TWI464347B - 具有雙重散光器之ｌｅｄ模組，led光源及改裝之led燈 - Google Patents

Description

具有雙重散光器之LED模組，LED光源及改裝之LED燈

本發明係關於可例如使用於改裝之LED燈中的一種LED模組，其等經設計成作為鹵素燈或白熾燈的一替代品。

LED燈愈來愈常被使用於照明方面。該等燈之特點為其等較高的光效率及其等之壽命。此外，由於其等極其小的尺寸，該等燈可以一非常靈活的方式使用。LED主要以LED模組之形式製造。在此情況中，應考慮由至少一藍色LED組成的LED模組，其藉由配置於該LED上的波長轉換構件而產生白光。可使用RGB LED模組以產生任意期望色彩，在該情況中，藉由對個別色彩頻道之PWM驅動，可實行一設定程序及一調光程序。

LED燈可以所謂改裝之LED燈的形式使用。在此情況中，該LED燈例如具有一習知燈泡的形式及功能，但包括作為發光構件的一個或多個LED或一個或多個LED模組。為匹配電源電流，該改裝之LED燈亦具有其自身的驅動器電路，其基於例如經由燈頭而供應的一總電源電壓而將該電源電流與該等LED之操作條件匹配。因此，該等LED改裝之燈泡可如習知燈泡一般旋緊至習知燈座中，且可使用所供應之總電源電流而操作。

然而，在一共同載體上併入LED晶片之LED模組之情況中，問題出現於從至少兩個(或多個)LED晶片處發射之光，該等LED晶片具有不同發射光譜，需儘可能均勻地混合，以產生具有一可調整色溫之白光。

使用於混合光之已知光學元件係散光器、透鏡、反射鏡等等及其等之組合。

然而，將一散光器使用為例如一LED燈之一上面部分，用所提出之解決方法，導致可出現於以該散光器形式之該上面部分之一邊緣區域中的負陰影效應的問題。換句話說，若以該散光器之形式的該上面部分之此邊緣區域用人眼觀看，則可看見局部分離的光譜或色彩之情況可不利地出現，如同一種背光式燈罩，而非該等至少兩個LED晶片之混合光譜。

為補救此問題，本發明一般建議提供一散光器元件，其由至少兩個殼構成，且具有一主散光器元件及用作一輔助散光器的一上面部分。

若本發明在本說明書之範圍內參考一改裝之LED燈元件而描述，該LED燈元件係例如一蠟燭之形狀，仍然清楚本發明亦可一般應用於LED模組，尤其應用於具有不同發射光譜之至少兩個LED晶片配置於相同平面上的LED模組。該解決方法可併入LED燈中，例如天花板燈，聚光燈及桌燈中。

因此本發明係基於建議具有改良之發射特性之色彩均勻度的一LED模組的目的。

根據本發明，該目的係藉由獨立技術方案之特徵而達成。附屬技術方案描述本發明之有利發展。

本發明之一態樣提供一LED模組，其具有：

-　至少一LED晶片，其裝配於一載體上，

-　一第一(「主」)散光器元件，其將光從該至少一LED晶片處擴散性地散射，及

-　一第二(「輔助」)散光器元件，其(如在光發射方向上看到)在該第一散光器元件之外，且較佳地藉由一空氣間隙的形成而與後者分離。

該LED模組可具有不同發射光譜的至少兩個LED晶片。

在此情況中，至少一LED晶片可用一色彩轉換介質遮蓋。

至少一LED晶片可產生使用磷光體轉換的白光、綠白光或綠光。

至少一LED晶片產生例如在紅色光譜中的單色光。

一個散光器元件或兩個散光器元件皆可用一塑膠材料及/或用玻璃製成。

該第一散光器元件可為一蓋之形式。

該第一散光器元件可經形成使得該蓋之邊緣區域至少橫向完全圍繞該(該等)LED晶片。

該第一散光器元件之壁厚度在至少一LED晶片上方的一區域中可比在該蓋狀之散光器元件之邊緣區域中為小，該蓋狀散光器元件之邊緣區域擴散性地散射從該至少一LED晶片處橫向發射之光。

