CN104541382B - 使用远程荧光粉led和直接发射led组合的混合灯泡 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了适用于一般照明应用的光源，所述光源将至少一个远程荧光粉LED和至少一个直接发射LED组合在单个单元中。所述远程荧光粉LED和所述直接发射LED两者由基座承载，并且被可为光漫射性的灯泡或其他合适的覆盖构件覆盖。所述远程荧光粉LED包括第一LED、荧光粉层和第一二向色反射器。来自所述第一LED的激发光由所述第一二向色反射器反射到所述荧光粉层上，以产生由所述第一二向色反射器基本上透射的荧光。来自所述直接发射LED的至少一些光传播至所述覆盖构件而不穿过包括所述第一二向色反射器的任何二向色反射器。所述光源可使用相对少量的荧光粉材料提供白光输出。

Description

使用远程荧光粉LED和直接发射LED组合的混合灯泡
技术领域
本发明整体涉及光源，就具体应用而言涉及包括发光二极管(LED)和荧光粉的固态光源。本发明还涉及相关的制品、***和方法。
背景技术
发射宽带光的固态光源是已知的。在一些情况下，此类光源通过将发射黄光的荧光粉层施加到蓝光LED上来制备。当来自蓝光LED的光穿过荧光粉层时，蓝光中的一些被吸收，并且所吸收能量中的相当大一部分被荧光粉再发射为可见光谱中的较长波长的斯托克斯频移光，通常为黄光。荧光粉厚度为足够薄的，以使得蓝色LED光中的一些完全穿过荧光粉层，并且与来自荧光粉的黄光组合，从而提供具有白色外观的宽带输出光。
另外已提出了其他的LED泵浦型荧光粉光源。在美国专利7,091,653(Ouderkirk等人)中，讨论了其中将来自LED的紫外光(UV)由长通反射器反射到荧光粉层上的光源。荧光粉层发射被长通反射器基本上透射的可见光(优选地为白光)。LED、荧光粉层、和长通滤波器被布置为使得紫外光在从LED传播到长通反射器时并不穿过荧光粉层。
发明内容
我们已研制出新系列的宽带固态光源。在一般照明应用中可被制造以用作灯泡的这些光源在单个“混合”单元内组合至少一个远程荧光粉LED和至少一个直接发射LED。远程荧光粉LED和直接发射LED均由基座承载，并且被可为光漫射性的灯泡或其他合适的覆盖构件覆盖。远程荧光粉LED包括第一LED、荧光粉层和第一二向色反射器。来自第一LED的激发光由第一二向色反射器反射到荧光粉层上，以产生由第一二向色反射器基本上透射的荧光。来自直接发射LED的至少一些光传播至覆盖构件而不穿过任何二向色反射器(包括第一二向色反射器)。光源可使用相对少量的荧光粉材料提供白色光输出。
本文尤其描述了混合光源，该混合光源发射宽带输出光，并且包括基座、附接到基座的透光覆盖构件、第一LED、第二LED、第一荧光粉层、和由基座承载并且被覆盖构件覆盖的第一二向色反射器。第一二向色反射器被构造成将来自第一LED的至少一些激发光反射到第一荧光粉层上以使第一荧光粉层发射第一荧光。第一二向色反射器还被构造成基本上透射第一荧光。第二LED被设置成将从第二LED传播的至少一些光发射至覆盖构件而不穿过任何二向色反射器(包括第一二向色反射器)。光源还可包括被构造成分别用第一驱动信号和第二驱动信号控制第一LED和第二LED的控制器。
第一LED、第一荧光粉层和第一二向色反射器可被布置成使得至少一些激发光从第一LED传播至第一二向色反射器而在穿过第一荧光粉层。由光源发射的宽带输出光对普通观察者而言基本上是白色的外观。第一LED可发射具有340至480nm、或400至470nm峰值波长的光。
第二LED可为多个非泵型LED之一。非泵型LED可包括具有在445至500nm范围内的峰值波长的发蓝光LED、和具有在600至650nm范围内的峰值波长的发红光LED。
覆盖构件可为光漫射的，并且可为凹面的。第一二向色反射器可为凹面的，并且可覆盖第一LED和第一荧光粉层两者。由光源发射的宽带输出光可基本上为白色并且具有至少80的显色指数。
第一LED可为多个泵型LED之一。另外，第一荧光粉层可为多个荧光粉层之一，并且第一二向色反射器可为多个二向色反射器之一。二向色反射器中的每一个二向色反射器可以被构造成将来自泵型LED中的至少一个泵型LED的激发光反射到对应的荧光粉层之一上。泵型LED可各自具有主发射表面，该主发射表面具有主发射表面面积，该主发射表面面积的总和为集合LED表面面积ALED。另外，荧光粉层可各自具有在其上入射光的主表面，荧光粉入射表面面积的总和为集合荧光粉表面面积A荧光粉。A荧光粉/ALED的比率可不超过50、或20、或15、或10、或5、或2。
还描述了这样的方法，该方法包括提供第一LED、第二LED和第一荧光粉层，以及布置第一二向色反射器以截获来自第一LED的至少一些激发光，并且将此类激发光反射到第一荧光粉层上以使第一荧光粉层发射第一荧光。该方法还可包括将第一荧光基本上透射穿过第一二向色反射器，以及将透射穿过第一二向色反射器的第一荧光与由第二LED发射的未穿过包括第一二向色反射器的任何二向色反射器的LED光组合，以提供宽带输出光。
在该方法中，该提供步骤可包括提供多个泵型LED，所述多个泵型LED包括第一LED和第三LED。在一些情况下，第一二向色反射器还可被布置成截获来自第三LED的至少一些激发光，并且将此类激发光反射到第一荧光粉层上以使第一荧光粉层发射更多的第一荧光。该提供步骤还可包括提供第二荧光粉层，并且该方法还可包括布置第二二向色反射器以截获来自第三LED的至少一些激发光，并且将此类激发光反射到第二荧光粉层上，以使第二荧光粉层发射第二荧光。该组合步骤可包括将透射穿过第二二向色反射器的第二荧光与透射穿过第一二向色反射器的第一荧光组合，以及与由第二LED发射的未穿过任何二向色反射器的LED光组合，以提供宽带输出光。
提供第二LED的步骤可包括提供多个非泵型LED，所述多个非泵型LED包括第二LED和第四LED，并且宽带输出光还可包括由第四LED发射的未穿过任何二向色反色器的LED光。
还讨论了相关的方法、***、和制品。
本专利申请的这些和其他方面从下文的具体实施方式中将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，要求保护的主题仅由所附权利要求书限定，因为在审查期间可以进行修改。
附图说明
图1是组合远程荧光粉LED和直接发射LED的宽带光源的示意性侧视图或剖视图；
图2a至图2d是展示可用于给定远程荧光粉LED中的一些不同颜色或波长组合的功能图；
图3是远程荧光粉LED的示意性透视图；
图4是另一个远程荧光粉LED的示意性透视图；
图5是组合若干远程荧光粉LED与若干直接发射LED的宽带光源的示意性透视图；
图6是组合若干远程荧光粉LED与若干直接发射LED的另一个宽带光源的示意性侧视图或剖视图；
图6a是用于图6的光源中的远程荧光粉LED的示意性侧视图或剖视图；
图7是二向色反射器的光谱反射率的曲线图；
图8是用于远程荧光粉LED中的两种荧光粉材料的光谱特性的曲线图；
图9-图12是四种不同模拟宽带光源的光谱功率输出的曲线图；并且
图13-图15是提供宽带光的三种不同模拟基准装置的光谱功率输出的曲线图；
在这些附图中，类似的参考标号指示类似的元件。
具体实施方式
我们已发现，具有特别有益的设计特征的宽带固态光源可以通过将一个或多个远程荧光粉LED的光输出与一个或多个直接发射LED的光输出组合来构造。所得的混合光源可具有稳固的固态设计，并且可有效利用LED和荧光粉材料。光源还可提供具有所需特性诸如高显色指数(CRI)的白色光输出。在一般照明应用中，光源可用作灯泡，或者可用于其他更专业的应用。
在本专利申请中，“发光二极管”或“LED”是指发射光的二极管，不管发射的是可见光、紫外光还是红外光，但在许多实际实施例中，发射的光的峰值波长将为在约340至650nm、或约400至650nm的范围内。术语LED包括作为“LED”(不论是常规型还是超辐射型)销售的非相干的封闭或封装的半导体器件、以及相干半导体器件(例如激光二极管，包括(但不限于)垂直腔面发射激光器(VCSEL))。“LED晶粒”为LED最基本的形态，即经半导体加工程序制成的单个元件或芯片。例如，LED晶粒可由一种或多种III族元素的组合和一种或多种V族元素的组合形成(III-V半导体)。合适的III-V半导体材料的实例包括氮化物(例如氮化镓)和磷化物(例如磷化镓铟)。还可使用其他类型的III-V族材料以及元素周期表中其他族的无机材料。元件或芯片可包括适用于施加电力以使装置通电的电触点。例子包括引线结合、卷带自动接合(TAB)或倒装芯片结合技术。部件或芯片的各个层和其他功能元件通常以晶片级形成，然后可以将加工好的晶片切成单片零部件，以产生大量的LED晶粒。LED晶粒可经构造以用于表面安装、芯片直接贴装或其他已知的安装构造。一些封装的LED通过在LED晶粒和相关联的反射杯之上形成聚合物封壳而制成。LED可在若干种基底之一上生长。例如，可在蓝宝石、硅、和氮化镓上通过外延生长GaN LED。就本专利申请的目的而言，“LED”还应视为包括通常称为OLED的有机发光二极管。
