一种照明装置及灯具的制作方法

[0001]
本实用新型涉及照明技术领域，具体地说，涉及一种照明装置及灯具。


背景技术：

[0002]
在进入新世纪以来，人们对高亮度光的需求日趋旺盛，而传统的钨丝灯、氙气灯因体积大、耗能高等问题使得人们转而寻找一种耗能低、体积小并且使用寿命长的新型光源。
[0003]
为了解决上述问题，led光源开始被人们大规模应用。其中，白光led备受人们推崇。白光led发光的方式主要按使用led发光二极管的使用数量可以分为单晶型和多晶型两种类型。多晶型，即使用两个或两个以上的互补的两色led发光二极管或把三原色led发光二极管做混合光而形成白光。采用多晶型的产生白光的方式，因为不同的色彩的led发光二极管的驱动电压、发光输出、温度特性及寿命各不相同，因此在使用多晶型led发光二极管的方式产生白光，比单晶型led产生白光的方式复杂，也因led发光二极管的数量多，也使得多晶型led的成本亦较高；单晶型，即一只单色的led发光二极管加上相应的荧光粉，就如同日光灯的发光方式一样，采用led发光二极管激发荧光粉发光。因成本问题，人们更多考虑单晶型led。而为了增强白光led的出光亮度，目前已知的方法是加大led芯片的功率，或在增加另一个光源并且该光源与led芯片一起激发同一荧光材料来得到更高亮度的白光。
[0004]
但是单位面积荧光材料对激发光的转化效率是有限的，在荧光材料到达热饱和后，单方面增加激发光会造成光能的浪费。针对这些问题，本专利提供一种新型技术方案。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的在于克服上述传统技术的不足之处，本实用新型提供一种能够得到高亮度出射光的照明装置及灯具。
[0006]
为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种照明装置，包括第一光源和第二光源，所述第一光源包括led芯片和涂覆在led芯片上的第一荧光材料层，led芯片发出的光激发第一荧光材料层发出第一出射光；还包括紧靠第一荧光材料层的荧光片，所述荧光片透射第一出射光，并且荧光片与第一荧光材料层之间设置有空气隙；第二光源发出的光激发荧光片发出第二出射光，从荧光片透射后的第一出射光与第二出射光混合后形成混合光出射；还包括导热块，所述荧光片固定在导热块上，导热块用于传导荧光片产生的热。
[0007]
作为上述技术方案的一种改进：所述荧光片包括透明导热基底和附着在透明导热基底上的第二荧光材料层。
[0008]
作为上述技术方案的一种改进：所述第二荧光材料层朝向第一荧光材料层设置。
[0009]
作为上述技术方案的一种改进：所述透明导热基底的厚度为d，led芯片发光区的最短边长为l，d/l＜0.3。
[0010]
作为上述技术方案的一种改进：所述led芯片具有反射光的功能。
[0011]
作为上述技术方案的一种改进：还包括导热基板，所述第一光源固定在导热基板
上，所述导热块固定在导热基板上，荧光片产生的热和第一光源产生的热传递到导热基板上。
[0012]
作为上述技术方案的一种改进：所述导热块靠近第一光源设置。
[0013]
作为上述技术方案的一种改进：所述led芯片为长条形，该led芯片包括两条相对的长边，所述导热块与其中一条长边靠近。
[0014]
作为上述技术方案的一种改进：一种灯具，包括任意一项所述的照明装置。
[0015]
作为上述技术方案的一种改进：还包括一个反光杯，反光杯将混合光向外部反射出射。
[0016]
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型可以提供一种能够得到高亮度出射光的照明装置，且该照明装置的散热效率大大提升，避免了装置内部热量堆积而造成的出光效率下降，大幅提高了整个各装置的使用效率；该照明装置使用的光源都为低能耗光源，符合国家对节约能源的倡导。
[0017]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
附图说明
[0018]
图1是照明装置的主视图。
[0019]
图1a是荧光片内部分光的传播图。
