓷材料製成，且焊 接至該腔本體105上。在此情況中，該視窗108可用一金屬 材料在邊緣處鍛金屬’諸如紹或銀，或銅，或金，且焊接 膏施加於該腔本體105與視窗1〇8之間。藉由加熱該視窗 108及該腔本體1〇5 ’該焊料將融化且在該腔本體ι〇5與視 窗10 8之間提供一較好連接。 在圖7A中，該視窗1〇8具有在該視窗之内表面（即，面對 該腔109之表面）上的一額外層124。該額外層124可含有擴 散粒子及具有波長轉換屬性之粒子（諸如磷光體）的任一者 或兩者。該層124可藉由網版印刷、喷射上漆或粉末塗覆 而施加至該視窗108。對於網版印刷及喷射上漆，通常該 等粒子浸入一黏結劑中，此可藉由以一聚胺基甲酸酯為基 礎的漆，或一聚矽氧材料。對於粉末塗覆，一黏結材料以 小球的形式混合至該粉末混合物中，該等小球具有一較低 熔點，且當該視窗1〇8加熱時製造一均一層，或一基部塗 層施加至該視窗108，在該塗覆程序期間，該等粒子黏貼 於該視窗108。或者，該粉末塗層可使用一電場而施加， 且該視窗及碳光體粒子在—烤爐中烘烤，使得該磷光體永 久地黏著至該視窗》施加至該視窗1〇8之該層124之厚度及 光學屬性可在該粉末塗覆程序期間監控，例如，藉由使用 -雷射及-分光計，及/或偵測器，或相機，均以向前散 射及向後散射的模式’以獲得正確的色彩及/或光學屬 J53864.doc -21· 201142216 性。 在圖7B中’該視窗分別具有兩個額外層124及126 ; 一個在该視窗之内部，且一個在該視窗1 〇8之外部。該外 部層126可為光散射粒子，諸如Ti〇2、&◦及/或以8〇4粒 子。磷光體粒子可添加至該層丨26，以對從該照明裝置i 〇〇 出來之光的色彩進行一最終調整。該内部層124可含有波 長轉換粒子，諸如一鱗光體。 在圖7C中亥視窗108亦具有兩個額外層124及128，但 其等兩者在該視窗108之相同内表面上。雖然展示兩層， 應理解，可使用額外層。在一組態中，最接近該視窗⑽ 的層124包含白色散射粒子，使得若從外部觀看，該視窗 呈現白色，且具有隨角度的一均一光輸出，且層128包 含發射黃色的一磷光體。 該=光體轉換程序產生熱’且因此該視窗1G8及例如在 該視窗108上、在層124中之該磷光體應經組態使得其等不 、…、馮此目的，該視窗108可具有一高度導熱 1例如並不低於1 W/(mk)，且該視窗108可使用具有 :交低,電阻的-材料而熱耦接至該腔本體105，其用作一 政…、器1¾較低熱電阻的材料諸如焊料，熱膏或熱帶。對 於該視窗的一較好材料係氧化鋁，其可以其晶體形式使 f為k寶石’以及以其多晶或陶瓷形式使用，稱為礬 功望可使用其他圖案，例如，具有變化尺寸、厚 度及密度之較小點。 圖8展不一反射鏡140之一透視圖，該反射鏡安裝至照明 153864.doc -22- 201142216 裝置100 ’用於校準從該腔109發射之光《該反射鏡140可 由導熱性材料製成’諸如包含鋁或銅的一材料，且可連 同腔本體105或經腔本體105而熱耦接至該板104上的一熱 擴政器如參考圖4A而討論。熱藉由傳導而經附接至板 104及導熱性腔本體1〇5及該導熱性反射鏡14〇之熱擴散層 流動熱亦經由该反射鏡14 0上的熱對流而流動》反 射鏡140可為一複合拋物線聚光器，其中該聚光器由一高 度反射性材料製成。複合拋物線聚光器趨向於較高，但其 等通常以一減少長度之形式使用，此增加該光束角度。此 組態之一優點為不需要額外擴散器來將該光同質化，此增 加輸出效率。光學元件，諸如一擴散器或反射鏡14〇可例 如藉助於螺紋、一夾具、一扭鎖機構或其他適當配置而可 移除地耦接至該腔本體1〇5。在其他實例中，擴散器或反 射鏡140可直接耦接至安裝基部101。 圖9繪示附接有一底部散熱器130的照明裝置1 〇〇。在一 實施例中，該板104可經由熱環氧樹脂而接合至該散熱器 130。或者或再者，該散熱器丨3〇可經由螺紋而用螺紋螺合 至該照明裝置100，以將該照明裝置丨〇〇夾緊至該散熱器 130 ,如圖9中所繪示。