用于激发或“泵送”单独的荧光粉材料的LED在本文中可被称为“泵型LED“。荧光粉吸收由泵型LED发射的光中的一些或全部，并且将吸收的能量中的一些作为斯托克斯频移(较长波长的)荧光重新发射。出于本专利申请的目的，荧光通常基本上在可见光波长范围内，并且来自泵型LED的激发光通常在可见光谱(例如蓝绿光、蓝光或紫光)的短波长末端处或附近、或在近紫外光中。不用于激发或泵送单独的荧光粉材料的LED在本文中可被称为“非泵型LED”。如本文所用，术语“远程荧光粉LED”是指子***，其包括：至少一个泵型LED；至少一个荧光粉层或主体，其在结构上有效地与泵型LED分开、但光学耦合到其上；和二向色反射器，其将来自泵型LED的光基本上反射至荧光粉并且基本上透射斯托克斯频移荧光。优选地，这些部件被布置成使得激发光从泵型LED传播至二向色反射器而不穿过荧光粉层。
图1以粗略示意图形式示出了示例性宽带固态光源110。光源110包括远程荧光粉LED 111、直接发射LED 130和透光覆盖构件140。安装结构和其他部件(未示出)在相对于彼此的固定空间位置中用于保持标记部件，以便产生所需的宽带输出光101。
远程荧光粉LED 111为照明子***，其包括至少一个泵型LED 112、至少一个荧光粉层114和二向色反射器116。泵型LED 112发射能够激发荧光粉的光113a。激发光113a的仅两条光线在附图中示出，但读者将理解，LED通常在宽泛范围的方向上(例如在朗伯分布中)和波长段上发射激发光。激发光113a通常在可见光谱的短波长末端处或附近、或在近紫外光中。例如，激发光可具有340至480nm、或400至470nm范围内的峰值波长。虽然只有一个泵型LED 112在附图中示出，但如本文在别处所讨论的，不止一个泵型LED可包括在给定远程荧光粉LED子***中。激发光113a基本上由二向色反射器116作为反射激发光113b而反射。
远程荧光粉LED 111还包括在结构上有效地与泵型LED 112分开、但光学耦合到其上的荧光粉层114。荧光粉层114吸收入射(反射)激发光113b中的一些或全部，并且将吸收的能量中的一些作为较长波长的荧光115a重新发射。荧光115a通常被荧光粉材料沿所有方向发射，并且这种光本身通常为宽带的，如下文进一步讨论。荧光115a中的一些朝二向色反射器116传播。这种光基本上由反射器116透射而产生透射的荧光115b。在一些情况下，反射器116还可透射激发光113a中的一些(通常是小部分)。透射的荧光115b以及来自泵型LED112的透射穿过二向色反射器116的任何光然后向前传播至覆盖构件140，其中为透射的，任选地具有如荧光115c所示的所需程度的雾度或散射。
二向色反射器116可在一些情况下适形于透镜构件的外表面，为了一般性，图1中未示出所述透镜构件，但示于本文的其他附图中。二向色反射器116和外部透镜表面(如果存在)可具有凹面和/或弯曲形状，使得由泵型LED 112发射并且由反射器116反射的光主要被导向到荧光粉层114上。二向色反射器可以在荧光粉层114处或附近成形为形成泵型LED112的至少近似图像，例如，从而通过将入射到荧光粉层114和/或实际上被其吸收的反射激发光的量最大化来使效率最大化。
二向色反射器有时也称为二向色镜或二向色滤波器。它们被设计成对于一些光波长具有高反射率和低透射率并且对于其他光波长具有低反射率和高透射率。此类反射器通常至少对于可见光、近红外波长和近紫外波长而言具有可忽略不计的吸收，使得未被反射的任何光基本上被透射，反之亦然。此类反射器包括光学薄微层的叠堆(通常为具有大折射率失配的材料的交替排列，例如二氧化硅和二氧化钛的交替层)，但也可使用其他合适的无机或有机材料。此类反射器可通过如下方式来制备：将交替的层真空沉积到玻璃或其他合适的基底上，例如直接沉积到透镜构件的外表面上或者沉积到可随后施用到这种表面的膜或基底上。或者，可以通过连续的工艺制造合适的反射膜，所述工艺可以涉及共挤交替的聚合物材料并拉伸所得的多层聚合物幅材，例如，如美国专利5,882,774(Jonza等人)和6,783,349(Neavin等人)中所述的。无论用于二向色反射器的材料和所用的制造方法如何，反射器都提供有用于微层叠堆的层厚度分布，其被调整以提供随波长而变化的所需反射特性。层厚度分布可被调整，以提供如下二向色反射器，该二向色反射器作为例如长通滤光器或陷波滤光器而操作，由此，相对较长波长的荧光在一定入射角范围内基本上被透射，并且相对较短波长的LED激发光主要被反射。二向色反射器可(例如)对于荧光具有至少50％、或至少60％、或至少70％的透射率。在一些情况下，二向色反射器可基本上反射蓝色可见光并且基本上透射品红色可见光。在一些情况下，二向色反射器可为或可包括多层反射镜膜、反射型偏振器、和/或部分偏振型反射器(例如，在给定波长下，不同地反射正交偏振态的反射镜)。
二向色反射器的反射和透射特性随照射到反射器上的光的入射角的改变而改变。例如，相比于垂直入射到反射器上的LED光线而言，二向色反射器116可对于斜射到反射器上的LED光线具有更高的透射率。可以使用该特性来产生远程荧光粉固态光源，可以通过控制在透镜组件之下布置的多个LED的相对驱动强度来调节该固态光源的输出颜色，如共同转让的待审PCT专利公开No.WO 2012/091973中更全面讨论的。
荧光粉层114包含一种或多种合适的荧光粉材料，所述荧光粉材料发荧光或以其他方式发射相对于吸收的LED光具有斯托克斯频移的光。荧光粉材料优选地吸收波长范围与LED的发射光谱重叠的光，使得LED可激发荧光粉并导致其发荧光或者说是发射荧光。在许多情况下，给定的荧光粉材料可吸收电磁波谱的紫外光、蓝光、和/或蓝绿光部分中的光，并且可发射可见光或近可见光区域中的光。发射的荧光通常为宽带的，例如其可具有至少100纳米的光谱宽度。宽带荧光可分布在连续的宽带中，或者其可具有尖峰分布(如就一组间隔开的狭窄发射线而言)，或者其为狭窄发射线和连读宽带的组合。示例性的荧光粉材料包括已知的荧光染料和荧光粉。铈掺杂钇铝石榴石(Ce:YAG)为可使用的荧光粉的一个实例。其他稀土掺杂石榴石或其他稀土掺杂材料(例如，铕和/或锶掺杂硅酸盐、氮化物、和铝酸盐)也可为合适的，这取决于光源的设计细节和约束。合适的荧光粉材料可包括有机和无机荧光或磷光材料，例如掺杂的无机氧化物或氮化物、量子点、和半导体(包括II-VI和III-V材料)。
本文所公开的荧光粉层可以是或可以包括透光粘结剂层或基质材料层，其中以所需的浓度分散有一种或多种类型的荧光粒子，例如掺杂稀土的石榴石或本文提到的其他荧光材料。粘结剂或基质材料可以是有机的或者是无机的。有机硅是合适的粘结剂材料的一个例子。作为另外一种选择，陶瓷可以用作粘结剂材料。使用陶瓷的优点是导热率基本上大于诸如有机硅的材料。较大导热率总体上为荧光粉层提供较大导热率，这可用于与散热器结合使用以将荧光粉层保持在较低的操作温度下，以便改善效率。
在另一个方面，荧光粉层114可包括图案化的荧光粉。该图案化的荧光粉可包括两种或更多种不同发射带的荧光粉。在一个方面，荧光粉层114可包括在空间上彼此分开的多个图案化的荧光粉。图案可包括各自具有一种颜色的单数区域，其形成为条带图案、光栅图案或任何其他对齐图案。在一个例子中，荧光粉层114可包括绿色荧光粉第一部分/图案和红色荧光粉第二部分/图案。由于这些荧光粉部分是分开的，所以可以减少再吸收或斯托克斯频移相关的效率损失。部分/图案可以通过设置在不同荧光粉图案之间的空间或结构(例如，墙壁)而分开。图案化可以通过常规程序(诸如喷墨印刷)而实现。作为另外一种选择，不同荧光粉层部分/图案可以在某些区域接触或重叠。
远程荧光粉LED 111还可包括在荧光粉层114下面或后面的宽带反射器(图1中未示出)。至少一些激发光在到达宽带反射器之前可穿过荧光粉层114。宽带反射器对于LED激发光和较长波长的荧光两者优选地提供高反射率。所述荧光粉层相对LED光的透明或透射程度可以被调整以增加所述照明***的宽带输出光。实际上能够通过减少用于所述荧光粉层中的荧光粉量来实现这种增加。荧光粉层对于LED光的单程透射率可为30％至65％，并且宽带反射器的反射率可为至少90％、94％、或98％。进一步的细节在共同转让的待审PCT专利公开No.WO 2012/091975中提供。
除远程荧光粉LED 111之外，光源110还包括直接发射LED 130。将LED 130称为直接发射，是因为由该LED发射的光133a并未主要用于泵送荧光粉层。相反，这种LED光133a从LED 130传播至覆盖构件140而不穿过任何二向色反射器(包括二向色反射器116)。应当注意，LED通常在宽泛的角度范围内发射光，并且因此，根据二向色反射器116和荧光粉层114的设计细节、以及其相对于LED 130的取向，少量LED光133a可入射到荧光粉层114上，并且产生非常少量的荧光。然而，LED 133a可以被称为非泵型LED或直接发射LED，因为其发射的LED光的基本大多数从LED 130传播至覆盖构件140，而不穿过任何二向色反射器并且不在任何单独的荧光粉材料中产生荧光。
类似于透射荧光115b，LED光133a向前传播至覆盖构件140，其中为透射的、任选地具有如透射LED光133b所示的所需程度的雾度或散射。透射LED光133b、透射荧光115c、和透射穿过二向色反射器116和覆盖构件140的任何激发光组合以产生光源110的宽带输出光101。输出光101在附图中示意性地示为单个箭头，但读者将理解，输出光101分布在宽泛范围的方向上，例如在朗博分布中或接近朗博分布。输出光101关于光源110的光轴(例如，平行于笛卡尔x-y-z坐标系的z轴的轴线)可以对称或可以不对称。透射荧光115c的光谱分布不同于透射LED光133b的光谱分布，并且由于这些光成分在输出光101中组合，输出光101通常具有比单独任一成分的光谱分布更大的光谱分布。
