帶有固化結(jié)構支撐的led照明裝置制造方法
【專利摘要】一種發(fā)光二極管（LED）照明裝置包括至少一個LED組件，該至少一個LED組件包括一個襯底和被配置成用于產(chǎn)生光的沿該襯底被間隔開的兩個或兩個以上LED。一個固化的結(jié)構涂層，該固化的結(jié)構涂層被配置在該LED組件的至少一部分上，其中，該固化的結(jié)構涂層被配置成用于使該LED組件保持預定的形狀。LED組件的襯底包括一個細長的和/或柔性的襯底。
【專利說明】帶有固化結(jié)構支撐的LED照明裝置
【技術領域】
[0001]本申請通常涉及照明裝置。本申請還涉及與這類照明裝置有關的部件、裝置和系統(tǒng)。。
【背景技術】
【發(fā)明內(nèi)容】
[0002]在此討論的實施例涉及發(fā)光二極管(LED)照明裝置。
[0003]根據(jù)一些實施例，一種LED照明裝置，包括至少一個LED組件，該LED組件包括一個襯底和被配置成用于產(chǎn)生光的沿該襯底被間隔開的兩個或兩個以上LED。固化的結(jié)構涂層被置于LED組件的至少一個部分上，其中，該固化的結(jié)構涂層被配置成用于使LED組件保持預定的形狀。在一些實施方式中，LED組件的襯底可以包括細長的和/或柔性的襯底。
[0004]在一些構形中，可固化的結(jié)構涂層被施加到LED組件的至少一個部分上?？晒袒慕Y(jié)構涂層被配置成用于在該可固化的結(jié)構涂層被固化之后使LED組件保持預定的形狀，例如，螺旋形。
[0005]例如，該預定的形狀可以是螺旋形。在一些實施方式中，該至少一個LED組件包括多個LED組件并且在另外的實施方式中，該至少一個LED組件包括僅一個連續(xù)的LED組件。例如，在一些實施例中，該至少一個LED組件可以具有第一端和第二端,并且該第一端和第二端被附接到LED燈泡的底座上。在其他實施例中，該至少一個LED組件包括第一端和第二端，并且該第一端被附接到LED燈泡的底座上并且該第二端與底座間隔開。
[0006]在一些實施例中，LED組件可以包括沿柔性襯底以單行設置的多個LED。在一些實施例中，LED組件包括沿柔性襯底以兩行或兩個以上的行設置的多個LED。
[0007]在一些構形中，LED組件的柔性襯底可以具有第一主表面和相反的第二主表面。每一個LED具有基本上垂直于柔性襯底的主表面的發(fā)光表面或邊緣。
[0008]在一些構形中，柔性襯底具有第一主表面和相反的第二主表面。每個LED具有基本上平行于柔性襯底的主表面的發(fā)光表面或邊緣。
[0009]柔性襯底可具有第一主表面和第二主表面,其中LED被設置在第一主表面上而不在第二主表面上。在一些實施方式中，LED可以設置在第一主表面和第二主表面二者上。
[0010]根據(jù)某些方面，該襯底可包括柔性電路板，該柔性電路板包括電連接LED的多個導體，并且這些LED為離散的表面安裝部件。根據(jù)某些方面，LED包括形成在一起作為集成電路的多個微LED。
[0011]固化的結(jié)構涂層可以包括聚合物、塑料、金屬粉末等。在一些構形中，固化的結(jié)構涂層被配置成用于耗散LED產(chǎn)生的熱量。該固化的結(jié)構涂層可設置在LED的至少一部分上并且被配置成用于透射LED產(chǎn)生的光。該固化的結(jié)構涂層的表面紋理可以具有帶有比相同尺寸的無紋理的表面大至少三倍的有效表面積的表面紋理。
[0012]例如，該固化的結(jié)構涂層可以包括熱固性材料或輻射固化材料。該固化的結(jié)構涂層可以透射、反射、直射和/或散射光。在一些實施方式中，該固化的結(jié)構涂層可在約390nm與約700nm之間的光波長范圍內(nèi)具有至少85%的光透射率。在一些實施方式中，該涂層形成了直射由LED發(fā)出的光的透鏡。
[0013]在某些構形中，柔性襯底具有第一主表面、第二主表面、第一側(cè)、第二側(cè)，并且LED被設置在第一主表面上并且該固化的結(jié)構涂層被設置在這些LED上以及該第一主表面上。在一些結(jié)構中，這些LED被設置在第一主表面上并且該固化的結(jié)構涂層被設置在第二主表面上。在一些構形中，該固化的結(jié)構涂層被設置在第一側(cè)和第二側(cè)中的一個上或者這二者上。例如，該固化的結(jié)構涂層可以完全覆蓋這些LED組件。
[0014]根據(jù)一些實施方式，該照明裝置包括一個光學涂層(除了該固化的結(jié)構涂層之外)。該光學涂層可被配置為反射、散射、直射和/或透射由LED發(fā)出的光。
[0015]根據(jù)一些實施方式，該照明裝置包括熱涂層，該熱噴涂層被配置為耗散由LED產(chǎn)生的熱。例如，該熱涂層的導熱系數(shù)可以大于約100W/mK。
[0016]在一些構形中，LED照明裝置包括設置在LED上的光學片。該固化的結(jié)構涂層，額外的涂層，或兩者都可設置在光學片上。光學片可被配置成用于散射光和/或使光均勻。在一些實施方式中，光學片被配置成用于在輸出耦合光之前在光學片與LED組件之間引導光一定距離。
[0017]根據(jù)一些構形，LED照明裝置可具有類似于同等亮度的白熾燈泡的整體尺寸和光度。
[0018]一些實施例針對一種制造LED照明裝置的方法?？晒袒耐繉颖皇┘拥街辽僖粋€LED組件上。LED組件包括柔性襯底和沿柔性襯底間隔開的LED。被涂敷的LED組件被成形為預定的形狀。該涂層被固化。在固化之后，固化的涂層使LED組件保持預定形狀。
[0019]例如，可固化的涂層可以包括熱固性材料，或輻射固化材料，如紫外線(UV)可固化的聚合物或紫外線設定的環(huán)氧樹脂。在某些情況下，可固化的涂層包括金屬粒子，這些金屬粒子包括云母粒子、銀粒子、金粒子和銅粒子中的至少一個。例如，施加該涂層可以包括浸涂層、噴涂層和狹縫染料涂層中的一個或多個。
