专利名称：固态灯泡的制作方法
固态灯泡相关申请的交叉参考本申请主张如下权益2009年10月22日由若干发明人申请的名称为“Lamp”的美国临时专利申请61/279，586、由相同发明人中的一些申请的名称均为“Solid-State LightBulb With Interior Volume for Electronics”的2009年 11 月 10 日申请的美国临时申请61/280，856、2010年I月19日申请的美国临时申请61/299，601、2010年5月12日申请的美国临时申请61/333，929、以及由若干发明人于2009年11月25日申请的名称为“On-WindowSolar-Cell Heat-Spreader”的美国临时申请61/264，328。所有申请并入于此作为参考。参考Falicoff 等人名称为 “Spherically Emitting Remote Phospher” 的未决和共有美国专利申请No. 12/378,666(公 开号2009/0225529)、Chaves等人的名称为“Optical Device For LED-Based Lamp” 的 No. 12/210，096 (公开号 2009/0067179)以及名称为 “remote phosphor LED downlight” 的 No. 12/387，341(公开号 2010/0110676)。所有这些申请具有至少一个与本发明共同的发明人，其全部内容并入于此作为参考。参考若干申请人的2010年5月12日申请的名称为“Di_able LED Lamp”的未决美国专利申请 No. 12/777，231, 2009 年 10 月 16 日申请的名称为 “Quantum Dimming via SequentialStepped Modulation” 的 No. 12/589，071(公开号 2010-0097002)，以及 2010 年 10 月 22日申请的名称为 “Remote phosphor light engines and lamps” 的国际专利申请 No. PCT/
US2010/_(文档号47654-40-W0)。所有这些申请具有至少一个与本发明相同的发明
人，其全部内容并入于此作为参考。
背景技术：
如在若干申请包括上述US12/378，666和US12/210，096中公开的，球面远程荧光体可以具有非常均匀的亮度，由此具有均匀的球面强度。荧光体-LED灯系统通常使用蓝色LED和微黄的荧光体，其组合以产生白光。然而，在一些情况和条件下，大的球面远程荧光体的美学缺点是当没有点灯时具有强烈的微黄外观并且不呈现蓝光。另一个美学缺点是远程荧光体灯的形状通常显著不同于现有灯泡的形状，现有灯泡具有螺纹手柄上的球体形状。需要与传统白炽灯泡相同形状的LED灯，但是要具有足够的散热能力以有效地使用LED和荧光体，特别是当任务是以低得多的功率产生与75瓦白炽灯同样高的发光亮度。现有技术包括Soules等人的美国专利No. 7，479，662，其公开了透明的球体，在其中央有蓝光LED芯片并且在其表面涂有荧光体。Soules的图4中示出了装配在模塑的球体318中央的LED芯片312，其具有“在球体的内表面上涂覆的荧光体”。Soules还公开了LED “将在所有方向均匀照射”。然而，Soules没有提供能够实现均匀的球面光分布的LED的细节。常用的LED通常产生半球(或接近半球)的朗伯强度图案，其被公知为非常不均匀。还有一些具有蝙蝠形或其他不均匀强度图案的LED，但是都不具有半球均匀性。相反地，通常封装的LED或芯片的半球朗伯输出给出在半球(仅球体的一半)中涂覆的荧光体上的不均匀的蓝光分布，导致不均匀的表面色度，芯片之上具有最高色温而芯片之后具有最低色温。
