具有led阵列的灯的制作方法

具有led阵列的灯的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有LED阵列的灯。LED的集中性质允许LED使用支撑电力结构以细丝状的方式构造在灯(100，200，400，500，600，700，800)的光学封套的中央部附近。在实例实施方式中，LED通过流体介质(114，212，414，514，730)冷却，以使LED能够维持适当的机械稳定性以及操作温度。在一些实施方式中，灯(100，200，400，500，600，700，800)在至少5瓦的功率下进行操作。由于LED阵列(202)可被集中以形成细丝状结构，故灯(100，200，400，500，600，700，800)的光模式不会被散热器或机械支撑部件的存在所影响。在一些实施方式中，磷光体用于提供波长转换。磷光体可悬浮在光学传输流体介质(114，212，414，514，730)内、远程地放置在灯结构中、或应用于未密封的LED裸片。
【专利说明】具有LED阵列的灯

【背景技术】
[0001]发光二极管(LED)照明系统作为对现有照明系统的替代物变得更加普遍。LED系统是固态照明(SSL)的实例，并且因为LED系统使用较少能量、更耐用、寿命更长、可组合成多颜色的阵列(这些阵列可控制以发出基本上任何颜色的光)以及通常不含铅和水银，故其具有超过传统照明方案(诸如，白炽照明和荧光照明)的优点。固态照明系统可采用照明单元、照明灯具、灯泡或“灯”的形式。
[0002]LED照明系统可包括例如具有一个或多个发光二极管(LED)的封装的发光装置，该封装的发光装置可包括无机LED，该封装的发光装置可包括形成p-n结和/或有机LED (OLED)的半导体层，该封装的发光装置可包括有机发光层。视为白色或接近白色的光可由红色、绿色以及蓝色(“RGB”)LED的组合产生。这种装置的输出颜色可通过分别调节红色、绿色以及蓝色LED的电流供应而改变。用于产生白色或接近白色的光的另一方法是通过使用照明体(诸如磷光体)。用于产生白色光的又一方法是刺激(stimulate)具有LED源的多个颜色的磷光体或染料。
[0003]LED灯可通过形状因数(form factor，波形因数)制成，该形状因数允许LED灯替换标准白炽灯泡或任何各种类型的荧光灯。LED灯通常包括某些类型的光学元件或多个元件，以允许颜色的局部混合、校准光或提供特殊的光模式。有时，光学元件还用作用于灯中的电子器件和/或LED的封套或外壳。
[0004]理想地，由于设计成用于替换传统的白炽光源或荧光光源的LED灯需要是整装(self-contained)的；因此电源连同多个LED或LED封装件以及光学部件均被包含在灯结构中。通常还需要散热器来冷却LED和/或电源，以便保持适当的操作温度。电源以及尤其是散热器通常可阻挡来自LED的一些光或限制LED的布置。取决于传统灯泡的类型(固态灯作为该传统灯泡的替代物)，这个限制可使得固态灯以与由传统灯泡产生的光模式基本不同的模式发光。


【发明内容】

[0005]本发明的实施方式提供一种具有作为光源的LED阵列的固态灯。LED可安装在支撑电力结构(supporting power structure,供电结构)上或固定至支撑电力结构,使得无需专用机械支撑部件和/或结构支撑部件。在一些实施方式中，用于LED的驱动器或电源也可安装在该支撑电力结构上。LED的集中性质以及最小结构支撑允许LED以细丝状的方式构造在灯的光学封套的中央部附近。在实例实施方式中，LED通过光学传输流体介质冷却并进一步缓和，以使LED能够维持适当的操作温度，以用于有效操作以及延长寿命。在这种构造的情况下，灯还可用至少大约五瓦的能耗操作，而仍被有效地冷却。由于LED阵列可构造成形成细丝状结构，故灯的光模式不会被散热器和/或安装硬件的存在或者通过必须将LED定位成邻近灯的基座而受影响。在一些实施方式中，电源(还被称为驱动器)也可通过流体介质冷却，并且可使驱动器的物理尺寸最小化，使得不会过度地干涉灯的光模式。
[0006]根据本发明实例实施方式的灯可包括光学传输外壳以及LED阵列,在该外壳中，该LED阵列设置在支撑电力结构上，以便能操作成当支撑电力结构通电时发光。支撑电力结构可包括引线框架组件。流体介质被包含在外壳中。该流体介质包围LED并且维持与LED阵列的热耦合。流体介质还可维持与LED、外壳或者这两者的光耦合。流体介质可通过用作折射率匹配介质而提供光耦合。在一些实施方式中，流体介质可为油或一些其他适当的冷却剂。在一些实施方式中，可使用氟化的或卤化的液体或胶体。