[0020]在固化之前、期間和/或之后，可固化的涂層的表面可被處理以賦予表面粗糙度，該表面提供了至少三倍的相同材料和相同尺寸的未處理表面的表面積的有效表面積。
[0021]在一些實施方式中，該方法包括施加光學涂層到LED組件以及該固化的結(jié)構涂層的一者或二者上。光學涂層可包括提供光透射、反射、散射、直射和/或漫射中的一個或多個的材料。例如，光學涂層在約390nm與約700nm之間的光波長范圍內(nèi)可具有大于約85%的光透射率。例如，光學涂層在390nm與700nm之間的光波長范圍內(nèi)可具有85%的反射率。
[0022]在一些實施方式中，該方法包括在固化的結(jié)構涂層上施加導熱涂層。例如，導熱涂層可具有大于約100W/mK的導熱系數(shù)。在各種實施例中，該導熱涂層可以施加到LED組件的主表面上或者其上方。導熱涂層包括一種耗散由LED所產(chǎn)生的熱量的材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1A至圖1L展示了可以根據(jù)在此討論的方法而形成的某些LED燈泡的各種形狀；
[0024]圖2A和圖2B展示了 LED組件的部分，包括一個柔性襯底210以及沿柔性襯底間隔開的多個LED220 ；
[0025]圖3A至圖3C不出了具有平行或垂直于柔性襯底表面的發(fā)光表面的LED的各種安排；
[0026]圖4是展示了可用于形成根據(jù)在此描述的這些實施例的LED燈泡的過程的流程圖；
[0027]圖5A至圖5G是展示各種支撐結(jié)構/LED組件構形的透視圖和剖面圖；
[0028]圖6展示了支撐結(jié)構/LED組件組合，其中該支撐結(jié)構包括多個層和部分；
[0029]圖7示出了帶有散熱片的支撐結(jié)構；
[0030]圖8描繪了包括光學外涂層和熱層的支撐結(jié)構；
[0031]圖9A和圖9B展示了使用光學涂層和/或設置在LED的發(fā)光側(cè)上的光學片的光導；
[0032]圖9C和圖9D展示了提供光學特性的涂層，如線性棱鏡、透鏡、和/或透鏡狀結(jié)構；
[0033]圖10是展示了涉及使用可固化涂層使LED組件形成和保持預定形狀的過程的流程圖；
[0034]圖1lA到圖1lF示出了結(jié)合有固化的結(jié)構涂層的各種構形；并且
[0035]圖12A和圖12B提供了構形的實施例，該構形包括涂層和可任選地可與固化的結(jié)構涂層結(jié)合使用的結(jié)構。
【具體實施方式】
[0036]由于節(jié)能光源的需求，固態(tài)照明獲得關注。發(fā)光二極管(LED)燈泡能夠大幅提高居住和商業(yè)能源效率，如果它們獲得足夠的市場采用。然而，商業(yè)上的可用的設計目前僅限于60瓦特等值(We)的光度。由于缺乏能取代常見的75W和100W白熾燈泡到消費者滿意度的LED燈泡，妨礙了市場采用。在當前的LED燈泡設計中，熱管理是實現(xiàn)較高亮度的主要技術障礙。盡管LED比白熾光源更有效，LED芯片仍產(chǎn)生需要耗散的大量熱。LED燈泡可由大量的小的LED芯片制成。當許多LED芯片在LED燈泡中被靠近地安裝時，對于熱管理會是困難的。處理熱管理的方法依賴于使燈泡增加相當大的體積、重量和成本的散熱器。為了改善散熱，LED芯片可進一步間隔地安裝；然而，在光源的幾個平面上放置多個離散芯片可能涉及復雜的裝配過程。
[0037]LED組件的在線制造是有效的過程。LED組件包括沿著可以是柔性的細長襯底設置的大量LED。在此討論的各種實施例提供了使用LED組件形成LED照明裝置和/或燈泡的過程。在此討論的一些設計包括提供LED照明裝置或燈泡的熱管理和/或光管理的特征或結(jié)構。在此討論的特征和過程適用于各種LED照明裝置并且特別適用于LED燈泡，如具有標準旋入的愛迪生燈座的電連接器的白熾替換LED燈泡。在此所使用的術語“LED燈泡”是指具有任一標準白熾燈泡的形成因素的照明裝置。如在此所描述的LED燈泡提供每個表面積的光輸出，優(yōu)選在LED燈泡外表面積的每平方厘米約0.3流明與30流明之間，更優(yōu)選地是在LED燈泡外表面積的每平方厘米約0.5流明與20流明之間。
[0038]在此所討論的一些實施例涉及LED燈泡，這些燈泡包括支撐結(jié)構和沿該支撐結(jié)構安排的一個或多個LED組件。這些LED組件包括多個電連接的LED。可以形成該支撐結(jié)構，這樣該支撐結(jié)構使這些LED組件保持預定形狀。這些開關是可以選擇的以用于提供通過LED燈泡的特定氣流和/或獲得特定的光分布。
[0039]在此討論的一些實施例是針對發(fā)光裝置，例如使用可固化的涂層而形成的LED燈泡。這些發(fā)光裝置包括一個或多個LED組件，該一個或多個組件包括兩個或兩個以上的電連接的LED。這些LED組件被成形為預定的形狀。可固化的涂層被施加到一個或多個LED組件上并且被固化。可以在LED組件被成形為預定形狀之前或之后施加該可固化的涂層。
