Светоизлучающий модуль, лампа, осветительное устройство и устройство отображения

Светоизлучающий модуль, лампа, осветительное устройство и устройство отображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к светоизлучающему модулю, который содержит люминесцирующий слой и твердотельный излучатель света. Изобретение также относится к лампе, осветительному устройству (светильнику) и устройству отображения, содержащему светоизлучающий модуль.

Уровень техники

Опубликованная заявка на патент US2009/0322208A1 раскрывает светоизлучающее устройство. Светоизлучающий диод LED обеспечивается в пределах конической полости, формируемой посредством корпуса с углублением. На передней стороне корпуса с углублением коническая полость покрывается прозрачным теплопроводящим слоем, на котором обеспечивается жаростойкий люминесцирующий слой. На задней пластине корпуса с углублением обеспечивается теплоотвод, а боковые стенки корпуса с углублением покрываются металлической рамкой. Коническая полость может быть заполнена материалом, таким как силиконовая (кремнийорганическая) смола.

Светоизлучающий диод LED испускает свет первого цвета в направлении люминесцирующего слоя. Часть испускаемого света может быть отражена или рассеяна в обратном направлении в полость посредством люминесцирующего слоя. Другая часть испускаемого света преобразовывается посредством люминесцирующего слоя в свет второго цвета. Когда люминесцирующий слой испускает свет второго цвета, этот свет испускается во всех направлениях, вследствие чего часть света другого цвета испускается в полость. Свет, который отражается обратно в полость, или свет второго цвета, который испускается в полость, частично падает на основание полости, частично падает на стенку полости, а также частично падает на светоизлучающий диод LED. На поверхностях светоизлучающего диода LED, а также на поверхностях полости, свет частично отражается и частично поглощается. В частности, поглощение света приводит к неэффективности светоизлучающего устройства.

Некоторые изготовители светоизлучающих модулей производят светоизлучающие модули, которые содержат полость с основанием. Эти модули зачастую имеют множество излучателей света, таких как, к примеру, светоизлучающие диоды LED, которые обеспечиваются на основании. В некоторых вариантах осуществления этих светоизлучающих модулей люминесцирующий слой обеспечивается непосредственно на верхней части излучателей света, к примеру, через связующий слой, а в других вариантах осуществления люминесцирующий слой является так называемым отдаленным люминесцирующим слоем, что означает присутствие относительно большого расстояния между излучателем света и люминесцирующим слоем, порядка нескольких сантиметров.

Проблема светоизлучающих модулей, содержащих излучатели света, которые имеют люминесцирующий слой, расположенный непосредственно на верхней части, заключается в том, что свет, направленный в обратном направлении от люминесцирующего слоя к светоизлучающему диоду LED, страдает от слабой эффективности рециркуляции вследствие того, что задние отражатели, находящиеся внутри светоизлучающего диода LED, имеют ограниченный коэффициент отражения (как правило, заднее зеркало является серебряным и имеет коэффициент отражения, равный 90%). В действительности фактический коэффициент отражения еще ниже, поскольку материал излучателя света, как правило, GaN/InGaN или AlInGaN, имеет высокий показатель преломления, что приводит к тому, что свет удерживается внутри излучателя света, вследствие чего дополнительно ограничивается коэффициент отражения металла. Типичные коэффициенты отражения светоизлучающих диодов LED близки к 70% (усреднены по видимому спектральному диапазону и измерены при нормальном падении на поверхность). Другая проблема этих светоизлучающих модулей заключается в формировании горячих пятен, в которых большая часть света концентрируется в области, находящейся на верхней части светоизлучающего диода LED, вследствие чего светоотдача в горячих пятнах модуля является крайне неравномерной, как по светоотдаче, так и по тепловому распределению. Помимо всего прочего, слой люминофора (люминесцирующего вещества), находящийся на верхней части кристалла светоизлучающего диода LED, может стать относительно горячим и возбужден высокой интенсивностью потока, что приводит к неоптимальной эффективности преобразования люминофора, которая ограничивает характеристики люминесценции.

