CN102338307A - 荧光层膜及应用该荧光层膜的照明设备 - Google Patents

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CN102338307A CN201010569587XA CN201010569587A CN102338307A CN 102338307 A CN102338307 A CN 102338307A CN 201010569587X A CN201010569587X A CN 201010569587XA CN 201010569587 A CN201010569587 A CN 201010569587A CN 102338307 A CN102338307 A CN 102338307A
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Abstract

本发明公开了一种照明设备，包括：具有高反射顶面的电路板；至少一个安装于所述电路板的顶面上的LED芯片，所述LED芯片具有可操作性以发出第一色光。配置具有拱形内表面的荧光膜，以使其与所述芯片保持一个预定的限定距离，所述荧光膜的部署便于LED芯片发出的光投射到所述荧光膜，并投射到罩于所述电路板顶面上的所述荧光膜的内表面上，以形成多次反射区，从而减少该LED芯片对光的吸收并减少从该荧光膜及该电路板顶面之间的直接漏光。所述荧光膜包括将该第一色光的至少一部分降频转换为第二色光的荧光体，且当第二色光与第一色光混合时，则产生可见的白光。

Description

荧光层膜及应用该荧光层膜的照明设备
相关申请的交叉引用
本申请要求申请号为61/365,572、申请日为2010年7月9日的美国临时专利及申请号为61/416,916、申请日2010年11月24日的美国临时专利的优先权，因此上述申请的全体引用在此作为参考。
本申请中参考多个参考文献。结合这些参考文献的全部公开作为本申请的参考。
背景技术
本发明涉及一种用于照明的照明设备。在优选实施例中，该照明设备为一种LED光源，包括一个或多个设置在反射面上LED芯片，以发射短波长光；覆盖于该反射面上离LED芯片有一定距离的单独荧光体，以便将LED发出的至少一部分光转换为更长波长的光；以及透明(或者漫射式)外罩。该照明设备可包含发光体。
通常，用于照明的白光LED灯包括组装有荧光体及密封剂的蓝光芯片。当LED的蓝光照射于该白光LED灯的荧光体上时，该荧光体将蓝光转换为黄光。因此，这样发出的蓝光和黄光混合为白光。
在一些现有技术装置中，由于直接受到LED芯片的热量的影响，降低了荧光体的转换效率。同时，一部分转换光，如一部分荧光体产生的光，将被包覆在LED芯片表面的荧光体反射回LED芯片，并被LED芯片内部结构吸收。
此外，为形成照明用途的LED灯的列阵，LED芯片发出的白光为细(或窄)光，且亮度收集必须确保LED灯输出光的均匀度。
为使这种LED灯进一步得到不含亮斑的均匀光照明，须使用具有高度光扩散(朦胧)的外罩。然而，由于扩散导致较低的总透光率，所以使用该外罩可能导致该LED灯的功效较低。
Soules等人的美国专利(专利号7,319,246)(246专利)展示了传统灯的示例。在该‘246专利公开的装置中，半导体照明装置，如LED，与发光体或荧光体共同使用，这样，当LED发出的光与荧光体混合时，LED发出的光产生白光。
在‘246专利中公开的装置中，包括LED的发光装置布设在相互连接的板上。包括该发光体的聚合物层设置在该发光装置周围，以将LED发出的光转换为可见的偏白光。该聚合物层可收缩，以符合围住该发光二极管的形状。
荧光粉，如钇铝石榴石(YAG)，嵌入形成薄板的聚合物包装材料中。所形成的聚合物荧光板卷成一卷。该聚合物荧光卷被切成符合要求大小的数段，以制成收缩包装包住LED，包裹体及其他对象可设成多种形状及大小。当受热时，该聚合物收缩包装将收缩，以符合该对象或者包含该LED的对象的外表面形状。
