專利名稱：：基于led的燈泡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及LED照明系統(tǒng)的技術(shù)。本發(fā)明特別適合用于傳統(tǒng)上用于白熾光源的照明組件，并特別參照它來(lái)進(jìn)行描述。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將意識(shí)到，本發(fā)明使LED光源適用于傳統(tǒng)燈泡照明組件中，能夠提供諸如延長(zhǎng)的耐用性、光輸出的穩(wěn)定性、以及節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
：典型地，白熾燈泡組件利用包括玻璃外殼內(nèi)的白熾燈絲的光源。然而，白熾燈絲是易碎的，并在燈泡的使用壽命期間趨向于逐漸退化(degrade)，導(dǎo)致由燈絲產(chǎn)生的有效光輸出隨著時(shí)間推移而減少。燈絲的易碎性因年久而增加，最終導(dǎo)致斷裂。通常的白熾燈泡的平均壽命為500小時(shí)至4,000小時(shí)。發(fā)光二極管(LED)是作為燈泡組件中的光源的具有吸引力的替代物。低功率、固態(tài)LED燈能夠維持高達(dá)100,000小時(shí)(11年)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)典型白熾燈泡的壽命。當(dāng)LED在100,000小時(shí)之后退化到其初始強(qiáng)度的一半時(shí)，其繼續(xù)以減小的輸出工作。在以減小的輸出工作的情況下，LED的能量效率仍比白熾燈泡高出十倍，并且大約是熒光燈的效率的兩倍。除了產(chǎn)生很少熱量以及能量高效之外，LED是沒(méi)有活動(dòng)部件的固態(tài)器件。LED特性不會(huì)因年久而顯著變化，并且其不易被撞擊或振動(dòng)損壞。這使得LED照明系統(tǒng)非?？煽?。LED的小外形和由其產(chǎn)生的低熱量使照明系統(tǒng)能夠采用各種形狀和尺寸。因?yàn)轭櫩土?xí)慣于看和購(gòu)買傳統(tǒng)的燈泡，因此限制了LED照明系統(tǒng)的普遍使用。在市場(chǎng)上的各種燈泡照明組件數(shù)量非常巨大。除了獨(dú)特的裝飾性外觀外，這些組件在發(fā)光級(jí)別、色溫、電需求、以及其他特性上也不同。一種方法是直接將LED改型成現(xiàn)有的照明組件。然而，單個(gè)LED不能產(chǎn)生具有與每個(gè)現(xiàn)有白熾燈泡相同的光學(xué)特性的光輸出。此外，LED發(fā)射導(dǎo)致小光角的高定向光并且需要不同的輸入功率。本發(fā)明提供了一種新的LED燈。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開(kāi)了一種光源。光引擎(lightengine)產(chǎn)生具有多個(gè)波長(zhǎng)中的一個(gè)波長(zhǎng)的光。光引擎包括平臺(tái)以及設(shè)置于平臺(tái)上的至少一個(gè)LED。外殼包圍光引擎的光發(fā)生區(qū)域。燈座(base)包括散熱片，用于傳導(dǎo)熱能遠(yuǎn)離該至少一個(gè)LED。光引擎安裝到散熱片上。轉(zhuǎn)換電路向光引擎提供電功率。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種可以在各種燈泡平臺(tái)上使用的共用光引擎。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，提供了一種可適應(yīng)的(adaptable)并且可定標(biāo)的(scalable)LED燈設(shè)計(jì)。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)閱讀和理解以下詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和好處將變得顯而易見(jiàn)。本發(fā)明可以在各種部件及部件的配置、以及各種步驟及步驟的排列中成形。附圖僅僅用于解釋說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例，并不是用于限制本發(fā)明。圖1示意性地示出基于LED的燈的截面圖；圖2示意性地示出包括LED的平臺(tái)的俯視圖；圖3示意性地示出包括散熱塊(heatdissipatingslug)的基于LED的燈的截面圖；圖4示意性地示出包括擴(kuò)展的散熱塊的基于LED的燈的截面圖；圖5示意性地示出包括熒光體板的基于LED的燈的截面圖；以及圖6示意性地示出包括燈絲導(dǎo)光件(lightguide)的基于LED的燈的截面圖。具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1和圖2，照明系統(tǒng)10包括一個(gè)或多個(gè)LED12，其位于安裝平臺(tái)14上，該平臺(tái)限定了光引擎16。引線18、20被提供用于為L(zhǎng)ED12供電。LED12是無(wú)機(jī)和有機(jī)發(fā)光器件中之一，用于發(fā)射從UV至紅外線光譜中的光。通過(guò)以不同的方式設(shè)置LED可以實(shí)現(xiàn)不同的光學(xué)性能、視角、和強(qiáng)度級(jí)。