專利名稱：用于led照明裝置的涂覆漫射罩蓋的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及發光二極管(LED)和制造發光二極管的技術領域。
背景技術：
LED被廣泛用于各種應用，包括指示器、光傳感器、交通燈、寬帶數據傳輸和照明應用。具體地，LED由于其低功耗和長壽命而吸引了更多的對照明應用的興趣。在照明應用中，LED具有一些局限性，因為從LED發出的光通常以相對較小的角度分布，這提供了窄角度的光并且與自然照明或一些類型的白熾照明不同。例如，LED通常用在被提供的照明裝置中以替換傳統的白熾燈泡，諸如典型燈中使用的那些。這些照明裝置要求相對較寬量的光分布，與由傳統白熾燈泡所提供的類似。因此，期望提供與白熾燈泡類似的在相對較寬的角度中分布光的LED照明裝置。
發明內容
為了解決現有技術中所存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種照明裝置，包括發光二極管LED器件，在襯底上；散熱器，熱連接至所述LED器件；罩蓋，固定在所述襯底的上方并覆蓋所述LED器件，其中，所述罩蓋包括涂覆材料，所述涂覆材料包括漫射特性和反射特性。在一可選實施例中，所述罩蓋的寬度大于所述罩蓋的高度。在一可選實施例中，所述罩蓋具有靠近所述散熱器處的尺寸較小的倒梯形形狀。在一可選實施例中，所述罩蓋具有橢圓體形狀。在一可選實施例中，所述罩蓋包括漫射透鏡和涂覆至所述漫射透鏡的內表面的涂覆材料。在一可選實施例中，所述罩蓋還包括涂覆至所述內表面的磷材料。在一可選實施例中，所述涂覆材料和所述磷材料組合在單層中。在一可選實施例中，所述漫射透鏡包括選自由聚碳酸酯PC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA組成的組中的至少一種材料。在一可選實施例中，所述漫射透鏡還包括磷。在一可選實施例中，所述涂覆材料包括TiO2以提供反射特性。在一可選實施例中，所述涂覆材料包括與TiO2混合的樹脂。在一可選實施例中，所述罩蓋包括由第一涂覆材料覆蓋的第一部分和不具有涂覆材料的第二部分。在一可選實施例中，所述罩蓋具有中點，使得所述涂覆材料被設置在遠離所述散熱器的所述中點的上方，并且不設置在接近所述散熱器的所述中點的下方。在一可選實施例中，所述照明裝置還包括透鏡，被置于所述LED器件的上方和所述罩蓋的內部。在一可選實施例中，所述透鏡還包括涂覆材料,所述涂覆材料包括漫射特性和反射特性，以及其中，所述透鏡的涂覆材料與所述罩蓋的涂覆材料相同。在一可選實施例中，所述透鏡具有中點，使得涂覆材料被設置在遠離所述散熱器的所述中點的上方，并且不設置在接近所述散熱器的所述中點的下方。在一可選實施例中，所述罩蓋具有球形頂部，所述罩蓋具有向散熱器延伸的相對較窄的頸部，以及其中，所述罩蓋的寬度小于所述罩蓋的高度。根據本發明的另一個方面，提供了一種燈泡，所述燈泡包括發光二極管LED器件，在襯底上；罩蓋，固定在所述襯底的上方并覆蓋所述LED器件，其中，所述罩蓋具有球狀，并且具有朝向所述LED器件延伸的相對較窄的頸部，所述罩蓋的寬度小于所述罩蓋的高度，所述罩蓋包括漫射透鏡和涂覆至所述漫射透鏡的內表面的涂覆材料，所述漫射透鏡包括選自由聚碳酸酯PC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA組成的組中的至少一種材料，所述涂覆材料包括與TiO2混合的樹脂。在一可選實施例中，燈泡還包括散熱器，熱連接至所述LED器件并接近所述罩蓋，其中，所述散熱器的高度小于所述罩蓋的高度。根據本發明的又一個方面，提供了一種遮蓋照明裝置的方法，所述方法包括提供漫射透鏡，所述漫射透鏡包括聚碳酸酯PC和/或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA ；采用涂覆材料來涂覆所述漫射透鏡的內表面，所述涂覆材料包括樹脂和反射材料的混合物；固化所述漫射透鏡的涂覆內表面以形成罩蓋；以及在發光二極管LED器件的上方放置所述罩蓋。
