带有结构支撑的led灯泡的制作方法

带有结构支撑的led灯泡的制作方法
【专利摘要】一种发光二极管(LED)灯泡包括一个底座和耦合到该底座的至少一个支撑结构。该支撑结构被成形为一种形状，该形状限定了用于一个发光表面和一个开口容积的轮廓。发光二极管(LED)灯泡包括至少一个LED组件，该至少一个LED组件包括两个或两个以上的电连接LED。该LED组件沿该支撑结构的长度被附接到该支撑结构上并且与该支撑结构物理接触以形成该发光表面。该支撑结构在该LED组件的相邻区段之间具有多个开口。
【专利说明】带有结构支撑的LED灯泡

【技术领域】
[0001]本申请通常涉及发光二极管(LED)灯泡。本申请还涉及与这类LED灯泡有关的部件、装置和系统。

【背景技术】


【发明内容】

[0002]一些实施例涉及发光二极管(LED)灯泡。LED灯泡包括一个底座和至少一个支撑结构，该至少一个支撑结构被耦合到该底座上并且形成为限定用于发光表面和开口容积的轮廓的形状。LED灯泡包括由两个或两个以上的电连接LED组成的至少一个LED组件。该LED组件沿支撑结构的长度被附接到该支撑结构并与该支撑结构物理的接触以形成发光表面。该支撑结构在LED组件的相邻的区段之间具有多个开口。
[0003]根据一些实施方式，由发光表面限定的体积具有约大于0.7的球度。在一些实施方式中，LED灯泡提供了每个表面积的光输出，优选在LED灯泡外表面积的每平方厘米约0.3流明与30流明之间，并且更优选地是在LED灯泡外表面积的每平方厘米约0.5流明与20流明之间。
[0004]例如，LED灯泡的尺寸可类似于同等亮度的白炽灯泡。LED灯泡可具有任意形状，如，螺旋形，圆柱形，圆锥形等。在一些构形中，LED灯泡可包括多个细长的支撑元件和多个LED组件，其中每个LED组件被附接到该多个细长支撑元件的对应的一个上。可替代地，LED组件可包括单个细长的支撑元件，该单个细长的支撑元件被耦合到单个LED组件上或多个LED组件上。
[0005]该支撑结构可包括一种可被阳极电镀和/或氧化，和/或用其他方法被涂层的金属。该支撑结构可包括一种塑料，如一种模制的塑料。在一些实施方式中，该支撑结构包括几种材料的复合物。该支撑结构可包括一种具有大于约100W / mK的导热系数的材料。被配置为用于耗散由LED所产生的热量的散热片可任选地设置在该支撑结构上。在不同的实施方式中，这些散热片可被定向在开口容积的外部和/或内部。根据一些构形，该支撑结构的至少一个主表面具有一种表面纹理，该表面纹理提供了比相同尺寸的无纹理的表面大至少三倍的表面积。该支撑结构可具有一个光散射表面。根据一些构形，该支撑结构对于约320nm与700nm之间的波长具有大于约85%的反射率。在某一实施例中，该支撑结构可以包括一种固化的结构涂层。
[0006]在某些构形中，LED组件包括沿柔性衬底的长度以单行安排的多个LED。可替代地，该LED组件可以包括沿柔性衬底的长度以两个或两个以上的行安排的多个LED。这些LED可以例如与设置在该柔性衬底内或上的LED之间的这些电连接并联地电连接。柔性衬底具有一个第一主表面和一个相反的第二主表面，并且每个LED具有基本上垂直于该柔性衬底的主表面的发光表面或边缘。
[0007]在一些实施方式中，该LED组件包括具有第一主表面和相反的第二主表面的柔性衬底。每个LED具有基本上平行于该柔性衬底的主表面的发光表面或边缘。在一些实施方式中，该支撑结构具有一个第一主表面和一个相反的第二主表面。LED组件被设置在细长支撑结构的第一主表面上。可替代地，第一 LED组件处可以沿细长支撑的第一主表面设置并且第二 LED组件可沿细长支撑的第二主表面设置。
[0008]在一些实施方式中，LED组件衬底包括柔性印刷电路板并且这些LED包括离散的表面安装LED。在一些实施方式中，LED包括形成在一起作为集成电路的微LED。
[0009]涂层可设置在LED组件的至少一部分上。涂层可包括陶瓷、玻璃、聚合物、塑料和金属粉的一个或多个。在一些构形中，涂层被配置为用于透射和/或散射由LED产生的光。涂层可用作被配置为直射由LED所发出光的透镜。在某些情况下，涂层可具有暴露到周围空气的表面。例如，涂层表面可以具有一种表面纹理，该表面纹理提供了比相同尺寸的无纹理的表面大至少三倍的表面积。LED灯泡可包括设置在该支撑结构上的至少一个热扩散层或涂层。
[0010]根据某些方面，光学片可设置在这些LED上。在某些情况下，光学片可被配置成用于散射由LED发出的光。在某些情况下，光学片可被配置为在将光透射出光学片之前沿通过光学片的路径引导由LED发出的光。例如，光学片可嵌入在被设置在LED组件上的涂层中。
[0011]在一些实施方式中，第一组LED被电耦合以提供相对较低的光输出并且第二组LED被电耦合以提供相对较高的光输出。
[0012]一些实施例涉及制造发光二极管(LED)灯泡的方法。支撑结构成形为预定形状。该预定形状限定了发光表面的轮廓和开口容积的轮廓。至少一个LED被附接到该支撑结构上，LED组件包括一个衬底和沿该衬底间隔开的多个电连接的LED。
