CN103062714A - 用于led照明装置的涂覆漫射罩盖 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了照明装置。该照明装置包括衬底上的发光器件(LED)。散热器热连接至LED器件。罩盖被固定在衬底的上方并覆盖LED器件。罩盖包括具有漫射特性和反射特性的涂覆材料。本发明还涉及用于LED照明装置的涂覆漫射罩盖。

Description

用于LED照明装置的涂覆漫射罩盖
技术领域
本发明总体上涉及发光二极管(LED)和制造发光二极管的技术领域。
背景技术
LED被广泛用于各种应用，包括指示器、光传感器、交通灯、宽带数据传输和照明应用。具体地，LED由于其低功耗和长寿命而吸引了更多的对照明应用的兴趣。在照明应用中，LED具有一些局限性，因为从LED发出的光通常以相对较小的角度分布，这提供了窄角度的光并且与自然照明或一些类型的白炽照明不同。
例如，LED通常用在被提供的照明装置中以替换传统的白炽灯泡，诸如典型灯中使用的那些。这些照明装置要求相对较宽量的光分布，与由传统白炽灯泡所提供的类似。因此，期望提供与白炽灯泡类似的在相对较宽的角度中分布光的LED照明装置。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种照明装置，包括：
发光二极管LED器件，在衬底上；
散热器，热连接至所述LED器件；
罩盖，固定在所述衬底的上方并覆盖所述LED器件，其中，所述罩盖包括涂覆材料，所述涂覆材料包括漫射特性和反射特性。
在一可选实施例中，所述罩盖的宽度大于所述罩盖的高度。
在一可选实施例中，所述罩盖具有靠近所述散热器处的尺寸较小的倒梯形形状。
在一可选实施例中，所述罩盖具有椭圆体形状。
在一可选实施例中，所述罩盖包括漫射透镜和涂覆至所述漫射透镜的内表面的涂覆材料。
在一可选实施例中，所述罩盖还包括涂覆至所述内表面的磷材料。
在一可选实施例中，所述涂覆材料和所述磷材料组合在单层中。
在一可选实施例中，所述漫射透镜包括选自由聚碳酸酯PC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA组成的组中的至少一种材料。
在一可选实施例中，所述漫射透镜还包括磷。
在一可选实施例中，所述涂覆材料包括TiO2以提供反射特性。
在一可选实施例中，所述涂覆材料包括与TiO2混合的树脂。
在一可选实施例中，所述罩盖包括由第一涂覆材料覆盖的第一部分和不具有涂覆材料的第二部分。
在一可选实施例中，所述罩盖具有中点，使得所述涂覆材料被设置在远离所述散热器的所述中点的上方，并且不设置在接近所述散热器的所述中点的下方。
在一可选实施例中，所述照明装置还包括：透镜，被置于所述LED器件的上方和所述罩盖的内部。
在一可选实施例中，所述透镜还包括涂覆材料，所述涂覆材料包括漫射特性和反射特性，以及其中，所述透镜的涂覆材料与所述罩盖的涂覆材料相同。
在一可选实施例中，所述透镜具有中点，使得涂覆材料被设置在远离所述散热器的所述中点的上方，并且不设置在接近所述散热器的所述中点的下方。
在一可选实施例中，所述罩盖具有球形顶部，所述罩盖具有向散热器延伸的相对较窄的颈部，以及其中，所述罩盖的宽度小于所述罩盖的高度。
根据本发明的另一个方面，提供了一种灯泡，所述灯泡包括：
发光二极管LED器件，在衬底上；
罩盖，固定在所述衬底的上方并覆盖所述LED器件，其中，所述罩盖具有球状，并且具有朝向所述LED器件延伸的相对较窄的颈部，所述罩盖的宽度小于所述罩盖的高度，所述罩盖包括漫射透镜和涂覆至所述漫射透镜的内表面的涂覆材料，所述漫射透镜包括选自由聚碳酸酯PC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA组成的组中的至少一种材料，所述涂覆材料包括与TiO2混合的树脂。
在一可选实施例中，灯泡还包括：散热器，热连接至所述LED器件并接近所述罩盖，其中，所述散热器的高度小于所述罩盖的高度。
根据本发明的又一个方面，提供了一种遮盖照明装置的方法，所述方法包括：
