專利名稱：用于照明裝置的光學(xué)元件邊緣處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高輸出照明裝置以及用于其的光學(xué)元件，用于降低全內(nèi)反射和光損耗。
背景技術(shù)：
發(fā)光材料(lumiphoric material)通常供電激發(fā)的發(fā)射器使用，以便產(chǎn)生各種發(fā)射，諸如，彩色光(例如，非白色)或白色光(例如，視為白色或近白色)。這種發(fā)射器可包括能夠產(chǎn)生可見或接近可見(例如，從紅外線到紫外線)波長輻射的任何裝置，包括但不限于氙燈、汞燈、鈉燈、白熾燈、以及固態(tài)發(fā)射器(包括發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)發(fā)光二極管(0LED)、以及激光)。這種發(fā)射器可具有改變光的顏色的相關(guān)濾光器和/或包含發(fā)光材料，該發(fā)光材料吸收由發(fā)射器發(fā)射的第一峰值波長的一部分并重新發(fā)射與第一峰值波長不同的第二峰值波長的光。突光體、閃爍劑以及發(fā)光墨為常見的發(fā)光材料。LED為將電能轉(zhuǎn)換成光的固態(tài)電激發(fā)的發(fā)射器，并且通常包括夾在相反摻雜的層之間的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料的有源層。在摻雜層上施加偏壓時(shí)，空穴和電子注入到一個(gè)或多個(gè)有源層內(nèi)，在有源層中，空穴和電子重新結(jié)合，以便生成從該裝置中發(fā)射的光。激光二極管為根據(jù)類似原理操作的固態(tài)發(fā)射器。固態(tài)發(fā)射器可用于提供彩色光或白色光。已經(jīng)研究白色LED發(fā)射器，作為白熾燈的潛在替換品。白色LED燈的代表性實(shí)例包括藍(lán)色LED芯片封裝件(例如，由InGaN和/或GaN制成)，該封裝件與發(fā)光材料相結(jié)合，諸如，吸收藍(lán)光(第一波長)的至少一部分并且重新發(fā)射黃光(第二波長)的熒光體(通常為YAG:Ce)，所結(jié)合的黃色和藍(lán)色發(fā)射提供被視為本質(zhì)上為白色或近白色的光。如果所結(jié)合的黃色和藍(lán)色光被視為黃色或綠色，那么可稱為‘藍(lán)變黃’(“BSY”)光或‘藍(lán)變綠’(“BSG”)光。來自發(fā)射器或發(fā)光材料的紅色光譜輸出的添加可用于提高聚集光輸出的暖度(warmth)。作為基于熒光體的白色LED的替代物，紅色、藍(lán)色以及綠色發(fā)射器和/或發(fā)光材料的組合發(fā)射也可視為本質(zhì)上為白色或近白色。用于產(chǎn)生白光的另一種方法在于，用紫色或紫外線LED源激勵(lì)多種顏色的熒光體或染料。很多現(xiàn)代照明應(yīng)用需要高功率發(fā)射器，以便提供所需要的亮度等級。高功率發(fā)射器會(huì)消耗較大的電流，從而生成大量的熱量。普通粘合介質(zhì)用于將發(fā)光材料(諸如，熒光體)沉積在發(fā)射器表面上，在暴露于強(qiáng)熱量的情況下，普通粘合介質(zhì)通常使顏色退化并且改變(例如，變暗)。粘合熒光體和發(fā)射器表面的介質(zhì)的退化縮短了發(fā)射器結(jié)構(gòu)的使用壽命。當(dāng)粘合介質(zhì)由于強(qiáng)熱量而變暗時(shí)，顏色的變化可能改變其光透射特征，從而產(chǎn)生非最佳的發(fā)射光譜。與粘合熒光體和發(fā)射器表面相關(guān)的限制通常限制了可應(yīng)用于熒光體的總輻射量。為了提高可靠性并且延長包含發(fā)光材料的照明裝置的有效使用壽命，發(fā)光材料可與電激發(fā)的發(fā)射器在物理上隔離。熒光體元件的隔離允許通過更高的電流驅(qū)動(dòng)電激發(fā)的發(fā)射器，從而產(chǎn)生更高的輻射。然而，將熒光體與電激發(fā)的發(fā)射器隔離的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了額外的問題，包括(但不限于)穿過這種結(jié)構(gòu)的邊緣的光的損耗和/或該結(jié)構(gòu)內(nèi)部(諸如，反射回到電激發(fā)的發(fā)射器上)被誤導(dǎo)的反射(例如，全內(nèi)反射(“TIR”))造成的全發(fā)射的減少。從電激發(fā)的發(fā)射器經(jīng)過熒光體的發(fā)射泄漏還可降低顏色均勻度和顯色性。例如，經(jīng)過空間上隔離的黃色熒光體的藍(lán)色LED發(fā)射泄漏可造成將來自裝置的聚集發(fā)射被視為(至少在某些方向)藍(lán)變黃或藍(lán)變綠，而非在本質(zhì)上主要為白色。熒光體或其他發(fā)光材料所接收的光量的任何減少造成可用于上變頻(upconversion)的光減少。Harbers等人的美國專利號(hào)7，070，300 (“Harbers”)公開了一種突光體層，該突光體層在物理上與光源隔離，允許用更大的電流驅(qū)動(dòng)光源，以便產(chǎn)生更高的輻射。Harbers公開了(例如，結(jié)合其圖1)相對于彼此以90度定向的LED和熒光體元件，其中，一個(gè)實(shí)施例中的熒光體元件通過例如空氣、氣體、或真空沿著光束路徑與LED隔離1_以上的長度。同樣，由Harbers提出的各種元件(例如，結(jié)合其圖13)例如通過空氣間隙彼此隔離。元件的這種隔離和間隙產(chǎn)生了易于泄漏發(fā)射的區(qū)域。