使用光致发光波长转换组件的固态灯的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用光致发光波长转换组件的固态灯。特定地说，但非排它性地，诸实 施例涉及用于具有全向发射模式的固态灯（灯泡）的光致发光波长转换组件。此外，本发 明提供制造光致发光波长转换组件的方法。
【背景技术】
[0002] 产生白光的LED( "白色LED"）是相对新近的创新且为具能量效益的全新一代照 明系统的出现提供可能。可预测，白色LED归因于其长操作寿命（可能许多100, 000小时） 及依低功耗而言的其高效率而可替换灯丝（白炽）光源、荧光光源及紧凑型荧光光源。直 到开发出在电磁光谱的蓝/紫外线部分中发光的LED，开发基于LED的白色光源才变得实 际。如例如在US5, 998, 925中所教示，白色LED包含一或多种磷光体材料（其是光致发光 材料），磷光体材料吸收由LED发射的辐射的部分且重新发射不同颜色（波长）的辐射。通 常，LED裸片产生蓝色光，且磷光体吸收某一百分比的蓝色光且发射黄色光或绿色光与红色 光的组合、绿色光与黄色光的组合或黄色光与红色光的组合。由LED产生的蓝色光的未被 磷光体吸收的部分与由磷光体发射的光组合以提供在人眼看来颜色接近白色的光。
[0003] 归因于白色LED操作预期寿命（>50, 000小时）及高发光性能（每瓦特70流明或 更高），高亮度白色LED正逐渐用于替换常规荧光光源、紧凑型荧光光源及白炽光源。
[0004] 通常，在白色LED中，磷光体材料与光透射材料（例如，硅氧烷或环氧树脂材料） 混合且混合物施加到LED裸片的光发射表面。还已知提供磷光体材料作为定位于远离LED 裸片处（通常物理空间上与LED裸片隔开）的光学组件（光致发光波长转换组件）上的层 或将磷光体材料并入光学组件内。此类布置称为"远程磷光体"布置。远程定位磷光体波 长转换组件的优势是磷光体材料热降级的可能性降低及所产生光的更一致颜色。
[0005] 传统白炽灯泡无效率且有寿命问题。基于LED的技术使用更有效且更长寿命照明 解决方案逐渐替换传统灯泡及甚至CFL(紧凑型荧光灯）。然而，已知基于LED的灯归因于 LED的固有高导向光发射特性而难以匹配白炽灯泡的全向（在所有方向中均匀）发射特性。
[0006] 图1展示使用光致发光波长转换组件的已知基于LED的灯（灯泡）10的示意性部 分截面视图。灯10包括大致上圆锥形导热主体12及安装到主体12的截断顶点的连接器 帽14。主体12进一步包括从主体12的基底延伸的圆锥形基座16及经安装而与基座16的 截断顶点热连通的一或多个发蓝光LED18。为了产生白色光，灯10进一步包括光致发光波 长转换组件20,其安装到基座且经配置以围封LED18。如图1中所指示，波长转换组件20 包括球形空心壳，且包含一或多种磷光体材料以提供由LED产生的蓝色光的光致发光波长 转换。为了赋予漫射光发射且出于美学考虑，灯10进一步包括光透射封套22,其围封波长 转换组件20。
[0007] 虽然图1的灯10具有改善的发射特性，但是由于其于轴24上发射过多光，因此此 灯的发射特性未能符合所需工业标准。此类灯的另一问题是通常通过射出模制制造的光致 发光波长转换组件的相对高制造成本。所述高制造成本起因于所述组件的开口小于所述组 件的最大内部大小，其需要使用可折叠线圈架以能够从射出模制成形机移除所述组件。本 发明的实施例至少部分解决已知基于LED的灯的限制。
【发明内容】
[0008] 本发明的实施例涉及经改善光致发光波长转换组件及并有此类组件的灯。本发明 的实施例的经改善灯及波长转换组件提供改善的发射特性，同时允许具有相对成本效益的 制造成本。
[0009] 根据一些实施例，所述光致发光波长转换组件包括空心圆柱形管，所述空心圆柱 形管具有直径0的孔及轴向长度L。在一个示范性实施例中，所述组件的长度是所述组件的 孔直径的大约四倍，且所述组件在轴向方向上的纵横比（长度与孔直径的比）是大约4:1。 所述组件的相对尺寸及形状可影响所述组件的径向发射模式，且所述组件经配置以赋予所 需发射模式（通常全向）。对于A-19灯泡，所述组件的孔0_介于约Imm与IOmm之间。在 所述组件的制造期间，所述光致发光材料可均质地分布遍及所述组件的体积。所述光致发 光材料的壁厚度通常介于200ym与2mm之间。
[0010] 由于所述组件具有恒定截面，所以其可容易地使用挤压方法制造。所述组件可使 用光透射热塑性（热软化）材料（例如，聚碳酸酯、丙烯酸或使用热挤压工艺的低温玻璃） 形成。替代地，所述组件可包括热固性材料或UV可固化材料（例如，硅氧烷或环氧树脂材 料）且使用冷挤压方法形成。挤压的益处是其为相对廉价的制造方法。
