使用光致發光波長轉換組件的固態燈的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及使用光致發光波長轉換組件的固態燈。特定地說，但非排它性地，諸實 施例涉及用于具有全向發射模式的固態燈（燈泡）的光致發光波長轉換組件。此外，本發 明提供制造光致發光波長轉換組件的方法。
【背景技術】
[0002] 產生白光的LED( "白色LED"）是相對新近的創新且為具能量效益的全新一代照 明系統的出現提供可能。可預測，白色LED歸因于其長操作壽命（可能許多100, 000小時） 及依低功耗而言的其高效率而可替換燈絲（白熾）光源、熒光光源及緊湊型熒光光源。直 到開發出在電磁光譜的藍/紫外線部分中發光的LED，開發基于LED的白色光源才變得實 際。如例如在US5, 998, 925中所教示，白色LED包含一或多種磷光體材料（其是光致發光 材料），磷光體材料吸收由LED發射的輻射的部分且重新發射不同顏色（波長）的輻射。通 常，LED裸片產生藍色光，且磷光體吸收某一百分比的藍色光且發射黃色光或綠色光與紅色 光的組合、綠色光與黃色光的組合或黃色光與紅色光的組合。由LED產生的藍色光的未被 磷光體吸收的部分與由磷光體發射的光組合以提供在人眼看來顏色接近白色的光。
[0003] 歸因于白色LED操作預期壽命（>50, 000小時）及高發光性能（每瓦特70流明或 更高），高亮度白色LED正逐漸用于替換常規熒光光源、緊湊型熒光光源及白熾光源。
[0004] 通常，在白色LED中，磷光體材料與光透射材料（例如，硅氧烷或環氧樹脂材料） 混合且混合物施加到LED裸片的光發射表面。還已知提供磷光體材料作為定位于遠離LED 裸片處（通常物理空間上與LED裸片隔開）的光學組件（光致發光波長轉換組件）上的層 或將磷光體材料并入光學組件內。此類布置稱為"遠程磷光體"布置。遠程定位磷光體波 長轉換組件的優勢是磷光體材料熱降級的可能性降低及所產生光的更一致顏色。
[0005] 傳統白熾燈泡無效率且有壽命問題。基于LED的技術使用更有效且更長壽命照明 解決方案逐漸替換傳統燈泡及甚至CFL(緊湊型熒光燈）。然而，已知基于LED的燈歸因于 LED的固有高導向光發射特性而難以匹配白熾燈泡的全向（在所有方向中均勻）發射特性。
[0006] 圖1展示使用光致發光波長轉換組件的已知基于LED的燈（燈泡）10的示意性部 分截面視圖。燈10包括大致上圓錐形導熱主體12及安裝到主體12的截斷頂點的連接器 帽14。主體12進一步包括從主體12的基底延伸的圓錐形基座16及經安裝而與基座16的 截斷頂點熱連通的一或多個發藍光LED18。為了產生白色光，燈10進一步包括光致發光波 長轉換組件20,其安裝到基座且經配置以圍封LED18。如圖1中所指示，波長轉換組件20 包括球形空心殼，且包含一或多種磷光體材料以提供由LED產生的藍色光的光致發光波長 轉換。為了賦予漫射光發射且出于美學考慮，燈10進一步包括光透射封套22,其圍封波長 轉換組件20。
[0007] 雖然圖1的燈10具有改善的發射特性，但是由于其于軸24上發射過多光，因此此 燈的發射特性未能符合所需工業標準。此類燈的另一問題是通常通過射出模制制造的光致 發光波長轉換組件的相對高制造成本。所述高制造成本起因于所述組件的開口小于所述組 件的最大內部大小，其需要使用可折疊線圈架以能夠從射出模制成形機移除所述組件。本 發明的實施例至少部分解決已知基于LED的燈的限制。
【發明內容】
[0008] 本發明的實施例涉及經改善光致發光波長轉換組件及并有此類組件的燈。本發明 的實施例的經改善燈及波長轉換組件提供改善的發射特性，同時允許具有相對成本效益的 制造成本。
[0009] 根據一些實施例，所述光致發光波長轉換組件包括空心圓柱形管，所述空心圓柱 形管具有直徑0的孔及軸向長度L。在一個示范性實施例中，所述組件的長度是所述組件的 孔直徑的大約四倍，且所述組件在軸向方向上的縱橫比（長度與孔直徑的比）是大約4:1。 所述組件的相對尺寸及形狀可影響所述組件的徑向發射模式，且所述組件經配置以賦予所 需發射模式（通常全向）。對于A-19燈泡，所述組件的孔0_介于約Imm與IOmm之間。在 所述組件的制造期間，所述光致發光材料可均質地分布遍及所述組件的體積。所述光致發 光材料的壁厚度通常介于200ym與2mm之間。
[0010] 由于所述組件具有恒定截面，所以其可容易地使用擠壓方法制造。所述組件可使 用光透射熱塑性（熱軟化）材料（例如，聚碳酸酯、丙烯酸或使用熱擠壓工藝的低溫玻璃） 形成。替代地，所述組件可包括熱固性材料或UV可固化材料（例如，硅氧烷或環氧樹脂材 料）且使用冷擠壓方法形成。擠壓的益處是其為相對廉價的制造方法。