В целом, светоизлучающие модули, содержащие отдаленный люминесцирующий слой, являются более эффективными по сравнению со светоизлучающими модулями, содержащими излучатели света, которые имеют люминесцирующий слой, находящийся непосредственно на верхней части, благодаря более эффективной рециркуляции света внутри полости. К тому же, светоотдача этих модулей, как правило, является более равномерной, что сокращает интенсивность горячих пятен. Однако светоизлучающие модули, содержащие отдаленный люминесцирующий слой, имеют относительно большой размер по сравнению со светоизлучающими модулями, содержащими излучатели света, которые имеют люминесцирующий слой, находящийся непосредственно на верхней части. Относительно крупногабаритные решения с отдаленным люминесцирующим слоем не могут быть использованы в устройствах с ограниченными размерами, таких как точечные лампы, к примеру, сменные галогеновые лампы и лампы с параболическим отражателем.

Другим недостатком светоизлучающих модулей, содержащих отдаленные люминесцирующие слои, является относительно большая площадь области люминесцирующего слоя, создание которой приводит к относительно высоким материальным затратам. При этом теплопередача в пределах слоя люминофора направлена исключительно в сторону боковых стенок излучателя света, и, вследствие их крупногабаритной конструкции, ограничивается способность направления отвода тепла с отдаленной люминофорной пластины.

В документе EP1686630A2 раскрывается устройство на светоизлучающих диодах (LED), имеющее диффузно-отражающую поверхность, которая включает в себя кристалл LED, который испускает свет, отражающую чашу, которая на своей нижней поверхности имеет кристалл LED, а также имеет наклонную поверхность, которая диффузно отражает свет, испускаемый посредством кристалла LED, и светопреобразующий материал, который обеспечен в отражающей чаше и преобразует свет, испускаемый кристаллом LED, в видимые световые лучи. Светопреобразующий материал пространственно отделен от светодиодного кристалла LED на расстояние, равное или превышающее максимальный размер кристалла LED.

Документ LUO HONG et al: «Analysis of high-power packages for phosphor-based white-light-emitting diodes», APPLIED PHYSICS LETTER, AIP, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, MELVILLE, NY, US.vol.86, no.24, 8 June 2005, pp.243505-1 - 243505-3 раскрывает оптимизированную конфигурацию компоновки для ламп на мощных LED белого свечения, в которых используется диффузно-отражающая чаша, большой интервал между основным источником излучения (кристаллом LED) и преобразователем длин волн (люминофором) и полусферическая оболочка.

В документе US2006/097245A1 раскрыто светопроводящее покрытие, размещенное над, по меньшей мере, одним светоизлучающим кристаллом. Люминофор расположен на выпуклом светопроводящем покрытии или внутри него. Люминофор выводит преобразованный свет в ответ на излучение, которое испускается посредством, по меньшей мере, одного светоизлучающего кристалла. Герметизирующий материал по существу заполняет внутренний объем, определяемый светопроводящим покрытием и печатной платой.

В документе EP1930959A1 раскрыто светоизлучающее устройство, включающее в себя кристалл LED и линзу, расположенную на расстоянии от кристалла, которое, по меньшей мере, в два раза превышает длину наибольшей стороны упомянутого кристалла, а также слой люминофора, находящийся внутри или нанесенный на внутреннюю или внешнюю поверхность упомянутой линзы для преобразования, по меньшей мере, части излучения, испускаемого кристаллом, в видимый свет. Расположение слоя люминофора на удалении от LED повышает эффективность устройства и обеспечивает более равномерную цветопередачу.

