專利名稱：具有遠(yuǎn)程磷光體涂層的led燈和制造該燈的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有遠(yuǎn)程磷光體涂層的LED燈和制造該燈的方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明針對(duì)一種發(fā)光二極管(LED)燈和制造該燈的方法。固態(tài)照明技術(shù)由于最近LED器件和光源效能的增加而開始滲透白光照明市場(chǎng)。在 其中可以分布LED以減輕熱管理的困難的應(yīng)用中能夠找到LED解決方案，諸如直線條帶 (linear strip)和其中光源相對(duì)大的向下式照明解決方案。具有高光通量的小形狀因數(shù) (form factor) LED改造(retrofit)的開發(fā)已經(jīng)由于用于驅(qū)動(dòng)器電子裝置的有限體積和用 于散熱的表面面積而具有挑戰(zhàn)性。諸如圖1所示的常規(guī)50W Sylvania MR16鹵素反射燈是主要在內(nèi)部零售店和住宅 應(yīng)用中使用的小形狀因數(shù)燈。MR16的尺寸在直徑方面僅僅約2. 0英寸(inch)且在全長(zhǎng)方 面為1.9英寸。50W鹵燈實(shí)現(xiàn)約600流明。射束角隨著應(yīng)用而改變，從小于10°的窄角光 (narrow spot)至約60°的超廣角光的范圍內(nèi)變動(dòng)。在零售應(yīng)用中，顏色質(zhì)量是重要的，因 為從燈輸出的光必須以非常高的質(zhì)量呈現(xiàn)商品。通常，最有效的高CRI暖白光方法是將經(jīng)白色磷光體轉(zhuǎn)換的InGaN LED與紅色 InGaAlP LED混合。由于兩種材料具有不同的熱特性，所以需要復(fù)雜且昂貴的感測(cè)和反饋控 制機(jī)制來使白色點(diǎn)穩(wěn)定。這種技術(shù)不適合于小MR16燈；僅僅存在不足以容納LED驅(qū)動(dòng)器和 控制系統(tǒng)兩者的空間，并且此類替換燈可能不具有足以保持這種技術(shù)所需的低InGaAlP結(jié) 溫度的散熱面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題的適合于小形狀因數(shù)改造的新 型LED燈和這種燈的制造方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種新型LED燈，其包括具有一個(gè)或多個(gè)LED芯片的底 座、在LED芯片之上的內(nèi)部蓋體(cover)，其中，所述蓋體是半透明陶瓷，其中，所述蓋體具 有與LED芯片分隔開一定間隙的內(nèi)表面，并且其中，所述蓋體的外表面涂有磷光體。所述陶 瓷蓋體優(yōu)選地具有至少5W/(m*K)的整體導(dǎo)熱率，諸如多晶氧化鋁。LED芯片優(yōu)選地是藍(lán)色 LED,并且磷光體被選擇為使得該燈發(fā)射白光。本發(fā)明的另一目的是提供制造這種燈的新型方法。在考慮優(yōu)選實(shí)施例的以下附圖和說明之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的這些及其它目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)燈的示例。
圖2示出從LED發(fā)射的光的現(xiàn)有技術(shù)芯片級(jí)轉(zhuǎn)換。
圖3示出在本發(fā)明中的從LED發(fā)射的光的遠(yuǎn)程磷光體(remote phosphor)轉(zhuǎn)換。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例的分解圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的剖視圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的圖形表示。
