Led照明设备、系统和制造方法

Led照明设备、系统和制造方法
【专利摘要】一种发光二极管（LED）照明设备包括覆盖LED芯片阵列的第一光学元件阵列，其中，每个LED芯片构造成通过覆盖的第一光学元件的发光表面来发射第一波长范围的光。第一光学元件阵列也在第二光学元件阵列下面，其中，每个第二光学元件构造成将通过下面的第一光学元件的发光表面发射的第一波长范围的光转换成不同于第一波长范围的第二波长范围的光。
【专利说明】LED照明设备、系统和制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2011年6月28日提交且名称为“LED LIGHTING APPARATUS, SYSTEMS ANDMETHODS OF MANUFACTURE”的美国专利申请号13/170,265的优先权，其全部内容被通过引用结合到本文中。
【技术领域】
[0002]本公开涉及发光二极管(LED)照明设备、LED照明系统及其制造方法。
【背景技术】
[0003]LED光引擎可以包括LED芯片且可以构造成发射除由LED芯片发射的颜色之外的颜色的光。例如，可以使用磷光体对从LED芯片发射的光进行转换以产生期望的发射颜色。可以根据由LED芯片发射的波长以及将由光引擎发射的光的总体颜色/波长来选择特定磷光体。
[0004]在一个构造中，例如，可以将蓝光LED芯片与由具有相对高的折射率的清澈(透明)聚合物、诸如硅酮制成的LED光学部件组合。可以将磷光体与聚合物混合以提供体积蓝光转换，该磷光体(例如，YAG:Ce磷光体)将具有第一波长范围的来自LED芯片的蓝光转换成具有第二波长范围的黄光。由磷光体发射的黄光可以与来自LED芯片的残余未转换蓝光组合以产生来自LED光引擎的总体白色发射。
[0005]通过磷光体的光的一部分可以经历斯托克斯频移，因为其被从一个波长范围转换到另一波长范围。因此，基于磷光体的LED可以由于来自斯托克斯频移的热损失而显示出低于某些其他LED的频率。此外，磷光体到LED芯片的接近可以由于由LED芯片和斯托克斯频移产生的容量而导致封装的退化。尽管如此，该磷光体方法是用于制造白色LED的通用技术。相应地，LED光引擎、特别是产生白光的那些要求有思想性的设计。
[0006]构造成发射出由LED芯片发射的颜色之外的颜色的光的LED光引擎的制造可能是劳动和时间密集的。对于具有多个此类LED光引擎的设备而言，可以通过单独地将每个LED光学部件附接于相关联LED芯片来将每个LED光引擎组装。这是耗费时间的过程，并且具有损坏LED芯片以及其电连接、导致不良产率的潜在可能。LED光学部件的附接的自动化、诸如用机器人或其他拾放设备可以减少组装时间，但是对于商用可行性而言可能仍是过于缓慢的。另外，最终用途应用中的LED的安装和去除也可能是劳动和时间密集的，其也可能使LED设备暴露于潜在的损坏。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]应对应结合附图来阅读的以下详细描述进行参考，其中，相同的数字表示相同的部分:
图1是根据本公开的典型LED照明设备的示意性前平面图；
图2是图1的典型LED照明设备的印刷电路板的示意性前平面图； 图3是图2的圆圈152所围绕的那部分印刷电路板的特写示意性前平面图；
图4是图2的圆圈152所围绕的那部分印刷电路板的特写示意性截面图；
图5是图2的圆圈152所围绕的那部分印刷电路板的特写示意性截面图，LED芯片被安装到该部分以提供LED基板模块；
图6是图2的圆圈152所围绕的那部分印刷电路板的特写示意性截面图，第一光学元件覆盖LED芯片；
图7是示出了图2的印刷电路板的示意性平面图，安装到印刷电路板的LED芯片被第一光学兀件覆盖；
图8是示出了印刷电路板的平面图，安装到印刷电路板的LED芯片被第一光学元件覆盖(封装)；
图9是示出了印刷电路板的透视图，安装到印刷电路板的LED芯片被第一光学元件覆盖(封装)；
图10是用以覆盖LED基板模块的盖的示意性平面图；
图11是沿着图10的线11-11截取的盖的载体的连接器部分的示意性截面图；
图12是沿着图10的线12-12截取的盖的载体的孔口的示意性截面图；
图13是被第二光学元件占用且包含该第二光学元件的盖的载体的孔口的示意性截面
图；
图13A是被第二光学元件占用且包含该第二光学元件的盖的载体的孔口的放大示意性截面图；
图14是沿着图1的线14-14截取的图1的照明设备的示意性截面图；
图15是沿着图1的线15-15截取的图1的照明设备的示意性截面图；
图16是根据本公开的可以耦接到照明固定装置以提供照明系统的图1的照明设备的示意图；以及