В документе US2010/308356A1 раскрыт оптоэлектронный компонент, содержащий, по меньшей мере, одну полупроводниковое тело для испускания электромагнитного излучения в первом диапазоне длин волн, внутреннее тело, пропускающее излучение, в которое погружено полупроводниковое тело, слой для преобразования длин волн на внешней стороне внутреннего тела, причем упомянутый слой содержит материал для преобразования длин волн, подходящий для преобразования излучения в первом диапазоне длин волн в излучение во втором диапазоне длин волн, который отличается от первого диапазона длин волн, выводящую линзу, в которую включено внутреннее тело и слой для преобразования длин волн, причем выводящая линза имеет внутреннюю сторону, окруженную внутренней полусферической областью, и внешнюю сторону, окруженную внешней полусферической областью.

В документе US2006/171152A1 раскрыто светоизлучающее устройство, содержащее светоизлучающий элемент, монтируемый методом перевернутого кристалла, подложку, на которую монтируется светоизлучающий элемент, причем подложка изготовлена из неорганического материала, герметизирующую часть для герметизации светоизлучающего элемента, причем герметизирующая часть изготовлена из неорганического герметизирующего материала, оптическую часть, имеющую практически полусферическую форму, причем оптическая часть изготовлена из неорганического герметизирующего материала, и люминофорную часть, сформированную для покрытия оптической части.

В документе US2008/054281A1 раскрыто светоизлучающее устройство, содержащее источник света для испускания коротковолнового излучения, и оптическое устройство, сконфигурированное для приема излучения, испускаемого из источника света. Устройство направляет, по меньшей мере, часть коротковолнового излучения, испускаемого из источника света, в оптическое устройство, и материал для понижающего преобразования принимает, по меньшей мере, часть коротковолнового излучения, направляемого в оптическое устройство, в одной области спектра и испускает излучение в другой области спектра.

Сущность изобретения

Задача изобретения заключается в обеспечении светоизлучающего модуля, который является относительно эффективным.

Первый аспект изобретения обеспечивает светоизлучающий модуль в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Второй аспект изобретения обеспечивает лампу в соответствии с пунктом 13 формулы изобретения. Третий аспект изобретения обеспечивает осветительное устройство в соответствии с пунктом 14 формулы изобретения. Четвертый аспект изобретения обеспечивает устройство отображения в соответствии с пунктом 15 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определяются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Светоизлучающий модуль, в соответствии с первым аспектом изобретения, испускает свет через световыводящее окно. Светоизлучающий модуль содержит основание, по меньшей мере, один твердотельный излучатель света и частично диффузно-отражающий слой, который является слоем, имеющим свойства диффузного отражения, в котором, по меньшей мере, часть падающего света диффузно отражается, а, по меньшей мере, часть падающего света проходит через этот слой. Основание имеет поверхность, при этом, по меньшей мере, часть поверхности основания отражает свет, который падает на поверхность основания. Далее в настоящем документе часть поверхности основания, которая отражает свет, будет называться светоотражающей поверхностью основания. Светоотражающая поверхность имеет коэффициент отражения основания, который определяется посредством соотношения между количеством света, которое отражается посредством светоотражающей поверхности основания, и количеством света, которое падает на светоотражающую поверхность основания. По меньшей мере, один твердотельный излучатель света конфигурируется для испускания света первого цветового диапазона, имеет верхнюю поверхность и коэффициент отражения твердотельного излучателя света, который определяется посредством соотношения между количеством света, которое отражается посредством, по меньшей мере, одного твердотельного источника излучения, и количеством света, которое падает на верхнюю поверхность, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света. Световыводящее окно содержит, по меньшей мере, часть частично диффузно-отражающего слоя. Величина коэффициента отражения основания больше величины коэффициента отражения твердотельного излучателя света с прибавленным множителем с к разности между 1 и коэффициентом отражения твердотельного излучателя света. Величина множителя с зависит от величины относительной площади области твердотельного излучателя света, которая определяется в качестве соотношения между площадью области верхней поверхности, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света, и площадью области светоотражающей поверхности основания. Если относительная площадь области твердотельного излучателя света является относительно малой, то есть, величина меньше 0,1, то обеспечивается относительно эффективный светоизлучающий модуль, если множитель с больше или равен 0,2. Если относительная площадь области твердотельного излучателя света находится в промежуточном диапазоне, то есть, в диапазоне от минимальной величины, которая больше или равна 0,1, до максимальной величины, которая меньше или равна 0,25, то обеспечивается относительно эффективный светоизлучающий модуль, если множитель с больше или равен 0,3. Если относительная площадь области твердотельного излучателя света является относительно большой, то есть, имеет величину, которая больше 0,25, то обеспечивается относительно эффективный светоизлучающий модуль, если множитель с больше или равен 0,4. Максимальной величиной множителя с является 1, поскольку величина коэффициента отражения не может быть больше 1. На практике величина относительной площади области твердотельного источника излучения находится в диапазоне между 0 и 1.

