固态照明设备的制作方法

专利名称：固态照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种普通照明领域，更具体地，涉及使用例如发光二极管
(LED)或半导体激光器作为光源的照明设备。
背景技术：
由于工作温度、颜色性能、色感一致性以及效率的限制，固态光源仍 然没有经常地应用到普通照明。例如，输入功率在10W到40W范围的固态 光源具有较高的工作温度，因此，需要使用相对大的散热器和冷却结构。 此外，LED具有有限的频谱宽度，因此，由于已经发现的只有有限数量的 有效磷光体，所以，限制了产生颜色的性能。另外，由于温度和化学不相 容性，使得在LED附近的磷光体的使用限制了磷光体的选择。由于波长转 换材料应用过程的生产公差和波长转换材料本身的变化，对色感一致性也 造成问题。最后，与传统的气体放电灯相比，传统的固态光源的冷却效率 较低，因此，需要大的冷却结构。
相对例如在白炽灯泡中的灯丝、以气体放电为基础的荧光灯中的阴 极、或在高亮度放电灯中的等离子体的其它照明类型的光源，例如LED和 激光器的固态光源的光源以低温(在60。-200。C的范围)操作。这些传统 光源的高温造成由灯产生的大量热散发到周围环境，并传播到更大的面 积。LED的较低工作温度造成较少热量散失到周围环境中，因为需要更高 容量的冷却结构，所以，LED的较低工作温度使得很难将LED灯在和传统 光源具有同样输入功率的情况下用于现有照明器材中。幸运地，在大多数 情况中，由于现有的LED已经变的比白炽灯更有效率(产生的光输出对输 入电功率)，并且很快将变得比基于气体放电的传统灯泡更有效率，LED 系统的输入功率可以比用于传统光源的输入功率低，但冷却效率仍然是采 用固态光源的考虑因素。
克服固态光源应用的挑战所需要的工程和制造投资使得与传统的光
8源解决方案相比，固态照明设备的成本较高。结果，延迟了高效和环境安 全的固态照明技术的引入。因此，希望的是一种照明设备，其包括解决前 述许多缺点的方案，且其可以在现有基础设施上使用和安装。

发明内容
根据本发明实施例的固态照明设备包括安装在基座上并由至少一个 侧壁环绕的半导体光发射器。基座包括用于半导体光发射器的电连接装置 以及热耦合到半导体光发射器的散热器。反射性顶部连接到所述至少一个
侧壁，使得由基座、顶部和至少一个侧壁限定腔室。从腔室发射的至少70 %的光线从腔室的侧壁发射。
在另一实施例中，固态照明设备包括安装在基座上并由至少一个侧壁 环绕的半导体光发射器。顶部连接到至少一个侧壁，使得由顶部、基座和 至少一个侧壁限定腔室。可调节波长转换件连接到腔室，并构造为调节暴 露到由腔室中的半导体光发射器发射的光线下的表面面积，以改变腔室的 例如光输出的色彩或亮度的光学特性。在一个实施例中，顶部和基座之一 包括使可调节波长转换件可调节地延伸进腔室的孔。可调节波长转换件可 以为具有连接到杆的波长转换材料的杆。在一个实施例中，杆包括膨胀和 收縮以例如膨胀或收缩长度或直径的可膨胀部分。
在另一实施例中，根据本发明实施例的固态照明设备包括安装在基座 上并由至少一个侧壁环绕的半导体光发射器。基座包括用于半导体光发射 器的电连接装置以及热耦合到半导体光发射器的散热器。基座和至少一个 侧壁限定具有高度与直径比为2或更大的腔室。


图l显示根据本发明实施例的具有半导体光发射器的固态照明设备的
视图2A和2B显示在各种装配状态的固态照明设备的侧视图； 图3A、 3B和3C显示在装置的顶部元件上的波长转换材料的视图； 图4显示根据本发明另一实施例的具有半导体光发射器的固态照明设 备的视9图5显示固态照明设备的简化视图6A和6B显示固态照明设备的性能模拟结果以及高度/直径比的函 数的效率的视图7A和7B显示固态照明设备的另外实施例；
图8A和8B显示根据本发明另一实施例的没有单独的顶部元件的固态 照明设备的截面剖视图9A和9B显示设备的侧壁的另外形状的视图10A和10B显示各种组装状态的固态照明设备的另一实施例的侧视
图11A、 11B和11C显示根据本发明另一实施例的具有固态照明设备的 可调节波长转换件以及可调节波长转换件的操作的视图12A和12B显示手动调节的可调节波长转换件的实施例的视图； 图13A和13B显示通过致动器调节的可调节波长转换件的实施例的视
图14A、 14B、 14C、 14D和14E显示可调节波长转换件的可供选择的 实施例的视图15A、 15B、 15C和15D显示可调节波长转换件的可供选择的实施例 的视图，-
图16A和16B显示其中顶部元件为可调节波长转换件的可供选择的实 施例的视图17A显示使用反射性元件以形成反光灯的固态照明设备的实施例 的视图18A和18B显示使用反射性元件以形成具有使用可调节波长转换件
的反光灯的固态照明设备的另外实施例的视图19A、 19B和19C显示固态照明设备作为背光装置使用的视图； 图20A显示固态照明设备的应用的视图20B说明使用具有例如图19B显示的照明设备的可调节波长转换件 的视图21A和21B显示使用有固态照明设备的蜡烛型灯泡的视图； 图22A、 22B、 22C、 22D和22E显示可以使用固态照明设备并将灯泡安装到设备的不同灯泡形状的视图；以及
图23显示使用固态照明设备的灯泡的螺纹连接的放大视图。
具体实施例方式
图1说明了固态照明设备100的侧视图，其中使用例如光发射二极管 (LED)的至少一个半导体光发射器102。半导体光发射器102在此称作 光发射二极管102或可交换地LED 102。在一个实施例中，LED 102包括 透镜104，并可以是由例如Philips Lumileds Lighting LLC生产的Luxeon Rebel或LuxeonK2。如果需要，也可以使用其它市面上的半导体光发射 器，例如，由Nichia(日本)、Cree(USA)、 Osram(德国)以及Toyoda Gosei (日本)生产的半导体光发射器。虽然由这些不同的制造商生产的半导体 光发射器具有不同形式、尺寸以及连接方法，但所有这些产品都可以安装 进图1所示的照明设备100中。
此外，虽然半导体光发射器102显示有透镜104，但也可以使用没有 透镜的半导体光发射器，例如由Philips Lumileds Lighting LLC生产的 Luxeon Flash LED、或由Osram生产的Ostar LED装置。Ostar装置为其中 多个管芯(die)成套使用的LED的例子。LED102典型地，但不是必须 地，由称为LED管芯或LED芯片106的光发射元件以及称为下部支架108 的芯片载体组成。如果需要，可以使用多个半导体光发射器。
如图1所示，LED102安装在基座110上，此实施例中，基座IIO 由印刷电路板114和散热器112构成。在一个实施例中，可以使用例如由 CIRE Bree Industries制造的金属芯印刷电路板(MC-PCB)。对于一些LED (例如LuxeonK2)，可以直接将LED 102安装在散热器112上(通过胶 粘、或钎焊、或使用热浆糊或胶带)，并将导线连接到常规的PCB (例如 由FR4材料制作)上的连接垫上、或直接将导线钎焊到LED导线上。散 热器112可以由例如美国的Aavid Thermalloy或通过ThermalFlo有限公司 制造。典型地，散热装置为压延铝制品，并可以为所谓的径向压延(Radial Extrusion),其由中心核心和径向设置的散热片组成。散热装置112应该 具有低的热阻，对于达到5W的LED功率优选低于10K/W，而对于达到 10W的全LED输入功率优选低于5 K/W，而对于达到25W的全LED输入功率优选低于2K/W。散热装置112也可以由多个部分构成，各个部分
