TW201323784A - 用於固態發光裝置和燈的光致發光波長轉換構件 - Google Patents

用於固態發光裝置和燈的光致發光波長轉換構件 Download PDF

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Abstract

一種用於一發光裝置之波長轉換構件係包括至少一光致發光材料；以及一光散射材料。該光散射材料係具有一平均粒子尺寸，該平均粒子尺寸係被選擇成使得該光散射材料將會散射來自一輻射來源的激勵光相對超過該光散射材料將會散射藉由該至少一光致發光材料所產生的光。一光散射材料的使用可以降低該光致發光材料的使用，並且可以改善該構件的關斷狀態的外觀。

Description

用於固態發光裝置和燈的光致發光波長轉換構件
本發明係有關於使用一遠端設置的光致發光波長轉換構件以產生一所要的色彩的光之固態發光裝置和燈。
白光發光LED("白光LED")是已知的，並且是一種相當近期的創新。直到在電磁頻譜的藍光/紫外光部分發射的LED被開發後，根據LED來開發出白光光源才變成實際可行的。如同例如在US 5,998,925中所教示的，白光LED係包含一或多種光致發光材料(例如，磷光體(phosphor)材料)，其係吸收LED所發射的輻射的一部分並且再發射出具有一不同色彩(波長)的光。通常，LED晶片或晶粒係產生藍光，並且該一或多種磷光體係吸收該藍光的某個百分比而且再發射出黃光、或是綠光及紅光、綠光及黃光、綠光及橙光、或黃光及紅光的組合。由LED所產生且未被該磷光體材料吸收的藍光的部分結合由該磷光體所發射出的光係提供對於眼睛而言在色彩上看似近乎白色的光。或者是，該LED晶片或晶粒可以產生紫外(UV)光，其中一或多種磷光體吸收該UV光以再發射出不同色彩的光致發光的組合，其對於人眼而言看起來是白色的。
由於其長的操作預期壽命(>50,000小時)以及高的發光效能(每瓦70流明及更高)，高亮度的白光LED正逐漸被用來取代習知的螢光、小型螢光及白熾光源。
該磷光體材料通常是和例如是聚矽氧烷或環氧樹脂材料的透光材料混合，並且該混合物係被施加至LED晶粒的發光表面。將該磷光體材料設置作為在一位於LED晶粒的遠端的光學構件(一磷光體波長轉換構件)上的一層、或是將該磷光體材料納入在光學構件內("遠端磷光體" LED裝置)也是已知的。
遠端的磷光體裝置之一項問題是該裝置在其斷路狀態的非白色外觀。在該LED裝置的導通狀態期間，該LED晶片或晶粒係產生藍光，並且該一或多種磷光體係吸收該藍光的某個百分比並且再發射出黃光、或是綠光及紅光、綠光及黃光、綠光及橙光、或黃光及紅光的組合。由LED所產生且未被該磷光體吸收的藍光的部分結合由該磷光體所發射出的光係提供對於人眼而言在色彩上看似近乎白色的光。然而，對於在其斷路狀態的遠端的磷光體裝置而言，缺少原本將會由在導通狀態的LED所產生的藍光係使得該裝置具有淡黃色、黃橙色、或是橙色的外觀。正在尋找白色外觀的燈之此種裝置的潛在消費者或買主可能會被在市場上的此種裝置的淡黃色、黃橙色、或是橙色外觀極度混淆，因為在商店架上的該裝置是在其斷路狀態。此對於潛在的買主而言可能是令人厭惡或是不希望有的，並且因此造成沒有銷售給目標消費者的損失。
遠端的磷光體裝置之另一項問題是可能是發射出的光隨著發射角度而在色彩上的變化。尤其，當從不同的角度觀看時，此種裝置容易在色彩上遭受到可察覺的非均勻 性。此種視覺上特殊的色彩差異是許多商業的用途所不能接受的，特別是通常採用LED照明裝置的高檔照明。
使用磷光體材料之又一項問題是它們為相當昂貴的，並且因此對應到製造磷光體為基礎的LED裝置的成本中之一相當大的部分。對於非遠端的磷光體裝置而言，在一LED燈中的磷光體材料通常是和一種例如是聚矽氧烷或環氧樹脂材料的透光材料混合，並且該混合物直接被施加至LED晶粒的發光表面。此係導致一相當小層的磷光體材料直接設置在LED晶粒上，然而製造仍然是昂貴的，此部分是因為該磷光體材料之相當大的成本。相較於該非遠端的磷光體裝置，遠端的磷光體裝置通常使用更大層的磷光體材料。因為其較大尺寸的關係，通常需要更大量的磷光體來製造此種遠端的磷光體LED裝置。因此，成本是相對應為較大的，並且此種遠端的磷光體LED裝置需要提供增大的磷光體材料量。
因此，對於用以實施LED照明裝置之改良的方法係有所需求，其係維持該裝置所要的色彩性質，但是並不需要在先前的方法中所需的大量光致發光材料(例如磷光體材料)。此外，對於用以實施LED照明裝置之改良的方法係有所需求，其係解決發射出的光隨著發射角度而在色彩上之可察覺的變化，並且亦解決該LED照明裝置在關斷狀態時的非白色外觀。
本發明的實施例係有關發光裝置和燈，其係包括一或多個可運作以產生激勵輻射(通常為藍光)的通常是LED的固態光源、以及一包含一或多種可激勵的光致發光材料(例如，磷光體材料)之遠端的波長轉換構件，該波長轉換構件係可運作以轉換該激勵輻射的至少一部分成為具有一不同波長的光。當利用一藍光輻射來源時，該裝置的發射產物係包括由該來源以及該波長轉換構件所產生之組合的光，並且通常被配置成在色彩上看起來是白色的。當利用一UV來源時，該波長轉換構件可包含一藍光波長轉換構件以及一黃光波長轉換構件，其中這些構件的輸出係組合以形成該發射產物。該波長轉換構件係包括一例如是聚合物或玻璃的透光基板，其係具有一包括該可激勵的光致發光材料(例如磷光體)的粒子之波長轉換層以及一包括一光繞射材料(例如，二氧化鈦)的粒子之光擴散層。根據本發明的某些實施例，該波長轉換層以及光擴散層係彼此直接接觸，並且較佳的是藉由網版印刷或狹縫式塗佈來加以沉積。如同在此所用的，"直接接觸"係表示沒有介於中間的層或是空氣間隙。
此方法的一項益處是藉由選擇該光繞射材料的一適當的粒子尺寸以及每單元面積的濃度，則在一LED裝置在其關斷狀態的白色外觀上獲得改善。另一項益處是對於來自一LED裝置的在偏離發射軸超過±60°的發射角度範圍發射出的光的色彩均勻度的改善。再者，一具有該光繞射材料的一適當的粒子尺寸以及每單元面積的濃度之光擴散層的 使用可以實質降低產生具有一所選的色彩之發射出的光所需的磷光體材料量，因為該光擴散層係藉由導引光回到該波長轉換層中來增加一光子將會導致光致發光的光的產生之機率。因此，包含一和該波長轉換層直接接觸的擴散層可以降低產生具有一給定的色彩的發射產物所需的磷光體材料量，例如降低高達40%。在一實施例中，該光繞射材料的粒子尺寸係被選擇成使得藉由該來源所產生的激勵輻射係被散射超過藉由該一或多種磷光體材料所產生的光。
根據本發明的某些實施例，一種用於一發光裝置之波長轉換構件，其係包括：至少一光致發光材料；以及一光散射材料。其中該光散射材料係具有一平均粒子尺寸，該平均粒子尺寸係被選擇成使得該光散射材料將會散射來自一輻射來源的激勵光相對超過該光散射材料將會散射藉由該至少一光致發光材料所產生的光。較佳的是，該激勵光係包括藍光。或者是，該激勵光可包括紫外光。較佳的是，該光散射材料係散射該激勵光為藉由該至少一光致發光材料所產生的光的至少兩倍之多。在該激勵光係包括藍光的情形中，該光散射材料有利的是具有一小於約150nm的平均粒子尺寸。
該光散射材料有利的是包括二氧化鈦、硫酸鋇、氧化鎂、二氧化矽或是鋁氧化物。
在某些實施例中，該至少一光致發光材料係位在一波長轉換層中，並且該光散射材料係位在一擴散層中。較佳的是，該波長轉換層以及該光擴散層係彼此直接接觸，以 最小化在層之間的光學損失。
通常，該波長轉換層係包括該至少一磷光體材料以及一透光黏合劑的一混合物，並且該光擴散層係包括該光散射材料以及該透光黏合劑的一混合物。為了最小化光學損失，相同的透光材料係被使用於兩個層。該透光黏合劑可包括一種可固化液態聚合物，例如，一聚合物樹脂、一單體樹脂、一丙烯酸酯、一環氧樹脂、一聚矽氧烷、或是一氟化聚合物。該波長轉換層以及光擴散層係利用一種選自由下列所構成的群組之方法來加以沉積：網版印刷、狹縫式塗佈、旋轉塗覆、滾筒塗佈、洩降(drawdown)塗佈以及刮刀塗佈。
為了降低發射出的光在色彩上隨著發射角度的變化，光繞射材料相對黏合劑的重量填料(weight loading)通常是在一7%到35%的範圍中，並且更佳的是在一10%到20%的範圍中。
在某些實施例中，該波長轉換層以及該光擴散層是實質平面的。在其它實施例中，該波長轉換層及/或光擴散層可以是三維的，並且包括一圓頂或是細長的圓頂形狀。在另外的實施例中，該光擴散層係包括一中空的三維的形狀，並且該波長轉換層係填入一形成在該圓頂或是細長的圓頂形狀之下的體積內。
為了降低光致發光材料的使用，該至少一光致發光材料以及該光散射材料係位在一波長轉換層中。
該光散射材料有利的是具有在1μm到50μm的範圍中 之一平均粒子尺寸，並且較佳的是在10μm到20μm的範圍中。
在某些實施例中，該至少一光致發光材料係沉積到一透光基板之上。在其它實施例中，該至少一光致發光材料可內含在該透光基板內，並且均勻地被散佈在該基板的整個體積。該透光基板可包括一種例如是聚碳酸酯、丙烯酸酯或玻璃材料的聚合物。
根據本發明的另一實施例，一種發光裝置，其係包括：至少一可運作以產生激勵光的固態發光器；至少一光致發光材料；以及一光散射材料，其中該光散射材料係具有一平均粒子尺寸，該平均粒子尺寸係被選擇成使得該光散射材料將會散射來自一輻射來源的激勵光相對超過該光散射材料將會散射藉由該至少一光致發光材料所產生的光。
在較佳實施例中，該光散射材料的平均粒子尺寸係被選擇以改善該發光裝置的一關斷狀態的白色外觀。或者是及/或額外地，該光散射材料的平均粒子尺寸可被選擇以對於來自該發光裝置的在偏離一發射軸超過±60°的發射角度範圍發射出的光獲得實質均勻的色彩。
在某些實施例中，光散射材料相對一黏合劑的重量填料是在一7%到35%的範圍中，並且更佳的是在一10%到20%的範圍中。
在該激勵光係包括藍光的情形中，該光散射材料有利的是被選擇成使得其散射該藍光為藉由該至少一光致發光材料所產生的光的至少兩倍之多。通常，在此種裝置中， 該光散射材料係具有一小於約150nm的平均粒子尺寸。
根據本發明的某些實施例，一種用於一包括至少一發光固態輻射來源的發光裝置之波長轉換構件，其係包括一透光基板，該透光基板係具有一包括至少一光致發光材料的粒子的波長轉換層以及一包括一光繞射材料的粒子的光擴散層；並且其中該些層係彼此直接接觸。較佳的是，該波長轉換層係包括至少一磷光體材料以及一透光黏合劑的一混合物，而該光擴散層係包括該光繞射材料以及一透光黏合劑的一混合物。為了最小化在該些層的介面的光學損失，較佳的是該些層包括相同的透光黏合劑。該黏合劑可包括一種可固化液態聚合物，例如，一聚合物樹脂、一單體樹脂、一丙烯酸酯、一環氧樹脂、一聚矽氧烷、或是一氟化聚合物。該黏合劑較佳的是UV或熱可固化的。
為了降低發射出的光在色彩上隨著發射角度的變化，光繞射材料相對黏合劑的重量填料通常是在一7%到35%的範圍中，並且更佳的是在一10%到20%的範圍中。該波長轉換層以及光擴散層較佳的是藉由網版印刷來加以沉積，儘管它們可以利用其它例如是旋轉塗覆或刮刀塗佈的沉積技術來加以沉積。該光繞射材料較佳的是包括二氧化鈦(TiO2)，儘管其可包括其它例如是硫酸鋇(BaSO4)、氧化鎂(MgO)、二氧化矽(SiO2)或是鋁氧化物(Al2O3)的材料。
在一種配置中，該光繞射材料係具有在1μm到50μm的範圍中之一平均粒子尺寸，並且較佳的是在10μm到20μm的範圍中。在其它配置中，該光繞射材料係具有一粒子尺 寸，該粒子尺寸係被選擇成使得該些粒子將會散射激勵輻射相對超過該些粒子將會散射藉由該至少一光致發光材料所產生的光。例如，對於藍光輻射來源而言，該光繞射粒子尺寸可被選擇成使得該些粒子將會散射藍光為相對該些粒子將會散射藉由該至少一磷光體材料所產生的光的至少兩倍之多。此一光擴散層係確保從該波長轉換層發射的藍光之一較高的比例將會被該光繞射材料散射並且導引回到該波長轉換層中，此係增加該光子和一磷光體材料粒子相互作用的機率並且導致光致發光的光的產生。同時，磷光體產生的光可以在一較低的被散射的機率下通過該擴散層。由於該擴散層係增加藍光光子和一磷光體材料粒子相互作用的機率，因此可使用較少的磷光體材料以產生一所選的發射色彩。此種配置亦可以增進該波長轉換構件/裝置的發光效能。在該激勵輻射包括藍光的情形中，該光繞射材料較佳的是具有一小於約150nm的平均粒子尺寸。當該激勵輻射包括UV光時，該光繞射材料可具有一小於約100nm的平均粒子尺寸。
