CN102007337A - 基于led的光源 - Google Patents

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Abstract

提供一种发光器件(1)，该发光器件包括：包括多个发光二极管(3)的光源，所述光源具有光输出耦合表面(2)；基座(4)；覆盖所述光源的壳(5)，所述壳在与经过所述基座和所述壳延伸的假想轴横截的方向上具有最大直径2*R，所述壳围绕该假想轴为对称；以及在来自所述光输出耦合表面的光路中提供的光散射材料(6)；其中所述光输出耦合表面位于如下位置，在该位置所述壳在与所述假想轴横截的方向上具有直径D并且在与所述假想轴相距距离r内，r小于或者等于D/4。发光器件相对于来自光源的总通量在向前方向上就光通量而言提供高功效。

Description

基于LED的光源
技术领域
本发明涉及一种发光器件，该发光器件包括：光源，其包括多个发光二极管并且具有光输出耦合表面；基座；覆盖所述光源的壳；以及在来自所述光输出耦合表面的光路中提供的光散射材料。
背景技术
出于环境考虑，目前正在进行将白炽灯取代为节能荧光灯。这样的荧光灯得到每瓦特多约6倍的光并且具有多达10,000小时的寿命，这是白炽灯的十倍。近来，也有替代物通过具体为发光二极管(LED)的多种固态解决方案来实现。LED灯需要比白炽灯少90％而比节能荧光灯少50％的能量，并且它可以点燃多达50,000小时。LED灯相对于荧光灯的其它优点在于瞬时接通、有可能调光以及使用可以作为正常废料来处置的环境有好部件，因为无汞存在。
WO 2004/100213公开了一种基于LED的光源，该光源包括光引擎和形状为标准白炽灯泡的罩。LED发出的光由可以在罩的内侧涂覆或者在罩内包含的波长转换材料进行转换。然而这一光源的弊端在于光通量的相当一部分被引向灯座而在此被吸收，从而造成低应用效率。此外获得高照度值，这造成高得令人不适的炫目水平。
因此在本领域中需要一种改进的节能灯以取代传统白炽灯。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地克服用于取代白炽灯的已知基于LED的光源的上述问题。
本发明涉及一种发光器件，该发光器件包括：
-包括多个发光二极管的光源，所述光源具有光输出耦合表面；
-基座；
-覆盖所述光源的壳，所述壳在与经过所述基座和所述壳延伸的假想轴横截的方向上具有最大直径2*R，所述壳围绕该假想轴为对称；以及
-在来自所述光输出耦合表面的光路中提供的光散射材料，
其中所述光输出耦合表面位于如下位置，在该位置所述壳在与所述假想轴横截的方向上具有直径D并且在与所述假想轴相距距离r内，r等于或者小于D/4(r≤D/4)。
通过将光输出耦合表面定位于与中心轴相距上述距离内，获得相对于来自光源的总通量而言在向前方向上(朝向待照射的区域，也称为应用区域)就光通量而言的高效率。另外，通过在来自光输出耦合表面的光路中布置散射材料，LED的初始极高照度可以由散射材料变换成适度照度。
当壳具有与常规准球形灯泡(通常包括朝向其基部延伸的更小伸长部分)的形状类似的形状时，发光器件产生特别有益的光分布。因此在本发明的实施例中，D等于或者小于2*R、比如范围为从R/10到2*R。
在本发明的实施例中，光源的光输出耦合表面的位置与所述基部比与所述壳的远端较近。通过将光输出耦合表面定位成如上所述接近轴并且也接近灯座，获得壳的均匀照射而又限制最大照度，因此防止令人不适的炫目。优选地，光输出耦合表面位于点O，该点在所述假想轴上位于如下位置，在该位置壳具有其最大直径，并且所述基座沿着所述假想轴与O的距离为d，d的范围为从R/2到4*R、比如范围为从R/2到2*R或者从R/2到3*R/2。
在本发明的实施例中，所述多个发光二极管发出蓝光。
另外，光散射材料可以是波长转换材料。在发光器件中使用波长转换材料实现具有期望的谱分布的光的高效产生。例如通过与适当波长转换材料组合使用发出蓝光的光源，可以获得白光。可以在所述壳中集成和/或在壳的表面上提供散射材料。通过在与光源相距一段距离处布置散射材料，可以降低LED的退化。因此优选地最大化或者接近最大化在光源与光散射材料之间的距离。由于光散射材料一般在它位于壳的内侧上时比位于壳的外侧上时受到更好地保护，所以壳的所述表面优选地面向光源。
另外，发光器件可以包括布置成将光引向壳的反射材料。例如，可以在基座上提供反射材料和/或光源可以包括反射层。反射材料可以通过将光源发出的光引向波长转换材料和/或在光输出方向上导引和/或引向壳来进一步提高发光器件的功效和效率。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的发光器件的示意图。
图2示意地图示了根据本发明一个实施例的发光器件的照度分布、强度分布和能量通量。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1示出了包括光源的发光器件1，该光源具有光输出耦合表面2。光源包括多个发光二极管(LED)3。根据本发明，光源包括至少两个LED。光源可以包括任何常规LED，例如蓝色LED(例如蓝色InGaN LED)。光源可以适合于提供范围从100至约5,000流明的光输出。
光输出耦合表面2可以是多个LED的光输出耦合表面。根据本发明的光输出耦合表面可以是一体式表面，或者它可以由个别光输出耦合表面的组合构成。例如，光输出耦合表面2可以是个别LED的组合光输出耦合表面。光输出耦合表面2也可以是传导来自多个LED的光的光导的光输出耦合表面或者是传导来自多个LED的光的多个光导的组合光输出耦合表面。通常，经过光输出耦合表面透射来自多个发光二极管的光。
