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，并特別參照它來進行描述。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將意識到，本發(fā)明使LED光源適用于傳統(tǒng)燈泡照明組件中，能夠提供諸如延長的耐用性、光輸出的穩(wěn)定性、以及節(jié)能等優(yōu)點。
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)，導致由燈絲產(chǎn)生的有效光輸出隨著時間推移而減少。燈絲的易碎性因年久而增加，最終導致斷裂。通常的白熾燈泡的平均壽命為500小時至4，000小時。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100，000小時(11年)，遠遠超過典型白熾燈泡的壽命。當LED在100，000小時之后退化到其初始強度的一半時，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是沒有活動部件的固態(tài)器件。LED特性不會因年久而顯著變化，并且其不易被撞擊或振動損壞。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。因為顧客習慣于看和購買傳統(tǒng)的燈泡，因此限制了LED照明系統(tǒng)的普遍使用。在市場上的各種燈泡照明組件數(shù)量非常巨大。除了獨特的裝飾性外觀外，這些組件在發(fā)光級別、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LED不能產(chǎn)生具有與每個現(xiàn)有白熾燈泡相同的光學特性的光輸出。此外，LED發(fā)射導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)明的一個方面，公開了一種光源。光引擎(lightengine)產(chǎn)生具有多個波長中的一個波長的光。光引擎包括平臺以及設(shè)置于平臺上的至少一個LED。外殼包圍光引擎的光發(fā)生區(qū)域。燈座(base)包括散熱片，用于傳導熱能遠離該至少一個LED。光引擎和散熱片安裝到燈座中。發(fā)光轉(zhuǎn)換元件，用于接收由所述光引擎產(chǎn)生的光并將至少一些所接收的光轉(zhuǎn)換成可見光，發(fā)光轉(zhuǎn)換元件，用于接收由所述光引擎產(chǎn)生的光并將至少一些所接收的光轉(zhuǎn)換成可見光，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換元件為被設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面或外表面中的至少一個上和分散在形成所述外殼的材料內(nèi)中的一項或者二項。轉(zhuǎn)換電路向光引擎提供電功率。本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，提供了一種可以在各種燈泡平臺上使用的共用光引擎。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，提供了一種可適應(yīng)的(adaptable)并且可定標的(scalable)LED燈設(shè)計。根據(jù)本發(fā)明的光源還包括設(shè)置在外殼中的導光件。該導光件提供燈絲的外觀?？蛇x地，導光件包括反射器。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)光轉(zhuǎn)換元件包括熒光體。該熒光體包括以下之一有機熒光體；稀土元素金屬的有機復合體；納米熒光體；量子點熒光體。根據(jù)本發(fā)明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LED。根據(jù)本發(fā)明，燈座適合于與所述光弓I擎配合。根據(jù)本發(fā)明的一個設(shè)計方案，散熱片包括塊，插入到所述燈座中，用于將所述熱能從所述至少一個LED傳導到所述燈座和周圍空氣中的至少一個。其中，所述塊包括多個翅片，設(shè)置在外圍周圍。根據(jù)本發(fā)明，所述散熱片從所述燈座放射狀地伸展，以將所述熱能傳導到周圍空氣。根據(jù)本發(fā)明，所述轉(zhuǎn)換電路包括AC-DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明，外殼包括基本上橢圓形的形狀?？蛇x地，外殼包括基本上球形的形狀。根據(jù)本發(fā)明的另一方面提出一種可適用模塊的LED照明系統(tǒng)，包括燈座模塊；至少兩個具有不同發(fā)光特性的光模塊，每個光模塊包括平臺，與所述燈座模塊配合，以及至少一個LED，設(shè)置于所述平臺上，用于產(chǎn)生從紫外線到紅外線波長范圍中的光；外殼，包圍由所述光模塊產(chǎn)生的光，使得所述光的至少一部分傳播通過所述外殼；波長轉(zhuǎn)換材料，為設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面或外表面中的至少一個上和分散在形成所述外殼的材料內(nèi)中的一項或者兩項；折射率匹配材料，包圍所述至少一個LED；以及功率模塊，用于給所述至少一個LED供電。根據(jù)本發(fā)明，燈座模塊是螺口燈座或卡口燈座之一。根據(jù)本發(fā)明，第二波長的光是可見的。根據(jù)本發(fā)明，燈座還包括主動冷卻裝置。所述主動冷卻裝置是熱電致冷、壓電合成噴射、qu-管、熱管、壓電風扇和電風扇、或其他形式的有效致冷中的至少一個。根據(jù)本發(fā)明，平臺包括印刷電路板或者散熱片。根據(jù)本發(fā)明，燈座是螺口燈座或卡口燈座。根據(jù)本發(fā)明，光引擎定位在所述外殼的周圍。根據(jù)本發(fā)明的另一方面提出一種光源包括用于產(chǎn)生第一波長的光的光引擎，所述光引擎包括平臺，以及至少一個LED，設(shè)置于所述平臺上；外殼，包圍所述光引擎的光發(fā)生區(qū)域；散熱片，與所述平臺進行熱傳遞，用于將熱能傳導遠離所述至少一個LED；轉(zhuǎn)換電路，用于向所述光引擎提供電功率；燈座，用于容納所述轉(zhuǎn)換電路和所述散熱片，并且用于支撐所述平臺；以及波長轉(zhuǎn)換材料，設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面或外表面中的至少一個上并且包含在所述殼體中，所述波長轉(zhuǎn)換材料接收由所述光引擎產(chǎn)生的第一波長的光，并且將至少一些所述第一波長的光轉(zhuǎn)換成第二波長的光。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，通過閱讀和理解以下詳細描述優(yōu)選實施例，本發(fā)明的其他優(yōu)點和好處將變得顯而易見。