專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管系統(tǒng)的制作方法
總體上，本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(“LED”)光源。更具體地，本發(fā)明涉及LED系統(tǒng)的元件集成。
大多數(shù)人造光利用燈產(chǎn)生，在該燈中使用通過(guò)氣體的放電來(lái)產(chǎn)生照明。一種這樣的燈是熒光燈。制造人造光的另一種方法包括使用LED。LED提供與其正向電流成比例的輻射通量形式的光輸出。另外，LED光源可用來(lái)產(chǎn)生多光譜光輸出。
目前，LED照明系統(tǒng)由分離元件組成，這使它難以實(shí)現(xiàn)顏色控制反饋。本發(fā)明提供一種集成LED光系統(tǒng)，該集成LED光系統(tǒng)包含用于正常工作的所有所需的元件而不需要在應(yīng)用中用戶(hù)介入收集、匹配和測(cè)試這些元件以裝配這種系統(tǒng)。用戶(hù)不需要參與例如LED放置、傳感器放置和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。用戶(hù)只需要指定輸入功率、控制光顏色和/或強(qiáng)度的規(guī)定信號(hào)和任何所希望的用于射束成形(beamshaping)的第二級(jí)光學(xué)部件。
本發(fā)明的一種形式包括目的在于包括印刷電路板和安裝在印刷電路板上的子基板(submount)的集成LED光系統(tǒng)的裝置。該裝置進(jìn)一步包括與子基板電連通以接收正向電流的LED陣列。LED陣列響應(yīng)從子基板接收正向電流而發(fā)射一種或多種顏色的光。該裝置另外包括支撐電路板以將熱傳導(dǎo)并從印刷電路板、子基板和LED散出的熱沉。該裝置進(jìn)一步包括安裝在印刷電路板上并與LED光連通以聚焦上述顏色的光的反射杯(reflector cup)。
由以下對(duì)目前優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述形式和其它特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，并結(jié)合附圖被理解。詳細(xì)描述和附圖僅僅是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而不是限制由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物所限定的本發(fā)明的范圍。


圖1說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的LED光源組件的透視圖；圖2說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的印刷電路板的頂視圖3說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的第一級(jí)光學(xué)部件的側(cè)視圖；以及圖4說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的LED光源組件的透視圖。
圖1說(shuō)明了被稱(chēng)為發(fā)光二極管系統(tǒng)封裝(system-in-package)(“LED-SIP”)的LED光源組件100。LED光源裝置100主要包括印刷電路板(“PCB”)110、子基板120、PCB熱沉130和第一級(jí)光學(xué)部件140。LED光源組件100可包括與本討論無(wú)關(guān)的附加部件。
PCB 110是與子基板120、PCB熱沉130和第一級(jí)光學(xué)部件140操作性耦接的安裝平臺(tái)。PCB 110包括為允許子基板120和集成在子基板120內(nèi)的部件按照設(shè)計(jì)起作用所必需的電路。在一個(gè)實(shí)施例中，PCB110另外包括接口輸入端口112和用于沒(méi)有集成在子基板120內(nèi)的分立部件116-118的附加裝置，例如包括電感器、電容器等的不可避免的分立部件。接口輸入端口112為子基板120并因此為裝置100的接口提供端口。在一個(gè)實(shí)施例中，接口輸入端口112提供端口以接收例如色點(diǎn)(color point)指令和開(kāi)/關(guān)指令的操作指令。接口輸入端口112被設(shè)計(jì)以接收功率并將接收的功率通過(guò)PCB 110提供給子基板120并向用戶(hù)接口提供子基板120。
PCB 110可另外包括例如采用如以下圖2所描述的結(jié)構(gòu)與PCB 110操作性耦接的傳感器(未示出)。傳感器可用任何合適的傳感器例如光電探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳感器應(yīng)為L(zhǎng)ED光源組件100內(nèi)的任何控制電路提供輸入數(shù)據(jù)。
