[发明专利]用于照明装置的光学元件边缘处理

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年10月14日提交的美国专利申请号12/905,054的权益。为了所有目的，该申请通过引用的方式特此并入本文中。

技术领域

本发明涉及高输出照明装置以及用于其的光学元件，用于降低全内反射和光损耗。

背景技术

发光材料（lumiphoric material）通常供电激发的发射器使用，以便产生各种发射，诸如，彩色光（例如，非白色）或白色光（例如，视为白色或近白色）。这种发射器可包括能够产生可见或接近可见（例如，从红外线到紫外线）波长辐射的任何装置，包括但不限于氙灯、汞灯、钠灯、白炽灯、以及固态发射器（包括发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）、以及激光）。这种发射器可具有改变光的颜色的相关滤光器和/或包含发光材料，该发光材料吸收由发射器发射的第一峰值波长的一部分并重新发射与第一峰值波长不同的第二峰值波长的光。荧光体、闪烁剂以及发光墨为常见的发光材料。

LED为将电能转换成光的固态电激发的发射器，并且通常包括夹在相反掺杂的层之间的一个或多个半导体材料的有源层。在掺杂层上施加偏压时，空穴和电子注入到一个或多个有源层内，在有源层中，空穴和电子重新结合，以便生成从该装置中发射的光。激光二极管为根据类似原理操作的固态发射器。

固态发射器可用于提供彩色光或白色光。已经研究白色LED发射器，作为白炽灯的潜在替换品。白色LED灯的代表性实例包括蓝色LED芯片封装件（例如，由InGaN和/或GaN制成），该封装件与发光材料相结合，诸如，吸收蓝光（第一波长）的至少一部分并且重新发射黄光（第二波长）的荧光体（通常为YAG:Ce），所结合的黄色和蓝色发射提供被视为本质上为白色或近白色的光。如果所结合的黄色和蓝色光被视为黄色或绿色，那么可称为‘蓝变黄’（“BSY”）光或‘蓝变绿’（“BSG”）光。来自发射器或发光材料的红色光谱输出的添加可用于提高聚集光输出的暖度（warmth）。作为基于荧光体的白色LED的替代物，红色、蓝色以及绿色发射器和/或发光材料的组合发射也可视为本质上为白色或近白色。用于产生白光的另一种方法在于，用紫色或紫外线LED源激励多种颜色的荧光体或染料。

很多现代照明应用需要高功率发射器，以便提供所需要的亮度等级。高功率发射器会消耗较大的电流，从而生成大量的热量。普通粘合介质用于将发光材料（诸如，荧光体）沉积在发射器表面上，在暴露于强热量的情况下，普通粘合介质通常使颜色退化并且改变（例如，变暗）。粘合荧光体和发射器表面的介质的退化缩短了发射器结构的使用寿命。当粘合介质由于强热量而变暗时，颜色的变化可能改变其光透射特征，从而产生非最佳的发射光谱。与粘合荧光体和发射器表面相关的限制通常限制了可应用于荧光体的总辐射量。

为了提高可靠性并且延长包含发光材料的照明装置的有效使用寿命，发光材料可与电激发的发射器在物理上隔离。荧光体元件的隔离允许通过更高的电流驱动电激发的发射器，从而产生更高的辐射。然而，将荧光体与电激发的发射器隔离的结构产生了额外的问题，包括（但不限于）穿过这种结构的边缘的光的损耗和/或该结构内部（诸如，反射回到电激发的发射器上）被误导的反射（例如，全内反射（“TIR”））造成的全发射的减少。从电激发的发射器经过荧光体的发射泄漏还可降低颜色均匀度和显色性。例如，经过空间上隔离的黄色荧光体的蓝色LED发射泄漏可造成将来自装置的聚集发射被视为（至少在某些方向）蓝变黄或蓝变绿，而非在本质上主要为白色。荧光体或其他发光材料所接收的光量的任何减少造成可用于上变频（upconversion）的光减少。

Harbers等人的美国专利号7,070,300（“Harbers”）公开了一种荧光体层，该荧光体层在物理上与光源隔离，允许用更大的电流驱动光源，以便产生更高的辐射。Harbers公开了（例如，结合其图1）相对于彼此以90度定向的LED和荧光体元件，其中，一个实施例中的荧光体元件通过例如空气、气体、或真空沿着光束路径与LED隔离1mm以上的长度。同样，由Harbers提出的各种元件（例如，结合其图13）例如通过空气间隙彼此隔离。元件的这种隔离和间隙产生了易于泄漏发射的区域。

因此，本技术继续试图改进发光结构，这些发光结构包括与使用远程发光材料相关的多个优点（例如，将热降解最小化），而且限制了易于减少发射和/或影响输出颜色的察觉的全内反射和光损耗。

发明内容