图17是根据本公开的一个示例性方法的方框流程图。
【具体实施方式】
[0008]一般地，在本文中提供了 LED照明设备、系统及其制造方法，其可以改善LED照明领域，这可以包括增加制造和组装以及安装和从终端应用去除的容易性。
[0009]图1图示出根据本公开的示例性发光二极管(LED)照明设备100。LED照明设备100包括布置成阵列的多个LED光引擎104。阵列是有序的几何图案，特别是包括多行的LED光引擎104。在所示示例性实施例中，LED照明设备100包括LED光引擎104的6X4 (6列和4行)阵列,然而,该阵列可以是在特定应用中有用的多个LED光引擎104的任何适当布置。
[0010]每个LED光引擎104包括覆盖LED芯片108的LED光学部件112。LED光学部件112包括第一光学兀件184和第二光学兀件200。第一光学兀件184覆盖LED芯片108,而第二光学兀件200覆盖第一光学兀件184。第一光学兀件184和/或第二光学兀件200可以包括磷光体或磷光体混合物，磷光体或磷光体混合物构造成将具有第一波长的LED芯片108的光输出的至少一部分转换成来自光引擎的具有第二波长的光输出。
[0011]在一个实施例中,例如,LED光学部件中的(一种或多种)磷光体可以将从LED芯片108输出的蓝光转换成第二波长以产生从LED光引擎104输出的总体白光。本文所使用的术语“白光”指的是显示出在2600-8000K范围内的相关色温(CCT)的输出。然而，LED光引擎104还可以构造成提供除白光之外的光。
[0012]现在将详细地讨论该构造以及制造本公开的LED照明设备100的方法。现在参考图2，示出了也可以称为印刷布线板或蚀刻布线板的印刷电路板(PCB)120。印刷电路板120包括不导电、刚性、平坦基板124以及至少一个分段导体通道128，基板124用于机械地支撑LED光引擎104 (图1)，特别是将要安装到LED光引擎104的LED芯片108阵列，导体通道128构造成被电耦接到LED光引擎104的LED芯片108。如所示，分段导体通道128可以遵循跨过基板124的表面的蛇形图案。
[0013]基板124可以是适合于印刷电路板的任何电介质绝缘体。基板124可以由预浸溃复合材料(诸如与适当加强纤维混合的热固性树脂)形成。基板材料可以包括FR-2 (棉纸和酚醛树脂)、FR-3 (棉纸和环氧树脂)、FR-4 (玻璃织物和环氧树脂)、FR-5 (玻璃织物和环氧树脂)、FR-6 (磨砂玻璃和聚酯)、G-10 (玻璃织物和环氧树脂)、CEM-1 (棉纸和环氧树脂)、CEM-2 (棉纸和环氧树脂)、CEM-3 (玻璃织物和环氧树脂)、CEM-4 (玻璃织物和环氧树脂)、CEM-5 (玻璃织物和聚酯)。关于前述内容，基板124可以特别地由FR-4制成，特别是用以降低成本。其他可能的材料可以包括聚酰亚胺、高玻璃转化(Tg) FR-4、双马来酰亚胺-三嗪(BT)树脂、氰酸酯、聚四氟乙烯(PTFE)以及芳族聚酰胺。
[0014]可以将LED光引擎104的至少一部分与分段导体通道128串联地电耦接，由此，可以将到串联连接的每个LED光引擎104的电流理解成是相同的。如所示，所有LED光引擎104构造成与通道128是电串联的。
[0015]分段导体通道128还可以构造成提供至少一个电触点136或140，至少一个电触点136或140构造成将分段导体通道128电耦接到电源。更特别地，分段导体通道128还可以构造成提供用以从电源接收功率的电触点136和用以向电源返回功率的电触点140。电触点136可以是正触点，其构造成电耦接到电源的正触点，而电触点140可以构造为负触点，其构造成电耦接到电源的负触点。因此，可以将分段导体通道128理解成从电触点136延伸至电触点140。如所示，可以将成对电触点136、140提供为扁平端子。印刷电路板120的一部分可以形成至少一个卡(阳性)边缘连接器132，其可以由基板124的分离的突出部分和分段导体通道128的提供电触点136和/或140的那部分形成，电触点136和/或140构造成将分段导体通道128电耦接到电源。可以将其称为单件印刷电路板插头，其包括一系列金属迹线，例如由在印刷电路板120的边缘附近和表面上结束的电触点136、140提供，允许其被插入卡边缘插座242中以提供用于功率和数据传输的电触点。
