CN103261777B - Led灯 - Google Patents

Abstract

发光设备具有透光外壳和照亮透光外壳的内部的发光二极管光源。薄膜分割透光外壳。薄膜具折射性和反射性两者。

Description

LED灯

技术领域

下述内容涉及光照技术、照明技术、固态照明技术及有关技术。

背景技术

白炽灯和卤素灯通常用作全向和定向光源两者。全向灯要在离灯大于1米的远场提供相对角度的基本上均匀强度分布，并且见到诸如桌灯、台灯、装饰灯、枝形吊灯、天花板固定装置的各种各样的应用及希望在所有方向上光的均匀分布的其它应用的存在。

参照图1，描述了在本文中用于描述由白炽灯或更普通地说由要产生全向光照的任何灯生成的光照的空间分布的坐标系统。坐标系统是球面坐标系统类型，并且参照白炽A-19样式灯L示出。为便于描述远场光照分布，灯L能够被视为位于点L0点，该点例如可与白炽灯丝的位置一致。通过适应通常在地理领域中采用的球面坐标表示法，能够通过高程或纬度坐标或方位角或经度坐标描述光照的方向。然而，在与地理领域惯例的偏离中，本文中使用的高程或纬度坐标采用范围[0°, 180°]，其中：θ=0°对应于“地理北”或“N”。由于它允许沿方向θ=0°的光照对应于前向光，因此，这是方便的。北向，即方向θ=0°，在本文中也称为光轴。使用此表示方法，θ=180°对应于“地理南”或“S”，或者在光照上下文中，对应于后向光。高程或纬度θ=90°对应于“地理赤道”，或者在光照上下文中对应于侧向光。将领会的是，在精确的北或南，即，在θ=0°或在θ=180°（换而言之，沿光轴），方位角或经度坐标无意义，或者可能更精确地说，能够被视为退化。另一“特殊”坐标是θ=90°，其定义包含光源（或更精确地说，包含例如点L0等用于远场计算的光源的标称位置）的横向于光轴的平面。

实际上，实现跨整个纵向跨距θ=[0°, 360°]的均匀光强度一般不困难，这是因为构建带有绕光轴（即，绕轴θ=0°）的旋转对称的光源是直接的。例如，白炽灯L适当地采用位于坐标中心L0的白炽灯丝，该白炽灯丝能够设计成发射基本上全向的光，由此对于任何纬度的方位角θ提供均匀强度分布。

然而，相对于高程或纬度坐标实现理想的全向强度通常是不可行的。例如，灯L构建成适合标准“爱迪生（Edison）灯座”灯固定装置并且为此白炽灯L包括螺纹爱迪生灯座EB，例如其可以是E25、E26或E27灯头，其中，数字表示在灯座EB上螺纹匝的外直径，以毫米为单位。爱迪生灯座EB（或更普通地说，位于光源“之后”的任何功率输入系统）位于光源位置L0“之后”的光轴之上，并且因此阻隔后向发射光（即，阻隔沿南纬，即沿θ=180°的光照），并且因此白炽灯L不能提供相应于纬度坐标的理想全向光。

诸如60W柔和白色（Soft White）白炽灯(General Electric, New York, USA)等市场出售的白炽灯容易构建，它们提供跨纬度跨度θ=[0°, 135°]的强度，在该纬度范围内该强度均匀地在平均强度的±20%内。

通过比较白炽灯和卤素灯，诸如发光二极管(LED)器件等固态照明技术本质上是高度定向的，这是因为它们是只从一侧发射的平坦器件。例如，LED器件无论是否有封装，一般以定向朗伯（Lambertian）空间强度分布发射，该定向朗伯空间强度分布具有在范围θ =[0°, 90°]中随cos(θ)变化的强度并且对于θ>90°具有零强度。半导体激光本质上甚至更具定向性，并且确实发射可描述为基本上限于绕θ=0°的窄锥的前向光的光束的分布。

与固态照明相关联的另一挑战是不同于白炽灯丝，LED芯片或其它固态照明器件一般不能使用标准110V或220V交流功率有效操作。相反，板载电子器件一般情况下提供用于将交流输入功率转换成负责驱动LED芯片的低电压的直流功率。作为备选，足够数量的一系列LED芯片串能够直接在110V或220V操作，并且带有适合极性控制（例如，齐纳二极管）的此类串的并联布置能够在110V或220V交流功率操作（尽管功率效率大幅降低）。任一情况下，与整体白炽或卤素灯中使用的简单爱迪生灯座相比，电子器件构成灯头的另外组件。电子器件占用的空间能够造成另外的透光阻碍。

固态照明中仍有的另一挑战是对散热的需要。与白炽或卤素灯丝相比，LED器件在性能和可靠性两方面均具有高度温度敏感性。这通过将大量散热材料（即，散热器）放置成与LED器件有接触或者以其他方式的良好的热接触而得以解决。散热器占用的空间阻隔发射的光，并且因此进一步限制生成全向基于LED的灯的能力。在LED灯受当前规章限制（ANSI、NEMA等）的物理大小约束时，增强了此限制，该规章定义用于包括光源、电子器件、光学元件及热管理的所有灯组件的最大尺寸。