Galvez等人的美国专利(专利号7,618,157)公开了一种带有荧光体的管状蓝光LED灯。在该专利中，提供了包括直线延伸的散热器，安装于所述散热器的发蓝光的LED，以及安装于该散热器并与LED相符合的发光盖。所述发光盖的第一部分与LED相对且包括受LED所发出的光激发而发射白光的荧光体。所述发光盖可为管子，离该LED最近的管子的一部分为透明的且接收LED发出的光。所述管子可包括多个反射器，紧贴该管外表面以便将其置于所述散热器之上。可选地，该发光盖也可包围散热器上的LED，在所述散热器上该发光盖的一部分具有反射LED发出的光到该发光盖第一部分的内表面。作为所述发光盖第二部分的角反射器，用于多次反射LED与荧光体覆盖的该发光盖透明的第一部分之间的光。该发光盖的结构复杂，效率低，且不具备设有LED的电路板的高反射率。
Narendran等人的美国专利(专利号7,703,942)的类似示例介绍了光学装置，所述装置可接收LED光，并通过覆盖在其顶面的远程荧光体(remote phosphor)转化为另一种光谱区。该装置不包括设置LED的多次反射表面。
美国专利(专利号2010/124243)涉及包括细长中空波长转换管的发光装置，该转换管包括细长中空波长转换管壁，该管壁内有荧光体。LED朝向该细长中空波长转换管内侧发光，以照射到该细长中空波长转换管壁上及其内部扩散的波长转换材料，如荧光体。该细长中空波长转换管具有开口段、波形端、反射端和/或其他构造。该LED同样未设有多次反射面。
美国专利(专利号6,583,550)涉及一种LED灯管，其由具有在其内壁上完全涂有荧光层的一个透明玻璃管的一个荧光管体组成。由于LED发出平行光，则浪费了正对LED发光的荧光层的面积。设置有LED的反射面并未用作多次反射面。
发明内容
根据本发明的一个方面，照明设备包括具有高反射顶面的电路板以及至少一个安装于该电路板顶面的LED芯片，其中所述LED芯片可用于发射第一色光；配置有拱形内表面的荧光膜，以使其与所述至少一个LED芯片保持一个预定的限定距离，所述荧光膜的部署便于所述LED芯片发出的光投射到所述荧光膜上；所述荧光膜的内表面罩在该电路板的高光反射顶面上，以形成一光多次反射区，从而减少所述至少一个LED芯片对光的吸收并减少该荧光膜与该电路板顶面之间的直接漏光，该荧光膜包含将该LED芯片发射的该第一色光的至少一部分降频转换为第二色光的荧光体，该第二色光的波长大于第一色光的波长，且当该两种光混合时，产生可见的白光。
另一方面，所述照明设备还包括具有顶面的散热器，所述顶面安装有所述电路板，所述散热器设置于与该LED芯片相反的一侧，以散去所述LED芯片产生的热量；以及低光扩散或透明外罩，包括与所述散热器配合且包覆该荧光膜的下边缘。
另一方面，所述照明设备包括位于该电路板及该散热器之间的导热胶或者导热膏。
另一方面，所述荧光膜具有包括荧光层(phosphor layer)及透明支撑层的多层架构。
另一方面，所述透明支撑层由透明聚合物制成，该透明聚合物选自由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)，聚酞酸酯(PPA)及聚氨酯(PU)构成的组。
另一方面，所述透明支撑层由玻璃制成。
另一方面，所述荧光膜具有包含均匀分散的多荧光颗粒的透明层。
另一方面，所述透明层由透明聚合物制成，该透明聚合物选自由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)，聚酞酸酯(PPA)及聚氨酯(PU)构成的组。
另一方面，所述透明层由玻璃制成。
另一方面，所述LED芯片结合且封装于所述电路板上。
另一方面，该第一色光的波长范围为300纳米至500纳米。
另一方面，该第二色光的波长范围为500纳米至700纳米。
另一方面，所述散热器包括多数个散热翼。
另一方面，所述LED芯片通过采用硅酮尸密封(silicone encapsulation)的板上芯片安装于该电路板的顶面。
