專利名稱：具有形成的間隔式熒光體的照明器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明器件，并且具體地涉及包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管和間隔式轉(zhuǎn)換材料的固態(tài)照明器件。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是將電能轉(zhuǎn)換成光的固態(tài)器件，并且通常包括夾在反相摻雜的層之間的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體材料活性層。當(dāng)跨摻雜層施加偏壓時(shí)，空穴和電子被注入活性層內(nèi)，它們?cè)谀抢镏匦聫?fù)合以發(fā)光。光從活性層以及從LED的所有表面射出。為了在電路或其他類似裝置中使用LED芯片，已知可將LED芯片封入封裝內(nèi)以提供環(huán)境和/或機(jī)械保護(hù)、顏色選擇、聚光等。LED封裝還可以包括用于將LED封裝電連接至外部電路的電引線、觸點(diǎn)或跡線。在圖I示出的典型LED封裝10中，利用焊接接合或?qū)щ?環(huán)氧樹脂將單個(gè)LED芯片12安裝在反射杯13上。一根或多根線接合11將LED芯片12的歐姆觸點(diǎn)連接至引線15A和/或15B,引線可以被連接至反射杯13或與之集成在一起。反射杯可以填充有密封材料16，其中可以包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料例如熒光體。由LED以第一波長(zhǎng)發(fā)射的光可以被熒光體吸收，熒光體可以響應(yīng)性地以第二波長(zhǎng)發(fā)光。整套組件隨后被封入透明的保護(hù)性樹脂14內(nèi)，保護(hù)性樹脂14可以被模制為透鏡的形狀以將從LED芯片12發(fā)射出的光定形。LED封裝10可以通過(guò)用吸收藍(lán)光并重新發(fā)射出黃光的轉(zhuǎn)換材料覆蓋藍(lán)色發(fā)光LED芯片12而生成白光。部分藍(lán)光穿過(guò)轉(zhuǎn)換材料而沒有被轉(zhuǎn)換，以使LED封裝10發(fā)射出藍(lán)光和黃光組合而成的白光。盡管反射杯13可以沿向上的方向引導(dǎo)光,但是在反射光時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)光損耗(也就是部分光可能會(huì)由于實(shí)際反射面的反射率小于100%而被反射杯吸收)。另外，因?yàn)榭赡茈y以通過(guò)引線15A，15B吸取熱量，所以對(duì)于封裝(例如圖I中所示的封裝10)來(lái)說(shuō)熱滯留可能會(huì)是一個(gè)問(wèn)題。來(lái)自LED芯片12和周圍部件的熱量也可以散發(fā)到轉(zhuǎn)換材料內(nèi)，這可能會(huì)使轉(zhuǎn)換材料隨著時(shí)間的推移而劣化，改變其轉(zhuǎn)換特性。這樣隨即可能導(dǎo)致LED封裝10隨著時(shí)間的推移而發(fā)射出不同顏色的光。圖2中示出的常規(guī)LED封裝20可以更加適用于可能產(chǎn)生更多熱量的高功率操作。在LED封裝20中，一個(gè)或多個(gè)LED芯片22被安裝在載體例如印刷電路板(PCB)載體、基板或襯底23上。其中的一個(gè)或多個(gè)LED芯片22可以覆蓋有轉(zhuǎn)換材料以使特定的LED芯片發(fā)射出來(lái)自LED芯片和轉(zhuǎn)換材料的光組合而成的白光。安裝在襯底23上的金屬反射器24圍繞LED芯片(多個(gè))22并且反射由LED芯片22發(fā)射的光離開封裝20。反射器24還對(duì)LED芯片22提供了機(jī)械保護(hù)。一根或多根線接合連接11被制造在LED芯片22上的歐姆觸點(diǎn)和襯底23上的電跡線25A，25B之間。安裝好的LED芯片22隨后被覆以密封劑26，密封劑26可以對(duì)芯片提供環(huán)境和機(jī)械保護(hù)，同時(shí)還可以用作透鏡。金屬反射器24通常通過(guò)焊料或環(huán)氧樹脂接合而被連接至載體。熱量從LED芯片22通過(guò)金屬反射器24向襯底23和任意的散熱片更加高效地輻射。但是，來(lái)自LED芯片的熱量仍然可能會(huì)散發(fā)到轉(zhuǎn)換材料內(nèi)，造成轉(zhuǎn)換特性的退化。類似于上述的封裝10，這樣也可能導(dǎo)致用于LED封裝的發(fā)射特性隨著時(shí)間的推移而改變。授予Tarsa的發(fā)明名稱為“HighOutput Radial Dispersing Lamp Using a SolidState Light Source”的美國(guó)專利US6，350，041公開了多個(gè)燈的實(shí)施例，在分隔器的一端包括一個(gè)或多個(gè)固態(tài)光源，并且在分隔器的另一端包括散射器。來(lái)自LED光源的光沿分隔器向下行進(jìn)，在此可以通過(guò)散射器將光呈發(fā)射狀地散射。散射器也可以包括能夠轉(zhuǎn)換來(lái)自光源的全部或部分入射光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。在不同的實(shí)施例中，光源可以發(fā)射藍(lán)光，而散射器包括吸收藍(lán)光并重新發(fā)射出黃光的轉(zhuǎn)換材料。從散射器發(fā)射出的光可以包括來(lái)自光源的藍(lán)光和來(lái)自轉(zhuǎn)換材料的黃光組合而成的白光。在另一個(gè)實(shí)施例中，夕卜罩可以圍繞分隔器和散射器并且可以包含黃色熒光體。來(lái)自光源的 藍(lán)光可以由散射器徑向散射并且能夠穿過(guò)外罩，在此有至少部分藍(lán)光被轉(zhuǎn)換成黃色。外罩可以隨后發(fā)射出由藍(lán)光和來(lái)自熒光體的黃光組合而成的白光。