包含发光磷光体的线状led照明布置的制作方法

包含发光磷光体的线状led照明布置的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种固态线状灯，其包括共挤组件，所述共挤组件包括细长透镜及光致发光材料层。所述细长透镜用于使从所述灯发射的光定形且包括细长内部腔。所述光致发光材料层位于所述细长内部腔的内部壁上。所述灯进一步包括经配置以将光发射到所述细长内部腔中的固态光发射器阵列。
【专利说明】包含发光磷光体的线状LED照明布置

【技术领域】
[0001]本发明涉及固态线状照明应用，其包括发光磷光体(光致发光材料)以产生在波长光谱的不同于固态光发射器的一部分内的所要色彩的光。明确地说(但非排他地)，本发明涉及基于LED的照明布置，所述基于LED的照明布置产生在光谱的可见部分内的光且明确地说(但非排他地)白色光。此外，本发明提供一种用于此照明布置的光学组件及制作照明布置及光学组件的方法。

【背景技术】
[0002]白色发光二极管(LED)在此项技术中是已知的且是相对近期的创新。直到研发出在电磁光谱的蓝色/紫外区域中发光的LED，研发基于LED的白色光源才变得实际。如已知，产生白色光的LED( “白色LED”)包含为光致发光材料的磷光体，所述磷光体吸收由所述LED发射的辐射的一部分并重新发射不同色彩(波长)的辐射。举例来说，所述LED发射在光谱的可见部分内的蓝色光且所述磷光体重新发射黄色光。或者，所述磷光体可发射绿色光与红色光、绿色光与黄色光或黄色光与红色光的组合。由LED发射的可见蓝色光的未被磷光体吸收的部分与所发射的黄色光混合以提供人眼看来为白色的光。预计，白色LED因其通常为几十万小时的长使用寿命及其高效率而可能取代白炽光源。高亮度LED已用于车辆刹车灯及指示器以及交通灯及闪光灯中。
[0003]为增加从LED发射的光的强度，已知将包含由塑料材料或玻璃制成的透镜以聚焦所述光发射且借此增加强度。参考图1，展示高亮度白色LED 2。LED 2包括LED芯片4，所述LED芯片安装于塑料或金属反射杯6内且所述LED芯片接着囊封于囊封材料(通常环氧树脂8)内。所述囊封材料包含用于提供色彩转换的磷光体材料。通常，杯6的内表面经镀银以朝向安装于囊封环氧树脂8的表面上的透镜10反射杂散光。
[0004]应了解，此布置具有限制且本发明致力于至少部分地减轻这些限制。举例来说，对于具有大于IW的高强度输出的高强度LED，在与磷光体材料紧密结合的LED的输出处的高温可引发为温度相依的光特性，且在一些情形中可出现磷光体材料的热降解。此外，在磷光体分布于环氧树脂内的情况下可难以维持由此些LED发射的光的色彩的均匀性，这是因为通过不同路径长度的光将遭遇不同量的磷光体并被其吸收。此外，由于囊封及透镜的后续放置，因此此些LED的制作是耗时的。


【发明内容】

[0005]根据本发明的实施例，提供一种包含线状透明光学透镜的线状照明布置，所述线状透明光学透镜用于混合及分布从LED及磷光体发射的光。磷光体层在所述线状光学透镜的内部腔内呈弯曲形状。线状PCB上的所述LED远离所述磷光体层而定位。在一些实施例中，优选地用粗糙表面制造所述透镜以用于光的高效提取。以实例方式，所述线状照明布置在本文中可称为“线状灯”。
[0006]在一些实施例中，线状灯包括安装于支撑件(例如装配于透镜上的凹入部/槽内侦_的印刷电路板)上的LED芯片阵列，其中内腔/室形成于所述透镜的内部中。所述室的壁包含磷光体层。所述电路板的表面可形成或覆盖有反射材料，以使来自LED芯片的光远离所述电路板且朝向磷光体反射。由LED芯片发射的光被磷光体转换成光致发光光,且所述灯的最终光发射输出的色彩质量是(至少部分地)基于由磷光体发射的光致发光光的波长与来自LED芯片的通过磷光体的任何其余光的波长的组合。可通过适当选择磷光体组合物以及所述磷光体层内的磷光体的厚度及/或负载而控制从照明布置发射的光的色彩，磷光体的厚度及/或负载将确定源自所述磷光体的输出光的比例。为确保均匀输出色彩，所述磷光体层优选地具有均匀厚度且具有在20 μ m到500 μ m范围内的典型厚度。
[0007]透镜的布置及形状可经配置以影响来自灯的所发射光的实际型式。在一些实施例中，所述透镜具有准许(例如)在实质上对应于透镜与灯的中心轴的径向角度的覆盖范围内沿所要方向聚焦及分布从灯输出的所发射光的半圆形轮廓。所述透镜可由任何适合材料制成，例如塑料材料(例如聚碳酸酯、丙烯酸、硅酮)或玻璃(例如基于二氧化硅的玻璃)或任何材料。
[0008]磷光体的布置及形状可经配置以影响来自灯的所发射光的分布。一些实施例提供增强从灯的侧面分布的光的量的圆锥形轮廓的磷光体。替代设计涉及其中磷光体具有本质上为半圆形而非圆锥形的轮廓的灯，所述灯提供朝向分布区域的中心的相对较大光分布。磷光体及/或透镜的确切形状可经选择及经组合以按需要提供任何适合输出型式及分布。另一益处是，所述透镜还用于提供其中在高度透明实心体内以最小损耗混合光的室。当灯在所述室中包含红色LED及蓝色LED两者时出现此情况的实例，且所述室允许来自这些LED的光(例如，红色光)在透镜内侧均匀分布。
[0009]在一些实施例中，所述透镜中的所述室提供在所述灯内的腔，所述腔具有足够大以用于将LED阵列插入于所述腔内的体积。此准许LED完全地或部分地位于透镜及/或磷光体的内部内。在所述透镜内实施腔/室的方法因避免来自外部混合室的损耗而促成极简单组合件及经改进效率。
[0010]一些实施例实施具有清透或透明性质的透镜的光学材料，此提供形成线状光学器件/线状透镜的益处。或者，所述透镜可经配置以操作为在光源处提供准直的光管，因此光在不离开侧面的情况下在所述管内侧行进延长距离。所述光学组件可配置有适当地弯曲的侧面以提供准直功能性。在替代实施例中，所述透镜并非经配置以沿着反射器的整个长度延伸。而是，所述透镜通常形成仅部分地填充由所述反射器形成的内部体积的弯曲或圆顶状形状。可使用共挤工艺来制造磷光体层、透镜及反射器的结构。将磷光体及透镜共挤为单个组件的概念本身被认为是发明性的。
[0011]在一些实施例中，通过在室内包含光学介质(例如，固体光学介质)而提供灯的进一步操作效率。在所述室内的光学介质包括拥有较密切地匹配磷光体、LED及/或可存在于LED的顶部上的任何类型的囊封材料的折射率的折射率的材料。所述光学介质可选自大体归属于通常用于磷光体、LED及/或用于环绕LED的任何囊封材料的材料内或匹配所述材料的折射率的材料(例如硅酮)。在一些实施例中，灯结构包括多层“夹层”结构，其中特定形状的磷光体层嵌入于前透镜与室内侧的固体填充物之间。可通过(举例来说)所有三个层的共挤而制造此结构。
[0012]线状灯的一些实施例包含细长透镜，所述细长透镜具有延续所述透镜的长度的整体地形成的室，其中所述室经定形以提供所要光分布型式。线状LED阵列位于电路板上，且提供包含用于LED的孔口的反射材料。将所述电路板安装到散热器上。包括散热器、电路板及反射材料的组合件使用待设定于所述透镜的凹入端部分处的一对端板而附接到所述透镜。在其中打算用线状灯直接替换标准荧光灯的实施例中，提供包含用以装配到标准荧光灯固定装置中的适当连接器(例如G5或G13双引脚连接器)的端帽。外部反射器还可连同灯一起使用以将输出光引导到所要方向中。
[0013]透镜的覆盖角度可配置以调整灯的照射型式。将覆盖角度增加到360度将导致灯具有全360度照射。透镜的底部部分经配置使得透镜提供具有(例如)处于相对于灯的中心轴成大于或小于180度的径向角度的照射角的半圆形轮廓。透镜的底部部分的角度还可经调整以调整灯的照射型式，所述灯是沿向外方向或向内方向倾斜的。