[0007]在一些实施方式中，磷光体用在外壳内或外壳上，以提供用于来自LED的一部分光的波长转换。在一些实施方式中，磷光体悬浮在光学传输流体介质内。在一些实施方式中，灯包括围绕LED和/或驱动器的光学传输内封套，并且流体介质可限制在内封套内。灯可包括超过一个内封套。流体介质可提供光耦合至内封套。内封套可包括远程磷光体。在一些实施方式中，磷光体的颗粒悬浮在至少一个内封套的流体介质中，并且内封套与外壳之间的空间填充有流体介质而没有磷光体的颗粒。
[0008]在一些实施方式中，灯包括光学传输外壳以及设置在外壳中的LED阵列，以便能操作成当LED阵列通电时发光。灯还包括作为外壳中的流体介质的相变材料，以提供热耦合至LED阵列。在一些实施方式中，相变材料提供光耦合至LED阵列、光学传输外壳或这两者。在一些实施方式中，相变材料可被限制于或至少部分地设置在光学传输外壳内的内封套中。
[0009]如上文所讨论的，在一些实施方式中，磷光体用于灯中。在一些实施方式中，磷光体在激发时发出具有540nm至585nm主波长的光。在一些实施方式中，至少一些LED或LED裸片在照明时发出具有435nm至490nm主波长的光，并且至少一些LED或LED裸片在照明时发出具有600nm至640nm主波长的光。除了分布在流体介质中或设置为如前文描述的远程磷光体之外，磷光体可与LED阵列中的至少一些LED的每一个相关联。磷光体可以各种方式与LED裸片相关联。这种磷光体可与LED密封或封装一装置。这种磷光体还可直接作为涂层应用于至少一些LED裸片，该磷光体在没有进一步密封的情况下可在流体介质中操作。
[0010]根据本发明一些实施方式的灯可组装成采用“PAR”或“A”型白炽灯的形状因数。本发明的实施方式还可用于使所使用的灯替换各种其他标准的白炽灯或者甚至标准类型的荧光灯或卤素灯。在一些实施方式中，PAR或A灯可包括连接至驱动器或电源的爱迪生基座以为灯供电。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1是根据本发明实例实施方式的灯的透明(see-through)侧视图。在这个具体实例中，灯具有A系白炽灯的形状因数。
[0012]图2是根据本发明其他实例实施方式的灯的立体图。在这个具体实例中，灯具有PAR系白炽灯的形状因数。
[0013]图3是位于可用于根据本发明实施方式的灯泡的引线框架组件上的LED阵列的立体图。
[0014]图4至图8是根据本发明的附加实施方式的A型灯的透明侧视图。

【具体实施方式】
[0015]现将参考附图在下文中更详细地描述本发明的实施方式，在附图中示出了本发明的实施方式。然而，本发明可以不同的形式实施并且不应该理解为限制于本文所提出的实施方式。相反，提供这些实施方式以使得本公开内容将全面且完整，并且本公开内容将本发明的范围全部传达给本领域内的普通技术人员。贯穿全文，相同的参考标号指的是相同的元件。
[0016]可以理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应该限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不背离本发明范围的前提下，第一元件可称作第二元件，并且类似地，第二元件可称作第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的术语的任意及全部组合。
[0017]可以理解，当元件(诸如层、区域或基板)被称为在另一元件“上”或延伸至另一元件“上”时，该元件可直接位于另一元件上或直接延伸至另一元件上或者还可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”或“直接”延伸至另一元件“上”时，则不存在中间元件。还可以理解，当元件被称作“连接”或“耦接”至另一元件时，该元件直接连接或耦接至另一元件或者可存在中间元件。相反，当元件被称作直接“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，则不存在中间元件。
