TWI646284B - 遠端磷光質發光裝置及方法 - Google Patents

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維克特 采斯勒
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Abstract

一種從一或多點光源(200)產生單色光的發光裝置(100)及方法。磷光質體(202)在空間上自該一或多點光源(200)分離，以接收由該一或多點光源(200)產生之該單色光並透過發光提供多波長光。該多波長光係自該磷光質體(202)發射穿過多維表面(106)。可選地，透鏡體(104)可接收來自該多維表面(106)的該多波長光並以出射分佈(400)將該多波長光反射及折射離開該透鏡體(104)。

Description

遠端磷光質發光裝置及方法
本文所揭示標的之實施例相關於發光裝置。
一些燈光系統包括控制從該燈光發射的光之分佈的磷光質。此些系統可將光分佈為均勻擴散光分佈(Lambertian light distribution)。然而，此分佈對一些戶外應用可能並非為有效的。舉例而言，法規可能限制當照明道路、十字路口等時所使用的光分佈之類型。有鑒於由均勻擴散分佈所導致之眩光或其他能見度問題，該等限制可能不允許均勻擴散分佈。
額外地，一些已知被允許將光分佈為均勻擴散分佈之戶外燈光系統受低效率之影響。此些燈光系統可能無法產生足夠的光以適當照明一些戶外地點，諸如道路、停車場等。
在一實施例中，發光裝置包括：第一點光 源，建構以產生單色光；及磷光質體，其在空間上自該第一點光源分離。磷光質體係建構以接收由該第一點光源產生之單色光並自該單色光之接透過發光提供穿過多維表面的多波長光。該發光裝置亦可包括透鏡體，其經建構以接收來自該多維表面的該多波長光，並以出射分佈將該多波長光反射及折射離開該透鏡體。
在另一實施例中，另一發光裝置包括：光源，建構以產生第一波長之第一光；及磷光質體，其在空間上自該光源分離。磷光質體係建構以接收由該光源產生之該第一光並提供穿過多維表面之多波長光，該多波長光具有至少一不同於該第一波長的波長。該發光裝置可包括透鏡體，其經建構以接收來自該多維表面的該多波長光，並以出射分佈將該多波長光反射或折射一或多次並離開該透鏡體。
在另一實施例中，一種方法(例如，用於產生光)包括自發光裝置之第一點光源產生單色光；在於空間上自該第一點光源分離之磷光質體接收由該第一點光源所產生之該單色光；自該單色光之接收透過磷光質體的發光來提供穿過多維表面的多波長光；及以接收來自該多維表面之該多波長光的透鏡體將該多波長光反射及折射，以自該發光裝置將該多波長光導向於出射分佈中並離開該透鏡體。
100‧‧‧發光裝置
102‧‧‧外殼
104‧‧‧透鏡體
106‧‧‧表面(上表面、多維表面)
108‧‧‧表面(下表面)
110‧‧‧圓柱壁
200‧‧‧(第一、第二)(點)光源
202‧‧‧磷光質體
204‧‧‧中心軸
206‧‧‧間隙
300‧‧‧凸表面
302‧‧‧凸表面
304‧‧‧凸表面
306‧‧‧谷
308‧‧‧峰
400‧‧‧出射分佈
402‧‧‧放射圖
404‧‧‧中心軸
406‧‧‧近似橢圓形狀部分
408‧‧‧近似橢圓形狀部分
410‧‧‧橫向定向方向
412‧‧‧橫向定向方向
414‧‧‧側
416‧‧‧側
自研讀以下非限定性實施例之說明並參照附圖將可更佳地瞭解本文所述之標的，其中以下：圖1說明發光裝置之一實施例；圖2說明於圖1所示根據一實施例的發光裝置之外殼的橫截面圖；圖3說明於圖1所示根據一實施例的發光裝置的側視圖；圖4說明於圖1所示根據一實例從發光裝置發射之光的出射分佈；及圖5說明用於自發光裝置產生光的方法之一實施例的流程圖。
