CN100504151C - 半导体发光二极管照明灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体发光二极管照明灯。该照明灯包括灯芯和灯罩，其中灯芯包括串接在市电电路上的恒流驱动器，恒流驱动器驱动一个或多个白光半导体发光二极管、或多个红、绿、蓝的半导体发光二极管组成的二极管阵列，灯芯还包括与恒流驱动器连接的用于累计半导体发光二极管工作时间的计时电路和用于累计半导体发光二极管耗电量的在线计量电路；灯罩为微光学阵列器件，所述的微光学阵列器件是在透明的材料的球面上或柱面或平面上，制有球形的凸面或凹面微透镜单元阵列，或是制有圆锥形的凸面或凹面微透镜单元阵列。该照明灯与现有的白炽灯和日光灯相比不但具有节电显著和使用寿命长的特点，而且能自动计量使用时间和耗电量。

Description

半导体发光二极管照明灯

技术领域

本发明涉及一种半导体发光二极管照明灯，属于半导体照明技术领域。

背景技术

照明是人类生活中不可缺少的。目前普通照明多数使用传统的白炽灯和日光灯作光源，而传统的照明光源(特别是白炽灯)发光效率低，大部分电能被转换成热能，不仅浪费能源同时还带来散热等问题。近年来，随着全球能源紧张的进一步加剧，人们已经意识到有必要对占全部电能消耗量约20％的照明进行一次技术上的革命。高效半导体发光材料与发光器件的发展为这场全新的照明革命创造了条件。作为新型高效固态光源，半导体发光二极管(LED)照明光源具有发光效率高、热效应小、使用寿命长、节能等显著优点。同样亮度下，半导体照明灯耗电仅为普通白炽灯的十分之一，而寿命却可以延长50至100倍。除了寿命长、耗能低之外，半导体照明灯还有其它优点：一是应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的产品；二是环保效益更佳，由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，属于典型的绿色照明光源，而且废弃物可回收，没有污染；三是控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光，不同光色的组合变化多样，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果。

LED利用注入PN结的少数载流子与多数载流子复合，从而发出一定波长的光，是一种直接把电能转化为光能的发光器件。LED发出的光是具有一定光谱宽度的单色光。其峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度有关。对于照明来讲，一般需要白光。目前，LED实现白光照明的方法主要有三种：1)蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光；2)紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光；3)通过LED红绿蓝的三基色多芯片组合发光合成白光。在上述三种方法中，由红绿蓝三基色多芯片组合合成白光的方法，具有效率高、色温可控、显色性较好等优点，是在目前高亮度LED技术和产品条件下实现白光照明的较好方法。在该方法中需要将由阵列形式排列的多个红绿蓝LED芯片发出的光合成为白光。现有的方法是采用半透明材料制作的散射体(类似常用的磨砂灯泡的磨砂玻璃)，置于LED阵列前，将可看作点光源的各LED发出的光转换为面光源，从而完成白光合成功能。对于白光LED，由于是点发光如果直接看上去也是十分刺眼，感觉非常不舒服。为了解决该问题，有时也要使用半透明材料制作的散射体使其转换为面光源，而看上去显得柔和。由于作为散射体的材料透明度低，LED发出的光被散射体吸收，使光能利用率大幅度降低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种半导体发光二极管照明灯，该照明灯与现有的白炽灯和日光灯相比不但具有节电显著和使用寿命长的特点，而且能自动计量使用时间和耗电量。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种半导体发光二极管照明灯，该照明灯包括灯芯和灯罩，其中灯芯包括接在市电电路上的恒流驱动器，该恒流驱动器驱动一个或多个白光半导体发光二极管，或多个红、绿、蓝半导体发光二极管组成的二极管阵列，其特征在于，灯芯还包括与恒流驱动器连接的用于累计半导体发光二极管工作时间的计时电路和用于累计半导体发光二极管耗电量的在线计量电路；灯罩为微光学阵列器件，所述的微光学阵列器件是在透明的玻璃或有机玻璃材料的球面上或柱面或平面上，制有直径为1毫米至1微米的球形凸面或凹面微透镜单元阵列，或是制有直径为1毫米至1微米的圆锥形凸面或凹面微透镜单元阵列。

上述的累计半导体发光二极管工作时间的计时电路采用QA640174-W芯片。

上述的累计半导体发光二极管耗电量的在线计量电路采用MCP3905芯片。

本发明的具体内容叙述如下：

当半导体发光二极管被恒流驱动器的电流驱动时，启动时间累计计时电路对其工作时间计时；当半导体发光二极管被关闭时，时间累计计时电路停止计时，并保存已累计的时间值，从而获得半导体发光二极管的使用时间。

当半导体发光二极管被恒流驱动器的电流驱动时，用电量在线计量电路对半导体发光二极管的耗电量进行计量；当半导体发光二极管被关闭时，用电量在线计量电路停止计量，并保存已累计的用电量，从而获得半导体发光二极管的累计耗电量。