如圖4中可看見，該板1〇4可包含用 作熱接觸面積的熱擴散層131，其等例如使用熱油脂、熱 帶或熱環氧樹脂而熱耦接至散熱器13(^為適當冷卻該等 LED，流入該板上之該等LED之每一瓦特之電能應使用至 少5〇平方毫米的一熱接觸面積，但較佳地為1〇〇平方毫 米。例如，在當使用20個LED的情況中，應使用一 1〇〇〇至 153864.doc •23- 201142216 2000平方毫米的散熱器接觸面積。使用一較大散熱器i3〇 允許該等LED 102以較高功率驅動，且亦允許不同散熱器 設計，使得冷卻能力較少取決於該散熱器之配向。再者， 可使用加強冷卻之風扇或其他解決方案，以將熱從該裝置 中移除。底部散熱器可包含一孔隙，使得可製造至該板 104之電連接》 在該板104上之熱擴散層131(例如展示於圖4中）可附接 至該反射鏡或一散熱器，諸如散熱器13〇。再者，熱擴散 層131可直接附接至一外部結構，諸如一光器具。在其他 實施例中，反射鏡140可由一金屬製成，諸如鋁、鋼或其 專之合金，且熱耗接至該散熱器13〇，以幫助驅散熱。 如圖1及圖2中所繪示，可在該照明裝置1〇〇中使用多個 LED 102。該等LED 102沿著所展示之長度及寬度尺寸線 性放置。該照明裝置100可具有更多或更少LEd，但已發 現20個LED為一有用數量之LED 102。在一實施例中使用 20個LED。當使用較大數目之led時，可期望將該等LED 組合至多個串’例如，兩串之十個LED，以維持一相對較 低的正向電壓及電流，例如，不大於24 V及700 mA。若期 望，可將一較大數目之LED串聯，但此一組態可導致電的 安全問題。 側壁插入物107、底部反射鏡插入物1〇6及輸出窗108之 任意者可用磷光體圖案化。該圖案本身及該磷光體組合物 兩者可變化《在一實施例中，該照明裝置可包含位於該光 混合腔109之不同區塊處的不同類型之磷光體。例如，一 153864.doc -24· 201142216 紅色磷光體可位於該側壁插入物107及該底部反射鏡插入 物106之任者或兩者上’且黃色及綠色磷光體可位於該 視窗108之頂表面或底表面上，或嵌入該視窗108内。在-貫施例中，一中央反射鏡（例如，圖5E中展示之轉向器 117)可具有不同類型之磷光體的圖案，例如，在一第一區 塊上的一紅色磷光體，及在一分開之第二區塊上的一綠色 磷光體。在另一實施例中，不同類型之磷光體（例如，紅 色及綠色）可位於該側壁插入物i〇7或該腔本體i 之側壁 上的不同區塊處《例如，一類型之磷光體可在該側壁插入 物107上之一第一區塊處圖案化，例如，以條、點或其他 圖案’而另一類型之填光體係位於該側壁插入物1〇7之一 不同第二區塊上。若期望’可使用額外磷光體，且位於該 腔109内之不同區塊中。再者，若期望，可使用僅一單一 類型之波長轉換材料，且在該腔1 〇9内圖案化，例如在該 等側壁上。 繪示於圖10中之照明器包含整合至一改造燈裝置15〇的 一照明裝置100 ^該改造燈裝置15〇包含一反射鏡14〇，其 具有拋光為反射性的一内表面142或視需要包含一反射性 塗層及/或一波長轉換層。該反射鏡14〇可進一步包含一視 窗144’其視需要包含一波長轉換層之一塗層，或其他光 學塗層’諸如一一向色渡光片。應理解，如在此定義之以 一 LED為基礎的照明裝置並非一 led，但為一 LED光源或 器具或一 LED光源或器具之組件部分。在一些實施例中， 以LED為基礎的照明裝置！ 00可為一替代燈或改造燈或一 153864.doc •25- 201142216 替代燈或改造燈之一部分。如圖10中所繪示，以led為基 礎的一照明裝置100可為以led為基礎的—改造燈裝置15〇 之一部分。 儘管在上文描述之某些特定實施例係出於指導之目的， 此專利文件之教示具有一般適用性，且並不限制於上文描 述之特定實施例。例如’圖3A及圖3B繪示具有一線性組 態的側壁，但應理解，該等側壁可具有任意期望之組態， 例如，彎曲、不垂直、有斜面等等。例如，藉由使用錐形 側壁預校準該光’經該光混合腔1 〇9而達成一較高傳輸效 率。