TWI545810B - 用於遠端磷光體發光二極體裝置之磷光體反射器組合體 - Google Patents

用於遠端磷光體發光二極體裝置之磷光體反射器組合體 Download PDF

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Description

用於遠端磷光體發光二極體裝置之磷光體反射器組合體
本發明大體上係關於光源，特別適用於併入發光二極體(LED)及磷光體之固態光源。本發明亦係關於關聯物品、系統及方法。
發射寬頻光之固態光源為吾人所知。在一些狀況下，藉由將發黃色磷光體層施加至藍色LED上來製造此等光源。隨著來自藍色LED之光傳遞通過磷光體層，藍色光中之一些被吸收，且經吸收能量之絕大部分係藉由磷光體重新發射為在可見光光譜中之較長波長下之斯托克移位光(Stokes-shifted light)，通常為黃色光。磷光體厚度足夠小，使得藍色LED光中之一些一直傳遞通過磷光體層，且與來自磷光體之黃光組合以提供具有白色外觀之寬頻輸出光。
亦已提議其他LED激升磷光體光源。在美國專利第7,091,653號(Ouderkirk等人)中，論述一種光源，在該光源中，來自LED之光係藉由長通反射器反射至磷光體層上。磷光體層發射可見(較佳地為白色)光，該光藉由長通反射器大體上透射。LED、磷光體層及長通濾光器係以如下方式而配置：隨著光自LED行進至長通反射器，該光並不傳遞通過磷光體層。
已開發出用於遠端磷光體照明系統中之新的磷光體組合體家族。該等磷光體組合體通常包括磷光體層，及附接至該磷光體層之寬頻反射器。該磷光體組合體可結合一或多個發短波長(例如，藍色)LED及其他可選組件而使用以提供遠端磷光體照明系統。在此等系統中，來自該(等)LED之至少一些光在到達該寬頻反射器之前傳遞通過該磷光體層。該寬頻反射器針對該LED光及較長波長磷光體光兩者提供高反射率。已發現，該磷光體層對LED光之透明度(或透射度)可(例如)藉由適當選擇該磷光體層之磷光體濃度及實體厚度而修整，以增大該照明系統之寬頻光輸出。光輸出之此增大可實際上藉由減少該磷光體層中所使用之磷光體之量而達成。在一些狀況下，該磷光體層之該磷光體濃度及該實體厚度可經選擇以提供該LED光通過該磷光體層之單程透射T。T可經選擇以使該照明系統之該寬頻光輸出最大化。已發現，T可(例如)在自30%至65%或自35%至60%或自40%至50%之範圍內。
在一些狀況下，該寬頻反射器針對該LED光及該磷光體光可具有至少94%或至少98%之反射率。該磷光體組合體可(例如)使用聚合基膜以捲筒形式製成，且接著可自該捲筒切下具有合適大小及形狀之塊體從而併入至特定遠端磷光體照明系統中。因此，該組合體可為可模切的。在一些狀況下，該寬頻反射器可直接附接至該磷光體層，而在其他狀況下，該寬頻反射器可經由一或多個中間層而附接至該磷光體層。該磷光體組合體可包括附接至該磷光體之黏著層。該組合體可包括附接至該磷光體層之結構層，該結構層為自行支撐的。該組合體可包括離型襯墊，該離型襯墊經調適以攜載該磷光體層及該寬頻反射器。
一種遠端磷光體照明系統可包括結合用於提供短波長LED光之一或多個LED的磷光體組合體。此系統亦可包括二向色反射器，該二向色反射器經組態以反射該LED光之第一部分、透射該LED光之第二部分且透射磷光體光之部分。
亦描述提供寬頻光輸出之遠端磷光體照明系統。此等系統包括一或多個LED及磷光體組合體。該(等)LED可發射具有在自400 nm至500 nm之範圍內之一或多個發射峰值的LED光。該磷光體組合體可包括磷光體層，及附接至該磷光體層之寬頻反射器。該磷光體層可經組態以吸收該LED光之部分且回應於該經吸收LED光而發射磷光體光，且該寬頻反射器針對該LED光且針對該磷光體光可具有至少90%之反射率。該寬頻光輸出可包括藉由該磷光體組合體發射之該磷光體光之部分，及藉由該磷光體組合體反射之該LED光之部分。該磷光體層可具有磷光體濃度及實體厚度，該磷光體濃度及該實體厚度經修整以提供該LED光通過該磷光體層之單程透射T，其中T經選擇以使該寬頻光輸出最大化。T可在自30%至65%或自35%至60%或自40%至50%之範圍內。該寬頻反射器針對該LED光且針對該磷光體光具有至少94%或至少98%之反射率。
此等系統亦可包括二向色反射器，該二向色反射器經組態以反射藉由該一或多個LED發射之該LED光之部分以經由並不通過該組合體之光路徑而照射該組合體，該二向色反射器亦經組態以透射藉由該一或多個LED發射之該LED光之部分且透射該磷光體光之部分。該等系統亦可包括具有外表面及內表面之透鏡部件，且該二向色反射器可安置於該外表面之至少一部分上。可使得該二向色反射器覆蓋該透鏡部件之該外表面的大體上全部，或該二向色反射器可覆蓋該透鏡部件之該外表面之面積的至少50%、70%或80%。該磷光體組合體經定向，使得該磷光體層安置於該透鏡部件與該寬頻反射器之間。
此等系統之該寬頻光輸出可為大體上白色，且可包括至少(1)藉由該組合體反射且藉由該二向色反射器透射之LED光，及(2)藉由該二向色反射器透射之磷光體光。該寬頻光輸出可進一步包括(3)藉由該二向色反射器透射但不藉由該組合體反射之LED光。該寬頻光輸出可具有CIE色彩座標(x,y)，且x可在自0.25至0.4之範圍內，且y可在自0.25至0.4之範圍內。
亦論述相關方法、系統及物品。
本申請案之此等及其他態樣將自以下[實施方式]而顯而易見。然而，以上概述決不應被理解為對所主張標的之限制，該標的僅係藉由附加申請專利範圍界定，附加申請專利範圍可在實施期間予以修正。
在諸圖中，類似參考數字指定類似元件。
如上文所提及，本申請案描述用於寬頻固態光源或系統中之磷光體組合體，該等光源利用藉由來自諸如LED之一或多個固態發光裝置的光激升或激發的磷光體材料層。磷光體組合體包括附接至寬頻反射器之磷光體層。隨著LED光自LED傳播至磷光體組合體，光在到達寬頻反射器之前傳遞通過磷光體層。寬頻反射器針對LED光及較長波長磷光體光兩者提供高反射(例如，至少90%)。光源之輸出為寬頻的，且包括藉由磷光體發射之光的至少一部分及藉由LED發射之光的至少一部分。磷光體層對LED光之透明度或透射度可(例如)藉由適當選擇磷光體層之磷光體濃度及實體厚度來修整，以增大照明系統之寬頻光輸出。光輸出之此增大可實際上藉由減少在磷光體層中使用之磷光體的量來達成。若需要，亦可達成此增大同時維持大體上白色的寬頻光輸出。
在一些狀況下，源亦亦可包括二向色反射器，其朝向磷光體組合體反射來自LED之光中的至少一些。在此等狀況下，隨著LED光自LED傳播至二向色反射器，LED光中之至少一些並不傳遞通過磷光體組合體或不傳遞通過磷光體層。然而，藉由二向色反射器反射之LED光接著照射磷光體層，從而使得磷光體層發射較長波長之磷光體光。磷光體光傳遞通過二向色反射器以提供光源之寬頻輸出光或對光源之寬頻輸出光有貢獻。LED光中的色彩通常為藍色或具有類似短波長之一些光亦可傳遞通過二向色反射器而非經反射，以便亦對光源之寬頻輸出光有貢獻。
