發光二極體光引擎內核以及製作該內核的方法
2023-12-07 19:32:26
專利名稱：發光二極體光引擎內核以及製作該內核的方法
技術領域：
本發明涉及從發光二極體(LED)生成光的光引擎封裝，並且更具體地涉及組合地 使用螢光體和LED來產生特定色彩的光的光引擎封裝。
背景技術：
產生白光的LED封裝典型地包括嵌入在透明聚合物(諸如矽樹脂)中的發藍光的 LED，其中該聚合物用發黃光的螢光體進行塗布或注入。典型的發藍光的LED是基於GaN的， 其中InGaN有源層發射波長為450到470nm的藍光。發黃光的螢光體可以包括摻鈰的釔鋁 石榴石。來自LED的藍光的一部分被發黃光的螢光體轉化成以大約580nm(黃色)為中心 的光譜。該黃光和其餘藍光一起看起來像白光。可選地，LED封裝可以包括其它色彩的LED和螢光體(例如，紅色和綠色LED和/ 或發紅光的和發綠光的螢光體)以產生具有除了白色之外的特定色彩的LED封裝。在任何情況下，聚合物形成在(典型地模製到)LED上以便該封裝包括聚合物和 LED的整體布置(例如，參見發藍光的LED被模製在用發黃光的螢光體注入的材料中的美國 專利6577073以及發藍光的LED被封裝在聚合物中的美國專利7213940。)這種整體布置 因為螢光體鄰近LED導致熱誘導的流明降低而引發問題。因此，包括具有螢光體的LED封 裝的應用要求深思熟慮的熱設計。而且，聚合物在LED上的形成減小了 LED封裝的應用的 靈活性。開發避免現有技術的熱問題並且給照明設計者提供更多靈活性的LED封裝將是 有益的。
發明內容
本發明的目的是提供一種避免現有技術的問題的新穎光引擎內核。本發明的進一步目的是提供一種新穎內核和製作該內核的方法，其中內核體和 LED不是整體形成的以減小熱誘導的流明降低並改進應用靈活性。本發明的進一步目的是提供一種新穎光引擎內核，其包括折射率至少為1. 5的透 明材料的固體，其中該體具有拱形發光頂部，其是倒置的旋轉拋物面(parabola)；內反射 側壁，其是複合的拋物面聚光器(CPC)；在CPC的焦點處的適於容納LED的腔。拱形頂部可 以包括發黃光、綠光和紅光的螢光體的螢光體塗層。該腔可以適於可移除地容納僅單個LED 或板上的相同或不同色彩的多個LED。來自腔中的LED的光反射離開側壁並均勻地分布在 拱形頂部上。本發明的另一個目的是提供通過在形成內核後把LED插入到腔中來製作這個內 核的新穎方法。本發明的這些及其它目的和優點對本發明領域的技術人員在考慮以下附圖和優 選實施例的描述後將是顯而易見的。
圖1是本發明實施例的內核的圖示。圖2是包括單個LED的本發明實施例的內核的截面圖。圖3是包括板上的多個LED的本發明實施例的內核的部分截面圖。
具體實施例方式現在參考圖1，本發明實施例的內核10包括折射率至少為1. 5的透明材料的固 體.12。該固體具有拱形發光頂部14，其是倒置的旋轉拋物面；內反射側壁16，其採取復 合的拋物面聚光器(CPC)的形狀；以及底部18，其中在CPC的焦點位置處具有適於容納LED 的腔20。在操作中，來自腔中的LED的光內反射離開側壁並且均勻地分布在拱形頂部上且 從該拱形頂部發射。在拱形頂部上光分布的均勻性提供沿這個表面的均勻光強。LED和內核不是整體形成的；即該內核是當LED不在其適當位置時形成的，並且 LED被插入到形成的內核中。為此，該腔可以略大於LED。優選地，腔壁與LED(或LED板) 形成緊配合。更優選地，LED (或LED板)用材料固定在腔內，該材料的折射率匹配CPC材 料的折射率。圖2示出單個LED 22在腔20中的適當位置時的截面圖。在這個實施例中，腔20 大於LED 22以便在形成內核10後可以插入LED。這也允許在設計改變的情況下從內核移 除 LED。CPC的側壁16的形狀由以下公式定義v = ^2 7 Ah其中δ是腔20的(或LED 22的)半寬而h是腔20的(或LED 22的)高度。拱形頂部14的倒置旋轉拋物面的焦點期望位於腔20的頂部27 (或LED 22的頂 部)。側壁16的外表面可以包括反射性塗層24以確保來自LED的光的內反射。如果形 成體12的材料的折射率大於1. 6，則不需要反射性塗層24，因為這種材料將在沒有塗層的 情況下內反射。形成體12的材料可以是聚合物或玻璃或者其它合適的材料。期望的是，當 產生白光時形成體12的材料的折射率與LED的折射率(大約2. 6)基本相同以增強藍光的 提取。拱形頂部14的外表面可以用螢光體塗層26進行塗布，所述螢光體塗層26可以是 適合於期望的特定光色彩的類型(例如，發黃光的螢光體與發藍光的LED產生白光)。在 拱形頂部14的外表面上提供塗層26，使得儘可能遠離LED地放置螢光體，這減小了由來自 LED的熱引起的流明降低。而且，LED在腔中的布置幫助使該體與熱絕緣。在圖3 (僅示出體12的底部部分)所示的可選實施例中，腔可以容納LED板30上 的多個LED 28。在這種情況下，CPC由以下定義
