基于散射光子提取的燈具的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年3月11日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180013506. 0(PCT/ US2011/028069)、發(fā)明名稱為"基于散射光子提取的燈具"的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003] 本申請(qǐng)是2010年11月17日提交的第12/947, 899號(hào)美國申請(qǐng)的繼續(xù)申請(qǐng)，第 12/947,899號(hào)美國申請(qǐng)是2006年12月20日提交的第11/642,089號(hào)美國申請(qǐng)的繼續(xù)申 請(qǐng)，第11/642,089號(hào)美國申請(qǐng)是2007年4月23日提交的題為"High Efficiency Light Source Using Solid-State Emitter And Down-Conversion Material (使用固態(tài)發(fā)光體和 下轉(zhuǎn)換材料的高效光源）"的第10/583, 105號(hào)美國申請(qǐng)（現(xiàn)為美國專利7, 819, 549)的部 分繼續(xù)申請(qǐng)，第10/583, 105號(hào)美國申請(qǐng)是2005年5月5日提交的第PCT/US2005/015736 號(hào)國際申請(qǐng)的371國家階段，第PCT/US2005/015736號(hào)國際申請(qǐng)要求2004年5月5日提交 的第60/568, 373號(hào)美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和2004年12月15日提交的第60/636, 123號(hào) 美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)還要求2010年3月11日提交的第61/339,958號(hào)美國臨 時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。所有這些申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明總體上涉及固態(tài)照明。具體地，本發(fā)明涉及使用固態(tài)照明（SSL)光源、光學(xué) 元件、散熱器和遠(yuǎn)程波長轉(zhuǎn)換材料的高效照明燈具。
【背景技術(shù)】
[0005] 包括具有發(fā)光二極管（LED)的固態(tài)燈具的固態(tài)照明（SLL)發(fā)光裝置是極為有用 的，因?yàn)橄啾扔趥鹘y(tǒng)燈具，例如采用白熾燈和熒光燈的燈具，固態(tài)照明發(fā)光裝置潛在地提供 了更低的制造成本和長期耐用性的益處。由于固態(tài)照明發(fā)光裝置的長的操作（燃燒）時(shí)間 和低功耗，即使當(dāng)它們的初始成本大于傳統(tǒng)燈的初始成本時(shí)，它們也常常提供功能性成本 益處。因?yàn)榭梢允褂么笠?guī)模的半導(dǎo)體制造技術(shù)，所以可以以極低的成本生產(chǎn)許多固態(tài)照明 燈具。
[0006] 除了諸如家用和消費(fèi)電器、視聽設(shè)備、電信設(shè)備和汽車儀表標(biāo)記上的指示器燈的 應(yīng)用以外，LED還在室內(nèi)或室外的信息顯示方面獲得了相當(dāng)多的應(yīng)用。例如，LED可以合并 到頭頂式照明燈具或壁掛式照明燈具中，并且可以針對(duì)美觀性訴求來設(shè)計(jì)。
[0007] 隨著發(fā)射藍(lán)光或紫外（UV)光的高效LED的發(fā)展，生產(chǎn)如下LED已經(jīng)變得可行：所 述LED通過LED的初級(jí)發(fā)射的一部分到更長波長的波長轉(zhuǎn)換來生成白光。用于通過將初級(jí) 發(fā)射的未轉(zhuǎn)換部分與更長波長的光進(jìn)行組合來產(chǎn)生白光的該系統(tǒng)是本領(lǐng)域中公知的。利用 LED產(chǎn)生白光的其他選擇包括以不同的比例混合兩種或更多種彩色LED。例如，本領(lǐng)域中公 知的是通過混合紅色LED、綠色LED和藍(lán)色LED來產(chǎn)生白光。類似地，已知通過混合RBG LED 與琥珀色（RGBA)LED、或混合RGB LED與白色（RGBW)LED產(chǎn)生白光。