在Soules的图4所示的实施例中，如果LED芯片312没有球面发光(如Soules要求的那样)，而是半球朗伯源，那么中空球的内表面上涂覆的与沟通的上半球将由蓝光直接照射，使其从LED中突出出来。涂覆了荧光体的表面的下半球不能被直接照射，但是通过从上半球反射的微弱的蓝光照射。由发明人和远程荧光体LED光源领域的研究人员H^0nN.Narendran，Y.Gu，J. P. Freysinnier-Nova, Y. Zhu, ^Extracting phosphor-scattered photons to improvewhite LED efficiency”，phys. Stat,Sol. (a)202 (6) :R60_R62,Rapid Research Letters,2005 Wiley-WVH，参见图3)完成的测量显示通常从设计以产生白光的传输荧光体层反射的蓝光的百分比是大约10到15%，基本上独立于荧光体涂层的密度(参见Narendran等人的图3)。也就是说，85到90%的蓝光被转换或者未被转换地通过上半球的荧光体层。来自上半球转换的黄光的近似40到50%可以向内发射(见Narendran等人的图3)并且朝向下半球行进。为了最终从灯泡发射的白光在两个半球相同(相同的强度，颜色温度等)，黄光和蓝光的量(和它们的比率)必须在球面上的所有点匹配上半球。这个推测在某种程度上是有可能的，但是当LED在球体中央时，不确定如何可以实现如Soules等人描述的那样。作为照射与荧光体的不同垂直定位的区域的不均匀的光的结果，还有其他问题需要克 月艮，光从朗伯发射LED不均匀地照射。来自朗伯源的强度作为远离发射光线的法线的角度的余弦函数而改变。当因为光线平行于源的表面而精确垂直于法线时，任何朗伯表面的强度为零。由此，Soules的图4的系统不能使用具有朗伯输出的LED实现均匀的白光。猜测这就是Soules为什么表示他的系统操作LED以产生“均匀”输出的原因。Soules在他的图2中示出了他的发明的更可行的实施例，具有半球远程荧光体涂层。这克服了如在图4的实施例中的前述问题，因为其消除了下半球部分。然而，Soules没有解决通常的LED的朗伯输出的注意问题，并且其前提依赖于LED在上半球的所有角方向上产生“均匀”光。
发明内容
期望具有一种远程荧光体固态光源，其产生球面均匀光或者具有与现有白炽灯的输出分布类似的输出分布，同时单独地或以阵列形式利用标准LED，而不管它们是否是半球朗伯发光器。已经使用了一种非远程荧光体方法来将白色LED装配到圆柱形金属芯子上，该芯子装配在杆的一端，如Utah的CAO Group公司的Dynasty S14灯示例的那样。然而，该灯和它们的产品线上的其他灯产生蝶形光束图案，这与更期望的球面光束图案相反。另一个方法可以用于将白色LED放到球面金属球上。然而，其中装配有球的杆必须比球的直径窄，如果它没有阻挡太多立体角。杆提供了用于球的主要冷却路径。然而，该配置具有由热路径的有限尺寸相对于球面球的表面上的能量密度所引起的冷却问题。其次，存在暗区，因为使用正方形晶圆或现有封装的LED，LED源不能装配为完全位于球上。理论上来说，荧光体可以沉积在小的芯片的阵列上，包括围绕芯片的暗区。然而，该配置导致光束在不同方向上具有可视的不同颜色的温度，有时候不美观。此外，将芯片放置到球形上是困难的，并且不利于将其应用于量产技术，量产技术通常使用拣选机器。期望具有固态光源，使用遥控磷光体，具有与75W类型A19白炽灯泡的近似球面的亮度分布类似的角分布，其具有类似的集合限制但是具有非常高效率。本发明的实施例至少部分地满足这些和其他要求。LED对于过温情况是敏感的。由此，为了提供热可变的LED灯泡设计，期望使用足够低的热阻(摄氏度/瓦)从芯片移除热负载，用于安全操作温度。通过从电输入功率减去总辐射输出功率来发现热。指定上安全温度和上环境温度给出了最小温度差，其除以热的瓦数来给出热阻。还期望提供能够在传统灯泡接收器中使用的灯。这样的接收器通常具有50或60Hz AC在110-120或220-240伏的电能，根据国家而不同。然而，LED通常仅需要3伏特DC。