當結合附圖進行閱讀時，根據下面詳細的描述可以更好地理解本發明。應該強調的是，根據工業中的標準實踐，對各種部件沒有按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實際上，為了清楚討論起見，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。圖1是根據一個或多個實施例構造的照明裝置的框圖；圖2和圖3是根據各個實施例構造的并結合到圖1的照明裝置中的發光二極管(LED)器件的俯視圖；圖4是根據本發明各個實施例構造的圖1的照明裝置的散熱器的俯視圖；圖5a和圖5b是根據一些實施例構造的LED照明裝置的側視圖和橫橫截面圖；圖6a和圖6b是根據某些實施例構造的LED照明裝置的側視圖和橫橫截面圖；圖7和圖8是根據各個實施例構造的LED照明裝置的側視圖和橫橫截面圖；圖9a至圖9d是可以被圖5a至圖8的LED照明裝置使用的漫射罩蓋的不同實施例的橫截面側視圖；以及圖10是根據一個或多個實施例形成的漫射罩蓋的橫截面圖。
具體實施方式
應該理解，以下公開提供了用于實施本發明的不同特征的許多不同的實施例或實例。以下描述部件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，它們僅僅是實例而不旨在限制。本發明可以在各個實例中重復參考標號和/或字符。這種重復是為了簡化和清楚的目的，本身并不表示所討論的各個實施例和/或結構之間的關系。圖1是照明裝置100的橫截面圖。圖2和圖3是根據各個實施例構造的結合到照明裝置100中的發光二極管(LED)器件的俯視圖。圖4是根據一個實施例中的各個方面構造的照明裝置100的散熱器的俯視圖。參照圖1至圖4，共同描述照明裝置100及制造照明裝置100的方法。照明裝置100包括一個或多個LED器件102作為發光源。LED器件102連接至電路板112并進一步附接至襯底114。LED器件102可包括如圖2所示的一個LED芯片或者如圖3所示的多個LED芯片。當LED器件102包括多個LED芯片時，多個LED芯片以實現期望照明效果的陣列進行配置。例如，配置多個LED芯片，使得來自各LED芯片的集合照明貢獻具有增強照明均勻性的大角度中的發光。在另一實例中，多個LED芯片的每一個都被設計為提供不同波長或光譜的可見光，諸如 用于藍色的LED芯片的第一子集，而用于紅色的LED芯片的第二子集。在各種情況下，各種LED芯片104根據具體應用共同提供白色照明或者其他照明效果。在各個實施例中，每一個LED芯片都可以進一步包括一個發光二極管或多個發光二極管。作為一個實例，當LED芯片包括多個發光二極管時，那些二極管以串聯方式進行電連接以用于高壓操作，或者進一步以多組串聯連接的二極管組并聯的方式進行電連接以提供冗余和器件穩健性。作為一個實例，以下進一步描述LED器件102中的LED芯片。LED芯片可以發出電磁光譜的紫外、可見或紅外區域中的自發輻射。在各個實施例中，LED發出藍光。LED芯片形成在生長襯底上，諸如藍寶石、碳化硅、氮化鍺(GaN)或硅襯底。在各個實施例中，LED芯片包括摻雜η型雜質的鍍層以及形成在η型摻雜鍍層上方的P型摻雜鍍層。在一個實例中，η型鍍層包括η型氮化鎵(n-GaN)，p型鍍層包括p型氮化鎵(ρ-GaN)。可選地，鍍層可包括摻雜對應類型的GaAsP、GaPN、AlInGaAs、GaAsPN或AlGaAs。LED芯片104進一步包括設置在n-GaN和p-GaN之間的多量子阱(MQW)結構。