CN103104832A - 具有改进的光输出均匀性和散热性的发光装置 - Google Patents

具有改进的光输出均匀性和散热性的发光装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发光装置。该发光装置包括：发光的光学器件。该发光装置包括在其上设置有光学器件的印刷电路板(PCB)。该发光装置包括具有弯曲的轮廓，从而覆盖PCB和光学器件的漫射罩。该漫射罩具有用于散射由光学器件所发出的光的粗糙表面。该发光器件包括围绕漫射罩并且与PCB导热连接的导热杯。该杯具有对通过漫射罩传播的光进行反射的反射内表面。该发光装置包括用于散发光学器件所生成的热量的散热结构。该散热结构与该杯热连接。本发明还提供了一种具有改进的光输出均匀性和散热性的发光装置。

Description

具有改进的光输出均匀性和散热性的发光装置
技术领域
本发明大体上涉及的是发光设备，更具体地来说，涉及一种使用一个或多个半导体光学器件作为光源的发光设备。
背景技术
近些年来，半导体集成电路(IC)工业经历了迅速发展。IC材料和设计上的技术发展产生出了用于不同目的的多种类型的IC。这些IC中的一种包括有光学器件，诸如，发光二极管(LED)器件。在本文中所使用的LED器件是用于产生在具体波长上或波长范围内的光的半导体光源。传统上将LED器件用于指示灯并且越来越多地用于显示器。当在通过相反地掺杂半导体化合物层而形成的p-n结的两端施加电压时，LED器件发光。可以使用不同的材料通过改变半导体层的带隙并且通过在p-n结内制造有源层来产生不同波长的光。
通常，通过在生长基板上生长多个发光结构来形成LED。该沿着下面的生长基板的发光结构被分离成各个LED管芯。在分离之前或之后的一些阶段中，电极或导电焊盘被添加给每个LED管芯，使得能够在结构上实现导电。通过添加封装基板、任选的荧光粉材料以及将成为发光体的光学器件(诸如，透镜和反射器)来封装LED管芯。然而，传统的光学器件设计在输出光的均匀性或散热性方面并没有进行优化。
因此，虽然现有的LED制造方法大体上可以满足其计划目的，但并不是在各个方面上都令人满意的。仍旧要继续寻求具有更好光输出特性和散热特性的LED光学器件设计。
发明内容
本发明的较为广泛的形式之一包括一种装置。该装置包括：发光封装件，该发光封装件包括封闭在漫射罩和基板内的发光器件；设置在发光封装件外并且与发光封装件导热连接的反射结构，其中，该反射结构围绕发光封装件，用于反射由发光封装件所辐射出的光，并且用于将发光封装件所生成的热量热消散。
在一些实施例中，该漫射罩具有粗糙表面。
在一些实施例中，该罩具有弯曲形状。
在一些实施例中，发光器件位于基板上方；并且在其上设置有发光器件的基板表面用于反射光。
在一些实施例中，该基板包括印刷电路板(PCB)。
在一些实施例中，该反射结构圆周环绕发光封装件。
在一些实施例中，该反射结构包括具有倾斜的侧壁轮廓的反射杯。
在一些实施例中，该装置还包括与基板热连接的散热结构。
在一些实施例中，该散热结构包括板和多个与板相接合的鳍；并且基板位于该板上。
在一些实施例中，该发光器件包括一个或多个发光二极管。
在一些实施例中，该装置包括筒灯发光组件，并且其中，发光封装件、反射结构、和散热结构集成在筒灯发光组件内。
本发明的另外一个较为广泛的形式包括一种灯。该灯包括：一个或多个设置在导热板上的发光器件；设置在导热板上的不平坦的漫射罩，在该漫射罩之内设置有一个或多个发光器件；围绕漫射罩和一个或多个发光器件的导热的反射杯，该反射杯用于反射部分通过反射杯传播的光，该反射杯与导热板热连接；以及设置在导热板下面的散热器，该散热器与导热板热连接。
在一些实施例中，该发光器件包括发光二极管；并且该导热板是印刷电路板(PCB)。
在一些实施例中，该漫射罩包括粗糙表面。
在一些实施例中，该反射杯高于该漫射罩。
在一些实施例中，在其上设置有一个或多个发光器件的导热板的表面部分地涂布有反射材料。
本发明的另一种较为广泛的形式包括一种发光模块。该发光模块包括：产生光的光学器件；在其上设置有光学器件的导热的印刷电路板(PCB)；具有弯曲轮廓的覆盖着PCB和光学器件的漫射罩，该漫射罩具有粗糙表面，该表面用于散射光学器件所产生的光；围绕漫射罩并且与PCB导热连接的导热杯，该杯具有反射内表面，该反射内表面反射至少部分通过漫射罩传播的光；以及与该杯热连接的散热结构。
在一些实施例中，该杯在水平方向和垂直方向上的尺寸都大于漫射罩的尺寸。
在一些实施例中，该光学器件包括一个或多个发光二极管。
在一些实施例中，该散热结构通过PCB与该杯热连接。