本文所述發明性標的之一或多實施例提供發光裝置及方法，其提供一種光學機械解決方法以使用遠端磷光質體來建立廣角光分佈。在一實施例中，取代白色發光二極體(LED)，藍光LED晶片可與在空間上分離之磷光質層(亦於本文中被稱作磷光質體)一起被使用。該磷光質體接收由一或多LED產生之光，並使用該接收光建立廣角(例如，蝙蝠翼形)光分佈。透鏡將光束導向遠離中心軸而成為廣角。
在一實施例中，發光裝置包括光源，其係產生單一單色光點的LED，諸如具有單一波長之藍光。此光行進穿過光源與磷光質體之間的空間間隙(例如，氣隙)。 該磷光質體比單一光點大，並且一旦接收到光就發光(luminesce)以產生額外的光，諸如具有多波長之光。光源與磷光質體之間之分離允許使用較高溫度之光源及/或延長磷光質體之可用壽命。舉例而言，該空間間隙降低從光源轉移到磷光質體之熱，如此可延長磷光質體可持續產生多波長光之期間(相對於無空間間隙或較小空間間隙)。磷光質體具有較單色光自光源發射之光源之表面更大之發光表面。此發光表面為多維表面，其係將光發射經過一較大區域以用於相對於光源之光的較大分佈。此表面可作為進入透鏡體之入口，該透鏡體將光反射及/或折射離開該發光裝置。透鏡體之形狀可被控制以指定離開發光裝置之光的分佈。在一實施例中，使用在空間上自磷光質體分離之藍光單色LED及/或包含本文所述之透鏡體之一或多實施例可將從燈光裝置所發出的光的效能相對於包括白光LED之燈光裝置而增加10到25%(或另一值)，該對比之燈光系統不包括磷光質體，其具有不同的透鏡體，及/或其未在空間上將該LED自該磷光質體分離。
圖1說明發光裝置100之一實施例。發光裝置100包括光源外殼102，其可操作地連接透鏡體104。舉例而言，外殼102可與透鏡體104連接。外殼102被顯示為具有由圓柱壁110連接的相對表面106、108之圓柱體。該等表面106、108之一或兩者可能係平面表面或替代地可具有非平面形狀。一或多光源被設置在外殼102中。
外殼102之壁110及/或表面108對外殼102內部產生之光可係不透明，而表面106則可透射光。舉例而言，表面106可係透明。表面106操作作為進入透鏡體104中的光入口或輸入，且可被稱作外殼102之出射表面。產生於外殼102內之光透過表面106離開外殼102並進入透鏡體104。透鏡體104係由光透射材料形成並且被成型以反射及/或折射自外殼102接收到的光成所欲或指定之分佈。
隨著持續參照圖1所示之發光裝置100，圖2說明於圖1所示根據一實施例的發光裝置100之外殼102的橫截面圖。外殼102包括數個光源200，相較於外殼102之相對上表面106，該等光源200被設置得更靠近外殼102之下表面108。替代地，該等光源200之一或多者可位於外殼102中他處。圖2所示光源200之數量僅為作為一實例而被提供。單一光源200或另一數量之光源200可被包括在發光裝置100中。
在外殼102中的光源200之至少一者或全部係點光源，其產生單一點的光而非產生分佈在二維區域上之光。在一實施例中，在外殼102中的光源200產生單色光。舉例而言，光源200可產生具有單一波長之光。在外殼102中的所有光源200可產生相同單色光(例如，具有相同波長或顏色之光)。替代地，在外殼102中的二或多光源200可產生具有不同波長或顏色之光。在一態樣中，光源200代表發射具有450奈米(nm)到455nm之峰值波 長的光之LED。替代地，光源200可代表發射具有444nm到455nm、450nm到457nm、444nm到457nm之峰值波長或其他峰值波長的光之LED。術語峰值波長可代表由光源200所產生具有最大級度的光之波長。