Свет первого цветового диапазона, который падает на частично диффузно-отражающий слой, рассеивается и частично отражается в направлении, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света и основания вследствие отражений от поверхности частично диффузно-отражающего слоя, вследствие внутренних отражений и вследствие рассеяния в обратном направлении на частично диффузно-отражающем слое, а также частично проходит через частично диффузно-отражающий слой.

По меньшей мере один твердотельный излучатель света имеет ограниченный коэффициент отражения твердотельного излучателя света вследствие его конструкции, а значит существенная часть света, который падает, по меньшей мере, на один твердотельный излучатель света, поглощается посредством, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света. Верхняя поверхность, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света отражает относительно малую часть света, который падает на верхнюю поверхность, при этом относительно большая часть этого света проходит во внутреннюю часть твердотельного излучателя света. Задняя поверхность и полупроводниковые области, которые находятся внутри твердотельного излучателя света, поглощают существенную часть света, в результате чего ограниченное количество света, которое попадает во внутреннюю часть твердотельного излучателя света, испускается обратно во внешнюю среду твердотельного излучателя света. Зачастую термин «кристалл» используется применительно к кристаллу твердотельного излучателя света, причем оба термина относятся к полупроводниковому устройству, в котором генерируется свет. Полупроводниковое устройство включает в себя полупроводниковый материал, который по существу генерирует свет, а также включает в себя электрод, сегментацию, сквозные отверстия, задние зеркала, и, к примеру, защитные слои. Следует отметить, что некоторые твердотельные излучатели света наращиваются на светопроводящей подложке, к примеру, сапфире. После изготовления подложка также может присутствовать на кристалле твердотельного излучателя света, при этом свет, который генерируется в твердотельном излучателе света, испускается через подложку для наращивания. Термин «верхняя поверхность» не относится к поверхности подложки для наращивания, а относится к поверхности кристалла твердотельного излучателя света, который испускает большую часть света. В некоторых вариантах осуществления свет испускается через верхнюю поверхность преимущественно в направлении световыводящего окна.

Величина коэффициента отражения основания, по меньшей мере, больше величины коэффициента отражения твердотельного излучателя света, вследствие чего основание поглощает меньшее количество света по сравнению с твердотельным источником излучения. Это является предпочтительным в связи с тем, что посредством основания отражается большее количество света, вследствие чего во внешнюю среду может быть выпущено большее количество света через световыводящее окно светоизлучающего модуля. По существу это означает, что посредством основания отражается большее количество света, которое впоследствии рециркулируется вместо поглощения. Эффективность светоизлучающего модуля в целом повышается, поскольку потери света в светоизлучающем модуле, в соответствии с изобретением, минимизируются. По сравнению со светоизлучающими модулями, которые имеют люминесцирующий слой, находящийся непосредственно на верхней части твердотельного излучателя света, теряется меньшее количество света вследствие поглощения света твердотельным излучателем света. По сравнению со светоизлучающими модулями, которые имеют отдаленный люминесцирующий слой, функционирующий в качестве частично диффузно-отражающего слоя, свет, который отражается, рассеивается в обратном направлении и/или повторно испускается посредством частично диффузно-отражающего слоя в направлении внутренней части модуля, рециркулируется с большей эффективностью, поскольку он испытывает меньше влияния (отражений) внутри модуля перед выходом из световыводящего окна. В результате светоизлучающий модуль, в соответствии с первым аспектом изобретения, является относительно эффективным.

