專利名稱：具有改進的光輸出均勻性和散熱性的發(fā)光裝置的制作方法
具有改進的光輸出均勻性和散熱性的發(fā)光裝置技術領域
本發(fā)明大體上涉及的是發(fā)光設備，更具體地來說，涉及一種使用一個或多個半導體光學器件作為光源的發(fā)光設備。
背景技術：
近些年來，半導體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了迅速發(fā)展。IC材料和設計上的技術發(fā)展產(chǎn)生出了用于不同目的的多種類型的1C。這些IC中的一種包括有光學器件，諸如，發(fā)光二極管(LED)器件。在本文中所使用的LED器件是用于產(chǎn)生在具體波長上或波長范圍內(nèi)的光的半導體光源。傳統(tǒng)上將LED器件用于指示燈并且越來越多地用于顯示器。當在通過相反地摻雜半導體化合物層而形成的p-n結的兩端施加電壓時，LED器件發(fā)光?？梢允褂貌煌牟牧贤ㄟ^改變半導體層的帶隙并且通過在P-n結內(nèi)制造有源層來產(chǎn)生不同波長的光。
通常，通過在生長基板上生長多個發(fā)光結構來形成LED。該沿著下面的生長基板的發(fā)光結構被分離成各個LED管芯。在分離之前或之后的一些階段中，電極或導電焊盤被添加給每個LED管芯，使得能夠在結構上實現(xiàn)導電。通過添加封裝基板、任選的熒光粉材料以及將成為發(fā)光體的光學器件(諸如，透鏡和反射器)來封裝LED管芯。然而,傳統(tǒng)的光學器件設計在輸出光的均勻性或散熱性方面并沒有進行優(yōu)化。
因此，雖然現(xiàn)有的LED制造方法大體上可以滿足其計劃目的，但并不是在各個方面上都令人滿意的。仍舊要繼續(xù)尋求具有更好光輸出特性和散熱特性的LED光學器件設計。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的較為廣泛的形式之一包括一種裝置。該裝置包括:發(fā)光封裝件，該發(fā)光封裝件包括封閉在漫射罩和基板內(nèi)的發(fā)光器件；設置在發(fā)光封裝件外并且與發(fā)光封裝件導熱連接的反射結構，其中，該反射結構圍繞發(fā)光封裝件，用于反射由發(fā)光封裝件所輻射出的光，并且用于將發(fā)光封裝件所生成的熱量熱消散。
在一些實施例中，該漫射罩具有粗糙表面。
在一些實施例中，該罩具有彎曲形狀。
在一些實施例中，發(fā)光器件位于基板上方；并且在其上設置有發(fā)光器件的基板表面用于反射光。
在一些實施例中，該基板包括印刷電路板(PCB)。
在一些實施例中，該反射結構圓周環(huán)繞發(fā)光封裝件。
在一些實施例中，該反射結構包括具有傾斜的側壁輪廓的反射杯。
在一些實施例中，該裝置還包括與基板熱連接的散熱結構。
在一些實施例中，該散熱結構包括板和多個與板相接合的鰭；并且基板位于該板上。
在一些實施例中，該發(fā)光器件包括一個或多個發(fā)光二極管。
在一些實施例中，該裝置包括筒燈發(fā)光組件，并且其中，發(fā)光封裝件、反射結構、和散熱結構集成在筒燈發(fā)光組件內(nèi)。
本發(fā)明的另外一個較為廣泛的形式包括一種燈。該燈包括:一個或多個設置在導熱板上的發(fā)光器件；設置在導熱板上的不平坦的漫射罩，在該漫射罩之內(nèi)設置有一個或多個發(fā)光器件；圍繞漫射罩和一個或多個發(fā)光器件的導熱的反射杯，該反射杯用于反射部分通過反射杯傳播的光，該反射杯與導熱板熱連接；以及設置在導熱板下面的散熱器，該散熱器與導熱板熱連接。
在一些實施例中，該發(fā)光器件包括發(fā)光二極管；并且該導熱板是印刷電路板(PCB)。
在一些實施例中，該漫射罩包括粗糙表面。
在一些實施例中，該反射杯高于該漫射罩。
在一些實施例中，在其上設置有一個或多個發(fā)光器件的導熱板的表面部分地涂布有反射材料。
本發(fā)明的另一種較為廣泛的形式包括一種發(fā)光模塊。該發(fā)光模塊包括:產(chǎn)生光的光學器件；在其上設置有光學器件的導熱的印刷電路板(PCB);具有彎曲輪廓的覆蓋著PCB和光學器件的漫射罩，該漫射罩具有粗糙表面，該表面用于散射光學器件所產(chǎn)生的光；圍繞漫射罩并且與PCB導熱連接的導熱杯，該杯具有反射內(nèi)表面，該反射內(nèi)表面反射至少部分通過漫射罩傳播的光；以及與該杯熱連接的散熱結構。
