CN103748402B - 烛光的led灯泡 - Google Patents

Abstract

一种灯泡，包括在灯泡的基座处的发光器件；和光导(320)，其将所发射的光引导到灯泡的基座之上的扩散元件(330)。扩散元件被配置成扩散光以使得模拟蜡烛所产生的径向呈主导的光分布图案。展示了增强类烛光效果的扩散元件的各种特征以及基座和灯泡的特征。

Description

烛光的LED灯泡

技术领域

本发明涉及半导体发光器件的领域，更具体地涉及提供烛光外观的灯泡。

背景技术

自然的烛光是富有吸引力的。出于许多原因而经常优选电的烛光，这其中的原因至少在于与开放的火焰相关联的火灾危险。

传统的白炽灯泡由于类似蜡烛通过热发射而产生光，所以它们通常被设计用于模拟烛光。然而，白炽灯在能量利用率方面非常低效。

半导体发光器件极其高效，但是与这类器件相关的设计约束、比如对于散热器的需要，限制了它们模拟自然烛光的能力。

当点燃自然蜡烛的灯芯时，从灯芯处的“点光源”散发出的光悬浮于蜡烛之上。其特性在于，从灯芯之上发出的光比从灯芯周围径向发出的光更少。传统的白炽灯被配置成将灯丝悬在灯泡的基座之上，从而模拟自然烛光的点光源发射并且灯泡被成形为减少从灯泡的顶部发出的光的量。

半导体发光器件可以用于模拟烛光，但另一方面需要散热器以散发所产生的热以便延长发光器件(LED)的寿命。该散热器的需要阻碍了这类器件作为烛光模拟器的用途。WO2010/07943，即Boonekamp等人的公布于2010年7月15日的“LIGHT SOURCE WITH LEDS，LIGHT GUIDE AND REFLECTOR”公开了将视在光源提升到基座之上的光导和反射器的使用，该文献通过参考并入于此。

如图1所示，LED110安装在灯泡的基座中的散热器115上，并且光导120被用于将来自LED110的光引导到位于基座之上的反射器130。反射器130通常是圆锥形的，其中圆锥形顶点指向LED。以这种方式，从反射器的光看起来像是从灯泡的基座之上的光源以相对于灯泡的中心轴150为占据主导的径向方向所产生的。反射器130的轮廓可以是凹形或凸形的，取决于所期望的光分布。另外，反射器130可以包括干涉或扩散涂层，并且可以允许穿过反射器的一些透射。

虽然使用了圆锥形反射器以提供灯泡基座之上的径向点光源的外观，但是它并未真正模拟自然烛光的外观。

已知用于模拟烛光的其他技术。USPA2010/0097821，即Huang等人的公布于2010年4月22日的“LIGHT EMITTING DIODE-BASED LAMP HAVING A VOLUME SCATTERING ELEMENT”公开了一种光导，其将LED光引导到包括悬浮在透明基座材料中的颗粒的球形散射元件。通过控制颗粒的尺寸、折射率和密度，可以实现不同的光图案；颗粒的密度越大将产生越多的反射，并且大部分的光将被向下反射。

虽然散射器件的使用提供了更加“自然”的光输出，但它并不提供对于模拟烛光所期望的占据主导的径向散发。

发明内容

提供了一种呈现出类似于自然烛光源的光源，这是有利的。而如果光源可以安装在远离灯的视在光源的散热器上，这也将是有利的。

这些优点和其他优点可以通过包括以下的灯泡实现，该灯泡包括在灯泡的基座处的发光器件以及光导，该光导将所发射的光引导到在灯泡的基座之上的扩散部件，该扩散部件扩散光以便模拟蜡烛所产生的占据主导的径向光。本文提供了扩散元件的各种特征以及增强了类似烛光效果的基座和灯泡的特征。

附图说明

参考附图并且通过示例的方式更加详细的阐述本发明，在附图中：

图1示出了模拟烛光的示例现有技术的半导体发光灯泡；

图2示出了表现出基本上径向发射的光分布绘图；

图3A-3E示出了提供径向相对于灯泡的中心轴占据主导的扩散发射图案的示例灯泡；

图4示出了提供径向相对于灯泡的中心轴占据主导的扩散发射图案的另一示例结构。

贯穿附图，相同的参考标记指示相似或相应的特征或功能。出于图示的目的而包括该附图并且这些附图并不旨在限制本发明的范围。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释而非限制的目的，提出了诸如特定架构、界面、技术等的具体细节，以便提供对本发明的概念的透彻理解。然而，本领域技术人员将清楚可以在背离这些具体细节的其他实施例中实施本发明。类似地，本说明书的文本涉及附图中所示的示例实施例，而并不旨在限制所请求保护的发明超越权利要求中所明确包括的限度。出于简洁和清楚的目的，省略对已知器件、电路和方法的详细描述以便不致于以不必要的细节模糊本发明的描述。