[0040]圖1A至圖1L展示了舉例說明在此討論的方法的各種LED燈泡100_a至100_1。每個LED燈泡100-a至100-1包括具有電連接器的底座180_a至180-1，如，適于耦合到家用電源上的電連接器。在一些實施例中，LED燈泡100-a至100-1可包括功率調(diào)節(jié)電路，如安裝在底座180-a至180-1內(nèi)的變壓器、整流器、電容器、AC到DC和/或DC到DC電源轉(zhuǎn)換器，以及類似物。在一些實施例中，功率調(diào)節(jié)電路可外接到LED燈泡100-a至100-1。電源連接被設置在底座180-a至180-1上并且底座的連接部分可具有愛迪生旋入式燈泡底座或其他標準燈泡底座的形式。LED燈泡100-a至100-1包括被耦合到底座180_a至180-1上的至少一個支撐結(jié)構111-a至111-1。該至少一個支撐結(jié)構111-a至111-1被成形為限定帶有開口容積190-a至190-1的發(fā)光表面112_a至112-1的輪廓的預定形狀。LED燈泡100-a至100-1的發(fā)光表面112-a至112-1提供每個表面積的光輸出，優(yōu)選在LED燈泡外表面積的每平方厘米約0.3流明與30流明之間，更優(yōu)選地是在LED燈泡外表面積的每平方厘米約0.5流明與20流明之間。
[0041]LED燈泡100-a至100_1的整體尺寸可類似于同等亮度的白熾燈泡。開口容積190-a至190-1用于允許冷卻LED121_a至121-1的氣流通過LED燈泡100_a至100-1。
[0042]LED燈泡100-a至100_1包括一個或多個LED組件120_a至120_1，每個柔性的LED組件包括兩個或兩個以上電連接的LED121-a至121-1?？蔀槿嵝院?或細長和/或線性的該一個或多個LED組件120-a至120-1沿該支撐結(jié)構lll_a至111-1的長度被附接到該支撐結(jié)構111-a至111-1上并與該支撐結(jié)構處于物理接觸。該支撐結(jié)構111-a至111-1在該一個或多個LED組件120-a至120-1的相鄰區(qū)段之間具有開口 113_a至113-1。這些開口 113-a至113-1在該一個或多個LED組件120_a至120-1的相鄰區(qū)段之間允許周圍空氣流入該開口容積190-a至190-1。相鄰區(qū)段之間的空氣流動可用于冷卻這些LED121_a至121-1。
[0043]在某些情況下，該一個或多個LED組件120-a至120_1在該支撐結(jié)構lll_a至111-1的外部(即，在該開口容積190-a至190-1的外側(cè))可被附接到該支撐結(jié)構lll_a至111-1上。在某些情況下，該一個或多個LED組件120-a至120-1在該支撐結(jié)構lll_a至111-1的內(nèi)部(即，在開口容積190-a至190-1內(nèi)側(cè))可被連接到該支撐結(jié)構lll_a至111-1。該一個或多個LED組件120-a至120-1在支撐結(jié)構lll_a至111-1的外部和內(nèi)部可被連接到該支撐結(jié)構111-a至111-1上。
[0044]在一些構形中，該支撐結(jié)構111-a至111-1具有第一主表面和一個相反的第二主表面。該一個或多個LED組件120-a至120-1被設置在細長的支撐結(jié)構的第一主表面上。在一些構形中，該一個或多個LED組件120-a至120-1包括沿第一主表面設置的至少一個第一 LED組件和沿支撐結(jié)構的第二主表面設置的至少一個第二 LED組件。
[0045]在一些構形中，該支撐結(jié)構包括具有第一端和第二端的細長結(jié)構，并且第一端和第二端被直接附接到底座上。在一些另外的構形中，第一端被直接附接到底座上并且第二端是與底座間隔開的。
[0046]圖1A和圖1B展示了該支撐結(jié)構111-a至lll_b被成形為螺旋結(jié)構的實施例。在某些情況下，該支撐結(jié)構可以是單一的、連續(xù)的元件并且在某些情況下，該支撐結(jié)構可以包括多個離散的支撐元件。例如，該支撐結(jié)構可以是具有其中切割或形成孔的固體形狀；該支撐結(jié)構可以是框架元件之間帶有間隔的框架；該支撐結(jié)構可以是網(wǎng)。具有互聯(lián)的LED121-a至121-1的單一連續(xù)的LED組件可以設置在連續(xù)的或離散的元件支撐結(jié)構上。在一些實施例中，多個LED組件可以設置在連續(xù)的或離散的元件支撐結(jié)構上。在如圖1A、圖1B、圖1G、圖1H所示的一些實施例中，由該支撐結(jié)構lll-a、lll-b、lll-g、lll-h、lll-k、lll-l限定的表面112-&、112-13、1121、112-11所限定的發(fā)光體積(形狀)可具有約大于0.5、或者甚至約大于0.7的球度。
[0047]在一些實施例中，該支撐結(jié)構可為圓柱形，如圖1C至圖1F所示。如圖1C和圖1D所描繪的，這些開口 113-c、113-d可為圓柱形的支撐lll-c、lll-d內(nèi)的孔。如圖1E、圖1F所描繪的，該支撐結(jié)構11 l_e、111-f可為圓柱形框架并且這些開口 113-e、113-f為框架元件之間的間隔。
[0048]在如圖1I和圖1J中展示的一些實施例中，該支撐結(jié)構lll-1，lll_j可以限定一個錐形形狀。在圖1K和圖1L所示的一些實施例中，該支撐結(jié)構111-k、111-1可由網(wǎng)形成。這些LED組件120-k、120-1可包括微型LED。
[0049]該支撐結(jié)構111-a至111_1提供了 LED燈泡100_a至100_1的形狀和剛度并且還可賦予LED燈泡100-a至100-1熱和/或光學特性。該支撐結(jié)構可由金屬、塑料、模制塑料和/或幾種材料的復合物制成。在支撐結(jié)構為金屬或者包括金屬的實施例中，金屬可被陽極電鍍、氧化或涂敷有適當?shù)耐繉硬牧稀?br>
[0050]根據(jù)一些實施方式，該支撐結(jié)構包括一個固化的結(jié)構涂層。該固化的結(jié)構涂層可包括熱固性材料、輻射固化材料，如UV固化材料，如UV固化聚合物或UV設定的環(huán)氧樹脂。固化的涂層可包括金屬粒子，如云母粒子、銀粒子、金粒子和/或銅粒子。
