具有宽颜色范围的高效照明系统的制作方法_5

文档序号:8344746阅读:来源:国知局
该反射器516将来自LED 512的激发光近似地成像到荧光粉层514在点520的背对侧上的一部分上,即从图5a的视角来看,成像到点520的左侧。
[0075]荧光粉层514分成两个较薄荧光粉层517、518,两个荧光粉层可由不同的荧光粉材料构成。一般来讲,荧光粉层可具有各种各样的构造,并且可在不同的层、区、或图案化区域中包含相同或不同的荧光粉材料。在一个示例性实施例中,上部荧光粉层518发射红色荧光,并且下部荧光粉层517发射绿色荧光。可例如为光学粘合剂层的透明的透光性层515将荧光粉层514 (更具体地讲,上部荧光粉层518)与主体519的平坦表面分开。泵LED 512的上部发射主表面513可设置在层515内,如图所示。
[0076]基部503可与图5中的基部502相同,或基部503可为用于远程荧光粉LED 511的制造的不同支承基板,该基部503随后被粘附、粘合、或以其它方式附接到图5的基部502。基部503优选具有良好的导热率,以从LED 512并从荧光粉层514提取热量。基部503可包括连接至泵LED以允许对其进行电控制的电触点或迹线(未示出)。基部503还优选地具有面向荧光粉层514和泵LED 512的反射表面501,使得到达远程荧光粉LED的背部并且将被吸收或以其它方式损失的激发光和荧光可朝远程荧光粉LED的前部重新导向,以提高远程荧光粉LED 511的效率和光输出。
[0077]本发明公开的宽带光源中的任一个可包括合适的控制系统,或它们可适于使得它们可附接或者说耦合到合适的控制系统。在各种功能中,控制系统可具有的一个功能是通过选择性地驱动包括在光源中的各种LED或使这些LED通电来控制光源的宽带输出光的颜色。另一个功能是控制光源的亮度。控制系统优选能够提供至少第一控制输出和第二控制输出,这两个控制输出分别对应于使第一组LED通电以提供第一输出颜色和使第二组LED通电以提供第二输出颜色,第一输出颜色和第二输出颜色以CIE色度单位计相差至少0.2、和/或在相关色温上相差至少4000或5000开尔文。优选地,LED中的第一组和第二组各自包括LED的总数的超过一半、或至少60%或至少70%。当然,控制系统也可根据其它控制输出驱动光源,并可通过一个或多个中间控制输出(包括例如经由逐渐且连续地从第一控制输出变化到第二控制输出的输出)从第一控制输出过渡到第二控制输出、或反之亦然,或控制系统可在具有或不具有中间控制输出的情况下数字地或不连续地从第一控制输出过渡到第二控制输出。在任何给定时间上,控制系统可以连续方式或以调制方式例如使用具有可变振幅、持续时间(时间宽度)、重复率和占空比的电流或电压脉冲来驱动通电的LED中的任何一个或所有。优选地,任何调制LED的重复率高至足以使得调制不能被人眼察觉,使得来自光源的照明被使用者察觉为随时间而实质上稳定或连续的。不同控制输出(包括与第一输出颜色和第二输出颜色相关联的两个控制输出)之间的过渡可为逐渐且连续的,其方式为逐渐改变包括在LED中的第一组和/或第二组中的各个LED的占空比或其它工作条件。
[0078]控制系统可根据任何所需定时方案来改变光源颜色。例如,控制系统可被编程为根据一天中的时间和/或一年中的时间并且基于光源安装的地点或位置(如例如通过经度和玮度或其它全球坐标所限定,该坐标值还可被存储和/或编程到控制系统中)来改变光源的颜色,例如以模仿在该地点处的太阳或天空的颜色特性,或以提供在颜色和一天中的时间之间的另一种所需功能关系。控制系统可被编程为以这样的方式来改变输出光的颜色:该方式对人体(针对光源的使用者而言)的生理节奏具有有益影响。对于人类而言,日间过少蓝光可对季节性的情感失调有影响,并且夜间过多蓝光可对例如睡眠的持续时间和质量有影响。因此,可对控制系统进行编程以控制光源,使得第一输出颜色具有比第二输出颜色更大的蓝色含量(例如,它可具有更小CIE X坐标值),并且第二输出颜色具有比第一输出颜色更大的红色含量(例如,它可具有更大的CIE X坐标值),并且第一输出颜色是在(当地时间)日间提供,并且第二输出颜色是在夜间(当地时间)提供。控制系统可基于该控制系统从一个或多个装置或元件接收到的信息来控制光源,这些装置或元件包括:物理模拟输入;触摸屏,包括数字触摸屏,并且包括触摸屏上的移动;智能电话;计算机;平板电脑;电视;通过人机交互(例如,通过相机、红外相机、或其它基于透镜的输入)的基于手势的识别;联网的或无线的源;语音或听觉指令;以及上下文环境条件,诸如温度、湿度、大气压、热辐射、噪声、芳香、环境光线(包括UV)等,并且包括此类条件的改变。