[0013]在某些情况下，该支撑结构在附接该至少一个LED组件之前形成为预定的形状。可替代地，LED组件在支撑结构形成为预定形状之前可被附接。将该支撑结构形成为预定形状可包括挤压、折叠、弯曲、成型和固化中的至少一个。根据某些方面，该发光表面限定具有大于约0.7的球度的容积。
[0014]涂层被施加到该支撑结构和LED组件的一个或两个上。涂层和/或支撑结构的表面可被处理。该处理给表面赋予纹理，该纹理提供了比相同尺寸的无纹理表面大至少三倍的表面积。根据一些实施方式，光学层或片可被安排在LED的发光表面上。光学层或片可包括一种提供光透射、反射和漫射中的一个或多个的材料。根据一些实施方式，热扩散层可设置在LED组件的主表面和该支撑结构的主表面中一者或两个上。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1A至图1L展示了可以根据在此讨论的方法而形成的某些LED灯泡的各种形状；
[0016]图2A和图2B展示了 LED组件的部分，包括一个柔性衬底210以及沿柔性衬底间隔开的多个LED220 ；
[0017]图3A至图3C不出了具有平行或垂直于柔性衬底表面的发光表面的LED的各种安排；
[0018]图4是展示了可用于形成根据在此描述的这些实施例的LED灯泡的过程的流程图；
[0019]图5A至图5G是展示各种支撑结构/ LED组件构形的透视图和剖面图；
[0020]图6展示了支撑结构/ LED组件组合，其中该支撑结构包括多个层和部分；
[0021]图7示出了带有散热片的支撑结构；
[0022]图8描绘了包括光学外涂层和热层的支撑结构；
[0023]图9A和图9B展示了使用光学涂层和/或设置在LED的发光侧上的光学片的光导；
[0024]图9C和图9D展示了提供光学特性的涂层，如线性棱镜、透镜、和/或透镜状结构；
[0025]图10是展示了涉及使用可固化涂层使LED组件形成和保持预定形状的过程的流程图；
[0026]图1lA到图1lF示出了结合有固化的结构涂层的各种构形；并且
[0027]图12A和图12B提供了构形的实施例，该构形包括涂层和可任选地可与固化的结构涂层结合使用的结构。

【具体实施方式】
[0028]由于节能光源的需求，固态照明获得关注。发光二极管(LED)灯泡能够大幅提高居住和商业能源效率，如果它们获得足够的市场采用。然而，商业上的可用的设计目前仅限于60瓦特等值(We)的光度。由于缺乏能取代常见的75W和100W白炽灯泡到消费者满意度的LED灯泡，妨碍了市场采用。在当前的LED灯泡设计中，热管理是实现较高亮度的主要技术障碍。尽管LED比白炽光源更有效，LED芯片仍产生需要耗散的大量热。LED灯泡可由大量的小的LED芯片制成。当许多LED芯片在LED灯泡中被靠近地安装时，对于热管理会是困难的。处理热管理的方法依赖于使灯泡增加相当大的体积、重量和成本的散热器。为了改善散热，LED芯片可进一步间隔地安装；然而，在光源的几个平面上放置多个离散芯片可能涉及复杂的装配过程。
[0029]LED组件的在线制造是有效的过程。LED组件包括沿着可以是柔性的细长衬底设置的大量LED。在此讨论的各种实施例提供了使用LED组件形成LED照明装置和/或灯泡的过程。在此讨论的一些设计包括提供LED照明装置或灯泡的热管理和/或光管理的特征或结构。在此讨论的特征和过程适用于各种LED照明装置并且特别适用于LED灯泡，如具有标准旋入的爱迪生灯座的电连接器的白炽替换LED灯泡。在此所使用的术语“LED灯泡”是指具有任一标准白炽灯泡的形成因素的照明装置。如在此所描述的LED灯泡提供每个表面积的光输出，优选在LED灯泡外表面积的每平方厘米约0.3流明与30流明之间，更优选地是在LED灯泡外表面积的每平方厘米约0.5流明与20流明之间。
[0030]在此所讨论的一些实施例涉及LED灯泡，这些灯泡包括支撑结构和沿该支撑结构安排的一个或多个LED组件。这些LED组件包括多个电连接的LED。可以形成该支撑结构，这样该支撑结构使这些LED组件保持预定形状。这些开关是可以选择的以用于提供通过LED灯泡的特定气流和/或获得特定的光分布。
[0031]在此讨论的一些实施例是针对发光装置，例如使用可固化的涂层而形成的LED灯泡。这些发光装置包括一个或多个LED组件，该一个或多个组件包括两个或两个以上的电连接的LED。这些LED组件被成形为预定的形状。可固化的涂层被施加到一个或多个LED组件上并且被固化。可以在LED组件被成形为预定形状之前或之后施加该可固化的涂层。
[0032]图1A至图1L展示了举例说明在此讨论的方法的各种LED灯泡100_a至100_1。每个LED灯泡100-a至100-1包括具有电连接器的底座180_a至180-1，如，适于耦合到家用电源上的电连接器。在一些实施例中，LED灯泡100-a至100-1可包括功率调节电路，如安装在底座180-a至180-1内的变压器、整流器、电容器、AC到DC和/或DC到DC电源转换器，以及类似物。在一些实施例中，功率调节电路可外接到LED灯泡100-a至100-1。电源连接被设置在底座180-a至180-1上并且底座的连接部分可具有爱迪生旋入式灯泡底座或其他标准灯泡底座的形式。LED灯泡100-a至100-1包括被耦合到底座180_a至180-1上的至少一个支撑结构111-a至111-1。该至少一个支撑结构111-a至111_1被成形为限定带有开口容积190-a至190-1的发光表面112_a至112-1的轮廓的预定形状。LED灯泡100-a至100-1的发光表面112-a至112-1提供每个表面积的光输出，优选在LED灯泡外表面积的每平方厘米约0.3流明与30流明之间，更优选地是在LED灯泡外表面积的每平方厘米约0.5流明与20流明之间。