Было установлено, что, если коэффициент отражения основания в достаточной мере больше коэффициента отражения твердотельного излучателя света, то эффективность светоизлучающего модуля в целом повышается. Кроме того, существенное улучшение было отмечено выше определенной разности коэффициентов отражения, в зависимости от относительной площади области твердотельного излучателя света. Следовательно, в соответствии с изобретением, коэффициент отражения основания, по меньшей мере, больше величины коэффициента отражения твердотельного излучателя света плюс множитель с на разность между 1 и величиной коэффициента отражения твердотельного излучателя света. Если предположить, что Rbase является коэффициентом отражения основания, а R_SSL является коэффициентом отражения твердотельного излучателя света, то этот критерий представляется посредством формулы: Rbase>R_SSL+c*(1-R_SSL). Следовательно, если относительная площадь области твердотельного излучателя является относительно малой, то есть, меньше 0,1, что означает то, что отражающая поверхность основания имеет относительно большую площадь области по сравнению с площадью области верхней поверхности твердотельного излучателя света, то обеспечивается относительно эффективный модуль освещения, если с≥0,2. В качестве примера, если в данном случае R_SSL=0,7, то коэффициент отражения отражающей поверхности основания должен быть больше или равен 0,76 для обеспечения относительно эффективного светоизлучающего модуля. Если относительная площадь области твердотельного излучателя находится в промежуточном диапазоне, то есть, находится в диапазоне от минимальной величины, которая больше или равна 0,1, до максимальной величины, которая меньше или равна 0,25, что означает то, что площадь области отражающей поверхности основания является сопоставимой с площадью области верхней поверхности твердотельного излучателя света, то обеспечивается относительно эффективный модуль освещения, если с≥0,3. В качестве примера, если в данном случае R_SSL=0,7, то коэффициент отражения отражающей поверхности основания должен быть больше или равен 0,79 для обеспечения относительно эффективного светоизлучающего модуля. Если относительная площадь области твердотельного излучателя является относительно большой, то есть, больше 0,25, что означает то, что отражающая поверхность основания имеет относительно малую площадь по сравнению с площадью области верхней поверхности твердотельного излучателя света, то множитель с должен быть больше или равен 0,4 для обеспечения относительно эффективного светоизлучающего модуля. В качестве примера, если в данном случае R_SSL=0,7, то коэффициент отражения отражающей поверхности основания должен быть больше или равен 0,82 для обеспечения относительно эффективного светоизлучающего модуля.

Следует отметить, что коэффициенты отражения являются средними величинами по всей поверхности, к которой они имеют отношение. К примеру, светоотражающая поверхность основания может содержать области, которые имеют меньшую способность отражения по сравнению с другими областями, к примеру, посредством использования различных материалов и/или различной толщины слоев отражателя на основании. Кроме того, отражение света различных длин волн может отличаться, однако, предпочтительно, чтобы коэффициент отражения являлся средневзвешенной величиной по спектральному диапазону, который содержит, по меньшей мере, свет первого цветового диапазона, и по распределению угла падения.

