TW201413156A - 整合發光二極體式照明設備 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種發光二極體(LED)式照明設備，其包含安裝至安裝板之複數個LED且包含安置於該等LED上方之一透射板。該透射板包含經組態以改變由該複數個LED發射之一定量之光之一波長之一定量的波長轉換材料。一基底反射器結構在該等LED之至少兩者之間耦合至該LED安裝板及該透射板。在另一組態中，一反射材料壩包圍該等LED且耦合至該LED安裝板及該透射板，而一導熱材料壩則包圍該反射材料壩。在另一組態中，該LED安裝板具有包圍該等LED且耦合至該透射板之一導熱材料突出部，且在與該突出部相對之側上具有一空隙。
Description
本申請案根據35 USC§119主張2012年9月6日申請之美國臨時申請案第61/697,712號及2013年3月15日申請之美國臨時申請案第61/790,887號之優先權，該等案之全文以引用的方式併入本文中。
所描述之實施例係關於包含發光二極體(LED)之照明模組。
歸因於由照明設備產生之光輸出位準或通量之限制，在一般照明中使用發光二極體仍然受限。使用LED之照明設備亦通常遭受藉由色點不穩定性特性化之不良色彩品質。色點不穩定性隨時間變化以及隨部分的不同而變化。不良色彩品質亦藉由不良演色性而特性化，該不良演色性係歸因於由LED光源產生之無功率或具有很少功率的頻帶之光譜。此外，使用LED之照明設備通常具有色彩之空間及/或角變動。另外，使用LED之照明設備係昂貴的，此尤其歸因於有必要使用維持光源之色點所需的色彩控制電子器件及/或感測器或僅使用所生產LED中滿足應用之色彩及/或通量要求之少量選擇。
因此，期望對使用發光二極體作為光源之照明設備作出改良。
一種發光二極體(LED)式照明設備包含安裝至安裝板之複數個LED且包含安置於該等LED上方之一透射板。該透射板包含經組態以
改變由該複數個LED發射之一定量之光之一波長之一定量之波長轉換材料。一基底反射器結構在該等LED之至少兩者之間耦合至該LED安裝板及該透射板。在另一組態中，一反射材料壩包圍該等LED且耦合至該LED安裝板及該透射板，而一導熱材料壩包圍該反射材料壩。在另一組態中，該LED安裝板具有包圍該等LED且耦合至該透射板之一導熱材料突出部且在與該突出部相對之側上具有一空隙。
在下文實施方式中描述進一步細節及實施例以及技術。本發明內容並不界定本發明。本發明係由申請專利範圍界定。
100‧‧‧發光二極體(LED)式照明設備
100'‧‧‧發光二極體(LED)式照明設備
101‧‧‧外殼
102‧‧‧發光二極體(LED)
102A‧‧‧發光二極體(LED)
102B‧‧‧發光二極體(LED)
102C‧‧‧發光二極體(LED)
102D‧‧‧發光二極體(LED)
102E‧‧‧發光二極體(LED)
102F‧‧‧發光二極體(LED)
104‧‧‧發光二極體(LED)板/安裝板
120'‧‧‧燈具
120"‧‧‧燈具
120‧‧‧燈具/散熱片
125‧‧‧反射器
125'‧‧‧反射器
125"‧‧‧反射器
126‧‧‧側壁
127‧‧‧窗
150‧‧‧照明器具
150'‧‧‧照明器具
150"‧‧‧照明器具
163‧‧‧第二透射層
164‧‧‧小滴群組
165‧‧‧小滴群組
171‧‧‧基底反射器結構
171'‧‧‧基底反射器結構
171"‧‧‧基底反射器結構
171'''‧‧‧基底反射器結構
171A‧‧‧特徵部
171B‧‧‧深反射器表面
171C‧‧‧中心定位特徵部/導熱***物
171D‧‧‧導熱***物
172‧‧‧經塑形透鏡
174‧‧‧透射板
175‧‧‧反射材料
176‧‧‧反射材料
177‧‧‧囊封光學半透明材料
178‧‧‧全內反射(TIR)透鏡結構
180‧‧‧波長轉換材料/發黃光磷光體
181‧‧‧波長轉換材料/發紅光磷光體
182‧‧‧波長轉換材料
190‧‧‧導熱材料壩
191‧‧‧熱介面區域
192‧‧‧反射材料壩
193‧‧‧導熱材料壩
194‧‧‧導熱材料壩
195‧‧‧反射材料壩
200‧‧‧基底反射器結構
201‧‧‧接觸區域
圖1、圖2及圖3繪示包含一照明設備、反射器及燈具之三個例示性照明器具。
圖4繪示包含實體耦合一透射板及一LED安裝板之一基底反射器結構之一LED式照明設備之一實施例中之組件之一透視剖視圖。
圖5繪示包含實體耦合一透射板及一LED安裝板之一基底反射器結構之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一透視剖視圖。
圖6繪示包含實體耦合一透射板及一LED安裝板之一基底反射器結構之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一透視剖視圖。