圖7是本發(fā)明的另一實(shí)施例的部分剖視圖。
圖8是本發(fā)明的又一實(shí)施例的示意圖。
圖9是用于本發(fā)明的集成驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式在任何LED改造燈的核心處的是光引擎。常規(guī)白色LED光引擎(諸如圖2中所示 的光引擎)包含藍(lán)色發(fā)光LED芯片，其具有與LED芯片直接接觸的磷光體涂層，這在本文中 稱為芯片級(jí)轉(zhuǎn)換(CLC)。諸如圖3中所示的本發(fā)明的實(shí)施例是CLC的替換，并且可以稱為遠(yuǎn) 程磷光體(RP)轉(zhuǎn)換。在RP轉(zhuǎn)換中，磷光體移動(dòng)而脫離與LED芯片的表面的接觸。也就是 說，承載磷光體的基底的內(nèi)表面與LED芯片分隔開一定的間隙。由于斯托克斯位移(Stokes shift)而由磷光體產(chǎn)生的熱被基底驅(qū)散，其中，所述基底具有明顯好于玻璃的導(dǎo)熱率(“玻 璃”是基本上透明的無定形材料，主要包括但不限于硅石、氧化鉛、或氧化鈦，并具有約1 W/ (m-K)的導(dǎo)熱率)。所述基底優(yōu)選地是諸如多晶氧化鋁或多晶鋁氧化物(每個(gè)在本文中稱為 PCA)之類的陶瓷。如圖4中的本發(fā)明的分解圖所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管(LED)燈包括具有在操作 上安裝在其上的一個(gè)或多個(gè)LED芯片14的底座(base) 12 (諸如印刷電路板)，和在LED芯 片之上附著于底座的內(nèi)部蓋體16，所述蓋體16是至少半透明的陶瓷，其導(dǎo)熱率大于玻璃， 其中，蓋體16的內(nèi)表面與所述LED芯片由間隙來分隔開，并且其中，磷光體涂敷所述蓋體的 外表面。所述磷光體將由LED芯片14發(fā)射的第一波長(zhǎng)范圍的光轉(zhuǎn)換成由該燈發(fā)射的不同 波長(zhǎng)范圍的光。還參考圖5和6，本發(fā)明的實(shí)施例還可以包括具有散熱鰭片(firO20的外殼18、外 部蓋體22、反射鏡M、和用于燈的適當(dāng)電連接沈。底座和鰭片可以由具有高導(dǎo)熱率的材料 制成，諸如鋁，并且可以根據(jù)將由燈發(fā)射的射束來選擇外部蓋體22和反射鏡M (安裝在外 殼18中以重定向由涂敷磷光體的陶瓷蓋體16發(fā)射的光)。底座12可以包括覆蓋所述蓋體 下面的底座的光反射表面，諸如圖3中的LED芯片14周圍的底座12上的反射表面11。可 以在外殼18中安裝驅(qū)動(dòng)器觀。不是在所有實(shí)施例中都需要存在外部蓋體22，并且其可以是透明或半透明的，這 取決于應(yīng)用。在某些實(shí)施例中，外部蓋體可以是透鏡。所述外部蓋體可以包括保護(hù)性元件?？梢砸钥紤]多個(gè)LED芯片14所產(chǎn)生的熱的方式將它們布置在底座12上。例如， 如圖7所示，多個(gè)芯片14可以在底座12上間隔開約4 6 mm。
在某些實(shí)施例中，內(nèi)部蓋體16可以是圓頂狀的，并因此是空心的，如圖3所示，或 者可以是如例如圖8所示的管狀的。實(shí)施例可以包括單個(gè)光引擎，例如，當(dāng)燈將模擬蠟燭 時(shí)，或者當(dāng)燈將以類似于管狀熒光燈的方式發(fā)射光時(shí)，包括沿著管的長(zhǎng)度間隔開的多個(gè)光 引擎。根據(jù)應(yīng)用，還可以采用其它形狀，諸如平板。內(nèi)部蓋體16優(yōu)選地由PCA制成，其為用 于鈉汽燈和金屬鹵化物燈的常規(guī)半透明陶瓷。PCA是相對(duì)廉價(jià)的，并且可以被燒結(jié)至高可見 光透射率。雖然內(nèi)部蓋體16需要具有大于玻璃的導(dǎo)熱率，但用于PCA蓋體的優(yōu)選最小導(dǎo)熱 率是^W/(m· K)。還可以使用具有大于玻璃的整體導(dǎo)熱率(期望地具有至少5W/(m· K)的 整體導(dǎo)熱率)的其它陶瓷，諸如多晶和單晶氧化鋁、氮化鋁、和氮氧化鋁。