照明系統(tǒng)10包括燈罩或外殼22。優(yōu)選地，外殼22是傳統(tǒng)的燈泡形外殼。可選地，外殼22是定制的外殼，以提供不均勻的光輸出來(lái)制造特殊的視覺(jué)效果。注意到外殼22可以是球形的、橢圓形的、圓柱形的、半球形的、方形的、n面形的、或任何其他形狀。優(yōu)選地，外殼22由透光或半透光材料或者其化合物制成。外殼22的材料選自玻璃、塑料、丙烯酸纖維、聚碳酸酯、或其他適當(dāng)?shù)牟牧?。?yōu)選地，平臺(tái)14是其上可以生長(zhǎng)半導(dǎo)體的襯底。平臺(tái)14可以是藍(lán)寶石、砷化鎵、碳化硅、磷化鎵、砷化鎵、氮化鎵、或其他適當(dāng)?shù)牟牧现械囊环N。還注意到平臺(tái)14可以是印刷電路板、散熱片、或用于安裝LED12的任何其他適當(dāng)?shù)难b置。LED12通過(guò)焊接、絲焊、熱聲波(thermosonic)、熱壓縮(thermocompression)、導(dǎo)電粘合劑、導(dǎo)熱粘合劑、其他適當(dāng)?shù)姆椒ā⒒蛏鲜龇椒ǖ慕M合中的一種附著在平臺(tái)14上。還注意到LED12可以靠近罩22或制造成為其組成部分。平臺(tái)14適合于直接安裝到燈座或插座24中。在一個(gè)實(shí)施例中，燈座24具有光引擎16插入其中的插座。優(yōu)選地，燈座24是一種商業(yè)上可獲得的燈泡插座，以易于現(xiàn)場(chǎng)交換(fieldexchange)和將具有LED光引擎16的燈泡改型，使得外殼22能夠安在光引擎16上。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，燈座24是商業(yè)上可獲得的諸如6S6螺口燈座、194卡口燈座(wedgebase)等白熾燈插座中的一種。這樣的設(shè)計(jì)使得可以在不經(jīng)改變燈插座或燈外殼的情況下，用各種不同的LED光引擎替換傳統(tǒng)的燈?？蛇x地，燈座24是定制的。至少一個(gè)散熱片26整體地設(shè)置為與光引擎16和燈座24進(jìn)行熱傳遞，以從LED12帶走熱量。散熱片26用能夠?qū)崃總鲗?dǎo)遠(yuǎn)離LED12的材料制成。適當(dāng)?shù)牟牧系膶?shí)例包括銅、鋁、碳化硅、氮化硼、和其他已知的具有高導(dǎo)熱系數(shù)的材料。優(yōu)選地，使用折射率匹配(indexmatching)材料28來(lái)包圍光引擎16，以提高光提取。折射率匹配材料從硅、丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、熱塑性塑料、玻璃、和任何其他適當(dāng)?shù)牟牧现羞x擇?？蛇x地，優(yōu)選地起到熱擴(kuò)散媒質(zhì)作用的折射率匹配流體存在于光引擎16和罩22之間。流體從固體、凝膠體、液體、碳氟化合物冷卻劑、發(fā)光材料等中選擇，用于產(chǎn)生期望視覺(jué)效果。此外，反射的或半透明的粒子可以添加到流體，用于產(chǎn)生更多的視覺(jué)效果。罩22與內(nèi)部流體共同作用，以優(yōu)化光提取和/或提供視覺(jué)效果。在一個(gè)實(shí)施例中，折射率匹配材料28被構(gòu)造為提供透鏡化(lensing)。為了向LED12提供適當(dāng)?shù)碾姽β剩彰飨到y(tǒng)10包括一個(gè)或多個(gè)電功率轉(zhuǎn)換電路、或控制電子設(shè)備、或功率電子電路30，其優(yōu)選地與光引擎16結(jié)合?？蛇x地，電功率轉(zhuǎn)換電路30可以靠近光引擎16、位于燈座24內(nèi)、或設(shè)置為遠(yuǎn)離照明系統(tǒng)10。在一個(gè)實(shí)施例中，電功率轉(zhuǎn)換電路包括AC/DC轉(zhuǎn)換器，其允許用標(biāo)準(zhǔn)家用120VAC或國(guó)際220VAC用戶電壓來(lái)給基于LED的照明系統(tǒng)10供電。這樣的電路使LED燈真正地代替了燈泡。優(yōu)選地，功率電子電路30是二維或三維結(jié)構(gòu)，以提供最小尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，電功率轉(zhuǎn)換電路30是柔性電路(flexiblecircuit)。可選地，電功率轉(zhuǎn)換電路30是非平面電路板。參照?qǐng)D3，照明系統(tǒng)10包括散熱塊32。散熱塊32被設(shè)置為與燈座24進(jìn)行熱傳遞，以將熱量從光引擎16傳導(dǎo)到燈座24中?？蛇x地，散熱塊32將熱量從光引擎16傳遞到空氣中。優(yōu)選地，散熱塊32包括設(shè)置在塊32的外圍周圍的多個(gè)徑向翅片(fin)34。參照?qǐng)D4，散熱塊32伸展出燈座24，以將熱量從光引擎16傳遞到空氣中?？蛇x地，燈座24包括熱電致冷、壓電合成噴射(piezosyntheticjet)、qu-管(qu-pipe)、熱管、壓電風(fēng)扇和電風(fēng)扇、或其他形式的有效致冷中的至少一個(gè)。參照?qǐng)D5和圖6，照明系統(tǒng)10包括諸如有機(jī)或無(wú)機(jī)熒光體(phosphor，磷光體)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。