可以具有不同的形状和尺寸。散热装置112也可以与照明器材的壳体形成 整体，或形成照明器材的壳体。除了LED外，基座110可以包括其它电 子部件(未显示)，例如温度传感器(例如，NTC热敏电阻器)，或光学 RGB传感器(例如由Hamamatsu (日本)制造的零件S10170)。此外，基 座110可以包括LED驱动器，例如，由Maxim (USA)制造的MAX16803 或MAX16819，以及需要与这些驱动器组合的部件。此外，基座110包括 电连接装置116，以将照明设备100电连接到电源或插座。
照明设备100包括至少一个侧壁120，所述至少一个侧壁120从顶部 看可以为圆形、椭圆形、三角形、矩形或多边形，并可以由光学透明或半 透明材料、玻璃、塑料和/或A102制作。由于高的热传导性和高的光学透 过性能，AlO2作为用于侧壁120的材料使用具有优势。八102可以混合进 塑料，但也可以以纯A102的形式使用，例如以陶瓷形式(氧化铝)，或以 晶体形式(兰宝石)使用。例如，当侧壁120具有圆形或椭圆形时，可以 使用单一的连续侧壁。当使用三角形、矩形或其它相似的不连续形状时， 可以使用单独的侧壁部分，为简化起见，本公开将称为侧壁120。在一个 实施例中，侧壁120的部分可以为连续的，而其它部分可以为不连续的， 例如形成具有"D"型的结构。在一个实施例中，侧壁120可以由例如PC (聚碳酸酯)、PMMA (丙烯酸)、或Zeonex (由日本的Zeon公司制作) 的塑料制作，其可以与例如Mg02或A102金属氧化物颗粒混合，以制造 更分散的材料。塑料和金属氧化物颗粒可以注射成型或挤出成型。侧壁120 的厚度120t可以在例如0.1到3mm的范围内。侧壁120的直径120d与 LED102的尺寸、或使用的LED的数量有关，但也可以在3到13mm的 范围内。
照明设备100可以包括由例如具有高反射性(优选至少80%反射)的 光学材料制作的顶部元件122，并且顶部元件可以以漫射方式反射，例如， 由Furukawa (日本)制作的称为MC-PET的材料获得，或可以具有例如 用由Alanod (德国)制作，品牌为Miro的材料获得的镜面反射性质，或 可以具有镜面和漫射反射的组合。由Alanod制作的几种材料具有漫射和 镜面反射性质的组合特性，或通过在镜面上的丝网印刷白点、以及通过改
12变点的密度和尺寸在镜面反射材料上产生漫射效应。丝网印刷白点可以用 于实现高效率和均匀性。顶部元件122可以包括微结构，以控制效率和均
匀性。另外，顶部元件122也可以包括电子部件，例如色彩传感器122cs (例如由日本的Hamamatsu制造，零件号S10170)或温度传感器122ts (NTC热敏电阻器)。这些电子零件可以通过在由顶部元件122、侧壁120
和基座110限定的腔室130的大约中间延伸的细电线(未显示)连接到基
座110，并优选用高反射的白涂层涂覆，或可以用如磷光体的波长转换材
料涂覆。
照明设备100可以具有反射性元件124a和/或124b。作为顶部元件 122，反射性元件124a和/或124b可以具有高光学反射性和低吸收性，并 具有镜面和/或漫射反射性质，并可以包括微结构以控制反射光的光分布。 为了避免反射性元件124a和124b的边缘阻挡来自LED 102的光线，反射 性元件124a和124b可以为薄的并靠近装配在LED 102的发射区域周围。 通过例子，由3M (USA)制造的材料、例如Vikuiti Enhanced Specular Reflector (ESR膜)制作的反射性元件124a和124b具有高反射性并具有 大约65微米的厚度且为柔性的，其用于实现在LED周围的紧密配合，而 不损坏LED或LED透镜。薄的漫射反射材料的例子为由Toray (日本) 制造的E60L。
在一个实施例中，照明设备100作为背光装置使用，例如，使用红、 绿、蓝LED 102，并与在顶部元件122上安装的反馈传感器122cs和/或 122ts组合使用。
图2A和2B显示固态照明设备150的另一实施例的侧视图，其与图1 显示的照明设备IOO相似，在此同样的标号表示同样的元件。图2A显示 照明设备150的装配的视图，而图2B显示装配形式的照明设备150的视图。
在此实施例中，反射性元件124用安装板172连接到侧壁170，安装 板设计为配合到安装LED 102的基座110上。在此实施例中的反射性元件 124可以由薄的、柔性材料制作，例如3M制造的Vikuiti Enhanced Specular Reflector(ESR膜)，该材料具有高反射性并具有65微米的厚度，或由Tomy (日本)制作的E60L，其是高漫射白反射膜，并具有188微米的厚度。通过使用用于反射性元件124的薄的柔性材料，可避免在安装期间损坏
LED 102。此外，通过使用很薄的材料，来自LED 102 (平行于支撑结构 110发射)的光线几乎不会受到反射性元件124的边缘阻挡。
在此实施例中，顶部元件180具有边缘182，其装配进侧壁结构170 中，并由压紧配合、粘接、卡扣配合或螺纹配合固定。如果需要，顶部元 件180可以包括在顶部反射性器186上的波长转换层184。如图3A、 3B 和3C所示，波长转换层184既可以为波长转换材料埋在粘接剂中的均匀 层，也可以由顶部反射器186上的点组成。点可以通过例如丝网印刷产生。 波长转换层184可以包括一种或多种磷光体材料，例如，琥珀色或红色光 发射磷光体、琥珀色和红色光发射磷光体的组合、黄色或绿色光发射磷光 体或其组合。
制造具有波长转换层184的顶部元件180的一个方法是丝网印刷此材 料的大板件，并印出具有所需形状的顶部元件。如图3A和3B所示，波 长转换层184可以由不同数量(和/或尺寸)的波长转换材料的点185形 成于顶部反射器186 (或安装到顶部反射器186上的另一材料)上。如图 3C所示，不同的波长转换材料可以用于形成点185a和185b。可供选择地， 波长转换材料的混合物可以用于形成每个点，该点提供高度的色点(color point)调节性，并通过产生更连续和平的光谱，改进所谓的显色指数。点 185可以通过例如丝网印刷或喷墨印刷施加到顶部反射器186。虽然在图 3A-3C中只显示相对少量的点，但应该理解，在实际应用中，用这些技术 可以使用大量的点，这有助于从顶部元件180获得均匀的反射。
侧壁170包括连接到安装板172的透明内壁132和安装到内壁172的 波长转换层171。波长转换层171可以是波长转换材料埋在粘接剂中的均 匀层，或可以由内壁172上的多个点组成。如果需要，波长转换层171可 以在内壁172的内侧。侧壁既可以为单件，其中磷光体埋在挤出材料的塑 料材料中(与有色饮料吸管的生产一样)，或磷光体也可以施加到透明或 半透明圆柱形载体的内侧或外侧。如果磷光体施加到'载体管'上，磷光 体优选施加到管的内侧，以避免损坏磷光体层。管的外部优选制作为粗糙 的(通过刻蚀、或砂纸打磨或磨削)，或具有微结构。
