TWI589810B - 具有磷光體次組件之ｌｅｄ照明系統，及／或製造其之方法 - Google Patents

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Description

具有磷光體次組件之LED照明系統，及/或製造其之方法
本發明的特定範例實施例係有關發光二極體(LED)系統，及/或製造其之方法。更特別來說，特定範例實施例係有關用於諸如照明照具(譬如附件)等應用之具有增高的光收集及保存的展度(étendue)之經改良的LED系統。
超過百年來，白熾燈泡已提供大部份由電力產生的光。然而，白熾燈泡就產生光來說一般係缺乏效率。的確，饋送至白熾燈泡中的大部份功率係可能轉換成熱而非光。
最近已經發展出發光二極體(LED)、或無機LED(ILEDs)。這些相對新的光源以相當快的步伐持續發展，特定半導體製造技術的可利用性係導致流明輸出進一步增大。為此，增大的流明輸出及LED的高發亮效力之組合可能有一天會使LED成為特定情形中較佳的照明選擇。採用LED作為光源的決定係可能繫於與下列相關聯的不同領域之改良：1)用於將主動材料整合至裝置封裝體內之合乎成本效益的技術，2)將裝置互連至模組內；3)控管在操作期間的熱量累積；及/或4)在產品壽命期間將光輸出空間性均質化至所欲位準的色品度(chromaticity)。
一般來說，LED具有優於白熾光源的數項優點，諸如增加的耐久度、較長壽命、及降低能量消耗等。此外，LED的小型本質、其窄頻譜發射頻帶及低操作電壓可能有一天使其成為密實、輕重量且便宜的照明(譬如固態軌道照明系 統)之較佳光源。
然而，儘管有這些優點，LED亦蒙受特定缺點。譬如，每單位LED展度的光學功率係可能顯著低於UHP(超高效能)燈。已知展度(etendue)係指光在一給定媒體中在一給定面積上及一實心角度之分散程度。此差異可能達到、且有時超過30倍。對於與光源平面遠離一給定距離的一目標上達成增加亮度而言，此差異有時可能造成障礙。譬如，一典型光源或燈係可能只操作以收集從源發射的光之50%。
在特定情形中，LED光源的效率可能由於LED相關聯的增高接面溫度而受到負面影響。接面溫度會直接影響LED的效能及壽命。隨著接面溫度上升，可預期到輸出(光度)具有顯著損失。LED的正向電壓可能亦依據接面溫度而定。確切來說，隨著溫度上升，正向電壓係減小。此增加轉而會導致陣列中其他LED上的過度電流汲吸。此汲吸(draining)可能導致LED裝置失效。高溫亦會影響利用砷化鎵、氮化鎵或碳化矽製成之一LED的波長。
習見的冷卻系統係利用對流、傳導、輻射等有效率地從熱量產生器移離熱量。然而，在LED的案例中，並沒有用於將熱量移出光源背側外之基礎建設。這可能是因為習見的光源可能仰賴來自光源前側的對流所致。
為此，將瞭解：正不斷地尋求用於改良(或更好是駕馭)來自光源的光之新技術。例如，將瞭解：在特定情形中可能欲改良來自LED光源的光之光學效率及/或準直。亦將瞭解：正不斷尋求對於LED光源之熱控管的新技術。
本發明的特定範例實施例之一形態係有關一LED光收集裝備。此裝備可被調適以譬如使用於一密實以LED為基礎的軌道照明系統中。
在特定範例實施例中，可提供一陣列的DC或AC驅動式LEDs(其可譬如為安裝有熱控管特徵之板上晶片或玻璃上晶片)。在特定範例實施例中，可使用一特殊設計的透鏡作為一準直器，連同形成於一玻璃基材中的開孔(譬如複合拋物集中器)來保存光源的展度。
在特定範例實施例中，可使用非成像技術來定製表面藉以調整或轉換從一光源(譬如LED光源)發射的光。
在特定範例實施例中，一LED可配置於一玻璃基材中所形成的一開孔後方或開孔中。在特定範例實施例中，玻璃基材係提供用以生成一陣列的複合拋物集中器(CPC)孔之表面。在特定範例實施例中，玻璃基材可設定結構以容置一具有輔助排熱器之經完全封裝LED或裸晶粒印刷電路板(PCB)。在特定範例實施例中，一所形成的玻璃基材可容置一透鏡。在特定範例實施例中，玻璃基材可容許另一攜載一磷光體構件的玻璃板遠端地分隔遠離LED。在特定範例實施例中，LED可為一裸晶粒。
在特定範例實施例中，一遠端磷光體板可配合使用一夫瑞司諾透鏡(Fresnel lens)以提供發射光之增大的擴散及/或均質化。
在特定範例實施例中，提供一用於製造光附件(light fixture)之方法。至少一腔穴形成於一玻璃基材中，至少一腔穴沿著其一深度呈現推拔狀，故至少一腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離。一反射性元件配置於至少一腔穴的一表面上。一發光二極體(LED)係位居或緊鄰於各該腔穴的第一端，藉以使相關聯的反射性元件能夠反射從各別LED發射之至少部分的光，而保存來自各別LED之光的展度。
在特定範例實施例中，提供一用於製造光附件之方法。至少一腔穴形成於一玻璃基材中，至少一腔穴沿著其一深度呈現推拔狀，故至少一腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離。一反射性元件配置於至少一腔穴的一表面上，反射性元件被調適以反射來自一位居或緊鄰於各該腔穴的第一端之光源的至少部分光，藉以保存來自光源之光的展度。
在特定範例實施例中，提供一用於製造光附件之方法。提供一具有至少一形成其中的腔穴之玻璃基材，至少一腔穴(a)沿著其一深度呈現推拔狀，故至少一腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離及(b)具有配置於其一表面上之一反射性元件。一發光二極體(LED)位居或緊鄰於各該腔穴的第一端，藉以能夠使相關聯的反射性元件反射從各別LED發射之至少部分的光，而保存來自各別LED之光的展度。
在特定範例實施例中，提供一裝備。該裝備可包括一具有複數個形成其中的腔穴之玻璃基材，各該腔穴(a)沿著 其一深度呈現推拔狀，故至少一腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離及(b)具有位於其一表面上之一反射性元件。該裝備可包括位居或緊鄰於該等腔穴各別一者的第一端之複數個發光二極體(LED)，藉以能夠使相關聯的腔穴之反射性元件反射從各別LED發射之至少部分的光，而保存來自各別LED之光的展度。
在特定範例實施例中，提供一透鏡。該透鏡可包括：一體部部分，其具有一彎曲狀上表面；及位於體部部分的相對側上之第一及第二擴張部，第一及第二擴張部沿體部部分的一軸線呈現對稱，其中各該擴張部係包含第一、第二、及第三輪廓，其中：第一輪廓為拋物形狀且彎曲遠離體部部分，第二輪廓從第一輪廓的一最上部份概括往上且往內延伸，第三輪廓延伸於第二輪廓的一最上部份與體部部分的彎曲狀上表面的一端之間，且一角度相對於從第二及第三輪廓延伸的平面被形成，該角度為近似20至50度。
在特定範例實施例中，提供一裝備。該裝備可包括一具有複數個形成其中的腔穴之基材，各該腔穴被鏡塗且在橫剖面具有一概呈拋物形狀；及複數個透鏡，其各別地配置於複數個腔穴中，各該透鏡包含：一體部部分，其具有一彎曲狀上表面；及位於體部部分的相對側上之第一及第二擴張部，第一及第二擴張部沿體部部分的一軸線呈現對稱，其中各該擴張部係包含第一、第二、及第三輪廓，其中：第一輪廓彎曲遠離體部部分且實質地匹配其中配置有透鏡之腔穴的拋物形狀，第二輪廓從第一輪廓的一最上部 份概括往上且往內延伸，且第三輪廓延伸於第二輪廓的一最上部份與體部部分的彎曲狀上表面的一端之間。
在特定範例實施例中，提供一用於製造照明附件之方法。複數個透鏡被提供至一玻璃基材中所形成的各別腔穴內，其中一LED係配置位於或緊鄰於各該腔穴，其中各該透鏡包含：一體部部分，其具有一彎曲狀上表面；及位於體部部分的相對側上之第一及第二擴張部，第一及第二擴張部沿體部部分的一軸線呈現對稱，其中各該擴張部係包含第一、第二、及第三輪廓，其中：第一輪廓彎曲遠離體部部分且實質地匹配其中插入有透鏡之腔穴的形狀，第二輪廓從第一輪廓的一最上部份概括往上且往內延伸，且第三輪廓延伸於第二輪廓的一最上部份與體部部分的彎曲狀上表面的一端之間。
