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    • 专利摘要:
    本發明揭示一種照明裝置，其包括：一固態光源；及一擴散體，其經組態以用於將來自該固態光源之光色彩混合，且從該固態光源空間分離，該擴散體包括至少一磷光體材料。本發明揭示製造照明裝置之方法，該照明裝置具有減少總量之磷光體，包括組合磷光體之量與一擴散體結構。
    公开号:TW201312053A
    申请号:TW101130891
    申请日:2012-08-24
    公开日:2013-03-16
    发明作者:De Ven Antony P Van；Christopher Hussell；Ronan P Letoquin；Zong-Jie Yuan；Tao Tong；Peter Guschl
    申请人:Cree Inc；
    IPC主号:F21V3-00
    专利说明:
    減少磷光體之照明裝置
    本發明一般係關於具有改良之色彩均勻度之減少磷光體含量之照明裝置及其製造方法。明確而言，本發明係關於一種具有包括磷光體之擴散體之遠端磷光體固態照明裝置。
    發光二極體(LED)係將電能轉換為光之固態裝置，且一般包括夾在相反摻雜層之間之半導體材料之一個或多個作用層。當跨摻雜層施加偏壓時，電洞及電子注入至作用層中，電洞及電子在作用層重組以產生光。光從作用層及從LED之所有表面發射。
    發光二極體(LED)照明系統變得越來越普遍作為現存照明系統之替代品。LED係固態照明(SSL)之實例，且具有勝過傳統照明解決方案(諸如白熾照明及螢光照明)之優點，此係因為LED使用較少能量、更耐用、操作更長久，可以紅色-藍色-綠色陣列組合LED，紅色-藍色-綠色陣列可經控制以傳遞幾乎任何色彩之光，且不含有鉛或汞。在許多應用中，一個或多個LED晶粒(或晶片)安裝於一LED封裝內或一LED模組上，LED封裝或LED模組可組成一照明單元、燈、「電燈泡」或更簡單地為「燈泡」之部分，其包含一個或多個電源供應器以供電給該等LED。LED燈泡可經製造具有允許其代替標準螺紋式白熾燈泡或任何各種類型之螢光燈之一外觀尺寸。LED亦可用於代替螢光燈作為用於顯示之背光。
    色彩再現可為任何類型之人造照明(包含LED照明)之重要特性。對於燈，色彩再現通常使用演色性指數(CRI)量測。CRI係一照明系統之演色性與一特定已知之光源之演色性相比較如何之相對量測。以更實務之術語，CRI係當由一特定燈照亮時一物件之表面色彩上之位移之相對量測。若由該燈照亮之一組測試表面之色彩座標相同於由已知源照射之相同測試表面之座標，則CRI等於100。CRI係對於一給定類型燈或來自具有一給定色溫之一特定類型之源之標準。對於任何類型之替代燈期望較高的CRI。
    為達成精確色彩，有時在照明系統中使用波長轉換材料。當被一特定色彩之光照射到時，該等波長轉換材料可產生白光，或可產生與其他色彩之光混合之額外色彩之光以產生白光，或另一特定所要色彩之光。例如，可用具有吸收電磁光譜之一部分中之輻射能量且發射電磁光譜之另一部分中之能量之一磷光體材料之一磷光體層塗佈或覆蓋LED。可藉由激發源及磷光體之選擇而控制從磷光體之發射色彩。激發源及/或磷光體發射之各種組合係可能的，以提供特定色彩之光，包含白光。
    在一些實施例中，本發明提供一種照明器，其包括：一激發源，例如一固態光源；及一擴散體結構，其經安置以從該激發源擴散光，以提供所得照明之均勻空間相關色溫(CCT)及/或角度色彩同質性。預定體積之磷光體提供於該擴散體中，或將較薄或較稀之磷光體層施覆至該擴散體，以對於來自該激發源之至少一部分光提供波長轉換。在一態樣中，該照明器經組態以實質上發射白光。
    因此，在一第一實施例中，提供一種照明裝置。該裝置包括：一固態光源；一擴散體結構，其經組態以用於將來自該固態光源之光色彩混合，且從該固態光源空間分離；該擴散體包括一磷光體材料。
    在一第二實施例中，提供一種照明裝置，該照明裝置包括：一LED光源；一擴散體，其經組態以用於將來自該LED光源之光色彩混合，且從該LED光源空間分離；該擴散體包括與反射材料組合之一磷光體。
    在一第三實施例中，提供一種製造具有減少磷光體總量之一照明裝置之方法。該方法包括步驟：提供一LED光源；及提供具有磷光體之量之一擴散體結構，該擴散體結構經組態以用於將來自一LED光源之光色彩混合，且用於將該磷光體之量從該LED光源之空間分離。與具有(i)沈積於該LED光源上之磷光體及(ii)具有實質上類似空間相關色溫(CCT)變動或角度色彩同質性之一類似照明裝置相比較，所使用之磷光體量減少至少5重量百分比。
    提供作為本發明之實施例及態樣之實例之照明裝置，其包括一固態照明裝置(例如LED裝置)，照明裝置包括從該等LED裝置空間分離之減少磷光體含量，該磷光體與一擴散體相關聯。明確而言，本發明係關於具有與一擴散體組合(包含在其內或在該擴散體上)之從固態照明裝置空間分離之磷光體之照明裝置。
    應理解，雖然術語第一、第二等等可在本文中用於描述各種元件，但是此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用於將一個元件從另一者區別。例如，在未脫離本發明之範疇之下，第一元件可稱為第二元件，且類似地，第二元件可稱為第一元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含一個或多個相關列出項目之任何及所有組合。
    應理解，當一元件，諸如一層、區域或基板稱為在另一元件「上」或在另一元件「上」延伸時，其可直接在另一元件上或直接在另一元件上延伸，或亦可存在干預元件。相比之下，當一元件稱為「直接在另一元件上」或「直接在另一元件上」延伸時，不存在干預元件。亦應理解，當一元件稱為「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件，或可存在干預元件。相比之下，當一元件稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在干預元件。應理解，此等術語意欲涵蓋除圖中描繪之任何定向之外之元件的不同定向。
    在本文中可使用相對術語，諸如「下方」或「上方」或「上」或「下」或「水平」或「垂直」以描述一元件、層或區域與另一元件、層或區域之關係，如圖中所繪示。應理解，此等術語意欲涵蓋除圖中描繪之定向之外之裝置的不同定向。
    當指一光源時，如本文中使用之術語「發射」意指至少一些電流被供應至該光源，以致使該光源發射至少一些光。表達「激發峰值發射」涵蓋下列情況：光源(例如發光二極體(LED))連續或間歇地以一速率發射相對離散光帶(例如，電磁光譜之一子組，諸如UV、藍色、紅色等等)之情況，使得人眼將其感知為連續發射光；或產生相同色彩或不同色彩之複數個光源以使得人眼將其等感知為連續發射光之此一方式間歇地及/或交替地發射光(在「開啟」時有重疊或無重疊)(及不同色彩發射為此等色彩之混合物之情況)。
    當指一光源時，如本文中使用之術語「照明」(或「照亮」)意指至少一些電流被供應至該光源以致使該光源發射至少一些光。表達「照亮」涵蓋下列情況：該光源係固態光發射器或連續或間歇地以一速率發射光，使得人眼將其感知為連續發射光之其他發光體(luminary)之情況；或相同色彩或不同色彩之複數個固態光發射器以使得人眼將其等感知為連續發射光之此一方式間歇地及/或交替地發射光(在「開啟」時有重疊或無重疊)(及不同色彩發射為此等色彩之混合物之情況)。