該透光基板可包括任何對於可見光(380nm到740nm)為實質透光的材料，並且通常包括一聚合物材料，例如一聚碳酸酯或是一丙烯酸酯。或者是，該基板可包括一玻璃。
一種波長轉換構件係具有一由光繞射粒子所構成的光擴散層，且相較於藉由該磷光體材料所產生的波長的光，該些粒子優先散射對應於藉由該些LED所產生的波長的光之概念，就其本身的權益而言係被視為創新的。根據本發 明的另一特點，一種用於一包括至少一藍光發光固態光源的發光裝置之波長轉換構件，其係包括一包含至少一磷光體材料的粒子之波長層以及一包括一光繞射材料的粒子之光擴散層；其中該光繞射粒子尺寸係被選擇成使得該些粒子將會散射激勵輻射相對超過它們將會散射藉由該至少一磷光體材料所產生的光。
為了增進藉由該裝置所產生的光的CRI(演色性指數)，該裝置可進一步包括至少一可運作以產生紅光的固態光源。
根據本發明另外的實施例，用於一發光裝置之波長轉換構件係包括：一包括一光散射材料的粒子之光擴散層，其中該光擴散層係具有一形狀，該形狀係具有一界定一內部體積的內表面；一在該內部體積內且包括至少一光致發光材料的粒子之波長轉換層。該構件有利的是包括一圓頂形狀或是一細長的圓頂形狀。
在某些實施例中，該波長轉換層係實質填入該光擴散層的形狀的內部體積。或者是，該波長轉換層係包括和該光擴散層相同的形狀。
如同本發明的其它實施例，該波長轉換層係包括該至少一磷光體材料以及一透光黏合劑的一混合物，並且該光擴散層係包括該光散射材料以及相同的透光黏合劑的一混合物。
為了降低該光致發光材料的使用，該波長轉換層可進一步包括一第二光散射材料。該光散射材料以及該第二光 散射材料可具有不同的材料性質。或者是，該兩種材料可包括相同的材料。
該透光黏合劑可包括一種可固化液態聚合物，例如，一聚合物樹脂、一單體樹脂、一丙烯酸酯、一環氧樹脂、一聚矽氧烷或是一氟化聚合物。
光散射材料相對黏合劑的重量填料是在一7%到35%的範圍中，並且較佳的是在一10%到20%的範圍中。
該光散射材料較佳的是具有在1μm到50μm的範圍中之一平均粒子尺寸，並且有利的是在10μm到20μm的範圍中。
該光擴散層可利用一種例如是真空模製或注入模製的製程之模製製程來加以形成。該波長轉換層可利用一模製製程而被形成到該擴散層之上、或是藉由沉積具有一黏合劑材料的磷光體材料而被形成到該光擴散層的內部體積中。
該光散射材料較佳的是包括二氧化鈦、硫酸鋇、氧化鎂、二氧化矽或是鋁氧化物。較佳的是，該光散射材料係具有一平均粒子尺寸，該平均粒子尺寸係被選擇成使得該光散射材料將會散射激勵光相對超過該光散射材料將會散射藉由該至少一光致發光材料所產生的光。在一較佳實施例中，該光散射材料係散射該激勵光為藉由該至少一光致發光材料所產生的光的至少兩倍之多。在該激勵光係包括藍光的情形中，該光散射材料較佳的是具有一小於約150nm的平均粒子尺寸。或者是，在該激勵光係包括紫外光的情 形中，該光散射材料較佳的是具有一小於約100nm的平均粒子尺寸。
根據本發明的其它實施例，一種發光裝置，其係包括：至少一可運作以產生激勵光的固態發光器；一包括一光散射材料的粒子之光擴散層，其中該光擴散層係具有一形狀，該形狀係具有一界定一內部體積的內表面；一在該內部體積內且包括至少一光致發光材料的粒子之波長轉換層，該光致發光材料是可被該激勵光激勵的。
有利的是，在該光擴散層內的光散射材料係對應於一改善該發光裝置的一關斷狀態的白色外觀之平均粒子尺寸。
本發明的特點、目的及優點的進一步細節係在以下的詳細說明、圖式及申請專利範圍中加以描述。前述一般的說明以及以下的詳細說明是範例及解釋性的，因而對於本發明的範疇而言並不欲為限制性的。
本發明的某些實施例係針對於包括一或多個通常是LED的固態發光器之發光裝置，該一或多個固態發光器可運作以產生激勵光(通常是藍光或UV)，該激勵光係被用來激勵一包含一光致發光材料(例如，磷光體材料)的粒子之波長轉換構件，該光致發光材料例如是一藍光可激勵的磷光體材料或是一UV可激勵的磷光體材料。此外，該波長轉換構件係包括一包含一種光繞射材料(在此亦被稱為"光散射 材料")的粒子之光擴散層。此種配置的一項益處是藉由選擇該光繞射材料之一適當的粒子尺寸以及每單元面積的濃度，使得一種裝置在一偏離發射軸±60°的發射角度範圍上具有一實際均勻的發射產物色彩是可能的。再者，一光擴散層的使用可以實質降低產生具有一所選的色彩的發射出的光所需的磷光體材料量。此外，該光擴散層可以顯著地改善該發光裝置在其關斷狀態的白色外觀。
僅為了說明之目的，以下所做的說明是參照被明確體現為磷光體材料的光致發光材料。然而，本發明係可應用於任意類型的光致發光材料，例如，不是磷光體材料、就是量子點。量子點是物質(例如半導體)的一部分，該物質的激子(exciton)係被侷限在所有三個空間維度中，其可藉由輻射能量而被激勵，以發出一特定波長或是波長範圍的光。此外，以下所做的說明是參照被明確體現為藍光光源的輻射來源。然而，本發明係可應用於任意類型的輻射來源，其包含藍光源及UV光源。
根據本發明的一實施例的一種固態發光裝置10現在將會參考圖1來加以描述，圖1係展示該裝置之概要的部分剖視平面圖及截面圖。該裝置10係被配置以產生具有一大約3000K的CCT(相關色溫)以及一大約1000流明的光通量的暖白光。
該裝置10係包括一中空圓柱形的主體12，該主體12係由一圓形碟狀的基座14、一中空圓柱形的壁部分16以及一可分離的環狀的頂端18所構成。為了有助於熱的耗散， 該基座14較佳的是由鋁、一種鋁合金、或是任何具有高導熱度(較佳的是200Wm-1K-1)的例如是銅、一種鎂合金或是一種負載有金屬的塑膠材料的材料所製成。為了低成本的製造，該壁16及頂端18較佳的是由一種例如是HDPP(高密度聚丙烯)、尼龍或PMA(聚甲基丙烯酸酯)的熱塑性塑膠材料所製成。或者是，該壁16及頂端18可以由一種例如是鋁或一鋁合金的導熱材料所製成。如同圖1中所指出的，該基座14可以藉由螺絲或螺栓20、或是藉由其它緊固件、或是藉由一黏著劑來附接至該壁部分16。如同在圖1中進一步所示，該頂端18可以是利用一卡口(bayonet)類型的安裝而可分離地安裝到該壁部分16，其中徑向延伸的突片22係嚙合在該頂端18中之一對應的環狀溝槽內。
該裝置10進一步包括複數個(在該描繪的例子中是四個)藍光發光LED 24(藍光LED)，該些藍光LED 24係被安裝以和一圓形的MCPCB(金屬基印刷電路板)26熱連通。該些藍光LED 24可包括來自加州Fremont的英特曼帝克司(Intematix)公司的陶瓷裝置上之4.8W的CetusTM C1109晶片，其中每個裝置係包括一陶瓷封裝的陣列之十二個0.4W的GaN為基礎的(氮化鎵為基礎的)藍光LED晶片，該些LED晶片係被配置為一個3列乘4行的矩形陣列。每個藍光LED 24係可運作以在一400nm到480nm(通常450nm到470nm)的波長範圍中產生具有一峰值波長λ1的藍光28。如同已知的，MCPCB係包括一分層式結構，其係由一通常是鋁的金屬核心基底、一導熱/電氣絕緣的介電層、以及一用於以一 所要的電路配置來電連接電氣構件的銅電路層所構成。該MCPCB 26的金屬核心基座係藉助於一種例如是一包含一標準的散熱化合物的黏著劑之導熱的化合物而被安裝以和該基座14熱連通，該標準的散熱化合物係包含鈹氧化物或是鋁氮化物。如同在圖1中所示，該MCPCB可以利用螺絲或螺栓30來附接至該基座。
為了最大化光的發射，該裝置10可進一步包括分別覆蓋該MCPCB 26的面以及該頂端18之內部的彎曲的表面之光反射的表面32、34。通常，該些光反射的表面32、34可包括一種例如是來自美國伊利諾州Niles的A.L.P.照明構件(Lighting Components)公司的WhiteOpticsTM "白色97"(一種高密度的聚乙烯纖維基的複合膜)之高度光反射的片狀材料。如同圖1中所指出的，一具有該材料的圓形的碟片32可被用來覆蓋該MCPCB的面，並且一長條的光反射的材料係被配置為一圓柱形的套管34，該套管34係被插入在該殼體中並且被配置以覆蓋該殼體壁部分16的內表面。
該裝置10進一步包括一磷光體波長轉換構件36，其係可運作以吸收藉由該些LED 24所產生的藍光28(λ1)的一個比例並且藉由一光致發光的過程36以將其轉換成具有一不同波長(λ2)的光38。該裝置10的發射產物40係包括藉由該些LED 24以及該磷光體波長轉換構件36所產生的具有波長λ1、λ2之組合的光。該波長轉換構件係被設置在該些LED 24的遠端，並且和該些LED在空間上分開一通常是至少1cm的距離d。在此專利說明書中，"遠端地"及"遠端的"是 表示具有一間隔或分開的關係。該波長轉換構件36係被配置以完全覆蓋該殼體12的開口，使得所有藉由該燈發射的光係通過該構件36。如圖所示，該波長轉變構件36可以利用該頂端18而可分離地安裝到該壁部分16的頂端，此係使得該燈的構件及發射色彩能夠容易地加以改變。
如圖2中所示，該波長轉換構件36按照順序係包括一透光基板42、一包含光繞射粒子的光擴散層44、以及一包含一或多種光致發光(例如磷光體)材料的波長轉換層46。如同圖2中可見的，該波長轉換構件36係被配置成使得該波長轉換層46在操作中是面對該些LED的。
該透光基板42可以是任何在一380nm到740nm的波長範圍中實質透光的材料，並且可包括一例如是聚碳酸酯或丙烯酸酯的透光聚合物、或是一例如是硼矽玻璃的玻璃。對於圖1的燈10，該基板42係包括一具有直徑φ=62mm及厚度t1的平面圓形的碟片，厚度t1通常是0.5mm到3mm。在其它實施例中，該基板可包括例如在形式上是凸面或凹面的其它幾何，例如是圓頂狀或圓柱形的。
該擴散層44係包括一具有光繞射材料的粒子之均勻厚度的層，較佳的是二氧化鈦(TiO2)。在替代的配置中，該光繞射材料可包括硫酸鋇(BaSO4)、氧化鎂(MgO)、二氧化矽(SiO2)、鋁氧化物(Al2O3)或是一種具有盡可能高的反射度之粉末材料，通常是0.9或更高的反射係數。該光繞射材料粉末係用已知的比例以和一透光液體黏合劑材料徹底地混合以形成一懸浮液，並且該所產生的混合物較佳的是藉由網 版印刷而沉積到該基板42的面之上以形成一具有厚度t2的均勻的層(通常是在一10μm到75μm的範圍中)，該層係覆蓋該基板的整個面。在該光擴散層44中，每單元面積的光繞射材料量通常將會是在一10μg.cm-2到5mg.cm-2的範圍中。
儘管網版印刷是一用於沉積該光繞射擴散層44的較佳方法，但是其可以利用其它技術來加以沉積，例如狹縫式塗佈、旋轉塗覆、滾筒塗佈、洩降塗佈或是刮刀塗佈。該黏合劑材料可包括一種可固化液態聚合物，例如一聚合物樹脂、一單體樹脂、一丙烯酸酯、一環氧樹脂(聚環氧化物)、一聚矽氧烷或是一氟化聚合物。重要的是該黏合劑材料在其固化的狀態是對於藉由該磷光體材料以及LED 24所產生的所有波長的光實質透光的，並且較佳的是在可見的頻譜(380nm到800nm)上具有一至少0.9的透射率。該黏合劑材料較佳的是U.V.可固化的，儘管其可以是熱可固化、溶劑型、或是該等的組合。U.V.或熱可固化黏合劑可能是較佳的，因為不同於溶劑型的材料，它們並不會在聚合作用期間"釋出氣體"。在一配置中，該光繞射材料的平均粒子尺寸是在一5μm到15μm的範圍中，儘管如同將會描述的，其可以是在一奈米範圍(nm)中並且有利的是在一100nm到150nm的範圍中。光繞射材料相對液體黏合劑的重量百分比填料通常是在一7%到35%的範圍中。
該波長轉換層46係沉積以和該光擴散層44直接接觸，而無任何介於中間的層或是空氣間隙。該具有粉末形 式的磷光體材料係用已知的比例以和一液體透光黏合劑材料徹底地混合以形成一懸浮液，並且該所產生的磷光體成分"磷光體墨水"係直接沉積到該擴散層44之上。該波長轉換層較佳的是藉由網版印刷來加以沉積，儘管其它例如是狹縫式塗佈、旋轉塗覆或刮刀塗佈的沉積技術亦可被利用。為了消除在該波長轉換層46以及擴散層44之間的光學介面並且最大化在層之間的光透射，較佳的是相同的液體黏合劑材料(亦即，一聚合物樹脂、一單體樹脂、一丙烯酸酯、一環氧樹脂、一聚矽氧烷或是一氟化聚合物)被用來製造兩個層。