磷光質體202被設置在外殼102內。磷光質體202可包括外殼102之表面106或其他裝置。於圖2中所示之磷光質體202具有碟狀外型，其形成外殼102之頂部。磷光質體202接收由光源200所產生之光。此光導致磷光質體202發光並產生額外光。由磷光質體202所產生之光可係多波長光。舉例而言，磷光質體202可接收來自光源200之單一峰值波長光並透過發光產生具有多波長之光。磷光質體202可發射此多波長光穿過磷光質體202及外殼102之多維表面106。表面106可係多維度，其中表面106延伸超過二或三維表面且光被發射穿過二或三維表面。舉例而言，至少沿著兩方向延伸之整個區域可發射光。如於圖2所示，自磷光質體202發射的光所穿過的表面106之表面積大於由光源200產生之光所發射穿過的光源200之表面積。
磷光質體202可包括形狀為扁平圓柱之模製聚合物，其中設置磷光質。磷光質體202之源碟狀或圓柱之塊狀材料可係95%透明聚合物及5%磷光質。在一實施例中，磷光質體之塊狀材料係由Lord E-105透明環氧樹脂及Cirkalok 6010B硬化劑(以6：1質量比)與5%的Intematix GAL 550-02-13磷光質所形成。磷光質體202可 將從光源200接收之450nm藍光(或其他光)轉換成具有5000K之顏色相關溫度(CCT)及/或70之演色性指數(CRI)的白光。替代地，該光可具有另一顏色、CCT及/或CRI。
磷光質體202在空間上自光源200分離。光源200可沿著光源200之中心軸204產生光，且磷光質體202可藉由分隔間隙206沿著軸線204自光源200分開。間隙206可係氣隙(例如，以空氣填充之間隙)或以另一種材料(諸如另一種氣體)填充之間隙。間隙206使由光源200產生之熱在到達磷光質體202之前可被耗散或被降低。此可避免磷光質體202免於被加熱，否則磷光質體202會被光源200損壞，其會使磷光質體202之有效壽命降低。
在一實施例中，間隙206之側可能較由光源200發射之光的波長更大及/或比光源200更大。可沿著與中心軸204之一或多者共延之方向測量間隙206之尺寸。間隙206之尺寸可係數公分(例如，二到五公分)，或係另一尺寸。
由磷光質體202發射之光穿過外殼102之表面106而進入透鏡體104。透鏡體104可自光透射材料(諸如環氧樹脂或另一種材料)形成。透鏡體104將所接收之光反射及/或折射成自發光裝置100發射出的光之出射分佈。透鏡體104之形狀可被改變以提供光之不同出射分佈。
圖3說明於圖1所示根據一實施例的發光裝置100的側視圖。發光裝置100之透鏡體104具有一形狀，其經由表面106自磷光質體202接收光並將該光之分佈改變成非均勻擴散分佈。透鏡體104包括凸表面300及複數個相對凸表面302、304。凸表面302、304之半徑或曲率半徑可能小於凸表面300之半徑或曲率半徑。凸表面300可具有開口或洞口，穿過該開口或洞口插入外殼102。由外殼102之磷光質體202發射之光可穿過該開口或洞口進入透鏡體104中。
透鏡體104具有一鞍形外型，其藉由谷306將凸表面302、304自彼此分離。如圖1所示，凸表面302、304可形成四個峰308，但替代地可形成另一數量個峰308。亦如圖1所示，透鏡體104可具有貝殼式外型，其自兩相對側414、416形成。透鏡體104的貝殼式外型之各側414、416包括由谷306分離之兩個峰308。
隨著表面300反射及/或折射該光於透鏡體104中以聚光該光時，凸表面300可被稱作聚光表面。舉例而言，打擊表面300之光束可被聚焦以朝一位置聚光，諸如相對凸表面302、304。相反的，凸表面302、304為發散表面。表面302、304將該光反射及/或折射進入透鏡體104以將該光發散。舉例而言，打擊表面302及/或表面304之光束可被導向遠離一位置，諸如相對凸表面300。