    術語「磷光體」在本文中用於指吸收一個波長之光且重新發射一不同波長之光之任何材料或物質之組合物，無論吸收與重新發射之間之延遲，且無論所涉及之波長。相應地，「磷光體」涵盖「發光物(lumiphor)」、「波長轉換材料」、「發光材料」及「色彩位移元素」，且在本文中用於涵蓋發出螢光及/或發出磷光之此等材料及/或可為吸收具有一或多個吸收波長之光，且重新發射具有較長或較短波長之光之粒子。在LED裝置中包含磷光體材料可以多種方式完成，一種代表性方式為例如藉由摻合或塗佈程序而將磷光體材料添加至如本文中所討論之一清澈或透明囊封材料(例如，基於環氧樹脂、基於矽、基於玻璃或基於金屬氧化物之材料)。
    用詞「磷光體層」及「磷光體塗層」可在本文中替換使用以指包括一或多種磷光體或由一或多種磷光體組成之任何層或類似結構。在一態樣中，可提供複數個「磷光體層」，例如，複數種磷光體層之各者由一積層結構個別地表示。一層可與一基板上之另一層共面，例如，不同組合物但類似(或不同)厚度之兩種磷光體層可作為層而空間地配置於一基板上。
    如本文中所使用，表達「輻射耦合」指當光源正在發射光時由光源激發磷光體材料。例如，「輻射耦合」至一UV光源之一紅色磷光體將在從該UV光源接收光發射時被激發。
    如在本文中參考磷光體材料而使用之用詞「空間分離」涵蓋材料之體積之完全或部分實體分離，以及該材料從該光源在一個或多個維度(長度、寬度、高度)上之梯度。因此，用詞「空間分離」包含遠離光源之磷光體、磷光體層及擴散體。遠離在此內文中指從其間隔開及/或不在其上或不與其直接熱接觸。
    用詞「相關色溫」根據其熟知意義使用，以指色彩上最接近之黑體之溫度(以較好定義意義)(即，可由熟習此項技術者容易且精確地判定)。
    用詞「發光效率」如其習知地使用般在本文中使用，例如，光通量對功率之比率。取決於內容，功率可為源輸出之輻射通量，或其可為由該源消耗之總電功率。發光效率通常以流明/瓦特(lm/W)之單位表達，例如，對於輻射555 nm之單色光(綠色)，最大的人類晝間視覺(photopic)發光效率係683 lm/W。
    本文中使用之術語僅係出於描述特定實施例之目的，且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，除非內文另外清晰地指示，否則單數形式「一」、「一個」及「該」意欲亦包含複數形式。應進一步理解，當使用於本文中時，術語「包括」、「包含」指定存在所陳述之特徵部、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添加一個或多個其他特徵部、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。
    除非另外定義，否則本文中使用之所有術語(包含技術及科學術語)具有與一般技術者通常理解之本發明所屬之相同意義。應進一步理解，本文中使用之術語應解譯為具有與本說明書之內文及相關技術中其等之意義一致之意義，且除非在本文中明文如此定義，否則將不以理想化或過度正式之意義解譯。
    提供一固態照明器或照明裝置，其最終照亮及活化一擴散體內預定體積之磷光體，或施覆於該照明裝置之一擴散體上之一較薄或較稀遠端磷光體塗層。擴散體及遠端磷光體之組合提供每個裝置使用之磷光體之總量上之減少。使用體積減小或較薄層之遠端磷光體減少每個裝置使用之磷光體之量，此繼而減小該裝置之總生產成本。
    該擴散體可由任何適宜材料構造，諸如聚矽氧、聚酯、聚碳酸酯、聚芳酯、環烯烴共聚物(COC)及玻璃，以及其等之混合物。該擴散體結構可預形成，用磷光體塗佈於其表面上，使得該磷光體從該固態裝置空間分離。適宜材料包含有機聚合物。適宜透明有機聚合物包含聚矽氧、聚酯、聚胺基甲酸酯、聚丙烯酸(例如，聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯，在下文中稱為聚(甲基)丙烯酸酯)、聚芳酯、環烯烴共聚物、環氧樹脂、含氟聚合物及其等之組合。該擴散體可為在光譜之可見光區域中係透明或半透明的。適宜材料之實例包含聚二甲基矽氧烷、聚胺甲酸酯、聚丙烯酸酯、聚芳酯、環烯烴共聚物(COC)、玻璃、陶瓷，且其等之前軀體、衍生物、混合物等等可包括此等磷光體。
    擴散體結構可用具有磷光體之一可固化及/或熔融材料製造，在以組態有固態裝置或封裝之形狀及/或形式固化/冷卻該材料之前，磷光體與可固化及/或熔融材料分佈或散佈組合。聚碳酸酯包含Lexan®、Makrolon®(例如，Makrolon LED 2245)及Makroclear®。聚芳酯係一類型之芳香族聚酯。代表性聚芳酯包含例如來自Plastics International(美國明尼蘇達州(MN)Eden Prairie市)之ARDEL®、聚-4-羥基苯甲酸酯(亦稱為聚-p-羥基苯甲酸酯)及聚雙酚-A對苯二甲酸乙二醇酯。環烯烴共聚物(COC)包含例如APEL®，例如，來自Mitsui Chemical(Tokyo,Japan)之APL5514ML；TOPAS®，例如，來自Topas Advanced Polymers,Inc.,(Florance,KY)之TOPAS 5013。該擴散體可在其內表面/外表面之一者或兩者上被蝕刻或噴砂。
    該擴散體可例如從一光學材料製造，或包括一光學材料，其形成或經組態以形成至少部分圍繞該LED裝置之一球體或其他半球形狀。該擴散體亦可經組態以完全圍繞該LED裝置。
    根據本發明之不同擴散體可包括沿著內部表面及外部表面之任何方向之不同散射屬性。在一些實施例中，該擴散體可包括一透明材料(基板)，其包括一反射材料及在其內表面上具有不同散射屬性之一磷光體。其他組態可包括一透明球體，其內部表面及/或外部表面上具有反射材料及磷光體，及/或嵌入該擴散體內。至少部分取決於所使用之膜/黏合劑材料、反射材料之類型及/或磷光體，及該膜中之反射材料之密度、反射率及/或折射率，可使用具有相同或不同厚度之反射材料及磷光體之一個或多個膜。
    在磷光體與擴散體組合或磷光體係在擴散體中之實施例中，使裝置中所需之磷光體之總重量百分比減少，同時獲得可與磷光體直接塗佈於固態光源上之一實質上類似之習知固態照明裝置相媲美之一預定空間相關色溫(CCT)變動或角度色彩同質性。通常，一習知LED照明器中使用在黏合劑中約65重量百分比之磷光體。將磷光體分佈或散佈於擴散體中有效減少所使用之磷光體總量。例如，與具有直接用磷光體塗佈之固態光源之習知照明器形成對比，LED封裝中利用分佈至擴散體中之基本上所有磷光體。在此等習知裝置中，直接塗層光源不可避免地導致製造期間磷光體之一些損失或浪費，例如，使磷光體塗層出現於光源或其他位置之間。
    在一態樣中，該擴散體中之磷光體之量約為該黏合劑之30重量百分比。在另一態樣中，與磷光體直接塗佈於LED上之LED照明裝置相比較，取決於磷光體之性質，由本發明製備之裝置之磷光體的量可減少約5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%或更多。例如，黏合劑中約65重量百分比之典型磷光體裝載可減少至約30重量百分比或更少。可存在一或多種磷光體材料。
