CN102695913A - 基于发光二极管（led）的灯 - Google Patents

Abstract

一种发光设备包括：基于LED的光源；球形、类球形、卵形、蛋形、或环面形漫射体，响应于漫射体内部的照明在漫射体表面上的任意点处产生朗伯光强度分布输出；以及基座，包括基座连接器。基于LED的光源、漫射体、以及基座一起固定为整体式LED灯，整体式LED灯可以通过将基座连接器和照明插座连接而安装在照明插座中。基座与整体式LED灯中的基于LED的光源操作地连接，以便利用在基座连接器处接收的电力为基于LED的光源供电。

Description

基于发光二极管(LED)的灯

本申请是2009年10月2日提交的第12/572,339号申请的部分继续申请。本申请是2009年10月2日提交的第12/572,480号申请的部分继续申请。本申请是2010年4月7日提交的第29/359,239号外观设计申请的部分继续申请。本申请要求2010年4月28日提交的第61/328,974号美国临时申请的权益。

2009年10月2日提交的第12/572,339号申请通过引用整体并入本文。2009年10月2日提交的第12/572,480号申请通过引用整体并入本文。2010年4月7日提交的第29/359,239号外观设计申请通过引用整体并入本文。2010年4月28日提交的第61/328,974号美国临时申请通过引用整体并入本文。

背景技术

下文涉及照明领域、发光领域、固态发光领域、及相关领域。

一体式白炽灯和卤素灯被设计成直接“插入式”部件，该直接“插入式”部件经由螺纹爱迪生基座连接器（在白炽灯泡的上下文中有时称为“爱迪生灯座”）、卡口式基座连接器（即在白炽灯泡的情况下为卡口基座）、或其他标准基座连接器与灯座配合，以接收标准电源（例如在美国为60Hz的110伏交流电、或在欧洲为50Hz的220V交流电、或12或24或其他直流电压）。一体式灯被构造成包括由在基座连接器接收的标准电源来操作需要的任何部件的一体式封装件。就一体式白炽灯和卤素灯而言，这些部件是最小的，因为白热灯丝通常可以利用标准的110V或220V交流或12V直流电源进行操作，且白热灯丝在高温下操作，有效地将余热释放到环境中。在这样的灯中，灯的基座仅仅是基座连接器，例如“A”型白炽灯泡的爱迪生灯座。

某些一体式白炽灯或卤素灯被构造成全方位光源，旨在提供与光学远场中的角相对的基本上均匀的强度分布，光学远场比光源线性尺寸大5或10倍，或远离灯的距离通常大于1米，且发现如台灯、桌灯、装饰灯、枝形吊灯、吸顶灯等不同方面的应用、以及要求光在所有方向上均匀分布的其他应用。

参照图1，描述了一种本文用来描述用于产生全方位照明的灯产生的照明的空间分布的坐标系。该坐标系是球坐标系，并且参照灯L在图1中示出，在所示实施例中这种灯是“A”型白炽灯，具有爱迪生灯座EB，该灯座例如可以是E25、E26或E27灯座，其中数字表示基座EB上的螺纹绕圈的外径，用毫米表示。为了描述远场照明分布，可以认为灯L位于L0点，该点例如与白热灯丝的位置相一致。采用地理领域常用的球坐标符号，通过高程或纬度坐标θ以及方位或经度坐标

对照明方向进行说明。然而，与地理领域的传统不同，本文所用的高程或纬度坐标θ范围为0°至180°，其中：θ=0°对应于“地理北”或“N”。这样比较方便，因为允许沿方向θ=0°的照明对应于前向光。北方，即从点L0穿过地理北的方向，θ=0°，在文中还被称为光轴。利用该符号，θ=180°对应于“地理南”或“S”，或者在照明环境下对应于后向光。高程或纬度θ=90°对应于“地理赤道”，或者在照明环境下对应于侧向光。

继续参照图1，对指定高程或纬度θ还可以限定方位或经度坐标

其每处均与高程或纬度θ正交。依据地理符号，方位或经度坐标

的范围为0°至360°。正好在北方或南方，即在θ=0°或θ=180°时（换句话说，沿着光轴），方位或经度坐标没有任何意义，或者更准确地说，可以被认为退化。另一“特殊”坐标为θ=90°，其限定横向于光轴的且包含光源的平面（或者更准确地说，包含远场计算的光源的标称位置，例如图1所示的说明性实施例的L0点）。在整个纵向跨距

上实现均匀的光强度通常来说是容易的，因为直接构造围绕光轴（即围绕轴θ=0°）旋转对称的光源。例如，白炽灯L适于采用位于坐标中心L0的白热灯丝，其可设计成发出基本上全向的光，从而提供相对于方位

对于任何纬度的均匀照明强度分布。提供相对于方位对于任何纬度的均匀照明强度分布的灯有时称为提供轴对称光分布。

然而，实现对应高程或纬度坐标θ的理想全向照明通常是不实际的。例如，“A”型白炽灯泡L包括螺纹爱迪生灯座EB，爱迪生灯座EB位于光源位置L0“后面”的光轴上，从而阻止向后发出的光，因此白炽灯L不能提供相对于纬度坐标θ的确切来说高达θ=180°的理想全向光。尽管如此，商用白炽灯能在纬度跨距θ=[0°,135°]上提供在如由美国能源部颁布的针对整体式LED灯的建议版能源之星标准（2009年5月9日草案2；下文称为“建议版能源之星标准”）中规定的大约±20%内的均匀强度。普遍认为是全向灯的可接受的照明分布均匀性，虽然仍然对扩展该跨度感兴趣，例如对于θ=[0°,150°]的纬度跨度，具有且可能具有更好的±10%的均匀性。在大的纬度范围内（例如，大约θ=[0°,120°]或更优选大约θ=[0°,135°]，或仍然更优选大约θ=[0°,150°]），这种具有大致均匀性的灯在本领域中通常被视为全向灯，即便均匀性范围小于θ=[0°,180°]。

对开发全向LED备用（replacement）灯感兴趣，该全向LED备用灯用作一体式白炽灯或卤素灯的直接“插入式”备用件。然而，实质性难题迄今阻碍了具有期望全向强度特征的LED备用灯的开发。一个问题在于，与白炽灯和卤素灯相比，例如发光二极管（LED）器件的固态发光技术本身高度定向。例如，对于进行了封装或未进行封装的LED器件，通常在强度随θ=[0°,90°]范围内的cos(θ)变化的方向性朗伯（Lambertian）空间强度分布中发光，并在θ＞90°时具有零强度。半导体激光器本身更具方向性，且实际上发出基本上可称为限于围绕θ=0°的窄光锥的前向光束的分布。

另一个问题在于，与白热灯丝不同，利用标准110V或220V交流电源通常不能有效操作LED芯片或其他固体发光器件。相反，车载电子器件通常设置成将交流输入电源转化为适于驱动LED芯片的低电压直流电源。作为可替换例，足够数量的一连串LED芯片可以直接在110V或220V的电压下操作，且具有合适极性控制（例如齐纳二极管）的这些串的并联布置可以在110V或220V交流电源下工作，虽然功率效率大幅降低。在任何一种情况下，与一体式白炽灯或卤素灯所用的爱迪生灯座相比，电子设备构成灯座的附加部件。

全向LED备用灯的又一问题是散热。因为LED器件与白炽灯或卤素灯相比对温度高度敏感，所以要散热。LED器件不能用在白热灯丝的温度下工作（相反，操作温度应为100℃或优选更低）。较低的工作温度还降低了辐射冷却的有效性。在常用方法中，除爱迪生基座连接器和电子设备外，LED备用灯的基座进一步包括放置成与LED器件接触或良好热接触的大量散热材料。

电子器件和散热器的组合产生了阻止“向后”照明的大型基座，其在此之前基本上限制了利用LED备用灯产生全向照明的能力。散热器尤其优选具有大容量以及大表面积，以便通过对流和辐射的结合将热量排出灯。

发明内容

在文中公开的作为说明性实例的一些实施例中，一种发光设备包括：基于LED的光源；响应于漫射体内部的照明产生光强度分布输出的球形、类球形、卵形、蛋形、或环面形漫射体；以及包括基座连接器的基座。基于LED的光源、漫射体、以及基座一起固定为整体式LED灯，整体式LED灯可以通过将基座连接器和照明插座连接而安装在照明插座中。基座与整体式LED灯中的基于LED的光源操作地连接，以便利用基座连接器接收的电力为基于LED的光源供电。

在文中公开的作为说明性实例的一些实施例中，一种发光设备包括：灯组件，灯组件包括与球形、类球形、卵形或蛋形漫射体光耦合并设置成与其相切的基于LED的光源；以及包括基座连接器的基座，该基座构造成利用基座连接器处接收的电力为基于LED的光源供电。灯组件和基座一起固定为整体式LED灯，整体式LED灯可以通过将基座连接器和照明插座连接而安装在照明插座中。

在文中公开的作为说明性实例的一些实施例中，一种发光设备包括：灯组件，灯组件包括与环面形漫射体光耦合的环形的基于LED的光源；以及包括基座连接器的基座，该基座构造成利用基座连接器接收的电力为环形的基于LED的光源供电。灯组件和基座一起固定为整体式LED灯，整体式LED灯可以通过将基座连接器和照明插座连接而安装在照明插座中。

附图说明

本发明可采取各种部件及部件的布置、以及各种工艺操作及工艺操作的布置的形式。附图的目的仅用于示出实施例且不应被理解为限制本发明。

图1参照传统白炽灯泡示意性地示出了本文用来描述照明分布的坐标系。

图2示意性地示出了采用基于LED的平面朗伯光源和球形漫射体的基于LED的全向灯的侧视图。

图3示意性地示出了图2的基于LED的全向灯，其中球形漫射体被提升离开以露出基于LED的平面朗伯光源。

图4使用光线跟踪图示意性地示出了图2和3的基于LED的全向灯如何产生基本上全向的照明分布的。

图5和6示出了两个说明性基于LED的灯的侧视图，这两个灯采用了图2-4的灯的原理并且每个灯分别进一步包括可以安装在传统的白炽灯座中的爱迪生灯座。

图7示意性地示出了图2-4的实施例的变型的侧视图，其中光源发出长椭圆形畸变（prolate-distorted）朗伯强度分布且漫射体是形状与光源强度分别匹配的长椭圆形球形漫射体。

图8示意性地示出了图2-4的实施例的变型的侧视图，其中光源发出扁圆形畸变（oblate-distorted）朗伯强度分布且漫射体为形状与光源强度分别匹配的扁圆形球形漫射体。

