[发明专利]球形发射远距离磷光体

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求Falicoff和Chaves于2008年2月21日申请的美国临时专利申请61/066,528及Falicoff和Chaves于2008年4月29日申请的美国临时专利申请61/125,844的权益，二者通过引用全部组合于此。

背景技术

白光发光二极管(LED)由于其高发光功效、长寿命及强紧致性而注定要成为新照明的主要类型。由于LED半导体芯片内的实际发射器始终为非常薄的界面层，LED芯片主要为扁平发射器。现有技术的白光LED包括位于蓝光发射芯片上的薄磷光体层，从而它们也为扁平发射器。然而，在一般照明中，经常需要传统白炽灯泡那样的球形发射。授予Minano等的美国专利7,021,797公开了具有球形发射的多种构造，且其全部组合于此。一种前述构造如在此的图3所示，用于与本发明进行比较。总的来说，“球形”并不要求完整的球体，在大多数情形下这是不切实际的，但通常希望覆盖与传统白炽灯泡所照明的一样多的球体部分。

发明内容

本发明装置中使用的远距离磷光体概念为授予Chaves等的美国专利7,286,296中的概念，该专利通过引用全部组合于此，该专利还与通过引用全部组合于此的CIP美国专利申请2006/0239006相关联。蓝光LED具有将其光射过具有高黄光反射率的蓝通滤光器的准直光学器件。集中光学器件将所有该光激致的的蓝光放在小的磷光体片上，其向外及向后朝向滤光器发射黄光。该反向发射的黄光通过滤光器返回到磷光体，从而增加其亮度及系统效率。准直器是必须的，因为滤光器仅通过接近正入射的蓝光，通常在约15度的锥体内。聚光器是必须的，否则磷光体必须覆盖整个滤光器，从而大大增加其光束扩展量。

在本发明装置的一实施例中，聚光器被填充电介质(折射率n)，使其小端的面积比相应填充空气的聚光器的入口孔小n²倍。该相对于源面积减小磷光体目标的出口孔的方法在SPIE的2007年学报的6669卷中由Bierhuizen等撰写的论文“Performance and trends of High power Light Emitting Diodes”中提及。作者指出亮度有小的增加，但装置的效率并没有比保形涂覆磷光体的LED好。它们在固体电介质CPC的端部采用扁平磷光体片，与上面提及的US 7,286,296中同样构造(准直器/短通滤光器/聚光器)的初期远距离磷光体系统一样。同样，在US 7,286,296中指出，在前述远距离磷光体构造中的扁平磷光体片将其黄光的大部分(50-65％)向后朝向滤光器发送。预测前述远距离磷光体系统的效率的一般等式在上面提及的美国申请2006/0239006中提供。具体地，确定远距离磷光体系统的性能的关键参数在那里称为P_T并定义为到达磷光体片6205的光每遍从磷光体的前面进一步传出的部分。从该申请中的一般等式可以看出，P_T的值越高，系统的效率越高。这也在该申请的图62c中示出，其示出了一次计算机模拟的结果。曲线6250具有列举P_T的值的横轴6251及列举与颜色无关的提取效率η_E＝L_O/L的值的纵轴6252。很显然具有高的P_T值非常重要，否则远距离磷光体系统的效率将不比传统白光LED好。

在本申请中，蓝光通过电介质聚光器的小端并进入球体或其它立体形状，其总称为“球”，磷光体沉积在其外表面上。立体形状上磷光体的表面积的增加将相对于电介质聚光器的小端的光束扩展量增加发射表面的光束扩展量。这将约正比于两个面积的比增加系统的P_T。例如，如果聚光器的端部为圆形，及立体形状为与该圆具有相同直径的半球，则承受磷光体的表面积将为电介质聚光器的圆形端的面积的两倍。如果电介质聚光器具有为2的折射率，则电介质聚光器的小端将比准直器的入口(假定其为开口反射器)小4倍(n²)。如果在聚光器的出口孔(在下面称为电介质发射光学器件)上有与前述圆具有相同直径的半球形固体电介质，则半球的面积将为该圆的两倍。在理想的系统中，这将使亮度增加为2(4/2)的因数。然而，由于P_T的值有明显的增加(磷光体的表面积为聚光器的小端的面积的两倍)，系统的效率将得以提高。因此，该新方法可以光束扩展量的小或零增长(在一些设计中，光束扩展量也可能减小)实现非常高的效率。