TW201245611A - Grid structure on a transmissive layer of an led-based illumination module - Google Patents

Grid structure on a transmissive layer of an led-based illumination module Download PDF

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TW201245611A
TW201245611A TW101111510A TW101111510A TW201245611A TW 201245611 A TW201245611 A TW 201245611A TW 101111510 A TW101111510 A TW 101111510A TW 101111510 A TW101111510 A TW 101111510A TW 201245611 A TW201245611 A TW 201245611A
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light
wavelength converting
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Gerard Harbers
Gregory W Eng
Peter K Tseng
John S Yriberri
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Xicato Inc
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Description

201245611 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 所描述之實施例係關於包括發光二極體（LED)之照明模 組。 : 本申請案依據35 USC 119主張於2011年3月31日申請之 • 美國臨時申請案第61/470,389號之優先權，該申請案之全 文以引用之方式併入本文中。 【先前技術】 歸因於在由照明器件產生之光輸出位準或通量方面的限 制，發光二極體在一般光照中之用途仍受限。使用LED之 照明器件亦通常受到藉由色點不穩定性特性化的不良色彩 品質所困擾。色點不穩定性隨時間變化以及隨部分的不同 而變化。不良色彩品質亦藉由不良演色性來特性化，該不 良演色性係歸因於由LED光源產生的無功率或具有很少功 率的頻帶之光譜。另外，使用LED之照明器件通常具有色 彩之空間及/或角變化。另外，使用LED之照明器件係昂貴 的’此係歸因於（連通其他原因）有必要使用維持光源之色 點所需的色彩控制電子器件及/或感測器或僅使用所生產 LED中的滿足應用之色彩及/或通量要求之少量選出者。 k 因此’需要對將發光二極體用作光源之照明器件作出改 良。 【發明内容】 一種照明模組包括複數個發光二極體（LED)。在該等 LED之上的一透射層上存在一格栅結構（諸如，一 163482.doc 201245611 曲）’以形成複數個色彩轉換凹穴。該等凹穴之一部分係 塗佈有第-類型之波長轉換材料，而該等凹穴之其他部分 係塗佈有不同類型之波長轉換材料。 下文在[實施方式]中描述其他細節及實施例以及技術。 本[發明内容]並不界定本發明.本發明係由申請專利範圍 界定。 【實施方式】 現將詳細參考[先前技術]實例及本發明之一些實施例， 該等實施例之實例說明於隨附圖式中。 圖1 '圖2及圖3說明皆標記為1 5 0之三個例示性照明器 具。圖1中所說明之照明器具包括具有矩形形狀因數之照 明模組100。圖2中所說明之照明器具包括具有圓形形狀因 數之照明模組1 〇〇。圖3中所說明之照明器具包括整合至修 整燈器件中之照明模組丨00。此等實例係用於說明性目 的°亦可預期大體多邊形及橢圓形形狀之照明模組之實 例°照明器具15〇包括照明模組1〇〇、反射器125及燈具 120。如所描繪，燈具12〇包括散熱能力，且因此有時可被 稱作散熱片120。然而，燈具12〇可包括其他結構及裝飾性 元件（圖中未展示）。反射器125經安裝至照明模組1〇〇以使 自照明模組1 00發射之光準直或偏轉。反射器125可由導熱 材料（諸如’包括鋁或銅之材料）製成，且可熱耦接至照明 模組100。熱藉由傳導而流經照明模組1〇〇及導熱反射器 125 »熱亦經由熱對流在反射器ι25之上流動。反射器ι25 可為複合抛物面聚光器，其中聚光器係由高度反射性材料 163482.doc 201245611 構成或塗佈有高度反射性材料。諸如漫射器或反射器⑵ 之光學元件可（例如）借助於螺紋、央具、扭鎖式機構或其 他適當配置而以可移除方式_接至照明模組⑽。如圖3中 所說明’反射器125可包括視情況塗佈有（例如）波長轉換材 料、漫射材料或任何其他所要材料之側壁126及窗127。 如圖1、圖2及圖3中所描繪，照明模組1〇〇安裝至散熱片 〇散熱片120可由導熱材料（諸如，包括鋁或銅之材料） 製成且可熱_接至照明模組⑽。熱藉由傳導而流經照 月模組1 00及導熱散熱片i2〇。熱亦經由熱對流在散熱片 120之上流動。照明模組丨〇〇可藉由螺紋附接至散熱片 120，從而將照明模組1〇〇夾持至散熱片12〇。為了促進照 明模組100之容易移除及替換，照明模組1〇〇可（例如）借助 於夾持機構、扭鎖式機構或其他適當配置而以可移除方式 耦接至散熱片120 ^照明模組丨〇〇包括至少一導熱表面，直 接或使用導熱膠、熱膠帶 '熱墊或熱環氧樹脂將該至少一 導熱表面（例如）熱耦接至散熱片】2〇。為了對LED進行適當 冷卻，流動至板上之LED中之每一瓦特電能應使用至少5〇 平方毫米，但較佳1〇〇平方毫米的熱接觸面積。舉例而 吕，在使用20個LED之狀況下，應使用1〇〇〇至2〇〇〇平方毫 米的散熱片接觸面積。使用較大散熱片12〇可准許在較高 功率下驅動LED 102，且亦允許不同散熱片設計。舉例而 言，一些設計可展現出較少取決於散熱片之定向的冷卻能 力。此外，風扇或用於強制冷卻之其他解決方案可用以自 器件移除熱。底部散熱片可包括孔隙，使得可形成至照明 163482.doc 201245611 模組100之電連接。 圖4藉由實例說明如圖丨中所描繪之基於led之照明模組 100的組件之分解視圖。應理解，如本文中所定義，基於 LED之照明模組並非LED，而是LED光源或燈具或者led 光源或燈具之零件。舉例而言，基於LED之照明模組可為 諸如圖3中所描繪的基於LED之備用燈。基於LED之照明模 組100包括一或多個LED晶粒或封裝LED，及LED晶粒或封 裝LED所附接至的安裝板。在一實施例中，LED 102為封 裝 LED，諸如由 Philips Lumileds Lighting製造的 Luxeon