本实施例的重要方面是组合具有固态光发射装置的不同颜色、以及不同波长转换组合、波长转换层厚度、波长转换浓度、和/或用于侧面和顶 部元件13和12的不同覆盖系数的不同顶部、侧部以及底部的能力。给定
主光发射器11的特征以及应用要求，选择具有公知特征的适合侧壁13以 及顶部元件12，使得照明设备根据顾客要求尽可能产生符合要求的色点
(color point)、显色系数、以及空间光输出。对不同固态照明发射器可以 使用不同底部，其允许根据主光发射器ll的可用性转换供应者，而不必 改变产品的规格，或使用由特定供应商制造的成批的主光发射装置，给定 装置的目标规格，通过仔细选择和组合不同的发射器、侧壁和顶部元件， 改变波长、光输出、和/或正向电压。这些通过例如使用装置的计算机模 型，访问可用部件的数据库来完成。
图4显示照明设备200的另一实施例的侧视图，同照明设备150 —样， 同样的标号表示同样的元件。照明设备200包括安装在下支座206上的 LED芯片204A和204B形式的多个LED 202、连接到芯片204周围的下 支座206的反射性元件208、放置在芯片204和反射性元件208周围并连 接到下支座206的侧壁部分210。如果需要，可以使用更多或更少的LED。 顶部元件180可以与图2A所示一样构成。照明设备200包括在由下支座 206和侧壁部分210限定的腔室213内的透明光学材料214。透明光学材 料214可以为硅树脂材料，并可以为相对软或相容硅树脂材料，例如由 DowCorning生产，型号为JCR 6109或JCR 6110A/B的材料。可供选择 地，环氧树脂或任何其它透明光学材料都可以代替硅树脂材料使用。使用 软硅树脂材料214的优点是其可以保护LED芯片204，并避免可能损坏 LED芯片204或任何连接到芯片的引线结合的热或机械应力。当将透明光 学材料214应用于由下支座206和侧壁210形成的腔室213中后，顶部元 件180连接到侧壁210，而硅树脂可以通过例如热凝固、UV凝固、或其 它适合的方法凝固。如图4所示，顶部元件180可以包括空腔181，以允 许腔室213中的硅树脂膨胀。此结构具有的优点是硅树脂214保护LED 芯片204，且由于更好的折射率匹配，所以其可以改进芯片204的提取效 率。并且，照明设备200可以具有紧凑的结构。
图5显示了图1的照明设备100的简化侧视图。图5说明了照明设备 IOO的光学性质，但没有显示照明设备的所有部件。可以看出，为主光源
15的LED 102在由射线132表示的侧壁120的方向以及射线134表示的顶部 元件122的方向的两个方向发射来自LED芯片104的光线。射线132碰 到侧壁120且根据侧壁120的光学性质，部分朝向图1所示的期望目标 140传递，而部分反射。在侧壁120反射的光线可能碰撞到顶部元件122、 或侧壁120的另一部分、或底部(由反射性元件124a和LED102组成)。 最后，设备100发射的至少70%的光线从侧壁120发射。
在此设备中的光线路径的另一例子由射线134表示。在此情况下，来 自LED 102的光线直接碰撞到顶部元件122。由于顶部元件122设计为具 有高反射率，所以，大多数光线将从顶部元件122反射。从顶部元件122 反射的光线或者碰撞到侧壁120，或碰撞到反射性元件124a、或LED 102。
显示在图5中的照明设备100的结构具有用于照明场合的多种优点， 特别适用于光发射二极管。首先，大多数光线通过侧壁离开设备，在图 17A、 18和22E的反光灯的情况下，在那里光线可以容易地被反射器捕捉， 或如图19和20所示，进一步在例如背光结构中传播。第二，来自一个或 多个主光发射器的光线在由顶部元件122、侧壁120和底部(由反射性元 件124a和LED102组成)形成的腔室130内混合。在腔室130内混合光 线是有利的，因为，由于制造误差，LED可以改变颜色和亮度。此外，来 自不同LED的不同颜色可以成组使用，且各个LED的驱动电流可以改变， 以改变设备的输出颜色。第三，照明设备100的亮度图案(在角度上的亮 度变化)与白炽卤素灯泡中的线性灯丝的辐射图案相似，从而现有的光学 设计和制造技术可以用于开发基于照明设备100的装置。第四，在实施例 中，侧壁120和/或顶部元件122包括波长变换材料，照明设备100的结 构允许使用具有不同磷光体的不同顶部和侧壁122和120，或不同的磷光 体变换系数，使得不同的色点可以通过代替侧面和/或顶部元件实现。第 五，由于此空腔优选由具有(很)低吸收性的材料制成，所以，效率可以 很高，特别是如果此结构与波长转换层沉积在LED芯片的顶部的情况相 比更是如此，在该情况中一小部分光线直接返回进入芯片而部分吸收。第 六，在实施例中，其中侧壁120和/或顶部元件122包括波长转换材料， 当LED120产生蓝或UV泵(pump)光线时，当LED 102的波长和光输 出已经测量或确定后，照明设备100的光输出的色点或白点由例如在装配过程的最后阶段加入的侧壁120和顶部元件122的部件确定。因此，波长
转换材料和侧面和顶部元件122和120的材料浓度和/或厚度可以根据 LED 102的测量或己知的波长和光输出被选择，以实现需要的光输出。
在照明设备100的输出上、即沿侧壁120的亮度分布与主光发射器， 即LED 102的亮度图案以及顶部元件122、侧壁120与反射性元件124a 的光学和几何性质有关，也与使用的LED芯片的数量、以及在空腔室内 芯片的位置有关。侧壁120的高度H和侧壁120的直径D是光学设计中 影响亮度分布的参数。在一个实施例中，H/D比可以为0.5到2.0。
图6显示了作为不同H/D比的侧壁的高度上的位置的函数的装置的发 射率的变化。在图6A所示的模拟中，侧壁120给出了48。X的透射率以及 48%的反射率，并给出了与丙烯酸扩散体的性质相同的朗伯(lambertian) 漫射散射性质。在模拟中使用圆筒形状、直径为12mm的侧壁。给出顶部 元件为98%的反射系数，其通过使用由Furkawa (日本)制造的MC-PET 材料实现，并模拟漫反射材料。
顶部元件也具有12mm的直径。对于光源的发射区域以外的区域，反 射性底部部件给出了 98%的反光效率，且光源的发射区域假设具有0%的 反射系数。在实际中，光源具有一些反射，但很低，且随着选择的不同发 射器改变。在此情况下，对应于Luxeon Rebel LED的近似透镜直径，发 射区域假设为3mm直径的圆片。
作为在圆筒侧壁的长度上的位置的函数的发射率的结果作为圆筒空 腔的高度直径比的函数在图6A中给出。图中显示了5个曲线，具有0.5、 0.83、 1.17、 1.50禾Q 2.0的H/D比，对于12mm圆筒空腔的实际长度对应 6mm、 10mm、 14mm、 18mm和24mm的高度。在低的H/D比下，可获得 具有相对高均匀度的发射率，而对于较高的H/D比，均匀度降低。
图6B显示了在与采用图6A所示的装置的同样光学参数下作为H/D 比的函数的效率。效率是从侧壁朝向目标发射的光线除以由芯片产生的光 线获得的结果。通常，光线用流明(光通量单位)测量。如果使用波长转 换器，则需要使用辐射度功率以定义效率，但在这种情况下，由于所谓的 斯托克司频移，效率将低于图中显示的效率，斯托克司频移基本上是在波 长转换光子以及(较高能量)蓝或UV光子之间的能量差异。在磷光体转
17换的情况下，曲线图中显示的效率将减少另外的15到25%。对于低的H/D