[0018]如在附图中示出，本文的相关术语(诸如，“下方”或“上方”或“上”或“下”或“水平”或“竖直”)可用于描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。可以理解，这些术语旨在包含装置除了在附图中描述的定向之外的不同定向。
[0019]本文所使用的术语仅是用于描述【具体实施方式】的目的，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，如果上下文没有另外地指明，则单数形式“a”、“an”和“the”还旨在包括复数形式。还可以理解，当术语“包括(comprises) ”、“包括有(comprising) ”、“包含(includes) ”和/或“包含有(including) ”在本文中使用时,表明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其构成的组。
[0020]除非另外限定，本文所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本领域内一个普通技术人员对于本发明通常的理解相同的含义。还可以理解，除非本文清楚地限定，本文所使用的术语应该理解为具有与本说明书的上下文以及有关领域的含义一致的含义，并将不会解读为理想化的或过度形式化的理解。
[0021]除非另外清楚地指明，比较的、数量的术语(诸如，“小于”和“大于”)旨在包含相等的概念。例如，“小于”不仅意味着最严格数学概念中的“小于”，而且还意味着“小于或等于”。
[0022]本发明的实施方式提供一种固态灯，该固态灯具有集中光发射器(更具体的，LED)。LED可安装在支撑电力结构上或固定至支撑电力结构，使得无需专用机械部件和/或结构支撑部件。LED的集中性质及其最小的机械支撑允许LED以细丝状的方式构造在灯的光学封套的中央部附近。在实例实施方式中，LED通过光学传播流体介质冷却并且进一步缓冲，以使LED能够维持合适的操作温度以及机械稳定性，以用于有效地操作以及延长寿命。由于LED阵列可构造成形成细丝状结构，因此灯的光模式不会被存在的散热器和/或安装硬件或者由于必须邻近灯的基座来定位LED所影响。在一些实施方式中，电源还可通过流体介质冷却，该流体介质可部分地使电源的物理尺寸能够最小化，从而使电源与LED的光模式的干涉最小化。在本文所描述的液体冷却的情况下，灯可构造成在至少大约五瓦的功率水平下操作，同时维持合适的操作温度。
[0023]图1示出了根据本发明一些实施方式的灯100的“透明”侧视图。灯100是具有爱迪生基座102的A系灯；灯100设计成用作A19白炽灯泡的固态替代物。LED封装件104及其自身的透镜安装在金属带106和108上，这些金属带从电源或驱动器110突伸至光学传输外壳112中。金属带形成支撑电力结构。支撑电力结构是这样一种结构，该结构将LED的位置固定在阵列中，并同时供电至基本没有附加机械支撑(或者具有用于多个LED或LED封装件本身的至少最小量的附加机械支撑)的LED。在一些实施方式中，驱动器或电源在支撑电力结构上包括有LED，并且该结构为驱动器提供电力。可存在其他中间结构或电路。此外或可替换地，LED可具有这样的支撑电力结构，该支撑电力结构与用于电源的支撑电力结构并排设置或附加至该用于电源的支撑电力结构。
[0024]仍参考图1，外壳112在一些实施方式中为石英外壳。引线在金属带之间延伸以将两侧的电源电压运送至每个LED封装件。向上及向下面向的LED位于带的金属延伸部上。LED形成集中LED阵列，该集中LED阵列可操作成当通过金属带通电时发光。金属带不仅支撑LED阵列而且还用作至电源的电连接件。金属带还可提供部分散热或者热耦合至灯中的流体。用于灯100的集中LED阵列以及电源通过光学传输流体介质114来冷却，该光学传输流体介质填充或部分地填充光学传输外壳112。
[0025]图2是PAR型灯200 (诸如，用于PAR38白炽灯泡的替代物)的立体图。灯200包括LED阵列202，该LED阵列可被集中并将相对于图3进一步详细讨论。灯200还包括反射器204以及玻璃或塑料透镜206，该透镜覆盖灯200的前部。在这个情况下，电源(未示出)可容纳在灯200的基部208中。灯200还包括爱迪生基座210。反射器204以及透镜206 —起形成用于灯的光学传输外壳，虽然光传输在这个情况下是定向的。应注意到，灯(例如，灯200)可形成有整体的外壳，该整体的外壳适当地成形且在合适的部分上镀银或涂覆，以形成定向的光学传输外壳。灯200包括位于光学传输外壳内的光学传输流体介质212。