发光器件1还包括基座4。基座4可以是具有爱迪生螺口标准灯帽的圆柱形部分。标准灯帽的例子包括E10、E12、E14、E26和E27。标准灯帽的另一例子是卡口灯帽。
另外，壳5覆盖光源。壳5为弯曲并且可以例如具有常规灯泡的形状，该形状包括球形或者准球形部分和朝向基座延伸的更具圆柱形的伸长部分。然而具有比常规圆形灯泡更伸长的尖头形状的壳以及实质上圆柱形状的壳也是可能的。壳可以由任何适当材料如聚合材料制成。
壳具有在与经过基座4和壳5延伸的假想轴横截的方向上限定的最大直径2*R，其中壳5围绕该轴实质上对称。在球形壳的情况下，R对应于其半径。
光源位于如下位置，在该位置壳5在与假想轴横截的方向上具有直径D。直径D可以等于或者小于最大直径2*R，比如范围从R/10到2*R。
另外，光输出耦合表面2定位于与假想轴相距距离r之内，r等于或者小于D/4(r≤D/4)。通过将光输出耦合表面定位于与假想轴相距这一距离之内，从光源发出的光朝向应用区域高效地分布。如果光输出耦合表面将定位于与轴相距较大距离(r＞D/4)处，则在光源附近的壳的照度将成比例地增加和偏离期望水平从而变成在视觉上有干扰。另外，将光输出耦合表面定位成与轴相距更远将使壳前部的方向上的光通量成比例地增加从而造成降低的应用效率。
进一步参照图1，光源的光输出耦合表面2在准球形壳5的边缘位于基座4的附近。光源的光输出耦合表面2的位置与基座4比与壳的远端较近。壳的远端是壳的如下部分，该部分的位置与基座相距最远。在本发明的实施例中，光输出耦合表面在基座与点O之间，该点在假想轴上位于如下位置，在该位置所述壳具有其最大直径并且与O的距离d的范围为从R/2到4*R，优选为从R/2到2*R并且更优选为从R/2到3*R/2。
在伸长椭圆型壳的情况下，d通常大于R。当d等于或者小于2*R(d≤2*R)时，发光器件在向前方向上给出其光的大部分而无损于观察者的舒适度。然而当d大于4*R(d＞4*R)时，发光器件的性能将无法令人满意地在非期望方向上给出光通量的大部分。
在球形壳的情况下，特别地优选具有d的范围从R/2到3*R/2。
在本发明的实施例中，光源可以包括多LED封装，该封装包括多个LED管芯。出于本申请的目的，各LED管芯视为单独发光二极管。
在图1中所示实施例中，在壳5的与光源相向的一侧上(即在壳的内侧上)提供波长转换材料6。在来自光输出耦合表面的光路中提供波长转换材料。例如波长转换材料或者任何光散射材料可以布置于光输出耦合表面2与壳的与光源向背的表面(即壳的外表面)之间。在本发明的实施例中，光输出耦合表面2和散射材料相互隔开布置。通过增加在多个LED与散射材料之间的距离，可以降低由于存在散射材料而引起的LED退化。例如可以提供波长转换材料作为壳的表面上的涂层，所述表面优选地面向光源。通过这样的布置，可以最大化或者接近最大化在光输出耦合表面与波长转换材料之间的距离。取而代之，散射材料如波长转换材料可以集成于壳中。
具体在提供散射材料作为壳上的涂层或者集成于壳中时如上所述在来自光输出耦合表面的光路中布置散射材料如波长转换材料的一个优点在于灯的亮度适度。在基于蓝色LED的白色发光器件的情况下，LED的初始极高照度因此可以由波长转换材料变换成适度照度而无需使用附加扩散层。
波长转换材料可以吸收光源发出的部分蓝光并且主要在黄色区域中重新发出较长波长的光，尽管有一些红色和/或绿色分量。然而波长转换材料可以吸收除了蓝色光的波长之外的波长的辐射，例如绿光。发射波长也可以主要地在除了黄光的波长范围之外的波长范围，比如红光或者微红光波长范围。波长转换材料也可以透射光源发出的部分光。
波长转换材料可以包括任何常规磷材料，比如用于转换蓝光的掺杂的铈(III)的YAG(通常称为YAG:Ce，YAG:Ce3+或者Y3Al5O12:Ce3+)及其变体。例如，Y3Al5O12:Ce3+的至少一种元素的部分可以由另一元素取代(例如通过用铽或者钆替换铈和/或用镓替换铝)。用于在根据本发明的实施例的发光器件中使用的适当波长转换材料为本领域技术人员所知。总而言之，发光器件可以产生白光。
如本领域技术人员将理解的那样，可以通过变更波长转换材料的密度来修改发光器件的色温。
图2示出了三个曲线图，这些曲线图分别示意地图示了与图1的发光器件类似的根据本发明的实施例的发光器件的照度分布、强度分布和能量通量。可见，照度L在整个球形壳内相当均匀，从而壳的最亮点与平均照度之差很小。对应的强度分布I＝L*A(其中A为照射表面的面积)在发光器件的前部具有其最大值并且在侧部逐渐地减弱，因此光通量Φ，
Φ＝∫IdΩ，
有约90％引向有益的应用区域。发光器件因此赋予高功效(流明/瓦特)和高应用效率(朝向应用的通量/来自光源的通量)。
发光器件的最亮部位决定其炫目水平。通过与基座接近将光输出耦合表面定位于灯泡的准球形部分的边缘，使照度在整个壳上均匀而又限制最大照度。结果是根据本发明一个优选实施例的发光器件向观察者赋予高舒适度。
在本发明的实施例中，发光器件包括反射材料以便进一步增加器件的功效。反射材料通常被布置成导引在朝向波长转换材料和/或朝向壳的非期望方向上发出或者散射的光。例如，光源和/或基座可以具有反射层，比如涂层。
根据本发明的发光器件可以提供独立于其色温的均匀浅黄色光。发光器件的光分布使它极适合于普通照明应用。因此，根据本发明的发光器件特别地有利于取代传统白炽灯。