圖7繪示具有用以將自LED發射之光引導至一透射板之一全內反射(TIR)透鏡結構之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖8繪示具有包圍LED且支撐一透射板之一反射材料壩之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖9繪示具有安置於LED上方且熱耦合至LED安裝板之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖10繪示具有多個透射板之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖11繪示具有均勻施覆至透射層之表面之一波長轉換材料之小滴之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖12繪示具有以一非均勻圖案施覆至透射層之表面之一波長轉換材料之小滴之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖13繪示具有以一非均勻圖案施覆至透射層之表面之不同波長轉換材料之小滴之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖14繪示具有包圍LED且支撐一透射板之一反射材料壩及包圍該反射材料壩之一導熱材料壩之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖15繪示具有包圍LED且支撐一透射板之一反射材料壩及包圍該反射材料壩之一導熱材料壩之另一實施例之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖16繪示具有包圍LED且支撐一透射板之一反射材料壩及包圍該反射材料壩之一導熱材料壩之另一實施例之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖17繪示具有包圍LED且支撐一透射板之一反射材料壩之另一實施例之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一側視圖。
圖18繪示包含實體耦合一透射板及一LED安裝板之一基底反射器結構之另一實施例之一LED式照明設備之另一實施例中之組件之一透視剖視圖。
圖19係圖18中繪示之LED式照明設備之一俯視圖。
現將詳細參考先前技術實例及本發明之一些實施例，在隨附圖式中繪示該等實施例之實例。
圖1、圖2及圖3繪示標記為150、150'及150"之三個例示性照明器具(其等有時統稱為照明器具150)。圖1中繪示之照明器具包含具有一矩形外觀尺寸之一LED式照明設備100。圖2中繪示之照明器具包含具有一圓形外觀尺寸之一LED式照明設備100'。圖3中繪示之照明器具包含整合至一修整燈設備中之一LED式照明設備100'。此等實例係為了闡釋性目的。亦可預期大致多邊形及橢圓形形狀之LED式照明設備之實例，且一般而言，LED式照明設備100及100'可統稱為LED式照明設備100。如圖1中所繪示，照明器具150包含照明設備100、反射器125及燈具120。圖2展示具有照明設備100'、反射器125'及燈具120'之照明器具150'且圖3展示具有照明設備100'、反射器125"及燈具120"之照明器具150"。反射器125、125'及125"在本文中有時統稱為反射器125且燈具120、120'及120"在本文中有時統稱為燈具120。如所描繪，燈具120包含一散熱能力，且因此有時可稱為散熱器120。然而，燈具120可包含其他結構及裝飾性元件(未展示)。反射器125經安裝至照明設備100以使自照明設備100發射之光準直或偏轉。反射器125可由一導熱材料(諸如包含鋁或銅之一材料)製成且可熱耦合至照明設備100。熱藉由傳導流動通過照明設備100及導熱反射器125。熱亦經由熱對流在反射器125上方流動。反射器125可係一複合抛物線集光器，其中該集光器係由一高度反射材料建構或塗佈有一高度反射材料。諸如一漫射器或反射器125之光學元件可(例如)藉由螺紋、夾具、扭鎖機構或其他適當配置而可移除地耦合至照明設備100。如圖3中所繪示，一反射器125可包含視情況(例如)塗佈有一波長轉換材料、漫射材料或任何其他所要材料之側壁126及一窗127。
如圖1、圖2及圖3中所描繪，照明設備100安裝至散熱器120。散熱器120可由一導熱材料(諸如包含鋁或銅之一材料)製成且可熱耦合至照明設備100。熱藉由透過照明設備100及導熱散熱器120傳導而流
動。熱亦經由散熱器120上方之熱對流而流動。照明設備100可藉由螺紋附接至散熱器120以將照明設備100夾箝至散熱器120。為了促進照明設備100之容易移除及替換，可(例如)藉由夾箝機構、扭鎖機構或其他適當配置而將照明設備100可移除地耦合至散熱器120。照明設備100包含(例如)直接或使用熱油脂、熱膠帶、熱墊或熱環氧樹脂熱耦合至散熱器120之至少一導熱表面。為了對LED進行適當冷卻，流動至板上之LED中之每一瓦特電能應使用至少50平方毫米但較佳100平方毫米之熱接觸面積。舉例而言，在使用20個LED之情況中，應使用1000至2000平方毫米散熱器接觸面積。使用一較大散熱器120可允許在較高功率下驅動LED 102，且亦容許不同散熱器設計。舉例而言，一些設計可展現較少取決於散熱器之定向之一冷卻能力。此外，可使用風扇或用於強制冷卻之其他解決方案以自設備移除熱。底部散熱器可包含一孔隙使得可製成至照明設備100之電連接。