[0033]LED灯泡100-a至100_1的整体尺寸可类似于同等亮度的白炽灯泡。开口容积190-a至190-1用于允许冷却LED121_a至121-1的气流通过LED灯泡100_a至100-1。
[0034]LED灯泡100-a至100-1包括一个或多个LED组件120_a至120-1，每个柔性的LED组件包括两个或两个以上电连接的LED121-a至121-1。可为柔性和/或细长和/或线性的该一个或多个LED组件120-a至120-1沿该支撑结构lll_a至111-1的长度被附接到该支撑结构111-a至111-1上并与该支撑结构处于物理接触。该支撑结构111-a至111-1在该一个或多个LED组件120-a至120-1的相邻区段之间具有开口 113_a至113-1。这些开口 113-a至113-1在该一个或多个LED组件120_a至120-1的相邻区段之间允许周围空气流入该开口容积190-a至190-1。相邻区段之间的空气流动可用于冷却这些LED121_a至121-1。
[0035]在某些情况下，该一个或多个LED组件120-a至120_1在该支撑结构lll_a至111-1的外部(S卩，在该开口容积190-a至190-1的外侧)可被附接到该支撑结构lll_a至111-1上。在某些情况下，该一个或多个LED组件120-a至120-1在该支撑结构lll_a至111-1的内部(即，在开口容积190-a至190-1内侧)可被连接到该支撑结构lll_a至111-1。该一个或多个LED组件120-a至120-1在支撑结构lll_a至111-1的外部和内部可被连接到该支撑结构111-a至111-1上。
[0036]在一些构形中，该支撑结构111-a至111-1具有第一主表面和一个相反的第二主表面。该一个或多个LED组件120-a至120-1被设置在细长的支撑结构的第一主表面上。在一些构形中，该一个或多个LED组件120-a至120-1包括沿第一主表面设置的至少一个第一 LED组件和沿支撑结构的第二主表面设置的至少一个第二 LED组件。
[0037]在一些构形中，该支撑结构包括具有第一端和第二端的细长结构，并且第一端和第二端被直接附接到底座上。在一些另外的构形中，第一端被直接附接到底座上并且第二端是与底座间隔开的。
[0038]图1A和图1B展示了该支撑结构111-a至lll_b被成形为螺旋结构的实施例。在某些情况下，该支撑结构可以是单一的、连续的元件并且在某些情况下，该支撑结构可以包括多个离散的支撑元件。例如，该支撑结构可以是具有其中切割或形成孔的固体形状；该支撑结构可以是框架元件之间带有间隔的框架；该支撑结构可以是网。具有互联的LED121-a至121-1的单一连续的LED组件可以设置在连续的或离散的元件支撑结构上。在一些实施例中，多个LED组件可以设置在连续的或离散的元件支撑结构上。在如图1A、图1B、图1G、图1H所示的一些实施例中，由该支撑结构lll-a、lll-b、lll-g、lll-h、lll-k、lll-l限定的表面112-a、112-b、112-g、112-h所限定的发光体积(形状)可具有约大于0.5、或者甚至约大于0.7的球度。
[0039]在一些实施例中，该支撑结构可为圆柱形，如图1C至图1F所示。如图1C和图1D所描绘的，这些开口 113-c、113-d可为圆柱形的支撑lll-c、lll-d内的孔。如图1E、图1F所描绘的，该支撑结构lll_e、lll-f可为圆柱形框架并且这些开口 113-e、113-f为框架元件之间的间隔。
[0040]在如图1I和图1J中展示的一些实施例中，该支撑结构lll-1，lll-j可以限定一个锥形形状。在图1K和图1L所示的一些实施例中，该支撑结构11 l_k、111-1可由网形成。这些LED组件120-k、120-1可包括微型LED。
[0041]该支撑结构111-a至111-1提供了 LED灯泡100_a至100_1的形状和刚度并且还可赋予LED灯泡100-a至100-1热和/或光学特性。该支撑结构可由金属、塑料、模制塑料和/或几种材料的复合物制成。在支撑结构为金属或者包括金属的实施例中，金属可被阳极电镀、氧化或涂敷有适当的涂层材料。
[0042]根据一些实施方式，该支撑结构包括一个固化的结构涂层。该固化的结构涂层可包括热固性材料、辐射固化材料，如UV固化材料，如UV固化聚合物或UV设定的环氧树脂。固化的涂层可包括金属粒子，如云母粒子、银粒子、金粒子和/或铜粒子。