在一些實施例中，該杯在水平方向和垂直方向上的尺寸都大于漫射罩的尺寸。
在一些實施例中，該光學器件包括一個或多個發(fā)光二極管。
在一些實施例中，該散熱結構通過PCB與該杯熱連接。
為了解決現(xiàn)有技術中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種裝置，包括:發(fā)光封裝件，包括封閉在漫射罩和基板內(nèi)的發(fā)光器件；反射結構，位于所述發(fā)光封裝件夕卜，并且與所述發(fā)光封裝件導熱連接，其中，所述反射結構圍繞所述發(fā)光封裝件，用于反射由所述發(fā)光封裝件輻射出的光，并且用于將所述發(fā)光封裝件生成的熱量熱消散。
在該裝置中，所述漫射罩具有粗糙表面。
在該裝置中，所述漫射罩具有彎曲形狀。
在該裝置中，所述發(fā)光器件位于所述基板上方；并且在其上方設置有所述發(fā)光器件的所述基板的表面用于反射光。
在該裝置中，所述基板包括印刷電路板(PCB)。
在該裝置中，所述反射結構圓周環(huán)繞所述發(fā)光封裝件。
在該裝置中,所述反射結構包括具有傾斜側壁輪廓的反射杯。
在該裝置中，還包括:散熱結構，與所述基板熱連接。
在該裝置中，所述散熱結構包括板和多個與所述板相接合的鰭；并且所述基板位于所述板上。
在該裝置中，所述發(fā)光器件包括一個或多個發(fā)光二極管。
在該裝置中，所述裝置包括筒燈發(fā)光組件，并且其中，所述發(fā)光封裝件、所述反射結構、和所述散熱結構集成在所述筒燈發(fā)光組件內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種燈，包括:一個或多個發(fā)光器件，設置在導熱板上；不平坦的漫射罩，設置在所述導熱板上，在所述漫射罩中設置有一個或多個發(fā)光器件；導熱的反射杯，圍繞所述漫射罩和所述一個或多個發(fā)光器件，所述反射杯用于反射通過所述反射杯傳播的光的一部分，所述反射杯與所述導熱板熱連接；以及散熱器，設置在所述導熱板下方，所述散熱器與所述導熱板熱連接。
在該燈中，所述發(fā)光器件包括發(fā)光二極管；并且所述導熱板是印刷電路板(PCB)。
在該燈中，所述漫射罩包括粗糙表面。
在該燈中，所述反射杯高于所述漫射罩。
在該燈中，在其上設置有所述一個或多個發(fā)光器件的導熱板的表面部分地涂布有反射材料。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種發(fā)光組件，包括:生成光的光學器件；導熱的印刷電路板(PCB)，所述光學器件位于所述導熱的印刷電路板(PCB)上；漫射罩，具有彎曲輪廓，覆蓋所述PCB和所述光學器件，所述漫射罩具有粗糙表面，所述表面用于散射所述光學器件所生成的光；導熱杯，圍繞所述漫射罩，并且與所述PCB導熱連接，所述導熱杯具有反射內(nèi)表面，所述反射內(nèi)表面將通過所述漫射罩傳播的光的至少一部分反射；以及散熱結構，與所述導熱杯熱連接。
在該發(fā)光組件中，所述導熱杯在水平方向和垂直方向上的尺寸都大于所述漫射罩的尺寸。
在該發(fā)光組件中，所述光學器件包括一個或多個發(fā)光二極管。
在該發(fā)光組件中，所述散熱結構通過所述PCB與所述導熱杯熱連接。


當結合附圖進行閱讀時，根據(jù)下面詳細的描述可以更好地理解本發(fā)明。應該強調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各種部件沒有被按比例或者按照精確的幾何結構進行繪制。實際上，為了論述清楚，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的使用半導體光學器件作為光源的發(fā)光裝置的實例的示意性部分截面?zhèn)纫晥D2是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的使用半導體光學器件作為光源的發(fā)光裝置的實例的示意性部分立體圖3是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的導熱基板的示意性部分俯視圖4是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的包括了圖1和圖2的光學發(fā)光裝置的發(fā)光模塊的示意圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的多個方面的制造使用半導體光學器件作為光源的發(fā)光裝置的方法的流程圖。