提供漫射透镜，所述漫射透镜包括聚碳酸酯PC和/或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA；
采用涂覆材料来涂覆所述漫射透镜的内表面，所述涂覆材料包括树脂和反射材料的混合物；
固化所述漫射透镜的涂覆内表面以形成罩盖；以及
在发光二极管LED器件的上方放置所述罩盖。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚讨论起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。
图1是根据一个或多个实施例构造的照明装置的框图；
图2和图3是根据各个实施例构造的并结合到图1的照明装置中的发光二极管(LED)器件的俯视图；
图4是根据本发明各个实施例构造的图1的照明装置的散热器的俯视图；
图5a和图5b是根据一些实施例构造的LED照明装置的侧视图和横横截面图；
图6a和图6b是根据某些实施例构造的LED照明装置的侧视图和横横截面图；
图7和图8是根据各个实施例构造的LED照明装置的侧视图和横横截面图；
图9a至图9d是可以被图5a至图8的LED照明装置使用的漫射罩盖的不同实施例的横截面侧视图；以及
图10是根据一个或多个实施例形成的漫射罩盖的横截面图。
具体实施方式
应该理解，以下公开提供了用于实施本发明的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下描述部件和布置的具体实例以简化本发明。当然，它们仅仅是实例而不旨在限制。本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，本身并不表示所讨论的各个实施例和/或结构之间的关系。
图1是照明装置100的横截面图。图2和图3是根据各个实施例构造的结合到照明装置100中的发光二极管(LED)器件的俯视图。图4是根据一个实施例中的各个方面构造的照明装置100的散热器的俯视图。参照图1至图4，共同描述照明装置100及制造照明装置100的方法。照明装置100包括一个或多个LED器件102作为发光源。LED器件102连接至电路板112并进一步附接至衬底114。
LED器件102可包括如图2所示的一个LED芯片或者如图3所示的多个LED芯片。当LED器件102包括多个LED芯片时，多个LED芯片以实现期望照明效果的阵列进行配置。例如，配置多个LED芯片，使得来自各LED芯片的集合照明贡献具有增强照明均匀性的大角度中的发光。在另一实例中，多个LED芯片的每一个都被设计为提供不同波长或光谱的可见光，诸如用于蓝色的LED芯片的第一子集，而用于红色的LED芯片的第二子集。在各种情况下，各种LED芯片104根据具体应用共同提供白色照明或者其他照明效果。在各个实施例中，每一个LED芯片都可以进一步包括一个发光二极管或多个发光二极管。作为一个实例，当LED芯片包括多个发光二极管时，那些二极管以串联方式进行电连接以用于高压操作，或者进一步以多组串联连接的二极管组并联的方式进行电连接以提供冗余和器件稳健性。
作为一个实例，以下进一步描述LED器件102中的LED芯片。LED芯片可以发出电磁光谱的紫外、可见或红外区域中的自发辐射。在各个实施例中，LED发出蓝光。LED芯片形成在生长衬底上，诸如蓝宝石、碳化硅、氮化锗(GaN)或硅衬底。在各个实施例中，LED芯片包括掺杂n型杂质的镀层以及形成在n型掺杂镀层上方的p型掺杂镀层。在一个实例中，n型镀层包括n型氮化镓(n-GaN)，p型镀层包括p型氮化镓(p-GaN)。可选地，镀层可包括掺杂对应类型的GaAsP、GaPN、AlInGaAs、GaAsPN或A1GaAs。LED芯片104进一步包括设置在n-GaN和p-GaN之间的多量子阱(MQW)结构。MQW结构包括两个可选半导体层(诸如氮化铟镓/氮化镓(InGaN/GaN))，并被设计为调整LED器件的发射光谱。LED芯片104还包括分别电连接至掺杂n型杂质的镀层和掺杂p型杂质的镀层的电极。