[0079]控制系统可直接或通过一个或多个中间装置或元件连接或耦合到光源,这些中间装置或元件包括:所选择的电源;网络,包括例如封闭的网状建筑网络;互联网协议装置;内联网协议装置;光源的菊花链网络;无线的、联网的、光纤的、和/或传统或现有的基础结构。
[0080]控制系统还可被构造成向光源的使用者提供反馈。反馈可提供例如在作为控制系统的一部分被包括的、或控制系统可与之进行通信的图形用户界面诸如视觉显示装置(例如,智能电话或自持遥控器)上,并且反馈还可为或还可包括可听声、和/或振动。反馈可为或可包括例如光源的光强、和/或光源的光谱的表示。
[0081]控制系统还可被构造成使得其对光源的控制不仅基于预先选择的设置,而且基于可由光源的使用者来选择的属性,其中该使用者还可基于所需最终结果选择给定属性可对光源的操作的影响程度。
[0082]在一些情况下,控制器可被构造为直接基于来自使用者的反应修改光源的光谱或颜色。在一些情况下,控制器可被构造为允许使用者选择多种输入来利用光源开发自然环境,从而实现有机型的生活氛围。
[0083]实盤
[0084]对如本文所公开的混合宽带光源进行建模或模拟,并且对其输出特性进行评估。模拟使用LightTools?光学设计软件。实例使用总计7个(N = 7)LED,这7个LED是由4个(NI = 4)泵LED、2个(N2 = 2)直接发射短波长LED、和I个(N3 = I)直接发射长波长LED构成。泵LED被构造为四个单独远程荧光粉LED。(在另选的实施例中,泵LED中的两个或更多个可组合成一个远程荧光粉LED,在这种情况下,远程荧光粉LED的数目可小于泵LED的数目)。远程荧光粉LED和直接发射LED被布置在基部上,并且带有球状物或覆盖构件,如图4和图5中大体所示,但其中远程荧光粉LED具有图5和图5a所示构造。
[0085]感兴趣的输出参数是由光源发射的宽带输出光的颜色,该颜色以CIE X和y颜色坐标来测量。宽带输出的光谱分布(和颜色)被建模并根据在正方形检测平面中的位置而计算,该正方形检测平面的尺寸为20mmX 20mm并切向于凹面覆盖构件(图4中的覆盖构件440,图5中的覆盖构件540)的顶点且以该顶点为中心。还计算了检测平面上的光谱分布的空间平均值。
[0086]模拟实施例的另外设计特征包括以下各项:
[0087].三个直接发射LED(参见图4中的430a、430b、430c、和图5中的530a、530b)各自具有IXlmm正方形发射面积,并且被定位成与光源的中心(图5中的轴线541)等距,如图4中大体所描绘,每个LED的中心距光源的中心为0.75mm。这些LED具有10微米的厚度,并且在它们背部表面上具有反射涂层,该反射涂层具有50%反射率和50%吸收率。直接发射LED中的两个发射短波长(实质上蓝色的)光,并且具有相同单独输出特性:460nm的峰值波长、18.8nm的光谱带宽(FWHM)、1.0瓦特的辐射输出功率。剩余直接发射LED发射长波长(实质上红色的)光,并且具有以下输出特性:620nm的峰值波长、18.8nm的光谱带宽(FWHM)、1.0瓦特的辐射输出功率。
[0088].覆盖构件被建模为以郎伯曲线分布在向前方向上散射光的漫射球状物。覆盖构件的形状为半球状的,具有约10_的曲率半径和0.1mm的厚度。假设覆盖构件内的、即在覆盖构件和远程荧光粉LED之间的空间是空气。