    在又另一態樣中，一反射材料可與一磷光體材料組合使用，與磷光體直接塗佈於固態光源上之實質上類似之習知固態照明裝置相比較，反射材料可與磷光體材料組合使用亦可減少獲得一預定空間相關色溫(CCT)變動或角度色彩同質性所需之磷光體之量。在此態樣中，在黏合劑中約65重量百分比之典型磷光體裝載可減少至約30重量百分比或更少，其中用一反射材料替代磷光體之一部分(5至60重量百分比)。因此，反射材料可以磷光體之約5重量百分比至磷光體之約60重量百分比之量存在。此例如提供一擴散體，其包括以約25重量百分比至約60重量百分比存在之磷光體，及以磷光體之約5重量百分比至磷光體之約60重量百分比存在之反射材料。相比之下，一習知LED磷光體塗佈程序(例如，濺鍍、CVD、旋塗等等)不可避免地導致每個裝置利用較大量磷光體，以及在製造該裝置中使用之磷光體之量，但是其在最終LED封裝中不存在(損失)，因此導致每封裝成本更高。因此，本發明提供一種製造方法，其有利於使用更昂貴之磷光體(諸如紅色磷光體)生產照明裝置，其允許更具成本效率之製造，同時在封裝中維持可接受的空間相關色溫(CCT)變動及/或角度色彩同質性。
    在磷光體塗佈於擴散體上之實施例中，該磷光體塗層可具有在10微米至100微米之範圍內之厚度(個別層或多層之總計)，而在其他實施例中其可具有在40微米至50微米範圍內之厚度。在某些態樣中，當前揭示之方法提供控制厚度之磷光體，其中磷光體以約一預定厚度(例如30微米至40微米)沈積於該擴散體之內表面及外表面之一者或兩者上，控制厚度變動(沈積前或沈積後)為+/- 10%、+/- 5%或+/- 1%。LED元件與包括磷光體之擴散體(磷光體在擴散體內或塗佈於擴散體上)上之最遠端點之間之通常距離可為介於0.1毫米與80毫米之間，或更長。可在磷光體塗佈之前蝕刻或噴砂該擴散體之外表面及/或內表面。
    在一些實施例中，透明球體可具有範圍從0.1微米至1000微米之厚度之反射材料及磷光體之膜，該膜在該球體之內部及/或外部上，以便用作擴散體。例如，透明球體可使用基於纖維素之黏合劑而組態，膜厚度範圍從0.1微米至100微米，該膜在該球體之內部及/或外部上。在還有其他實施例中，該擴散體可包括在基於甲基聚矽氧之黏合劑中的反射材料及磷光體之一個或多個膜之一透明球體，該等膜在該球體之內部及/或外部上。此等實施例中之膜厚度範圍可從0.1微米至700微米，且可包括相同或不同材料之粒子之一或多種反射材料。該等膜之厚度可大於上文所述，且可利用不同黏合劑、磷光體及粒子材料。
    在一些實施例中，磷光體可作為一層提供於具有不同預定濃度之黏合劑中，或在適宜於在擴散體上塗佈或形成擴散體之黏合劑中裝載磷光體(例如，擴散體前軀體材料)。例示性黏合劑材料可為有機聚合物，諸如乙基纖維素、硝化纖維素或聚(乙烯氧化物)或一無機聚合體系，諸如聚矽氧、聚矽酸乙酯、環氧樹脂、玻璃、無機玻璃、陶瓷、電介質、BCB、聚醯亞胺、聚合體及其等之混合，較佳材料為聚矽氧，此係因為聚矽氧在高功率LED中之高透明度及可靠性。適宜之基於苯基及甲基之聚矽氧可從Dow® Chemical購得。在還有其他實施例中，該黏合劑可包括琺瑯質。可取決於不同因素(諸如所使用之黏合劑類型)而使用許多不同固化方法固化黏合劑。不同固化方法包含但不限於加熱、紫外線(UV)、紅外線(IR)或空氣固化。可使用各種方法以施覆一層或多層相同或不同磷光體材料。可使用已知技術(諸如CVD、濺鍍及/或遮罩程序)將不同磷光體材料施覆於擴散體之不同區域中或擴散體上。其他實施例可包括在一膜材料中均勻及/或不均勻分佈磷光體，諸如將不同磷光體層厚度及/或不同磷光體材料濃度空間配置於安置於擴散體上之膜材料中。
    可使用不同程序將磷光體材料施覆於擴散體上，包含但不限於旋塗、濺鍍、印刷、粉末塗佈、電泳沈積(EPD)、靜電沈積等等。可連同黏合劑材料一起施覆磷光體材料，但應理解，黏合劑並非是必需的。在還有其他實施例中，以一層或多層之形式之磷光體材料可分開製造，且接著安裝及/或黏附至LED基板、形成之光學媒介及/或擴散體。例示性塗佈程序揭示於2011年2月24日申請之共同讓渡之美國專利第13/034,501號中，該案以引用之方式併入本文中。
    在一實施例中，一磷光體材料-黏合劑混合物可噴塗或散佈於一擴散體或光學媒介上，該黏合劑接著經固化以形成磷光體層。在上文之任何程序中，一或多種反射材料可經組合或添加至該磷光體，以包含於擴散體中，或塗佈於擴散體上。
    擴散體除包括磷光體之外，亦可包括散射及/或反射材料及相關載體，諸如一玻璃外殼，且可用於散射或重新引導由光源及/或磷光體載體發射之至少一些光，以提供所要光束輪廓。擴散體之屬性(諸如幾何形狀)、散射層之散射屬性、表面粗糙度或平滑度及該散射層屬性之空間分佈可用於依據觀看角來控制各種燈屬性，諸如色彩均勻度及光強度分佈。在本發明中，此等屬性連同遠端空間分離之磷光體之組合提供於製造具有減少磷光體(例如，紅色磷光體)量之燈。
    反射材料可從擴散體-磷光體結構分離，例如，反射材料可分佈或散佈於LED裝置與擴散體-磷光體之間之光學媒介中。在一較佳態樣中，反射材料從該擴散體-磷光體結構分離，且分佈或散佈於LED裝置與包括磷光體之擴散體之間之光學媒介中，以由於該光學媒介提供之大散射體積，而與擴散體厚度體積相比較之變動最小化空間CCT變動。在此態樣中，從擴散體分離及在光學媒介中之反射材料之重量百分比可為介於0.001%與約1%之間，或約0.01%與約0.1%。隨著光學媒介中具有反射材料，進一步減少該擴散體中之特定磷光體係可能的，其中反射材料之量使空間CCT變動及發光效率損失降到最小。
    反射材料之實例包含二氧化鈦、氧化鋅、硫化鋅、硫酸鋇、氮化硼、雲母、二氧化矽、氧化鋁、沸石、碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鋇、氧化鋅、氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、雲母、蒙脫石黏土、碳粒子、玻璃粒子、碳奈米管及其等之混合物。反射材料可與磷光體共同沈積以提供塗層。在一態樣中，使用二氧化鈦及氧化鋁之至少一者作為反射材料。該反射材料可層壓在磷光體塗層上及/或介於在擴散體之內側/外側之一者或兩者上之磷光體塗層之間。或者，可藉由擴散體之厚度分離該反射材料，例如，內表面上之反射材料，外表面上之磷光體，或反之亦然。所使用之反射材料之量可為磷光體之約1重量百分比至約60重量百分比，或磷光體之約2重量百分比至約50重量百分比。可取決於磷光體及LED組合之性質而使用更大重量百分比之反射材料與磷光體。
    在一態樣中，與具有一遠端磷光體塗層之一LED照明裝置相比較，擴散體上或擴散體中之反射材料及磷光體之組合可取決於磷光體之性質而將所使用之磷光體之量減少約5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%或更多。在另一態樣中，具有一擴散體(其包括以磷光體之約1重量百分比至重量百分比而存在之反射材料)之一空間分離之磷光體LED照明裝置提供極佳色彩均勻度，及基本上90%或更好效率，減少約5重量百分比至60重量百分比之磷光體。
    可以粒子形式使用之不同尺寸之磷光體材料(及/或反射材料)包含但不限於奈米粒子或平均粒子尺寸範圍在10奈米(nm)至30微米(μm)或更大之粒子。較小尺寸之粒子通常比較大尺寸粒子更佳地散射且混合色彩，以提供更均勻之光。與較小粒子相比較，較大粒子通常在轉換光上更有效率，但發射較不均勻的光。可利用具有約0.25微米至約10微米、約0.3微米至約7微米或約0.5微米至約5微米之平均粒子尺寸之反射材料。