[0020]
图1b是照明装置的热量传导图。
[0021]
图1c是照明装置的俯视图。
[0022]
图2是实施例2的照明装置主视图。
[0023]
图3是实施例3的灯具主视图。
具体实施方式
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实施例1：
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在现有技术中，使用led芯片激发荧光材料发出受激发光的方法已经在照明行业中被大规模应用，但使用这种方法得到的光照强度还是没有满足人们对高亮度光源的需求；因此又有人提出了用两个光源来同时照射同一荧光材料来获得更高亮度的出射光的方法。然而单位面积内的荧光材料对激发光的转换能力是有限的，这使得两个光源照射同一荧光材料的时侯会发生荧光材料热饱和，导致大部分激发光未被转化为受激发光而直接出射，这直接造成了光能浪费，也存在安全隐患。所以，如图1所示，本专利提供了一种新的方法使得我们在获得高亮度光的同时，也降低出射光对人体存在的安全隐患：一种照明装置，包括第一光源111和第二光源112，在本实施例中我们优选能够激发荧光材料发出荧光的光源作为发光光源，在考虑兼顾缩小整个照明装置的体积且可以得到高亮度光这两个问题时，我们可以优选led光源、激光光源等。所述第一光源111包括led芯片和涂覆在led芯片上的第一荧光材料层113，led芯片发出的光激发第一荧光材料层113发出第一出射光121。由于单位面积内荧光材料对激发光的转化效率是一定的，所以我们可以选择增大照射到荧光材料上的光照面积来使更多的激发光转化为受激发光。而led芯片的体积虽然很小，但led芯片是朗伯发光，因此led芯片有一个较大的发光面，所以第一光源111优选led芯片作为光源。将第一荧光材料层113涂覆在led芯片上是为了将整个照明装置小型化，如果第一荧光
材料层113独立在照明装置的空间中势必会占用照明装置的内部空间，而为了对其进行散热，还需要加装额外的散热装置，这更增加整个装置的体积；而将第一荧光材料层113涂覆在led芯片上，可以直接通过led芯片传导热量，省去了额外加装散热装置的需求，从而降低照明装置体积。
[0026]
为了解决单位面积内的荧光材料对激发光的转换能力的限制，整个装置还包括紧靠第一荧光材料层113的荧光片114，所述荧光片透射第一出射光121，并且荧光片114与第一荧光材料层113之间设置有空气隙；第二光源112发出的光激发荧光片114发出第二出射光122，从荧光片114透射后的第一出射光121与第二出射光122混合后形成混合光123出射。其中，为了保证荧光片114不会阻挡来自第一光源111方向的光，荧光片114的材质优选高透明材料。第一光源111激发第一荧光材料层113产生第一出射光121，同时部分没有被转化的激发光到达荧光片后激发产生受激发光；第二光源112激发荧光片114产生第二出射光122，同时部分未被转化的激发光穿过荧光片后激发第一荧光材料层113产生受激发光。最终，第一出射光121、第二出射光122混合为混合光123后一同出射。这样充分发挥了荧光材料对激发光的转化能力，避免了光能浪费的同时使出射光亮度更高。其中为避免因荧光片114与第一光源111之间空隙过大使得第一出射光121从侧面出射而导致的漏光，荧光片114需要紧靠第一荧光材料层113设置；但是，如果荧光片114与第一荧光材料层113紧紧贴合乃至于成为一体，在荧光片114的材质与第一荧光材料层113的材质光折射率接近的情况下，这就会导致第一出射光121在进入荧光片114后无法出射。所以为了保证第一出射光121在穿过荧光片114后能够正常出射，荧光片114与第一荧光材料层113之间不能粘接在一起，需要保留一定的空气隙。而荧光片114在将激发光转化为受激发光时会产生大量的热，这些热量堆积会造成荧光片114的烧毁，所以为了将荧光片114产生的热量导向整个装置外部，还包括导热块101，所述荧光片114固定在导热块101上，导热块101用于传导荧光片114产生的热。