基于散射光子提取的灯具的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年3月11日、申请号为201180013506. 0(PCT/ US2011/028069)、发明名称为"基于散射光子提取的灯具"的专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请是2010年11月17日提交的第12/947, 899号美国申请的继续申请，第 12/947,899号美国申请是2006年12月20日提交的第11/642,089号美国申请的继续申 请，第11/642,089号美国申请是2007年4月23日提交的题为"High Efficiency Light Source Using Solid-State Emitter And Down-Conversion Material (使用固态发光体和 下转换材料的高效光源）"的第10/583, 105号美国申请（现为美国专利7, 819, 549)的部 分继续申请，第10/583, 105号美国申请是2005年5月5日提交的第PCT/US2005/015736 号国际申请的371国家阶段，第PCT/US2005/015736号国际申请要求2004年5月5日提交 的第60/568, 373号美国临时申请的优先权和2004年12月15日提交的第60/636, 123号 美国临时申请的优先权。本申请还要求2010年3月11日提交的第61/339,958号美国临 时申请的优先权。所有这些申请的公开内容通过引用整体合并于此。
技术领域
[0004] 本发明总体上涉及固态照明。具体地，本发明涉及使用固态照明（SSL)光源、光学 元件、散热器和远程波长转换材料的高效照明灯具。
【背景技术】
[0005] 包括具有发光二极管（LED)的固态灯具的固态照明（SLL)发光装置是极为有用 的，因为相比于传统灯具，例如采用白炽灯和荧光灯的灯具，固态照明发光装置潜在地提供 了更低的制造成本和长期耐用性的益处。由于固态照明发光装置的长的操作（燃烧）时间 和低功耗，即使当它们的初始成本大于传统灯的初始成本时，它们也常常提供功能性成本 益处。因为可以使用大规模的半导体制造技术，所以可以以极低的成本生产许多固态照明 灯具。
[0006] 除了诸如家用和消费电器、视听设备、电信设备和汽车仪表标记上的指示器灯的 应用以外，LED还在室内或室外的信息显示方面获得了相当多的应用。例如，LED可以合并 到头顶式照明灯具或壁挂式照明灯具中，并且可以针对美观性诉求来设计。
[0007] 随着发射蓝光或紫外（UV)光的高效LED的发展，生产如下LED已经变得可行：所 述LED通过LED的初级发射的一部分到更长波长的波长转换来生成白光。用于通过将初级 发射的未转换部分与更长波长的光进行组合来产生白光的该系统是本领域中公知的。利用 LED产生白光的其他选择包括以不同的比例混合两种或更多种彩色LED。例如，本领域中公 知的是通过混合红色LED、绿色LED和蓝色LED来产生白光。类似地，已知通过混合RBG LED 与琥珀色（RGBA)LED、或混合RGB LED与白色（RGBW)LED产生白光。
[0008] 最近的研究查明了：由LED生成的热减小了整体的光发射和灯泡耐用性。更具体 地，当LED器件被加热到大于KKTC的温度时，LED器件就变得效率更低，从而导致可见光 谱的回报下降。持续的操作和结果产生的对高热的暴露还减小了 LED的有效寿命。另外， 随着温度增加到大约90°C的阈值以上，一些下转换磷光体的固有的波长转换效率也急剧下 降。