因此，本技術(shù)繼續(xù)試圖改進(jìn)發(fā)光結(jié)構(gòu)，這些發(fā)光結(jié)構(gòu)包括與使用遠(yuǎn)程發(fā)光材料相關(guān)的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)(例如，將熱降解最小化)，而且限制了易于減少發(fā)射和/或影響輸出顏色的察覺的全內(nèi)反射和光損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在各種實(shí)施例中涉及照明裝置，所述照明裝置包括在空間上與電激發(fā)的發(fā)射器隔離的發(fā)光材料，具有設(shè)置成降低全內(nèi)反射和光損耗的結(jié)構(gòu)。一方面，本發(fā)明涉及一種照明裝置，包括:至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器；至少一種發(fā)光材料，其與所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器在空間上隔離并且設(shè)置成接收來自所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器的至少一部分發(fā)射；以及光學(xué)元件，其選自由濾光器和光學(xué)反射器構(gòu)成的組，設(shè)置在所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器和所述至少一種發(fā)光材料之間，其中，所述光學(xué)元件具有至少一個(gè)外圍邊緣；進(jìn)一步包括以下特征(i)和(ii)中的至少一個(gè):(i)反射材料被配置成靠近所述至少一個(gè)外圍邊緣，以及(ii)所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。另一方面，本發(fā)明涉及一種供包含至少一種發(fā)光材料的照明裝置使用的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括濾光器和光學(xué)反射器中的至少一個(gè)，所述光學(xué)元件包括至少一個(gè)外圍邊緣并且包括以下特征(i )和(i i )中的至少一個(gè):(i )反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行，以及(ii)所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。另一方面，本文中所公開的任何上述方面和/或其他特征和實(shí)施例可相結(jié)合，以便具有額外的優(yōu)點(diǎn)。通過隨后的公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他方面、特征以及實(shí)施例將更顯而易見。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包括由反射材料環(huán)界定的光學(xué)元件的照明裝置的示意性側(cè)面剖視圖；圖2為包括光學(xué)元件但沒有反射材料環(huán)的一個(gè)比較實(shí)例的照明裝置的示意性側(cè)面剖視圖，描述了穿過光學(xué)元件的邊緣的光損耗；圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的包括具有由反射材料涂覆的成角度邊緣的光學(xué)元件的照明裝置的示意性側(cè)面剖視圖；圖4為具有由反射材料涂覆的成角度邊緣的光學(xué)元件的示意性側(cè)面剖視圖，與圖3中的實(shí)施例類似；圖5為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的照明裝置的示意性側(cè)視圖以及照明裝置的一部分的放大剖視圖，包括設(shè)置在電激發(fā)的發(fā)射器和發(fā)光材料之間的光學(xué)元件；圖6為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的照明裝置的示意性側(cè)面剖視圖以及照明裝置的一部分的放大剖視圖，包括設(shè)置在電激發(fā)的發(fā)射器和發(fā)光材料之間的光學(xué)元件。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參看附圖，在后文中更完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)為具有多種不同的形式，并且不應(yīng)理解為限于本文中所提出的特定實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了將本發(fā)明的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在圖中，為了清晰起見，可放大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。除非另有規(guī)定，否則本文中所使用的術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)應(yīng)理解為具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的意義相同的意義。需進(jìn)一步理解的是，本文中所使用的術(shù)語應(yīng)解釋為具有與本說明書和相關(guān)技術(shù)中的意義相同的意義，并且不應(yīng)以理想的或過于正式的意義進(jìn)行解釋，除非在本文中這樣明確規(guī)定。除非明確敘述沒有一個(gè)或多個(gè)元件，否則本文中所使用的術(shù)語“包括(comprising)”、“包含(including)”以及“具有(having)”應(yīng)解釋為不排除存在一個(gè)或多個(gè)元件的開放式術(shù)語。本文中所使用的術(shù)語“電激發(fā)的發(fā)射器”和“發(fā)射器”表示能夠產(chǎn)生可見或接近可見(例如，從紅外線到紫外線)波長輻射的任何裝置，包括但不限于氙燈、汞燈、鈉燈、白熾燈、以及固態(tài)發(fā)射器(包括二極管(LED)、有機(jī)發(fā)光二極管(0LED)、以及激光)。