表面300、302、304可被成型以提供該光之 完全內部反射。舉例而言，光可自外殼102之表面106以相對於表面106之各種角度發射。表面302、304之曲率半徑可能小到足以導致入射到表面302、304之上的光被往內反射(例如，朝向相對表面300)。表面300可將該光反射於內部以及導致該光被導向離開該透鏡體104(例如，在表面302、304與峰308之間，如圖1所示)。
圖4說明於圖1所示根據一實例從發光裝置100發射之光的出射分佈400。在放射圖402上顯示之分佈400表示以自發光裝置100之中心軸404(如圖1所示)的不同角度從發光裝置100所發射之不同發光強度層級的光。如圖4所示，分佈400係非均勻擴散分佈。舉例而言，在自發光裝置100之中心軸404的所有方向或角度中，光之分佈400並不相等。分佈400具有蝙蝠翼形狀，其中分佈400包括兩個近似橢圓形狀部分406、408，其沿著橫向定向方向410、412係細長的。替代地，分佈400具有另一形狀。
圖5說明用於自發光裝置產生光的方法500之一實施例的流程圖。方法500可描述於圖1所示發光裝置100之操作或可描述另一發光裝置之操作。在502，自一或多點光源產生單色光。在504，此光在磷光質體被接收。如上述，磷光質體可自點光源分離以避免磷光質體被光源加熱。在506，經由磷光質體之發光而提供多波長光。將此多波長光發射穿過多維表面。舉例而言，磷光質體可將來自點光源之光點轉換成自磷光質體發射穿過二或 三維表面之光。在508，自磷光質體發射之光被透鏡體反射及/或折射以產生所指定的光之分佈。可選的，508可能不被包括在方法500中。該光可被反射及/或折射以產生不是均勻擴散分佈的光之分佈。
在一實施例中，發光裝置包括：第一點光源，建構以產生單色光；及磷光質體，其在空間上自該第一點光源分離。磷光質體係建構以接收由該第一點光源產生之單色光並自該單色光之接收透過發光提供穿過多維表面的多波長光。該發光裝置亦可包括透鏡體，其經建構以接收來自該多維表面的該多波長光，並以出射分佈將該多波長光反射及折射離開該透鏡體。
在一態樣中，該第一點光源係發光二極體。
在一態樣中，該發光裝置亦包括一或多第二點光源，建構以產生額外單色光。
在一態樣中，該磷光質體在空間上亦自該一或多第二點光源分離，並建構以接收來自該一或多第二點光源之該額外單色光。該磷光質體亦可被建構以自該單色光及該額外單色光之接收透過發光提供該多波長光。
在一態樣中，該磷光質體係藉由氣隙而空間上自該第一點光源分離。
在一態樣中，該磷光質體係建構以自該多維表面發射該多波長光，該多維表面具有大於該第一點光源之表面積。
在一態樣中，該第一點光源係建構以產生藍 光作為該單色光。
在一態樣中，該透鏡體係建構成以非均勻擴散分佈將該多波長光反射及折射作為該出射分佈。
在一態樣中，該發光裝置亦包括圓柱外殼，其中設置該第一點光源及該磷光質體。該圓柱外殼可包括界定該多維表面之圓形出射表面，該多波長光穿過該多維表面被導向到該透鏡體中。該透鏡體可包括聚光凸表面及相對發散凸表面，其中接收進入該透鏡體中的該多波長光往該發散凸表面前進並遠離該聚光凸表面。
在一態樣中，該透鏡體之該聚光凸表面及該發散透鏡表面提供該多波長光之完全內部反射。
在另一實施例中，另一發光裝置包括：光源，建構以產生第一波長之第一光；及磷光質體，其在空間上自該光源分離。該磷光質體係建構以接收由該光源產生之該第一光並提供穿過多維表面的多波長光，多波長光具有至少一不同於該第一波長的波長。該發光裝置可包括透鏡體，其經建構以接收來自該多維表面的該多波長光，並以出射分佈將該多波長光反射或折射一或多次離開該透鏡體。
在一態樣中，該光源係建構以產生該第一光作為單色光。
在一態樣中，該光源係建構以產生該第一光作為光點之點光源。
在一態樣中，該發光裝置亦包括一或多額外 點光源，建構以產生額外第二光。