比，由于一定量的光线散射回底部，由于光源的吸收性这被假设具有低的
反射效率，因此效率相对低。对于大H/D比，效率达到几乎90%的值， 而在1.25的H/D因数的情况下，效率值为85%。在实际中，输出区域上 的可接受均匀度以及(总)效率可以通过H/D比的明智选择实现。适合的 H/D比在0.5到2的范围内，特别是在0.8到1.6的范围内更好。
图7A和图7B分别显示了固态照明设备250A和250B (在此有时统 称为照明设备250)的两个实施例。照明设备250与图1和图5中所示的 照明设备100相似，同样的标号表示同样的元件。此外，在图7A和图7B 中只显示了一部分照明设备250。照明设备250包括可以用于进一步改进 效率和色彩均匀度的特征。在图7A中，顶部元件252A制作为向内朝向 LED 102弯曲的凹进形状。凹进的顶部元件252A具有在顶部元件处反射 的光线被导向侧壁120的效果，且较少的光线返回到主光源，因此，只有 很少的光线被光源吸收。顶部元件252A的形状可以根据需要改变，以实 现高效率和/或光输出的高均匀度，且可以包括非球面或圆锥形状。如果 需要，顶部元件252A可以具有与凹进形状相反的凸起形状。对于特殊几 何形状的最佳形状可以很容易地利用例如由Breault研究组织生产的 ASAP的市场上出售的光线跟踪程序、或由光学研究协会生产的LightTools确定。
图7B显示了具有凸起顶部元件352B的照明设备250B和具有椭圆或 抛物线形状的反射性元件254。如果需要，凹入顶部元件252A可以用于 照明设备250B。弯曲的反射性元件254具有来自主光发射器102的大多 数光线指向顶部元件252B而较少的光线指向侧壁120的作用。当顶部元 件252B包括与侧壁120不同的色彩波长转换器时，引导大多数光线到顶 部元件252B可能对于控制设备250B的输出光线的颜色有用。在一个实 施例中，顶部元件252B具有红光发射磷光体层，而侧壁具有绿光发射磷 光体层。通过使用椭圆形反射性元件代替平反射性元件124a，来自主光发 射器102的大多数光线都被引导到顶部元件252B，且大多数光线都转换 为红光，这将导致具有较低相关色温的光输出。通过将较大角度的发射光 线引导到侧壁120的顶部，反射性元件254的形状还可以用于改进侧壁发射率的均匀度。
图8A和图8B显示了各个照明设备300A和300B (在此有时统称为 照明设备300)的截面剖视图。照明设备300与图l和图5显示的照明设 备100相似。同样的标号表示同样的元件，但照明设备300不包括单独的 顶部元件。当使用大H/D比时，例如如图8A所示，照明设备300特别有 用。来自主光发射器102的大多数光线直接入射到侧壁120 (由射线132 表示)上，而只有一小部分光线泄漏到设备的顶部(由射线134表示)。 在一个实施例中，照明设备300具有2.0或更大的H/D比，优选为3.0或 更大。图8B显示了侧壁302集合在一起形成顶部元件304的照明设备 300B的结构。照明设备300B的优点是相对便宜的挤出成型方法可以用于 制作侧壁302。侧壁302可以用夹紧、胶粘、热成形或其它适合的技术封 闭以形成顶部304。
图9A和图9B显示了各个照明设备350A和350B (在此有时统称为 照明设备350)的截面剖视图。照明设备350与图1和图5显示的照明设 备100相似。同样的标号表示同样的元件，但照明设备350包括不同形状 的侧壁。如图9A所示，顶部元件352和侧壁354两者都弯曲，这导致更 多光线向上发射，即通过侧壁354远离基座110。这在例如以下应用中很 有用，在所述应用中，照明设备350A在光线应用中位于相对低的位置， 而该光线应用期望在较高位置接收光线。在图9B中，可以获得同样的效 果，但使用直线侧壁356。
图9A和9B中的两个侧壁形状354和356都优选通过注模制作，其 中波长转换器通过喷漆被沉积，或磷光体分散在塑料中。在喷漆的情况下， 漆可以用作粘合剂，且5到50微米范围的整个层的厚度施加到侧壁部分。 适用于注模侧壁的塑料材料的例子包括PMMA或Zeonex。
图IOA和图10B显示了在非装配状态和装配状态的照明设备的另一 实施例的截面剖视图。照明设备400与图1所示的照明设备100相似，同 样的标号表示同样的元件。照明设备400包括连接外部侧壁402的底部 110。顶部元件406连接到内部的第二侧壁404。反射性元件408连接到内 部侧壁404。如图所示，照明设备400通过将内部侧壁404插入到外部侧 壁402中被装配。此结构的优点是实现高度的色彩均匀性，且不同的色彩或白点可以通过利用具有不同波长转换器或波长转换效率的顶部元件实 现。作为此实施例的代替，反射性元件408可以连接到底部110，而外部
侧壁402连接到顶部元件406,而内部侧壁404连接到底部110。如果需 要，例如，在设备用在反光灯中，并且希望的照明模式是光束的外侧具有 与光束中心不同的颜色或亮度的情况下，内部侧壁404可以不覆盖整个外 部侧壁402 (反之亦然)。
图IIA、 IIB和11C显示了根据另一实施例的可调节波长转换件452 并可调节波长转换件与照明设备450—起使用的视图。照明设备与图1所 示的照明设备100相似，同样的标号表示同样的元件。显示在图IIA中的 可调节波长转换件452是例如金属或塑料杆或线的部件454，其用波长转 换材料或染料的层456涂覆。可调节波长转换件452不必是实心的，也可 以是中空管，并且，代替涂以波长转换材料或染料，其可以至少部分地包 含波长转换材料或染料涂层。在此实施例的一个实际应用中，光源102为 冷白色(即，具有高于5000K的相关色温的白色)高功率LED，例如， Luxeon K2 (由Philips Lumileds Lighting制造)，而调节件由涂有红或琥珀 色光发射磷光体的金属丝制作。在此情况下，侧壁120由半透明材料构成。 如图IIB和IIC所示，可调节波长转换件452通过顶部元件460中的孔 458被引入设备450，并可以沿着调节范围A保持在不同的位置。如果需 要，LED可以以要求的驱动电流操作，而设备的光输出用色点计(color point meter)监测。通过将可调节波长转换件452进一步插入到设备450 中，可以减小相关色温。可调节波长转换件452可以进一步插入到设备 450，直到达到所需的色点为止，然后，通过例如胶粘、或钎焊或激光焊 接或其它机械方法固定到顶部元件，以固定两个部件。然后，可以通过切 割去除在设备450外部的可调节波长转换件的部分。