在本文中預(yù)期的某些發(fā)射器輸出峰值波長在可見范圍內(nèi)的發(fā)射。在施加工作電流和電壓時(shí)，各種電激發(fā)的發(fā)射器產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷。在固態(tài)發(fā)射器的情況中，將這種穩(wěn)態(tài)熱負(fù)荷、工作電流和電壓理解為，在適當(dāng)長的使用壽命(優(yōu)選地至少為大約5000小時(shí),更優(yōu)選地至少為大約10000小時(shí)，甚至更優(yōu)選地至少為大約20000小時(shí))下，在發(fā)射輸出最大化的層次上，與固態(tài)發(fā)射器的操作對應(yīng)。各種實(shí)施例包括與一個(gè)或多個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器在空間上隔離的發(fā)光材料。在某些實(shí)施例中，這種空間隔離可涉及的隔離距離優(yōu)選地至少為大約1_，更優(yōu)選地至少為大約2mm,更優(yōu)選地至少為大約5mm,以及更優(yōu)選地至少為大約10mm。在某些實(shí)施例中，空間上隔離的發(fā)光材料與一個(gè)或多個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器之間沒有大量的導(dǎo)熱傳遞?？蓡为?dú)地或者與一種或多種發(fā)光材料(例如，熒光體、閃爍劑、發(fā)光墨)和/或光學(xué)元件相結(jié)合地使用電激發(fā)的發(fā)射器，以便生成具有一定峰值波長或者具有至少一種所需要的感知顏色(包括可視為白色的顏色組合)的光。通過將發(fā)光材料加入密封劑中、將這種材料加入透鏡中或者通過直接涂覆在發(fā)射器上，可實(shí)現(xiàn)在發(fā)射器中包含發(fā)光(也稱為‘熒光’)材料。如上所述，在發(fā)射器上直接涂覆發(fā)光材料產(chǎn)生了大量問題，包括用于將發(fā)光材料固定到LED中的粘合介質(zhì)的退化和變暗。可以在這種密封劑中包含其他材料，諸如，分散劑和/或折射率匹配(index matching)材料。本文中所使用的術(shù)語“光學(xué)元件”、“濾光器”、或“光學(xué)反射器”表示任何可接受的濾光器、反射器、或它們的組合，用于反射或過濾所選波長的光，所述光可另外(即，在沒有這種元件時(shí))暴露于發(fā)射器或發(fā)光材料中或者從發(fā)射器或發(fā)光材料中發(fā)射。光學(xué)反射器可包括干涉反射器，并且進(jìn)一步包括分色鏡，分色鏡反射某些波長同時(shí)允許其他波長穿過。濾光器包括干涉濾光器，并且進(jìn)一步包括二向性濾光器，這種二向性濾光器限制或阻止某些波長同時(shí)允許其他波長穿過。光學(xué)反射器可用于防止由發(fā)光材料轉(zhuǎn)換的大量光入射到電激發(fā)的發(fā)射器上。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件可包括玻璃盤，該玻璃盤在一個(gè)表面上具有濾光器或反射器(比如，二向性濾光器或分色鏡)，并且可選地在另一個(gè)表面上具有抗反射涂層。然而，很多光學(xué)元件(諸如，分色鏡)并不理想并且可能泄漏較大比例的發(fā)射光，尤其在不限制于封閉結(jié)構(gòu)時(shí)。在光學(xué)元件(例如，二向性濾光器)引起的大約8-20%的損耗和與未重新吸收到發(fā)射器內(nèi)的由發(fā)光材料(例如，突光體)產(chǎn)生的黃光相關(guān)的大約15-30%的增益之間進(jìn)行權(quán)衡。這種權(quán)衡與后腔室內(nèi)的反射面積與后腔室內(nèi)的吸收面積(例如，芯片和封裝)之間的比例直接相關(guān)。此外，大部分光泄漏通過盤形件或支撐濾光器的其他支撐元件(例如，玻璃)的邊緣發(fā)生。圖2為用于測量光2損耗的根據(jù)一個(gè)比較實(shí)例的照明裝置200的示意性剖視圖。一個(gè)或多個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器240可由底座和/或散熱器250支撐并且被設(shè)置在反射杯內(nèi)或靠近反射杯，該反射杯包括從底座250向上延伸的成角度的壁部230。光學(xué)元件210(例如，可用于反射或過濾所選波長的光)可設(shè)置在發(fā)光材料201 (例如，熒光體)和電激發(fā)的發(fā)射器240之間。在根據(jù)先前設(shè)計(jì)的一個(gè)特定裝置中，注意到，由于光學(xué)元件的外圍邊緣并且由于該結(jié)構(gòu)內(nèi)的全內(nèi)反射(“TIR”)，從發(fā)射器(例如，藍(lán)色LED)中產(chǎn)生的大量光損失了。由于LED發(fā)射的光從未穿過光學(xué)元件210到達(dá)發(fā)光材料201，注意到，由于直接發(fā)射藍(lán)光而未穿過發(fā)光材料201，所以輸出比預(yù)期的更藍(lán)。圖2中示出的說明性光束‘A’說明了從電激發(fā)的發(fā)射器240發(fā)射的光通過光學(xué)元件210的邊緣260發(fā)生(不期望的)逸出。在另一個(gè)比較實(shí)例中，由一塊厚重的黑色氈制品代替發(fā)光材料，并且由于TIR和外圍邊緣透射，造成3%的藍(lán)光損耗。這表示從電激發(fā)的發(fā)射器(藍(lán)色LED) 240發(fā)射的高達(dá)3%的光從裝置200逸出，而不與發(fā)光材料201相互作用，主要通過光學(xué)元件210的外圍邊緣260透射。