电子器件和散热的组合使得难以将LED器件定位在L0位置。相应地，预期作为白炽灯替换品的大部分市场有售LED灯未提供类似于白炽灯的均匀强度分布。另外，光强度分布主要是向上指向的，其中只有很少的光发射到赤道下方。这未提供令人满意地仿真白炽灯的强度分布。

发明内容

根据本公开内容的第一方面，提供了一种包括透光外壳的发光设备。发光二极管光源照亮透光外壳的内部。薄膜分割透光外壳。薄膜具折射性和反射性两者。

根据本公开内容的第二方面，提供了一种包括具有多个发光二极管的光引擎的灯。灯还包括装有适合将交流电转换成直流电的LED驱动电子器件的灯座。电接头部署在灯座的第一侧上，并且透光体部署在灯座的第二侧上。光引擎发射的光进入透光体。透光体还包括基本上垂直于灯的光轴延伸的薄膜层。薄膜层具反射性和折射性两者。

根据本公开内容的第三方面，提供了一种包括与装有适合将交流电转换成直流电的LED驱动电子器件的灯座组合的透光外壳的灯。LED光源照亮透光外壳的内部。薄膜部署在透光外壳的表面。薄膜具反射性和折射性两者。也提供了螺纹、楔形或柱状接头。

附图说明

本发明可采用各种组件和组件的各种布置以及各种过程操作和过程操作的各种布置的形式。附图只用于示出实施例的目的，并且不得视为限制本发明。

图1参照常规白炽电灯泡以图形方式示出在本文中用于描述光照分布的坐标系统。

图2以图形方式在横截面中示出本公开内容的全向基于LED的灯。

图3是备选全向基于LED的灯的侧视图。

图4是备选全向基于LED的灯的侧视图。

图5是备选全向基于LED的灯的侧视图。

图6是备选全向基于LED的灯的侧视图。

图7示出根据本公开内容的包括散热散热片的备选基于LED的灯实施例。

具体实施方式

本实施例涉及整体替换LED灯，其中，到灯的输入是主电源，并且输出是所需强度模式，优选的是灯外部无辅助电子器件或光学组件。

参照图2，基于LED的灯10包括基于LED的光源12和透光外壳14。所示透光外壳14包括与光源12相邻部署的第一透镜部分16和远程透镜部分18。薄膜20部署在第一透镜部分16与远程透镜部分18之间。也考虑了可不使用远程透镜部分18构建灯10。透光外壳14能够封闭在提供传统白炽灯的形状的玻璃灯泡19内。根据材料和厚度选择薄膜20以提供折射光22和反射光24两者的传输。能够组成薄膜的示范材料包括铝、银和金。相信具有大约30微米与大约50微米之间厚度的薄膜将提供反射和透射的所需混合。通过使用此方案，能够调整光强度分布。另外，反射光能够用于形成基本上全向光分布，而折射光提供与白炽灯相关联的漫射闪光效应。有利的是，通过膜厚度控制，能够调节光强度分布而不更改透镜设计。

在某些实施例中，外壳14由玻璃构成，但诸如塑料或陶瓷等其它透光材料也考虑在内。外壳14可选地也可包括例如涂在外壳表面上或者到处散布的一种或多种磷光体，以将来自LED的光转换成另一颜色，例如，将来自LED的蓝色或紫外(UV)光转换成白光。备选，磷光体能够与LED包装相关联。又一备选包括在灯泡19上或其之中散布磷光体。

基于LED的光源12包括至少一个发光二极管(LED)器件。设想由LED组成的光引擎能够是基于磷光体的系统，其中，LED光用于激励磷光体或混色系统，在混色系统中，不同颜色的LED混合在一起以产生所需的可见光输出。例如，在一些实施例中，第一LED器件输出光能够具有绿色再现（例如可通过使用涂有适合的“白色”磷光体的蓝色或紫色发射LED芯片实现），并且第二LED器件能够输出红光（例如，可通过使用GaAsP或AlGalnP或自然发射红光的其它取向附生LED芯片），以及来自第一和第二LED器件的光混合在一起以产生改进的白色再现。另一方面，也考虑了基于LED的光源包括单个LED器件，该LED器件可以是白色LED器件或饱和色LED器件等等。也考虑了将激光LED器件用于加入到灯中。

外壳14能够是中空或实心的。在一个实施例中，透光外壳14包括大小调整为接受基于LED的光源12或与其紧密配合的开口25，使得基于LED的光源12的发光主表面面向外壳14的内部，并且发射光到外壳14的内部。

基于LED的光源12安装到灯座26，灯座提供散热和空间以容纳将交流电转换成直流电的电子器件。更具体地说，灯座元件26还包括用于将灯10固定到电源引出口的接头28。爱迪生螺纹灯座在当前附图中示出，但技术人员熟知的任何类型的接头是适合的，如楔形或柱状接头。LED能够安装在电路板上的沿面取向上，电路板可选是金属核印刷电路板(MCPCB)。灯座元件26提供对LED器件的支撑，并且是热传导的（散热）。