图9示出了基于LED的光源相对于球形漫射体的位置对阻挡角的影响。

图10示出了对球形漫射体直径与基于LED的光源尺寸之比的光均匀性的纬度范围的影响。

图11示出了基本上类似于图5的灯但进一步包括翅片的改造的基于LED的灯泡的侧视立体图。

图12示出了图11的改造的基于LED的灯泡的两个实际构造的实施例的相对于纬度的强度。

图13和14示意性地分别示出了采用本文公开的原理且具有环面形漫射体的光源的侧视图和立体图。图14A描述了变形实施例。

图15、16、17、18和19分别示出了基于LED的灯泡的立体图、可选的阴影立体图、侧视图、顶视图及底视图。

图20和21分别示出了图15-19的的灯的漫射体，包括露出漫射体内部的侧视图和阴影侧部正视图。

图22和23分别示出了具有翅片的漫射体的侧视图、及其分解图。

图24、25和26将图15-23的实施例的卵形漫射体与球形漫射体作比较，图25示出了卵形与球形漫射体的入射光线长度的区别，图26示出了穿过卵形漫射体发出的光的散射分布。

图27-30示出了附加的说明性卵形漫射体的实施例。

图31和32示出了图15-23的灯的实施例，其进一步包括选择的辅助光学部件。

具体实施方式

参照图2和3，基于LED的灯包括基于LED的平面朗伯光源8和透光球形漫射体10。最宜在图3的部分拆除的视图中观察基于LED的平面朗伯光源8，在该图中，漫射体10退出视野且基于LED的平面朗伯光源8进入视野。基于LED的平面朗伯光源8包括多个发光二极管（LED）器件12、14，其在所示实施例中包括各自具有混合以呈现出所需颜色温度和CRI的白光的光谱和强度的第一LED器件12和第二LED器件14。例如，在一些实施例中，第一LED器件12输出绿色再现的白光（例如可通过利用涂覆有合适“白色”荧光粉的发蓝光或紫光的LED芯片实现的光），第二LED器件14输出红光（例如可利用自然发出红光的GaAsP或AIGalnP或其他外延LED芯片实现的光），来自于第一和第二LED器件12、14的光混合在一起产生提高的白光再现。另一方面，还可预计基于LED的平面朗伯光源包括单个LED器件，该LED器件可以是白色LED器件或饱和色LED器件等等。LED器件12、14安装在电路板16上，该电路板可选地为金属芯印刷电路板（MCPCB）。可选地，基座元件18提供支撑并导热，使得基座元件18还限定了具有相当高的热导率以用于对LED器件12、14散热的散热器18。

所示的透光球形漫射体10基本上中空，且具有使光漫反射的球形。在一些实施例中，球形漫射体为玻璃元件，但也可考虑了另一种透光材料（如塑料）或其他材料的漫射体。漫射体10的表面本身可以扩散光，或可以以不同方式使其扩散光，例如：进行消光（frosting）或纹理化处理来促进光扩散；涂覆有光扩散涂层，光扩散涂层诸如瓷漆或用作一些白炽灯泡或荧光灯泡的玻璃灯泡上的光扩散涂层的Soft-White（淡白）或Starcoat^TM涂层（可以从美国纽约通用电气公司获得）；将光散射粒子嵌入球形漫射体10的玻璃、塑料、或其他材料中；上述方式的各种组合；等等。

漫射体10可选地还可包括例如涂覆在球面上以将LED的光转化为另一种颜色（例如将来自于LED的蓝光或紫外（UV）光转化为白光）的荧光粉。在一些这样的实施例中，预计荧光粉为漫射体10的唯一组成部分。在这样的实施例中，荧光粉应该是扩散荧光粉。在其他预计的实施例中，漫射体包括荧光粉加上附加的扩散元件，如消光层、瓷漆、涂层等等。

透光球形漫射体10包括孔或开口部20，其大小设计为容纳或配合基于LED的平面朗伯光源8，使得基于LED的平面朗伯光源8的发光原理表面面向并进入球形漫射体10的内部并将光发射到球形漫射体10的内部内。球形漫射体与基于LED的平面朗伯光源8的面积相比较大，使光源8设置在基本上较大的球形漫射体10的周边；在所示实施例中，球形漫射体10具有直径d_D，而基于LED的平面朗伯光源8（或等同地，配合孔或开口部20）具有直径d_L的圆面积，其中d_D＞d_L。基于LED的平面朗伯光源8安装在具有设置成与球形漫射体10的曲面相切的平面发光表面的孔或开口部20处或安装在孔或开口部20内。应理解，只有在d_L/d_D接近零的情况下才实现准确相切，但随着比率d_D/d_L增加，即基于LED的平面朗伯光源8的尺寸相对于球形漫射体10的尺寸减小，相切变得更接近准确。

继续参照图2和3，且进一步参照图4，同样可以利用图1的球坐标系描述基于LED的灯，其中基于LED的平面朗伯光源8限定坐标系。因此，基于LED的平面朗伯光源8的沿光轴的正向光束在北方方向上（θ=0°），其中强度在该方向上最大（这里用I_o表示）。根据朗伯分布，强度随远离光轴的高程或纬度的增加（利用图1的球坐标传统）而增加，使得纬度θ处的强度I=I_o.cos(θ)。应注意的是，图2-4的基于LED的灯关于光轴旋转对称，因此不存在相对于方位或经度坐标

的强度变化。

尤其参照图4，图2-4的基于LED的灯在基本上大于θ=[0°,90°]的高程或纬度范围上产生全向照明。本文识别两个点。首先，通过放置成与球形漫射体10相切的基于LED的平面朗伯光源8，由基于LED的平面朗伯光源8输出的朗伯照明在球形漫射体10的整个（内侧）表面上是均匀的。换句话说，照射在球形漫射体10的（内侧）表面上的光的通量（流明/面积）（该通量通常以勒克斯（流明/m²）为单位进行测量）在球形漫射体10的任意点处的值相同。因此，漫射体的内侧表面与LED光源的等照度表面一致。这可以从下述内容定性地看出。在θ=0°处，朗伯光源的前向光束具有最大值I_o；然而，具有强度I_o的光束的前向部分在撞击球形漫射体10的（内侧）表面之前行进得最远。强度随距离的平方增加，因此强度与I_o/d_D ²成正比（其中光源8的准确相切和漫射体10的曲率在这里被假定为简单化）。在任意纬度θ处，光源的强度较低，即I_o.cos(θ)；然而，撞击球形漫射体10之前的行进距离d=d_D.cos(θ)减少一个量cos(θ)，且在球形漫射体处接收强度的突出表面积也减少一因数cos(θ)。因此，任意纬度θ的表面处的通量密度与(I_o.cos(θ).cos(θ))/(d_D.cos(θ))²=常数成正比，该常数与θ=0时相同。因此，就LED光源发出的朗伯强度分布的情况而言，球形漫射体（LED相切地位于球形漫射体的表面上）的内侧表面与LED的强度分布的等照度轮廓面一致。

本文识别的第二个点为漫射体10（假定理想的光扩散）响应于通过基于LED的光源8在漫射体10内侧的照明在漫射体表面上的任意点处发出朗伯光强度分布输出。换句话说，响应于球形或类球形漫射体内侧照明而在漫射体10的表面上的点的光强度输出用

标定，其中

为此点处相对于正交的漫射体表面的视角。在图4中示意性地示出由基于LED的平面朗伯光源8发出的七条直接光线的光线跟踪图。在每条直接光线撞击透光球形漫射体10的表面的位置处，光线漫射到球形漫射体10的（外侧）表面发出的朗伯输出。如光学领域所已知的，无论视角如何，朗伯分布的表面发射光似乎具有相同强度（或亮度），因为在较大视角时，相对于正交的表面，输出强度的朗伯减少量正好由于视角倾斜而被较小的感知查看面积抵消。由于球形漫射体10的整个表面用相同强度照射（前述段落中提出的第一个点），因此结果是外侧观察者观察到球形漫射体10发出在所有视角具有均匀强度，且在漫射球形表面上具有空间均匀光源亮度的光。

在漫射体10包括波长转换荧光粉的实施例中，荧光粉应为漫反射荧光粉，即在图4所示的朗伯（或几乎朗伯）模式下发出波长转换光的荧光粉，与直接（励磁）照明的入射角无关。荧光粉的漫反射性质由荧光粉层的厚度、荧光粉颗粒大小及反射率（该反射率影响荧光粉作为光散射物的性能）等参数控制。如果荧光粉层散射不充分，则荧光粉可以与附加的扩散部件（例如玻璃的消光层或其他衬底）组合在一起，包括瓷漆层等。

同时，球形漫射体10在光扩散过程中提供优良的颜色混合特征，而不需要通过附加光学元件的多次弹跳，或不用造成光损失或吸收的光学部件。进一步地，由于基于LED的平面朗伯光源8设计为与球形漫射体10相比较小（即比率d_D/d_L应较大），因此后向光遮蔽与采用半球漫射体的现有设计相比大大减少了，其中基于LED的平面朗伯光源放置在赤道平面θ=90°处并具有与半球漫射体相同的直径（对应于d_D/d_L=1的极限）。

基座18的构造同样有助于提供全向照明。如图2所示，由基于LED的朗伯光源8照射的球形漫射体10从远场观点看可以被视为产生来源于点P₀的光。换句话说，远场点光源位置P₀由包括光源8和漫射体10的全向灯组件限定。基座18阻挡一部分“后向”定向光，使得便纬向阻挡角α_B可以由具有至点P₀的直接视线的最大纬度θ限定。图2示出了这点。针对阻挡角α_B范围内的视角，基座18提供大部分遮蔽，由此大大降低了照明强度。应理解，纬向阻挡角α_B的概念在远场估算时是有用的，但不是精确计算—这在图2中示出，例如，光线Rs在阻挡角α_B的范围内不发光。由于在远场估算时仅被估算为光源P₀的球形漫射体10的有限尺寸，光线Rs存在。基座在不阻挡或不吸收的情况下还反射一部分后向光，并将反射的光重新定向为灯的光分布模式，恰好在阻挡角上方的角区中增加至光分布。为了适应由于散热器和基座表面的光反射对光分布模式的影响，球形漫射体的形状在球形漫射体和LED光源的交叉点附近只发生轻微改变，以便改善该角区中的分布模式的均匀性。