該第一散光器元件可裝配至該LED載體，或裝配至配置於該LED載體下方且較佳地係散熱性性的一元件處。

該第一散光器元件可例如藉由閂鎖而機械地組裝。

該第一散光器元件可藉由一空氣間隙的形成而距該至少一LED晶片一段距離。

該第一散光器元件可以距該LED晶片至少1 mm，較佳地為至少2 mm的一距離。

一個散光器元件或兩個散光器元件皆可具有0.1 mm與5 mm之間，較佳地在1 mm與3 mm之間的一均勻或不均勻壁厚度。

該第一散光器元件可與該至少一LED晶片之該載體的側表面交疊。

該第一及/或第二散光器元件可具有色彩轉換介質(「遠端色彩轉換」)，其等作為一色彩轉換層之一替代或與一色彩轉換層共存，直接配置在該等LED晶片之一者或多者上方。

本發明係關於一LED燈，其具有上文提及之類型的一LED模組。

在此情況中，本發明尤其係關於一改裝之LED燈，其具有用於鹵素燈或白熾燈的一燈座，以及上文提及之類型之一LED模組。

本發明之進一步優點、性質及特徵現將參考附圖之圖式而解釋。

圖1a及圖1b展示根據本發明之具有一LED模組7的一LED燈的一實施例。此係一改裝之LED燈1，其使用於一習知燈座中。為此目的，該燈泡1具有一習知燈頭2，例如具有一E14、E17或E27之螺紋。或者，為一低電壓連接而設計之一燈頭亦可想到，諸如一G4、G5或G6插銷燈頭。亦可想到一BA9或BA15卡口燈頭。

若該改裝之LED燈1藉由一適當燈座而用總電源AC電壓或用低伏特電壓而供電，則需要電流匹配以正確地操作該LED模組7。該燈泡具有為此目的的一驅動器電路5。後者可具有為此用途可想到的任意控制電路，如先前技術中已知。可考慮例如用於將一總電源AC電壓整流的一AC/DC轉換器。一DC/DC轉換器或減小電壓或電流或功率之另一轉換器可有利地在該AC/DC轉換器之下游處連接。在此情況中，可使用一開關，其使用脈衝寬度調變(PWM)而切換。亦可考慮一下游電流限制電路，其例如使用一電晶體電路。

該LED模組7可具有一個或多個LED及/或OLED(有機發光二極體)。在此情況中，可尤其使用磷光體轉換之藍色LED、RGB LED模組或其等之可想到的組合。該等磷光體轉換之LED尤其係至少一藍色LED，其中一些所發射之藍光藉由色彩轉換介質(諸如磷光體)而轉換為黃光或綠黃光。亦可想到使用磷光體轉換之綠色及/或綠白色LED。另外亦較佳地使用導致一較高演色值且確保較暖光的一個或多個紅色LED(或其他單色LED)。在此情況中，該等紅色LED可與該等磷光體轉換之藍色LED分離地配置，或可在後者旁邊，結果一些其等發射之紅光同樣受磷光體轉換。

該LED模組可為一COB(「板上晶片」)模組之形式。

該等LED晶片20、21可用一球形的灌封複合物遮蓋(例如，為一球體頂部之形式)。

根據本發明，該LED模組7現居於一散熱片配置的一內部層上。因此區域狀地連接該LED模組及該內部層6。在此情況中，該內部層在該LED模組所在的區域中儘可能平坦，藉此該內部層及該LED模組可有儘可能大的一接觸面積，即其等在其等之整個表面上連接。在此情況中，該內部層可由一上面部分6及一下面部分4組成。該內部層可因此至少部分圍封該驅動器電路5。該下面部分4有利地具有在下側上的一開口，該驅動器電路可經該開口突出，或與該電源供應器電接觸的一導體可經該開口突出。該上面部分6亦具有向外彎曲的一形狀，因此導致該驅動器電路配置在其內部的足夠空間。在其外部，較佳地在該彎曲部分之中央，其具有一平坦區域，該LED模組7裝配於該平坦區域。該上面部分6可因此具有近似半球狀的一形狀，且在其上側係平坦的。