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明優(yōu)選實施例，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光件(lightguide)的基于LED的燈的截面圖。具體實施例方式參照圖1和圖2，照明系統(tǒng)10包括一個或多個LED12，其位于安裝平臺14上，該平臺限定了光引擎16。引線18、20被提供用于為LED12供電。LED12是無機和有機發(fā)光器件中之一，用于發(fā)射從UV至紅外線光譜中的光。通過以不同的方式設(shè)置LED可以實現(xiàn)不同的光學性能、視角、和強度級。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?？蛇x地，外殼22是定制的外殼，以提供不均勻的光輸出來制造特殊的視覺效果。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、η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?shù)牟牧?。?yōu)選地，平臺14是其上可以生長半導體的襯底。平臺14可以是藍寶石、砷化鎵、碳化硅、磷化鎵、砷化鎵、氮化鎵、或其他適當?shù)牟牧现械囊环N。還注意到平臺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?shù)难b置。LED12通過焊接、絲焊、熱聲波(thermosonic)、熱壓縮(thermocompression)、導電粘合劑、導熱粘合劑、其他適當?shù)姆椒?、或上述方法的組合中的一種附著在平臺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14適合于直接安裝到燈座或插座24中。在一個實施例中，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，在一個實施例中，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。至少一個散熱片26整體地設(shè)置為與光引擎16和燈座24進行熱傳遞，以從LED12帶走熱量。散熱片26用能夠?qū)崃總鲗нh離LED12的材料制成。適當?shù)牟牧系膶嵗ㄣ~、鋁、碳化硅、氮化硼、和其他已知的具有高導熱系數(shù)的材料。優(yōu)選地，使用折射率匹配(indexmatching)材料28來包圍光引擎16，以提高光提取。折射率匹配材料從硅、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、熱塑性塑料、玻璃、和任何其他適當?shù)牟牧现羞x擇?？蛇x地，優(yōu)選地起到熱擴散媒質(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/或提供視覺效果。在一個實施例中，折射率匹配材料28被構(gòu)造為提供透鏡化(Iensing)。為了向LED12提供適當?shù)碾姽β剩彰飨到y(tǒng)10包括一個或多個電功率轉(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)置為遠離照明系統(tǒng)10。在一個實施例中，電功率轉(zhuǎn)換電路包括AC/DC轉(zhuǎn)換器，其允許用標準家用120VAC或國際220VAC用戶電壓來給基于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。在一個實施例中，電功率轉(zhuǎn)換電路30是柔性電路(flexiblecircuit)0可選地，電功率轉(zhuǎn)換電路30是非平面電路板。參照圖3，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進行熱傳遞，以將熱量從光引擎16傳導到燈座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的外圍周圍的多個徑向翅片(fin)34。參照圖4，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。可選地，燈座24包括熱電致冷、壓電合成噴射(piezosyntheticjet)、qu_管(qu-pipe)、熱管、壓電風扇和電風扇、或其他形式的有效致冷中的至少一個。參照圖5和圖6，照明系統(tǒng)10包括諸如有機或無機熒光體(phosphor，磷光體)的波長轉(zhuǎn)換材料。熒光體可以位于任何適當?shù)奈恢?，諸如結(jié)合到LED12中、在導光件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。在一個實施例中，外殼22包括透明有機熒光體，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、復合(coextrude)、或分散。優(yōu)選地，熒光體的分布是均勻的。在一個實施例中，熒光體的分布是不均勻的，以產(chǎn)生預選擇圖樣、圖形、不同顏色的特殊視覺效果、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。在一個實施例中，外殼22是磨砂的(frosted)或經(jīng)過其他的處理，以提供特殊視覺效果。有機透明熒光體的實例是BASFLumogenF染料，諸如LumogenF黃色083、LumogenF橙色240、LumogenF紅色300、和LumogenF紫藍色570。當然，還注意到可以使用下列其他熒光體諸如在美國專利第6，366，033號中描述的帶有有機成分的稀土元素復合物、在美國專利第6，207，229號中描述的量子點熒光體、在美國專利第6，048，616號中描述的納米熒光體、或其他適當?shù)臒晒怏w。繼續(xù)參照圖5,UV光線40由LED12發(fā)射并由熒光體44轉(zhuǎn)換成白光或可見光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)換成可見光42?？梢姽?2通過外殼22射出。在該實施例中，熒光體混合物44被設(shè)置在導光件36附近或設(shè)置在導光件36內(nèi)，導光件是設(shè)置在LED12上方的平面面板，使得大部分的光線40撞擊面板。再次參照圖6，導光件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)換成可見光42。可見光42撞擊導光件36并使燈絲形狀適應(yīng)于模擬“燈絲狀”燈泡?？