在特定範例實施例中，提供一用於製造透鏡之方法。玻璃或PMMA鑄造成包括下列的形狀：一體部部分，其具有一彎曲狀上表面；及位於體部部分的相對側上之第一及第二擴張部，第一及第二擴張部沿體部部分的一軸線呈現對稱，其中各該擴張部係包含第一、第二、及第三輪廓，其中：第一輪廓為拋物形狀且彎曲遠離體部部分，第二輪廓從第一輪廓的一最上部份概括往上且往內延伸，第三輪廓延伸於第二輪廓的一最上部份與體部部分的彎曲狀上表面的一端之間，且一角度相對於從第二及第三輪廓延伸的平面被形成，該角度為近似20至50度。
在特定範例實施例中，一透鏡係可收集、集中、及/或 準直從LED發射的光。
在特定範例實施例中，提供一裝備，其中該裝備可包括一具有至少一形成其中的腔穴之第一玻璃基材，各該腔穴(a)從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離，及(b)具有一反射性表面；至少一發光二極體(LED)，其位於或緊鄰於該等腔穴各別一者之第一端藉以能夠使相關聯腔穴的反射性表面反射從各別LED發射之至少部分的光；及一磷光體包含材料，其配置於至少一LED上方及第一端上方。
在特定範例實施例中，提供一用於製造照明附件之方法。至少一腔穴形成於一玻璃基材中，各該腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離。一反射性元件配置於至少一腔穴的一表面上。一發光二極體(LED)位居或緊鄰於各該腔穴的第一端藉以能夠使相關聯的反射性元件反射從各別LED發射之至少部分的光。一磷光體包含材料配置於第一端上方。
在特定範例實施例中，提供一用於製造光附件之方法。至少一腔穴形成於一玻璃基材中，該至少一腔穴沿著其一深度呈推拔狀，故至少一腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離。一反射性元件配置於至少一腔穴的一表面上，反射性元件被調適以從一可位於或緊鄰於各該腔穴的第一端之光源反射至少部分的光，藉以保存來自光源之光的展度。一準直透鏡係配置於各該腔穴內，離開各該腔穴的第二端之反射光係被實質地準直藉以容許10至30度的分佈。一磷光體包含材料配置於第一端上方。
在特定範例實施例中，可提供一包括該裝備之照明系統。在特定範例實施例中，一照明系統可設有複數個經互連的裝備。
在特定範例實施例中，係提供有一被調適以配合使用一包括至少一光源的照明裝備之磷光體組件，該組件係移離光源，包含：一第一玻璃基材；一第一率(index)層；一磷光體構件；一第二率層；及一第二玻璃基材。來自至少一光源之發射光係在第一及第二率層之間被部份地折射，故至少部分發射光多次穿過磷光體構件。第一及第二率層的折射率係實質地彼此匹配且依據磷光體構件材料被選擇。
在特定範例實施例中，提供有一包括一磚瓦之裝備。該磚瓦包括至少一個具有至少一形成其中的腔穴之第一玻璃基材，各該腔穴(a)從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離，及(b)具有一折射性表面。磚瓦亦可包括位於或鄰近於該等腔穴各別一者的第一端之至少一發光二極體(LED)，藉以能夠使相關聯腔穴的各別表面反射從各別LED發射的至少部分光。該磚瓦進一步可包括一配置為緊鄰於至少一LED之主動熱控管系統或層，故使LED位於主動熱控管系統或層及第二端之間，主動熱控管系統或層係組構為將熱量從主動熱控管系統或層的一第一側可變地轉移至主動熱控管系統或層的一第二側，第一側比第二側更靠近至少一LED。一熱控制器可被耦合至主動熱控管系統或層，其中熱控制器係組構為感測與至少一LED及/或主動熱控管 系統或層相關聯的一溫度，並以經感測的溫度控制為基礎來控制各別的主動熱控管系統或層之經可變轉移的熱量。
在特定範例實施例中，所請求的裝備係包含複數個磚瓦，其中該複數個中的磚瓦係互連。在特定範例實施例中，溫度控制器可被調適以控制緊鄰於LED、磚瓦及/或主動熱量系統的部分或全部之熱量流。
在特定範例實施例中，提供一用於製造光附件之方法。至少一腔穴形成於一玻璃基材中，各該腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離。一反射性元件配置於至少一腔穴的一表面上。一發光二極體(LED)位居或緊鄰於各該腔穴的第一端藉以能夠使相關聯的反射性元件反射從各別LED發射之至少部分的光。一主動熱控管系統或層係配置為緊鄰於所設置LED的各者，其中各別的LED位於主動熱控管系統或層及第一端之間，主動熱控管系統或層係組構為將熱量從主動熱控管系統或層的一第一側可變地轉移至主動熱控管系統或層的一第二側，第一側比第二側更靠近各別的LED。一熱控制器係被耦合到至少主動熱控管系統或層，熱控制器係組構以感測與至少一LED及/或主動熱控管系統或層相關聯的一溫度，並以經感測的溫度控制為基礎來控制經可變轉移的熱量。
本文所描述的特徵構造、優點、及範例實施例可以任何適當組合或次組合被合併以實現另外進一步的實施例。
圖式簡單說明
可連同圖式參照範例示範性實施例的下文描述以更良 好且更完整地瞭解這些及其他特徵構造及優點，其中：第1A圖是根據特定範例實施例顯示一範例照明附件之示範性橫剖視圖；第1B圖是第1A圖的橫剖視圖一部分之示範性橫剖視圖；第1C圖是提供一範例照明附件之示範圖；第2圖是根據特定範例實施例之一用於生成一照明附件之範例製程的流程圖；第3A圖是根據特定範例實施例顯示另一範例照明附件之示範性橫剖視圖；第3B圖是根據特定範例實施例顯示一範例磷光體組件之示範性橫剖視圖；第3C圖是根據特定範例實施例之一用於生成一範例磷光體組件之範例製程的流程圖；第4圖是根據特定範例實施例之一用於生成一照明附件之範例製程的流程圖；第5A至5B圖是根據特定範例實施例之範例透鏡的示範性橫剖視圖；第5C圖是根據特定範例實施例之一範例透鏡的示範性橫剖視圖；第5D圖是根據特定範例實施例之一範例透鏡的一部分之示範性橫剖視圖；第6A圖顯示根據特定範例實施例之一用於生成一光附件之範例製程的流程圖；第6B圖是根據特定範例實施例顯示另一範例照明附件 之示範性橫剖視圖；第7圖是根據特定範例實施例之一範例光附件的一部分之範例維度的半橫剖視圖；第8至9圖根據本發明特定範例實施例顯示用於一範例準直器之範例照明輪廓；第10圖是一範例彎曲狀磷光體板之橫剖視圖；第11A至11C圖是根據特定範例實施例之範例照明照具的圖式；第12圖是根據特定範例實施例之另一範例光附件的橫剖視圖；第13圖是根據特定範例實施例之一範例主動熱控管系統的橫剖視圖；及第14圖顯示根據特定範例實施例之一用於生成一包括一熱控管層的光附件之範例製程的流程圖。
本發明範例實施例的詳細描述
對於可共用共同特徵、特徵構造等的數個範例實施例係提供下文描述。請瞭解任一實施例的一或多個特徵構造可與其他實施例的一或多個特徵構造合併。此外，單一特徵構造或特徵構造的一組合可構成一(多)個額外實施例。
特定範例實施例係有關其中保存展度且使經發射光被準直之LED裝置。在特定範例實施例中，一照明裝備可操作以防止照明的過度“浪費”並藉此增高照明裝備的效率。
第1A圖是根據特定範例實施例顯示一範例照明附件之 示範性橫剖視圖。在第1B圖中，顯示來自第1A圖之照具100的一部分之放大橫剖視圖。光附件(或照具)100係包括一用以容置LED104之印刷電路板(PCB)102。在此實施例中，利用PCB102以一板上晶片(COB)技術為基礎來安裝LED104。然而，亦可使用其他類型的LED組態。譬如，可使用標準圓柱形結構中之LED(譬如被一塑膠繭所包圍)。替代性地，可使用表面安裝式裝置(SMD)LED。然而，如上述，在第1圖範例實施例中，LED經由一COB技術作安裝。為此，LED104可以一半導體晶片形式提供。這些晶片可隨後配置於一PCB上或另行附裝至一PCB。提供LED的COB技術可在根據特定範例實施例設計LED時容許增加彈性。