[0026]图3是灯200的LED阵列202的立体图。在图3中，多个LED封装件302安装在金属引线306上。用作支撑电力结构或支撑电力结构的一部分的金属引线的集合可被称为引线框架组件。应该注意，这种引线具有各种形状及尺寸。这种引线的截面可为圆形、方形、矩形或任何其他形状。在这个实例实施方式中，四个电连接引线308将LED阵列连接至驱动器且还定位该LED阵列，使得LED在外壳中集中在这样的位置中，即，该位置使得冲击在反射器上并从发射器反射的光以及直接从LED穿过透镜给出的光产生自然的光模式(与传统PAR型白炽灯相比)。
[0027]图4示出了根据本发明一些实施方式的灯400的“透明”侧视图。更具体地，灯400是具有爱迪生基座402的A系灯；灯400设计成用作A19白炽灯泡的固态替换物。LED封装件403安装在引线框架组件404上，该引线框架组件通过光学传输外壳412中的引线408连接至电源或驱动器405。引线框架组件404用作支撑电力结构。外壳412在一些实施方式中为石英外壳。如前文，LED形成LED阵列，该LED阵列可操作成当支撑电力结构通电时发光，该支撑电力结构进而为LED通电。支撑电力结构不仅支撑LED阵列而且还用作至电源的电连接件。用于灯400的LED阵列以及电源通过光学传输流体介质414冷却，该光学传输流体介质存在于光学传输外壳412中。流体介质可填充或部分地填充光学传输外壳。
[0028]图5示出了根据本发明其他实施方式的灯500的“透明”侧视图。灯500还是具有爱迪生基座502的A系灯。灯500还设计成用作A19白炽灯泡的固态替代物。在灯500的情况下，LED阵列中的LED没有被封装或密封，但裸片(die)安装在水平引线503上，该水平引线在这个情况下形成引线框架组件。在阵列的中央附近的LED包括裸片505以及位于至少一部分裸片上(在这种情况下，在两侧上)的磷光体涂层507。靠近阵列的边缘的LED包括裸片509。可使用LED以及磷光体的各种组合。在一些实施方式中，用于全部LED的裸片可能包括磷光体涂层。
[0029]仍参考图5，灯500的LED阵列连同电源或驱动器510还被光学传输外壳512包围。电连接引线513在用于LED的引线接合部与驱动器510之间延伸以使LED通电。如可容易地观察，面向各种方向的LED被包括在集中阵列中。如前文，灯500的集中LED阵列以及电源通过光学传输外壳512内的光学传输流体介质514冷却。
[0030]图6示出了根据本发明另一实施方式的灯600的“透明”侧视图。灯600还为具有爱迪生基座602的A系灯。灯600包括与图4的LED阵列类似的LED阵列。LED封装件还安装在引线框架组件上，该引线框架组件通过光学传输内封套612中的引线连接至电源或驱动器605。引线框架组件还用作支撑电力结构。LED阵列还包括向上及向下面向的LED。灯600的LED阵列以及电源通过光学传输内封套616内的光学传输流体介质冷却。流体介质可填充或部分地填充内封套。
[0031]仍参考图6,灯600包括光学传输外壳620。内封套与光学传输外壳之间的空间622可被基本或部分地排空、被填充有空气或惰性气体、或者可被填充或部分地填充有流体介质，该流体介质具有与内封套内的流体介质的特性相同或不同的特性。应该注意，根据本发明实施方式的灯可包括多个内封套，该多个内封套可采用球形、管形或任何其他形状的形式。任何或全部这些内封套可设置用于折射率匹配，以优化需要用于灯的适当操作的流体介质的体积。这些内封套中的一个或多个可为漫射的并且可由胶体、硅树脂、塑料、玻璃或任何其他合适的材料制成。
[0032]内封套在一些实施方式中的使用允许灯包含较少的流体介质和/或提供保护外壳，该保护外壳不会使流体泄漏到损坏的灯之外。如果灯(例如，在图6中的灯600)与例如在图4中示出的灯的尺寸相同，则LED阵列的结构可需要被修改或制造得更小，以便配合在灯的内封套612中。然而在一些实施方式中，灯(例如图4的灯)可设计成在物理上小于图6中示出的灯，例如，图6的灯600可具有家用标准尺寸白炽灯泡的尺寸及形状因数(form factor),而图4的灯400可具有较小的白炽灯泡(诸如，通常使用在家用电器中的白炽灯泡)的尺寸及形状因数。应该注意在一些实施方式中，内封套612用作远程磷光体载体，并且该内封套被涂有或注有磷光体，以提供远程波长转换。还应该注意，在这里示出的这个或任何实施方式中，光学传输外壳或光学传输外壳的一部分可涂有或注有磷光体。
