專利名稱：固態(tài)燈泡的制作方法
固態(tài)燈泡相關(guān)申請的交叉參考本申請主張如下權(quán)益2009年10月22日由若干發(fā)明人申請的名稱為“Lamp”的美國臨時專利申請61/279，586、由相同發(fā)明人中的一些申請的名稱均為“Solid-State LightBulb With Interior Volume for Electronics”的2009年 11 月 10 日申請的美國臨時申請61/280，856、2010年I月19日申請的美國臨時申請61/299，601、2010年5月12日申請的美國臨時申請61/333，929、以及由若干發(fā)明人于2009年11月25日申請的名稱為“On-WindowSolar-Cell Heat-Spreader”的美國臨時申請61/264，328。所有申請并入于此作為參考。參考Falicoff 等人名稱為 “Spherically Emitting Remote Phospher” 的未決和共有美國專利申請No. 12/378,666(公 開號2009/0225529)、Chaves等人的名稱為“Optical Device For LED-Based Lamp” 的 No. 12/210，096 (公開號 2009/0067179)以及名稱為 “remote phosphor LED downlight” 的 No. 12/387，341(公開號 2010/0110676)。所有這些申請具有至少一個與本發(fā)明共同的發(fā)明人，其全部內(nèi)容并入于此作為參考。參考若干申請人的2010年5月12日申請的名稱為“Di_able LED Lamp”的未決美國專利申請 No. 12/777，231, 2009 年 10 月 16 日申請的名稱為 “Quantum Dimming via SequentialStepped Modulation” 的 No. 12/589，071(公開號 2010-0097002)，以及 2010 年 10 月 22日申請的名稱為 “Remote phosphor light engines and lamps” 的國際專利申請 No. PCT/
US2010/_(文檔號47654-40-W0)。所有這些申請具有至少一個與本發(fā)明相同的發(fā)明
人，其全部內(nèi)容并入于此作為參考。
背景技術(shù)：
如在若干申請包括上述US12/378，666和US12/210，096中公開的，球面遠(yuǎn)程熒光體可以具有非常均勻的亮度，由此具有均勻的球面強(qiáng)度。熒光體-LED燈系統(tǒng)通常使用藍(lán)色LED和微黃的熒光體，其組合以產(chǎn)生白光。然而，在一些情況和條件下，大的球面遠(yuǎn)程熒光體的美學(xué)缺點是當(dāng)沒有點燈時具有強(qiáng)烈的微黃外觀并且不呈現(xiàn)藍(lán)光。另一個美學(xué)缺點是遠(yuǎn)程熒光體燈的形狀通常顯著不同于現(xiàn)有燈泡的形狀，現(xiàn)有燈泡具有螺紋手柄上的球體形狀。需要與傳統(tǒng)白熾燈泡相同形狀的LED燈，但是要具有足夠的散熱能力以有效地使用LED和熒光體，特別是當(dāng)任務(wù)是以低得多的功率產(chǎn)生與75瓦白熾燈同樣高的發(fā)光亮度?，F(xiàn)有技術(shù)包括Soules等人的美國專利No. 7，479，662，其公開了透明的球體，在其中央有藍(lán)光LED芯片并且在其表面涂有熒光體。Soules的圖4中示出了裝配在模塑的球體318中央的LED芯片312，其具有“在球體的內(nèi)表面上涂覆的熒光體”。Soules還公開了LED “將在所有方向均勻照射”。然而，Soules沒有提供能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的球面光分布的LED的細(xì)節(jié)。常用的LED通常產(chǎn)生半球(或接近半球)的朗伯強(qiáng)度圖案，其被公知為非常不均勻。還有一些具有蝙蝠形或其他不均勻強(qiáng)度圖案的LED，但是都不具有半球均勻性。相反地，通常封裝的LED或芯片的半球朗伯輸出給出在半球(僅球體的一半)中涂覆的熒光體上的不均勻的藍(lán)光分布，導(dǎo)致不均勻的表面色度，芯片之上具有最高色溫而芯片之后具有最低色溫。
在Soules的圖4所示的實施例中，如果LED芯片312沒有球面發(fā)光(如Soules要求的那樣)，而是半球朗伯源，那么中空球的內(nèi)表面上涂覆的與溝通的上半球?qū)⒂伤{(lán)光直接照射，使其從LED中突出出來。涂覆了熒光體的表面的下半球不能被直接照射，但是通過從上半球反射的微弱的藍(lán)光照射。由發(fā)明人和遠(yuǎn)程熒光體LED光源領(lǐng)域的研究人員H^0nN.Narendran，Y.Gu，J. P. Freysinnier-Nova, Y. Zhu, ^Extracting phosphor-scattered photons to improvewhite LED efficiency”，phys. Stat,Sol. (a)202 (6) :R60_R62,Rapid Research Letters,2005 Wiley-WVH，參見圖3)完成的測量顯示通常從設(shè)計以產(chǎn)生白光的傳輸熒光體層反射的藍(lán)光的百分比是大約10到15%，基本上獨立于熒光體涂層的密度(參見Narendran等人的圖3)。