該上面部分6及下面部分4儘可能區域狀地連接，且因此在該等部分之間可有熱傳遞及較強的機械固定。一卡口式封閉件、一螺紋或一線性、圓錐狀或階狀連接可為此目的使用作為一連接。亦可想到如一夾具般將一部分插入另一部分中。由於該內部層之兩部分的設計，將該LED模組7裝配至該內部層亦較容易，因為該上側部分可為此目的與該下側部分分離而使用，且該驅動器電路亦可更容易地插入。該上側6可進一步具有(在該LED模組之區域中)光學構件，諸如該LED模組裝配於其中的一腔室。然而，若所產生之光可以一較大角度顯現，則在此情況中此係有利的。

該內部層由諸如金屬之一導電材料製成，例如鋁，或由塑膠製成。因此其同樣具有一較高導熱係數。

該散熱片配置亦具有一外部層，其圍繞該內部層，該外部層具有最大可能的表面積。此層亦由一上面部分8及一下面部分3組成。此等部分可較佳地使用一螺紋而連接，因此由於該等部分之間的一較大共同表面積，確保堅固的機械固定及較高熱傳遞。該外部層較佳地由諸如塑膠之一非導電材料組成，或係至少並不非常導電且具有一絕緣性質之一材料。再者，其比該內部層具有一較低的導熱係數。

此導致熱快速地從熱源運輸開的有利效應，即，使用該內部層從該LED模組且亦從該驅動器電路處運輸開，且接著由該外部層吸收。為此目的，該等內部及外部層以至少部分緊貼之方式抵靠彼此而安放。此即圖1b中之例示性實施例中該等兩個下面部分4及3之情況。該等兩個層因此具有儘可能大的表面積，且抵靠彼此而安放，且因此確保在該等兩個層之間之最大可能的熱傳遞。為此目的，該等兩個下面部分4及3亦以其等儘可能地抵靠彼此而安放的一方式成型，沒有一空氣間隙。其等可為例如具有較低公差的一圓錐形。為增加該等外部及內部層之抵靠彼此而安放之表面積，亦可想到該等層具有對應於彼此且彼此接合的結構，諸如肋部或波浪狀。

在該等內部及外部層之該等上面部分6與8之間具有一空間，該LED模組7位於該空間中。此空間可具有光學構件，諸如一透鏡。此空間亦可能至少部分被填充以例如一透明材料，結果熱可同樣在該等兩個上面部分之間被驅散。

該外部層之該下面部分以兩個部分具有一較大共同表面積之此一方式連接至該燈頭2。可因此確保在該外部層與該燈頭之間之較高熱傳遞。

該外部層亦係至少部分半透明的或透明的，尤其在該上面部分8之區域中，結果由該LED模組7產生之光可經該外部層而發出。該上面部分8亦可具有光學性質，諸如一透鏡、散光器粒子或其他。

該下面部分3的厚度為至少100 μm，較佳地為至少200 μm，且更佳地為至少500 μm，但最佳地為至少1000 μm。

在該內部層與該驅動器電路之間可有一間隙。該間隙可用空氣填充。亦可想到該間隙用一灌封複合物填充。在此情況中，該灌封複合物亦可構成該冷卻配置之所有部分、該燈頭2與該驅動器電路之間的一連接。因此促進該等部分之間之機械固定及熱傳遞。

在該等內部層與外部層之間之接觸亦可藉由使用由模製方法而製造的一外部層中之一金屬插入物構成之該內部層而製造。在此情況中，機械固定可使用標準方法而製造，諸如在該金屬插入物中的肋部或腔室。該外部層及該金屬插入物，即該內部層，亦可使用一連接構件而連接，諸如粘合劑、潤滑油脂、水泥或一彈性體。亦可想到使用塑膠插入物。

該內部層可在其內表面上至少部分具有一額外、第三層。此第三層具有絕緣性質。該驅動器電路可因此進一步受保護而避免短路。在此情況中，可想到此絕緣層在該LED模組之下方的區域中具有一凹陷，結果在該驅動器電路與該LED模組之間可經由內部導電層而建立一電連接。然而，亦可想到該第三層為連續的，且該內部層及第三層在該LED模組之區域處被鑽通，使得導體可與後者接觸。