[0016]暂时参考图16，可以将卡边缘连接器132构造成通过沿着方向134被推动(插入)卡边缘插座242中而物理连接(例如机械地经由过盈配合)和/或电耦接到适当的卡边缘(阴型)插座242，以机械地接合并从那里接收功率，并且然后向LED芯片108输送功率以及从那里返回功率。此外，卡边缘连接器132构造成通过沿着方向138被从卡边缘插座242拉动(被去除)而在物理上从卡边缘插座242断开连接并脱离，以便于容易地替换LED照明设备100或者容易地替换或修理其一部分。卡边缘连接器132还以与卡边缘插座242的刚性关系支撑印刷电路板120的其余部分。如所示，卡边缘插座242可以包括细长矩形插槽243以接收卡边缘连接器132，并且可以包含金属触点245以与触点136、140进行操作。可以用机械紧固件247 (诸如螺钉)将卡边缘插座242紧固到固定装置240的外壳249以抑制其移动。固定装置240可以包括多个照明设备100。
[0017]具有非导电基板124和卡边缘连接器132的印刷电路板的使用相比于具有用于电触点和到固定装置的机械附接的表面安装技术(SMT)连接器的金属包覆印刷电路板而言提供某些优点。首先，可以将SMT连接器理解成要求使用高温(260°C)回流操作，其可以使e掩膜褪色并显著地降低其反射率。针对要求扩散器以输送均匀输出的那些应用而言，减小的反射率可以导致输出(流明)的显著下降。消除回流过程可以导致LED光引擎104的性能改善。
[0018]另外，可以将具有SMT连接器的金属包覆印刷电路板理解成首先被用双面胶带和/或螺钉安装到固定装置/热沉，所述螺钉延伸通过金属包覆印刷电路中的通孔而进入固定装置/热沉中。用双面胶带和/或螺钉来附接金属包覆印刷电路板是细致且耗时的，并且可能由于螺钉起子的滑动而导致LED光引擎损坏。一旦用螺钉将金属包覆印刷电路板机械地附接于固定装置，则然后将电子引线插入SMT连接器。结果，可以将机械和电附接理解成需要两步骤的过程。然而，卡边缘连接器132的使用允许在单个步骤/操作中将LED照明设备100机械和电连接到固定装置240 (在这种情况下，固定装置240可以包括电路244和电源246以操作照明设备100)。
[0019]应认识到的是大多数LED模块被构建在金属包覆印刷电路板(铝背衬的)上并被设计成用于穿板冷却。通常，这些模块被使用散热膏直接附接于热沉以使热量从LED下沉至固定装置中。可以将金属包覆印刷电路板理解成排除了卡边缘连接器132的使用，因为印刷电路板的铝背面可以使模块短路(可以将卡边缘连接器132理解成接触印刷电路板的正面和背面两者)。此外，由于冷却在本设计的正面上实现，并且不需要任何穿板(基板)冷却，所以不需要使用金属包覆电路板的热沉以及铝背衬。因此，这允许使用卡边缘连接器132，因为印刷电路板基板124是绝缘体且在背面上将不会短路。此外，使用通孔来将模块附接于固定装置是细致、耗时且易于损坏LED光引擎104的。可以通过使用卡边缘连接器132来将LED照明设备100附接于固定装置240来消除此类问题(在这种情况下，固定装置240可以包括电路244和电源246以操作照明设备100)。
[0020]返回参考图2，可以从层压到基板124上的平坦金属片(诸如铜片)蚀刻出分段导体通道128。平坦金属片可以特别地具有在每平方英尺0.5至4盎司之间范围内的重量和在其之间的所有增量。平坦金属片可以特别地具有15-150μπι之间的范围内的厚度和在其之间的所有增量。
[0021 ] 分段导体通道128可以由多个导电段144形成，导电段144可以被电耦接到LED芯片108，如下面更详细地解释的。导电段144可以包括任何适当形状，诸如是细长的、矩形的和/或正方形的。如所示，导电段144的某些较大垫部分148可以特别地构造成经由特别大的表面面积而作为热沉操作，以从LED芯片108横向地去除热量而不是通过基板124去
除热量。
[0022] 因此，可以在不需要热传递到印刷电路板120的背面上的单独热沉的情况下从每个LED光引擎104去除热量。用所示设计，可以用分段导体通道128横向地传递热量离开每个LED光引擎104。因此，分段导体通道128用于两个目的:为LED光引擎104提供电功率，以及将热量从LED光引擎104传递出来。在用于此双重目的时，该设计的效率增加，并且消除了单独热沉的成本。
[0023]可以特别地将导电段144且特别是热沉垫部分148构造成通过传导和然后通过对流来传递热量离开LED光引擎104。更特别地，可以将导电段144以及特别地热沉垫部分148构造成用适当的热传递来传递热量离开LED光引擎104，使得当在预定最大额定功率下操作时，可以将LED光引擎104的结温度保持在125°C以下并且可以不超过125°C。可以将结温度理解为LED光引擎104的光发射点或p_n结处的温度。