由LED式照明設備100中之LED產生之光通常經色彩轉換以產生一所要輸出光。在本文中介紹用以改良自LED式照明設備100之光提取效率且改良由光轉換程序產生之熱之消散之多種實施例。在一態樣中，一基底反射器結構(在圖4至圖7中展示為基底反射器結構171、171'、171"及171'''，且在本文中有時統稱為基底反射器結構171)將自LED 102發射之光引導至塗佈有繪示為波長轉換材料180及181之至少一波長轉換材料之一透射板174(展示在圖4至圖7中)且提供透射板174與一LED安裝板104之間之一直接熱路徑。以此方式，藉由提供自透射板至一散熱設備之一直接熱消散路徑之相同結構改良光提取效率。
圖4、圖5及圖6繪示LED式照明設備100之多種實施例之組件的透視剖視圖。應瞭解，圖4至圖6將LED式照明設備100繪示為具有諸如圖2中所繪示之一圓形外觀尺寸，但亦可使用其他外觀尺寸，包含諸如圖1中所展示之一矩形外觀尺寸。應瞭解，如本文中所定義，一
LED式照明設備並非一LED，而是一LED光源或燈具或一LED光源或燈具之組件部分。舉例而言，LED式照明設備可係諸如圖3中所描繪之一LED式備用燈。LED式照明設備100包含一或多個LED晶粒，或封裝LED及LED晶粒或封裝LED所附接至之一安裝板。在一實施例中，LED 102A及102B(在本文中有時稱為LED 102)係以通常稱為一板上晶片(COB)組態之一配置而電及機械耦合至LED板104的LED晶粒。在另一實施例中，LED 102A及102B(在本文中有時稱為LED 102)係封裝LED，諸如由Philips Lumileds Lighting製造之Luxeon Rebel。亦可使用其他類型之封裝LED，諸如由OSRAM(Oslon package)、Luminus Devices(美國)、Cree(美國)、Nichia(日本)或Tridonic(奧地利)製造之封裝LED。如本文中所定義，一封裝LED係含有諸如焊線連接或凸塊之電連接且可能包含一光學元件及熱、機械及電介面之一或多個LED晶粒之一總成。LED晶片通常具有大約1mm×1mm×0.5mm之一大小，但此等尺寸可變化。在一些實施例中，LED 102可包含多個晶片。多個晶片可發射具有類似或不同色彩(例如紅色、綠色及藍色)之光。LED 102安裝至安裝板104。自LED 102發射之光被引導至透射板174。一導熱基底反射器結構171促進自透射板174至安裝板104(LED 102安裝於其上)的熱消散。
如圖4至圖6中所描繪，基底反射器結構171與透射板174及安裝板104實體接觸。如圖4中所繪示，基底反射器結構171經塑形以將來自LED 102之光引導至透射板174。此外，基底反射器結構171包含實體耦合透射板174及安裝板104之一特徵部171A。如圖4中所繪示，特徵部171A係定位於透射板174之中心。通常，溫度在透射板174之中心處最高。然而，藉由運用基底反射器結構171來熱耦合透射板174之中心與安裝板104，可藉由引起熱自透射板174之中心流動至安裝板104來降低透射板174之中心處的溫度。基底反射器結構171可在任何
數目個位置中熱耦合透射板174之底部表面與安裝板104。在一些實例中，若干接觸點可分佈在透射板174之表面上方。在此等實例中，選擇位置以最小化對LED式照明設備100之輸出光束均勻性的影響，同時最小化跨透射板174之表面的熱梯度。
圖5繪示具有基底反射器結構171'之LED式照明設備100。如所繪示，基底反射器結構171'包含將自LED 102發射之光引導至透射板174的深反射器表面171B。此外，基底反射器結構171'包含熱連接透射板174及安裝板104之一中心定位特徵部171C。如所繪示，基底反射器結構171'係由一部件建構，以最小化製造複雜性。
如圖6中所繪示，基底反射器結構171"包含熱耦合透射板174及安裝板104之一導熱***物171D。以此方式，基底反射器結構可由一低成本材料(例如，塑膠)建構且導熱***物171C可由針對導熱性而最佳化之一材料(例如，鋁或銅)建構。
如圖4至圖6中所描繪，基底反射器結構171與透射板174及安裝板104實體接觸。然而，在一些其他實施例中，基底反射器結構171可與透射板174及散熱器120實體接觸。以此方式，實現透射板174與散熱器120之間之一更直接熱路徑。在一實例中，基底反射器結構171之元件可經組態以通過LED板104中之空隙以將透射板174直接耦合至散熱器120。
基底反射器結構171可具有一高導熱性以最小化熱阻。例如，可使用經處理以使材料變成高度反射性及耐久性之一高度導熱材料(諸如，一鋁基材料)製成基底反射器結構171。例如，可使用由一德國公司Alanod製造之稱為Miro®之一材料。
可處理基底反射器結構171之光學表面以達成高反射性。舉例而言，可拋光或藉由一或多個反射塗層(例如反射材料，諸如由3M(美國)所銷售之VikuitiTM ESR、由Toray(日本)製造之LumirrorTM E60L、