具體實施方式
可以理解，以下公開提供了多種不同實施例或實例，用于實現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實例以簡化本發(fā)明。當然，這些僅是實例并且不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之間使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。此外，為了簡便而使用術語“頂部”、“底部”、“下方”、“上方”等，這些術語不用于將實施例的范圍限制在任何具體的方向上。出于簡單和清楚，也可以不同的比例任意繪制各個部件。另外，本發(fā)明可以在多個實例中重復參考符號和/或字符。這種重復用于簡化和清楚，并且其本身不表示所述多個實施例和/或配置之間的關系。
可以使用半導體器件制造光學器件，諸如，發(fā)光二極管(LED)器件。在導通時，LED器件可以發(fā)出輻射，諸如，在可變光譜中的不同顏色的光以及帶有紫外線或紅外線波長的輻射。與傳統(tǒng)的光源(例如，白熾燈泡)相比，使用LED器件作為光源的發(fā)光設備提供了以下優(yōu)點，諸如，更小的尺寸、更低的能耗、更長的使用壽命、多種可應用的顏色、以及更好的耐用性和可靠性。近些年來，這些優(yōu)點以及使得LED器件更便宜并且更耐用的LED制造技術進步使得基于LED的發(fā)光設備更為受歡迎。
然而，現(xiàn)有的使用LED發(fā)射器的發(fā)光設備可能面臨特定的缺陷。這種缺陷之一在于，對于光輸出均勻性和散熱性而言，傳統(tǒng)的LED發(fā)射器的光學器件設計并沒有進行優(yōu)化。低效的散熱可能進一步降低光的輸出均勻性。因此，傳統(tǒng)的LED發(fā)射器可能由于不適當?shù)墓鈱W器件設計而出現(xiàn)的不良性能使得性能較差。
根據(jù)本發(fā)明的各個方面，下面描述的是一種發(fā)光裝置，與傳統(tǒng)的基于LED的發(fā)光設備相比，該裝置大體上改進了光輸出均勻性和散熱性。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例示出了部分發(fā)光設備50的示意性部分截面?zhèn)纫晥D。該發(fā)光設備50包括多個作為光源的半導體光學管芯100。在本實施例中，半導體光學管芯100是LED管芯并且在下面的段落中可以稱為LED管芯100。
每個LED管芯100均包括兩個相反地摻雜的半導體層。在一個實施例中，每個相反地摻雜的半導體層均包括“II1-V”族(或組)化合物。更具體地，II1-V族化合物包括來自周期表的III族的元素，以及來自周期表的V族的另一元素。例如，III族元素可以包括硼、鋁、鎵、銦、和鈦，而V族元素可以包括氮、磷、砷、銻和鉍。在本實施例中，相反地摻雜的半導體層分別包括P摻雜的氮化鎵(GaN)和η摻雜的氮化鎵材料。該P型摻雜物可以包括鎂(Mg)，而該η型摻雜物可以包括碳(C)或硅(Si)。
每個LED管芯100還包括設置在相反地摻雜的層之間的多量子阱(MQW)層。該MQW層包括交替的(或周期性的)有源材料(諸如，氮化鎵和氮化銦鎵(InGaN))層。例如，MQW層可以包括多個氮化鎵層和多個氮化銦鎵層，其中，以交替的或周期性的方式形成該氮化鎵層和氮化銦鎵層。在一個實施例中，MQW層包括十個氮化鎵層和十個氮化銦鎵層，其中，將一個氮化銦鎵層形成在氮化鎵層上，并且將另一個氮化鎵層形成在該氮化銦鎵層上，以此類推。光發(fā)射效率取決于交替層的數(shù)量和厚度。
可以理解，每個LED管芯還可以包括預應變層和電子阻擋層。該預應變層可以是摻雜的并且可以用來減輕應變和減小MQW層中的量子限制斯塔克效應(QCSE)—描述的是量子阱光吸收譜上的外電場效應。電子阻擋層可以包括摻雜氮化鋁鎵(AlGaN)材料，其中，摻雜物可以包括鎂。該電子阻擋層有助于在MQW層內(nèi)部的電子空穴載體再結合，這可以改進MQW層的量子效率并且減少非期望帶寬的輻射。
