Led光源的制作方法
【专利摘要】本发明的示例实施方式提供了具有有效且高效的热量管理系统的LED光源。例如，本发明的实施方式包括从LED光源中使用的LED将热量有效传出的设备、系统、材料和方法以生产与传统LED光源相比具有高流明输出的LED光源。更具体地，本发明的示例实施方式提供了包括将LED嵌入其中的透明或半透明导热材料的LED光源。
【专利说明】LED光源
【技术领域】
[0001]本公开主要涉及光源，更具体地，涉及LED光源。
【背景技术】
[0002]出于环境和能量效率的考虑，照明工业当前处于变化且努力开发同等质量但效率更高的光源来替代传统白炽光源的状态。传统的白炽光源能够产生高流明输出，消费者已经习惯于该高流明输出。但是，白炽光源通常功率效率低且使用寿命短。
[0003]已经提出若干种可供选择的光源以试图解决传统白炽光源存在的能量效率和使用寿命问题。可选择光源的一个示例是LED光源。LED光源具有解决与白炽光源相关的能量效率和使用寿命问题的可能性，但是对绝大多数来说，迄今为止LED光源在大多数照明市场未能代替白炽光源。
[0004]LED光源不能有效代替白炽光源存在各种原因。例如，一个原因是由于LED光源具有严格的热量管理要求，LED光源未能发挥其潜能。更具体地，为了使LED高效工作，必须非常高效地管理由LED自身产生的热量从而将LED的工作温度降到最低。如果允许LED过热，或以过高的工作温度运行，那么从LED输出的光显著减少。另外，如果LED过热，那么使用寿命缩短且光输出的质量下降。因此，光源研发者不懈工作试图开发在LED光源中能够高效管理由LED产生的热量的热量管理系统。
[0005]在LED光源中管理由LED产生的热量的传统方法包括使用散热器。更具体地，LED典型地安装至设计为将热量从LED导出的一个或更多个散热器。示例散热器结构可以包括安装至主结构的LED，该主结构用于将热量从LED直接传导出去。然后，将主结构安装至副结构，该副结构从主结构传热并最终将热量传导出光源结构自身之外。
[0006]在传统LED光源中的散热器可以包括位于LED和光源的基部(插座)之间的比较大的翅片式结构。传统上，散热器由金属材料、复合材料或具有良好导热特性的类似材料制成。用于形成传统LED光源中散热器的材料的尺寸和类型具有多种缺点。
[0007]首先，传统LED光源中散热器的尺寸可以产生许多LED光源与传统白炽灯泡的形状要素(form factor)不匹配的问题。在世界各地安装有数十亿的照明插座，并且任何白炽灯泡的替代光源必须接近与标准白炽灯泡相同的形状要素。由于LED光源的热量管理要求，散热器通常比较大，因此，许多LED光源不具有和传统白炽光源相同的形状要素。
[0008]第二，至少部分归因于用来形成传统LED光源中散热器结构的大量金属，与白炽灯泡相比，每个LED光源的成本非常高。例如，在提交本申请时，在家居装饰零售中心销售的典型LED光源的售价是白炽灯泡售价的约10至20倍。与制造散热器相关的成本抑制了传统LED光源成为大多数消费者支付得起的替代选择。
[0009]第三，与传统LED光源相关的散热器结构产生样式不美观的光源。实际上，许多传统LED光源看起来更像机器而非装饰性光源。由于传统LED光源的样式不美观，许多消费者不会接受在能够看到光源的灯具中安装这些类型的LED光源。
[0010]除了传统LED光源中散热器结构的上述所有缺点以外，大部分传统散热器结构还不能有效管理由LED产生的热量以允许由LED光源生成60W、75W或10W的等效光源。且不说在传统热源上使用的散热器结构庞大且昂贵，由于LED会过热，LED的光输出还不能最大化，造成光输出损失、使用寿命缩短且光质量不佳。
[0011 ] 因此，需要用于LED光源的更好的热量管理结构，其尽可能多地将热量从LED传导出去、与传统照明插座形状要素匹配、比传统金属散热器结构便宜且光源样式美观。
【发明内容】
[0012]本发明的示例实施方式提供了具有有效且高效的热量管理系统的LED光源。例如，本发明的实施方式包括将热量从LED光源中使用的LED有效传导出去的设备、系统、材料和方法以生产与传统LED光源相比具有高流明输出的LED光源。更具体地，本发明的示例实施方式提供了包括将LED嵌入其中的透明或半透明导热材料的LED光源。
[0013]在一个示例实施方式中，光源包括能够连接至电源的插座连接。所述插座连接具有电联接至所述插座连接的一个或更多个LED。所述一个或更多个LED嵌入在导热材料中。导热材料基本是透明或半透明的使得从LED发出的光能够穿过所述导热材料。