諸如由Furukawa Electric Co.Ltd.(日本)製造之微晶聚對苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)、諸如由W.L.Gore(美國)及Berghof(德國)製造之聚四氟乙烯PTFE材料)覆蓋基底反射器結構171之光學表面。又，高度漫反射塗層可施覆至基底反射器結構171之光學表面。此等塗層可包含二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)及硫酸鋇(BaSO4)粒子或此等材料之一組合。
在一些實施例中，基底反射器結構171可由一反射陶瓷材料建構或包含一反射陶瓷材料，諸如由CerFlex International(荷蘭)生產之陶瓷材料。在一些實施例中，可使用一波長轉換材料塗佈基底反射器結構171之任何光學表面之部分。
圖7繪示LED式照明設備100之另一組態，其類似於圖4至圖6中展示之LED式照明設備100之組態，相似指定元件係相同的。如圖7中所繪示，LED式照明設備100可包含一全內反射(TIR)透鏡結構178以將自LED 102發射之光引導至透射板174。
圖8繪示LED式照明設備100之另一組態，其類似於圖4至圖6中展示之LED式照明設備100之組態，相似指定元件係相同的。如圖8中所繪示，LED式照明設備100包含一外殼101，該外殼101包含用以使LED式照明設備100與一散熱器(例如，圖1至圖3中分別繪示之散熱器120、120'及120")介接之機械特徵部。在一些實施例中，外殼101包含一緊固構件(例如，螺絲、彈簧夾、夾箝等)以將LED式照明設備100緊固至一散熱器。除了提供將LED式照明設備100緊固至一散熱器之一構件之外，外殼101亦保護LED式照明設備100之敏感組件(例如，LED、電子器件等)在照明應用中之安裝及操作期間免遭損壞。因此，外殼101可由一適合耐久材料(例如，金屬、塑膠、纖維強化塑膠等)建構。如可見，LED式照明設備100之組件安置於外殼內，其中透射板174定位於外殼101之一輸出埠處。可配合本文中論述之任何LED
式照明設備使用外殼101。
如圖8中所繪示，LED式照明設備100包含配置成一板上晶片(COB)組態之統稱為LED 102之若干LED 102A至102F。LED式照明設備100亦包含一基底反射器結構，該基底反射器結構包含安置於各個LED之間之空間中之一反射材料176及包圍LED 102且支撐透射板174之一反射材料壩175。在一些實例中，反射材料175及176係一白色、高度反射聚矽氧基材料。聚矽氧基材料係以一黏性狀態施配於LED 102之間及周圍之一可流動材料。在固化之後，材料呈現一永久形狀。在一些其他實例中，反射材料175及176係具有高度反射性質之剛性結構材料(例如，PTFE基材料、一經塗佈鋁材料等)。在圖8中描繪之實施例中，使用一囊封光學半透明材料177(例如，聚矽氧)填充LED 102與透射板174之間之空間以促進自LED 102之光提取且使LED 102與環境分離。在所描繪之實施例中，該反射材料壩175係將熱自透射板174傳導至LED安裝板104之導熱結構及將來自LED 102之入射光反射朝向透射板174之光學反射結構兩者。
在另一態樣中，一經塑形透鏡元件光學耦合至LED 102且熱耦合至LED安裝板104。該經塑形透鏡元件可包含至少一波長轉換材料。以此方式，藉由經塑形透鏡元件改良光提取效率且由經塑形透鏡元件上之波長轉換材料產生之熱具有至一散熱設備之一直接熱路徑。
圖9繪示LED式照明設備100之另一組態，其類似於圖4至圖6中展示之照明設備100之組態，相似指定元件係相同的。如所繪示，LED式照明設備100包含安置於統稱為LED 102之LED 102A、102B及102C上方之一經塑形透鏡172。如所繪示，經塑形透鏡172包含在經塑形透鏡172之發光表面處之至少一波長轉換材料。經塑形透鏡172直接耦合至安裝板104以促進熱自經塑形透鏡172流動至安裝板104。以此方式，將藉由經塑形透鏡172之表面上之色彩轉換產生之熱有效地傳遞
至安裝板104且經由散熱器120自LED式照明設備100移除。在一些其他實施例中，經塑形透鏡172直接耦合至散熱器120。在一實例中，諸如上文論述之基底反射器結構171之一基底反射器結構之元件可經組態以通過LED板104中之空隙以將經塑形透鏡172直接耦合至散熱器120。
LED 102可藉由直接發射或藉由磷光體轉換(例如，其中將磷光體層施覆至LED作為LED封裝之部分)而發射不同或相同色彩。照明設備100可使用彩色LED 102(諸如紅色、綠色、藍色、琥珀色或青色)之任何組合或LED 102可全部產生相同色彩之光。一些或所有LED 102可產生白光。此外，LED 102可發射偏振光或非偏振光且LED式照明設備100可使用偏振或非偏振LED之任何組合。在一些實施例中，LED 102發射藍光或UV光，此係因為LED在此等波長範圍中之發射效率。當結合(例如)透射板174或經塑形透鏡172上之波長轉換材料使用LED 102時，自照明設備100發射之光具有一所要色彩。藉由調諧波長轉換材料之化學及/或物理性質(諸如厚度及濃度)及透射板174或經塑形透鏡172之表面上之塗層之幾何性質，可指定藉由LED式照明設備100輸出之光之特定色彩性質，例如色點、色溫及演色指數(CRI)。