[0033]图7示出了根据本发明实例实施方式的灯700的“透明”侧视图。灯700包括爱迪生基座702，并且被设计成用作A19白炽灯泡的固态替代物。LED封装件703还具有其本身的透镜，但裸片还可用在这个实施方式中以及本文公开的任何实施方式中。LED封装件安装在引线框架组件704上，该引线框架组件通过光学传输外壳712中的引线708连接至电源或驱动器705。灯700的LED阵列以及电源通过光学传输流体介质730冷却，该光学传输流体介质存在于光学传输外壳712中。图7的实施方式与前文的实例实施方式不同，其中，流体介质730包括分布和/或悬浮在流体介质中的磷光体颗粒。应该注意，磷光体颗粒可通过本文示出的任何实施方式分布在流体介质中。在图6的实施方式中，内封套内的流体介质可包括悬浮的磷光体颗粒，而内封套与光学外壳之间的其他流体介质基本不具有悬浮的磷光体，反之亦然。
[0034]图8是根据本发明另一实施方式的灯800的“透明”侧视图。灯800是具有爱迪生基座802的A系灯。在这个情况下，具有其自身的透镜的LED封装件804安装在微型电路板805上。电路板805还包括电源部件807。电路板805通过引线815连接至爱迪生基座802中的接触件，并且从电源供电至电源的LED阵列中的LED的电连接件在电路板805上是整装的。
[0035]仍参考图8，灯800的内封套包括包围电路板及LED阵列的部分850，并包括用作流体储存部的部分852。内封套填充有光学传输流体，该光学传输流体还是相变材料，并且该光学传输流体通过响应于热量而改变部分850内的相位来冷却LED以及驱动器。流体介质在内封套的部分850中转化成气体，并且在内封套的部分852中恢复成液体形式。在实例实施方式中，相位改变发生在灯中的最热点处，而不论灯的定向如何，因此相位改变材料将提供冷却，而不论灯是如何定位的。灯800还包括光学传输外壳860。灯800的光学传输外壳860与内封套之间的空间可被基本或部分地排空、被填充有空气或惰性气体、或者可被填充有其他光学传输流体介质。相变材料冷却系统还可设计成使用这个空间以用于冷凝，而代替位于灯的底部处的储存部。
[0036]可使用各种方法以及技术来增加电源(有时还被称为“驱动器”)的容量并降低电源的尺寸，以便允许更加成本有效地制造用于LED灯的电源，或者占据较小空间，以便实践上实现根据本发明实例实施方式的灯。例如，一起使用的多个LED芯片可构造成用相对高的电压进行供电。此外，可在驱动器设计中使用能量储存方法。例如，来自电流源的电流可与LED、电流控制电路以及电容器串联地耦合，以提供能量储存。还可使用电压控制电路。电流源电路可与电流限制器电路一起使用，该电流限制器电路构造成通过LED将电流限制成小于由电流源电路产生的电流。在电流源电路与电流限制器电路一起使用的情况下，电源还可包括整流器电路，该整流器电路具有耦接至电流源电路的输入部的输入部。
[0037]本发明的一些实施方式可包括串联耦接的多个LED组。在这种实施方式中的电源可包括多个电流转移(divers1n)电路,各个电流转移电路均稱接至LED组的对应节点，并且构造成响应于各个LED组的偏压状态转换而操作。在一些实施方式中，第一个电流转移电路构造成通过第一个LED组的传导电流，并且构造成响应于通过第二个LED组的电流而关闭。第一个电流转移电路可构造成响应于第一个LED组的向前偏压而传导电流，并且第二个电流转移电路可构造成响应于第二个LED组的向前偏压而传导电流。
[0038]在上文直接描述的一些实施方式中，第一个电流转移电路构造成响应于节点处的电压而关闭。例如，电阻器可与组串联地耦接，并且第一个电流转移电路可构造成响应于电阻器终端处的电压而关闭。在一些实施方式中，例如，第一个电流转移电路可包括双极晶体管，该双极晶体管在节点与电源的终端之间提供可控的电流路径，并且通过电阻器的电流可改变双极晶体管的发射极偏压。在一些这种实施方式中，每个电流转移电路均可包括晶体管，该晶体管在组的节点与电源的终端以及耦接至节点且耦接至晶体管的控制终端的关闭电路之间提供可控的电流路径，并且每个电流转移电路均构造成响应于控制输入而控制电流路径。通过一个LED组的电流可提供控制输入。晶体管可包括双极晶体管，并且关闭电路可构造成响应于控制输入而改变双极晶体管的基极电流。