如圖1a及圖1b中所展示，該LED模組7可具有一共同印刷電路板30，至少兩個LED晶片20、21鋪設於該印刷電路板上。在此情況中，該等LED晶片20、21較佳地發射具有不同光譜的光。例如，該LED晶片20可發射經磷光體轉換之白光，而該(該等)LED晶片21可發射例如在紅色區域中的單色光。在此情況中，一特定實施例係關於以下事實：該LED燈之混合的光譜(例如，白光的色溫)可藉由適當個別地驅動具有不同光譜之該等LED晶片20、21而設定。

然而，由於該等LED晶片20、21在該共同印刷電路板30上的配置或大致處於相同高度，引起負陰影效應之問題可在成散光器之形式之該上面部分8之一邊緣區域中出現。換句話說，若成散光器之形式之該上面部分8之此邊緣區域40用人眼觀看，則可出現可看見局部分離之光譜或色彩的不利情況，如同一種背光式燈罩，而非該等兩個LED晶片20、21之混合光譜。

為補救此問題，本發明一般建議提供一散光器元件，其構造有至少兩個殼且具有一主散光器元件10，及用作一輔助散光器的該上面部分8。若本發明在本發明之範圍內參考一改裝之LED燈元件而描述，該燈為例如一蠟燭之形狀，則仍然清楚本發明亦可一般應用於LED模組，尤其應用於在相同平面上配置之具有不同發射光譜之至少兩個LED晶片的此等LED模組。

如圖1a中清晰可見，該主散光器元件10可如一蓋般圍封該等LED晶片20、21。此可為一圓形蓋(例如具有一U形或盒形截面)。

如圖1a及圖1b中清晰可見，該蓋形主散光器元件10在此情況中以該蓋之邊緣區域至少橫向完全圍繞該等LED晶片20、21之此一方式形成。在圖1a、圖1b中所繪示之實例中，該蓋形主散光器元件10甚至被進一步向下拉動，也就是下拉至散熱片本體6之上該LED模組7之該印刷電路板30裝配之處，同樣與其呈熱接觸。

該上面部分8及該主散光器元件10兩者可由例如聚碳酸酯之一塑膠材料製成、含有聚苯乙烯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其等之共聚物。該等散光器元件可含有塑膠粒子，在該情況中粒子芯與粒子殼之折射率較佳地不匹配。該等塑膠粒子可分佈於一聚合物基質中。

該等兩個散光器元件亦可用玻璃或玻璃/塑膠混合物製成。

由於一空氣間隙的形成，該輔助散光器元件(上面部分)8較佳地距該主散光器元件10例如至少1 mm，較佳地至少3 mm的一平均最小距離。

該主散光器元件及該輔助散光器元件可製造成一整體物件，其具有一雙重殼體的外觀。

再次較佳地由於一空氣間隙(用氣體介質填充的一中間空間)的形成，使該主散光器元件10繼而較佳地以距各別之最近LED晶片20、21至少1 mm，更佳地至少2 mm的一均勻或不均勻距離。

該主散光器元件10及/或用作一輔助散光器之該上面部分8之壁厚度可分別為均勻的或不均勻的。該均勻或不均勻壁厚度可在0.1 mm與5 mm之間，較佳地在1 mm與3 mm之間。

有關於該主散光器元件10，例如在該等LED晶片20、21上方的該主散光器元件10之區域50可具有與該蓋狀主散光器元件10之區域60比較的一減小的壁厚度。

該主散光器元件10可裝配至一載體，例如亦機械地(藉由夾具、閂鎖、粘合劑接合等等)裝配至該LED模組7之該印刷電路板30上。

不同於圖1a、圖1b中之該主散光器元件之盒形，該主散光器元件11亦可為球形的，如圖2中清晰地展示。

圖3展示一例示性實施例，其中該主散光器元件12直接配置於該LED模組7之該印刷電路板30上，該印刷電路板30亦承載該等LED晶片20、21。

因此來自該等LED晶片20、21之光由該主散光器元件10、11、12擴散性地散射。因為人眼無法直接看到該主散光器元件10、11、12，但僅可看到在外部且成該上面部分8之形式之該輔助散光器元件，當LED燈組裝起來時，有利地，可不再感知到色彩分離。即使當直接觀看該輔助散光器元件8之邊緣區域40時，人眼將因此看到該等LED晶片20、21之一混合光譜，但沒有空間上分離的色彩效應。