[0009] 本领域中还公知的是，可以使用反射面来增加投向到特定环境中的光发射量。反 射面已经被用来将来自LED的光投向至波长转换材料和/或用来反射从波长转换材料生成 的下转换的光。即使有了这些改进，本领域LED技术的现状在可见光谱中还是效率低下的。 单个LED的光输出小于传统灯具（例如采用白炽灯的那些灯具）的光输出，，传统灯具在可 见光谱中大约是10%的有效性。为了实现与采用白炽灯的现有灯具技术相当的光输出功率 密度，LED器件通常需要更大的LED或具有多个LED的设计。然而，已经发现了合并更大的 LED或多个LED的设计带来其自身的挑战，例如发热和能量利用率。
【发明内容】
[0010] 为了满足该需要和其他需要，以及考虑到其目的，本发明提供了一种灯具，包括： 包括：光源，被配置用于发射第一辐射并且具有前表面和后表面；波长转换材料，波长转换 材料被布置在前表面之下并且被配置用于将第一辐射转换为第二辐射，第二辐射具有不能 到达反射器的第一部分和能够到达反射器的第二部分；及反射器，反射器被布置在后表面 之上并且被配置用于将第二部分反射成在不经过波长转换材料的情况下远离光源，其中， 反射器具有远离光源并且被布置在与波长转换材料的高度不同的高度的端。
[0011] 在另一实施例中，本发明提供了一种灯具，包括：散热器，散热器具有表面；光源， 光源被连接到表面并且被配置用于发射光；反射器，反射器具有接近表面的顶点，反射器被 布置成与散热器间隔开，并且被配置用于将光反射成在方向上远离反射器；及波长转换材 料，波长转换材料被布置成在方向上与光源间隔开。
[0012] 在又一实施例中，本发明提供了一种灯具，一种灯具，包括：光学元件，光学元件由 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 远离第二表面和第三表面的位置；及波长转换材料，波长转换材料形成于第二表面和第三 表面上而不覆盖第一表面。
[0013] 在另一实施例中，本发明提供了一种散射光子提取灯具，包括：光学元件，具有第 一表面和从第一表面延伸的至少一个基本上透明的侧壁；用于发射短波长辐射的光源，该 光源布置在与光学元件的第一表面相对的上述至少一个基本上透明的侧壁的一端处；波长 转换材料，其布置在光学元件的第一表面上，用于接收和下转换由光源发出的短波长辐射 中的至少一些，并且向后传递所接收到的并且下转换的辐射中的一部分；以及一个或更多 个反射器，其被布置成与波长转换材料相对，使得光源被布置在波长材料与反射器之间，用 于反射通过上述至少一个透明侧壁从光学元件提取的辐射中的至少一些；其中，上述至少 一个基本上透明的侧壁在一端连接至包含波长转换材料的第一表面，并且在另一端连接至 光源，以及其中，上述基本上透明的侧壁被配置成：将从波长转换材料向后传递的辐射传送 到发光装置的外部。
[0014] 该灯具还可以包括波长转换材料，其布置在光学元件的至少一个或更多个其他壁 上，例如一个或更多个透明侧壁上。类似地，该灯具还可以包括附连至光源或邻近于光源的 散热器。在一些实施例中，散热器在一侧附连到至少一个基本上透明的侧壁，并且在另一侧 附连到一个或更多个反射器。例如，本发明的灯具可以是挤压式或旋转式发光灯具。该灯 具还可以包括一个或更多个悬挂机构，其例如用于安装到墙壁上（如在壁挂式灯具中）或 安装到天花板上（如在悬挂式灯具中）。光源可以是至少一个半导体发光二极管，例如发光 二极管（LED)、激光二极管（LD)或共振腔发光二极管（RCLED)。附加地或可替代地，光源可 以是包含多于一个发光体的阵列，例如LED阵列。可以采用许多不同类型的LED作为光源。 例如，当将阵列用作光源时，阵列可以包括相同或不同类型的一个或更多个LED。可以选择 光源以提高能效，控制发射光的颜色质量，或者出于许多其他理由，例如美观性。波长转换 材料可以包括一种或更多种材料，例如磷光体、量子点、量子点晶体和量子点纳米晶体及其 混合物。