轉(zhuǎn)換材料的一種特性是入射在轉(zhuǎn)換材料上的平行光被轉(zhuǎn)換材料吸收并重新發(fā)射時(shí)是全向發(fā)射。在LED芯片被轉(zhuǎn)換材料覆蓋的實(shí)施例中，從轉(zhuǎn)換材料重新發(fā)射出的部分光可以被引導(dǎo)返回射向?qū)⑵湮盏姆庋b。在另一些實(shí)施例中，重新發(fā)射的光可以沿著促使其穿過(guò)能夠?qū)⑵湮盏母郊愚D(zhuǎn)換材料的路徑來(lái)引導(dǎo)。在裝有包含轉(zhuǎn)換材料的外罩的燈中，一部分光能夠被吸收并且向外罩以內(nèi)重新發(fā)射返回。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的光在從燈射出之前必須再次穿過(guò)外罩，并且在這些額外的穿越期間可以通過(guò)轉(zhuǎn)換材料吸收更多的光。這種吸收能夠降低燈的整體發(fā)射效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有間隔式熒光體的燈和發(fā)光設(shè)備，間隔式熒光體相對(duì)于燈的光源定位以減少或者消除從光源向間隔式熒光體散發(fā)的熱量。這就能夠減少熒光體的熱退化。本發(fā)明還提供了間隔式熒光體，其形狀使從熒光體吸收的光最小化，由此提高燈的整體效率。根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)照明(SSL)發(fā)光設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例包括固態(tài)光源和相對(duì)于光源安裝的間隔式熒光體，以使來(lái)自光源的光穿過(guò)間隔式熒光體，至少一部分光源發(fā)出的光在此被轉(zhuǎn)換。間隔式熒光體具有開放式的復(fù)合形狀，并且與光源間隔足夠的距離安裝，以使得基本上不會(huì)有熱量從光源傳遞到間隔式熒光體內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的燈的一個(gè)實(shí)施例包括發(fā)光二極管(LED)和相對(duì)于LED安裝的間隔式轉(zhuǎn)換材料，以使來(lái)自LED的光穿過(guò)轉(zhuǎn)換材料，至少一部分LED發(fā)出的光在此被吸收并以不同的波長(zhǎng)重新發(fā)射。轉(zhuǎn)換材料也與LED間隔足夠的距離安裝，以使得來(lái)自LED的熱量不會(huì)傳遞到轉(zhuǎn)換材料內(nèi)。轉(zhuǎn)換材料具有使射入轉(zhuǎn)換材料內(nèi)的重新發(fā)射光最小化的形狀。固態(tài)照明(SSL)發(fā)光設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例包括安裝在基座內(nèi)的固態(tài)光源以及相對(duì)于基座安裝的外罩，以使來(lái)自光源的光射入外罩內(nèi)。間隔式熒光體被安裝在外罩內(nèi)以使至少部分來(lái)自光源的光射入間隔式熒光體內(nèi)，至少一部分光在此被吸收并以不同的波長(zhǎng)重新發(fā)射。間隔式熒光體與光源間隔足夠的距離安裝，以使得基本上不會(huì)有熱量從光源傳遞到間隔式熒光體內(nèi)，并且其中間隔式熒光體具有使返回射入轉(zhuǎn)換材料內(nèi)的重新發(fā)射光最小化的形狀。本發(fā)明的各種應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)以下舉例介紹本發(fā)明特征的詳細(xì)說(shuō)明和附圖而變得顯而易見。


圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)中LED燈的一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中LED燈的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖3是示出了 BSY和紅色發(fā)光器之間連接線的CIE圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的燈的一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的間隔式熒光體的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的間隔式熒光體的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的間隔式熒光體的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的間隔式熒光體的又一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的燈的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的燈的又一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的間隔式熒光體的又一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的間隔式熒光體的又一個(gè)實(shí)施例的俯視圖；以及圖13是根據(jù)本發(fā)明裝有兩塊間隔式熒光體的燈的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及使用形成的間隔式熒光體以為來(lái)自燈的光提供更加有效和更加均勻的顏色和通量分布。根據(jù)本發(fā)明的間隔式熒光體可以被設(shè)置用于允許燈在從光源散發(fā)到熒光體內(nèi)的熱量極少或者根本沒有的情況下工作。間隔式熒光體還被設(shè)置用于使熒光體的重新發(fā)射光在初次轉(zhuǎn)換之后穿過(guò)熒光體材料更多次的光量最小化。