[0011] 在替代實施例中，所述組件可通過射出模制形成。由于所述組件具有恒定截面，所 以其可在不需使用昂貴可折疊線圈架的情況下使用射出模制形成。在其它實施例中，所述 組件可通過鑄造形成。
[0012] 另一可能方法是通過形成柔性片材以包含磷光體及/或量子點且隨后將所述片 材輥乳成用于所述組件的所需形狀及尺寸而制造所述組件。所述磷光體可作為層施加到所 述片材上（例如，通過涂布、印刷或其它合適的沉積方法）。替代地，所述磷光體可并入到所 述柔性片材內。
[0013] 根據本發明的實施例的光致發光組件的益處是除改善發射分布模式外，其還可改 善總體光發射效率。所描述的空心管狀波長轉換組件可賦予大于已知波長轉換組件的總光 發射。發射效率的增大可起因于具有高縱橫比的組件降低通過放置于所述組件開口的LED 重新吸收光的可能性。
[0014] 根據本發明的光致發光波長轉換組件的另一優勢是其光發射類似于常規白熾燈 泡的燈絲。
[0015] 在一些實施例中，光致發光材料包括磷光體。然而，本發明適用于任何類型的光致 發光材料（例如，磷光體材料、量子點或其組合）。
[0016] 在一個實施例中，燈包括大致上圓錐形導熱主體，其中所述主體的外表面大致上 類似于圓錐體的截頭體。如果所述燈旨在替換常規白熾A-19燈泡，那么所述燈的尺寸經選 擇以確保裝置將適合于常規照明器具。在所述燈內提供一或多個固態光發射器，例如，使用 可操作以產生具有455nm到465nm的主導波長的藍色光的基于氮化鎵的發藍光LED。所述 固態光發射器可經配置以使得其主發射軸平行于所述燈的軸。所述燈進一步包括光致發光 波長轉換組件，其包含一或多種光致發光材料。所述光致發光波長轉換組件包括具有恒定 截面的細長組件及在在LED遠端的組件端上的反射器。所述反射器經操作以降低或消除來 自所述組件端的光發射。通過降低或消除來自所述組件端的光發射降低沿著所述燈軸的總 體發射強度。
[0017] 替代實施例包括使用根據本發明的光致發光波長轉換組件的LED燭光形燈泡。在 此實施例中，所述光致發光波長轉換組件包括細長管狀組件，其中光致發光材料并入到包 括所述組件的材料中且均質地分布遍及所述組件材料的體積中。
[0018] 另一實施例涉及包括管狀組件的光致發光波長轉換組件，其中光致發光材料并入 到包括所述組件的材料中，且其中所述組件安裝到空心光透射管且所述組件具有一定長度 使得其只覆蓋在LED遠端的管端部分。在一些實施例中，所述組件可包括半柔性材料，且所 述組件在所述管上方滑動。在某些設計中，所述管的未被磷光體覆蓋的部分（即，所述管的 接近LED的部分）可包含光反射表面以防止從所述管的此部分的光發射。
[0019] 在另一實施例中，提供在所述燈內部處、所述燈內部內及/或與所述燈內部連通 的多個開口以使得氣流通過所述燈。在一種方法中，所述燈內的一或多個通道與在所述燈 體上的鰭片之間的多個開口流體連通。在操作中，由所述LED產生的熱在通道內加熱空氣， 通過所述通道，對流過程導致空氣被汲取到燈泡中且通過燈泡，借此提供所述LED的被動 冷卻。
[0020] 雖然某些實施例涉及包括空心組件的光致發光組件（即，中心區域或孔不包含光 透射介質），但是在其它實施例中，所述組件可包括具有實心光透射芯體的組件。具有光透 射芯體的組件可通過顯著消除所述波長轉換組件與所述LED之間的任何空氣界面而進一 步增大光發射。對于在所述組件的壁之間以徑向方向行進的光尤其如此。
[0021] 本發明的一個實施例涉及包括由圓柱形光透射芯體及外部同軸磷光體層構成的 實心圓柱形組件的光致發光波長轉換組件。此組件可通過所述芯體及所述磷光體層的共擠 壓形成。替代地，所述組件可通過制作所述組件且隨后將光透射圓柱形桿（例如，玻璃桿） 插入到所述組件的孔中而制造。在其它實施例中，所述組件可通過涂布磷光體材料于光透 射桿（例如，玻璃桿或聚碳酸酯桿）的外表面上而制作。在一些實施例中，所述組件由彈性 可變形（半柔性）光透射材料（例如，硅氧烷材料）制作。使用彈性可變形材料的益處是 此可輔助插入所述桿。
[0022] 在所述光致發光波長轉換組件包括實心組件的情況下，所述反射器可包括直接施 加到所述組件的端面的涂層（例如，光反射涂料或金屬化層）。
[0023] 在替代實施例中，所述光致發光波長轉換組件包括圓柱形光透射組件，其具有在 煒度方向上延伸的磷光體區域（條帶），例如，其中存在均等周向隔開的四個磷光體區域， 然而，應了解，在本發明的范圍內，所述磷光體區域的數目、形狀及配置可改變。
[0024] 雖然本發明尋找關于燈泡的特定應用，但是本發明的光致發光波長轉換組件可使 用于其它光發射裝置及照明布置中。本發明的實施例可應用于制造LED反射器燈（例如， MR16燈）。在此實施例中，所述光致發光波長轉換組件包括磷光體層覆蓋在LED遠端的端 部分的空心芯體或實心芯體。任選地，所述芯體的未被磷光體覆蓋的部分（即，所述管的接 近LED的部分）可包含光反射表面以防止從所述