鉴于上文，大纬度角处的照明全向性被视为附加地取决于控制阻挡角α_B的大小的基座18的尺寸和几何形状。虽然可通过扩大球形漫射体10（例如参照光线Rs解释的）的直径d_D获得阻挡角α_B内的一些照明，但该直径通常由实际考虑事项限制。例如，如果设计了改造的白炽灯泡，则将球形漫射体10的直径d_D限制为小于或（最多）等于要替换的白炽灯泡的尺寸。如图2所见，一个适用的基座设计具有角度形成为基本上符合阻挡角α_B的侧部。具有大约阻挡角α_B处的成角度的侧部的基座设计为阻挡角α_B提供最大基座容量，其进而为电子设备和散热块提供最大容量。

通过查看和扩展的方式，本文公开了用于设计基于LED的全向灯的方法。在这些方法的公开实施例中，小光源8设置来在光源8上方的2-π球面度半空间中发出基本上朗伯分布的光。球形（或更普遍地类球形）扩散灯泡10具有安装有小光源的小光学输入孔20。在扩散灯泡10表面上的每个点处散射直接照明，以便在扩散灯泡10外部产生基本上朗伯输出光强度分布。在灯泡10的表面上提供均匀照亮外观，并为发射到全向地围绕灯泡的4π球面度中的光提供几乎均匀的强度分布，沿通过散热器和电子设备容量被光源8遮住的照明的光轴（θ~180°）的后向方向除外。

进而考虑此设计的几个方面。第一方面是来自典型LED器件或LED封装件（例如LED光源8）的光强度的大致朗伯分布，使得光强度沿具有放置在球形表面上或附近的任何单个位置处（例如小开口部20处）的LED光源8的球形漫射体10的轨迹几乎保持不变。设计的第二方面是利用光漫射体10截取朗伯光分布模式，通过将球形或几乎球形的光漫射体10放置在LED光源8附近，光漫射体的扩散沿几乎保持不变的光通量轨迹进行，使得LED光源8位于球形漫射体10的表面上或附近，其中LED光源8沿光轴（θ=0）将其正向照明引导至球形漫射体10的离光学输入孔20最远的相对点。该布置保证了照射在球形光漫射体10上的光的照度（流明/表面积）在球形漫射体10的整个（内侧）表面上几乎保持不变。第三方面为光漫射体10的大致朗伯散射分布的函数，使得相对于角基本上为朗伯分布的强度从光漫射体10上的每个（外部）点发出。保证了光强度（流明/球面度）在所有方向几乎保持不变。第四方面是LED光源8的最大横向尺寸d_L应大致小于球形光漫射体10的直径d_D，以便维持第一、第二和第三方面接近理想化。如果LED光源8相对于球形漫射体10来说太大，则第一方面将会受到影响，使得光扩散球体表面上的照度明显偏离理想的均匀性。进一步地，如果LED光源8相对于球形漫射体10太大，则第三方面将会受到影响，且LED光源8将阻挡理想的球形光漫射体发出光的潜在4π球面度的大部分。（或者换句话说，如果LED光源8太大，则它将阻挡不期望的大部分向后定向的光）。第五方面是基座8应被设计为使阻挡角α_B最小化，并提供足够大的基座容量以便为电子设备提供充分的散热和空间。

参照图5和6，示出了构造成适用于替换传统白炽灯泡或卤素灯泡的整体式LED灯的设计的实施例。图5和6中的每个基于LED的灯都包括形成为直接替代传统白炽灯的爱迪生基座的爱迪生螺纹基座连接器30。（更普遍地，基座连接器的类型应该与要替代的白炽灯或卤素灯的基座相同——例如，如果白炽灯或卤素灯采用卡口基座，则爱迪生基座连接器30适宜被所需的卡口基座连接器替代）。图5（或图6）的整体式LED灯是一种不依赖用于散热的照明插座的自容式全向发光设备。正因如此，图5（或图6）的整体式LED灯可以替代传统的一体式白炽灯或卤素灯，而不用考虑使插座或相关硬件热过载，并且也不用修改插座的电气构造。图5和6的LED灯包括各自的球形或类球形漫射体32、34以及设置成与各自的球形漫射体32、34的底部相切的各自的基于LED的平面光源36、38。基于LED的光源36、38相对于球形或类球形漫射体32、34相切地构造，且包括LED器件40。在图5中，基于LED的光源36包括较少数量的LED器件40（示出了两个），并提供与球形漫射体32耦合的大致朗伯强度分布。在图6中，基于LED的光源38包括相对较多数量的LED器件40（示出了两个）。光源38产生畸变朗伯分布的光输出分布，因为与准确朗伯分布相比，在基于LED的光源38的平面中相对比较分散。为了适应相对于准确朗伯分布的畸变，图6的漫射体34为类球形漫射体，即不同于完全球形漫射体。在图6的所示实例中，由基于LED的光源38输出的畸变朗伯分布可以被描述为具有扁圆形畸变的朗伯分布，并适宜被具有扁圆球形形状的漫射体34捕获。参照图7和8，进一步对适应不精确的朗伯光分布进行讨论。

继续参照图5和6，电子驱动器44介于平面LED光源36和爱迪生基座连接器30之间，如图5所示。类似地，电子驱动器46介于平面LED光源38和爱迪生基座连接器30之间，如图6所示。电子驱动器44、46包含在各自的灯座50、52中，每个基座50、52的平衡部（即每个基座50、52不被相应电子设备44、46占据的部分）优选由散热材料制成以便限定散热器。电子驱动器44、46自身足以将爱迪生基座电连接器30接收的交流电（例如，美国住宅和办公场所的爱迪生灯座通常可用的110伏交流电、或欧洲住宅和办公场所的爱迪生灯座通常可用的220伏交流电、或12伏或24伏或其他电压的直流电）转换成形式适宜的格式以驱动基于LED的光源36、38。在LED光源构造成直接由110伏或220伏交流电操作的实施例中（例如，如果基于LED的光源包括一连串编号的且可选地利用齐纳二极管直接由交流电操作的LED器件来适应交流电极性切换），适宜省略电子驱动器44、46。

需要将基座50、52制成得较大以适应电子设备的大容积，并提供充分散热，但该基座还优选构造为最大程度减小阻挡角α_B。此外，散热主要不是经由爱迪生灯座30传导，而是主要依靠对流和辐射的组合将热量排到环境空气中，因此，由基座50、52限定的散热器应具有足够的表面积来促使对流和辐射散热。另一方面，文中进一步认识到，由于相对于漫射体32、34相切布置，基于LED的光源36、38优选为小直径光源。通过采用与基于LED的光源36、38连接的小的接收或配合面积来使这些不同的考虑事项包含在各个基座50、52中，其中基座的大小大致与基于LED的光源36、38相同且具有带角度的成角度的侧部54、56，该成角度的侧部的角度大致与阻挡角α_B相同。成角度的基座侧部54、56远离基于LED的光源36、38延伸一定的距离，该距离使得成角度的侧部54、56与直径d_base足够大以容纳电子设备44、46的圆柱基座部分配合。

基座的几何形状设计由阻挡角α_B控制，该阻挡角进而由基本上全向的照明的所需纬度范围控制。例如，如果要求在θ=[0°,150°]范围上具有基本上全向的照明，则阻挡角α_B不应大于30°，且在一些此类设计中，阻挡角大约为30°以便最大化容纳散热器和电子设备的基座尺寸。另一方面，灯组件在在至少θ=[0°,X]的纬度范围上产生均匀性变化为±30%或更小（例如，更优选±20%，或更优选±10%）的照明，其中X是纬度，且X≥120°。基座50、52未扩展到纬度范围θ=[0°,X]，但优选扩大为具有相当大的表面积。这可以通过构造具有位于纬度X的侧部54、56的基座50、52实现。

又一方面，通过确保基座在与包括漫射体和基于LED的光源的照明组件连接处最小来保持阻挡角α_B较小，并且当其远离照明组件延伸时横截面积（例如直径）张开或增加以便为对流和辐射散热且可选地为容纳电子设备提供足够的容积和表面积。在一些实施例中，如图5和6的实施例，基座50、52在与照明组件连接处的大小设计为具有与基于LED的光源36、38的面积相同的面积，且侧部54、56在最大容许角度（即等于阻挡角α_B的角度）处向外倾斜以便靠近基于LED的光源36、38放置最大容积的散热材料，同时符合阻挡角设计限制。

如图5和6所示，灯座50、52包括紧靠基于LED的光源36、38并位于基于LED的光源36、38和其驱动电子设备44、46之间的散热部分。相应地，电气路径58通过基座的散热部分进行设置以使电子设备44、46和光源36、38电连接。另一方面，电子单元44、46直接靠近爱迪生基座连接器30（或，在可替换观点中，延伸以便包括爱迪生基座连接器）。

参照图7，在一些实施例中，光源可能产生不同于朗伯强度分布的其他分布。在图7的说明性实例中，光源100产生基本上畸变的朗伯强度分布102。强度分布102与朗伯强度分布的相似之处在于在正向方向上（即沿光轴或沿θ=0°）最强，且随θ≥90°时零强度的纬度θ增加而减少。然而，强度分布102相对于真实朗伯分布大幅畸变的原因在于绝大部分总强度在正向方向上，如图7中的射线迹线所示意性地示出的。由图7所示的朗伯强度分布102表示的畸变类型有时称为长椭圆形畸变。对此类实施例来说，参照球形漫射体实施例（例如图2-4）讨论的比率d_D/d_L适宜用d_PMA/d_L替代，其中d_PMA是图7所示的长椭圆形畸变类球形漫射体的短轴。

参照图8，作为另一实例，光源110产生具有大致扁圆形畸变的畸变朗伯强度分布112。大致扁圆形畸变的朗伯强度分布112相对于真实朗伯分布畸变的原因在于很少部分总强度在正向方向上，如图8中的射线迹线所示意性地示出的。扁圆形球状漫射体114设置来扩散扁圆形畸变朗伯强度分布112。对此类实施例来说，参照球形漫射体实施例（例如图2-4）讨论的比率d_D/d_L适宜用d_OMA/d_L替代，其中d_OMA是图8所示的扁圆形畸变类球形漫射体的长轴。

一般来说，理想的球形（朗伯）分布的畸变可以被描述成类球形形状，例如细长椭圆形类球形分布102（图7）或扁平的扁圆类球形分布（图8）。本文提出的设计原理易于推广到这些情况。返回说明性参照图2-4的实施例，选择球形漫射体10，因为朗伯光源8在其整个（内侧）表面上均匀照射球形漫射体10。换句话说，球形漫射体10符合朗伯光源8的等照度曲线。概括该观察，只要透光漫射体选择为符合对应光源的等照度表面，就可保证漫射体的整个表面由光源进行均匀强度照射。此外，因为漫射体提供了以图4的实例方式示出的朗伯散射，来自扩散表面（外侧）的每个点的光具有朗伯分布。因此，由此产生的灯输出强度将基本上是全向的。由于这些形状与理想的球形不同，在长椭圆形或扁圆形类球形漫射体104、114的情况下观察到与理想全向性的偏差；然而，该偏差对于与朗伯分布偏离不太远的光源强度分布来说相对较小。