這樣就減少了被間隔式熒光體吸收的光量并且提高了燈的整體發(fā)射效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)，其發(fā)射光入射在間隔式熒光體上，以使得至少一部分光被熒光體吸收并以不同的光波長(zhǎng)重新發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，LED可以發(fā)射藍(lán)光，由間隔式熒光體吸收至少一部分藍(lán)色LED光并重新發(fā)射出黃光。燈可以隨后發(fā)射出藍(lán)光和黃光組合而成的白光。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例可以采用不同的技術(shù)用于從多個(gè)離散的光源生成白光以在期望色溫下提供改進(jìn)的顯色指數(shù)(CRI)。這些技術(shù)中的一部分已經(jīng)發(fā)展為使用來(lái)自不同離散光源的不同色調(diào)，例如在發(fā)明名稱為“Lighting Device and Lighting Method”的美國(guó)專利US7，213，940中介紹了這樣的技術(shù)。在一種這樣的裝置中，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)452nm峰值的藍(lán)色I(xiàn)nGaN LED的光被黃色轉(zhuǎn)換材料例如YAG: Ce熒光體轉(zhuǎn)換，以提供明顯不同于黃色的顏色并且具有落點(diǎn)遠(yuǎn)高于黑體軌跡的色點(diǎn)。黃色發(fā)射光與來(lái)自帶紅色的AlInGaP LED的光相組合以將黃光LED的黃色光“拉向”黑體曲線從而形成暖白光。圖3示出了 CIE圖30，其中在來(lái)自紅色發(fā)光LED的紅光34和藍(lán)色/YAG連接線36上的各種黃色和帶黃色的點(diǎn)之間具有連接線32。通過(guò)這種方法，就能夠生成具有改進(jìn)CRI的高功效暖白光。某些實(shí)施例表現(xiàn)出改進(jìn)的功效，其中在低于3500K的色溫下具有大于90的CRI Ra。利用根據(jù)本發(fā)明的這種方法，間隔式的YAG:Ce熒光體可以用于將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為黃光?？梢园◣Ъt色的AlInGaP LED以將來(lái)自間隔式熒光體的黃光拉向黑體曲線。間隔式熒光體可以被設(shè)置為使得沒有或者只有極少量的熱量從LED傳遞到熒光體內(nèi)以避免熱退化。間隔式熒光體也可以被形成用于提供來(lái)自燈的光的均勻分布同時(shí)最小化重新發(fā)射光的吸收。在另外一些實(shí)施例中，間隔式熒光體可以包括YAG = CE熒光體和紅色熒光體以使燈發(fā)射出期望的CRI和色溫。間隔式熒光體的不同實(shí)施例的形狀可以取決于燈的整體結(jié)構(gòu)。LED光源例如可以是自鎮(zhèn)流式并且可以包括單個(gè)芯片例如藍(lán)色芯片或者相同或不同顏色的多個(gè)芯片。燈可以具有燈泡或其他外罩，在某些實(shí)施例中可以是標(biāo)準(zhǔn)燈泡的形狀和尺寸，不過(guò)應(yīng)該理解本發(fā)明可以涉及多種不同形狀和尺寸的燈。間隔式熒光體可以利用多種不同的方法安裝在外罩內(nèi)，以使來(lái)自光源的光被引向并傳遞進(jìn)入間隔式熒光體。間隔式熒光體可以是任意合適顏色的熒光體例如YAG。熒光體可以被形成為固定的形狀，并且在某些實(shí)施例中熒光體可以被混合在粘合劑中，該粘合劑在固化后為機(jī)械剛性的。間隔式熒光體可以利用多種不同的已知技術(shù)例如注模法形成。間隔式熒光體的形狀應(yīng)該使其將重新發(fā)射光的發(fā)射均勻性最大化并與此同時(shí)將被間隔式熒光體吸收的重新發(fā)射光最小化。間隔式熒光體的不同實(shí)施例可以具有復(fù)合的開 放式形狀以允許從間隔式熒光體全方向地重新發(fā)射光。也就是說(shuō)，間隔式熒光體應(yīng)該具有一個(gè)或多個(gè)有角度的表面以允許側(cè)向發(fā)射，但是不應(yīng)該自身封閉例如處于半球形外罩內(nèi)，以使重新發(fā)射光第二次傳遞進(jìn)入熒光體內(nèi)的光量得以最小化。在某些實(shí)施例中，間隔式熒光體可以基本上是平坦的，具有曲線或彎曲的部分。在另一些實(shí)施例中，間隔式熒光體可以采用其他形狀，其中一種這樣的形狀是形成一種形成在一個(gè)結(jié)構(gòu)中的雙曲拋物面或多個(gè)雙曲拋物面。在不同的實(shí)施例中，雙曲拋物面可以具有用于結(jié)構(gòu)的不同部分的不同曲率半徑。間隔式熒光體還可以具有不同的特性以提供來(lái)自于燈的期望發(fā)射圖案。在某些實(shí)施例中，間隔式熒光體可以使各區(qū)域具有不同厚度，厚度越大的部分就表示用于供光穿過(guò)的熒光體越多。在另一些實(shí)施例中，間隔式熒光體在不同的區(qū)域可以具有不同的熒光體濃度。在另一些實(shí)施例中，間隔式突光體還可以具有在各處混合的多于一種突光體，或者可以在不同的區(qū)域具有不同的熒光體。間隔式熒光體還可以具有在各處設(shè)置的散射劑，或者可以在不同的區(qū)域具有以不同濃度設(shè)置的散射劑。間隔式熒光體還可以具有基本透明的區(qū)域。本文中參照特定實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明可以用多種不同的形式實(shí)施并且不應(yīng)被解讀為受限于本文中所述的實(shí)施例。具體地，以下參照可以具有不同結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)LED或LED芯片的某些燈或照明部件或發(fā)光設(shè)備來(lái)介紹本發(fā)明。