或許如第1B圖最清楚地顯示，PCB102及LED104經由一熱傳導黏劑116被連接。譬如，配置於PCB102上的LED104係利用銅上的熱傳導石墨烯塗覆物被熱性耦合至PCB102上的一熱電冷卻器(TEC)晶片。在特定範例實施例中，可使用一被動排熱器將熱量傳導離開含有一裝置的激發LED及/或驅動電路之PCB背部。在特定範例實施例中，一PCB可包括銅互連件及/或墊，銅互連件及/或墊(譬如經由熱膠)結合至位於PCB背部(譬如104)的一專用排熱器(譬如102)。
連接件118容許電流流動於PCB102及LED104之間。亦可使用一包圍件(譬如一密封化合物)將LED及/或PCB及相關聯材料相對於外部環境隔離及/或密封。在特定範例實施例中，熱傳導黏劑116亦可幫助作為一保護性包封塗覆物。PCB102可包括多重LED(譬如如第1A圖所示)。在特定範例 實施例中，驅動晶片及/或一輔助熱控管系統亦可被包括在一PCB中/連同一PCB被包括。
在特定範例實施例中，此配置可在LED操作期間提供增大的功率密度。並且，此配置可在適合於LED/ILED應用的熱控管之可縮放式公厘尺寸晶片中提供增大的響應時間。因為高功率密度及小的熱質量，響應時間係可能快速並能夠利於經由LED裝置作隨選及獨立溫度控制。特定範例實施例可在長時間時程上具有每LED約160 X 16流明/瓦特(160 X 16 lumens/watt per of LEDs)的輸出。
再參照第1A圖，LED104及相關聯的PCB102係配置於一玻璃基材114上或連同一玻璃基材114作配置，玻璃基材114係已形成為包括有一或多個可作為或類似於複合拋物集中器(CPC)之開孔110。一用於在玻璃中製造如是結構之範例製程係更詳細地描述於下文。開孔係形成有側108，側108被設定結構以反射從LED104發射的光112A及112B。如第1A圖所示，光射線112A及112B可在離開開孔110時實質地平行於彼此(譬如準直)。
第1C圖是第1A圖的範例照明附件之示範圖(顯示開孔110的一者)。第8至9圖根據特定範例實施例顯示對於第1C圖所示的示範性照明附件之範例照明輪廓。將瞭解：譬如相較於一種從簡單LED輸出光的情形，可藉由腔穴的拋物橫剖面形狀來保存展度。
第2A圖是根據特定範例實施例之一用於生成照明附件之範例製程的流程圖。一基材係在步驟202中被設置及/或 定位。在一較佳實施例中，基材可為玻璃基材。譬如，可使用鈣鈉矽基底玻璃。在特定範例實施例中，所提供的玻璃基材可具有5mm及100mm之間、更佳約10mm及50mm之間、及再更佳約20mm的厚度。玻璃可具有優於其他類型材料的特定優點。譬如，玻璃可具有增大的抗磨刮性及/或撓屈強度。這些性質可與玻璃被化學回火及/或維持一光學表面修製的能力合併，使得玻璃可能能夠有助於在長操作期間維持一銀化或其他塗覆的面鏡。此外，玻璃可能較不易受到IV射線導致的黃化並可能能夠維持磷光體塗覆熱處理(更詳述於下文)以供結晶之高操作溫度。並且，玻璃的膨脹係數相對於大部份塑膠一般係減低。因為對於大照具陣列(及因此一大件玻璃)之膨脹效應的增大公差，這可利於PCB結合至一玻璃基材。
雖然玻璃可為一較佳實施例(譬如玻璃在譬如處於或接近於460nm等來自藍光或來自UV LED的其他光照射下可能未黃化或劣化)，特定範例實施例可使用其他類型的基材(譬如，穩定曝露於藍色或其他色光之基材)。譬如，特定範例實施例可使用包括一塑膠或陶瓷材料的基材。特定範例實施例可使用不同材料類型的一組合。譬如，基材的部份可能是玻璃，或者部份可能是陶瓷、塑膠、金屬等。
再度參照第2A圖，一旦提供了基材，在步驟204，一或多個開口或開孔可形成於基材中。開口的形成可包括多個次步驟。譬如，可使用一水噴注以形成一初始開孔於玻璃基材中。在製造一初始開口之後，隨後可施加一鑽製以精 修新生成的開口以更精密地形成所欲形狀。如上文討論，開孔形狀可類似於或基於一複合拋物集中器。在建造一如是概呈圓錐形腔穴時將瞭解：可使用其他類似的技術以形成腔穴。譬如，可使用一鑽製，而不以水噴注作為輔助。其他範例實施例可只使用水噴注及/或其他技術以在玻璃中形成開口。特定範例實施例可使用一模具以在初始製備基材時初始地形成開孔/開口。在特定範例實施例中，可使用CO2或其他雷射切割來切割玻璃中的孔。
第7圖是根據特定範例實施例顯示一範例腔穴的一部分之範例維度的半橫剖視圖。為此，特定範例實施例可使用近似20mm厚的玻璃基材，其中開口形成於類似深度處。開口可形成有位於一端的一約12mm直徑部分及位於頂點端的一4mm直徑開啟部分。在特定範例實施例中，開口的深度及/或寬度可以一給定應用的特定情形為基礎作調整。譬如，可配合1mm的頂點使用5mm的一相對短深度，其中離開LED的開口係為約4mm直徑。因此，開口可為至少約5mm及50mm之間的深度並具有1mm及25mm之間變動的寬度。開口可概呈拱形形狀，譬如如同一個二次表示式所模擬。在特定範例實施例中，一腔穴的深度可比玻璃基材厚度更淺。特定範例實施例可使用下式決定/界定一輪廓(譬如一透鏡的一內輪廓)：對於2mm≦mod x≦6mm，y=0.0335-0.6198x+4.5946x2-17.5060x3 37.1804x4-40.8119x5+17.1293x6；對於mod x≦2，y=0。
在步驟204中形成開口後，表面具有一在步驟206中配 置其上的鏡塗覆物(譬如薄膜材料)。這可鏡化內側表面(譬如第1A圖的表面108)，所以在使用中令光被反射離開開口內表面。尚且，如第1A圖所示，開孔及反射材料可操作以使得在開口頂點從一LED發射的光射線之準直增大。在特定範例實施例中，施加至內拋物表面(譬如108)的塗覆物可經由銀鏡化的一濕製程(譬如經由施加Ag至表面)達成。銀化製程可使用標準施加技術(譬如如同生成面鏡所使用)。當然將瞭解：可施加其他反射性塗覆物。以添加或取代方式，可在特定範例實施例中使用多層鏡塗覆物。例如，在特定範例實施例中，一保護層(譬如含矽材料，諸如氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽)可配置於鏡塗覆物上方或下方。
鏡塗覆物可在步驟208中以一光學“無色”材料受到保護，譬如藉以形成一保護層於所施加面鏡上方。特定範例實施例可使用一保護鏡塗覆物，其譬如包括一矽酸鹽、濕施加的溶膠凝膠型塗覆物、被原子層沉積(ALD)沉積的極密層、聚合物、環氧樹脂、樹脂及/或類似物。
具有所形成的反射器之玻璃基材可在步驟210中與一LED組合。LED可安裝在玻璃基材後方及/或之中，使得來自LED的光被導引至所生成的腔穴內(譬如在第1A圖所示位置)。從LED發射的光可隨後保存展度及/或具有一增大的準直，譬如由於經鏡化的側壁所導致。
在特定範例實施例中，多重LED可連同一或多個腔穴作使用。譬如，以一圖案作排列的四個LED係可配置於一或多個腔穴中。為此，來自四個LED的光可從一或多個腔 穴被導出。易言之，在特定範例實施例中可提供LED及腔穴之間的一對一映繪，而不同的範例實施例則可能涉及LED與單一腔穴之間的多對一映繪。
第3A圖是根據特定範例實施例顯示另一範例照明附件之示範性橫剖視圖。照明照具300可在特定方面類似於第1A圖所示的照明照具100。一PCB302可連接至LED304。在特定範例實施例中，LED可被一保護密封件306包圍。PCB302及/或LED係可配置於一可包括多重開孔或開口310之玻璃基材316上或連同該玻璃基材316作配置。開口則可具有反射性拋物表面308，反射性拋物表面308係操作以增加的準直反射來自LED304的發射光312。在此範例實施例中，可提供一磷光體層或板314。在特定範例實施例中，磷光體層或板314可與LED304及/或PCB302分隔地配置。譬如，一分離的基材可支撐一磷光體層，且分離的基材可配置於與PCB302相對之LED304一側上的表面上方(亦即圖案化玻璃基材316中或上)。