本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了與使用在空間上隔離的或遠(yuǎn)程發(fā)光材料相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)(例如，用于將發(fā)光體的熱降解最小化)，并且進(jìn)一步限制了易于減少發(fā)射和/或影響輸出顏色的察覺的全內(nèi)反射和光損耗。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件設(shè)置在電激發(fā)的發(fā)射器和熒光材料之間，其中，光學(xué)元件包含反射材料，該反射材料設(shè)置成靠近一個(gè)或多個(gè)外圍邊緣，以便防止轉(zhuǎn)換光(例如，大部分或幾乎所有的轉(zhuǎn)換光)從光學(xué)元件的一側(cè)泄漏或者反射回到電激發(fā)的發(fā)射器上。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件由至少一個(gè)外圍邊緣界定，并且反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行(或者配置在其上)。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件適于從至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器接收至少一部分發(fā)射，并且包括至少一個(gè)外圍邊緣，其中，反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行。所述至少一個(gè)外圍邊緣與光學(xué)元件的主表面(例如，面)區(qū)分開，所述至少一個(gè)外圍邊緣與這種主表面不共面并且設(shè)置成限制這種主表面。本文中所使用的術(shù)語“反射材料”表示本技術(shù)中任何可接受的反射材料,包括(但不限于)特定的MCPET (泡沫白色聚對苯二甲酸乙二醇酯)以及由一種或多種金屬(包括(但不限于)銀)金屬化的表面(例如，銀表面))。Otsuka化學(xué)公司(日本大阪)制造的MCPET為白色漫反射器，其具有99%以上的全反射率、96%以上的漫反射率、以及至少大約160°C的形狀保持溫度。優(yōu)選的反射材料反射至少大約90%，更優(yōu)選地至少大約95%，并且甚至更優(yōu)選地至少大約98-99%的反射波長范圍的光，諸如，一種或多種可見光、紫外光、和/或紅外光、或者它們的子組。本文中所使用的術(shù)語“大致平行”(諸如，參照被配置成與至少一個(gè)邊緣外圍大致平行的反射材料)表示與外圍邊緣的主表面相差的角度，優(yōu)選地小于45度，更優(yōu)選地小于大約30度，甚至更優(yōu)選地小于大約15度，甚至更優(yōu)選地小于大約10度，甚至更優(yōu)選地小于大約5度，甚至更優(yōu)選地小于大約2度；或者另外設(shè)置成朝著發(fā)光材料反射光。本文中所使用的術(shù)語“外圍邊緣”(諸如，參照具有至少一個(gè)外圍邊緣的光學(xué)元件)表示材料的任何外圍部分，諸如，可暴露于照明結(jié)構(gòu)的外部或者面對該外部并且可能使光逸出的光學(xué)元件。在各種實(shí)施例中，光學(xué)元件可由至少一個(gè)外圍邊緣界定，其中，反射材料被設(shè)置成靠近整個(gè)至少一個(gè)外圍邊緣、被設(shè)置成大致與其平行、和/或大致與其接觸。本文中所公開的各種實(shí)施例通常涉及包括光學(xué)元件的照明裝置，這些光學(xué)元件由反射材料沿著至少一個(gè)外圍邊緣界定和/或包括至少一個(gè)外圍邊緣，該至少一個(gè)外圍邊緣與光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著發(fā)光材料的方向上反射光，據(jù)此，將全內(nèi)反射和穿過光學(xué)元件的光損耗最小化或者減小。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)光材料與至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器在空間上隔離并且包括設(shè)置在發(fā)射器和發(fā)光材料之間的光學(xué)元件，其中，光學(xué)元件包括設(shè)置成靠近至少一個(gè)外圍邊緣的反射材料。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件適于接收來自電激發(fā)的發(fā)射器的至少一部分發(fā)射，并且包括至少一個(gè)外圍邊緣，其中，反射材料被配置成與至少一個(gè)外圍邊緣大致平行。尤其地，靠近光學(xué)元件的外圍邊緣的發(fā)射的反射重定向試圖將由于TIR和邊緣透射造成的發(fā)射損耗最小化。理想地，發(fā)射的反射重定向(reflective redirection)朝向發(fā)光材料,從而來自電激發(fā)發(fā)射器的具有第一峰值波長的至少一部分發(fā)射可由發(fā)光材料吸收并且以不同于第一峰值波長的第二峰值波長重新發(fā)射(例如，向上轉(zhuǎn)換(upconverted))。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)兀件的外圍邊緣可朝著發(fā)光材料成一定角度，反射材料被配置成靠近邊緣，使得外圍邊緣與光學(xué)元件的表面不垂直。提供與光學(xué)元件的表面不垂直的外圍邊緣，可防止朝著光學(xué)元件的相對邊緣引導(dǎo)反射光；并且相反，朝著發(fā)光材料期望地引導(dǎo)反射光。在一個(gè)實(shí)施例中，供包括至少一種發(fā)光材料的照明裝置使用的光學(xué)元件(以及包括這種光學(xué)元件的照明裝置)包含反射材料，反射材料被配置成與光學(xué)元件的至少一個(gè)外圍邊緣大致平行，其中，所述至少一個(gè)外圍邊緣還與光學(xué)元件的表面不垂直并且設(shè)置成在朝著至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一種發(fā)光材料支撐在供照明裝置使用的并且在本文中所描述的光學(xué)元件中或上。