CN102748593B - Led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种LED灯,所述LED灯包括:一灯罩,用于对照射到该灯罩内部的LED光进行扩散式散射;多个LED光源,配置在所述灯罩内,用于提供LED光到所述灯罩内;一第一反射板,具有开口,且位于所述多个LED光源上方,用于反射部分LED光到所述灯罩的出口方向;一第二反射板,位于所述第一反射板的开口上方,且遮挡住部分所述第一反射板的开口,用于反射部分经过所述第一反射板的开口进入的LED光至所述灯罩的侧面方向。本发明实施例可以增大配光角度,改善色温。

Description

LED灯
技术领域
[0001] 本发明涉及LED技术领域,尤其涉及一种LED灯。
背景技术
[0002] 20世纪末以来,人类面临严峻的能源问题,开源节流是不能不采取的方法。而人工照明领域的能源节约有着巨大的潜力,据统计目前约22%的电能消耗(相当于总能耗的8% )用于效率不高的人工照明,产生大约7%的碳排放。高功率的发光二极管(LightEmitting D1de, LED)理论上能够提供更高的发光效率(3801m/W),而且具有全固态、无污染等优点。因此采用LED光源的半导体照明技术是照明节能的有效手段,其中提高氮化镓(GaN)基功率LED的电光转换效率是发挥半导体照明节能作用的关键,也是近年国际和国内研究的热点。宏观上看,LED光效的提升和单位器件成本的下降,具有类似于摩尔定律的海茨(Haitz)定律:光效每年提升30%,价格每年下降20%。当前,半导体照明技术处于快速发展时期,从2000年开始LED的发光效率即以平均每年10〜201m/W的速度大幅提高。光效的提高为近年来半导体照明市场的增长和产品的普及奠定了坚实的基础。
[0003] LED照明领域的市场领先者Cree公司是目前世界上采用SiC作为衬底材料制造蓝光和白光发光二极管用外延片和芯片的专业公司之一。Cree公司在不断改善外延品质及提高内量子效率的同时,采用了薄膜(Thin-film)芯片技术大幅度提升产品亮度,薄膜芯片技术即利用衬底转移技术将发光层倒装在导电散热好的衬底上,薄膜芯片技术可以有效地解决芯片的散热问题和提高取光效率。Cree公司的功率LED芯片产品EZ系列采用薄膜芯片技术已经达到业界领先的光效水平。据2009年底的报道显示,Cree冷白光LED器件研发水平达到1861m/W。在2010年2月份Cree开发出2081m/W的当今世界上最佳白光大功率LED芯片。该测试是在350mA电流和标准测试环境下进行,相关色温为4579K,但它只是在实验室的环境下达到这一水平。2010年4月份推出突破性创新照明类LED器件产品一冷白光XLamp®XM LED。这款新型单芯片LED在多种驱动电流范围内可实现无与伦比的高性能。它的推出创造了 LED照明光输出和高光效的新纪录,在350mA的驱动电流下提供了创纪录的1601m/W高光效,并且实现了热阻2V /W的业界领先的技术突破。在350mA驱动电流下,暖白光(3000K)XM LED光效高达1171m/W,中性白(4000K)XM LED光效高达1381m/W。此款LED具有非常高的流明密度,在2A电流下提供7501m的光通量,这意味着不足7W的此类LED能够产生相当于60W的白炽灯产生的光输出,从而能够简化设计并降低照明厂家在定向照明应用(包括高棚灯、停车场照明、道路照明、活动式投射灯照明、射灯和LED替换灯等)的制造成本,并能够帮助厂家轻松控制光输出以及将光浪费和光污染最小化。科锐是目前全球唯一能够大规模量产如此高性能暖白和中性白LED的制造商。
