带有发光二极管的照明系统技术方案

照明系统含有多个发光二极管芯片（Ｒ，Ｇ，Ｂ）。每个发光二极管芯片包含一个带有用来发光的发光层（１）的ＬＥＤ衬底（２），ＬＥＤ芯片排列在具有预定光学属性的光学衬底（１０）上。ＬＥＤ的发光层面对光学衬底。所述至少一个发光二极管芯片发出的光经由出光窗口（１１）发出，出光窗口（１１）背向发光层。光学衬底包含一个散热装置。光学衬底最好包含一个半透明多晶陶瓷材料作为散热装置。散热装置最好包含施加于光学衬底背向出光窗口一侧的金属化层（１６）和／或散热器（１７）。ＬＥＤ优选嵌入在光学衬底中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种照明系统，该系统包含至少一个发光二极管(LED)芯片，每个发光二极管芯片包含一个带有用来发光的发光层 的LED衬底，所述至少一个发光二极管芯片排列在光学衬底上。
技术介绍
当前发光二极管广泛应用于照明系统。它们尤其是在(不发光的) (图像)显示设备的背后照明中用作光源，比如用于电视接收器和监 视器。这种照明系统特别适合作为背后照明，用于不发光的显示器中， 比如液晶显示设备，也涉及到用于(手提)电脑或(无绳)电话的液 晶显示面板。另外，这种照明系统也用于一般照明用途，例如，聚光 灯，泛光灯和用于在比如用在标示牌，轮廓照明和广告牌中的大面积 直视发光面板。另外的应用还包括汽车前灯，信号照明和使环境光线 条件适合家庭荧幕上显示的电视节目或电影节目风格的所谓环境光应 用。其它出现的应用是把LED用作为高亮光源，用于优选高亮度、高光通量源的场合的个人图像投影仪。通常，这些照明系统包含多种光源，比如发光二极管(LED)。 发光二极管可以是不同基色的光源，例如众所周知的红色(R)，绿色 (G)或蓝色(B)光发射器。另外，光发射器可以将例如琥珀色或青 色作为基色。这些基色可以由发光二极管芯片直接产生，或者可以基 于来自发光二极管芯片的波长较短的光的辐射由磷光体产生。在后一 种情况里，把混合颜色或白光作为一种基色来使用也是可能的。通常， 由多个个体光源发出的光在光学系统的透明元件(一个或多个)中被混合以实现光的均匀分布，同时，消除了对一个特殊光源的照明系统 所发射的光的相关性。为了在寿命期内获得稳定的光学性能，必须采 取措施来补偿照明系统中每一个个体光源的不同的老化行为。为了这 个目的，提供了一个带有一个传感器和一些反馈算法的控制器，以稳 定在光源寿命期内的色彩精度和光输出水平。曰本专利申请JP-A2004-158557的英文摘要公开了 一种倒装片型的发光二极管(LED)封装，它包含一个透明衬底和一个LED,该透 明衬底具有一个第一表面，该第一表面具有一个凹进部分，LED置于 该凹进部分中。LED就像在一个倒装芯片(flip-chip die )中向着透明 衬底发光，这样，发射不会被LED上部的粘结衬垫所遮挡，从而增大 了发射范围和发射强度。已知的照明系统的一个缺点是发光效能相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是完全地或部分地消除上述不足。根据本专利技术，由 一个照明系统实现该目标，该照明系统包括 至少 一个发光二极管芯片；每个发光二极管芯片包含一个具有用来发光的发光层的LED衬底；所述至少一个发光二极管芯片排列在具有预定的光学属性的光学 衬底上；所述至少一个发光二极管芯片的发光层面对光学衬底； 所述至少一个发光二极管芯片发出的光通过光学衬底的出光窗口 发出，该出光窗口背向发光层； 光学衬底包含一个散热装置。在含有发光二极管(LED )的照明系统中具有增大LED芯片的(功 率)输出电平是一个趋势。这些LED芯片在标称功率的驱动下具有范 围在lOOmW至5W的辐射功率输出。这会导致LED的温度上升到完 全高于1001C，或甚至高于200。C。已知的是，某些LED芯片的效能 在其温度变得太高时会降低，在甚至更高的温度时，LED的功能减少。 根据本专利技术的这个方案，通过提供带有散热装置的光学衬底，LED能 工作在大功率下，而通过散热装置将引导LED产生的热量离开LED。在本
中已知的照明系统中现有的单LED和多LED光源 的一个问题是输入电功率到发出的光功率的转换效率相对较低。对于 效率较高的光源，转换效率最多也就达到10-15%。低效率一方面是 由于LED有源层的固有转换效率，另一方面是由于在同一有源层中或 在包围该层的高指数(high-index)层堆栈中的光陷阱和光的再吸收造成 的。这占到了转化为热量的输入功率的90- 85%。因为这个原因，热管理和来自LED的光提取的优化均是照明应用中优化LED的重要问题。已知照明系统的另 一个缺点是，照明系统不是为不具有将热量从 芯片有效转移走的装置的功率芯片设计的照明系统，因此，系统的流 明通量和光亮度保持低水平。此外，由于衬底和LED的结合没有对来 自LED的光提取进行优化，所以光的发射效能相对较低。