将这些通用设计原理应用于图7的实施例，图2-4的实施例的球形漫射体10在图7的实施例中被长椭圆类球形漫射体104替代，该漫射体与光源100产生的长椭圆畸变朗伯强度102的等照度表面匹配。定性地，通过沿正向（θ=0）方向移动漫射体表面离光源100更远，该长椭圆类球形漫射体104可以被看成是补偿沿输出强度102的正向（θ=0）方向的较高强度部分。

就图8的实施例而言，图2-4的实施例的球形漫射体10在图10的实施例中被扁圆类球形漫射体114替代，该漫射体与光源110产生的扁圆畸变朗伯强度112的等照度表面匹配。定性地，通过沿正向（θ=0）方向移动漫射体表面离光源100更近，扁圆球状漫射体114可以被看成是补偿沿输出强度112的正向（θ=0）方向的较低强度部分。

更普遍地，应理解，通过选择表面与光源的等照度表面对应的漫射体基本上任何光源照明分布都可以同样适应。实际上，通过说明限定等照度表面时方位或经度方向上的变化，方位或经度方向

上的变化也以同样的方式适应。如前所述，光分布也可以受基座的反射等次要因素的影响。次要畸变可以通过稍微调节漫射体形状来适应。在一些实施例中，例如，光源产生的光分布模式可以是具有极轻微的长椭圆畸变的朗伯模式，但鉴于基座反射的次要影响，具有稍扁圆形畸变的球形漫射体可以选择为提供最佳的灯强度分布。

参照图2-8描述了一些说明性实施例，接下来将对一些进一步的公开内容以及实际缩减来实现并表征的描述进行陈述。

在此对下列全向LED灯设计方面进行陈述。第一设计方面涉及LED光源发出的光强度的分布。最典型的LED光源的分布为朗伯分布，但LED光源可存在其他分布，例如畸变朗伯分布（例如图7和8）。LED光源的强度分布在方位或经度(

)方向上通常是均匀的、或几乎是均匀的（即期望强度分布大致轴对称）。第一设计方面需要识别LED光源的强度分布，使得透明漫射体可以被构造成与LED光源的等照度表面一致。对朗伯强度分布来说，相对于纬度角(θ)的强度与cos(θ)成正比，其中θ是从图1中所示的光轴开始测量的角。理想的朗伯分布在

方向上是均匀的，且

方向上的分布在实践中对于典型LED光源而言通常几乎均匀。产生的等照度表面是球形。理想朗伯分布的一些典型畸变包括在正向方向上具有相对高的强度的长椭圆形畸变（如图7所示）或在正向方向上具有相对低的强度的扁圆形畸变（如图8所示）。长椭圆形畸变产生长椭圆类球形等照度表面，而扁圆形畸变产生扁圆类球形等照度表面。在正向方向上具有相对高的强度（长椭圆分布，如图7所示）的情况下，类球体的长轴与光轴对齐。在正向方向上具有相对低的强度（扁圆分布，如图8所示）的情况下，类球体的短轴与光轴对齐。

第二设计方面是要构造与等照度表面一致的透光漫射体。如果LED光源的强度分布正好为朗伯分布，则等照度表面为球形（且由此漫射体为球形），且LED光源的发光表面的理想位置位于与球形漫射体表面相切的位置。在实体LED光源中，特别是在采用多个LED芯片或多个LED封装件的光源中，分立的LED器件通常安装在平面电路板上，并可以用折射率匹配材料对LED进行单独封装或封装成阵列以提高从LED半导体材料提取光的效率。LED光源还可以被反射、折射、散射或传输型光学元件包围以提高光源的光通量或其颜色的均匀性。为了适应空间扩展的LED光源，LED光源的出口孔（即光输出表面）适宜定位成与光漫射体的表面相切，以便光漫射体可接收均匀照度。

如果LED光源的强度分布基本上与纯朗伯分布偏离，则漫射体并非是精确的球形，而是与光强度分布的形状匹配的形状，使得照度（流明/面积）在漫射体表面上的每个位置保持不变，且LED光源的发光表面位于与漫射体表面相切的位置。例如，如果LED光源100的强度分布102在前向凸起部（lobe）（该凸起部沿光轴延伸，如图7所示）中集中，则漫射体104应该沿光轴加长以匹配强度分布的形状。

虽然在此示出了表面漫射体，但同样可以采用容积漫射体（volumediffuser）。在容积漫射体中，光漫射在漫射体的整个容积中发生，而不是集中在表面。在这种情况下，由于在漫射体容积内部发生散射，漫射体的形状同样要考虑强度分布的变化。

第三设计方面是通过光漫射体提供朗伯或几乎朗伯的光散射。即便在准直光束作为输入的极端情况下，理想的朗伯散射体在输出时为任何可能的输入分布产生朗伯强度分布。当光至漫射体的输入强度分布相对于LED光源的光轴为朗伯或大致为朗伯分布时，漫射体的作用是将强度分布重新定向为相对于漫射体表面的法线（即垂直单位向量）的朗伯分布。朗伯散射体或相对较强的近朗伯散射体一般足以完成这个任务。通常用于现有全向灯的各种材料（例如透明或半透明玻璃、石英、陶瓷、塑料、纸、复合材料或其他具有较低光学吸收的透光材料）可提供朗伯或足够强的散射。使散射介质的表面变粗糙或消光（例如，通过化学蚀刻、或机械性磨损、或用机械工具或激光器切割等）来产生散射。附加地或可选择地，可以利用涂覆到表面上的散射涂层或油漆或叠层、或通过使散射粒子悬浮在介质中在松散介质内散射、或通过在介质（针对非均匀介质）内的晶界或掺杂物、或通过其它散射机构或者上述的组合来产生散射。

第四设计方面是使实际强度分布与前述三个方面的理想应用导致的理想均匀的各向同性分布的偏差最小化。与理想灯构造的主要偏差源是相对于透明漫射体表面的不精确相切的光源的布置。通过考虑漫射体尺寸与LED光源尺寸之比，例如如图2-4的实施例中的比率d_D/d_L所阐明的，可以限制非理想性。根据光学光线跟踪模型的结果、以及通过测量确认通常用来替换A1大小的白炽灯泡，灯直径大约为2-3/8"或大约60mm的原型灯，针对该模型和对应原型量化了理想范围，其中LED光源包括相对小型的圆形电路板上的大量紧密间隔的LED的对称阵列，电路板的直径d_L在10-20mm范围内且设置在直径为d_D的球形玻璃灯泡的“南极”（即θ=180°）处，其内侧表面上覆盖有朗伯散射体。

参照图9和10，d_D/d_L的比率主要确定纬度角的范围，强度分布在该范围内保持不变。（注意，图9中，符号“D”表示基于LED的平面朗伯光源8的直径d_L，且符号“S ”表示漫射体10的直径d_D。图10中，比率d_D/d_L表示为D_D/D_L）。当d_L增加变得与d_D相当时（因而更严重偏离准确相切），LED光源的位置应远离球形漫射体的南极朝赤道（即θ=90°限定的平面）移动，且强度分布均匀的范围从0°至180°减小到0°至90°。看待这个问题的另一种方法是为了完美相切，光源应在单个点上与球形或类球形漫射体相遇。然而，就有限尺寸d_L的光源8而言，相遇的“点”相对于球形或类球形漫射体10变成一条长度为d_L的弦。因此，相对于扩散器10的直径d_D的弦长d_L（或其反比）是接近理想切线的测量值。通过实例的方式，如果d_D/d_L＜1.15，则均匀强度分布的最大可能范围大约为θ=[0°,120°]；或如果d_D/d_L＜1.5，则均匀强度分布的最大可能范围大约为θ=[0°,138°]。为了在θ=[0°,150°]的范围内提供均匀强度，比率应增加到d_D/d_L＞2.0。即便d_D/d_L=2.0，强度分布在接近150°的角时仍然不均匀，因为该分布错过了从在150°至180°范围中的纬度上的球形表面发出的光的照明贡献。为了在0°至150°的范围内提供几乎均匀的强度分布，d_D/d_L应大于2.0，该数量取决于球形漫射体的散射分布功能，并取决于放置在LED光源下方的灯部件（例如散热器、热翅片及电子设备）的反射性能。在实际对白炽灯用途的LED备用灯执行的实验中，发现d_D/d_L＞2.5通常适用以便在0°至150°的范围内提供+/-10%平均强度内的强度均匀性。如果只有0°至135°的范围上要求均匀强度，和/或+/-20%的大容差被视为可接受（例如符合美国能源部提出的能源之星规范），则根据图10要求d_D/d_L＞1.41，在实际灯的实施例中优选d_D/d_L＞1.6。

第五设计方面是最小化基座的影响。首先，人们可能会希望采用小型基座来完成，然而，这对散热产生了负面影响，其反过来限制了光输出强度，且还可能对照明电子设备可利用的空间产生负面影响。如文中所公开的，改进之处在于在与包括LED光源和球形或类球形漫射体的照明组件的接合点上较窄的基座（该基座在接合点上优选与大致基于LED的平面光源具有相同的横截面积），并具有小于或大致等于根据全向照明所需的纬度范围选择的阻挡角α_B的角度的成角度的侧部。例如，如果所需纬度范围θ=[0°,150°]，则阻挡角α_B应不大于30°，且在一些设计中，阻挡角大约为25°以便使基座尺寸最大化以容纳散热器和电子设备。基座的成角度的侧部的角度不应大于30°，且优选25°以便为接近基于LED的光源的散热器提供最大的基座容积。

再次参照图5和6，所示散热是被动式散热，取决于从基于LED的光源36、38至相邻基座50、52的热量传导，然后经由基座50、52限定的散热器的表面辐射和对流到空气或其他周围环境中。可通过提供附加的热管理器件（例如热泵或热电冷却器），或通过例如利用风扇、合成喷射件、或其他增强冷却空气流动的装置增加主动式冷却，来加强由对流和辐射的散热。还可通过增加散热器的表面积来加强对流和辐射散热。达到这一目的的方法之一是使基座散热器元件的表面皱折或改进该表面（其为图5和6的实施例中的基座50、52）。还可为基座增设翅片或其他散热元件，但如果这些元件向外延伸超过阻挡角α_B，则可能会干扰光输出。