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，提供了一种装置，包括：发光封装件，包括封闭在漫射罩和基板内的发光器件；反射结构，位于所述发光封装件外，并且与所述发光封装件导热连接，其中，所述反射结构围绕所述发光封装件，用于反射由所述发光封装件辐射出的光，并且用于将所述发光封装件生成的热量热消散。
在该装置中，所述漫射罩具有粗糙表面。
在该装置中，所述漫射罩具有弯曲形状。
在该装置中，所述发光器件位于所述基板上方；并且在其上方设置有所述发光器件的所述基板的表面用于反射光。
在该装置中，所述基板包括印刷电路板(PCB)。
在该装置中，所述反射结构圆周环绕所述发光封装件。
在该装置中，所述反射结构包括具有倾斜侧壁轮廓的反射杯。
在该装置中，还包括：散热结构，与所述基板热连接。
在该装置中，所述散热结构包括板和多个与所述板相接合的鳍；并且所述基板位于所述板上。
在该装置中，所述发光器件包括一个或多个发光二极管。
在该装置中，所述装置包括筒灯发光组件，并且其中，所述发光封装件、所述反射结构、和所述散热结构集成在所述筒灯发光组件内。
根据本发明的另一方面，提供了一种灯，包括：一个或多个发光器件，设置在导热板上；不平坦的漫射罩，设置在所述导热板上，在所述漫射罩中设置有一个或多个发光器件；导热的反射杯，围绕所述漫射罩和所述一个或多个发光器件，所述反射杯用于反射通过所述反射杯传播的光的一部分，所述反射杯与所述导热板热连接；以及散热器，设置在所述导热板下方，所述散热器与所述导热板热连接。
在该灯中，所述发光器件包括发光二极管；并且所述导热板是印刷电路板(PCB)。
在该灯中，所述漫射罩包括粗糙表面。
在该灯中，所述反射杯高于所述漫射罩。
在该灯中，在其上设置有所述一个或多个发光器件的导热板的表面部分地涂布有反射材料。
根据本发明的又一方面，提供了一种发光组件，包括：生成光的光学器件；导热的印刷电路板(PCB)，所述光学器件位于所述导热的印刷电路板(PCB)上；漫射罩，具有弯曲轮廓，覆盖所述PCB和所述光学器件，所述漫射罩具有粗糙表面，所述表面用于散射所述光学器件所生成的光；导热杯，围绕所述漫射罩，并且与所述PCB导热连接，所述导热杯具有反射内表面，所述反射内表面将通过所述漫射罩传播的光的至少一部分反射；以及散热结构，与所述导热杯热连接。
在该发光组件中，所述导热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。
在该发光组件中，所述光学器件包括一个或多个发光二极管。
在该发光组件中，所述散热结构通过所述PCB与所述导热杯热连接。
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，各种部件没有被按比例或者按照精确的几何结构进行绘制。实际上，为了论述清楚，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。
图1是根据本发明的各个方面的使用半导体光学器件作为光源的发光装置的实例的示意性部分截面侧视图；
图2是根据本发明的各个方面的使用半导体光学器件作为光源的发光装置的实例的示意性部分立体图；
图3是根据本发明的各个方面的导热基板的示意性部分俯视图；
图4是根据本发明的各个方面的包括了图1和图2的光学发光装置的发光模块的示意图；
图5是示出了根据本发明的多个方面的制造使用半导体光学器件作为光源的发光装置的方法的流程图。
具体实施方式
可以理解，以下公开提供了多种不同实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。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触的实施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之间使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，为了简便而使用术语“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”等，这些术语不用于将实施例的范围限制在任何具体的方向上。出于简单和清楚，也可以不同的比例任意绘制各个部件。另外，本发明可以在多个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复用于简化和清楚，并且其本身不表示所述多个实施例和/或配置之间的关系。