另一方面，所述电路板的顶面由具有或不具有焊接掩模的PCB、MCPCB、陶瓷或者搪瓷材料制成。
另一方面，所述LED芯片包装有引线框，且通过表明黏着方式(SMT)或者通孔技术安装于该电路板的顶面。
根据本发明的第二方面，所述照明设备包括具有高光反射顶面的电路板，所述电路板的顶面由具有或不具有焊接掩模的PCB、MCPCB、陶瓷或者搪瓷材料制成；至少一个安装在该电路板的高光反射顶面的LED芯片，所述LED芯片可用于发射第一色光；荧光膜：(i)配置有拱形内表面，以使其与所述至少一个LED芯片保持预定的限定距离，所述荧光膜的部署便于所述LED芯片发出的光完全且均匀地投射到所述荧光膜上；(ii)具有开口，罩在该电路板的高光反射顶面上以形成光多次反射区，通过减少荧光膜及该电路板的高反射表面之间缝隙的少量直接光漏，来减少所述至少一个LED芯片的光吸收；(iii)所述荧光膜包括荧光体，该荧光体将由所述LED芯片发出的第一色光的至少一部分降频转换为具有较长波长的第二色光，其中第一色光的波长范围为300纳米至500纳米，第二色光的波长范围为500纳米至700纳米，且当第二色光与第一色光混合时，产生可见的白光。
另一方面，所述照明设备还包括：具有顶面的散热器，该顶面安装有所述电路板，所述散热器设置于与该至少一个LED芯片相反的一侧，以散去所述至少一个LED芯片产生的热量；以及低光扩散或透明外罩，其配置为与所述散热器相配合并密封该荧光膜。
另一方面，所述照明设备还包括位于所述电路板及所述散热器之间的导热胶或者导热膏。
另一方面，所述荧光膜具有由荧光粉层和透明支撑层组成的多层架构。
另一方面，所述荧光膜具有含有均匀分散的多荧光颗粒的透明层。
另一方面，所述至少一个LED芯片结合且封装于所述电路板上。
另一方面，所述照明设备呈现管状或轴向对称的半球状。
另一方面，所述散热器包括多数个散热翼。
另一方面，所述至少一个LED芯片经由封装有硅酮的板上芯片(COB)安装于所述电路板的高反射顶面上。
另一方面，所述照明设备为发光体。
另一方面，所述硅酮尸密封材料是透明的。
另一方面，所述硅酮尸密封材料与具有不同于荧光膜的主波长的荧光体混合。
另一方面，所述至少一个LED芯片包装有引线框且通过表明黏着方式(SMT)或者通孔技术安装于该电路板的顶面。
附图说明
这些图仅为说明之便，不一定依比例绘制。然而，通过其中的附图且参考详细说明便可最好地理解发明本身。
图1为按照本发明实施例的组装的照明设备的剖视图；
图2为按照本发明图1所示实施例的组装的照明设备的透视图；
图3-5分别为本发明半球形实施例的剖面图、侧面图和透视图；
图6为按照本发明的一个方面对串联的平行LED模块内的多个LED之间的电连接进行说明的示意图；并且
图7为按照本发明的另一方面对并联的串行LED模块内的多个LED之间的电连接进行说明的示意图。
具体实施方式
图1和图2分别阐述了LED照明设备的第一优选实施例，按照本发明，所述LED照明设备可以为发光体。在图中可以看到，按照本发明，LED照明设备2包括电路板(CB)4、至少一个安装于所述CB 4上的LED芯片6、远离于所述LED芯片6设置的荧光膜8、散热器10和安装于所述散热器10的外罩12，其中所述散热器10具有多数个翼片或翼16。在所述CB 4上还设置有用于电连接的焊盘7。所述散热器10用于为至少一个LED芯片6散热。
图1为按照本发明的一个方面对组装状态下的LED照明设备进行说明的剖视图。如图1中的实例所示，所述LED芯片6是一系列LED芯片的一部分，其可以结合于高反射CB 4上。所述荧光膜8大体上呈拱形，以便与所述LED芯片6保持预定距离。所述拱形荧光膜8覆盖于所述散热器10之上的所述高反射CB 4上，并且经由外罩12密封。