[0014]在一些实施例中，可提供光漫射层以改进处于关断状态的照明装置对于观察者的视觉外观。所述光漫射层包含光衍射材料的粒子，所述粒子可实质上减少否则将致使波长转换组件重新发射具有淡黄/橙色色彩的波长的光的外部激发光的通过。举例来说，所述光漫射层中的光衍射材料的粒子经选择以具有增加其散射蓝色光的概率的大小范围，此意指较少外部蓝色光通过所述光漫射层以激发所述波长转换层。光衍射粒子大小可经选择使得所述粒子将散射的蓝色光比其将散射的由磷光体材料产生的光相对多(例如达至少两倍)。优选地，为增强处于关断状态的照明装置的白色外观，光漫射层内的光衍射材料为具有小于约150nm的平均粒子大小的“纳米粒子”。对于发射具有其它色彩的光的光源，所述纳米粒子可对应于其它平均大小。举例来说，对于UV光源，光漫射层内的光衍射材料可具有小于约10nm的平均粒子大小。本发明的实施例可用于减少制造LED照明产品所需的磷光体材料量，借此考虑到磷光体材料的相对昂贵本质而减少制造此些产品的成本。明确地说，由光衍射材料的粒子构成的光漫射层的添加可实质上减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量。可使用不同方法来将光散射材料引入到LED灯中，此可实质上减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量。另外，可结合波长转换组件中的额外散射(或反射/衍射)粒子一起使用所述光漫射层以进一步减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量。一种可能方法是，其中将光散射材料包含于单独层内。另一种可能方法是，其中将光散射材料包含于含有磷光体的层内。又一种可能方法是，其中将光散射材料引入到透镜中。还可实施以上方法的任何组合。举例来说，可将所述光散射材料引入到磷光体层及透镜两者中。另外，可将所述光散射材料包含于单独层及所述磷光体层两者内。此外，可将所述光散射材料包含于所述单独层、所述磷光体层及所述透镜中的每一者内。
[0015]可采取替代方法来改进灯的关断状态白色外观。举例来说，可(例如)在透镜的外部表面中将纹理并入到灯的外部表面中以改进灯的关断状态白色外观。又一可能方法是，直接在黄色磷光体层之后且在清透线状光学器件之前实施薄白色层。此三层结构在关断状态中将为白色外观，但主要光学器件仍将是清透的(非漫射的/模糊不清的)。此方法具有保持线状透镜光学器件的光分布型式同时仍提供白色外观的益处。
[0016]使用内部腔作为“混合室”的方法还可应用于非线状灯。在一些实施例中，提供LED照明布置，其中透镜包括实心半球形形状，且LED芯片安装于所述照明布置的室内使得其完全地含纳于磷光体的轮廓的内部内。然而，所述透镜可经制作以按需要提供任何适合形状。举例来说，根据本发明的实施例的替代LED照明布置是其中所述透镜包括实心卵形形状。
[0017]关于线状灯实施例，可采用任何适合制造工艺来制造灯组合件。举例来说，可采用其中使用丝网印刷将油墨直接印刷到透镜表面上的印刷工艺。可使用其它印刷技术来印刷及/或涂覆磷光体，例如使用辊涂机来将磷光体油墨涂覆到透镜上。喷涂是可用于将磷光体涂覆到透镜上的另一技术。还可执行层压以制造线状灯。在此方法中，制造(例如)具有或不具有清透载体层的单独磷光体材料薄片。接着，将磷光体薄片层压到光透镜/管结构上。可执行共挤工艺以制造线状灯布置。两个挤出机可用于馈送到单个工具中以形成磷光体层及透镜的材料两者，其中在此方法中同时形成且一起制造所述两个层。如果透镜中的室包含固体光学介质，那么可借助三个挤出机使用共挤方法来制造三个层。
[0018]在一些实施例中，提供整体地包含磷光体部分、透镜及反射器部分的多层光学组件。可利用三层挤出工艺来制造多层光学组件，其中三个挤出机用于馈送到单个工具中以形成磷光体层、透镜的材料及反射器的材料。三个挤出机用于馈送到单个工具中以形成三个单独材料层，包含磷光体、透镜的材料及反射器的材料。在此方法中同时形成且一起制造所述三个层。此方法可与包含大部分或全部热成型塑料的各种各样的源材料(例如PC-聚碳酸酯、PMMA-聚(甲基丙烯酸甲酯)及PET-聚对苯二甲酸乙二脂)一起使用。此三层挤出工艺通常可使用相同或类似于用于注射成型材料的颗粒的颗粒。如果透镜中的室包含固体光学介质，那么可借助四个挤出机使用四层挤出方法来制造多个层。
[0019]在一些实施例中，具有LED阵列的电路板安装到支撑主体且与所述支撑主体热连通。反射器形成有远离多层光学组件的中心部分延伸的下部凸缘部分。所述凸缘部分经配置以塞入所述支撑主体中的通道内。
[0020]在一些实施例中，利用制造具有LED阵列的多层光学组件的共挤工艺，其中LED22附接到馈送到共挤装备中的结构，使得所述多层光学组件在其形成时贴附到具有LED的电路板。
[0021 ] 所述灯的所述内室可填充有光学介质。所述室内的光学介质包括拥有较密切地匹配磷光体、LED及/或可存在于LED的顶部上的任何类型的囊封材料的折射率的折射率的材料，例如，固体材料。所述光学介质可选自大体归属于通常用于磷光体、LED及/或用于环绕LED的任何囊封材料的材料内或匹配所述材料的折射率的任何适合材料(例如，硅酮)。如果透镜中的室包含固体光学介质，那么可使用共挤方法来制造多层光学组件以(例如)通过添加用于光学介质的材料的挤出机而还包含光学介质。
[0022]光漫射/散射材料可连同所述多层光学组件一起使用。所述光漫射/散射材料对于减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量是有用的。所述光漫射/散射材料对于改进灯的关断状态白色外观也是有用的。所述光漫射/散射材料可包含到多层光学器件的若干层中的任一者中。举例来说，所述光漫射/散射材料可并入到含有磷光体的层中、添加到透镜、包含为完全单独层或以上各项的任何组合。
[0023]在所揭示实施例中的任一者中，固体光学介质与磷光体的组合可由材料层替换，所述材料层完全填充环绕LED的体积，但还包含整体地在所述材料层内的磷光体。此提供混合远程磷光体/非远程磷光体方法，由此磷光体位于填充内部腔的材料层中，但一些磷光体位于紧靠近于LED处(在邻近于LED的材料的内部分中)，但大部分磷光体距LED实际上相当远(在远离LED的材料的外部分中)。因此，此方法提供远程磷光体设计的许多优点，同时还使光转换效率最大化(由于因消除空气界面而消除了折射率的不匹配所致)。制造还可为较廉价且较容易的，因为挤出工艺及设备仅需挤出单个材料层，而非一挤出机用于磷光体材料且一单独挤出机用于光学介质材料。
[0024]一些实施例包括具有高侧壁的反射器。所述侧壁对于将从灯发射的光聚焦到所要方向中是有用的。
[0025]根据一些实施例，一或多个线状照明布置放置于包络线的内侧以形成标准白炽灯泡的替换件。所述灯可包含允许灯在常规照明装置中使用的标准电连接器(例如，标准爱迪生型连接器)。所述线状照明布置是垂直定向的，在灯内轴向延伸。在内部，所述线状照明布置内的LED是从灯的中心轴径向定向。此配置在宽范围的发射角度内提供来自灯的良好总体发射型式，其中线状照明布置的确切尺寸(例如，长度、宽度)经选择以提供所要发射轮廓。包络线可经配置呈任何适合形状。在一些实施例中，包络线包括标准灯泡形状。此准许灯在原本可借助标准白炽灯泡实施的任何应用/位置中使用。包络线可包含漫射器或连同所述漫射器一起使用。在一些实施例中，散射粒子提供于包络线处作为额外材料层或直接并入于包络线的材料内。
[0026]可采用使用以上方法中的任一者的线内测试以控制最终制造产品的变化且使所述变化最小化。借助共挤系统，用以执行线内测试的一种可能方法是安装在产品被挤出时主动测量产品色彩的色度计或分光计。此测量工具通常将在冷却槽及干燥器之后但在切割之前安装在线内。色彩测量提供对挤出系统的实时反馈，所述挤出系统通过使两个挤出螺杆的相对压力变化而调整层厚度。所述磷光体层经制造为较厚或较薄的以在发生挤出时实时地调谐产品的色彩。此允许具有单色系准确度同时能够在挤出工艺期间实时地执行质量检查。类似线内测试可与印刷及涂覆方法一起使用。
[0027]在一些实施例中，透镜的外部表面的长度L1超过磷光体部分的表面的长度L2。在一些方法中，长度L2是L1的至少两倍。
[0028]光学组件可包括具有半球形端及可安装到LED封装的平坦端的具轴向长度I及半径r的圆柱形主体，其中所述磷光体提供于所述组件的圆柱形表面及半球形表面上。在一些实施例中，纵横比是3:1 (但在特定实施例中可采用其它比率)。