使用导热块101将这些热量向外部传导，避免了热量的堆积，为了辅助散热，进一步的所述荧光片114包括透明导热基底114b和附着在透明导热基底114b上的第二荧光材料层114a。为了不阻挡来自第一光源方向的光，荧光片114需要选择具有高透明度的基底；而从第二光源112出射的激发光在照射到荧光片114上激发第二荧光材料层114a的时候会产生大量的热，为了热量的传导速率，该透明基底优选导热系数高的材料。基于以上考虑，所述荧光片114的基底114b需要要选用兼顾透明与导热的材料，例如蓝宝石材料，来辅助荧光片114导热。这里所说的导热块101将荧光片114产生的热传递到外部并非是与led芯片的热量传递方向相同，可以是与led芯片的导热方向相反，也可以是导热块101从别的方向将荧光片产生的热量传递到外部，在本专利中除非特别说明，否则不做限制。这里所说的将荧光片114固定在导热块101上，其固定方式可以是粘接，例如导热系数较高的导热银胶、导热硅胶等进行粘接；也可以是用焊接或其他的固定方式。
[0027]
在本专利中，led芯片是全角发光的，led芯片发出的光在第一荧光材料层113所形成的光斑具有较大的发光面积，由光学扩展量守恒可知，发光光斑面积越大会导致光斑的中心光强越低。而激光光源拥有指向性好、光发散程度低等优点，所以为了补足出射光的中心亮度，使出射光整体亮度提高，我们优选激光光源作为第二光源。第一光源111发出的光激发第一荧光材料层113时其中一部分激发光和一部分受激发光会被反射到led芯片的发光面上；从第二光源112发出的光在激发第二荧光材料层114a产生受激发光后，一部分未被
转化的激发光和一部分受激发光会向led芯片发光面的方向出射。这些朝向led芯片的光如果不被利用，就会产生光能浪费，影响出射光的亮度，因此一种优选的实施方式是，所述led芯片具有反射光的功能，通过反射使这些光得以再次利用，增强出射光的整体亮度。
[0028]
综上所述，第一光源111发出的光主要激发第一荧光材料层113发出第一出射光121，第二光源112主要激发第二荧光材料层114a发出第二出射光122；其中第一荧光材料层113在转化激发光时产生的热由led芯片传导，而荧光片114固定在导热块101上，所以第二荧光材料层114a在转化激发光时产生的热由荧光片114上的透明导热基底114b辅助传导到导热块上后，再由导热块101传导到外部。通过上述方式，在增加出射的混合光123亮度的同时，也加快了装置内部的散热速度，避免了热量堆积而造成的荧光材料损坏的问题，进而防止出现光衰的情况。
[0029]
在本专利中，荧光材料层在将激发光转化为受激发光的过程中时会产生大量的热，而在这个过程中荧光材料上如果有灰尘存在，容易使整个荧光材料层烧毁，所以一种优选的实施方式是所述第二荧光材料层114a朝向第一荧光材料层113设置。通过两个荧光材料层的相对设置来增加整个装置的密封程度，减少灰尘落到荧光材料层上的概率。还有一种方式是所述第二荧光材料层114a设置在荧光片114远离第一荧光材料层113的一侧，但是在此种方式中来自第一光源111的第一出射光121在进入荧光片时会因为反射而导致第一出射光返回第一光源111，虽然led芯片具有反射的作用，但这造成了光路的延长，且在反射过程中会有部分光被吸收无法出射，因此在本专利中优选第二荧光材料层114a朝向第一荧光材料层113设置。
[0030]
如图1a所示，由于荧光片114的基底是透明的，而光由较高折射率的介质进入较低折射率的介质中时会发生全反射，虽然有第二荧光材料层114a对出射光进行了散射，但这些出射光中还是会有一部分在荧光片114中多次反射，这会增加出射光的光路；而这些介质都会吸收部分光，光路延长也就造成了光的损耗，并且光路的延长同样会造成光的扩散，光扩散程度越高，出射光的整体光强越低，从而出射光的亮度也会下降。所以为了出充分利用这些光，我们可以通过减少这些光的横向反射次数，缩短这些光的光路来使这些光出射。通过大量的试验我们得出结论，光的出射效率与荧光片114的透明导热基底114b的厚度、led芯片发光区的最短边长有关。假设所述透明导热基底的厚度为d，led芯片发光区的最短边长为l，当d/l＜0.3时，出射光的效率是可以被接受的。下表为部分试验数据：
[0031]