可以使用半导体器件制造光学器件，诸如，发光二极管(LED)器件。在导通时，LED器件可以发出辐射，诸如，在可变光谱中的不同颜色的光以及带有紫外线或红外线波长的辐射。与传统的光源(例如，白炽灯泡)相比，使用LED器件作为光源的发光设备提供了以下优点，诸如，更小的尺寸、更低的能耗、更长的使用寿命、多种可应用的颜色、以及更好的耐用性和可靠性。近些年来，这些优点以及使得LED器件更便宜并且更耐用的LED制造技术进步使得基于LED的发光设备更为受欢迎。
然而，现有的使用LED发射器的发光设备可能面临特定的缺陷。这种缺陷之一在于，对于光输出均匀性和散热性而言，传统的LED发射器的光学器件设计并没有进行优化。低效的散热可能进一步降低光的输出均匀性。因此，传统的LED发射器可能由于不适当的光学器件设计而出现的不良性能使得性能较差。
根据本发明的各个方面，下面描述的是一种发光装置，与传统的基于LED的发光设备相比，该装置大体上改进了光输出均匀性和散热性。参考图1，根据本发明的一些实施例示出了部分发光设备50的示意性部分截面侧视图。该发光设备50包括多个作为光源的半导体光学管芯100。在本实施例中，半导体光学管芯100是LED管芯并且在下面的段落中可以称为LED管芯100。
每个LED管芯100均包括两个相反地掺杂的半导体层。在一个实施例中，每个相反地掺杂的半导体层均包括“III-V”族(或组)化合物。更具体地，III-V族化合物包括来自周期表的III族的元素，以及来自周期表的V族的另一元素。例如，III族元素可以包括硼、铝、镓、铟、和钛，而V族元素可以包括氮、磷、砷、锑和铋。在本实施例中，相反地掺杂的半导体层分别包括p掺杂的氮化镓(GaN)和n掺杂的氮化镓材料。该p型掺杂物可以包括镁(Mg)，而该n型掺杂物可以包括碳(C)或硅(Si)。
每个LED管芯100还包括设置在相反地掺杂的层之间的多量子阱(MQW)层。该MQW层包括交替的(或周期性的)有源材料(诸如，氮化镓和氮化铟镓(InGaN))层。例如，MQW层可以包括多个氮化镓层和多个氮化铟镓层，其中，以交替的或周期性的方式形成该氮化镓层和氮化铟镓层。在一个实施例中，MQW层包括十个氮化镓层和十个氮化铟镓层，其中，将一个氮化铟镓层形成在氮化镓层上，并且将另一个氮化镓层形成在该氮化铟镓层上，以此类推。光发射效率取决于交替层的数量和厚度。
可以理解，每个LED管芯还可以包括预应变层和电子阻挡层。该预应变层可以是掺杂的并且可以用来减轻应变和减小MQW层中的量子限制斯塔克效应(QCSE)—描述的是量子阱光吸收谱上的外电场效应。电子阻挡层可以包括掺杂氮化铝镓(AlGaN)材料，其中，掺杂物可以包括镁。该电子阻挡层有助于在MQW层内部的电子空穴载体再结合，这可以改进MQW层的量子效率并且减少非期望带宽的辐射。
掺杂半导体层和MQW层可以都由本领域公知的外延生长工艺形成。在完成外延工艺之后，通过在掺杂层之间设置MQW层来产生p-n结(或p-n二极管)。在向掺杂层施加电压(或电荷)时，电流流经LED器件100，并且MQW层发射出辐射，诸如，可见光谱中的光。MQW层所发射出的光的颜色与光的波长相对应。可以通过改变形成MQW层的材料的成分和结构来改变光的波长(以及由此产生的光的颜色)。LED管芯100还可以包括能够将LED管芯100与外部器件电连接的电极或接触件。
在一些实施例中，每个LED管芯100均具有涂布在其上的荧光剂层。该荧光剂层可以包括磷光性的材料和/或荧光性的材料中的任意一种。该荧光剂层可以通过浓缩黏性流体介质(例如，液体胶)形式涂布在LED管芯100的表面上。随着该黏性液体的凝固或固化，荧光剂材料变成了LED封装件的一部分。在特定的LED应用中，该荧光剂层可以用于对LED管芯100所发射的光的颜色进行转换。例如，该荧光剂层可以将LED管芯100所发射的蓝光转换成不同波长的光。通过改变荧光剂层的材料成分，可以使LED管芯100发射出期望的光色。
可以理解，尽管在图1所示的实施例中发光设备50包括多个LED管芯100，但发光设备50的其他实施例可以包括和使用单个LED作为其光源。
仍参考图1，LED管芯100被安装在基板120上。在一些实施例中，基板120包括金属基印刷电路板(MCPCB)。该MCPCB包括由铝(或其合金)制成的金属基。MCPCB还包括设置在金属基上的导热但电绝缘的介电层。该MCPCB还可以包括由铜制成的设置在介电层上的薄金属层。在可选的实施例中，基板120可以包括其他适当的导热结构。结构120可以包括或不包括有源电路层并且还可以被用于建立互连。
基板120具有在其上安装有LED管芯100的反射表面130。在一些实施例中，反射表面130包括焊料掩模膜(solder mask film)。反射表面130有助于将LED管芯100所发射的光反射到发光设备50之外作为部分光输出。