    可使用任何固態照明源。出於說明本發明之實施例之目的，舉例使用LED固態裝置。在一例示性實施例中，光源包括輻射耦合至基於YAG或基於TAG之黃色磷光體之AlGaN及AlGaInN紫外線LED晶片，及/或基於第III族氮化物之藍色LED晶片(諸如，基於GaN之藍色LED晶片)連同輻射耦合之基於YAG或基於TAG之黃色磷光體一起使用。在此情況中，磷光體由從紫外線/藍色LED晶片發射之UV及藍光兩者激發，且接著黃光可連同雜散藍光混合在一起，提供一預定CCT及/或CRI。
    另外舉例而言，光源包括具有紅色、綠色及橙色磷光體之組合或混合物之基於第III族氮化物之藍色LED晶片及/或基於第III族氮化物之紫外線LED晶片之LED。在此情況中，多磷光體材料由從該紫外線/藍色LED晶片發射之UV及藍光兩者激發，且接著紅光、綠光、橙光之混合物可連同雜散藍光一起混合在一起，提供一預定CCT值。照明裝置之CCT值可藉由調整至紫外線LED之電流而改變，藉此改變至磷光體之相對UV光強度，以提供第二或額外的CCT值。LED及磷光體之其他組合可用於實踐本發明。
    在一態樣中，本發明照明裝置包含濾光器，以減小或消除從該裝置放射之IR及UV光，以避免或防止損害精緻展示品及/或表面。此等濾光器可提供於圓頂或囊封材料上或圓頂或囊封材料中，或可經組態為在裝置之外部。UV濾光器可包含L37及/或L39濾光器，或該等材料包括L37及/或L39濾光器，其中L37濾光器有效地移除具有短於370 nm之波長之雜散紫外光，其中L39濾光器消除具有短於390 nm之波長之雜散光，同時兩個濾光器透射可見光。IR濾光器可包含對可見光波長透明且阻擋基本上電磁光譜之全部紅外線區域之材料及塗層。可使用UV/IR濾光器之組合，以及可見光「帶通」濾光器。磷光體材料可包含於該等UV/IR濾光器中或該等UV/IR濾光器上。
    現將參考附圖在下文中更完全地描述本發明之實施例，附圖中展示本發明之實施例。然而本發明可以許多不同形式體現，且不應解譯為限制於本文中闡明之實施例。相反，提供此等實施例使得本發明將是更詳盡及完整的，且將本發明之範疇完全轉達給熟習此項技術者。相似數字貫穿本文指相似元件。
    圖1展示一習知單片LED封裝60，其包括連同具有繞一基台(submount)64之周界之一球體形狀66之光學媒介61安裝於基台64之表面上之複數個LED晶片62。LED晶片62展示為被塗佈有一或多種磷光體65。該光學媒介61可為空氣及/或與光學媒介61相比較在折射率上具有適當差異之一物質。該等晶片62上存在之磷光體通常從任何或所有點以所有方向發射光。取決於觀看者之位置，離開該球體66且由一觀看者觀看到之光可基本上為由該磷光體發射之所有光，或該光之一部分。一般不期望具有此效應。
    圖2提供根據本發明之輻射耦合至與一擴散體63相關聯之LED之空間分離之磷光體之一例示性配置。因此，描繪單片LED封裝70，其包括連同擴散體63安裝於一基台64之表面上之複數個LED晶片62，擴散體63具有內表面63a及外表面63b，擴散體63包括繞基台64之周界之磷光體65。在其他實施例中，該等LED晶片可安裝於一非平面基板或基台上。至少一些LED晶片62在一串聯電路中互連。該等LED晶片62可安裝於基台64之一實質上平面表面上，且除擴散體63外亦配置於複數個球體光學元件之下。擴散體63具有比外表面63更接近於LED晶片62之內表面63a。使用以此等組態之具有空間分離之磷光體65的擴散體63允許LED封裝70之空間相關色溫(CCT)變動及/或角度色彩同質性上之均勻度。包括磷光體之擴散體63可進一步包括如下文討論之反射材料。光學媒介61可為單獨的且從擴散體63間隔開，及/或可單獨形成或由擴散體63囊封。
    應理解，根據本發明之LED組件可使用整合基台面板或包括複數個基台之晶圓之方法而製造。基台64之各者可與其自身LED陣列及球體光學元件而形成，使得可跨基台面板形成多個LED晶片62。可接著從該基台面板單粒化多個LED晶片62。每個基台64亦可包括更複雜元件組合，諸如安裝於基台之一平面表面上之複數個「基台」總成。該等基台總成可具有不同功能，諸如對於各種LED晶片提供靜電放電(ESD)保護。LED封裝70中之基台64之尺寸可取決於某些因數而變化，諸如LED之尺寸及數目。應理解，基台64可具有基本上任何形狀，諸如圓形、橢圓形、矩形、六邊形或其他多邊形。在另一實施例中，亦可提供單個LED元件發光體封裝。該LED裝置可組態為覆晶LED封裝。
    應理解，如本文中揭示及描述之陣列中之LED晶片可配置為一個或多個多晶片LED燈，如標題為「Multi-Chip Light Emitting Device for Providing High-CRI Warm White Light and Light Fixtures Including the Same」之美國專利公開案第2007/0223219號中描述，該案之揭示內容以引用之方式併入本文中。
    圖3提供根據本發明之各種實施例之磷光體-擴散體之替代配置。因此，單片LED封裝80描繪為包括連同繞基台64之周界之擴散體63安裝於基台64之表面上之複數個LED晶片62。用磷光體65塗佈擴散體63之內表面上。磷光體65可與反射材料(未作圖式)組合，或該反射材料可存在於光學媒介61中，或塗佈於基板64上。
    圖4提供根據本發明之各種實施例之磷光體-擴散體之一替代配置。因此，單片LED封裝90描繪為包括連同繞基台64之周界之擴散體63安裝於基台64之表面上之複數個LED晶片62。用磷光體65塗佈於擴散體63內表面上，且用額外磷光體69塗佈於擴散體63外表面上。磷光體65、69可為相同或不同的。例如，如圖6中所示，可繞該擴散體而組態一個或多個球體，以調整照明裝置之發光強度及/或CRI。在此態樣中，額外磷光體可塗佈於擴散體之外側側上，即，面朝額外球體之側，在擴散體上形成一層磷光體或磷光體殼。
    圖5提供根據本發明之各種實施例之磷光體-擴散體之一替代配置。因此，單片LED封裝100描繪為包括連同擴散體67安裝於基台64之表面上之複數個LED晶片62，擴散體67具有內表面63a及包括磷光體65之外表面63b。光學媒介61中之反射材料57提供增大之發光強度。
    在根據本發明之一例示性實施例中，該等LED晶片62經組態以提供所得光，例如，冷白或暖白(或其他色彩)。例如，LED晶片62可具有發射藍色波長光譜中之光之LED，且磷光體吸收一些藍光且重新發射黃光，LED晶片62發射藍光及黃光之白光組合。在一實施例中，磷光體包括市售之YAG：Ce，雖然使用由基於(Gd,Y)3(Al,Ga)5O12：Ce系統(諸如Y3Al5O12：Ce(YAG))之磷光體製成之轉換粒子，全範圍之寬黃色光譜發射係可能的。可用於發射白色之LED晶片之其他黃色磷光體包含例如：Tb3-xRExO12：Ce(TAG)；RE=Y、Gd、La、Lu；或Sf2-x-yBaxCaySiO4：Eu。
    適合於此等結構之一些磷光體可包括例如：紅色Lu2O3：Eu3+(Sr2-xLax)(Ce1-xEux)O4 Sr2Ce1-xEuxO4 Sr2-xEuxCeO4 SrTiO3：Pr3+、Ga3+CaAlSiN3：Eu2+ Sr2Si5N8：Eu2+以及SrxCal-xS：Eu,Y(Y=鹵化物)；CaSiAlN3：Eu：及/或Sr2-yCaySiO4：Eu。其他磷光體可用於藉由將實質上所有光轉換為一特定色彩而建立彩色發射。例如，下述磷光體可用於產生綠光：SrGa2S4：Eu；Sr2-yBaySiO4：Eu；或SrSi2O2N2：Eu。儘管可使用其他磷光體，然而下文列出一些額外適宜之磷光體，例如在一層或多層中作為粒子。一或多種此等磷光體展現由藍色及/或UV LED之激發，具有有效率光轉換，且具有可接受的斯托克斯位移(Stokes shift)。