优选地，所述CB 4的顶面为高反射性面且采用具有或没有焊接掩模的印刷电路板(PCB)、金属基印刷电路板(MCPCB)、陶瓷或搪瓷材料。优选地，所述LED芯片6利用采用硅酮尸密封的“板上芯片”(COB)技术安装于所述CB 4的顶面。所述硅酮尸密封材料可以是透明的，或者其可以与具有不同于荧光膜的主波长的荧光体混合，进而改变所述LED的色温，例如，可通过荧光膜降低色温。本发明不限于COB的使用，例如LED芯片包装有引线框，且通过表面黏着方式(SMT)或者通孔技术安装于所述电路板的顶面。
所述荧光膜8优选采用一个双层结构，该结构包括位于外罩12和LED光源6之间的透明支撑层之上的荧光粉层。另外，该结构也可以有多层。所述荧光粉层可采用单一颜色或多色的荧光体，例如铈掺杂钇铝石榴石(YAG)、硅石或其它常规的荧光体。所述荧光膜的透明层包含多荧光颗粒，且所述多荧光颗粒均匀分散于其中。无论在哪一种情况下，所述透明层可由聚合物制成，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚酞酸酯(PPA)和聚氨酯(PU)或类似材料。所述透明层也可由玻璃制成。
优选地，外罩12为透明的、磨砂的或光漫射外罩，这样可以柔化从所述LED照明设备发出的光。所述外罩12成形于其下边缘，以扣合或滑动配合的方式耦合到所述散热器10上。优选地，所述外罩12由透明聚合物制成，例如具有高透光率的PC、PMMA、PVC或PU、其它塑料或玻璃或任何其它可以穿过从所述照明设备出射的光的材料。所述外罩12与所述散热器10以扣合的方式或任何其它合适的连接方式互相配合。例如，所述外罩12可通过沿其下边缘滑进位于所述散热器10的边缘处的接收槽14内的方式与所述散热器10配合。在一个管形实施例中，如图2所示，一个组装的照明设备可以优选地配备端盖，其中端盖位于所述照明设备的一侧或两侧。
作业中，根据本发明，所述LED芯片6能发光。所述LED芯片6发出的光，优选地，限定于大约300纳米至500纳米的波长范围内，且投射于所述荧光膜8上，其中所述荧光膜8包括或涂有利用较短波长可降频转化一些发射光的荧光体，所述较短波长(例如蓝光)从所述LED投射到具有较长波长的光(例如黄光)，优选地限定于大约500纳米至700纳米的波长范围内，并且当黄光与蓝光组合时，会产生白光。
所述照明设备2配置有位于所述荧光膜8和所述LED芯片6之间的光多次反射区，与所述荧光体直接地与常规装置内的LED相接触的这种情况相比，其减少了直接被所述LED芯片6吸收的反射光的数量。为进一步减少光损失，所述CB 4优选为高反射CB，以使由于所述荧光膜8和所述CB 4之间采用多次反射而造成的光损失降到最小。与传统的荧光灯相比，由于本发明的构造，可以获得20～60％的更高的效率。
所述照明设备2也配置有所述荧光膜8，其中，所述荧光膜8不是外罩12的一部分或附着与所述外罩12上。当使用漫射外罩12时，所述荧光膜8与外罩12分离以达到更好地遮挡所述荧光膜的颜色的效果。在这种情况下，可以获得更好的漫射(均匀性)光。
为了更好地达到热传导的目的，优选地，将导热胶或导热膏应用于所述CB4的背侧和所述散热器10之间。所述散热器10优选采用铝、铝合金、铜、陶瓷、塑料或其它具有高导热性的合适材料，其成形、冲压或形成使散热翼片或翼16提供更大的表面积以达到散热的目的。
当使用一个蓝色LED芯片6时，用于所述荧光膜8的荧光体可以产生互补色，例如黄绿色。蓝光与黄绿色光的组合可以产生白光。如此使用，所述荧光体优选采用常规的铈掺杂钇铝石榴石荧光体、硅石或其它常规的荧光体，根据所期望的光的特性，其组成和/或浓度会有所变化。另一种方案是，结合一种所述技术领域的技术的人员了解的一种合适的荧光体，可以利用紫外线或近紫外LED产生白光。所述LED芯片可采用竖直或水平设置方式，或两者的组合。
前面的描述已经按照一个管状实施例进行了说明。然而，本发明也适用于其它形状。例如，图3-5中说明了按照本发明的半球形照明设备90。所述半球形照明设备90包括一个CB 40、至少一个安装于所述CB 40上的LED芯片60、远离于所述LED芯片60设置的荧光膜80、散热器100和安装于具有多个翼片或翼160的所述散热器100上的外罩120。