為了本專利文獻之目的，一波長轉換材料係執行一色彩轉換功能(例如吸收一峰值波長之一定量之光且據此回應而發射另一峰值波長之一定量之光)之任何單一化學化合物或不同化學化合物之混合物。
例如，磷光體可選自由以下化學式表示之集合：Y3Al5O12：Ce、(亦稱作YAG：Ce或簡稱為YAG)、(Y,Gd)3Al5O12：Ce、CaS：Eu、SrS：Eu、SrGa2S4：Eu、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12：Ce、Ca3Sc2Si3O12：Ce、Ca3Sc2O4：Ce、Ba3Si6O12N2：Eu、(Sr,Ca)AlSiN3：Eu、CaAlSiN3：Eu、CaAlSi(ON)3：Eu、Ba2SiO4：Eu、Sr2SiO4：Eu、Ca2SiO4：Eu、CaSc2O4：Ce、CaSi2O2N2：Eu、SrSi2O2N2：Eu、BaSi2O2N2：Eu、
Ca5(PO4)3Cl：Eu,Ba5(PO4)3Cl：Eu、Cs2CaP2O7、Cs2SrP2O7、Lu3Al5O12：Ce、Ca8Mg(SiO4)4Cl2：Eu、Sr8Mg(SiO4)4Cl2：Eu、La3Si6N11：Ce、Y3Ga5O12：Ce、Gd3Ga5O12：Ce、Tb3Al5O12：Ce、Tb3Ga5O12：Ce及Lu3Ga5O12：Ce。
在一實例中，可藉由添加波長轉換材料或自透射板174或經塑形透鏡172(其類似地可塗佈有或浸透一或多個波長轉換材料)移除波長轉換材料而完成照明設備之色點之調整。在一實施例中，如圖4至圖9中所繪示，諸如鹼土氧氮化矽之一發紅光磷光體181覆蓋透射板174或經塑形透鏡172之一部分，且諸如YAG之一發黃光磷光體180覆蓋透射板174或經塑形透鏡172之另一部分。
在一些實施例中，磷光體係在一適合溶劑介質中與一黏結劑及(視情況)一表面活化劑及一塑化劑混合。所得混合物係藉由噴塗、網版印刷、刮塗、噴射或其他適合方式之任一者進行沈積。藉由選取透射板174或經塑形透鏡172之形狀及高度並選擇透射板174或經塑形透鏡172將覆蓋有或不覆蓋有一特定磷光體之部分且藉由最佳化表面上之一磷光體層之層厚度及濃度，可如所需般調諧自設備發射之光之色點。
在一實例中，可在透射板174或經塑形透鏡172之一部分上圖案化一單一類型之波長轉換材料。例如，可在透射板174或經塑形透鏡172之不同區域上圖案化一發紅光磷光體181，且可在透射板174或經塑形透鏡172之其他區域上圖案化一發黃光磷光體180。在一些實例中，該等區域可彼此實體分離。在一些其他實例中，該等區域可彼此相鄰。磷光體之覆蓋範圍及/或濃度可變化以產生不同色溫。應瞭解，若由LED 102產生之光變化，則紅色磷光體之覆蓋面積及/或紅色及黃色磷光體之濃度將需要變化以產生所要色溫。可藉由基於效能添加或移除磷光體材料之任一者來量測及修改LED 102、紅色磷光體及
黃色磷光體之色彩效能，使得最終組裝產品產生所要色溫。在一些實例中，在最終組裝之後量測一組裝LED式照明設備之色彩，且基於經量測色彩而判定用以達到所要色溫之磷光體含量之一適當改變。可藉由移除磷光體材料(例如，雷射燒蝕、機械磨蝕等)或藉由添加磷光體材料(例如，藉由噴塗、網版印刷、刮塗、噴射等之任一者)來實現磷光體含量之適當改變。在一些其他實例中，在最終組裝之前量測一LED式照明設備之色彩。可藉由移除磷光體材料或藉由添加磷光體材料至透射板174或經塑形透鏡172來實現磷光體含量之適當改變。在改變磷光體含量之後，LED式照明設備100經歷其中將透射窗174或經塑形透鏡172永久固定至適當位置中之最終組裝。
透射板174及經塑形透鏡172可由一適合光學透射材料(例如，藍寶石、氧化鋁、冕玻璃、聚碳酸酯及其他塑膠)建構。
透射板174及經塑形透鏡172係在LED 102之發光表面上方間隔一間隙距離。在一些實施例中，可期望間隔以為自LED封裝子基板至LED之作用區域的焊線連接留出間隙。在一些實施例中，可期望一毫米或更小之一間隙，以為焊線連接留出間隙。在一些其他實施例中，可期望兩百微米或更小之一間隙，以增強自LED 102之光提取。
在一些其他實施例中，可由LED 102之大小來判定間隙距離。舉例而言，可藉由一單一正方形作用晶粒區域之任一側之長度尺寸來特性化LED 102之大小。在一些其他實例中，可藉由一矩形作用晶粒區域之任一側之長度尺寸來特性化LED 102之大小。一些LED 102包含許多作用晶粒區域(例如，LED陣列)。在此等實例中，可藉由任何個別晶粒之大小或整個陣列之大小來特性化LED 102之大小。在一些實施例中，間隙應小於(例如)LED 102之一側之長度之大小。在一些實施例中，間隙應小於LED 102之大小之百分之二十。在一些實施例中，間隙應小於LED之大小之百分之五。隨著間隙減小，可改良光提
取效率，但輸出光束均勻性亦可能降級。
在一些其他實施例中，可期望將透射板174或經塑形透鏡172直接附接至LED 102之表面。以此方式，在透射板174或經塑形透鏡172與LED 102之間之直接熱接觸促進自LED 102之熱消散。在一些其他實施例中，可使用一固體囊封材料填充安裝板104與透射板174或經塑形透鏡172之間的空間。例如，可使用聚矽氧來填充空間。在一些其他實施例中，可使用一流體填充空間以促進自LED 102之熱提取。