参照图11，公开了一种变形实施例，除增强从基座50传递至空气或其他周围环境的辐射和对流热量的散热翅片120之外，还包括图5的实施例。另一方面，基座50的散热器包括设置在纬向阻挡角α_B内（图5的说明性实施例中的基座50内或与基座50共存）的前述基座散热器元件以及包括与基座散热器元件热连通并在球状漫射体32上方延伸以进一步通过对流和辐射增强热量释放到环境空气的所示翅片120的散热元件。也就是说，热量从位于图11表示的位置36’的基于LED的照明单元36的LED芯片传递至基座散热器元件并传导地扩散至热量通过对流和/或辐射传递至环境的散热翅片120。图11的灯的翅片120纬向延伸至差不多θ=0°，因而翅片120正好延伸超过阻挡角α_B的范围。然而，翅片120在经度

方向上具有大大受限制的范围；因此，翅片120对图11的灯产生的全向照明分布没有显著影响。换句话说，每个翅片基本上位于恒定经度

的平面中，且因此对照明分布的全向性质不会有显著的负面影响。更普遍地，只要散热元件向外延伸并横向于球形或类球形漫射体表面定向，则它们对照明分布的全向性质不会有显著的负面影响。翅片120还成形为与“A”型白炽灯泡的所需形状（即外形）一致。这样的向外成形是可选地的但是是有利的，因为消费者熟悉传统的“A”型白炽灯泡。翅片120提供的改进散热能够进一步减小基于LED的平面光源的尺寸，这进而使设计能够进一步增强输出光强度分布的全向性。

参照图12，实际构造了图11中所示的包括六个翅片120的改造的基于LED的灯的实施例，且测量了它们的纵向强度分布。实际构造的改造的基于LED的灯根据A19灯的标准进行构造。阻挡角α_B为23°。翅片120厚1.5mm，且对齐位于图11所示的恒定经度（恒定

）平面内。一个实施例（灯A）采用G12瓷漆（enamel）灯罩（可以从美国纽约通用电气公司获得）作为漫射体，而另一个实施例（灯B）采用40mm塑料喷沙球体作为漫射体。两种灯都具有如图11所示的爱迪生基座连接器30。图12示出了根据相对于全向灯组件32、36限定的远场点光源位置P₀的纬度而测量的远场输出强度，用实线表示灯A，且用虚线表示灯B。对于使用瓷漆灯罩作为漫射体的灯A而言，纬度跨度θ=[0°,150°]中的强度测量为35±7cd，其对应于±20%变化范围的均匀性，其中纬度跨度θ=[0°,135°]时的均匀性更好。方位

也是良好的，具有±15%的强度变化，因此实现了纬度跨度θ=[0°,150°]范围内的全向照明。

另一方面，灯B示出了纬度跨度θ=[0°,150°]范围上的大致不良的均匀性。这可以归因于提供不充分光漫射的喷沙塑料。换句话说，简单返回参照图4，来自每束入射光线的光对灯B而言本身不是朗伯分布，如图4所示，而是沿入射光线方向继续具有强烈偏差。这样对灯B而言会产生沿图12所示的正向（θ=0°）方向的相对较多部分的光。换句话说，灯B喷沙塑料提供的不充分漫射无法除去灯B中光源36的强烈正向照明偏差。

所示翅片120或其他散热元件已并入其他整体式LED灯，例如图6的LED备用灯。使用这样的翅片便于使基座与较小的照明组件（基于LED的光源或球形或类球形漫射体）连接，这进而便于较大的d_D/d_L比率，这进一步促使了大跨度纬度角（例如纬度跨度θ=[0°,150°]）内的全向性。进一步地，通过保持翅片是平面的并位于恒定经度（恒定

）平面内，翅片对纵向强度均匀性的影响较小。更普遍地，散热元件应向外远离漫射体的表面延伸并横向于漫射体表面定向。

为了获得更高的光输出强度，优选大量的高功率LED器件。然而，这与保持d_D/d_L比率较大以便提供强度分布可以保持不变的大范围纬度角的要求相矛盾，因为较多的LED器件趋向于增加基于LED的光源的横截面尺寸d_L。此外，高功率LED器件以及较大数量的此类器件产生的附加热量在一些特定实施例中可能会太大以致于不适于利用被动式散热。

接下来返回参照图2-4的球形实施例来对线性灯实施例进行描述。球形实施例可以通过移除围绕北向（θ=0°）轴的旋转对称而修改为直线型灯。在该线性实施例中，图4可以被看成是沿线性灯的线性轴截取的剖面图：漫射体10在该变形实施例中圆柱，其圆柱轴线横向于图纸，且光源8是平行于（圆柱）漫射体10的圆柱轴线延伸并定位成与（圆柱形）漫射体10的表面相切的细长的基于LED的光源。图4中所示的朗伯光强度分布在该线性灯变形实施例中仅为一维朗伯分布，也就是说，如果LED适当接近地间隔，则为图纸平面上的朗伯分布。因此，（细长的）基于LED的光源8产生的朗伯强度模式适宜被符合（细长的）基于LED的光源输出的朗伯强度的圆柱等照度表面的（圆柱形）漫射体10捕获。为了使用该实施例来提供均匀照明的各向同性圆柱光源，LED器件40应沿垂直于图纸的方向相对紧密地间隔例如相当于漫射体圆柱直径的量。

参照图13和14，公开了又一实施例。该实施例不是线性灯，而是适用于替代白炽灯泡且包括有利于使用该灯作为改造白炽灯泡的爱迪生基座连接器30的LED灯。环形的基于LED的光源150设置在圆柱形成形件或烟囱状物（chimney）152上以便从圆柱形成形件或烟囱状物152向外发光。这实际上是采用本文描述的线性灯并绕圆柱形成形件或烟囱状物152进行包装以便形成一个环。由环形光源150产生的照明强度154具有垂直于环（如图13所示）的环形路径的任何平面上的朗伯分布，如果LED适当接近地间隔，由此产生具有圆形截面的环形等照度表面。具有圆形截面（最好参见图13）的环面形漫射体156设置成与照明强度154的环形等照度表面一致。（注意，图14中，环面形漫射体156示意性地用虚影示出以便露出基于LED的光源150）。

环形的基于LED的光源150设置成与环面形漫射体156的内侧表面相切并将朗伯照明强度发送到环面形漫射体156中。环面形漫射体156优选具有朗伯漫射表面，如图13中示意性地示出，使得在表面上的每个点上使入射照明154漫反射以产生从外部来自环面形漫射体156表面上的点的朗伯强度输出模式。因此，包括环形的基于LED的光源150以及圆形路径横截面的环面形漫射体156的照明组件在纬度和经度方向上基本上都是全向的。

在图13和14中，环面形漫射体156具有沿其环形路径的任意点的圆形横截面，使得环面形漫射体156为真正的环面。与图7和8类似，如果环形的基于LED的光源150使其朗伯强度分布基本上以长椭圆形或扁圆形方式畸变，则相应使环面形漫射体156的圆形横截面适当成为长椭圆形或扁圆形的圆以便与等照度表面一致。

图13和14所示的烟囱状物152具有圆形横截面，且环形光源150由此符合圆形路径。参照图14A，在其他实施例中，烟囱状物152具有三角形横截面，正方形横截面，六角形横截面或八角形横截面等多边形横截面（未示出），在此情况下，环形光源适宜符合由三个相邻平面电路板（针对三角形），四个相邻平面电路板（针对正方形），六个相邻平面电路板（针对六角形）或八个相邻平面电路板（针对八角形）或更普遍为N个相邻平面电路板（针对N边多边形烟囱状物横截面）组成的相应多边形（例如，三角形，正方形，六角形或八角形）路径。例如，图14A示出了具有正方形横截面的烟囱状物152’、以及符合由四个间隔90°角以形成与烟囱状物152’的矩形横截面一致的正方形环的电路板组成的正方形路径的环形光源150’。相应环面形漫射体156’（再次以示意性地用虚影表示以露出光源150’）同样大致有四边，但包括四边环的相邻边之间的圆角过渡，以便于制造和平稳的光输出。

返回参照图13和14，灯包括基座160，基座包括或支撑位于一端的烟囱状物152以及位于相对端的爱迪生基座连接器30。如图13的剖视图所示，基座160包括使环形的基于LED的光源150通电以发出照明154的电子设备。进一步如图13的剖视图所示，烟囱状物152是中空的，且容纳有实现为设置在烟囱状物152内侧的冷却剂循环风扇166的散热器。电子设备162还驱动冷却剂循环风扇166。风扇166驱动循环空气168通过烟囱状物152，且由此接近环形的基于LED的光源150使环形光源150冷却。可选地，散热元件170（例如翅片、销钉等）从环形的基于LED的光源150延伸至中空烟囱状物152的内部以进一步便于光源的主动式冷却。可选地，烟囱状物包括便于循环空气168流动的空气入口（参见图14）。

冷却剂风扇166提供的主动式散热可选地可由被动式冷却替代，例如通过制造金属或其他导热材料的烟囱状物，可选地增设翅片、销钉、狭槽或其他特下以增加其表面积。在其他预期的实施例中，烟囱状物用的类似尺寸的热管替代，热管的“冷却”端设置在基座160中包含的金属块中。相反，在图5和6以及别的地方的实施例中，所述的被动式散热可选地用利用风扇等的主动式散热替代。再者，预期这些实施例中的基座散热器元件为主动式散热器元件，例如冷却风扇、或其他类型的散热器元件（例如热管）。

图13和14所示的灯为可以通过使基座连接器30和照明插座连接安装在照明插座（未示出）中的一体式LED备用灯。图13和14的一体式LED备用灯为不依赖插座散热但可以被经由爱迪生基座连接器30的灯座提供的110V或220V交流电、或12V或24V或其他电压直流电驱动的自容式全向LED备用灯。

为了实现大纬度跨度范围上（例如纬度跨度θ=[0°,150°]范围上）的全向照明，有利的是基座160相对较窄，例如在图13和14所示的圆柱基座160的情况下。经由风扇166和中空烟囱状物152的主动式散热便于使基座160相对较窄，同时仍然提供充分的散热。此外，图13示出环面形漫射体156在横向于圆柱烟囱状物152的轴线的平面上向外延伸，且进一步将照明扩大到较大角度，例如接近θ=180°的角度。