[0051]在包括固化的結(jié)構涂層的實施例中，結(jié)構涂層可被配置成用于耗散LED產(chǎn)生的熱量。固化的結(jié)構涂層可設置在LED的至少一部分上并且被配置成用于透射由LED發(fā)出的光。在某些情況下，固化的涂層形成了一個直射由LED發(fā)出的光的透鏡。固化的結(jié)構涂層可具有暴露到周圍空氣(在開口容積的內(nèi)側(cè)或外側(cè))的表面，該表面具有表面紋理，該表面紋理帶有比相同尺寸的無紋理的表面大至少三倍的有效表面積。
[0052]該支撐結(jié)構111-a至111_1可以具有約大于100W/mK，約大于250W/mK，或者甚至約大于300W/mK的導熱率。在如圖1B、圖1D、圖1F、圖1H、圖1J、圖1L所示的一些實施例中，該支撐結(jié)構 lll-b、lll-d、lll-f、lll-h、lll-j、lll-l 可具有冷卻結(jié)構 130-b、130-d,130-f、130-h，130-j，130-l，如被配置成用于耗散由LED所產(chǎn)生熱的散熱片。冷卻結(jié)構可設置在如圖1H和圖1J所示的支撐結(jié)構的外部上(即，在開口容積的外部)，和/或可設置在如圖1B、圖1D、圖1F、圖1L展示的支撐結(jié)構(B卩，在該開口容積的內(nèi)部)的內(nèi)部。
[0053]在一些實施例中，該支撐結(jié)構的至少一個主表面具有表面紋理，該表面紋理提供比相同尺寸和形狀的無紋理表面大至少三倍的表面積。該支撐結(jié)構表面的紋理化可用于賦予該支撐結(jié)構某些光學和/或熱特性。
[0054]在一些實施例中，該支撐結(jié)構具有大于85%的可見光反射率，如在約320nm與700nm之間的波長。該支撐結(jié)構可包括一種材料和/或具有被配置成用于散射LED121_a至121-1發(fā)出的光的表面紋理。
[0055]每個LED燈泡的100-a至100-1都包括一個或多個LED組件120_a至120-1，這些組件包括多個電互連的LED121-a至121-1。在一些實施例中，每個LED子組件包括襯底，例如其上安排有多個LED的柔性襯底。例如，這些LED可以沿襯底長度以單行或兩個或兩個以上的行進行安排。這些LED可以串聯(lián)或并聯(lián)的方式電連接。LED組件的襯底具有第一主表面和一個相反的主表面。在一些實施方式中，每個LED121_a至121-1可具有基本垂直于襯底主表面的發(fā)光表面或邊緣。在一些實施方式中，每個LED121-a至121-1可具有基本平行于襯底主表面的發(fā)光表面或邊緣。根據(jù)某些方面，第一組LED可被電稱合以提供相對較低的光輸出并且第二組LED被電I禹合以提供相對較高的光輸出。
[0056]在一些實施例中，LED組件的襯底包括柔性印刷電路板并且這些LED包括表面安裝LED。如圖1K和圖1L所示的一些實施例，LED121-k、121-1包括微型LED。微型LED和許多LED在可為柔性的集成電路中一起形成。
[0057]在一些實施方式中，一個或多個涂層可設置在LED組件120-a至120_1的至少一部分上。在各種構形中，涂層具有暴露到周圍空氣的表面，如在開口容積190-a - 190-1的內(nèi)側(cè)。涂層可包括陶瓷、玻璃、聚合物、塑料和金屬粉中的一個或多個。例如，涂層可被配置成用于提供某種光學和/或熱性能。在某些情況下，涂層表面具有一種表面紋理，該表面紋理提供了比相同尺寸的無紋理表面大至少三倍的表面積。涂層可被配置成用于透射和/或散射由LED發(fā)出的光。涂層可形成被配置成用于直射由LED發(fā)出的光的透鏡。另外或可替代地，LED燈泡可包括設置在該支撐結(jié)構上的至少一個熱擴散層或涂層。
[0058]根據(jù)某些方面，LED燈泡可進一步包括設置在LED上的光學片。光學片可被配置成用于散射由LED發(fā)出的光。光學片可被配置成用于在將光透射出光學片之前沿通過光學片的路徑對由LED發(fā)出的光進行引導。在一些實施方式中，光學片被嵌入在設置在LED組件上的涂層中。
[0059]圖2A和圖2B展示了 LED組件的部分，其包括一個柔性襯底210和沿該柔性襯底間隔開的多個LED220。在圖2A中，這些LED220以單行被安排在襯底210上。圖2B展示了另一 LED組件成形，其中存在被安排在柔性襯底210上的兩行LED220。將認識到的是，這些LED可以任何便利的模式沿柔性襯底進行安排。該模式可被選定以用于提供所需的光分布和/或散熱規(guī)范。
[0060]柔性襯底210可以是一個柔性電路板，該柔性電路板便于這些LED220與底座電子器件之間的電氣連接的。如圖2A和圖2B所示，電導體230沿柔性襯底的長度設置在柔性襯底內(nèi)或柔性沉底上以將每個LED220電連接到設置在該底座內(nèi)的底座電子器件上(如圖1A和圖1B所示)。這些LED220可以包括被焊接到柔性襯底或可以是微型LED的表面安裝LED。
[0061]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3A和圖3B，LED從表面或邊緣發(fā)光，如由箭頭350概念地展示。如圖3A所示，一個或多個LED320可被安排在柔性襯底310上，這樣LED320的發(fā)光表面或邊緣321基本平行于柔性襯底310的主表面311。如圖3B所示，在某些情況下，一個或多個LED330可被安排在柔性襯底310上，這樣LED330的發(fā)光表面或邊緣331基本垂直于柔性襯底310的主表面311。在一些構形中，LED320、330可一起被安排在柔性襯底310上，從而這些LED320中的一些從大約平行于柔性襯底310的主表面311的發(fā)光表面321發(fā)出光350并且一些LED330從大約垂直于主表面311或與該主表面成角度的發(fā)光表面331發(fā)出光350，如圖3C所示。