另外，PCB 110為熱從子基板120傳遞到周?chē)h(huán)境提供路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，子基板120內(nèi)產(chǎn)生的熱由于兩個(gè)部件之間的體接觸的原因被傳遞到PCB 110。PCB 110內(nèi)產(chǎn)生的熱由于兩個(gè)部件之間的體接觸的原因接著被傳遞到PCB熱沉130。
子基板120是包括例如采用如以下圖2所描述的結(jié)構(gòu)與基板操作性耦接的LED管芯125的基板。在一個(gè)實(shí)施例中，子基板120進(jìn)一步包括集成在基板內(nèi)的驅(qū)動(dòng)及控制電路。在一個(gè)實(shí)例中，子基板120包括采用普通絕緣體上硅集成電路工藝集成在基板內(nèi)的驅(qū)動(dòng)及控制電路。在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)及控制電路(例如驅(qū)動(dòng)MOSFET)位于組件內(nèi)的其它地方，例如在與PCB 110操作性耦接并與子基板120連通的附加硅芯片內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，子基板120用硅基板來(lái)實(shí)現(xiàn)。在其它實(shí)施例中，子基板120用例如氮化鋁(ALN)、碳化硅(SiC)、氧化鈹(BeO)的電絕緣導(dǎo)熱基板，或例如金剛石的自然產(chǎn)生的物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電絕緣導(dǎo)熱基板應(yīng)包括淀積在基板上面以為L(zhǎng)ED管芯提供直流的金屬電連接。當(dāng)前，利用例如可同樣滿(mǎn)足上述要求的納米技術(shù)的新興技術(shù)正在研制許多其它電絕緣導(dǎo)熱基板材料。
LED管芯125是表面安裝到子基板120的直接發(fā)射部件。LED管芯125是當(dāng)提供功率使它們正向偏置時(shí)產(chǎn)生光的直接發(fā)射光電器件。產(chǎn)生的光依賴(lài)在制造LED管芯的過(guò)程中利用的材料可處于光譜的藍(lán)、綠、紅、琥珀色或其它部分內(nèi)。在一個(gè)實(shí)例中，LED管芯125用可從加拿大San Jose的Lumileds公司得到的LXHL-PM01、LXHL-PB01和LXHL-PD01的未密封的管芯部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。在另一個(gè)實(shí)例中，LED管芯125用可從巴拿馬Mountville的Nichia公司得到的NSPB300A、NSPG300A和NSPR800AS的未密封的管芯部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。
PCB熱沉130用于傳導(dǎo)并驅(qū)散熱，還為PCB 110提供支撐。PCB熱沉130用例如銅的導(dǎo)電材料制造。在一個(gè)實(shí)施例中，LED管芯125通過(guò)子基板120和PCB 110內(nèi)的安裝孔直接附著于PCB熱沉130。在該實(shí)施例中，直接附著允許進(jìn)行更有效的熱傳遞。在另一個(gè)實(shí)施例中，子基板120直接附著于PCB熱沉130。在該實(shí)施例中，去除PCB 110的一部分以允許子基板120直接附著于PCB熱沉130從而允許進(jìn)行更有效的熱傳遞。
第一級(jí)光學(xué)部件140是包括密封電介質(zhì)141和反射器143的反射杯。例如硅酮、塑料或玻璃的密封電介質(zhì)141具有大于一(1)的折射率。在一個(gè)實(shí)施例中，利用組合硅酮-塑料樹(shù)脂在第一級(jí)光學(xué)部件140的密封電介質(zhì)141內(nèi)形成透明電介質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，利用硅酮樹(shù)脂在第一級(jí)光學(xué)部件140的密封電介質(zhì)141內(nèi)形成透明電介質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，鄰近LED管芯的區(qū)域填充硅酮樹(shù)脂以及密封電介質(zhì)141的剩余區(qū)域填充硬塑料。在該實(shí)施例中，兩種材料都在密封電介質(zhì)141內(nèi)形成透明電介質(zhì)。反射器143起外部安裝反射器的作用。在一個(gè)實(shí)施例中，反射器143是任選的。在另一個(gè)實(shí)施例中，反射器143提供從第一級(jí)光學(xué)部件140和由此的LED光源組件100發(fā)射的射束的寬度的減小。