[0008] 最近的研究查明了：由LED生成的熱減小了整體的光發(fā)射和燈泡耐用性。更具體 地，當(dāng)LED器件被加熱到大于KKTC的溫度時(shí)，LED器件就變得效率更低，從而導(dǎo)致可見光 譜的回報(bào)下降。持續(xù)的操作和結(jié)果產(chǎn)生的對(duì)高熱的暴露還減小了 LED的有效壽命。另外， 隨著溫度增加到大約90°C的閾值以上，一些下轉(zhuǎn)換磷光體的固有的波長轉(zhuǎn)換效率也急劇下 降。
[0009] 本領(lǐng)域中還公知的是，可以使用反射面來增加投向到特定環(huán)境中的光發(fā)射量。反 射面已經(jīng)被用來將來自LED的光投向至波長轉(zhuǎn)換材料和/或用來反射從波長轉(zhuǎn)換材料生成 的下轉(zhuǎn)換的光。即使有了這些改進(jìn)，本領(lǐng)域LED技術(shù)的現(xiàn)狀在可見光譜中還是效率低下的。 單個(gè)LED的光輸出小于傳統(tǒng)燈具（例如采用白熾燈的那些燈具）的光輸出，，傳統(tǒng)燈具在可 見光譜中大約是10%的有效性。為了實(shí)現(xiàn)與采用白熾燈的現(xiàn)有燈具技術(shù)相當(dāng)?shù)墓廨敵龉β?密度，LED器件通常需要更大的LED或具有多個(gè)LED的設(shè)計(jì)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了合并更大的 LED或多個(gè)LED的設(shè)計(jì)帶來其自身的挑戰(zhàn)，例如發(fā)熱和能量利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了滿足該需要和其他需要，以及考慮到其目的，本發(fā)明提供了一種燈具，包括： 包括：光源，被配置用于發(fā)射第一輻射并且具有前表面和后表面；波長轉(zhuǎn)換材料，波長轉(zhuǎn)換 材料被布置在前表面之下并且被配置用于將第一輻射轉(zhuǎn)換為第二輻射，第二輻射具有不能 到達(dá)反射器的第一部分和能夠到達(dá)反射器的第二部分；及反射器，反射器被布置在后表面 之上并且被配置用于將第二部分反射成在不經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換材料的情況下遠(yuǎn)離光源，其中， 反射器具有遠(yuǎn)離光源并且被布置在與波長轉(zhuǎn)換材料的高度不同的高度的端。
[0011] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種燈具，包括：散熱器，散熱器具有表面；光源， 光源被連接到表面并且被配置用于發(fā)射光；反射器，反射器具有接近表面的頂點(diǎn)，反射器被 布置成與散熱器間隔開，并且被配置用于將光反射成在方向上遠(yuǎn)離反射器；及波長轉(zhuǎn)換材 料，波長轉(zhuǎn)換材料被布置成在方向上與光源間隔開。
[0012] 在又一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種燈具，一種燈具，包括：光學(xué)元件，光學(xué)元件由 透光材料制成并且具有第一表面、第二表面和第三表面，其中，第一表面、第二表面和第三 表面彼此不共面，第二表面和第三表面彼此不平行；光源，光源被布置在接近第一表面但是 遠(yuǎn)離第二表面和第三表面的位置；及波長轉(zhuǎn)換材料，波長轉(zhuǎn)換材料形成于第二表面和第三 表面上而不覆蓋第一表面。