該磷光體波長轉換層46較佳的是藉由網版印刷來加以沉積，儘管其它例如是狹縫式塗佈、旋轉塗覆、滾筒塗佈、洩降塗佈或是刮刀塗佈的沉積技術亦可被利用。該黏合劑材料較佳的是U.V.或熱可固化的，而不是溶劑型的。當一溶劑蒸發時，該成分的體積及黏度將會改變，並且此可能導致有一較高濃度的磷光體材料，此將會影響該裝置的發射產物色彩。在U.V.可固化聚合物之下，黏度以及固體比例在該沉積製程期間是更穩定的，其中U.V.固化係在完成沉積之後被用來聚合及固化該層。再者，由於在網版印刷該磷光體墨水的情形中可能需要多道次的印刷才能達成一所需的層厚度，因此使用U.V.可固化的黏合劑是較佳的，因為在下一層的印刷之前，每一層可以在印刷後實際立即固化。
藉由該波長轉換構件所產生的發射產物的色彩係依據 在該波長轉換層46中的磷光體材料成分以及每單元面積的磷光體材料量而定。將會體認到的是，每單元面積的磷光體材料量係根據該波長轉換層46的厚度t3以及在該磷光體墨水中的磷光體材料相對黏合劑的重量百分比填料而定。在發射產物是白色的應用中、或是在發射產物具有高飽和彩度(亦即，該發射產物包括實質所有光致發光所產生的光)的應用中，在該波長轉換層46中的每單元面積的磷光體材料量通常將會是介於10mg.cm-2到40mg.cm-2之間。為了使得該波長轉換層46的印刷能夠有最小數目的印刷次數，該磷光體墨水較佳的是具有盡可能高的磷光體材料相對黏合劑材料的固體填料，並且較佳的是具有在一40%到75%的範圍中的磷光體材料相對黏合劑的重量百分比填料。被發現到對於低於約40%的重量百分比填料，可能需要五次或更多次的印刷次數才能達成所需的每單元面積的磷光體材料。該磷光體材料係包括具有一10μm到20μm的平均粒子尺寸的粒子，並且通常是具有15μm的數量級。
在一般的照明應用中，該發射產物40通常將會是白光，並且該磷光體材料可包括一或多種藍光可激勵的磷光體材料，該些磷光體材料係發射綠光(510nm到550nm)、黃綠光(550nm到570nm)、黃光(570nm到590nm)、橙光(590nm到630nm)或是紅光(630nm到740nm)。該波長轉換層的厚度t3、磷光體材料成分以及每單元面積的磷光體材料的密度(重量百分比填料)將會決定該燈所發射出的光的色彩。
該磷光體材料可包括一種無機或有機磷光體，例如， 具有一般成分A3Si(O,D)5或是A2Si(O,D)4的矽酸鹽基磷光體，其中Si是矽，O是氧，A係包括鍶(Sr)、鋇(Ba)、鎂(Mg)或鈣(Ca)，並且D係包括氯(Cl)、氟(F)、氮(N)或硫(S)。矽酸鹽基磷光體的例子係被揭示在美國專利US 7,575,697 B2 "矽酸鹽基綠色磷光體"、US 7,601,276 B2 "雙相矽酸鹽基黃色磷光體"、US 7,655,156 B2 "矽酸鹽基橙色磷光體"以及US 7,311,858 B2 "矽酸鹽基黃綠色磷光體"中。該磷光體亦可包括一種鋁酸鹽基材料，例如在共同申請之專利申請案US2006/0158090 A1 "新穎的鋁酸鹽基綠色磷光體"以及專利US 7,390,437 B2 "鋁酸鹽基藍色磷光體"中所教示者、一種如同在共同申請之申請案US2008/0111472 A1 "矽酸鋁橙紅色磷光體"中所教示的矽酸鋁磷光體、或是一種氮化物基紅色磷光體材料，例如在共同申請之美國專利申請案US2009/0283721 A1 "氮化物基紅色磷光體"以及國際專利申請案WO2010/074963 A1 "在RGB(紅光-綠光-藍光)照明系統中之氮化物基紅光發光"中所教示者。將會體認到的是，該磷光體材料並不限於所述的例子，並且可包括任何磷光體材料，其包含氮化物及/或硫酸鹽磷光體材料、氮氧化物以及過硫酸磷光體、或是石榴石材料(YAG)。
根據本發明的一種磷光體波長轉換構件36的另一例子係被描繪在圖3中。和圖2的波長轉換構件相同的是，該構件係包括一透光基板42、一光擴散層44以及一波長轉換層46。根據本發明，該光擴散層44以及波長轉換層46係沉積以彼此直接接觸。同樣地，該構件在操作中係被配置 成使得該波長轉換構件被配置以使該光擴散層44面對該些LED 24。
在操作中，藉由該些LED 24所產生的藍光28係行進穿過該波長轉換層46，直到其撞擊磷光體材料的粒子為止。據信平均在1000次的一光子和一磷光體材料粒子的相互作用中小到只有1次會導致吸收並且產生光致發光的光38。光子和磷光體粒子的大多數(大約99.9%)的相互作用都會導致該光子的散射。由於該散射過程的等向性本質，平均一半的光子將會散射在一回到朝向該些LED的方向上。測試係指出通常大約10%的總入射的藍光28係被散射並且從該波長轉換構件36發射在一回到朝向該些LED的方向上。對於冷白光發光裝置，磷光體材料量係被選擇成容許大約10%的總入射的藍光能夠從該波長轉換構件被發射出，並且貢獻到由觀察者21所觀看的發射產物40。大多數(大約80%)的入射的光係被該磷光體材料吸收並且再次發射為光致發光的光38。由於光致發光的光產生的等向性本質，大約一半的藉由該磷光體材料所產生的光38將會被發射在一朝向該些LED的方向。因此，只有最高約40%的總入射的光將會被發射為具有波長λ2的光38並且貢獻到該發射產物38，其中剩餘(最高約40%)的總入射的光係在一回到朝向該些LED的方向上被發射為具有波長λ2的光38。從該波長轉換構件36朝向該些LED發射的光係被該些光繞射表面32、34重新導引，以貢獻到該發射產物並且增高該裝置的整體效率。
藉由本發明的實施例所解決的一項和習知的LED照明裝置相關的問題是該裝置在關斷狀態的非白色外觀。如所論述的，在導通狀態期間，該LED晶片或晶粒係產生藍光，並且該藍光的一些部分之後係被該磷光體所吸收以再發射出黃光(或是綠光及紅光、綠光及黃光、綠光及橙光、或是黃光及紅光的一組合)。藉由該LED所產生的藍光的未被該磷光體吸收的部分係和藉由該磷光體發射的光組合，其係提供對於人眼而言看起來在色彩上幾乎是白色的光。
然而，在關斷狀態中，該LED晶片或晶粒並不產生任何藍光。反而，藉由該遠端的磷光體照明裝置產生的光至少部分是依據激勵該波長轉換構件中的磷光體材料之外部光(例如，太陽光或室內光)而定，並且因此在該光致發光的光產生一淡黃色、黃橙色或是橙色的色彩。由於該LED晶片或晶粒並不產生任何藍光，此係表示將不會有任何殘留的藍光以和來自該波長轉換構件之光致發光的光之黃光/橙光結合以產生白色外觀的光。因此，該照明裝置在色彩上看起來將會是淡黃色、黃橙色或是橙色。此對於尋求一白色外觀的燈之潛在的買主或消費者而言可能是不希望有的。
根據某些實施例，該光擴散層44係藉由改進該裝置在關斷狀態中對於觀察者21的視覺外觀來提供解決此問題之額外的益處。這部分是因為該光擴散層44包含光繞射材料的粒子，其可以實質降低原本將會使得該波長轉換構件再發射一具有一淡黃色/橙色色彩的波長的光之外部的激勵光 的通過。
在該光擴散層44中的一光繞射材料的粒子係被選擇成例如具有一增加其散射藍光的機率之尺寸範圍，此係表示較少的外部的藍光會通過該光擴散層44來激勵該波長轉換層46。因此，該遠端的磷光體照明裝置在關斷狀態將會具有更為白色的外觀，因為該波長轉換構件係發射較少的黃光/紅光。
該光繞射粒子尺寸可被選擇成使得該些粒子將會散射藍光相對它們將會散射藉由該磷光體材料所產生的光的至少兩倍之多。此種光擴散層44係確保在關斷狀態期間，由該裝置所接收的外部藍光之一較高的比例將會被該光繞射材料散射並且導引離開該波長轉換層46，此係降低源自外部的光子和磷光體材料粒子相互作用的機率並且最小化淡黃色/橙色光致發光的光的產生。然而，在導通狀態期間，藉由來自該LED光源的激勵光所引起之磷光體產生的光可以在一較低的被散射的機率下通過該擴散層44。較佳的是，為了強化該照明裝置在關斷狀態的白色外觀，在該光擴散層44內的光繞射材料是一種具有一小於約150nm的平均粒子尺寸的"奈米粒子"。對於發射具有其它色彩的光之光源而言，該奈米粒子可對應到其它的平均尺寸。例如，用於UV光源的光擴散層44內的光繞射材料可具有一小於約100nm的平均粒子尺寸。
因此，藉由適當的選擇該光散射材料的平均粒子尺寸，將該光擴散層配置成使得其比其它如同藉由該光致發 光材料所發射的色彩(亦即綠光及紅光)更容易散射激勵光(例如，藍光)是可能的。圖10係展示對於紅光、綠光及藍光之相對的光散射相對於TiO2平均粒子尺寸(nm)的圖。如同可從圖10看出的，具有一100nm到150nm的平均粒子尺寸的TiO2粒子散射藍光(450nm到480nm)的可能性是超過它們將會散射綠光(510nm到550nm)或紅光(630nm到740nm)的兩倍。例如，具有一100nm的平均粒子尺寸的TiO2粒子將會散射藍光超過其將會散射綠光或紅光的幾乎三倍(2.9=0.97/0.33)。對於具有一200nm的平均粒子尺寸的TiO2粒子而言，這些粒子將會散射藍光超過它們將會散射綠光或紅光的兩倍(2.3=1.6/0.7)。根據本發明的某些實施例，該光繞射粒子尺寸較佳的是被選擇成使得該些粒子將會散射藍光相對藉由該磷光體材料所產生的光的至少兩倍之多。
遠端的磷光體裝置可藉由本發明的實施例解決的另一問題是發射的光在色彩上隨著發射角度的變化。尤其，當從不同的角度觀看時，遠端的磷光體裝置通常容易在色彩上遭受到可察覺的非均勻性。
本發明的實施例係修正此問題，因為添加一和該波長轉換層46直接接觸的光擴散層44係顯著地增高發射的光的色彩隨著發射角度θ的均勻度。該發射角度θ係相對一發射軸48(圖1)來加以量測。圖4係展示根據本發明的某些範例實施方式的圖1的燈對於波長轉換構件36包括具有0%、7%、12%、16%、23%及35%的光繞射材料相對黏合劑材料的重量百分比(%)填料的擴散層44之量測到的CIE色彩變 化相對於發射角度θ的圖。所有的發射色彩量測都是在相隔該燈10一段10m的距離，對於其中該光擴散層包括具有5μm的平均粒子尺寸的TiO2的光繞射粒子的波長轉換構件來加以量測的。用於對照的是，0%百分比填料的TiO2的資料係對應於一不包含光擴散層的波長轉換構件。
該量測到的色彩變化係從以下關係式導出：
其中CIExθ°是在θ°的發射角度量測到的CIE色度x值，CIEx0°是對於θ=0°的發射角度量測到的CIE色度x值，CIEyθ°是在θ°的發射角度量測到的CIE色度y值，CIEy0°是在θ=0°的發射角度量測到的CIE色度y值。將會體認到的是，該CIE變化係被標準化至發射角度θ=0°的光色彩(亦即，對於θ=0°的CIE變化總是0)。
如同圖4中可見的，對於沒有光擴散層的波長轉換構件(亦即，0%的TiO2填料)而言，藉由此種燈所產生的光的色彩在發射角度高達θ=60°可能改變一接近0.07的CIE變化。相較於根據本發明的一種包含一具有僅7%的TiO2的百分比重量填料的光擴散層44的波長轉換構件36，發射色彩在一60°的範圍上的變化係下降到大約0.045。如同可從此圖看出的，增加TiO2的百分比重量填料係減低發射色彩在一60°的角度範圍上的變化。例如，對於35%的TiO2的百分比重量填料而言，該CIE色彩變化係小於0.001。儘管在發射色彩隨著發射角度上的變化會隨著增加TiO2填料而減小，但是總發射強度亦會減低。
圖5係展示對於本發明的一範例實施方式，在發射角度θ=60°下對於包括具有0%、7%、12%、16%、23%及35%的TiO2相對黏合劑材料的重量百分比(%)填料的擴散層44之波長轉換構件36所量測到的發光效能相對於CIE色彩變化。該些發光效能值係相對於一種不包含光擴散層(亦即，0%的TiO2的填料)的燈而被標準化。在θ=60°的CIE色彩變化係從以下關係式被判斷出：
其中CIEx60°是在60°的發射角度量測到的CIE色度x值，CIEx0°是對於0°的發射角度量測到的CIE色度x值，CIEy60°是在60°的發射角度量測到的CIE色度y值，CIEy0°是在0°的發射角度量測到的CIE色度y值。如同可從圖5看出的，對於一具有一包含35%的重量填料的TiO2的光擴散層之波長轉換構件而言，在發光效能上可能有25%之多的減低。將會體認到的是，當選擇在光擴散層中的光繞射材料的重量百分比填料時，應該在改進發射色彩隨著發射角度的均勻度以及在燈的發光效能上的減低之間取得平衡。根據本發明的某些實施例的波長轉換構件較佳的是具有一光擴散層為具有在一10%到20%的範圍中的光繞射材料相對黏合劑材料的重量百分比填料。