在另一例子中，侧壁120可以包括YAG磷光体，蓝色LED102可以 与包括红或琥珀色光发射磷光层456的可调节波长转换件452 —起使用。 此实施例的优点是当YAG磷光体兼有波长转换器和漫射体的功能时，可 以获得更高的效率。由YAG磷光体产生的光线远离蓝色发射器，蓝色发 射器部分吸收由磷光体产生的光线，因此，与磷光体接近光发射器周围的 情况一样，很少的光线由LED102吸收。图12A和图12B显示了可调节波长转换件502从顶部插入到照明设 备500中的照明设备500的另一实施例。可调节波长转换件502由涂有例 如红色或琥珀色的光发射磷光体的螺杆形成。例如，可以通过将磷光体混 合进UV固化漆中，并将常规(金属)螺纹在漆中浸涂，以及在水平位置 旋转螺纹的同时用UV灯凝固漆来产生涂层。具有螺纹结构的可调节波长 转换件的优点是光线可以更好地在设备的侧壁上传播。在图12A中，可调 节波长转换件502显示为完全插进照明设备500，因此，在螺杆上的光线 变换材料具有最大的作用。另一方面，在图12B中，显示了在其最高位置 处的可调节波长转换件502，因此，与调节件502相应的光线变换材料对 设备500的光输出具有最小的作用。螺杆型调节件的一个优点是色点由设 备使用者改变，并可以实现精确的控制。照明设备500显示了使用多个安 装在照明设备500的底部110上的主光发射器504a和504b。顶部元件508 为反射拱，并包括用于插入可调节波长转换件502的螺纹孔510。用于顶 部元件508的反射拱的使用提供了光线在设备500的侧壁上的更好的分 布，且将更多光线引导到调节件502，特别是当使用多个光源时更是如此。 如果需要，也可以使用平顶反光器、或凹进或凸起顶部元件。图12A和 12B中的可调节波长转换件502显示具有相对大的头部503，使得螺杆的 深度可以用手调节。在另一实施例中，可调节波长转换件502可能需要螺 纹驱动器调节螺纹的深度，当可调节波长转换件502较热时，优选使用螺 纹驱动器。
图13A和图13B显示了使用可调节波长转换件522的照明设备520 的另一实施例的侧视图和顶视图，可调节波长转换件522用电动机526移 进或移出装置520的腔室524。可调节波长转换件522可以具有螺纹结构， 并可以涂有例如红色或琥珀色光发射磷光体。可调节波长转换件522通过 底部528进入腔室524，在此例中，所述底部528具有三个主光发射器 530A、 53OB和530C，所述主光发射器可以为例如LuxeonRebel型。可调 节波长转换件522用齿轮系统527连接到电动机526。当然，也可以使用
不同形式的电动机，例如步进电机等。
图13B显示了具有三个LED 530A、 530B和530C的底部分528的顶 视图。三个LED的每个相对其邻近的一个旋转120度。在此结构中优选
21使用Luxeon Rebel LED。可调节波长转换件522通过三个LED之间的中 心被引入。
图14A到图14E显示了可以用于照明设备550的可调节波长转换件 522的另外实施例的视图。照明设备550与图IIB和图IIC显示的照明设 备450相似，但包括安装在底部554上的多个主光发射器552A和552B。 图14A、 14B和14C显示了由柔性管562制作的可调节波长转换件522， 柔性管562涂覆有或埋有波长转换材料，并包括沿着管562的部分566的 长度的多个狭缝564,部分566定位为接近照明设备550的腔室551的中 间。
管562通过例如胶粘或夹紧固定到装置的底部110，而具有切口 564 的部分566构造为当管562从被顶部推动时膨胀。在图14A中，显示的结 构为部分566膨胀，而在图14B中，显示的结构为部分566收縮。图14C 显示了部分566的细节，其显示在垂直方向即沿部分566的长度具有切口 564。管562还可以包括在部分566的顶部、中部和底部处的预成型部分 568，以有利于容易地弯曲。当部分566膨胀时，与当部分566为收縮形 式相比，管562的较大的面积暴露到光源522A和522B的光线下。因此， 照明设备550的光输出可以通过改变部分566的膨胀来改变。通过例子， 如果管560具有红色或琥珀色光发射磷光体，且侧壁部分120具有黄色或 绿色的光发射磷光体，则在部分566为收縮形式(图14B所示)时实现高 的相关色温，而当部分566为膨胀形式(图14A所示)时实现低的相关色 温，同时保持高的显色指数。
在另一实施例中，可调节波长转换件560可以由例如连接到设备550 的底部110以及顶部的控制杆的硅树脂圆筒制作。通过向下推动杆，硅树 脂可以从圆筒形转变为更接近椭圆形，具有与如上所述同样的效果。硅树 脂可调节波长转换件560可以包括例如磷光体的光谱改进材料。
在另一结构中，如图14D和14E所示，可调节波长转换件570由涂 覆有染料或磷光体的波纹管形成。这样的波纹部分例如用于饮料管中以弯 曲管的顶部。在此实施例中，可调节波长转换件570的可膨胀部分将管从 图14D所示的很短的长度膨胀到如图14E所示的较长的长度。控制杆572 通过管延伸，并连接到管的底部，以控制可调节波长转换件570的膨胀量。
22图15A到图15B显示了可以用于照明设备600的可调节波长转换件 602的另一实施例。照明设备600与图14A到图14E所示的照明设备550 相似，其中同样的标号表示同样的元件。在图15A和15B中，可调节波 长转换件602为涂有或埋有例如磷光体的波长转换材料的管。管602的端 部以例如接近设备600的腔室601的高度的长度分成两个或更多个端部 606。端部606进入顶部元件610中的分开的孔608中。孔608位于例如 以管604为中心的圆上，而该圆的直径大于可调节波长转换件602的直径。 当可调节波长转换件602进一步插入到设备600中时，如图15B所示，端 部606将展开，因此，与可调节波长转换件602如图15A所示从设备600 更多抽出的情况相比，将更多地暴露到LED612的光线下。在一个实施例 中，使用具有高相关色温(例如6500K)的白色LED。在一个实施例中， 大量例如3、 6、 9、 12或15个CCT白色LED可以与具有光学微结构616 的侧壁614—起使用，以控制从设备出来的亮度图案。微结构616可以为 例如由3M生产的BEF膜。主光发射器612的透镜形状可以最佳化以使得 在侧壁614上的光线分布更均匀。
图15C和图15D显示了具有端部606'的可调节波长转换件602'的 照明设备600'的另一结构，端部606'靠近主发射器618，且其中当可 调节波长转换件602'下降进入照明设备600，中时，端部606'覆盖主 发射器618的透镜620。如果需要，可调节波长转换件602'可以具有比 透镜620的直径大的直径，在这种情况下，中空的可调节波长转换件602' 不必分开(劈开)。例如，可调节波长转换件602'可以为具有染料或磷 光体的管，并具有单个(圆筒)端部，在最低位置覆盖透镜。
图16A到图16B显示了具有由顶部元件660产生的可调节波长转换 件的照明设备650的另一实施例，顶部元件660可以由例如橡胶或硅树脂 的柔性材料制作。在此情况下，柔性材料包含染料或波长转换材料，其既 可以施加到其表面，也可以埋在材料中。臂662可以例如在中间部分连接 到顶部元件660。通过拉或推臂662，可以改变顶部元件660的形状，例 如，从图16B中由线660a显示的凹进顶的形状改变为由线660b显示的凸 起的反转顶的形状，或由线660c显示的中间的某个位置。通过改变顶部 元件660的形状，通过侧壁发射的光学性质将改变，并可以用于根据需要
23调节光学性质。
图17A是反光灯700的部分侧面剖视图，其可以和上述的任何照明设
备一起使用，例如图i所示的照明设备ioo。通过例子，照明设备100的