這些設(shè)備統(tǒng)稱為固態(tài)照明(SSL)發(fā)光設(shè)備，但是應(yīng)該理解本發(fā)明可以被用于具有不同發(fā)光器類型的多種不同陣列結(jié)構(gòu)的多種其他的燈。各個(gè)部件可以具有圖示內(nèi)容以外的不同形狀和尺寸，并且燈內(nèi)可以包括不同數(shù)量的LED。還應(yīng)該理解當(dāng)某一單元例如一層、一個(gè)區(qū)域或一塊基板被稱為在另一個(gè)單元“上”時(shí)，它可以直接位于另一個(gè)單元上或者也可以存在中間單元。而且，相對(duì)術(shù)語(yǔ)例如“內(nèi)”、“外”、“上部”、“上方”、“下部”、“下方”和“下”以及類似術(shù)語(yǔ)可以在本文中被用于描述一層或另一區(qū)域的關(guān)系。應(yīng)該理解這些術(shù)語(yǔ)是為了涵蓋除圖中所示取向以外的不同的設(shè)備取向。盡管術(shù)語(yǔ)第一、第二等可以在本文中被用于描述不同的元件、部件和/或區(qū)段，但是這些元件、部件和/或區(qū)段不應(yīng)受到這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段與另一區(qū)域、層或區(qū)段區(qū)分開。因此，下述的第一元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段也可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段而并不背離本發(fā)明的教導(dǎo)。本文中參照構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例示意圖的截面圖示來(lái)介紹本發(fā)明的實(shí)施例。因此，各層的實(shí)際厚度可以有所不同，并且可以預(yù)見到例如由于制造技術(shù)和/或公差而造成的圖示形狀的改變。本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)被解讀為受限于本文所示區(qū)域的特定形狀，而是應(yīng)該包括例如由于加工而造成的形狀偏差。圖示或描述為方形或矩形的區(qū)域通常都由于正常的制造公差而具有圓化或弧形特征。因此，圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，并且它們的形狀并不是為了表示器件中區(qū)域的精確形狀，也不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該理解本文中所述的設(shè)置方式可以在具有以不同方式設(shè)置的不同特征的多種不同的發(fā)光設(shè)備中使用。圖4不出了燈50的一個(gè)實(shí)施例,包括基座52、光源54、外罩56和間隔式熒光體58?；?2可以被成形和設(shè)置用于裝在電插座內(nèi)，并且在某些實(shí)施例中可以被設(shè)置用于裝在常規(guī)的電插座內(nèi)。例如，電插座可以是標(biāo)準(zhǔn)的愛迪生插座，并且基座52可以包括能夠被擰入愛迪生插座內(nèi)的螺紋部分。在另一些實(shí)施例中，基座可以是標(biāo)準(zhǔn)插頭并、且電插座可以是標(biāo)準(zhǔn)插口，或者基座可以是GU24基座單元，或者它可以是接線柱并且電插座可以是接納并固定接線柱(例如在很多日光燈中使用)的插座。對(duì)于基座和插座來(lái)說(shuō)只有少數(shù)幾種選擇，并且可以使用不同的設(shè)置方式以從插座向基座52安全地輸送電力?；?2可以包括轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器可以包括用于將電源轉(zhuǎn)換為供有效驅(qū)動(dòng)光源54使用的電信號(hào)的電路。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換電路可以包括常規(guī)的整流器和高壓轉(zhuǎn)換器。如果提供的是交流(AC)電力，那么轉(zhuǎn)換電路可以轉(zhuǎn)換AC電力并以促使光源54發(fā)光的形式為光源54提供能量。在一個(gè)實(shí)施例中，AC電力可以被轉(zhuǎn)換為DC電力。在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，光源54可以包括一個(gè)或多個(gè)固態(tài)照明發(fā)光器。這樣的發(fā)光器是本領(lǐng)域中已知的并且包括多種不同的發(fā)光器，例如不同的發(fā)光二極管(無(wú)機(jī)或有機(jī)，包括聚合物發(fā)光二極管(PLED))、激光二極管、薄膜電致發(fā)光器件、發(fā)光聚合物(LEP))。這些發(fā)光器的操作和制造都是公知的，因此并未在本文中詳細(xì)介紹。制造這些器件所用的材料也是公知的，并且因此也沒有詳細(xì)介紹。光源可以包括一個(gè)或多個(gè)市場(chǎng)上可以買到的基于LED的發(fā)光器和封裝，并且在一個(gè)實(shí)施例中光源可以包括可以從北卡羅來(lái)納州Durham市的Cree公司購(gòu)得的一個(gè)或多個(gè)這樣的發(fā)光器。這些可以包括但不限于Cree的