MQW結構包括兩個可選半導體層(諸如氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN))，并被設計為調整LED器件的發射光譜。LED芯片104還包括分別電連接至摻雜η型雜質的鍍層和摻雜P型雜質的鍍層的電極。透明導電層，諸如氧化銦錫(ITO)，可以形成在摻雜P型雜質的鍍層上。形成η電極并與摻雜η型雜質的鍍層連接。有線互連可用于將電極連接至載體襯底上的終端。LED芯片104可通過各種導電材料(諸如銀膏)、焊接或金屬結合附接至載體襯底。在另一實施例中，諸如硅通孔(TSV)和/或金屬弓I線的其他技術可用于將發光二極管連接至載體襯底。在一些實施例中，LED器件102包括磷以將所發出的光轉換為不同波長的光。實施例的范圍不限于任何特定類型的LED,也不限于任何特定的顏色方案。在所示實施例中，一種或多種磷被設置在發光二極管周圍以偏移和改變所發出光的波長，諸如從紫外(UV)變為藍色或者從藍色變為黃色。磷通常為粉末并且承載在其他材料中，諸如環氧樹脂或硅烷(通常被稱為磷膠)。利用適當的技術將磷膠涂覆或澆鑄到LED器件102，并且磷膠可進一步成型為具有適當的形狀和尺寸。各種實施例可以采用適于應用的任何類型的LED。例如，可以使用傳統的LED，諸如基于半導體的LED、有機LED(OLED)、聚合物LED(PLED)或類似LED。
電路板112連接至LED器件102，并為LED器件102提供電能和控制LED器件102。電路板112可以為承載襯底114的一部分。如果使用多于一個的LED芯片，則這些LED芯片可以共享一個電路板。在本實施例中，電路板102為熱量擴散電路板以有效地擴散熱量以及熱耗散。在一個實例中，利用金屬基印刷電路板(MCPCB)。MCPCB可以符合眾多設計。示例性MCPCB包括賤金屬，諸如鋁、銅、銅合金，和/或類似物。薄介電層設置在賤金屬層上方以使印刷電路板上的電路與下面的賤金屬層電隔離和以允許導熱。LED芯片104及其相關弓I線可以設置在導熱電介質材料上。在一些實例中，賤金屬直接與散熱器接觸，而在其他實例中，使用散熱器和電路板112之間的中間材料。例如，中間材料可以包括，例如，雙側熱帶、熱膠、熱油脂或類似物。各種實施例可以使用其他類型的MCPCB，諸如包括多于一個電源通路層(trace layer)的MCPCB。電路板可以由除MCPCB之外的材料制成。例如，其他實施例可以采用由FR-4、陶瓷或類似物制成的電路板。在另一實例中，電路板112可進一步包括電能轉換模塊。電能通常以交流電(ac)提供給室內照明，諸如美國的120V/60HZ以及歐洲和亞洲多數國家的200V和50Hz以上，并且白熾燈向燈泡中的燈絲直接應用ac電能。LED器件102需要電能轉換模塊以將來自典型室內電壓/頻率(高壓AC)的電能轉換為適合LED器件102 (低壓直流(DC))的電能。在其他實例中，提供獨立于電路板112的電能轉換模塊。襯底114為機械基底以向LED器件102提供機械支持。根據各個實施例，襯底114包括金屬，諸如鋁、銅或其他適當的金屬。襯底114可以通過適當的技術來形成，諸如擠壓模塑或模具鑄造。襯底114或者襯底的至少一部分可以為上面參照襯底112所討論的散熱器。在一個實施例中，散熱器114被設計為具有頂部114a，具有第一尺寸，以避免遮蔽從LED器件102發出的后向光；以及底部114b，具有大于第一尺寸的第二尺寸，以提供有效的熱耗散。第一部分和第二部分被連接并具有期望的熱傳導或者第一部分和第二部分形成為一片。散熱器114的第一部分114a被設計為固定LED器件104和電路板112。參照圖1，照明裝置100包括配置成圍繞LED器件102的罩蓋126。罩蓋126包括內表面和外表面。罩蓋126可以為各種形狀和尺寸，諸如在美國序列號13/194538中公開的透鏡罩蓋，其內容通過參考結合于此。