[0004] Nichia作为世界上最早研究成功并生产蓝光和白光发光二极管的公司,在AlInGaN基短波长可见发光二极管外延、芯片和二极管的性能方面一直处于领先地位。由于在InGaN LED技术和生产白色LED的荧光粉材料上拥有多项专利,在InGaN白色LED芯片供应上一直占有统治地位,日亚的专利技术一直控制在其内部使用。其技术途径也有别于传统LED制造厂商,并主要是通过大幅度提升出光效率来提高发光功率和外量子效率。2003年9月,Nichia报道了通过在凹凸蓝宝石衬底上生长发光二极管外延片,并运用Rh金属基微结构网状透明导电薄膜,使芯片出光效率达到50%。Nichia在2006年6月在业界率先投产了 1001m/W产品。2007年投产发光效率达1501m/W的白色LED。2008年Nichia公司宣布其正装结构功率LED产品光效达到1451m/W,芯片规格为ImmX 1mm。在蓝光芯片的技术路线上,Nichia采用图形化蓝宝石衬底外延生长技术结合ITO透明导电层芯片工艺,产品性能表现优越,特别是小功率芯片甚至达到2451m/W的性能指标。
[0005] 德国欧司朗(Osram)光电半导体公司早期的产品是以SiC作为衬底材料,相继推出了 ATON和NOTA系列产品。Osram的产品和研发方向也是基于薄膜芯片技术,其研发的ThinGaN TOPLED采用蓝宝石作为衬底材料,运用键合、激光剥离、表面微结构化和使用全反射镜等技术途径,芯片出光效率达到1361m/W。2011年3月15日欧司朗光电半导体成功地将暖白光LED光源的发光效率提高到1421m/W,色觉也与传统白炽灯十分接近,创下了新的实验室记录。在2755K的相关色温(CCT)下,LED的显色指数(CRI)高达81。这些数值均在标准条件下测得:室温下,采用脉冲模式,工作电流密度为350mA/mm2。暖白光LED的实验室方案在色温2700K下达到峰值1421m/W,峰值点正好落在普朗克轨迹上,而色温3000K的优化方案的峰值光效更是有望达到1601m/W。如果将这项技术应用到2mm2芯片上,工作电流相同的条件下,光效可以再提高10%至15%,也就是说,纯暖白光LED的效率有望达到1801m/ff,同时实现良好的显色性。
[0006] 目前国际上大功率白光LED产业化的光效水平基本为120〜1301m/W左右,国内的水平大约也就在90〜1001m/W之间,要实现200流明以上的光效还需要做很多努力。当然,LED光效提升非常关键、意义重大。因为光效和价格是决定LED产品市场应用的两个最主要的指标,LED光效的提高有利于LED器件性价比的提高,加快LED走向各种照明领域的步伐。目前LED的性价比已使其在景观照明、显示等领域获得广泛应用,并将逐步占据主导地位;但在通用照明领域,市场大规模的启动还有赖产品光效的进一步的提高和价格的进一步下降。如果LED光效能从751m/W增长到2001m/W,发光成本有望从20美元/千流明下降到2美元/千流明。那时,LED将有望取代白炽灯和大部分的荧光灯,使LED照明真正走向千家万户,达到节能和环保的目标。在美国室内照明方面,2010年下半年美国室外照明的需求量下降,2011年美国室外照明市场将在上半年即有回温表现,而下半年则看好室内LED灯替换传统照明的现象将逐步浮现,预期整体订单状况会陆续增温。目前整体LED照明市场仍以室外照明为主,室内照明预计在2011开始显现明显的商机。
[0007] 暖白光LED应用于室内照明具备众多优势。第一,LED的亮度和光色可调,能满足室内装饰照明对颜色的要求,在开发情景照明市场上,具备传统光源难以比拟的优势。第二,LED容易进行动态控制,可以按照用户的需求预设集群控制,在一些需要编程能力的场合,能够提供合理的解决方案,为室内照明的智能化管理提供便捷。第三,LED体积小巧,更具装饰性特点,通过灯具预设能与建筑物有机融合,达到“见光不见灯”的成效。第四,LED寿命长、不含萊,符合国家“省电减排”的政策要求。第五,LED在绝对是光束角内定向福射,用于射灯、筒灯等灯具时,有利于提高下射光通比。