摻雜半導體層和MQW層可以都由本領域公知的外延生長工藝形成。在完成外延工藝之后，通過在摻雜層之間設置MQW層來產(chǎn)生p-n結(或p-n 二極管)。在向摻雜層施加電壓(或電荷)時，電流流經(jīng)LED器件100，并且MQW層發(fā)射出輻射，諸如，可見光譜中的光。MQff層所發(fā)射出的光的顏色與光的波長相對應。可以通過改變形成MQW層的材料的成分和結構來改變光的波長(以及由此產(chǎn)生的光的顏色)。LED管芯100還可以包括能夠將LED管芯100與外部器件電連接的電極或接觸件。
在一些實施例中，每個LED管芯100均具有涂布在其上的熒光劑層。該熒光劑層可以包括磷光性的材料和/或熒光性的材料中的任意一種。該熒光劑層可以通過濃縮黏性流體介質(zhì)(例如，液體膠)形式涂布在LED管芯100的表面上。隨著該黏性液體的凝固或固化，熒光劑材料變成了 LED封裝件的一部分。在特定的LED應用中，該熒光劑層可以用于對LED管芯100所發(fā)射的光的顏色進行轉換。例如，該熒光劑層可以將LED管芯100所發(fā)射的藍光轉換成不同波長的光。通過改變熒光劑層的材料成分，可以使LED管芯100發(fā)射出期望的光色。
可以理解，盡管在圖1所示的實施例中發(fā)光設備50包括多個LED管芯100，但發(fā)光設備50的其他實施例可以包括和使用單個LED作為其光源。
仍參考圖1，LED管芯100被安裝在基板120上。在一些實施例中，基板120包括金屬基印刷電路板(MCPCB)。該MCPCB包括由鋁(或其合金)制成的金屬基。MCPCB還包括設置在金屬基上的導熱但電絕緣的介電層。該MCPCB還可以包括由銅制成的設置在介電層上的薄金屬層。在可選的實施例中，基板120可以包括其他適當?shù)膶峤Y構。結構120可以包括或不包括有源電路層并且還可以被用于建立互連。
基板120具有在其上安裝有LED管芯100的反射表面130。在一些實施例中，反射表面130包括焊料掩模膜(solder mask film)。反射表面130有助于將LED管芯100所發(fā)射的光反射到發(fā)光設備50之外作為部分光輸出。
發(fā)光設備50包括漫射罩(diffuser cap) 150。漫射罩150覆蓋著其下面的LED管芯100。換言之，漫射罩150和基板120共同封裝了 LED管芯100。在一些實施例中，漫射罩150具有彎曲的表面或輪廓。在一些實施例中，該彎曲的表面可以大體上是半圓形的，使得LED管芯100所發(fā)射出的每束光大體上在適當?shù)娜肷浣?例如,在90度上下)處均可以到達漫射罩150的表面。漫射罩150的彎曲形狀有助于減小LED管芯100所發(fā)射出的光的全內(nèi)反射(TIR)。也可以理解，由于如上所述表面130是反射性的,所以任何由漫射罩150反射回到LED管芯100上(并且因此發(fā)射到基板120的表面130)的光都可能再次進行回反射。
漫射罩150具有粗糙的表面。例如，粗糙的表面可以是粗糙化的或可以包括多個小圖案，諸如，多邊形或圓形。這種粗糙的表面有助于散射LED管芯120發(fā)射光出的光，從而使得光分布得更加均勻。更具體地，不期望光輸出在一些方向或點上非常密集(明亮)但在其他方向或點上非常弱(暗淡)。漫射罩150的粗糙表面使得入射光被反射在多個不同方向上。由此使得光輸出不太可能包括亮度可變的斑點，由此改善了光輸出的均勻性。
在一些實施例中，漫射罩150涂布有包括了漫射粒子的漫射層。例如，漫射粒子可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料并且可以混入硅樹脂材料。該漫射層可以被噴射涂布在漫射罩150的內(nèi)側。
在一些實施例中，LED管芯100和漫射罩150之間的空隙160填充了空氣。在另一個實施例中，該空隙160填充了光學級硅樹脂基的黏性材料，也稱為光學凝膠。在該實施例中，可以將熒光劑離子混入到該光學凝膠中，從而進一步漫射LED管芯100所發(fā)射的光。
在所有說明性實施例中示出:所有LED管芯100均被封裝在一個漫射罩內(nèi)，可以理解，在其他實施例中可以使用多個漫射罩。例如，每個LED管芯100均被封裝在多個漫射罩中的相應的一個漫射罩中。
發(fā)光設備50包括反射結構180。反射結構180可以安裝在基板120上。在一些實施例中，該反射結構形狀類似杯子，由此也可以被稱為反射杯(reflector cup)。在全景(360度)俯視圖中，該反射結構包圍或圍繞著LED管芯100和漫射罩150。在俯視圖中，反射結構180可以具有包圍著漫射罩150的圓形輪廓、蜂巢狀的六邊形輪廓或其他適當?shù)姆涓C狀輪廓。在一些實施例中，LED管芯100和漫射罩150位于反射結構180的底部附近?？蛇x地，反射結構180的頂部或上部開口位于LED管芯100和漫射罩150之上或上方。