优选地,根据本专利技术的LED在标称功率下驱动时，辐射功率输出至 少为100mW。在根据本专利技术的照明系统中，发光二极管以 一种称作面朝下的方 式安装在光学衬底上。LED发出的光被耦合进光学衬底。有 一 些实现散热装置的方法。根据本专利技术的照明系统的 一 个优选 实施例的特征在于，其光学衬底包含一个半透明或透明的(多)晶体 陶瓷材料，它既作为光学元件又作为散热装置。由一种(多)晶体陶 瓷材料做成的光学衬底本身就如同热传导元件一样有效。使用由多晶 陶瓷材料做成的光学衬底的另一优势是这些材料能容易地承受高于 200TC的温度，能够采用大功率LED芯片，并且温度已不再是照明系统的限制。(多)晶体陶瓷材料应该是透明的或半透明的以便成为光 学系统的一个完整部分。由于实际原因，最好使用烧结的多晶光学衬 底。大家都知道，对于陶瓷元件或装置的制备工艺的技术人员来说， 这些元件的制备是可能的。合适的陶瓷材料有钇铝石榴石(YAG)， PCA(多晶氧化铝)，AIN(氮化铝)等等。以1000TC以上的温度烧结这些 材料，这些材料能容易地承受LED的工作温度。这些材料的元件可以 通过挤压法、压注模塑法或比如为陶瓷成型技术的技术人员所知的铸 造工艺来制成各种形状，这是已知的。玻璃是作为光学衬底的另一种 适合的材料。使用上述提到的材料，对光学衬底可以增添额外的功能。为了达 到该目的，根据本专利技术的照明系统的一个优选实施例的特征在于，光 学村底的预定光学属性包括影响光的提取，光的转换和/或光的定向性。在第一个实施例中， 一个蓝色的或发紫外光的LED安装在一个局 部施加有一定量发光物质的凹进部分。这可以在陶瓷材料中烧结或其 后通过内扩散施加或通过其它任何为该
的技术人员所知的方案。这种发光材料至少部分地将原色光转变为混合色(secondary color),通过对单个LED在光学衬底上将多种发光物质组合起来，可 以得到非常稳定的恒色光源。在另一个实施例中，多个LED安装在具有同种或不同发光材料的 各种出口孔中，以便从光源获得更高的光通量。通过有意地选择发光 物质在陶瓷衬底上的分布，也有可能导致从光学衬底中发出的光的颜 色或色温作为位置或发光角度的函数发生期望的变化。在另 一个优选实施例中，陶瓷衬底由和LED衬底具有相同或大致 相同的折射率的材料组成。通过在出口孔的内部和LED衬底之间施加 具有相同折射率的透明粘合剂，该装置能将由LED衬底内部反射导致 的光的损失减到最少。在另一个实施例中，光学衬底的前表面提供有象微透镜或衍射图 案之类的光学结构，目的是便于光的提取或者也为了增强光在预定方 向上的提取。可以通过在烧结之前构造陶瓷或之后在光学衬底的顶部 上施加具有适当折射率的一个涂层，这些图案能施加在光学衬底的表 面上，光通过该光学衬底发出。在所有情况下，这涉及的都是适合承 受300C或更高工作温度的无机层。根据本专利技术的照明系统的另 一 个优点是，除了改进陶瓷层的热传 导性外，还有其它装置来激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明系统包括：至少一个发光二极管芯片（Ｒ，Ｇ，Ｂ）；每个发光二极管芯片（Ｒ，Ｇ，Ｂ）包含一个具有用来发光的发光层（１）的ＬＥＤ衬底（２）；所述至少一个发光二极管芯片（Ｒ，Ｇ，Ｂ）排列在具有预定光学属性的光学衬底（ １０）上；所述至少一个发光二极管芯片（Ｒ，Ｇ，Ｂ）的发光层（１）面对光学衬底（１０）；所述至少一个发光二极管芯片（Ｒ，Ｇ，Ｂ）发出的光经由光学衬底（１０）的出光窗口（１１）发出，该出光窗口（１１）背向发光层（１）；光 学衬底（１０）包含一个散热装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-5-25 05104461.81.一种照明系统包括至少一个发光二极管芯片(R，G，B)；每个发光二极管芯片(R，G，B)包含一个具有用来发光的发光层(1)的LED衬底(2)；所述至少一个发光二极管芯片(R，G，B)排列在具有预定光学属性的光学衬底(10)上；所述至少一个发光二极管芯片(R，G，B)的发光层(1)面对光学衬底(10)；所述至少一个发光二极管芯片(R，G，B)发出的光经由光学衬底(10)的出光窗口(11)发出，该出光窗口(11)背向发光层(1)；光学衬底(10)包含一个散热装置。2. 根据权利要求l所述的照明系统，其中光学衬底(10)包含一种半透明多晶陶瓷材料，该半透明多晶陶瓷材料作为散热装置。3. 根据权利要求1或2所述的照明系统，其中的散热装置包含一 层施加于光学衬底(10)背向出光窗口(11)的一侧上的金属化层(16)。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：RM沃尔夫，J德格拉夫，H范斯普兰格，MA弗舒伦，TA科普，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]