參看以下實(shí)例和視圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征，這些實(shí)例和視圖不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍，而是相反，用于在特定應(yīng)用中說明本發(fā)明的各種實(shí)施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包括一個(gè)或多個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器140(例如，LED)的照明裝置100。電激發(fā)的發(fā)射器140可由底座150 (可選地包括或包含散熱器)支撐并且可在其側(cè)部由成角度的(例如，錐形)壁部130包圍，該壁部從靠近底座150的區(qū)域朝著與底座相對的遠(yuǎn)端點(diǎn)以一定角度向上延伸，其中，壁部130具有遠(yuǎn)離底座的開口，該開口的直徑大于壁部130的靠近底座150的那部分。壁部130可包括反射器(例如，白色漫反射器)材料，用于朝著光學(xué)元件110反射從電激發(fā)的發(fā)射器140發(fā)射的光。光學(xué)元件110在一個(gè)表面或面112 (例如，靠近電激發(fā)的發(fā)射器140)上可包括濾光器或光學(xué)反射器中的任一種，并且在相對的表面或面111 (例如，遠(yuǎn)離發(fā)射器140)上可包括濾光器或光學(xué)反射器中的任一種。光學(xué)元件110在一個(gè)或兩個(gè)表面111和112上可包括抗反射涂層。光學(xué)元件110被配置在電激發(fā)的發(fā)射器140和發(fā)光材料101 (例如，發(fā)光體)之間并且具有與其相關(guān)的反射材料120，該反射材料靠近至少一個(gè)外圍邊緣160 (并且優(yōu)選地所有外圍邊緣)，以便包含和反射從電激發(fā)的發(fā)射器140發(fā)射的光并且朝著發(fā)光材料101重新引導(dǎo)反射光。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光材料101與電激發(fā)的發(fā)射器140在空間上隔離，光學(xué)兀件110被配置在電激發(fā)的發(fā)射器140和發(fā)光材料101之間。例如,光學(xué)兀件110可被配置成靠近電激發(fā)的發(fā)射器140或者直接在其上。發(fā)光材料101可被配置成靠近光學(xué)元件110或者在其上，光學(xué)兀件Iio可被配置在光學(xué)兀件110和電激發(fā)的發(fā)射器140之間。由反射材料120 (例如，具有圍繞光學(xué)元件110的反射環(huán)的形狀)朝著發(fā)光材料101重新引導(dǎo)從電激發(fā)的發(fā)射器140發(fā)射的朝向光學(xué)元件110的外圍邊緣160的光，諸如，沿著光束路徑“C”。反射材料120可為高反射的白色材料(例如，MCPET)，其設(shè)置成靠近光學(xué)元件110的外部邊緣或者(更優(yōu)選地)設(shè)置在其上。從根據(jù)圖1的設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行測量，顯示出可恢復(fù)從藍(lán)光LED發(fā)射的所有藍(lán)光的大約95%并且朝著光學(xué)兀件110的頂面111引導(dǎo)這些光，以便撞擊在發(fā)光材料101上。反射材料120被配置成與光學(xué)元件120的至少一個(gè)外圍邊緣160大致平行，并且因此設(shè)置成在朝著發(fā)光材料101的方向上至少反射從發(fā)射器140接收的大部分光。在圖1中所示的實(shí)施例中，外圍壁部160設(shè)置成與光學(xué)元件110的至少一個(gè)面
111、112大致垂直，從而可由反射材料120在光學(xué)元件110內(nèi)部重新引導(dǎo)在光學(xué)元件110內(nèi)橫向傳播的光(即，朝著光學(xué)元件HO的相對邊緣或邊緣部分)。因此，相比于提供被設(shè)置成與光學(xué)元件Iio的至少一個(gè)面111、112垂直的外圍邊緣160 (諸如圖1中所示)，優(yōu)選的是提供設(shè)置成與光學(xué)元件的至少一個(gè)面不垂直的外圍邊緣，諸如圖3和4中所示。圖3示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的照明裝置300，其中，光學(xué)元件310包括至少一個(gè)成角度的外圍邊緣365，反射材料370設(shè)置成靠近邊緣365，與邊緣365平行，和/或涂覆在邊緣365上，以便在朝著發(fā)光材料301的方向上重新引導(dǎo)最初朝著光學(xué)元件310的邊緣365引導(dǎo)的光。如果外圍邊緣365的角度足夠大，從而能夠防止另外朝著邊緣365引導(dǎo)的光透射，和/或如果發(fā)光材料301與光學(xué)元件310的外部表面面積380匹配，那么不需要使用反射材料370。然而，反射材料370的使用可以不需要擴(kuò)展光學(xué)元件310和發(fā)光材料301的橫向尺寸，以便容納各種不同的成角度設(shè)置的外圍邊緣365以及光學(xué)元件310和發(fā)光材料301之間的各種可能的相對布置。分別與圖1和圖2中的照明裝置100和200 —樣，圖3中所示的實(shí)施例同樣包括至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器340，該發(fā)射器可由底座350支撐并且在側(cè)部上由成角度的(例如，錐形)壁部330包圍，該壁部從底座350 (或者靠近底座350的區(qū)域)向上延伸，具有逐漸增大的橫截面寬度或直徑。