Rebel。亦可使用其他類型之封裝LED，諸如由〇SRAM (Oslon package)、Luminus Devices (USA)、Cree (USA)、 Nichia (Japan)或 Tridonic (Austria)製造的彼等封裝LED。 如本文中所定義’封裝LED為含有電連接件（諸如，導線結 合連接件或柱形凸塊（stud bump))之一或多個LED晶粒之總 成’且可能包括光學元件以及熱、機械及電界面》LED晶 片通常具有約1 mm乘1 mm乘0.5 mm之大小，但此等尺寸 可變化。在一些實施例中，LED 102可包括多個晶片。多 個晶片可發射類似或不同色彩（例如，紅色、綠色及藍色） 之光。藉由安裝板扣環103將安裝板104附接至安裝基座 101且緊固於適當位置。藉由LED 102填入之安裝板1〇4與 安裝板扣環103 —起構成光源子總成115。光源子總成115 可操作以使用LED 102將電能轉換成光。將自光源子總成 115發射之光導引至光轉換子總成116以進行色彩混合尽色 彩轉換。光轉換子總成116包括空腔主體105及說明為（但 163482.doc -6· 201245611 不限於)輸出窗108的輸出口。光轉換子總成H6視情況包 括底部反射器插入件106及側壁插入件1〇7中之一者或兩 者。輸出窗1G8在用作輸出口之情況下固定至空腔主體 之頂部。在-些實施例中，可藉由黏著劑將輸出窗⑽固 定至空腔主體105。為了促進自輸出窗至空腔主體1〇5之熱 耗散，需要導熱黏著劑。該黏著劑應可靠地耐受在輸出窗 108與空腔主體1〇5之界面處呈現的溫度。此外，較佳地， 黏著劑反射或透射儘可能多的人射光，而非吸收自輸出窗 108發射之光。在一實例中，由D〇w c〇rning (usa)製造的 右干黏著劑（例如，Dow Corning型號SE4420、SE4422、 SE4486、1-4173或SE9210)中之一者的耐熱性、熱導率及 光學性質之組合提供合適效能。然而，亦可考慮其他導熱 黏著劑》 空腔主體1 05之内部側壁或側壁插入件丨〇7(當視情況置 放於空腔主體105内部時）為反射性的，使得在空腔主體 105安裝於光源子總成115之上時，來自LED 1〇2之光以及 任何波長轉換光在空腔160内反射，直至其透射穿過輸出 口（例如’輸出窗108) »底部反射器插入件1 〇6可視情況置 放於安裝板104之上。底部反射器插入件1〇6包括孔，使得 每一LED 102之發光部分不會受到底部反射器插入件1〇6阻 擋。側壁插入件107可視情況置放於空腔主體ι〇5内部，使 得在空腔主體105安裝於光源子總成ι15之上時，側壁插入 件107之内表面將來自LED 102之光導引至輪出窗。儘管如 所描繪，空腔主體105之内部側壁在自照明模組ι〇〇之頂部 163482.doc 201245611 觀察時為矩形形狀，但可預期其他形狀（例如，苜蓿形或 多邊形）。此外’自安裝板104至輸出窗1〇8，空腔主體ι〇5 之内部側壁可逐漸變細或向外彎曲，而非如所描繪垂直於 輸出窗108。 底部反射器插入件106及側壁插入件1〇7可為高度反射性 的，使得在空腔160中向下反射之光大體上返回朝向輸出 口（例如，輸出窗108)反射。另外，插入件1〇6及1〇7可具有 高熱導率’使得其充當額外熱散播器◊藉由實例，插入件 106及107可由高導熱材料（諸如，以鋁為主之材料）製成， 高導熱材料經處理以使材料為高度反射性且耐久的。藉由 實例’可使用由德國公司Alanod製造的被稱作Miro®之材 料。可藉由對铭進行抛光或藉由用一或多個反射塗層覆蓋 插入件106及107之内表面來達成高度反射性。或者，插入 件106及107可由諸如以下材料之高度反射性薄層材料製 成：由 3M (USA)所銷售的 Vikuiti™ ESR、由 Toray (Japan) 製造的LumirrorTM E60L，或諸如由 Furukawa Electric Co. Ltd· (Japan)製造之微晶聚對苯二曱酸伸乙酯（MCPET)的 MCPET。在其他實例中，插入件1〇6及1〇7可由聚四氟乙烯 (P7TE)材料製成》在一些實例中，插入件1〇6及1〇7可由w L· Gore (USA)及Berghof (Germany)所銷售的厚度為1毫米 至2毫米之PTFE材料製成。在又其他實施例中，插入件 106及107可由PTFE材料構成，PTFE材料係藉由諸如金屬 層或非金屬層（諸如，ESR、E60L或MCPET)之薄反射層來 加背襯。又，可將高度漫反射塗層塗覆至侧壁插入件 163482.doc 201245611 107、底部反射器插入件106、輸出窗1〇8、空腔主體i〇5 及安裝板104 _之任一者。此等塗層可包括二氧化鈦 (Ti〇2)、氧化辞（ZnO)及硫酸鎖（BaS04)粒子或此等材料之 組合。 圖5A及罔5B說明如圖1中所描繪之基於LED之照明模組 100的透視橫截面圖。在此實施例中，側壁插入件丨〇7、輸 出窗108及安置於安裝板1〇4上之底部反射器插入件1〇6界 定基於LED之照明模組1 〇〇中的光混合空腔丨6〇(圖5 a中所 說明）。來自LED 102之光之部分在光混合空腔！ 6〇内反 射’直至其射出穿過輸出窗1〇8。在光射出輸出窗ι〇8之前 使其在空腔160内反射具有如下效應：混合該光且提供自 基於LED之照明模組1〇〇發射之光的更均勻分佈。此外， 在光射出輸出窗108之前使其在空腔160内反射時，適量的 光藉由與包括於空腔160中之波長轉換材料相互作用而進 行色彩轉換。 儘管如圖1至圖5B中所描繪，基於LED之照明模組1〇〇包 括單一色彩轉換空腔丨6〇，但本文中引入其他實施例。在 一態樣中，輸出窗108可為三維塑形殼體結構，從而促進 光知:取色於轉換及輸出光束剖面之塑形。在另一態樣 中，形成複數個凹穴之格柵結構可附接至基於led之照明 模組100的窗。藉由用不同波長轉換材料塗佈不同凹六， 可調整自照明模組100發射之光的色點且改良輸出光束均 勻性。在又一態樣中，基於LED之照明模組1 〇〇可包括數 個色彩轉換空腔160，每一空腔圍繞不同LED或LED群組。 163482.doc 201245611 藉由變化不同色彩轉換空腔160之色彩轉換性質，可調整 自照明模組100發射之光的色點且改良輸出光束均勻性。 此外，可定位次要混合空腔以收集自每一色彩轉換空腔發 射之光’且進一步在光射出照明模組100之前使其混合。 在又一態樣中，色彩轉換空腔可經組態以藉由以下操作在 寬廣區域之上分散自LED 102發射之光且對其進行色彩轉 換：藉由色彩轉換空腔内之一系列反射而橫向地傳輪光且 使其遠離LED。在一些實例中，自LED發射之光可藉由嵌 入於色彩轉換空腔内之波長轉換材料進行色彩轉換。在一 些實例中，自LED發射之光可藉由位於色彩轉換空腔之輸 出處之波長轉換材料進行色彩轉換。 LED 102可藉由直接發射或藉由磷光體轉換（例如，其中 將磷光體層塗覆至LED作為LED封裝之部分）來發射不同或 相同色彩之光。照明器件100可使用彩色LED 1〇2(諸如， 紅色、綠色、藍色、琥珀色或青色）之任何組合，或lED 102可皆產生相同色彩之光。LED 102中之一些或全部可產 生白光。此外’ LED 102可發射偏振光或非偏振光，且基 於LED之照明器件100可使用偏振光或非偏振光led之任何 組合。在一些實施例中，LED 102發射藍光或UV光，此係 因為LED在此等波長範圍中發射之效率較高。在結合包括 於色彩轉換空腔160中之波長轉換材料使用LED 102時，自 照明器件100發射之光具有所要色彩。波長轉換材料之光 轉換性質結合空腔160内之光混合導致輸出色彩轉換之 光。藉由調整波長轉換材料之化學及/或物理（諸如，厚度 163482.doc •10- 201245611 及濃度）性質及办 — 工腔160之内表面上的塗層之幾何性質，可 曰疋由輸出窗108輸出之光的特定色彩性質，例如，色 點、色溫及演色指數(CRI)。 二*成本專利文件之目的，波長轉換材料為執行色彩 轉換功能(例如’吸收一峰值波長之適量的光，且作為回 應發射另~峰值波長之適量的光）之任何單一化學化合 物或不同化學化合物之混合物。 空腔160之部分（諸如’底部反射器插入件1〇6、側壁插 件107工腔主體105、輸出窗1〇8及置放於空腔内部之 其他組件（圖中未展示））可塗佈有波長轉換材料或包括波長 轉換材料》圖5B說明塗佈有波長轉換材料之側壁插入件 107之部分。此外’空腔16〇之不同組件可塗佈有相同或不 同波長轉換材料。 藉由實例，磷光體可選自藉由以下化學式表示之集合： Y3Al5012:Ce(亦稱作YAG:Ce，或簡單地稱作YAG)、 (Y,Gd)3Al5〇i2：Ce ' CaS:Eu ' SrS:Eu ' SrGa2S4：Eu '