熒光體可以位于任何適當(dāng)?shù)奈恢?，諸如結(jié)合到LED12中、在導(dǎo)光件36處、涂覆在罩22的里面或外面、包含在罩22內(nèi)、或上述的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼22包括透明有機(jī)熒光體，其優(yōu)選地涂覆在外殼22的內(nèi)表面、或外表面、或其組合。還注意到通過(guò)任何其他方式，可以使熒光體在形成外殼22的壁內(nèi)溶解、熔化、復(fù)合(coextrude)、或分散。優(yōu)選地，熒光體的分布是均勻的。在一個(gè)實(shí)施例中，熒光體的分布是不均勻的，以產(chǎn)生預(yù)選擇圖樣、圖形、不同顏色的特殊視覺(jué)效果、和其他效果。還注意到透明熒光體和傳統(tǒng)的不透明熒光體均能夠用于產(chǎn)生特殊效果、圖樣、或圖形。在一個(gè)實(shí)施例中，外殼22是磨砂的(frosted)或經(jīng)過(guò)其他的處理，以提供特殊視覺(jué)效果。有機(jī)透明熒光體的實(shí)例是BASFLumogenF染料，諸如LumogenF黃色083、LumogenF橙色240、LumogenF紅色300、和LumogenF紫藍(lán)色570。當(dāng)然，還注意到可以使用下列其他熒光體諸如在美國(guó)專利第6,366,033號(hào)中描述的帶有有機(jī)成分的稀土元素復(fù)合物、在美國(guó)專利第6,207,229號(hào)中描述的量子點(diǎn)熒光體、在美國(guó)專利第6,048,616號(hào)中描述的納米熒光體、或其他適當(dāng)?shù)臒晒怏w。繼續(xù)參照?qǐng)D5，UV光線40由LED12發(fā)射并由熒光體44轉(zhuǎn)換成白光或可見(jiàn)光42。盡管為了產(chǎn)生飽和色光而具體化單組分熒光體，但是熒光體44優(yōu)選地包括兩種或多種熒光體，以將發(fā)射光40轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光42?？梢?jiàn)光42通過(guò)外殼22射出。在該實(shí)施例中，熒光體混合物44被設(shè)置在導(dǎo)光件36附近或設(shè)置在導(dǎo)光件36內(nèi)，導(dǎo)光件是設(shè)置在LED12上方的平面面板，使得大部分的光線40撞擊面板。再次參照?qǐng)D6，導(dǎo)光件36是設(shè)置于外殼22內(nèi)的燈絲，用于創(chuàng)建“燈絲狀”基于LED的照明系統(tǒng)。更特別地，熒光體44直接應(yīng)用到LED12，使得發(fā)射光40在LED12處被轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光42?？梢?jiàn)光42撞擊導(dǎo)光件36并使燈絲形狀適應(yīng)于模擬“燈絲狀”燈泡。可選地，懸掛反射器可以用于模擬燈絲形狀。反射器可以是“填塞的(wadded)”錫箔、卷曲的鍍鋁彈簧等?？蛇x地，導(dǎo)光件36是具有表面、內(nèi)部、或其他漫射體(diffuser)(諸如受抑(frustrated)TIR(全內(nèi)反射)漫射體)的卷曲的光纖，以允許光在期望位置射出。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種光源(10)，包括光引擎(16)，用于產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)中的一個(gè)波長(zhǎng)的光，所述光引擎(16)包括平臺(tái)(14)，以及至少一個(gè)LED(12)，設(shè)置于所述平臺(tái)(14)上；外殼(22)，包圍所述光引擎(16)的光發(fā)生區(qū)域；燈座(24)，包括散熱片(26)，用于將熱能傳導(dǎo)遠(yuǎn)離所述至少一個(gè)LED(12)，所述光引擎(16)安裝到所述散熱片(26)中；以及轉(zhuǎn)換電路(30)，用于向所述光引擎(16)提供電功率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，還包括發(fā)光轉(zhuǎn)換元件(44)，用于接收由所述光引擎(16)產(chǎn)生的光并將至少一些所接收的光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源，還包括導(dǎo)光件(36)，設(shè)置于所述外殼(22)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源，其中，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換元件(44)靠近所述至少一個(gè)LED(12)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源，其中，所述導(dǎo)光件(36)提供燈絲的外觀。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源，其中，所述導(dǎo)光件(36)包括具有內(nèi)部漫射體、外部漫射體、和其他受抑TIR(全內(nèi)反射)特征中的一種特征的光纖，以允許光在預(yù)選位置射出。