圖6係展示一種3000K白光發光燈10的一範例實施方式對於轉換構件36包括具有0%、10%、15%及20%的TiO2相對黏合劑材料的重量百分比(%)填料的擴散層44所量測到的CIE色彩變化相對於發射角度θ的圖，而圖7係展示對 應的在發射角度θ=60°量測到的發光效能相對於CIE色彩變化。
圖8是展示根據本發明的一範例3000K白光發光LED為基礎的燈對於波長轉換構件包含0%、10%。15%及20%重量百分比填料的TiO2在發射角度θ=0°、15°、30°、45°及60°的發射光的色彩CIEx、CIEy之1931色度圖。用於比較的是，圖8亦包含黑體輻射曲線以及ANSI C78.377A "用於白光固態照明產品的色度的規格"的分別用於3500K及3000K的白光的S與R四角形。每個四角形係等同於大約七個MacAdam橢圓，而每個子四角形(S02、S03、S06、S07、R02、R03、R06、R07)係等同於大約四個McAdam橢圓。如同已知的，一個MacAdam橢圓是在色度圖上的一個區域，該區域係包含對於普通人眼21而言是難以和該橢圓的中心的色彩辨別的所有色彩。如同可從圖8看出的，對於一種不具有光擴散層(0%的TiO2)的燈而言，在θ=0°到60°的範圍上的發射角度的發射色彩上的變化大約是三個MacAdam橢圓。對於一種包含一具有10%重量百分比填料的TiO2的光擴散層之燈而言，發射色彩隨著發射角度的變化係小於兩個MacAdam橢圓，其在發光效能上具有一對應的大約2%的減低(圖7)。對於一種包含一具有15%重量百分比填料的TiO2的光擴散層之燈而言，發射色彩隨著發射角度的變化大約是一個MacAdam橢圓，其在發光效能上具有一對應的大約5%的減低(圖7)。對於此種燈而言，普通人21將會無法察覺發射色彩隨著發射角度的變化。對於一 種包含一具有20%重量百分比填料的TiO2的光擴散層之燈而言，發射色彩隨著發射角度的變化係小於一個MacAdam橢圓，其在發光效能上具有一對應的大約9%的減低(圖7)。將會體認到的是，包含根據本發明的一光擴散層44可以實際消除發射色彩隨著發射角度的變化的影響，同時維持一可接受的發光效能。
考慮到該磷光體材料的相當昂貴的本質，本發明的實施例亦可被利用以降低製造一LED照明產品所需的磷光體材料量，藉此降低製造此種產品的成本。尤其，增加一由光繞射材料的粒子所構成的光擴散層44可以實質降低產生一所選的發射光的色彩所需的磷光體材料量。此係表示相較於相當的習知技術的方法，需要相對較少的磷光體來製造一波長轉換構件。因此，製造利用此種波長轉換構件的照明裝置，特別是遠端的磷光體照明裝置的成本將會是低很多的。
在操作中，該擴散層44係藉由反射光回到該波長轉換層46中以增加光子將會導致光致發光的光的產生之機率。因此，包含一擴散層以及該波長轉換層可以降低產生具有一給定的色彩的發射產物所需的磷光體材料量，例如降低高達40%。
如同先前所指出的，該光擴散層44可被配置成使得其選擇性地散射藉由該些LED所產生的激勵光(例如藍光)超過其散射藉由該磷光體材料所產生的光。此種光擴散層44係確保從該波長轉換層發射的藍光之一較高的比例將會被 該光繞射材料散射並且導引回到該波長轉換層中，此係增加該光子和一磷光體材料粒子相互作用的機率並且導致光致發光的光的產生。同時，磷光體產生的光可以在一較低的被散射的機率下通過該擴散層。由於該擴散層係增加藍光光子和一磷光體材料粒子相互作用的機率，因此可使用較少的磷光體材料以產生一所選的發射色彩。此種配置亦可以增加該波長轉換構件/裝置的發光效能。
該光擴散層44可以結合該波長轉換構件中之額外的散射(或是反射/繞射)粒子來加以利用，以進一步降低產生具有一所選的色彩的發射光所需的磷光體材料量。如同在美國申請案序號13/253,031(其係藉此以其整體被納入作為參考)中所揭露的，一波長轉換構件係包括一種光散射材料(在此亦被稱為"光反射的材料")的粒子，該光散射材料係和該磷光體材料一起被納入以強化藉由該磷光體材料所產生的光致發光的光。該強化的光產生是因為該光反射的材料增加藉由該些發光器所產生的光和該磷光體材料的粒子碰撞的數目。最終結果是用於發光裝置的磷光體材料使用量的減少。
為了解說目前的實施例的此項特點，首先提供習知技術的未混合磷光體與散射粒子的方法之解說是有幫助的。圖11係展示一種LED為基礎的發光裝置之概要圖，其係利用不具有混合在磷光體中的散射粒子之磷光體波長轉換。圖11之已知的裝置係包含一波長轉換構件，該波長轉換構件係包含被均勻地分散在一透光黏合劑124的整個體積的 磷光體材料粒子120。不同於本發明的裝置，該已知的裝置並不包含一種光散射材料的粒子。在操作中，來自該LED的藍光126係藉由該透光黏合劑124所透射，直到其撞擊到一磷光體材料粒子為止。據信平均在10,000次的一光子和一磷光體材料粒子的相互作用中，小到只有1次會產生吸收以及光致發光的光的產生。光子和磷光體粒子的大多數(大約99.9%)的相互作用都會導致該光子的散射。由於該散射過程的等向性本質，平均一半散射的光子將會是在一回到朝向該些LED的方向上。測試係指出通常大約10%的總入射的藍光係被散射並且從該波長轉換構件發射在一回到朝向該些LED的方向上。對於冷白光發光裝置而言，磷光體材料量係被選擇成容許大約10%的總入射的藍光能夠穿過該窗口而發射出，並且貢獻到該發射產物。大多數(大約80%)的入射的光係被該磷光體材料吸收並且再次發射為光致發光的光128。由於光致發光的光所產生的等向性本質，大約一半的藉由該磷光體材料所產生的光128將會被發射在一朝向該些LED的方向上。因此，只有最高(↑)40%的總入射的光將會被發射為具有波長λ2的光128並且貢獻到該發射產物130，而最高(↑)40%的總入射的光係在一回到朝向該些LED的方向上被發射為具有波長λ2的光128。通常朝向該LED發射的光係被一反射器(未顯示)重新導引，以增加該裝置的整體效率。
圖12係展示一種類似於圖11的裝置的操作之概要圖，該裝置係另外包含藉由光反射/散射材料的粒子之光(具 有波長λ1及λ2)的反射或散射。藉由在該磷光體材料包含一種光反射的材料的粒子，此可以降低產生具有一給定的色彩的發射產物所需的磷光體材料量，例如在某些實施例中降低高達33%。光反射的材料的粒子係增加光子撞擊磷光體材料的粒子的機率，並且因此對於具有一給定的色彩之發射產物需要較少的磷光體材料。
圖13是根據本發明的某些實施例的一種發光裝置對於◆-0%、■-0.4%、▲-1.1%以及●-2%的重量百分比填料的光反射的材料之發射強度相對於色度CIEx的圖。該資料是針對網版印刷的磷光體轉換層，其中該黏合劑材料係包括Nazdar的®UV可固化的石版透明罩印PSLC-294，並且該磷光體材料係包括英特曼帝克司公司的具有15μm的平均粒子尺寸之磷光體EY 4453。磷光體材料對透明墨水的重量比例是2：1的比例。該光反射的材料係包括Norcote國際公司的超級白色墨水GN-027SA。該些用於光反射的材料的填料數字係指超級白色墨水對透明墨水的重量百分比。和每個資料點相關的較小的元件符號係指出用來形成該磷光體層的印刷次數的數目"n"。
該磷光體材料及光散射材料(可以是粉末形式)係用已知的比例以和例如是一種聚合物材料(例如，一熱或UV可固化聚矽氧烷或是一環氧樹脂材料)的透光黏合劑材料、或是一種例如是Nazdar的®UV可固化石版透明罩印PSLC-294的透明墨水徹底地混合。該混合物係以一或多層具有均勻厚度的層施加至一基板的面。在一較佳實施例 中，該混合物係藉由網版印刷而被施加至該透光窗口，並且該層的厚度t係受印刷次數的數目所控制。該磷光體/反射的材料之混合物可以利用其它方法來施加，該些方法包含噴墨印刷、旋轉塗覆或是利用一例如是刮漿板的刀片以將該混合物刮在該表面之上(例如，刮刀塗佈)。
將會體認到的是，印刷次數的數目係直接成比例於該磷光體層118的厚度以及磷光體的量。橢圓132、134、136、138係被用來群聚具有實質相同的強度及CIE x值的發射產物之資料點。例如，橢圓132係指出一具有類似的強度及色彩的發射產物可針對包括以下項目的磷光體轉換層118來加以產生：i)在無光反射的材料下為3次印刷、以及ii)在2%填料的光反射的材料下為2次印刷。這些資料係指出藉由包含2%重量填料的光反射的材料，利用一包括約少33%的磷光體材料的磷光體轉換層118來產生相同色彩及強度的光是可能的。橢圓134係指出相同的強度及色彩的發射產物係針對包括以下項目的磷光體轉換層來加以產生：i)在無光反射的材料下為4次印刷、以及ii)在0.4%填料的光反射的材料下為3次印刷。這些資料係指出對於此實施例，藉由包含0.4%重量填料的光反射的材料，相同色彩及強度的光可以利用一包括約少25%的磷光體的磷光體轉換層來加以產生。橢圓136係指出相同強度及色彩的發射產物係針對包括以下項目的磷光體轉換層來加以產生：i)在無光反射的材料下為4次印刷、以及ii)在1.1%填料的光反射的材料下為3次印刷。這些資料係指出藉由包含1.1% 重量填料的光反射的材料，相同色彩及強度的光可以利用一包括約少25%的磷光體的磷光體轉換層來加以產生。橢圓138係指出相同強度及色彩的發射產物係針對包括以下項目的磷光體轉換層來加以產生：i)在0.4%重量填料的光反射的材料下為4次印刷、以及ii)在2%重量填料的光反射的材料下為3次印刷。這些資料係指出藉由包含0.4%重量填料的光反射的材料，相同色彩及強度的光可以利用一包括約少25%的磷光體的磷光體轉換層來加以產生。點140(n=4，1.1%填料)以及點142(n=4，2%填料)係暗示存在一飽和點，超過該飽和點，在光反射的材料填料上的增加係在發射強度上產生一減低，但在色彩上的影響很小。
可想到的是在另外的實施例中係將磷光體及光反射的材料之混合物納入在一透光窗口內。例如，該磷光體及光反射的材料之混合物可以和一透光聚合物混合，並且該聚合物/磷光體之混合物係被模壓或注入模製以形成該波長轉換構件36，其中該磷光體及光反射的材料係被均勻地散佈在該構件的整個體積中。
該光散射材料122係包括一種具有通常是0.9或更高的反射係數之高反射度的粉末的材料。該光反射的材料的粒子尺寸通常是在一0.1μm到10μm的範圍中，並且在一較佳實施例中是在一0.1μm到10μm的範圍之內。光反射的材料相對磷光體材料的重量百分比填料是在一0.1%到10%的範圍中，並且在一較佳實施例中是在一1%到2%的範圍中。光反射的材料的例子係包含氧化鎂(MgO)、二氧化鈦 (TiO2)、硫酸鋇(BaSO4)以及該等的組合。該光反射的材料亦可包括一白色墨水，例如Norcote國際公司的超級白色墨水GN-027SA，其已經包含一種通常是TiO2的高度光反射的材料的粒子。
圖14係描繪根據本發明的一實施例的一種LED為基礎的白光發光裝置之表示圖，其係包含一具有一波長轉換層46的波長轉換構件36，該波長轉換層46係包含磷光體材料粒子120及光散射粒子122的混合物，該混合物被散佈在一透光黏合劑材料124的整個體積中。光散射粒子122的粒子係增加光子撞擊磷光體材料粒子120的機率，並且因此對於具有一給定的色彩的發射產物而言需要較少的磷光體材料。
波長轉換構件36亦包含一擴散層44，該擴散層44係包括在一黏合劑材料150內的光散射粒子152。在該光擴散層44內的光散射粒子152係選擇性地散射藉由該些LED所產生的藍光126超過其散射藉由該磷光體材料120所產生的光128。此種光擴散層44係確保從該波長轉換層46發射的藍光126之一較高的比例將會被該光散射材料152散射並且導引回到該波長轉換層46中，此係增加該光子和磷光體材料粒子120相互作用的機率並且導致光致發光的光的產生。同時，磷光體產生的光可以在一較低的被散射的機率下通過該擴散層44。由於該擴散層44係增加藍光光子和磷光體材料粒子120相互作用的機率，因此可使用較少的磷光體材料來產生一具有觀察者21可見的所選的發射色彩 的發射光130。