在图1的现有技术发光灯泡中，圆锥形元件130以径向方向反射来自发光器件110的光，从而模拟径向光源。然而，所获得的发射光的不均匀性对所意欲模拟的自然烛光有害。

上面提及的USPA2010/0097821提供了对向上和向下散发的光量的控制，但是并没有提供相对于灯泡的中心轴的占据主导的径向光输出。

申请人已经意识到蜡烛提供了有特性特征的光输出。除了光主要径向散发的事实之外，光源本身并非真正的“点”光源。相反，由于光沿着燃烧的灯芯的长度以及围绕着灯芯的周界产生，光更加地扩散，其中一些光自然地向上和向下散发。另外，蜡烛的基部通常处于蜡烛本身的阴影中而是暗的。烛光的另一特性方面是火焰的泪滴形状。火焰的底部呈现宽且亮，并且在火焰的顶部逐渐变细成较黯淡的尖端。

图2示出了光分布图案的两个角绘图(angular plot)210、220，其展示了类似于来自蜡烛的光的占据主导的光径向散发。沿着灯泡的中心轴，零度点在灯泡的顶部、180°点在灯泡的下方，而90°点和270°点垂直于中心轴。两个绘图210、220示出了从灯泡的上方可见的相对少量的光、没有来自灯泡正下方的光以及从侧面观看时的大量的光。特定灯泡的结构和组成将确定特定的光分布图案，如下文所详细描述的。在这些示例中，产生绘图210的灯泡被配置成允许从该灯泡的顶部散发比产生绘图220的灯泡更多的光。在对应于绘图220的灯泡中，在向下方向中反射更多的光，而同时维持占据主导的径向光分布。

图3A-3E示出了模拟烛光的灯泡的示例实施例。与WO2010/079436所公开的在光导的顶部设置主要反射元件不同，图3A的灯泡包括呈现“发光(glow)”的固体扩散元件。选择扩散元件330的形状和材质以提供相对于灯泡的中心轴的径向占据主导的扩散光输出，并且包括典型为烛光的特性。虽然示出了扩散元件330的轮廓为具有基本上线性表面，但本领域技术人员将认识到曲面可以用于提供被扩散元件330反射和折射的光的期望的聚集或分散。

特别注意的是，示例的扩散部件330包括圆锥形部分330A和圆柱形部分330B。这一组合提供了接近于烛光的输出图案的独特的光输出图案。如图3B的图和图3C的照片所示，圆柱形部分330B的周界区域332将明显地比中心区域331更亮，从而产生“光环(halo)”效果。圆锥形部分330A中扩散材料随着距中心的距离增加而减少的深度，使得光输出随着距中心的距离的增加而变得更大。这一光环效果增加了类蜡烛光源的感觉，其中光在光导顶部的周界最亮。该周界的亮度模拟了燃烧灯芯的光分布图案。

扩散图案330不必包括圆锥形部件和圆柱形部件二者。圆柱形部件提供了类似于燃烧的灯芯的长度的光分布的“长度”；没有圆柱形部件的扩散元件330可以呈现具有非常短的灯芯的烛光。圆锥形部件提供了扩散材料随着距中心距离的增加而减少的深度，以及提供了上面所述的光环效果。可以使用用于实现光环效果的其他技术，诸如在扩散圆柱体的中心使用不透明的材料、在扩散圆柱体中使用不同浓度/密度的扩散材料等等。另外，光导320可以被构造成将光引导远离中心向扩散元件的外边缘。鉴于本公开内容，用于创建模拟烛光的扩散元件330的这些或其他技术对于本领域技术人员将是显而易见的。

图3A、3D和3E还示出了反射层310，其围绕灯泡基座处的光导并且优选地延伸实际远至LED腔室以反射光进入光导，以及防止在光导和基座的结合处常见的光泄露。取决于所期望的效果，这一层310的可见上表面可以是反射的、半反射的或不反射的。同样取决于所期望的视觉效果，可以增加或减少这一层310的厚度以控制光泄露的量。

在图3A-3E的实施例中，灯泡的外壳360被成形为增强这一光环效果的反射，从而产生呈现出类似于泪滴状的烛火的反射或“幻像(ghost image)”。这些反射将从围绕灯泡的任何角度可见，但是出于容易理解的目的，图3A示出了该反射现象的“侧视图”，而图3D示出了该反射现象的“前视图”。也就是说，图3A示出了光如何从曲面被反射，而图3D示出了该反射如何呈现在外壳360的曲面上。

圆形光环从外壳360的曲面反射以便产生以下的细长反射像，该反射像在底部340A处更宽且更亮，并且以复合曲线(compoun curve)在顶部340B处形成窄尖端。底部340A更亮是因为它更靠近扩散元件330的边缘，而顶部340B更窄是因为灯泡在顶部变窄。该反射的幻像340因此模拟了烛火的有特性的泪滴形状。图3E是示例实施例的照片，其中所获得的泪滴状反射340由产生光环的扩散元件330和逐渐变细的外壳360的组合所产生。