在此點上，「發光二極體」或「LED」指代發射光(不管為可見光、紫外線光抑或紅外線光)之二極體，儘管在許多實務實施例中，所發射光將具有在自約430 nm至530 nm或自約440 nm至500 nm或自約445 nm至480 nm之範圍內的峰值波長。術語二極體包括作為「LED」出售之不相干包裝或囊封之半導體裝置(不管為習知種類抑或超輻射種類)，以及諸如包括(但不限於)垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)之雷射二極體的相干半導體裝置。「LED晶粒」為呈其最基本形式之LED，亦即，呈藉由半導體處理程序製造之個別組件或晶片形式的LED。舉例而言，LED晶粒可由一或多種第III族元素之組合及一或多種第V族元素之組合(III-V半導體)形成。合適III-V半導體材料之實例包括諸如氮化鎵之氮化物及諸如銦鎵磷化物之磷化物。亦可使用其他類型之III-V材料以及來自元素週期表之其他族的無機材料。組件或晶片可包括適用於施加電力以賦能裝置之電接觸點。實例包括導線結合、捲帶式自動結合(TAB)或浮片結合。組件或晶片之個別層及其他功能元件通常按晶圓尺度形成，且可接著將成品晶圓切塊成個別單一零件以產生許多LED晶粒。LED晶粒可經組態用於表面黏著、板上晶片封裝或其他已知裝配組態。藉由在LED晶粒及關聯反射器碗上形成聚合物密封劑來製造一些經封裝之LED。LED可生長於若干基板中之一者上。舉例而言，GaN LED可藉由磊晶法生長於藍寶石、矽及氮化鎵上。對本申請案而言，亦應認為「LED」包括統稱為OLED之有機發光二極體。
在圖1a中，可見遠端磷光體寬頻光源110之示意圖，該遠端磷光體寬頻光源110包括LED 120、二向色反射器116及磷光體材料層132。LED 120發射相對短波長之光141a(例如，主要為藍色光及/或紫外線光)，儘管在一些狀況下亦可使用藍綠色光或綠色光。光141a可具有在400 nm至500 nm之範圍內之包括主要或最強發射峰值的一或多個光譜發射峰值。LED光141a自LED 120傳播至二向色反射器116而不傳遞通過磷光體層132。二向色反射器116如下文進一步所論述經組態，以針對大體上所有所關注光學波長具有低吸收，針對短波長LED光具有高反射率(且低透射)，且針對較長波長磷光體光具有較低反射率(且較高透射)。LED光141a因此藉由反射器116強烈反射以產生經反射LED光141b。反射器116之形狀以及LED 120及磷光體層132之位置經選擇，使得經反射LED光141b如圖所示照射磷光體層132。二向色反射器116可透射LED光141a中之一些以提供經透射LED光141c。
磷光體層132吸收入射LED光141b中之一些或全部，且將所吸收能量中的一些重新發射作為經斯托克移位(較長波長)之磷光體光143a。磷光體光143a通常藉由磷光體材料在所有方向上發射，且此光自身如下文進一步所論述通常為寬頻的。磷光體光143a中之一些朝向二向色反射器116傳播。此光大體上藉由反射器116透射以產生經透射磷光體光143b。經透射LED光141c與經透射磷光體光143b的組合可產生源110之寬頻輸出光。
二向色反射器116在一些狀況下可與透鏡部件之外表面相符，為了通用性，透鏡部件在圖1a中未予展示但在本文中其他圖中予以展示。經透射光線141c相對於各別光線141a之偏斜表示LED光之在LED光自透鏡材料傳遞至空氣介質或類似低折射率介質內時的折射。二向色反射器116及外透鏡表面(若存在)可因此具有凹入及/或彎曲形狀，使得藉由LED 120發射且藉由反射器116反射的光主要被導引至磷光體層132上。可使得二向色反射器覆蓋透鏡部件之大體上全部外表面，或二向色反射器可覆蓋透鏡部件之外表面之至少50%、70%或80%的面積。
二向色反射器有時亦稱為二向色鏡面或二向色濾光器。其經設計以針對一些光學波長具有高反射率及低透射，且針對其他光學波長具有低反射率及高透射。此等反射器一般具有可忽略之吸收，使得至少在可見光、近紅外線及近紫外線波長上，大體上透射未經反射之任何光，且反之亦然。此等反射器包含光學上薄之微層的堆疊，該堆疊通常為具有大折射率失配之材料的交替配置(諸如，二氧化矽與二氧化鈦之交替層)，但亦可使用其他合適之無機或有機材料。此等反射器可藉由將交替層真空沈積於玻璃或其他合適基板上(例如，直接沈積於透鏡部件之外表面上或可隨後施加至此表面之膜或基板上)來製成。或者，合適之反射性膜可藉由(例如)如在美國專利第5,882,774號及第6,783,349號中所描述之連續製程來製造，該連續製程可涉及交替聚合物材料之共擠壓及拉伸所得多層聚合物腹板。無關於在二向色反射器中使用之材料及所使用之製造方法，如本文中在其他地方所描述，反射器具備經修整以提供所要反射特性(為波長之函數)的微層堆疊之層厚度剖面(thickness profile)。在此點上，參看美國專利第6,967,778號。舉例而言，厚度剖面可經修整以提供作為長通濾光器或陷波濾光器操作的二向色反射器，藉此相對長波長之磷光體光在一入射角範圍上大體上經透射，且相對短波長之LED光主要經反射。二向色反射器可(例如)針對磷光體光具有為至少50%或至少60%或至少70%的透射。二向色反射器在一些狀況下可大體上反射可見藍色光且大體上透射可見洋紅色光。在一些狀況下，二向色反射器可為或包含多層鏡面膜、反射性偏光器及/或諸如鏡面之部分偏光反射器，該部分偏光反射器在給定波長下不同地反射正交偏光狀態。
二向色反射器之反射及透射性質通常隨著光照射反射器之入射角改變而改變。舉例而言，與在反射器上法向地入射之LED光線相比較，二向色反射器116針對在反射器上傾斜地入射之LED光線可具有較大透射。如在2011年5月18日申請之共同讓與之同在申請中的美國專利申請案第61/487,423號中更充分論述，此特性可用以產生遠端磷光體固態光源，該光源之輸出色彩可藉由控制配置於透鏡組合體下方之多個LED的相對驅動強度來調整。
磷光體層132含有一或多種合適磷光體材料，磷光體材料發螢光或以其他方式發射相對於所吸收之LED光經斯托克移位的光。磷光體材料較佳吸收在一於波長上與LED之發射光譜重疊的範圍內之光，使得LED可激發磷光體並使得磷光體發螢光或以其他方式發射磷光體光。在許多狀況下，給定磷光體材料可吸收電磁頻譜之紫外線、藍色及/或藍綠部分中的光，且可發射在可見光或近可見光區中的光。所發射之磷光體光通常為寬頻的，例如，所發射之磷光體光可具有為至少100奈米之光譜寬度。寬頻磷光體光可分佈於連續寬頻帶中，或此寬頻磷光體光如在隔開之狹窄發射譜線之集合的狀況下可具有尖峰分佈，或此寬頻磷光體光可為狹窄發射譜線與連續寬頻帶的組合。例示性磷光體材料包括已知螢光染料及磷光體。經鈰摻雜之釔鋁石榴石(Ce:YAG)為可使用之磷光體的一實例。視光源之設計細節及約束而定，其他經稀土摻雜之石榴石或其他經稀土摻雜的材料亦可為合適的，例如，經銪及/或鍶摻雜之矽酸鹽、氮化物及鋁酸鹽。合適磷光體材料可包括有機及無機螢光或磷光材料，諸如，經摻雜之無機氧化物或氮化物、量子點及包括II-VI及III-V族材料的半導體。
典型磷光體光發射光譜在圖1b中描繪為曲線162。亦所展示係標註為曲線160的典型藍色LED之發射光譜。此等曲線意謂表示典型分量，且無必要意欲為限制性的。如圖中所展示，對於給定LED/磷光體對而言，磷光體光相比於LED光大體上分佈於較長波長處。在LED 120發射藍色光且二向色反射器116透射此光中之一些的狀況下，磷光體層132可經修整以發射黃色磷光體光，使得藍色LED光與黃色磷光體光之組合提供標稱白色光。