发光设备50包括漫射罩(diffuser cap)150。漫射罩150覆盖着其下面的LED管芯100。换言之，漫射罩150和基板120共同封装了LED管芯100。在一些实施例中，漫射罩150具有弯曲的表面或轮廓。在一些实施例中，该弯曲的表面可以大体上是半圆形的，使得LED管芯100所发射出的每束光大体上在适当的入射角(例如，在90度上下)处均可以到达漫射罩150的表面。漫射罩150的弯曲形状有助于减小LED管芯100所发射出的光的全内反射(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(并且因此发射到基板120的表面130)的光都可能再次进行回反射。
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个小图案，诸如，多边形或圆形。这种粗糙的表面有助于散射LED管芯120发射光出的光，从而使得光分布得更加均匀。更具体地，不期望光输出在一些方向或点上非常密集(明亮)但在其他方向或点上非常弱(暗淡)。漫射罩150的粗糙表面使得入射光被反射在多个不同方向上。由此使得光输出不太可能包括亮度可变的斑点，由此改善了光输出的均匀性。
在一些实施例中，漫射罩150涂布有包括了漫射粒子的漫射层。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树脂材料。该漫射层可以被喷射涂布在漫射罩150的内侧。
在一些实施例中，LED管芯100和漫射罩150之间的空隙160填充了空气。在另一个实施例中，该空隙160填充了光学级硅树脂基的黏性材料，也称为光学凝胶。在该实施例中，可以将荧光剂离子混入到该光学凝胶中，从而进一步漫射LED管芯100所发射的光。
在所有说明性实施例中示出：所有LED管芯100均被封装在一个漫射罩内，可以理解，在其他实施例中可以使用多个漫射罩。例如，每个LED管芯100均被封装在多个漫射罩中的相应的一个漫射罩中。
发光设备50包括反射结构180。反射结构180可以安装在基板120上。在一些实施例中，该反射结构形状类似杯子，由此也可以被称为反射杯(reflector cup)。在全景(360度)俯视图中，该反射结构包围或围绕着LED管芯100和漫射罩150。在俯视图中，反射结构180可以具有包围着漫射罩150的圆形轮廓、蜂巢状的六边形轮廓或其他适当的蜂窝状轮廓。在一些实施例中，LED管芯100和漫射罩150位于反射结构180的底部附近。可选地，反射结构180的顶部或上部开口位于LED管芯100和漫射罩150之上或上方。
反射结构180可以用于反射从漫射罩150中传播出来的光。在一些实施例中，反射结构180的内表面涂布有反射膜，诸如，铝、银或其合金。可以理解，在一些实施例中，反射结构180的侧壁表面可以是粗糙的，与漫射罩150的粗糙表面类似。因此，反射结构180可以用于进一步散射LED管芯100所发射的光，这减少了发光设备50的光输出的眩光并且使得该光输出更适于人眼。
在一个实施例中，反射结构180的侧壁具有倾斜的或锥形的轮廓。换言之，反射结构180具有较窄的底部(靠近LED器件100)和较宽的顶部(LED管芯100发射的光通过该顶部传播到发光设备50外面)。反射结构180的锥形轮廓增强了反射结构180的光反射率。如实例所述，LED管芯100之一发射出光束190A，该光束通过漫射罩150并且到达反射结构180的侧壁之一。(由于简明，未示出任何漫射罩150所产生的光衍射)。在到达反射结构180的表面时，光190A被反射为反射光190B。反射光190B在远离LED管芯100的方向上传播并且朝向反射结构180的上部开口，即，发光设备的外面传播。这种光反射有助于增大光输出率，这是因为光输出的总量基本上没有减少(因为出于适当的反射，光发射的“路径”仍然达到发光设备的输出端)。
在一些实施例中，如图1所示，反射结构180的侧壁基本上是直的。在其他实施例中，如图2的立体图所示，反射结构180的侧壁可以是弯曲的，下面将详细描述该弯曲侧壁。在其他实施例中，根据设计需要和制造想法可以将反射结构180的侧壁设计和构造用于优化光反射。如下面详细描述的那样，该反射接结构180还可以被构造成有助于散热。
发光设备50包括散热结构200，也被称为散热器200。散热器200与LED管芯100(在运行期间中产生热量)通过基板120热连接。换言之，散热器200与基板120相接合，或基板120设置在散热器200的表面上。散热器200被构造成有助于将热量散发到环境大气中。散热器200包括导热材料，诸如，金属材料。散热器200的形状和几何尺寸被设计成为日常的灯泡提供框架，并同时将热量从LED管芯100中散发或引导出来。为了增强热传递，散热器200可以具有多个从散热器200的主体中向外伸出的鳍210。鳍210可以具有暴露于环境大气中有助于热传递的主要的表面区域。