[0015] 在另一实施例中，本发明提供了一种挤压式散射光子提取灯具，包括：用于发射短 波长辐射的光源，该光源包括一个或更多个发光体；具有至少一个基本上透明的表面的细 长的管状光学元件；波长转换材料，其布置在光学元件的至少一个表面上或与光学元件的 至少一个表面集成在一起，并且远离光源，用于接收和下转换由该光源发射的短波长辐射 中的至少一些，以及向后传递所接收到的并且下转换的辐射中的一部分；以及一个或更多 个反射体，其被布置成与波长转换材料相对，使得该光源被布置在波长转换材料与反射体 之间，用于反射所接收到的并且下转换的辐射中的后向传递部分中的至少一些；其中，该灯 具被配置成：使得一些辐射可朝着光源向后被发射为未转换的光辐射，一些光可以不经转 换而通过波长转换材料传递；以及其中，该灯具被配置成：通过光源、光学元件和反射器的 布置来捕获基本上所有的向前传递的转换光和向后传递的转换光。
[0016] 在又一实施例中，本发明提供了一种散射光子提取灯具，包括：用于发射短波长辐 射的光源，该光源包括附连到第一光学元件的一个或更多个发光体；波长转换材料，其布置 在第二光学元件上或与第二光学元件集成在一起，用于接收和下转换由该光源发射出的短 波长辐射中的至少一些，以及用于向后传递所接收到的并且经下变换的辐射的一部分；以 及反射面，其在一侧附连至第一光学元件以形成其中包含第二光学元件和波长转换材料的 反射罩，用于反射所接收到的并且下转换的辐射中的后向传递部分中的至少一些；其中，第 二光学元件和波长转换材料悬挂在反射面内并且远离光源。
[0017] 在又一实施例中，本发明提供了一种包括多个发光灯具的散射光子提取灯系统。 多个发光器具中的每个包括：光学元件，其具有第一表面和从第一表面延伸的至少一个基 本上透明的侧壁；用于发射短波长辐射的光源，该光源布置在与光学元件的第一表面相对 的至少一个基本上透明的侧壁的一端上；波长转换材料，其布置在光学元件的第一表面上， 用于接收和下转换由该光源发射的短波长辐射中的至少一些，以及用于向后传递所接收到 的并且下转换的辐射中的一部分；以及一个或更多个反射器，其被布置成与波长转换材料 相对，使得该光源被布置在波长转换材料与反射器之间，用于反射通过至少一个基本上透 明的侧壁从光学元件提取的辐射中的至少一些；其中，至少一个基本上透明的侧壁在一端 连接至包含波长转换材料的第一表面，并且在另一端连接至该光源，以及其中，基本上透明 的侧壁被配置成将从波长转换材料向后传递的辐射传送到发光灯具的外部。
[0018] 在又一实施例中，本发明提供一种散射光子提取灯具，包括：光学元件，其具有第 一表面、和一个或更多个第二表面，第一表面具有两个相对的边缘，其中，一个或更多个第 二表面相切地或垂直地连接于第一表面的每个边缘处；用于发射短波长辐射的一个或更多 个发光体，一个或更多个发光体布置在光学元件的一个或更多个第二表面上；波长转换材 料，其布置在光学元件的第一表面上，用于接收和下转换由发光体发射的短波长辐射中的 至少一些，以及向前传递所接收到的并且下转换的辐射中的一部分；以及一个或更多个反 射器，其被布置成与一个或更多个发光体相对，使得波长转换材料被布置在一个或更多个 发光体与反射器之间，用于反射通过光学元件向前传递的辐射中的至少一些；其中，一个或 更多个第二表面各自在一端连接至包含波长转换材料的第一表面，并且在另一端连接至一 个或更多个反射器，以及其中，一个或更多个第二表面被配置成：将从波长转换材料向后传 递的辐射传送到发光灯具的外部。
[0019] 在本发明的实施例中，波长转换材料被布置为远离光源。使用一个或更多个波长 转换材料来吸收一个光谱区中的辐射并且发射另一个光谱区中的辐射，波长转换材料可以 是下转换材料或上转换材料。多个波长转换材料能够将从光源发射的波长转换至相同