權利要求
一種用於發光二極體(LED)的光引擎內核，該內核包括折射率至少為1.5的透明材料的固體，所述體具有拱形發光頂部，其是倒置的旋轉拋物面；內反射側壁，其是複合的拋物面聚光器(CPC)；以及底部，其中在CPC的焦點處具有適於容納LED的腔。
2.權利要求1的內核，與所述腔中的LED組合，其中所述腔大於所述LED。
3.權利要求1的內核，其中所述腔適於能移除地容納LED。
4.權利要求1的內核，其中CPC由以下定義7 Ah其中S是所述腔的半寬而h是所述腔的高度。
5.權利要求1的內核，其中倒置的旋轉拋物面的焦點位於所述腔的頂部。
6.權利要求1的內核，還包括在所述側壁的外表面上的反射性塗層。
7.權利要求1的內核，還包括在所述拱形頂部的外表面上的螢光體塗層。
8.權利要求7的內核，還包括所述螢光體塗層包括發黃光、發綠光和發紅光的螢光體 中的至少一種。
9.權利要求7的內核，與所述腔中的發藍光的LED組合，其中所述螢光體塗層包括發黃 光的螢光體。
10.權利要求1的內核，與所述腔中的LED組合，其中所述透明材料的折射率與所述 LED的折射率基本相同。
11.權利要求1的內核，與所述腔中的僅單個LED組合，其中CPC由以下定義廣 kriT} Ah其中δ是所述LED的半寬而h是所述LED的高度。
12.權利要求1的內核，與所述腔中的LED板上的多個LED組合，且其中CPC由以下定義7 Ah其中S是所述板的半寬而h是所述LED的高度。
13.權利要求1的內核，其中所述透明材料是聚合物和玻璃中的一種。
14.權利要求1的內核，與所述腔中的LED板上的多個LED組合，其中CPC包括多個拋 物表面，每個拋物表面從LED板的一側延伸並且在板的拐角處彼此相交。
15.一種光引擎內核，包括折射率至少為1. 5的透明材料的固體，所述固體具有拱形發光頂部，其是倒置的旋轉 拋物面；內反射側壁，其是複合的拋物面聚光器(CPC)；以及底部，其中在CPC的焦點處具有 腔；在所述拱形頂部的外表面上的螢光體塗層；以及 安裝在所述腔中的發光二極體(LED)，所述腔適於容納所述LED， 其中倒置的旋轉拋物面的焦點位於所述LED的頂部，且 其中CPC由以下定義其中S是所述LED的半寬而h是所述LED的高度。
16.權利要求15的內核，其中所述LED是發藍光的LED並且所述螢光體塗層包括發黃 光的螢光體。
17.權利要求16的內核，其中所述透明材料的折射率與所述發藍光的LED的折射率基 本相同。
18.權利要求15的內核，與所述腔中的LED板上的多個LED組合，其中CPC包括多個拋 物表面，每個拋物表面LED板的一側延伸並且在板的拐角處彼此相交。
19.一種製作包含發光二極體(LED)的光引擎內核的方法，該方法包括以下步驟形成帶有折射率至少為1. 5的透明材料的固體的內核，所述體具有拱形發光頂部，其 是倒置的旋轉拋物面；內反射側壁，其是複合的拋物面聚光器(CPC)；以及底部，其中在CPC 的焦點處具有腔；以及此後，把LED插入到形成的內核中。
20.權利要求19的方法，還包括在把LED插入到腔中之前把螢光體塗層添加到拱形頂 部的外表面上的步驟。
全文摘要
一種用於發光二極體(LED)的光引擎內核包括折射率至少為1.5的透明材料的固體。該體具有拱形發光頂部，其是倒置的旋轉拋物面；內反射側壁，其是複合的拋物面聚光器(CPC)；在CPC的焦點處的適於容納LED的腔。拱形頂部可以包括發黃光的螢光體的螢光體塗層。該腔可以適於容納僅單個LED或板上的相同或不同色彩的多個LED。內核和LED不是整體形成的，以減小螢光體塗層的熱降解並改進應用靈活性。
文檔編號H01L33/60GK101971377SQ200980109093
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月12日 優先權日2008年3月14日
發明者M·加爾韋斯 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司