[0014]在另一个示例实施方式中，光源包括能够连接至电源的插座连接。包括一个或更多个LED的LED元件通过所述插座连接而接受电力。LED元件嵌入在导热材料中，并且所述导热材料被成型和尺寸设置为使得所述光源满足标准化的形状要素。
[0015]在又一个示例实施方式中，提供了用于制造光源的方法。制造光源的方法包括获得包括一个或更多个LED的结构。然后，将所述一个或更多个LED嵌入到导热材料中。然后，将所述导热材料成型为期望的尺寸和形状以生产光源。
[0016]本发明的其它特征和优点将在下面的说明中提出，且在某种程度上从该说明中是显而易见的，或者可以通过实施本发明而习得。本发明的特征和优点可以通过在随附权利要求书中特别指出的手段和组合来实现和获得。本发明的这些和其它特征将从下面的说明和随附权利要求书中变得更加清楚，或可以通过实施如下文描述的本发明而习得。
【具体实施方式】
[0017]本发明的示例实施方式提供了具有有效且高效的热量管理系统的LED光源。例如，本发明的实施方式包括将热量从在LED光源中使用的LED有效传导出去的设备、系统、材料和方法以生产与传统LED光源相比具有高流明输出的LED光源。更具体地，本发明的示例实施方式提供了包括将LED嵌入其中的透明或半透明导热材料的LED光源。该导热材料具有例如导热性、热容量、质量、相对于LED的位置的特性，以及允许LED的光输出最大化而不需要使用传统散热器结构的其它相关特性。
[0018]例如，导热材料可以是模制的并且形成为传统白炽形状要素的形状，或者换句话说，嵌入有LED的导热材料能够被模制成传统白炽灯泡的外壳的形状。因为导热材料是透明或半透明的，LED能够直接嵌入到导热材料中使得从LED产生的光能够高效地穿过导热材料以产生高质量光源。因此，导热材料本身能够代替白炽灯泡的传统玻璃外壳，如果需要，允许几乎精确地匹配传统白炽灯泡的形状要素。
[0019]另外，因为导热材料具有有效管理从LED产生的热量的必要特性，所以不再需要LED光源具有传统的散热器结构。导热材料通过设置完全围绕LED的大散热器而提供必须的热量管理。因此，不需要传统的散热器结构，本发明与传统LED光源相比能够大幅降低生产LED光源的成本。
[0020]此外，因为不再需要传统的散热器结构，所以本发明的实施方式提供了样式美观的LED光源。实际上，由于LED光源能够产生必要的光输出，本发明使LED光源能够真正替代装饰性白炽光源，同时保持了形状要素，其不需要由传统散热器结构引起的庞大和机器型样式。
[0021]除了本发明的上述优点以外，嵌入有LED的导热材料提供了与传统散热器结构相t匕，更高效的管理LED所产生的热量的方式。由于更高效的热量管理，LED能够在更高能量水平运行从而产生更多的光输出。由本发明的实施方式提供的LED光输出的增加使得LED光源能够匹配传统白炽灯泡的光输出。
[0022]本发明的上述和其它优点将参照附图进一步进行描述。在图1A中例示了本发明的一个示例实施方式。图1A例示了示例LED光源100。LED光源可以包括基部102。基部102可以由金属、陶瓷或其它合适的材料制成。在一个实施方式中，基部可以由包括热传递特性的材料制成，使得通过导热材料(下文进一步解释)传导的热量能够被有效地传递到基部102中ο
[0023]如图1A所示，基部102具有与传统白炽灯泡形状要素匹配的圆形几何构造。在另选实施方式中，基部102可以具有任何特定应用所期望的任何几何构造。基部102能够用来容纳调整LED可能需要的电流所必须的电子设备(例如，电路板、电压控制器/转换器等)(未示出)。根据构造，光源100可以包括或不包括电子设备。
[0024]如图1A所示，基部102可以包括插座连接104。图1A中例示的插座连接104是用于标准爱迪生型插座的标准灯泡连接。在另选实施方式中，根据所需光源类型，插座连接可以是行业中已知的、或可引入到行业的任何连接。示例插座连接包括但不限于双销(b1-pin)、晶片、卡销和不同大小的爱迪生螺旋型插座连接104。在至少一个示例实施方式中，基部102只包括插座连接104，基本上类似于传统白炽灯泡构造。
[0025]插座连接104提供至LED单元108的电连接。LED单元通过支座(mount) 106可以连接至基部102，尽管支座不是必需的并且仅以可实施为形成光源100的示例结构的方式示出。LED单元108可以包括一个或更多个LED110。例如，如图1A所示，LED单元108提供使多个LEDllO能够沿360度方向安装的结构。