[0039]不可过分强调，相对于上文描述的灯的各种实例实施方式的特征，这些特征可以各种方式组合。例如，可组合在灯中包括磷光体的各种方法，并且任何这些方法均可通过使用各种类型的LED装置(诸如，裸片与密封的或封装的LED装置)或者使用相变材料而组合。本文所示出的实施方式仅为示出并描述为说明用于具有LED阵列的灯的各种设计选项的实例。
[0040]多个LED和/或LED封装件用于本发明的实施方式并且可包括发出光的色度的发光二极管芯片，当混合时，该光的色度被认为组合成白光。磷光体可用作描述成通过波长转换而添加光的另外其他的颜色。例如，蓝色或紫色LED可用在灯的LED组件中，并且适当的磷光体可为上文提及的任意方式。LED装置(如前文描述的LED裸片)可使用局部封装有LED的磷光体化的涂层，或者使用如前所述的涂覆LED裸片的磷光体。例如，蓝色偏移黄色(BSY)的LED装置(通常包括局部磷光体)可在光学传输外壳或内封套上或里面使用红色磷光体，以产生基本白色的光，或者该LED装置在阵列中组合有红色发光LED装置，以产生基本白色的光。这种实施方式可产生具有至少70CR1、至少80CR1、至少90CR1、或至少95CRI的光。通过使用术语基本白色的光，其可指的是包括点的黑体轨迹的色品(chromacity)图表，用于源的点落在点的黑体轨迹中的任意点的四个、六个或十个麦克亚当(MacAdam)椭圆内。
[0041]使用上文涉及的BSY与红色LED装置的组合以产生基本上白色的光的照明系统可被称为BSY加红系统或“BSY+R”系统。在这种系统中，所使用的LED装置包括可操作成发出两种不同颜色光的LED。在一个实例实施方式中，LED装置包括一组LED，其中，如果且当照明时，每个LED均发出具有440nm至480nm主波长的光。LED装置包括另一组LED，其中，如果且当照明时，每个LED均发出具有605nm至630nm主波长的光。当激发时,磷光体可用于发出具有560nm至580nm主波长的光，从而形成具有来自前述LED装置的光的蓝色偏移黄色的光。在另一实例实施方式中，一组LED发出具有435nm至490nm主波长范围的光，并且另一组发出具有600nm至640nm主波长范围的光。当激发时,磷光体发出具有540nm至585nm主波长的光。可在授权的美国专利7，213，940中发现另一详细的实例，该实例使用LED组发出不同波长的光，以产生基本白色的光，该专利通过引证结合于此。
[0042]对于用于本发明实施方式的流体介质,例如,可使用液体、胶体或其他材料,这些材料要么适度(moderate)具有高导热性,要么适度具有高传送性(convective),或者具有这两方面特性。如本文所使用的，“胶体”包括具有固体结构的介质以及渗透该固体结构的液体。胶体可包括液体，该液体为流体。本文所使用的术语“流体介质”指的是胶体、液体以及任何其他非气态的有形材料。流体介质在光学外壳中包围LED装置。在实例实施方式中，流体介质是足够非传导性的，以使得对于LED装置无需封装或绝缘，虽然可包括封装。在实例实施方式中，流体介质具有低的适度的热膨胀，或者流体介质所具有的热膨胀基本匹配灯的一个或多个其他部件的热膨胀。流体介质在至少一些实施方式中还为惰性的并且不容易分解。
[0043]例如，在本发明一些实施方式中所使用的流体介质可为油。油可为石油基的油(诸如矿物油)，或者可为自然中的有机的油(诸如植物油)。流体介质在一些实施方式中还可为全氟聚醚(PFPE)液体、或者其他氟化或卤化液体或者胶体。还可能使用具有至少一些上述性质的适当的碳酸丙烯酯液体或胶体。例如，合适的PFPE基液体可从意大利的SolvaySolexisS.p.A商业上获得。在相变材料用于流体介质的实施方式中，可使用氯甲烷、乙醇、二氯甲烷或三氯氟化甲烷。由美国明尼苏达圣保罗的3M公司生产的Flourinert?可用作冷却剂和/或相变材料。应该注意到，由于可降低灯的相关部分内的压力，以便降低用于水的相位变化温度，故水可用作相变材料。
[0044]在至少一些实施方式中，光学传输流体介质为折射率匹配介质，其以折射率为特征，该折射率提供具有从LED穿过外壳的最小反射及折射的有效光转移。折射率匹配介质可具有与外壳材料、LED装置封装材料或LED基板材料相同或类似的折射率。折射率匹配介质可具有在算数上介于这些材料中的两个的折射率之间的折射率。