壁部330可包括反射器(例如，白色漫反射器)材料，以便包含和反射從電激發(fā)的發(fā)射器340朝著光學(xué)元件310發(fā)射的光。光學(xué)元件310在其第一表面或面380上可包括濾光器或光學(xué)反射器中的任一種，并且在第二表面或面390上可包括濾光器或光學(xué)反射器中的任一種。光學(xué)元件310在一個(gè)或兩個(gè)面380和390上可包括抗反射涂層。光學(xué)元件310優(yōu)選地設(shè)置在電激發(fā)的發(fā)射器340和發(fā)光材料301之間。發(fā)光材料301 (例如，發(fā)光體)與電激發(fā)的發(fā)射器340在空間上隔離，并且可被配置在光學(xué)元件310的遠(yuǎn)離電激發(fā)的發(fā)射器340的外表面380上或上方。由成角度的反射邊緣370朝著發(fā)光材料301重新引導(dǎo)從電激發(fā)的發(fā)射器340朝著光學(xué)元件310的外圍邊緣365發(fā)射的光和/或在光學(xué)元件310內(nèi)傳播的光，諸如，沿著所示的光束路徑“B”。成角度的反射邊緣370可具有通過銀進(jìn)行金屬化并且成角度的表面，以便減少重新引導(dǎo)進(jìn)光學(xué)元件310內(nèi)部的光，進(jìn)一步減少光損耗和全內(nèi)反射。圖4示出了除圖3中所示的照明裝置300的其他元件之外的光學(xué)元件310。參看圖4，光學(xué)元件310具有:第一較窄表面390，其可包括濾光器或光學(xué)反射器中的任一種；以及第二較寬表面380，其可包括濾光器或光學(xué)反射器中的任一種。界定第一(例如，內(nèi))表面390和第二表面380的外圍邊緣365的至少一部分(并且優(yōu)選地整個(gè)外圍邊緣)成一定角度，以便促使光朝著發(fā)光材料(未顯示)通過第二(例如，外)表面380的反射。成角度的邊緣365具有相關(guān)的反射材料370，該反射材料設(shè)置成靠近邊緣365，與邊緣365平行，和/或涂覆在邊緣365上，以便重新引導(dǎo)光穿過第二表面380。反射材料370的形狀可與外圍邊緣465 一致。雖然外圍邊緣365和反射材料370顯示為大致是直的，但是外圍邊緣365和反射材料370中的一個(gè)或兩個(gè)可為彎曲的或者復(fù)合形狀的，諸如可包括不同角度的部段。在一個(gè)實(shí)施例中，第二 (例如，外)表面380可靠近發(fā)光材料。任一個(gè)表面或兩個(gè)表面380、390可包括抗反射涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，可使本文中所描述的光學(xué)兀件(例如，在任一個(gè)表面或兩個(gè)表面的內(nèi)部和/或沿著該表面)成脊?fàn)?，?gòu)造、涂覆、或者另外制造該光學(xué)元件，從而提供光散射和/或光漫射效用，諸如，如果與多個(gè)不同的電激發(fā)的固態(tài)發(fā)射器一起使用，這尤其是期望的。根據(jù)各種實(shí)施例的照明裝置可包括具有彎曲或其他大致非平面形狀的光學(xué)元件。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的照明裝置(例如，燈泡)500，包括其一部分的放大圖，光學(xué)兀件510設(shè)置在電激發(fā)的發(fā)射器區(qū)域540和發(fā)光材料501之間。發(fā)光材料501可分散在適當(dāng)?shù)囊r底材料內(nèi)或者可涂覆在其上，這可進(jìn)一步提供光混合、散射和/或漫射效用。在這個(gè)實(shí)施例或本文中所描述的任何其他實(shí)施例中，光學(xué)散射或漫射結(jié)構(gòu)或?qū)?未顯示)可與發(fā)光材料層分開設(shè)置，發(fā)光材料層設(shè)置在至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器與上述的散射或漫射結(jié)構(gòu)或?qū)又g。圖5描述了被配置成靠近光學(xué)元件510的外圍(例如，下部)邊緣的反射材料520。照明裝置500還包括沿著其外表面的散熱器505，該散熱器設(shè)置成將照明裝置500產(chǎn)生的熱量驅(qū)散到周圍環(huán)境中。散熱器505可包括多個(gè)散熱片并且優(yōu)選地與照明裝置500內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器導(dǎo)熱連通。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施的包括半球形光學(xué)元件610的照明結(jié)構(gòu)600，該光學(xué)元件設(shè)置在發(fā)光材料601 (也為半球形)和電激發(fā)的發(fā)射器640之間。反射材料620被配置成靠近光學(xué)元件610的外圍邊緣或被配置在其上，并且設(shè)置成在朝著發(fā)光材料601的方向上反射光。反射板690也可位于底座650 (例如,體現(xiàn)為基板和/或散熱器)上或上方，該底座支撐電激發(fā)的發(fā)射器640。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括燈具，其包括本文中所公開的至少一種照明結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，燈具包括本文中所公開的多個(gè)照明裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，燈具被設(shè)置成凹入式安裝在天花板、墻壁或其他表面內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，燈具設(shè)置成軌道式安裝。