第一級(jí)光學(xué)部件140可另外包括與第一級(jí)光學(xué)部件140操作性耦接的翅片(fin)145。另外，翅片145與PCB 110操作性耦接并為熱從PCB 110傳遞到周?chē)h(huán)境提供路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，利用翅片145允許由于兩個(gè)部件之間的體接觸的原因在PCB 110內(nèi)產(chǎn)生的熱另外傳遞到翅片145。在另一個(gè)實(shí)施例中，翅片145的一部分與子基板120體接觸并允許子基板120內(nèi)產(chǎn)生的熱另外傳遞。翅片145接觸PCB 110或子基板120的結(jié)果是增加了LED光源組件100的總熱沉的尺寸。翅片145可用任何合適的導(dǎo)熱材料例如銅制造。
在工作過(guò)程中，LED光源組件100從接口輸入端口112接收功率。LED光源組件100也可從接口輸入端口112接收用戶(hù)輸入。包括直流的功率通過(guò)PCB 110提供給子基板120并提供給安裝在子基板120上的LED管芯125表面。直流使LED管芯125正向偏置并產(chǎn)生光。由LED管芯125產(chǎn)生的光當(dāng)通過(guò)第一級(jí)光學(xué)部件140的密封電介質(zhì)141時(shí)被混合。大部分混合光通過(guò)反射器143并從LED光源組件100發(fā)射。
圖2是包括圖1所示的子基板120的PCB 110的一部分的實(shí)施例的頂視圖。在圖2中，子基板220與PCB 210操作性耦接。在一個(gè)實(shí)施例中，子基板220與PCB 210電耦接并熱耦接。子基板220包括多個(gè)LED管芯222-226和任選的內(nèi)部傳感器228。類(lèi)似命名和相似編號(hào)的部件的作用基本類(lèi)似于圖1中的相關(guān)元件。
在一個(gè)實(shí)施例中，子基板220包括排列成四乘四(4×4)陣列結(jié)構(gòu)的十六個(gè)LED管芯222-226，其包括八(8)個(gè)綠(G)LED管芯222、四(4)個(gè)藍(lán)(B)LED管芯224和四(4)個(gè)紅(R)LED管芯226。在一個(gè)實(shí)例中，子基板220包括十六個(gè)LED管芯222-226，其每個(gè)管芯具有約一毫米乘一毫米(1mm×1mm)的面積。在另一個(gè)實(shí)例中，LED管芯的面積會(huì)更小。LED管芯222-226排列成四乘四(4×4)陣列結(jié)構(gòu)，該陣列結(jié)構(gòu)具有五個(gè)半毫米乘五個(gè)半毫米(5.5mm×5.5mm)的面積并在管芯之間包括半毫米(.5mm)的間距。在該實(shí)例中，子基板220定尺寸以容納采用上述結(jié)構(gòu)的LED管芯222-226。在另一個(gè)實(shí)例中，子基板220定尺寸以容納采用其它結(jié)構(gòu)的LED管芯222-226或可另外定尺寸以包括如上所述的控制電路。在另一個(gè)實(shí)施例中，子基板220另外包括多個(gè)琥珀色(A)LED管芯。在一個(gè)實(shí)例中，子基板220包括排列成四乘四(4×4)陣列結(jié)構(gòu)包括多個(gè)琥珀色(A)LED管芯的十六個(gè)LED管芯222-226。
PCB 210可另外包括多個(gè)外部傳感器211-218。在一個(gè)實(shí)施例中，PCB 210包括多個(gè)與PCB 210耦接并與控制傳遞給LED管芯222-226的直流(DC)的控制元件連通的外部傳感器211-218。在該實(shí)施例中，外部傳感器211-218被放置以便不在LED管芯222-226的直線(xiàn)視野內(nèi)。外部傳感器211-218被放置以便接收從空氣-電介質(zhì)界面反射的光。在一個(gè)實(shí)例中，利用外部傳感器211-218需要修改第一級(jí)光學(xué)部件(在下面的圖3中被詳述)以允許折射光到達(dá)外部傳感器。由于這種定位的原因，LED光在撞擊到外部傳感器上之前傳播的距離比LED管芯到管芯間距大許多倍，因此該LED光是來(lái)自所有LED管芯222-226的(局部)混合物。外部傳感器211-218在該結(jié)構(gòu)中應(yīng)因此對(duì)單個(gè)LED管芯光輸出的變化不太敏感。外部傳感器211-218可用任何合適的光傳感器實(shí)現(xiàn)，例如光電二極管，其包括可從中國(guó)臺(tái)灣的Tyntek得到的TKP 70PD；可從加拿大Westlake Village的Pacific SiliconSensor得到的PSS WS-7.56CH；和可從加拿大Westlake Village的Pacific Silicon Sensor得到的PSS 2-2CH。