[0045]例如，如果在集中LED阵列中使用未封装的LED，则可使用这样的流体，该流体的折射率介于LED基板的折射率与外壳和/或内封套的折射率之间。可使用具有透明基板的LED,以使得光穿过基板并且可从芯片的发光层在全部方向上辐射。如果所选择的基板为碳化硅，则基板的折射率为近似2.6。如果玻璃用于外壳或封套，则玻璃通常将具有近似1.5的折射率。因此，具有近似2.0-2.1的折射率的流体可用作折射率匹配流体介质。还可使用具有蓝宝石基板的LED。由于基板在这个情况下将为绝缘体，故如果使用未封装的裸片，则欧姆接触将需要穿过LED的基板。然而，蓝宝石的折射率为近似1.7，使得在这个情况下如果还将玻璃用于外壳或封套，则流体介质可具有近似1.6的折射率。如果玻璃透镜用在封装的LED装置上，则流体可具有近似1.5的折射率，基本匹配透镜以及外壳两者的折射率。
[0046]根据本发明实例实施方式的LED灯的各个部件可由任意的各种材料制成。可使用用于使各个部件相互连接的变化的紧固方法及机构来组装根据本发明实施方式的灯。例如，在一些实施方式中，可使用锁定突出部和孔。在一些实施方式中，可使用诸如突出部、闭锁件或其他合适的紧固装置的紧固件的组合以及紧固件的组合，这些紧固件不需要粘合剂或螺纹件。在其他实施方式中，可使用粘合剂、螺纹件、螺栓或其他紧固件将各个部件紧固在一起。
[0047]虽然本文已经示出并描述了特殊实施方式，但本领域内普通技术人员所领会到的为，实现相同目的所考虑的任何装置均可取代示出的特殊实施方式，并且本发明在其他环境中具有其他应用。这个申请旨在覆盖本发明的任何改编或变化。下文的权利要求决非旨在将本发明的范围限制于本文描述的特殊实施方式。
【权利要求】
1.一种灯，所述灯包括: 光学传输外壳; LED阵列，在所述光学传输外壳中所述LED阵列设置在支撑电力结构上，以便能操作成当所述支撑电力结构通电时发光；以及 流体介质，所述流体介质包含在所述光学传输外壳中，以提供热耦合至所述LED阵列。
2.根据权利要求1所述的灯，其中，所述流体介质包括油以及氟化或卤化的液体或胶体中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的灯，其中，所述流体介质提供光耦合至所述LED阵列以及所述光学传输外壳中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的灯，所述灯进一步包括磷光体，所述磷光体设置在所述光学传输外壳内或所述光学传输外壳上。
5.根据权利要求4所述的灯，其中，所述磷光体悬浮在所述流体介质内。
6.根据权利要求5所述的灯，其中，所述支撑电力结构进一步包括引线框架组件。
7.根据权利要求6所述的灯，其中，所述灯采用PAR形状因数以及A形状因数中的一个。
8.根据权利要求1所述的灯，所述灯进一步包括至少一个内封套，其中，所述流体介质中的至少一部分被限制于所述至少一个内封套。
9.根据权利要求8所述的灯，其中，所述至少一个内封套进一步包括远程磷光体。
10.根据权利要求8所述的灯，其中，所述支撑电力结构进一步包括引线框架组件。
11.根据权利要求10所述的灯，其中，所述灯采用PAR形状因数以及A形状因数中的一个。
12.根据权利要求8所述的灯，其中，限制于所述至少一个内封套的所述流体介质包括相变材料。
13.根据权利要求8所述的灯，其中，限制于所述至少一个内封套的所述流体介质进一步包括悬浮的磷光体。
14.根据权利要求13所述的灯，所述灯在所述至少一个内封套与所述光学传输外壳之间进一步包括附加流体介质。
15.根据权利要求14所述的灯，其中，所述附加流体介质基本不具有悬浮的磷光体。
16.根据权利要求15所述的灯，其中，所述灯采用PAR形状因数以及A形状因数中的一个。
17.一种灯，所述灯包括: 光学传输外壳; LED阵列，所述LED阵列设置在所述光学传输外壳中；以及 流体介质，所述流体介质包含在所述光学传输外壳中，以提供光耦合和热耦合至所述LED阵列； 其中，当所述LED阵列通电时，所述灯在至少大约5瓦的功率水平下进行操作。
18.根据权利要求17所述的灯，其中，所述流体介质包括油以及氟化或卤化的液体或胶体中的至少一者。
19.根据权利要求16所述的灯，其中，所述流体介质为折射率匹配介质。