透明导电层，诸如氧化铟锡(ITO)，可以形成在掺杂p型杂质的镀层上。形成n电极并与掺杂n型杂质的镀层连接。有线互连可用于将电极连接至载体衬底上的终端。LED芯片104可通过各种导电材料(诸如银膏)、焊接或金属结合附接至载体衬底。在另一实施例中，诸如硅通孔(TSV)和/或金属引线的其他技术可用于将发光二极管连接至载体衬底。在一些实施例中，LED器件102包括磷以将所发出的光转换为不同波长的光。实施例的范围不限于任何特定类型的LED，也不限于任何特定的颜色方案。在所示实施例中，一种或多种磷被设置在发光二极管周围以偏移和改变所发出光的波长，诸如从紫外(UV)变为蓝色或者从蓝色变为黄色。磷通常为粉末并且承载在其他材料中，诸如环氧树脂或硅烷(通常被称为磷胶)。利用适当的技术将磷胶涂覆或浇铸到LED器件102，并且磷胶可进一步成型为具有适当的形状和尺寸。
各种实施例可以采用适于应用的任何类型的LED。例如，可以使用传统的LED，诸如基于半导体的LED、有机LED(OLED)、聚合物LED(PLED)或类似LED。
电路板112连接至LED器件102，并为LED器件102提供电能和控制LED器件102。电路板112可以为承载衬底114的一部分。如果使用多于一个的LED芯片，则这些LED芯片可以共享一个电路板。在本实施例中，电路板102为热量扩散电路板以有效地扩散热量以及热耗散。在一个实例中，利用金属基印刷电路板(MCPCB)。MCPCB可以符合众多设计。示例性MCPCB包括贱金属，诸如铝、铜、铜合金，和/或类似物。薄介电层设置在贱金属层上方以使印刷电路板上的电路与下面的贱金属层电隔离和以允许导热。LED芯片104及其相关引线可以设置在导热电介质材料上。
在一些实例中，贱金属直接与散热器接触，而在其他实例中，使用散热器和电路板112之间的中间材料。例如，中间材料可以包括，例如，双侧热带、热胶、热油脂或类似物。各种实施例可以使用其他类型的MCPCB，诸如包括多于一个电源通路层(trace layer)的MCPCB。电路板可以由除MCPCB之外的材料制成。例如，其他实施例可以采用由FR-4、陶瓷或类似物制成的电路板。
在另一实例中，电路板112可进一步包括电能转换模块。电能通常以交流电(ac)提供给室内照明，诸如美国的120V/60Hz以及欧洲和亚洲多数国家的200V和50Hz以上，并且白炽灯向灯泡中的灯丝直接应用ac电能。LED器件102需要电能转换模块以将来自典型室内电压/频率(高压AC)的电能转换为适合LED器件102(低压直流(DC))的电能。在其他实例中，提供独立于电路板112的电能转换模块。
衬底114为机械基底以向LED器件102提供机械支持。根据各个实施例，衬底114包括金属，诸如铝、铜或其他适当的金属。衬底114可以通过适当的技术来形成，诸如挤压模塑或模具铸造。衬底114或者衬底的至少一部分可以为上面参照衬底112所讨论的散热器。在一个实施例中，散热器114被设计为具有：顶部114a，具有第一尺寸，以避免遮蔽从LED器件102发出的后向光；以及底部114b，具有大于第一尺寸的第二尺寸，以提供有效的热耗散。第一部分和第二部分被连接并具有期望的热传导或者第一部分和第二部分形成为一片。散热器114的第一部分114a被设计为固定LED器件104和电路板112。
参照图1，照明装置100包括配置成围绕LED器件102的罩盖126。罩盖126包括内表面和外表面。罩盖126可以为各种形状和尺寸，诸如在美国序列号13/194538中公开的透镜罩盖，其内容通过参考结合于此。罩盖126包括对来自LED器件102的发射光或磷转换光基本上透明的材料。在一个实例中，来自LED器件102的发射光的透射率比约90％要大。以下进一步参照图5a至图8的不同照明装置以及图9a至图10的不同材料实施例来讨论罩盖126。
现在，参照图5a和图5b，上面讨论的照明装置100的一个实施例用标号130概括表示。照明装置130包括罩盖132，其被成型为具有圆上角的倒转梯形。梯形的整体宽度由变量a表示，以及整体高度由变量b表示。在本实施例中，a和b的尺寸如下：
b/a＜1.0.