在一態樣中，該磷光質體在空間上亦自該光源及該一或多額外點光源分離，及用以接收來自該一或多額外點光源之該額外第二光。該磷光質體亦可被建構以自該第一光及該額外第二光之接收透過發光提供該多波長光。
在一態樣中，該磷光質體係藉由氣隙而在空間上自該光源分離。
在一態樣中，該磷光質體係建構以自該多維表面發射該多波長光，該多維表面具有大於從光源發射的第一光從中穿過之該光源的表面之表面積。
在一態樣中，該發光裝置亦包括圓柱外殼，其中設置該光源及該磷光質體。該圓柱外殼可具有界定該多維表面之圓形出射表面，該多波長光穿過該多維表面被導向到該透鏡體中。
在一態樣中，該透鏡體包括聚光凸表面及相對發散凸表面，其中接收進入該透鏡體中的該多波長光往該發散凸表面前進並遠離該聚光凸表面。
在另一實施例中，一種方法(例如，用於產生光)包括自發光裝置之第一點光源產生單色光；在於空間上自該第一點光源分離之磷光質體接收由該第一點光源所產生之該單色光；自該單色光之接收透過磷光質體之發光來提供穿過多維表面的多波長光；及以接收來自該多維表面之該多波長光的透鏡體將該多波長光反射及折射，以自 該發光裝置將該多波長光導向於出射分佈中並離開該透鏡體。
在一態樣中，產生該單色光包括以該發光裝置之一或多第二點光源產生額外單色光並在該磷光質體接收該額外單色光。
在一態樣中，接收該單色光包括在該單色光已通過在該磷光質體與該第一點光源之間的氣隙之後接收該單色光。
在一態樣中，反射及折射該多波長光包括以非均勻擴散分佈將該多波長光反射及折射作為該出射分佈。
當連同所附圖式閱讀本發明標的之特定實施例的前述說明時，將可最佳地理解該前述說明。各種實施例並未限制於圖式中所顯示之配置及機構。上述說明為說明性的而非限制性的。舉例而言，上述實施例(及/或其態樣)可與彼此結合使用。此外，在未背離本發明標的之範圍之前提下，可對本發明性標的之教示作出許多修改以適用於特定情況或材料。雖然本文所述之材料的尺寸及類型目的在於定義本發明性標的之參數，但他們在任何情況下不為限制性的而係說明性的實施例。對在該領域具有通常知識者檢視上述說明時為顯而易見的，可想到其他實施例。因此，本發明性標的之範圍應藉由對所附申請專利範圍之參照而判定，以及那些請求項所享有的等效物之全部範圍。
在所附申請專利範圍中，使用術語「包括(including)」及「其中(in which)」以作為個別術語「包含(comprising)」及「其中(wherein)」的英文白話文中的等效用語。此外，在所附申請專利範圍中，術語「第一」、「第二」、及「第三」等僅用作標記，且目的不在於提示該等物件之數字需求。進一步地，所附申請專利範圍之限制不被寫成機構加上功能之格式且目的不在於基於35U.S.C.§ 112(f)來將其詮釋，除非且直到此類請求項限制明確地使用用語「用於...之機構」並且在之後附上其他結構之功能空白(function void)之聲明。並且如同在本文所使用的，以文字「一(a或an)」所敘述前綴於該元件或步驟之前並為單述型態的該元件或步驟應被理解為不排除該元件或步驟之複數型態，除非明確聲明此類排除。進一步，本發明性標的對「一個實施例」之參照目的不在於被詮釋為排除額外實施例之存在，其亦被包含在所序述特徵中。此外除非明確指明為相反的，否則實施例「包含」、「包括」、或「具有」具有特定性質之元件或複數個元件可包括不具有該特定性質之額外此類元件。
本書寫說明使用實例以揭示本發明性標的之許多實施例，並亦用以使在該領域具有通常知識者能夠實作本發明性標的之實施例，包括製造或使用任何裝置或系統並執行任合所包含之方法。本發明性標的之欲申請專利之範圍係由申請專利範圍所界定，並且可包括在該領域具有通常知識者所能想到的其他實例。此類其他實例目的在 於在該申請專利範圍之範圍中，前提為其具有不與該申請專利範圍之文字語言不同的結構性元件，或其包括與該申請專利範圍之文字語言具有非實質性差異之等效結構元件。