H/D比可以为1.00，在此情况下，照明设备100的直径和高度为12mm。 照明设备100使用2W的输入功率以及501m/W功效的LED形式的单个主 光发射器。反光灯700使用抛物线形的反射器702，其焦距长度为10mm， 约95mm的直径以及约56mm的深度(从抛物线的顶部测量到出口孔)。 这些尺寸只是例子，可根据需要使用其它尺寸。样本射线显示在图17A中， 没有显示反光灯700的空腔内的射线反射性。产生的亮度曲线显示在图 17B中。对于上述使用条件，射线跟踪模拟表示在14。的全宽度最大半角 时的大约450cd的轴向亮度。在此例子中，如果使用包括四个LED芯片 的LED，则输入功率可以增加系数4，并可以在8W的输入功率时实现 1800cd的亮度。当然，也可以使用其它数量的LED芯片。由于照明设备 100的侧壁的固定尺寸和光学性质，如果增加照明设备100中的LED芯片 的数量，则不必改变反光灯700的光学设计，其优点是简化制造并减少需 要的零件。如图17A所示，灯700可以包括具有螺丝型连接器706的基座 704。
图18A显示了可以与照明设备760—起使用的反光灯750的另一实施 例。如图18A所示，照明设备760的顶部元件762可以通过例如臂764 升高和降低距离A，以控制照明设备760的发射区域的高度。改变照明设 备760的发射区域的高度具有改变反光灯750的光束宽度的作用，而不改 变反射器752的形状。灯750显示为具有带插头756的基座754。
图18B显示了具有包括波纹侧壁766的照明设备760'的反光灯的另 一实施例。波纹侧壁766通过例如臂764延伸或收缩，以控制照明设备 760的发射区域的高度。
图19A、图19B和图19C显示了使用固态照明设备(例如图1的照 明设备100)的商业(广告)标记或液晶显示器的背光装置的截面侧视图。 图19A显示了包括由背面802、侧面804和前板806限定的空腔801。 一 个或多个固态照明设备100安装在背光装置800的背面802上。背面802 可以由例如铝的热导材料制作，而每个照明设备100的底部安装为使得其与背面802有良好的热接触。背面802由例如Alanod (德国)制造的Miro 材料的高反射材料制作，或单独的高反射性板或膜808放置在背光装置 800的底部，使得反光板或膜808将大多数由照明设备800发射的光反射 到背光装置800的侧面或前面。背光装置800的前板806具有光学漫射性 质，例如，通过将漫射光学层或膜807增加到前板806上产生所述性质， 或通过将散射颗粒增加进用于制造前板的塑料或玻璃中产生所述性质。这 些形式的板由例如FuxionOptix制造。在一个实施例中，波长转换材料可 以加入到前板806的散射材料例如膜807中。其它的光学膜也可以增加到 背光装置800的前板806上，就像通常在液晶显示器的背光装置中使用的 那样，例如由3M制作的亮度增强材料(BEF)、或同样由3M制作的反射 偏光器。背光装置800的优点是产生均匀和恒定的辐射图案，而不直接在 照明设备IOO上方产生热点。
图19B显示了具有一个照明设备100的背光装置810的视图，根据背 光装置810的尺寸和要求的亮度，照明设备100可以包括多个数量的LED 芯片。例如，对于18到21英寸的背光装置810，照明设备100可以包括 lXlmm的6到9个LED芯片。使用的LED芯片可以全部为蓝色，同时 例如以包含黄色或绿色光发射磷光体的圆筒作为侧壁，以及在顶部元件上 具有红色光发射磷光体。可供选择地，可以使用彩色LED，例如，发射红 光(AlInGaP)、发射绿光(InGaN)、以及发射蓝光(InGaN) LED的组合。 当然，也可以是混合的方案，例如，在照明设备IOO的侧壁中使用发射绿 光或黄光的磷光体，而在照明设备100的底部中使用发射蓝光和红光的芯 片。在此结构中，最好使用所谓的板载芯片的方案，并将芯片紧密地包装 在一起，且如果使用直接发射红光的AlInGaPLED，封装如图4所示的照 明设备也是有利的，以最大化来自特殊的红光芯片中的光线提取，红色芯 片由具有高折射率的材料制作。代替直接发射绿光和红光的芯片，也可以 使用覆盖有发射绿光和/或红光的磷光体层、磷光体膜、或磷光体板的蓝 光芯片。
除了背光装置810中间部分的固态照明设备100夕卜，还可以使用光学 传播结构812，其由中间厚度接近等于设备的高度的矩形、椭圆形、或矩 形导光件组成，中间厚度典型地为3到9mm的范围，在侧面上逐渐变细到0.1到2mm的厚度范围。光学传播结构为例如由PMMA制造的光学导 向件，并可以制作为单一件，但也可以由几个较小的件装配成。如果需要 获得大背光装置，使用多个件特别有利，因为这些类型的导光件优选由注 模成型，而模具就尺寸而言具有有限的容量。导光件在中间具有孔，其典 型的直径为3到13mm，在其中放置本发明的设备主体。照明设备100的 侧壁和导光件812之间的间隙优选制作为尽可能地小，典型地在0.05到 0.5mm的范围内。
来自照明设备100的光线连接进导光件812中，且由于导光件812的 锥度在背光装置810的整个面积上展开。导光件812可以具有由丝网印刷 制作的白点形式的提取特征或通过注射或传递模塑法由模具复制到导光 件中的微结构，以便根据需要在背光装置上更均匀地分布照明。
背光装置810的后面802由例如Alanod (德国)制造的Miro材料、 或由Funrakawa (日本)制作的MC-PET的高反光材料组成。当例如Miro 材料的高热导性板用作后面802时，优选在照明设备100的后面和背光装 置810的后面802之间具有良好的热接触。如果使用绝缘材料，则可以使 用单独的散热器。
例如，除了在背光装置810的前面上的漫射体外，在导光件810的顶 部可以使用中间漫射体814。另外，在此位置可以使用具有微结构的光学 板816，例如由3M (美国)生产的重新定向膜。导光件812放置在背光 装置810的后面。间隙可以包含在导光件812和前面806、中间漫射体814 和背光装置810的光学板816之间，以改进均匀性。在此情况下，背光装 置810的总厚度为大约6到25mm，且导光件812加上漫射体814和重新 定向膜816以及前面之间的间隙达到20mm。如果需要，背光装置810的 后侧802的形状可以朝向边缘逐渐变细，使得产生薄的外观。
对于例如用于标记或LCD-TV的大的背光装置，可以使用具有如图 19C所示结构的背光装置830，其由多个锥形导光件832组成，其具有如 图19B所示的实施例相似的形状和尺寸，并在背光装置830上分布。件 832a和832b可以独立控制以改变在背光装置830上的照明分布，以便例 如降低背光装置830的功率消耗(在LCD上显示的图像不需要均匀的背 光的情况下)，或改进LCD上显示的图像的对比度。通过例子，如果图像具有亮和暗的部分，例如在顶部为亮(天空)而底部相对暗(森林、或建 筑)的图像中，可以降低底部的亮度级以减少黑暗水平，从而增加对比度。
图20A显示了图19B的背光装置810安装橱柜下的灯。背光装置810 倒转安装在橱柜850 (只部分显示)下方，背光装置810的光输出852用 于照明例如架子854的工作区域。
图20B显示了与背光装置860 —起使用的可调节波长转换件862的视 图，背光装置860与上述背光装置810相似，为例如图20A所示的橱柜下 照明应用。可调节波长转换件862可以包括染料或磷光体，并类似于图12A 和图12B所示的可调节波长转换件502，或在此公开的任何其它可调节波 长转换件。通过使可调节波长转换件862进入到照明设备100中，可以改 变橱柜下光的光输出，例如，从冷白色到暖白色温度。如图20B所示，电 源864可以放置在背光装置860内，例如，在导光件812后面。