[0029]根据本发明的一些实施例，通过将以下因素中的一些因素或所有因素实施到灯设计中而显著消除或减少SQE损耗:(i)远程磷光体；(ii)耦合光学器件 '及(iii)具有大于I: I的纵横比的磷光体波长转换层。
[0030]将理解，在不背离本发明的范围的情况下可组合本文中所描述的实施例的特征。此外，涵盖多个权利要求附属项。举例来说，前述段落到中所揭示的标的物可以任何组合进行组合。
[0031]下文在【具体实施方式】、图式及权利要求书中描述本发明的方面、目标及优点的进一步细节。前述大体说明及以下详细说明两者均是示范性及阐释性的，且并不打算为对本发明的范围的限制。

【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1是如已描述的习知白色LED的示意性表示；
[0033]图2到7是LED照明布置的示意性表示；
[0034]图8是根据本发明的实施例的LED线状灯照明布置的端视图；
[0035]图9到12是根据本发明的实施例的LED线状灯照明布置的示意性表示；
[0036]图13是根据本发明的替代实施例的LED线状灯照明布置的端视图；
[0037]图14A及14B是LED线状灯照明布置的额外实施例的端视图；
[0038]图15到17是具有散射粒子的LED线状灯照明布置的示意性表示；
[0039]图18是具有内部室的LED照明布置的示意性截面表示；
[0040]图19是具有内部室及卵形透镜形状的LED照明布置的示意性截面表示；
[0041]图20到22是具有散射粒子的替代LED线状灯照明布置的示意性表示；
[0042]图23是LED线状灯组件的示意性端视图；
[0043]图24是利用图23的组件的实例灯的发射型式的图式；
[0044]图25是LED线状灯组件的示意性端视图；
[0045]图26是利用图25的组件的实例灯的发射型式的图式；
[0046]图27A是其中透镜提供准直功能性的LED线状灯照明布置的示意性表示；
[0047]图27B是替代LED线状灯照明布置的示意性表示；
[0048]图28是其中提供特定纵横比的LED线状灯组件的端视图；
[0049]图29图解说明根据本发明的一些实施例的具有多层光学组件的灯的端视图；
[0050]图30图解说明具有多层光学组件的灯的端视图，其中光学介质放置于室内；
[0051]图31图解说明具有多层光学组件的灯的端视图，所述多层光学组件进一步包含散射粒子；
[0052]图32图解说明具有多层光学组件的灯的端视图，其中放置于室内的光学介质包括光致发光材料；
[0053]图33图解说明具有多层光学组件的灯的端视图，其中反射器包括高壁；且
[0054]图34及35是具有垂直定向的线状照明布置的LED灯的透视图。

【具体实施方式】
[0055]为更好地理解本发明，现在将仅参考附图以实例方式描述本发明的实施例。
[0056]参考图2，其展示用于产生选定色彩的光(举例来说白色光)的LED照明布置20。照明布置20包括可操作以产生优选地为在300nm到500nm范围内的波长的光(即辐射)的LED芯片22，优选地氮化镓芯片。LED芯片22安装于具有沉积于其内表面上的金属银以使光朝向所述照明布置的输出反射的不锈钢外壳或反射杯24内侧。提供凸透镜26以聚焦从所述布置输出的光。在所图解说明实例中，透镜26在形式上是实质上半球形。透镜26可由塑料材料(例如聚碳酸酯、丙烯酸、硅酮)或玻璃(例如基于二氧化硅的玻璃)或对由LED芯片22产生的光的波长实质上透明的任何材料制成。
[0057]在图2中，透镜26具有在将透镜安装到外壳22之前在其上提供有磷光体层30的平坦(实质上扁平)表面28。磷光体30可包括任何光致发光材料，例如氮化物及/或硫酸盐磷光体材料、氮氧化物及含氧硫酸盐磷光体、石榴石材料(YAG)或量子点材料。将通常呈粉末形式的磷光体与粘合剂材料(例如环氧树脂或硅酮树脂)或透明聚合物材料混合且接着将所述混合物施加到透镜的表面以提供磷光体层30。可通过涂刷、滴加或喷涂或所属领域的技术人员将容易明了的其它沉积技术而施加所述混合物。此外，所述磷光体混合物优选地进一步包含例如氧化钛、二氧化硅或氧化铝的光漫射材料以确保较均匀光输出。
[0058]通过适当选择磷光体组合物以及磷光体层的厚度及/或磷光体的重量负载而控制从照明布置发射的光的色彩，磷光体层的厚度及/或磷光体的重量负载将确定源自所述磷光体的输出光的比例。确保均匀输出色彩，所述磷光体层优选地具有均匀厚度且具有在20μπι到500 μ m范围内的典型厚度。
[0059]此些照明布置的优点是，无需将磷光体并入于LED封装中的囊封材料内。此外，可通过提供具有适当磷光体层的不同透镜而容易地改变由所述布置输出的光的色彩。此使得能够大规模生产普通激光封装。此外，此透镜在LED照明布置中提供直接色彩转换。
[0060]参考图3，其展示进一步LED照明布置20，其中磷光体30提供为透镜26的外凸形表面32上的层。在此实施例中，透镜26的形式为圆顶形状的。
[0061]图4展示LED照明布置20，其中透镜26包括实质上半球形壳体且磷光体30提供于透镜26的内表面34上。将磷光体提供于内表面上的优点是,透镜26接着为LED及磷光体提供环境保护。或者，所述磷光体可施加为透镜26的外表面的层(未展示)。
[0062]图7展示LED照明布置20，其中光学组件包括实质上球形的实心透镜26且磷光体提供于球形表面44的至少一部分上。在优选布置中，如所图解说明，磷光体施加到表面的仅一部分，接着所述表面安装于由外壳界定的体积内。通过以此方式安装透镜26，此提供磷光体30的环境保护。
[0063]图5图解说明LED照明布置20，其中透镜26(光学组件)包括实质上球形壳体且磷光体30沉积为内球形表面36或外球形表面38的至少一部分上的层且LED芯片22安装于所述球形壳体内。为确保均匀的辐射发射，有利地并入复数个LED芯片，其中所述芯片经定向使得其各自沿不同方向发射光。作为用于替换现有白炽光源(灯泡)的光源，此形式是优选的。
[0064]参考图6，其展示进一步LED照明布置20，其中光学组件26包括空心圆柱体形式且磷光体施加到内弯曲表面40或外弯曲表面42。在此布置中，激光芯片优选地包括沿着圆柱体的轴布置的线状激光芯片阵列。或者，透镜26可包括实心圆柱体(未展示)。
[0065]图6的实施例大体描绘线状照明布置/线状灯21的实例，线状照明布置/线状灯21是通常具有长管状轮廓的照明设备。这些灯在许多办公室或工作空间环境中是常见的，且许多商业及公共建筑常规地将在天花板中并入有照明固定装置及天花板凹部/沟槽以装配标准大小的线状灯(例如标准管状T5、T8及T12灯)。
[0066]线状灯通常借助囊括使用电来激发汞蒸汽的气体放电灯的荧光管技术而实施。然而，关于常规基于荧光的灯存在许多缺点。举例来说，荧光灯内的萊被认为是有毒的，且荧光灯的破损(尤其在管道或通气道中)可需要昂贵清理工作来移除所述汞(如由环境保护署推荐)。此外，荧光灯制造起来可是相当昂贵的，此部分地由使用镇流器来调节此些灯中的电流的要求所致。另外，荧光灯具有相当高的缺陷率及相对低的操作寿命。
[0067]相比之下，基于LED的线状灯克服与荧光灯相关联的这些问题。与荧光灯不同，基于LED的线状灯不需要任何汞。与荧光灯相比，基于LED的灯每瓦特能够产生较高流明，同时具有较低缺陷率及较高操作寿命期望。
[0068]图6中所展示的方法提供其中沿所有方向发射由线状灯产生的光的布置。磷光体层30及透镜/光学组件26完全地环绕线状LED 22阵列。因此，由所述灯产生的光在距所述灯的中心轴的整个360度方向内进行发射。
[0069]图8图解说明根据本发明的实施例的基于LED的线状灯21，其中沿选定方向从所述线状灯发射光。LED芯片22阵列安装于装配于透镜26上的内侧凹入部23内的支撑件(例如，印刷电路板25)上。内腔/室33形成于透镜26的内部中。室33的壁包含磷光体层30。在一些实施例中，LED芯片22包括可操作以产生优选地为在300nm到500nm范围内的波长的光(即辐射)的氮化镓芯片。电路板25的表面可形成或覆盖有反射材料52以使来自LED芯片22的光远离电路板25且朝向磷光体30反射。