[0062]根據(jù)不同的LED燈泡構形，一個或多個LED組件可被附接到和/或集成到一個支撐結(jié)構上。圖4為示出用于形成根據(jù)一些實施例的LED照明裝置的過程的流程圖。410:LED組件(包括其上設置有多個電互連LED的襯底)被耦合到支撐結(jié)構。420:該支撐結(jié)構被成形為燈泡的形狀并限定一個發(fā)光表面和一個開口容積。LED燈泡的形狀允許在一個或多個LED組件的區(qū)段周圍的通風以及這些區(qū)段之間的通風。發(fā)光表面提供由LED發(fā)出的光的所需分布。在一些實施例中，成形和附接包括在附接該至少一個LED組件之前將該支撐結(jié)構形成為預定的形狀。在另外的實施例中，成形和附接包括在附接該至少一個LED組件之后將該支撐結(jié)構形成為預定的形狀。形成該支撐結(jié)構可包括折疊、彎曲、成型和固化中的一個或多個。在該支撐結(jié)構通過固化而被硬化至剛性或半剛性的情況下，該支撐結(jié)構在被形成為預定形狀后被固化。
[0063]根據(jù)各種實施方式，LED組件在長度方面是沿細長的支撐結(jié)構進行安排并且可附接到其上，如通過層壓、粘結(jié)或其他合適的過程。在某些情況下，LED組件的寬度等于(或約等于)該支撐結(jié)構的寬度。該支撐結(jié)構被彎曲、折疊、成型和/或固化成燈泡的形狀。該支撐結(jié)構被機械地附接到保持該支撐結(jié)構豎直的底座，在許多情況下無需額外的支撐。這些LED被電耦合到底座電子器件上。
[0064]在一些實施方式中，柔性LED組件能在一個圓柱形上以螺旋形進行機械地纏繞。圓柱形被剪切，例如激光剪切，或沿柔性襯底的邊緣被機械地加工，這樣底層形狀(其上附接有LED組件)可被擴展以形成燈泡形狀。柔性LED組件于是被支撐在已經(jīng)被螺旋形剪切并擴展的剛性或半剛性形狀上。
[0065]用于該支撐結(jié)構的合適材料包括可形成為所需燈泡形狀的材料，如金屬、塑料、陶瓷可固化樹脂、和/或包括層，部分和/或不同材料的混合物的復合材料。如果金屬被用于該支撐結(jié)構，該金屬例如可被陽極電鍍以提高耐用性、或者金屬可被氧化。在一些實施例中，該支撐結(jié)構的表面可通過壓花、蝕刻、噴砂等被紋理化，以增加該支撐結(jié)構表面的有效表面積。表面紋理化過程可賦予有效表面積的顯著增加。例如，該支撐結(jié)構的表面的紋理可具有提供有效表面積的表面粗糙度，該有效表面積為沒有被紋理化處理的相同尺寸的相同材料的表面積的至少三倍。當與無紋理的表面相比時，表面紋理可提供額外的散熱和/或可提供額外的光漫射或光散射。例如，紋理化之后的表面粗糙度(Ra)可等于相同尺寸的未紋理化的表面的至少2倍到3倍。
[0066]該支撐結(jié)構被配置為支撐LED組件以及為LED燈泡提供散熱和/或光管理。在某些情況下，該支撐結(jié)構為散熱器。熱擴散層，如具有約大于100W/mK、約大于250W/mK、甚至約大于300W/mK的導熱率的一層或多層材料可被施加到該支撐結(jié)構的一個或兩個表面和/或一個或兩個邊緣上。該支撐結(jié)構(和/或其上設置的涂層)可用于散射、反射、透射、均勻和/或混合由這些單獨的LED發(fā)出的光以提供特定的光譜和/或強度分布。例如，該支撐結(jié)構可具有反射表面，可涂敷有反射層，可被紋理化以便散射光或者可被安排成用于為管理由LED發(fā)出的光。對于該支撐結(jié)構具有反射表面或反射層設置在支撐結(jié)構上的實施例，表面或?qū)拥姆瓷渎试谟蒐ED發(fā)出光的波長處可大于約85%，如在約320nm到約700nm的范圍內(nèi)。對于該支撐結(jié)構具有透光表面或透射層設置在該支撐結(jié)構上的實施例，該表面或?qū)拥耐干渎试贚ED發(fā)出光的波長處大于約85%，例如在約320nm到約700nm之間的范圍內(nèi)。
[0067]別外或可替代地，該支撐結(jié)構表面(或設置在其上的涂層)可以被配置成用于對該照明裝置提供光散射。在某些情況下，可通過設置在該支撐結(jié)構和/或LED組件上的涂層來提供光散射。合適的涂層例如可包括反射金屬、玻璃、半透明塑料等。根據(jù)各種實施例，一種以上類型的涂層用于對照明結(jié)構提供不同的特性。例如，一個涂層可被選定以耗散由LED產(chǎn)生的熱量。另一涂層可被選定以提供一種或多種光學特性。涂層可被施加到該支撐結(jié)構以及這些LED組件中的一個或兩個的表面上。
[0068]在一些實施例中，該方法包括在LED的發(fā)光表面上安排光學片。在一些實施例中，光學層或熱層可沉積在LED組件的主表面以及結(jié)構支撐的主表面中的一者或兩者上。例如，沉積層可為光學擴散或熱擴散。如果光學層被沉積，光學層可包括提供光透射、反射和漫射中的一個或多個的材料。
[0069]圖5A至圖5G為展示各種支撐結(jié)構/LED組件構形的透視圖和剖面圖。在某些情況下，該支撐結(jié)構基本平坦，如圖5A的透視圖所展示的實例。在示出支撐結(jié)構和LED組件構形的一部分的該簡圖中，LED組件520 (包括柔性襯底530和LED540)被耦合到該支撐結(jié)構510的一個平坦表面上。圖5A展示了相對于參考坐標的LED組件的定向。對于以下的簡圖使用相同的定向。柔性襯底530的長度(沿圖5A的y方向)遠遠大于其寬度(沿圖5A的X方向)。類似地，該支撐結(jié)構510的長度(沿圖5A的y方向)遠遠大于其寬度(沿圖5A的x方向)。柔性襯底530在長度方面沿該支撐結(jié)構被安排，如圖5A所示。柔性襯底以及該支撐結(jié)構的長度和/或?qū)挾瓤扇鐖D5A所示大約相等。柔性襯底530具有第一主表面531、相反的主表面532、主邊緣535、相反的主邊緣536、較小邊緣533，以及相反的較小邊緣534。