在特定範例實施例中，磷光體可被包括在個別LED的一環氧樹脂蓋(譬如密封件306)中。然而，在特定情形中，此環氧樹脂蓋及其中的磷光體可能造成光傳輸及/或LED操作的缺乏效率。尚且，環氧樹脂可能易黃化。為此，如上述，特定範例實施例可使用一具有一經嵌入或塗覆的磷光體之玻璃基材。
亦可使用其他種免除磷光體層之技術。譬如，磷光體可(譬如經由一濺鍍製程)層設於玻璃基材頂上，其可層疊於 兩或更多個玻璃基材之間，及/或磷光體可嵌入PVB、PDMS、或其他以聚合物為基礎或聚合物狀材料(譬如EVA或包封且保護不受濕氣入侵的其他斥水性聚合物)中。不論如何，經修改的玻璃可隨後用來作為磷光體板314並附接至含有一包括第3A圖所示鏡化凹部的LED陣列之玻璃背平面。特定範例實施例不須必然包括密封劑306。而是，開口310可實質地(或完全地)與一磷光體板作隱藏式密封。此技術可操作以保護LED不受到外部環境效應，而使得來自LED的光並受到有穿過密封劑蓋的潛在不利影響。特定範例實施例可包括密封劑306及磷光體板314中的一者或兩者。
在特定範例實施例中，磷光體板314中的磷光體可以不同的白磷光體為基礎。譬如，可使用Ce：YAG及/或Mn：ZnGeO4作為被濺鍍或溶膠凝膠塗覆在玻璃基材上之厚膜。特定範例實施例可藉由使一藍LED與一黃磷光體組合產生一“白”光而操作。特定範例實施例可藉由混合藍、紅、及綠磷光體而操作。在特定範例實施例中，不同類型的磷光體板可被包括在一照明陣列中。譬如，有些磷光體板可生成藍光，且有些可生成一紅光。因此，單一(或多重)陣列可對於使用者提供多色的光。
在特定範例實施例中，一LED可產生位於第一頻譜的光，一磷光體材料可具有第二頻譜，且離開一裝備的光可具有第三頻譜。
在特定範例實施例中，磷光體可包括一以石榴石為基礎的磷光體，譬如釔鋁石榴石(YAG-譬如Y3Al5O12)。YAG 磷光體可提供高明度、且具有增高的熱穩定度及可靠度。在特定範例實施例中，可在範例磷光體中使用鋱鋁石榴石(TAG-譬如Tb3Al5O12)。TAG可具有均等(或類似)的可靠度及效能、且相對於YAG磷光體具有減小的明度。
在特定範例實施例中，磷光體可為一種氮化物類型磷光體(譬如M2Si5N8)。如是磷光體可具有增高的熱穩定度及可靠度、但相對減低的效率。在特定範例實施例中，使用紅氮化物係可能能夠具有高的演色率(color rendering index：CRI)值。並且，綠氮化物可提供窄的頻譜寬度(譬如高NTSC)。
在特定範例實施例中，可使用一綠鋁酸鹽(譬如以GAL為基礎的磷光體)。這些磷光體可提供增高的效率、且具有對於增高的CRI值之寬廣的綠發射峰值。
在特定範例實施例中，可混合不同的磷光體類型。譬如，可混合TAG及GAL磷光體。
在特定範例實施例中，一磷光體可藉由銪(Eu-譬如Eu(II)或Eu2+)被活化。譬如，可在磷光體層326中使用被銪活化/摻雜之一以SiO4為基礎的磷光體。
CRI是一物體在受到一特定光源照耀時的表面色彩移位之相對測量。CRI是當照射八種參考色時一照射系統的演色性測量相較於一參考輻射器而言為如何之修改平均數。若被照射系統所照射之一組測試色的色座標與被參考輻射器所輻照相同的測試色座標相同，則CRI等於100。日光具有高CRI(近似100)，白熾燈泡亦為相對接近(大於95)，而螢 光照明較不精確(譬如70至80)。
為此，特定範例實施例可具有高於85、或更佳高於90、及再更佳高於95的CRI。
第3B圖是根據特定範例實施例顯示一範例磷光體組件之示範性橫剖視圖。在特定範例實施例中，一磷光體組件320可作為第3A圖的磷光體板314。一磷光體組件320可包括相對的玻璃基材322A及322B。率層324A及324B可配置於基材322A與322B之間。並且，一磷光體層326可被嵌夾於率層324A及324B之間。然而，在特定的其他範例實施例中，磷光體可嵌入一譬如PVB、EVA、PMMA、PDMS等疊層材料中。此聚合物係可設置於基材322A與322B之間、或單一覆材以及下屬LED及供該等LED嵌入或另行配置其中或其上的基材之間。
在特定範例實施例中，率層324A及324B可為具有至少1.8、更佳至少約1.95至2.0、且再更佳約2.2率之高率層。在特定範例實施例中，具有高率的率層可配合使用藍LED。
在特定範例實施例中，率層324A及324B可為具有約1.3456與1.5之間的率之低率層。在特定範例實施例中，低率層可配合使用白光(譬如白LED)。
在特定範例實施例中，磷光體組件的層式構造可能利於光(譬如光射線328)的擷取，俾使光“彈跳”於率層324A及324B之間。此光彈跳於兩率層之間的一結果可能係為譬如由於光“彈跳”於嵌夾住磷光體材料的率層之間所導致的磷光體層之持續及/或加高的激發。
在特定範例實施例中，磷光體層326可包括上述的磷光體。層的厚度可位於50與350微米之間，更佳約100與250微米之間，且有時約為150微米厚度。
第3C圖是根據特定範例實施例之一用於生成一範例磷光體組件的範例製程之流程圖。在步驟350，提供兩基材(譬如玻璃基材)。在步驟352，率層配置於各別基材上。在特定範例實施例中，率層可為高率層(譬如>1.8)。在特定範例實施例中，率層可為較低率層(譬如1.3至1.5)。在步驟354，一磷光體層或構件係配置於基材與率層之間。如第3B圖所見，這可形成率層與玻璃基材之間的磷光體構件之一嵌夾。在步驟356，磷光體構件可被密封。在特定範例實施例中，這可為一隱藏式密封。在特定範例實施例中，密封可為防止水進入及接合於磷光體層之一斥水性密封。請注意：並不需要必然使用一第二基材提供隱藏式密封。例如，特定範例實施例可包括一薄膜密封或包括ZrOx、DLC、SiOx、SixNy、SiOxNy等，其可被濺鍍沉積、經由火燄熱解被配置、或原子層沉積(ALD)被沉積。在又其他實施例中，可使用一包封聚合物或聚合物狀材料，譬如包括PVB、EVA、PMMA等。如上文提及，磷光體可嵌入一如是材料中。
將瞭解：可根據特定範例實施例修改第3C圖所示的步驟。譬如，可提供一第一基材；一第一率層可被配置(譬如沉積、濺鍍)於基材上；可放置磷光體層；可放置另一率層；可密封磷光體；且一“頂”基材可被添加至組件。組件的構件可被層疊或另行結合在一起，如上述。
第4圖是根據特定範例實施例之一用於生成一照明附件的範例製程之流程圖。步驟402、404、406、408及410可各別類似於第2圖的步驟202、204、206、208及210。然而此處在第4圖中，一磷光體層可在步驟412被施加至玻璃基材。如上文討論，磷光體層可嵌入一玻璃基材中。因此，一具有嵌入的磷光體之玻璃基材係可配置為與LED相對並以CPC(複合拋物集中器)抵住玻璃基材。
特定範例實施例係可包括一可連同(或分離於)所形成的CPC(譬如鏡化腔穴)操作之透鏡。在特定範例實施例中，透鏡可為一呈現密實且翻新裝配成CPC之複合收集透鏡。透鏡係可利於增高效率並可容許光射線增加準直、且在透鏡出口具有減小的角度分佈(較佳5至60度、更佳5至45度、且又更佳10至30度的分佈)。在特定範例實施例中，透鏡可由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、一種可以高光學表面修製所鑄造的聚合物構成。此聚合物可在曝露於UV時保護及/或防止黃化。當然，可在不同實施例中使用其他聚合物及其他材料。在特定範例實施例中，透鏡可經由鑄造形成。在特定範例實施例中，透鏡可由玻璃、譬如一無色高透射玻璃形成。
一種用於產生高透射玻璃之技術係藉由產生低鐵玻璃。譬如請見美國專利案No.7,700,870；7,557,053；及5,030,594，以及美國公告No.2006/0169316；2006/0249199；2007/0215205；2009/0223252；2010/0122728；2009/0217978；2010/0255980，其各案整體 內容合併於本文以供參考。