MXP LED。在圖示的實(shí)施例中使用了一個(gè)基于LED的光源54，但是應(yīng)該理解在其他的實(shí)施例中可以使用多于一個(gè)光源。燈50進(jìn)一步包括圍繞間隔式熒光體58并且被安裝至基座52的外罩56。外罩56可以由多種不同的材料例如玻璃或塑料制成，并且可以具有多種不同的形狀和尺寸。外罩56可以對(duì)來(lái)自光源54和間隔式熒光體的光透明，或者可以包括漫射顆?；蚵涿嬉栽诠獯┻^(guò)外罩56時(shí)幫助混合光。在另一些實(shí)施例中，外罩的某些部分可以是漫射性的，而其他部分可以是透明或通透的。外罩56可以是多種不同的尺寸，包括對(duì)應(yīng)于已知標(biāo)準(zhǔn)照明燈泡尺寸的尺寸。在圖不的實(shí)施例中，夕卜罩56完全包圍并封裝間隔式突光體58,但是應(yīng)該理解在不同的實(shí)施例中外罩也可以小于全罩并且可以包圍小于全部的間隔式突光體58。另一些實(shí)施例也可以被設(shè)置為沒有外罩。間隔式熒光體58被設(shè)置在外罩56內(nèi)并且可以包括通常是固定在剛性粘合材料內(nèi)的一種或多種轉(zhuǎn)換材料。間隔式突光體被設(shè)于外罩內(nèi)以使來(lái)自光源54的光傳遞進(jìn)入間隔式熒光體內(nèi)，在間隔式熒光體處通過(guò)轉(zhuǎn)換材料對(duì)至少一部分光進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。間隔式熒光體58被與光源間隔足夠的距離安裝，以最小化或消除從光源向間隔式熒光體58內(nèi)的轉(zhuǎn)換材料散發(fā)的熱量。這就相應(yīng)地使轉(zhuǎn)換材料可能隨著時(shí)間的推移而經(jīng)歷的熱退化最小化。間隔式突光體58可以使用多種不同的安裝方法安裝在外罩56內(nèi)，并且在一個(gè)實(shí)施例中間隔式熒光體58可以使用常規(guī)的粘合材料安裝至外罩56的內(nèi)表面。這只是用于在外罩內(nèi)安裝間隔式熒光體的多種方法當(dāng)中的一種，在下文中還介紹了一些可選的安裝方法。可以將不同的材料用于間隔式熒光體內(nèi)的粘合劑，其中材料優(yōu)選地在固化后很堅(jiān)固并且在可見光波長(zhǎng)光譜內(nèi)基本透明。合適的材料包括硅樹脂、環(huán)氧樹脂、玻璃、無(wú)機(jī)玻璃、旋涂式玻璃、電介質(zhì)、BCB、聚酰亞胺、聚合物及其混合物，其中優(yōu)選材料是硅樹脂，原因在于它在高功率LED中的高透明性和高可靠性。合適的苯基和甲基硅樹脂可以從陶氏化學(xué)購(gòu)得。粘合劑可以根據(jù)不同的因素例如使用的粘合劑類型而使用多種不同的固化方法進(jìn)行固化。不同的固化方法包括但不限于加熱、紫外線(UV)、紅外線(IR)或空氣固化。多種不同的熒光體均可在間隔式熒光體中使用，本發(fā)明特別適用于發(fā)射白光的LED芯片。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例中，光源54可以是基于LED的并且能夠發(fā)射藍(lán)色波長(zhǎng)光譜內(nèi)的光，而熒光體吸收部分藍(lán)光并重新發(fā)射出黃光。LED芯片隨后發(fā)射出藍(lán) 光和黃光組合而成的白光。在根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，來(lái)自藍(lán)色LED的光可以由黃色轉(zhuǎn)換材料例如YAG = Ce熒光體轉(zhuǎn)換以提供明顯不同于黃色的顏色并且具有在CIE圖上位于黑體軌跡上方的色點(diǎn)。帶紅色的發(fā)光LED提供的光將黃色LED的黃色“拉向”黑體曲線從而形成暖色的白光，正如上述的并且通過(guò)全文引用并入的美國(guó)專利US7213940中介紹的那樣。為了將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為黃光，可以使用市場(chǎng)上可購(gòu)得的YAG:Ce黃色熒光體，不過(guò)全范圍的廣義黃色輻射光譜均可使用由基于(Gd，Y) 3 (Al，Ga) 5012: Ce體系的熒光體(例如Y3Al5O12ICe (YAG))制成的轉(zhuǎn)換顆粒。可以用于白色發(fā)光LED芯片的其他黃色熒光體包括Tb3^xRExO12: Ce (TAG) ;RE = Y，Gd，La，Lu ;或Sr2_x_yBaxCaySi04:Eu。第一和第二突光體也可以在間隔式突光體58內(nèi)組合以用于由上述黃色突光體和紅色熒光體組合而成的不同白色色調(diào)(暖白色)的較高CRI的白光。可以使用的不同紅色熒光體包括SrxCahS Eu, Y ；Y=鹵化物；CaSiAlN3: Eu ;或Sr2_yCaySi04:Eu。其他的熒光體也可以被用于通過(guò)基本上將所有的光都轉(zhuǎn)換為特定顏色而建立飽和的彩色發(fā)射光。例如，以下的熒光體可以被用于生成綠色的飽和光SrGa2S4: Eu ；Sr2_yBaySi04:Eu ;或SrSi2O2N2: Eu。以下列出了在LED芯片10中用作轉(zhuǎn)換顆粒的一些另外的適用熒光體，不過(guò)也可以使用其他的熒光體。每一種都在藍(lán)色和/或UV發(fā)射光譜中表現(xiàn)出激發(fā)性，提供所需的峰值發(fā)射，具有高效的光轉(zhuǎn)換，并且具有可接受的斯托克斯頻移黃色/綠色
(Sr, Ca, Ba) (Al, Ga)2S4:Eu2+Ba2 (Mg, Zn) Si2O7: Eu2+Gd0.46Sr0.31A1L 230XFL 3B: Eu 0.06
(Ba1-PySrxCay) SiO4: EuBa2SiO4: Eu2+紅色Lu2O3: Eu3+(Sr2_xLax) (Ce1^xEux) O4