В некоторых случаях, по меньшей мере, один твердотельный излучатель света крепится к подложке, к примеру, к керамической подложке, при этом комбинация подложки и, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света крепится к другому несущему (опорному) слою. К примеру, этот несущий слой может являться печатной платой на металлической основе MCPCB, также называемой изолированной металлической подложкой IMS или традиционной печатной платой PCB, такой как FR4, или другим керамическим кристаллоносителем, к примеру, изготовленным из алюминия или из нитрида алюминия. В таких ситуациях основание светоизлучающего модуля является комбинацией другого несущего слоя и подложки, к которой крепится, по меньшей мере, один твердотельный излучатель света. Иначе говоря, основание является комбинацией материалов и/или слоев, на которых обеспечивается твердотельный(ые) излучатель(и) света. Следовательно, в данном конкретном случае коэффициент отражения основания является средневзвешенной величиной коэффициентов отражения подложек и несущего слоя. Для внесения ясности, в вычислениях площадь области отражающей поверхности основания не включает в себя площадь области, которая покрыта посредством, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света.

Если относительная площадь области твердотельного излучателя является относительно малой, то есть меньше 0,1, то обеспечивается более эффективный светоизлучающий модуль в случае, если 0,4≤с≤1. Еще более эффективный светоизлучающий модуль обеспечивается в данном случае при 0,6≤с≤1. Если относительная площадь области твердотельного излучателя находится в промежуточном диапазоне, то есть, находится в диапазоне от минимальной величины, которая больше или равна 0,1, до максимальной величины, которая меньше или равна 0,25, то обеспечивается более эффективный светоизлучающий модуль в случае, если 0,6≤с≤1. Еще более эффективный светоизлучающий модуль обеспечивается в данном случае при 0,84≤с≤1. Если относительная площадь области твердотельного излучателя света является относительно большой, то есть, больше 0,25, то обеспечивается более эффективный светоизлучающий модуль в случае, если 0,8≤с≤1.

В варианте осуществления частично диффузно-отражающий слой содержит люминесцирующий материал для преобразования, по меньшей мере, части света первого цветового диапазона в свет второго цветового диапазона. Свет второго цветового диапазона испускается посредством люминесцирующего материала во всех направлениях, при этом часть этого света также испускается в направлении, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света или же в направлении светоотражающей поверхности основания.

В варианте осуществления верхняя поверхность, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света обращена в направлении световыводящего окна. В варианте осуществления один из твердотельных излучателей света является так называемым боковым источником излучения. В варианте осуществления, по меньшей мере, один твердотельный излучатель света испускает свет в направлении, по меньшей мере, части световыводящего окна.

В варианте осуществления, по меньшей мере, один твердотельный излучатель света обеспечивается на светоотражающей поверхности основания. Для внесения ясности, в вычислениях площадь области отражающей поверхности основания не включает в себя площадь области, которая покрыта посредством, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света. Однако в других вариантах осуществления, по меньшей мере, один твердотельный излучатель света может быть расположен в сети проводников, которые обеспечиваются между основанием и световыводящим окном. В таком варианте осуществления проводники соединяются с твердотельным(и) излучателем(ями) света и подают питание на твердотельный(е) излучатель(и) света. Проводник может включать в себя металлический сердечник и защитную пластмассовую оболочку, а также может состоять в электрической связи в точке контакта с подложкой или носителем источника излучения, к примеру, посредством паяного соединения.

В варианте осуществления светоизлучающий модуль содержит множество твердотельных излучателей света. Каждый из твердотельных излучателей света конфигурируется для испускания света в конкретном цветовом диапазоне. В другом варианте осуществления множество твердотельных излучателей света обеспечивается на воображаемой (мнимой) плоскости, которая находится между основанием и световыводящим окном. В дополнительном варианте осуществления, по меньшей мере, один из множества твердотельных излучателей света испускает свет в направлении, по меньшей мере, конкретной части световыводящего окна. Кроме того, в альтернативном варианте, по меньшей мере, один из множества твердотельных излучателей света имеет верхнюю поверхность, обращенную в направлении световыводящего окна. Коэффициент отражения твердотельного излучателя света определяется как среднее значение коэффициентов отражения множества твердотельных излучателей света. В дополнительном варианте осуществления верхняя поверхность, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света обращена в направлении световыводящего окна, при этом верхняя поверхность другого твердотельного излучателя света не обращена в направлении световыводящего окна.