子基板220可另外包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部傳感器228。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部傳感器228位于接近LED管芯222-226的范圍內(nèi)并被放置以便在一個(gè)或多個(gè)LED管芯222-226的直線(xiàn)視野內(nèi)。在接近LED管芯222-226的范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部傳感器228的定位允許根據(jù)從固定顏色的LED管芯產(chǎn)生的光的相對(duì)強(qiáng)度來(lái)確定空間光分布。內(nèi)部傳感器228可用任何合適的傳感器實(shí)現(xiàn)，例如也可從中國(guó)臺(tái)灣的Tyntek得到的TK025PD。在另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部傳感器位于每個(gè)LED管芯下面以允許測(cè)量每個(gè)LED管芯。將內(nèi)部傳感器設(shè)置在各個(gè)管芯的下面允許為各個(gè)LED管芯輸出的退化而監(jiān)控各個(gè)LED管芯。監(jiān)控各個(gè)LED管芯輸出的退化結(jié)果會(huì)降低色坐標(biāo)偏移。
在一個(gè)實(shí)施例中，PCB 210包括外部傳感器211-218，子基板220包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部傳感器228。在該實(shí)施例中，內(nèi)部和外部傳感器的結(jié)合允許控制部分LED光源組件以接收并處理來(lái)自外部傳感器的混合光以及確定來(lái)自?xún)?nèi)部傳感器的單個(gè)LED管芯的相對(duì)強(qiáng)度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，PCB 210不包括外部傳感器而子基板220包括一個(gè)或多個(gè)修改的內(nèi)部傳感器228。在該實(shí)施例中，內(nèi)部傳感器228被修改以接收從空氣-電介質(zhì)界面折射的光。該修改另外會(huì)例如通過(guò)用被設(shè)計(jì)以阻擋來(lái)自L(fǎng)ED管芯的直射光的合適材料包圍LED管芯222-226或在基板內(nèi)在被設(shè)計(jì)以阻擋來(lái)自L(fǎng)ED管芯的直射光的深度處安裝LED管芯222-226來(lái)消除直線(xiàn)視野范圍內(nèi)從LED管芯的直接接收。修改的內(nèi)部傳感器228可用任何合適的傳感器實(shí)現(xiàn)，例如也可從中國(guó)臺(tái)灣的Tyntek得到的TK025PD。
利用包括基于光或熱與光反饋的組合的數(shù)字信號(hào)處理(“DSP”)平臺(tái)的反饋控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制LED光源組件內(nèi)的部件以獲得穩(wěn)定的并且可再現(xiàn)的色坐標(biāo)和光強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，普通時(shí)間控制系統(tǒng)周期性地?cái)嚅_(kāi)LED管芯222-226的一個(gè)或多個(gè)顏色組人眼觀(guān)察不到的預(yù)定時(shí)間周期。在該實(shí)例中，可利用熱輸入來(lái)增強(qiáng)控制系統(tǒng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，普通頻率控制系統(tǒng)將與每個(gè)顏色組相關(guān)的不同調(diào)制頻率加到LED管芯222-226輸出上以輔助區(qū)別發(fā)射光范圍內(nèi)的不同光譜組。在該實(shí)施例中，可利用熱輸入來(lái)增強(qiáng)控制系統(tǒng)。
圖3是圖1所示的光源組件100的第一級(jí)光學(xué)部件140的實(shí)施例的側(cè)視圖。在圖3中，第一級(jí)光學(xué)部件300包括反射側(cè)壁310、子基板區(qū)320、密封電介質(zhì)330、反射器335、翅片340、342、344、折射光路360、361和任選的光管350、351。雖然為了說(shuō)明的目的僅詳細(xì)描述了兩個(gè)折射光路和任選的光管，但是應(yīng)當(dāng)理解在實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程中可利用更多個(gè)。在一個(gè)實(shí)例中并參考圖2和4，所利用的折射光路和任選光管的數(shù)目等于安裝到PCB的外部傳感器的數(shù)目。在該實(shí)例中，每個(gè)折射光路及相關(guān)的任選光管共同位于相關(guān)的外部傳感器內(nèi)以將折射光提供給那個(gè)外部傳感器。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一級(jí)光學(xué)部件300用如2003年4月15日簽發(fā)的題為“提供來(lái)自多種單色LED的均勻白光射束的有小面的多芯片封裝”(“Faceted Multi-chip Package to Provide a Beam of UniformWhite Light from Multiple Monochrome LEDs”)的Philips專(zhuān)利號(hào)6,547,416B2所描述的修改的反射杯封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)例中并參考圖1-3，第一級(jí)光學(xué)部件300用第一級(jí)光學(xué)部件140實(shí)現(xiàn)以及PCB210和子基板220分別用PCB 110和子基板120實(shí)現(xiàn)。