Sr2Ce1^EuxO4Sr2_xEuxCe04SrTiO3: Pr3+, Ga3+CaAlSiN3: Eu2+Sr2Si5N8: Eu2+不同的因素決定了可以由間隔式熒光體內(nèi)的轉(zhuǎn)換材料吸收的LED光量，包括但不限于熒光體顆粒的尺寸、熒光體裝載百分比、粘合劑的材料類型、熒光體類型和發(fā)射光波長(zhǎng)之間的匹配效率以及熒光體/粘合層的厚度。根據(jù)本發(fā)明，可以控制這些不同的因素從而控制LED芯片的發(fā)射波長(zhǎng)?？梢允褂貌煌叽绲臒晒怏w顆粒，包括但不限于范圍在10納米(nm)到30微米(um)范圍或更大的顆粒。較小的顆粒尺寸與較大尺寸的顆粒相比通常散射和顏色混合更好，從而提供更加均勻的光。較大的顆粒與較小的顆粒相比通常在轉(zhuǎn)換光方面更加有效，但是發(fā)射的光較不均勻。間隔式熒光體54也可以在粘合劑中具有不同濃度或裝載的熒光體材料，其中典型的濃度在30-70%重量的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，熒光體濃度約為65%重量，并且優(yōu)選均勻地遍布在間隔式熒光體中。正如以下更加詳細(xì)介紹的那樣，間隔式熒光體58可以使不同的區(qū)域具有不同的轉(zhuǎn)換材料和不同的轉(zhuǎn)換材料濃度。間隔式熒光體58還可以在其表面上或者在粘合劑內(nèi)包括散射顆粒。間隔式熒光體可以根據(jù)應(yīng)用和所用材料而具有不同濃度的散射顆粒。用于散射顆粒濃度的適當(dāng)范圍是從0. 01%到0. 2%，但是應(yīng)該理解濃度也可以更高或更低。在某些實(shí)施例中，濃度可以低達(dá)0.001%。對(duì)于某些散射顆粒來(lái)說(shuō)，可能會(huì)由于較高濃度下的吸收而導(dǎo)致?lián)p失的增加。因此，應(yīng)該選擇散射顆粒的濃度以保持可接受的損失水平。散射顆?？梢杂啥喾N不同的材料構(gòu)成，包括但不限于硅膠；氧化鋅(ZnO)；氧化釔(Y2O3)；二氧化鈦(TiO2)；硫酸鋇(BaSO4)；氧化鋁(Al2O3)；熔融石英(SiO2)； 發(fā)煙硅石(SiO2)；氮化鋁；
玻璃珠；二氧化鋯(ZrO2)；碳化硅(SiC)；氧化鉭(TaO5)；氮化硅(Si3N4)；氧化鈮(Nb2O5)；氮化硼(BN);或熒光體顆粒(例如YAG:Ce，BOSE)材料的各種組合或者相同材料的不同形式的組合可以被用于實(shí)現(xiàn)特定的散射效果。
如上所述，間隔式熒光體58可以具有的形狀增強(qiáng)了來(lái)自燈50的光的發(fā)射均勻性，并且與此同時(shí)將由間隔式熒光體吸收的重新發(fā)射光最小化。通過(guò)減少由間隔式熒光體內(nèi)的轉(zhuǎn)換材料初次轉(zhuǎn)換并重新發(fā)射的光量在初次的重新發(fā)射之后進(jìn)入間隔式熒光體內(nèi)的額外的次數(shù)，從而最小化了由熒光體吸收的光。這樣就減少了在這些后續(xù)的穿越熒光體期間可能會(huì)出現(xiàn)的光吸收。這可以通過(guò)針對(duì)間隔式熒光體58使用特定的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且在某些實(shí)施例中，間隔式熒光體58具有復(fù)合的開放式形狀以允許從間隔式熒光體全向地重新發(fā)射光。也就是說(shuō)，間隔式熒光體應(yīng)該具有一個(gè)或多個(gè)有角度的表面以允許側(cè)向發(fā)射，但是不應(yīng)該具有極少量或者說(shuō)應(yīng)該沒有彼此接近或面對(duì)的表面。具有彼此面對(duì)表面的間隔式熒光體的示例包括半球形的間隔式熒光體或外罩。這些熒光體的特征在于具有彼此面對(duì)的表面，在那里，從熒光體重新發(fā)射出的一部分光會(huì)在一個(gè)壁面上向內(nèi)發(fā)射，在此這部分光在從燈射出之前就能穿過(guò)外罩至少兩次。在這些后續(xù)穿越期間光就能被吸收，降低燈的整體發(fā)射效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例被設(shè)置用于最小化這些損失?，F(xiàn)參照?qǐng)D5,間隔式突光體58基本是平面,但是也包括具有相對(duì)較大曲率半徑的彎曲或弧形部分，以使間隔式熒光體58具有波紋狀或W形的輪廓。來(lái)自光源52的光傳遞進(jìn)入間隔式熒光體58，在此將其由間隔式熒光體內(nèi)的轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)換并重新發(fā)射。光從間隔式熒光體全向發(fā)射，其中來(lái)自彎曲段的光增強(qiáng)了來(lái)自間隔式熒光體58的側(cè)向發(fā)射。與此同時(shí)，彎曲段具有足夠大的曲率半徑，以使間隔式熒光體不會(huì)具有任何面對(duì)的表面，這樣就減少了二次穿過(guò)間隔式熒光體(在那里光能夠被吸收)的光量。應(yīng)該理解根據(jù)本發(fā)明，間隔式熒光體58在不同的實(shí)施例中可以采用多種不同的形狀。例如，如圖4所示的間隔式熒光體58可以具有更多或更少的彎曲段以使其為U形或V形，或者可以具有曲率半徑不同的不同彎曲段。在不同的位置可以有多個(gè)彎曲段，并且不同的實(shí)施例中間隔式熒光體可以采用更加復(fù)雜的復(fù)合形狀。間隔式熒光體58被圖示為方形，但是應(yīng)該理解它可以采用多種不同的形狀，包括但不限于圓形、橢圓形、矩形、五邊形、六邊形、八邊形等。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的具有更復(fù)雜形狀的間隔式熒光體60的一個(gè)實(shí)施例，其中間隔式熒光體60具有基本為雙曲拋物面的形狀。這些形狀通常包括形狀類似于馬鞍的雙直紋面，并且在絕大多數(shù)實(shí)施例中，用于不同區(qū)段的曲率半徑應(yīng)該使得沒有面對(duì)的表面或者使面對(duì)表面的數(shù)量最小化。這通常是一種開放式的形狀，并且在從頂部看時(shí)，間隔式熒光體60包括圓形的形狀。這種形狀可以更加適合于具有圓形截面的燈罩，但是也可以用于其他的燈中。圖7示出了雙曲拋物面形的間隔式熒光體70的另一個(gè)實(shí)施例，其類似于圖6中間隔式熒光體60。間隔式熒光體70也具有基本為開放式的形狀，其中最小化或消除了面對(duì)表面的數(shù)量。但是，在該實(shí)施例中，間隔式熒光體70具有平直的邊緣，在從頂部看時(shí)賦予間隔式熒光體方形的形狀。這種間隔式熒光體可以更加適合于具有方形截面的外罩，但是也可以用于其他的燈中。應(yīng)該理解間隔式熒光體可以采用上述內(nèi)容以外的多種不同的復(fù)合形狀。例如，圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的具有更復(fù)雜形狀的基本為雙曲拋物面形的間隔式熒光體80。