Ca3(Sc，Mg)2Si3012:Ce、Ca3Sc2Si3〇i2:Ce、Ca3Sc2〇4:Ce、 Ba3Si6012N2: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(P04)3Cl:Eu ' Ba5(P04)3Cl:Eu > Cs2CaP2〇7 ' Cs2SrP2〇7 ' Lu3Al5012:Ce ' Ca8Mg(Si〇4)4Cl2:Eu、Sr8Mg(Si04)4Cl2:Eu、La3Si6Nu:Ce、 Y3Ga5〇i2：Ce > Gd3Ga5〇i2：Ce ' Tb3Al5〇i2：Ce ' Tb3Ga5〇i2：Ce 及Lu3Ga5〇i2:Ce。 163482.doc 201245611 在一實例中，照明器件之色點的調節可藉由替換側壁插 入件107及/或輸出窗108來實現，該側壁插入件1〇7及/或輸 出窗108可類似地塗佈或浸潰有一或多種波長轉換材料。 在一實施例甲，諸如銪活化鹼土氮化矽（例如， (Sr，Ca)AlSiN3:Eu)之紅光發射磷光體覆蓋側壁插入件1〇7及 空腔160底部處之底部反射器插入件的部分，且yag填 光體覆蓋輸出窗108之部分。在另一實施例中，諸如驗土 氧氮化秒之紅光發射碗光體覆蓋側壁插入件】〇7及空腔1 底部處之底部反射器插入件1〇6的部分，且紅光發射鹼土 氧氮化石夕與黃光發射YAG磷光體之摻合物覆蓋輸出窗1〇8 之部分。 在一些實施例中，磷光體在合適溶劑介質中與黏合劑及 (視情況）界面活性劑及增塑劑混合。藉由喷塗、網版印 刷、刮塗或其他合適手段中之任一者來沈積所得混合物。 藉由選擇界定空腔之側壁的形狀及高度及選擇空腔令之哪 些部为疋否將覆蓋有碟光體，且藉由最佳化光混合空腔 160之表面上的磷光體層之層厚度及濃度，可按需要調整 自模組發射之光的色點。 在一實例中，可在側壁上圖案化單一類型之波長轉換材 料’側壁可為（例如）圖5B中所展示之側壁插入件107。藉 由實例’可在侧壁插入件1〇7之不同區域上圖案化紅色磷 光趙’且黃色碟光體可覆蓋輸出窗1〇8。鱗光體之覆蓋及/ 或濃度可變化以產生不同色溫。應理解，若由LED j 〇2產 生之光變化，則紅色磷光體之覆蓋區域及/或紅色及黃色 163482.doc 12 201245611 磷光體之濃度將需要變化以產生所要色溫》可在組裝之前 量測LED 102、側壁插入件1 〇7上之紅色磷光體及輸出窗 108上之黃色磷光體的色彩效能，且基於效能選擇led 102、侧壁插入件1〇7上之紅色磷光體及輸出窗ι〇8上之黃 色磷光體使得所組裝件產生所要色溫。 在許多應用中’需要產生相關色溫（CCT)低於凱氏3,1〇〇 度的白光輸出。舉例而言，在許多應用中，需要CCT為凱 氏2,700度的白光❶一般需要某一量之紅光發射，以將自 在光譜之藍光或UV部分中發射的LED所產生之光轉換成 CCT低於凱氏3,100度的白光輸出。試圖將黃色磷光體與紅 光發射填光體摻合（諸如，CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、
Ba3Si6〇i2N2:Eu、（Sr，Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、CaAlSi(ON)3:Eu 、Ba2Si04:Eu、Sr2Si04:Eu、Ca2Si04:Eu、CaSi202N2:Eu、 Si:Si202N2:Eu、BaSi202N2.Eii、Sr8Mg(Si04)4Cl2.Eu、 Li2NbF7:Mn4+、Li3ScF6:Mn4+、La202S:Eu3+及Mg0.MgF2.Ge02:Mn4+) 以達成所要CCT。然而，輸出光之色彩一致性通常為不良 的，此係歸因於輸出光之CCT對摻合物中之紅色磷光體組 份之敏感性。特別是在光照應用中，不良色彩分佈在摻合 填光體之狀况下更為顯著。藉由用不包括任何紅光發射峨 光體之構光體或碟光體摻合物塗佈輸出窗1〇8，可避免關 於色衫一致性之問題。為了產生CCT低於凱氏3，1〇〇度的白 光輸出，紅光發射磷光體或磷光體摻合物沈積於基於LED 之照明模組1〇〇的側壁及底部反射器中之任一者上。選擇 特定紅光發射磷光體或磷光體摻合物（例如，自6〇〇奈米至 163482.doc -13- 201245611 700奈米之峰值波長發射）以及紅光發射磷光體或磷光體摻 合物之濃度’以產生CCT低於凱氏3，1〇〇度的白光輸出。以 此方式’基於LED之照明模組可產生cct低於3,100 K的白 光，其中輸出窗不包括紅光發射磷光體組份。 對於基於LED之照明模組而言，需要在至少一光混合空 腔160中將自LED發射之光的部分（例如，自led 102發射 之藍光）轉換成較長波長光’同時最小化光子損失。填光 體之密集裝填的薄層適合於有效地對入射光之顯著部分進 行色彩轉換’同時最小化與藉由鄰近磷光體粒子之再吸 收、全内反射（TIR)及菲涅耳效應相關聯之損失。 圖6說明色彩轉換空腔160之橫截面圖’該圖專注於自 LED 102發射之光與空腔160之組件之相互作用。如所描 繪’色彩轉換空腔160包括反射性色彩轉換元件130及透射 性色彩轉換元件133 »透射性色彩轉換元件133包括固定至 光學透射層134之色彩轉換層135。反射性色彩轉換元件 130包括固定至反射層131之色彩轉換層132。 透射性色彩轉換元件133提供透射模式下之高效色彩轉 換。色彩轉換層135包括磷光體之稀疏薄層，在藉由uv或 子UV輻射泵激之光照器件中不需要未轉換光之透射，此 係因為人類曝露至此等波長之賴射存在健康風險。然而， 對於由具有高於UV之發射波長之LED泵激的基於LED之照 明模組’需要顯著百分比之未轉換光（例如，自LED 102發 射之藍光）穿過光混合空腔160而不進行色彩轉換。此情形 促進高效率’此係因為色彩轉換程序所固有的損失得以避 163482.doc • 14· 201245611 免。碟光體之稀疏裝填薄層適合於對入射光之部分進行色 彩轉換。舉例而言，需要允許入射光之至少百分之十透射 穿過該層而不進行轉換。 反射性色彩轉換元件130提供反射模式下之高效色彩轉 換。以高密度在反射層131上沈積所要厚度之色彩轉換層 132。在一些實施例中’需要厚度為具有大於9〇%之裝填 密度的磷光體粒子之平均直徑的兩倍，在此等實施例中， 平均填光體粒子直徑介於6微米與8微米之間。 圖7說明LED照明模組1〇〇之橫截面圖，該圖專注於由 LED 102發射之光子與透射性色彩轉換元件133之相互作 用。透射層134可由光學透明介質（例如，玻璃、藍寶石、 聚碳酸酯、塑膠）構成。透射層13 4亦可由半透明材料（例 如，薄PTFE層或經蝕刻之光學透明介質）構成。透射性色 彩轉換元件133可包括額外層（圖中未展示）以增強光學系統 效能。在一實例中’透射性色彩轉換元件133可包括光學 膜，諸如二鉻濾光片、低指數塗層、諸如散射粒子層之額 外層，或包括磷光體粒子之額外色彩轉換層❶在一些實施 例中’半透明色彩轉換層135包括嵌入於聚合物黏合劑142 中之磷光體粒子141。磷光體粒子141經配置以使光之部分 能夠透射穿過透射性色彩轉換元件133而不進行色彩轉 換。 在一實施例中，沈積於光學透射層134上之半透明色彩 轉換層135具有厚度丁!35，該厚度為具有大於80%之裝填密 度的磷光體粒子之平均直徑的三倍。在此實施例中，平均 163482.doc -15· 201245611 鱗光體粒子直徑為10微米。 如圖7中所描繪，自LED 102發射之藍色光子139穿過透 射性色彩轉換元件133而不進行色彩轉換，且作為藍色光 子促成組合光140。然而，自LED 102發射之藍色光子13 8 由嵌入於色彩轉換層135中之磷光體粒子吸收。回應於由 藍色光子138所提供之激勵，磷光體粒子以各向同性發射 型樣發射更長波長之光。在所說明之實例中，磷光體粒子 發射黃光。