在該實(shí)例(在圖4中進(jìn)一步詳細(xì)描述)中，第一級(jí)光學(xué)部件300包括限定子基板區(qū)320的九毫米(9mm)的基本直徑、六十六毫米(66mm)的高度和六十毫米(60mm)的發(fā)射直徑。基本直徑包括足夠的區(qū)域以包圍子基板220而不包圍位于PCB 210上的外部傳感器211-218。在另一個(gè)實(shí)例中，基本直徑?jīng)]有完全包圍子基板220但包括足夠的區(qū)域以包圍位于子基板220上的LED管芯。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一級(jí)光學(xué)部件300包括增強(qiáng)從第一級(jí)光學(xué)部件300發(fā)射的光的面311-316。在另一個(gè)實(shí)施例中并參考圖1的第一級(jí)光學(xué)部件140，第一級(jí)光學(xué)部件300采用例如錐形的其它形狀制造。第一級(jí)光學(xué)部件300可用任何合適的材料例如鋁(Al)制造。在一個(gè)實(shí)施例中，第一級(jí)光學(xué)部件300用包括面311-316的單片鋁反射杯制造。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一級(jí)光學(xué)部件300用包括面311-316的兩片鋁反射杯制造。在該實(shí)施例中，第一片包括子基板區(qū)320和密封電介質(zhì)330，以及第二片包括反射器335。在該實(shí)施例中，包括反射器335的第二片是第一級(jí)光學(xué)部件300的任選片并被包括用于發(fā)射光的另外聚焦。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一級(jí)光學(xué)部件300是用塑料材料制造的，其被設(shè)計(jì)以利用全內(nèi)反射(TIR)將光輸出混合/聚焦。
第一級(jí)光學(xué)部件300另外包括反射材料襯(lining)以增加發(fā)射光。在一個(gè)實(shí)施例中，第一級(jí)光學(xué)部件300包括高反射鋁(Al)襯，例如可從德國(guó)Ennepetal的Alanod De得到的MIRO 27特亮軋制鋁(rolled aluminum)。在一個(gè)實(shí)例中，高反射鋁被切成條并被水平放置在每個(gè)面311-316之間的區(qū)域內(nèi)。
第一級(jí)光學(xué)部件300進(jìn)一步包括折射光路360、361，該折射光路是鉆進(jìn)第一級(jí)光學(xué)部件300的密封電介質(zhì)330內(nèi)的反射側(cè)壁310以給外部傳感器提供折射光源的孔。在一個(gè)實(shí)施例中，光路360、361是鉆進(jìn)反射側(cè)壁310的直徑為一毫米(1mm)的孔。將光路對(duì)準(zhǔn)以將折射光提供給外部傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，折射光路360、361位于第一級(jí)光學(xué)部件300的底板和第一面311之間。在一個(gè)實(shí)例中并參考圖2和3，每個(gè)折射光路360、361與每個(gè)外部傳感器211-218排成直線(xiàn)并為折射光提供路徑以便從第一級(jí)光學(xué)部件300的密封電介質(zhì)330傳播到外部傳感器211-218。在另一個(gè)實(shí)例中，任選的光管350、351位于折射光路360、361內(nèi)并為折射光提供介質(zhì)以便從第一級(jí)光學(xué)部件300的密封電介質(zhì)330傳播到外部傳感器211-218。在該實(shí)施例中，光管350、351為折射光提供增強(qiáng)的路徑以便于傳播。
第一級(jí)光學(xué)部件300另外包括與第一級(jí)光學(xué)部件300操作性耦接的翅片340、342、344。翅片340、342、344為熱從印刷電路板傳遞到周?chē)h(huán)境提供路徑。雖然為了說(shuō)明的目的僅詳細(xì)描述了三個(gè)翅片，但是應(yīng)當(dāng)理解在實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程中可利用更多個(gè)。翅片340、342、344可用任何合適的導(dǎo)熱材料例如銅制造。
圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的LED光源組件的三維圖。LED光源組件400包括PCB 410、子基板420、PCB熱沉430和第一級(jí)光學(xué)部件440。LED光源組件400另外包括分割線(xiàn)x1、x2、y1和y2。類(lèi)似命名的部件的作用基本類(lèi)似于以上圖1-3中的相關(guān)元件。LED光源組件400可包括與本討論無(wú)關(guān)的附加部件。
PCB 410是與子基板420、PCB熱沉430和第一級(jí)光學(xué)部件440操作性耦接的安裝平臺(tái)。PCB 410包括為允許子基板420和集成在子基板420內(nèi)的部件按照設(shè)計(jì)起作用所必需的電路。在一個(gè)實(shí)施例中，PCB410另外包括接口輸入端口412和用于沒(méi)有集成在子基板420內(nèi)的分立部件416-418的附加裝置，例如包括電感器、電容器等的不可避免的分立元件。接口輸入端口412為子基板420并因此為組件400的接口提供端口。在一個(gè)實(shí)施例中，接口輸入端口412提供端口以接收例如色點(diǎn)指令和開(kāi)/關(guān)指令的操作指令。接口輸入端口412被設(shè)計(jì)以接收功率并將接收的功率通過(guò)PCB 410提供給子基板420并給用戶(hù)接口提供子基板420。
PCB 410另外包括例如采用如以上圖2所描述的結(jié)構(gòu)與PCB 410操作性耦接的外部傳感器451-458。傳感器可用任何合適的傳感器例如光電探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳感器為L(zhǎng)ED光源組件400內(nèi)的任何控制電路提供輸入數(shù)據(jù)。
另外，PCB 410為熱從子基板420傳遞到周?chē)h(huán)境提供路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，子基板420內(nèi)產(chǎn)生的熱由于兩個(gè)部件之間的體接觸的原因被傳遞到PCB 410。PCB 410內(nèi)產(chǎn)生的熱由于兩個(gè)部件之間的體接觸的原因接著被傳遞到PCB熱沉430。
子基板420是包括LED管芯425和內(nèi)部傳感器428的基板。LED管芯425和內(nèi)部傳感器428例如采用如以上圖2所描述的結(jié)構(gòu)與基板操作性耦接。在一個(gè)實(shí)施例中，子基板420進(jìn)一步包括集成在基板內(nèi)的驅(qū)動(dòng)及控制電路。在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)及控制電路(例如驅(qū)動(dòng)MOSFET)位于組件內(nèi)的其它地方，例如在與PCB 410操作性耦接并與子基板420連通的附加硅芯片內(nèi)。子基板420可用任何合適的材料例如硅基板來(lái)制造。
LED管芯425是表面安裝到子基板420的直接發(fā)射部件。LED管芯425是當(dāng)提供功率使它們正向偏置時(shí)產(chǎn)生光的直接發(fā)射光電器件。產(chǎn)生的光依賴(lài)在制造LED管芯的過(guò)程中利用的材料可處于光譜的藍(lán)、綠、紅、琥珀色或其它部分內(nèi)。
PCB熱沉430用于傳導(dǎo)并驅(qū)散熱，還為PCB 410提供支撐。PCB熱沉430用例如銅的導(dǎo)電材料制造。在另一個(gè)實(shí)施例中，子基板420直接附著于PCB熱沉430。在該實(shí)施例中，去除PCB 410的一部分以允許子基板420直接附著于PCB熱沉430從而允許進(jìn)行更有效的熱傳遞。
第一級(jí)光學(xué)部件440是包括密封電介質(zhì)441和空氣部443的反射杯。密封電介質(zhì)441包括具有大于一(1)的折射率的透明電介質(zhì)，例如硅酮、塑料或玻璃。在一個(gè)實(shí)施例中，利用化合硅酮-塑料樹(shù)脂的組合在第一級(jí)光學(xué)部件440的密封電介質(zhì)441內(nèi)形成密封電介質(zhì)?？諝獠?43起外部安裝反射器的作用。在一個(gè)實(shí)施例中，空氣部443是任選的。在另一個(gè)實(shí)施例中，空氣部443提供從第一級(jí)光學(xué)部件440和由此的LED光源組件400發(fā)射的射束的寬度的減小。
第一級(jí)光學(xué)部件440可另外包括與第一級(jí)光學(xué)部件440操作性耦接的翅片445。另外，翅片445與PCB 410操作性耦接并為熱從PCB 410傳遞到周?chē)h(huán)境提供路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，利用翅片445允許由于兩個(gè)部件之間的體接觸的原因引起的PCB 410內(nèi)的熱積累傳遞到翅片445。翅片445可用任何合適的導(dǎo)熱材料例如銅制造。