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源，其中，所述導(dǎo)光件(36)包括反射器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光源，其中，所述反射器包括反射金屬。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源，其中，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換元件(44)設(shè)置在所述導(dǎo)光件(36)上或設(shè)置在所述導(dǎo)光件(36)內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換元件(44)設(shè)置在所述外殼(22)上或設(shè)置在所述外殼(22)中。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光源，其中，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換元件(44)包括透明熒光體。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光源，其中，所述透明熒光體包括以下之一有機(jī)熒光體，稀土元素金屬的有機(jī)復(fù)合體，納米熒光體，以及量子點(diǎn)熒光體。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光源，還包括折射率匹配材料和透鏡化材料中的一種，包圍所述至少一個(gè)LED(12)。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述燈座(24)適合于與所述光引擎(16)配合。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述散熱片(26)包括塊(32)，插入到所述燈座(24)中，用于將所述熱能從所述至少一個(gè)LED(12)傳導(dǎo)到所述燈座(24)和周圍空氣中的至少一個(gè)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光源，其中，所述塊(32)包括多個(gè)翅片(34)，以放射狀的和圓柱狀的管縱向設(shè)計(jì)之一設(shè)置在外圍周圍。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述散熱片(26)從所述燈座(24)放射狀地伸展，以將所述熱能傳導(dǎo)到周圍空氣。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述轉(zhuǎn)換電路(30)包括AC-DC轉(zhuǎn)換器。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述平臺(tái)(14)包括以下之一承載所述至少一個(gè)LED的金屬包層、FR4、以及CEM-1印刷電路板。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述外殼(22)包括各種形狀的基本上透明的外殼。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光源，其中，所述外殼(22)包括光漫射涂層。22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，還包括折射率匹配流體，在所述光引擎(16)和所述外殼(22)之間。23.一種可適用模塊的LED照明系統(tǒng)(10)，包括螺口燈座模塊(24)；至少兩個(gè)具有不同發(fā)光特性的光模塊(16)，每個(gè)光模塊(16)包括平臺(tái)(14)，適合于與所述燈座模塊(24)配合，以及至少一個(gè)LED(12)，設(shè)置于所述平臺(tái)(14)上，用于產(chǎn)生從紫外線到紅外線波長(zhǎng)范圍中的光；外殼(22)，包圍由所述光模塊(16)產(chǎn)生的光，使得所述光的至少一部分傳播通過(guò)所述外殼(22)；以及功率模塊(30)，用于給所述至少一個(gè)LED(12)供電。全文摘要一種光源(10)，包括光引擎(16)、燈座(24)、功率轉(zhuǎn)換電路(30)、以及外殼(22)。光引擎(16)包括設(shè)置在平臺(tái)(14)上的至少一個(gè)LED(12)。平臺(tái)(14)適合于與燈座(24)直接配合，燈座(24)是標(biāo)準(zhǔn)白熾燈泡燈座。熒光體(44)接收由至少一個(gè)LED(12)產(chǎn)生的光并將其轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光。外殼(22)具有標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的形狀。文檔編號(hào)H01L21/00GK1802533SQ200480015673公開(kāi)日2006年7月12日申請(qǐng)日期2004年5月5日優(yōu)先權(quán)日2003年5月5日發(fā)明者克里斯托弗·L·博勒爾,鮑里斯·科洛丁,埃米爾·拉德科夫,斯里納特·K·安娜格拉,小斯坦特恩·E·韋弗,詹姆士·T·彼得羅斯基,澤娜·布朗申請(qǐng)人:吉爾科有限公司