图13和14的LED备用灯（具有可选的修改，诸如如图14A所示的修改）尤其适用于改造高瓦数白炽灯泡，例如60W至100W或更高的白炽灯泡。操作主动式冷却风扇166期望使用这些高瓦数灯可以忽略的一瓦至几瓦或更低的瓦数，同时主动式散热能够以几十瓦数的水平传递热量和散热，以便可以使用利用一安培至几安培的驱动电流操作的高功率LED器件。图13和14的灯的冷却并非主要依赖爱迪生基座连接器30将热量传递至灯座，因此图13和14的LED备用灯可以用于任何标准螺纹灯座，不用考虑插座或相应硬件的热负荷。灯组件的环面形布置还有助于沿环形光源150的环形路径铺开LED来利用更多数量的LED。

参照图15-30，公开了相对于整体式LED灯中的基于LED的光源成形并布置漫射体以提供基于LED的光源的均匀全向照明的另一些实施例。这些实施例考虑了散热翅片的光学效果。

参照图15，16，17，18和19，示出了适于作为基于LED的灯泡的灯实施例的说明性实例。该灯包括漫射体200、带翅片的散热器202、以及基座204（其为所示实施例中的爱迪生灯座，但也可预期GU、卡口式或其他类型的基座）。图15，16，17，18和19分别示出了立体图、可替换的立体图、侧视图、顶视图及底部视图。图20，21和22分别单独示出了漫射体200的侧视图、露出漫射体的内部206的漫射体200的侧视图、以及带翅片202的漫射体200的侧视图。翅片是散热器的一部分，在卵形漫射体200的一部分上方延伸。散热器还包括容纳将110V交流电输入电源（或220V交流电，或其他选择的输入电源）转化为适于驱动将光输入到漫射体200的孔210中的LED的电源的电源调节电子设备（未示出）的本体部208。

如图20中标出的，漫射体200为具有单个对称轴212的卵形形状，该对称轴沿高程或纬度坐标θ=0，对应于“地理北”或“N”。（参见图1及相关文本以进一步描述采用高程或纬度坐标θ的说明性坐标系）。卵形漫射体200关于对称轴212旋转对称。在一些实施例中，旋转对称是连续的，即横向于对称轴的漫射体横截面是圆形的（如图所示）。在其他实施例中，卵形漫射体的旋转对称为N重对称，即横向于对称轴的卵形漫射体横截面（通过一些说明性实例的方式）是六角形的（N=6）或八角形的（N=8）等等，可选地在N个顶点处整圆。N值较小的重对称的缺点在于相对于方位或经度（即如本文参照图1所定义的坐标）潜在引入N倍变化。然而，采用N重对称的一些优点在于便于制造、以及LED灯泡的处理和安装。即便具有N重旋转对称性，漫射体200在此也称为卵形漫射体。在一些N重旋转对称性的漫射体实施例中，相应散热器还包括与N重旋转对称性的漫射体对齐的N个翅片。

孔210在卵形漫射体200的一端处在对称轴212上对中。（注意，孔210在一些实施例中可能包括多个子孔210_SUB，如沿对称轴212查看孔210的图20的插图所示。例如，可能每个LED器件具有一个子孔210_SUB。在此情况下，如插图所示，孔210表示或近似由这些子孔210_SUB跨越的累积或总面积）。术语“孔”（光圈，aperture）表示光从基于LED的光源（例如一些实施例中的朗伯或大致朗伯光源）输入到卵形漫射体200中的区域。孔210可以是接收基于LED的光源或与基于LED的光源对齐的实体开口部，或可以是透明窗、光扩散板等。

如图21所示，说明性卵形漫射体200包括具有或限定中空内部206的卵形壳体220。中空卵形漫射体200适于由玻璃、透明塑料等制成。或则，可预期卵形漫射体为包括透明材料（如玻璃、透明塑料等）的固体部件。卵形漫射体200还可可选地包括设置在漫射体200之上或之内、或漫射体200的内部206的波长转换荧光粉。采用合适的方法使卵形壳体220漫反射光，例如表面纹理化、和/或在卵形壳体220的材料中分散的光散射粒子、和/或在卵形壳体220表面上设置的光散射粒子等。

参照图20-22，卵形漫射体200可选地包括将漫射体200安装到灯本体上（例如安装到说明性实施例中的散热器202、208上，如图22中最好地示出的）的颈部区域222。在颈部区域222中，卵形漫射体200偏离其卵形形状。一些实施例中的颈部区域222凹入灯本体208的空腔224内（参见图22和23），且由此不发光（或发出由散热器灯本体208吸收的光，由此不产生全向照明）。可替换地，颈部区域可以部分地或整体地在灯本体外侧延伸以便部分地或整体地进行光发射以便产生全向照明。

继续参照图20，卵形漫射体200具有蛋形，包括沿对称轴212的长度X的相对较窄的近端部以及沿对称轴212的长度Y的相对较宽的远端部。通过“近端”和“远端”，说明了长度X的近端部相对更邻近孔210，而长度Y的远端部相对更远离孔210。说明性卵形漫射体200在近端部和远端部或各个长度X和Y的部分结合或相遇的位置具有横向于对称轴212的最大直径D_max。可预期最大直径D_max的横向平面本文还称为赤道平面230，位于近端部和远端部或部分结合或相遇位置的上方或下方。对称轴212和最大直径D_max的赤道平面230的交点在此引用为原点232。另一方面，卵形漫射体200具有横向于对称轴212用于包含原点232的横向赤道平面230的最大直径D_max。

在对称轴212的方向上（即，沿对称轴212方向）卵形漫射体200的总长度为X+Y。在一些实施例中，满足下列条件：X＞Y及X+Y＞D_max。对说明性卵形漫射体200来说，长度X的近端部具有截顶长椭圆半椭球体（truncated prolate semi-ellipsoid）形状，而长度Y的远端部具有扁圆半椭球体（oblate semi-ellipsoid）形状。更普遍地，最好是X＞Y。在一些实施例中，X≥1.5Y。在一些实施例中，X≥2Y。在一些实施例中，X≥3Y。

如在图22和23最好地所见，散热器202、208的翅片202不是凹入翅片，它的意思是翅片202的顶端不朝对称轴212向内弯曲。通过采用不凹入的翅片，卵形漫射体200和散热器202、208可单独制造和组装。散热器202、208的非凹入翅片允许卵形漫射体200插入翅片202的内侧，直至颈部222与散热器202、208的凹入空腔224配合。制造的好处在于漫射体200和散热器202、208可单独制造，且可选地由不同材料制成，以便最优化卵形漫射体200的透光和光散射或漫射特性、以及散热器202、208的热（可选地光反射）特性。

与近端部相比，翅片202对远端部产生相对较小的光学损失。因为散热器202、208的翅片202在经度

方向上具有大大受限制的范围，翅片202期望不会强烈地影响经度方向上的全向照明分布。然而，发明人进行的测量表明翅片202减少光输出，尤其是减小了赤道平面230下方的角度。不限于任何特定的操作理论，这些光学损失被视为归因于由翅片202导致的光吸收、光散射、或其组合。此外，散热器202、208的本体部208（更普遍地，灯的本体部）进一步限制了赤道平面230下方全向照明的量。

参照图24，25和26，利用卵形漫射体200的长椭圆/扁圆设计来减少或消除翅片导致的光学损失。图24示出了卵形漫射体200的轮廓与理想的球形漫射体的轮廓的比较。卵形漫射体200为赤道平面230下方的截顶长椭圆半椭球体形状以及赤道平面230上方的扁圆半椭球体形状。图25示出了从LED阵列发射至理想球形漫射体240的表面的光线长度与到卵形漫射体200的光线长度的比较。图26示出了识别相对于卵形漫射体200的表面的法向角。如果散射体为角度分布中的理想朗伯分布，来自表面的一个点的散射光在横向于表面的角度是最大的。在图26中将会注意到赤道平面230下方的全向照明大部分来自长度X的近端部，而长度Y的远端部在赤道平面230上方基本上产生全向照明。因此，相对地增加长椭圆近端部的长度X的作用是增加赤道平面230下方发出的一部分光以便补偿赤道平面230下方由于散热器的翅片202和/或本体部208导致的光学损失。对（截顶）长椭圆半椭球体近端部和扁圆半椭球体远端部来说，卵形漫射体200的50%以上的总体光发射表面积的都位于赤道平面230下方。

长度Y的远端部在相比之下对赤道平面230下方的角度处的光分布的影响较小。相反，可调节扁圆远端部的扁率以控制赤道平面230上方的角度处的光分布。例如，漫射体200的较平坦扁圆远端部可增强地理北N附近（即θ=0附近）的角度处的光分布。也可因其他原因调节扁率以确保灯泡的总长度落入适用标准（例如A-19灯泡标准）规定的任何最大长度范围内。LED灯泡的总长度包括：（1）卵形漫射体200的加和后的长度X+Y，加上（2）散热器沿对称轴212方向的本体部208的长度，以及（3）爱迪生灯座204沿对称轴212方向的长度。其中，爱迪生灯座204的长度通过适用电连接器标准固定，而散热器的本体部208的长度至少部分由用于容纳电压调节电子设备的最小尺寸确定。因此，卵形漫射体200的加和后的长度X+Y是调节LED灯泡的总长度的主要可调节参数。

在一些实施例中，卵形漫射体的几何形状具有X+Y＞D_max及X＞Y。在一些实施例中，X≥1.5Y，在一些实施例中，X≥2Y，在一些实施例中，X≥3Y。还可以用表面积比表示。将长度X的近端部的表面积表示为A_prox，将长度Y的远端部的表面积表示为A_dist，并将总表面积辨识为A_total，有利的是A_prox/A_total＞0.5，且在一些实施例中A_prox/A_total≥0.65，且在一些实施例中A_prox/A_total≥0.75。更普遍地，卵形漫射体200优选为远离孔210的较宽端逐渐缩小为邻近孔210的较窄端的蛋形。近端可以通过孔210被截顶，如图所示，但也可预期的是，孔对于该截顶来说足够小，可忽略不计或不存在。

在漫射体200中，为了补偿由于散热器的热翅片202和/或本体部208导致的光学损失，漫射体200的长椭圆近端部增加从卵形漫射体200的赤道平面230下方引导的光通量。选择扁圆远端部来定制赤道平面230上方的角度处的光分布，和/或保留或设置漫射体200（或LED灯泡整体）的期望总高度，在一些应用中，该总高度由适用标准例如A-19型灯泡的ANSI规定限制。相对于具有在赤道平面230上方的点的与表面正交的角的表面区域，卵形漫射体200提供具有在赤道平面230下方的与表面正交的角的更大表面区域。这补偿了由热翅片202导致的光吸收和散射，这对赤道平面203下方发出的光比对赤道平面230上方发出的光更重要。