输出光101是宽带的，例如其可具有至少100、或150、或200、或250纳米的光谱宽度。输出光101可光谱分布在连续的宽带中，或者如就收集间隔开的窄发射线而言，其可具有尖峰分布，或者其可为窄发射线与连续宽带的组合。在示例性实施例中，输出光101对普通观察者而言具有基本上白色的外观。CIE色度坐标由CIE x颜色坐标和CIE y颜色坐标组成，表征在1931年由Commission international de l’eclairage(“CIE”或国际照明委员会)开发的数学定义的颜色空间。x颜色坐标和y颜色坐标不应与同物理位置或位移相关联的x坐标和y坐标混淆。不同于物理坐标，(x,y)色度坐标没有量纲。出于本专利申请的目的，可将白光定义为其CIE颜色坐标(x,y)满足0.25≤x≤0.45和0.25≤y≤0.45的光，其中该定义区域内的不同点对应于白光的不同色度或色调，例如暖(微红)白光对冷(微青)白光。
通过适当选择直接发射LED和远程荧光粉LED，可以提供光源110，该光源比仅使用远程荧光粉LED或仅使用直接发射LED更有效地提供宽带光(例如白光)。LED技术和荧光粉技术已经得到发展并且将继续发展。使用现有的或后来开发的技术，可最有效地：利用直接发射LED而不是远程荧光粉LED来产生一种特定波长带或颜色(例如红色)的光；以及利用远程荧光粉LED(使用例如高效蓝色或紫外光泵型LED与绿光发射荧光粉结合)而不是直接发射LED来产生不同特定波长带或颜色(例如绿光)的光。通过在单个源中组合宽带(例如白色)输出光的组成成分(颜色)的最有效的产生者，可以使源的总效率最大化或最优化。
覆盖构件140可以由玻璃、塑料、或其他合适的透光材料制成。覆盖构件140可以是灯泡的形式，诸如用于一般照明的常规灯泡中的任何已知灯泡。就这一点而言，在覆盖构件140与远程荧光粉LED 111和直接发射LED 130之间的空间中的一些或基本上全部可以是空气、或惰性气体、或真空。作为另外一种选择，此类空间可以部分或完全填充有固体、液体、或另外的有形的透光材料。覆盖构件可由仅一个层或光学元件组成，或者其可包括多个层或光学元件，例如包封较小内部灯泡的外部灯泡。覆盖构件140可以是“磨砂的”，即适于散射光，或者由于很少的光散射或没有光散射，其可以是透明的。灯泡还可附接到与常规灯具兼容的基座构件，例如，该基座构件可为带螺纹的，或以其他方式适于配合现有的照明插座，并且根据需要可具有电触点和合适的电路，从而将宅用或商用供电电压电平转换为与LED兼容的电压和电流。光源110还可耦合到激发光源110中的各种LED的控制***(参见图1)，或此类控制***可作为部件包括在光源110内。
现在转到图2a-图2d、图3和图4，结合这些附图提供与合适的远程荧光粉LED相关的进一步信息。还参考以下共同转让的PCT公开，其描述可用于或易于调整以用于本发明所公开的光源的各种类型的远程荧光粉LED：WO 2012/091971；WO 2012/091973；WO 2013/055412；和WO2012/091975。
可用于给定远程荧光粉LED中的若干不同颜色或波长组合在图2a至图2d中示意性地示出。这些附图及其描述应被认为是示例性的，而非限制性的。在图2a中，远程荧光粉LED211a包括发射可见蓝色激发光的泵型LED 212a，所述可见蓝色激发光的大多数由二向色反射器216a反射并且优选地成像到荧光粉层214a上。荧光粉层发射特定颜色(例如黄色)的荧光。黄色仅仅是示例性的，也可使用其他颜色的荧光。黄色荧光被二向色反射器216a基本上透射。在该实施例中，假定二向色反射器对于来自泵型LED 212a的激发光具有显著的透射性。虽然透射性可以是显著的，但是其通常小于50％，例如小于40％、30％、20％、或10％，并且对于激发光的反射率通常大于50％，例如至少60％、70％、80％、或90％。在任何情况下，蓝色激发光中的一些都透射穿过二向色反射器216a，并且与黄色荧光组合以提供用于远程荧光粉LED 211a的白色光输出。如果用不同颜色的荧光代替黄色荧光，则远程荧光粉LED211a的输出将具有非白色的颜色。
在图2b中，远程荧光粉LED 211b包括发射可见蓝色激发光的泵型LED 212b，所述可见蓝色激发光的大多数或全部由二向色反射器216b反射并且优选地成像到荧光粉层214b上。荧光粉层发射特定颜色(例如黄色)的荧光。黄色仅仅是示例性的，也可使用其他颜色的荧光。黄色荧光被二向色反射器216b基本上透射。在该实施例中，假定二向色反射器对于来自泵型LED 212b的激发光具有很少的透射性或没有透射性。因此，很少或没有蓝色激发光透射穿过二向色反射器216b。黄色荧光独立地提供用于远程荧光粉LED 211b的光输出。如果用不同颜色的荧光代替黄色荧光，则远程荧光粉LED 211b的输出将具有此类不同颜色的输出。
在图2c中，远程荧光粉LED 211c包括发射紫外光(UV)激发光的泵型LED 212c，所述紫外光激发光的大多数或全部由二向色反射器216c反射并且优选地成像到荧光粉层214c上。荧光粉层发射白色荧光。白色荧光被二向色反射器216c基本上透射。在该实施例中，假定二向色反射器对于来自泵型LED 212c的激发光具有很少的透射性或没有透射性。因此，很少或没有紫外光激发光透射穿过二向色反射器216c。白色荧光独立地提供用于远程荧光粉LED 211c的光输出。
图2d示出了与图2c类似的远程荧光粉LED 211d，不同的是该荧光粉层发射特定的非白色颜色(例如，黄色)的光。因此，远程荧光粉LED211d包括发射紫外光激发光的泵型LED212d，所述紫外光激发光的大多数或全部由二向色反射器216d反射并且优选地成像到荧光粉层214d上。荧光粉层发射特定的非白色颜色(例如，黄色)的荧光。黄色仅仅是示例性的，也可使用其他颜色的荧光。黄色荧光被二向色反射器216d基本上透射。在该实施例中，假定二向色反射器对于来自泵型LED 212d的激发光具有很少的透射性或没有透射性。因此，很少或没有紫外光激发光透射穿过二向色反射器216d。黄色荧光独立地提供用于远程荧光粉LED 211d的光输出。如果用不同颜色的荧光代替黄色荧光，则远程荧光粉LED 211d的输出将具有此类不同颜色的输出。
图3是远程荧光粉LED 311的示意透视图，其进一步细节可见于上述PCT出版物No.WO 2012/091973。远程荧光粉LED 311在此处被称为子***311，并且在笛卡尔x-y-z坐标系的上下文中示出。子***311包括基底312，该基底承载具有外表面329a和基准点329b的荧光粉层329。十八个LED被设置在荧光粉层顶上或以其他方式靠近荧光粉层，所述LED被布置成六个相邻LED的三个楔形组330、332、334，每个组相邻的LED设置在基底的楔形区域中。三个楔形LED组的布局、以及每个组中示出的LED的数量和取向为多种可能的布置方式之一，并且不应理解为限制性的。例如，还可设想到除楔形形状之外的形状。LED优选地封装在透明聚合物或玻璃、或其他合适的透光材料中，并且封装件的外表面可为凹面和弯曲的，使得二向色反射器316可应用于并且可在形状上适形于此类表面。二向色反射器可与本文所述的其他二向色反射器相同或相似。二向色反射器316的形状可限定顶点316a以及对称轴或光轴316b。光轴316b可与子***311的光轴重合，并且可穿过基准点329b和顶点316a。
相邻LED的组彼此由荧光粉层329的无阻挡楔形部分340、342、344分开。就这一点而言，“无阻挡”是指其中基本上不存在LED的荧光粉层329的部分。此外，每个组相邻的LED存在于基底的楔形区域中，从点329b的视角看，所述楔形区域与荧光粉层的无阻挡楔形部分之一大致相对。基底的每一对楔形区域(例如，其中存在LED的楔形组330的区域)与荧光粉层的其对应楔形部分(例如，部分340)还可相对于点329b大致对称。通过构造二向色反射器316以使得光轴316b穿过点329b，并且通过选择二向色反射器的合适曲率半径，可将来自相邻LED的每个楔形组的由二向色反射器反射的LED光中的部分(至少大致地)成像到荧光粉层的其对应楔形部分上。
在三个LED组中的每一个组中的相邻LED还被示出为布置在距点329b和/或距光轴316b的不同径向距离(平行于x-y平面测量)处。例如，在图示布置方式中，每个组中的一个LED被设置为最靠近轴316b，每个组中的三个LED被设置为距轴316b最远，并且每个组中的两个LED被设置在距轴316b的中间距离处。
在子***311的一个实施例中，所有的十八个LED可根据相同LED发射光谱来发射LED光，并且荧光粉层329可具有均一的组成和结构，使得荧光粉层的组成和结构在整个楔形部分340、342、344上并且在其中均为相同的；然而二向色反射器的特性可被调整成提供具有不同颜色的不同宽带光部分(与不同的LED相关联)。具体地讲，与一个“近侧”LED(位于每个组相邻LED中)的子组相关联的第一宽带光部分的颜色可不同于与两个“中间”LED(位于每个组相邻LED中)的子组相关联的第二宽带光部分的颜色，所述第二宽带光部分的颜色又可不同于与三个“远侧”LED(位于每个组相邻LED中)的子组相关联的第三宽带光部分的颜色。这可通过如下方式来实现，即确保二向色反射器的平均透射率或反射率光谱的谱带边缘或过渡区域至少在一些入射角下与至少两个“中间”LED的子组和三个“远侧”LED的子组的发射光谱重叠，使得二向色反射器透射来自两个中间LED的子组的较大比率的LED光(相比于具有一个近侧LED的子组而言)，所述二向色反射器还透射来自三个远侧LED的子组的较大比率的LED光(相比于具有两个中间LED的子组而言)。随着距光轴316b的径向距离增加而产生的透射的短波长LED光的相对增加可提供不同宽带光部分的不同颜色。因此可通过控制一个近侧LED的子组、两个中间LED的子组、和三个远侧LED的子组被通电的相对程度来控制或调节来自光源310的总宽带光发射的颜色。