[0013] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種散射光子提取燈具，包括：光學(xué)元件，具有第 一表面和從第一表面延伸的至少一個(gè)基本上透明的側(cè)壁；用于發(fā)射短波長輻射的光源，該 光源布置在與光學(xué)元件的第一表面相對(duì)的上述至少一個(gè)基本上透明的側(cè)壁的一端處；波長 轉(zhuǎn)換材料，其布置在光學(xué)元件的第一表面上，用于接收和下轉(zhuǎn)換由光源發(fā)出的短波長輻射 中的至少一些，并且向后傳遞所接收到的并且下轉(zhuǎn)換的輻射中的一部分；以及一個(gè)或更多 個(gè)反射器，其被布置成與波長轉(zhuǎn)換材料相對(duì)，使得光源被布置在波長材料與反射器之間，用 于反射通過上述至少一個(gè)透明側(cè)壁從光學(xué)元件提取的輻射中的至少一些；其中，上述至少 一個(gè)基本上透明的側(cè)壁在一端連接至包含波長轉(zhuǎn)換材料的第一表面，并且在另一端連接至 光源，以及其中，上述基本上透明的側(cè)壁被配置成：將從波長轉(zhuǎn)換材料向后傳遞的輻射傳送 到發(fā)光裝置的外部。
[0014] 該燈具還可以包括波長轉(zhuǎn)換材料，其布置在光學(xué)元件的至少一個(gè)或更多個(gè)其他壁 上，例如一個(gè)或更多個(gè)透明側(cè)壁上。類似地，該燈具還可以包括附連至光源或鄰近于光源的 散熱器。在一些實(shí)施例中，散熱器在一側(cè)附連到至少一個(gè)基本上透明的側(cè)壁，并且在另一側(cè) 附連到一個(gè)或更多個(gè)反射器。例如，本發(fā)明的燈具可以是擠壓式或旋轉(zhuǎn)式發(fā)光燈具。該燈 具還可以包括一個(gè)或更多個(gè)懸掛機(jī)構(gòu)，其例如用于安裝到墻壁上（如在壁掛式燈具中）或 安裝到天花板上（如在懸掛式燈具中）。光源可以是至少一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，例如發(fā)光 二極管（LED)、激光二極管（LD)或共振腔發(fā)光二極管（RCLED)。附加地或可替代地，光源可 以是包含多于一個(gè)發(fā)光體的陣列，例如LED陣列。可以采用許多不同類型的LED作為光源。 例如，當(dāng)將陣列用作光源時(shí)，陣列可以包括相同或不同類型的一個(gè)或更多個(gè)LED。可以選擇 光源以提高能效，控制發(fā)射光的顏色質(zhì)量，或者出于許多其他理由，例如美觀性。波長轉(zhuǎn)換 材料可以包括一種或更多種材料，例如磷光體、量子點(diǎn)、量子點(diǎn)晶體和量子點(diǎn)納米晶體及其 混合物。
[0015] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種擠壓式散射光子提取燈具，包括：用于發(fā)射短 波長輻射的光源，該光源包括一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光體；具有至少一個(gè)基本上透明的表面的細(xì) 長的管狀光學(xué)元件；波長轉(zhuǎn)換材料，其布置在光學(xué)元件的至少一個(gè)表面上或與光學(xué)元件的 至少一個(gè)表面集成在一起，并且遠(yuǎn)離光源，用于接收和下轉(zhuǎn)換由該光源發(fā)射的短波長輻射 中的至少一些，以及向后傳遞所接收到的并且下轉(zhuǎn)換的輻射中的一部分；以及一個(gè)或更多 個(gè)反射體，其被布置成與波長轉(zhuǎn)換材料相對(duì)，使得該光源被布置在波長轉(zhuǎn)換材料與反射體 之間，用于反射所接收到的并且下轉(zhuǎn)換的輻射中的后向傳遞部分中的至少一些；其中，該燈 具被配置成：使得一些輻射可朝著光源向后被發(fā)射為未轉(zhuǎn)換的光輻射，一些光可以不經(jīng)轉(zhuǎn) 換而通過波長轉(zhuǎn)換材料傳遞；以及其中，該燈具被配置成：通過光源、光學(xué)元件和反射器的 布置來捕獲基本上所有的向前傳遞的轉(zhuǎn)換光和向后傳遞的轉(zhuǎn)換光。