d/l0.30.220.150.1ρ50％65％80％90％
[0032]
从上表可以看出随着透明导热基底114a的厚度变小，d/l的值也会变的越小，而光的出射效率(ρ为光出射效率)变得越大。我们对光出射效率的要求为ρ＞50％即可，因此当d/l＜0.3时即可。
[0033]
为了加快散热速率，如图1b所示的热量传导图，一种优选的实施方式是还包括导热基板102，所述第一光源111固定在导热基板102上，所述导热块101固定在导热基板102上，荧光片114产生的热和第一光源111产生的热传递到导热基板102上。第一光源111发光时产生的热直接传导到导热基板102上，第一光源111激发第一荧光材料层113发出受激发光时产生的热也同样由第一光源111传导到导热基板102上；第二光源112激发荧光片114上的第二荧光材料层114a发出受激光时产生的热分为两部分，其中的大部分先传导到透明导
热基底114b上，然后由透明导热基底114b向边缘传导，最终由导热块101传导到导热基板102上；另一小部分由第二荧光材料层114a直接向导热块101传导，最后由导热块101传导到导热基板102上。为了进一步增加荧光片114上的热传导速率，一种优选的实施方式是所述导热块101靠近第一光源111设置。这种方式既缩短了荧光片114热量的横向传播距离，也减少了对照明装置内部空间的占用。而为了进一步缩小整个装置的体积，并且使得led芯片的散热速度进一步加快，如俯视图1c所示，所述led芯片111为长条形，该led芯片111包括两条相对的长边，所述导热块101与其中一条长边靠近。导热块101与led芯片111的长边靠近，相当于热量传递的距离是短边的边长，这极大缩短了热量传播的路程。进一步的，为了减少整个装置的体积也可以只用一个导热块来将荧光片产生的热量传递到外部。
[0034]
而为了防止第一光源111通电时发生短路，优选的，导热基板102在连接第一光源111的一侧涂覆有绝缘隔热层。其中，为了使第一光源111和导热块101更好地将热量传导到导热基板102上，需要在绝缘隔热层上设置直通导热基板102的凹槽，导热块101和第一光源111穿过凹槽直接固定在导热基板102上。这里所说的固定，可以是用导热系数较高的胶质粘接，也可以是选择使用焊接，或其他的固定方式皆可。
[0035]
综上所述，为了避免热量堆积，我们选择使用导热基板102来将热量向外部传导；而为了加快荧光片114的散热速度，我们选择缩短了热量传播的距离来加快导热速率。
[0036]
实施例2：
[0037]
如图2所示，在本实施例中，与实施例1不同之处在于，荧光片214还可以选择使用荧光陶瓷对来自第二光源的激发光进行转换。荧光陶瓷较传统的荧光粉具有较高的吸收系数和折射率，且其透明性好、硬度高、耐腐蚀、耐高温、制作工艺简单、生产成本低，可以大批量生产，且掺杂浓度易于控制。荧光陶瓷相当于同时实现了荧光材料与透明导热基底的作用，并且也避免了光从荧光片出射时会因全反射而造成的出射光损失掉一部分的问题。
[0038]
实施例3：
[0039]
如图3所示，由于本照明装置可以作为灯具使用，例如车灯、搜索灯或特种照明领域等，这些领域往往要求需要有一个发散角度较小的出射光，因此还包括一个反光杯303，反光杯303将混合光323向外部反射出射。从照明装置出射的混合光323在到达反光杯303后，经过反光杯303的反射，将混合光323进行角度调整后出射，最终得到一个准直出射的光束。为了使出射光的出射效果更好，一种优选的实施方式是，该照明装置需要设置在反光杯303的焦点处，使反光杯303能够接收到更多的混合光323，并将它们反射出射，使出射光的亮度进一步提升。
[0040]
在本实施例中，并不限制第二光源312的位置。可以在反光杯303的侧壁上设置一个通孔，第二光源312发射的光穿过该通孔照射在荧光片314上；也可以将第二光源312直接放置在反光杯303的出光口处，亦或者是其他的放置方式，只要第二光源312能够激发荧光片314产生受激发光即可。
[0041]
以上对本实用新型的数个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。