它也是基本為開放式的形狀并且包括具有不同曲率半徑的多個(gè)邊緣和表面。這種形狀提供了有角度的表面以增強(qiáng)來(lái)自熒光體側(cè)向的重新發(fā)射，同時(shí)仍然將面對(duì)表面的數(shù)量最小化。應(yīng)該理解圖5-8僅示出了根據(jù)本發(fā)明的能夠用于間隔式熒光體的不同形狀的少數(shù)示例。在圖4的燈50中，間隔式熒光體58被安裝至外罩內(nèi)側(cè)，但是應(yīng)該理解間隔式熒光體也可以用多種不同方式被安裝到燈內(nèi)。圖9示出了燈90的另一個(gè)實(shí)施例，類似于上述內(nèi)容，包括基座92、光源94、外罩96和間隔式熒光體98。在該實(shí)施例中，間隔式熒光體通過(guò)從基座延伸至間隔式熒光體98的剛性支撐件99被安裝在外罩內(nèi)。支撐件將間隔式熒光體固定在光源94上方，以使來(lái)自光源的光傳遞進(jìn)入間隔式突光體內(nèi)，同時(shí)保持間隔式突光體與光源94間隔足夠的距離，以避免從光源到間隔式熒光體來(lái)回傳輸熱量。在某些實(shí)施例中，支撐件99也可以由阻止從基座92向間隔式熒光體98傳熱的材料制成。圖10示出了燈100的另一個(gè)實(shí)施例，類似于上述內(nèi)容地具有基座102、光源104、外罩106和間隔式熒光體108。但是，在該實(shí)施例中，間隔式熒光體108被機(jī)構(gòu)109固定在光源104上方,機(jī)構(gòu)109在外罩的頂面之間延伸并且將間隔式突光體108懸掛在光源104上方。多種不同的機(jī)構(gòu)均可使用，例如支架、線、鏈條或其他支撐件。類似于上述實(shí)施例，間隔式熒光體被固定為與光源間隔足夠的距離以最小化從光源104向間隔式熒光體108的傳熱。如上所述，間隔式熒光體可以用多種不同的方式設(shè)置。圖11示出了各區(qū)域具有不同厚度的間隔式熒光體120的另一個(gè)實(shí)施例，其中較厚的區(qū)域122提供了有角度的表面以增強(qiáng)側(cè)向發(fā)射。熒光體材料可以遍及地具有均勻的濃度或者可以具有不同的濃度，例如在較厚的區(qū)域122內(nèi)濃度減小以使光源光在穿過(guò)較薄或較厚的區(qū)域時(shí)都穿過(guò)類似數(shù)量的轉(zhuǎn)換材料。在另一些實(shí)施例中，較厚的區(qū)域可以具有中空部分，以使光源光在不同的區(qū)域內(nèi)都穿過(guò)類似數(shù)量的轉(zhuǎn)換材料。圖12根據(jù)本發(fā)明示出了間隔式熒光體130的又一個(gè)實(shí)施例，其中不同的區(qū)域132a-d具有不同類型的轉(zhuǎn)換材料或者不含轉(zhuǎn)換材料。應(yīng)該理解不同區(qū)域可以具有多種不同的形狀和尺寸并且可以包含多種不同的轉(zhuǎn)換材料以生成期望的燈發(fā)射。還應(yīng)該理解根據(jù)本發(fā)明的燈也可以具有多于一種間隔式熒光體，其中以不同的方式設(shè)置多種熒光體。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的具有安裝在燈罩內(nèi)的兩種間隔式熒光體142，144的燈140的一個(gè)實(shí)施例。間隔式熒光體142，144可以具有相同或類似的形狀，并且可以具有以不同方式設(shè)置的相同或不同的轉(zhuǎn)換材料。根據(jù)本發(fā)明的另一些燈可以具有多于兩種間隔式熒光體。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本公開的優(yōu)點(diǎn)可以得出多種修改和變形而并不背離本發(fā)明主旨的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍。因此，必需理解已經(jīng)闡述的圖示實(shí)施例僅僅是為了作為示例，、并且不應(yīng)被視為限制了由所附權(quán)利要求確定的發(fā)明主旨。所以，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍 不應(yīng)受限于上述的各種方案。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)照明SSL發(fā)光設(shè)備，包括 固態(tài)光源； 相對(duì)于所述光源安裝的間隔式熒光體，以使來(lái)自所述光源的光穿過(guò)所述間隔式熒光體，至少一部分所述光源的光在所述間隔式熒光體處被轉(zhuǎn)換，所述間隔式熒光體具有開放式的復(fù)合形狀，并且與所述光源間隔足夠的距離安裝，以使得基本上沒有熱量從所述光源傳遞到所述間隔式熒光體內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體包括粘合劑內(nèi)的熒光體。
3.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體使各個(gè)區(qū)域具有不同的熒光體濃度。
4.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式突光體包括多于一種類型的突光 體。
5.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體在不同的區(qū)域內(nèi)包括不同的熒光體。
6.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，進(jìn)一步包括基座和外罩。
7.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體沒有彼此面對(duì)的表面。
8.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體具有雙曲拋物面的形狀。