因此，一具有散射粒子152的擴散層44以及一亦包含光散射粒子122的波長轉換層46的組合係導致一波長轉換構件需要少很多的磷光體材料120來產生具有一給定的色彩的發射產物。兩組散射粒子122及152係結合地作用以增加光子撞擊磷光體材料120的粒子的機率，並且因此對於一給定的色彩需要較少的磷光體材料。
該兩組散射粒子122及152可具有不同的材料性質。例如，在該波長轉換層46內的散射粒子122可被選擇成具有一相對較大的平均粒子尺寸。在另一方面，在該擴散層44內的散射粒子152可被選擇成具有一相對較小的平均粒子尺寸的奈米粒子，該平均粒子尺寸係被選擇成使得該些粒子152將會散射激勵(通常藍色)光相對超過它們將會散射藉由該光致發光(磷光體)材料所產生的光。因此，某些實施例係採用一種具有一小於約150nm的平均粒子尺寸且通常是具有在一100nm到150nm的範圍中的一平均粒子尺寸之光散射材料152。替代實施例可以實施兩組具有相同或實質相同的粒子尺寸之散射粒子122及152，例如是在該波長轉換層46以及該擴散層44中都採用奈米粒子。
在此揭露的發明概念可被應用至涵蓋任何適當形狀的波長轉換構件。例如，考量到圖15及16中所描繪的LED燈泡200，圖15及16係描繪根據某些實施例的一種利用一波長轉換構件之LED燈泡的應用之立體圖及橫截面圖。該LED燈泡200係欲使用作為習知的白熾或螢光燈泡之一節 約能源的替代物。
該燈泡200係包括一被配置以容納到標準的燈座中之螺旋基座206，例如其係被實施為一標準的螺旋式基座。該燈泡200可進一步包括一由例如是壓鑄鋁所製成之導熱的主體204。該主體204係作用為一散熱器並且耗散由被安裝在一MCPCB(金屬基印刷電路板)之上的發光器112所產生的熱。為了增進從該燈泡200的熱輻射並且藉此增進該燈泡200的冷卻，該主體204可包含一系列緯度的徑向地延伸的散熱鰭片207。
該燈泡200進一步包括一具有一個三維的形狀之波長轉換構件36，例如具有一內部體積之細長的圓頂形狀殼體，該內部體積係藉由其內表面所界定，該內表面係將該些發光器112封入在該內部體積內。該三維的波長轉換構件36係包含和一個三維的波長轉換層701熱接觸的一個三維的透光導熱基板703。
一外殼208係延伸在該LED燈泡200該的上方部分的周圍，其係封入該些LED 112以及該波長轉換構件36。該外殼208是一種透光的材料(例如，玻璃或塑膠)，其係提供保護及/或擴散性質給該LED燈泡200。
該藍光LED裝置112係位在該照明基座204的頂表面上並且在該波長轉換構件36之下，該波長轉換構件36係包括一光擴散層44以及一波長轉換層46。該波長轉換構件36的三維的本質係產生一相當大的形狀，其係圍繞在該內部體積的周圍並且在該些LED 112之上。對於在一照明裝 置200中的波長轉換構件36利用三維的形狀係容許有某些功能優點，例如對於由該照明裝置200所發射的光執行光成形的能力。
然而，這些用於該波長轉換構件36的三維的形狀類型亦對應於一用於該波長轉換構件之相當大的體積，該體積需要被填入足夠的磷光體材料量。利用習知技術的方法，將會需要顯著大量的磷光體材料來製造此種波長轉換構件36。
本發明的實施例可被利用以降低製造此種波長轉換構件36所需的磷光體量。尤其，該波長轉換構件36係包括一相鄰一波長轉換層46的光擴散層44，其中這些層的任一者或兩者可包含一光散射材料。由於在該波長轉換構件36內的散射材料具有散射光的性質，此係降低用於該波長轉換構件36所需的磷光體材料量。
此外，該光擴散層44亦至少部分是根據在該擴散層44內的繞射材料的粒子性質來作用以改善該LED照明裝置200的關斷狀態的色彩外觀。
圖17係描繪本發明的一包括一圓頂狀波長轉換構件36的實施例，該波長轉換構件36係包含一相鄰一波長轉換層46的光擴散層44，其中該光擴散層44以及該波長轉換層46的任一者或兩者係包括光散射粒子。如同其它所述的實施例，在該光擴散層44內的光散射粒子係散射藉由該些LED 112所產生的藍光126超過其散射藉由在該波長轉換層46內的磷光體材料所產生的光128，此係確保從該波長轉 換層46發射的藍光126之一較高的比例將會被該光散射材料152散射並且導引回到該波長轉換層46中，此係增加該光子和磷光體材料粒子相互作用的機率並且導致光致發光的光的產生。同時，磷光體產生的光可以在一較低的被散射的機率下通過該擴散層44。由於該擴散層44係增加藍光光子和磷光體材料粒子相互作用的機率，因此可使用較少的磷光體材料來產生具有一觀察者21可見的所選的發射色彩的發射光130。
圖15-17的三維的波長轉換構件可以利用任何適當的手段來加以製造。例如，一模製製程(例如，注入模製)可被利用來製造該光擴散層44以及波長轉換層46的這兩層。對於該光擴散層44而言，光繞射材料可以和一固體的透光的聚合物材料混合，其中該磷光體材料以及該透光的聚合物材料係進行一加熱過程，該加熱過程係熔化且混合該磷光體材料以及該聚合物材料成為一液體，該液體接著被注入到一模具之中並且接著被冷卻以形成該光擴散層44的最終形狀。對於該波長轉換層46而言，一類似的模製製程可被利用，其中該磷光體材料以及該透光的聚合物材料係被加熱並且汲取到一模具(例如，該光擴散層44)中。一加熱製程將會熔化且混合該磷光體材料以及該聚合物材料，其接著被冷卻以形成該波長轉換層46的最終形狀。熱澆道可被利用來確保有效率的使用該模製製程用的構成成分。真空模製亦可被採用來製造該三維的波長轉換構件。此外，光散射粒子可被引入到該波長轉換層46的材料中，藉此降 低所需的磷光體材料量。
圖18係描繪本發明的包括一個三維的波長轉換構件36之一替代實施例，該波長轉換構件36係包含一圓頂狀光擴散層44。在此實施例中，該波長轉換層46'係填入藉由該光擴散層44的內表面所界定的體積之一大部分，而不是如圖17中所述地被體現為一緊鄰該光擴散層44的薄層。圖18的方法優於圖17的方法之一項可能的優點是將該些LED 112所產生的藍光126轉換成為藉由在該波長轉換層46'內的磷光體材料所產生的光128之增高的轉換效率。然而，一項可能的缺點是可能產生自該波長轉換層46'內的磷光體材料之過度的加熱之負面的效能，因為其係在該些LED 112的附近。
圖19係描繪本發明的另一實施例，其係包括一具有一圓頂狀光擴散層44的波長轉換構件36。在此實施例中，該波長轉換層46 "係填入藉由該光擴散層44所界定的體積之一大部分，但是其中散射粒子亦被散佈在該波長轉換層46"內。在該波長轉換層46 "內的散射粒子係具有散射光的性質，其係降低用於該波長轉換構件36所需的磷光體材料量。此外，在該光擴散層44內的光繞射材料係作用以改善該LED照明裝置200的關斷狀態的色彩外觀，同時亦降低用於該波長轉換層46"所需的磷光體材料量。
圖18及19的波長轉換構件都可以利用任何適當的手段來加以製造。例如，一模製製程(例如，注入模製或真空模製)可被利用來製造該光擴散層44。對於該光擴散層44 而言，光繞射材料可以和一固體的透光的聚合物材料(例如，具有聚合物顆粒的形式)混合，其係被加熱並且注入到一具有該光擴散層44所要的形狀之模具中。該加熱製程將會在該模具中熔化且混合該光繞射材料以及該聚合物材料，其接著被冷卻以形成該光擴散層44的最終形狀。對於該波長轉換層而言，該磷光體材料可以和一液體黏合劑材料混合，其中該所產生的混合物係被倒入藉由該光擴散層44的內表面所形成的內部體積中。一固化製程係接著被採用以固化非其最後形式的波長轉換層。散射粒子亦可被置放到該磷光體/黏合劑混合物中，以降低所需的磷光體量。
根據本發明的另一實施例的一種高CRI固態發光裝置10現在將會參考圖9來加以描述，圖9係展示該裝置之概要的部分剖視平面圖及截面圖。該裝置10係被配置以產生具有一3000K的CCT、一大約1100流明的光通量以及一大於90的CRI(演色性指數)之暖白光。該裝置10係和圖1實質相同，並且另外包括一或多個紅光發光LED(紅光LED)50。如同圖9中所示，該些紅光LED可包括一封裝的陣列的紅光LED晶片。該些紅光LED晶片可包括AlGaAs(鋁鎵砷)、GaAsP(磷化鎵砷)、AlGaInP(磷化鋁鎵銦)或是GaP(磷化鎵)LED，其係可運作以產生具有一在610nm到670nm的波長範圍中之峰值波長λ3的紅光52。該裝置10的發射產物38係包括藉由該些LED 24、50所產生之組合的藍光28(λ1)及紅光52(λ3)以及藉由該磷光體波長轉換構件36所產生之光致發光的光38。圖9的裝置10的操作係類似於圖1的裝 置的操作，因而並未進一步加以敘述。圖9的裝置之最初的測試係指出該光擴散層44係藉由混合該紅光、藍光以及磷光體產生的光來增進該裝置之角度上的發射色彩均勻度。
圖20A、20B及20C係描繪根據本發明的某些實施例的一種波長轉換構件的應用之一例子。圖20A、20B及20C係描繪根據某些實施例的一種利用遠端的波長轉換之LED下照燈1000。圖20A是該LED下照燈1000之分解立體圖，圖20B是該下照燈1000之端視圖，並且圖20C是該下照燈1000之截面圖。該下照燈1000係被配置以產生具有650-700流明的發射強度以及60°的標稱光束角(寬泛光式)的光。其係打算被使用作為習知白熾的六吋下照燈之一節約能源的替代物。
該下照燈1000係包括一中空大致圓柱形的導熱的主體1001，其係由例如是壓鑄鋁所製成。該主體1001係作用為一散熱器並且耗散該些LED 1007所產生的熱。為了增進從該下照燈1000的熱輻射並且藉此增進該發光裝置1000的冷卻，該主體1001可包含位在朝向該主體1001的基座之一系列緯度的成螺旋形地延伸的散熱鰭片1003。為了進一步增進熱的輻射，該主體的外表面可被處理以增進其發射率(emissivity)，例如塗成黑色或是陽極處理(anodized)。該主體1001進一步包括一大致截頭錐的(亦即，一圓錐體的頂端係藉由一平行於該基座的平面來截頭的)軸向室1005，該軸向室1005係從該主體的前面延伸主體長度的大約三分之 二的深度。該主體1001的形狀因數係被配置以使得該下照燈能夠直接修改到一在美國普遍使用的標準的六吋下照燈的燈具(容器)中。
四個固態發光器1007係被安裝為在一圓形的MCPCB 1009上的一方形陣列。如同已知的，MCPCB係包括一分層式結構，其係由一通常是鋁的金屬核心基底、一熱傳導/電氣絕緣的介電層、以及一用於以一所要的電路配置來電連接電氣構件的銅電路層所構成。該MCPCB 1009的金屬核心基底係藉助於一種例如是包含鈹氧化物或鋁氮化物之標準的散熱化合物的熱傳導化合物而被安裝，以透過該室1005的底板和該主體熱連通。該MCPCB 1009可藉由一或多個螺絲、螺栓或是其它機械的緊固件來加以機械式固定到該主體底板。
該下照燈1000進一步包括一圍繞發光器1007的陣列之中空的大致圓柱形的光反射的室壁遮罩1015。該室壁遮罩1015可以是由一種塑膠材料所做成，並且較佳的是具有一白色或是其它光反射的表面處理。波長轉換構件36可以利用例如是一環狀的鋼夾而被安裝成覆蓋該室壁遮罩1015的前面，該鋼夾係具有可彈性變形的倒鉤，該些倒鉤係嚙和該主體中之對應的孔。該波長轉換構件36係位在該些發光裝置1007的遠端。
如上所述，該波長轉換構件36係包括相鄰一波長轉換層46的一光擴散層44。藉由將該波長轉換層46設置成相鄰一光擴散層44，在該光擴散層44內的光散射粒子係散射 藉由該些發光器1007所產生的藍光超過其散射藉由在該波長轉換層46內的磷光體材料所產生的光。此係確保從該波長轉換層46發射的藍光之一較高的比例將會被該光散射材料散射並且導引回到該波長轉換層46中，此係增加該光子和磷光體材料粒子相互作用的機率並且導致光致發光的光的產生。同時，磷光體產生的光可以在一較低的被散射的機率下通過該擴散層44。由於該擴散層44係增加藍光光子和磷光體材料粒子相互作用的機率，因此可使用較少的磷光體材料來產生具有一所選的發射色彩的發射光。此外，在其關斷狀態期間，該擴散層44亦作用以改善該燈1000的白色色彩。