在工作過(guò)程中，LED光源組件400從接口輸入端口412接收功率。LED光源組件400也可從接口輸入端口412接收用戶(hù)輸入。直流形式的功率通過(guò)PCB 410提供給子基板420并提供給安裝在子基板420上的LED管芯425表面。直流使LED管芯425正向偏置并產(chǎn)生光。由LED管芯425產(chǎn)生的光被混合并通過(guò)第一級(jí)光學(xué)部件440的密封電介質(zhì)441。大部分混合光通過(guò)空氣部443并從LED光源組件400發(fā)射。一部分混合光在電介質(zhì)/空氣界面處被折射并通過(guò)光路461-468從密封電介質(zhì)441傳遞到外部傳感器451-458。外部傳感器451-458接收被折射的混合光并根據(jù)接收的混合光產(chǎn)生用于控制電路的數(shù)據(jù)。另外，內(nèi)部傳感器428接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)LED管芯425的直射光并根據(jù)接收的直射光產(chǎn)生用于控制電路的數(shù)據(jù)。
控制電路處理接收的直射混合光并根據(jù)接收的直射混合光產(chǎn)生控制信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制電路根據(jù)已處理的直射混合光產(chǎn)生改變提供給LED管芯425的顏色組的直流量的控制信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制電路根據(jù)已處理的直射混合光產(chǎn)生改變提供給一個(gè)或多個(gè)特定LED管芯425的直流量的控制信號(hào)。
分割線(xiàn)x1、x2、y1和y2表示沿PCB 410的分界，在制造過(guò)程中在此處折疊印刷電路板。在一個(gè)實(shí)施例中，沿分割線(xiàn)x1、x2、y1和y2折疊一部分PCB 410并包裝以及將PCB 410附著于第一級(jí)光學(xué)部件440允許將LED光源組件400安裝在第二級(jí)光學(xué)部件例如具有普通外觀(guān)的照明燈泡內(nèi)。在一個(gè)實(shí)例中，部分PCB 410沿分割線(xiàn)x1、x2、y1和y2被折疊并被包裝以及附著于第一級(jí)光學(xué)部件440。在該實(shí)例中，去除部分PCB 410以允許翅片445通過(guò)PCB 410直接附著于第一級(jí)光學(xué)部件440由此允許進(jìn)行更有效的熱傳遞。
上述用于利用LED提供光譜輸出和強(qiáng)度的裝置和系統(tǒng)是實(shí)例裝置和實(shí)現(xiàn)方式。這些方法和實(shí)現(xiàn)方式說(shuō)明了用于利用LED提供光譜輸出和強(qiáng)度的一種可能的途徑。實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式可根據(jù)所討論的方法而改變。此外，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種其它改善和修改，并且那些改善和修改將落入以下權(quán)利要求中所列出的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在不脫離其基本特征的情況下本發(fā)明可采用其它具體形式來(lái)體現(xiàn)。在所有方面內(nèi)所描述的實(shí)施例被認(rèn)為是僅僅作為說(shuō)明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種集成LED光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括印刷電路板(110，410)；安裝在所述印刷電路板(110，410)上的子基板(120，420)；與所述子基板(120，420)電連通以接收至少一個(gè)正向電流的LED陣列(125，425)，所述LED陣列(125，425)包括用于響應(yīng)從所述子基板(120，420)接收所述至少一個(gè)正向電流而發(fā)射至少一種顏色的光的至少一個(gè)LED(222-226，425)；支撐所述印刷電路板(110，410)以將熱傳導(dǎo)并從所述印刷電路板(110，410)、所述子基板(120，420)和所述LED(125，425)散出的熱沉(130，430)；以及安裝在所述印刷電路板(110，410)上的反射杯(140，440)，所述反射杯(140，440)與所述LED(125，425)光連通以聚焦所述至少一種顏色的光。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述印刷電路板(110，410)包括至少一個(gè)劃分區(qū)(x1、x2、y1和y2)以便于折疊所述印刷電路板(110，410)的至少一部分。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述印刷電路板(110，410)包括定制大小以使所述子基板(120，420)的安裝適應(yīng)所述熱沉(130，430)的孔。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)LED(125，425)是直接發(fā)射光電器件。