反射結構180可以用于反射從漫射罩150中傳播出來的光。在一些實施例中，反射結構180的內(nèi)表面涂布有反射膜,諸如,鋁、銀或其合金?？梢岳斫?在一些實施例中，反射結構180的側壁表面可以是粗糙的，與漫射罩150的粗糙表面類似。因此，反射結構180可以用于進一步散射LED管芯100所發(fā)射的光，這減少了發(fā)光設備50的光輸出的眩光并且使得該光輸出更適于人眼。
在一個實施例中，反射結構180的側壁具有傾斜的或錐形的輪廓。換言之，反射結構180具有較窄的底部(靠近LED器件100)和較寬的頂部(LED管芯100發(fā)射的光通過該頂部傳播到發(fā)光設備50外面)。反射結構180的錐形輪廓增強了反射結構180的光反射率。如實例所述，LED管芯100之一發(fā)射出光束190A，該光束通過漫射罩150并且到達反射結構180的側壁之一。(由于簡明，未示出任何漫射罩150所產(chǎn)生的光衍射)。在到達反射結構180的表面時，光190A被反射為反射光190B。反射光190B在遠離LED管芯100的方向上傳播并且朝向反射結構180的上部開口，S卩，發(fā)光設備的外面?zhèn)鞑ァ＿@種光反射有助于增大光輸出率，這是因為光輸出的總量基本上沒有減少(因為出于適當?shù)姆瓷?，光發(fā)射的“路徑”仍然達到發(fā)光設備的輸出端)。
在一些實施例中，如圖1所示，反射結構180的側壁基本上是直的。在其他實施例中，如圖2的立體圖所示，反射結構180的側壁可以是彎曲的，下面將詳細描述該彎曲側壁。在其他實施例中，根據(jù)設計需要和制造想法可以將反射結構180的側壁設計和構造用于優(yōu)化光反射。如下面詳細描述的那樣，該反射接結構180還可以被構造成有助于散熱。
發(fā)光設備50包括散熱結構200，也被稱為散熱器200。散熱器200與LED管芯100 (在運行期間中產(chǎn)生熱量)通過基板120熱連接。換言之，散熱器200與基板120相接合，或基板120設置在散熱器200的表面上。散熱器200被構造成有助于將熱量散發(fā)到環(huán)境大氣中。散熱器200包括導熱材料，諸如，金屬材料。散熱器200的形狀和幾何尺寸被設計成為日常的燈泡提供框架，并同時將熱量從LED管芯100中散發(fā)或引導出來。為了增強熱傳遞，散熱器200可以具有多個從散熱器200的主體中向外伸出的鰭210。鰭210可以具有暴露于環(huán)境大氣中有助于熱傳遞的主要的表面區(qū)域。
如上所述，反射結構180也可以被構造成散熱，由此有效地充當次散熱器來散發(fā)LED管芯所產(chǎn)生的熱量。在一些實施例中，利用導熱材料實現(xiàn)反射結構180并且與LED管芯100或適當?shù)腖ED封裝件熱連接。在一些實施例中，反射結構180與導熱基板120熱連接，從而有效地散發(fā)LED管芯100所產(chǎn)生的熱量。例如，反射結構180可以包含金屬材料(該金屬材料是良好熱導體)并且具有與基板120或散熱器200的明顯接合界面，從而增大了散熱面積。還可以理解，發(fā)光設備50可以包括一個或多個連接機構230，該連接機構可以包括如本文所示出的多個用于將基板120、反射結構180以及散熱器200固定在一起的導熱螺釘。
圖2示出了圖1的發(fā)光設備50的一些實施例的一部分的簡化的示意性部分立體圖。為了一致和清楚，圖1和圖2中出現(xiàn)的相同或類似部件在此被標記成相同的。
LED管芯100 (圖2中未示出)設置在基板120上?；?20包括所示實施例中的金屬基印刷電路板。LED管芯100被封裝在漫射罩150下面。如上面參考圖1所論述的那樣，漫射罩150具有用于增強LED管芯所發(fā)射出的光的散射的粗糙表面，從而使得光輸出更為均勻并且對人眼而言減少了眩光。漫射罩150還具有圓形的或彎曲的表面，例如，半圓形的形狀。這種形狀(例如，由于與漫射罩150和LED管芯100的發(fā)射光之間的適當?shù)娜肷浣窍嘟咏?還增強了光輸出率。