該下照燈1000進一步包括一光反射罩1025，該罩1025係被配置以界定該下照燈之所選的發射角度(光束角，在此例子中亦即為60°)。該罩1025係包括一大致圓柱形的外殼，其係具有三個連續的(相連的)內部光反射的截頭錐的表面。該罩1025較佳的是由具有一金屬化層的丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(ABS)所做成。最後，該下照燈1000可包括一同樣可以是由ABS製成的環狀的邊緣(表框)1027。
圖21A、21B及21C係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之另一例子。圖21A、21B及21C係描繪根據某些實施例的一種利用遠端的波長轉換之LED下照燈1100。圖21A是該LED下照燈1100之分解立體圖，圖21B是該下照燈1100之端視圖，並且圖21C是該下照燈1100之截面圖。該下照燈1100係被配置以產生具有650-700流 明的發射強度以及60°的標稱光束角(寬泛光式)的光。其係打算被使用作為習知白熾的六吋下照燈之一節約能源的替代物。
圖21A、21B及21C的下照燈1100係和圖20A、20B及20C的下照燈1000實質相同的。為了討論之目的，只有該下照燈1100相對於圖20A、20B及20C的實施例為新的特點才會加以描述。
儘管圖20A、20B及20C的波長轉換構件36具有一個二維的形狀(例如是實質平面的)，但圖21A、21B及21C的波長轉換構件700係具有一個三維的形狀(例如，細長的圓頂狀的外殼)。該三維的波長轉換構件700係包含一個三維的透光導熱基板703，該透光導熱基板703係和一個例如是在以上圖7中所述的波長轉換構件700之三維的波長轉換層701熱接觸。該波長轉換構件亦可被安裝以封入該室壁遮罩1015的前面。
如上所論述，藉由將該波長轉換層701設置成相鄰一光擴散層703，在該光擴散層703內的光散射粒子係散射藉由該些發光器1007所產生的藍光超過其散射藉由該波長轉換層701內的磷光體材料所產生的光。此係確保從該波長轉換層701發射的藍光之一較高的比例將會被該光散射材料散射並且導引回到該波長轉換層700中，此係增加該光子和磷光體材料粒子相互作用的機率並且導致光致發光的光的產生。因此，需要較少的磷光體材料來產生具有一所選的發射色彩的發射光。此外，在其關斷狀態期間，該擴 散層703亦改善該燈1100的白色色彩。
圖22係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之另一例子，其係展示根據某些實施例的一種利用遠端的波長轉換之反射燈1200之分解立體圖。該反射燈1200係被配置以產生具有650-700流明的發射強度以及60°的標稱光束角(寬泛光式)的光。其係打算被使用作為習知白熾的六吋下照燈之一節約能源的替代物。
該反射燈1200係包括一大致矩形導熱的主體1201，其係由例如是壓鑄鋁所製成。該主體1201係作用為一散熱器並且耗散由該發光裝置10 "所產生的熱。為了增進從該反射燈1200的熱輻射並且藉此增進該發光裝置10"的冷卻，該主體1201可包含位在該主體1201的側邊上之一系列的散熱鰭片1203。該主體1201的形狀因數係被配置以使得該反射燈能夠直接修改到一在美國普遍使用的標準的六吋下照燈的燈具(容器)中。
該波長轉換構件36可被實施成具有一相鄰一光擴散層的波長轉換層，使得在該光擴散層內的光散射粒子散射藍光超過其散射藉由該波長轉換層內的磷光體材料所產生的光。因此，需要較少的磷光體材料來產生具有一所選的發射色彩的發射光。此外，在其關斷狀態期間，該擴散層亦改善該燈1200的白色色彩。
該反射燈1200進一步包括一大致截頭錐的光反射器1205，該光反射器1205係具有一拋物面光反射的內表面，其係被配置以界定該下照燈之所選的發射角度(光束角，在 此例子中亦即為60°)。該反射器1205較佳的是由具有一金屬化層的丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(ABS)所做成。
圖23A及23B係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之另一例子。圖23A及23B係描繪根據某些實施例的一種利用遠端的波長轉換的LED線型燈1300。圖23A是該線型燈1300之三維的立體圖，並且圖23B是該線型燈1300之橫截面圖。該LED線型燈1300係欲被使用作為習知的白熾或螢光管燈之一節約能源的替代物。
該線型燈1300係包括一由例如是模壓的鋁所製成之細長的導熱的主體1301。該主體1301的形狀因數係被配置以被安裝於一標準的線型燈殼體中。該主體1301進一步包括一第一凹陷通道1304，其中一包含該線型燈1300的某些電氣構件(例如，電線)之矩形管狀的殼體1307可以位在該第一凹陷通道1304中。該殼體1307可進一步包括一在一端延伸超出該主體1301的長度之電連接器1309(例如，插頭)，以及一被配置以在另一端接收一連接器之凹陷互補的插座(未顯示)。此係容許數個線型燈1300能夠串聯連接以涵蓋一所要的區域。個別的線型燈1300在長度上的範圍可以從1呎到6呎。
該主體1301係作用為一散熱器並且耗散由該些發光器1303所產生的熱。為了增進從該線型燈1300的熱輻射並且藉此增進該些發光器1303的冷卻，該主體1301可包含位在該主體1301的側邊上之一系列的散熱鰭片1302。為了進一步增進從該線型燈1300的熱輻射，該主體1301的外表 面可被處理以增進其發射率，例如塗成黑色或是陽極處理。
發光器1303係被安裝在一長條(矩形)MCPCB 1305之上，該MCPCB 1305被配置以位在該第一凹陷通道1304之上。該MCPCB 1305的下表面係處於和一第二凹陷通道1306熱接觸，該第二凹陷通道1306係包含傾斜壁1308。
一大致半球狀的細長的波長轉換構件1311可被設置在該些發光器1303的遠端。該波長轉換構件1311可以藉由將波長轉換構件1311滑到在該傾斜壁1308之下以使得波長轉換構件1311和傾斜壁1308嚙合而被固定在該第二凹陷通道1306內。
該波長轉換構件1311可包含一半球狀的細長的光擴散層1313以及一半球狀的細長的波長轉換層1315。如上所論述，需要較少的磷光體材料來產生具有一所選的發射色彩的發射光。此外，在其關斷狀態期間，該擴散層亦改善該燈1300的白色色彩。
在替代的實施例中，該線型燈的波長轉換構件可被配置成一大致平面的長條形狀。在此種實施例中，將會體認到的是該第二凹陷通道可替代地具有垂直壁，該些垂直壁係延伸成容許該波長轉換構件能夠被該第二凹陷通道所容納。
圖24係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的另一應用之立體圖。圖24係描繪一種利用遠端的波長轉換之LED提燈1500。該LED光提燈1500係欲被使用作為習知的煤氣及螢光提燈(例如，野營提燈)之一節約能源的替代 物。
該提燈1500係包括一由例如是塑膠材料或是壓製的金屬所製成之大致圓柱形的導熱的主體1501。該主體1501進一步包含一內部的散熱器，其耗散由該些被安裝到一圓形的MCPCB 1505之上的發光器1503所產生的熱。該MCPCB 1505可以是和該主體1501熱接觸。
該提燈1500係包括一個從該MCPCB 1505延伸之三維的(例如，細長的圓頂狀的外殼)波長轉換構件700，例如是在以上圖17、18或19中所述者。儘管只有描繪該波長轉換構件700的一外部表面，但重要的是注意到該三維的波長轉換構件700可包含一相鄰一個三維的波長轉換層之三維的光擴散層。如上所論述，此配置允許較少的磷光體材料被用來產生具有一所選的發射色彩的發射光。此外，在其關斷狀態期間，該擴散層亦改善該燈的白色色彩。
一透光覆蓋(例如，塑膠)1507可以延伸在該提燈的上方部分的周圍，其係圍繞該些LED 1503以及該波長轉換構件700。該透光覆蓋1507係包括一種透光的材料(例如玻璃或塑膠)，其係提供保護及/或擴散性質給該LED提燈1500。該提燈1500可進一步包括一位在該玻璃容器的頂端上的蓋子，以封入該些發光器1503以及該波長轉換構件700。
以上發光裝置的應用係描述一種遠端的波長轉換的配置，其中一波長轉換構件係在一或多個發光器的遠端。該波長轉換構件以及該些發光裝置的主體係界定該些發光器被設置在其中的一內部體積。該內部體積亦可被稱為一光 混合室。例如，在圖20A、20B、20C、21A、21B及21C的下照燈1000、1100中，一內部體積1029係藉由該下照燈的波長轉換構件36'、700、光反射的室遮罩1015、以及主體1001所界定。在圖23A及23B的線型燈1300中，一內部體積1325係藉由該線型燈的波長轉換構件1311及主體1301所界定。在圖15及16的燈泡200中，一內部體積1415係藉由該燈泡的第一波長轉換構件36及主體204所界定。此種內部體積係提供該波長轉換構件與該些發光器的實體分開(空氣間隙)，此係改善該發光裝置的熱特徵。由於光致發光的光產生之等向性的本質，藉由該磷光體材料所產生的光的大約一半可以在一朝向該些發光器的方向上發射並且可以最終是在該光混合室中。據信平均10,000次的一光子和一磷光體材料粒子的相互作用只有低到1次的相互作用會導致吸收以及光致發光的產生。光子和一磷光體粒子的大多數(大約99.99%)的相互作用係導致該光子的散射。由於該散射過程的等向性本質，因此平均一半的散射的光子將會是在一朝向回到該些發光器的方向上。因此，高達一半的未被該磷光體材料吸收之藉由該些發光器所產生的光亦可以最終回到該光混合室中。為了最大化從該裝置的發光並且改善該發光裝置的整體效率，該混合室的內部體積係包含光反射的表面，以重新導引在該內部體積中的光朝向該波長轉換構件並且離開該裝置。該光混合室亦可以運作以在該室內混合光。該光混合室可以藉由該波長轉換構件結合該裝置的另一構件，例如一裝置主體或殼體來加 以界定(例如，圓頂狀波長轉換構件係封入位在裝置主體的基座上的發光器以界定光混合室、或是平面的波長轉換構件係被置放在一室狀的構件上以封入位在裝置主體的基座上且被該室狀的構件所圍繞的發光器以界定光混合室)。例如，圖20A、20B、20C、21A、21B及21C的下照燈1000、1100係包含一包括光反射的材料之MCPCB 1009(該些發光器1007被安裝在其上)以及一光反射的室壁遮罩1015，以促進光被反射回到該內部體積而朝向該波長轉換構件36'、700的重新導引。圖23A及23B的線型燈1300係包含一包括光反射的材料之MCPCB 1305(該些發光器1303被安裝在其上)，以促進光被反射回到該內部體積而朝向該波長轉換構件1311的重新導引。圖12A及12B的燈泡200亦包含一該些發光器112被安裝在其上之MCPCB 1405，以促進光被反射回到該內部體積而朝向該波長轉換構件36的重新導引。
以上發光裝置的應用僅描述所主張的發明能夠應用的一些實施例。重要的是應注意到所主張的發明可被應用至其它類型的發光裝置的應用，其包含但不限於：壁燈、吊燈、大吊燈、崁燈、軌道燈、強光燈、舞台燈、電影燈光、路燈、探照燈、指標燈、安全燈、交通號誌、頭燈、尾燈、招牌、等等。
因此，已經敘述的是一種新穎的波長轉換構件，其係包括一光擴散層。在該光擴散層內的光繞射粒子係被選擇成具有一尺寸以使得該些粒子將會散射藉由該些LED所產 生的藍光相對超過它們將會散射藉由一波長轉換層所產生的光，例如其中該些粒子具有一小於約150nm的平均粒子尺寸。此種利用該光擴散層結合該波長轉換層之方法係解決發射光的色彩隨著發射角度的變化或非均勻性之問題。此外，該照明裝置在其關斷狀態的色彩外觀可藉由實施該光擴散層結合該波長轉換層而被改善。再者，可在實施磷光體為基礎的LED裝置所需的磷光體材料量上達成顯著的降低。
將會體認到的是，本發明並不限於所述的範例實施例，並且可在本發明的範疇內做成變化。例如，儘管本發明的裝置已經被敘述為包括一或多個LED，但該些裝置可包括其它固態光源，例如雷射二極體或雷射。
10‧‧‧固態發光裝置
12‧‧‧主體
14‧‧‧基座
16‧‧‧壁部分
18‧‧‧頂端
20‧‧‧螺絲(螺栓)
21‧‧‧觀察者
22‧‧‧突片
24‧‧‧藍光LED
26‧‧‧MCPCB(金屬基印刷電路板)
28‧‧‧藍光