[0016] 在又一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種散射光子提取燈具，包括：用于發(fā)射短波長輻 射的光源，該光源包括附連到第一光學(xué)元件的一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光體；波長轉(zhuǎn)換材料，其布置 在第二光學(xué)元件上或與第二光學(xué)元件集成在一起，用于接收和下轉(zhuǎn)換由該光源發(fā)射出的短 波長輻射中的至少一些，以及用于向后傳遞所接收到的并且經(jīng)下變換的輻射的一部分；以 及反射面，其在一側(cè)附連至第一光學(xué)元件以形成其中包含第二光學(xué)元件和波長轉(zhuǎn)換材料的 反射罩，用于反射所接收到的并且下轉(zhuǎn)換的輻射中的后向傳遞部分中的至少一些；其中，第 二光學(xué)元件和波長轉(zhuǎn)換材料懸掛在反射面內(nèi)并且遠(yuǎn)離光源。
[0017] 在又一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包括多個(gè)發(fā)光燈具的散射光子提取燈系統(tǒng)。 多個(gè)發(fā)光器具中的每個(gè)包括：光學(xué)元件，其具有第一表面和從第一表面延伸的至少一個(gè)基 本上透明的側(cè)壁；用于發(fā)射短波長輻射的光源，該光源布置在與光學(xué)元件的第一表面相對(duì) 的至少一個(gè)基本上透明的側(cè)壁的一端上；波長轉(zhuǎn)換材料，其布置在光學(xué)元件的第一表面上， 用于接收和下轉(zhuǎn)換由該光源發(fā)射的短波長輻射中的至少一些，以及用于向后傳遞所接收到 的并且下轉(zhuǎn)換的輻射中的一部分；以及一個(gè)或更多個(gè)反射器，其被布置成與波長轉(zhuǎn)換材料 相對(duì)，使得該光源被布置在波長轉(zhuǎn)換材料與反射器之間，用于反射通過至少一個(gè)基本上透 明的側(cè)壁從光學(xué)元件提取的輻射中的至少一些；其中，至少一個(gè)基本上透明的側(cè)壁在一端 連接至包含波長轉(zhuǎn)換材料的第一表面，并且在另一端連接至該光源，以及其中，基本上透明 的側(cè)壁被配置成將從波長轉(zhuǎn)換材料向后傳遞的輻射傳送到發(fā)光燈具的外部。
[0018] 在又一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種散射光子提取燈具，包括：光學(xué)元件，其具有第 一表面、和一個(gè)或更多個(gè)第二表面，第一表面具有兩個(gè)相對(duì)的邊緣，其中，一個(gè)或更多個(gè)第 二表面相切地或垂直地連接于第一表面的每個(gè)邊緣處；用于發(fā)射短波長輻射的一個(gè)或更多 個(gè)發(fā)光體，一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光體布置在光學(xué)元件的一個(gè)或更多個(gè)第二表面上；波長轉(zhuǎn)換材 料，其布置在光學(xué)元件的第一表面上，用于接收和下轉(zhuǎn)換由發(fā)光體發(fā)射的短波長輻射中的 至少一些，以及向前傳遞所接收到的并且下轉(zhuǎn)換的輻射中的一部分；以及一個(gè)或更多個(gè)反 射器，其被布置成與一個(gè)或更多個(gè)發(fā)光體相對(duì)，使得波長轉(zhuǎn)換材料被布置在一個(gè)或更多個(gè) 發(fā)光體與反射器之間，用于反射通過光學(xué)元件向前傳遞的輻射中的至少一些；其中，一個(gè)或 更多個(gè)第二表面各自在一端連接至包含波長轉(zhuǎn)換材料的第一表面，并且在另一端連接至一 個(gè)或更多個(gè)反射器，以及其中，一個(gè)或更多個(gè)第二表面被配置成：將從波長轉(zhuǎn)換材料向后傳 遞的輻射傳送到發(fā)光燈具的外部。
[0019] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，波長轉(zhuǎn)換材料被布置為遠(yuǎn)離光源。使用一個(gè)或更多個(gè)波長 轉(zhuǎn)換材料來吸收一個(gè)光譜區(qū)中的輻射并且發(fā)射另一個(gè)光譜區(qū)中的輻射，波長轉(zhuǎn)換材料可以 是下轉(zhuǎn)換材料或上轉(zhuǎn)換材料。多個(gè)波長轉(zhuǎn)換材料能夠?qū)墓庠窗l(fā)射的波長轉(zhuǎn)換至相同