[0043]在包括固化的结构涂层的实施例中，结构涂层可被配置成用于耗散L ED产生的热量。固化的结构涂层可设置在LED的至少一部分上并且被配置成用于透射由LED发出的光。在某些情况下，固化的涂层形成了一个直射由LED发出的光的透镜。固化的结构涂层可具有暴露到周围空气(在开口容积的内侧或外侧)的表面，该表面具有表面纹理，该表面纹理带有比相同尺寸的无纹理的表面大至少三倍的有效表面积。
[0044]该支撑结构111-a至111-1可以具有约大于100W / mK，约大于250W / mK，或者甚至约大于300W / mK的导热率。在如图1B、图1D、图1F、图1H、图1J、图1L所示的一些实施例中，该支撑结构 lll-b、lll-d、lll-f、lll-h、lll-j、111-1 可具有冷却结构 130-b、130-d,130-f、130-h，130-j，130-l，如被配置成用于耗散由LED所产生热的散热片。冷却结构可设置在如图1H和图1J所示的支撑结构的外部上(即，在开口容积的外部)，和/或可设置在如图1B、图1D、图1F、图1L展示的支撑结构(即，在该开口容积的内部)的内部。
[0045]在一些实施例中，该支撑结构的至少一个主表面具有表面纹理，该表面纹理提供比相同尺寸和形状的无纹理表面大至少三倍的表面积。该支撑结构表面的纹理化可用于赋予该支撑结构某些光学和/或热特性。
[0046]在一些实施例中，该支撑结构具有大于85%的可见光反射率，如在约320nm与700nm之间的波长。该支撑结构可包括一种材料和/或具有被配置成用于散射LED121_a至121-1发出的光的表面纹理。
[0047]每个LED灯泡的100-a至100_1都包括一个或多个LED组件120_a至120_1，这些组件包括多个电互连的LED121-a至121-1。在一些实施例中，每个LED子组件包括衬底，例如其上安排有多个LED的柔性衬底。例如，这些LED可以沿衬底长度以单行或两个或两个以上的行进行安排。这些LED可以串联或并联的方式电连接。LED组件的衬底具有第一主表面和一个相反的主表面。在一些实施方式中，每个LED121_a至121-1可具有基本垂直于衬底主表面的发光表面或边缘。在一些实施方式中，每个LED121-a至121-1可具有基本平行于衬底主表面的发光表面或边缘。根据某些方面，第一组LED可被电稱合以提供相对较低的光输出并且第二组LED被电I禹合以提供相对较高的光输出。
[0048]在一些实施例中，LED组件的衬底包括柔性印刷电路板并且这些LED包括表面安装LED。如图1K和图1L所示的一些实施例，LED121-k、121-1包括微型LED。微型LED和许多LED在可为柔性的集成电路中一起形成。
[0049]在一些实施方式中，一个或多个涂层可设置在LED组件120-a至120_1的至少一部分上。在各种构形中，涂层具有暴露到周围空气的表面，如在开口容积190-a-190-l的内侦U。涂层可包括陶瓷、玻璃、聚合物、塑料和金属粉中的一个或多个。例如，涂层可被配置成用于提供某种光学和/或热性能。在某些情况下，涂层表面具有一种表面纹理，该表面纹理提供了比相同尺寸的无纹理表面大至少三倍的表面积。涂层可被配置成用于透射和/或散射由LED发出的光。涂层可形成被配置成用于直射由LED发出的光的透镜。另外或可替代地，LED灯泡可包括设置在该支撑结构上的至少一个热扩散层或涂层。
[0050]根据某些方面，LED灯泡可进一步包括设置在LED上的光学片。光学片可被配置成用于散射由LED发出的光。光学片可被配置成用于在将光透射出光学片之前沿通过光学片的路径对由LED发出的光进行引导。在一些实施方式中，光学片被嵌入在设置在LED组件上的涂层中。
[0051]图2A和图2B展示了 LED组件的部分，其包括一个柔性衬底210和沿该柔性衬底间隔开的多个LED220。在图2A中，这些LED220以单行被安排在衬底210上。图2B展示了另一 LED组件成形，其中存在被安排在柔性衬底210上的两行LED220。将认识到的是，这些LED可以任何便利的模式沿柔性衬底进行安排。该模式可被选定以用于提供所需的光分布和/或散热规范。
[0052]柔性衬底210可以是一个柔性电路板，该柔性电路板便于这些LED220与底座电子器件之间的电气连接的。如图2A和图2B所示，电导体230沿柔性衬底的长度设置在柔性衬底内或柔性沉底上以将每个LED220电连接到设置在该底座内的底座电子器件上(如图1A和图1B所示)。这些LED220可以包括被焊接到柔性衬底或可以是微型LED的表面安装LED。
[0053]现在转向图3A和图3B，LED从表面或边缘发光，如由箭头350概念地展示。如图3A所示，一个或多个LED320可被安排在柔性衬底310上，这样LED320的发光表面或边缘321基本平行于柔性衬底310的主表面311。如图3B所示，在某些情况下，一个或多个LED330可被安排在柔性衬底310上，这样LED330的发光表面或边缘331基本垂直于柔性衬底310的主表面311。在一些构形中，LED320、330可一起被安排在柔性衬底310上，从而这些LED320中的一些从大约平行于柔性衬底310的主表面311的发光表面321发出光350并且一些LED330从大约垂直于主表面311或与该主表面成角度的发光表面331发出光350，如图3C所示。