[0024]甚至更特别地，可以将导电段144以及特别地热沉垫部分148构造成传递热量离开LED光引擎104，使得可以将LED光引擎104的结温度保持在50°C以下并且可以不超过50°C。为了提供50°C的结温度，导电段144可以具有至少90mm2 (平方毫米)的表面面积。根据前述内容，应理解的是可以用较小尺寸的导电段144在50°C至125°C之间范围内实现各种最大结温度(例如，55°C、60°C、65°C、70°C、75°C、80°C、85°C、90°C、95°C、100°C、105°C、115°C、120°C)，由此，如果期望的话，可以增加LED光引擎104的空间密度。
[0025]现在参考圆圈152，其在图3中被放大且其截面在图4中示出，相邻导电段144被间隙156分离。当被组装到印刷电路板120时，LED芯片108用于形成桥以将相邻导电段144电耦接，从而使得分段导体通道128从电触点136到电触点140是连续的，其然后可以在它们之间提供导电电路。
[0026]现在参考图5，LED芯片108被示为已安装到印刷电路板120。当印刷电路板120上存在众多LED芯片108时，在本文中可以将其称为LED基板模块160。替代地，可以将LED基板模块160称为板上芯片(COB)印刷电路板组件、LED印刷电路组件或LED印刷电路板组件。
[0027]LED芯片108可以包括第一电触点164，其可以位于LED芯片108的底部或底座上并且对应于阳极，以通过其所安装到的导电段144从电源接收功率。可以用位于电触点164与导电段144之间的导电结合剂168 (诸如银填充环氧树脂)将LED芯片108安装到导电段144。第二电触点172可以位于LED芯片108的顶部上并且对应于阴极，以通过相邻导电段144向电源返回功率。可以用结合导线176将LED芯片108连接到相邻的导电段144，其可以使用导线结合机器连接。
[0028]替代地，可以将电触点164和172两者定位于LED芯片108的底部上(相互电隔离)，在间隙156的每侧上具有一个触点，并安装到单独的导电段144，由此，电触点164可以通过一个导电段144接收功率，并且电触点172可以通过另一导电段144返回功率。以这种方式，可以消除结合导线176。
[0029]除LED芯片108被安装到基板124的位置和因此的电连接(即卡边缘连接器132与电触点136、140)之外，可以用电绝缘材料180覆盖导电段144被结合到的基板124的正面126，电绝缘材料180例如可以由焊料掩膜涂层提供。电绝缘涂层180可以被特别地着色以匹配将由LED光引擎104提供的光并且是反射涂层。因此，电绝缘涂层180可以特别地是白色电绝缘涂层，其可以由白色焊料掩膜涂层(诸如Taiyo PSR4000 LEW1)提供。
[0030]现在参考图6，在施加电绝缘涂层180并随后放置LED芯片108和导线结合物176之后，可以用第一光学元件184的阵列来覆盖LED芯片108的阵列。更特别地，第一光学元件184的阵列覆盖LED芯片108的阵列，使得每个LED芯片108中的一个位于每个光学元件184中的一个内。这可以称为LED底座模块162。优选地,在第一光学兀件184中不存在可能影响第一光学元件184的热预算的东西，诸如磷光体。
[0031]每个第一光学元件184可以包括覆盖每个LED芯片108的清澈(透明)的固体穹顶188。可以将本文所使用的“透明”理解成意指第一光学元件184具有在低散射程度或没有散射的情况下通过第一光学元件184透射光的性质。除覆盖并封装LED芯片108之外，第一光学元件184还可以覆盖并封装结合导线176。以这种方式，可以用第一光学元件184来保护LED芯片108和结合导线176以用于后续操作、运输和测试。
[0032]第一光学元件184可以由聚合物材料制成，其诸如通过注塑模制、压缩模制或注塑压缩模制而直接模制就位到印刷电路板120且在LED芯片108上。这可以通过如下方式来执行^fLED基板模块160放置到模具的腔体中，并且然后向腔体引入聚合物材料，该聚合物材料直接模制到LED基板模块160并与其结合。还可以将其称为插入模制，LED基板模块160是插入件。在一个实施例中，第一光学元件184可以由柔性的弹性热固性聚合物材料形成，其具有相对高的折射率，诸如硅酮(例如Dow Corning 0E6630)，其可以被压缩模制在LED芯片108上以封装LED芯片108。