图3为对根据本发明对组装状态下的LED照明设备的半球形实施例进行说明的剖视图。图4与图5分别为根据本发明对半球形实施例进行说明的侧面图和透视图。如图3中的示例所示，正如在管状实施例中，所述LED芯片60可以是一系列LED芯片的一部分，结合于高反射CB 40上。所述荧光膜80实际上为拱形，在轮廓上与所述LED芯片60之间保持预定距离。所述荧光膜80大体上呈拱形，覆盖于所示散热器100之上的所述高反射CB 40之上，所述荧光膜80经由外罩120密封。所述组件的功能和材料及所述半球形实施例的运用与以上描述于有关所述管状实施例中的相应组件相同，此处不再赘述。
优选地，可以利用串联的并行LED模块，电连接位于所述电路板内的多个LED芯片，如图6所示。或者，利用并联的串行LED模块也可达到上述连接目的，如图7所示。
尽管本文已阐述并描述了具体的实施例，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可对这些展示和描述的特定实施例进行等同替代或变化。本临时申请目的在于涵盖此处论述的特定实施例的任何改编或变化。因而，本发明的保护范围以权利要求书及其等同内容为准。

Claims (29)

1.一种照明设备，包括：
具有高反射顶面的电路板；
至少一个安装于所述电路板的顶面上的LED芯片，所述至少一个LED芯片具有可操作性以发出第一色光；
配置有拱形内表面的荧光膜，以使其与所述LED芯片保持一个预定的限定距离，所述荧光膜的部署便于LED芯片发出的光投射到所述荧光膜；所述荧光膜的内表面罩于所述电路板的顶面上，以形成一个多次反射区，从而减少该至少一个LED芯片对光的吸收并减少从该荧光膜与该电路板顶面之间的直接漏光；所述荧光膜包括将该至少一个LED芯片发出的第一色光的至少一部分降频转换为第二色光的荧光体，其中第二色光的波长大于第一色光，且当第二色光与第一色光混合时，则产生可见的白光。
2.根据权利要求1所述的照明设备，进一步包括：
具有顶面的散热器，该顶面安装有所述电路板，所述散热器设置于与该至少一个LED芯片相反的一侧，以散去所述至少一个LED芯片产生的热量；及
低光扩散或透明外罩，包括与所述散热器配合且包覆该荧光膜的下边缘。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备，进一步包括：位于所述电路板和所述散热器之间的导热胶或导热膏。
4.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于：所述荧光膜具有由荧光粉层和透明支撑层组成的多层架构。
5.根据权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于：所述荧光膜具有包含均匀分散的多荧光颗粒的透明层。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个LED芯片结合且封装于所述电路板上。
7.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于：第一色光的波长范围为300纳米至500纳米。
8.根据权利要求1所述的照明设备，其特征在于：第二色光的波长范围为500纳米至700纳米。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的照明设备，其特征在于：所述散热器包括多数个散热翼。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个LED芯片通过采用硅酮尸密封的板上芯片(COB)安装于所述电路板的顶面上。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的照明设备，其特征在于：所述电路板的顶面采用具有或不具有焊接掩模的PCB、MCPCB、陶瓷或搪瓷材料制成。