现在参照图3，图中从视觉上示出改变透镜16和透镜18的高度的概念。另外，改变底部长度至顶部长度之间的定量。通常相信，期望透镜16的表面积大于透镜18的表面积，可能构成>65%的总透光外壳，优选>75%。然而，相信用于改变本实施例的光分布的最有效的方法是修改薄膜的厚度。另外，反转薄膜厚度将在θ=0°方向实现更大的光反射。此外，实施例提供用于能够沿层的路径不同的薄膜厚度。在该方面，（例如）可行的是提供与外壳的边缘相邻的相对更厚的区域，并且提供与外部（outedr）相邻的更薄的区域。

现在参照图4-6，图中示出备选透光外壳形状。例如，在图中，透镜18一般是球形。图5显示能够提供中间透镜30。图6显示在透镜16与透镜18之间可提供过渡区域32。

现在参照图7，提供了备选灯实施例。具体而言，灯座26与多个热传导散热片34进行热传递。散热片34向与外壳14相邻的灯的北极θ=0°延伸。散热片34能够由任何热传导材料构建，优选是带有高热传导性的材料，更优选是可轻松制造的金属或可适当模压的塑料，特别优选铸件（cast）或铝或铜。通常，金属材料具有高热传导性，其中诸如合金钢、压制铝和铜的常见结构金属分别具有50 W/m-K、170 W/m-K和390 W/m-K的热传导性。高传导性材料将允许更多热量从热负载转移到环境，并且使热负载的温度上升得以降低。有利的是，能够看到设计提供了适合安装在用于A-19白炽灯泡(ANSI C78.20-2003)的ANSI外形内的基于LED的光源。

其它材料类型也可对散热应用有用。高热传导性塑料、塑料合成物、陶瓷、陶瓷合成材料、诸如碳纳米管(CNT)或带有其它材料的CNT合成物的纳米材料已展示了具有在有用范围内的热传导性，并且相当于或超过铝的热传导性。电磁辐射谱的大约5-15微米的远红外区域中辐射的发射率或效率也是用于热散热器的表面的重要属性。通常，非常反光的金属表面具有大约为0.0-0.2的极低发射率。因此，可需要某种涂层或表面抛光，如涂料(0.7-0.95)或阳极化涂层(0.55-0.85)。散热器上的高发射率涂层可比带有低发射率的裸金属表面多消散大约40%的热量。

优选实施例已示出和描述。很明显，在阅读和理解前面的详细描述后，其他人将明白其修改、变化和组合。因为所有此类修改和变化在所附权利要求书或其等效物的范围内，因此，意图将本发明视为将所有此类修改和变化包括在内。

Claims (19)

1.一种发光设备，包括与灯座元件组合的透光外壳，所述透光外壳包括与发光二极管光源相邻的第一透镜部分和远程透镜部分，薄膜部署在所述第一透镜部分与远程透镜部分之间，发光二极管光源照亮所述透光外壳的内部，并且薄膜分割所述透光外壳，所述薄膜具折射性和反射性两者。

2.如权利要求1所述的设备，拥有基本上全向光强度分布。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述发光二极管光源近似地部署在所述透光外壳与所述灯座元件相交的位置。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述灯座元件包括电接头。

5.如权利要求1所述的设备，包括由所述灯座元件包围的LED驱动器电子器件。

6.如权利要求2所述的设备，具有小于±20％的0与135°视角之间的平均光强度的变化。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述薄膜由铝组成。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述薄膜具有在30微米与50微米之间的厚度。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述透光外壳是中空的。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述透光外壳基本上是实心的。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述透光外壳包括磷光体材料。

12.如权利要求1所述的设备，还包括与所述透光外壳相邻的多个散热片。

13.一种灯，包括具有多个发光二极管的光引擎、装有适合将交流电转换成直流电的LED驱动电子器件的灯座、在所述灯座的第一侧上部署的电接头、在所述灯座的第二侧上部署的透光体，其中所述光引擎发射的光进入所述透光体，所述透光体还包括基本上垂直于所述灯的光轴延伸的薄膜层，所述透光体包括与发光二极管光源相邻的第一透镜部分和远程透镜部分，薄膜层部署在所述第一透镜部分与远程透镜部分之间，所述薄膜层具反射性和折射性两者。

14.如权利要求13所述的灯，其中所述薄膜层将所述透光体一分为二。

15.如权利要求13所述的灯，其中所述薄膜从铝、银和金中选择。

16.如权利要求13所述的灯，其中所述电接头包括爱迪生螺纹灯座或楔形灯座。

17.如权利要求13所述的灯，还包括与所述发光二极管相邻部署和/或与所述透光体相关联的磷光体材料。

18.如权利要求14所述的灯，其中如由所述薄膜层定义的与所述光引擎相邻的所述透光体的区域包括所述透光体的总表面积的至少65％的表面积。

19.如权利要求13所述的灯，其中所述薄膜厚度在30微米与50微米之间。