[0054]根据不同的LED灯泡构形，一个或多个LED组件可被附接到和/或集成到一个支撑结构上。图4为示出用于形成根据一些实施例的LED照明装置的过程的流程图。410:LED组件(包括其上设置有多个电互连LED的衬底)被耦合到支撑结构。420:该支撑结构被成形为灯泡的形状并限定一个发光表面和一个开口容积。LED灯泡的形状允许在一个或多个LED组件的区段周围的通风以及这些区段之间的通风。发光表面提供由LED发出的光的所需分布。在一些实施例中，成形和附接包括在附接该至少一个LED组件之前将该支撑结构形成为预定的形状。在另外的实施例中，成形和附接包括在附接该至少一个LED组件之后将该支撑结构形成为预定的形状。形成该支撑结构可包括折叠、弯曲、成型和固化中的一个或多个。在该支撑结构通过固化而被硬化至刚性或半刚性的情况下，该支撑结构在被形成为预定形状后被固化。
[0055]根据各种实施方式，LED组件在长度方面是沿细长的支撑结构进行安排并且可附接到其上，如通过层压、粘结或其他合适的过程。在某些情况下，LED组件的宽度等于(或约等于)该支撑结构的宽度。该支撑结构被弯曲、折叠、成型和/或固化成灯泡的形状。该支撑结构被机械地附接到保持该支撑结构竖直的底座，在许多情况下无需额外的支撑。这些LED被电耦合到底座电子器件上。
[0056]在一些实施方式中，柔性LED组件能在一个圆柱形上以螺旋形进行机械地缠绕。圆柱形被剪切，例如激光剪切，或沿柔性衬底的边缘被机械地加工，这样底层形状(其上附接有LED组件)可被扩展以形成灯泡形状。柔性LED组件于是被支撑在已经被螺旋形剪切并扩展的刚性或半刚性形状上。
[0057]用于该支撑结构的合适材料包括可形成为所需灯泡形状的材料，如金属、塑料、陶瓷可固化树脂、和/或包括层，部分和/或不同材料的混合物的复合材料。如果金属被用于该支撑结构，该金属例如可被阳极电镀以提高耐用性、或者金属可被氧化。在一些实施例中，该支撑结构的表面可通过压花、蚀刻、喷砂等被纹理化，以增加该支撑结构表面的有效表面积。表面纹理化过程可赋予有效表面积的显著增加。例如，该支撑结构的表面的纹理可具有提供有效表面积的表面粗糙度，该有效表面积为没有被纹理化处理的相同尺寸的相同材料的表面积的至少三倍。当与无纹理的表面相比时，表面纹理可提供额外的散热和/或可提供额外的光漫射或光散射。例如，纹理化之后的表面粗糙度(Ra)可等于相同尺寸的未纹理化的表面的至少2倍到3倍。
[0058]该支撑结构被配置为支撑LED组件以及为LED灯泡提供散热和/或光管理。在某些情况下，该支撑结构为散热器。热扩散层，如具有约大于100W / mK、约大于250W / mK、甚至约大于300W / mK的导热率的一层或多层材料可被施加到该支撑结构的一个或两个表面和/或一个或两个边缘上。该支撑结构(和/或其上设置的涂层)可用于散射、反射、透射、均匀和/或混合由这些单独的LED发出的光以提供特定的光谱和/或强度分布。例如，该支撑结构可具有反射表面，可涂敷有反射层，可被纹理化以便散射光或者可被安排成用于为管理由LED发出的光。对于该支撑结构具有反射表面或反射层设置在支撑结构上的实施例，表面或层的反射率在由LED发出光的波长处可大于约85%，如在约320nm到约700nm的范围内。对于该支撑结构具有透光表面或透射层设置在该支撑结构上的实施例，该表面或层的透射率在LED发出光的波长处大于约85%，例如在约320nm到约700nm之间的范围内。
[0059]别外或可替代地，该支撑结构表面(或设置在其上的涂层)可以被配置成用于对该照明装置提供光散射。在某些情况下，可通过设置在该支撑结构和/或LED组件上的涂层来提供光散射。合适的涂层例如可包括反射金属、玻璃、半透明塑料等。根据各种实施例，一种以上类型的涂层用于对照明结构提供不同的特性。例如，一个涂层可被选定以耗散由LED产生的热量。另一涂层可被选定以提供一种或多种光学特性。涂层可被施加到该支撑结构以及这些LED组件中的一个或两个的表面上。
[0060]在一些实施例中，该方法包括在LED的发光表面上安排光学片。在一些实施例中，光学层或热层可沉积在LED组件的主表面以及结构支撑的主表面中的一者或两者上。例如，沉积层可为光学扩散或热扩散。如果光学层被沉积，光学层可包括提供光透射、反射和漫射中的一个或多个的材料。
[0061]图5A至图5G为展示各种支撑结构/ LED组件构形的透视图和剖面图。在某些情况下，该支撑结构基本平坦，如图5A的透视图所展示的实例。在示出支撑结构和LED组件构形的一部分的该简图中，LED组件520 (包括柔性衬底530和LED540)被耦合到该支撑结构510的一个平坦表面上。图5A展示了相对于参考坐标的LED组件的定向。对于以下的简图使用相同的定向。柔性衬底530的长度(沿图5八的7方向)远远大于其宽度(沿图5A的X方向)。类似地，该支撑结构510的长度(沿图5八的7方向)远远大于其宽度(沿图5A的X方向)。柔性衬底530在长度方面沿该支撑结构被安排，如图5A所示。柔性衬底以及该支撑结构的长度和/或宽度可如图5A所示大约相等。柔性衬底530具有第一主表面531、相反的主表面532、主边缘535、相反的主边缘536、较小边缘533，以及相反的较小边缘534。