图21A和图21B显示了蜡烛型灯形式的照明设备900的另一实施例 的侧视图。照明设备900包括蜡烛型灯泡902，其可以为半透明的，并可 以由塑料或玻璃制作。如果需要，灯泡902可以具有其它形状。与上述照 明设备相似，腔室910和LED912被包含并安装在基座904上，基座优选 由热导材料制作，以通过对流增加热交换，并连接到例如E26型底座的螺 丝型底座906。灯泡902可以包括在顶部和底部的孔，以增强空气流动(未 显示)。灯泡902可以在同样连接到螺丝型底座906的管908中滑动。管 908还可以包括孔以增强在LED基座904的壁上的空气流动。LED基座 卯4可以包括用于设备的电源以及控制电子装置。
可调节波长转换件914可以通过向下或向上滑动灯泡902分别移进或 移出腔室910。在图21A中，灯泡902在顶部位置，其中，如果将红色或 橙色的光发射磷光体用在可调节波长转换件914上，则光输出具有高的相 关色温。在图21B中，灯泡902在较低的位置，显示为图21A和图21B 之间的差A，其中，可以实现较低的相关色温。在此实施例中，色温可以 在灯泡的安装期间设定，或者，如果照明设备900可以由使用者方便地接 近，在灯泡的常规操作中设定，以获得所需照明效果的灯泡的色温。
图22A、 22B和22C分别显示了不同形状的件902a， 902b和902c， 其可以与照明设备900 —起使用。在图22A中，显示了具有半透明特性的球形灯泡902a。图22B显示了反射器型外壳902b。图22C显示了类似于 图21A所示的另一蜡烛型灯泡902c。在一个实施例中，不同的反射器/灯 泡件卯2连接到使用螺丝底座920的螺丝型底座906。图22D显示了沿着 螺丝型底座906和螺纹连接器922的腔室910和LED912的侧视图，螺纹 连接器922用于代替图21A显示的管908以容纳接收灯泡902a、 902b和 902c的螺丝底座920。通过将反射器/灯泡件卯2的螺丝底座920旋进或 旋出图22D所示的螺纹连接器922，可调节波长转换件914进出腔室910。 图22E显示了连接到具有可调节波长转换件914的螺纹连接器922的反射 器902b的视图，可调节波长转换件914可以为连接到反射器902b的顶部 的涂有磷光体的管。如果需要，照明设备900可以配置有上述的不同的调 节件。此外，代替通过操纵反射器/灯泡902控制色点，可调节波长转换 件914可以通过环或旋钮的单独件控制，环或旋钮例如机械连接到可调节 波长转换件914，且控制调节件到腔室910的进入。
图23显示了图22A中显示的灯泡卯2a的螺纹连接的放大视图，螺纹 连接器922连接到螺丝型底座906。如图23所示，灯泡902a可以包括夹 子926，使得当灯泡902a的螺丝底座920与连接器922旋松时，灯泡902a 不会与底座906分离。这样，如果需要更换，可以旋松灯泡902a。通过压 紧灯泡902a并将其柠到连接器922上，灯泡902a可以一开始就连接到底 座906。
虽然用于示例说明的目的显示了具体的实施例，但本发明不局限于 此。可以在此基础上做出各种改变和改进形式而不脱离本发明的范围。因 此，附属权利要求的主题和范围不局限于前述说明。
28
权利要求
1.一种设备，所述设备包括至少一个半导体光发射器(106)；安装所述至少一个半导体光发射器(106)的基座(110)，所述基座(110)包括用于所述至少一个半导体光发射器(106)的电连接装置和热耦合到所述至少一个半导体光发射器(106)的散热器(112)；环绕所述至少一个半导体光发射器(106)并连接到基座(110)的至少一个侧壁(120)；和连接到所述至少一个侧壁(120)的反射性顶部元件(122)，其中基座(110)、所述至少一个侧壁(120)以及反射性顶部元件(122)限定包含所述至少一个半导体光发射器(106)的腔室(130)，并且，从腔室(130)发射的至少70％的光线从所述至少一个侧壁(120)发射。
2. 根据权利要求l所述的设备，进一步包括在所述至少一个半导体光发射器(106)和所述至少一个侧壁(120)之间以及半导体光发射器(106)的光发射区域和基座(110)之间的反射性元件(124a)。
3. 根据权利要求l所述的设备，其中所述至少一个侧壁(120)具有从圆形、椭圆形、三角形以及矩形结构中选择的一个的结构。
4. 根据权利要求l所述的设备，其中所述至少一个侧壁(170)包括波长转换材料。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中所述波长转换材料由所述至少一个侧壁(170)的表面上的多个点形成。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中顶部元件(180)包括在腔室(130)的内侧上的波长转换材料。
7. 根据权利要求l所述的设备，进一步包括填充腔室(213)的透明光学材料(214)。
8. 根据权利要求l所述的设备，其中顶部元件(252A， 252B)是凹进形状以延伸进腔室，或凸起形状以延伸出腔室。
9. 根据权利要求l所述的设备，其中所述至少一个侧壁(356)具有第一直径和第二直径，在所述第一直径处，所述至少一个侧壁(356)连 接到顶部元件(122)，在所述第二直径处，所述至少一个侧壁(356)连 接到基座(110)，第二直径大于第一直径。
10. 根据权利要求l所述的设备，其中所述至少一个侧壁包括内部部 分(404)和外部部分(402)，外部部分(402)限定空腔，其中基座(110) 和顶部元件(406)连接到内部部分(404)和外部部分(402)的不同的 一个，且内部部分(404)滑动迸入由外部部分(402)限定的所述空腔。
11. 根据权利要求l所述的设备，进一步包括至少一个反射性元件 (702， 812)，该反射性元件(702， 812)光学耦合到腔室(130)外侧上的所述至少一个侧壁(120)，并构造为将通过所述至少一个侧壁(120) 发射的光线反射到向前方向，该向前方向大致垂直于所述至少一个侧壁 (120)的表面的法线。
12. 根据权利要求ll所述的设备，其中该设备为反光灯和背光装置之
13. 根据权利要求ll所述的设备，其中所述至少一个反射性元件为第 一导光件(812)和第二导光件(812)，其中所述腔室在第一导光件和第 二导光件之间。
14. 根据权利要求13所述的设备，所述设备进一步包括光学漫射前板 (814)，所述光学漫射前板(814)光学耦合到第一导光件(812)和第二导光件(812)，以使得反射到向前方向的光线由光学漫射前板(814)漫 射。
15. 根据权利要求ll所述的设备，所述设备进一步包括.-至少一个第二半导体光发射器；安装所述至少一个第二半导体光发射器的第二基座；环绕所述至少一个第二半导体光发射器并连接到第二基座的至少一 个第二侧壁；以及连接到所述至少一个第二侧壁的第二反射性顶部元件，其中第二基 座、所述至少一个第二侧壁以及第二反射性顶部元件限定包括所述至少一 个第二半导体光发射器的第二腔室，且其中由所述至少一个第二半导体光发射器产生的光线通过所述至少一个第二侧壁发射；其中所述至少一个反射性元件(812)在第二腔室的外侧上光学耦合 到所述至少一个第二侧壁，并构造为将通过所述至少一个第二侧壁发射的 光线反射到向前方向，该向前方向大致垂直于所述至少一个第二侧壁的表 面的法线。