[0070]可用光提取封盖27覆盖或以其它方式囊封LED芯片22阵列中的LED中的每一者。光提取封盖27减少LED 22的折射率与内部室33内的空气的折射率之间的过度不匹配。折射率的任何不匹配可致使LED光的显著部分从总LED光输出损耗。通过包含光提取封盖27，此有助于减少折射率的过度不匹配，从而促进灯21的总体光转换效率的增加。
[0071]由LED芯片22发射的光被磷光体30转换成光致发光光。灯的最终光发射输出的色彩质量(至少部分地)基于由磷光体30发射的光致发光光的波长与来自LED芯片22的通过磷光体30的任何其余光的波长的组合。通过适当选择磷光体组合物以及磷光体层内的磷光体的厚度及/或负载密度而控制从照明布置发射的光的色彩，磷光体的厚度及/或负载密度将确定源自磷光体的输出光的比例。确保均匀输出色彩，所述磷光体层优选地具有均匀厚度且具有在20 μ m到500 μ m范围内的典型厚度。
[0072]来自灯21的所发射光的实际型式受透镜26的布置影响。在当前实施例中，透镜26具有准许(例如)在实质上对应于透镜26与灯21的中心轴的径向角度的覆盖范围内沿所要方向聚焦及分布从所述灯输出的所发射光的半圆形轮廓。透镜26可由任何适合材料制成，例如塑料材料(例如聚碳酸酯)或玻璃(例如基于二氧化硅的玻璃)或任何材料。
[0073]来自灯21的光的分布还受室33中的磷光体30的形状影响。图8中所展示的灯21具有增强从灯21的侧面分布的光的量的圆锥形轮廓的磷光体30。图13图解说明其中磷光体30具有与本质上为半圆形而非圆锥形的轮廓的替代设计。此方法提供朝向分布区域的中心的相对较大光分布。磷光体30及/或透镜26的确切形状可经选择及经组合以按需要提供任何适合输出型式及分布。
[0074]室33提供在灯21内的腔(本文中还称为“混合室”)，所述腔具有足够大以用于将LED 22插入于所述腔内的体积。此准许LED 22完全地或部分地位于透镜26及/或磷光体30的内部内。
[0075]在图8的方法中，凹入部/槽23并入到透镜26的外轮廓中以适应PCB 25或板上芯片(COB)阵列的直接放置。在图14的方法中，形成于透镜26内的槽准许PCB 25滑动且支撑到所述槽中。PCB或COB表面具有放置于其上的反射层或涂层52以使LED发射的光朝向磷光体30反射。透镜26的底部表面还可覆盖有反射材料50。在透镜26内实施腔/室33的方法因避免来自外部混合室的损耗而促成极简单组合件及经改进效率。
[0076]由此布置提供的益处是，所述室提供在高度透明实心体内以最小损耗混合光。当灯在所述室中包含红色LED及蓝色LED两者时出现此情况的实例，且所述室允许来自这些LED的光(例如，红色光)在透镜内侧均匀分布。存在由内部混合室提供的优点的各种原因。举例来说，一种原因是由于内部混合室的布置提供光的跨壁发射。尽管反射器仍提供于灯的“底座”上，但移动穿过混合室的大部分光还将从磷光体的一个壁横跨到另一壁而无需从反射器反射，从而改进灯针对其光生产的效率。由所述布置提供的另一益处是，其移除在灯中具有个别LED的点源影响。每一 LED是光(例如，蓝色或红色光)的点源，但由于LED是在其壁覆盖有磷光体的室内，因此由磷光体发射的光将使LED的点源效应明显模糊。又一优点是由当前布置提供的方向性。由于大多数荧光替换灯将插入到天花板或墙壁固定装置中，因此很可能将沿所要方向(例如，远离天花板或墙壁)提供所发射光。使用透镜及内部室配置的本实施例沿所要方向增强所发射光的方向性。由本发明的实施例提供的另一益处是，可针对给定大小的灯使制造灯所需的磷光体量最小化。尽管灯的外部尺寸因透镜的大小可为相当大的，但内部室的较小表面积还意指所述灯实际上需要小得多的磷光体量。小内部室的又一益处是，在观看处于关断状态的灯时其减小磷光体组件的表观大小。
[0077]使透镜26的光学材料具有清透或透明性质还提供形成线状光学器件/线状透镜的益处。或者，所述透镜可经配置以操作为在光源处提供准直的光管，因此光在不离开侧面的情况下在所述管内侧行进延长距离。举例来说，图27A展示其中光学组件26配置有适当地弯曲的侧面以提供准直功能性的灯。在此布置中，从磷光体30发射的以特定角度冲击透镜26的壁的光将(例如)至少部分地基于透镜26的光管效应而沿向下方向远离那些壁反射。此结果可在不需要在透镜26的壁上包含反射材料50的情况下实现，但反射材料50的包含将改进沿向下方向发射光的效率。
[0078]图27B展示灯21的替代实施例，其中透镜26并非经配置以沿着反射器50的整个长度延伸。而是，透镜26大体形成仅部分地填充由反射器50形成的内部体积的弯曲或圆顶状形状。透镜26及反射器50的适当配置准许此方法形成具有任何所要光发射特性的直接灯替换件。在图27A及27B的方法两者中，可使用共挤工艺来制造磷光体层、透镜及反射器的结构。
[0079]在图8的实施例中，光在不具有准直器的情况下通常是非结构化的。然而，当前实施例形成耦合到较小线状光源(磷光体层)的具有清透材料的线状透镜光学器件。经组合系统允许以最小损耗准确地控制光分布型式，这是因为在远程磷光体层与光学器件之间不存在空气界面。图中的截面展示一起耦合成单个单元的光源及单个光学器件。可能通过相对于光源设计线状透镜的形状而配置特定线状光束型式。事实上，可使用透镜26 (例如)通过聚焦来自灯的所发射光而使由所述灯产生的光的所发射性质定形。
[0080]在一些实施例中，通过在室33内包含光学介质而提供灯的进一步操作效率。室33内的光学介质包括拥有较密切地匹配磷光体30、LED 22及/或可存在于LED 22的顶部上的任何类型的囊封材料的折射率的折射率的材料(例如，固体材料)。使用所述光学介质的一种原因是为了消除存在于LED 22与磷光体30之间的空气界面。此实施例解决的问题是，在磷光体30的材料的折射率与灯21的内部体积33内的空气的折射率之间存在的不匹配。空气与灯组件之间的界面的折射率的此不匹配可致使光的显著部分以产热的形式损耗。因此，针对给定量的输入电力产生较少量的光及过多量的热。通过使室33填充有光学介质56，此方法准许将光发射到灯的内部体积、在所述体积内及/或穿过所述体积而不必引发由空气界面的折射率的过度不匹配造成的损耗。光学介质56可选自大体归属于通常用于磷光体30、LED 22及/或用于环绕LED 22的任何囊封材料的材料内或匹配所述材料的折射率的材料(例如硅酮)。在2012年6月8日提出申请的标题为“具有经改进发射效率及用于其的光致发光波长转换组件的固态灯(Solid-State Lamps With Improved Emiss1nEfficiency And Photoluminescence Wavelength Convers1n Components Therefor)” 的第61/657，702号美国临时申请案中描述关于实施光学介质的示范性方法的进一步细节，所述美国临时申请案特此以其全文引用的方式并入。
[0081]图9、10、11及12提供根据本发明的特定实施例的线状灯21的组件的图解。图9是线状灯21的端视图且图12是线状灯21的分解端视图。图10是灯21的分解透视图，其在图11中进一步被放大。线状灯21包含具有延续透镜26的长度的整体地形成的室33的细长透镜26。室33经定形以提供所要光分布型式。在线状灯21的此当前实例中，腔33展示为具有圆顶形轮廓。磷光体层30放置于室33内。
[0082]线状LED 22阵列位于电路板25上。可采取任何适合方法来实施LED 22阵列。举例来说，可使用板上芯片(COB)配置来实施LED阵列。提供包含用于LED 22的孔口的反射材料52 (例如，反射带或纸)。将电路板25安装到散热器54上。包括散热器54、电路板25及反射材料52的组合件使用待设定于透镜26的凹入端部分处的一对端板29而附接到透镜26。端板29包含一组四个螺孔(图9中未展示)。顶部两个螺孔是用于将螺杆插入到透镜26中的开口。底部两个螺孔是用于将螺杆插入到散热器54中的开口。