[0033]如图6中所示，穹顶188可以特别地具有半球形突出体的形状，具有相应的半球形发光表面192。本文所使用的术语“半球”或“半球形”指的是大体球形形状的任何部分并且不限于大体球形形状的精确的一半。在所示实施例中，穹顶188和发光表面192的半球形形状具有由恒定半径限定的约180度的曲率。穹顶188的尺寸可以取决于具体应用和穹顶188将被安装在其上面的LED芯片108的数目，并且可以例如在直径方面为几毫米至若干厘米(例如直径为4-8mm且更特别地直径为6mm)。期望地，穹顶188具有标准的一个或多个尺寸，使得下面更详细地讨论的第二光学元件200可以与之更普遍地兼容，并有助于不同发射颜色的光引擎104的制造。
[0034]可以诸如通过注塑模制离散地对覆盖LED芯片108的每个第一光学元件184进行模制(即单独地或相互隔离地模制)。然而，为了增加对阵列进行模制的容易性，可以用薄的连结板(web)196来连接第一光学元件184的至少一部分。更特别地，可以用连结板196来连接所有的第一光学元件184。
[0035]参考图7，示出了 LED底座模块162，LED芯片108被第一光学元件184封装，第一光学元件184全部被覆盖电绝缘涂层180的连结板196连接。类似地，图8_9分别在平面图和透视图中示出了被第一光学元件184封装的0.5mm LED芯片108。用前述构造，LED芯片108特别地构造成通过覆盖的第一光学元件184的发光表面192发射第一波长范围的光。此外，可以将每个第一光学元件184同时组装到印刷电路板120作为单个塑料模制件的一部分，这可以增加LED底座模块162的制造效率。
[0036]暂时返回参考图1，为了修改LED光引擎104的发光特性，第一光学元件184被第二光学元件200覆盖。现在参考图10，第二光学元件200可以是包括载体208的盖204的一部分。如所示，载体208可以包括构造成覆盖底座模块162的平坦框架部分212和构造成与底座模块162相连的至少一个连接部分216。
[0037]载体208可以包括刚性热塑性聚合物材料。示例性热塑性材料可以包括可以通过注塑模制而模制的聚碳酸酯(PC)、丙烯腈二乙烯树脂(ABS)或聚丙烯(PP)。载体208可以被制造成在可见光谱中是高反射的，例如可以通过以下方式执行:以反射颜色(白色)来模制载体或通过在对载体208进行注塑模制之前用高反射涂层喷洒模具表面且然后在模制之后使载体208被涂覆有反射涂层。还可以将载体208制造成在红外区中具有高辐射系数并且具有高导热率，例如通过用陶瓷或金属粉末/颗粒(例如，铜、青铜和镍粉)来填充。
[0038]如在图11中最好地示出的，连接器部分216包括机械接合构件220，更特别地包括采取扣合突片形式的悬臂机械接合构件220，其从平坦框架部分212悬伸出来并且基本垂直于平坦框架部分212。如下面更详细地讨论的，机械接合构件220构造成与底座模块162的印刷电路板120机械地接合。如所示，可以将机械接合构件220定位于载体208的所有侧面上以更好地确保盖204与底座模块162的适当组装。
[0039]替代地，其他连接器部分216可以包括紧固件装置221以延伸通过至少在印刷电路板120中的通孔。以这种方式，可以取消周边的悬臂扣合突片，并且可以将相邻模块放置成更加紧密地彼此邻近。例如，载体208的背面可以包括一个或多个一体的圆柱形突出体，每个突出体构造成延伸通过印刷电路板120中的孔。然后可以将螺母223 (在图14中示出)附接到突出体以将载体208和印刷电路板120紧固在一起。替代地，可以取消螺母223且可以将圆柱形突出体用作热熔销，热熔销被加热并在压力下变形以形成头部，该头部将载体208和印刷电路板120锁定在一起。此外，在其他实施例中，载体208和印刷电路板两者可以包括构造成相互对准的通孔，可以将机械紧固件插入所述通孔并延伸穿过，机械紧固件例如是细长紧固件，诸如有螺纹的(例如，螺钉)或可膨胀的(例如，推销、推压铆钉、销锁)。
[0040]平坦框架部分212可以包含多个圆形孔口 224，其截面在图12中示出。如图13中所示，孔口 224接着包含被附接在其中的第二光学元件200，以形成第二光学元件200的阵列。每个第二光学元件200可以具有半球形形状，该半球形形状具有均匀的截面厚度(约l-2mm)且具有半球形外表面228。第二光学元件还可以具有限定半球形凹部232的半球形内表面230，该半球形凹部232构造成为第一光学元件184的半球形突出体提供接收容器并符合于该半球形突出体。虽然所示示例性实施例包括半球形状的第一光学元件184和第二光学元件200，但光学元件184和200也可以是任何形状并且可以是互补或非互补的形状。
[0041]如在图13A中最好地示出的，第二光学元件200可以与后部233 —起形成，后部233相对于邻接的平坦框架部分212的后表面237偏移(即不与后表面237齐平)，使得后部233形成圆形凸脊。更特别地，用前述方式，可以更好地确保后部233的后表面235与底座模块162 (例如与连结板196，或者当不存在连结板196时，与涂层180)形成接触配合(例如压缩或过盈配合)和相应的密封。