[0062]在由图5B展示的一些实施例中，一个以上的LED组件520被耦合到支撑结构510。根据图5A和图5B的实施例包括沿X方向横跨支撑结构宽度的平面或平坦的支撑结构。这种构形如在此被表示为“平坦支撑结构”，并且将认识到的是，这是指横跨其宽度(即，其较小尺寸)的支撑结构，但是该支撑结构可沿其长度(即，其较大尺寸)是非平坦的。换句话说，该支撑结构可沿其长度被折叠、成型、弯曲或成形以便形成灯泡形状，如图1A和图1B所展示的形状。
[0063]图5C是图5A该的该支撑结构/ LED组件构形的剖面图，其中剖面是沿虚线A A’被截取。该支撑结构可任选地包括一个或多个纹理表面511、512。
[0064]图示出了平坦支撑结构512，带有被耦合到该支撑结构510的第一表面513上的第一 LED组件520a和被耦合到与第一表面相反的支撑结构的第二表面514上的第二 LED组件520b。
[0065]该支撑结构可以是凸状支撑结构551(图5E所示)，或可以是凹状支撑结构(图5F所示)。图5E展示了 LED组件520 (包括柔性衬底530和LED540)被耦合到该支撑结构551的凸状表面上实例。图5F示出了被耦合到该支撑结构552的的凹状表面上的LED组件520。
[0066]在某些情况下，多个LED组件可设置在该支撑结构的不同平面上，如图5G所展示。三角形支撑结构553在第一平面553a上支撑第一 LED组件520a，在第二平面553b上支撑第二组件520b。将会认识到，在此提供的实施例仅为可能的许多支撑结构/ LED组件构形中的少数。
[0067]如之前所提到的，该支撑结构可包括金属、金属合金、塑料或适于形成为所需LED灯泡形状的任何其他材料。在某些情况下，该支撑结构可为包括多个层、多个部分和/或多种材料的复合结构。复合支撑结构的不同层、部分或材料可赋予该支撑结构不同的特性。例如，一个层、部分和/或材料可用于赋予结构特性，一个层、部分、和/或材料可另外地用于赋予结构和热特性，一个层、部分、和/或材料可用于赋予结构和光学特性。在某些情况下，复合支撑结构可包括一个层或部件，其包括多种材料，如嵌入在塑料基质内的金属粒子。在某些情况下，复合支撑结构可包括不同材料制成的层和/或部分，如图6展示的。图6所示的每个层和部分可以有助于该支撑结构的结构特性。
[0068]图6展示了支撑结构/ LED组件组合，其中该支撑结构610为多个层612、613和多个部分611a、611b的复合物。LED组件620 (包括柔性衬底630和多个LED640)被设置在该支撑结构610上。该支撑结构包括提供结构支撑的相对较厚的非金属层613，如塑料，有助于该支撑610的结构特性并且还提供由LED640所产生热的耗散和/或分布的相对较薄的金属层612。反射部分611a、611b (如塑料和/或金属反射镜)有助于该支撑610的结构特性并反射由LED640发出的光。
[0069]如之前所讨论的，该结构支撑可包括提供所需特性的表面纹理。另外或可替代地，该支撑结构可包括提供所需特性的特征或部分，如图6所示的反射镜部分611a、611b。图7示出了具有任选特征的支撑结构的另一实例。在这个实例中，该支撑结构710包括设置在与其上安排有LED组件720的表面相反的支撑结构的表面上的多个散热片750。这些散热片750可沿着该支撑结构710的宽度和/或长度延伸并可被设计成用于将刚度和散热能力中一个或两个赋予该支撑结构。
[0070]可选涂层、层和/或片(可能或可能不会有助于结构特性)可与该支撑结构和LED组件结合使用。图8展示了可使用的几个可选涂层。LED组件820的部分和/或该支撑结构810的部分可涂敷有一个光学涂层850，该光学涂层覆盖该柔性衬底830和/或一些LED840的至少一部分。例如，光学涂层850可用于散射LED840发出的光或使其均匀，这样LED灯泡提供了一种接近或者与相同波形因数和光度的白炽灯可比较的光分布。涂层850可具有提供散热和/或光散射的表面纹理851。如之前所讨论的，表面纹理851可提供可能比相同材料以及相同尺寸和形状的未变形表面的表面积大三倍的有效表面积。
[0071]图8的构形可包括设置在该支撑结构810上的导热层860。在这个特别的实例中，LED组件是沿该支撑结构810的第一表面811设置并且导热层860被设置在该支撑结构810的相反第二表面812上。在其他构形中，导热层可设置在与LED组件相同的表面上或者导热层可设置在该支撑结构的两个表面上。
[0072]图8中所示的构形包括设置在该支撑结构810的第一表面811上的磷光体层870。磷光体层包括一种突光材料，该突光材料可在与LED发出的光不同的波长来发光。由LED和磷光体层发出的光可提供用于由LED灯泡发出的光的更广泛的光谱特性。例如，LED可发出蓝光并且黄色磷光体可以涂敷在该结构支撑上和/或嵌入在涂层850中。