    舉例而言，下文之磷光體之各者展現UV發射光譜中之激發，提供所要峰值發射，具有有效率光轉換，且具有可接受之斯托克斯位移，例如：黃色/綠色：(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4：Eu2+Ba2(Mg,Zn)Si2O7：Eu2+Gd0.46Sr0.31Al1.23OxF1.38：Eu2+ 0.06(Ba1-x-ySrxCay)SiO4：Eu Ba2SiO4：Eu2+。
    該照明裝置可包括配置有一或多種磷光體之固態光源，以便提供藍移黃色(BSY)、藍移綠色(BSG)、藍移紅色(BSR)、綠移紅色(GSR)及青移紅色(CSR)光之至少一者。因此，例如，具有輻射耦合至其且吸收一些藍光及發射黃光之發射黃色之磷光體之一藍色LED提供具有BSY光之裝置。同樣，具有輻射耦合至其且吸收一些藍光及發射綠光或紅光之發射綠色或紅色之磷光體之一藍色LED分別提供具有BSG或BSR光之裝置。具有輻射耦合至其且吸收一些綠光及發射紅光之發射紅色之磷光體之一綠色LED提供具有GSR光之裝置。例示性GSR LED-磷光體組合揭示於2011年4月11日申請之共同讓渡之美國申請案第61/474,069號中，該案以引用之方式併入本文中。同樣，具有輻射耦合至其且吸收一些青光及發射紅光之發射紅色之磷光體之一青色LED提供具有CSR光之裝置。
    舉例而言，可選擇複數種不同磷光體材料，及/或在擴散體上或擴散體內預定其等之組合物、濃度、厚度及/或空間配置，使得磷光體遠離LED元件而定位。以此方式，具有遠端定位之磷光體之擴散體可更均勻及重複地將LED光轉換為由分配至激發磷光體之特定LED元件之功率所決定之不同波長之磷光體發射的光的集合。此組態亦允許相對於用磷光體塗佈之LED元件而減少一LED封裝中使用之磷光體之總體積及/或量。
    因此，例如，當期望增加LED封裝中色彩暖度時，可使用一個或多個發射紅色之磷光體，例如摻雜Eu+2之氮化物或硫化物，然而，成本與使用總量成比例增加。取決於LED及特定色彩的光、CRI、發光效率或所要之CCT值，可使用其他適宜空間分離之磷光體-擴散體組態。
    還有其他實施例可包括具有發射激發至少一磷光體之不同波長的複數個LED之不同LED晶片。例如，輻射耦合至一或多種磷光體發射體之一短波長發射體，發射紫外線之一LED可用作該LED。同樣，在相同照明裝置中，可配置輻射耦合至該一個或多個磷光體發射體(其等亦輻射耦合至紫外線LED)之發射藍光之LED。
    磷光體可空間配置於可以一球體形狀組態之擴散體上或擴散體中，球體可含有或涵蓋光學媒介61，包含空氣。磷光體可以一單一層或以複數個層、或各種厚度及/或組合物及/或濃度之體積而配置。磷光體層之厚度可在整個該層中變化、或層之離散部分中變化，及/或沿著層之厚度或長度方向呈梯度變化。磷光體之厚度及磷光體濃度與組合物可使用習知印刷及/或微影技術及/或與此項技術中已知之噴塗沈積/遮罩/顯影/蝕刻或拋光技術組合而達成。將磷光體材料直接塗佈至一預定厚度將提供與所塗佈之厚度相當之濃度。具有磷光體材料在擴散體中或擴散體上之一個或多個膜可用於提供預定厚度、濃度及/或組合物。可至少部分取決於磷光體材料之預定濃度及由複數個層轉換之光的所要量，該一個或多個膜具有不同厚度。層中之磷光體材料之預定濃度或該等層中之總量包含約30重量百分比至小於約65重量百分比之範圍。此等量小於具有直接塗佈於固態光源上之磷光體之類似照明裝置之所需，且因此對於製造當前揭示之裝置提供成本節省。提供當前揭示之裝置中使用減少量之磷光體，而無顯著損失照明裝置之空間相關色溫(CCT)變動或角度色彩同質性。在一實施例中，磷光體材料濃度小於65重量百分比。
    根據本發明之一態樣，可以每裝置約30重量百分比至小於60重量百分比之總濃度位準(磷光體裝載)施覆複數個層。在一實施例中，磷光體材料具有不同預定區域(空間配置)，該等不同預定區域具有不同預定組合物之磷光體材料及/或不同預定濃度之磷光體材料。
    圖6至圖8展示根據本發明之一燈170之一實施例，燈170具有一散熱器結構172、光學腔174、光源176、本體部分162及一螺紋部分180。此等特徵部可由此項技術中已知之材料及方法製成。內擴散體182包括預定組合物、濃度、厚度之磷光體，或空間配置於擴散體182內或擴散體182上。取決於實施例，該擴散體182包括在一內表面、外表面上及/或嵌入內部之一或多個磷光體層175。在此實施例中，該擴散體182在(例如，安裝至)該散熱器結構172上，且熱耦合或連接至該散熱器結構172。在其他實施例中，一電絕緣元件(未作圖式)可介於該散熱器結構與該擴散體182之間，且可藉由電絕緣元件保持擴散體182。該電絕緣元件可包含該光源176(例如，LED)上之開口，以允許光透過，同時覆蓋該散熱器結構172以保護其免於電擊。在一些實施例中，該電絕緣元件亦可用作一反射器。在此實施例中，擴散體182定位於光源176與一外部圓頂178之間。擴散體182經組態為實質上半球形，以便提供一球體或球形，且固態光發射體經配置使得來自光源之光被輻射耦合至該擴散體182中或該擴散體182上之磷光體，此處來自該光源之至少一些光被轉換。外部圓頂178涵蓋擴散體182。外部圓頂178亦可用作一第二擴散體。外部圓頂178可為清澈、透明或半透明材料。可利用擴散體182之外表面上之磷光體塗層(面對外部圓頂178)，如圖4中所描繪，以及可利用外部圓頂178之內表面上之磷光體塗層(面對擴散體182)。
    包括磷光體之擴散體182提供在擴散體182與該光源176之間之一空間分離。在一態樣中，光源176並不安裝於形成光學腔之散熱器中之一凹陷中。取而代之，在此實施例中，光源176安裝於散熱器結構172之頂表面上，光學腔174由擴散體182與散熱器結構172之頂部之間空間形成。此配置可允許從該光學腔174之較少朗伯(Lambertian)發射，此係因為沒有光學腔側表面阻擋及重新引導側面發射。
    在另一實施例中，圖9展示根據本發明之另一實施例之燈200之一側視圖。燈200可為全方向的。圖9作為部分截面圖展示。在圖9之情況中，具有模組240及242之一LED總成已與該燈之電源供應器部分204互連。該燈之電源供應器部分204包含由電路組成之一電源供應器，以對該LED總成提供直流電。舉例而言，圖9中展示之一LED燈之特定電源供應器部分包含一愛迪生(Edison)基座206。該愛迪生基座可與一愛迪生插座嚙合，使得此實例之LED燈200可代替一標準白熾燈。愛迪生基座之電終端連接至電源供應器，以提供AC電力給該電源供應器。LED總成可包含安裝於一載體上(諸如電路板212或其他基板/基台)之多個LED模組，LED總成對該等LED提供機械支撐及電連接兩者。提供散熱器217及熱隔離裝置230。該散熱器設計可變化，例如，該散熱器可具有更多延伸彎曲翼片，更多或更少翼片等等。可提供具有更多裝飾外觀之一散熱器。