罩蓋126包括對來自LED器件102的發射光或磷轉換光基本上透明的材料。在一個實例中，來自LED器件102的發射光的透射率比約90%要大。以下進一步參照圖5a至圖8的不同照明裝置以及圖9a至圖10的不同材料實施例來討論罩蓋126。現在，參照圖5a和圖5b，上面討論的照明裝置100的一個實施例用標號130概括表示。照明裝置130包括罩蓋132，其被成型為具有圓上角的倒轉梯形。梯形的整體寬度由變量a表示，以及整體高度由變量b表示。在本實施例中，a和b的尺寸如下b/a <1. O.a和b的實例尺寸分別為大約50_70mm和大約35_48mm。沿著罩蓋132的側壁具有中點134。中點134的整體高度由變量c表示。可以選擇中點的位置以提供來自照明裝置130的光的最優峰值強度。c的實例尺寸為大約10-15_。在中點134上方的罩蓋132的內表面140a涂有材料；在中點下方的罩蓋的內表面140b沒有涂覆材料。以下參照圖9a至圖9d討論涂覆材料。罩蓋132的已涂覆的上部分包括反射和漫射特性。在操作中，光從LED器件102發出并向上穿過罩蓋132的涂覆內表面140a(在中點134之上)，如箭頭144所示。光還被內表面140a反射回來，向下穿過罩蓋132的未涂覆內表面140b (在中點134之下)，如箭頭146所示。光146有時被稱為“后向光”。結果，存在相對均勻的光漫射橫穿照明裝置130的照明的寬角度(> 180° )。現在，參照圖6a和圖6b，照明裝置的另一實施例用標號200來概括表示。照明裝置200包括罩蓋202，其也被成型為具有相等形狀的側壁和圓上角的倒轉梯形，如圖5a和圖5b所示。此外，a和b的尺寸如下b/a <1. O.a和b的實例尺寸分別為大約50_70mm和大約35_48mm。不同于圖5a和圖5b的罩蓋132，罩蓋202的整個內表面204都涂覆有材料。涂覆材料可以為下面參照圖9a至圖9d討論的材料中的一種。罩蓋202的涂覆內表面204包括反射和漫射特性。此外，不同于圖5a和圖5b的實施例，內部透鏡210設置在罩蓋202和LED器件102之間。在各種實施例中，透鏡210包括PMMA、聚碳酸酯PC或其他適當的材料。在一些實施例中，透鏡210可以由與罩蓋202類似的材料來構成。在一些實施例中，罩蓋202和透鏡210可以進行不同的涂覆或者不被涂覆。沿著透鏡210的側壁具有中點214。為了示意，透鏡210的尺寸可以在形狀(盡管規格上較小)上與圖6a和圖6b所示罩蓋232或者本發明所描述的其他罩蓋類似。作為又一實例，透鏡210的寬度、高度和中點可以分別具有大約20-30mm、10-20mm和2_8mm的尺寸。在中點214之上的透鏡210的內表面216a涂覆有材料；在中點之下的透鏡的內表面216b沒有涂覆材料。涂覆材料可以為下面參照圖9a至圖9d所討論的材料中的一種。透鏡210的已涂覆的上部分包括反射和漫射特性。在操作中，光從LED器件102發出并向上穿過透鏡210的涂覆內表面216a(在中點214之上)。然后，光穿過罩蓋202，如箭頭218所示。光還被內表面216a反射回來，向下穿過透鏡210的未涂覆內表面216b(在中點214之下)。然后，光穿過罩蓋202，如箭頭220所示。結果，存在相對均勻的光漫射橫穿照明的寬角度(> 180° )上。現在，參照圖7，照明裝置的另一實施例用標號230概括表示。照明裝置230包括成型為橢圓體的罩蓋232。此外，a和b的尺寸如下b/a <1. O.a和b的實例尺寸分別為大約50_70mm和大約40_50mm。類似于圖6a和圖6b的罩蓋202，罩蓋232的整個內表面234都涂覆有材料。涂覆材料可以為下面參照圖9a至圖9d討論的材料中的一種。罩蓋232的涂覆內表面234包括反射和漫射特性。