如圖2所示，漫射罩150設置在反射結構180的底部附近。換言之，反射結構180具有比漫射罩150更大的高度(或高于漫射罩)。反射結構180可以具有由反射材料制成的或涂布有反射膜的內(nèi)表面。在一些實施例中，該內(nèi)表面可以是粗糙的。在一些實施例中，反射結構180具有圓形形狀，該形狀可以類似于杯子或碗。在所示實施例中，反射結構180的側壁也可以是錐形和彎曲的，由此還增強了光反射。
在發(fā)光設備的運行過期間，傳播到漫射罩150外面朝向反射結構180的側壁的光可以被向上朝向反射結構180的上部開口反射。在一些情況下，根據(jù)入射光的角度，發(fā)射光可以照射在反射結構180的相對側壁上并且被再次反射。在光傳播到反射結構180的上部開口以外之前，該過程可能重復很多次。無論如何，位于反射結構180和漫射罩150之間的相對結構都確保了光沒有損失或浪費，并且可以保持或至少不明顯減少發(fā)光設備50的光輸出總量。
在其中設置的反射結構180和漫射罩150通過接合機構230與導熱基板230相連接。該接合機構230包含有助于散發(fā)熱能的導熱材料。該接合機構230可以包括用于機械接合目的的導熱(例如，金屬)螺釘。
基板120與散熱器200 (例如，通過接合機構230的螺釘)相接合。散熱器200包括有助于散發(fā)熱能的導熱材料。鰭210改進了散熱器200的熱傳導能力。此外，如上所述，由于反射結構180與LED管芯100熱連接并且與散熱器200熱連接，所以反射結構180除了用于反射光以外還可以用于實施散熱。
圖3示出了根據(jù)一些實施例的部分基板120的簡化示意性部分俯視圖。在所示實施例中，基板120包括MCPCB。如上所述，MCPCB包括金屬基(可以是鋁基的)、導熱介電層以及金屬表面(可以是銅基的)。在此，在俯視圖中示出了金屬表面250。MCPCB還包括LED熱焊盤270，在其上安裝有LED管芯之一(圖1)?？梢岳斫猓M管只示出了單個LED熱焊盤270，然而，MCPCB可以包括多個其他未示出的LED熱焊盤，每個LED熱焊盤均是導熱的和導電的。LED管芯100的正極和負極分別通過接觸焊盤280和281進行訪問(access)，該接觸焊盤280和281分別通過電跡線290和291連接至LED管芯100。
MCPCB還包括金屬包覆(例如，銅包覆)區(qū)域300，該金屬包覆區(qū)域300可以構成MCPCB和圖2的接合機構230之間的接合界面區(qū)域。該金屬包覆區(qū)域300具有良好的導熱性。為了進一步增強導熱性，可以在金屬包覆區(qū)域300上應用熱界面材料( Μ)。舉例來說，TIM材料可以包括導熱膠、導熱凝膠、導熱帶、或者適當?shù)慕饘倩a(chǎn)品。另外，在所示實施例中，螺孔310位于每個銅包覆區(qū)域300之內(nèi)，保留該螺孔310用于插入將上方的漫射罩150與下方的散熱器200相接合的螺釘。在LED管芯100運行期間，由該LED管芯100生成的熱能可以通過導熱基板120有效地傳送到散熱器200或者漫射罩150。
通過光反射膜覆蓋MCPCB的金屬表面250的一些區(qū)域，在所示實施例中，該光反射膜包括焊料掩模膜320。焊料掩模膜320可以用于反射由LED管芯100發(fā)射的光，從而增加光輸出效率。
根據(jù)本文所公開的實施例，發(fā)光設備50優(yōu)于現(xiàn)有的半導體基發(fā)光產(chǎn)品。然而，可以理解，沒有必要在本文中對所有優(yōu)點進行描述，并且不同的實施例可以提供其他優(yōu)點，并且沒有哪個特定優(yōu)點是所有實施例所必須具備的。
本文所公開的實施例的一個優(yōu)點是，通過在漫射罩150 “以外”實現(xiàn)反射裝置180，發(fā)光設備50的性能得到了改進。更具體地來說，傳統(tǒng)的LED燈可以利用罩結構(通常是平的)覆蓋反射杯結構。在本文中，覆蓋LED光源。在這種情況下，傳統(tǒng)的LED燈不夠有效，這是因為，罩結構可能導致由LED燈源發(fā)射的光束反射回LED光源，從而減小了光輸出的總量。相比之下，本文所公開的實施例實現(xiàn)了位于漫射罩以外(并且圍繞該漫射罩)的反射結構。通過LED管芯發(fā)射的光通過漫射罩的光設計機構(例如，網(wǎng)紋表面、彎曲形狀等等)獲得了良好的均勻性。另外，一旦光傳播到漫射罩以外，所有通過反射結構反射的光都將重定向到發(fā)光設備的輸出端，而非傳回LED管芯(或者漫射罩)。由此，根據(jù)本文中所公開的實施例，基本上防止了光的浪費，反射結構的配置相對于漫射罩改進了發(fā)光設備的效率。