[0042]第二光学元件200可以由诸如通过注塑模制、压缩模制或注塑压缩模制而直接模制就位到载体208的聚合物材料制成。这可以通过如下方式来执行:将载体208放置到模具的腔体中，并且然后向腔体引入聚合物材料，该聚合物材料直接模制到载体208并与其结合。还可以将其称为插入模制，载体208是插入件。
[0043]第二光学元件200可以由具有相对高折射率的柔性、弹性热固定聚合物材料形成，诸如硅酮，其可以是注塑模制的。可以用混合在其中的磷光体或磷光体混合物来填充热固性聚合物材料，所述磷光体或磷光体混合物将来自第一光学元件184的光转换成不同颜色的光。可以通过将磷光体混合到硅酮材料中来制造第二光学元件200，其中，基于第二光学元件200的厚度来确定磷光体的量，并且可以向模具中注射该化合物。
[0044]例如，可以将用以把来自LED芯片108的(具有第一波长范围的)蓝光转换成(具有第二波长范围的)黄光的磷光体(例如，YAG: Ce磷光体)与聚合物混合以提供体积蓝光转换。由磷光体发射的黄光可以与来自LED芯片108的残余未转换蓝光组合以产生从LED光引擎104发出的总体白色的发射。任选地，可以包括附加的磷光体，诸如用于增加色温的发红光磷光体。可以根据从第一光学元件184发射的第一波长范围的光的颜色和期望的特定颜色来使用其他适当的磷光体，该期望的特定颜色决定从第二光学元件200发出的第二波长范围。
[0045]在将第二光学元件200模制到载体208之后，盖204准备好组装到底座模块162。如图14中所示，可以通过使连接器部分216的唇缘222机械地接合并覆盖印刷电路板120的基板124的背面130来将盖204组装到底座模块162。基本上同时地，如图15中所示，可以将第一光学元件184的穹顶188构造成与第二光学元件200配合并一起工作。更特别地，第一光学元件184可以进入并构造成配合在第二光学元件200的凹部232内。例如，第一光学元件184可以进入第二光学元件200的凹部232，使得每个第二光学元件200的半球形表面200的至少一部分可以接触第一光学元件184的半球形表面192的一部分。
[0046]为了降低在第一光学元件184与第二光学元件200之间存在空气间隙的可能性，可以在它们的组装之前分别向第一光学元件184和第二光学元件200中的任何或全部的表面192和230中的任一者或两者施加液体236。液体236可以被喷洒、倾倒或以其他方式沉积在表面192、230上并且可以包括娃酮。
[0047]用前述构造，第一光学元件184的阵列在第二光学元件200的阵列下面，每个第一光学元件184中的一个在每个第二光学元件200中的一个的下面。第二光学元件200构造成将通过下面的第一光学元件184的发光表面192发射的第一波长的光转换成不同于第一波长范围的第二波长范围的光。结果，当LED芯片108阵列发射第一波长的光时，从第二光学元件200的阵列发射第二波长的光。
[0048]用机械接合构件220，盖204既能够通过与底座模块162机械接合而连接到底座模块162，也能够通过与底座模块162脱离而从底座模块162去除。以前述方式，如果期望改变从光引擎104中的任何或全部发射的光的颜色，则可以简单地用包括新的一组第二光学元件200的新盖来替换盖204。
[0049]替代地，在某些实施例中，第一光学元件184可以通过如下方式来产生:将清澈硅酮倾倒在第二光学元件200中以填充第二光学元件200的凹部232，然后将LED芯片108作为LED基板160的一部分插入清澈硅酮中。然后可以将整个组件100放置在烘箱中以加热
并固化清澈硅酮并且将组件结合在一起。
[0050]现在参考图16，照明设备100被示为照明系统250的一部分。除照明设备100之夕卜，照明系统250还可以包括卡边缘插座242。如所示，卡插座242被电耦接到电路244，电路244构造成操作LED照明设备100，电路244被电耦接到电源246以从那里接收功率。电路244可以包括硬件(诸如LED驱动器和用以控制LED驱动器的控制器)，也可以包括用以操作照明系统250的软件。
[0051]图17是根据本公开的组装发光二极管(LED)照明设备的方法1700的一个实施例的方框流程图。所示方框流程图可以被示为和描述为包括特定的步骤序列。所示步骤序列仅仅提供了如何能够实现本文所述的一般功能的示例。该步骤不必按照所给出的顺序执行，除非另外指明。另外，应理解的是根据本公开的其他实施例可以包括本文所述的所示步骤和/或另外步骤的子组合。因此，在本文中提出的权利要求可以针对在一个或多个图中描述的部件和/或操作的全部或一部分。