[0083]在其中线状灯21打算为标准荧光灯(例如t5、T8或T12荧光管)的直接替换件的实施例中，提供包含用以装配到标准荧光灯固定装置中的适当连接器(例如G5或G13双引脚连接器)的端帽(未展示)。外部反射器(未展示)还可连同灯21 —起使用以将来自灯21的输出光引导到所要方向中。将视情况调整灯21的定向方向。举例来说，灯在装设到天花板固定装置中时通常将经引导沿向下方向(例如其中透镜26在反射器下面面朝下)。
[0084]透镜26的底部部分是可配置以(例如)通过调整如从灯的中心轴测量的透镜26的径向覆盖角度而调整灯21的照射型式。如果透镜的轮廓在距中心轴的全360度内延伸，那么此将导致灯具有360度照射，例如，如图6的灯中所展示。还可调整透镜的底部部分的角度以调整灯的照射型式。图14A图解说明本发明的实施例的端视图，其中透镜26的底部部分经配置使得透镜26提供具有相对于灯21的中心轴成稍微大于180度的径向角度的半圆形轮廓，例如，其中部分50沿向外方向倾斜以改进由灯发射的光的传播。替代实施例可经配置使得透镜26的底部部分是沿向内方向倾斜。图14B图解说明本发明的实施例的端视图，其中透镜26的底部部分经配置使得透镜26提供具有相对于灯21的中心轴成稍微小于180度的径向角度的半圆形轮廓，例如，其中部分50沿向内方向倾斜以改进由灯发射的光沿选定方向的集中。
[0085]由本发明的实施例解决的与LED照明装置相关联的一个问题是处于关断状态的装置的非白色色彩外观。在接通状态期间，LED芯片或裸片产生蓝色光且此后蓝色光的一些部分被磷光体吸收以重新发射黄色光(或绿色光与红色光、绿色光与黄色光、绿色光与橙色光或黄色光与红色光的组合)。将由LED产生的蓝色光的未被所述磷光体吸收的部分与由所述磷光体发射的光组合提供在人眼看来在色彩上接近白色的光。然而，在关断状态中，LED芯片或裸片不产生任何蓝色光。而是，由远程磷光体照明设备产生的光至少部分地基于外部光(例如日光或室内光)，所述外部光激发波长转换组件中的磷光体材料且因此在光致发光光中产生淡黄色、黄橙色或橙色色彩。由于LED芯片或裸片不产生任何蓝色光，因此这意味着将不存在用以与来自波长转换组件(例如磷光体30)的光致发光光的黄色/橙色光组合以产生呈现白色光的任何残余蓝色光。因此，所述照明装置将在色彩上看起来是淡黄色、黄橙色或橙色。此可为寻求呈现白色光的潜在购买者或消费者不合意的。
[0086]根据图15的实施例，光漫射层31提供通过改进处于关断状态的装置对于观察者的视觉外观而解决此问题的益处。在某种程度上，此是因为光漫射层31包含光衍射材料的粒子，所述粒子可实质上减少原本将致使波长转换组件重新发射具有淡黄/橙色色彩的波长的光的外部激发光的通过。举例来说，光漫射层31中的光衍射材料的粒子经选择以具有增加其散射蓝色光的概率的大小范围，这意味着较少外部蓝色光通过所述光漫射层以激发所述波长转换层。因此，远程磷光体照明设备在关断状态中更多地将具有白色外观，因为波长转换组件发射较少的黄色/红色光。
[0087]光衍射粒子大小可经选择以使得所述粒子将散射的蓝色光比其将散射的由磷光体材料产生的光相对多(例如达至少两倍)。此光漫射层确保:在关断状态期间，由装置接收的较高比例的外部蓝色光将由光衍射材料散射及引导远离波长转换层，从而降低外部发起的光子与磷光体材料粒子相互作用的概率且使淡黄/橙色光致发光光的产生最少化。然而，在接通状态期间，由来自LED光源的激发光导致的磷光体产生的光可仍以较低被散射的概率通过漫射层。优选地，为增强处于关断状态的照明装置的白色外观，光漫射层内的光衍射材料为具有小于约150nm的平均粒子大小的“纳米粒子”。对于发射具有其它色彩的光的光源，所述纳米粒子可对应于其它平均大小。举例来说，对于UV光源，光漫射层内的光衍射材料可具有小于约10nm的平均粒子大小。
[0088]因此，通过适当选择光散射材料的平均粒子大小，配置光漫射层使得与其它色彩(即如由光致发光材料发射的绿色及红色)相比其更容易散射激发光(例如蓝色光)是可能的。举例来说，具有10nm到150nm的平均粒子大小的T12粒子散射的蓝色光(450nm到480nm)可能是其将散射的绿色光(510nm到550nm)或红色光出30鹽到740nm)的两倍以上。作为另一实例，具有10nm的平均粒子大小的T12粒子将散射的蓝色光比其将散射的绿色光或红色光多将近三倍(2.9 = 0.97/0.33)。对于具有200nm的平均粒子大小的T12粒子，这些T12粒子将散射的蓝色光是其将散射的绿色光或红色光的两倍以上(2.3 =1.6/0.7)。根据本发明的一些实施例，光衍射粒子大小优选地经选择使得所述粒子将散射的蓝色光是由磷光体材料产生的光的相对至少两倍。
[0089]可由本发明的实施例解决的关于远程磷光体装置的另一问题是所发射光随着发射角度的色彩变化。此问题通常称作COA(色彩随角度变化)。远程磷光体层允许特定量的蓝色光作为白色光的蓝色分量发出。此是来自LED的方向性光。来自磷光体的RGY(红色绿色黄色)光是朗伯型的(Iambertian)。因此蓝色光的方向性可不同于在边缘处导致“光晕”效应的RGY光的方向性，其中色彩沿蓝色LED光的方向看起来“较冷”且在光为全部RGY的边缘处看起来“较暖”。纳米漫射器的添加使蓝色光选择性地漫射，从而致使其具有与RGY光相同的朗伯型式且形成极均匀色彩随角度变化。传统LED还具有可通过使用此技术的远程磷光体改进的此问题。在从不同角度观看时，远程磷光体装置在色彩上通常具有可察觉的不均匀性。本发明的实施例校正此问题，这是因为与波长转换层直接接触的光漫射层的添加显著增加所发射光随着发射角度Θ的色彩均匀性。
[0090]本发明的实施例可用于减少制造LED照明产品所需的磷光体材料量，借此考虑到磷光体材料的相对昂贵本质而减少制造此些产品的成本。明确地说，由光衍射材料的粒子构成的光漫射层的添加可实质上减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量。此意指，与相当的现有技术方法相比，需要相对较少磷光体来制造波长转换组件。因此，制造采用此些波长转换组件的照明设备(尤其对于远程磷光体照明装置来说)将廉价得多。在操作中，漫射层通过使光往回反射到波长转换层中而增加光子将导致光致发光光的产生的概率。因此，漫射层与波长转换层的包含可将产生给定色彩发射产品所需的磷光体材料量减少(例如)最多40%。
[0091]图15、16及17图解说明将光散射材料引入到LED灯中的不同方法，所述方法可实质上减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量。另外，可结合波长转换组件中的额外散射(或反射/衍射)粒子一起使用光漫射层以进一步减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量。图15图解说明其中将光散射材料31包含于单独层内的方法。图16图解说明其中将光散射材料31包含于含有磷光体30的层内的方法。图17图解说明其中将光散射材料31引入到透镜26中的替代方法。还可实施以上方法的任何组合。举例来说，可将光散射材料31引入到磷光体层30及透镜26两者中。另外，可将光散射材料包含于单独层31及磷光体层30两者内。此外，可将光散射材料31包含于所述单独层、磷光体层30及透镜26中的每一者内。
[0092]可采取替代方法来改进灯的关断状态白色外观。举例来说，可(例如)在透镜26的外部表面中将纹理并入到灯的外部表面中以改进灯的关断状态白色外观。
[0093]又一可能方法是，直接在黄色磷光体层之后且在清透线状光学器件之前实施薄白色层。此三层结构在关断状态中将为白色外观，但主要光学器件仍将是清透的(非漫射的/模糊不清的)。此方法具有保持线状透镜光学器件的光分布型式同时仍提供白色外观的益处。