在子***311的另一个实施例中，可通过对于与不同的LED相关联的荧光粉层的部分使用不同的组成和/或结构来实现不同宽带光部分的不同颜色。例如，被LED组330中的六个LED激发的荧光粉层329的楔形部分340可与部分342和/或344具有不同的组成和/或结构。然后可通过控制或调节一组相邻LED(例如LED组330)相比于其他组相邻LED(例如LED组332、334)被通电的相对程度来控制或调节来自子***的总宽带光发射的颜色。除此之外或作为另外一种选择，楔形部分340、342、344中的一个、一些、或全部可在距光轴316b或基准点329b不同的径向距离处具有不同的组成和/或结构。由于弯曲二向色反射器316的成像特性，每个组相邻LED中的一个近侧LED的子组倾向于优先地激发楔形荧光粉部分中最靠近基准点329b的部分，并且每个组相邻LED中的两个中间LED的子组倾向于优先地激发楔形荧光粉部分的中间部分，并且每个组相邻LED中的三个远侧LED的子组倾向于优先地激发楔形荧光粉部分中最远离基准点329b的部分。因此可通过调节或控制一个近侧LED的子组、两个中间LED的子组、和三个远侧LED的子组被通电的相对程度来使用径向变化的荧光粉层控制或调节来自光源310的总宽带光发射的颜色。除此之外或作为另外一种选择，楔形部分340、342、344中的一个、一些或全部可包括图案化的荧光粉，该图案化的荧光粉包括两种或更多种不同发射带的荧光粉，诸如以上所述。
在子***311的另一个实施例中，通过选择具有不同发射光谱的单独LED，并且随后控制或调节具有不同发射特性的LED被通电的相对程度来实现不同宽带光部分的不同颜色。
图4是远程荧光粉LED 411的示意性透视图，其进一步细节可见于上述PCT出版物No.WO 2012/091973。远程荧光粉LED 411在此处被称为子***411，并且在笛卡尔x-y-z坐标系的上下文中示出。子***411包括被设置在基底418上的发蓝光LED 412，该基底还在其上具有在暴露于来自LED的蓝光时发射更长波长的可见光的荧光粉层414。LED 412可通过引线接合420连接到导电迹线。
子***411还包括二向色反射器416，该二向色反射器具有开口朝向并且包围LED和荧光粉层414的凸面形状。反射器416的曲率中心标记为点419。LED 412被设置为相对靠近点419，荧光粉层414也同样设置。荧光粉层414被示出为相对于LED尺寸略微过大。
由LED 412发射的蓝光413a被二向色反射器416部分地反射以产生反射的LED光413b，并且被部分地透射以产生透射的LED光413c。反射的LED光413b被导向到荧光粉层414上，由此激发荧光粉并且导致荧光粉层发射较长波长的光415a。该较长波长的光被二向色反射器416高度透射以产生荧光415b。透射光413c和透射光415b在空间上组合，以提供子***源411的宽带输出光，诸如白光。内部空间417可包括封装LED和荧光粉的合适的透光玻璃或聚合物材料，并且可将二向色反射器应用于此类封装件的外表面。作为另外一种选择，内部空间417可为未填充的。
在子***411中，基底418优选为薄的，以便实现柔性、对于下面的散热器(未示出)的较大导热性(和较低热阻)，以及空间节省。尽管基底418在整体上为薄的，但有利的是将其模制、蚀刻、或以其他方式成形为在腔体区域421a中相比于邻近或相邻区域421b甚至更薄，这些区域被示出为由带斜面的过渡区域分开。在相对于相邻区域的腔体区域中提供甚至更高的导热性的缩减厚度有利地与形成基底的部分的介电层418a的缩减厚度相关联。在附图中，介电层418a被示出为在相邻区域421b中具有厚度T1，并且在腔体区域421a中具有较小的厚度T2。设置在介电层418a顶上的是导电层418b，所述导电层可根据需要进行图案化，以便为LED提供电力。与层418b相比，导热层418c设置在介电层的相对主表面上。在一些情况下，层418b、418c可由相同材料(例如铜)构成，而在其他情况下可使用不同的材料。因此，导电层418b也可为导热的，并且导热层418c也可为导电的。优选地例如使用合适的热界面材料将导热层418c粘合到合适的散热器。
基底418的变薄区域优选地与介电层418a的相应变薄区域相关联，所述介电层在多种情况下为基底的关键结构部件。合适的介电层包括聚酯、聚碳酸酯、液晶聚合物、和聚酰亚胺。合适的聚酰亚胺包括以下产品：以商品名KAPTON购自杜邦公司(DuPont)、以商品名APICAL购自钟渊(德克萨斯)公司(Kaneka Texas corporation)、以商品名SKC Kolon PI购自SKC可隆PI公司(SKC Kolon PI Inc.)、以及以商品名UPILEX和UPISEL购自宇部兴产株式会社(Ube Industries)。以商品名UPILEX S、UPILEX SN和UPISEL VT购自日本的宇部兴产株式会社(Ube Industries,Japan)的聚酰亚胺在许多应用中为尤其有利的。这些聚酰亚胺由下述单体制成，例如联苯四羧酸二酐(BPDA)和苯二胺(PDA)。
可在腔体区域中使用任何合适的方法(诸如化学蚀刻、等离子体蚀刻、聚焦离子束蚀刻、激光烧蚀、和冲孔)来使介电层418a变薄。就蚀刻而言，可使用任何合适的蚀刻剂，并且优选的蚀刻剂可取决于用于介电层中的材料。合适的刻蚀剂可包括：碱金属盐，例如氢氧化钾；碱金属盐，其具有增溶剂(例如，胺)和醇(例如，乙二醇)中的一者或二者。合适的化学蚀刻剂可包括KOH/乙醇胺/乙二醇蚀刻剂，诸如美国专利公开US2007/0120089(Mao等人)中更详细地描述的那些，该专利公开以引用方式并入本文。其他合适的化学蚀刻剂可包括KOH/甘氨酸蚀刻剂，诸如共同转让PCT的专利公开WO 2012/061010中更详细地描述的那些，该专利公开以引用方式并入本文。在蚀刻之后，可利用碱性KOH/高锰酸钾(PPM)溶液(例如，约0.7重量％至约1.0重量％的KOH和约3重量％的KMnO4的溶液)来处理介电层。介电层可在一侧或两侧覆盖有传导层，例如，图4的层418b和418c。传导层可由任何合适的导电和/或导热材料构成，但通常包含铜。如果传导层要形成电路，则它们可根据需要进行预图案化。在一些情况下，柔性基底可具有多层构造，其包括呈堆叠排列的介电材料和传导材料的多个层。
所用减薄工序的类型可影响在腔体区域和相邻区域之间的过渡、以及过渡区域中的介电层和其他层的侧壁的特性。化学蚀刻可用于制备相对较浅的侧壁，如从柔性基底的平面测量的典型侧壁角度在约5至60度范围内、或者约25至28度的范围内。诸如冲孔、等离子体蚀刻、聚焦离子束蚀刻、和激光烧蚀之类的其他技术可制备较陡的侧壁，如壁角为最高至约90度。在一些情况下，例如在利用冲孔时，可形成完全穿过介电层的小孔，如在下文中进一步论述。在这种情况下，柔性基底的其他层(诸如传导层418b和/或418c)可用于为腔体区域中的LED和/或荧光粉层提供物理支撑。
在示例性实施例中，相比于相邻区域421b，腔体区域421a中的介电层显著更薄，从而增加远离LED和/或荧光粉层的热传导，并且将这些部件保持在较低的操作温度下。例如，厚度T2可为T1的约5％至25％。此外，T2可为大于零但不超过10微米，而T1可为至少20微米。在示例性实施例中，T1可不超过200微米。除了增加热传导之外，腔体区域的减薄特性还可提供其他优点，例如形成可利用反射性材料涂布以提供增强效率的倾斜侧壁。另外，将LED和/或荧光粉层附接到减薄腔体区域内的基底上，使得这些部件并不延伸超出柔性基底的平面，由此产生较好地适用于小规格应用的薄型装置。
应当提醒读者的是，图3和图4的远程荧光粉LED以及本文在别处所述的那些是示例性的，并且具有其他设计和特性的远程荧光粉LED还可用于本发明所公开的宽带光源中。
在图5中示意性地示出了一个此类宽带光源510。该光源510组合若干远程荧光粉LED 511a、511b、511c、511d和若干直接发射LED 530a、530b。这些部件中的一些或全部可通过一个或多个中间层或元件直接或间接地附接到支撑基座502。透光灯泡或其他覆盖构件540可直接或间接地附接到基座502，从而密封或以其他方式包封远程荧光粉LED和直接发射LED。
远程荧光粉LED 511a、511b、511c、511d中的每一者可与图1的远程荧光粉LED 111或本文所公开的其他远程荧光粉LED相同或相似。为简单起见，图5的每个远程荧光粉LED被示出为具有恰好一个泵型LED(参见元件512a、512b、512c、512d)、和恰好一个荧光粉层(参见元件514a、514b、514c、514d)、以及凹面二向色反射器(参见元件516a、516b、516c、516d)。然而，更多的泵型LED、和/或更多的和/或不同构造的荧光粉层还可用于图5中所示的远程荧光粉LED中的一个、一些或全部。附图中示出了四个远程荧光粉LED，但也可使用其他数目的远程荧光粉LED，包括只有1个、或2个、或3个、或多于4个。当使用不止一个远程荧光粉LED时，其可被设计为彼此相同或相似的，或者其可具有不同设计，例如，不同数目的泵型LED、和/或不同LED类型(例如颜色或波长)、和/或不同数目的荧光粉层、和/或不同荧光粉层厚度、和/或不同荧光粉类型、和/或不同二向色反射器，使得其单个地提供不同的输出光。远程荧光粉LED相对于光源510的中心点或光轴对称布置，或者其可不对称和/或不规则布置。