Claims (15)

1.一种发光器件(1)，包括：
-包括多个发光二极管(3)的光源，所述光源具有光输出耦合表面(2)；
-基座(4)；
-覆盖所述光源的壳(5)，所述壳(5)在与经过所述基座(4)和所述壳(5)延伸的假想轴横截的方向上具有最大直径2*R，所述壳(5)围绕所述假想轴为对称；以及
-在来自所述光输出耦合表面(2)的光路中提供的光散射材料(6)；
其中所述光输出耦合表面(2)位于如下位置，在该位置所述壳(5)在与所述假想轴横截的方向上具有直径D并且在与所述假想轴相距距离r内，r≤D/4。
2.根据权利要求1所述的发光器件(1)，其中D≤2*R。
3.根据权利要求1或者2所述的发光器件，其中D的范围为从R/10到2*R。
4.根据任一前述权利要求所述的发光器件(1)，其中所述光输出耦合表面(2)的位置与所述基座(4)比与所述壳(5)的远端较近。
5.根据任一前述权利要求所述的发光器件(1)，其中点O在所述假想轴上位于如下位置，在该位置所述壳(5)具有其最大直径，并且其中所述光输出耦合表面(2)在O与所述基座(4)之间沿着所述假想轴位于与O相距距离d处，d的范围为从R/2到4*R。
6.根据权利要求5所述的发光器件，其中d的范围为从R/2到2*R。
7.根据权利要求5所述的发光器件，其中d的范围为从R/2到3*R/2。
8.根据任一前述权利要求所述的发光器件，其中所述多个发光二极管(3)发出蓝光。
9.根据任一前述权利要求所述的发光器件，其中所述光散射材料(6)是波长转换材料。
10.根据任一前述权利要求所述的发光器件，其中所述光散射材料(6)集成于所述壳(5)中。
11.根据任一前述权利要求所述的发光器件，其中在所述壳(5)的表面上提供所述光散射材料(6)。
12.根据权利要求11所述的发光器件，其中所述壳(5)的表面面向所述光源。
13.根据任一前述权利要求所述的发光器件，还包括布置成将光引向所述壳的反射材料。
14.根据权利要求13所述的发光器件，其中在所述基座(4)上提供所述反射材料。
15.根据权利要求13或者14所述的发光器件，其中所述光源包括反射层。
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