[0094]在2011年10月13日提出申请的标题为“具有散射粒子的波长转换组件(Wavelength Convers1n Component With Scattering Particles)，，的第 11/185，550 号美国专利申请案中描述关于实施散射粒子的示范性方法的进一步细节，所述美国专利申请案特此以其全文引用的方式并入。
[0095]使用内部腔作为“混合室”的方法还可应用于非线状灯。图18展示根据本发明的实施例的LED照明布置20，其中透镜26包括实心半球形形状。LED芯片22安装于照明布置20的室33内，使得其完全含纳于磷光体30的轮廓的内部内。凹入部23形成于透镜26内以接纳PCB 25。
[0096]可制作透镜26以按需要提供任何适合形状。举例来说，图20展示根据本发明的实施例的替代LED照明布置，其中透镜26包括实心卵形形状。如上文，LED芯片22安装于所述照明布置的室33内，使得其完全含纳于磷光体30的轮廓的内部内。凹入部23形成于透镜26内以接纳PCB 25。
[0097]较早所描述的实施例中的任一者可配置为一线状灯。举例来说，图2的实施例展示具有经提供以聚焦从所述布置输出的光的凸透镜26的灯，其中透镜26的形式是实质上半球形的。透镜26具有在将透镜安装到外壳24之前在其上提供有磷光体层30的平坦(实质上扁平)表面28。图20以横截面轮廓图解说明具有类似结构的线状灯。所述线状灯包括其横截面形状为半圆形的细长透镜26，其中透镜26的基底具有在其上提供有细长磷光体层30的平坦表面28。LED 22安装到支撑表面，其中所述支撑表面在透镜26外部。
[0098]类似地，图3的先前所描述实施例涉及LED照明布置，其中磷光体30提供为透镜26的外凸形表面32上的层。在此实施例中，透镜26的形式为圆顶形状的。图21以横截面轮廓图解说明具有类似结构的线状灯。所述线状灯包括其轮廓为半圆形的细长透镜26，其中磷光体30提供为透镜26的外表面上的层。
[0099]图4的先前所描述实施例涉及LED照明布置，其中透镜26包括实质上半球形壳体且磷光体30提供于透镜26的内表面或外表面上。图22以横截面轮廓图解说明具有类似结构的线状灯，其中所述线状灯包括具有半圆形壳体轮廓的细长透镜26，其中磷光体30提供为透镜26的内表面或外表面上的层。
[0100]图23图解说明根据本发明的一些实施例的灯的轮廓的实例配置。此图的布置展示在室33内的具有圆锥形(或烛形)截面形状的磷光体部分30。当实施为T8替换灯时，总直径 d = 25.54mm (I 英寸)，I = 20.70mm, h = 9.62mm,且 w = 8mm。透镜 26 的外部表面的长度L1超过磷光体部分30的表面的长度L2。在一些实施例中，L2是L1的至少两倍。磷光体材料的表面积为10.5in2/ft。
[0101]图24是展示由图23的灯的一个实例实施方案分布的光的发射型式的图式。虚线展示不包含透镜26的实例灯的发射型式。实线展示包含透镜26的实例灯的发射型式。可见，所述透镜用于使所发射光定形，使得通常朝向图表上的O度(朝向磷光体部分30的圆锥形形状的尖端)出现较大集中。
[0102]图25图解说明根据本发明的一些实施例的灯的轮廓的另一实例配置。此图的布置展示在室33内的具有大体圆顶截面形状的磷光体部分33。当实施为T8替换灯时，直径d具有I英寸(25.4mm)长度且其中I = 20.70mm,且w = 8mm,与图23的实施例相同。然而，在此实施例中，h的值为6_。如上文，透镜26的外部表面的长度L1显著超过磷光体部分30的表面的长度L2，例如，其中L2是1^的至少两倍。磷光体材料的表面积为7.8in2/ft。
[0103]图26是展示由图25的灯的一个实例实施方案分布的光的发射型式的图式。虚线展示不包含透镜26的实例灯的发射型式。实线展示包含透镜26的实例灯的发射型式。如上文，可见，所述透镜用于使所发射光定形，使得通常朝向图表上的O度(朝向磷光体部分30的圆顶形状的尖端)出现较大集中。
[0104]这些图式展示图23的灯的发射型式与图25的灯的发射型式之间的清晰差异。使用圆顶形状横截面轮廓的方法提供近场(在管表面处或在管表面附近)光分布中的较均匀型式及较好的远场光束控制。图23的圆锥形截面形状提供沿着灯的侧面的较大光分布。相比之下，图25的圆顶形状截面轮廓提供朝向灯的顶部的较大光分布。此突出显示通过配置透镜中的磷光体/室的截面轮廓的形状而使由灯产生的光定形的能力。使用圆顶形状横截面轮廓的方法通常对应于比锥形形状截面轮廓小的磷光体表面积，此潜在地转化为较廉价的灯设计。
[0105]所述灯的布置还可经配置以改进其光产生效率(本文中还称为“系统量子效率”或SQE)且减少SQE光损耗，其中系统量子效率可定义为由所述系统产生的光子的总数目与由LED产生的光子的数目的比率。许多白色LED及LED阵列通常由蓝色LED构造，所述蓝色LED用含有粉末状磷光体材料的粒子的硅酮层囊封或使用包含所述磷光体材料的光学组件(光学器件)覆盖。习知白色LED及LED阵列的所述系统量子效率(SQE)在蓝色LED光转换为白色光期间不受灯的总光输出的损耗影响，其中大部分光损耗并非由光致发光转换工艺所致，而是由于往回发射到LED中的光(光致发光及LED光两者)的吸收损耗所致。由于光致发光转换工艺是各向同性的，因此将沿所有方向发射光致发光光且因此将沿往回朝向LED的方向产生高达约50%的光致发光光，从而引发由LED对光致发光光的重新吸收及损耗。
[0106]通过适当配置磷光体部分30的纵横比，可能消除或显著减少灯的SQE损耗。磷光体部分30的纵横比是磷光体层的面积与LED封装的面积的比率。图28是包括具有半球形端及可安装到LED封装的平坦端的具轴向长度I及半径r的圆柱形主体的此组件的实例。磷光体提供于所述组件的圆柱形表面及半球形表面上。在此示范性实施例中，LED封装(即组件的平坦基底)的面积为H r2，而波长转换组件(磷光体)的表面积为〗^!!.2+〗^!!^。因此，纵横比为2(r+l)/r:1。对于其中长度I = 0.5r的组件(即其沿轴向方向的长度是其直径的1.5倍的组件)，纵横比优选地为3:1(但在特定实施例中可采用其它比率)。对于此组件，室33内的实心光学器件将大部分光传输到磷光体光学器件的相反侧且极少光返回到LED及封装基底。行进穿过实心光学器件不具有折射率改变，因此存在实际上100%效率。因此，此设计的目标是通过使返回到LED封装的光的量最小化而使光发射最大化。
[0107]根据本发明的一些实施例，通过实施以下因素组合而显著消除或减少SQE损耗:
[0108]i)远程磷光体-磷光体部分与LED分离；
[0109]ii)耦合光学器件-具有高折射率材料的光学材料直接耦合到LED及磷光体转换组件。此材料应具有1.4或更大(>1.5优选)的折射率。蓝色LED与清透光学器件之间的良好光学耦合用于确保其有效充当光传输层。通过消除空气界面及折射率不匹配，由LED产生的实际上所有光将几乎无损耗地或以最小损耗行进到波长转换组件(磷光体层)。
[0110]iii)具有大于1:1的纵横比的磷光体波长转换层-磷光体层通过清透耦合光学器件而与蓝色LED分离。理想地，外磷光体光学器件与清透层为相同折射率且在与清透光学器件的界面中不具有间隙或其它光学损耗。磷光体外层光学器件具有1:1或大于1:1的纵横比，使得与清透耦合光学器件接触的外磷光体层的总表面积为耦合到清透耦合光学器件的LED封装表面的面积的至少三倍。
[0111]在操作中，蓝色光行进穿过清透耦合光学器件而有效地不具有损耗。当蓝色光激发磷光体层时，且光致发光光现在可因光学介质/空气界面的消除而相等地沿任何方向行进。由于光致发光波长转换组件的高纵横比，因此大部分光(磷光体产生的光及所散射LED光两者)将不往回行进到LED封装。而是，大部分光将行进穿过清透光学器件到另一侧且在相对侧上从磷光体层离开。一旦经转换，YGR(黄色、绿色、红色)光便易于通过磷光体层。总之，在其呈标准LED配置时，大部分光不再直接在磷光体与封装/LED之间重新循环。