a和b的实例尺寸分别为大约50-70mm和大约35-48mm。
沿着罩盖132的侧壁具有中点134。中点134的整体高度由变量c表示。可以选择中点的位置以提供来自照明装置130的光的最优峰值强度。c的实例尺寸为大约10-15mm。在中点134上方的罩盖132的内表面140a涂有材料；在中点下方的罩盖的内表面140b没有涂覆材料。以下参照图9a至图9d讨论涂覆材料。罩盖132的已涂覆的上部分包括反射和漫射特性。
在操作中，光从LED器件102发出并向上穿过罩盖132的涂覆内表面140a(在中点134之上)，如箭头144所示。光还被内表面140a反射回来，向下穿过罩盖132的未涂覆内表面140b(在中点134之下)，如箭头146所示。光146有时被称为“后向光”。结果，存在相对均匀的光漫射横穿照明装置130的照明的宽角度(＞180°)。
现在，参照图6a和图6b，照明装置的另一实施例用标号200来概括表示。照明装置200包括罩盖202，其也被成型为具有相等形状的侧壁和圆上角的倒转梯形，如图5a和图5b所示。此外，a和b的尺寸如下：
b/a＜1.0.
a和b的实例尺寸分别为大约50-70mm和大约35-48mm。
不同于图5a和图5b的罩盖132，罩盖202的整个内表面204都涂覆有材料。涂覆材料可以为下面参照图9a至图9d讨论的材料中的一种。罩盖202的涂覆内表面204包括反射和漫射特性。
此外，不同于图5a和图5b的实施例，内部透镜210设置在罩盖202和LED器件102之间。在各种实施例中，透镜210包括PMMA、聚碳酸酯PC或其他适当的材料。在一些实施例中，透镜210可以由与罩盖202类似的材料来构成。在一些实施例中，罩盖202和透镜210可以进行不同的涂覆或者不被涂覆。
沿着透镜210的侧壁具有中点214。为了示意，透镜210的尺寸可以在形状(尽管规格上较小)上与图6a和图6b所示罩盖232或者本发明所描述的其他罩盖类似。作为又一实例，透镜210的宽度、高度和中点可以分别具有大约20-30mm、10-20mm和2-8mm的尺寸。在中点214之上的透镜210的内表面216a涂覆有材料；在中点之下的透镜的内表面216b没有涂覆材料。涂覆材料可以为下面参照图9a至图9d所讨论的材料中的一种。透镜210的已涂覆的上部分包括反射和漫射特性。
在操作中，光从LED器件102发出并向上穿过透镜210的涂覆内表面216a(在中点214之上)。然后，光穿过罩盖202，如箭头218所示。光还被内表面216a反射回来，向下穿过透镜210的未涂覆内表面216b(在中点214之下)。然后，光穿过罩盖202，如箭头220所示。结果，存在相对均匀的光漫射横穿照明的宽角度(＞180°)上。
现在，参照图7，照明装置的另一实施例用标号230概括表示。照明装置230包括成型为椭圆体的罩盖232。此外，a和b的尺寸如下：
b/a＜1.0.