通过减少从扩散元件330的侧面所发出的光的强度可以使得幻像340的外观更为普遍。例如，可以向扩散元件(以及可能还有整个光导320)施加不透明或反射的涂层，以便光仅从扩散元件330的顶部处的光环区域332出射，并且从外壳360被径向反射成泪滴状的幻影340。

图4示出了提供扩散发射图案的另一示例结构，该图案的径向相对于灯泡的中心轴占据主导。图4示出了增强灯的性能的许多特征，并且本领域技术人员将认识到这些特征的一些或全部可以被包括在任何的实施例中，该任何实施例包括图3A-3E的示例实施例。

在该示例实施例中，扩散元件430与光导420分离，并且该光导420包括用于将光引导向扩散元件430的凸形顶表面440。灯的基座还包括包围发光器件110的反射表面410，以将光输出整理向扩散元件430。也如图4所示，光导420优选地逐渐变细以将“切线”的光线411引导向圆锥形腔。光导420可以由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或类似材料制成。

为了增强光的扩散，扩散元件430可以包括用于提供不规则扩散图案并且以各种方向反射光的不规则表面。在这个实施例中，扩散元件430是具有不规则侧表面的圆锥形结构。注意，该图并非按比例绘制，出于容易图示和理解的目的，图中的不规则稍微有些夸张。扩散元件430的表面上的略微的正弦图案通常将足以在径向方向上提供占据主导的限定张角的光扩散分布。虽然扩散元件430的轮廓被示出为具有圆锥形结构，该圆锥形结构具有在不规则侧表面上的略微的正弦图案，但是本领域技术人员将认识到其他曲面可以用于提供被扩散元件430所反射和折射的光的期望光聚集或分散。

扩散元件430可以是衬有反射或半反射材料的空心结构，或者它可以是扩散材料的实心圆锥，扩散材料诸如为具有约95％的反射率和郎伯分布的扩散白树脂。也就是说，该扩散元件430的范围可以从具有以占据主导的径向方向反射和扩散所有光的不规则表面的镜面反射器(specular mirror reflector)到允许一些光传播通过不规则表面向上逃逸的扩散散射反射器，从而进一步模拟燃烧蜡烛的光输出特性，如上所详述的。

前文仅仅示出了本发明的原理，因此将容易理解本领域技术人员将能够设计出以下的各种配置，该各种配置尽管没有在本文中明确描述和示出，但实施了本发明的原理并且因此落在所附的权利要求的精神和范围之内。

在解释这些权利要求时，应理解：

a)词语“包括”并不排除除了在给定权利要求中列出的元件和动作之外的其他元件和动作的存在；

b)在元件之前的词语“一”或“一个”并不排除多个这种元件的存在；

c)权利要求中的任何参考标记并不限制它们的范围；

d)多个“装置”可以被同一项或硬件或实施软件的结构或功能所表示；

e)除非明确表示相反意思，任何公开的器件或其部分可以组合在一起或分隔成更多的部分；

f)除非明确指示，并不旨在要求具体的动作顺序；

g)术语“多个”元件包括两个或多个所请求的元件，并且并不暗示任何特定数量范围的元件；也就是说，多个元件可以少至两个元件，并且可能包括不可计数的元件。

Claims (14)

1.一种灯泡，包括：

发光器件位于其中的基座；以及

光导，被配置成将从所述发光器件所发射的光引导向所述灯泡的内部；

其特征在于扩散元件，所述扩散元件被配置成从所述光导接收所述光并且反射和扩散所述光，所述扩散元件具有圆锥形部分，所述圆锥形部分具有中心并且包括扩散材料，所述扩散材料被布置为使得所述扩散材料的深度随着在所述圆锥形部分中距所述中心的距离的增加而减少，从而导致在所述扩散元件的周界区域的来自扩散元件的向上方向的光输出明显比所述扩散元件的中心区域的光输出明亮，由此产生光环效果；

其中，相对于所述灯泡的中心轴以径向方向占据主导地从所述灯泡输出所述光。

2.根据权利要求1所述的灯泡，包括外壳，所述外壳包括弯曲的表面，使得被所述扩散元件发射的产生所述光环效果的光在所述外壳的所述表面上的反射是基本上泪滴形的。

3.根据权利要求2所述的灯泡，其中所述反射的下段呈现出明显地比所述反射的上段明亮。

4.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件的周界明显比所述扩散元件的内部明亮。

5.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件包括位于所述光导中的腔内的扩散材料。

6.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件与所述光导分离。

7.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件包括不规则表面。

8.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件包括圆锥形。

9.根据权利要求8所述的灯泡，其中所述扩散元件包括圆柱形。

10.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述基座包括包围所述光导的下段的反射层。

11.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述基座包括在所述光导下面的反射层。

12.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件是镜面反射器。

13.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件是扩散散射反射器。

14.根据权利要求1所述的灯泡，其中所述扩散元件包括反射或半反射涂层。