直接发射LED 530a、530b中的每一者可与图1的直接发射荧光粉LED 130或本文所公开的其他直接发射LED相同或相似。附图中示出了两个直接发射LED，但也可使用其他数目的直接发射LED，包括只有1个、或3个、或4个、或多于4个。当使用不止一个直接发射LED时，其可被设计为彼此相同或相似的，或者其可具有不同设计，例如，不同光谱分布(包括不同光谱宽度，例如通过半峰全宽(FWHM)所测量的)、和/或不同峰值波长或颜色、和/或不同输出功率，使得其单个地提供不同的输出光。直接发射LED相对于光源510
的中心点或光轴对称布置，或者其可不对称和/或不规则布置。
覆盖构件540可与图1的覆盖构件140或本文所公开的其他覆盖构件相同或相似。
基座502可与本文所公开的其他基座相同或相似。例如，该基座502可与常规灯具兼容，并且可根据需要可具有电触点和合适的电路，从而将输入电功率转换为与LED兼容的电压和电流。优选地，基座502包括在其上安装有直接发射LED和远程荧光粉LED的反射表面502a。合适的反射器包括铝、银、或其他合适的金属的层或涂层，和/或增强反射率的电介质材料(诸如多层有机或无机薄膜堆叠)、和/或着色层(诸如二氧化钛填充的树脂层)。基座502还优选地具有良好的导热和散热特性，使得各种LED和荧光粉层在光源510操作期间不会变得过热。过度加热可减少此类部件的效率和使用寿命。光源510还可包括或耦合到在光源510中使各种LED通电的控制***(参见图1)。
在光源510中，来自各种远程荧光粉LED的光以及来自各种直接发射LED的光被覆盖构件540透射，并且组合以提供光源的宽带输出光，例如结合图1所讨论的。在一个示例性实施例中，LED 530a可发射例如具有在600至650nm范围内的峰值波长的红光，并且LED530b可发射例如具有在445至500nm范围内的峰值波长的蓝光，并且四个远程荧光粉LED中的每一个远程荧光粉LED可使用蓝光或紫外光泵型LED并且发射黄色荧光，并且光源510的输出光可基本上为白色的。在其他实施例中，标称具有相同颜色(例如蓝色或红色)但具有不同峰值波长的多个直接发射LED可用于增加光源的宽带光输出的显色指数(CRI)和/或颜色质量等级(CQS)、以及发光效率。例如，可以使用各自发射蓝光但具有不同峰值波长的两个直接发射LED、和/或各自发射红光但具有不同峰值波长的两个直接发射LED。峰值波长的不同可以是(例如)至少5或10但少于50或40nm。例如，一个直接发射蓝光LED可具有445nm的峰值波长，而另一个直接发射蓝光LED可具有480nm的峰值波长。
图6中以侧视图或剖视图示意性地示出了另一个宽带光源610。该光源610组合若干远程荧光粉LED 611a、611b和若干直接发射LED630a/630b。这些部件中的一些或全部可通过一个或多个中间层或元件直接或间接地附接到支撑基座602。透光灯泡或其他覆盖构件640可直接或间接地附接到基座602，从而密封或以其他方式包封远程荧光粉LED和直接发射LED。光源610被示出为具有对称轴或光轴604。
远程荧光粉LED 611a、611b可与图5的远程荧光粉LED相似，不同的是荧光粉层布置方式，其在图6a中更详细地示出。图6的每个远程荧光粉LED被示出为具有恰好一个泵型LED(参见元件612a、612b)、和特定的荧光粉层布置方式(参见元件614a、614b)、以及凹面二向色反射器(参见元件616a、616b)。然而，更多的泵型LED、和/或更多的和/或不同被构造的荧光粉层还可用于图6中所示的远程荧光粉LED中的一者或两者。图6的侧视图中示出了两个远程荧光粉LED，但光源610可具有例如图5中所布置的总共4个远程荧光粉LED，或者光源610可被修改为具有其他数目的远程荧光粉LED，诸如只有1个、或3个、或5个、或更多个。图6的侧视图中示出了远程荧光粉LED 611a、611b，其相对于光源610的对称轴或光轴641对称地定位。在其他实施例中，远程荧光粉LED不必对称地定位。当使用不止一个远程荧光粉LED时，其可以是彼此相同或不同的，如上所述。
直接发射LED 630a、630b可与图5的直接发射荧光粉LED 530a、530b相同或相似。附图中示出了两个直接发射LED，但也可使用其他数目的直接发射LED，包括只有1个、或3个、或4个、或多于4个。当使用不止一个直接发射LED时，其可以如上所述相同或不同。在图6的侧视图中，LED 630a、630b被示出为相对于光轴641对称地定位。在其他实施例中，直接发射LED不必对称地定位。
覆盖构件640可与图5的覆盖构件540相同或相似，并且基座602可与图5的基座502相同或相似。
在光源610中，来自远程荧光粉LED 611a、611b的光、以及来自直接发射LED 630a、630b的光被覆盖构件640透射并且组合，以提供光源的宽带输出光，例如结合图5所讨论的。在一个示例性实施例中，LED 630a可发射例如具有在600至650nm范围内的峰值波长的红光，并且LED 630b可发射例如具有在445至500nm范围内的峰值波长的蓝光，并且两个远程荧光粉LED中的每一个远程荧光粉LED可使用蓝光或紫外光泵型LED并且发射黄色荧光，并且光源610的输出光可基本上为白色的。
图6a是远程荧光粉LED 611的示意性侧视图或剖视图，该远程荧光粉LED可以与图6中所示的远程荧光粉LED 611a、611b中的一者或两者相同。在图6a中，远程荧光粉LED 611具有泵型LED 612、荧光粉层614和二向色反射器616。二向色反射器616覆盖平凸透镜或主体619的整个外部弯曲表面，但在其他实施例中，二向色反射器可被制成仅覆盖外部弯曲表面的一部分。反射器616相对于LED 612和荧光粉层614是凹面的。二向色反射器616还覆盖LED 612和荧光粉层614两者。主体619具有限定远程荧光粉LED 611的光轴621的对称轴。主体619的外部弯曲表面是球体的一部分，其曲率中心设置在点620处。泵型LED 612位于点620附近，但沿着y轴方向与该点间隔开。以该方式定位，并且由于反射器616的凹面形状，反射器616将来自LED 612的激发光大致成像到点620的相对侧(即，从图6a的视角看，点620的左侧)上的荧光粉层614的一部分上。
荧光粉层614被分成两个可由不同荧光粉材料构成的较薄荧光粉层617、618。一般来讲，荧光粉层可具有多种构型，并且在不同的层、区域、或图案化区域中可包括相同或不同的荧光粉材料。在示例性实施例中，上部荧光粉层618发射红色荧光，而下部荧光粉层617发射绿色荧光。可例如为光学粘合剂层的透明透光层615将荧光粉层614(更具体地讲，是上部荧光粉层618)与主体619的平坦表面分开。泵型LED 612的上部发射主表面613可如图所示设置在层615内。
基座603可以与图6中的基座602相同，或者基座603可为在远程荧光粉LED 611的制造中使用的不同支撑基底，该基座603随后粘附、粘合、或以其他方式附接到图6的基座602。基座603优选地具有良好的导热性，以提取来自LED 612和来自荧光粉层614的热量。基座603可包括连接至泵型LED的电触点或迹线(未示出)以允许对其进行电气控制。基座603还优选地具有面向荧光粉层614和泵型LED 612的反射表面601，使得到达远程荧光粉LED的背部的激发光和荧光，以及将被吸收或以其他方式损失的激发光和荧光可以朝远程荧光粉LED的前部重新导向，从而提高远程荧光粉LED 611的效率和光输出。
实例
对本文所公开的混合宽带光源中的一些进行建模或模拟，并且评估其输出特性。使用LightToolsTM光学设计软件进行模拟。实例中的每一个实例使用布置在基座上并且布置有灯泡或覆盖构件的四个远程荧光粉LED和两个直接发射LED，如图5和图6大体示出，但是其中远程荧光粉LED具有示于图6和图6a中的构造。
使用优化过程进行模拟，对于每个实例实施如下：通过给一些特定输出参数指定目标值和相对权重来建立优值函数，并且出于优化目的将若干设计参数作为自变量处理并且为其指定上限和下限。软件随后计算自变量设计参数中的每一个参数的优化值(在其相应的上限和下限内)，该优化值使由特定输出参数定义的优值函数最大化。
最关注的输出参数是由光源发射的宽带输出光的颜色，其以CIE x颜色坐标和y颜色坐标来测量。出于这些CIE x颜色坐标和y颜色坐标的目的，在尺寸为20mm×20mm并且与凹面覆盖构件(图5中的覆盖构件540、图6中的覆盖构件640)的顶点相切并以其为中心的正方形检测平面中，对光源的输出光进行空间平均化。以下是所关注的其他输出参数，其被指定比输出颜色小若干个数量级的相对权重，使得其不会显著影响优化：光源的辐射输出，以瓦特测量；光源的光度输出，以流明测量；光源输出的显色指数(CRI)；光源输出的一般颜色质量等级(CQS)，其中CQS是指由美国国家标准技术协会(NIST)开发的作为CRI的替代形式的已知等级，其作为白色光源的照明质量的量度；和光源输出的相关色温(CCT)。所有这些输出参数都参照来自在指定检测平面处检测到的宽带光源的所有光来评估。