如上所述，反射结构180也可以被构造成散热，由此有效地充当次散热器来散发LED管芯所产生的热量。在一些实施例中，利用导热材料实现反射结构180并且与LED管芯100或适当的LED封装件热连接。在一些实施例中，反射结构180与导热基板120热连接，从而有效地散发LED管芯100所产生的热量。例如，反射结构180可以包含金属材料(该金属材料是良好热导体)并且具有与基板120或散热器200的明显接合界面，从而增大了散热面积。还可以理解，发光设备50可以包括一个或多个连接机构230，该连接机构可以包括如本文所示出的多个用于将基板120、反射结构180以及散热器200固定在一起的导热螺钉。
图2示出了图1的发光设备50的一些实施例的一部分的简化的示意性部分立体图。为了一致和清楚，图1和图2中出现的相同或类似部件在此被标记成相同的。
LED管芯100(图2中未示出)设置在基板120上。基板120包括所示实施例中的金属基印刷电路板。LED管芯100被封装在漫射罩150下面。如上面参考图1所论述的那样，漫射罩150具有用于增强LED管芯所发射出的光的散射的粗糙表面，从而使得光输出更为均匀并且对人眼而言减少了眩光。漫射罩150还具有圆形的或弯曲的表面，例如，半圆形的形状。这种形状(例如，由于与漫射罩150和LED管芯100的发射光之间的适当的入射角相接近)还增强了光输出率。
如图2所示，漫射罩150设置在反射结构180的底部附近。换言之，反射结构180具有比漫射罩150更大的高度(或高于漫射罩)。反射结构180可以具有由反射材料制成的或涂布有反射膜的内表面。在一些实施例中，该内表面可以是粗糙的。在一些实施例中，反射结构180具有圆形形状，该形状可以类似于杯子或碗。在所示实施例中，反射结构180的侧壁也可以是锥形和弯曲的，由此还增强了光反射。
在发光设备的运行过期间，传播到漫射罩150外面朝向反射结构180的侧壁的光可以被向上朝向反射结构180的上部开口反射。在一些情况下，根据入射光的角度，发射光可以照射在反射结构180的相对侧壁上并且被再次反射。在光传播到反射结构180的上部开口以外之前，该过程可能重复很多次。无论如何，位于反射结构180和漫射罩150之间的相对结构都确保了光没有损失或浪费，并且可以保持或至少不明显减少发光设备50的光输出总量。
在其中设置的反射结构180和漫射罩150通过接合机构230与导热基板230相连接。该接合机构230包含有助于散发热能的导热材料。该接合机构230可以包括用于机械接合目的的导热(例如，金属)螺钉。
基板120与散热器200(例如，通过接合机构230的螺钉)相接合。散热器200包括有助于散发热能的导热材料。鳍210改进了散热器200的热传导能力。此外，如上所述，由于反射结构180与LED管芯100热连接并且与散热器200热连接，所以反射结构180除了用于反射光以外还可以用于实施散热。
图3示出了根据一些实施例的部分基板120的简化示意性部分俯视图。在所示实施例中，基板120包括MCPCB。如上所述，MCPCB包括金属基(可以是铝基的)、导热介电层以及金属表面(可以是铜基的)。在此，在俯视图中示出了金属表面250。MCPCB还包括LED热焊盘270，在其上安装有LED管芯之一(图1)。可以理解，尽管只示出了单个LED热焊盘270，然而，MCPCB可以包括多个其他未示出的LED热焊盘，每个LED热焊盘均是导热的和导电的。LED管芯100的正极和负极分别通过接触焊盘280和281进行访问(access)，该接触焊盘280和281分别通过电迹线290和291连接至LED管芯100。
MCPCB还包括金属包覆(例如，铜包覆)区域300，该金属包覆区域300可以构成MCPCB和图2的接合机构230之间的接合界面区域。该金属包覆区域300具有良好的导热性。为了进一步增强导热性，可以在金属包覆区域300上应用热界面材料(TIM)。举例来说，TIM材料可以包括导热胶、导热凝胶、导热带、或者适当的金属基产品。另外，在所示实施例中，螺孔310位于每个铜包覆区域300之内，保留该螺孔310用于插入将上方的漫射罩150与下方的散热器200相接合的螺钉。在LED管芯100运行期间，由该LED管芯100生成的热能可以通过导热基板120有效地传送到散热器200或者漫射罩150。
通过光反射膜覆盖MCPCB的金属表面250的一些区域，在所示实施例中，该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发射的光，从而增加光输出效率。