本文所公開的實施例的另一優(yōu)點是，可以將本文中的漫射罩設計為具有適當彎曲形狀，使得由LED管芯發(fā)射的光與漫射罩的表面基本上形成直角。與具有平坦表面和筆直表面的傳統(tǒng)罩結構相比，本文中的漫射罩的彎曲形狀降低了全內(nèi)反射的可能性，并且將從LED管芯傳送到漫射罩之外的光最大化。
本文所公開的又一優(yōu)點是，通過將本文所公開的反射結構可以設計為具有適當?shù)膹澢螤睿瑥亩_保由漫射罩傳播的光將被反射到發(fā)光設備的輸出端而非反射回該漫射罩。例如，可以通過將反射結構設計為具有圓錐輪廓從而獲得上述優(yōu)點，其中，該反射結構的上部(即，遠離漫射罩)比 該反射結構的下部(即，靠近漫射罩)寬。這種配置將遠離發(fā)光設備的輸出端的光反射的量最小化。在一些實施例中，將可以通過反射結構的形狀和表面材料的適當配置來獲得特定期望的輸出光圖案。
又一優(yōu)點是，反射結構可以用于發(fā)散LED管芯所生成的熱量，從而作為附加散熱器。反射結構與LED管芯和散熱器熱連接。由此，反射結構可以用于傳送由LED管芯所生成的熱量。反射結構位于漫射罩以外意味著，由反射結構所散發(fā)的熱量將不會被漫射罩限制在發(fā)光設備內(nèi)。因此，在本文中，熱量可以更有效地發(fā)散，從而LED產(chǎn)生的損耗更小。
本文所公開的實施例的又一附加優(yōu)點是集成靈活性。例如，可以將單個反射結構實現(xiàn)為僅一個LED管芯、或者多個LED管芯。每個LED管芯均封裝在其自身的漫射罩內(nèi)，或者可選地，所有LED管芯可以封裝在單個漫射罩內(nèi)。在使用單個反射結構和單個漫射罩的實施例(如圖1-圖2所示)中，還可以降低制造成本。還要注意，在一個或者多個LED器件上方制造和安裝相對較小的漫射罩，然后在該漫射罩以外安裝反射結構，這樣可以比在反射杯(reflector cup)上方安裝罩(如許多傳統(tǒng)LED燈中所做的那樣)更容易。
圖4示出了包括上文中所描述的發(fā)光設備50的一些實施例的發(fā)光組件400的簡化示意圖。該發(fā)光組件400具有基座410，接合至基座410的主體420、以及接合至主體420的燈430。在一些實施例中，燈430是筒燈(downlamp)(或者筒燈發(fā)光組件)。
燈430包括參考圖1-圖2在上文中描述的發(fā)光設備50。換言之，發(fā)光組件400的燈430包括基于LED的光源，將LED光源封裝在其中的漫射罩、設置在漫射罩以外并且圍繞該漫射罩的反射結構、以及發(fā)散LED光源所生成的熱量的散熱器。鑒于上述至少一部分優(yōu)點，燈430發(fā)射的光束440相比于傳統(tǒng)LED燈所發(fā)射的光具有的優(yōu)越的均勻性并且眩光較少。另外，因為散熱能力得到了改進，所以，相比于傳統(tǒng)LED燈，燈430的耐用性更佳并且壽命更長。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的制造使用半導體光學器件作為光源的發(fā)光裝置的方法500的流程圖。方法500包括框510，其中，提供發(fā)光封裝件。該發(fā)光封裝件包括封閉在罩和基板內(nèi)的一個或者多個發(fā)光器件。發(fā)光器件可以是LED管芯。該罩可以是用于散射光的漫射罩，該漫射罩可以具有粗糙表面和彎曲形狀。在一些實施例中，基板的表面(發(fā)光器件位于其上方)可以用于反射光。在一些實施例中，該基板包括金屬基印刷電路板。
方法500包括框520，其中，安裝反射結構。反射結構位于發(fā)光封裝件以外。反射結構圍繞發(fā)光封裝件，并且可以用于反射由發(fā)光封裝件輻射出的光。在一些實施例中，該反射結構以360度圍繞著該發(fā)光封裝件。在一些實施例中，反射結構包括具有傾斜側壁輪廓的反射杯。在一些實施例中，反射結構式導熱的，并且熱連接至發(fā)光封裝件。
方法500包括框530，其中，將散熱結構安裝為與反射結構熱連接。散熱結構熱連接至基板。在一些實施例中，散熱結構包括板和多個接合至該板的鰭，該基板位于該板上。在一些實施例中，發(fā)光封裝件、反射結構、和散熱結構集成在筒燈發(fā)光組件內(nèi)。
可以理解，可以在本文所描述的框510-框530之前、期間、或者之后執(zhí)行附加步驟，從而完成發(fā)光裝置的制造。