圖2展示遠端磷光體寬頻光源210之示意圖，除簡單磷光體層132藉由磷光體鏡面組合體230替代外，遠端磷光體寬頻光源210可相同或類似於圖1a的源110。光源210因此包括LED 220、二向色反射器216及磷光體鏡面組合體230。LED 220發射相對短波長之光241a(例如，主要為藍色光及/或紫外線光)，儘管在一些狀況下亦可使用藍綠色光或綠色光。光241a可具有在400 nm至500 nm之範圍內之包括主要或最強發射峰值的一或多個光譜發射峰值。LED光241a自LED 220傳播至二向色反射器216而不傳遞通過磷光體層232。二向色反射器216如本文中在其他地方所論述經組態，以針對大體上所有所關注光學波長具有低吸收，針對短波長LED光具有高反射率(且低透射)，且針對較長波長磷光體光具有較低反射率(且較高透射)。LED光241a因此藉由反射器216強烈反射以產生經反射LED光241b。反射器216之形狀以及LED 220及磷光體組合體230之位置經選擇，使得經反射LED光241b如圖所示照射磷光體組合體230。二向色反射器216可透射LED光241a中之一些以提供經透射LED光241c。
磷光體組合體230包括附接至寬頻反射器234之磷光體材料層232。除磷光體層232可實體及/或光學地薄於層132外，層232可相同或類似於圖1a之磷光體層132。舉例而言，層232可具有與層132相同的每單位體積之磷光體材料的濃度，但可為實體上較薄的以確保LED光241b中之一些能夠完全地穿透磷光體層232。或者，層232可具有與層132之實體厚度相同的實體厚度，但相比於層132可具有每單位體積較低之磷光體材料濃度，從而再次確保LED光241b中之一些能夠完全地穿透磷光體層232。在其他狀況下，相比於層132，層232可為實體較薄的且亦具有較低磷光體濃度。在任一狀況下，LED光241b中之一些入射於磷光體層232上，且光中之一些經吸收並重新發射作為磷光體光243a。LED光241b中之剩餘部分到達寬頻反射器234，且經反射回至磷光體層232中。此經雙重反射之LED光中的一些藉由磷光體層232再次吸收且重新發射，且剩餘部分自層232且自組合體230顯現作為經反射LED光241d。磷光體光243a中之一些及經雙重反射之LED光241d中的一些可朝向二向色反射器216傳播。磷光體光243a大體上藉由反射器216透射以產生經透射磷光體光243b。經雙重反射之LED光241d中的一些亦可藉由反射器216透射以增大經透射LED光241c的量。經透射LED光241c與經透射磷光體光243b的組合可產生源210之寬頻輸出光。在LED 220發射藍色光且二向色反射器216透射此光中之一些的狀況下，磷光體層232可經修整以發射黃色磷光體光，使得藍色LED光與黃色磷光體光之組合提供標稱白色光。
磷光體組合體可含有少達兩個層(一磷光體層及一寬頻反射器層)，或其可含有額外層。舉例而言，磷光體組合體可含有一或多個黏著層、分隔層、結構層、導熱層、結合層及離型襯墊。預期到磷光體組合體之廣泛之多種不同構造。圖3a及圖3b示意性描繪兩個此等構造。在圖3a中，具有相當簡單之設計的磷光體組合體330包含附接至寬頻反射器334之磷光體層332。在圖3b中，具有較複雜設計之磷光體組合體331包含附接至寬頻反射器336之磷光體層332，該組合體進一步包含一黏著層333、一結構層337及一導熱層338。導熱層338可附接至散射片以有助於將磷光體層335維持於較低操作溫度。較佳地，光經由在此處稱為給定磷光體組合體之「工作表面」的同一表面進入並離開磷光體組合體。在圖3a中，工作表面為表面332a，且在圖3b中，工作表面為表面333a。儘管寬頻反射器在圖3a及圖3b中展示為直接附接至磷光體層，但在其他狀況下，寬頻反射器可經由一或多個中間層附接至磷光體層。如本文中在其他地方所描述，磷光體組合體之可為重要的一設計參數為磷光體層332、333之實體厚度，該實體厚度在圖3a及圖3b中標註為「t」。磷光體組合體之可為重要的另一設計參數為磷光體材料在磷光體層中之濃度。現將更詳細地論述可包括於磷光體鏡面組合體中之一些構成層。
可由光穩定或熱穩定之黏合劑與分散於該黏合劑中之一或多種磷光體來製成磷光體組合體的磷光體層。黏合劑可為包括(例如)聚矽氧及/或含氟聚合物之聚合物，且可為諸如聚矽氧黏著劑或聚矽氧凝膠的黏著劑或凝膠。磷光體材料(磷光體)可經混合、層化或圖案化，或此等組態中之兩者或兩者以上的組合。塗佈之合適手段包括刮刀塗佈、擠壓塗佈及棒塗。施加圖案化塗層之合適手段包括用於印刷之彼等手段，包括輪轉式凹版印刷、凹版印刷、絲網印刷及噴墨印刷。一或多個磷光體層可圖案化於未經圖案化之磷光體層上，或不同區域可具有佔優勢之一磷光體類型。舉例而言，可使用可發紅色光磷光體及發綠色光磷光體之像素圖案，其中每一像素在至少一方向上約為關聯LED(該LED驅動或激發磷光體)之大小。像素圖案可呈一維列或二維柵格之形式。可藉由空間分離不同磷光體來減小再吸收損耗。在一些狀況下，可將不同磷光體分成多個區，該等區之側向或橫向尺寸為含有磷光體之層之厚度的約2至20倍。
磷光體組合體之寬頻反射器對於相對短波長之LED光及較長波長磷光體光兩者具有高反射率。因此，完全地傳播通過磷光體層之任何LED光可經反射回至磷光體層中，以允許LED光在具有減小厚度之磷光體層中的增大之吸收。此外，在遠離寬頻光源之輸出端(且遠離磷光體組合體之工作表面)的方向上傳播之任何磷光體光可藉由寬頻反射器截取並重定向回而通過磷光體層，以便增大光源之總輸出的磷光體光分量。寬頻反射器可為或包含鏡面反射器、漫射反射器及/或半鏡面反射器(鏡面反射器與漫射反射器之組合)。寬頻反射器可包含黏合劑及顏料，且可含有其他添加劑。合適黏合劑包括與結合磷光體材料提及之彼等黏合劑材料相同的黏合劑材料。用於寬頻反射器中之黏合劑可相同或不同於用於磷光體層中的黏合劑。例示性顏料包括銳鈦礦或金紅石TiO2。較佳地，TiO2藉由諸如二氧化矽之塗層鈍化。其他添加劑可包括無機填充劑以改良熱導率。合適填充劑可包括氧化鋁、鋁氮化物、氮化硼及/或金剛石。寬頻反射器中之此等填充劑所要地具有關於LED光及磷光體光的低吸收。具有主要鏡面特性之合適寬頻反射器包括針對越過可見光譜之高反射率而組態的多層光學膜(諸如，3M公司出售之VikuitiTM增強型鏡面反射器膜(ESR))，該多層光學膜在可見光區上具有大於98%之反射率。亦可使用由光學上薄之高折射率材料及低折射率材料(諸如，奈米空隙化聚合物或其他聚合物、MgF2、TiO2、SiO2、Al2O3及/或ZrO2)的層製成之其他介電塗層反射器。亦可使用更簡單之塗佈有金屬的膜(諸如，塗佈有鋁之聚合物膜或塗佈有銀之聚合物膜)。金屬塗層之反射率可藉由(例如)添加一或多個已知介電塗層(諸如，奈米空隙化聚合物或其他聚合物、經無機奈米微粒填充的聚合物、MgF2、TiO2、SiO2、Al2O3及/或ZrO2)來增強。
黏著層亦可包括於磷光體組合體中。黏著層對於LED光及磷光體光兩者較佳具有高透射及低吸收。合適黏著層包括丙烯酸酯及聚矽氧。黏著劑可含有可藉由熱或輻射固化之其他添加劑。舉例而言，熱固化環氧樹脂可與B級固化丙烯酸酯混合以形成壓敏黏著劑，該壓敏黏著劑可經固化以形成永久結合。亦可應用為可固化液體之黏著劑(諸如，聚矽氧樹脂單體)與熱或光解地活化之催化劑。在一些狀況下，黏著劑可提供磷光體層與光源之另一組件(諸如，透鏡部件)之間的大體上永久結合。在其他狀況下，黏著劑可提供可移除結合。在此點上，黏著劑可具有一結合強度，該結合強度足夠高以在最終應用中提供良好耐久性，但亦足夠低以允許(例如)藉由模切或剝離移除磷光體層的一或多個部分。
透明分隔層亦可包括於磷光體組合體中。此層可安置於組合體之工作表面處，或以其他方式安置於工作表面與磷光體層之間。分隔層可經修整以提供以下功能中的一或多者：其可改變自磷光體層發射之光的光學輸出特性；其可遠離一組件(諸如，透鏡部件)且較靠近另一組件(諸如，導熱基板)來移置或定位磷光體層；及/或其可在透鏡部件與磷光體層之間提供低折射率層以便增大裝置的亮度。合適之低折射率塗層包括含氟聚合物、聚矽氧及輻射可固化材料，該輻射可固化材料結合溶劑固化，接著經乾燥以產生低折射率層。