[0112]关于线状灯实施例，可采用任何适合制造工艺来制造灯组合件。举例来说，可采用其中使用丝网印刷将油墨直接印刷到透镜表面上的印刷工艺。可使用其它印刷技术来印刷及/或涂覆磷光体，例如使用辊涂机来将磷光体油墨涂覆到透镜上。喷涂是可用于将磷光体涂覆到透镜上的另一技术。
[0113]还可执行层压以制造线状灯。在此方法中，制造(例如)具有或不具有清透载体层的单独磷光体材料薄片。接着，将磷光体薄片层压到光透镜/管结构上。
[0114]可执行共挤工艺以制造多层线状照明布置。两个挤出机用于馈送到单个工具中以形成磷光体层及透镜的材料两者。在此方法中同时形成且一起制造所述两个层。此方法可与包含大部分或全部热成型塑料的各种各样的源材料(例如PC-聚碳酸酯、PMMA-聚(甲基丙烯酸甲酯)及PET-聚对苯二甲酸乙二脂)一起使用。此共挤工艺通常可使用相同或类似于用于注射成型材料的颗粒的颗粒。如果透镜中的室包含固体光学介质，那么可借助三个挤出机使用共挤方法来制造三个层。
[0115]如上文所述，槽可并入于挤出件的轮廓中以容纳PCB或COB阵列。使用内部腔的方法因避免来自外部混合室的损耗而促成极简单组合件及经改进效率。在一些实施例中，LED安装于线状混合室内侧且挤出件附接到所述线状混合室。
[0116]图29图解说明根据本发明的一些实施例的另一灯的端视图。此图的布置展示多层光学组件，其中所述多层光学组件整体地包含磷光体部分30、透镜26及反射器部分50。如上文，磷光体部分30包括环绕室33的大体圆顶截面形状。透镜26也包括具有圆顶形状的外部截面轮廓。反射器50由能够实质上反射光的任何材料形成，且打算通过使来自磷光体部分30的磷光体产生的光中的一些光或所有光远离灯21的基底反射而起作用。在一些实施例中，反射器50包括白色聚碳酸酯材料。
[0117]可利用三层挤出工艺来制造多层光学组件，其中三个挤出机用于馈送到单个工具中以形成磷光体层、透镜的材料及反射器的材料。三个挤出机用于馈送到单个工具中以形成三个单独材料层，包含磷光体、透镜的材料及反射器的材料。在此方法中同时形成且一起制造所述三个层。此方法可与包含大部分或全部热成型塑料的各种各样的源材料(例如PC-聚碳酸酯、PMMA-聚(甲基丙烯酸甲酯)及PET-聚对苯二甲酸乙二脂)一起使用。此三层挤出工艺通常可使用相同或类似于用于注射成型材料的颗粒的颗粒。如果透镜中的室包含固体光学介质，那么可借助四个挤出机使用四层挤出方法来制造多个层。
[0118]在一些实施例中，具有LED 22阵列的电路板25安装到支撑主体54且与其热连通。反射器50形成有远离多层光学组件的中心部分延伸的下部凸缘部分。所述凸缘部分经配置以塞入所述支撑主体54中的通道内。此允许通过以下方式而容易地实施灯21:将支撑主体54安装于需要线状灯的任何地方，且接着通过使凸缘部分滑动到支撑主体54中的适当通道中而将多层光学组件附接到所述支撑主体。
[0119]在替代实施例中，并非通过首先将LED 22安装到附接到支撑主体54的电路板25而制造灯。而是，利用制造具有LED 22阵列的多层光学组件的共挤工艺。在此实施例中，LED 22附接到馈送到共挤装备中的柔性电路板25，使得所述多层光学组件在其形成时贴附到具有LED的电路板。
[0120]图30图解说明其中室填充有光学介质56的实施例。室33内的光学介质包括拥有较密切地匹配磷光体30、LED 22及/或可存在于LED 22的顶部上的任何类型的囊封材料27的折射率的折射率的材料(例如，固体材料)。如先前所述，使用光学介质56的一种原因是为了消除存在于LED 22与磷光体30之间的空气界面。此减小及/或消除磷光体30的材料的折射率与在灯21的内部体积33内的空气的折射率之间的任何不匹配。通过减小/防止折射率的这些不匹配，此移除可致使光的显著部分以产热的形式损耗的空气与灯组件之间的界面。通过使室33填充有光学介质56，准许将光发射到灯的内部体积、在所述体积内及/或穿过所述体积而不必引发由空气界面的折射率的过度不匹配造成的损耗。所述光学介质可选自大体归属于通常用于磷光体30、LED 22及/或用于环绕LED22的任何囊封材料的材料内或匹配所述材料的折射率的任何适合材料(例如，硅酮)。
[0121]如果透镜中的室33包含固体光学介质56，那么可使用共挤方法来制造多层光学组件以(例如)通过添加用于光学介质56的材料的挤出机而还包含光学介质56。如果光学介质56包括液体材料，那么所述液体材料可在多层光学组件已经安装到支撑主体54上之后注射或插入到室33中。如果需要，那么可进一步使用固化工艺(例如，使用UV光)来使光学介质56的液体材料凝固。
[0122]光漫射/散射材料可连同所述多层光学组件一起使用。所述光漫射/散射材料对于减少产生选定色彩的所发射光所需的磷光体材料量是有用的。所述光漫射/散射材料对于改进灯21的关断状态白色外观也是有用的。
[0123]所述光漫射/散射材料可包含到多层光学器件的若干层中的任一者中。举例来说，所述光漫射/散射材料可并入到含有磷光体30的层中、添加到透镜26、包含为完全单独层或任何组合。图31展示其中光漫射/散射材料31已经并入到多层光学组件中的透镜26的材料中的实施例。
[0124]在所揭示实施例中的任一者中，固体光学介质56与磷光体30的组合可由材料层替换，所述材料层完全填充环绕LED 22的体积，但还包含整体地在所述材料层内的磷光体。图32中图解说明此方法。此处，灯21不具有薄单独磷光体层。而是，环绕LED 22的内部体积的全部填充有还包含磷光体30的材料。此提供混合远程磷光体/非远程磷光体方法，由此磷光体位于填充内部腔的材料层中，但一些磷光体位于紧靠近于LED 22处(在邻近于LED的材料的内部分中)，但大部分磷光体距LED 22实际上相当远(在远离LED的材料的外部分中)。
[0125]因此，此方法提供远程磷光体设计的许多优点，同时还使光转换效率最大化(由于因消除空气界面而消除了折射率的不匹配所致)。制造还可为较廉价且较容易的，因为挤出工艺及设备仅需挤出单个材料层，而非一挤出机用于磷光体材料且一单独挤出机用于光学介质材料。
[0126]图33展示其中反射器50包括高侧壁的另一实施例。所述侧壁对于聚焦从灯21发射到所要方向中的光是有用的。然而，反射器50的所述侧壁可以从灯21产生所要光发射型式所需的任何方式进行配置。
[0127]图34图解说明灯100的实施例，其中一或多个线状照明布置21放置于包络线62的内侧以形成标准白炽灯泡的替换件。同样地，灯100可包含允许灯100在常规照明装置中使用的标准电连接器60 (例如，标准爱迪生型连接器)。
[0128]线状照明布置21用作灯100中的照明元件。线状照明布置21是垂直定向的，在灯100内轴向延伸，具有放置于线状照明布置21的端部(例如，远端)处的端帽29。在内部，线状照明布置21内的LED是从灯100的中心轴径向定向。此配置在宽范围的发射角度内提供来自灯100的良好总体发射型式，其中线状照明布置21的确切尺寸(例如，长度、宽度)经选择以提供所要发射轮廓。
[0129]包络线62可经配置呈任何适合形状。在一些实施例中，包络线62包括标准灯泡形状。此准许灯100在原本可借助标准白炽灯泡实施的任何应用/位置中使用。包络线62可包含漫射器或连同漫射器一起使用。在一些实施例中，散射粒子提供于包络线62处作为额外材料层或直接并入于包络线62的材料内。
[0130]任何数目个线状照明布置21可包含于灯100中。在图34的实施例中展示两个线状照明布置21。图35图解说明其中三个线状照明布置21布置于灯100内的实施例。待放置到灯100中的线状照明布置21的确切数目经选择以实现所要性能特性。在2013年I月16日提出申请的标题为“LED灯泡(LED Light Bulbs) ”的同在申请中的第29/443，392号美国专利申请案中揭示使用线状照明布置实施的其它LED灯泡的实例，所述美国专利申请案特此以其全文引用的方式并入。