    仍然參考圖9，LED總成可包括(例如)九個LED封裝或LED模組，其中一LED晶片連同一透鏡及引線囊封於一封裝內。透鏡可具有擴散屬性，且透鏡中或透鏡上可具有磷光體。每個LED模組安裝於電路板212中。該等LED模組包含可操作以發射兩個不同色彩之光之LED。LED總成可包括(例如)九個LED封裝或LED模組，其中一LED晶片連同一透鏡(及/或擴散體)及引線囊封於一封裝內。
    展示圖9的燈200具有單個擴散體250，磷光體252塗佈於擴散體250之內表面上。在此特定實施例中，與減少量之磷光體252組合之擴散體250提供色彩混合，使得在從該燈發射之光圖案中不出現色彩熱點。擴散體250之外部表面可被磨砂、塗漆、蝕刻、粗糙化，可具有模製圖案，或可以許多其他方式處理，以對該燈提供色彩混合。擴散體250可由玻璃、塑膠或如上文所揭示之使光通過之某其他材料製成。磷光體252描繪為在擴散體250之內部表面(例如，面對該LED總成之表面)上或內部表面中，但可併於於該擴散體中，或其等之組合。額外圓頂結構可添加至燈200，如圖6至圖8。色彩混合處理給予外殼一特定的透射對反射比，此係因為一些光需要被反射，且從該擴散體之一部分反射之光可最終在外殼之一些其他部分從燈出去。圖9所繪示之實施例中之擴散體250包含一實質上透明之區段260。透明區段260經安置與反射表面支撐件244對置，且允許從磷光體252反射的一些光相對未受阻止地離開該燈。「實質上透明」意指對於照射到於區段260上之光，被反射之光多於被透射之光。此一區段可用常規製造方法儘可能適度地透明，使得其對眼睛呈現透明，或其可對於眼睛呈現半透明，儘管事實上其透射對反射比不同於外殼之剩餘部分。
    可用黏著劑或任何各種緊扣機構將該LED總成緊扣至支撐件。在此實例中支撐件244安裝於基架上、安置於LED總成202與電源供應器之間。在此實例實施例中支撐件244係一薄反射表面，其用於增強燈200之光輸出及光分佈，但其可為圓錐的。該反射表面之表面可藉由設定角度、透過改變LED總成或基部之高度及尺寸及形狀而調整，及藉由表面處理以調整外表面之反射率。電線248行進通過燈200之反射表面內之空隙及並且使LED模組240及242與電源供應器互連。
    照明裝置之基台可由許多不同材料形成，較佳材料為電絕緣的，諸如介電元件，該基台在LED陣列與組件背側之間。基台可包括陶瓷，諸如氧化鋁、氮化鋁、碳化矽或聚合材料或複合物，諸如聚醯亞胺、聚酯等等。在較佳之實施例中，介電材料具有較高熱導率，諸如用氮化鋁及碳化矽。
    當來自光源之光被磷光體材料吸收時，其以各向同性方向重新發射，約50%之光向前發射，且50%向後發射朝向LED。在具有保形磷光體層之先前LED中，向後發射之光之大部分可被引導回至LED，且其逸出之可能性被LED結構之提取效率限制。對於一些LED，提取效率可為約70%，故可能損失從轉換材料引導回至該LED中之某一百分比之光。在上文之實施例之其他態樣中，基台64亦可包括額外之高度反射材料，諸如反射陶瓷或金屬層或圓錐形之銀，以增強從組件之光提取。
    在其他實施例中，該基台64可包括一印刷電路板(PCB)、氧化鋁、藍寶石或矽或任何其他適宜材料，諸如可從美國明尼蘇達州(Minn)Chanhassen市Bergquist Company of Chanhassen,Minn購得之T包層熱包層絕緣基板材料。對於PCB的實施例，可使用不同PCB類型，諸如標準FR-4 PCB、金屬芯PCB或任何其他類型之印刷電路板。
    應理解，根據本發明之LED組件可使用併入基台面板或包括複數個基台之晶圓之方法而製造。該等基台64之各者可連同其自身之LED陣列及球體光學元件形成，使得多個LED晶片62可跨該基台面板而形成，如下文所討論。多個LED晶片62可接著從該基台面板單粒化。每個基台64亦可包括更複雜之元件組合，諸如安裝於基台之一平面表面上之複數個「基台」總成。基台總成可具有不同功能，諸如對於各種LED晶片提供靜電放電(ESD)保護。
    為評估根據本發明而製造之LED封裝之光學屬性，該封裝可安裝於(例如)一金屬芯印刷電路板(MC PCB)上，而可(例如)使用習知LED測試設備判定以350 mA之光通量及CCT。可在LED測試設備中從-90度至90度以1度的間隔從略微小於約-90度至約90度而判定發光強度及CCT，以提供在空間CCT之最大值與最小值之間的空間CCT變動或差異，作為角度色彩同質性之指示項。
    可使用不同程序將僅磷光體層或包括黏合劑及/或反射材料之磷光體層施覆至擴散體表面，包含但不限於噴塗、浸泡(浸漬)、旋塗、濺鍍、印刷、粉末塗佈、電泳沈積(EPD)、靜電沈積等等。應理解，不需要黏合劑。在還有其他實施例中，磷光體層可被單獨製造，且接著安裝或施覆於擴散體上。
    在一實例中，可在一擴散體之一個或多個表面上噴塗或散佈一磷光體-黏合劑混合物，該黏合劑接著被固化以形成一磷光體層。應理解，一磷光體-反射材料-黏合劑混合物可被噴塗或散佈於一透明球體之一個或多個表面上，該黏合劑接著被固化以對該擴散體提供一磷光體層。該磷光體-黏合劑混合物可被噴塗、灌注或散佈於一加熱擴散體上方或上(其可關於實質上垂直於灌注或噴塗之一軸旋轉)，使得當該磷光體黏合劑混合物接觸該擴散體時，熱從該擴散體傳播至黏合劑中，且固化該黏合劑。此等程序亦可使一溶劑包含在該磷光體-黏合劑混合物中，該溶劑可使該混合物液化及降低該混合物之黏度，使該混合物更適應噴塗或灌注。可使用許多不同溶劑，包含但不限於甲苯、苯、二甲苯(zylene)或可從Dow Corning®購得之OS-20，且可使用不同濃度之溶劑。當該溶劑-磷光體-黏合劑混合物被噴塗或散佈於加熱之擴散體上時，來自該擴散體之熱使溶劑蒸發，該擴散體之溫度部分控制溶劑多快被蒸發。該擴散體之溫度之適宜範圍可配置於約90℃至約150℃之間，但應理解，亦可使用其他溫度。
    僅磷光體或包括黏合劑及/或反射材料之磷光體可沈積於三維形狀之擴散體上，此可能需要額外步驟或其他程序以提供必要覆蓋。例如，提供適宜於噴塗之一溶劑-磷光體-黏合劑混合物，且該擴散體如上文所述般加熱，可使用多個噴嘴以對該擴散體提供所要覆蓋，諸如近似均勻之覆蓋，或非均勻覆蓋(例如，條帶狀)。在其他實施例中，可使用較少噴嘴，同時旋轉該擴散體，以提供所要覆蓋。
    在還有其他實施例中，該磷光體層可透過一浸現(emersion)程序形成，藉此該磷光體層可形成於該擴散體之內表面或外表面上。該擴散體可至少部分用黏附至該擴散體之表面之一磷光體混合物予以填充或以其他方式與磷光體混合物接觸。該混合物可接著從該擴散體排出，在表面上留下一層磷光體混合物，其可接著被固化。在一實施例中，該混合物可包括聚氧化乙烯(PEO)及一磷光體及反射材料。該擴散體可被填充(或浸漬)，且接著排出或移除，留下一層PEO-磷光體-反射材料混合物，其可接著被固化。在一些實施例中，可施覆一黏合劑以進一步固定該磷光體層，而在其他實施例中，可使用該磷光體而無需黏合劑。可利用此等程序用於塗佈三維擴散體，以便施覆可具有相同或不同磷光體材料之多個磷光體層。一或多個磷光體層亦可施覆於該擴散體之內部及外部兩者上，及/或可具有在擴散體之不同區域中具有不同厚度之不同磷光體。在還有其他實施例中，可使用不同程序，諸如用可經熱形成至一擴散體或一透明球體上之一片磷光體或磷光體-反射材料塗佈該擴散體。
    如上文所提及，磷光體或磷光體反射材料之一個或多個帶或區域可組態於該擴散體上。可使用可包含多個部分塗層之磷光體或磷光體-反射材料之非均勻塗層。可例如藉由下列方式製備部分塗層：將一塗層沈積於接近該擴散體之中間，諸如以約45°至105°之觀看角範圍內，且可接著將一第二塗層沈積於該擴散體圓頂之頂部，以覆蓋0°至約45°之觀看角。此等組合塗層可經組態以阻擋或削弱在約0°與約105°之間之角度之大部分光子，允許更多光以更大角度行進通過該擴散體圓頂。塗層之此等非均勻組態可對於達成ENERGY STAR®標準之燈提供發射強度分佈。可利用不同擴散體帶配置以產生預定所要之燈發射特性。