結構層亦可包括於磷光體組合體中。結構層在此點上指代如下層：該層為自行支撐的，且足夠厚且堅固，使得該層可(例如，藉由剝離)與黏附至其之磷光體層的部分一起經機械移除。在移除之前，結構層可經刻劃或切割分離待保留部分與待移除部分，因此，可自透鏡部件或其他部件機械移除待移除部分連同磷光體的相應部分以便選擇性地曝露透鏡部件之內表面之部分。合適結構層包括聚酯，該等聚酯包括聚對苯二甲酸伸乙酯或聚2,6萘二甲酸乙二酯、含氟聚合物、聚乙烯、聚丙烯及聚矽氧。結構層亦可具有紡織或隨機纖維性墊，其包括諸如以下各者之材料：纖維素、合成纖維，及陶瓷或玻璃纖維。
導熱層亦可包括於磷光體組合體中。導熱層可安置於磷光體層後面，使得磷光體層位於導熱層與組合體之工作表面之間。導熱層可與導熱基板或散熱片接觸或以其他方式耦接至導熱基板或散熱片以便將磷光體層維持於較低操作溫度。導熱層可由聚合物層(特別是藉由恰當量之諸如氧化鋁、二氧化矽、氮化硼及/或鋁氮化物之導熱粉末或材料填充的彼等聚合物層)製成。聚合物層可為諸如聚矽氧或丙烯酸酯之均聚物，或聚合物之混合物，或B級可固化材料(諸如，熱固化環氧樹脂與輻射固化之丙烯酸酯的混合物)。
結合層(不同於已論述之黏著層525)亦可包括於磷光體組合體中。舉例而言，底塗層可包括於鄰近功能層之間以便增強此等層之間的結合。
可將磷光體組合體之夾層構造中的兩個或兩個以上層之功能組合至單一層中。舉例而言，黏著層亦可充當透明分隔層。或者或此外，描述或描繪為單一層之多個層中的任一者可經分裂或重複以便在磷光體組合體之夾層構造內提供兩個或兩個以上此等截然不同層。此外，磷光體組合體可(例如)使用聚合基膜製成為捲筒形式，且接著可自捲筒切割具有合適大小及形狀的塊體從而併入至特定遠端磷光體照明系統中。可因此使得組合體為可模切的。
圖4展示併入磷光體組合體429之寬頻光源410。在笛卡兒x-y-z座標系統之情形下描繪光源410。光源410包括基板412，基板412可為或包含散熱片。基板412攜載具有上(工作)表面429a及參考點429b的磷光組合體429。磷光體組合體429含有磷光體層及寬頻反射器，但亦可含有如本文中在其他地方描述的其他層及特徵。在磷光體組合體頂上或以其他方式接近磷光體層安置十八個LED，該等LED配置成三個具有六個相鄰LED之楔狀群組430、432、434，每一相鄰LED之群組安置於基板之楔狀區中。LED之三個楔狀群組之佈局及每一群組中LED之所描繪數目及定向為許多可能配置中的一者，且不應以限制性方式來解譯。舉例而言，亦預期到不同於類楔狀形狀之形狀。如下文所路論述，LED亦可配置成除三個楔塊外之其他組態，且一或多個LED可經合適定位，使得來自每一LED之多數光優先照明磷光體之無阻區域。LED可囊封於形成透鏡部件的清澈聚合物或玻璃或其他合適透光材料中，或LED可直接安置於透鏡部件之下或內表面下方。透鏡部件之上或外表面可為凹入且彎曲的，使得二向色反射器416可經施加，且可形狀上與此表面相符。二向色反射器可相同或類似於本文中所描述之其他二向色反射器。二向色反射器416之形狀可界定頂點416a及對稱軸線或光軸416b。光軸416b可與源410之光軸重合，且可通過參考點429b及頂點416a。
相鄰LED之群組藉由磷光體組合體429之無阻楔狀部分440、442、444彼此分離。「無阻」在此點上指代磷光體組合體429之大體上不存在LED的部分。另外，自點429b之觀點，相鄰LED之每一群組駐留於與磷光體組合體之無阻楔狀部分中之一者大體上相對置的基板之楔狀區中。每一成對的基板之楔狀區(例如，LED之楔狀群組430駐留所在之區)及其相應磷光體組合體之楔狀部分(例如，部分440)關於點429b亦可為大體上對稱的。藉由組態二向色反射器416使得光軸416b通過點429b，且藉由選擇二向色反射器之合適曲率半徑，來自相鄰LED之每一楔狀群組之LED光的藉由二向色反射器反射之部分可經成像(至少大約)於其相應磷光體組合體之楔狀部分上。
在無阻部分440、442、444附近，磷光體組合體可直接黏附至透鏡部件之底或內表面，透鏡部件之內表面可為大體上平坦的。又，在替代性實施例中，磷光體組合體可經切割(例如，模切)為三個楔狀塊體，該三個楔狀塊體與三個無阻部分440、442、444對準且可結合至透鏡元件之內表面。在此狀況下，無磷光體組合體可存在於LED下方，且LED可直接與基板412接觸。
三個LED群組中之每一者中的相鄰LED配置於距點429b及/或距光軸419b不同之徑向距離(平行於x-y平面所量測)處。在所描繪配置中，例如，每一群組中之一LED最靠近軸線416b而安置，每一群組中之三個LED距軸線416b最遠地安置，且每一群組中之兩個LED安置於距軸線416b中間距離處。若需要，可結合二向色反射器416使用LED之此配置以調整或控制源410之寬頻輸出的色彩，該二向色反射器416之反射及透射性質依入射角之函數而改變。如在2011年5月18日申請之共同讓與之同在申請中的美國專利申請案第61/487,423號中更充分論述，輸出色彩可藉由控制配置於透鏡部件下方之各種LED的相對驅動強度來調整。
圖5展示寬頻光源510之部分的示意性俯視圖或平面圖，該寬頻光源510可相同或類似於光源410。在相對於笛卡兒x-y-z座標系統繪製之源510中，將磷光體組合體及/或基板分割為六個楔狀區或部分，相對成對之該等區或部分可大體上全等於彼此。磷光體組合體可相同或類似於本文中在其他地方所描述的磷光體組合體。以類似於圖4中所展示之方式的方式將十八個LED配置於基板或磷光體組合體上，亦即，配置成具有六個相鄰LED的三個楔狀群組530、532、534，相鄰LED之每一群組安置於基板之楔狀區中的一者中。自展示於裝置之中心中的中心點(未標註)之觀點，此等LED群組中之每一者與磷光體組合體之無阻楔狀部分相對置地配置。因此，LED群組530與楔狀磷光體組合體部分540相對置地配置，LED群組532與楔狀磷光體組合體部分542相對置地配置，且LED群組534與楔狀磷光體組合體部分544相對置地配置。在例示性實施例中，凹入二向色反射器經提供以部分地或完全地覆蓋光源之描繪於圖5中的部分。可相同或類似於本文中在其他地方論述之二向色反射器的二向色反射器可安置於透光密封劑或透鏡部件之表面上，且可具有平行於z軸且通過中心點(未標註)的對稱軸線或光軸。此反射器可將來自各個LED之至少一些光反射至磷光體組合體之所選擇部分上，使得不同LED主要激發磷光體組合體中之磷光體層的不同部分。若認為磷光體組合體部分540、542、544包含在距中心點不同之徑向距離處的子部分，亦即，部分540包含子部分540-1、540-2、540-3、540-4，部分542包含子部分542-1、542-2、542-3、542-4，且部分544包含子部分544-1、544-2、544-3、544-4，則二向色反射器可將來自各種LED之LED光優先反射至各種磷光體組合體子部分如下：來自LED 521a之光反射至磷光體子部分540-2上；來自LED 522a、523a之光反射至磷光體子部分540-3上；來自LED 524a、525a、526a之光反射至磷光體子部分540-4上；來自LED 521b之光反射至磷光體子部分542-2上；來自LED 522b、523b之光反射至磷光體子部分542-3上；來自LED 524b、525b、526b之光反射至磷光體子部分542-4上；來自LED 521c之光反射至磷光體子部分544-2上；來自LED 522c、523c之光反射至磷光體子部分544-3上；且來自LED 524c、525c、526c之光反射至磷光體子部分544-4上。