根据本文所公开的实施例，发光设备50优于现有的半导体基发光产品。然而，可以理解，没有必要在本文中对所有优点进行描述，并且不同的实施例可以提供其他优点，并且没有哪个特定优点是所有实施例所必须具备的。
本文所公开的实施例的一个优点是，通过在漫射罩150“以外”实现反射装置180，发光设备50的性能得到了改进。更具体地来说，传统的LED灯可以利用罩结构(通常是平的)覆盖反射杯结构。在本文中，覆盖LED光源。在这种情况下，传统的LED灯不够有效，这是因为，罩结构可能导致由LED灯源发射的光束反射回LED光源，从而减小了光输出的总量。相比之下，本文所公开的实施例实现了位于漫射罩以外(并且围绕该漫射罩)的反射结构。通过LED管芯发射的光通过漫射罩的光设计机构(例如，网纹表面、弯曲形状等等)获得了良好的均匀性。另外，一旦光传播到漫射罩以外，所有通过反射结构反射的光都将重定向到发光设备的输出端，而非传回LED管芯(或者漫射罩)。由此，根据本文中所公开的实施例，基本上防止了光的浪费，反射结构的配置相对于漫射罩改进了发光设备的效率。
本文所公开的实施例的另一优点是，可以将本文中的漫射罩设计为具有适当弯曲形状，使得由LED管芯发射的光与漫射罩的表面基本上形成直角。与具有平坦表面和笔直表面的传统罩结构相比，本文中的漫射罩的弯曲形状降低了全内反射的可能性，并且将从LED管芯传送到漫射罩之外的光最大化。
本文所公开的又一优点是，通过将本文所公开的反射结构可以设计为具有适当的弯曲形状，从而确保由漫射罩传播的光将被反射到发光设备的输出端而非反射回该漫射罩。例如，可以通过将反射结构设计为具有圆锥轮廓从而获得上述优点，其中，该反射结构的上部(即，远离漫射罩)比该反射结构的下部(即，靠近漫射罩)宽。这种配置将远离发光设备的输出端的光反射的量最小化。在一些实施例中，将可以通过反射结构的形状和表面材料的适当配置来获得特定期望的输出光图案。
又一优点是，反射结构可以用于发散LED管芯所生成的热量，从而作为附加散热器。反射结构与LED管芯和散热器热连接。由此，反射结构可以用于传送由LED管芯所生成的热量。反射结构位于漫射罩以外意味着，由反射结构所散发的热量将不会被漫射罩限制在发光设备内。因此，在本文中，热量可以更有效地发散，从而LED产生的损耗更小。
本文所公开的实施例的又一附加优点是集成灵活性。例如，可以将单个反射结构实现为仅一个LED管芯、或者多个LED管芯。每个LED管芯均封装在其自身的漫射罩内，或者可选地，所有LED管芯可以封装在单个漫射罩内。在使用单个反射结构和单个漫射罩的实施例(如图1-图2所示)中，还可以降低制造成本。还要注意，在一个或者多个LED器件上方制造和安装相对较小的漫射罩，然后在该漫射罩以外安装反射结构，这样可以比在反射杯(reflector cup)上方安装罩(如许多传统LED灯中所做的那样)更容易。
图4示出了包括上文中所描述的发光设备50的一些实施例的发光组件400的简化示意图。该发光组件400具有基座410，接合至基座410的主体420、以及接合至主体420的灯430。在一些实施例中，灯430是筒灯(downlamp)(或者筒灯发光组件)。
灯430包括参考图1-图2在上文中描述的发光设备50。换言之，发光组件400的灯430包括基于LED的光源，将LED光源封装在其中的漫射罩、设置在漫射罩以外并且围绕该漫射罩的反射结构、以及发散LED光源所生成的热量的散热器。鉴于上述至少一部分优点，灯430发射的光束440相比于传统LED灯所发射的光具有的优越的均匀性并且眩光较少。另外，因为散热能力得到了改进，所以，相比于传统LED灯，灯430的耐用性更佳并且寿命更长。
图5是根据本发明的各个方面的制造使用半导体光学器件作为光源的发光装置的方法500的流程图。方法500包括框510，其中，提供发光封装件。该发光封装件包括封闭在罩和基板内的一个或者多个发光器件。发光器件可以是LED管芯。该罩可以是用于散射光的漫射罩，该漫射罩可以具有粗糙表面和弯曲形状。在一些实施例中，基板的表面(发光器件位于其上方)可以用于反射光。在一些实施例中，该基板包括金属基印刷电路板。
方法500包括框520，其中，安装反射结构。反射结构位于发光封装件以外。反射结构围绕发光封装件，并且可以用于反射由发光封装件辐射出的光。在一些实施例中，该反射结构以360度围绕着该发光封装件。在一些实施例中，反射结构包括具有倾斜侧壁轮廓的反射杯。在一些实施例中，反射结构式导热的，并且热连接至发光封装件。
方法500包括框530，其中，将散热结构安装为与反射结构热连接。散热结构热连接至基板。在一些实施例中，散热结构包括板和多个接合至该板的鳍，该基板位于该板上。在一些实施例中，发光封装件、反射结构、和散热结构集成在筒灯发光组件内。
可以理解，可以在本文所描述的框510-框530之前、期间、或者之后执行附加步骤，从而完成发光装置的制造。