[0070]在由圖5B展示的一些實施例中，一個以上的LED組件520被耦合到支撐結(jié)構510。根據(jù)圖5A和圖5B的實施例包括沿X方向橫跨支撐結(jié)構寬度的平面或平坦的支撐結(jié)構。這種構形如在此被表示為“平坦支撐結(jié)構”，并且將認識到的是，這是指橫跨其寬度(即，其較小尺寸)的支撐結(jié)構，但是該支撐結(jié)構可沿其長度(即，其較大尺寸)是非平坦的。換句話說，該支撐結(jié)構可沿其長度被折疊、成型、彎曲或成形以便形成燈泡形狀，如圖1A和圖1B所展示的形狀。
[0071]圖5C是圖5A該的該支撐結(jié)構/LED組件構形的剖面圖，其中剖面是沿虛線A - A’被截取。該支撐結(jié)構可任選地包括一個或多個紋理表面511、512。
[0072]圖示出了平坦支撐結(jié)構512，帶有被耦合到該支撐結(jié)構510的第一表面513上的第一 LED組件520a和被耦合到與第一表面相反的支撐結(jié)構的第二表面514上的第二 LED組件520b。
[0073]該支撐結(jié)構可以是凸狀支撐結(jié)構551 (圖5E所示)，或可以是凹狀支撐結(jié)構(圖5F所示)。圖5E展示了 LED組件520 (包括柔性襯底530和LED540)被耦合到該支撐結(jié)構551的凸狀表面上實例。圖5F示出了被耦合到該支撐結(jié)構552的的凹狀表面上的LED組件520。
[0074]在某些情況下，多個LED組件可設置在該支撐結(jié)構的不同平面上，如圖5G所展示。三角形支撐結(jié)構553在第一平面553a上支撐第一 LED組件520a，在第二平面553b上支撐第二組件520b。將會認識到，在此提供的實施例僅為可能的許多支撐結(jié)構/LED組件構形中的少數(shù)。
[0075]如之前所提到的，該支撐結(jié)構可包括金屬、金屬合金、塑料或適于形成為所需LED燈泡形狀的任何其他材料。在某些情況下，該支撐結(jié)構可為包括多個層、多個部分和/或多種材料的復合結(jié)構。復合支撐結(jié)構的不同層、部分或材料可賦予該支撐結(jié)構不同的特性。例如，一個層、部分和/或材料可用于賦予結(jié)構特性，一個層、部分、和/或材料可另外地用于賦予結(jié)構和熱特性，一個層、部分、和/或材料可用于賦予結(jié)構和光學特性。在某些情況下，復合支撐結(jié)構可包括一個層或部件，其包括多種材料，如嵌入在塑料基質(zhì)內(nèi)的金屬粒子。在某些情況下，復合支撐結(jié)構可包括不同材料制成的層和/或部分，如圖6展示的。圖6所示的每個層和部分可以有助于該支撐結(jié)構的結(jié)構特性。
[0076]圖6展示了支撐結(jié)構/LED組件組合，其中該支撐結(jié)構610為多個層612、613和多個部分611a、611b的復合物。LED組件620 (包括柔性襯底630和多個LED640)被設置在該支撐結(jié)構610上。該支撐結(jié)構包括提供結(jié)構支撐的相對較厚的非金屬層613，如塑料，有助于該支撐610的結(jié)構特性并且還提供由LED640所產(chǎn)生熱的耗散和/或分布的相對較薄的金屬層612。反射部分611a、611b (如塑料和/或金屬反射鏡)有助于該支撐610的結(jié)構特性并反射由LED640發(fā)出的光。
[0077]如之前所討論的，該結(jié)構支撐可包括提供所需特性的表面紋理。另外或可替代地，該支撐結(jié)構可包括提供所需特性的特征或部分，如圖6所示的反射鏡部分611a、611b。圖7示出了具有任選特征的支撐結(jié)構的另一實例。在這個實例中，該支撐結(jié)構710包括設置在與其上安排有LED組件720的表面相反的支撐結(jié)構的表面上的多個散熱片750。這些散熱片750可沿著該支撐結(jié)構710的寬度和/或長度延伸并可被設計成用于將剛度和散熱能力中一個或兩個賦予該支撐結(jié)構。
[0078]可選涂層、層和/或片(可能或可能不會有助于結(jié)構特性)可與該支撐結(jié)構和LED組件結(jié)合使用。圖8展示了可使用的幾個可選涂層。LED組件820的部分和/或該支撐結(jié)構810的部分可涂敷有一個光學涂層850，該光學涂層覆蓋該柔性襯底830和/或一些LED840的至少一部分。例如，光學涂層850可用于散射LED840發(fā)出的光或使其均勻，這樣LED燈泡提供了一種接近或者與相同波形因數(shù)和光度的白熾燈可比較的光分布。涂層850可具有提供散熱和/或光散射的表面紋理851。如之前所討論的，表面紋理851可提供可能比相同材料以及相同尺寸和形狀的未變形表面的表面積大三倍的有效表面積。
[0079]圖8的構形可包括設置在該支撐結(jié)構810上的導熱層860。在這個特別的實例中，LED組件是沿該支撐結(jié)構810的第一表面811設置并且導熱層860被設置在該支撐結(jié)構810的相反第二表面812上。在其他構形中，導熱層可設置在與LED組件相同的表面上或者導熱層可設置在該支撐結(jié)構的兩個表面上。