在每个模拟中使用六个自变量设计参数：两个直接发射LED中的每一个直接发射LED的辐射功率输出，其各自界定在0和3瓦特之间；每个直接发射LED的峰辐射波长λ，对于一个(发蓝光)LED，其界定在450与480nm之间，并且对于另一个(发红光)LED，其界定在550与620nm之间；以及两个荧光粉层(参见图6a中的层617、618)的荧光粉粒子密度，其各自界定在0.0001与100,000,000粒子/mm3之间。
模拟实施例的另外设计特征包括以下各项：
·两个直接发射LED(参见图5中的530a、530b，以及图6中的630a、630b)各自具有正方形131mm发射区域，并且相对于光源的中心(图6中的轴线641)对称地定位，每个LED的中心距光源的中心0.75mm。这些LED的厚度为10微米，并且在其后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。
·覆盖构件被建模为漫射灯泡，其以朗伯分布在向前方向上散射光。覆盖构件为半球形形状，曲率半径为约10mm并且厚度为0.1mm。假设覆盖构件内(即在覆盖构件与远程荧光粉LED之间)的空间是空气。
·假设每个模拟实施例中的四个远程荧光粉LED构造相同，并且其被对称地定位成距光源的中心(图6中的轴线641)3.5mm。每个远程荧光粉LED基本上如图6a所示，其中：
○平凸主体619的曲率半径为2mm并且厚度为1.8mm，其被假设为由BK7玻璃制成；
○二向色反射器616覆盖主体619的整个外部弯曲表面，并且是交替SiO2/TiO2微层的13层叠堆，该叠堆提供垂直入射光的光谱反射率，如图7所示；
○层615为0.1mm厚，并且其折射率为1.41；泵型LED 612的发射表面613在该层的中心(参照z轴)中；
○泵型LED 612对于发射表面613具有正方形1×1mm发射区域，厚度为10微米，并且如同其他LED那样，具有背反射器。LED 612被定位成使得在曲率中心点620与LED 612的边缘之间(沿图6a中的y轴)形成0.05的间隙。LED 612的辐射输出功率为1瓦特。在一些例子中，四个远程荧光粉LED中的LED 612的峰值波长为445nm并且光谱宽度(FWHM)为19nm，而在另一个例子中，LED 612的峰值波长为415nm并且光谱宽度(FWHM)为19nm。
○荧光粉层617、618各自为0.1mm厚。假设上层618发射红色荧光，并且具有由图8中的曲线810限定的归一化吸收光谱以及由图8中的曲线812限定的归一化发射光谱。假设下层617发射绿色荧光，并且具有由图8中的曲线814限定的归一化吸收光谱以及由图8中的曲线816限定的归一化发射光谱。假设层617、618中的每一个层由浸入折射率为1.41的有机硅粘合剂中的折射率为1.8的荧光粉粒子构成；绿光发射荧光粉层的量子效率为91％，并且发红光荧光粉层的量子效率为59％；以及
○假设下部荧光粉层617的后表面为具有98％反射率的朗伯散射体。
实例1
在第一实例中，泵型LED 612的峰值波长为445nm，并且光源(参见图5中的510以及图6中的610)的目标输出颜色被设置在针对(x,y)CIE颜色坐标分别为(0.44,0.40)处。以下在表1中提供其他输出参数的目标值、以及其在优值函数中的相应权重。
随后运行光学设计软件。作为模拟的一部分，计算输出参数的优化值。表1中包括这些计算的结果。还计算六个自变量设计参数的优化值。以下在表2中示出这些计算的结果。应当注意，在该表中，“红光LED”是指直接发射LED 530a(图5)或630a(图6)，并且“蓝光LED”是指直接发射LED 530b(图5)或630b(图6)。还计算指定检测器平面中的光谱功率输出，假设用于所有相应参数的优化值。实例1的该光谱功率输出在图9中示出。
表1
输出参数 目标值 权重 优化值 差值
总功率 6.0瓦特 0.01 1.5671瓦特 -4.4329瓦特
CIE x 0.44 1.0 0.44107 0.0010661
CIE y 0.40 1.0 0.39829 -0.0017105
一般CQS 100 0.001 79.035 -20.965
流明 1,049.4 0.00001 949.57 -99.874
一般CRI 73.681 0.00001 81.056 7.3750
CCT 2,923 0.00001 3,028.3 105.35
表2
参数 下限 上限 优化值
绿色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 25,512
红色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 480.29
红光LED中心λ 550nm 620nm 612.34nm
蓝光LED中心λ 450nm 480nm 473.97nm
红光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.77657瓦特
蓝光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.10287瓦特
实例2
随后使用光学设计软件模拟第二实例。除了目标输出颜色被改成针对(x,y)CIE颜色坐标分别为(0.35,0.35)之外，该实例2与实例1相同。其他输出参数的目标值、以及其在优值函数中的相应权重是相同的，如以下在表3中所示。
光学设计软件再次计算输出参数的优化值，其被包括在表3中。还计算六个自变量设计参数的优化值，并且在以下表4中示出。还计算指定检测器平面中的光谱功率输出，对于所有的相应参数假设优化值。实例2的该光谱功率输出在图10中示出。
表3
参数 目标值 权重 优化值 差值
总功率 6.0瓦特 0.01 1.9863瓦特 -4.0137瓦特
CIE x 0.35 1.0 0.36108 0.011085
CIE y 0.35 1.0 0.39829 -0.0042327
一般CQS 100 0.001 85.940 -14.060
流明 1,049.4 0.00001 976.53 -72.915
一般CRI 73.681 0.00001 83.711 10.031
CCT 2,923 0.00001 4,451.3 1,528.3
表4
参数 下限 上限 优化值
绿色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 6,965.2
红色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 1,956.8
红光LED中心λ 550nm 620nm 617.49nm
蓝光LED中心λ 450nm 480nm 478.37nm
红光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.55854瓦特
蓝光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.99886瓦特
实例3
随后使用光学设计软件模拟第三实例。除了目标输出颜色被改成针对(x,y)CIE颜色坐标分别为(0.32,0.28)之外，该实例3与实例1和实例2相同。其他输出参数的目标值、以及其在优值函数中的相应权重是相同的，如以下在表5中所示。
光学设计软件再次计算输出参数的优化值，其被包括在表5中。还计算六个自变量设计参数的优化值，并且在以下表6中示出。还计算指定检测器平面中的光谱功率输出，假设用于所有相应参数的优化值。实例3的该光谱功率输出在图11中示出。
表5
参数 目标值 权重 优化值 差值
总功率 6.0瓦特 0.01 1.9187瓦特 -4.0813瓦特
CIE x 0.30 1.0 0.31950 0.019497
CIE y 0.32 1.0 0.30826 -0.011740
一般CQS 100 0.001 79.826 -20.174
流明 1,049.4 0.00001 856.41 -193.04
一般CRI 73.681 0.00001 76.263 2.5822
CCT 2,923 0.00001 6,351.3 3,428.3
表6
参数 下限 上限 优化值
绿色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 5,364.4
红色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 5,481.1
红光LED中心λ 550nm 620nm 614.81nm
蓝光LED中心λ 450nm 480nm 476.12nm
红光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.19349瓦特
蓝光LED功率 0瓦特 3瓦特 1.2824瓦特
实例4
随后使用光学设计软件模拟第四实例。除了泵型LED 612的峰值波长为415nm而非445nm之外，该实例4与实例1相同。由于激发波长的该变化，红色荧光粉材料和绿色荧光粉材料的量子效率从实例1的91％降低到该实例4的59％。除了目标辐射功率从6瓦特降低到3瓦特之外，输出参数的目标值、以及其在优值函数中的相应权重与实例1的那些相同，如以下在表7中所示。