卵形漫射体200具有一几何形状，其中具有长度X的近端部具有截顶长椭圆半椭球体形状，同时长度Y的远端部具有扁圆半椭球体形状。可预期形状具有多种变化的卵形漫射体。虽然漫射体部分的形状在图24，25和26中被示为导致卵形形状的长椭圆和扁圆椭球体的部分，但更普遍地，漫射体的近端部的特征在于沿对称轴212具有逐渐增加的直径（或根据远离LED光源的距离的横向尺寸），在赤道平面230上达到最大直径D_max，且漫射体的特征在于沿对称轴212具有逐渐减小的直径（或根据远离赤道平面230上方的LED光源的距离的横向尺寸），在漫射体的顶部达到最远位置。漫射体的近端部和远端部的表面的实际形状不必与椭圆、长椭圆或扁圆、或半球形或球形的几何形状匹配。

图27，28，29和30示出了一些变型的说明性实例。图27示出了卵形漫射体200a，其具有与漫射体200相同的长椭圆半椭球体近端部，但其中扁圆半椭球体远端部被半球远端部替代。图28示出了卵形漫射体200b，其具有与漫射体200相同的扁圆半椭球体远端部，但具有不同形状的近端部。卵形漫射体200b的近端部分为两部分：沿对称轴212具有长度X1的截头圆锥形状的更近部分；以及沿对称轴212具有长度X2的长椭圆形状的稍远部分。图29示出了卵形漫射体200c，其具有与漫射体200相同的（截顶）长椭圆半椭球体近端部和扁圆半椭球体远端部，但其进一步包括在近端部和远端部之间设置的具有圆柱形形状和高度（或厚度）d_transition的过渡区。在该实施例中，赤道平面230适宜被具有厚度d_transition的薄赤道“面板”230’替代。图30示出了卵形漫射体200d，其具有与漫射体200相同的（截顶）长椭圆半椭球体近端部，但具有比完全扁圆半椭球体小的长度Y的扁圆远端部。因此，卵形漫射体200d在赤道平面230处的近端部和远端部或各自长度X和Y的部分的结合和相遇处突然中断。

对指定的基于LED的光源，感兴趣的大纬度范围θ=[0°,θ_max]上的基本上全向照明通过适当调节卵形漫射体的几何形状是可以获得的，例如利用具有适当选择尺寸X，Y，d_max的漫射体200a、200b、200c、200d之一、（且取决于模板的几何形状、漫射体200c的诸如d_transition的一个或多个附加尺寸、或漫射体200b的子长度X1和X2）、以及相对较细长的近端部和相对较平坦的远端部或部分的特定曲率，其中θ_max可以为120°或135°等等（感兴趣的最大纬度角θ_max例如可以由期望符合的照明标准确定）。这样，实现了具有高全向灯输出的灯，其同样由相对较少的部分组成。例如，灯部件可包括四个主要部件：（1）漫射体200；（2）散热器202、208（散热器本体208和翅片202适宜构成单个器件）；（3）电子模块；和（4）包括一个或多个安装在电路板或其他支撑件上的LED器件的光引擎。

然而，根据制造过程的特定光源和容差、以及灯要符合的照明标准规定的容差，仅利用用于实现全向照明分布的漫射体200可能很难获得高效益的符合标准的灯。在此情况下，卵形漫射200、体200a、200b、200c、200d可以与一个或多个辅助光学部件结合在一起实现大量生产设置中高效益的所需全向照明分布。

参照图31，在一种方法中，设置有辅助光学元件。说明性方法以图15-23的灯为依据，且包括卵形漫射体200和带翅片的散热器202，208。图31还示意性地示出了包括其上设置有一个或多个LED器件（未示出）的电路板的合适光引擎250。辅助光学元件包括沿对称轴212从光引擎250向上延伸的反射的、折射的或透光的光散射柱252，可选地还包括位于远离光引擎250的柱252的端部的反射的、折射的或透光的光散射帽254。在一些实施例中，光引擎250包括将光引擎250固定在灯中的中心安装孔，在此情况下，柱252可以实现为还用于将光引擎250固定（或帮助固定）在灯中的螺纹轴。光散射柱252具有反射或折射或透射地散射光的一部分的作用，该部分光否则在“北”纬（即θ~0°）处或靠近“北”纬（即θ~0°）被引导到更大的纬度角。可选的反射或折射或透射地散射光的帽254进一步用于使光散射到更大的角中，特别是大于90°的角。在组件252、254为固定（或帮助固定）光引擎250的紧固元件的实施例中，该帽254还可以用作紧固件的螺栓头或螺钉头或其他有用部件。柱252和/或帽254的侧部可以是成角度的，或以其它方式成形为调节光分布。

参照图32，在可替换方法中，辅助光学元件可以与光源集成一体。说明性方法再次以图15-23的灯为基础，且包括卵形漫射体200和带翅片的散热器202，208，且还包括其上设置有一个或多个LED器件（未示出）的电路板的光引擎250。在图32的实施例中，光引擎250还包括（或者可替换地认为，灯还包括）设置在光引擎的LED器件上方，且可选地具有固定在光引擎250的电路板上的开放周边的光散射远程圆顶部260。圆顶部260可以充气，或可以部分地或整体地填充硅树脂或其他密封剂。圆顶部260可选地变粗糙或构造成提供光学漫射，和/或可选地包括设置在圆顶部的内部或外表面上或嵌入圆顶部材料中的非接触式荧光粉（remotephosphor）。通过引用整体并入本文的Aanegola等人的第7,224,000号美国专利、通过引用整体并入本文的Aanegola等人的第7,800,121号美国专利、通过引用整体并入本文的Soules等人的第7,479,662号美国专利、以及通过引用整体并入本文的Reginelli等人的第2008/0054280A1号美国专利中描述了包含由电路板上安装的圆顶部覆盖的一个或多个LED器件的一些适用光引擎。包含由电路板上安装的圆顶部覆盖的一个或多个LED器件的一些适用光源还包括可以从通用电气公司获得的

高亮度LED光引擎。除由卵形漫射体200提供的光分布的成形之外，圆顶部260也提供光分布的成形。例如，当包括设置平面电路板上的一个或多个朗伯发光LED芯片的光源在θ=90°时基本上不具光强度时，相反地，

高亮度LED光引擎在θ=90°时具有实质的光强度分布部件，该部件与卵形漫射体200配合以提供更接近理想全向分布的全向照明分布。

图31和32中所示的辅助光学部件252、254、260是说明性实例。说明性辅助光学部件252、254、260中的一个或多个或其他辅助光学部件可以与说明性卵形漫射体200、200a、200b、200c、200d之一结合或与球形或椭球漫射体结合（例如图5-8或11所示），以提供更接近理想全向分布的全向照明分布。通过另一说明性实例的方式，可包括帽或其他附加涂层或漫射体以使光分布成形。

已经说明和描述了优选实施例。显然，读完并理解前述详细描述后可以进行修改和变化。意图是本发明应被理解为包括在所附权利要求及其等效物范围内所有修改及变化。

Claims (77)

1.一种发光设备，包括：

基于LED的光源；

卵形漫射体，响应于所述漫射体内侧的照明产生光强度分布输出；以及

基座，包括基座连接器；

所述基于LED的光源、所述卵形漫射体、以及所述基座一起固定为整体式LED灯，所述整体式LED灯能够通过将所述基座连接器和照明插座连接而安装在所述照明插座中；

所述基座与所述整体式LED灯中的所述基于LED的光源操作地连接，以便利用在所述基座连接器处接收的电力为所述基于LED的光源供电。

2.根据权利要求1所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体具有单一旋转对称轴。

3.根据权利要求2所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体围绕所述单一旋转对称轴具有连续的旋转对称性或N重旋转对称性。

4.根据权利要求1所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体是中空的，并具有旋转对称轴以及以所述旋转对称轴为中心的孔，所述基于LED的光源设置成通过所述孔在所述卵形漫射体内部照明。

5.根据权利要求4所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体包括邻近所述孔并具有沿所述旋转对称轴的长度X的近端部以及远离所述孔并具有沿所述旋转对称轴的长度Y的远端部，其中X＞Y。

6.根据权利要求5所述的发光设备，其中，X≥1.5Y。

7.根据权利要求5所述的发光设备，其中，X≥2Y。

8.根据权利要求5所述的发光设备，其中，X≥3Y。

9.根据权利要求4所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体包括具有第一形状的邻近所述孔的近端部以及具有第二形状的远离所述孔的远端部，其中所述第一形状与所述第二形状不同。

10.根据权利要求9所述的发光设备，其中，所述近端部的表面积比所述远端部大。

11.根据权利要求9所述的发光设备，其中，所述近端部的表面积与所述漫射体的总发光表面积之比为至少0.65。

12.根据权利要求9所述的发光设备，其中，所述近端部的表面积与所述漫射体的总发光表面积之比为至少0.75。

13.根据权利要求1所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体为具有孔的蛋形，所述孔与设置在所述蛋形的较窄端和所述蛋形的远离所述孔的较宽端处的所述基于LED的光源光耦合。

14.根据权利要求1所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体具有与所述基于LED的光源光耦合的孔、邻近所述孔设置的近端部、以及远离所述孔设置的远端部，所述近端部和所述远端部具有不同形状。

15.根据权利要求14所述的发光设备，其中，所述近端部具有长椭圆形形状。

16.根据权利要求15所述的发光设备，其中，所述近端部具有截顶长椭圆形半椭球体形状。

17.根据权利要求14所述的发光设备，其中，所述远端部具有扁圆形状。

18.根据权利要求17所述的发光设备，其中，所述远端部具有扁圆形半椭球体形状。

19.根据权利要求14所述的发光设备，其中，所述远端部具有球形形状。

20.根据权利要求19所述的发光设备，其中，所述远端部具有半球形状。

21.根据权利要求14所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体具有对称轴，所述近端部和所述远端部两者均围绕所述对称轴具有旋转对称性。

22.根据权利要求21所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体在位于所述近端部和所述远端部的交叉点处或设置在所述近端部与所述远端部之间的赤道平面或面板处具有横向于所述对称轴的最大尺寸。

23.根据权利要求22所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体在所述近端部和所述远端部的交叉点处的赤道平面上是光滑连续的。

24.根据权利要求22所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体在所述近端部和所述远端部的交叉点处的赤道平面上是不连续的。