該第一及/或第二散光器元件可具有色彩轉換構件(「遠端色彩轉換」)，其等作為一色彩轉換層之一替代或與一色彩轉換層共存，直接配置在該等LED晶片之一者或多者上方，即沒有一空氣間隙。

1．．．改裝之發光二極體燈

2．．．燈頭

3．．．下面部分

4．．．下面部分

5．．．驅動器電路

6．．．上面部分

7．．．發光二極體模組

8．．．上面部分

10．．．主散光器元件

11．．．主散光器元件

12．．．主散光器元件

20．．．發光二極體晶片

21．．．發光二極體晶片

30．．．印刷電路板

40．．．邊緣區域

50．．．上方區域

60．．．邊緣區域

圖1a展示根據本發明之一改裝之LED燈的一實施例的一分解圖；

圖1b以組裝之形式展示圖1a之實施例，及

圖2及圖3展示根據本發明之一主散光器之進一步例示性實施例。

1‧‧‧改裝之發光二極體燈

2‧‧‧燈頭

3‧‧‧下面部分

4‧‧‧下面部分

5‧‧‧驅動器電路

6‧‧‧上面部分

7‧‧‧發光二極體模組

8‧‧‧上面部分

10‧‧‧主散光器元件

20‧‧‧發光二極體晶片

21‧‧‧發光二極體晶片

30‧‧‧印刷電路板

40‧‧‧邊緣區域

50‧‧‧上方區域

60‧‧‧邊緣區域

Claims (18)

1. 一種LED模組，其具有：至少一LED晶片，其裝配於一載體上，一主散光器元件，其將光從該至少一LED晶片處擴散性地散射，及一輔助散光器元件，其當在該光發射方向上觀看時係在該主散光器元件之外，且藉由一空氣間隙的形成而與該主散光器元件分離至少1mm，較佳地至少3mm的一平均最小距離。
2. 如請求項1之LED模組，其具有不同發射光譜之至少兩個LED晶片。
3. 如請求項1或2之LED模組，其中至少一LED晶片用一色彩轉換介質遮蓋。
4. 如請求項3之LED模組，其中該LED晶片產生使用磷光體轉換之白光、綠白光或綠光。
5. 如請求項1或2之LED模組，其中至少一LED晶片產生例如在紅色光譜中的單色光。
6. 如請求項1或2之LED模組，其中一個散光器元件或兩個散光器元件皆由一塑膠材料及/或由玻璃製成。
7. 如請求項1或2之LED模組，其中該主散光器元件係呈一蓋之形式。
8. 如請求項7之LED模組，其中該主散光器元件經形成使得該蓋之邊緣區域至少橫向完全圍繞該(該等)LED晶片而形成。
9. 如請求項7之LED模組，其中該主散光器元件之壁厚度在該至少一LED晶片上方之一區域中比該蓋狀散光器元件之邊緣區域中為小，該蓋狀散光器元件擴散性地散射從該至少一LED晶片處橫向發射之光。
10. 如請求項1或2之LED模組，其中該主散光器元件裝配至該LED載體或裝配至配置於該LED載體之下方且較佳地係散熱性的一元件。
11. 如請求項1或2之LED模組，其中該主散光器元件例如藉由閂鎖而機械地組裝。
12. 如請求項1或2之LED模組，其中由於一空氣間隙的形成，該主散光器元件距該至少一LED晶片一段距離。
13. 如請求項12之LED模組，其中該主散光器元件係距該LED晶片至少1mm，較佳地為至少2mm的一距離。
14. 如請求項1或2之LED模組，其中一個散光器元件或兩個散光器元件皆具有介於0.1mm與5mm之間，較佳地為1mm與3mm之間的一均勻或不均勻壁厚度。
15. 如請求項1或2之LED模組， 其中該主散光器元件覆蓋該至少一LED晶片之該載體之側表面。
16. 如請求項1或2之LED模組，其中該主及/或輔助散光器元件具有色彩轉換介質(「遠端色彩轉換」)，其等作為一色彩轉換層之一替代或與一色彩轉換層共存，直接配置在該等LED晶片之一者或多者上方。
17. 一種LED光源，其具有根據前述請求項中任一項的一LED模組。
18. 一種改裝之LED燈，其具有用於鹵素燈或白熾燈的一燈座以及根據請求項1至16中任一項的一LED模組。