此外，類似于圖6a和圖6b的實施例，內部透鏡210設置在罩蓋232和LED器件102之間。在一些實施例中，內部透鏡210可以不被涂覆。在操作中，如上面參照圖6a和圖6b所討論的，光從LED器件102發出并穿過透鏡210。然后，光穿過罩蓋232。結果，存在相對均勻的光漫射橫穿照明的寬角度(>180° )。現在，參照圖8，照明裝置的另一實施例用標號300概括表示。照明裝置300包括罩蓋302，其被成型為具有向下延伸至散熱器114的頸部的球形燈泡。此外，a和b的尺寸如下b/a >1. O.a和b的實例尺寸分別為大約40-60mm和大約60_90mm。在一些實施例中，由于罩蓋302相對較高的高度(尺寸b)，散熱器114的高度d，與高度b和其他實施例中的散熱器的高度相比，可以相對較短，以保持器件300的可接受整體尺寸。d的實例尺寸為大約40-60mmo類似于圖5a至圖6b的罩蓋202，罩蓋302的整個內表面304都涂覆有材料。涂覆材料可以為下面參照圖9a至圖9d所討論的材料中的一種。罩蓋302的涂覆內表面304包括反射和漫射特性。此外，類似于圖5a和圖5b的實施例，不存在內部透鏡。在操作中，光從LED器件102發出并穿過罩蓋302。由于罩蓋302的形狀和涂覆內表面304，存在相對均勻的光漫射橫穿照明的寬角(> 180° )。具有用于構造并將涂覆材料涂至任何上述罩蓋和/或透鏡的幾個不同的實施例。參照圖9a，在一個實施例中，罩蓋126包括聚碳酸酯(PC)材料漫射透鏡350 (厚度小于或等于大約1. 3mm)和相對較薄的涂層352。在其他實施例中，罩蓋126可包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃或其他合適的材料。漫射透鏡350可通過任何適當的技術來形成，諸如噴射注模或擠壓模塑。相對較薄的涂層352包括反射體材料和樹脂材料的組合。反射體材料的一個實例為TiO2，以1:1或1: 2的反射體樹脂混合比率進行組合。參照圖10，涂覆材料352可以通過分配器諸如噴霧嘴360來涂覆至漫射透鏡350。噴霧嘴360將涂覆材料352涂覆至漫射透鏡350的內表面。在圖10所示的實施例中，漫射透鏡350對應于圖7的罩蓋232，其中，整個內表面被涂覆。在其他實施例中，如參照圖5A和圖5B所描述的，罩蓋和/或透鏡可以被部分涂覆。在涂覆材料352被涂覆之后，對涂覆材料352進行固化。現在參照圖％，在另一實施例中，漫射透鏡350的涂覆為多步驟工藝。如上面參照圖9a和圖10所討論的，第一步驟為進行涂覆材料352的涂覆。此后，涂覆磷層364。磷層用于將所發出光的一部分轉換成不同的波長。磷層可以通過噴霧嘴(如參照圖10所討論的)或其他傳統工藝進行涂覆。現在，參照圖9c，在另一實施例中，涂覆材料和磷層被同時涂覆至漫射透鏡350，以形成單個涂層366。涂層366可以通過噴嘴(如參照圖10所討論的)或者其他傳統工藝
來涂覆。現在，參照圖9d，在另一實施例中，磷材料可以與PC材料組合以形成漫射透鏡368。漫射透鏡368可以通過任何適當的技術來形成，諸如噴射注模或擠壓模塑。此后，如上面參照圖9a和圖10所討論的，進行涂覆材料352的涂覆。本發明描述了幾種不同的照明裝置及其制造方法。在一個實施例中，照明裝置包括襯底上的LED器件。散熱器熱連接至LED器件。罩蓋被固定在襯底的上方并覆蓋LED器件。罩蓋包括涂覆材料，其包括漫射特性和反射特性。在一些實施例中，罩蓋包括漫射透鏡，其包括PC和/或聚PMMA。涂覆材料包括TiO2以提供與樹脂混合的反射特性。在一些實施例中，罩蓋具有中點，使得涂覆材料設置在中點的上方(遠離散熱器)，并且不設置在中點的下方(接近散熱器)。