30‧‧‧螺絲(螺栓)
32‧‧‧光反射的表面(碟片)
34‧‧‧光反射的表面(套管)
36、36'‧‧‧波長轉換構件
38‧‧‧光
40‧‧‧發射產物
42‧‧‧透光基板
44‧‧‧光擴散層
46、46'、46"‧‧‧波長轉換層
48‧‧‧發射軸
50‧‧‧紅光LED
52‧‧‧紅光
112‧‧‧發光器
118‧‧‧磷光體層
120‧‧‧磷光體材料粒子
122‧‧‧光散射材料(粒子)
124‧‧‧透光黏合劑
126‧‧‧藍光
128‧‧‧光致發光的光
130‧‧‧發射產物
132、134、136、138‧‧‧橢圓
150‧‧‧黏合劑材料
152‧‧‧光散射粒子
200‧‧‧LED燈泡
204‧‧‧主體
206‧‧‧螺旋基座
207‧‧‧散熱鰭片
208‧‧‧外殼
700‧‧‧波長轉換構件
701‧‧‧波長轉換層
703‧‧‧透光導熱基板
1000‧‧‧LED下照燈
1001‧‧‧主體
1003‧‧‧散熱鰭片
1005‧‧‧軸向室
1007‧‧‧LED(發光器)
1009‧‧‧MCPCB
1015‧‧‧室壁遮罩
1025‧‧‧光反射罩
1027‧‧‧邊緣(表框)
1029‧‧‧內部體積
1100‧‧‧LED下照燈
1200‧‧‧反射燈
1201‧‧‧主體
1203‧‧‧散熱鰭片
1205‧‧‧光反射器
1300‧‧‧LED線型燈
1301‧‧‧主體
1302‧‧‧散熱鰭片
1303‧‧‧發光器
1304‧‧‧第一凹陷通道
1305‧‧‧MCPCB
1306‧‧‧第二凹陷通道
1307‧‧‧殼體
1308‧‧‧傾斜壁
1309‧‧‧電連接器
1311‧‧‧波長轉換構件
1313‧‧‧光擴散層
1315‧‧‧波長轉換層
1325‧‧‧內部體積
1415‧‧‧內部體積
1500‧‧‧LED光提燈
1501‧‧‧主體
1503‧‧‧發光器
1505‧‧‧MCPCB
1507‧‧‧透光覆蓋
為了更加瞭解本發明，根據本發明的LED為基礎的發光裝置以及磷光體波長轉換構件現在將會僅藉由舉例，參考所附的圖式來加以描述，其中相同的元件符號係被用來指出類似的部件，並且其中：圖1係展示根據本發明的一實施例的一種固態發光裝置之概要的部分剖視平面圖及截面圖；圖2是根據本發明的一實施例的一種磷光體波長轉換構件之概要圖；圖3是根據本發明的另一實施例的一種磷光體波長轉換構件之概要圖； 圖4係展示圖1的裝置對於磷光體波長轉換構件包含0%、7%、12%、16%、23%及35%重量填料的光繞射材料之發射色彩變化相對於發射角度的圖；圖5是圖1的裝置在發射角度θ=60°的發光效能(標準化的)相對於發射色彩變化的圖；圖6係展示根據本發明的一種暖白色(3000K)固態發光裝置對於波長轉換構件包含不同的0%、10%、15%及20%重量百分比填料的光繞射材料之發射色彩變化相對於發射角度的圖；圖7是該暖白色發光裝置對於波長轉換構件包含不同的0%、10%、15%及20%重量百分比填料的光繞射材料在發射角度θ=60°的發光效能(標準化的)相對於發射色彩變化的圖；圖8是展示該暖白色發光裝置對於波長轉換構件包含0%、10%。15%以及20%重量百分比填料的光繞射材料在發射角度θ=0°、15°、30°、45°及60°的發射色彩之1931 C.I.E.(國際照明委員會)色度圖；圖9係展示根據本發明的另一實施例的一種高CRI固態發光裝置之概要的部分剖視平面圖及截面圖；圖10係展示對於紅光、綠光及藍光之相對的光散射相對於光繞射粒子尺寸(nm)的圖；圖11是描繪一已知的發光裝置的操作原理之概要圖；圖12是描繪根據本發明的一實施例的具有和磷光體粒子混合的散射粒子之發光裝置的操作原理之概要圖； 圖13是根據本發明的一種以LED為基礎的發光裝置對於不同的重量百分比填料的光反射的材料之發射強度相對於色度CIE x的圖；圖14是描繪根據本發明的一實施例的一種具有散射粒子在一波長轉換層以及一擴散層內的發光裝置之概要圖；圖15及16係分別描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之立體圖及橫截面圖；圖17是描繪根據本發明的一實施例的一種具有一形成為圓頂狀外殼的擴散層之發光裝置的概要圖，其中一波長轉換層係在該圓頂狀擴散層的一內表面上形成一內部層；圖18是描繪根據本發明的一實施例的一種具有一形成為圓頂狀外殼的擴散層之發光裝置的概要圖，其中一波長轉換層係實質填入藉由該圓頂狀擴散層的內表面所形成的一內部體積；圖19是描繪根據本發明的一實施例的一種具有一形成為圓頂狀外殼的擴散層之發光裝置的概要圖，其中一具有散射粒子的波長轉換層係實質填入藉由該圓頂狀擴散層的內表面所形成的一內部體積；圖20A、20B及20C係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之一例子；圖21A、21B及21C係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之另一例子；圖22係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之另一例子； 圖23A及23B係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的應用之另一例子；以及圖24係描繪根據某些實施例的一種波長轉換構件的另一應用之立體圖。
10‧‧‧固態發光裝置
12‧‧‧主體
14‧‧‧基座
16‧‧‧壁部分
18‧‧‧頂端
20‧‧‧螺絲(螺栓)
22‧‧‧突片
24‧‧‧藍光LED
26‧‧‧MCPCB(金屬基印刷電路板)
28‧‧‧藍光
30‧‧‧螺絲(螺栓)
32‧‧‧光反射的表面(碟片)
34‧‧‧光反射的表面(套管)
36‧‧‧波長轉換構件
40‧‧‧發射產物
48‧‧‧發射軸

Claims (23)

  1. 一種用於一發光裝置之波長轉換構件，其係包括：至少一光致發光材料；以及一光散射材料，其中該光散射材料係具有一平均粒子尺寸，該平均粒子尺寸係被選擇成使得該光散射材料將會散射來自一輻射來源的激勵光相對超過該光散射材料將會散射藉由該至少一光致發光材料所產生的光。
  2. 如申請專利範圍第1項之波長轉換構件，其中該光散射材料係散射該激勵光為藉由該至少一光致發光材料所產生的光的至少兩倍之多。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之波長轉換構件，其中該激勵光係包括藍光。
  4. 如申請專利範圍第2項之波長轉換構件，其中該光散射材料係具有一小於約150nm的平均粒子尺寸。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之波長轉換構件，其中該光散射材料係從由下列所組成的群組中選出：二氧化鈦、硫酸鋇、氧化鎂、二氧化矽以及鋁氧化物。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之波長轉換構件，其中該至少一光致發光材料係位在一波長轉換層中，並且該光散射材料係位在一擴散層中。
  7. 如申請專利範圍第6項之波長轉換構件，其中該波長轉換層以及該光擴散層係彼此直接接觸。
  8. 如申請專利範圍第6項之波長轉換構件，其中該波長轉換層係包括該至少一磷光體材料以及一透光黏合劑的一 混合物，並且該光擴散層係包括該光散射材料以及該透光黏合劑的一混合物。
  9. 如申請專利範圍第8項之波長轉換構件，其中該透光黏合劑係包括一從由下列所組成的群組中選出的可固化液態聚合物：一聚合物樹脂、一單體樹脂、一丙烯酸酯、一環氧樹脂、一聚矽氧烷以及一氟化聚合物。
  10. 如申請專利範圍第8項之波長轉換構件，其中光散射材料相對黏合劑的重量填料係從由下列所組成的群組中選出：7%到35%以及10%到20%。
  11. 如申請專利範圍第6項之構件，其中該波長轉換層以及光擴散層係利用一種從由下列所組成的群組中選出之方法來加以沉積：網版印刷、狹縫式塗佈、旋轉塗覆、滾筒塗佈、洩降塗佈以及刮刀塗佈。
  12. 如申請專利範圍第6項之波長轉換構件，其中該波長轉換層以及該光擴散層係實質平面的。
  13. 如申請專利範圍第項之波長轉換構件，其中該光擴散層係包括一圓頂或細長的圓頂形狀。
  14. 如申請專利範圍第13項之波長轉換構件，其中該波長轉換層係填入一形成在該圓頂或細長的圓頂形狀之下的體積中。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之波長轉換構件，其中該至少一光致發光材料以及該光散射材料都位在一波長轉換層中。
  16. 如申請專利範圍第1或2項之波長轉換構件，其中 該光散射材料係具有在一從由下列所組成的群組中選出之範圍中的一平均粒子尺寸：1μm到50μm以及10μm到20μm。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之波長轉換構件，其中該至少一光致發光材料係沉積到一透光基板之上，並且該透光基板係從由下列所組成的群組中選出：一聚碳酸酯、一丙烯酸酯以及一玻璃。
  18. 一種發光裝置，其係包括：至少一可運作以產生激勵光的固態發光器；至少一光致發光材料；以及一光散射材料，其中該光散射材料係具有一平均粒子尺寸，該平均粒子尺寸係被選擇成使得該光散射材料將會散射來自一輻射來源的激勵光相對超過該光散射材料將會散射藉由該至少一光致發光材料所產生的光。
  19. 如申請專利範圍第18項之發光裝置，其中該光散射材料的平均粒子尺寸係被選擇以改善該發光裝置的一關斷狀態的白色外觀。
  20. 如申請專利範圍第18或19項之發光裝置，其中該光散射材料的平均粒子尺寸係被選擇以對於來自該發光裝置的在偏離一發射軸超過±60°的發射角度範圍發射出的光獲得實質均勻的色彩。
  21. 如申請專利範圍第18或19項之發光裝置，其中該光散射材料相對一黏合劑的重量填料係從由下列所組成的群組中選出：7%到35%以及10%到20%。
  22. 如申請專利範圍第18或19項之發光裝置，其中該 激勵光係包括藍光，並且該光散射材料係散射該藍光為藉由該至少一光致發光材料所產生的光的至少兩倍之多。
  23. 如申請專利範圍第18或19項之發光裝置，其中該光散射材料係具有一小於約150nm的平均粒子尺寸。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI557368B (zh) * 2014-02-12 2016-11-11 Long-Jun Zheng Shade structure
US9541682B2 (en) 2014-08-22 2017-01-10 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Display device
TWI737846B (zh) * 2016-11-10 2021-09-01 荷蘭商露明控股公司 Led發光單元及其製造方法

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6107510B2 (ja) * 2013-07-25 2017-04-05 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法
CN103823258B (zh) * 2014-01-23 2017-04-19 太湖金张科技股份有限公司 一种阻隔蓝光扩散膜
CN106796973B (zh) 2014-09-02 2020-08-11 亮锐控股有限公司 发光设备
US20180016496A1 (en) * 2015-02-09 2018-01-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Phosphor, wavelength conversion member, and photovoltaic device
CN107430303B (zh) * 2015-04-02 2021-03-09 凸版印刷株式会社 量子点保护膜以及使用其而得到的波长变换片及背光单元