根據本發明特定實施例的一範例鈉鈣矽基底玻璃係以重量百分比基礎包括下列基本成份：
其他次要成份、包括諸如SO3、碳及類似物等不同習見精修輔助物亦可被包括在基底玻璃中。在特定實施例中，譬如，本文的玻璃可藉由批量原物料矽土砂、蘇打灰、白雲石、石灰石、利用諸如鹽餅(Na2SO4)等硫酸鹽及/或瀉鹽(Epsom salt)(MgSO4 x 7H2O)及/或石膏(譬如任一者的約1：1組合)作為精修劑而製成。在特定範例實施例中，本文中以鈉鈣矽為基底的玻璃係包括約10至15%重量的Na2O及約6至12%重量的CaO。
除了基底玻璃(譬如請見上表1)外，在根據本發明特定範例實施例製造玻璃時，玻璃批量係包括將造成所產生的玻璃在色彩上相當中性(在特定範例實施例中略微呈黃色，以正b＊值表示)及/或具有一高可見光透射之材料(包括著色劑及/或氧化劑)。這些材料可能出現於原物料中(譬如少量的鐵)，或可添加至批量中的基底玻璃材料(譬如銻及/ 或類似物)。在本發明的特定範例實施例中，所產生的玻璃具有至少75%、更佳至少80%、再更佳至少85%、且最佳至少約90%(有時至少91%)的可見透射(Lt D65)。
在本發明的特定實施例中，除了基底玻璃外，玻璃及/或玻璃批量係包含如下表2所列的材料或主要地由其組成(就總玻璃組成物的重量百分比而言)。
在特定範例實施例中，銻可以Sb2O3及/或NaSbO3中的一者或多者形式被添加至玻璃批量。本文的氧化銻用語係指處於任何可能氧化狀態的銻，且無意限於任何特定的理想配比。
低玻璃氧化還原係證明玻璃的高氧化本質。由於銻(Sb)的緣故，玻璃藉由以三氧化二銻(Sb2O3)、銻酸鈉(NaSbO3)、焦銻酸鈉(Sb(Sb2O5))、硝酸鈉或鉀及/或硫酸鈉形式的銻之組合氧化被氧化至很低的鐵含量(%FeO)。在特定範例實施例中，玻璃基材1的組成物係包括在重量上為總氧化鐵至少兩倍之氧化銻、更佳至少約三倍、且最佳至少約總氧化鐵 四倍之氧化銻。
在本發明的特定範例實施例中，著色劑部分係實質不含其他著色劑(除了潛在的痕量外)。然而應瞭解：其他材料(譬如精修輔助物、融化輔助物、著色劑及/或雜質)的量可在本發明特定其他實施例中出現於玻璃中，而不脫離本發明的目的及/或目標。例如，在本發明的特定範例實施例中，玻璃組成物係實質不含、或不含下列的一者、兩者、三者、四者或全部：氧化鉺，氧化鎳，氧化鈷，氧化釹，氧化鉻，及硒。“實質不含”用語係指不大於2ppm且可能低達0ppm的元素或材料。
出現在玻璃批量中及所產生玻璃中、亦即其著色劑部分之總鐵量在本文係根據標準實行方式以Fe2O3表示。然而，這並非意指所有的鐵實際都是Fe2O3形式(請見上文對此方面的討論)。同理，處於二價鐵狀態(Fe+2)之鐵量在本文記錄成FeO，儘管玻璃批量或玻璃中可能並非所有二價鐵狀態的鐵都是FeO形式。如上述，二價鐵狀態的鐵(Fe2+；FeO)係為藍綠著色劑，而三價鐵狀態的鐵(Fe3+)係為黃綠著色劑；且特別關心二價鐵的藍綠著色劑，由於其作為強力著色劑將顯著色彩導入玻璃中，當尋求達成中性或無色色彩時，這有時會是不欲具有的。
鑑於上文，根據本發明特定範例實施例的玻璃係達成一中性或實質無色的色彩及/或高可見透射。在特定實施例中，根據本發明特定範例實施例所產生的玻璃特徵係可在於當在從約1mm至6mm厚度(最佳約為3至4mm厚度；這是 僅供參考目的使用的非限制性厚度)測量時之後續透射性光學或色彩特徵的一或多者。請注意在下表中，a＊及b＊色值依照Ill.D65，10度Obs決定。
因此，一透鏡可根據特定範例實施例利用一聚合物、玻璃、或其他適當材料被生成。第5A至5B圖是範例透鏡的示範性橫剖視圖。各不同透鏡類型可以特定應用的需求為基礎被建構。為此，在特定範例實施例中，一透鏡可以兩階段被設計，譬如一2D設計步驟、接著是一3D射線追蹤步驟。若特定設計的參數為給定，可利用一MATLAB(矩陣研究室-從數學工坊(MathWorks)取得的軟體程式)常式來計算第5A圖中的定製輪廓L0至L5以及第5B圖中的L0A至L5F。亦可決定一折射率梯度作為此計算的部份。
在MATLAB中進行計算之後，可在一可商業取得的光學設計軟體ASAP中評價所產生的透鏡。這些步驟係在一MATLAB最適化迴路中重覆直到抵達對於一價值函數(merit function)的一(全面性)極大值為止。在特定範例實施例中，最適化製程可使用一奈得-美德(Nelder-Mead)演算法 (譬如如MATLAB所實行)。在特定範例實施例中，價值函數可與以直角通過透鏡的通量有關。透鏡可隨後對於晶粒(譬如LED)及靶材之間的展度轉移被最適化(且譬如操作以保存展度)。本文標的物所指名的發明人已將此技術稱為展度最適化同步化(Etendue Optimization Synchronization)。
在特定範例實施例中，輪廓L3及L4(或第5B圖的對應輪廓)可以10及50度之間、更佳30及40度之間、且有時約為35度的角度被接合。在特定範例實施例中，該角度可以輪廓的一線性延伸(譬如沿著各別輪廓的概括方向延伸之平面)以外為基礎被形成。在特定範例實施例中，輪廓的接合可構成一尖銳點或可具有一平順曲率。為此，特定範例實施例可使用定製輪廓更精確地轉換光源的光以供增高展度效率(譬如以更良好地保存展度)。因此，來自LED502或522的光係可穿過保護密封件504/524並離開且通過透鏡500/520。並且，如下文更詳細地描述，光可隨後被一玻璃基材中的一CPC所反射。
特定範例實施例在建構透鏡時亦可包括其他考量因素。譬如，位於反射表面的全內反射(TIR)或者存在或不存在一抗反射塗覆物係會影響透鏡的可使用性。為此，在特定範例實施例中，在上述射線追蹤步驟中可將上述因素納入考量。譬如，在ASAP碼中，可包括有對於折射性表面上的塗覆物之數值(譬如滿足夫瑞司諾定律(Fresnel’s law)的一裸塗覆物)。因此，特定範例實施例係可顧及如對於一給定透鏡之所討論全面性價值函數的部份等之特徵構造。
第5C圖是根據特定範例實施例的另一範例透鏡之示範性橫剖視圖。此處，一透鏡550可包括或關聯於各不同性質。確切來說，在此實施例中，n1可為一LED包封劑(譬如第1B圖的元件106)的折射率。在特定範例實施例中，連同一透鏡所使用的LED係可為一其中折射率為一的裸晶粒LED(譬如可能未使用包封劑)。並且，n2可為收集透鏡的折射率；L2可為透鏡的中央部份之直徑；S1可為供來自一LED的光進入透鏡之下表面；S2可為供光離開透鏡之上表面；且r1及r2可各別為透鏡下方之LED的極端。
為此，在特定範例實施例中，可決定位於表面S1的展度使得E1=2＊(n1)＊(r2-r1)。並且，離開S2的光之展度可為E2=4＊n2＊L2＊sinθ。此處，θ可為收集及準直光之所欲角度。尚且，藉由保存展度，可決定E1及E2為相等。可從此原理計算S1的輪廓。此外，利用保存展度的原理，可計算側瓣葉或凸緣的一角度。
將瞭解相對於透鏡的所顯示2D橫剖面提供上述計算。為此，在將一3D透鏡施加至CPC之特定範例實施例中，可應用不同的等式。在特定範例實施例中，可使用一陣列的LED且以該陣列為基礎衍生出透鏡。例如，第5A至5C圖所示的透鏡可經由一範例透鏡的一中心橫剖面取得。一三維透鏡可簡單地旋轉，其中與基材相鄰的透鏡“邊緣”被固定就位。
第5D圖是根據特定範例實施例之一範例透鏡的一部分之示範性橫剖視圖。此處，LED554被一密封劑556包封。 LED554可發射光，光在離開密封劑556時可被折射(譬如以改變方向的光射線558顯示)。光射線558可與一包括一凸緣或擴張狀部分552之透鏡550交互作用。光與透鏡550的交互作用可運作以增高一照明照具的收集效率。在特定範例實施例中，光通過透鏡的作用係可保存所發射光的展度。
在特定範例實施例中，一透鏡係可配合使用一新生成的CPC反射器或者可用來翻新裝配一既有及/或使用中的CPC反射器。一如是組合(譬如使用一具有一腔穴或CPC反射器之透鏡)係可操作以進一步增高一範例照明照具的收集效率。