上面论述了多个实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或修改其他用于执行与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员还应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种装置，包括：
发光封装件，包括封闭在漫射罩和基板内的发光器件；
反射结构，位于所述发光封装件外，并且与所述发光封装件导热连接，其中，所述反射结构围绕所述发光封装件，用于反射由所述发光封装件辐射出的光，并且用于将所述发光封装件生成的热量热消散。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述漫射罩具有粗糙表面。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述漫射罩具有弯曲形状。
4.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述发光器件位于所述基板上方；并且
在其上方设置有所述发光器件的所述基板的表面用于反射光。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板包括印刷电路板(PCB)。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述反射结构圆周环绕所述发光封装件。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述反射结构包括具有倾斜侧壁轮廓的反射杯。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括：
散热结构，与所述基板热连接。
9.一种灯，包括：
一个或多个发光器件，设置在导热板上；
不平坦的漫射罩，设置在所述导热板上，在所述漫射罩中设置有一个或多个发光器件；
导热的反射杯，围绕所述漫射罩和所述一个或多个发光器件，所述反射杯用于反射通过所述反射杯传播的光的一部分，所述反射杯与所述导热板热连接；以及
散热器，设置在所述导热板下方，所述散热器与所述导热板热连接。
10.一种发光组件，包括：
生成光的光学器件；
导热的印刷电路板(PCB)，所述光学器件位于所述导热的印刷电路板(PCB)上；
漫射罩，具有弯曲轮廓，覆盖所述PCB和所述光学器件，所述漫射罩具有粗糙表面，所述表面用于散射所述光学器件所生成的光；
导热杯，围绕所述漫射罩，并且与所述PCB导热连接，所述导热杯具有反射内表面，所述反射内表面将通过所述漫射罩传播的光的至少一部分反射；以及
散热结构，与所述导热杯热连接。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105864703A (zh) * 2015-02-05 2016-08-17 现代自动车株式会社 用于电动车辆的电池充电状态指示器
CN105932146A (zh) * 2016-06-15 2016-09-07 青岛杰生电气有限公司 一种紫外发光器
CN107170872A (zh) * 2016-03-07 2017-09-15 紫岳科技有限公司 用于紫外光发射装置的封装

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8939611B2 (en) * 2011-11-10 2015-01-27 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Lighting apparatus having improved light output uniformity and thermal dissipation
US8633639B2 (en) * 2012-01-05 2014-01-21 Lustrous Technology Ltd. Multichip package structure and light bulb of using the same
AT514522B1 (de) * 2013-06-19 2015-03-15 Icgh Invest And Consulting Gmbh LED-Leuchte für den Außenbereich
JP6388649B2 (ja) * 2013-06-27 2018-09-12 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ 照明デバイス