[0052]所示示例性方法包括形成1702第一子组件，第一子组件包括覆盖被安装到印刷电路板的LED芯片阵列的第一光学元件阵列；形成1704第二子组件，第二子组件包括构造成覆盖第一光学元件阵列的第二光学元件阵列；以及将第一子组件和第二子组件结合1706以提供照明设备。在一个实施例中，例如，可以将第二子组件可去除地结合到第一子组件以允许将具有期望特性的第二子组件耦接到第一子组件。用此类构造，第一子组件可以是一般性组件，其可与多种第二子组件一起使用以允许通过选择第二子组件来定制照明设备的光输出。
[0053]因此，本公开提供了一种改善的印刷电路板120，其中，分段导体通道128用于两个目的:为LED光引擎104提供电功率；以及将热量从LED光引擎104传递出来。在用于此双重目的时，该设计的效率增加，并且消除了单独热沉的成本。
[0054]本公开提供了一种照明设备100，其具有连接器132，连接器132构造成在物理上连接和断开连接并电耦接到适当插座242以从那里接收功率且然后向LED芯片108输送功率以及向那里返回功率。以前述方式，连接器132用于机械和电连接的目的。在用于此双重目的时，该设计的效率增加，并且消除了单独的电和机械连接器的成本。
[0055]本公开还提供了照明设备100，其具有第二光学元件200的阵列，第二光学元件200的阵列中的任何或全部可以容易地用不同的第二光学元件200来替换以改变从光引擎104中的任何或全部发射的光的颜色。以这种方式，可以在不改变LED照明设备100的LED模块160的情况下改变由光引擎104中的任何或全部发射的光的颜色。
[0056]根据本公开的照明设备和系统相比于现有技术LED光引擎可以提供某些优点。例如，在本公开中，可以用第一光学兀件184将第二光学兀件200与LED芯片108分离，并且因此第二光学元件200中的磷光体可以对由来自LED芯片108的热量引起的流明退化较不敏感。此外，由于第二光学元件200的表面面积可能相对大，所以来自斯托克斯频移的热量可以遍布在大面积上，并且因此可以改善光引擎104的热预算。可以将此类LED光引擎104称为远程磷光体转换LED光引擎。
[0057]此外，本文公开的分布式阵列方法可以在通过对较大数目的0.5mm LED光引擎104 (而不是更典型的更大的Imm LED光引擎)进行“低速驱动(underdriving)”而从LED光引擎104获得期望效力为目标的应用中有用。已经知道LED在一般照明中的一个常规方法是使用尽可能少的LED光引擎并用最高可允许的驱动电流来驱动它们以满足所需的流明输出而同时仍保持符合估计寿命(例如50，000小时)的结温度。这种方法导致从该封装输出较高的总流明，但是导致与在较小电流下可以实现的相比较低的效力。另外，必须解决这些LED光引擎的高亮度问题以使闪光最小化，同时较高的输入功率密度需要更复杂精密的热管理策略。这种方法以效力为代价来优化每个LED光引擎的总流明，并且使得照明工程师将LED混入均匀分布光源中的任务复杂化。
[0058]然而，用根据本公开的分布式阵列方法，印刷电路板120可以在不需要额外热管理的情况下提供所需的热沉。在较大的面积上使用更多的LED芯片108还可以排除对复杂且昂贵的辅助光学部件的需要。在一个实施例中，可以通过驱动电流的选择来管理根据本公开的分布式阵列方法以实现目标模块效力，而不超过能够通过自然对流耗散的输入功率，例如以12-15mm的间距使用0.5mm LED芯片以便于更容易的混合。通过依赖于来自照明设备的正面的自然对流和前述穿板冷却，根据本公开的系统可以使用相对廉价的例如FR-4印刷电路板(PCB)，除本文所公开的设计优点之外，其还可以提供成本益处。根据本公开的系统还可以利用具有板上芯片(COB)结构的蓝光LED来进一步降低材料成本，并且可以包括相对小的(例如6_直径)远程磷光体光学元件以用于转换成白光。
[0059]因此，根据本公开的一个方面，提供了一种发光二极管(LED)照明设备。该设备可以包括印刷电路板，发光二极管(LED)芯片阵列被安装到该印刷电路板。该印刷电路板可以包括分段导体通道，分段导体通道构造成将LED芯片阵列的至少一部分电耦接并提供电触点，所述电触点构造成将分段导体通道电耦接到电源。第一光学元件的阵列可以覆盖LED芯片阵列，由此，每个LED芯片构造成通过第一光学元件中的不同的相关联的一个的发光表面来发射第一波长范围的光。第二光学元件的阵列可以覆盖第一光学元件阵列，由此，每个第二光学元件构造成将第一波长范围的光转换成不同于第一波长范围的第二波长范围的光。