[0131]可采用使用以上方法中的任一者的线内测试以控制最终制造产品的变化且使所述变化最小化。在2011年10月13日提出申请的第13/273,201号美国申请案的方法描述用于实施在线过程控制以使沉积于波长转换组件中的光致发光材料的量的可察觉变化最小化的方法。此同在申请中的申请案中所描述的方法可连同本发明的实施例一起使用，且特此以其全文引用的方式并入。
[0132]借助共挤系统，用以执行线内测试的一种可能方法是安装在产品被挤出时主动测量产品色彩的色度计或分光计。此测量工具通常将在冷却槽及干燥器之后但在切割之前安装在线内。色彩测量提供对挤出系统的实时反馈，所述挤出系统通过使两个挤出螺杆的相对压力变化而调整层厚度。所述磷光体层经制造为较厚或较薄的以在发生挤出时实时地调谐产品的色彩。此允许具有单色系准确度同时能够在挤出工艺期间实时地执行质量检查。类似线内测试可与印刷及涂覆方法一起使用。
[0133]将理解，本发明可通过以下项及本文中所描述的特征的组合而定义。
[0134]根据项1，提供一种一种灯，其包括:共挤组件，所述共挤组件包括细长透镜及光致发光材料层，其中所述细长透镜及所述光致发光材料层一起经共挤以形成所述共挤组件；所述细长透镜，其用于使从所述灯发射的光定形，其中所述细长透镜包括细长内部腔；光致发光材料的所述层，其在所述细长内部腔的内部壁上；及固态光发射器阵列，其经配置以将光发射到所述细长内部腔中。
[0135]项2，根据项I所述的灯，其中所述透镜对应于弯曲外部壁。
[0136]项3，根据项2所述的灯，其中所述弯曲外部壁包括大体半圆形横截面轮廓。
[0137]项4，根据任一前述项所述的灯，其中所述细长内部腔的所述内部壁对应于大体弯曲内部壁。
[0138]项5，根据任一前述项所述的灯，其中所述光致发光材料的所述层包括大体圆锥形横截面轮廓。
[0139]项6，根据任一前述项所述的灯，其中所述光致发光材料的所述层包括大体半圆形或圆顶形状横截面轮廓。
[0140]项7，根据任一前述项所述的灯，其中所述透镜包括用以装配具有线状固态光发射器阵列的电路板的槽。
[0141]项8，根据任一前述项所述的灯，其进一步包括漫射材料。
[0142]项9，根据任一前述项所述的灯，其中所述漫射材料包括在所述透镜上的外部材料层。
[0143]项10，根据项8或9中任一项所述的灯，其中所述漫射材料在所述透镜或所述光致发光材料的所述层内。
[0144]项11，根据任一前述项所述的灯，其进一步包括反射器，所述反射器包括用以反射穿过所述透镜发射的光的反射表面。
[0145]项12，根据项11所述的灯，其中所述反射器与所述细长透镜及所述光致发光材料层一起被共挤。
[0146]项13，根据项11或12中任一项所述的灯，其中所述反射器、所述细长透镜及光致发光材料的所述层整体地形成为多层光学组件。
[0147]项14，根据任一前述项所述的灯，其进一步包括贴附到所述透镜的端部的端帽。
[0148]项15，根据任一前述项所述的灯，其进一步包括在所述腔内的光学介质。
[0149]项16，根据项15所述的灯，其中所述光学介质与所述细长透镜及所述光致发光材料层一起被共挤。
[0150]项17，根据任一前述项所述的灯，其中从所述灯发射的所述光通过被聚焦而定形。
[0151]根据项18，一种制作光学组件的方法，其包括共挤具有波长转换层及光学组件层的细长实心主体，所述波长转换层与所述光学组件层接触。
[0152]项19，根据项18所述的方法，其中采用多个单独挤出机来挤出所述波长转换层及所述光学组件层的材料。
[0153]项20，根据项18或19中任一项所述的方法，其中通过所述挤出机对其进行操作的所述材料包含PC-聚碳酸酯、PMMA-聚(甲基丙烯酸甲酯)、PET-聚对苯二甲酸乙二脂及热成型塑料中的至少一者。
[0154]项21，根据项18到20中任一项所述的方法，且其进一步包括共挤光漫射部分。
[0155]项22，根据项18到21中任一项所述的方法，其中将所述光学组件层形成为弯曲形状。
[0156]项23，根据项18到22中任一项所述的方法，其中所述光学组件层为透镜。
[0157]项24，根据项18到23中任一项所述的方法，其进一步包括执行在线过程控制以控制用于所述波长转换层的材料的沉积。
[0158]项25，根据项24所述的方法，其中执行色彩测量以用于所述在线过程控制。
[0159]将了解，本发明不限于所描述的特定实施例且可做出在本发明的范围内的若干修改。举例来说，虽然在前述说明中提及透镜，但磷光体可沉积到其它光学组件上，举例来说，例如窗口(光穿过所述窗口，但未必经聚焦或引导)或导引、引导光的波导。此外，光学组件可具有所属领域的技术人员将容易明了的许多形式。
【权利要求】
1.一种灯，其包括: 共挤组件，所述共挤组件包括细长透镜及光致发光材料层，其中所述细长透镜及所述光致发光材料层一起经共挤以形成所述共挤组件； 所述细长透镜，其用于使从所述灯发射的光定形，其中所述细长透镜包括细长内部腔； 所述光致发光材料层，其在所述细长内部腔的内部壁上 '及 固态光发射器阵列，其经配置以将光发射到所述细长内部腔中。
2.根据权利要求1所述的灯，其中所述透镜对应于弯曲外部壁。
3.根据权利要求2所述的灯，其中所述弯曲外部壁包括大体半圆形横截面轮廓。
4.根据权利要求1所述的灯，其中所述细长内部腔的所述内部壁对应于大体弯曲内部壁。
5.根据权利要求4所述的灯，其中所述光致发光材料的所述层包括大体圆锥形横截面轮廓。
6.根据权利要求4所述的灯，其中所述光致发光材料的所述层包括大体半圆形或圆顶形状横截面轮廓。
7.根据权利要求1所述的灯，其中所述透镜包括用以装配具有线状固态光发射器阵列的电路板的槽。
8.根据权利要求1所述的灯，其进一步包括漫射材料。
9.根据权利要求8所述的灯，其中所述漫射材料包括在所述透镜上的外部材料层。
10.根据权利要求8所述的灯，其中所述漫射材料在所述透镜或所述光致发光材料的所述层内。
11.根据权利要求1所述的灯，其进一步包括反射器，所述反射器包括用以反射穿过所述透镜发射的光的反射表面。
12.根据权利要求11所述的灯，其中所述反射器与所述细长透镜及所述光致发光材料层一起被共挤。
13.根据权利要求11所述的灯，其中所述反射器、所述细长透镜及所述光致发光材料层整体地形成为多层光学组件。
14.根据权利要求1所述的灯，其进一步包括贴附到所述透镜的端部的端帽。
15.根据权利要求1所述的灯，其进一步包括在所述腔内的光学介质。
16.根据权利要求15所述的灯，其中所述光学介质与所述细长透镜及所述光致发光材料层一起被共挤。
17.根据权利要求1所述的灯，其中从所述灯发射的所述光通过聚焦而定形。
18.一种制作光学组件的方法，其包括共挤具有波长转换层及光学组件层的细长实心主体，所述波长转换层与所述光学组件层接触。
19.根据权利要求18所述的方法，其中采用多个单独的挤出机来挤出所述波长转换层及所述光学组件层的材料。
20.根据权利要求19所述的方法，其中通过所述挤出机对其进行操作的所述材料包含PC-聚碳酸酯、PMMA-聚(甲基丙烯酸甲酯)、PET-聚对苯二甲酸乙二脂及热成型塑料中的至少一者。
21.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括共挤光漫射部分。
22.根据权利要求18所述的方法，其中将所述光学组件层形成为弯曲形状。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述光学组件层为透镜。
24.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括执行在线过程控制以控制用于所述波长转换层的材料的沉积。
25.根据权利要求24所述的方法，其中执行色彩测量以用于所述在线过程控制。
【文档编号】F21Y101/02GK104412029SQ201380032879
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】李依群, 杨海涛, 李亨哲, C·爱德华兹 申请人:英特曼帝克司公司