在特定範例實施例中，來自透鏡110的光離開角可為1至60度、更佳5至45度、及又更佳10與30度之間。因此，在特定範例實施例中，離開透鏡的光可被至少實質地準直。
在特定範例實施例中，透鏡可包括不同部分。譬如，透鏡的一體部部分可具有一彎曲狀上表面。第一及第二擴張部可被包括在體部部分的相對側上，第一及第二擴張部沿體部部分的一軸線呈現對稱。擴張部的各者可包括第一、第二、及第三輪廓。第一輪廓可為拋物形狀且彎曲遠離體部部分。第二輪廓可從第一輪廓的一最上部份概括往上及往內延伸。第三輪廓可延伸於第二輪廓的一最上部份及體部部分的彎曲狀上表面的一端之間。透鏡可設定結構使得相對於從第二及第三輪廓延伸的平面形成一角度(譬如如上述位於L3及L4之間)。
在特定範例實施例中，平面可從第二及第三輪廓延伸 以在一比體部部分的彎曲狀上表面最大高度上方之高度處相遇。在特定範例實施例中，其中第三輪廓與體部部分的彎曲狀上表面端點之間的一相遇區位係低於第一及第二輪廓之間的一相遇區位。在特定範例實施例中，體部部分的彎曲狀上表面的至少部份係為實質地平坦。
在特定範例實施例中，透鏡(譬如一實質地軸向對稱透鏡)係利用一範例率匹配膠泥(其可抵抗UV、藍光、或其他光頻譜)經由穿孔狀玻璃(譬如具有腔穴的玻璃基材)被配置或附裝至LED(或一陣列的LED)。在特定範例實施例中，透鏡及一銀化鏡表面可類似於一複合收集透鏡般作用。如是組合可達成至少65%、更佳至少75%、再更佳至少85%、且在特定實施例中約87%至90%(譬如89%)之收集效率。這些效率可將一理想反射性塗覆物納入考量及/或可忽略夫瑞司諾損失(Fresnel losses)。
第6A圖根據特定範例實施例顯示一用於生成一包括一範例透鏡的光附件之範例製程的流程圖。步驟602、604、606、608、610及616可分別對應於第4圖的步驟402、404、406、408、410及412。因此，在將LED(具有一PCB)組合至所形成的基材之後，可如上述般生成一透鏡。在特定範例實施例中，透鏡可被分離地生成(譬如在本文所描述的製程之前)且可隨後配置於一腔穴中。在特定範例實施例中，透鏡可形成為舒適地配合抵住所形成的腔穴。譬如，第5A圖所示的輪廓L2可實質地匹配開口(譬如來自第1A圖的108)表面的曲率。所配置的透鏡可經由一無色黏劑或類似物(譬 如PVB)被黏著至開口的側壁。一旦透鏡安裝在基材的開口中，一磷光體基材可配置於該基材上(譬如與所配置的LED相對)。
第6B圖是根據特定範例實施例顯示另一示範性照明附件之示範性橫剖視圖。照明附件650的結構可類似於第3A圖所示者。因此，照明附件650可包括一或多個其中配置有LED656A及656B之腔穴658及660。腔穴可被一磷光體層662所覆頂。並且，腔穴可具有配置其中之透鏡。透鏡654可配置於腔穴658中且透鏡652可配置於660中。如圖所示，照明附件之透鏡與一腔穴的區位可依據給定應用的需求而變。為此，比起透鏡654配置於腔穴658內，透鏡652可更進一步配置至腔穴660內。一透鏡的區位可譬如依據連同各別腔穴所配置之LED的本質而變。
第10圖是一示範性彎曲狀磷光體板的橫剖視圖。此處，彎曲狀板及磷光體塗覆物的光學系統亦擁有一具有兩收集部份之透鏡化效應。在特定範例實施例中，一配置於一玻璃基材上具有開口之磷光體板(譬如第3圖的314)可為彎曲狀。在特定範例實施例中，可使用一彎曲狀磷光體板，而非所形成的開口及/或而非本文所描述的複合透鏡。
在特定範例實施例中，在收集裝置之後，可配置一蠅眼整合器。以添加或取代方式，可使用一中繼透鏡系統將一均勻束投射至一給定靶材上。因此，可設計及實行一密實的照射引擎。
在特定範例實施例中，可使用一夫瑞司諾透鏡提供額 外的照明控制。譬如，一夫瑞司諾透鏡或類似物可被置於位居來自一LED的光碰到磷光體層之前的一位置。在特定範例實施例中，夫瑞司諾透鏡可操作以進一步擴散及均質化從一光源發射的光。
第12圖是根據特定範例實施例之另一範例光附件的橫剖視圖。光附件1200可包括一排熱器1202。排熱器1202可譬如為一銅排熱器。然而，可在本發明不同實施例中使用其他類型的排熱器。排熱器1202可連同一可包括一PCB板及相關聯的LED或LED陣列之LED層1204作配置，譬如，如第1B圖所示。在特定範例實施例中，可以添加或取代方式提供一主動熱控管系統。譬如，可使用一熱電冷卻器(TEC)以利於從LED層1204至排熱器1202的熱轉移。一玻璃層1206可包括一腔穴1214。玻璃層1206可運作以將從LED層經過腔穴1214發出的光予以準直。一磷光體層1208可配置為緊鄰於玻璃層1206。如本文所述，磷光體層可包括多重的玻璃基材而在其間配置有一磷光體材料。可配置一光學玻璃層1210A及1210B。在特定範例實施例中，光學玻璃層可為一夫瑞司諾透鏡。在特定範例實施例中，夫瑞司諾透鏡可具有30及70度之間、更佳40及60度之間、且再更佳約為50度之線A及線B間的角度，照明附件120亦可包括一殼體1212以固持一或多個構件。
第11A至11C圖是根據特定範例實施例之範例照明照具的圖式。一照明附件可包括多重的分離玻璃基材1104，其包括一或多個被LED支撐的開口1102。分離的玻璃基材 可隨後被組合生成較大的配置，諸如立方體附件1100或線性附件1110。尚且，個別的玻璃基材可亦包括多重的所形成開口，其各含有如圖示具有配置1120之一或多個LED。玻璃基材亦可以新且有趣的設計被形成。譬如，可建構具有六角形構成的玻璃基材之配置1130。
為此，所形成的玻璃基材可包括不同形狀(譬如圓形等)。在特定範例實施例中，玻璃基材中的所形成開口可排列成一立方體、六角形、圓形、三角形、或其他形狀的形式。在特定範例實施例中，所形成的開口可具有不同直徑並可與具有不同功率輸出的LED(譬如經由LED的設計或對於供應至一給定LED的功率之限制)相關聯。
在特定範例實施例中，一透鏡可容許提取出一LED或LED陣列所發射光的一部分(譬如大部份)，同時CPC則可容許所發射光的分散受到控制及準直。在特定範例實施例中，縱列式使用透鏡及CPC的組合以保存所發射光的展度。在特定範例實施例中，光的收集程度(譬如效率)可為至少65%、更佳至少75%、在更佳至少85%、且在特定實施例中約為87%至90%。
第13圖是根據特定範例實施例之一範例主動熱控管系統的橫剖視圖。LED光源產生熱量。在特定範例實施例中，控管LED的熱量係可增加一照明照具的效率。為此，特定範例實施例可包括一主動熱控管系統。一範例照明照具1300的一部分可包括一被動排熱器1302(譬如由另一類似配置材料的銅製成)。排熱器1302可藉由一主動熱控管系統1306被 附裝至一LED層1304。在特定範例實施例中，此系統1306可為一熱電冷卻器(TEC)。如是系統可仰賴帕耳帖效應(Peltier effect)將熱量移動於冷卻器一側至另一側之間。為此，熱量可經由系統1306從LED1304被轉移至排熱器1302。系統1306可經由一供電至系統1306之控制器1308所供應的一電流被供應功率。控制器1308亦可導通於一感測器1312以決定排熱器1302及LED1304的溫度特徵。在特定範例實施例中，控制器1308可包括用以在系統1306操作中控管功率及/或提供控制之一或處理器或控制電路。易言之，在特定範例實施例中，控制器1308可設有用於監控照明系統及/或其部分的溫度之部件，並選擇性啟動冷卻元件以譬如利用帕耳帖效應及一或多個帕耳帖元件將熱量轉移離開LED。可利用以鉍為基礎的帕耳帖元件及/或類似物達成帕耳帖效應。譬如，在特定情形中，可使用碲化鉍(譬如Bi2Te3)。在特定範例實施例中，可使用具有高S係數的其他類型材料。
在特定範例實施例中，控制器可供應功率至LED。在特定範例實施例中，一LED磚瓦可包括一陣列或群組的LED，其各有自己的驅動電子件以利於提供主動冷卻至LED。在特定範例實施例中，磚瓦的美學特徵可使得磚瓦厚度與磚瓦長度之間的比值(譬如t/L)位於0.1及0.3之間、或更佳約0.15及0.25之間，或再更佳約為0.2。在特定範例實施例中，磚瓦的厚度可位於約3mm及15mm之間，或更佳約4mm及10mm之間，且又更佳約為5mm。在特定範例實施例中，磚瓦的尺寸特徵可利於磚瓦放置在既有表面上。