在某些實(shí)施例中， LED芯片14與蓋體16的內(nèi)表面之間的間隙可以填充以空氣或另一適當(dāng)氣體，或者填充以用 于LED芯片的環(huán)氧樹脂或硅酮樹脂密封(silicone encapsulation)。本發(fā)明的實(shí)施例優(yōu)選地使用熱穩(wěn)健的InGaN藍(lán)色LED，其在通過優(yōu)化磷光體混合 物和藍(lán)色LED波長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的色彩呈現(xiàn)的同時(shí)提供更簡(jiǎn)單且更具有成本效率的解決方 案。此外，RP轉(zhuǎn)換技術(shù)相對(duì)于CLC而言具有效能和熱管理益處兩者。遠(yuǎn)程磷光體藍(lán)色至白 色轉(zhuǎn)換具有比CLC高20%的光學(xué)效率。陶瓷磷光體基底(例如，PCA)的導(dǎo)熱率允許保持小的 遠(yuǎn)程磷光體尺寸，即使是對(duì)于高激發(fā)強(qiáng)度、對(duì)小形狀因數(shù)的要求、高通量燈而言也是如此。 結(jié)果產(chǎn)生的熱負(fù)荷的減少和導(dǎo)熱磷光體基底的使用與CLC相比能夠顯著地降低LED結(jié)和磷 光體溫度。本文所描述的實(shí)施例為諸如MR16替換之類的小形狀因數(shù)高性能暖白光燈提供 理想的解決方案。RP轉(zhuǎn)換技術(shù)至少部分地由于較高的潛在光學(xué)和熱效率而提供相對(duì)于CLC技術(shù)的 優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于CLC而言，磷光體發(fā)射并將相當(dāng)量的光反射回到芯片中，因此，光學(xué)轉(zhuǎn)換效率 (nQC)受到芯片反射率的限制。對(duì)于適當(dāng)設(shè)計(jì)的RP配置而言，可以以比CLC高的效率提取 從磷光體反射和向回發(fā)射的光。對(duì)于白色RP LED，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)達(dá)到0. 99的光學(xué)轉(zhuǎn)換效率，同 時(shí)，在考慮斯托克斯轉(zhuǎn)換損耗之后，使用市售藍(lán)色LED封裝、具有高反射率保形涂層的電路 板、和具有外部硅樹脂/釔鋁石榴石(YAG) = Ce磷光體涂層的2cm直徑PCA燈泡的原型實(shí)施 例具有對(duì)于CCT 5800 K而言平均90%的這相對(duì)于現(xiàn)有CLC技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)而言 是顯著的改進(jìn)。實(shí)施例的瞬態(tài)啟動(dòng)(instant-on)效能和通量的估計(jì)指示與CLC相比而言用于RP 轉(zhuǎn)換的此類值的20%的增加。另外，由于增加的光學(xué)效率，少于17%的熱將被驅(qū)散，這也可 以產(chǎn)生增加的熱效率。使用四個(gè)高功率(Imm2)芯片；峰值波長(zhǎng) 460 nm ；對(duì)于；350 mA電流而言，驅(qū)動(dòng)電 壓3. 2 V，斯托克斯效率=77%，頻譜光學(xué)效率=300 lm/ff,以及上述磷光體轉(zhuǎn)換效率，我們 可以如下表所示地計(jì)算光引擎通量和效能。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)燈，包括底座，具有在操作上安裝在其上的一個(gè)或多個(gè)LED芯片；所述LED芯片之上的底座上的內(nèi)部蓋體，所述蓋體是至少半透明的陶瓷，所述至少半 透明的陶瓷的導(dǎo)熱率大于玻璃，所述蓋體的內(nèi)表面與所述LED芯片由間隙來分隔開；以及涂敷所述蓋體的外表面的磷光體，所述磷光體將由所述LED芯片發(fā)射的第一波長(zhǎng)范圍 的光轉(zhuǎn)換成不同波長(zhǎng)范圍的光。
2.權(quán)利要求1的燈，其中，所述陶瓷具有至少5W/(m · K)的整體導(dǎo)熱率。