[0073]在一些实施例中，光学涂层和/或片可设置在LED上作为波导件以沿LED组件引导光一定距离，直到光耦合出该波导件。图9A示出了其上设置有LED组件920的结构支撑910。涂层950设置在这些LED940上。涂层950和在光学涂层/空气界面952的空气的折射率差在界面952为至少一些由LED940发出的光提供了全内反射(TIR)。图9A展示了从LED940a发出并在涂层表面951与柔性衬底930之间引导一定距离的光束950。箭头951a表示从LED940a发出的光。光沿着箭头951b在界面952被反射。光在柔性衬底930的表面沿箭头951c再次被反射(其可包括反射涂层921)。当涂层/空气界面的光入射角小于TIR的临界角时，光最终沿箭头951d从该涂层显现。图9B在很多方面类似于图9C。图9B展示了光学片可覆盖LED以便于对LED发出的光进行引导或波导。在这个实例中，光学片与空气之间或光学片与涂层之间的界面为该发出的光提供一个全内反射(TIR)界面。
[0074]如图9C和图9D展示的，光学涂层和/或光学片可以形成或包括带有各种表面特性970、980的光直射表面，如直射从LED发出的光的线性棱镜970和/或透镜或透镜状结构 980。
[0075]在一些实施例中，LED组件形成预定形状并且可固化的涂层被设置在LED组件的至少一部分上。在固化后，固化的结构涂层用于使LED组件保持预定的形状。图1OA为描述形成根据某些实施例的形成LED灯泡的过程的流程图。1010:包括其上设置有LED的柔性衬底的LED组件被形成为预定形状。例如，LED组件可被放置在尺寸和整体形状类似于相同亮度的白炽灯泡的螺旋形的形状中。1020:可被硬化成刚性或半刚性支撑的可固化的涂层被施加到LED组件，例如，通过各种涂敷过程或通过二次成型。可固化的涂层可包含或可以是可固化的聚合物、可固化的塑料、或可固化的复合物。可固化的复合物可包括树脂，该树脂包括可固化的聚合物基质中的粒子。这些粒子可提供或增强固化结构涂层的各种光学或热性能。例如，嵌入在可固化聚合物基质中的金属粒子可对于LED产生的热提供不断增加的热扩散。嵌入在该基质中的光学粒子可增加光散射(和/或其他光学性能)。可固化的涂层可包括通过热固化、辐射暴露(如UV辐射)，电子束曝露而可固化的涂层，和/或其他类型的可固化涂层。在涂层之前，可固化的涂层具有适于涂层或二次成型LED组件的粘性。可固化的涂层可通过任何合适的过程来施加，例如，通过二次成型，浸涂层、喷涂层和/或狭缝染料涂层。可固化的涂层粘结或粘附到柔性衬底上。1030:可固化的涂层被固化，并且在固化之后，固化的结构涂层用作使LED组件保持预定形状的刚性或半刚性支撑。涂层可通过根据涂层所用材料的任何适当过程被固化。例如，固化可包括热固化，加热，冷却，施加压力，化学品，如紫外线辐射、电子束等的辐射，和/或其他固化过程。
[0076]根据一些实施例，在LED组件上由LED发出的光用于固化涂层，并因此设定LED灯泡的形状。在某些情况下，可固化的涂层可通过冷却该涂层而被固化，这样在LED组件上或之上或周围被凝固。
[0077]在某些方法中，LED组件可在放置在预定形状中之前被涂敷。在涂层后，LED组件被放置在预定形状中并且该可固化涂层随后被固化。在某些方法中，LED组件首先被放置在预定形状中，在其之后LED组件涂敷有固化涂层。
[0078]固化的结构涂层可部分或完全地覆盖LED组件。根据结构涂层所使用的材料，结构涂层可为LED灯泡提供热和/或光管理。在某些情况下，结构涂层可耗散由LED产生的热量。在某些情况下，该结构涂层可提供各种光学特性。例如，该结构涂层可以是光学反射器、光学漫射器，散射介质和/或用于控制光输出的波导介质。在一些实施例中，该结构涂层可与额外的涂层或层结合使用。
[0079]图1lA到图1lF示出了结合一种固化的结构涂层的各种构形。图1lA到图1lF每个都示出沿柔性衬底1130的宽度方向(X)的剖面。在图1lA中，LED1140被设置在柔性衬底1130的主表面1131上并且固化的结构涂层1110被设置在柔性衬底1130的相反的主表面1132上。可任选地，固化的结构涂层的表面1111可被纹理化以提供用于如之前所讨论的光和/或热扩散的不断增加的有效表面积。
[0080]图1lB示出了固化的结构涂层1150设置在与LEDl 140相同的柔性衬底1131的表面1131上的构形。可任选地，固化的结构涂层的表面1151可以被纹理化。
[0081]在一些构形中，该结构涂层被施加到柔性衬底的一个或多个边缘上。在这些构形中，结构涂层也可被施加到柔性衬底的一个或两个表面上，这样它覆盖一个或两个柔性衬底表面的大多数(大于50% )或相当多数的表面积(大于75% )。在图1lC描绘的一些实施例中，结构涂层1160覆盖该柔性衬底1130的边缘1133，1134，并且覆盖少于第一主表面1131和/或第二主表面1132的25%。
[0082]图1lD到图1lF展示了结构涂层1170、1180、1190完全地封闭LED组件的构形。在图1lD中，LEDl 140被设置在柔性衬底1130的第一主表面1131上。在图1lE中，LEDl 140设置在柔性衬底的两个主表面1131、1132上。图1lF提供了沿x方向不平坦的柔性衬底1139的一个实例。LED1140设置在由固化的结构涂层1190封闭的柔性衬底1139上。