照明裝置可永久地安裝到一結(jié)構(gòu)或車輛上，或者構(gòu)成手動(dòng)的便攜式裝置，諸如，手電筒。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼包括密封空間和至少一個(gè)照明結(jié)構(gòu)或包括本文中公開的這種結(jié)構(gòu)的燈具，其中，將電流供應(yīng)于電源線時(shí)，至少一個(gè)照明裝置照亮至少一部分密封空間。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種結(jié)構(gòu)包括一個(gè)表面或物體以及本文中所公開的至少一個(gè)照明裝置，其中，將電流供應(yīng)于電源線時(shí)，照明裝置照亮表面或物體的至少一部分。在另一個(gè)實(shí)施例中，本文中所公開的照明裝置可用于照亮包括以下物體中的至少一個(gè)的區(qū)域:游泳池、房間、倉庫、指示器、道路、車輛、路標(biāo)、廣告牌、輪船、玩具、電子裝置、家用或工業(yè)電器、小船、以及飛機(jī)、體育場、樹、窗戶、庭院、以及路燈柱。根據(jù)本文中所公開的至少某些實(shí)施例的固態(tài)照明裝置和光學(xué)元件可提供以下有利的技術(shù)效果中的一個(gè)或多個(gè):Ca)減少與使用發(fā)光材料相關(guān)的熱降解和/或色移，以及(b)降低易于減少發(fā)射和/或影響輸出顏色的察覺的全內(nèi)反射和光損耗。雖然已經(jīng)在本文中根據(jù)本發(fā)明的具體方面、特征和說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解的是，根據(jù)本文中的公開內(nèi)容，本發(fā)明領(lǐng)域中的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的使用不受限制，而是相反，擴(kuò)展到并且包括多種其他變化、修改和替換實(shí)施例。本文中所公開的任何特征旨在可與本文中所公開的其他特征相結(jié)合，除非另有注明。因此，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，后文中所要求保護(hù)的本發(fā)明的目的在于廣義上理解為并且解釋為包括所有這些變化、修改和替換實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種照明裝置，包括: 至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器； 至少一種發(fā)光材料，其與所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器在空間上隔離并且設(shè)置成接收來自所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器的至少一部分發(fā)射；以及 光學(xué)元件，其選自由濾光器和光學(xué)反射器構(gòu)成的組，所述光學(xué)元件設(shè)置在所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器和所述至 少一種發(fā)光材料之間，其中，所述光學(xué)元件具有至少一個(gè)外圍邊緣； 進(jìn)一步包括以下特征(i)和(i i)中的至少一個(gè):(i)反射材料被配置成靠近所述至少一個(gè)外圍邊緣，以及(ii)所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，所述反射材料被配置成靠近所述至少一個(gè)外圍邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中，所述反射材料被配置成靠近所述至少一個(gè)外圍邊緣，并且所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，所述反射材料至少反射由所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器發(fā)射的峰值波長的大約90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，所述反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，所述反射材料大致與整個(gè)所述至少一個(gè)外圍邊緣接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，所述反射材料包括白色漫反射器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明裝置，其中，所述反射材料包括金屬化反射器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器適于輸出峰值波長在可見范圍內(nèi)的發(fā)射。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述光學(xué)元件包括抗反射表面以及二向性濾光器或分色鏡表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器包括發(fā)光二極管。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述至少一種發(fā)光材料包括熒光體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述光學(xué)元件包括干涉濾光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的照明裝置，其中，所述干涉濾光器適于使所選范圍的一個(gè)或多個(gè)波長經(jīng)過同時(shí)禁止其他波長經(jīng)過。