也就是說，85到90%的藍(lán)光被轉(zhuǎn)換或者未被轉(zhuǎn)換地通過上半球的熒光體層。來自上半球轉(zhuǎn)換的黃光的近似40到50%可以向內(nèi)發(fā)射(見Narendran等人的圖3)并且朝向下半球行進(jìn)。為了最終從燈泡發(fā)射的白光在兩個半球相同(相同的強(qiáng)度，顏色溫度等)，黃光和藍(lán)光的量(和它們的比率)必須在球面上的所有點匹配上半球。這個推測在某種程度上是有可能的，但是當(dāng)LED在球體中央時，不確定如何可以實現(xiàn)如Soules等人描述的那樣。作為照射與熒光體的不同垂直定位的區(qū)域的不均勻的光的結(jié)果，還有其他問題需要克 月艮，光從朗伯發(fā)射LED不均勻地照射。來自朗伯源的強(qiáng)度作為遠(yuǎn)離發(fā)射光線的法線的角度的余弦函數(shù)而改變。當(dāng)因為光線平行于源的表面而精確垂直于法線時，任何朗伯表面的強(qiáng)度為零。由此，Soules的圖4的系統(tǒng)不能使用具有朗伯輸出的LED實現(xiàn)均勻的白光。猜測這就是Soules為什么表示他的系統(tǒng)操作LED以產(chǎn)生“均勻”輸出的原因。Soules在他的圖2中示出了他的發(fā)明的更可行的實施例，具有半球遠(yuǎn)程熒光體涂層。這克服了如在圖4的實施例中的前述問題，因為其消除了下半球部分。然而，Soules沒有解決通常的LED的朗伯輸出的注意問題，并且其前提依賴于LED在上半球的所有角方向上產(chǎn)生“均勻”光。
發(fā)明內(nèi)容
期望具有一種遠(yuǎn)程熒光體固態(tài)光源，其產(chǎn)生球面均勻光或者具有與現(xiàn)有白熾燈的輸出分布類似的輸出分布，同時單獨地或以陣列形式利用標(biāo)準(zhǔn)LED，而不管它們是否是半球朗伯發(fā)光器。已經(jīng)使用了一種非遠(yuǎn)程熒光體方法來將白色LED裝配到圓柱形金屬芯子上，該芯子裝配在桿的一端，如Utah的CAO Group公司的Dynasty S14燈示例的那樣。然而，該燈和它們的產(chǎn)品線上的其他燈產(chǎn)生蝶形光束圖案，這與更期望的球面光束圖案相反。另一個方法可以用于將白色LED放到球面金屬球上。然而，其中裝配有球的桿必須比球的直徑窄，如果它沒有阻擋太多立體角。桿提供了用于球的主要冷卻路徑。然而，該配置具有由熱路徑的有限尺寸相對于球面球的表面上的能量密度所引起的冷卻問題。其次，存在暗區(qū)，因為使用正方形晶圓或現(xiàn)有封裝的LED，LED源不能裝配為完全位于球上。理論上來說，熒光體可以沉積在小的芯片的陣列上，包括圍繞芯片的暗區(qū)。然而，該配置導(dǎo)致光束在不同方向上具有可視的不同顏色的溫度，有時候不美觀。此外，將芯片放置到球形上是困難的，并且不利于將其應(yīng)用于量產(chǎn)技術(shù)，量產(chǎn)技術(shù)通常使用揀選機(jī)器。期望具有固態(tài)光源，使用遙控磷光體，具有與75W類型A19白熾燈泡的近似球面的亮度分布類似的角分布，其具有類似的集合限制但是具有非常高效率。本發(fā)明的實施例至少部分地滿足這些和其他要求。LED對于過溫情況是敏感的。由此，為了提供熱可變的LED燈泡設(shè)計，期望使用足夠低的熱阻(攝氏度/瓦)從芯片移除熱負(fù)載，用于安全操作溫度。通過從電輸入功率減去總輻射輸出功率來發(fā)現(xiàn)熱。指定上安全溫度和上環(huán)境溫度給出了最小溫度差，其除以熱的瓦數(shù)來給出熱阻。還期望提供能夠在傳統(tǒng)燈泡接收器中使用的燈。這樣的接收器通常具有50或60Hz AC在110-120或220-240伏的電能，根據(jù)國家而不同。然而，LED通常僅需要3伏特DC。LED的陣列可以串行連線以增加有效的供電，但是通常不是240伏特。由此期望提供燈泡的不透明基底內(nèi)部的空間，用于Ac到DC和電壓轉(zhuǎn)換的電壓單元。還期望進(jìn)一步提供內(nèi)部空間用于這樣的電子控制，如變暗、顏色溫度調(diào)節(jié)和芯片溫度監(jiān)測。本發(fā)明的實施例的幾何形狀的目的在于實現(xiàn)這些目的。 本發(fā)明的實施例的遙控磷光體方法與現(xiàn)有白色LED相比減小了芯片熱負(fù)載，白色LED具有直接位于芯片上的熒光體。例如，輻射其電子輸入的35%作為光的藍(lán)色芯片將具有65%的熱負(fù)載。具有90%的量子效率的和80%的斯托克斯效率的熒光體將具有10%的轉(zhuǎn)換熱負(fù)載和來自斯托克斯頻移的18%的熱負(fù)載，一共28%?？紤]85%的藍(lán)色光進(jìn)入熒光體并且10 %從熒光體出來，使得熒光體熱負(fù)載是75 %的28 %，或者所有藍(lán)色光的21 %。