В некоторых вариантах осуществления излучатель света может являться комбинацией множества твердотельных излучателей света, содержащих светоизлучающие поверхности, которые располагаются в непосредственной близости друг к другу на одной плоскости. В непосредственной близости означает то, что расстояние между отдельными твердотельными излучателями света составляет порядка десятков микрометров, но не больше 0,2 мм. Такие близко расположенные твердотельные излучатели света рассматриваются в контексте настоящего изобретения в качестве одного излучателя света, который также называется многокристальным светоизлучающим диодом LED. Верхняя поверхность является комбинацией верхних поверхностей отдельных твердотельных излучателей света, которые располагаются в непосредственной близости друг к другу. Следует отметить, что очень близкое расположение относится к кристаллам твердотельных излучателей света, а не к очень близкому расположению корпусов твердотельных излучателей света.

Светоизлучающий модуль может испускать большее количество света в случае обеспечения двух и более твердотельных излучателей света. Большее количество света, при рассмотрении в абсолютных величинах, будет отражаться в пределах светоизлучающего модуля и, следовательно, испускаться в обратном направлении к твердотельным излучателям света и к светоотражающей поверхности основания. Следовательно, если светоотражающая поверхность основания имеет лучший коэффициент отражения по сравнению с твердотельными излучателями света, то большее количество света, при рассмотрении в абсолютных величинах, может рециркулироваться посредством отражения света при помощи отражающей поверхности в обратном направлении к частично диффузно-отражающему слою (и через световыводящее окно). Кроме того, светоизлучающий модуль, содержащий множество твердотельных излучателей света, имеет те же самые преимущества, как и светоизлучающий модуль, содержащий один твердотельный излучатель света. В случае присутствия двух и более твердотельных излучателей света, в вычислении относительной площади области твердотельного излучателя света используется суммарная площадь областей верхних поверхностей твердотельных излучателей света.

В дополнительном варианте осуществления между верхней поверхностью, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света и частично диффузно-отражающим слоем присутствует зазор. Зазор должен иметь широкую интерпретацию. Это означает то, что частично диффузно-отражающий слой не состоит в непосредственном контакте с верхней поверхностью или верхними поверхностями, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света, а также означает то, что между, по меньшей мере, одним твердотельным излучателем света и частично диффузно-отражающим слоем присутствует определенный зазор. Зазор может быть заполнен воздухом, тем не менее, в зазоре также может присутствовать по существу прозрачный материал.

Если частично диффузно-отражающий слой не состоит в непосредственном контакте с верхней поверхностью твердотельного излучателя света или твердотельных излучателей света, то относительно большее количество света будет отражаться и испускаться в направлении светоотражающей поверхности. Если, в соответствии с изобретением, светоотражающая поверхность имеет более высокий коэффициент отражения по сравнению с, по меньшей мере, одним твердотельным излучателем света, то большее количество света будет отражаться в обратном направлении к частично диффузно-отражающему слою и, следовательно, будет обеспечена более высокая светоотдача.