采用由透明材料制成的微光学阵列器件，将其置于半导体发光二极管阵列的光辐射区域，当来自多个不同半导体发光二极管的光入射至微光学阵列器件上时，微光学阵列器件对入射光进行折射和衍射，其作用是将半导体发光二极管阵列中看作点光源的各半导体发光二极管发出的光转换为面光源。对于白光半导体发光二极管，微光学阵列器件会使白光半导体发光二极管看上去显得柔和。如果是红、绿、蓝的半导体发光二极管，微光学阵列器件将不同颜色的半导体发光二极管发出的单色光混合，完成白光合成功能。由于微光学阵列器件是由透明材料制成，其对入射光只有很少的吸收，而其对入射光的折射和衍射过程并不产生光能量的损耗，故可消除采用传统半透明材料制作的散射体引入的光能量损耗，由此构成的白光合成器件具有很高的光能利用率。

本发明的优点在于，与现有的白炽灯和日光灯相比具有节电显著和使用寿命长的特点，在获有相同的亮度下，耗电量是白炽灯耗电量的5-10分之一，而使用寿命又是白炽灯和日光灯的几倍至几十倍。

附图说明

图1为半导体发光二极管照明灯结构示意图。

图中：101为市电电源；102为恒流驱动器；103为累计计时电路和累计电量电路；104为安装半导体发光二极管的基板；105为红光半导体发光二极管；106为绿光半导体发光二极管；107为蓝光半导体发光二极管；108为微光学阵列器件；109为微透镜单元；110为出射的照明光。

图2为由球形的凸面微透镜单元阵列构成的平面微光学阵列器件的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。如附图1所示，采用三只红绿蓝单色半导体发光二极管，构成合成白的三基色，每只半导体发光二极管的功率为1w。三只半导体发光二极管(105、106、107)安装在一个铜制基板(104)上，以为半导体发光二极管提供良好的散热。半导体发光二极管105、106、107在电路上串接。恒流驱动器102采用由中电华星公司提供的CA220C350W1S3型大功率LED恒流驱动器。该恒流驱动器以交流220V市电作输入，提供350mA的直流电流，可直接驱动三只串接的半导体发光二极管。微光学阵列器件108由高透明度有机玻璃制成，微透镜单元的形状为凸球面，直径为1mm，按二维有序排列。

电子时间累计计时电路103采用奎克半导体(北京)有限公司生产的QA640174-W芯片。该时间累计计时电路具有掉电低功耗(1～5μA)数据保持功能，在计时分辨率为0.1小时(6分钟)的情况下，可累计计时长达10000小时。用电量在线计量电路采用Microchip公司生产的MCP3905芯片。

由半导体发光二极管105、106、107发出的红、绿、蓝三种单色发光照射到微光学阵列器件108上，其上的微透镜单元109将入射光聚焦，形成大于入射光发散角的发散光。此时，每一微透镜可等效为一个点光源，而由多个微透镜单元构成一个面光源。微光学阵列器件同时对入射光起到衍射作用，使半导体发光二极管105、106、107发出的红、绿、蓝三种单色光相互混合，产生白光。由半导体发光二极管105、106、107发出的红、绿、蓝三种单色光经微光学阵列器件108后，不仅产生均匀的白光，而且使整个照明灯产生柔和的照明光场。

在使用过程中，照明灯直接接到交流220V市电上。当照明灯通电时，恒流驱动器102为半导体发光二极管105、106、107提供电流，使其发光。同时启动电子时间累计计时电路和用电量在线计量电路103，使其开始计时和累计能耗。当关闭照明灯时，电子时间累计计时电路和用电量在线计量电路103停止计时和计量，已使用的工作时间和能耗被累加而被保存。

本领域的专业技术人员都清楚，本发明的思想可采用上面列举的具体实施方式以外的其它方式实现。

Claims (3)

1.一种半导体发光二极管照明灯，该照明灯包括灯芯和灯罩，其中灯芯包括接在市电电路上的恒流驱动器，该恒流驱动器驱动一个或多个白光半导体发光二极管，或多个红绿蓝半导体发光二极管组成的二极管阵列，其特征在于，灯芯还包括与恒流驱动器连接的用于累计半导体发光二极管工作时间的计时电路和用于累计半导体发光二极管耗电量的在线计量电路；灯罩为微光学阵列器件，所述的微光学阵列器件是在透明的玻璃或有机玻璃的材料的球面上或柱面或平面上，制有直径为1毫米至1微米的球形凸面或凹面微透镜单元阵列，或是制有直径为1毫米至1微米的圆锥形凸面或凹面微透镜单元阵列。

2.按权利要求1所述的半导体发光二极管照明灯，其特征在于，累计半导体发光二极管工作时间的计时电路采用QA640174-W芯片。

3.按权利要求1所述的半导体发光二极管照明灯，其特征在于，累计半导体发光二极管耗电量的在线计量电路采用MCP3905芯片。

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