[0011] 在替代实施例中，所述组件可通过射出模制形成。由于所述组件具有恒定截面，所 以其可在不需使用昂贵可折叠线圈架的情况下使用射出模制形成。在其它实施例中，所述 组件可通过铸造形成。
[0012] 另一可能方法是通过形成柔性片材以包含磷光体及/或量子点且随后将所述片 材辊乳成用于所述组件的所需形状及尺寸而制造所述组件。所述磷光体可作为层施加到所 述片材上（例如，通过涂布、印刷或其它合适的沉积方法）。替代地，所述磷光体可并入到所 述柔性片材内。
[0013] 根据本发明的实施例的光致发光组件的益处是除改善发射分布模式外，其还可改 善总体光发射效率。所描述的空心管状波长转换组件可赋予大于已知波长转换组件的总光 发射。发射效率的增大可起因于具有高纵横比的组件降低通过放置于所述组件开口的LED 重新吸收光的可能性。
[0014] 根据本发明的光致发光波长转换组件的另一优势是其光发射类似于常规白炽灯 泡的灯丝。
[0015] 在一些实施例中，光致发光材料包括磷光体。然而，本发明适用于任何类型的光致 发光材料（例如，磷光体材料、量子点或其组合）。
[0016] 在一个实施例中，灯包括大致上圆锥形导热主体，其中所述主体的外表面大致上 类似于圆锥体的截头体。如果所述灯旨在替换常规白炽A-19灯泡，那么所述灯的尺寸经选 择以确保装置将适合于常规照明器具。在所述灯内提供一或多个固态光发射器，例如，使用 可操作以产生具有455nm到465nm的主导波长的蓝色光的基于氮化镓的发蓝光LED。所述 固态光发射器可经配置以使得其主发射轴平行于所述灯的轴。所述灯进一步包括光致发光 波长转换组件，其包含一或多种光致发光材料。所述光致发光波长转换组件包括具有恒定 截面的细长组件及在在LED远端的组件端上的反射器。所述反射器经操作以降低或消除来 自所述组件端的光发射。通过降低或消除来自所述组件端的光发射降低沿着所述灯轴的总 体发射强度。
[0017] 替代实施例包括使用根据本发明的光致发光波长转换组件的LED烛光形灯泡。在 此实施例中，所述光致发光波长转换组件包括细长管状组件，其中光致发光材料并入到包 括所述组件的材料中且均质地分布遍及所述组件材料的体积中。
[0018] 另一实施例涉及包括管状组件的光致发光波长转换组件，其中光致发光材料并入 到包括所述组件的材料中，且其中所述组件安装到空心光透射管且所述组件具有一定长度 使得其只覆盖在LED远端的管端部分。在一些实施例中，所述组件可包括半柔性材料，且所 述组件在所述管上方滑动。在某些设计中，所述管的未被磷光体覆盖的部分（即，所述管的 接近LED的部分）可包含光反射表面以防止从所述管的此部分的光发射。
[0019] 在另一实施例中，提供在所述灯内部处、所述灯内部内及/或与所述灯内部连通 的多个开口以使得气流通过所述灯。在一种方法中，所述灯内的一或多个通道与在所述灯 体上的鳍片之间的多个开口流体连通。在操作中，由所述LED产生的热在通道内加热空气， 通过所述通道，对流过程导致空气被汲取到灯泡中且通过灯泡，借此提供所述LED的被动 冷却。
[0020] 虽然某些实施例涉及包括空心组件的光致发光组件（即，中心区域或孔不包含光 透射介质），但是在其它实施例中，所述组件可包括具有实心光透射芯体的组件。具有光透 射芯体的组件可通过显著消除所述波长转换组件与所述LED之间的任何空气界面而进一 步增大光发射。对于在所述组件的壁之间以径向方向行进的光尤其如此。
[0021] 本发明的一个实施例涉及包括由圆柱形光透射芯体及外部同轴磷光体层构成的 实心圆柱形组件的光致发光波长转换组件。此组件可通过所述芯体及所述磷光体层的共挤 压形成。替代地，所述组件可通过制作所述组件且随后将光透射圆柱形杆（例如，玻璃杆） 插入到所述组件的孔中而制造。在其它实施例中，所述组件可通过涂布磷光体材料于光透 射杆（例如，玻璃杆或聚碳酸酯杆）的外表面上而制作。在一些实施例中，所述组件由弹性 可变形（半柔性）光透射材料（例如，硅氧烷材料）制作。使用弹性可变形材料的益处是 此可辅助插入所述杆。
[0022] 在所述光致发光波长转换组件包括实心组件的情况下，所述反射器可包括直接施 加到所述组件的端面的涂层（例如，光反射涂料或金属化层）。
[0023] 在替代实施例中，所述光致发光波长转换组件包括圆柱形光透射组件，其具有在 炜度方向上延伸的磷光体区域（条带），例如，其中存在均等周向隔开的四个磷光体区域， 然而，应了解，在本发明的范围内，所述磷光体区域的数目、形状及配置可改变。
[0024] 虽然本发明寻找关于灯泡的特定应用，但是本发明的光致发光波长转换组件可使 用于其它光发射装置及照明布置中。本发明的实施例可应用于制造LED反射器灯（例如， MR16灯）。在此实施例中，所述光致发光波长转换组件包括磷光体层覆盖在LED远端的端 部分的空心芯体或实心芯体。任选地，所述芯体的未被磷光体覆盖的部分（即，所述管的接 近LED的部分）可包含光反射表面以防止从所述