[0026]在另选实施方式中，LED单元108几乎能够具有任何构造。例如，LED单元108能够沿一个或更多个方向引导从LEDllO发出的光，由此具有相对应的结构。LED单元108结构和构造并非本发明的限制因素，相反地，行业内已知的任何LED单元108的结构均可用于实施在本发明中。另外，本发明能够提供示例LED单元108，其中LED单元108不具有将LEDllO安装其上的支座结构。下文将参照图2进一步说明该实施方式。
[0027]设置在LED单元108的顶部之上，光源100包括嵌入有LED单元108的导热材料112。支座106(如果包括)也可以嵌入导热材料112中，如图1A所示。例如，通过将导热材料112的一部分置于支座106限定的空间和基部102之间，导热材料112可以粘附或附接至基部和/或支座，使得导热材料112固定在合适的位置。另外，例如，基部102的部分也可以嵌入到导热材料112中。
[0028]如图1A所示，导热材料112能够被模制并且成型为传统白炽灯泡形状要素。图1B和IC例示了光源10b和10c的其它示例，其中导热材料112b和112c分别按各种其它标准灯泡形状要素形成。除了图1A至图1C中所示的示例以外，导热材料能够用来形成任何类型和形状的灯泡，包括那些已公认的标准灯泡，以及定制的类型和形状。例如，能够模制导热材料112以生产与A19、A14、T8、T4、T3、MR8、MR11、MR16、PAR (抛物面反射器)、R (反射器)和任何其它标准化灯泡形状要素相匹配的形状要素。
[0029]导热材料112是足够半透明或透明的材料使得从LEDllO发出的光的至少一部分能够穿过该材料。此外，导热材料112具有足够高的热传递特性，以允许由LEDllO产生的热量从LEDllO高效且有效地导出并且传递至导热材料112且穿过导热材料112，以允许LEDllO具有足够低的工作温度来保持光输出性能。
[0030]除了上述特性以外，导热材料112的范围可以是从高粘性液体(例如重型油脂)至固体。在一些示例中，导热材料112可以具有橡胶型稠度，其允许光源100下降(dropped)而不破坏或破损导热材料112。
[0031]根据导热材料112采用的形式，光源100可以包括包围所述材料的外壳(未示出)。例如，外壳可以用来容纳并且成型重型油脂型导热材料。但是，如图1A所示，当导热材料112具有围绕LED单元108保持导热材料112的形状的物理特性时，光源100没有必要包括外壳。
[0032]可以用于导热材料的示例材料包括但不限于，透明的硅基聚合物、长链烷烃、固态透明蜡、透明陶瓷材料，或具有足够的热传递特性以及足够的半透明或透明度的任何类似材料。
[0033]也可以使用各种其它材料，例如在注射模制应用中使用的热塑性材料。可以使用的热塑性材料包括但不限于:乙烯-乙酸乙烯酯聚合物和共聚物，聚己酸内酯的聚合物和共聚物，聚烯烃聚合物，非晶态聚烯烃聚合物和共聚物，如低密度聚乙烯或聚丙烯，无规聚丙烯，氧化聚乙烯和聚丁烯-1 ;乙烯丙烯酸酯聚合物和共聚物，如乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐，乙烯丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物，如乙烯丙烯酸正丁酯，乙烯-丙烯酸，乙烯-乙酸乙酯；聚酰胺聚合物和共聚物，聚酯聚合物和共聚物，聚氨基甲酸氨酯聚合物和共聚物，苯乙烯聚合物和共聚物，聚碳酸酯聚合物和共聚物，硅橡胶聚合物和共聚物，多糖聚合物和共聚物，含氟聚合物，聚吡咯聚合物，聚碳酸酯聚合物和共聚物，蜡状的聚合物和共聚物，蜡，共聚维酮，聚丙烯酸聚合物和共聚物，聚马来酸聚合物和共聚物，聚酰亚胺，聚氯乙烯聚合物和共聚物，聚(乙烯-共甲基丙烯酸)共聚物，以及任何其它有用的塑料、聚合物和共聚物，和/或它们的任意组合。