На основе экспериментов изобретатели установили, что оптический эффект относительно высокого коэффициента отражения может дополнительно повысить светоотдачу. В случае присутствия зазора между твердотельным(и) излучателем(ями) света и частично диффузно-отражающим слоем, твердотельный излучатель света не нагревается как в случае, когда частично диффузно-отражающий слой располагается на верхней части или в непосредственной близости к твердотельному(ым) излучателю(ям) света. Это дополнительно повышает эффективность твердотельных излучателей света и может предоставить возможность приложения более высокой токовой нагрузки перед достижением критической температуры в твердотельном излучателе света или же в паяном соединении твердотельного излучателя света. Вследствие этого реализуется более высокая абсолютная светоотдача. Кроме того, если частично диффузно-отражающий слой не является непосредственно термически связанным с твердотельным(и) излучателем(ями) света, то он не принимает тепло от твердотельного(ых) излучателя(ей) света. Это зависит от качества термической границы раздела в направлении основания и возможного теплоотвода, с которым соединяется модуль, и от того, насколько хорошо может охлаждаться частично диффузно-отражающий слой. В процессе преобразования света из света первого спектрального диапазона в свет второго спектрального диапазона в случае, когда частично диффузно-отражающий слой является люминесцирующим слоем, осуществляется преобразование световой энергии частично в тепло, обычно обозначаемое как потери «Стоксова смещения». Дополнительно, на практике квантовая эффективность QE люминесцирующего(их) материала(ов) является ограниченной, к примеру, величиной 0,9, что порождает дополнительный нагрев частично диффузно-отражающего слоя, содержащего люминесцирующий материал, который далее в настоящем документе будет называться люминесцирующим слоем. Частью изобретения является обеспечение эффективного охлаждения люминесцирующего слоя. Эффективность люминесцирующего материала повышается в случае, когда температура люминесцирующего материала сохраняется в приемлемых пределах. Это может быть обеспечено посредством ограничения нагрузки светового потока, то есть, распределения плотности потока на люминесцирующем материале, к примеру, посредством использования определенного расстояния между твердотельными излучателями света и люминесцирующим слоем, вследствие чего предоставляется возможность рассеяния света, благодаря которому сокращается плотность потока на люминесцирующем слое. Однако более предпочтительно оптимизировать термическое сопротивление между люминесцирующим слоем и основанием, а также между люминесцирующим слоем и теплоотводом для обеспечения низкого термического сопротивления. Это может быть обеспечено посредством различных способов, к примеру, посредством связи люминесцирующего слоя с теплопроводящей стенкой на окружности выводящего окна, либо посредством использования теплопроводящего материала между источниками излучения и основанием, а также люминесцирующего материала, такого как теплопроводящее стекло или керамика, либо посредством использования теплоотводящих слоев или структур на люминесцирующем слое, таком как несущая подложка, на которую наносится люминесцирующий слой с теплопроводящими свойствами. Следовательно, при помощи таких действий, наличие зазора между твердотельным(и) излучателем(ями) света и люминесцирующим слоем приводит к фототермическому эффекту более эффективного люминесцирующего слоя.

Кроме того, зазор между по меньшей мере одним твердотельным излучателем света и частично диффузно-отражающим слоем приводит к более равномерному распределению светового потока через частично диффузно-отражающий слой, вместо относительно плотного светового потока в очень ограниченной области частично диффузно-отражающего слоя. При этом сокращение интенсивности горячих пятен и температурных градиентов обеспечивается таким способом в случае, когда частично диффузно-отражающий слой содержит люминесцирующий материал. Люминесцирующие материалы имеют тенденцию к чувствительности к фотонасыщению, что означает то, что выше определенного светового потока люминесцирующий материал преобразует свет с меньшей эффективностью. Следовательно, наличие зазора между твердотельным(и) излучателем(ями) света и частично диффузно-отражающим слоем, содержащим люминесцирующий материал, препятствует фотонасыщению люминесцирующего материала, и эффективность повышается.

Следовательно, конкретная комбинация коэффициента отражения основания, который больше коэффициента отражения твердотельного излучателя света, в соответствии с наличием зазора, приводит к большей светоотдаче, чем ожидается исключительно на основе оптического эффекта большего количества отражения посредством светоотражающей поверхности основания.

В варианте осуществления расстояние между верхней поверхностью, по меньшей мере, одного твердотельного излучателя света и частично диффузно-отражающим слоем, находится в диапазоне от минимальной величины, которая больше или равна 0,3 наибольшего линейного размера верхней поверхности, до максимальной величины, которая меньше или равна 5 наибольшим линейным размерам верхней поверхности, при относительно малой величине относительной площади области твердотельного источника излучения, то ес