光学设计软件再次计算输出参数的优化值，其被包括在表7中。还计算六个自变量设计参数的优化值，并且在以下表8中示出。还计算指定检测器平面中的光谱功率输出，假设用于所有相应参数的优化值。实例4的该光谱功率输出在图12中示出。
表7
参数 目标值 权重 优化值 差值
总功率 3.0瓦特 0.01 1.9112瓦特 -1.0888瓦特
CIE x 0.44 1.0 0.44310 0.0031020
CIE y 0.40 1.0 0.40368 0.0036762
一般CQS 100 0.001 88.371 -11.629
流明 1,049.4 0.00001 1,123.9 74.469
一般CRI 73.681 0.00001 90.006 16.325
CCT 2,923 0.00001 2,955.5 32.466
表8
参数 下限 上限 优化值
绿色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 3,672.2
红色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 4,134.6
红光LED中心λ 550nm 620nm 618.02nm
蓝光LED中心λ 450nm 480nm 462.42nm
红光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.77765瓦特
蓝光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.43909瓦特
基准装置
出于比较目的，还模拟替代宽带光源，此处称为“基准装置”。除了以下变化之外，这些光源在构造上类似于实例1至实例4：
·四个平凸主体619中的每一个平凸主体的外部弯曲表面上的二向色反射器被抗反射涂层替代；
·用相同尺寸和几何形状的第一修改覆盖构件替代半球状覆盖构件，该第一修改覆盖构件具有0.1mm的均匀厚度，并且由层617或618中使用的荧光粉材料(基质中的荧光粉粒子)之一均匀地构成。将第二修改覆盖构件结合到第一修改覆盖构件内部，该第二修改覆盖构件也是半球状形状并且厚度为0.1mm，并且其外径与第一修改覆盖构件的内径配合。第二修改覆盖构件由来自层617、618的另一种荧光粉材料均匀地构成。换句话说，如果第一修改覆盖构件由层618的发红光荧光粉材料构成，则第二修改覆盖构件由层617的绿光发射荧光粉材料构成，并且反之亦然。
鉴于这些变化，先前称为远程荧光粉LED 611的每个子***本身不再是远程荧光粉LED，因为来自LED 612的光不再基本上反射到荧光粉层617、618上以激发荧光粉。另外，先前称为直接发射LED 530a-530b、630a-630b的LED不再是直接发射的，因为来自这些LED的光现在需要传播穿过修改覆盖构件中的荧光粉材料。
基准装置1
使用与之前相同的光学设计软件来模拟第一基准装置。除了上述变化之外，该基准装置与实例1相同。LED 612的峰值波长为445nm。第一(外部)修改覆盖构件由层618中所使用的相同发红光荧光粉材料构成，并且第二(内部)修改覆盖构件由层617中所使用的相同绿光发射荧光粉材料构成。输出参数的目标值、以及其在优值函数中的相应权重与实例1的那些相同，如以下在表9中所示。
再次使用光学设计软件来计算输出参数的优化值，其被包括在表9中。还计算六个自变量设计参数的优化值，并且在以下表10中示出。还计算上述实例中所使用的相同检测器平面中的光谱功率输出，假设用于所有相应参数的优化值。基准装置1的该光谱功率输出在图13中示出。
表9
参数 目标值 权重 优化值 差值
总功率 6.0瓦特 0.01 1.8379瓦特 -4.1621瓦特
CIE x 0.44 1.0 0.43475 -0.0052465
CIE y 0.40 1.0 0.40303 0.0030267
一般CQS 100 0.001 66.448 -33.552
流明 1,049.4 0.00001 1,088.8 39.370
一般CRI 73.681 0.00001 70.574 -3.1070
CCT 2,923 0.00001 3,055.5 132.48
表10
参数 下限 上限 优化值
绿色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 11,588
红色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 846.43
红光LED中心λ 550nm 620nm 605.08nm
蓝光LED中心λ 450nm 480nm 472.40nm
红光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.93259瓦特
蓝光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.41854瓦特
基准装置2
随后使用光学设计软件来模拟第二基准装置。除了修改覆盖构件中所使用的荧光粉材料颠倒之外，该基准装置2与基准装置1相同。因此，第一(外部)修改覆盖构件由层617中所使用的相同绿光发射荧光粉材料构成，并且第二(内部)修改覆盖构件由层618中所使用的相同发红光荧光粉材料构成。输出参数的目标值、以及其在优值函数中的相应权重是相同的，如以下在表11中所示。
光学设计软件再次计算输出参数的优化值，其被包括在表11中。还计算六个自变量设计参数的优化值，并且在以下表12中示出。还计算指定检测器平面中的光谱功率输出，假设用于所有相应参数的优化值。基准装置2的该光谱功率输出在图14中示出。
表11
参数 目标值 权重 优化值 差值
总功率 6.0瓦特 0.01 3.0161瓦特 -2.9839瓦特
CIE x 0.44 1.0 0.44 -0.0000024
CIE y 0.40 1.0 0.39231 -0.0076922
一般CQS 100 0.001 83.0 -17.0
流明 1,049.4 0.00001 1,938.4 888.92
一般CRI 73.681 0.00001 85.582 11.901
CCT 2,923 0.00001 2,843.8 -79.187
表12
参数 下限 上限 优化值
绿色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 12,067
红色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 264.62
红光LED中心λ 550nm 620nm 611.26nm
蓝光LED中心λ 450nm 480nm 479.79nm
红光LED功率 0瓦特 3瓦特 2.1350瓦特
蓝光LED功率 0瓦特 3瓦特 2.8104瓦特
基准装置3
随后使用光学设计软件来模拟第三基准装置。除了LED 612的峰值波长为415nm而非445nm之外，该基准装置3与基准装置2相同。输出参数的目标值、以及其在优值函数中的相应权重与基准装置2的那些相同，如以下在表13中所示。
光学设计软件再次计算输出参数的优化值，其被包括在表13中。还计算六个自变量设计参数的优化值，并且在以下表14中示出。还计算指定检测器平面中的光谱功率输出，假设用于所有相应参数的优化值。基准装置3的该光谱功率输出在图15中示出。
表13
参数 目标值 权重 优化值 差值
总功率 6.0瓦特 0.01 2.2971瓦特 -3.7029瓦特
CIE x 0.44 1.0 0.43101 -0.0089937
CIE y 0.40 1.0 0.40362 0.0036221
一般CQS 100 0.001 77.746 -22.254
流明 1,049.4 0.00001 1,258.3 208.84
一般CRI 73.681 0.00001 80.198 6.5171
CCT 2,923 0.00001 3,034.5 111.52
表14
参数 下限 上限 优化值
绿色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 8,827.1
红色荧光粉密度 0.0001 100,000,000 1,871.1
红光LED中心λ 550nm 620nm 615.95nm
蓝光LED中心λ 450nm 480nm 455.24nm
红光LED功率 0瓦特 3瓦特 1.0429瓦特
蓝光LED功率 0瓦特 3瓦特 0.99711瓦特
进一步讨论
由于所述实例中所使用的远程荧光粉LED的相对较小尺寸，与基准装置的较大修改覆盖构件相比，所述实例中所使用的发红光荧光粉和绿光发射荧光粉的量显著少于基准装置中所使用的量。