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明裝置，其中，所述干涉濾光器包括二向性濾光器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述光學(xué)元件包括干涉反射器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的照明裝置，其中，所述干涉反射器包括分色鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述至少一個(gè)發(fā)射器適于輸出具有第一峰值波長的發(fā)射，并且所述至少一種發(fā)光材料適于重新發(fā)射具有與所述第一峰值波長不同的第二峰值波長的發(fā)光體發(fā)射。
20.一種供照明裝置使用的光學(xué)元件，所述照明裝置包括至少一種發(fā)光材料，所述光學(xué)元件包括: 濾光器和光學(xué)反射器中的至少一個(gè)，其包括至少一個(gè)外圍邊緣并且包括以下特征(i)和(ii)中的至少一個(gè):(i)反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行，以及(ii)所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)元件，其中，所述反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件，其中，所述反射材料至少反射所述至少一個(gè)電激發(fā)的發(fā)射器所發(fā)射的峰值波長的大約90%。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件，其中，所述反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件，其中，所述反射材料大致與整個(gè)所述至少一個(gè)外圍邊緣接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件，其中，所述反射材料包括白色漫反射器。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件，其中，所述反射材料包括金屬化反射器。
27.根據(jù)權(quán)利要求20至26中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。
28.根據(jù)權(quán)利要求20至26中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，反射材料被配置成與所述至少一個(gè)外圍邊緣大致平行，并且其中，所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述至少一種發(fā)光材料的方向上反射光。
29.根據(jù)權(quán)利要求20至26中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述至少一種發(fā)光材料被支撐在所述光學(xué)元件內(nèi)或上。
30.根據(jù)權(quán)利要求20至26中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述至少一種發(fā)光材料包括熒光體。
31.根據(jù)權(quán)利要求20至26中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)元件包括抗反射表面以及二向性濾光器或分色鏡表面。
32.根據(jù)權(quán)利要求20至26中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述光學(xué)元件包括干涉濾光器。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的光學(xué)元件，其中，所述干涉濾光器適于使所選范圍的一個(gè)或多個(gè)波長經(jīng)過同時(shí)禁止其他波長經(jīng)過。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的光學(xué)元件，其中，所述干涉濾光器包括二向性濾光器。
35.根據(jù)權(quán)利要求20到26中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件， 其中，所述光學(xué)元件包括干涉反射器。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的光 學(xué)元件，其中，所述干涉反射器包括分色鏡。
全文摘要
一種照明裝置，包括電激發(fā)的發(fā)射器、與所述發(fā)射器在空間上隔離的發(fā)光材料、以及設(shè)置在所述發(fā)射器和所述發(fā)光材料之間并且具有至少一個(gè)外圍邊緣的光學(xué)元件，其中，反射材料被配置成靠近所述至少一個(gè)外圍邊緣，和/或其中，所述至少一個(gè)外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述發(fā)光材料的方向上反射光。一種供包括發(fā)光材料的照明裝置使用的光學(xué)元件，包括外圍邊緣，其中，反射材料被配置成與所述外圍邊緣大致平行，和/或其中，所述外圍邊緣與所述光學(xué)元件的表面不垂直并且被設(shè)置成在朝著所述發(fā)光材料的方向上反射光。
文檔編號(hào)F21V13/12GK103168197SQ201180049864
公開日2013年6月19日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者保羅·肯尼思·皮克卡德 申請人:克利公司