蛇x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)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種光源，包括光引擎，用于產(chǎn)生多個波長中的一個波長的光，所述光引擎包括平臺，以及至少一個LED，設(shè)置于所述平臺上；外殼，包圍所述光引擎的光發(fā)生區(qū)域；燈座，包括散熱片，用于將熱能傳導遠離所述至少一個LED，所述光引擎和所述散熱片安裝到所述燈座中；發(fā)光轉(zhuǎn)換元件，用于接收由所述光引擎產(chǎn)生的光并將至少一些所接收的光轉(zhuǎn)換成可見光，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換元件為被設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面或外表面中的至少一個上和分散在形成所述外殼的材料內(nèi)中的一項或者二項；以及轉(zhuǎn)換電路，用于向所述光引擎提供電功率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，還包括導光件，設(shè)置于所述外殼內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述導光件提供燈絲的外觀。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源，其中，所述導光件包括反射器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換元件包括熒光體。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源，其中，所述熒光體包括以下之一有機熒光體，稀土元素金屬的有機復合體，納米熒光體，以及量子點熒光體。7.根據(jù)權(quán)利要求1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LED。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述燈座適合于與所述光引擎配合。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述散熱片包括塊，插入到所述燈座中，用于將所述熱能從所述至少一個LED傳導到所述燈座和周圍空氣中的至少一個。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光源，其中，所述塊包括多個翅片，設(shè)置在外圍周圍。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述散熱片從所述燈座放射狀地伸展，以將所述熱能傳導到周圍空氣。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述轉(zhuǎn)換電路包括=AC-DC轉(zhuǎn)換器。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述外殼包括基本上橢圓形的形狀。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光源，其中，所述外殼包括基本上球形的形狀。15.一種可適用模塊的LED照明系統(tǒng)，包括燈座模塊；至少兩個具有不同發(fā)光特性的光模塊，每個光模塊包括平臺，與所述燈座模塊配合，以及至少一個LED，設(shè)置于所述平臺上，用于產(chǎn)生從紫外線到紅外線波長范圍中的光；外殼，包圍由所述光模塊產(chǎn)生的光，使得所述光的至少一部分傳播通過所述外殼；波長轉(zhuǎn)換材料，為設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面或外表面中的至少一個上和分散在形成所述外殼的材料內(nèi)中的一項或者兩項；折射率匹配材料，包圍所述至少一個LED；以及功率模塊，用于給所述至少一個LED供H1^ο16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明系統(tǒng)，其中，所述燈座模塊是螺口燈座或卡口燈座之ο17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，第二波長的光是可見的。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述燈座還包括主動冷卻裝置。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光源，其中，所述主動冷卻裝置是熱電致冷、壓電合成噴射、qu-管、熱管、壓電風扇和電風扇、或其他形式的有效致冷中的至少一個。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述平臺包括印刷電路板或者散熱片。21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述燈座是螺口燈座或卡口燈座。22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中，所述光引擎定位在所述外殼的周圍。23.一種光源包括用于產(chǎn)生第一波長的光的光引擎，所述光引擎包括平臺，以及至少一個LED，設(shè)置于所述平臺上；外殼，包圍所述光引擎的光發(fā)生區(qū)域；散熱片，與所述平臺進行熱傳遞，用于將熱能傳導遠離所述至少一個LED;轉(zhuǎn)換電路，用于向所述光引擎提供電功率；燈座，用于容納所述轉(zhuǎn)換電路和所述散熱片，并且用于支撐所述平臺；以及波長轉(zhuǎn)換材料，設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面或外表面中的至少一個上以及包含在所述殼體中，所述波長轉(zhuǎn)換材料接收由所述光引擎產(chǎn)生的第一波長的光，并且將至少一些所述第一波長的光轉(zhuǎn)換成第二波長的光。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(14)上的至少一個LED(12)。平臺(14)適合于與燈座(24)直接配合，燈座(24)是標準白熾燈泡燈座。熒光體(44)接收由至少一個LED(12)產(chǎn)生的光并將其轉(zhuǎn)換成可見光。外殼(22)具有標準白熾燈的形狀。文檔編號F21K99/00GK101915365SQ201010226198公開日2010年12月15日申請日期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,埃米爾·拉德科夫,小斯坦特恩·E·韋弗,斯里納特·K·安娜格拉,澤娜·布朗,詹姆士·T·彼得羅斯基,鮑里斯·科洛丁申請人:吉爾科有限公司