如圖7中所說明，黃光發射之一部分穿過透射 性色彩轉換元件133，且作為黃色光子促成組合光14〇。黃 光發射之另一部分由鄰近磷光體粒子吸收且被重新發射或 損失。黃光發射之又一部分散射回至光混合空腔16〇中， 在光混合空腔160中，該部分返回朝向透射性色彩轉換元 件133反射’或該部分在光混合空腔ι6〇内被吸收且損失。 圖8說明色彩轉換空腔16〇之橫截面圖，該圖專注於由 LED 102發射之光子與反射性色彩轉換元件13〇之相互作 用。在一些實施例中，色彩轉換層丄32具有厚度丁1 η，其小 於磷光體粒子141之平均直徑的五倍。磷光體粒子141之平 均直徑可介於1微米與25微米之間。在一些實施例中，磷 光體粒子141之平均直徑介於5微米與1〇微米之間。磷光體 粒子141以大於百分之八十之裝填密度配置，從而增加光 之入射光子將與磷光體粒子相互作用以產生轉換光的機 率。舉例而言，自LED 102發射之藍色光子137入射至反射 性色彩轉換το件13〇，且由色彩轉換層132之鱗光艘粒子吸 收。回應於由藍色光子137所提供之激勵，4光趙粒子以 163482.doc 201245611 各向同性發射型樣發射更長波長之光。在所說明之實例 中’磷光體粒子發射紅光。如圖8中所說明，紅光發射之 部分進入光混合空腔160。紅光發射之另一部分由鄰近蛾 光體粒子吸收且被重新發射或損失。紅光發射之又一部分 反射離開反射層131且透射穿過色彩轉換層132而至光混合 空腔160’或由鄰近罐光體粒子吸收且被重新發射或損 失。 圖9至圖13為繪基於LED之照明模組1 〇 〇的各種實施例之 橫截面側視圖。圖9說明包括數個色彩轉換空腔16〇之基於 LED之照明模組1 〇〇的一態樣。每一色彩轉換空腔（例如， 160a、160b及160c)經組態以分別對自每一 LED(例如， 102a、102b、102c)發射之光進行色彩轉換，之後來自每 一色彩轉換空腔之光才被組合。可藉由變更以下各者中之 任一者來控制自基於LED之照明模組1〇〇發射之光的色彩 且改良輸出光束均勻性：色彩轉換空腔中之一或多者的化 學組合物、色彩轉換空腔中之一或多者中的波長轉換塗層 之幾何性質、向發射至色彩轉換空腔中之任一者中的任何 LED供應之電流，及色彩轉換空腔中之一或多者的形狀。 如圖9中所描繪，LED 102a僅將光直接發射至色彩轉換 空腔160a中。類似地，LED 102b僅將光直接發射至色彩轉 換空腔160b中且LED 102c僅將光直接發射至色彩轉換空腔 160c中《每一LED藉由反射側壁與其他LED隔離。舉例而 言’如所描繪，反射側壁161使LED 102a與LED l〇2b分 離。 163482.doc -17· 201245611
反射側壁161為高度反射性的，使得（例如）在色彩轉換 空腔160b中大體上朝向照明模組1〇〇之輸出窗1〇8向上導引 自LED 102b發射之光。另外，反射側壁ι61可具有高熱導 率’使得其充當額外熱散播器。藉由實例，反射側壁161 可由高導熱材料（諸如，以鋁為主之材料）製成，高導熱材 料經處理以使材料為高度反射性且耐久的。藉由實例，可 使用由德國公司Alanod製造的被稱作Miro®之材料。可藉 由對紹進行拋光或藉由用一或多個反射塗層覆蓋反射側壁 161之内表面來達成高度反射性。或者，反射側壁ι61可由 諸如以下材料之高度反射性薄層材料製成：如由3M (USA) 所銷售的 Vikuiti™ ESR、由 Toray (Japan)製造的 LumirrorTM ο E60L ’ 或諸如由 Furukawa Electric Co. Ltd. (Japan)製造之 微晶聚對苯二甲酸伸乙酯（MCPET)的MCPET。在其他實例 中，反射側壁161可由PTFE材料製成。在一些實例中，反 射側壁 161 可由 W. L. Gore (US A)及 Berghof (Germany)所銷 售的厚度為1毫米至2毫米之PTFE材料製成。在又其他實 施例中’反射侧壁161可由PTFE材料構成，PTFE材料係藉 由諸如金屬層或非金屬層（諸如，ESR、E60L或MCPET)之 薄反射層來加背襯《又’可將高度漫反射塗層塗覆至反射 側壁161。此等塗層可包括二氧化鈦（Ti〇2)、氧化鋅（Zn0) 及硫酸領（BaS〇4)粒子或此等材料之組合。 在一態樣中，基於L^D之照明模組1〇〇包括第一色彩轉 換空腔（例如’ 160a)及第二色彩轉換空腔（例如，， 該第一色彩轉換空腔具有塗佈有第一波長轉換材料162之 163482.doc -18· 201245611 内表面區域’該第二色彩轉換空腔具有塗佈有第二波長轉 換材料164之内表面區域。在一些實施例中，基於LED之 照明模組100包括第三色彩轉換空腔（例如，160c)，該第三 色彩轉換空腔具有塗佈有第三波長轉換材料i 65之内表面 區域。在一些其他實施例中，基於LED之照明模組1 00可 包括額外色彩轉換空腔，該等額外色彩轉換空腔包括額外 的不同波長轉換材料。在一些實施例中，數個色彩轉換空 腔包括塗佈有相同波長轉換材料之内表面區域。 如圖9中所描繪，在一實施例中，基於lEd之照明模組 100亦包括安裝於色彩轉換空腔16〇上方之透射層134。在 一些實施例中，透射層134塗佈有包括波長轉換材料163之 色彩轉換層135。在一實例中，波長轉換材料162、164及 165可包括紅光發射磷光體材料，且波長轉換材料163包括 黃光發射磷光體材料^透射層134促進混合由色彩轉換空 腔中之每一者輸出的光。 在些實例中，選擇包括於色彩轉換空腔160及色彩轉 換層135中之每—波長轉換材料’使得自基於LED之照明 模組1 〇 〇發射之組合光14 0之色點匹配目標色點。 在些實施例中，次要混合空腔170安裝於色彩轉換空 上方夂要混合空腔17〇為封閉空腔，從而促進混合 由色彩轉換空腔16G輸出之光，使得自基於LED之照明模 組_發射之組合光14G的色彩均句。如圖9中所描綠次 要混合空腔包括反射側壁m，該反射側壁μ係沿色 V轉換工腔160之周邊安裝以捕獲由色彩轉換空腔⑽輸出 163482.doc 201245611 之光。次要混合空腔170包括安裝於反射側壁171上方之輸 出窗108。自色彩轉換空腔16〇發射之光反射離開次要色彩 轉換空腔之内部對向表面，且作為組合光14〇射出輸出窗 108。 如圖1 〇中所描繪，在一實施例中，基於LED之照明模組 100包括色彩轉換空腔！6〇及次要混合空腔丨7〇。如所描 繪，次要混合空腔170之輸出窗108塗佈有包括波長轉換材 料163之色彩轉換層135 ^在一實例中，波長轉換材料 162、164及165可包括紅光發射磷光體材料，且波長轉換 材料163包括黃光發射磷光體材料。可視情況包括安裝於 色彩轉換空腔160上方之漫射層143，以促進混合由色彩轉 換空腔中之每一者輸出的光。在一些實施例中，漫射層 143不執行色彩轉換功能。漫射層143可由半透明材料（例 如’ PTFE之薄層）或光學透明介質（例如，玻璃、藍寶石、 聚碳酸8旨、塑膠）構成’該材料或介質經處理（例如，姓刻） 或用材料（例如，Ti〇2)塗佈以使其光學漫射能力更強。 如圖9及圖10中所描繪，LED 102安裝於平面中，且反射 側壁161包括垂直於上面安裝有LED 102之平面而定向之平 坦表面。已發現平坦的垂直定向表面對光有效地進行色彩 轉換’同時最小化背向反射。然而’亦可考慮其他表面形 狀及定向。舉例而言，圖11描繪反射側壁161，該側壁161 包括相對於上面安裝有LED 102之平面以傾斜角度定向的 平坦表面。在一些實例中’此組態促進自色彩轉換空腔 160之光提取。 263482.doc • 20- 201245611