a和b的实例尺寸分别为大约50-70mm和大约40-50mm。
类似于图6a和图6b的罩盖202，罩盖232的整个内表面234都涂覆有材料。涂覆材料可以为下面参照图9a至图9d讨论的材料中的一种。罩盖232的涂覆内表面234包括反射和漫射特性。此外，类似于图6a和图6b的实施例，内部透镜210设置在罩盖232和LED器件102之间。在一些实施例中，内部透镜210可以不被涂覆。
在操作中，如上面参照图6a和图6b所讨论的，光从LED器件102发出并穿过透镜210。然后，光穿过罩盖232。结果，存在相对均匀的光漫射横穿照明的宽角度(＞180°)。
现在，参照图8，照明装置的另一实施例用标号300概括表示。照明装置300包括罩盖302，其被成型为具有向下延伸至散热器114的颈部的球形灯泡。此外，a和b的尺寸如下：
b/a＞1.0.
a和b的实例尺寸分别为大约40-60mm和大约60-90mm。在一些实施例中，由于罩盖302相对较高的高度(尺寸b)，散热器114的高度d，与高度b和其他实施例中的散热器的高度相比，可以相对较短，以保持器件300的可接受整体尺寸。d的实例尺寸为大约40-60mm。
类似于图5a至图6b的罩盖202，罩盖302的整个内表面304都涂覆有材料。涂覆材料可以为下面参照图9a至图9d所讨论的材料中的一种。罩盖302的涂覆内表面304包括反射和漫射特性。此外，类似于图5a和图5b的实施例，不存在内部透镜。
在操作中，光从LED器件102发出并穿过罩盖302。由于罩盖302的形状和涂覆内表面304，存在相对均匀的光漫射横穿照明的宽角(＞180°)。
具有用于构造并将涂覆材料涂至任何上述罩盖和/或透镜的几个不同的实施例。参照图9a，在一个实施例中，罩盖126包括聚碳酸酯(PC)材料漫射透镜350(厚度小于或等于大约1.3mm)和相对较薄的涂层352。在其他实施例中，罩盖126可包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃或其他合适的材料。漫射透镜350可通过任何适当的技术来形成，诸如喷射注模或挤压模塑。相对较薄的涂层352包括反射体材料和树脂材料的组合。反射体材料的一个实例为TiO2，以1∶1或1∶2的反射体∶树脂混合比率进行组合。
参照图10，涂覆材料352可以通过分配器诸如喷雾嘴360来涂覆至漫射透镜350。喷雾嘴360将涂覆材料352涂覆至漫射透镜350的内表面。在图10所示的实施例中，漫射透镜350对应于图7的罩盖232，其中，整个内表面被涂覆。在其他实施例中，如参照图5A和图5B所描述的，罩盖和/或透镜可以被部分涂覆。在涂覆材料352被涂覆之后，对涂覆材料352进行固化。
现在参照图9b，在另一实施例中，漫射透镜350的涂覆为多步骤工艺。如上面参照图9a和图10所讨论的，第一步骤为进行涂覆材料352的涂覆。此后，涂覆磷层364。磷层用于将所发出光的一部分转换成不同的波长。磷层可以通过喷雾嘴(如参照图10所讨论的)或其他传统工艺进行涂覆。
现在，参照图9c，在另一实施例中，涂覆材料和磷层被同时涂覆至漫射透镜350，以形成单个涂层366。涂层366可以通过喷嘴(如参照图10所讨论的)或者其他传统工艺来涂覆。
现在，参照图9d，在另一实施例中，磷材料可以与PC材料组合以形成漫射透镜368。漫射透镜368可以通过任何适当的技术来形成，诸如喷射注模或挤压模塑。此后，如上面参照图9a和图10所讨论的，进行涂覆材料352的涂覆。
本发明描述了几种不同的照明装置及其制造方法。在一个实施例中，照明装置包括衬底上的LED器件。散热器热连接至LED器件。罩盖被固定在衬底的上方并覆盖LED器件。罩盖包括涂覆材料，其包括漫射特性和反射特性。
在一些实施例中，罩盖包括漫射透镜，其包括PC和/或聚PMMA。涂覆材料包括TiO2以提供与树脂混合的反射特性。
