具有热扩散元件和导光光学器件的固态灯制造技术

本发明专利技术提供一种灯和灯泡，所述灯一般包括光源、一种或多种波长转换材料、相对于光源分离或者远离定位的区域或层、以及分离的耗散层的不同的组合和布置。该布置允许制造高效、可靠并且有成本效益的灯和灯泡并且可以提供大致全方向的发射样式，甚至具有由共面布置的LED组成的光源。根据本发明专利技术的灯还可以包括用于使热量从LED有效耗散的热管理特征，这随之允许LED在较低温度下工作。灯还可以包括光学元件以助于将发射样式从LED的总体定向性（例如朗伯曼）样式改变为更加全方向的样式。

【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固态灯和灯泡，并且更具体地涉及一种能够产生全方向发射样式的基于发光二极管(LED)的有效且可靠的灯和灯泡。
技术介绍
基于白炽灯或灯丝的灯或灯泡通常地用作用于住宅与商业设施的光源。然而，这种灯是极其没有效率的光源，具有高达95%的输入能量损耗，主要是以热能或者红外能量的形式损耗。所谓的紧凑型突光灯(CFL, compact fluorescent lamp)是一种对白炽灯的常用替代物，这种密集荧光灯在将电转换成光时更有效但是要求使用毒性材料，这种毒性材料具有多种化合物，可能造成慢性与急性中毒并且可能导致环境污染。一种用于改进灯或灯泡效率的技术方案是使用诸如发光二极管(一个或多个LED)的固态装置，而不是使用金属灯丝来产生光。发光二极管通常包括夹置在进行相反地掺杂的层之间的半导体材料的一个或多个活性层。当横跨掺杂层施加偏压时，空穴和电子被注入活性层中，在那里它们重新结合以形成光。光从活性层以及从LED的多个表面发射出来。为了在电路或者其他类似装置中使用LED芯片，将LED芯片封入封装中以提供环境和/或机械保护、颜色选择、光聚焦等是已知的。LED封装还包括电引线、触点或者迹线以便将LED封装电连接至外部电路。在图1中示出的典型的LED封装10中，单个LED芯片12通过焊料粘合剂或者传导性环氧树脂安装在反射杯13上。一个或更多焊丝(wire bond)ll将LED芯片12的欧姆触点连接至引线15A和/或15B，所述引线可以附接至反射杯13或者与反射杯一体形成。反射杯可以以密封材料(encapsulant material,包封材料)16填充，该密封材料可以含有诸如磷光体(phosphor，荧光剂)的波长转换材料。由LED发射的第一波长的光可以由磷光体吸收，磷光体可以响应地发射第二波长的光。整个组件随后都被包封在透明的保护性树脂14中，该保护性树脂可以被模制成透镜的形状以准直自LED芯片12发射的光。在反射杯13可以将光在沿着向上方向引导的同时，当光被反射时可能发生光学损失(即由于实际反射体表面的反射性小于100%, —些光可能被反射杯吸收)。此外，热量残留对于诸如图1中示出的封装10的封装来说可能是一个问题，因为这种热量残留可能很难通过引线15A、15B提取出。图2中示出的传统的LED封装20可能更适于可以产生更多热量的高功率工作。在LED封装20中，将一个或多个LED芯片22安装到诸如印刷电路板(PCB)承载件、基板或基台(submount)的承载件上。安装到基台23上的金属反射体24围绕LED芯片22并且将由LED芯片22发出的光从封装20反射走。反射体24还对LED芯片22提供机械保护。将一个或多个焊丝连接27布置在LED芯片22上的欧姆触点与基台23上的电迹线25A、25B之间。安装好的LED芯片22然后覆盖以密封剂26，密封剂可以为芯片提供环境和机械保护同时还充当透镜。金属反射体24通常通过焊料或环氧树脂粘合剂而附接至承载件。诸如在图2中的LED封装20中发现的那些LED芯片可以涂覆有包括一种或多种磷光体的转换材料，磷光体吸收LED光中的至少一些。LED芯片可以发射不同波长的光，以便该LED芯片发射来自LED与磷光体的光的组合。可以利用许多不同的方法将LED芯片涂覆以磷光体，其中一种适当的方法在美国专利申请序列号N0.11/656，759和N0.11/899，790中进行了描述，它们都属于Chitnis等并且名称都是“晶圆级磷光体涂覆方法和利用该方法制造的装置(Wafer Level Phosphor Coating Method and DevicesFabricated Utilizing Method)”。可替换地,可以利用诸如电泳沉积(EF1D)的其他方法涂覆LED，其中一种合适的EH)方法在属于Tarsa等的名称为“半导体装置的闭合回路电泳沉积(Close Loop Electrophoretic Deposition of Semiconductor Devices)，，的美国专利申请N0.11/473,089中进行了描述。具有紧密靠近或者作为直接涂层的转换材料的LED芯片已经在多种不同的封装中使用，但是遇到了基于装置的结构的一些局限性。当磷光体材料在LED外延性层上或者与之紧邻时(并且在一些例子中包括在LED上方的保形涂层)，磷光体可能直接地经受到由芯片产生的热，这可以使磷光体材料的温度增加。此外，在这种情形中磷光体可能经受来自LED的非常高的集中度或者通量的入射光。由于转换过程的效率通常不是100%，在磷光体层中产生与入射光通量成比例的多余的热量。在靠近LED芯片的密集磷光体层中，由于在小的区域中产生大量的热量，这可能导致在磷光体层中的极大的温度增加。当磷光体颗粒嵌入在诸如硅的低导热性材料中时温度增加可能加剧，该低导热性材料不为在磷光体颗粒内产生的热量提供有效的耗散路径。