讀者將記住，LED光之優先反射不應因此狹義地解譯為需要來自給定LED之所有經反射LED光照射指定磷光體子部分，且來自此LED之一些經反射LED光亦可照射其他磷光體子部分及/或其他LED或源之其他元件。
在光源510之一實施例中，所有十八個LED可根據同一LED發射光譜發射LED光，且磷光體層可具有均一之組成及結構，使得磷光體層之組成及結構貫穿楔狀部分540、542、544且在楔狀部分540、542、544之間為相同的。來自源510之總寬頻光發射之色彩可藉由控制賦能近LED子群、中間LED子群及遠LED子群的相對程度來控制或調整。在光源510之另一實施例中，可藉由將不同組成及/或結構用於磷光體組合體之與不同LED相關聯的部分來達成不同寬頻光部分的不同色彩。舉例而言，磷光體組合體之藉由LED群組530之六個LED激發的楔狀部分540可具有不同於磷光體組合體之部分542及/或544的組成及/或結構。來自源之總寬頻光發射之色彩可接著藉由控制或調整賦能相鄰LED之一群組(例如，LED群組530)與賦能相鄰LED之其他群組(例如，LED群組532、534)相比較的相對程度來控制或調整。另外或在替代例中，磷光體組合體之楔狀部分540、542、544中之一者、一些或全部可具有一在距二向色反射器之光軸或中心點(未標註)不同之徑向距離處不同的組成及/或結構。因為凹入二向色反射器之成像性質，相鄰LED之每一群組中之一近LED的子群傾向於優先激發楔狀磷光體組合體部分之最接近中心點的部分，且相鄰LED之每一群組中之兩個中間LED的子群傾向於優先激發楔狀磷光體組合體部分的中間部分，且相鄰LED之每一群組中之三個遠LED的子群傾向於優先激發楔狀磷光體組合體部分之距中心點最遠的部分。徑向上變化之磷光體層可因此用以藉由調整或控制賦能LED子群、中間LED子群及遠LED子群的相對程度來控制或調整來自源510之總寬頻光發射的色溫。在光源510之又一實施例中，可藉由選擇具有不同發射光譜之個別LED且接著控制或調整賦能具有不同發射性質之LED的相對程度來達成不同寬頻光部分的不同色彩。
圖6為另一例示性寬頻光源610之示意性側視圖或橫截面圖，該例示性寬頻光源610可相同或類似於光源410及510。在相對於笛卡兒x-y-z座標系統繪製之源610中，LED 621a、622a、625a、621c、622c、624c安置於磷光體層629之主表面629a上，磷光體層629又安置於反射性基板618上。磷光體層629及強烈地反射LED光及磷光體光兩者之反射性基板618形成磷光體組合體。LED囊封於第一囊封部件617中，在該第一囊封部件617頂上形成有第二囊封部件或透鏡部件614。第一囊封部件及第二囊封部件可由不同透光材料(例如，不同之透明聚合物材料)構成，但在其他實施例中，第一囊封部件及第二囊封部件可由相同材料製成，使得該等部件形成單式組件。第二部件614展示為具有與第一部件617接觸的平坦下或內表面614a。第二部件亦具有經形成有二向色反射器616的彎曲之上或外表面。彎曲外表面及二向色反射器616之凹入形狀界定對稱軸線或光軸616b，該光軸616b通過二向色反射器之頂點616a且通過磷光體層629之表面629a上的中心點629b。
第一部件617可為或包含一黏著層，該黏著層視需要結合至內表面614a且填充表面614a與629a之間的空間。部件617亦可為或包含低折射率材料(諸如，含有經氣體填充之空隙的聚合物層)，該等空隙具有在自約50 nm至約400 nm之範圍內的直徑。可藉由固化含有溶劑之單體且在固化之後移除溶劑來製造空隙化聚合物。參看(例如)PCT公開案WO 2011/0881661。在其他實施例中，部件617可為或包含表面614a與629a之間的空氣填充之間隙。
圖6之視圖並不提供關於LED在表面629a上之配置或佈局的完整資訊。在一實施例中，LED可在類似於圖4及圖5中所展示之楔狀區的楔狀區中集中在一起。舉例而言，LED 621a、622a、625a可為類似於圖5中之LED 521a、522a、523a、524a、525a、526a的六個相鄰LED之群組中的三個LED，且LED 621c、622c、624c可為來自類似於圖5中之LED 521c、522c、523c、524c、525c、526c的六個相鄰LED之群組之三個LED。或者，LED在任一其他配置中(在相鄰LED之群組中或在分散式或隔開配置中或在相鄰LED與分散式LED之組合中)可定位於表面629a上，使得來自給定LED之光藉由二向色反射器616反射至磷光體表面629a之大體上不藉由其他LED阻塞的部分中。在任一狀況下，隨著光自LED中之一者、一些或全部傳播至二向色反射器，光並不傳遞通過磷光體層。LED可藉由為了簡單並未展示之引線、導線結合件或其他導電元件連接至控制器。
磷光體層可相同或類似於本文中在其他地方描述之磷光體層，且磷光體層可包含本文中在其他地方所描述的一或多種磷光體材料。在一實施例中，磷光體層可為或包含其中分散有大量磷光體微粒之透明聚合物層。假設磷光體層629具有厚度t3，該厚度t3足夠小，使得層629為部分透光的，從而使得至少一些經反射LED光完全地傳播通過層629且照射反射性基板618。對於待由磷光體層吸收之另一機會，藉由反射性基板反射之LED光可接著經由磷光體層629傳播回。
使用本文中或在本文中於其他地方參考之共同讓與的美國專利公開案第61/487,423號中所論述之技術中的任一者，源610可經組態以提供一由複數個寬頻光部分構成的總寬頻光發射，該複數個寬頻光部分具有不同色彩。
圖7展示替代性遠端磷光體寬頻光源710的示意圖。源710自輸出孔隙或表面715發射諸如白色光之寬頻光。源710包括LED 720、反射器716及磷光體鏡面組合體730。如本文中在其他地方所論述，LED 720發射具有相對短波長之光741a。LED 720可使用諸如透光基板或一或多個支撐橫桿之任一合適支撐結構(未圖示)保持於適當位置，該支撐結構將LED 720連接至反射器716。LED光中之一些在照射磷光體組合體730之前可藉由反射器716反射(參見光741b)，而其他LED光可直接行進至磷光體組合體730。反射器716可具有任一所要反射率位準，但較佳地反射器716針對LED光及磷光體光兩者具有高反射率。反射器716可為或包含鏡面反射器、漫射反射器及/或半鏡面反射器(鏡面反射器與漫射反射器之組合)。在一些狀況下，反射器716可相同或類似於本文中所描述之寬頻反射器中之任一者。在一些狀況下，LED 720可為雙向的，使得其發射大體上朝向磷光體組合體730之一些LED光，及大體上朝向輸出表面715的其他LED光。
磷光體組合體730可相同或類似於本文中所描述之其他磷光體鏡面組合體。因而，組合體730包括至少附接至寬頻反射器734之磷光體材料層732。LED光中之一些(不管是直接或藉由來自反射器716之反射間接)照射磷光體層732，且該光中之一些經吸收且重新發射作為磷光體光743a。照射磷光體層732之LED光中之剩餘部分到達寬頻反射器734，且經反射回至磷光體層732中。此經反射LED光中的一些藉由磷光體層732再次吸收且重新發射，且剩餘部分自層732且自組合體730顯現作為經反射LED光741c。磷光體光743a中之一些及經反射LED光741c中的一些在來自反射器716之零、一或多次反射之後自源710之輸出表面715顯現。顯現之LED光及顯現之磷光體光組合以提供源710的寬頻輸出光。在LED 720發射藍色光之狀況下，磷光體層732可經修整以發射黃色磷光體光，使得藍色LED光與黃色磷光體光之組合提供標稱白色光。