在圖8中所繪示之實施例中，藉由一定量之可撓性光學半透明材料177將面對LED 102之圖案化透射板174之表面耦合至LED 102。藉由一非限制性實例，可撓性光學半透明材料177可包含黏著劑、光學透明聚矽氧、載有反射粒子之聚矽氧(例如，二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)及硫酸鋇(BaSO4)粒子或此等材料之一組合)、載有一波長轉換材料之聚矽氧(例如，磷光體粒子)、燒結PTFE材料等。在本文中論述之任何實施例中，可應用此材料以將透射板174耦合至LED 102。
在一些實施例中，採用堆疊透射層。每一透射層包含不同波長轉換材料。舉例而言，如圖10中所繪示，透射層174包含在透射層174之表面區域上方之波長轉換材料180。此外，一第二透射層163係放置在透射層174上方且與透射層174接觸。透射層163包含波長轉換材料181。以此方式，可藉由獨立地替換透射層174及163而調諧自LED式照明設備100發射之光之色點以達成一所要色點。如圖10中所繪示，雖然第二透射層163係放置在透射層174上方且與透射層174接觸，但可在該兩個元件之間維持一空間。此可為可期望以促進透射層之冷卻。舉例而言，可透過該空間引入氣流以冷卻透射層。
在一些實施例中，可施覆任何波長轉換材料作為一圖案(例如，條帶、點、塊、小滴等)。舉例而言，如圖11中所繪示，波長轉換材料180之小滴均勻地施覆至透射層174之表面。可藉由增大小滴之表面
積之量而改良提取效率。
如圖12中所繪示，在一些實施例中，可以一非均勻圖案在透射層174上間隔波長轉換材料180之小滴。舉例而言，定位於LED 102C上方之一小滴群組165經緊密堆積(例如，小滴與相鄰小滴接觸)，而定位於LED 102A與LED 102B之間之一空間上方之一小滴群組164經稀疏堆積(例如，小滴與相鄰小滴間隔開)。以此方式，可藉由改變透射層174上之小滴之堆積密度而調諧自LED式照明設備100發射之光之色點。
如圖13中所繪示，在一些實施例中，不同波長轉換材料之小滴可放置於透射板174之不同位置中且亦可以一非均勻圖案放置。舉例而言，小滴群組164可包含波長轉換材料180且小滴群組165可包含包含波長轉換材料181及波長轉換材料182之小滴之一組合。以此方式，依不同密度相對於LED 102定位不同波長轉換材料之組合以達成自LED式照明設備100發射之光之一所要光點。
在所繪示之實施例中，波長轉換材料係定位於透射層174之表面上。然而，在一些其他實施例中，任何波長轉換材料可嵌入透射層174內。
可使用諸如空氣或一惰性氣體之一非固體材料填充LED 102與透射板174或經塑形透鏡172之間之區域，使得LED 102發射光至非固體材料中。例如，可氣密密封腔且使用氬氣填充腔。或者，可使用氮。在其他實施例中，可使用一固體囊封材料填充LED 102與透射板174或經塑形透鏡172之間之區域。例如，可使用聚矽氧填充腔。在一些其他實施例中，可使用一流體填充色彩轉換腔160以促進自LED 102之熱提取。在一些實施例中，該流體中可包含波長轉換材料以達成色彩轉換。
圖14繪示LED式照明設備100之另一組態，其類似於圖8中展示之
LED式照明設備100之組態，相似指定元件係相同的。如所繪示，LED式照明設備100包含配置成一板上晶片(COB)組態之統稱為LED 102之若干LED 102A至102F。此外，LED式照明設備100包含一基底反射器結構，該基底反射器結構包含安置於各個LED之間之空間中之一反射材料176(例如，一白色聚矽氧材料)、包圍LED 102且支撐透射板174之在本文中稱為一反射材料壩192之一反射材料結構及包圍該反射材料壩192之在本文中稱為一導熱材料壩190之一導熱結構。該導熱材料壩190與透射板174接觸且在熱介面區域191處與LED安裝板104接觸。在一實施例中，蝕除LED安裝板104之介電表面以曝露熱介面區域191上方之傳導金屬基板(例如，銅、鋁等)。
在一些實施例中，該導熱材料壩190與該反射材料壩192間隔開。當透射板174經附接而不干擾導熱材料190與透射板174之間之熱連接時，空間容許過量光學半透明材料177澆注在該反射材料壩上方。在一些其他實施例中，反射材料壩與導熱材料壩190接觸。在一實例中，反射材料係施配於該導熱材料壩190內之一可流動材料(例如，聚矽氧基材料)。反射材料芯吸(wick up)導熱材料壩190之邊緣以屏蔽導熱材料壩使之免於曝露至自LED 102發射之光。在一些實施例中，該導熱材料壩190包封透射板174之邊緣，此提供熱接觸之一較大表面積且亦容許LED式照明設備之有效孔徑藉由該導熱材料壩190界定。
圖15係繪示LED式照明設備100之另一組態之一圖式，其類似於圖14中展示之LED式照明設備100之組態。然而，在圖15中所描繪之實施例中，導熱材料壩193主要在底部表面上接觸透射板174，而非如參考圖14所描述般環繞透射板174之邊緣。
一般而言，該反射材料壩192由一高度反射材料建構。重點係選擇具有高反射性之材料以最小化LED式照明設備100中之光學損耗。