[0080]圖8中所示的構形包括設置在該支撐結(jié)構810的第一表面811上的磷光體層870。磷光體層包括一種突光材料，該突光材料可在與LED發(fā)出的光不同的波長來發(fā)光。由LED和磷光體層發(fā)出的光可提供用于由LED燈泡發(fā)出的光的更廣泛的光譜特性。例如，LED可發(fā)出藍光并且黃色磷光體可以涂敷在該結(jié)構支撐上和/或嵌入在涂層850中。
[0081]在一些實施例中，光學涂層和/或片可設置在LED上作為波導件以沿LED組件引導光一定距離，直到光耦合出該波導件。圖9A示出了其上設置有LED組件920的結(jié)構支撐910。涂層950設置在這些LED940上。涂層950和在光學涂層/空氣界面952的空氣的折射率差在界面952為至少一些由LED940發(fā)出的光提供了全內(nèi)反射(TIR)。圖9A展示了從LED940a發(fā)出并在涂層表面951與柔性襯底930之間引導一定距離的光束950。箭頭951a表示從LED940a發(fā)出的光。光沿著箭頭951b在界面952被反射。光在柔性襯底930的表面沿箭頭951c再次被反射(其可包括反射涂層921)。當涂層/空氣界面的光入射角小于TIR的臨界角時，光最終沿箭頭951d從該涂層顯現(xiàn)。圖9B在很多方面類似于圖9C。圖9B展示了光學片可覆蓋LED以便于對LED發(fā)出的光進行引導或波導。在這個實例中，光學片與空氣之間或光學片與涂層之間的界面為該發(fā)出的光提供一個全內(nèi)反射(TIR)界面。
[0082]如圖9C和圖9D展示的，光學涂層和/或光學片可以形成或包括帶有各種表面特性970、980的光直射表面，如直射從LED發(fā)出的光的線性棱鏡970和/或透鏡或透鏡狀結(jié)構 980。
[0083]在一些實施例中，LED組件形成預定形狀并且可固化的涂層被設置在LED組件的至少一部分上。在固化后，固化的結(jié)構涂層用于使LED組件保持預定的形狀。圖1OA為描述形成根據(jù)某些實施例的形成LED燈泡的過程的流程圖。1010:包括其上設置有LED的柔性襯底的LED組件被形成為預定形狀。例如，LED組件可被放置在尺寸和整體形狀類似于相同亮度的白熾燈泡的螺旋形的形狀中。1020:可被硬化成剛性或半剛性支撐的可固化的涂層被施加到LED組件，例如，通過各種涂敷過程或通過二次成型?？晒袒耐繉涌砂蚩梢允强晒袒木酆衔铩⒖晒袒乃芰?、或可固化的復合物?？晒袒膹秃衔锟砂渲摌渲晒袒木酆衔锘|(zhì)中的粒子。這些粒子可提供或增強固化結(jié)構涂層的各種光學或熱性能。例如，嵌入在可固化聚合物基質(zhì)中的金屬粒子可對于LED產(chǎn)生的熱提供不斷增加的熱擴散。嵌入在該基質(zhì)中的光學粒子可增加光散射(和/或其他光學性能)。可固化的涂層可包括通過熱固化、輻射暴露(如UV輻射)，電子束曝露而可固化的涂層，和/或其他類型的可固化涂層。在涂層之前，可固化的涂層具有適于涂層或二次成型LED組件的粘性?？晒袒耐繉涌赏ㄟ^任何合適的過程來施加，例如，通過二次成型，浸涂層、噴涂層和/或狹縫染料涂層。可固化的涂層粘結(jié)或粘附到柔性襯底上。1030:可固化的涂層被固化，并且在固化之后，固化的結(jié)構涂層用作使LED組件保持預定形狀的剛性或半剛性支撐。涂層可通過根據(jù)涂層所用材料的任何適當過程被固化。例如，固化可包括熱固化，加熱，冷卻，施加壓力，化學品，如紫外線輻射、電子束等的輻射，和/或其他固化過程。
[0084]根據(jù)一些實施例，在LED組件上由LED發(fā)出的光用于固化涂層，并因此設定LED燈泡的形狀。在某些情況下，可固化的涂層可通過冷卻該涂層而被固化，這樣在LED組件上或之上或周圍被凝固。
[0085]在某些方法中，LED組件可在放置在預定形狀中之前被涂敷。在涂層后，LED組件被放置在預定形狀中并且該可固化涂層隨后被固化。在某些方法中，LED組件首先被放置在預定形狀中，在其之后LED組件涂敷有固化涂層。
[0086]固化的結(jié)構涂層可部分或完全地覆蓋LED組件。根據(jù)結(jié)構涂層所使用的材料，結(jié)構涂層可為LED燈泡提供熱和/或光管理。在某些情況下，結(jié)構涂層可耗散由LED產(chǎn)生的熱量。在某些情況下，該結(jié)構涂層可提供各種光學特性。例如，該結(jié)構涂層可以是光學反射器、光學漫射器，散射介質(zhì)和/或用于控制光輸出的波導介質(zhì)。在一些實施例中，該結(jié)構涂層可與額外的涂層或?qū)咏Y(jié)合使用。
[0087]圖1lA到圖1lF示出了結(jié)合一種固化的結(jié)構涂層的各種構形。圖1lA到圖1lF每個都示出沿柔性襯底1130的寬度方向(X)的剖面。在圖1lA中，LED1140被設置在柔性襯底1130的主表面1131上并且固化的結(jié)構涂層1110被設置在柔性襯底1130的相反的主表面1132上?？扇芜x地，固化的結(jié)構涂層的表面1111可被紋理化以提供用于如之前所討論的光和/或熱擴散的不斷增加的有效表面積。
[0088]圖1lB示出了固化的結(jié)構涂層1150設置在與LEDl 140相同的柔性襯底1131的表面1131上的構形?？扇芜x地，固化的結(jié)構涂層的表面1151可以被紋理化。
[0089]在一些構形中，該結(jié)構涂層被施加到柔性襯底的一個或多個邊緣上。在這些構形中，結(jié)構涂層也可被施加到柔性襯底的一個或兩個表面上，這樣它覆蓋一個或兩個柔性襯底表面的大多數(shù)(大于50%)或相當多數(shù)的表面積(大于75%)。在圖1lC描繪的一些實施例中，結(jié)構涂層1160覆蓋該柔性襯底1130的邊緣1133，1134，并且覆蓋少于第一主表面1131和/或第二主表面1132的25%。