LED的阵列可以串行连线以增加有效的供电，但是通常不是240伏特。由此期望提供灯泡的不透明基底内部的空间，用于Ac到DC和电压转换的电压单元。还期望进一步提供内部空间用于这样的电子控制，如变暗、颜色温度调节和芯片温度监测。本发明的实施例的几何形状的目的在于实现这些目的。 本发明的实施例的遥控磷光体方法与现有白色LED相比减小了芯片热负载，白色LED具有直接位于芯片上的荧光体。例如，辐射其电子输入的35%作为光的蓝色芯片将具有65%的热负载。具有90%的量子效率的和80%的斯托克斯效率的荧光体将具有10%的转换热负载和来自斯托克斯频移的18%的热负载，一共28%。考虑85%的蓝色光进入荧光体并且10 %从荧光体出来，使得荧光体热负载是75 %的28 %，或者所有蓝色光的21 %。对于当前可用的蓝色芯片，蓝光输出是电能的35%。这使得磷光体的热负载是电能的7%，这更容易由大的荧光体自身而不是芯片消散热负载，芯片已经热负载了 65%的电能。随着芯片技术的改善，从芯片提取了在活性层内生成的越来越多的蓝光。当前的商用芯片已经达到了 50%的效率(电能的50%的蓝光输出)，并且很快可以期望70-80%的范围。这留下了越来越少的浪费的电能来使芯片变热，允许对于相同的热负载较高的电流水平和更大的光能输出。实际上，当调整了电极的大小用于这些较高的电流水平，可以期望关于电流的剩余的限制是最高可容忍的操作温度。然而，当高效蓝色芯片由此在其峰值温度操作时，保形涂层的传统荧光体几何形状引起了问题。当芯片是75%有效的时，它的热负载仅为25%，但是磷光体热负载依然是蓝光的24%，那么是电能的16%。使用保形荧光体，来自荧光体的大部分热将必须通过芯片传导，将芯片的负载增加了 63 % (从25 %的电能到41 %的电能)。这意味着保形涂层的白色芯片的限制热的电流将必须显著低于单个蓝色芯片的。发明人使用软件包COSMOS执行具有有限要素模型的热仿真。这里假设的模型是用于热沉的4. 24° K/W的热电阻，通过蓝色芯片的厚度的I. 85° K/W和用于荧光体之上的硅酮密封层的100° K/W(后者是在高通量LED封装中使用的标准材料)。还假设环境温度是25摄氏度并且LED和其热沉位于空气中，并且没有阻碍物阻挡对流损耗。下面的表列出了得到的温度。
芯片效率电流仅蓝色涂覆的蓝色荧光体
35%350mA5TC5&V&VC
80%350mA33ΓATC&8V
权利要求
1.一种灯泡，包括 至少一个发光器件； 电路板，所述至少一个发光器件装配在所述电路板上； 导热框架，所述电路板装配在所述导热框架上； 连接器，用于将灯泡电子和机械附接于接收器，所述连接器装配在所述框架上与所述至少一个发光器件相反侧上； 透明球，所述透明球涂覆有荧光体，所述荧光体包括由所述发光器件光激活的材料；以及 接口表面，占据了所述球的表面的一小部分，所述接口表面光学地结合到所述至少一个发光器件。
2.根据权利要求I所述的灯泡，还包括透光球状外壳，装配在所述框架上以包围所述透明球和所述电路板。
3.根据权利要求I所述的灯泡，其中，所述接口表面处于所述透明球的表面的假想延续部分的切线与对着所述透明球的中心的30°半角的弦之间的空间。
4.根据权利要求I所述的灯泡，其中，所述接口表面包括平坦弦、割线中或者正切面的至少一个和截头圆锥。
5.根据权利要求4所述的灯泡，其中，所述接口表面包括所述平坦弦、割线或者正切面，和所述截头圆锥，所述截头圆锥包围所述平坦面，并且所述平坦面覆盖有漫反射材料。
6.根据权利要求5所述的灯泡，其中所述平坦面的所述漫反射材料应用至所述电路板，并且其中所述至少一个发光器件装配在所述电路板的外周部分，所述外周部分与所述透明球正切，所述外周部分光学地结合到所述接口表面的所述截头圆锥。
7.根据权利要求I所述的灯泡，其中，所述至少一个发光器件包括蓝色LED芯片的阵列。
8.根据权利要求7所述的灯泡，其中，所述至少一个发光器件还包括红色LED的阵列。