    圖11A至圖11F展示根據本發明之具有以不同方式配置之不同擴散體層之擴散體圓頂之不同實施例。其等配置僅作為實例提供，且應理解，可提供許多不同配置。
    圖11A展示一擴散體圓頂630，擴散體圓頂630具有：包括磷光體及選用黏合劑之一均勻外部擴散體塗層632；及在該均勻塗層632上之一外部部分塗層634(其可為相同組合物或不同組合物之磷光體及/或反射材料之塗層)。應理解，塗層634可包括磷光體及/或反射材料及/或黏合劑，即使擴散體圓頂630可用於擴散光。該部分塗層634可使用上文討論之任何不同方法施覆，諸如藉由噴塗或浸漬塗佈。圖11B展示具有可使用上文所討論之任何不同方法(諸如噴塗或浸漬塗佈)施覆之一均勻內部塗層642及一部分外部塗層644的一擴散體圓頂640。圖11C展示具有一均勻外部塗層652及一部分內部塗層654之一擴散體圓頂650。圖11D展示具有一均勻內部塗層662及變化厚度之一部分內部塗層664之一擴散體圓頂660。圖11E展示一清澈或透明圓頂670，其具有變化厚度之磷光體及反射材料之一部分內部塗層672，使得透明圓頂670擴散光。圖11F亦展示一清澈或透明圓頂680，其具有磷光體及反射材料之多個內部塗層682、684。圖11A至圖11F中描繪之所有或一些塗層可具有變化厚度及/或變化組合物之磷光體及/或反射材料及/或黏合劑。
    儘管一些上文之討論係關於改變擴散體圓頂之區域中塗層之特性，然而應理解，遠端磷光體可具有不同濃度、不同相對體積及不同組合物之一或多種磷光體之區域。此等組態及特性可幫助產生所要發射輪廓，以及照明器之所要光特性。例如，照明器可具有在圓頂之頂部或圍繞圓頂之頂部之增加量(厚度/濃度/體積)之一或多種磷光體，雖然其他區域中亦可增加。 實例
    使用類似於燈200之一燈(其包括複數個發射UV之LED，及以65重量百分比裝載(剩餘為黏合劑)之空間分離之摻雜Ce的YAG磷光體(例如，美國加州(CA)Fremont市Intematix公司之NYAG-04))其作為控制，且將效率正規化至100%。藉由用具有減少磷光體裝載之不同裝載之反射材料噴塗而製備額外樣品。於表1中概述正規化效率相對於隨反射材料組合物、尺寸及裝載變化之控制及色彩均勻度(dv'u')的結果。

    表1之資料證實與空間分離之磷光體組合之添加至該擴散體之反射材料可以降低磷光體總裝載而提供具高效率之極佳色彩均勻度。因此，因為反射材料比磷光體成本更低，故可減少所使用之磷光體的量，且因此減少裝置之總成本。此外，從光源遠端定位之反射材料之高折射率及小粒子尺寸由於缺乏大角度之藍光而提供具有最小化色差色彩均勻度(du'v')之向後散射。表1之資料亦證實Al2O3之裝載可隨最小化色差色彩均勻度(du'v')且在無效率損失之下增加。
    參考圖10，以一色度圖呈現來自表1中概述之燈的測試資料。代表性的資料點A、B及C分別對應於實例1、10及4。資料點B表示高效率之低磷光體裝載(30%)，其具有以5重量百分比磷光體之最小du'v'，包括0.5微米平均尺寸之二氧化鈦。資料點C表示98.7%正規化之效率之低磷光體裝載(30%)，其具有以15重量百分比磷光體之最小du'v'，包括0.5微米平均尺寸之氧化鋁。表1之剩餘資料點呈現於圖10上，接近資料點A及點C。
    應理解，包含如本文中所揭示及描述之球體光學元件之陣列中之LED晶片可配置為一或多個多晶片LED燈，如標題為「Multi-Chip Light Emitting Device for Providing High-CRI Warm White Light and Light Fixtures Including the Same」之美國專利公開案第2007/0223219號中所描述，該案之揭示內容以引用之方式併入本文中。在其他實施例中，亦可提供單個LED元件發光體封裝。該LED裝置可組態為覆晶LED封裝。
    當前揭示之照明源及裝置可一般應用於多種現存照明封裝，例如，由Cree,Inc.製造之X燈產品，XM-L、ML-B、ML-E、MP-L EasyWhite、MX-3、MX-6、XP-G、XP-E、XP-C、MC-E、XR-E、XR-C及XR LED封裝。本發明之優點可應用於許多照明應用，例如商業/零售顯示聚光燈、LED改型燈泡及其他室內及戶外通用照明應用。
    上文已一般地且參考特定實施例兩者而描述。雖然本發明已闡明被認為是較佳的實施例，但是在通用揭示內可選擇熟習此項技術者已知之多種替代。本發明之其他優點及顯然的修改將對於技術者從上文之描述且進一步透過實踐本發明而顯而易見。
    57‧‧‧反射材料
    60‧‧‧單片發光二極體封裝
    61‧‧‧光學媒介
    62‧‧‧發光二極體晶片
    63‧‧‧擴散體
    63a‧‧‧內表面
    63b‧‧‧外表面
    64‧‧‧基台
    65‧‧‧磷光體
    66‧‧‧球體
    69‧‧‧磷光體
    70‧‧‧發光二極體封裝
    80‧‧‧單片發光二極體封裝
    90‧‧‧單片發光二極體封裝
    100‧‧‧單片發光二極體封裝
    162‧‧‧本體部分
    170‧‧‧燈
    172‧‧‧散熱器結構
    174‧‧‧光學腔
    175‧‧‧磷光體層
    176‧‧‧光源
    178‧‧‧外部圓頂
    180‧‧‧螺紋部分
    182‧‧‧擴散體
    200‧‧‧燈
    204‧‧‧電源供應器部分
    206‧‧‧愛迪生基座
    212‧‧‧電路板
    217‧‧‧散熱器
    230‧‧‧熱隔離裝置
    240‧‧‧模組
    242‧‧‧模組
    244‧‧‧反射表面支撐件
    248‧‧‧電線
    250‧‧‧擴散體
    252‧‧‧磷光體
    260‧‧‧區段
    630‧‧‧擴散體圓頂
    634‧‧‧均勻外部擴散體塗層
    640‧‧‧擴散體圓頂
    642‧‧‧均勻內部塗層
    644‧‧‧部分外部塗層
    650‧‧‧擴散體圓頂
    652‧‧‧均勻外部塗層
    654‧‧‧部分內部塗層
    660‧‧‧擴散體圓頂
    662‧‧‧均勻外部塗層
    664‧‧‧部分內部塗層
    670‧‧‧清澈或透明圓頂
    672‧‧‧部分內部塗層
    680‧‧‧清澈或透明圓頂
    682‧‧‧內部塗層
    684‧‧‧內部塗層
    圖1係一習知固態照明裝置之一截面圖；圖2係呈現本發明之一實施例之一截面圖；圖3係呈現本發明之一替代實施例之一截面圖；圖4係呈現本發明之一替代實施例之一截面圖；圖5係呈現本發明之一替代實施例之一截面圖；圖6係根據本發明之一實施例之一燈之一透視圖；圖7係呈現圖6之實施例之一截面圖；圖8係圖6之實施例之一分解圖；圖9係根據本發明之一實施例之一替代燈之一截面圖；圖10在一色度圖上描繪根據本發明之實施例之燈的色彩均勻度屬性；及圖11A、圖11B、圖11C、圖11D、圖11E及圖11F示意性描繪如本文中所揭示及描述之一擴散體塗層組態之各種截面圖。
    61‧‧‧光學媒介