在特定範例實施例中，磚瓦可選擇性連接於各者之間使得功率及或熱控制控管分散於一較大面積上。
在特定範例實施例中，控制器1308可具有兩或更多種模式。在第一模式中，可施加一正電壓。在第二模式中，控制器1308可施加一負電壓至譬如一TEC。在特定範例實施例中，控制器可包括一H-橋電路。
雖然線性供應功率可能提供降低的雜訊，其可能有相對不良的效率並需要具有增加熱絕緣的較大構件以降低一冷卻器所負載廢熱量的量值。在特定範例實施例中，兩個具有互補驅動器之同步降壓電路(synchronous buck circuits)係可提供增高的供應效率，其可從單一正供應器輸送雙極功率。在特定範例實施例中，脈寬調變(PWM)(譬如受到強制)可控制兩輸出電壓使得電流被源動(sourced)及/或吸動(sinked)。為此，當電流吸動時，功率被收回及送回到供應線。
在特定範例實施例中，帕耳帖元件被放置在一肩負著含有PCB的LED之PCB上。帕耳帖元件可經由一以石墨烯為基礎的墨水被熱性連接以具有最大熱傳導。這可用來降低熱阻接面。
以感測器1312所決定的資訊為基礎，控制器1308可控制系統1306如何轉移熱量於LED及排熱器之間。譬如，若LED1304變“熱”(譬如具有高溫)，控制器可供應更多功率至系統1306，其轉而可能造成更多熱量被轉移於LED1304及排熱器1302之間。
在特定範例實施例中，控制器可操作並試圖使LED溫 度保持低於125度F，更佳低於110度F，且再更佳低於約100度F。在特定範例實施例中，控制器1308可控制主動冷卻元件，使得各磚瓦的平均發亮效力位於一預定範圍內。
在特定範例實施例中，本文所描述的主動溫度控管可在一陣列的LED上實行。在特定範例實施例中，一熱控管實行方式的TEC層係可設定尺寸以配合供其所配置之給定的LED(或LED層)。
第14圖根據特定範例實施例顯示一用於生成一包括一熱控管層的光附件之範例製程的流程圖。步驟1402、1404、1406、1408、1410、及1412可分別對應於第4圖的步驟402、404、406、408、410、及412。在特定範例實施例中，腔穴或開口及面鏡並施加保護層，一熱控管層可在步驟1414配置為緊鄰於LED。在特定範例實施例中，該熱層可包括薄膜TEC或類似物。在特定範例實施例中，該熱層及LED可提前被組合，然後被一體配置在光附件中。在步驟1416，一熱控制器可附接至一或多個熱層。熱控制器可作為一用於LED及/或熱層之電源供應器、一感測器、及/或一處理器以決定有多少電能可施加至熱層。
在特定範例實施例中，一系列的LED磚瓦及或磚瓦內的LEDs可被序列式、並列式或兩者混合式電性連接。
雖然主動冷卻可能是一較佳實施例，可根據特定範例實施例實行其他類型的冷卻系統。譬如，可對於一主動加熱配置以添加或取代方式實行一被動冷卻系統。並且，雖然主動冷卻可以帕耳帖元件達成，在特定範例實施例中可 使用一電-液力性冷卻系統。在較佳實施例中，一範例冷卻系統可很少有或沒有活動元件、相對密實、及/或利於局部化熱量抽取。
如本文說明，可對於一腔穴使用多重的LED。為此，在特定範例實施例中，一透鏡可連同多重LED作使用。
在特定範例實施例中，本文所描述的玻璃物件(譬如具有開口之玻璃基材、透鏡、磷光體層等)可以設計或其他考量(譬如法規)為基礎被化學性或熱性加強。
將瞭解“TEC”用語可指任何熱電冷卻器或熱泵。
雖然本文的特定範例實施例可能已就一標準家庭照明照具作描述，將瞭解本文描述的技術可適用於其他類型照具。譬如，本文的系統及/或技術係可使用在工業應用、戶外(譬如花園)、諸如卡車、飛機等載具上、電子裝置(譬如作為LCD、電漿及/或其他平板顯示器的背光)中、等等。的確，本文的技術可適用於(全部或)幾乎任何類型領域所使用的光源。
本文所描述的範例實施例可連同美國申請案編號12/923,833；12/923,834；12/923,835；12/923,842；及12/923,713中的任一或多者中所揭露之技術作使用，其各案的整體內容被合併於本文以供參考。譬如，絕緣玻璃(IG)單元結構、電連接件、層堆積體、及/或材料係可連同本發明的不同實施例作使用。
除非另外明述，本文的“上”、“被~所支撐”及類似用語不應詮釋為表示兩元件直接彼此相鄰。易言之，縱使其間 具有一或多層，第一層仍可說是位於第二層“上”或被第二層“所支撐”。
雖已經就目前視為最實用且最佳的實施例來描述本發明，請瞭解本發明並不限於所揭露的實施例，相反地，其意圖涵蓋申請專利範圍的精神與範圍內所包括之不同的修改及均等性配置。
100‧‧‧照具
102,302‧‧‧印刷電路板(PCB)
104,304,502,522,554,656A,656B‧‧‧LED
108‧‧‧表面
110,310‧‧‧開孔
112A,112B,328,558‧‧‧光射線
114,316,322A,322B,1104‧‧‧玻璃基材
116‧‧‧熱傳導黏劑
118‧‧‧連接件
202,204,206,208,210,350,352,354,356,402,404,406,408,410,412,602,604,606,608,610,616,1402,1404,1406,1408,1410,1412,1414,1416‧‧‧步驟
300,1300‧‧‧照明照具
306,504,524‧‧‧保護密封件
308‧‧‧反射性拋物表面
312‧‧‧發射光
314,326,662,1208‧‧‧磷光體層
316‧‧‧圖案化玻璃基材
320‧‧‧磷光體組件
324A,324B‧‧‧率層
500,520,550,652,654‧‧‧透鏡
552‧‧‧凸緣或擴張狀部分
556‧‧‧密封劑
650‧‧‧照明附件
658,660,1214‧‧‧腔穴
1102‧‧‧開口
1110‧‧‧立方體附件/線性附件
1120‧‧‧配置
1200‧‧‧光附件
1202‧‧‧排熱器
1204,1304‧‧‧LED層
1206‧‧‧玻璃層
1210A,1210B‧‧‧光學玻璃層
1302‧‧‧被動排熱器
1306‧‧‧主動熱控管系統
1308‧‧‧控制器
1312‧‧‧感測器
L0A-L5F‧‧‧輪廓
L0-L5‧‧‧定製輪廓
L2‧‧‧透鏡的中央部份之直徑
n1‧‧‧LED包封劑的折射率
n2‧‧‧收集透鏡的折射率
r1,r2‧‧‧透鏡下方之LED的極端
S1‧‧‧供來自一LED的光進入透鏡之下表面
S2‧‧‧供光離開透鏡之上表面
第1A圖是根據特定範例實施例顯示一範例照明附件之示範性橫剖視圖；第1B圖是第1A圖的橫剖視圖一部分之示範性橫剖視圖；第1C圖是提供一範例照明附件之示範圖；第2圖是根據特定範例實施例之一用於生成一照明附件之範例製程的流程圖；第3A圖是根據特定範例實施例顯示另一範例照明附件之示範性橫剖視圖；第3B圖是根據特定範例實施例顯示一範例磷光體組件之示範性橫剖視圖；第3C圖是根據特定範例實施例之一用於生成一範例磷光體組件之範例製程的流程圖；第4圖是根據特定範例實施例之一用於生成一照明附件之範例製程的流程圖；第5A至5B圖是根據特定範例實施例之範例透鏡的示範性橫剖視圖；第5C圖是根據特定範例實施例之一範例透鏡的示範性 橫剖視圖；第5D圖是根據特定範例實施例之一範例透鏡的一部分之示範性橫剖視圖；第6A圖顯示根據特定範例實施例之一用於生成一光附件之範例製程的流程圖；第6B圖是根據特定範例實施例顯示另一範例照明附件之示範性橫剖視圖；第7圖是根據特定範例實施例之一範例光附件的一部分之範例維度的半橫剖視圖；第8至9圖根據本發明特定範例實施例顯示用於一範例準直器之範例照明輪廓；第10圖是一範例彎曲狀磷光體板之橫剖視圖；第11A至11C圖是根據特定範例實施例之範例照明照具的圖式；第12圖是根據特定範例實施例之另一範例光附件的橫剖視圖；第13圖是根據特定範例實施例之一範例主動熱控管系統的橫剖視圖；及第14圖顯示根據特定範例實施例之一用於生成一包括一熱控管層的光附件之範例製程的流程圖。