9.根据权利要求8所述的灯泡，所述至少一个发光器件包括与所述红色LED芯片交错的所述蓝色LED芯片。
10.根据权利要求I所述的灯泡，其中，所述连接器符合标准类型的接收器。
11.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述外壳与球间隔开。
12.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述透光外壳是漫散地半透明的。
13.根据权利要求4所述的灯泡，其中，所述平坦面的半径对着所述透明球中心的15°和30。角之间。
14.根据权利要求I所述的灯泡，其中，所述透明球是透明绝缘材料的实心球。
15.根据权利要求I所述的灯泡，其中，所述透明球是中空球。
16.根据权利要求15所述的灯泡，其中，所述空心球在其内部涂覆有所述荧光体。
17.根据权利要求2所述的灯泡，其中，所述球状外壳是玻璃的并且具有金属条，所述金属条源自所述框架，形状符合地附接于所述球状外壳的外部、内部或嵌入其中。
18.根据权利要求I所述的灯泡,其中,所述荧光体材料包括三个荧光体种类。
19.根据权利要求15所述的灯泡，其中，通过将掺杂了所述荧光体的硅酮材料模塑形成所述中空球。
20.根据权利要求18所述的灯泡，其中，所述三个荧光体种类包括 用于红色，Phosphor Tech buvr02,处于所述球的表面上I. 7±0. I毫克每平方厘米； 用于黄色，Phosphor Tech bywOla,处于所述球的表面上4. 9±0. I毫克每平方厘米；以及 用于绿色，Intematix gl758,处于所述球的表面上20. 3±0. 2毫克每平方厘米。
21.根据权利要求I所述的灯泡，其中，所述至少一个发光器件装配为接近于该球，并且直接与该球接口。
22.根据权利要求I所述的灯泡，其中，电路板处于从球紧外面或者切下球的一部分用于接口的地方处球的曲线的假想延伸部分的紧外面的位置到切下对着半角不超过30°的弦的球的曲线内部的位置的范围内，其中在前者位置在电路板中心的发光器件刚接触球的曲线。
23.根据权利要求I所述的灯泡，其中，装配在电路板上的至少一个发光器件的前面距透明球的中心不比透明球的半径的1.1倍更远。
24.根据权利要求I所述的灯泡，其中，至少一个发光器件被定位，使得该发光器件能够照明与接口处省略的任何部分分开的球的整个内部，除了在接口处的折射之外不需要光学器件的辅助。
25.根据权利要求24所述的灯泡，其中，电路板是平坦的，所述电路板的外围位于球的曲线之外，并且从与球正切的电路板的外围设置截头圆锥反射器。
26.根据权利要求I所述的灯泡，其中，接口表面位于所述至少一个发光器件的前表面，或者位于应用至所述至少一个发光器件的封壳的前表面上。
27.根据权利要求26所述的灯泡，其中，所述球是中空的，并且接口表面是位于封壳和球内的空气之间的接口。
28.根据权利要求26所述的灯泡，其中，所述球是实心的，并且接口表面是位于封壳和制成球的材料之间的接口。
29.根据权利要求28所述的灯泡，其中，接口表面由粘结材料形成。
30.根据权利要求29所述的灯泡，其中，所述粘结材料是折射率匹配的粘结材料。
全文摘要
本发明的灯泡的例子具有装配在电路板上的发光器件(可以是LED阵列)。该电路板装配在导热框架的一端。用于将灯泡电子和机械地附接于接收器的圆螺纹或其他适合的连接器被装配到框架的另一端。透明的荧光体涂覆的球具有可选地结合到所述阵列的平坦弦面。透光的球状外壳被装配到框架上，围绕该球并且均质化灯泡的白光输出但是还隐藏位于其中心的远程荧光体球的发黄的未点亮的外观。
文档编号F21S2/00GK102859260SQ201080059022
公开日2013年1月2日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月22日
发明者瓦基迪·法利可夫, Y·孙 申请人:光处方革新有限公司