    62‧‧‧發光二極體晶片
    63‧‧‧擴散體
    63a‧‧‧內表面
    63b‧‧‧外表面
    64‧‧‧基台
    65‧‧‧磷光體
    70‧‧‧發光二極體封裝
    权利要求:
    Claims (46)
    [1] 一種照明裝置，其包括：一固態光源；一擴散體結構，其經組態以用於將來自該固態光源之光色彩混合，且從該固態光源空間分離；該擴散體包括至少一磷光體。
    [2] 如請求項1之照明裝置，其中該至少一磷光體以介於約30重量百分比至小於約65重量百分比之間之量存在。
    [3] 如請求項1之照明裝置，其中該至少一磷光體與該擴散體組合。
    [4] 如請求項1之照明裝置，其中該至少一磷光體沈積於該擴散體上。
    [5] 如請求項1之照明裝置，其中擴散體至少部分圍繞該至少一固態光源。
    [6] 如請求項1之照明裝置，其中該擴散體係透明或半透明的。
    [7] 如請求項1之照明裝置，其中該擴散體係玻璃或陶瓷。
    [8] 如請求項1之照明裝置，其中該擴散體係聚合物。
    [9] 如請求項1之照明裝置，其進一步包括至少部分圍繞該擴散體之一球體。
    [10] 一種照明裝置，其包括：一LED光源；一擴散體，其經組態以用於將來自該LED光源之光色彩混合，且從該LED光源空間分離；該擴散體包括與一反射材料組合之一磷光體。
    [11] 如請求項10之照明裝置，其中該磷光體及反射材料兩者在該擴散體中組合。
    [12] 如請求項10之照明裝置，其中該磷光體及反射材料沈積於該擴散體上。
    [13] 如請求項10之照明裝置，其中該磷光體沈積於該反射材料上。
    [14] 如請求項10之照明裝置，其中擴散體至少部分圍繞該至少一固態光源。
    [15] 如請求項10之照明裝置，其中該擴散體係透明或半透明的。
    [16] 如請求項10之照明裝置，其中該擴散體係玻璃或陶瓷。
    [17] 如請求項10之照明裝置，其中該擴散體係聚合物。
    [18] 如請求項10之照明裝置，其中該聚合物包括下列至少一者：多聚矽氧、聚丙烯酸酯、聚芳酯、聚碳酸酯及其等之摻合物。
    [19] 如請求項10之照明裝置，其中該反射材料係下列至少一者：二氧化鈦、氧化鋅、硫化鋅、硫酸鋇、氮化硼、雲母(talc)、二氧化矽、氧化鋁、沸石、碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鋇、氧化鋅、氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、雲母(mica)、蒙脫石黏土、碳粒子、玻璃粒子、碳奈米管及其等之混合物。
    [20] 如請求項10之照明裝置，其中該反射材料係二氧化鈦。
    [21] 如請求項10之照明裝置，其中該反射材料係氧化鋁。
    [22] 如請求項10之照明裝置，其中該反射材料以磷光體之約5重量百分比至磷光體之約60重量百分比的量存在。
    [23] 如請求項10之照明裝置，該擴散體具有一外表面及一內表面，該內表面更接近於該LED光源；其中該反射材料在外表面上，且該磷光體在該內表面上。
    [24] 如請求項10之照明裝置，該擴散體具有一外表面及一內表面，該內表面更接近於該LED光源；其中該磷光體在外表面上，且該反射材料在該內表面上。
    [25] 如請求項10之照明裝置，其進一步包括至少部分圍繞該擴散體之一球體。
    [26] 如請求項10之照明裝置，其中該磷光體介於5 μm與50 μm厚之間。
    [27] 如請求項10之照明裝置，其中該磷光體介於1 μm與25 μm厚之間。
    [28] 如請求項10之照明裝置，其中該擴散體之外表面被蝕刻或噴砂。
    [29] 如請求項10之照明裝置，其中該固態光源包括具有一GaN發射層之至少一LED。
    [30] 如請求項10之照明裝置，其中該LED光源及該磷光體經組態以提供下列至少一者：藍移黃色(BSY)光、藍移綠色(BSG)光、藍移紅色(BSR)光、綠移紅色(GSR)光及青移紅色(CSR)光。
    [31] 如請求項10之照明裝置，其中該固態光源包括發射UV光、藍色光、寶藍色光及青色光之一者之至少一第二LED。
    [32] 如請求項10之照明裝置，其中該固態光源包括下列至少一者：UV LED裝置、藍色LED裝置、綠色LED裝置、橙色LED裝置及紅色LED裝置。
    [33] 如請求項10之照明裝置，其中該磷光體包含下列至少一者：發射紅色之磷光體、發射紅/橙色之磷光體、發射黃色之磷光體、發射綠色之磷光體及發射青色之磷光體。
    [34] 如請求項10之照明裝置，其中該磷光體包含發射至少兩個不同色彩之磷光體。
    [35] 一種製造具有減少磷光體總量之照明裝置之方法，該方法包括下列步驟：提供一LED光源；提供具有磷光體之量之一擴散體結構，該擴散體結構經組態以用於將來自該LED光源之光色彩混合，且將該磷光體之量從該LED光源空間分離，藉此與具有(i)沈積於該LED光源上之磷光體及(ii)具有實質上類似空間相關色溫(CCT)變動或角度色彩同質性之一類似照明裝置相比較，所使用之該磷光體之量減少至少5重量百分比。
    [36] 如請求項35之方法，其中該磷光體與該擴散體組合。
    [37] 如請求項35之方法，其中該磷光體沈積於該擴散體上。
    [38] 如請求項35之方法，其中該擴散體結構包括多聚矽氧、聚丙烯酸酯、聚芳酯、聚碳酸酯、環烯烴共聚物(COC)、玻璃、陶瓷或其等之前軀體材料。
    [39] 如請求項35之方法，其中該擴散體結構至少部分圍繞該LED光源。
    [40] 如請求項35之方法，其中所減少之該磷光體之量係紅色磷光體。
    [41] 如請求項35之方法，其中該擴散體結構進一步包括與該磷光體之量組合之反射材料之量。
    [42] 如請求項41之方法，其中該反射材料係下列至少一者：二氧化鈦、氧化鋅、硫化鋅、硫酸鋇、氮化硼、雲母(talc)、二氧化矽、氧化鋁、沸石、碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鋇、氧化鋅、氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、雲母(mica)、蒙脫石黏土、碳粒子、玻璃粒子、碳奈米管及其等之混合物。
    [43] 如請求項41之方法，其中該磷光體之量介於約30重量百分比至約60重量百分比之間。
    [44] 如請求項41之方法，其中該磷光體以約30重量百分比存在，且該反射材料以磷光體之約5重量百分比至磷光體之約30重量百分比之量存在。
    [45] 如請求項41之方法，其中該擴散體包括一外表面及一內表面，且該反射材料沈積於該擴散體之該外表面上。
    [46] 如請求項41之方法，其中該照明裝置進一步包括一個或多個濾光器，以減少或消除從該照明裝置釋放之IR及UV光。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US13/218,980|US9897276B2|2011-08-26|2011-08-26|Reduced phosphor lighting devices|
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