在另一實例中，在沒有使用安裝板固持環丨〇3的情況 下’腔本體105用於將安裝板104直接夾緊至安裝基部 101。在其他實例中，安裝基部1〇1及散熱器13〇可為一單 一組件。繪示於圖8至圖10中之實例係出於例證性的目 的。亦可預期一般多邊形及橢圓形之照明裝置之實例。相 應地，可在未脫離由申請專利範圍中闡明之本發明之範圍 的情況下實踐所描述之實施例之多種修改、調適及多種特 徵之組合。 【圖式簡單說明】 圖1繪示一發光二極體（LED)照明裝置之一實施例之一透 視圖； 圖2展示繪示該LED照明裝置之組件的一分解圖； 圖3A及圖3B繪示該LED照明裝置之一實施例之透視圖、 橫截面視圖； 圖4繪示一安裝板，其提供電連接至所附接之LED及該 153864.doc .26- 201142216 led照明裝置之一熱擴散層； 、會不附接至该安裝板之該頂表面的一底部反射鏡插 入物； . 圖沾繪不該安裝板之-部分、-底部反射鏡插入物及具 • 冑基口之-LED的-橫截面視圖，其中該底部反射鏡插 入物之厚度與該LED之基台之厚度近似相同； 圖5C、.S示該女裝板之一部分，一底部反射鏡插入物及具 有-基台之一LED的另一橫截面視圖，其中底部反射鏡插 入物之厚度在相當大程度上大於該LED之該基台之厚度； 圖5D繪示該安裝板之一部分、一底部反射鏡插入物及具 有一基台之一 LED之另一橫截面視圖，其中該底部反射鏡 插入物包含一非金屬層及一較薄金屬反射性支持層； 圖5E繪示該安裝板及包含在該等lED之間之—凸起部分 之底部反射鏡插入物的另一實施例之一透視圖； 圖5F繪示一底部反射鏡插入物之另一實施例，其中每一 LED由一分離之個別光學井環繞； 圖6A繪示與該照明裝置使用之側壁插入物之—實施例； 圖6B及圖6C分別繪示具有一波長轉換材料沿著矩形腔 之長度圖案化及沒有波長轉換材料沿著寬度而圖案化的側 ' 壁插入物之另一實施例之一透視圖及側面圖； 圖7 A繪不在該視窗之内表面上具有一層的照明裝置之輸 出窗之一側面圖； 圖7B繪示具有兩個額外層的該照明裝置之該輸出窗之另 一實施例之一側面圖；一個在該視窗之内部，且一個在該 153864.doc •27- 201142216 視囪之外部； 窗之另 勺表面 ，該反 -側面 -具有兩個額外層之該照明裝置之該輪出 例之-側面圖；其等兩者在該視窗之相同 圖8展示安裝至照明裂置之一反射鏡之一透視圖 射鏡用於校準從該照明裝置發射之光； 圖9繪示附接有一底部散熱器的照明裝置；及 圖ίο繪示整合至一改造燈裝置之一照明裝置之 圖。 【主要元件符號說明】 100 照明裝置 101 安裝基部 102 發光二極體 1 〇2submount 基台 103 安裝板固持環 104 安裝板 1 〇4pa(j 凸起墊片 105 腔本體 106 底部反射鏡插入物 106a 非金屬層 106b 金屬反射性支持層 107 側壁插入物 1071 側壁表面 107s 反射性較短側壁表面 153864.doc •28· 201142216 108 山 物囪 109 光混合腔 111 波長轉換材料塗層 115 光源子組件 116 光轉換子組件 117 轉向器 118 光學井 124 額外層 126 額外層 128 額外層 130 散熱器 131 熱擴散層 140 反射鏡 142 内表面 144 視窗 150 改造燈裝置 153864.doc -29-

Claims (1)