3.權(quán)利要求2的燈，其中，所述陶瓷具有至少觀ff/(m.K)的整體導(dǎo)熱率。
4.權(quán)利要求2的燈，其中，所述陶瓷是多晶氧化鋁、多晶氮化鋁、和多晶氮氧化鋁之ο
5.權(quán)利要求2的燈，其中，所述第一波長(zhǎng)范圍是440 480nm，并且所述磷光體包括 YAG:Ce，以便所述燈發(fā)射白光。
6.權(quán)利要求1的燈，其中，所述蓋體是圓頂。
7.權(quán)利要求1的燈，其中，所述蓋體是管。
8.權(quán)利要求1的燈，其中，所述蓋體是平板。
9.權(quán)利要求2的燈，其中，所述陶瓷是單晶氧化鋁、氮化鋁、和氮氧化鋁之一。
10.權(quán)利要求1的燈，還包括其中安裝有底座的外殼，所述外殼具有覆蓋有反射鏡的 內(nèi)表面和具有散熱鰭片的外表面，所述反射鏡被布置成重定向由涂敷磷光體的蓋體所發(fā)射 的光。
11.權(quán)利要求1的燈，還包括覆蓋所述蓋體下面的底座的光反射表面。
12.一種制造發(fā)光二極管(LED)燈的方法，包括步驟在底座上在操作上安裝一個(gè)或多個(gè)LED芯片；用內(nèi)部蓋體覆蓋所述LED芯片，所述蓋體是至少半透明的陶瓷，所述至少半透明的陶 瓷的導(dǎo)熱率大于玻璃，所述蓋體的內(nèi)表面與所述LED芯片由間隙來分隔開；以及用磷光體涂敷所述蓋體的外表面，所述磷光體將由所述LED芯片發(fā)射的第一波長(zhǎng)范圍 的光轉(zhuǎn)換成不同波長(zhǎng)范圍的光。
13.權(quán)利要求12的方法，其中，所述陶瓷具有至少5W/(m · K)的整體導(dǎo)熱率。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，所述陶瓷是多晶氧化鋁。
15.權(quán)利要求13的方法，其中，所述第一波長(zhǎng)范圍是440 480nm，并且所述磷光體包 括YAG:Ce，以便所述燈發(fā)射白光。
16.權(quán)利要求12的方法，還包括將底座安裝在外殼中，所述外殼具有覆蓋有反射鏡的 內(nèi)表面和具有散熱鰭片的外表面，所述反射鏡被布置成重定向由涂敷磷光體的蓋體所發(fā)射 的光。
17.權(quán)利要求12的方法，還包括用光反射表面覆蓋所述蓋體下面的底座。
18.權(quán)利要求12的方法，其中，所述涂敷步驟包括制成包括所述磷光體和聚合物基質(zhì)的片材，用粘合劑將所述片材粘附于所述蓋體的外表面，以及通過將所述片材加熱到至少900 從所述片材去除所述聚合物基質(zhì)，將所述磷光體 留在所述蓋體的外表面上。
19.權(quán)利要求12的方法，其中，所述涂敷步驟包括用包含所述磷光體和有機(jī)粘結(jié)劑的懸浮液來涂覆所述蓋體的外表面，以及 通過加熱來去除所述有機(jī)粘結(jié)劑，將所述磷光體留在所述蓋體的外表面上。
20.權(quán)利要求12的方法，其中，所述涂覆步驟包括用包含所述磷光體和硅樹脂的懸浮液來涂敷所述蓋體的外表面，以及 固化所涂敷的外表面，將所述磷光體和硅樹脂留在所述蓋體的外表面上。
全文摘要
一種發(fā)光二極管(LED)燈包括具有一個(gè)或多個(gè)LED芯片的底座、在所述LED芯片之上的內(nèi)部蓋體(16)，其中，所述蓋體(16)是半透明陶瓷，其導(dǎo)熱率大于玻璃的導(dǎo)熱率，其中，所述蓋體具有與所述LED芯片分隔開一定間隙的內(nèi)表面，并且其中，所述蓋體的外表面被涂有磷光體。陶瓷蓋體(16)優(yōu)選地具有至少5W/(m·k)的整體導(dǎo)熱率，諸如多晶氧化鋁。LED芯片優(yōu)選地是藍(lán)色LED，并且磷光體被選擇為使得該燈發(fā)射白光。在制造燈的方法中，可以向所述蓋體的外表面施加磷光體作為預(yù)制成片材或在涂層中。
文檔編號(hào)H01L33/50GK102077011SQ200980124036
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者R·S·斯皮爾, S·C·艾倫 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司