US10066160B2 (en) 2015-05-01 2018-09-04 Intematix Corporation Solid-state white light generating lighting arrangements including photoluminescence wavelength conversion components
US10330267B2 (en) * 2015-09-03 2019-06-25 Sharp Kabushiki Kaisha Light emission body and illumination device
KR102344303B1 (ko) * 2015-10-30 2021-12-28 엘지디스플레이 주식회사 광변환 시트 및 그를 포함하는 백라이트 유닛
US9683730B1 (en) * 2016-02-08 2017-06-20 Parhelion Incorporated System and method of optimizing white light
JP7030057B2 (ja) * 2016-03-10 2022-03-04 ルミレッズ ホールディング ベーフェー Ｌｅｄモジュール
CN107004750A (zh) * 2016-08-12 2017-08-01 深圳通感微电子有限公司 纳米材料发光器件及纳米材料发光器件的封装方法
DE102016119002B4 (de) * 2016-10-06 2022-01-13 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements
KR102430426B1 (ko) * 2017-04-03 2022-08-08 인터매틱스 코포레이션 컬러 액정 디스플레이 및 디스플레이 백라이트
US11119263B2 (en) * 2017-06-22 2021-09-14 Xerox Corporation System and method for image specific illumination of image printed on optical waveguide
WO2019059065A1 (ja) * 2017-09-21 2019-03-28 株式会社小糸製作所 灯具
US11422448B2 (en) 2018-04-28 2022-08-23 Materion Precision Optics (Shanghai) Limited High efficiency and uniformity white light generator stimulated by laser
CN110797447A (zh) * 2018-08-01 2020-02-14 中华映管股份有限公司 波长转换膜
KR102031936B1 (ko) * 2019-05-31 2019-10-14 주식회사 비알인포텍 디밍 제어를 보조하는 옥외용 led 조명등의 제조 방법
US20230236063A1 (en) * 2022-01-24 2023-07-27 Analytik Jena Us Llc Light conversion device with high uniformity

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4191943A (en) * 1976-10-18 1980-03-04 Fairchild Camera And Instrument Corporation Filler-in-plastic light-scattering cover
TW383508B (en) 1996-07-29 2000-03-01 Nichia Kagaku Kogyo Kk Light emitting device and display
JP4171107B2 (ja) * 1998-07-09 2008-10-22 スタンレー電気株式会社 面状光源
US6653765B1 (en) * 2000-04-17 2003-11-25 General Electric Company Uniform angular light distribution from LEDs
US6686676B2 (en) * 2001-04-30 2004-02-03 General Electric Company UV reflectors and UV-based light sources having reduced UV radiation leakage incorporating the same
US7601276B2 (en) 2004-08-04 2009-10-13 Intematix Corporation Two-phase silicate-based yellow phosphor
US7390437B2 (en) 2004-08-04 2008-06-24 Intematix Corporation Aluminate-based blue phosphors
US7575697B2 (en) 2004-08-04 2009-08-18 Intematix Corporation Silicate-based green phosphors
US7311858B2 (en) 2004-08-04 2007-12-25 Intematix Corporation Silicate-based yellow-green phosphors
US7541728B2 (en) 2005-01-14 2009-06-02 Intematix Corporation Display device with aluminate-based green phosphors
TWM275537U (en) * 2005-05-06 2005-09-11 Lighthouse Technology Co Ltd Light-emitting diode package, cold cathode flurescence lamp and photoluminescence material thereof
KR100927154B1 (ko) 2005-08-03 2009-11-18 인터매틱스 코포레이션 실리케이트계 오렌지 형광체
KR100771806B1 (ko) * 2005-12-20 2007-10-30 삼성전기주식회사 백색 발광 장치
RU2407110C2 (ru) 2006-01-24 2010-12-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Светоизлучающее устройство
TWM313790U (en) * 2006-07-13 2007-06-11 Exploit Technology Co Ltd Light emission and diffusion element
WO2008043519A1 (en) * 2006-10-10 2008-04-17 Lexedis Lighting Gmbh Phosphor-converted light emitting diode
US7648650B2 (en) 2006-11-10 2010-01-19 Intematix Corporation Aluminum-silicate based orange-red phosphors with mixed divalent and trivalent cations
JP5230171B2 (ja) * 2007-06-05 2013-07-10 シャープ株式会社 発光装置、発光装置の製造方法、電子機器および携帯電話機
KR101374897B1 (ko) * 2007-08-14 2014-03-17 서울반도체 주식회사 산란수단을 갖는 ｌｅｄ 패키지
WO2009093163A2 (en) * 2008-01-22 2009-07-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Illumination device with led and a transmissive support comprising a luminescent material
US9287469B2 (en) * 2008-05-02 2016-03-15 Cree, Inc. Encapsulation for phosphor-converted white light emitting diode
US20090283721A1 (en) 2008-05-19 2009-11-19 Intematix Corporation Nitride-based red phosphors
US8274215B2 (en) 2008-12-15 2012-09-25 Intematix Corporation Nitride-based, red-emitting phosphors
JP5373914B2 (ja) * 2008-09-23 2013-12-18 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 電気的可変散乱素子を具備する照明装置
JP2012504860A (ja) * 2008-10-01 2012-02-23 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 光抽出の増加及び非黄色のオフ状態色のための封止材における粒子を含むｌｅｄ
DE102008054029A1 (de) * 2008-10-30 2010-05-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil
WO2010106478A1 (en) * 2009-03-19 2010-09-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Color adjusting arrangement
US8415692B2 (en) * 2009-07-06 2013-04-09 Cree, Inc. LED packages with scattering particle regions
US8110839B2 (en) * 2009-07-13 2012-02-07 Luxingtek, Ltd. Lighting device, display, and method for manufacturing the same
JP5707697B2 (ja) * 2009-12-17 2015-04-30 日亜化学工業株式会社 発光装置
US8771577B2 (en) * 2010-02-16 2014-07-08 Koninklijke Philips N.V. Light emitting device with molded wavelength converting layer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI557368B (zh) * 2014-02-12 2016-11-11 Long-Jun Zheng Shade structure
US9541682B2 (en) 2014-08-22 2017-01-10 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Display device
TWI737846B (zh) * 2016-11-10 2021-09-01 荷蘭商露明控股公司 Led發光單元及其製造方法

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