[0083]固化的结构涂层可选地可与另外的涂层和/或层结合使用。这些可选的层可赋予LED灯泡热或光学特性。在图12A和图12B中提供了包括可选涂层/层的构形的几个实施例，尽管本领域的技术人员在阅读本发披露内容时明显的是许多其他构形是可能的。图12A示出了 LED组件1220，该组件包括设置在柔性衬底1230的第一主表面1231上的LED1240。固化的结构涂层1210外涂敷了 LED1240、柔性衬底1230的第一主表面1231以及边缘1233、1234并使LED组件1220保持预定的形状。热管理层1250，如包括散热器特性1251的散热层，如鳍状散热器特性，是沿柔性衬底1230的第二主表面1232设置的。
[0084]图12B展示了除了结构涂层1260之外的可选光学涂层1270的使用。在该特定实施例中，固化的结构涂层1260设置在柔性衬底1230的一个主表面1232上并且光学涂层1270(如，提供光散射、光漫射，光反射，波导等，如之前所讨论的)设置在相反的主表面1231 上。
[0085]注意，除了结构涂层之外使用的结构涂层本身或光学涂层可用于提供类似于之前图9A所展示的构形的光波导。如果结构涂层用于使LED组件保持预定形状，则不需要该结构支撑910。结构涂层可以和光学板一起使用以便在类似于图9B所示构形的构形中提供光波导。同样，在结构涂层保持预定形状的构形中，不需要结构支撑。结构涂层可被形成或被处理以便提供各种光学特性，如图9C和图9D分别所示的线性棱镜和透镜状结构。
[0086]在此披露的系统、装置或方法可包括在此描述一个或多个特征、结构、方法，或它们的组合。例如，一种装置或方法可被实施以包括在此描述的一个或多个特征和/或过程。其用意是这种装置或方法不必包括在此描述的所有特征和/或过程，但可被实施以包括提供有用的结构和/或功能的选定特征和/或过程。
[0087]在详细的说明中，数值和范围被提供用于所描述的该实施方式的各个方面。这些值和范围仅作被视为实施例，并不旨在限制权利要求的范围。例如，在本披露中描述的实施例可在所披露的整个数值范围中实施。此外，大量的材料被认为适用于该实施方式的各个方面。这些材料被视为示例性的，并不旨在限制权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种发光二极管(LED)灯泡，包括: 一个底座； 至少一个支撑结构，该至少一个支撑结构被耦合到该底座上并且被成形为一种形状，该形状限定了用于一个发光表面和一个开口容积的轮廓； 至少一个LED组件，该至少一个LED组件包括两个或两个以上的电连接LED，该LED组件沿该支撑结构的长度被附接到该支撑结构上并且与该支撑结构物理接触以形成该发光表面，其中，该支撑结构在该LED组件的相邻区段之间具有多个开口。
2.根据权利要求1所述的LED灯泡，其中，由该发光表面限定的容积具有大于约0.7的球度。
3.根据权利要求1到2中任一项所述的LED灯泡，其中，该LED灯泡的每个单位面积的光输出在该LED灯泡外表面积的每平方厘米约0.3流明与30流明之间。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的LED灯泡，其中，该支撑结构包括一种导热系数大于约100W / mK的材料。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的LED灯泡，其中，该支撑结构包括被配置成用于耗散由这些LED产生的热量的多个散热片。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的LED灯泡，其中，该支撑结构的至少一个主表面具有一种表面纹理，该表面纹理提供了比相同尺寸的无纹理表面大至少三倍的表面积的表面纹理。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的LED灯泡，其中，该支撑结构具有对于约320nm与700nm之间的波长具有大于约85%的反射率。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的LED灯泡，其中，该LED灯泡的整体尺寸类似于一个同等亮度的白炽灯泡。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的LED灯泡，其中，该LED组件包括一个单个细长的支撑元件，该单个细长的支撑元件被耦合到一个单个LED组件上。
10.一种制造发光二极管(LED)灯泡的方法，该方法包括: 将一种支撑结构成形为一种预定的形状，该预定的形状限定了一个发光表面和一个开口容积的轮廓； 将至少一个LED组件附接到该细长的支撑结构上，该LED组件包括一个衬底以及沿该衬底间隔开的多个电连接的LED。
【文档编号】F21S2/00GK104048195SQ201410072125
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2013年3月13日
【发明者】J·维莱斯, P·斯盖麦奥兹, C·保尔森, A·帕特卡, P·Y·玛尔达 申请人:帕洛阿尔托研究中心公司