  1. 201142216 七、申清專利範園： 1· 一種裝置，其包括： 光源子組件’其具有在一第一方向上延伸的一長度 、在垂直於4第—方向之_第二方向上延伸的一寬 度尺寸，及安駐·#Λ 咕 第一平面中的複數個發光二極體 (),纟中該見度尺寸小於該長度尺寸；及 ^ 、子、’且件，其安裝於該第一平面上方且與該複 數個LED貫體分離，且經組態以將從該光源子組件發射 :光混合及色彩轉換’其中該光轉換子組件之一第一内 4表面之一第一部分與該第一方向對準，且用一第一類 型之波長轉換材料塗覆’其中與該第二方向對準之一第 卩表面之第一部分係在沒有色彩轉換的情況下反 射入射光’且其中該光轉換子組件之一輸出窗之一部分 用一第二類型之波長轉換材料塗覆。 2·如請求項丨之裝置，其中與該第二方向對準之該第二内 P表面之該第—部分在沒有色彩轉換的情況下反射380 奈米與780奈米之間之至少95%之入射光。 3·如吻求項1之裝置，其中該光轉換子組件包含安置於該 第平面之頂部上的一底部反射鏡插入物，其中該底部 反射鏡插入物反射380奈米與78〇奈米之間之至少95%之 入射光。 如請求項3之裝置’其中該底部反射鏡插入物及該第二 内部表面之該第一部分之任一者包含安置於一反射性支 持層上方的一非金屬反射層。 153864.doc 201142216 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 如清求項4之裝置’其中該非金屬反射層具有擴散、反 射性屬性，且該反射性支持層具有鏡面、反射性屬性。 如凊求項1之裝置’其中該第一内部表面及該輸出窗係 為其等之色彩轉換屬性而選擇之可替換插入物。 如哨求項1之裝置’其中該第一内部表面之一第二部分 在沒有色彩轉換的情況下反射380奈米與780奈米之間之 至少95%之入射光。 士响求項1之裝置，其中該複數個LED以一六邊形配置安 裝於該第一平面内，其中緊鄰環繞一 LED的每一LED係 與該led等距。 〃 如請求項1之裝置，其進一步包括： 一第三類型之波長轉換材料，其塗覆該輸出窗之— 一部分。 如°月求項1之裝置，其中光散射粒子與該第二類型之波 長轉換材料混合。 青长項1之裝置’其中該第二類型之波長轉換材料包 括該輸出窗之一第一層；及 進—步包括： —第三類型之波長轉換材料，其包括該輸出窗之一 第二層。 一種裝置，其包括： 複數個發光二極體（LED);及 安裝於該複數個LED上方且與該複數個lED實體分離 的一光混合腔，且該光混合腔經組態以將從該等LED發 153864.doc -2- 201142216 射之光予以混合及色彩轉換，其中該光混合腔之一第— 内部表面包括一可替換、反射性插入物，且其中該可替 換、反射性插入物包括由一第二反射層支持之一非金屬 擴散反射層。 13. 如請求項12之裝置，其中該第二反射層係鏡面反射的。 14. 如請求項12之裝置，其令該可替換、反射性插入物係形 成該光混合腔之一底部表面的一底部反射鏡插入物。 15. 如請求項12之裝置，其中該可替換、反射性插入物係形 成該光》昆合腔之側壁表面的一側壁插入物。 16. 如咕求項12之裝置，其中該光混合腔經組態以將從該等 L E D發射之光予以混合及色彩轉換直到該光經一輸出窗 而射出，其中該輸出窗安置於該複數個LED之上方且與 該複數個LED實體分離，其中該光混合腔之一第一部= 用第一類型之波長轉換材料塗覆，且纟中該輸出窗之 分用一第一類型之波長轉換材料塗覆。 17. —種裝置，其包括： 具有複數個凸起墊片的一安裝板； 安裝於該安裝板之該複數個凸起塾片上的複數個發光 二極體（LED); 一光混合腔，其經組態以將從該複數個led處發射之 光反射，直到該光經-輸出f而射出，該光混合腔包括 具有複數個孔的-底部反射鏡，該複數個咖由該複數 個凸起墊片經該複數個孔而墊高 纪同主冏於該底部反射鏡之 一頂表面，其中該光混合腔之—[部分用—第一類型 153864.doc 201142216 之波長轉換材料塗覆，且其中該輸出窗之一部分用一第 二類型之波長轉換材料塗覆。 18. 19. 20. 如請求項1 7之裝置，其中該光混合腔之一第二部分在沒 有色彩轉換的情況下反射從該複數個LEd處發射之光。 如请求項17之裝置，其中該底部反射鏡包含安置於一反 射性支持層上方的一非金屬反射層。 如印求項19之裝置，其中該非金屬反射層具有擴散、反 射性屬性’且該反射性支持層具有鏡面、反射性屬性。 153864.doc
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