9.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體具有不同的厚度。
10.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體基本為平坦的并且具有弧形或彎曲。
11.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光設(shè)備，從所述光源和所述間隔式熒光體發(fā)射白光組合。
12.—種燈，包括 發(fā)光二極管LED ;和 相對(duì)于所述LED安裝的間隔式轉(zhuǎn)換材料，以使來(lái)自所述LED的光穿過(guò)所述轉(zhuǎn)換材料，至少一部分所述LED的光在所述轉(zhuǎn)換材料處被吸收并以不同的波長(zhǎng)重新發(fā)射，并且轉(zhuǎn)換材料與所述LED間隔足夠的距離安裝，以使得來(lái)自所述LED的熱量不會(huì)傳遞到所述轉(zhuǎn)換材料內(nèi)，其中所述轉(zhuǎn)換材料具有使傳遞進(jìn)入所述轉(zhuǎn)換材料內(nèi)的重新發(fā)射的光最小化的形狀。
13.如權(quán)利要求12所述的燈，其中所述間隔式轉(zhuǎn)換材料被固定在粘合劑內(nèi)。
14.如權(quán)利要求12所述的燈，其中所述轉(zhuǎn)換材料具有復(fù)合和開放式的形狀。
15.如權(quán)利要求12所述的燈，其中所述轉(zhuǎn)換材料具有雙曲拋物面的形狀。
16.如權(quán)利要求12所述的燈，其中所述間隔式熒光體沒有彼此面對(duì)的表面。
17.一種固態(tài)照明SSL發(fā)光設(shè)備，包括 安裝在基座內(nèi)的固態(tài)光源； 相對(duì)于所述基座安裝的外罩，以使來(lái)自所述光源的光射入所述外罩內(nèi)；以及 安裝在所述外罩內(nèi)的間隔式熒光體，其中至少部分來(lái)自所述光源的光傳遞進(jìn)入所述間隔式熒光體內(nèi)，至少一部分所述光在所述間隔式熒光體處被吸收并以不同的波長(zhǎng)重新發(fā)射，所述間隔式熒光體與所述光源間隔足夠的距離安裝，以使得基本上沒有熱量從所述光源傳遞到所述間隔式熒光體內(nèi)，其中所述間隔式熒光體具有使返回進(jìn)入所述轉(zhuǎn)換材料內(nèi)的重新發(fā)射的光最小化的形狀。
18.如權(quán)利要求17所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述外罩被安裝到所述基座。
19.如權(quán)利要求17所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述基座能夠被安裝至標(biāo)準(zhǔn)的照明燈泡插座。
20.如權(quán)利要求17所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述基座包括電源轉(zhuǎn)換器。
21.如權(quán)利要求17所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述光源包括發(fā)光二極管LED。
22.如權(quán)利要求17所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體包括固定在粘合劑內(nèi)的轉(zhuǎn)換材料。
23.如權(quán)利要求17所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體具有復(fù)合和開放式的形 狀。
24.如權(quán)利要求17所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)換材料具有雙曲拋物面的形狀。
25.—種固態(tài)照明SSL發(fā)光設(shè)備,包括 安裝在基座內(nèi)的發(fā)光二極管LED ；相對(duì)于所述基座安裝的外罩，以使來(lái)自所述LED的光射入所述外罩內(nèi)；以及安裝在所述外罩內(nèi)的間隔式熒光體，其中至少部分來(lái)自所述LED的光傳遞進(jìn)入所述間隔式熒光體內(nèi)，至少一部分所述光在所述間隔式熒光體處被吸收并以不同的波長(zhǎng)重新發(fā)射且穿過(guò)所述外罩，所述間隔式熒光體與所述LED間隔足夠的距離安裝，以使得基本上沒有熱量從所述LED傳遞到所述轉(zhuǎn)換材料內(nèi)，其中所述間隔式熒光體具有開放式的復(fù)合形狀。
26.如權(quán)利要求25所述的發(fā)光設(shè)備，其中所述間隔式熒光體具有使返回進(jìn)入所述間隔式熒光體內(nèi)的重新發(fā)射的光最小化的形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開的固態(tài)照明(SSL)發(fā)光設(shè)備具有間隔式熒光體，被設(shè)置用于最小化熱退化和有效地轉(zhuǎn)換光。SSL發(fā)光設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例包括安裝在基座內(nèi)的發(fā)光二極管(LED)。外罩被相對(duì)于基座安裝以使光從LED發(fā)射到外罩內(nèi)。間隔式熒光體被安裝在外罩內(nèi)，其中來(lái)自LED的至少一部分光射入間隔式熒光體內(nèi)，至少一部分光在此被吸收并且以不同的波長(zhǎng)重新發(fā)射并穿過(guò)外罩。間隔式熒光體與LED間隔足夠的距離安裝以使得基本上沒有熱量從LED傳遞到所述轉(zhuǎn)換材料內(nèi)，并且其中間隔式熒光體具有開放式的復(fù)合形狀。
文檔編號(hào)F21K99/00GK102741606SQ201080062056
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者A·P·范德文, G·H·尼格萊 申請(qǐng)人:克里公司