[0060]根据本公开的另一方面，提供了一种组装发光二极管(LED)照明设备的方法。该方法包括:形成第一子组件，该第一子组件包括覆盖被安装到印刷电路板的LED芯片阵列的第一光学元件阵列；形成第二子组件，该第二子组件包括构造成覆盖第一光学元件阵列的第二光学元件阵列；以及将第一子组件和第二子组件结合。
[0061]根据本公开的另一方面，提供了一种发光二极管(LED)照明系统，该系统包括印刷电路板，发光二极管(LED)阵列被安装到该印刷电路板。印刷电路板包括构造成将LED芯片阵列的至少一部分电耦接的分段导体通道。印刷电路板的一部分形成卡边缘连接器。该卡边缘连接器包括分段导体通道的一部分，分段导体通道提供电触点，电触点构造成将分段导体通道电耦接到电源。
[0062]在本文中已采用的术语和措施被用作描述而非限制的术语，并且并不意图在此类术语和措施的使用中排出所示和所述的特征的任何等同物(或其一些部分)，并且应认识到在权利要求的范围内可以有各种修改。其他修改、变更和替换也是可能的。
【权利要求】
1.一种发光二极管(LED)照明设备，包括: 印刷电路板，发光二极管(LED)芯片阵列被安装到所述印刷电路板，所述印刷电路板包括分段导体通道，所述分段导体通道构造成将LED芯片阵列的至少一部分电耦接并提供电触点，所述电触点构造成将所述分段导体通道电耦接到电源； 覆盖LED芯片阵列的第一光学元件阵列，其中，每个LED芯片构造成通过第一光学元件中的不同的相关联的一个的发光表面来发射第一波长范围的光；以及 覆盖第一光学元件阵列的第二光学元件阵列，其中，每个第二光学元件构造成将第一波长范围的光转换成不同于第一波长范围的第二波长范围的光。
2.根据权利要求1的设备，还包括覆盖印刷电路板的盖，其中，第二光学元件阵列形成所述盖的一部分。
3.根据权利要求2的设备，其中，所述盖包括载体，所述载体包括在其中形成的多个孔口，并且每个 孔口包含第二光学元件中的一个。
4.根据权利要求2的设备，其中，所述第二光学元件阵列被模制到所述盖的载体。
5.根据权利要求2的设备，其中，所述盖能够通过与印刷电路板的机械接合而连接到印刷电路板。
6.根据权利要求2的设备，其中，所述盖能够从印刷电路板去除。
7.根据权利要求1的设备，还包括位于第一光学元件和第二光学元件中的至少一个之间的液体。
8.根据权利要求1的设备，其中，所述分段导体通道构造成以电串联来将LED芯片的至少一部分电耦接。
9.根据权利要求1的设备，其中，所述分段导体通道构造成耗散来自与发光二极管(LED)芯片的阵列所安装到的印刷电路板的同一侧的热量。
10.根据权利要求1的设备，其中，所述第一光学元件被模制到印刷电路板。
11.根据权利要求1的设备，其中，所述第二光学元件包括磷光体。
12.根据权利要求1的设备，其中，所述印刷电路板具有电介质基板。
13.—种组装发光二极管(LED)照明设备的方法，包括: 形成第一子组件，所述第一子组件包括覆盖被安装到印刷电路板的LED芯片阵列的第一光学元件阵列； 形成第二子组件，所述第二子组件包括构造成覆盖第一光学元件阵列的第二光学元件阵列；以及 将所述第一子组件和所述第二子组件结合。
14.根据权利要求13的方法，其中，所述印刷电路板包括分段导体通道，所述分段导体通道构造成将LED芯片阵列的至少一部分电耦接并提供电触点，所述电触点构造成将所述分段导体通道电耦接到电源。
15.根据权利要求13的方法，其中，所述LED芯片阵列的每个LED芯片构造成通过覆盖的第一光学元件的发光表面发射第一波长范围的光，并且其中，每个第二光学元件构造成将第一波长范围的光转换成不同于第一波长范围的第二波长范围的光。
16.根据权利要求13的方法,所述方法还包括将第一光学兀件阵列模制到LED芯片阵列。
17.根据权利要求13的方法，所述方法还包括将第二光学元件阵列模制到载体并且然后将第二光学元件阵列放置在第一光学元件阵列上。
18.根据权利要求17的方法，其中，将第二光学元件阵列模制到载体还包括将第二光学元件阵列注塑模制到载体。
19.根据权利要求17的方法，其中，所述载体构造成可去除地连接到印刷电路板。
20.根据权利要求 13的方法，其中，所述第一子组件和第二子组件被机械地结合。
【文档编号】F21V5/00GK103649627SQ201280031979
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2011年6月28日
【发明者】D.W.汉比, A.M.斯科奇, J.H.塞尔韦里安 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司