12.根据权利要求2至9中任一项所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个LED芯片组装有引线框，且通过表面黏着方式(SMT)或通孔技术安装于该电路板的顶面。
13.一种照明设备，包括：
具有高光反射顶面的电路板，其中所述电路板的顶面采用具有或不具有焊接掩模的PCB、MCPCB、陶瓷或搪瓷材料制成；
至少一个安装于所述电路板的高反射顶面上的LED芯片，所述至少一个LED芯片具有可操作性，以发出第一色光；
荧光膜：(i)配置有拱形内表面，以使其与所述至少一个LED芯片保持预定的限定距离，所述荧光膜的部署便于所述LED芯片发出的光完全且均匀地投射到所述荧光膜上；(ii)具有开口，罩在该电路板的高光反射顶面上以形成光多次反射区，通过减少荧光膜及该电路板的高反射表面之间缝隙的少量直接光漏，来减少所述至少一个LED芯片的光吸收；(iii)所述荧光膜包括荧光体，该荧光体将由所述LED芯片发出的第一色光的至少一部分降频转换为具有较长波长的第二色光，其中第一色光的波长范围为300纳米至500纳米，第二色光的波长范围为500纳米至700纳米，且当第二色光与第一色光混合时，产生可见的白光。
14.根据权利要求13所述的照明设备，进一步包括：
具有顶面的散热器，该顶面安装有所述电路板，所述散热器设置于与该至少一个LED芯片相反的一侧，以散去该至少一个LED芯片产生的热量；及
低光扩散或透明外罩，其配置为与所述散热器配合并密封所述荧光膜。
15.根据权利要求13或14所述的照明设备，进一步包括：位于所述电路板和所述散热器之间的导热胶或导热膏。
16.根据权利要求13或14所述的照明设备，其特征在于：所述荧光膜具有由荧光粉层和透明支撑层组成的多层架构。
17.根据权利要求13或14所述的照明设备，其特征在于：所述荧光膜具有包含均匀分散的多荧光颗粒的透明层。
18.根据权利要求13至17中的任意一项所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个LED芯片结合且封装于所述电路板上。
19.根据权利要求1至18中的任意一项所述的照明设备，其特征在于：所述照明设备采用管状或轴向对称的半球状的实现方式。
20.根据权利要求14至19中的任意一项所述的照明设备，其特征在于：所述散热器包括多数个散热翼。
21.根据权利要求13至20中的任意一项所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个LED芯片通过采用硅酮尸密封的板上芯片安装于所述电路板的高反射顶面上。
22.根据权利要求1至21中的任意一项所述的照明设备，其特征在于：所述照明设备为发光体。
23.根据权利要求10或21所述的照明设备，其特征在于：所述硅酮尸密封材料是透明的。
24.根据权利要求10或21所述的照明设备，其特征在于：所述硅酮尸密封材料与具有不同于荧光膜的主波长的荧光体混合。
25.根据权利要求13至20及权利要求22至24中的任意一项所述的照明设备，其特征在于：所述LED芯片包装有引线框，且通过表面黏着方式(SMT)或者通孔技术安装于该电路板的顶面。
26.根据权利要求4或16所述的照明设备，其特征在于：所述透明支撑层由选自包含聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚酞酸酯(PPA)和聚氨酯(PU)材料组的透明聚合物制成。
27.根据权利要求4或16所述的照明设备，其特征在于：所述透明支撑层由玻璃制成。
28.根据权利要求5或17所述的照明设备，其特征在于：所述透明层由透明聚合物制成，该透明聚合物选自由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚酞酸酯(PPA)和聚氨酯(PU)构成的组。
29.根据权利要求5或17所述的照明设备，其特征在于：所述透明层由玻璃制成。
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