圖12為另一例示性寬頻光源810之示意性側視圖或橫截面圖，該寬頻光源810有效地提供溫暖之白色光輸出。在相對於笛卡兒x-y-z座標系統繪製之源810中，LED 821a、822a、825a、821c、822c、824c安置於磷光體層829之主表面829a上，磷光體層829又安置於反射性基板818上。磷光體層829及強烈地反射LED光及磷光體光兩者之反射性基板818形成磷光體組合體。LED囊封於第一囊封部件817中，在該第一囊封部件817頂上形成有第二囊封部件或透鏡部件814。第一囊封部件及第二囊封部件可由不同透光材料(例如，不同之透明聚合物材料)構成，但在其他實施例中，第一囊封部件及第二囊封部件可由相同材料製成，使得該等部件形成單式組件。第二部件814展示為具有一與第一部件817接觸的平坦下或內表面814a。第二部件亦具有經形成有二向色反射器816的彎曲之上或外表面。彎曲外表面及二向色反射器816之凹入形狀界定對稱軸線或光軸816b，該光軸816b通過二向色反射器之頂點816a且通過磷光體層829之表面829a上的中心點829b。
第一部件817可為或包含黏著層，該黏著層視需要結合至內表面814a且填充表面814a與829a之間的空間。部件817亦可為或包含低折射率材料(諸如，含有經氣體填充之空隙的聚合物層)，該等空隙具有在自約50 nm至約400 nm之範圍內的直徑。可藉由固化含有溶劑之單體且在固化之後移除溶劑來製造空隙化聚合物。參看(例如)PCT公開案WO 2011/0881661。在其他實施例中，部件817可為或包含表面814a與829a之間的空氣填充之間隙。
圖12之視圖並不提供關於LED在表面829a上之配置或佈局的完整資訊。在一實施例中，LED可在類似於圖4及圖5中所展示之楔狀區的楔狀區中集中在一起。舉例而言，LED 821a、822a、825a可為類似於圖5中之LED 521a、522a、523a、524a、525a、526a的六個相鄰LED之群組中的三個LED，且LED 821c、822c、824c可為來自類似於圖5中之LED 521c、522c、523c、524c、525c、526c的六個相鄰LED之群組之三個LED。或者，LED在任一其他配置中(在相鄰LED之群組中或在分散式或隔開配置中或在相鄰LED與分散式LED之組合中)可定位於表面829a上，使得來自給定LED之光藉由二向色反射器816反射至磷光體表面829a之大體上不藉由其他LED阻塞的部分中。在任一狀況下，隨著光自LED中之一者、一些或全部傳播至二向色反射器，光並不傳遞通過磷光體層。LED可藉由為了簡單並未展示之引線、導線結合件或其他導電元件連接至控制器。
在此態樣中，磷光體層可以相同或類似於本文中在其他地方所描述之磷光體層的方式進行配置。在此態樣中，磷光體層829可包含安置於反射性基板818之絕大部分上的發綠色光磷光體，其中在一實施例中，磷光體層可為或包含分散有大量磷光體微粒的透明聚合物層。合適之發綠色光磷光體可購自(例如)Intermatix and Phosphortech。
結合使用發綠色光磷光體，可將LED分組成藍色LED與紅色LED之組合，其中LED 821a、822a、825a、821c、822c、824c中之至少一者包含紅色LED，且其中可省略綠色LED。以此方式，藍色LED將發射大體上藉由二向色反射器816反射至磷光體層上之藍色光，其中僅小量(大約10%)藍色光透射通過二向色反射器816。紅色LED將發射直接傳遞通過二向色反射器816的光。藉由磷光體層產生之綠色光亦將透射通過二向色反射器816，因此提供產生白色光之具有溫暖色彩特性的RGB色彩混合物。
在另一替代性態樣中，可將LED分組為藍色LED及至少一紅色LED之組合，其中紅色LED可安置於表面829a之中心中(諸如，中心點829b處)。視利用之磷光體之類型而定，LED 821a、822a、825a、821c、822c、824c可包含藍色LED或藍色LED與綠色LED的組合。
如同先前實施例中之至少一些實施例，假設磷光體層829具有厚度t3，該厚度t3足夠小，使得層829為部分透光的，從而使得至少一些經反射LED光完全地傳播通過層829且照射反射性基板818。為了待由磷光體層吸收之另一機會，藉由反射性基板反射之LED光可接著經由磷光體層829傳播回。
源810可經組態以提供更溫暖之光輸出。不同於習知遠端磷光體系統，系統可直接發射紅色光而無藉由傳遞通過磷光體或反射脫離磷光體而正常產生的損耗。
模 擬實例
藉由光學設計軟體來模擬類似於展示於圖6中之寬頻光源的寬頻光源。模擬設計假設，大體上如在圖5之平面圖中所展示，源利用配置成具有六個相鄰LED之三個群組的十八個LED。假設所有十八個LED具有相同之物理及光學性質。假設每一LED為藍寶石上氮化鎵(GaN/藍寶石)LED晶粒，該晶粒在平面圖中具有尺寸為1 mm×1 mm的正方形形狀，且厚度(參見圖6中之t1)為10微米。假設每一LED之背或後正方形表面在所有波長下具有50%之反射。假設每一LED晶粒發射在具有455 nm之峰值波長及以半峰全幅值(FWHM)所量測為15 nm之光譜寬度的發射譜帶中之藍色光。此藍色LED光在圖8中以正規化功率尺度繪製為曲線816。下文進一步論述，圖8之曲線圖亦展示模擬二向色反射器針對不同入射角的光譜反射率。
假設LED浸沒於聚矽氧基質中，該聚矽氧基質具有為1.41之折射率及49微米的實體厚度(參見圖6中之尺寸t2)。聚矽氧層頂上為對應於圖6中之元件614的折射率為1.5之半球形透鏡，模擬該半球形透鏡作為SchottTM BK7玻璃。假設半球形透鏡具有7.5 mm之曲率半徑及如圖6中所展示的頂點及對稱軸線。
覆蓋半球形透鏡之整個彎曲外表面為二向色反射器。假設反射器具有六個二氧化矽(SiO2)微層，該等二氧化矽微層與六個二氧化鈦(TiO2)微層交錯以便形成六個層對或「光學重複單元」。層對之厚度剖面經修整以提供展示於圖8中的光譜反射率。曲線810為二向色反射器在0度入射角(亦即，法向入射)下之反射率。曲線812為20度入射角下之平均反射率，其中「平均」在此處指代s-偏光之光及p-偏光之光的平均值。曲線814同樣為二向色反射器在40度入射角下之平均反射率。在此章節中提及之入射角為如在半球形透鏡之介質中(亦即，在折射率為1.5之介質中)量測的入射角。假設二向色反射器無吸收，因此，對於任一給定入射角及波長而言，二向色反射器之透射百分數(或平均透射百分數)可易於估算為100%減去反射百分數(或平均反射百分數)。
自圖8之曲線圖，可見至少對於來自各種LED之光照射二向色反射器所在的一些入射角而言，二向色反射器具有在波長上與LED之光譜發射重疊達某一程度的帶邊或光譜過渡區。在此點上，由於LED在磷光體層之表面上的配置，且部分因為一些LED(參見例如圖5中之LED 521a、521b及521c)安置於距二向色反射器之光軸相對小之徑向距離處且其他LED(參見例如圖5中之LED 524a、525a、526a、s24b、525b、526b、524c、525c及526c)安置於距光軸相對大之徑向距離處的事實，各種LED發射以不同入射角照射二向色反射器的光。對應於圖5中之LED 521a、521b、521c的模擬LED(例如)發射以範圍為約0度至12度之入射角照射模擬二向色反射器的光。對應於圖5中之LED 524a、526a、524b、526b、524c及526c的模擬LED另一方面發射以範圍為約0度至31度之入射角照射模擬二向色反射器的光。在此章節中提及之入射角為如在半球形透鏡之介質中(亦即，在折射率為1.5之介質中)量測的入射角。