圖12描繪另一實施例中之反射側壁161。如所描繪，反 射側壁161包括錐形部分，錐形部分包括相對於上面安裝 有LED 102之平面以傾斜角度定向之平坦表面。錐形㈣ 過渡至垂直於上面安裝有LED 1〇2之平面而定向之平坦表 :面。在其他實施例中，錐形部分包括過渡至垂直定向之平 :坦表面的彎曲表面。在一些實例中，此等實施例促進自色 彩轉換空腔160之光提取，同時有效地對自LED 1〇2發射之 光進行色彩轉換。又，如圖11 +所描繪，波長轉換材料 (例如，波長轉換材料162、164及165)安置於反射侧壁161 之垂直定向之平坦表面上D 如上文所淪述’藉由選擇包括於色彩轉換空腔〗60中之 每一波長轉換材料及藉由選擇包括於色彩轉換層135中之 波長轉換材料，可調整自包括數個色彩轉換空腔之基於 LED之照明模組1 〇〇發射的光之色彩以匹配目標色點。在 其他實施例中，藉由選擇具有不同峰值發射波長之led 102 ’可調整自基於LED之照明模組1〇〇發射之光的色彩。 舉例而言，可選擇LED 102a具有480奈米之峰值發射波 長’而可選擇LED 102b具有460奈米之峰值發射波長。 圖13描繪另一實施例’該實施例可操作以調整自包括數 個色彩轉換空腔之基於LED之照明模組1 〇〇發射的光之色 彩。藉由獨立地控制供應至不同LED 102之電流，可判定 自每一獨立控制之色彩轉換空腔發射的通量。以此方式， 可調整具有不同色彩轉換特性之色彩轉換空腔的輸出通 量’使得自基於LED之照明模組1 00發射的光之色彩匹配 163482.doc -21- 201245611 目標色點。舉例而言，電源供應器1 80經由導體1 83將電流 184供應至LED 102a。自LED 102a發射之光進入色彩轉換 空腔160a’經受色彩轉換，且作為色彩轉換之光167而發 射。類似地，電源供應器181經由導體185將電流1 86供應 至LED 102b。自LED 102b發射之光進入色彩轉換空腔 160b ’經受色彩轉換，且作為色彩轉換之光丨68而發射。 藉由調節電流184及186，色彩轉換之光167的通量及色彩 轉換之光168的通量得以調整，使得色彩轉換之光〖67及 168的組合匹配目標色點。類似地，可獨立地控制額外色 彩轉換空腔以調整基於LED之照明模組1〇〇的輸出光之色 點。如圖13中所描繪，電源供應器182經由導體187將電流 188供應至LED 102c。自LED 102c發射之光進入色彩轉換 空腔160c ’經受色彩轉換，且作為色彩轉換之光169而發 射。以此方式，可調整電流184、1 86及188，使得色彩轉 換之光167、168及169之組合匹配目標色點。 圖14A至圖14E描繪基於LED之照明模組1 〇〇的各種實施 例之橫截面俯視圖。圖14A描繪經配置成緊密裝填配置之 六邊形色彩轉換空腔160a至160g，其中彼此共用每一色彩 轉換空腔之側壁。舉例而言’色彩轉換空腔16〇g分別與另 一色彩轉換空腔（160a至160f)共用每一側壁。圖14B描繪經 配置成矩形格柵之矩形色彩轉換空腔16〇a至I60i。在此組 態中，每一色彩轉換空腔彼此共用側壁。舉例而言，色彩 轉換空腔160g分別與色彩轉換空腔i60a至160f及160h至 160i共用每一側壁。圖14C描繪經配置成六邊形格柵之矩 163482.doc •22· 201245611 形色彩轉換空腔160a至160f。在此組態中，每一色彩轉換 空腔與多個色彩轉換空腔共用側壁。舉例而言，色彩轉換 空腔I60g與色彩轉換空腔16〇6及16〇£*共用側壁。圖i4D描 繪經配置成六邊形格柵之圓形色彩轉換空腔16〇3至16〇1。 圖14E把繪經配置成緊密裝填之六邊形格柵之三角形色彩 轉換空腔16(^至16肝。在此組態中，每一色彩轉換空腔彼 此共用侧壁。圖14A至圖14E之實施例為例示性的，但亦 可考慮不同形狀及不同佈局之色彩轉換空腔。舉例而言， 色彩轉換空腔可塑形為橢圓形、星形、大體多邊形等。此 外，可選擇導致緊密裝填組態之格柵圖案。然而，在其他 實施例中’可考慮未緊密裝填之格柵圖案。 圖15、圖16、圖17描繪基於LED之照明模組100的各種 實施例之橫截面側視圖，該照明模組1〇〇具有安裝至透射 層134之格柵結構196。在一些實施例中，透射層134為基 於LED之照明模組10〇的輸出窗108。安裝至透射層134之 格栅結構196形成數個凹穴。可至少部分藉由適量的波長 轉換材料塗佈任何數目個凹穴。安裝至透射層或透射層之 部分的格栅結構提供藉由含有不同波長轉換材料之實體上 分離的凹穴進行色彩控制的手段。藉由變更具有不同波長 轉換材料之凹穴的數目，控制輸出光之色彩。此外，藉由 均勻地分佈不同波長轉換材料之凹穴，促進輸出光束均勻 性。最终’可藉由分離平面上之不同類型的波長轉換材料 來改良效率，使得自LED發射之光的顯著部分由波長轉換 材料一次吸收且作為輸出光而重新發射c此結構最小化由 163482.doc -23- 201245611 第二類型之波長轉換材料重新吸收色彩轉換之光的機率。 在圖1 5中所描繪之實施例中’一些凹穴填充有紅光發射 鱗光體191，其他凹穴填充有綠光發射磷光體材料丨92，且 另外其他凹穴填充有黃光發射麟光體材料19〇。以此方 式，將自每一 LED發射之某一量的光色彩轉換成紅色、綠 色及黃色光’轉換所得光變成由基於LED之照明模組1 〇 〇 發射的組合光140之部分。在一些實施例中，格栅結構i96 由PTFE材料構成。歸因於有效的漫反射性質，ρτρΕ促進 有效的色彩轉換且允許來自LED 102之一些光透射穿過透 射層134而不進行色彩轉換。 在一些實施例（諸如，圖15及圖16中所描繪之彼等實施 例）中’藉由深度D及寬度W來特性化凹穴。藉由調整凹穴 之寬度及深度尺寸以及波長轉換材料之組合物，自基於 LED之照明模組1〇〇發射的光可與目標色點匹配。圆17說 明格柵結構之深度自透射層134延伸至上面安裝有led 102 之平面的實施例。 圖18描繪一實施例中之基於lED之照明模組ι〇〇的橫截 面俯視圖。如所描繪，每一凹穴塗佈有紅光發射磷光體 191或黃光發射磷光趙19〇。在此實施例中’均勻地分佈具 有紅光發射磷光體191之凹穴與具有黃光發射磷光體19〇之 凹穴。在其他實施例f，較大數目個凹穴可塗佈有一磷光 體或另一磷光體，以匹配目標色點。在一些其他實施例 中，一些凹穴中可包括額外磷光體。 在一些其他實施例中，各自包括磷光體之組合的不同波 163482.doc •24 201245611 長轉換材料可塗佈不同凹穴，以匹配目標色點。舉例而 言，一些凹穴可塗佈有發射CCT為凱氏3,000度之白光的波 長轉換材料，且其他凹穴可塗佈有發射CCT為凱氏4,000度 之白光的填光體。以此方式，藉由變化產生飢氏3, 〇〇〇度 之光及凱氏4,000度之光的凹穴之相對數目，可調整由基 於LED之照明模組1 〇〇輸出的組合光丨4〇以使CCT在凱氏 3’〇〇〇度與凱氏4,000度之間。如圖18中所描繪，每一凹穴 為均勻正方形形狀。然而，在其他實施例中，每一凹穴可 為任意形狀（例如’大體多邊形形狀及大體橢圓形形狀）。 可需要對凹穴塑形以增強輸出光束均勻性及對自基於led 之照明模組100發射的光之色彩控制。 如圖19(及圖16)中所描繪，可藉由格柵間隔距離G來特