對于當(dāng)前可用的藍(lán)色芯片，藍(lán)光輸出是電能的35%。這使得磷光體的熱負(fù)載是電能的7%，這更容易由大的熒光體自身而不是芯片消散熱負(fù)載，芯片已經(jīng)熱負(fù)載了 65%的電能。隨著芯片技術(shù)的改善，從芯片提取了在活性層內(nèi)生成的越來越多的藍(lán)光。當(dāng)前的商用芯片已經(jīng)達(dá)到了 50%的效率(電能的50%的藍(lán)光輸出)，并且很快可以期望70-80%的范圍。這留下了越來越少的浪費的電能來使芯片變熱，允許對于相同的熱負(fù)載較高的電流水平和更大的光能輸出。實際上，當(dāng)調(diào)整了電極的大小用于這些較高的電流水平，可以期望關(guān)于電流的剩余的限制是最高可容忍的操作溫度。然而，當(dāng)高效藍(lán)色芯片由此在其峰值溫度操作時，保形涂層的傳統(tǒng)熒光體幾何形狀引起了問題。當(dāng)芯片是75%有效的時，它的熱負(fù)載僅為25%，但是磷光體熱負(fù)載依然是藍(lán)光的24%，那么是電能的16%。使用保形熒光體，來自熒光體的大部分熱將必須通過芯片傳導(dǎo)，將芯片的負(fù)載增加了 63 % (從25 %的電能到41 %的電能)。這意味著保形涂層的白色芯片的限制熱的電流將必須顯著低于單個藍(lán)色芯片的。發(fā)明人使用軟件包COSMOS執(zhí)行具有有限要素模型的熱仿真。這里假設(shè)的模型是用于熱沉的4. 24° K/W的熱電阻，通過藍(lán)色芯片的厚度的I. 85° K/W和用于熒光體之上的硅酮密封層的100° K/W(后者是在高通量LED封裝中使用的標(biāo)準(zhǔn)材料)。還假設(shè)環(huán)境溫度是25攝氏度并且LED和其熱沉位于空氣中，并且沒有阻礙物阻擋對流損耗。下面的表列出了得到的溫度。
芯片效率電流僅藍(lán)色涂覆的藍(lán)色熒光體
35%350mA5TC5&V&VC
80%350mA33ΓATC&8V
權(quán)利要求
1.一種燈泡，包括 至少一個發(fā)光器件； 電路板，所述至少一個發(fā)光器件裝配在所述電路板上； 導(dǎo)熱框架，所述電路板裝配在所述導(dǎo)熱框架上； 連接器，用于將燈泡電子和機(jī)械附接于接收器，所述連接器裝配在所述框架上與所述至少一個發(fā)光器件相反側(cè)上； 透明球，所述透明球涂覆有熒光體，所述熒光體包括由所述發(fā)光器件光激活的材料；以及 接口表面，占據(jù)了所述球的表面的一小部分，所述接口表面光學(xué)地結(jié)合到所述至少一個發(fā)光器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，還包括透光球狀外殼，裝配在所述框架上以包圍所述透明球和所述電路板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，所述接口表面處于所述透明球的表面的假想延續(xù)部分的切線與對著所述透明球的中心的30°半角的弦之間的空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，所述接口表面包括平坦弦、割線中或者正切面的至少一個和截頭圓錐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燈泡，其中，所述接口表面包括所述平坦弦、割線或者正切面，和所述截頭圓錐，所述截頭圓錐包圍所述平坦面，并且所述平坦面覆蓋有漫反射材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燈泡，其中所述平坦面的所述漫反射材料應(yīng)用至所述電路板，并且其中所述至少一個發(fā)光器件裝配在所述電路板的外周部分，所述外周部分與所述透明球正切，所述外周部分光學(xué)地結(jié)合到所述接口表面的所述截頭圓錐。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，所述至少一個發(fā)光器件包括藍(lán)色LED芯片的陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燈泡，其中，所述至少一個發(fā)光器件還包括紅色LED的陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燈泡，所述至少一個發(fā)光器件包括與所述紅色LED芯片交錯的所述藍(lán)色LED芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，所述連接器符合標(biāo)準(zhǔn)類型的接收器。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燈泡，其中，所述外殼與球間隔開。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燈泡，其中，所述透光外殼是漫散地半透明的。