[0008] 随着LED技术的提升、省电成效的显现、成本的下降,无论在国际市场还是国内市场,LED已开始进入商业照明甚或部门家用照明市场,展现出了良好的发展势头。在室内照明应用前景广泛现阶段LED价格依然很昂贵,但是因为LED灯具备较高的光效,可节流电力耗损成本,同时有较长的寿命,可减少更换和维护用度,因此,在考虑白光LED室内照明发展方向时,相对于传统照明方式,白光LED灯的投资回报是最重要的考量因素。
[0009] 经过分析可知,相对于白炽灯,LED灯的投资回收期为1.7年至3.4年;相对于卤素灯,LED灯的投资回收期为1.7年至3.5年。因此,取代白炽灯和卤素灯,白光LED的应用具备非常吸引人的投资回收速率。相对于紧凑型荧光灯,在部门应用场合,LED灯的投资回收期为4.5年至6.2年;相比直管荧光灯和金属卤化物灯,LED灯没有良好的投资回收期表现。关键技术需要突破,虽然白光LED在室内照明范畴不停扩大应用份额,但白光LED照明还面临许多挑战。LED灯不仅仅需要存眷芯片或封装部件的相关性能,更需要重点研究LED照明组成一套的电子技术、热管理和光学技术等。
[0010] 由于LED光的方向性强,灯光难以向背面扩散,一般配光角度只有120°左右。通常色温和照度成正比,即高照度、高色温。因此,为了满足室内照明的各类需求,需要进一步增大配光角,降低具有方向性的高照度。
发明内容
[0011] 本发明实施例提供一种LED灯,以增大配光角度,改善色温。
[0012] 为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种LED灯,所述LED灯包括:
[0013] 一灯罩,用于对照射到该灯罩内部的LED光进行扩散式散射;
[0014] 多个LED光源,配置在所述灯罩内,用于提供LED光到所述灯罩内;
[0015] 一第一反射板,具有开口,且位于所述多个LED光源上方,用于反射部分LED光到所述灯罩的出口方向;
[0016] —第二反射板,位于所述第一反射板的开口上方,且遮挡住部分所述第一反射板的开口,用于反射部分经过所述第一反射板的开口进入的LED光至所述灯罩的侧面方向。
[0017] 可选的,在本发明的一实施例中,所述LED光源具有氮化镓基白光LED芯片。
[0018] 可选的,在本发明的一实施例中,所述灯罩为半球形灯罩。
[0019] 可选的,在本发明的一实施例中,所述灯罩为树脂灯罩。
[0020] 可选的,在本发明的一实施例中,所述多个LED光源在所述灯罩内呈圆环状配置。
[0021] 上述技术方案具有如下有益效果:因为采用在灯罩内配置多个小型LED光源,并在其上方设置有开口的反射板和无开口的反射板两层反射板,光经第一层反射板反射至灯头方向,经第二层反射板反射至侧面方向,直行光在灯罩上发生扩散式散射,由此得到大配光角度,改善了色温。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为本发明实施例一种LED灯结构示意图;
[0024] 图2为本发明实施例多个LED光源在所述灯罩内呈圆环状配置示意图;
[0025] 图3为本发明实施例一种LED灯的配光角度扩展示意图。
具体实施方式
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0027] 如图1所示,为本发明实施例一种LED灯结构示意图,所述LED灯包括:
[0028] 一灯罩11,用于对照射到该灯罩内部的LED光进行扩散式散射;
[0029] 多个LED光源12,配置在所述灯罩11内,用于提供LED光到所述灯罩内;
[0030] 一第一反射板13,具有开口 131,且位于所述多个LED光源12上方,用于反射部分LED光到所述灯罩11的出口方向;
[0031] 一第二反射板14,位于所述第一反射板13的开口 131上方,且遮挡住部分所述第一反射板13的开口 131,用于反射部分经过所述第一反射板13的开口 131进入的LED光至所述灯罩11的侧面方向。