性化凹穴之圖案’且可藉由LED間隔距離L來特性化LED 之圖案。在一些實施例中，格柵間隔距離可小於led間隔 距離（參見圖19)。在一些其他實施例中，格柵間隔距離可 與LED間隔距離相同（參見圖16) »在一些其他實施例申， 格柵間隔距離可大於LED間隔距離（圖中未展示）。又，如 圖19中所描繪’格栅間隔距離大於凹穴寬度w，以確保藉 由波長轉換材料對自LED 102發射之足夠光進行色彩轉 換。在一些實施例中，格柵間隔距離為凹穴寬度w的至少 兩倍。 圖20說明基於LED之照明模組1〇〇的另一態樣之橫截面 圖，該照明模組1 〇〇包括經組態以在寬廣區域之上分散自 LED 102發射的光且對其進行色彩轉換的色彩轉換空腔 163482.doc •25· 201245611 160。 以此方式’可達成色彩轉換，且促進在薄剖面結構 中之輸出光束均勻性。如圖20中所描繪，色彩轉換空腔 160a包括至少一反射側壁〗61，該側壁ι61導引自led 102a 發射之光使其朝向安置於LED 102a上方的透射層134。相 對於安置有LED 102之平面204以傾斜角度定向反射側壁 161。 如圖20中所描繪，反射側壁161向外且向上延伸至透 射層134與反射側壁161之附接點207。透射層134包括安置 於每一LED 102上方的凸面反射器205。如所描繪，反射器 205之中心軸線與每一 LED 102之中心軸線202共線，使得 每一反射器205在每一 LED 102之上居中。如所描繪，透射 層134之一部分塗佈有波長轉換材料206 ^以此方式，使自 LED l〇2a發射之光在自色彩轉換空腔16〇3發射之前橫向地 分散且對其進行色彩轉換。舉例而言，自LED 102a發射光 子208(例如，藍色光子）’該光子208反射離開反射器2〇5， 隨後反射離開反射側壁161，且激勵波長轉換材料206。波 長轉換材料206吸收光子’且發射色彩轉換之光（例如，紅 光）’該光穿過透射層134且射出色彩轉換空腔160a。 如圖20中所描繪’色彩轉換空腔160a橫向地延伸自led 102a之中心轴線202至附接點207的距離Dwg。為了促進光 在寬廣區域之上的分散，透射層134與平面204之間的距離 Η小於DWG之一半。如所描繪，在圖2〇中，色彩轉換空腔 1 60經組態以藉由以下操作在寬廣區域之上分散自[ED 102 發射之光且對其進行色彩轉換：藉由色彩轉換空腔内之一 系列反射橫向地傳輸光且使其遠離LED 102a，及接著藉由 163482.doc -26 - 201245611 自LED發射之光與安置於水平表面上之波長轉換材料的相 互作用來對彼光進行色彩轉換。為了進一步促進光之橫向 分散’在LED之上引入反射器以在色彩轉換之前橫向地反 射光》 圖21描繪另一實施例中之色彩轉換空腔16〇 ^在此實施 例中’透射層134為半透明層。舉例而言，透射層ι34可由 燒結PTFE之薄層構成。如所描繪，透射層134不包括如圖 2〇之實施例中所說明的反射器。代替反射器，半透明層准 許透射自每一 LED 102發射之光的部分且反射另一部分， 以促進光在每一色彩轉換空腔内的橫向分散。 在另一貫施例中，每一色彩轉換空腔〖6〇包括折射率顯 著高於空氣之透明介質210(例如，聚矽氧在一些實施例 中’透明介質210填充色彩轉換空腔。在一些實例中，透 明介質210之折射率與任何囊封材料（其為封裝LED 1〇2之 部分）之折射率匹配。在所說明之實施例中，透明介質2 i 〇 填充每一色彩轉換空腔之部分，但實體上與LED 1〇2分 離。可需要此情形以促進自色彩轉換空腔提取光。如所描 繪，波長轉換層206安置於透射層134上。在一些實施例 中，波長轉換層206包括各自具有不同波長轉換材料之多 個部分。儘管描繪為安置於透射層134之頂部上使得透射 層134位於波長轉換層206與每一 LED 1〇2之間但在一些 實施例中，波長轉換層206可安置於透射層134上處於透射 層134與每一 LED 102之間。或者或此外，波長轉換材料可 嵌入於透明介質210中。 163482.doc •27· 201245611 在另一態樣中，基於LED之照明模組1〇〇包括如圖22中 所描繪之半透明的非平坦塑形窗220，該窗22〇安置於LED 102上方且與LED 102間隔開。在一些實施例中，半透明的 非平坦塑形窗220可由模製塑膠或玻璃材料構成。在其他 實施例中，半透明的非平坦塑形窗22〇可由燒結pTFE材料 之薄層構成或包括該薄層。實體上與LED分離之塑形窗促 進光混合及色彩均勻性，同時執行色彩轉換。藉由反射器 包封該塑形窗。反射器提供進一步光混合以促進均勻性及 輸出光束塑形。結合反射器來設計塑形窗以提供色彩控制 及輸出光束均勻性’特別是對於窄輸出光束設計更係如 此。 半透明的非平坦塑形窗220包括對自LED 1〇2發射之適量 的光進行色彩轉換的波長轉換材料。舉例而言，如圖22中 所描繪，自LED 102發射之藍光223由包括於色彩轉換層 135中之波長轉換材料吸收，色彩轉換層135安置於半透明 的非平坦塑形窗220上。作為回應，波長轉換材料發射更 長波長之光（例如，黃光）。在圖22中所描繪之實施例中， 包括波長轉換材料之色彩轉換層135安置於塑形輸出窗22〇 上。在一些其他實施例中，將波長轉換材料嵌入於半透明 的非平坦塑形窗220内。 如圖22中所描繪，基於LED之照明模組1 〇〇包括與半透 明的非平坦塑形窗220接觸之反射側壁161 »以此方式，自 LED 102發射之光在射出基於LED之照明模組之前被導引 穿過半透明的非平坦塑形窗220。在一些實施例中，反射 163482.doc •28 201245611 側壁161塗佈有特定波長轉換材料，該材料之色彩轉換特 性不同於安置於半透明的非平坦塑形窗22〇上之波長轉換 材料。舉例而言’如圖22中所描繪，自LEE) 1〇2發射之藍 光由安置於反射側壁161上之波長轉換材料吸收。作為回 應’波長轉換材料發射更長波長之光（例如，紅光）。 如圖22中所描繪，反射器125附接至基於LED之照明模 組1〇〇以形成照明器具150。反射器125具有包封半透明的 非平坦塑形窗220之内部區221。以此方式，自LED 102發 射之光必須在到達反射器125之反射表面之前穿過半透明 的非平坦塑形窗220。藉由用半透明的非平坦塑形窗22〇包 封LED 102 ’保護LED 102免受環境污染。此外，由照明 器具150發出之光的色點藉由基於led之照明模組10〇的功 能獨立於反射器125來控制。此外，藉由包封半透明的非 平坦塑形窗220，反射器125能夠控制由照明器具15〇遞送 之輸出光束剖面。在一些實施例中，内部區221填充有折 射率大於空氣之透明材料（例如，聚矽氧）^以此方式，增 強自基於LED之照明模組1〇〇之光提取。 在一些實施例中，半透明的非平坦塑形窗220包括反射 部分222。藉由適當定位反射部分222，可改良藉由半透明 的非平坦塑形窗22〇發射之光的輸出光束均勻性。如圖22 中所描繪’半透明的非平坦塑形窗220包括安置於半透明 的非平坦塑形窗22〇之反射部分222上的反射層。在一些其 他*實施例中，半透明的非平坦塑形窗220可由漫反射材料 (例如’燒結PTFE)層構成或包括該層。在此等實施例中， 163482.doc -29- 201245611 可能不需要單獨的反射部分222 ’此係因為足夠的光將被 反射且重定向至半透明的非平坦塑形窗22〇之另一部分。 在此等實施例中，半透明的非平坦塑形窗22〇之部分不包 括波長轉換材料。 半透明的非平坦塑形窗220可經塑形以促進輸出光束均 勻性及自LED 102之有效光提取。在圖23中所描繪之實施 例中’半透明的非平坦塑形窗220為圓蓋形狀。在一些實 施例中，圓蓋形狀可為經組態以將自LED 102發射之光聚 焦至指定輸出光束角度的抛物線形狀。 在一些實施例中’基於LED之照明模組1〇〇包括安置於 複數個色彩轉換空腔160之上的半透明的非平坦塑形窗 220。如圖24中所描繪，藉由實例，基於led之照明模組 100包括如關於圖20所描述來組態的數個色彩轉換空腔 160a至160d。半透明的非平坦塑形窗22〇安置於色彩轉換 空腔之上’使得自每一色彩轉換空腔發射之光在與反射器 125相互作用之前穿過半透明的非平坦塑形窗22〇。 在一些實施例中，色彩轉換空腔16〇之組件可由ptfe材 料構成，或包括PTFE材料。在一些實例中，組件可包括 PTFE層’ PTFE層係藉由諸如金屬層之反射層來加背襯。 PTFE材料可由燒結PTFE粒子形成。在一些實施例中，色 彩轉換空腔160之内部對向表面中之任一者的部分可由 PTFE材料構成《在一些實施例中’ ptfem料可塗佈有波 長轉換材料。在其他實施例中，波長轉換材料可與PTFE 材料混合。 163482.doc •30· 201245611 在其他實施例中，色彩轉換空腔i 60之組件可由諸如由