25.根据权利要求22所述的发光设备，其中，所述卵形漫射体进一步包括设置在所述近端部和所述远端部之间的赤道面板处的过渡区。

26.根据权利要求25所述的发光设备，其中，所述赤道面板处的所述过渡区具有圆柱形状。

27.根据权利要求14所述的发光设备，进一步包括：

散热器元件，在邻近所述孔设置的所述近端部上方延伸。

28.根据权利要求27所述的发光设备，其中，所述散热器元件为翅片。

29.根据权利要求27所述的发光设备，其中，所述散热器元件不在所述远端部上方延伸。

30.根据权利要求27所述的发光设备，其中，所述散热器元件是与所述卵形漫射体分离的整体式散热器的一部分，且所述卵形漫射体的大小以及所述散热器元件的形状设计成使所述卵形漫射体能够固定在所述整体式散热器上同时位于所述散热翅片内侧。

31.一种发光设备，包括：

基于LED的光源；

基座，包括基座连接器，所述基座构造成利用所述基座连接器接收的电力为所述基于LED的光源供电；以及

具有孔的漫射体，所述基于LED的光源设置成将光输入到光输入孔中，所述漫射体包括：（i）第一部分，邻近所述孔设置并具有一外表面积且具有远离所述输入孔的增加的最大横向尺寸，以及（ii）第二部分，远离所述孔设置且具有一外表面积且具有远离所述输入孔减小的最大横向尺寸，以及（iii）中间平面位置，在所述中间平面位置处所述最大横向尺寸等于或大于所述第一部分和所述第二部分的尺寸；

其中，所述第一部分的外表面积大于所述第二部分的外表面积；

其中，所述基于LED的光源、所述基座、以及所述漫射体壳体一起固定为整体式LED灯，所述整体式LED灯能够通过将所述基座连接器和照明插座连接而安装在所述照明插座中。

32.一种设备，包括蛋形漫射体，所述蛋形漫射体包括位于所述蛋形漫射体的较窄端处的光输入孔。

33.根据权利要求32所述的设备，进一步包括光耦合到位于所述蛋形漫射体的所述较窄端处的所述光输入孔内的基于LED的光源。

34.根据权利要求33所述的发光设备，进一步包括设置在所述蛋形漫射体中远离所述基于LED光源并沿所述基于LED光源的光轴延伸的柱。

35.根据权利要求33所述的发光设备，进一步包括圆顶形透光漫射体或设置在所述基于LED的光源上方和所述蛋形漫射体内侧的非接触式荧光粉。

36.一种发光设备，包括：

基于LED的光源；

球形、类球形或环面形漫射体，响应于所述漫射体内部的照明产生光强度分布输出；以及

基座，包括基座连接器；

所述基于LED的光源、所述漫射体、以及所述基座一起固定为整体式LED灯，所述整体式LED灯能够通过将所述基座连接器和照明插座连接而安装在所述照明插座中；

所述漫射体相对于所述整体式LED灯中的所述基于LED的光源成形并设置，以符合所述基于LED的光源的等照度表面；并且

所述基座与所述整体式LED灯中的所述基于LED的光源操作地连接，以便利用在所述基座连接器处接收的电力为所述基于LED的光源供电。

37.根据权利要求36所述的发光设备，其中，所述球形、类球形或环面形漫射体响应于所述漫射体内部的照明在所述漫射体表面上的任意点处产生朗伯光强度分布输出。

38.根据权利要求36所述的发光设备，其中，所述漫射体是球形或类球形漫射体。

39.根据权利要求38所述的发光设备，其中，所述球形或类球形漫射体与所述基于LED的光源的等照度表面相符合有利于所述球形或类球形漫射体响应于通过所述基于LED的光源在所述球形或类球形漫射体内部的照明在跨越至少θ=[0°,120°]的全向照明纬度范围上产生均匀性变化为±30%或更小的照明。

40.根据权利要求39所述的发光设备，其中，所述基座设置在所述整体式LED灯的全向照明纬度范围之外。

41.根据权利要求39所述的发光设备，其中，所述基座在接近所述漫射体处具有相对较小的尺寸，并在远离所述漫射体处具有相对较大的尺寸。

42.根据权利要求36所述的发光设备，其中，所述基于LED的光源为环形，且所述漫射体为环面形漫射体。

43.根据权利要求42所述的发光设备，其中，所述基座包括基座部，环形的所述基于LED的光源设置在所述基座部上。

44.根据权利要求43所述的发光设备，其中，所述基座部为包含散热器的中空烟囱状物。

45.根据权利要求44所述的发光设备，其中，所述散热器包括冷却风扇合成喷射件、或其他主动冷却元件。

46.根据权利要求43所述的发光设备，其中，所述基座部具有带N条边的多边形横截面，其中N是大于或等于三的整数，且环形的所述基于LED的光源包括形成所述环形的N个邻接的平面电路板。

47.根据权利要求36所述的发光设备，进一步包括：

散热器，具有设置在所述基座中的基座散热器元件。

48.根据权利要求47所述的发光设备，其中，所述散热器进一步包括：扁平平面、弯曲平面、或线性散热器元件，设置在所述球形或类球形漫射体上并远离所述球形或类球形漫射体延伸。

49.一种发光设备，包括：

灯组件，包括与球形或类球形漫射体光耦合并设置成与所述球形或类球形漫射体相切的基于LED的光源；以及

基座，包括基座连接器，所述基座构造成利用在所述基座连接器处接收的电力为所述基于LED的光源供电；并且

所述灯组件和所述基座一起固定为整体式LED灯，所述整体式LED灯能够通过将所述基座连接器和照明插座连接而安装在所述照明插座中。

50.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述基座连接器接收至少100伏的交流电力，且所述基座进一步包括：

电驱动器，构造成将在所述基座连接器处接收的至少100的伏交流电力转换为较低电压直流电力以用于电驱动所述基于LED的光源。

51.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述灯组件在θ=[0°,X]的纬度范围上产生均匀性变化为±30%或更小的照明，其中纬度X≥120°，且所述基座不延伸到所述纬度范围θ=[0°,X]中。

52.根据权利要求51所述的发光设备，其中，所述基座具有沿所述纬度X延伸的侧部。

53.根据权利要求51所述的发光设备，其中，所述灯组件在所述θ=[0°,X]的纬度范围上产生均匀性变化为±20%或更小的照明。

54.根据权利要求51所述的发光设备，其中，所述灯组件在所述θ=[0°,X]的纬度范围上产生均匀性变化为±10%或更小的照明。

55.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述灯组件至少在θ=[0°,135°]的纬度范围上产生均匀性变化为±30%或更小的照明，且所述基座不延伸到所述纬度范围θ=[0°,135°]中。

56.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述灯组件至少在所述θ=[0°,150°]的纬度范围内产生均匀性变化为±30%或更小的照明，且所述基座不延伸到所述纬度范围θ=[0°,150°]中。

57.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述基于LED的光源包括设置成与所述球形或类球形漫射体相切的平面光源。

58.根据权利要求49所述的发光设备，其中：

所述基于LED的光源具有尺寸d_L并设置成与所述球形或类球形漫射体相切，并且

所述球形或类球形漫射体的直径或长轴或短轴与所述尺寸d_L之比大于1.4。

59.根据权利要求58所述的发光设备，其中，所述球形或类球形漫射体的直径或长轴或短轴与所述尺寸d_L之比大于2.0。

60.根据权利要求58所述的发光设备，其中，所述球形或类球形漫射体的直径或长轴或短轴与所述尺寸d_L之比大于2.5。

61.根据权利要求49所述的发光设备，进一步包括：

散热器，具有设置在所述基座中的基座散热器元件。

62.根据权利要求61所述的发光设备，其中，所述散热器进一步包括：

散热元件，与所述基座散热器元件热连通，并从所述球形或类球形漫射体的表面向外延伸且横向于所述球形或类球形漫射体的表面而定向。

63.根据权利要求62所述的发光设备，其中，所述散热元件包括定向在恒定经度平面中的翅片。

64.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述基座连接器包括螺纹爱迪生基座连接器。

65.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述基座位于60°或更小的远场纬度阻挡角内并具有成角度的侧部，所述成角度的侧部的角度与所述阻挡角大致相同。

66.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述基座位于45°或更小的远场纬度阻挡角内并具有成角度的侧部，所述成角度的侧部的角度与所述阻挡角大致相同。

67.根据权利要求49所述的发光设备，其中，所述球形或类球形漫射体响应于通过所述基于LED的光源的照明在所述漫射体表面上的任意点处产生朗伯光强度分布输出。

68.根据权利要求67所述的发光设备，其中，所述球形或类球形漫射体与所述基于LED的光源的等照度表面相符合，所述符合有利于所述灯组件至少在θ=[0°,120°]的纬度范围上产生均匀性变化为±30%或更小的照明。

69.根据权利要求68所述的发光设备，其中，所述球形或类球形漫射体与所述基于LED的光源的球形或类球形等照度表面相符合，所述符合有利于所述灯组件至少在θ=[0°,150°]的纬度范围上产生均匀性变化为±20%或更小的照明。

70.根据权利要求67所述的发光设备，其中：

所述基于LED的光源发出选自由以下组成的组的强度分布：（i）朗伯分布、（ii）长椭圆形畸变朗伯分布、及（iii）扁圆形畸变朗伯分布，并且

所述球形或类球形漫射体的形状与由所述基于LED的光源发出的强度分布基本上匹配。

71.根据权利要求70所述的发光设备，其中，所述球形或类球形漫射体的形状进一步调节由所述基座的表面的反射对强度分布的影响。

72.一种发光设备，包括：

灯组件，包括与环面形漫射体光耦合的环形的基于LED的光源；

基座，包括基座连接器，所述基座构造成利用在所述基座连接器处接收的电力为环形的所述基于LED的光源供电，

所述灯组件和所述基座一起固定为整体式LED灯，所述整体式LED灯能够通过将所述基座连接器和照明插座连接而安装在所述照明插座中。

73.根据权利要求72所述的发光设备，其中，所述基座连接器包括螺纹爱迪生基座连接器。

74.根据权利要求72所述的发光设备，其中，所述环形的基于LED的光源设置成与所述环面形漫射体相切。

75.根据权利要求72所述的发光设备，进一步包括：

圆柱形成形件或烟囱状物，支撑环形灯组件并将所述灯组件与所述基座固定成所述整体式LED灯。

76.根据权利要求72所述的发光设备，进一步包括：

散热器，所述散热器为以下中的至少一种：（i）设置在所述圆柱形成形件或烟囱状物上的散热器、（ii）设置在所述圆柱形成形件或烟囱状物中的散热器以及（iii）限定所述圆柱形成形件或烟囱状物的散热器。

77.根据权利要求76所述的发光设备，其中，所述散热器包括：

主动冷却元件，设置在所述圆柱形成形件或风道内部。

Images