[0090]圖1lD到圖1lF展示了結(jié)構涂層1170、1180、1190完全地封閉LED組件的構形。在圖1lD中，LEDl 140被設置在柔性襯底1130的第一主表面1131上。在圖1lE中，LEDl 140設置在柔性襯底的兩個主表面1131、1132上。圖1lF提供了沿x方向不平坦的柔性襯底1139的一個實例。LED1140設置在由固化的結(jié)構涂層1190封閉的柔性襯底1139上。
[0091]固化的結(jié)構涂層可選地可與另外的涂層和/或?qū)咏Y(jié)合使用。這些可選的層可賦予LED燈泡熱或光學特性。在圖12A和圖12B中提供了包括可選涂層/層的構形的幾個實施例，盡管本領域的技術人員在閱讀本發(fā)披露內(nèi)容時明顯的是許多其他構形是可能的。圖12A示出了 LED組件1220，該組件包括設置在柔性襯底1230的第一主表面1231上的LED1240。固化的結(jié)構涂層1210外涂敷了 LED1240、柔性襯底1230的第一主表面1231以及邊緣1233、1234并使LED組件1220保持預定的形狀。熱管理層1250，如包括散熱器特性1251的散熱層，如鰭狀散熱器特性，是沿柔性襯底1230的第二主表面1232設置的。
[0092]圖12B展示了除了結(jié)構涂層1260之外的可選光學涂層1270的使用。在該特定實施例中，固化的結(jié)構涂層1260設置在柔性襯底1230的一個主表面1232上并且光學涂層1270 (如，提供光散射、光漫射，光反射，波導等，如之前所討論的)設置在相反的主表面1231上。
[0093]注意，除了結(jié)構涂層之外使用的結(jié)構涂層本身或光學涂層可用于提供類似于之前圖9A所展示的構形的光波導。如果結(jié)構涂層用于使LED組件保持預定形狀，則不需要該結(jié)構支撐910。結(jié)構涂層可以和光學板一起使用以便在類似于圖9B所示構形的構形中提供光波導。同樣，在結(jié)構涂層保持預定形狀的構形中，不需要結(jié)構支撐。結(jié)構涂層可被形成或被處理以便提供各種光學特性，如圖9C和圖9D分別所示的線性棱鏡和透鏡狀結(jié)構。
[0094]在此披露的系統(tǒng)、裝置或方法可包括在此描述一個或多個特征、結(jié)構、方法，或它們的組合。例如，一種裝置或方法可被實施以包括在此描述的一個或多個特征和/或過程。其用意是這種裝置或方法不必包括在此描述的所有特征和/或過程，但可被實施以包括提供有用的結(jié)構和/或功能的選定特征和/或過程。
[0095]在詳細的說明中，數(shù)值和范圍被提供用于所描述的該實施方式的各個方面。這些值和范圍僅作被視為實施例，并不旨在限制權利要求的范圍。例如，在本披露中描述的實施例可在所披露的整個數(shù)值范圍中實施。此外，大量的材料被認為適用于該實施方式的各個方面。這些材料被視為示例性的，并不旨在限制權利要求的范圍。
【權利要求】
1.一種發(fā)光二極管(LED)照明裝置，包括: 至少一個LED組件，該至少一個LED組件包括一個襯底和被配置成用于產(chǎn)生光的沿該襯底被間隔開的兩個或兩個以上LED ;以及 一個固化的結(jié)構涂層，該固化的結(jié)構涂層被配置在該LED組件的至少一部分上，其中，該固化的結(jié)構涂層被配置成用于使該LED組件保持預定的形狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的LED照明裝置，其中，該預定的形狀為螺旋形。
3.根據(jù)權利要求1到2中任一項所述的LED照明裝置，其中，該至少一個LED組件包括僅一個連續(xù)的LED組件。
4.根據(jù)權利要求1到3中任一項所述的LED照明裝置，其中，該襯底具有一個第一主表面和一個相反的第二主表面，并且每個LED具有基本上垂直于該襯底的主表面的一個發(fā)光表面或邊緣。
5.根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的LED照明裝置，其中，該襯底具有一個第一主表面和一個相反的第二主表面，并且每個LED具有基本上平行于該襯底的主表面的一個發(fā)光表面或邊緣。
6.根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的LED照明裝置，其中，該LED照明裝置的整體尺寸類似于一個同等亮度的白熾燈泡。
7.—種生產(chǎn)LED照明裝置的方法，該方法包括: 將一個可固化的涂層施加到至少一個LED組件上，該LED組件包括一個柔性襯底和沿柔性襯底間隔開的多個LED ； 將該被涂敷的LED組件成形為一種預定形狀；以及 將該涂層固化，其中，在固化后，該固化的涂層使該LED組件保持該預定的形狀。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，該可固化的涂層包括至少一個: 一種熱固性材料； 一種可輻射固化的材料；以及 多種金屬粒子。
9.根據(jù)權利要求7到8中任一項所述的方法，進一步包括處理該涂層的表面以賦予表面粗糙度，該表面粗糙度提供至少三倍于相同材料和相同尺寸的未處理表面的表面積的有效表面積。
10.根據(jù)權利要求7到9中任一項所述的方法，進一步包括在該LED組件的主表面上或之上沉積一個導熱層，該層包括一種耗散由這些LED所產(chǎn)生的熱量的材料。
【文檔編號】F21S2/00GK104048196SQ201410073313
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權日:2013年3月13日
【發(fā)明者】J·維萊斯, P·斯蓋麥奧茲, C·保爾森, A·帕特卡, P·Y·瑪爾達 申請人:帕洛阿爾托研究中心公司