CerFlex International (The Netherlands)生產之陶瓷材料的 反射性陶瓷材料構成，或包括該反射性陶瓷材料。在一些 實施例中’色彩轉換空腔16〇之内部對向表面中之任一者 的部分可由陶瓷材料構成。在一些實施例中，陶瓷材料可 塗佈有波長轉換材料。 在其他實施例中’色彩轉換空腔16〇之組件可由諸如鋁 或由Alanod (Germany)生產之Miro®的反射性金屬材料構 成，或包括該反射性金屬材料》在一些實施例中，色彩轉 換空腔160之内部對向表面中之任一者的部分可由反射性 金屬材料構成。在一些實施例中，反射性金屬材料可塗佈 有波長轉換材料。 在其他實施例中，色彩轉換空腔16〇之組件可由諸如以 下材料之反射性塑膠材料構成或包括該反射性塑膠材料： 如由 3Μ (USA)所銷售的 Vikuiti™ ESR、由 Toray (Japan)製 造的 LumirrorTM E60L ’ 或諸如由 Furukawa Electric Co. Ltd. (Japan)製造之微晶聚對苯二甲酸伸乙酯（MCPET)的 MCPET »在一些實施例中’色彩轉換空腔16〇之内部對向 表面中之任一者的部分可由反射性塑膠材料構成。在一些 實施例中’反射性塑膠材料可塗佈有波長轉換材料。 空腔160可填充有非固體材料（諸如，空氣或惰性氣 體），使得LED 102將光發射至非固體材料中。藉由實例， 空腔可經氣密密封且氬氣用以填充空腔。或者，可使用氮 氣。在其他實施例中，空腔160可填充有固體囊封材料。 163482.doc •31· 201245611 藉由實例，聚矽氧可用以填充空腔。 PTFE材料之反射強度低於可用以構成色彩轉換空腔160 之組件或包括於該等組件中的其他材料（諸如，由Alanod 生產的Miro®)。在一實例中，比較以下兩者：建構有未經 塗佈之Miro®側壁插入件107的基於LED之照明模組100之 藍光輸出；及建構有未經塗佈之PTFE側壁插入件107的相 同模組之藍光輸出，該PTFE側壁插入件107係由Berghof (Germany)所製造的燒結PTFE材料構成。使用PTFE侧壁插 入件使來自照明模組100之藍光輸出減小7%。類似地，與 使用未經塗佈之Miro®側壁插入件107相比較，使用未經塗 佈之PTFE側壁插入件107使來自照明模組100之藍光輸出 減小5%，該PTFE側壁插入件107係由W. L. Gore (USA)所 製造的燒結PTFE材料構成。自照明模組100之光提取與空 腔160内之反射性直接相關，且因此，與其他可用反射材 料相比較，PTFE材料之低反射性將導致不在空腔160中使 用PTFE材料。然而，本發明者已判定何時用磷光體來塗 佈PEFT材料，與具有類似磷光體塗層之其他反射強度更 高之材料（諸如，Miro®)相比較，PTFE材料出乎意料地產 生發光輸出之增加。在另一實例中，比較以下兩者：建構 有磷塗佈之Miro®側壁插入件107的照明模組100之白光輸 出，該照明模組以凱氏4,000度之相關色溫（CCT)為目標； 及建構有磷塗佈之PTFE側壁插入件107的相同模組之白光 輸出，該PTFE側壁插入件107係由Berghof (Germany)所製 造的燒結PTFE材料構成。與使用磷塗佈之Miro®相比較， 163482.doc -32- 201245611 使用磷塗佈之PTFE側壁插入件使來自照明模組100之白光 輸出增加7%。類似地，與使用磷塗佈之Miro®側壁插入件 107相比較，使用PTFE侧壁插入件107使來自照明模組100 之白光輸出增加14%，該PTFE側壁插入件107係由W.L. Gore (USA)所製造的燒結PTFE材料構成。在另一實例中， 比較以下兩者：建構有磷塗佈之Miro®側壁插入件107的照 明模組100之白光輸出，該照明模組以凱氏3,000度之相關 色溫（CCT)為目標；及建構有磷塗佈之PTFE側壁插入件 107的相同模组之白光輸出，該PTFE側壁插入件107係由 Berghof (Germany)所製造的燒結PTFE材料構成。與使用 磷塗佈之Miro®相比較，使用磷塗佈之PTFE側壁插入件使 來自照明模組100之白光輸出增加10%。類似地，與使用 磷塗佈之Miro®側壁插入件107相比較，使用PTFE側壁插 入件107使來自照明模組100之白光輸出增加12%，該PTFE 側壁插入件107係由W. L. Gore (USA)所製造的燒結PTFE 材料構成。 因此，已發現：儘管反射強度較低，但仍需要由PTFE 材料構成光混合空腔160之磷覆蓋部分。此外，本發明者 亦已發現，與具有類似磷光體塗層之其他反射強度更高之 材料（諸如，Miro®)相比較，磷塗佈之PTFE材料在曝露於 來自LED之熱（例如，在光混合空腔160中）時更加耐久。 儘管出於指導目的在上文中描述了某些特定實施例，但 本專利文件之教示具有一般適用性且不限於上文所描述之 特定實施例。舉例而言，色彩轉換空腔160之任何組件可 163482.doc -33- 201245611 圖案化有磷光體。圖案自身及磷光體組合物兩者皆可變 化。在一實施例中，照明器件可包括位於光混合空腔16〇 之不同區域處的不同類型之磷光體。舉例而言，紅色碟光 體可位於插入件107及底部反射器插入件106中之一者或兩 者上’且黃色及綠色磷光體可位於輸出窗1〇8之頂表面或 底表面上或嵌入於輸出窗108内。在一實施例中，不同類 型之磷光體（例如’紅色及綠色磷光體）可位於側壁1 〇7上之 不同區域上。舉例而言，可（例如）按條帶、點或其他圖案 在側壁插入件107上第一區域處圖案化一種類型之碟光 體’而另一類型之破光體位於插入件1〇7之不同的第二區 域上。在需要時’可使用額外構光體且使其位於空腔160 中之不同區域中。另外’在需要時，可僅使用單一類型之 波長轉換材料且將其圖案化於空腔160中，例如，在側壁 上。在另一實例中，空腔主體105用以將安裝板104直接夾 持至安裝基座101而不使用安裝板扣環103。在其他實例 中’安裝基座101及散熱片120可為單一組件。在另一實例 中’基於LED之照明模組100在圖1至圖3中經描繪為照明 器具15 0之部分。如圖3中所說明，基於LED之照明模組 100可為備用燈或修整燈之部分。但在另一實施例中，基 於LED之照明模組1 〇〇可塑形為備用燈或修整燈且將其視 為備用燈或修整燈。因此’可在不脫離如申請專利範圍中 所闡述之本發明之範疇的情況下實踐對所描述之實施例之 各種特徵的各種修改、調適及組合。 【圖式簡單說明】 163482.doc -34- 201245611 圖1、圖2及圖3說明包括照明器件、反射器及燈具之三 個例示性照明器具。 圖4展示說明如圖1中所描繪之基於LED之照明器件的組 件之分解視圖。 圖5 A及圖5B說明如圖1中所描繪之基於LED之照明器件 的透視橫截面圖。 圖6說明基於LED之照明模組之橫截面圖，該照明模組 包括塗佈有麟光體層之反射性及透射性色彩轉換元件。 圖7說明具有透射性色彩轉換元件之LED照明模組之部 分的橫截面圖’該透射性色彩轉換元件具有具磷光體粒子 之色彩轉換層。 圖8說明具有反射性色彩轉換元件之LED照明模組之部 分的橫截面圖，該反射性色彩轉換元件具有磷光體粒子。 圖9至圖13描繪基於LED之照明模組1〇〇的各種實施例之 橫截面側視圖’該照明模組包括數個色彩轉換空腔。 圖14A至圖14E描繪基於LED之照明模組的各種實施例之 橫截面俯視圖，該照明模組包括數個色彩轉換空腔。 圖15、圖16及圖17描繪基於LED之照明模組的各種實施 例之橫截面側視圖’該照明模組具有安裝至透射層之格栅 結構。 