在整個區域上在組成及結構上為均一之模擬磷光體層假設，Ce:YAG磷光體之15微米直徑的球形微粒均一地分散於折射率為1.8之透明材料中。Ce:YAG吸收藍色及紫外線光，且發射在係寬頻之相對平滑發射譜帶中的光，該光具有黃色外觀。黃色磷光體光在與適當量之藍色LED光組合時產生標稱白色光。假設磷光體層之實體厚度(參見圖6中之t3)為100微米。微粒之濃度(磷光體濃度)在模型中為可變的，且可在每立方毫米5,000個微粒至每立方毫米30,000個微粒之範圍內選擇。
假設模擬寬頻反射器(參見圖6中之元件618)具有在模型亦可變的反射率。假設反射率越過整個可見波長範圍為均一的。
圖9之模擬結果展示法向入射之LED通過磷光體層629的所估算之單程透射，其係磷光體層中之磷光體濃度或微粒密度的函數。如所期望，透射隨著磷光體濃度增大而減少。對於每立方毫米5,000個微粒之磷光體微粒密度而言，透射為約65%。對於每立方毫米30,000個微粒之磷光體微粒密度而言，透射為約20%。
圖10展示來自模擬遠端磷光體寬頻光源之所估算之總計發射(亦即，藉由模擬遠端磷光體寬頻光源發射之總計光功率)，其係磷光體濃度之函數且係寬頻反射器之反射率的函數。總計光功率為歸因於藉由二向色反射器透射之LED光的光功率與歸因於藉由二向色反射器透射之磷光體的光功率之和。曲線1010、1012、1014、1016分別對應於寬頻反射器618之80%、90%、94%及98%的反射率。假設此等反射率值針對所有波長為均一的。
可關於圖10中之曲線進行一些觀測。藉由曲線顯現之進展表明，對於寬頻反射器之約80%或更小之反射率而言，總計輸出功率展現為隨著磷光體濃度增大而單調地增大從而針對極高磷光體濃度接近最大漸近值。然而，相反地，至少在寬頻反射率為90%或更大之狀況下，總計功率顯現高於漸近值之最大值或峰值，且針對磷光體之中間至低濃度達成此峰值。因此，已發現，在一些條件下，可實際上藉由減小磷光體組合體之磷光體層中之磷光體的量來增大遠端磷光體寬頻光源之總計輸出功率。此觀測可藉由光源製造商採用以便同時節省磷光體材料並提昇寬頻光源之總計光輸出。圖9與圖10之比較顯露，當LED光通過磷光體層之單程透射T係在自30%至65%或自35%至60%或自40%至50%之範圍內時，特定所關注之設計空間出現。請注意，此等透射範圍可藉由以下三者來達成：調整具有固定厚度之磷光體層中的磷光體濃度，或調整具有固定磷光體濃度之磷光體層的厚度，或調整磷光體層之厚度及磷光體濃度兩者。寬頻反射器所要地具有至少90%或94%或98%之反射率。
隨著磷光體濃度自每立方毫米5,000增大至每立方毫米30,000，將期望總計輸出光之與磷光體光相關聯之比例增大，且總計輸出光之與LED光相關聯之比例減少。因此，關於模擬結果，將期望LED光與磷光體光之相對混合依磷光體濃度之函數而改變。鑒於此情形，可能詢問，藉由圖10之曲線顯現之最大輸出功率對應於白色光，抑或而是對應於由一般觀測者將不感知為白色的光(例如，過藍或過綠之光)。圖11之模擬結果有助於回答該問題。圖11繪製模擬光源之總計寬頻光輸出的CIE色彩色度之x及y座標。本文中有時更簡單地稱為色彩座標系之此等CIE色度座標系使藉由Commission international de l'eclairage(「CIE」或國際照明委員會)在1931年開發之經算術界定之色空間特性化。x及y色度或色彩座標不應與係與實體位置或位移相關聯的x及y座標混淆。不同於實體座標，(x,y)色度座標無單位。可將白色光界定為CIE色彩座標(x,y)滿足0.25x0.4及0.25y0.4的光，其中該所界定區內之不同點對應於白色光之不同色澤或色調(例如，溫暖白色對冷白色)。
圖11中之曲線1110、1112分別對應於在寬頻反射器618具有94%之反射率的狀況下藉由模擬遠端磷光體寬頻光源發射之總計輸出光的CIE x座標及CIE y座標。圖11之檢測及圖10之比較表明，達成藉由圖10之曲線顯現之最大輸出功率同時維持色彩大體上為白色的寬頻輸出。
除非另外指示，否則在說明書及申請專利範圍中使用之表達特徵大小、量、實體性質等的所有數字應理解為在藉由術語「約」來修飾。因此，除非相反地指示，否則在說明書及申請專利範圍中闡述之數字參數為近似值，該等近似值可視藉由熟習此項技術者利用本申請案之教示設法獲得之所要性質而變化。
本發明之各種修改及變更對於熟習此項技術者將顯而易見而不偏離本發明之範疇及精神，且應理解，本發明並不限於本文中所闡述之說明性實施例。在並不直接與前述揭示內容抵觸的程度上，以引用之方式併入本文中提及之所有美國專利、公開及未公開之專利申請公開案以及其他專利及非專利文獻。
110．．．遠端磷光體寬頻光源
116．．．二向色反射器
120．．．LED
132．．．磷光體材料層
141a．．．光
141b．．．經反射LED光
141c．．．經透射LED光
143a．．．磷光體光
143b．．．經透射磷光體光
160．．．曲線
162．．．曲線
210．．．遠端磷光體寬頻光源
216．．．二向色反射器
220．．．LED
230．．．磷光體鏡面組合體
232．．．磷光體材料層
234．．．寬頻反射器
241a．．．LED光
241b．．．經反射LED光
241c．．．經透射LED光
241d．．．經反射LED光
243a．．．磷光體光
243b．．．經透射磷光體光
330．．．磷光體組合體
331．．．磷光體組合體
332．．．磷光體層
332a．．．工作表面
333．．．黏著層
333a．．．工作表面
334．．．寬頻反射器
335．．．磷光體層
336．．．寬頻反射器
337．．．結構層
338．．．導熱層
410．．．寬頻光源
412．．．基板
416．．．二向色反射器
416a．．．頂點
416b．．．對稱軸線/光軸
429．．．磷光體組合體
429a．．．上(工作)表面
429b．．．參考點
430．．．楔狀群組
432．．．楔狀群組
434．．．楔狀群組
440．．．無阻楔狀部分
442．．．無阻楔狀部分
444．．．無阻楔狀部分
510．．．寬頻光源
521a．．．LED
521b．．．LED
521c．．．LED
522a．．．LED
522b．．．LED
522c．．．LED
523a．．．LED
523b．．．LED
523c．．．LED
524a．．．LED
524b．．．LED
524c．．．LED
525a．．．LED
525b．．．LED
525c．．．LED
526a．．．LED
526b．．．LED
526c．．．LED
530．．．楔狀群組
532．．．楔狀群組
534．．．楔狀群組
540．．．楔狀磷光體組合體部分
540-1．．．磷光體子部分
540-2．．．磷光體子部分
540-3．．．磷光體子部分
540-4．．．磷光體子部分
542．．．楔狀磷光體組合體部分
542-1．．．磷光體子部分
542-2．．．磷光體子部分
542-3．．．磷光體子部分
542-4．．．磷光體子部分
544．．．楔狀磷光體組合體部分
544-1．．．磷光體子部分
544-2．．．磷光體子部分
544-3．．．磷光體子部分
544-4．．．磷光體子部分
610．．．寬頻光源
614．．．第二囊封部件/透鏡部件
614a．．．平坦下或內表面
616．．．二向色反射器
616a．．．頂點
616b．．．對稱軸線/光軸
617．．．第一囊封部件
618．．．反射性基板
621a．．．LED
621c．．．LED
622a．．．LED
622c．．．LED
624c．．．LED
625a．．．LED
629．．．磷光體層