歸因於導熱材料壩190之存在，高度反射材料192之導熱性係次要的。相比之下，該導熱材料壩190係由具有高導熱性之一材料建構。重點係選擇具有高導熱性之材料以最小化透射板174與安裝板104之間之熱阻。歸因於LED 102之光學路徑中之高度反射材料壩192之存在，導熱材料190之反射性係次要的。以此方式，一第一材料壩(例如，高度反射材料壩192)包圍LED 102以最小化光學損耗，且一第二材料壩(例如，導熱材料壩190)包圍第一壩以專注於熱效能。重要的是，藉由光學壩光學屏蔽熱壩使之免受LED 102之擾；因此，熱壩之光學效能並非關鍵。此方法容許設計者針對各個各自材料壩選取個別材料(一材料針對光學效能最佳化，且另一材料針對熱效能最佳化)，而非被迫選擇既非光學最佳亦非熱最佳之一壩材料。
在一些實施例中，反射材料壩192係一高度反射聚矽氧，且導熱材料壩190係一導熱聚矽氧。然而，可預期其他材料。舉例而言，如圖16中所繪示，導熱材料壩194係接合至透射板174及安裝板104之一導熱金屬，此類似於圖14中所繪示之實施例。在一些實施例中，該導熱材料壩194係鋁或銅。可預期其他導熱材料。可藉由焊料接頭、熔接密封、環氧樹脂或任何其他適合接合材料將導熱金屬接合至透射板174及安裝板104。
在一實例中，藉由將導熱材料壩190接合至LED安裝板而部分建構LED式照明設備100。舉例而言，該導熱材料壩190係接合至LED板104上(例如，回流焊料、環氧樹脂等)之一金屬結構(例如，鍍鎳鋁、銅等)。將LED 102填入LED板104且製成LED晶粒與LED板104之間之電連接。在該導熱材料壩190內及LED 102之間之空間中沈積可流動反射材料。反射材料芯吸該導熱材料壩190之邊緣以屏蔽該導熱材料壩使之免於曝露至自LED 102發射之光。透射板174(例如，使用黏膠、環氧樹脂等)接合至該導熱材料壩190。
圖17繪示LED式照明設備100之另一組態。如所繪示，LED式照明設備100包含安置成一板上晶片(COB)組態之統稱為LED 102之LED 102A至102F。使用一反射材料176(例如一白色聚矽氧材料)填充各個LED之間之空間。另外，一反射材料壩195包圍LED 102且支撐透射板174。使用一囊封光學半透明材料177填充LED 102與透射板174之間之空間以促進自LED 102之光提取且使LED 102與環境分離。在所描繪之實施例中，該反射材料壩195係將熱自透射板174傳導至LED安裝板104之導熱結構及反射來自LED 102之入射光朝向透射板174之光學反射結構兩者。藉由衝壓或精壓安裝板104之底部表面以在安裝板104之頂部表面上產生一突出部且在與突出部相對之底部表面上產生一空隙而產生反射材料壩195。在安裝板104之頂部表面上之所得突出部用作反射材料壩195且提供透射板174與安裝板104之間之導熱性。安裝板104係一絕緣金屬基板(例如，一金屬核心印刷電路板)。藉由非限制性實例，金屬基板可係鋁或銅。
圖18繪示類似於圖4至圖6中所展示之一基底反射器結構200之另一實施例。如圖18中所繪示，基底反射器結構200將自LED 102發射之光引導至塗佈有至少一波長轉換材料(繪示為波長轉換材料180及181)之透射板174且提供透射板174與一LED安裝板104之間之一直接熱路徑。基底反射器結構200在一區域201上方與透射板174接觸。區域201經指定為足夠大以消散大量熱，但並未大至阻擋透射穿過透射板174之大部分光。
圖19係圖18中繪示之發光設備之一俯視圖。在所繪示之實施例中，具有1mm2發光面積之LED 102以約4毫米之一間隔配置在LED安裝板104上。基底反射器結構200以一柵格圖案配置在各個LED之間。基底反射器結構200與透射板174之間之接觸區域201具有約1毫米之一寬度，而透射板174與LED安裝板104之間之距離係約0.5毫米。在所
描繪之實施例中，基底反射器結構200係具有約1W/mK之一導熱性之一光學反射聚矽氧。此組態容許透過基底反射器結構200將大量熱自透射板174傳導至LED安裝板104。
一般而言，基底反射器結構200係由具有高導熱性之一反射材料建構。在一些實施例中，採用一高度反射導熱聚矽氧材料。藉由在LED安裝板104上施配聚矽氧時控制聚矽氧之空間分佈，可在LED 102周圍形成一杯狀形狀。以此方式，藉由基底反射器結構200將來自LED 102之大角度光發射引導朝向透射板174。
在另一態樣中，藉由一導熱結構及一光學反射結構將透射板174耦合至LED安裝板104，以促進自透射板174至安裝板104之熱傳遞且促進自LED式照明設備之光提取。
雖然上文為指導目的描述某些特定實施例，但本專利文獻之教示具有普遍適用性且不限於上述特定實施例。舉例而言，雖然將LED式照明設備100描繪為自設備之頂部發射(即，與LED安裝板104相對之側)發射，但是在一些其他實施例中，LED式照明設備100可自設備之側(即，與LED安裝板104相鄰之一側)發射。在另一實例中，可使用磷光體圖案化LED式照明設備100之任何組件。圖案本身及磷光體組合物兩者可變化。在一實施例中，照明設備可包含定位於LED式照明設備100之不同區域處之不同類型之磷光體。舉例而言，一紅色磷光體可定位於透射板174之底側上且黃色及綠色磷光體可定位於透射板174之頂部上。在一實施例中，不同類型之磷光體(例如，紅色及綠色)可定位於透射板174或經塑形透鏡172上之不同區域上。舉例而言，一類型之磷光體可以(例如)條帶、點或其他圖案圖案化於透射板174或經塑形透鏡172上一第一區域處，而另一類型之磷光體係定位於透射板174或經塑形透鏡172上之一不同第二區域上。若需要，可使用額外磷光體且將其等定位於不同區域中。另外，若需要，可僅使用一