[0034]塑料可以是热塑性或热固性塑料。这些聚合物可以由直链、共聚物、嵌段或归并为相同质量的聚合物的任何组合组成。塑料可以选自例如如下聚合物的组:聚丙烯酸酯，聚酰胺酰亚胺，酚醛树脂，尼龙，腈树脂，含氟聚合物，共聚维酮，环氧树脂，三聚氰胺-甲醛，邻苯二甲酸二烯丙酯，乙缩醛，氧茚树脂，丙烯酸树脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，醇酸树脂，纤维素塑料，聚丁烯，聚碳酸酯，聚己内酯，聚乙烯，聚酰亚胺，聚苯醚，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氨酯，聚乙酸乙烯酯，聚氯乙烯，聚(乙烯醇-共乙烯)，苯乙烯丙烯腈，砜类聚合物，饱和或不饱和聚酯，脲醛，或任何类似或有用的塑料。
[0035]其它示例材料包括:聚丙烯酸酯，聚酰胺酰亚胺，酚醛树脂，尼龙，腈树脂，石油树月旨，含氟聚合物，共聚维酮，环氧树脂，三聚氰胺-甲醛，邻苯二甲酸二烯丙基，乙缩醛，氧茚树脂，丙烯酸树脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，醇酸树脂，纤维素塑料，聚丁烯，聚碳酸酯，聚己内酯，聚乙烯，聚酰亚胺，聚苯醚，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氨酯，聚乙酸乙烯酯，聚氯乙烯，聚(乙烯醇-共乙烯)，苯乙烯丙烯腈，砜类聚合物，饱和或不饱和聚酯，脲醛，或任何类似的塑料。
[0036]此外，导热材料可以与例如荧光体的光转换材料相结合，使得从LEDllO发出的光可以通过穿过导热材料而被操控。例如，荧光体材料可以与聚合物基材料结合使得如果LEDllO发出蓝光，一旦蓝光穿过导热材料，荧光体材料将蓝光基本转换成白光。
[0037]如图1所示，导热材料112能够直接接触LEDl 10、LED单元108、以及如果包括的话，支座106。如上文简述，在传统LED光源中，LED—侧与LED单元108 (或类似结构)相接触。因此，传统LED光源的设计被实施为将所有由LED产生的热量向下引导穿过LED单元108(或类似结构)并且向下引导至更大的散热器。但是，本发明使得由LEDllO产生的热量不但被传导至LED单元108，而且被直接传导至导热材料112。这与传统LED光源相比允许更高量级的附加热量传递，这反过来允许LEDllO以更高的光输出水平运行，由此生产能够有效代替白炽灯泡的LED光源100。
[0038]因为由LED产生的热量能够被有效地传导至导热材料112并且穿过导热材料112，所以不需要散热器型的结构，例如支座106、LED单元108或类似类型结构。例如，图2例示了不包括任何传统类型散热器结构的光源200的示例实施方式。光源200包括基部202和插座连接204，类似于参照图1A描述的结构。
[0039]此外，光源200包括含一个或更多个LED208的LED元件206。例如，如图2所示，LED元件包括在串接(stringed)构造中的多个LED208。由于各LED208完全嵌入在导热材料210内，由LED208产生的热量通过导热材料210被有效且高效地从LED208导出而不需要任何其它散热器结构。
[0040]图2只示出了 LED元件206的一个示例。如图2所示，LED元件206包括正电连接212和负电连接214。然后串联连接各LED208以生产具有多个LED208的功能LED元件206。在另选实施方式中，LED208可以并联连接。另外，图2所示的LED元件206具有倒U形状构造。在另选实施方式中，LED元件206几乎能够具有使得LED208能设置在导热材料210内几乎任何位置的任何构造。
[0041]在一个示例实施方式中，LED元件只包括单个LED。在另一个示例中，LED元件包括LED阵列。在又一个示例实施方式中，光源200能够包括多个LED元件206。
[0042]因此，图1A至图2以及相对应的文字提供了多个提供LED光源的不同部件、设备和教导。除了上述内容以外，还可以根据包括在为了达到特定结果的方法中的一个或更多个行为的流程图来描述本发明的示例实施方式。例如，图3例示了制造LED光源的方法300。下面，相对于参照如图1A至图2所描述的部件更全面地描述图3的行为。
[0043]例如，图3示出了方法300包括获得含一个或更多个LED的结构的行为302。例如，图1A示出了包括一个或更多个LED的结构能够包括LED单元108。在另一个示例中，包括一个或更多个LED的结构能够包括LED元件206,如参照图2A所描述的。