[0089].假设每个模拟实施例中的四个远程荧光粉LED在构造上是相同的,并且它们对称定位在距源的中心(图5中的轴线541)3.5mm处。每个远程荧光粉LED实质上如图5a所示,其中:
[0090]ο平凸主体519具有2mm的曲率半径和1.8mm的厚度,并且被假设为由BK7玻璃制成;
[0091]ο 二向色反射器516覆盖主体519的整个外曲面,并是具有交替的Si02/Ti02微层的13层叠堆,该叠堆提供对如图6所示垂直入射光的光谱反射率;
[0092]ο层515为0.1mm厚并且具有1.41的折射率;泵LED512的发射表面513在该层中心(参照z轴而言);
[0093]ο泵LED512具有I X Imm正方形发射面积的发射表面513、和10微米的厚度、以及像其它LED的背部反射器。LED512被定位成使得在曲率中心点520和LED512的边缘之间形成(沿图5a中的y轴)0.05的间隙。LED512具有I瓦特的辐射输出功率。LED512具有415nm的峰值波长和19nm的光谱宽度(FWHM)。
[0094]ο荧光粉层517、518各自为0.1mm厚。假设上层518发射红色荧光,并且具有由图7中的曲线710限定的归一化吸收光谱和由图7中的曲线712限定的归一化发射光谱。假设下层517发射绿色荧光,并且具有由图7中的曲线714限定的归一化吸收光谱和由图7中的曲线716限定的归一化发射光谱。假设层517、518中的每一个是由浸入在折射率1.41的硅氧烷粘结剂中的折射率1.8的荧光粉颗粒构成;发射绿光的荧光粉层的量子效率为91%,并且发射红光的荧光粉层的量子效率为59% ;以及
[0095]ο假设下部荧光粉层517的背部表面是具有98%反射率的朗伯曲线散射器。
[0096]除了具有这些模拟特性之外,假设光源还被构造成使得LED被接线以用于独立的电控制,使得LED中的不同组可根据需要来通电。随后,根据对应于三个不同控制输出的三种不同模式“操作”光源(即,模拟其输出)。
[0097]在第一操作模式下,四个泵LED (以及因此四个远程荧光粉LED)是完全通电的,但三个直接发射LED全被“关闭”。因此,七分之四(4/7 ~ 57%)的LED是通电的。在此模式下,正方形检测平面处的宽带输出光具有黄色外观。计算整个检测平面上的光谱分布的空间平均值,并且该空间平均值在图8中示出。
[0098]在第二操作模式下,四个泵LED(以及因此四个远程荧光粉LED)同样是完全通电的,并且直接发射长波长LED也是完全通电的,但两个直接发射短波长LED保持“关闭”状态。因此,七分之五(5/7 ~ 71%)的LED是通电的。在此模式下,正方形检测平面处的宽带输出光具有暖白色外观。计算整个检测平面上的光谱分布的空间平均值,并且该空间平均值在图9中示出。还计算了在横跨检测平面的位置阵列或网格处的宽带输出光的空间分布,并且基于该空间分布来计算在每个这种位置处的CIE颜色坐标。所得计算的颜色被绘制在图9a的CIE色度图上,其中在检测平面上的每个栅格位置处计算的颜色被绘制为“ + ”符号。平均颜色充分接近普朗克轨迹以具有相关色温,计算得出该相关色温为2,439开尔文。
[0099]在第三操作模式下,四个泵LED(以及因此四个远程荧光粉LED)同样是完全通电的,并且两个直接发射短波长LED是完全通电的,但直接发射长波长LED处于“关闭”状态。因此,七分之六(6/7~86%)的LED是通电的。在此模式下,正方形检测平面处的宽带输出光具有冷白色外观。计算整个检测平面上的光谱分布的空间平均值,并且该空间平均值在图10中示出。还计算了在横跨检测平面的位置阵列或网格处的宽带输出光的空间分布,并且基于该空间分布来计算在每个这种位置处的CIE颜色坐标。所得计算的颜色绘制在图1Oa中的CIE色度图上,其中在检测平面上的每个栅格位置处计算的颜色被绘制为“ + ”符号。平均颜色充分接近普朗克轨迹以具有相关色温,计算得出该相关色温为7,563开尔文。
[0100]基于针对第二操作模式(具有71%的LED利用率)和第三操作模式(具有8
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