这种升高的工作温度可能导致磷光体和周围材料随着时间而退化，以及使得磷光体转换效率下降和转换颜色的发生色移。还已对灯进行了开发，利用诸如LED的固态光源与从LED隔开或者远离LED的转换材料相结合。在T ar s a等的名称为“使用固态光源的高输出径向散射灯(H i ghOutput Radial Dispersing Lamp Using a Solid State Light Source)，，的美国专利N0.6, 350, 041中公开了这种布置。在该专利中描述的灯可以包括将光通过分离器传送到具有磷光体的散射器的固态光源。散射器可以以期望的样式散射光和/或通过使用磷光体或其他转换材料将光的的至少一些转换为不同的波长来改变光的颜色。在一些实施方式中，分离器将光源与散射器间隔开足够的距离，使得当光源承载房间照明所必要的升高的电流时，来自光源的热不会转移至散射器。在属于Negley等的名称为“发光装置(LightingDevice)”的美国专利N0.7，614，759中描述了另外的远距离磷光体技术。包括远距离磷光体的灯的一个潜在的缺点是它们可能具有不期望的视觉或美观特性。当灯不产生光时，灯可以具有不同于标准爱迪生灯泡的典型白色或透明外观的表面颜色。在一些例子中，灯可以具有黄色或者桔黄色外观，这种外观主要由诸如黄色/绿色和红色磷光体的磷光体转换材料导致。对于许多应用来说该外观可能被认为是不理想的，在这些应用中，当光未照亮时，这种外观可能带来与周围的结构件有关的美观问题。这可能对这些类型的灯的整体顾客接受度造成负面影响。此外，与保形或相邻的磷光体布置(在这些布置中，转换过程中在磷光体层中产生的热量可以经由附近的芯片或者基板表面传导或者耗散)相比，远距离磷光体布置可能经受不充分的导热热耗散路径的影响。在没有有效的热耗散路径的情况下，隔热的远距离磷光体可能经受升高的工作温度，这种升高的工作温度在一些情形中可能甚至比在类似的保形涂覆层中的温度更高。这可抵消通过将磷光体相对于芯片远离地布置而实现的益处的一些或全部。换言之，磷光体相对于LED芯片的远距离布置可以减小或消除在工作期间由于在LED芯片内部产生的热量而导致的磷光体层的直接加热，但是由于在光转换过程中磷光体层自身产生的热量以及缺少使这些产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.03 US 61/339,516;2010.03.03 US 61/339,515;1.一种固态灯，包括: 发光二极管(LED)； 光学元件，所述光学元件在所述LED上方使得来自所述LED的光与所述光学元件相互作用，所述光学元件将所述LED的发射样式改变为更宽广的发射样式；以及 磷光体承载件，所述磷光体承载件在所述光学元件上方，所述磷光体承载件将所述LED光的至少一些转换为不同的波长。2.根据权利要求1所述的灯，其中，所述光学元件包括基本透明的材料，来自所述LED的光被所述光学元件弓I导成更宽广的发射样式。3.根据权利要求2所述的灯，其中，所述LED光在所述光学元件中通过全内反射引导。4.根据权利要求2所述的灯，其中，所述LED光在所述光学元件中通过折射引导。5.根据权利要求2所述的灯，其中，所述光学元件具有弯曲的锥形形状。6.根据权利要求2所述的灯，其中，所述LED光的一部分被所述光学元件引导成以70度或更大的角度发射至所述LED。7.根据权利要求2所述的灯，其中，所述LED光的一部分被所述光学元件引导成以80度或更大的角度发射至所述LED。8.根据权利要求2所述的灯，其中，所述LED光的一部分被所述光学元件引导成以90度或更大的角度发射至所述LED。9.根据权利要求2所述的灯，其中，所述LED光的一部分穿出所述光学元件。10.根据权利要求2所述的灯，其中，所述光学元件具有三维形状。11.根据权利要求1所述的灯，其中，所述光学元件利用镜面反射和/或漫反射来将所述LED的所述发射样式改变为更宽广的发射样式。12.根据权利要求1所述的灯，其中，所述光学元件包括反射性表面，所述LED光中的至少一些从所述表面反射离开。13.根据权利要求12所述的灯，其中，所述反射性表面在所述LED的上方。14.根据权利要求13所述的灯，进一步包括在所述反射性表面中的开口以允许所述LED光通过。15.根据权利要求11所述的灯，其中，所述光学元件是花形的。16.根据权利要求15所述的灯，其中，所述光学元件包括在所述LED上方的一个或多个反射性叶片，来自所述LED的光从所述叶片反射。17.根据权利要求16所述的灯，进一步包括在所述叶片中的开口以允许所述LED光通过。18.根据权利要求16所述的灯，进一步包括在所述叶片之间的空间以允许所述LED光通过。19.根据权利要求1所述的灯，进一步包括热扩散基板以使来自所述LED的热量在遇到热阻材料之前扩散。20.—种固态灯,包括: 热耗散元件； 电介质层，所述电介质层在所述热耗散元件上； 热扩散基板，所述热扩散基板在所述电介质层上；以及发光二极管(LED)，所述发光二极管在所述热扩散基板上并且与所述热扩散基板热接触，所述热扩散基板使来自所述LED的热量在所述LED热量到达所述电介质层之前扩散。21.根据权利要求20所述的灯，其中，所述热扩散基板包括高导热性材料。22.根据权利要求20所述的灯，其中，所述热扩散基板包括金属。23.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·塔尔萨，罗南·勒托奎内，童涛，贝恩德·凯勒，
申请(专利权)人：克利公司，
类型：
国别省市：