根据在其上入射光的荧光粉的主表面的面积，可以定量所使用的荧光粉材料的量。例如，在图6a的实施例中，荧光粉层614与层615共享界面，该共享界面与在其上入射激发光的荧光粉层614的主表面(即，最大表面面积的表面)重合。如果为简单或近似起见而忽略由LED 612所占据的体积或面积并且假设荧光粉层614是连续的且与主体619的平坦表面共延，则荧光粉层614的入射主表面的面积为约12.6mm2。由于在宽带光源中包括四个远程荧光粉LED，所以总的或集合荧光粉表面面积(可称为A荧光粉)为约50mm2。因此，对于实例1至实例4中的每一个实例，在其上入射激发光的光源中的荧光粉层的集合表面面积，或更简单地讲，集合荧光粉表面面积或A荧光粉为约50mm2。如果需要，可更进一步地显著减少该荧光粉量，因为由于凹面二向色反射器的聚焦特性和泵型LED的放置，可对荧光粉层进行图案化以覆盖主体619的平坦表面的尺寸的仅一部分，而光源的输出光有很少或没有减少或变化。例如，集合荧光粉表面面积A荧光粉可从50减小到至少20或甚至10mm2，而输出光有很少或没有减少或变化。
相比之下，基准装置中所使用的荧光粉的量显著较大。在其上入射泵浦光的组合的修改覆盖构件的表面面积为至少约半径为10mm的半球的表面面积或至少约628mm2。这忽略了保持在主体619的基部处的荧光粉层的小得多的表面面积，可从基准装置中省略所述较小的荧光粉层，而输出光有很少或没有减少或变化。
概括地讲，荧光粉的量还可根据集合荧光粉表面面积除以光源中的所有泵型LED的集合发射表面面积而表达为比率。就实例1至实例4而言，使用四个泵型LED 612，这些中的每一个的主发射表面面积为1mm2。集合泵型LED表面面积(可称为ALED)则为4mm2。在实例1至实例4的每个中，A荧光粉与ALED的比率为50/4≈10。如果如上所述通过图案化将集合荧光粉表面面积A荧光粉减小到20或10mm2，而LED发射表面面积没有减小，则同时将A荧光粉/ALED的比率减小到20/4≈5或10/4≈2。
相比之下，基准装置中的A荧光粉与ALED的比率为至少628/6≈105，其中在分母中不仅包括LED 612的主发射表面面积，而且包括LED530a/630a和LED 530b/630b的主发射表面面积，因为来自这些LED的光需要传播穿过(荧光粉填充的)修改覆盖构件中的荧光粉材料。
优选地，所公开的宽带光源的A荧光粉/ALED比率为不大于50、或20、或15、或10、或5、或2，所述光源使用至少一个远程荧光粉LED和至少一个直接发射LED。
实例1、基准装置1和基准装置2各自具有针对x颜色坐标、y颜色坐标为(0.44,0.40)的目标输出颜色，并且各自还使用445nm峰值波长LED作为四个LED 612。在表15中比较这三个实施例的各种优化输出参数，以及如上文所述的集合荧光粉表面面积A荧光粉。还比较由接收器检测到的总流明输出除以由远程荧光粉LED和直接发射LED发射的光的总辐射功率(以瓦特为单位)的比率，其被称为“lm/辐射W”。
表15
优化输出参数 实例1 参考编号偏差1 参考编号偏差2
lm/辐射W 195 196 217
CCT 3,028 3,056 2,843
CIE x 0.441 0.435 0.440
CIE y 0.398 0.403 0.392
一般CRI 81.1 70.6 85.6
一般CQS 79 66.5 83
A荧光粉(mm2) 50 至少628 至少628
实例4和基准装置3各自具有针对x颜色坐标、y颜色坐标为(0.44,0.40)的目标输出颜色，并且各自还使用415nm峰值波长LED作为四个LED 612。在表16中比较这三个实施例的各种优化输出参数。
表16
优化输出参数 实例4 参考编号偏差3
lm/辐射W 215 208.2
CCT 2,955 3,034.5
CIE x 0.443 0.431
CIE y 0.404 0.404
一般CRI 90 80.2
一般CQS 88.4 77.8
A荧光粉(mm2) 50 至少628
表15和表16以及以上模拟结果表明，利用至少一个远程荧光粉LED和至少一个直接发射LED的所公开的宽带光源可提供针对CCT、CRI、CQS具有合适值的宽带白光，并且同时利用基本上减少的量的荧光粉。直接发射LED可包括发蓝光LED。通过供应直接来自直接发射LED的蓝光而非由泵型LED透射的蓝光(或除由泵型LED透射的蓝光之外)，例如，通过二向色反射器，可改进灯泡的发光效率与颜色质量的组合性能。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中用来表示数量、特性量度等的所有数值都应当理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容想要获得的所需特性而改变。并不旨在将等同原则的应用限制在权利要求书范围内，至少应该根据所记录的有效数位的数目并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。虽然给出本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但就本文所述具体例子中列出的任何数值来说，其记录尽可能合理地精确。然而，任何数值都可适当地含有与测试或测量限制相关联的误差。
在不脱离本发明的实质和范围的前提下，对本发明的各种修改和更改对于本领域内的技术人员将显而易见，而且应当理解，本发明不限于本文所列出的示例性实施例。例如，所公开的透明导电制品也可包含减反射涂层和/或保护性硬涂层。除非另外指出，否则读者应该假设一个本发明所公开的实施例的特征也可以应用于所有其他本发明所公开的实施例。还应当理解，本文引用的所有美国专利、专利申请公开案和其他专利和非专利文档均在不与上述公开内容相抵触的情况下以引用方式并入。

Claims (13)

1.一种用于发射宽带输出光的光源，包括：
基座；
透光覆盖构件，所述透光覆盖构件附接到所述基座；
第一LED、第二LED、第一荧光粉层和第一二向色反射器，所述第一二向色反射器由所述基座承载并且被所述覆盖构件覆盖；
其中所述第一二向色反射器被构造成将来自所述第一LED的至少一些激发光反射到所述第一荧光粉层上以使所述第一荧光粉层发射第一荧光，所述第一二向色反射器还被构造成透射所述第一荧光；
其中所述第二LED被设置成将从所述第二LED传播的至少一些光发射至所述覆盖构件而不穿过包括所述第一二向色反射器的任何二向色反射器；
其中所述第一LED是多个泵型LED之一，所述第一荧光粉层是多个荧光粉层之一，并且其中所述第一二向色反射器是多个二向色反射器之一，所述二向色反射器中的每一个二向色反射器被构造成将来自所述泵型LED中的至少一个泵型LED的激发光反射到对应的所述荧光粉层之一上。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一LED、所述第一荧光粉层和所述第一二向色反射器被布置成使得所述至少一些激发光从所述第一LED传播至所述第一二向色反射器而不穿过所述第一荧光粉层。
3.根据权利要求1所述的光源，其中由所述光源发射的光是白色的。
4.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一LED发射具有340nm至480nm峰值波长的光。
5.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一LED发射具有400nm至470nm峰值波长的光。
6.根据权利要求1所述的光源，其中所述第二LED是多个非泵型LED之一。
7.根据权利要求6所述的光源，其中所述非泵型LED包括具有在445nm至500nm范围内的峰值波长的发蓝光LED以及具有在600nm至650nm范围内的峰值波长的发红光LED。
8.根据权利要求1所述的光源，还包括：
控制器，所述控制器被构造成分别用第一驱动信号和第二驱动信号控制所述第一LED和所述第二LED。
9.根据权利要求1所述的光源，其中所述覆盖构件是光漫射性的。
10.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一二向色反射器是凹面的并且覆盖所述第一LED和所述第一荧光粉层两者。
11.根据权利要求1所述的光源，其中由所述光源发射的光是白色的并且具有至少80的显色指数。
12.根据权利要求1所述的光源，其中所述泵型LED各自具有带有主发射表面面积的主发射表面，所述主发射表面面积的总和是集合LED表面面积ALED，并且其中所述荧光粉层各自具有在其上入射光的主表面，所述荧光粉入射表面面积的总和是集合荧光粉表面面积A荧光粉，并且其中A荧光粉/ALED不超过10。
13.一种用于发射宽带输出光的方法，包括：
提供第一LED、第二LED和第一荧光粉层；
布置第一二向色反射器以截获来自所述第一LED的至少一些激发光，并且将此类激发光反射到所述第一荧光粉层上以使所述第一荧光粉层发射第一荧光；
使所述第一荧光透射穿过所述第一二向色反射器；以及
将透射穿过所述第一二向色反射器的所述第一荧光与由所述第二LED发射的未穿过包括所述第一二向色反射器的任何二向色反射器的LED光组合，以提供宽带输出光，
其中所述提供的步骤提供多个泵型LED，所述多个泵型LED包括第一LED和第三LED，并且所述提供的步骤还包括提供第二荧光粉层，所述方法还包括：
布置第二二向色反射器以截获来自所述第三LED的至少一些激发光，并且将此类激发光反射到所述第二荧光粉层上以使所述第二荧光粉层发射第二荧光；
其中所述组合包括将透射穿过所述第二二向色反射器的所述第二荧光与透射穿过所述第一二向色反射器的所述第一荧光组合，以及与由所述第二LED发射的未穿过任何二向色反射器的所述LED光组合，以提供所述宽带输出光。
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