[0032] 可选的,所述灯罩为半球形灯罩,需要说明的是灯罩的形状还可以为半椭圆形等有利于LDE光扩散式散射的形状,本发明实施例并不以此为限。可选的,所述灯罩为树脂灯罩,以利于LED光进行扩散式散射。
[0033] 本发明实施例因为采用在灯罩内配置多个小型LED光源,并在其上方设置有开口的反射板和无开口的反射板两层反射板,光经第一层反射板反射至灯头方向,经第二层反射板反射至侧面方向,直行光在灯罩上发生扩散式散射,由此得到大配光角度,改善了色温。
[0034] 优选的,上述多个LED光源可以在所述灯罩内呈圆环状配置,以利于LED光发散均匀。如图2所示,为本发明实施例多个LED光源在所述灯罩内呈圆环状配置示意图,其中11为灯罩,12为LED光源。如图3所不,为本发明实施例一种LED灯的配光角度扩展不意图,针对现有技术中由于LED光的方向性强,灯光难以向背面扩散,一般配光角度只有120°左右。通常色温和照度成正比,即高照度、高色温。因此,为了满足室内照明的各类需求,需要进一步增大配光角,降低具有方向性的高照度。明亮高效的暖白光对住宅照明应用尤为重要,为了增大配光角度,改善色温(3000K左右),在半球形灯罩内可呈圆环状配置多个小型LED光源,并在其上方设置有开口的反射板和无开口的反射板两层反射板。如图3所示,背向的光经第一层反射板反射至灯头方向,横向的光经第二层反射板反射至侧面方向,直行光透过反射板的开口部在树脂灯罩上发生扩散,由此得到大配光角度,可以超过300度。
[0035] 优选的,上述LED光源可以为具有氮化镓GaN基白光LED芯片等。
[0036] 白光LED (Iff)主要指标:
[0037]出光效率:彡 1301m/獅350mA ;
[0038]色温:2700-5000K ;
[0039] 显色指数:>80 ;
[0040]热阻:〈8°C /ff ;
[0041]工作电压:〈3.5V;
[0042] 使用寿命:>2万小时,光输出饱和电流> =700mA,在700mA下进行加速老化实验,100小时退化率〈10%。
[0043] 色温度高达5000〜9000K的产品已超过1001m/W,受照明用途欢迎的灯泡色产品在80〜851m/W左右。另外,平均演色指数(Ra)为90的高演色产品在701m/W左右。虽说白色LED的发光效率已达到了超过1001m/W的水平,但是受色温度、演色性及输入电流等条件的影响,还有很多时候达不到1001m/W。从研发水平来看,基于白色LED的蓝色LED芯片的能量转换效率(输入功率与输出光能量的比)达到了 50%。使用该芯片的话有望实现大幅超过1001m/W的白色LED。但能量转换效率不可能超过100%。因为存在物理极限。就像半导体存储器在集成度的提高上存在极限一样,能量转换效率及白色LED的发光效率今后也不可能一直提高下去。较为合理的看法是产品发光效率会停留在150〜2001m/W之间。
[0044] 以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种LED灯,其特征在于,所述LED灯包括: 一灯罩,用于对照射到该灯罩内部的LED光进行扩散式散射; 多个LED光源,配置在所述灯罩内,用于提供LED光到所述灯罩内; 一第一反射板,具有开口,且位于所述多个LED光源上方,用于反射部分LED光到所述灯罩的出口方向; 一第二反射板,无开口,位于所述第一反射板的开口上方,且遮挡住部分所述第一反射板的开口,用于反射部分经过所述第一反射板的开口进入的LED光至所述灯罩的侧面方向。
2.如权利要求1所述LED灯,其特征在于, 所述LED光源具有氮化镓基白光LED芯片。
3.如权利要求1所述LED灯,其特征在于, 所述灯罩为半球形灯罩。
4.如权利要求1所述LED灯,其特征在于, 所述灯罩为树脂灯罩。
5.如权利要求1所述LED灯,其特征在于, 所述多个LED光源在所述灯罩内呈圆环状配置。
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