EP3084291A1 (en) * 2013-12-16 2016-10-26 Philips Lighting Holding B.V. Flexible unobstructed beam shaping.
DE102015106708B4 (de) 2015-04-30 2017-12-21 Visteon Global Technologies, Inc. Vorrichtung zur Emission von Licht, insbesondere zur Erzeugung eines Bildes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005149968A (ja) * 2003-11-18 2005-06-09 Phoenix Denki Kk 光源装置
CN200940818Y (zh) * 2006-06-14 2007-08-29 协禧电机股份有限公司 具高散热性的发光二极管灯具
TW201007068A (en) * 2008-08-06 2010-02-16 Forcecon Technology Co Ltd Illumination module for LED lamp
CN201521821U (zh) * 2009-09-16 2010-07-07 倍碟科技股份有限公司 Led灯具
CN202008071U (zh) * 2011-03-01 2011-10-12 杭州临安新联电器工业有限公司 弧罩式led灯具

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7775685B2 (en) * 2003-05-27 2010-08-17 Cree, Inc. Power surface mount light emitting die package
US20060292747A1 (en) * 2005-06-27 2006-12-28 Loh Ban P Top-surface-mount power light emitter with integral heat sink
US20130039070A1 (en) * 2010-12-20 2013-02-14 Daniel J. Mathieu Lamp with front facing heat sink
US8939611B2 (en) * 2011-11-10 2015-01-27 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Lighting apparatus having improved light output uniformity and thermal dissipation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005149968A (ja) * 2003-11-18 2005-06-09 Phoenix Denki Kk 光源装置
CN200940818Y (zh) * 2006-06-14 2007-08-29 协禧电机股份有限公司 具高散热性的发光二极管灯具
TW201007068A (en) * 2008-08-06 2010-02-16 Forcecon Technology Co Ltd Illumination module for LED lamp
CN201521821U (zh) * 2009-09-16 2010-07-07 倍碟科技股份有限公司 Led灯具
CN202008071U (zh) * 2011-03-01 2011-10-12 杭州临安新联电器工业有限公司 弧罩式led灯具

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105864703A (zh) * 2015-02-05 2016-08-17 现代自动车株式会社 用于电动车辆的电池充电状态指示器
CN105864703B (zh) * 2015-02-05 2020-04-28 现代自动车株式会社 用于电动车辆的电池充电状态指示器
CN107170872A (zh) * 2016-03-07 2017-09-15 紫岳科技有限公司 用于紫外光发射装置的封装
CN105932146A (zh) * 2016-06-15 2016-09-07 青岛杰生电气有限公司 一种紫外发光器

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