上面論述了多個實施例的部件，使得本領域普通技術人員可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領域普通技術人員應該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎來設計或修改其他用于執(zhí)行與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現(xiàn)相同優(yōu)點的處理和結構。本領域普通技術人員還應該意識到，這種等效構造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。
權利要求
1.一種裝置，包括: 發(fā)光封裝件，包括封閉在漫射罩和基板內(nèi)的發(fā)光器件； 反射結構，位于所述發(fā)光封裝件外，并且與所述發(fā)光封裝件導熱連接，其中，所述反射結構圍繞所述發(fā)光封裝件，用于反射由所述發(fā)光封裝件輻射出的光，并且用于將所述發(fā)光封裝件生成的熱量熱消散。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述漫射罩具有粗糙表面。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述漫射罩具有彎曲形狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中: 所述發(fā)光器件位于所述基板上方；并且 在其上方設置有所述發(fā)光器件的所述基板的表面用于反射光。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述基板包括印刷電路板(PCB)。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述反射結構圓周環(huán)繞所述發(fā)光封裝件。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述反射結構包括具有傾斜側壁輪廓的反射杯。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括: 散熱結構，與所述基板熱連接。
9.一種燈，包括: 一個或多個發(fā)光器件，設置在導熱板上； 不平坦的漫射罩，設置在所述導熱板上，在所述漫射罩中設置有一個或多個發(fā)光器件； 導熱的反射杯，圍繞所述漫射罩和所述一個或多個發(fā)光器件，所述反射杯用于反射通過所述反射杯傳播的光的一部分，所述反射杯與所述導熱板熱連接；以及散熱器，設置在所述導熱板下方，所述散熱器與所述導熱板熱連接。
10.一種發(fā)光組件,包括: 生成光的光學器件； 導熱的印刷電路板(PCB)，所述光學器件位于所述導熱的印刷電路板(PCB)上； 漫射罩，具有彎曲輪廓，覆蓋所述PCB和所述光學器件，所述漫射罩具有粗糙表面，所述表面用于散射所述光學器件所生成的光； 導熱杯，圍繞所述漫射罩，并且與所述PCB導熱連接，所述導熱杯具有反射內(nèi)表面，所述反射內(nèi)表面將通過所述漫射罩傳播的光的至少一部分反射；以及散熱結構，與所述導熱杯熱連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置。該發(fā)光裝置包括發(fā)光的光學器件。該發(fā)光裝置包括在其上設置有光學器件的印刷電路板(PCB)。該發(fā)光裝置包括具有彎曲的輪廓，從而覆蓋PCB和光學器件的漫射罩。該漫射罩具有用于散射由光學器件所發(fā)出的光的粗糙表面。該發(fā)光器件包括圍繞漫射罩并且與PCB導熱連接的導熱杯。該杯具有對通過漫射罩傳播的光進行反射的反射內(nèi)表面。該發(fā)光裝置包括用于散發(fā)光學器件所生成的熱量的散熱結構。該散熱結構與該杯熱連接。本發(fā)明還提供了一種具有改進的光輸出均勻性和散熱性的發(fā)光裝置。
文檔編號F21V29/00GK103104832SQ201210413948
公開日2013年5月15日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者柯佩雯, 葉偉毓 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司