Claims (15)

  1. 一種發光裝置(100)，包含：第一點光源(200)，建構成產生單色光；磷光質體(202)，其在空間上自該第一點光源(200)分離，該磷光質體(202)建構成接收由該第一點光源(200)產生之該單色光並自該單色光之接收透過發光提供穿過多維表面(106)的多波長光；及透鏡體(104)，其經建構成接收來自該多維表面(106)的該多波長光並以出射分佈(400)將該多波長光反射及折射離開該透鏡體(104)。
  2. 如申請專利範圍第1項的發光裝置(100)，進一步包含一或多個第二點光源(200)，建構成產生額外單色光。
  3. 如申請專利範圍第2項的發光裝置(100)，其中該磷光質體(202)在空間上亦自該一或多個第二點光源(200)分離，並用以接收來自該一或多個第二點光源(200)之該額外單色光，該磷光質體(202)亦建構成自該單色光及該額外單色光之接收透過發光提供該多波長光。
  4. 如申請專利範圍第1項的發光裝置(100)，其中該磷光質體(202)係藉由氣隙(206)而在空間上自該第一點光源(200)分離。
  5. 如申請專利範圍第1項的發光裝置(100)，其中該磷光質體(202)係建構成自該多維表面(106)發射該多波長光，該多維表面(106)具有大於該第一點光源(200)之表面積。
  6. 如申請專利範圍第1項的發光裝置(100)，其中該透鏡體(104)係建構成以非均勻擴散分佈將該多波長光反射及折射作為該出射分佈(400)。
  7. 如申請專利範圍第1項的發光裝置(100)，進一步包含圓柱外殼(102)，其中設置該第一點光源(200)及該磷光質體(202)，該圓柱外殼(102)具有界定該多維表面(106)之圓形出射表面(106)，該多波長光穿過該多維表面(106)被導向到該透鏡體(104)中。
  8. 如申請專利範圍第1項的發光裝置(100)，其中該透鏡體(104)包括聚光凸表面(300)及相對發散凸表面(302、304)，其中接收進入該透鏡體(104)中的該多波長光往該發散凸表面(302、304)前進並遠離該聚光凸表面(300)。
  9. 如申請專利範圍第8項的發光裝置(100)，其中該透鏡體(104)之該聚光凸表面(300)及該發散透鏡表面(302、304)提供該多波長光之完全內部反射。
  10. 一種發光裝置(100)，包含：藍光LED，建構成產生第一波長之藍光；磷光質體(202)，其在空間上自該藍光LED分離，該磷光質體(202)建構成接收由該藍光LED所產生之該藍光並提供穿過多維表面(106)的多波長光，該多波長光具有至少一不同於該第一波長的波長；及透鏡體(104)，其經建構成接收來自該多維表面(106)的該多波長光並以非均勻擴散分佈(400)將該多波長光反射或折射一或多次離開該透鏡體(104)。
  11. 如申請專利範圍第10項的發光裝置(100)，其中該藍光LED係建構成產生該藍光作為單色光。
  12. 如申請專利範圍第10項的發光裝置(100)，其中該藍光LED建構成產生峰值波長為444nm至457nm之藍光。
  13. 如申請專利範圍第10項的發光裝置(100)，進一步包含一或多個額外光源(200)，建構成產生額外第二光。
  14. 如申請專利範圍第10項的發光裝置(100)，其中該磷光質體(202)係藉由氣隙(206)而在空間上自該藍光LED分離。
  15. 如申請專利範圍第10項的發光裝置(100)，其中該磷光質體(202)係建構成自該多維表面(106)發射該多波長光，該多維表面(106)具有大於該藍光LED的表面之表面積，該藍光自該藍光LED被發射而穿過該多維表面(106)。
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