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)LED(125，425)是LED的未密封管芯部。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述反射杯(140，440)包括用于增強(qiáng)從所述至少一個(gè)LED(222-226，425)發(fā)射的所述至少一種顏色的光的電介質(zhì)部(330，441)；和用于聚焦所述至少一種顏色的光的反射器(335，443)。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述反射杯(140，440)進(jìn)一步包括延伸到所述子基板(120，420)以使該至少一種顏色的光的折射與所述子基板(120，420)光連通的至少一個(gè)光路(360，361，461和468)。
8.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述反射杯(140，440)進(jìn)一步包括至少一個(gè)光管(350，351)，至少一個(gè)光管(350，351)的每一個(gè)位于所述至少一個(gè)光路(360，361，461，468)的其中一個(gè)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝到所述印刷電路板(110，410)的至少一個(gè)傳感器(211-218，451-458)，所述傳感器(211-218，451-458)接收通過(guò)所述至少一個(gè)光路(360，361，461和468)的折射光。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝到所述子基板(220，420)的至少一個(gè)傳感器(228，428)，至少一個(gè)傳感器(228，428)的每一個(gè)接收從所述至少一個(gè)LED的其中一個(gè)發(fā)射的光。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝到所述子基板(220，420)的至少一個(gè)內(nèi)部傳感器(228，428)，至少一個(gè)內(nèi)部傳感器(228，428)的每一個(gè)接收從所述至少一個(gè)LED(222-226，425)的其中一個(gè)發(fā)射的一種顏色的光。
12.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝到所述子基板(220，420)并被用于阻擋來(lái)自所述至少一個(gè)LED(222-226，425)的直射光的材料包圍的至少一個(gè)傳感器(228，428)。
13.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在所述子基板(220，420)內(nèi)在用于阻擋來(lái)自所述至少一個(gè)LED(222-226，425)的直射光的深度處安裝的至少一個(gè)內(nèi)部傳感器(228，428)。
14.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述子基板(120，420)是硅基板。
15.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述子基板(120，420)是從包括氮化鋁、碳化硅、氧化鈹和金剛石的組中選擇的電絕緣的導(dǎo)熱基板。
16.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述電絕緣的導(dǎo)熱基板進(jìn)一步包括淀積在所述基板上面以為所述LED(125，425)提供直流的電連接。
全文摘要
一種集成LED光系統(tǒng)(100)，其包括印刷電路板(110，410)和安裝在印刷電路板(110，410)上的子基板(120，420)。系統(tǒng)(100)進(jìn)一步包括與子基板(120，420)電連通以接收正向電流的LED陣列(125，425)。該LED陣列(125，425)包括用于響應(yīng)從子基板(120，420)接收正向電流而發(fā)射一種或多種顏色的光的一個(gè)或多個(gè)LED。系統(tǒng)(100)另外包括支撐印刷電路板(110，410)以將熱傳導(dǎo)并從印刷電路板(110，410)、子基板(120，420)和LED(125，425)散出的熱沉(130，430)。系統(tǒng)(100)進(jìn)一步包括安裝在印刷電路板(110，410)上并與LED(125，425)光連通以聚焦至少一種顏色的光的反射杯(140，440)。
文檔編號(hào)H01L33/60GK1784786SQ200480012284
公開(kāi)日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者G·W·布魯寧, J·M·蓋恩斯, M·D·帕什利 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司