圖18描繪基於LED之照明模組之橫截面俯視圖，該照明 模組具有安裝至透射層之格柵結構。 圖19描繪基於LED之照明模組的另一實施例之橫截面側 視圖’該照明模組具有安裝至透射層之格栅結構。 163482.doc •35- 201245611 圖20說明基於LED之照明模組之橫截面圖，該照明模組 包括經組態以在寬廣區域之上分散自LED發射之光且對該 光進行色彩轉換的色彩轉換空腔。 圖21說明具有色彩轉換空腔之基於LED之照明模組的橫 截面圖。 圖22、圖23及圖24說明基於LED之照明模組之橫截面側 視圖，該照明模組包括安置於LED上方且與LED間隔開之 半透明的非平坦非平坦塑形窗。 【主要元件符號說明】 100 基於LED之照明模組 101 安裝基座 102 發光二極體（LED) 102a 發光二極體（LED) 102b 發光二極體（LED) 102c 發光二極體（LED) 102d 發光二極體（LED) 103 安裝板扣環 104 安裝板 105 空腔主體 106 底部反射器插入件 107 側壁插入件 108 輸出窗 115 光源子總成 116 光轉換子總成 163482.doc -36- 201245611 120 燈具/散熱片 125 反射器 126 側壁 127 窗 130 反射性色彩轉換元件 131 反射層 132 色彩轉換層 133 透射性色彩轉換元件 134 光學透射層 135 半透明色彩轉換層 137 藍色光子 138 藍色光子 139 藍色光子 140 組合光 141 磷光體粒子 142 聚合物黏合劑 143 漫射層 150 照明器具 160 光混合空腔/色彩轉換空腔 160a 第一色彩轉換空腔 160b 第二色彩轉換空腔 160c 第三色彩轉換空腔 160d 色彩轉換空腔 1 60e 色彩轉換空腔 163482.doc ·37· 201245611 160f 160g 160h 160i 161 162 163 164 165 167 168 169 170 171 180 181 182 183 184 185 186 187 188 190 色彩轉換空腔 色彩轉換空腔 色彩轉換空腔 色彩轉換空腔 反射側壁 第一波長轉換材料 波長轉換材料 第二波長轉換材料 第三波長轉換材料 色彩轉換之光 色彩轉換之光 色彩轉換之光 次要混合空腔 反射側壁 電源供應器 電源供應器 電源供應器 導體 電流 導體 電流 導體 電流 黃光發射磷光體材料/黃光發射磷光體 163482.doc 38· 201245611 191 紅光發射磷光體 192 綠光發射磷光體材料 196 格柵結構 202 LED之中心軸線 204 平面 205 凸面反射器 206 .波長轉換材料 207 附接點 208 光子 210 透明介質 220 半透明的非平坦塑形窗 221 内部區 222 反射部分 223 藍光 163482.doc -39-

Claims (1)

  1. 201245611 七、申請專利範圍： 1. 一種裝置，其包含： 複數個LED ; 一輸出窗，其安置於該複數個LED上方，其中自該複 數個LED發射之適量的光穿過該輸出窗； 一格柵結構，其安置於該輸出窗上處於該複數個LEd 與該輸出窗之間’其中附接至該輸出窗之該格栅結構形 成各自具有一内表面區域之複數個凹穴； 一第一波長轉換材料，其覆蓋該複數個凹穴中之第一 數目個凹穴的該内表面區域之至少一部分；及 一第二波長轉換材料，其覆蓋該複數個凹穴中之第二 數目個凹穴的該内表面區域之至少一部分。 2. 如凊求項【之裝置，其中該第一波長轉換材料填充該複 數個凹穴中之該第一數目個凹穴，且該第二波長轉換材 料填充該複數個凹穴中之該第二數目個凹穴。 月求項1之裝置，其中該複數個凹穴係均勻地設定大 門隔開一第一距離，且其十該複數個LED彼此間隔 開至J 一第二距離，且其中該第一距離小於該第二距 離。 如叫求項1之裝置’其中該複數個凹穴係均勻地設定大 ]隔開一第一距離，且其中該複數個LED彼此間隔 開一第一 〜距離，且其中該第一距離與該第二距離相同使 得每〜 凹穴對應於該複數個LED中之一單一 LED。 月求項1之裝置，其中該輸出窗係由燒結聚四氟乙烯 163482.doc 201245611 (PTFE)構成。 6. 7. 如請求項1之裝置 烯（PTFE)構成。 如請求項丨之裝置’其中該複數個LED中之每—者係安裝 於一平面中’ J其中該格栅結構自該輸出窗延伸至該平 面0 其中該格栅結構係由燒結聚四氟乙 8. 如請求項1之裝置， 出窗上方》 其中一次要混合空腔係安置於該輸 9. 10. 一種裝置，其包含： 複數個發光二極體（LED)中之一 LED，該複數個[ED安 置於一第—平面中，該led具有垂直於該LED之一晶粒 區域而延伸之一中心軸線； 一反射側壁，其圍繞該LED，其中該反射側壁相對於 該第—平面以一傾斜角度定向且自該第一平面延伸至一 第一平面，該第二平面位於該第一平面上方的一第一距 離處；及 一透射層’其安置於該第二平面中且附接至該反射側 壁其中該透射層包括安置於該透射廣上之一格柵結 構’其中該格柵結構形成各自具有一内表面區域的複數 個凹穴’其中一第一波長轉換材料覆蓋該複數個凹穴中 之第一數目個凹穴的該内表面區域之至少一部分，.且其 中一第二波長轉換材料覆蓋該複數個凹穴中之第二數目 個凹穴的該内表面區域之至少一部分。 如請求項9之裝置，其中該第一距離小於在該第二平面 163482.doc 201245611 中量測到的自該透射層與該反射側壁之一附接點至該 LED之該中心轴線的一距離之一半。 11. 如請求項9之裝置，其進一步包含： 一凸球面反射器’其附接至該透射層且安置於該leD 上方處於該透射層與該LED之間。 12. 如請求項9之裝置，其進一步包含：
    塗佈有一第二波長轉換材料。 13. 如請求項12之裝置，其中該窗係與該透射層間隔開。 14. 如請求項9之裝置，其中該反射側壁係漫反射的，且該 反射側壁之至少一部分係塗佈有該第一波長轉換材料。 15. 如請求項9之裝置’其中該LED與該反射側壁之間的一空 間係填充有一固體透明介質。 16. 如請求項15之裝置’其中該第一波長轉換材料係嵌入於 該固體透明介質中。 17. —種基於LED之照明器件，其包含： 一透射層’其安裝於一第一色彩轉換空腔上方，該透 射層包括安置於該透射層上的一格柵結構，其中該格柵 結構形成各自具有一内表面區域的複數個凹穴，其中一 第一波長轉換材料覆蓋該複數個凹穴中之第一數目個凹 穴的該内表面區域之至少一部分。 18. 如請求項17之基於LED之照明器件，其進一步包含： 一側壁，其具有一第一表面區域，該第一表面區域包 含該第一色彩轉換空腔之内表面區域的部分，其中該第 163482.doc 201245611 一表面區域係塗佈有一第二波長轉換材料；及 一第一 LED，其中自該第一 LED發射之光直接進入該 第一色彩轉換空腔。 19. 如請求項18之基於LED之照明器件，其進一步包含： 一第二LED，其中自該第二LED發射之光直接進入一 第二色彩轉換空腔且不直接進入該第一色彩轉換空腔， 其中該透射層係安裝於該第二色彩轉換空腔上方，其中 一第二波長轉換材料覆蓋該複數個凹穴中之第二數目個 凹穴的該内表面區域之至少一部分，該等第二數目個凹 穴安置於該第二色彩轉換空腔之上。 20. 如請求項17之基於LED之照明器件，其中一第二波長轉 換材料覆蓋該複數個凹穴中之第二數目個凹六的該内表 面區域之至少一部分。 163482.doc
TW101111510A 2011-03-31 2012-03-30 Grid structure on a transmissive layer of an led-based illumination module TW201245611A (en)

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