在另一實施例中，照射設備包括襯底上的LED器件以及固定在襯底上方并覆蓋LED器件的罩蓋。罩蓋具有球形頂部，具有延伸到LED器件的相對較窄的頸部。罩蓋具有小于其高度的寬度。罩蓋包括漫射透鏡和涂覆至透鏡內表面的涂覆材料。漫射透鏡包括選自由PC和PMMA組成的組中的至少一種材料。涂覆材料包括與TiO2混合的樹脂。在另一實施例中，遮蓋照明裝置的方法包括提供包括PC和/或PMMA的漫射透鏡。漫射透鏡的內表面涂有包括樹脂和反射材料的混合物的涂覆材料。固化漫射透鏡的被涂覆內表面以形成罩蓋，并且罩蓋被置于LED器件的上方。前面概述了多個實施例的特征，使得本領域的技術人員可以更好地理解本發明的各個方面。本領域的技術人員應該意識到，他們可以容易地將本發明用作用于設計或修改用于執行與本文引入實施例相同的目的和/或實現相同優點的其他工藝和結構的基礎。本領域的技術人員還應該意識到，這種等效構造不背離本發明的精神和范圍，并且他們可以進行各種改變、替換和修改而不背離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種照明裝置，包括 發光二極管LED器件，在襯底上； 散熱器，熱連接至所述LED器件； 罩蓋，固定在所述襯底的上方并覆蓋所述LED器件，其中，所述罩蓋包括涂覆材料，所述涂覆材料包括漫射特性和反射特性。
2.根據權利要求1所述的照明裝置，其中，所述罩蓋的寬度大于所述罩蓋的高度。
3.根據權利要求2所述的照明裝置，其中，所述罩蓋具有靠近所述散熱器處的尺寸較小的倒梯形形狀。
4.根據權利要求2所述的照明裝置，其中，所述罩蓋具有橢圓體形狀。
5.根據權利要求3所述的照明裝置，其中，所述罩蓋具有中點，使得所述涂覆材料被設置在遠離所述散熱器的所述中點的上方，并且不設置在接近所述散熱器的所述中點的下方。
6.根據權利要求2所述的照明裝置，還包括透鏡，被置于所述LED器件的上方和所述罩蓋的內部。
7.根據權利要求1所述的照明裝置，其中，所述罩蓋具有球形頂部，所述罩蓋具有向散熱器延伸的相對較窄的頸部，以及其中，所述罩蓋的寬度小于所述罩蓋的高度。
8.一種燈泡，包括 發光二極管LED器件，在襯底上； 罩蓋，固定在所述襯底的上方并覆蓋所述LED器件， 其中，所述罩蓋具有球狀，并且具有朝向所述LED器件延伸的相對較窄的頸部， 其中，所述罩蓋的寬度小于所述罩蓋的高度， 其中，所述罩蓋包括漫射透鏡和涂覆至所述漫射透鏡的內表面的涂覆材料， 其中，所述漫射透鏡包括選自由聚碳酸酯PC和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA組成的組中的至少一種材料， 其中，所述涂覆材料包括與TiO2混合的樹脂。
9.根據權利要求8所述的燈泡，還包括散熱器，熱連接至所述LED器件并接近所述罩蓋，其中，所述散熱器的高度小于所述罩蓋的高度。
10.一種遮蓋照明裝置的方法，包括 提供漫射透鏡，所述漫射透鏡包括聚碳酸酯PC和/或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA ； 采用涂覆材料來涂覆所述漫射透鏡的內表面，所述涂覆材料包括樹脂和反射材料的混合物； 固化所述漫射透鏡的涂覆內表面以形成罩蓋； 在發光二極管LED器件的上方放置所述罩蓋。
全文摘要
本發明提供了照明裝置。該照明裝置包括襯底上的發光器件(LED)。散熱器熱連接至LED器件。罩蓋被固定在襯底的上方并覆蓋LED器件。罩蓋包括具有漫射特性和反射特性的涂覆材料。本發明還涉及用于LED照明裝置的涂覆漫射罩蓋。
文檔編號F21V5/04GK103062714SQ20121030358
公開日2013年4月24日 申請日期2012年8月23日 優先權日2011年10月18日
發明者孫志璿, 葉偉毓, 柯佩雯, 傅學弘 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司