在一些实施例中，罩盖具有中点，使得涂覆材料设置在中点的上方(远离散热器)，并且不设置在中点的下方(接近散热器)。
在另一实施例中，照射设备包括衬底上的LED器件以及固定在衬底上方并覆盖LED器件的罩盖。罩盖具有球形顶部，具有延伸到LED器件的相对较窄的颈部。罩盖具有小于其高度的宽度。罩盖包括漫射透镜和涂覆至透镜内表面的涂覆材料。漫射透镜包括选自由PC和PMMA组成的组中的至少一种材料。涂覆材料包括与TiO2混合的树脂。
在另一实施例中，遮盖照明装置的方法包括提供包括PC和/或PMMA的漫射透镜。漫射透镜的内表面涂有包括树脂和反射材料的混合物的涂覆材料。固化漫射透镜的被涂覆内表面以形成罩盖，并且罩盖被置于LED器件的上方。
前面概述了多个实施例的特征，使得本领域的技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域的技术人员应该意识到，他们可以容易地将本发明用作用于设计或修改用于执行与本文引入实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构的基础。本领域的技术人员还应该意识到，这种等效构造不背离本发明的精神和范围，并且他们可以进行各种改变、替换和修改而不背离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种照明装置，包括：
发光二极管LED器件，在衬底上；
散热器，热连接至所述LED器件；
罩盖，固定在所述衬底的上方并覆盖所述LED器件，其中，所述罩盖包括涂覆材料，所述涂覆材料包括漫射特性和反射特性。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述罩盖的宽度大于所述罩盖的高度。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其中，所述罩盖具有靠近所述散热器处的尺寸较小的倒梯形形状。
4.根据权利要求2所述的照明装置，其中，所述罩盖具有椭圆体形状。
5.根据权利要求3所述的照明装置，其中，所述罩盖具有中点，使得所述涂覆材料被设置在远离所述散热器的所述中点的上方，并且不设置在接近所述散热器的所述中点的下方。
6.根据权利要求2所述的照明装置，还包括：透镜，被置于所述LED器件的上方和所述罩盖的内部。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述罩盖具有球形顶部，所述罩盖具有向散热器延伸的相对较窄的颈部，以及其中，所述罩盖的宽度小于所述罩盖的高度。
8.一种灯泡，包括：
发光二极管LED器件，在衬底上；
罩盖，固定在所述衬底的上方并覆盖所述LED器件，
其中，所述罩盖具有球状，并且具有朝向所述LED器件延伸的相对较窄的颈部，
其中，所述罩盖的宽度小于所述罩盖的高度，
其中，所述罩盖包括漫射透镜和涂覆至所述漫射透镜的内表面的涂覆材料，
其中，所述漫射透镜包括选自由聚碳酸酯PC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA组成的组中的至少一种材料，
其中，所述涂覆材料包括与TiO2混合的树脂。
9.根据权利要求8所述的灯泡，还包括：散热器，热连接至所述LED器件并接近所述罩盖，其中，所述散热器的高度小于所述罩盖的高度。
10.一种遮盖照明装置的方法，包括：
提供漫射透镜，所述漫射透镜包括聚碳酸酯PC和/或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA；
采用涂覆材料来涂覆所述漫射透镜的内表面，所述涂覆材料包括树脂和反射材料的混合物；
固化所述漫射透镜的涂覆内表面以形成罩盖；
在发光二极管LED器件的上方放置所述罩盖。
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