[0044]另外，方法300包括将一个或更多个LED嵌入导热材料的行为304。例如，图1A例示了 LED单元108嵌入到导热材料112中。在图2所示的另一个示例中，LED元件206嵌入到导热材料210中。例如，导热材料可以处于允许包括一个或更多个LED的结构嵌入到导热材料中的未固化状态(例如，可模制状态)。在该结构嵌入材料内之后，导热材料能够被转换至将该结构固定在导热材料内的未固化状态(例如，固态)。固化过程可以通过温度处理、光处理、化学处理或任何其它类似类型的途径执行。此外，如果采用外壳来容纳嵌入有LED的导热材料，加工过程不是必须进行。
[0045]此外，方法300包括将导热材料成型为期望的尺寸和形状以生产光源的行为306。例如，图1A至IC例示了导热材料可以被成型和尺寸设置为形成各种光源的标准尺寸，例如A19、枝状大烛台等。此外，导热材料可以被成型和尺寸设置为形成各种光源的定制尺寸。
[0046]因此，在图1A至图3中提供的图表和图形例示了能够用来生产LED光源的许多方法、设备、系统、构造和部件。
[0047]在不偏离本发明的精神或必要特征的情况下，本发明可以实施为其它特定的形式。上述实施方式在各方面应被理解为只是例示性的而非限制性的。因此，本发明的范围由随附权利要求书而非上述说明表明。落入权利要求书等同物含义和范围内的所有修改都将包含在其范围之内。
【权利要求】
1.一种光源，所述光源包括: 插座连接，其能够连接至电源； 一个或更多个LED,其电联接至所述插座连接； 导热材料，所述LED嵌入其中，所述导热材料基本是透明或半透明的使得从所述LED发出的光能够穿过所述导热材料。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料被成型和尺寸设置为标准光源尺寸使得所述光源整体上获得标准光源形状要素。
3.根据权利要求1所述的光源，还包括包围所述导热材料的外壳。
4.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料是硅树脂基材料。
5.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料是透明或半透明陶瓷。
6.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料是有机蜡。
7.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料是固体。
8.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料是热塑性塑料。
9.一种光源，所述光源包括: 插座连接，其能够连接至电源； LED元件，其包括一个或更多个LED，其中所述一个或更多个LED通过所述插座连接而接受电力； 导热材料，所述LED元件嵌入其中，其中所述导热材料被成型和尺寸设置为使得所述光源满足标准化形状要素。
10.根据权利要求7所述的光源，其中所述导热材料是透明或半透明的以允许从所述一个或更多个LED发出的光穿过所述导热材料。
11.根据权利要求7所述的光源，其中所述导热材料是硅树脂基材料。
12.根据权利要求7所述的光源，其中所述导热材料是透明或半透明陶瓷。
13.根据权利要求7所述的光源，其中所述导热材料是有机蜡。
14.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料是固体。
15.根据权利要求1所述的光源，其中所述导热材料是热塑性塑料。
16.—种制造光源的方法，所述方法包括: 获得包括一个或更多个LED的结构； 将所述一个或更多个LED嵌入到导热材料中； 将所述导热材料成型为期望的尺寸和形状以生产光源。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述导热材料成型包括利用所述导热材料围绕所述一个或更多个LED进行注射模制处理。
18.根据权利要求17所述的方法，其中获得包括一个或更多个LED的结构包括: 获取连接插座；以及 将所述一个或更多个LED电连接至所述连接插座。
19.根据权利要求18所述的方法，其中将所述导热材料成型为期望的尺寸还包括: 选择标准光源形状要素；以及 将所述导热材料形成为标准光源形状要素。
【文档编号】H01J61/52GK104254904SQ201280065053
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年10月31日
【发明者】登森·西尔, 史蒂芬·詹森 申请人:登森·西尔, 史蒂芬·詹森