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燈泡，其中，所述平坦面的半徑對著所述透明球中心的15°和30。角之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，所述透明球是透明絕緣材料的實心球。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，所述透明球是中空球。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燈泡，其中，所述空心球在其內(nèi)部涂覆有所述熒光體。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燈泡，其中，所述球狀外殼是玻璃的并且具有金屬條，所述金屬條源自所述框架，形狀符合地附接于所述球狀外殼的外部、內(nèi)部或嵌入其中。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡,其中,所述熒光體材料包括三個熒光體種類。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燈泡，其中，通過將摻雜了所述熒光體的硅酮材料模塑形成所述中空球。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燈泡，其中，所述三個熒光體種類包括 用于紅色，Phosphor Tech buvr02,處于所述球的表面上I. 7±0. I毫克每平方厘米； 用于黃色，Phosphor Tech bywOla,處于所述球的表面上4. 9±0. I毫克每平方厘米；以及 用于綠色，Intematix gl758,處于所述球的表面上20. 3±0. 2毫克每平方厘米。
21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，所述至少一個發(fā)光器件裝配為接近于該球，并且直接與該球接口。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，電路板處于從球緊外面或者切下球的一部分用于接口的地方處球的曲線的假想延伸部分的緊外面的位置到切下對著半角不超過30°的弦的球的曲線內(nèi)部的位置的范圍內(nèi)，其中在前者位置在電路板中心的發(fā)光器件剛接觸球的曲線。
23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，裝配在電路板上的至少一個發(fā)光器件的前面距透明球的中心不比透明球的半徑的1.1倍更遠(yuǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，至少一個發(fā)光器件被定位，使得該發(fā)光器件能夠照明與接口處省略的任何部分分開的球的整個內(nèi)部，除了在接口處的折射之外不需要光學(xué)器件的輔助。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的燈泡，其中，電路板是平坦的，所述電路板的外圍位于球的曲線之外，并且從與球正切的電路板的外圍設(shè)置截頭圓錐反射器。
26.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈泡，其中，接口表面位于所述至少一個發(fā)光器件的前表面，或者位于應(yīng)用至所述至少一個發(fā)光器件的封殼的前表面上。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的燈泡，其中，所述球是中空的，并且接口表面是位于封殼和球內(nèi)的空氣之間的接口。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的燈泡，其中，所述球是實心的，并且接口表面是位于封殼和制成球的材料之間的接口。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的燈泡，其中，接口表面由粘結(jié)材料形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的燈泡，其中，所述粘結(jié)材料是折射率匹配的粘結(jié)材料。
全文摘要
本發(fā)明的燈泡的例子具有裝配在電路板上的發(fā)光器件(可以是LED陣列)。該電路板裝配在導(dǎo)熱框架的一端。用于將燈泡電子和機(jī)械地附接于接收器的圓螺紋或其他適合的連接器被裝配到框架的另一端。透明的熒光體涂覆的球具有可選地結(jié)合到所述陣列的平坦弦面。透光的球狀外殼被裝配到框架上，圍繞該球并且均質(zhì)化燈泡的白光輸出但是還隱藏位于其中心的遠(yuǎn)程熒光體球的發(fā)黃的未點亮的外觀。
文檔編號F21S2/00GK102859260SQ201080059022
公開日2013年1月2日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者瓦基迪·法利可夫, Y·孫 申請人:光處方革新有限公司