100‧‧‧照具
102‧‧‧印刷電路板(PCB)
104‧‧‧LED
108‧‧‧表面
110‧‧‧開孔
112A,112B‧‧‧光射線
114‧‧‧玻璃基材

Claims (32)

  1. 一種裝備，包含：一第一玻璃基材，其具有形成其中的至少一腔穴，各該腔穴(a)從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離，及(b)具有一反射性表面；位居或緊鄰於該等腔穴各別一者的第一端之至少一發光二極體(LED)，藉以能夠使該相關聯的腔穴之反射性表面反射從該各別LED發射之至少部分的光；及一磷光體包含材料，其配置於該至少一LED上方及該第一端上方，一支撐該磷光體包含材料之第二基材，該第二基材被定向於各該腔穴的第二端上方，該裝備進一步包含一位於該第二基材與該至少一LED之間的夫瑞司諾透鏡(Fresnel lens)，其中該夫瑞司諾透鏡係設定結構以增大來自該至少一LED之光的擴散。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中各該腔穴當在橫剖面觀看時具有一拋物形側壁。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中離開各該腔穴的第二端之反射光係被實質地準直藉以容許10至30度的分佈。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中各該腔穴的反射性表面係組構為保存來自該各別LED之光的展度(étendue)。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中：各該LED係組構為產生根據一第一頻譜的光；該磷光體包含材料具有一第二頻譜；及離開該裝備的光具有一第三頻譜。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中該磷光體包含材料係直接或間接地被濺鍍沉積於該第二基材上。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中該磷光體包含材料係嵌入一被層疊至該第二基材之疊層材料中。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中該第二基材為彎曲狀，使得該第二基材的一頂點被定位為遠離該至少一LED。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中一隱藏式密封件形成於該等第一及第二基材之間。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中該至少一LED缺乏一環氧樹脂蓋。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中該磷光體包含材料包括選自Ce：YAG及MN：ZnGeO4之一白磷光體。
  12. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中該LED係為一藍LED且該磷光體構件包括黃磷光體。
  13. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中該至少一LED係包括一裸晶粒LED。
  14. 如申請專利範圍第1項之裝備，其中離開該磷光體包含材料之光的CRI係為至少95%。
  15. 一種照明系統，其包含如申請專利範圍第1至14項中任 一項之裝備。
  16. 一種照明系統，其包含複數個互連裝備，其中各該裝備係為如申請專利範圍第1至14項中任一項之裝備。
  17. 一種用於製造一光附件(light fixture)之方法，該方法包含：形成至少一腔穴於一玻璃基材中，各該腔穴從其一第一端至其一第二端增大直徑或距離；將一反射性元件配置於該至少一腔穴的一表面上；將一發光二極體(LED)設置成位於或緊鄰於各該腔穴的第一端藉以能夠使該相關聯反射性元件反射從該各別LED發射之至少部分的光；及將一磷光體包含材料配置於該第一端上方，該光附件進一步包含一支撐該磷光體包含材料之第二基材，該第二基材被定向於各該腔穴的第二端上方，該方法進一步包含將一夫瑞司諾透鏡設置於該第二基材與該至少一LED之間，其中該夫瑞司諾透鏡係設定結構以增大來自該至少一LED之光的擴散。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，進一步包含將一準直透鏡配置於各該腔穴內，離開各該腔穴的第二端之反射光係被實質地準直藉以容許10至30度的分佈，及其中各該腔穴的反射性表面係組構為保存來自該各別LED之光的展度。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該磷光體包含材料 係直接或間接地被濺鍍沉積於該第二基材上。
  20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該磷光體包含材料係嵌入一被層疊至該第二基材之疊層材料中。
  21. 如申請專利範圍第17項之方法，其進一步包含將一隱藏式密封件形成於該等第一及第二基材之間。
  22. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該至少一LED缺乏一環氧樹脂蓋。
  23. 一種被調適以配合使用一照明裝備之磷光體組件，該照明裝備包括至少一光源及一位於該磷光體組件與該至少一光源之間的夫瑞司諾透鏡，其中該夫瑞司諾透鏡係設定結構以增大來自該至少一光源之光的擴散，該組件以移離該光源的方向包含：一第一玻璃基材；一第一率(index)層；一磷光體構件；一第二率層；及一第二玻璃基材，其中來自該至少一光源之發射光係在該等第一及第二率層之間被部份地折射，俾使至少部分的該發射光多次穿過該磷光體構件，及其中對於該等第一及第二率層的折射率係實質地彼此匹配且依據該磷光體構件材料被選擇。
  24. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其中該磷光體構件係為150至300微米厚度。
  25. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其進一步包含一結構性密封該磷光體構件免於外部濕氣之斥水性層。
  26. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其中該磷光體構件係包括多重不同磷光體化合物之一混合。
  27. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其中該磷光體構件包括以YAG、TAG、氮化物、或GAL為基礎的磷光體中之至少一者。
  28. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其中該磷光體構件經由銪被活化。
  29. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其中該光源係為一藍LED。
  30. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其中該等第一及第二率層係為具有至少1.8的率之高率層。
  31. 如申請專利範圍第30項之磷光體組件，其中該率係為至少2.0。
  32. 如申請專利範圍第23項之磷光體組件，其中該等第一及第二率層係為具有約1.345與1.5之間的率之低率層。
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