20.根据权利要求19所述的灯，其中，所述LED阵列至少包括第一裸片以及第二裸片，所述第一裸片在照明的情况下会发出具有435nm至490nm主波长的光，所述第二裸片在照明的情况下会发出具有600nm至640nm主波长的光,并且其中,磷光体与至少一个裸片相关联，该至少一个裸片在激发时发出具有540nm至585nm主波长的光。
21.根据权利要求20所述的灯，所述灯进一步包括支撑电力结构，所述支撑电力结构连接至所述LED阵列。
22.根据权利要求21所述的灯，其中，所述灯采用PAR形状因数以及A形状因数中的一个。
23.根据权利要求19所述的灯，所述灯进一步包括至少一个内封套，其中，所述流体介质中的至少一部分被限制于所述至少一个内封套。
24.根据权利要求23所述的灯，其中，限制于所述至少一个内封套的所述流体介质包括相变材料。
25.—种制造灯的方法，所述方法包括: 提供光学传输外壳； 在所述光学传输外壳中，将LED阵列居中定位在支撑电力结构上； 连接所述支撑电力结构，使得LED可被通电而发光；以及 将流体介质放置在所述光学传输外壳中，使得所述流体介质提供光耦合以及热耦合至所述LED。
26.根据权利要求25所述的方法，所述方法进一步包括: 将电源连接至所述支撑电力结构； 提供爱迪生基座；以及 将所述爱迪生基座连接至所述电源。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述支撑电力结构为引线框架组件。
28.根据权利要求27所述的方法，所述方法进一步包括将磷光体放置在所述光学传输外壳内或所述光学传输外壳上。
29.根据权利要求28所述的方法,其中，上述将所述磷光体放置在所述光学传输外壳内的步骤包括用所述磷光体涂覆至少一些所述LED的至少一部分。
30.根据权利要求28所述的方法,其中，上述将所述磷光体放置在所述光学传输外壳内的步骤包括将所述磷光体的颗粒分布在所述流体介质中。
31.根据权利要求30所述的方法，所述方法进一步包括在所述LED阵列与所述光学传输外壳之间设置内封套，并且其中，所述磷光体的颗粒分布在所述内封套内的所述流体介质中。
32.根据权利要求31所述的方法,所述方法进一步包括在所述光学传输外壳与所述内封套之间添加附加流体介质。
33.根据权利要求27所述的方法，所述方法进一步包括在所述LED阵列与所述光学传输外壳之间设置内封套，其中，所述流体介质被限制于所述内封套。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述流体介质为相变材料。
35.根据权利要求33所述的方法，所述方法进一步包括设置与所述内封套相关联的远程磷光体。
36.一种灯，所述灯包括: 光学传输外壳; LED阵列，所述LED阵列设置在所述光学传输外壳中，以便能操作成当所述LED阵列通电时发光；以及 相变材料，所述相变材料包含在所述光学传输外壳中，以提供热耦合至所述LED阵列。
37.根据权利要求36所述的灯，其中，所述相变材料提供光耦合至所述LED阵列以及所述光学传输外壳中的至少一者。
38.根据权利要求36所述的灯，所述灯进一步包括磷光体，所述磷光体设置在所述光学传输外壳内或所述光学传输外壳上。
39.根据权利要求38所述的灯，所述灯进一步包括支撑电力结构，所述支撑电力结构连接至所述LED阵列。
40.根据权利要求38所述的灯，其中，所述LED阵列至少包括第一裸片以及第二裸片，所述第一裸片在照明的情况下会发出具有435nm至490nm主波长的光，所述第二裸片在照明的情况下会发出具有600nm至640nm主波长的光，并且其中，所述磷光体与至少一个裸片相关联，并且其中，所述磷光体在激发时发出具有540nm至585nm主波长的光。
41.根据权利要求39所述的灯，其中，所述灯采用PAR形状因数以及A形状因数中的一个。
42.根据权利要求36所述的灯，所述灯进一步包括至少一个内封套，其中，所述相变材料中的至少一部分被限制于所述至少一个内封套。
【文档编号】F21V29/00GK104136836SQ201280071001
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月19日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】杰拉尔德·H·内格利, 普兰尼特·阿桑尔耶, 托马斯·G·科尔曼 申请人:克利公司