16. 根据权利要求15所述的设备，其中所述至少一个反射性元件为 连接到所述腔室的第一导光件和第二导光件，其中所述腔室在第一导光件和第二导光件(832a)之间；和第三导光件和第四导光件，第三导光件和第四导光件连接到第二腔室(832b)，其中第二腔室在第三导光件和第四导光件之间。
17. 根据权利要求l所述的设备，所述设备进一步包括封闭由所述至少一个侧壁限定的腔室的光学半透明外壳(902);以及 电连接到所述至少一个半导体光发射器(912)、并连接到光学半透明 外壳(902)的基座(卯4)。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中基座(902)为第一基座，所 述设备进一步包括连接到光学半透明外壳(902)的第二基座(920)以及 连接到第一基座(904)的连接器(922)，其中第一基座(904)通过所述 连接器(922)和第二基座(920)连接到光学半透明外壳(902)。
19. 一种设备，所述设备包括 至少一个半导体光发射器(106); 安装所述至少一个半导体光发射器的基座(110); 环绕所述至少一个半导体光发射器并连接到基座(110)的至少一个侧壁(120);以及连接到所述至少一个侧壁(120)的顶部元件(460)，其中基座(110)、 所述至少一个侧壁(120)以及顶部元件(460)限定包括所述至少一个半导体光发射器的腔室；以及连接到腔室的可调节波长转换件(452)，所述可调节波长转换件(452)构造为调节暴露到由腔室中所述至少一个半导体光发射器(106)发射的 光线下的表面面积，以改变腔室的光学特性。
20. 根据权利要求19所述的设备，进一步包括在基座(528)和顶部 元件(460)之一中的孔(458)，可调节波长转换件构造为通过经由所述孔可调节地延伸进腔室中来调节暴露到光线中的表面面积。
21. 根据权利要求20所述的设备，其中可调节波长转换件(452)包 括杆(454)和连接到杆的波长转换材料(456)。
22. 根据权利要求21所述的设备，进一步包括在基座(110)和顶部 元件(610)之一中的多个孔(608)，其中杆(602)分成多个端部(606)， 每个端部通过单独的孔延伸进腔室。
23. 根据权利要求20所述的设备，其中可调节波长转换件(560)包 括具有可膨胀部分(566)的管(562)，可膨胀部分(566)定位在腔室内， 并构造为膨胀和收縮以调节暴露到发射的光线中的表面面积。
24. 根据权利要求23所述的设备，其中可膨胀部分膨胀以延长管 (570)以及收缩以縮短管。
25. 根据权利要求23所述的设备，其中可膨胀部分(566)膨胀以增 加管(560)的可膨胀部分的直径，以及收缩以减少管(560)的可膨胀部 分的直径。
26. 根据权利要求19所述的设备，其中可调节波长转换件包括在顶部 元件(660)上的波长转换材料，其中顶部元件(660)和波长转换材料构 造为通过相对于半导体光发射器升高或降低来调节暴露到光线中的表面 面积。
27. 根据权利要求19所述的设备，其中可调节波长转换件能够手动调节。
28. 根据权利要求19所述的设备，进一步包括连接到可调节波长转换 件的致动器(526)，其中致动器(526)调节可调节波长转换件。
29. 根据权利要求19所述的设备，其中顶部元件(508)为反射性的， 且其中由所述至少一个半导体光发射器产生的光线通过所述至少一个侧 壁(120)发射。
30. 根据权利要求19所述的设备，其中顶部元件(122)和所述至少 一个侧壁(120)中的至少之一包括波长转换材料。
31. 根据权利要求19所述的设备，所述设备进一步包括 电连接到所述至少一个半导体光发射器(912)的基座(904); 封闭由所述至少一个侧壁限定的腔室并且可调节地连接到基座的光学半透明外壳(902)，可调节波长转换件(914)连接到光学半透明外壳 (902)，其中当相对基座调节光学半透明外壳时，调节暴露到光线中的可 调节波长转换件(914)的表面面积。
32. 根据权利要求31所述的设备，其中基座(904)为第一基座，所 述设备进一步包括连接到光学半透明外壳(902)的第二基座(920)以及 连接到第一基座(904)的连接器(922)，其中第一基座(904)通过连接 器(922)和第二基座(920)连接到光学半透明外壳(902)。
33. 根据权利要求19所述的设备，进一步包括反射元件(902b)，所 述反射元件在腔室的外侧光学耦合到所述至少一个侧壁，并构造为将通过 所述至少一个侧壁发射的光线反射到向前方向，该向前方向大致垂直于通 过所述至少一个侧壁发射的光线的方向。
34. 根据权利要求33所述的设备，进一步包括 电连接到所述至少一个半导体光发射器(912)的基座(904); 其中反射性元件(902b)可调节地连接到基座(904)，可调节波长转换件(914)连接到反射性元件(902b)，其中当相对基座调节外射性元件 时，调节暴露到光线中的可调节波长转换件(914)的表面面积。
35. —种设备，所述设备包括 至少一个半导体光发射器(106);安装所述至少一个半导体光发射器的基座(110)，所述基座包括用于 所述至少一个半导体光发射器(106)的电连接装置和热耦合到所述至少 一个半导体光发射器(106)的散热器(112);环绕所述至少一个半导体光发射器(106)并连接到基座(110)的至 少一个侧壁(120)，其中由所述至少一个半导体光发射器产生的光线通过 所述至少一个侧壁发射，且所述至少一个侧壁和基座限定具有直径和高度 的腔室，其中腔室的高度与直径比为2或更大。
36. 根据权利要求35所述的设备，其中所述至少一个侧壁(302)具 有与连接到基座的部分相对的顶部元件边缘(304)，所述顶部元件部分(304)连接在一起。
37. 根据权利要求35所述的设备，进一步包括在所述至少一个半导体光发射器(106)和所述至少一个侧壁(120)之间以及在所述半导体光发射器的光发射区域和基座之间的反射性元件(124a)。
38. 根据权利要求35所述的设备，其中所述至少一个侧壁(120)具 有从圆形、椭圆形、三角形以及矩形结构中选择的一个的结构。
39. 根据权利要求35所述的设备，其中所述至少一个侧壁(120)包括波长转换材料。
40. 根据权利要求35所述的设备，其中波长转换材料由所述至少一个 侧壁的表面上的多个点形成。
41. 根据权利要求35所述的设备，其中基座(110)包括连接到所述 至少一个半导体光发射器(106)的印刷电路板和连接到印刷电路板的散 热器(112)。
全文摘要
本发明涉及一种固态照明设备，所述固态照明设备包括安装在基座(110)上，并由例如圆形、椭圆形、三角形、矩形或其它适合形状的侧壁(120)环绕以限定腔室(130)的半导体光发射器(106)。可以是反射性的顶部元件(122)可以连接到侧壁以进一步限定腔室。由半导体光发射器(106)产生的光线通过腔室的侧壁(120)发射。侧壁和/或顶部元件可以包括例如作为表面上的多个点的波长转换材料。可调节波长转换件(452)可以在腔室内使用，其中可调节波长转换件(452)构造为调节暴露到由腔室中的半导体光发射器发射的光线中的表面面积，以改变腔室的光学性质。
文档编号H01L33/00GK101689588SQ200880020565
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月6日 优先权日2007年6月18日
发明者杰勒德·哈伯斯, 马克·A·皮尤 申请人:吉可多公司