單一類型之波長轉換材料且將該波長轉換材料圖案化於透射板174或經塑形透鏡172上。在另一實例中，在圖1至圖3中將LED式照明設備100描繪為一照明器具150之一部分。如圖3中所繪示，LED式照明設備100可係一備用燈或修整燈之一部分。但是，在另一實施例中，LED式照明設備100可塑形為備用燈或修整燈且視為備用燈或修整燈。因此，在不脫離如申請專利範圍中陳述之本發明之範疇之情況下，可實踐所描述實施例之各種特徵之各種修改、調適及組合。
102A‧‧‧發光二極體(LED)
102B‧‧‧發光二極體(LED)
102C‧‧‧發光二極體(LED)
104‧‧‧發光二極體(LED)板/安裝板
174‧‧‧透射板
180‧‧‧波長轉換材料/發黃光磷光體
181‧‧‧波長轉換材料/發紅光磷光體
191‧‧‧熱介面區域
200‧‧‧基底反射器結構
201‧‧‧接觸區域
Claims (20)
- 一種LED式照明設備，其包括：複數個LED，其等安裝至一LED安裝板；一第一透射板，其安置於該複數個LED上方，該第一透射板包含經組態以改變由該複數個LED發射之一定量之光之一波長之一第一量之一第一波長轉換材料；及一基底反射器結構，其在該複數個LED之至少兩者之間耦合至該LED安裝板，該基底反射器結構延伸至該透射板且在一接觸區域上方與該透射板接觸。
- 如請求項1之LED式照明設備，其中該基底反射器結構與該第一透射板之間之該接觸區域經塑形為該複數個LED之間之一柵格圖案。
- 如請求項1之LED式照明設備，其中該基底反射器結構與該第一透射板之間之該接觸區域係該複數個LED之間之一接觸點矩陣。
- 如請求項1之LED式照明設備，進一步包括：複數個全內反射(TIR)透鏡元件，其等安置於該複數個LED之各者與該第一透射板之間，其中該等TIR透鏡元件之各者安置於該基底反射器結構內。
- 如請求項1之LED式照明設備，進一步包括：一囊封劑材料，其安置於該基底反射器結構與該複數個LED上方之該第一透射板之間。
- 如請求項1之LED式照明設備，進一步包括：一第二透射板，其安置於該第一透射板上方，該第二透射板包含經組態以改變由該複數個LED發射之該一定量之光之一波長之一第二量之一第二波長轉換材料。
- 如請求項1之LED式照明設備，其中該第一透射板包含經組態以改變由該複數個LED發射之該一定量之光之一波長之一第二量之一第二波長轉換材料。
- 一種LED式照明設備，其包括：複數個LED，其等安裝至一LED安裝板；一透射板，其安置於該複數個LED上方，該透射板包含經組態以改變由該複數個LED發射之一定量之光之一波長之一第一量之一第一波長轉換材料；一反射材料壩，其包圍該複數個LED且耦合至該LED安裝板及該透射板；一導熱材料壩，其包圍該反射材料壩，其中該導熱材料壩耦合至該LED安裝板及該透射板；及一外殼，其包圍該LED安裝板，該反射材料壩及該導熱材料壩安置於該外殼內。
- 如請求項8之LED式照明設備，其中該外殼包含至少一機械特徵部，以使該LED式照明設備與一散熱器介接。
- 如請求項8之LED式照明設備，其中該外殼與該導熱材料壩間隔開。
- 如請求項8之LED式照明設備，其中該導熱材料壩與該反射材料壩間隔開。
- 如請求項8之LED式照明設備，其中該導熱材料壩與該反射材料壩接觸。
- 如請求項8之LED式照明設備，其中該反射材料壩光學屏蔽該導熱材料壩使之免受由該等LED發射之該一定量之光。
- 如請求項8之LED式照明設備，進一步包括：一囊封劑材料，其安置於該複數個LED與該第一透射板之間。
- 如請求項8之LED式照明設備，其中該透射板包含經組態以改變由該複數個LED發射之該一定量之光之一波長之一第二量之一第二波長轉換材料。
- 一種方法，其包括：將一導熱材料壩接合至一LED安裝板；將複數個LED安裝至該LED安裝板上且將該等LED之各者電耦合至該LED安裝板；在該導熱材料壩內沈積一可流動反射材料，使得該可流動反射材料芯吸該導熱材料壩之邊緣，以屏蔽該導熱材料壩使之免於曝露至自LED發射之光；及在該複數個LED上方將一透射板接合至該導熱材料壩，其中該透射板包含經組態以改變由該複數個LED發射之一定量之光之一波長之一定量之一波長轉換材料。
- 如請求項16之方法，其中在該導熱材料壩內沈積該可流動反射材料涉及在該複數個LED之間之一空間中沈積該可流動反射材料。
- 如請求項16之方法，其中該導熱材料壩係一金屬結構。
- 如請求項18之方法，其中該金屬結構至該LED安裝板之該接合涉及將該金屬結構膠合或焊接至該LED安裝板。
- 如請求項16之方法，其中該透射板至該導熱材料壩之該接合涉及將該透射板膠合至該導熱材料壩。
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