629a．．．主表面
629b．．．中心點
710．．．遠端磷光體寬頻光源
715．．．輸出孔隙/表面
716．．．反射器
720．．．LED
730．．．磷光體鏡面組合體/磷光體組合體
732．．．磷光體材料層
734．．．寬頻反射器
741a．．．光
741b．．．光
741c．．．經反射LED光
743a．．．磷光體光
810．．．寬頻光源(圖12)/曲線(圖8)
812．．．曲線
814．．．第二囊封部件/透鏡部件
814a．．．平坦下或內表面
816．．．二向色反射器/曲線
816a．．．頂點
816b．．．對稱軸線/光軸
817．．．第一囊封部件
818．．．反射性基板
821a．．．LED
821c．．．LED
822a．．．LED
822c．．．LED
824c．．．LED
825a．．．LED
829．．．磷光體層
829a．．．主表面
829b．．．中心點
1010．．．曲線
1012．．．曲線
1014．．．曲線
1016．．．曲線
1110．．．曲線
1112．．．曲線
t．．．厚度
t1．．．厚度
t2．．．尺寸/厚度
t3．．．厚度
圖1a為包括LED、二向色反射器及磷光體層之遠端磷光體寬頻光源的示意性側視圖或橫截面圖；
圖1b為例示性藍色LED及例示性磷光體之光譜強度分佈的理想化曲線圖；
圖2為包括LED、二向色反射器及磷光體組合體之遠端磷光體寬頻光源的示意性側視圖或橫截面圖；
圖3a及圖3b為例示性磷光體組合體之示意性側視圖或橫截面圖；
圖4為另一例示性寬頻光源之示意性透視圖；
圖5為寬頻光源之部分的示意性俯視圖或平面圖；
圖6為另一例示性寬頻光源之展示磷光體組合體的示意性側視圖或橫截面圖；
圖7為包括LED及磷光體組合體之另一遠端磷光體寬頻光源的示意性側視圖或橫截面圖；
圖8為經模擬二向色反射器之針對不同入射角且經疊置有例示性藍色LED之正規化功率譜之曲線圖的光譜反射之曲線圖；
圖9為通過磷光體組合體之磷光體層的單程透射與磷光體濃度(微粒密度)呈函數關係的曲線圖；
圖10為來自遠端磷光體寬頻光源之總計發射與磷光體濃度(微粒密度)呈函數關係的曲線圖；
圖11為來自遠端磷光體寬頻光源之寬頻輸出的色彩座標與磷光體濃度(微粒密度)呈函數關係的曲線圖；且
圖12為另一例示性寬頻光源之展示磷光體組合體的示意性側視圖或橫截面圖。
210．．．遠端磷光體寬頻光源
216．．．二向色反射器
220．．．LED
230．．．磷光體鏡面組合體
232．．．磷光體材料層
234．．．寬頻反射器
241a．．．LED光
241b．．．經反射LED光
241c．．．經透射LED光
241d．．．經反射LED光
243a．．．磷光體光
243b．．．經透射磷光體光

Claims (25)

  1. 一種用於遠端磷光體LED裝置中之組合體，在該遠端磷光體LED裝置中，該組合體係藉由具有在自400 nm至500 nm之範圍內之發射峰值的LED光照明，該組合體包含：磷光體層，其經組態以吸收該LED光之部分且回應於該經吸收LED光而發射磷光體光；及寬頻反射器，其附接至該磷光體層；其中該寬頻反射器針對該LED光且針對該磷光體光具有至少90%之反射率；且其中該磷光體層具有磷光體濃度及實體厚度，該磷光體濃度及該實體厚度經修整以提供該LED光通過該磷光體層之單程透射T，其中T係在自30%至65%之範圍內。
  2. 如請求項1之組合體，其中該組合體為可模切的。
  3. 如請求項1之組合體，其中T係在自35%至60%之範圍內。
  4. 如請求項1之組合體，其中T係在自40%至50%之範圍內。
  5. 如請求項1之組合體，其中該寬頻反射器針對該LED光且針對該磷光體光具有至少94%之反射率。
  6. 如請求項1之組合體，其中該寬頻反射器針對該LED光且針對該磷光體光具有為至少98%之反射率。
  7. 如請求項1之組合體，其中該寬頻反射器直接附接至該磷光體層。
  8. 如請求項1之組合體，其中該寬頻反射器經由一或多個中間層而附接至該磷光體層。
  9. 如請求項1之組合體，其進一步包含：黏著層，其附接至該磷光體層。
  10. 如請求項1之組合體，其進一步包含：結構層，其附接至該磷光體層，該結構層為自行支撐的。
  11. 如請求項1之組合體，其進一步包含：離型襯墊，其經調適以攜載該磷光體層及該寬頻反射器。
  12. 一種遠端磷光體照明系統，其包含結合用於提供LED光之一或多個LED的如請求項1之組合體。
  13. 如請求項12之系統，其進一步包含：二向色反射器，其經組態以反射該LED光之第一部分、透射該LED光之第二部分且透射該磷光體光之部分。
  14. 一種提供寬頻光輸出之遠端磷光體照明系統，該系統包含：一或多個LED，其經調適以發射具有在自400 nm至500 nm之範圍內之一或多個發射峰值的LED光；及組合體，其包括磷光體層及附接至該磷光體層之寬頻反射器，該磷光體層經組態以吸收該LED光之部分且回應於該經吸收LED光而發射磷光體光，且該寬頻反射器針對該LED光且針對該磷光體光具有至少90%之反射率；其中該寬頻光輸出包含藉由該組合體發射之該磷光體光之部分，及藉由該組合體反射之該LED光之部分；且其中該磷光體層具有磷光體濃度及實體厚度，該磷光體濃度及該實體厚度經修整以提供該LED光通過該磷光體層之單程透射T，其中T經選擇以使該寬頻光輸出最大化。
  15. 如請求項14之系統，其進一步包含：二向色反射器，其經組態以反射藉由該一或多個LED發射之該LED光之部分以經由並不傳遞通過該組合體之光路徑而照射該組合體，該二向色反射器亦經組態以透射藉由該一或多個LED發射之該LED光之部分且透射該磷光體光之部分。
  16. 如請求項15之系統，其進一步包含：透鏡部件，其具有外表面及內表面，該二向色反射器安置於該外表面上。
  17. 如請求項16之系統，其中該組合體經定向，使得該磷光體層安置於該透鏡部件與該寬頻反射器之間。
  18. 如請求項16之系統，其中該寬頻光輸出包括至少(1)藉由該組合體反射且藉由該二向色反射器透射之LED光，及(2)藉由該二向色反射器透射之磷光體光。
  19. 如請求項18之系統，其中該寬頻光輸出進一步包括(3)藉由該二向色反射器透射但不藉由該組合體反射之LED光。
  20. 如請求項14之系統，其中T係在自30%至65%之範圍內。
  21. 如請求項14之系統，其中該寬頻反射器針對該LED光且針對該磷光體光具有至少94%之反射率。
  22. 如請求項14之系統，其中該寬頻光輸出為大體上白色。
  23. 如請求項14之系統，其中該寬頻光輸出具有CIE色彩座標(x,y)，且其中x係在自0.25至0.4之範圍內，且其中y係在自0.25至0.4之範圍內。
  24. 如請求項14之系統，其中該磷光體層為發綠色磷光體。
  25. 一種用於遠端磷光體LED裝置中之組合體，在該遠端磷光體LED裝置中，該組合體係藉由LED光照明，該組合體包含：一或多個LED之陣列，其用以發射在400 nm至500 nm之範圍內之第一LED光；磷光體層，其經組態以吸收該第一LED光之部分且回應於該經吸收之第一LED光而發射磷光體光；至少一額外LED，其用以發射紅色LED光；二向色反射器，其經組態以反射該第一LED光之第一部分、透射該LED光之第二部分、透射該紅色LED光且透射該磷光體光之部分；及寬頻反射器，其附接至該磷光體層，其中該寬頻反射器針對該第一LED光且針對該磷光體光具有至少90%之反射率。
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