专利名称：灯罩及使用该灯罩的led灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灯罩和使用该灯罩的发光二极管(LED)灯，更尤其涉及一种包括设于其中的荧光材料的灯罩和安装有该灯罩的LED灯。
背景技术：
目前已经开发了可发出各种颜色的光的各种类型的发光二极管(LED)装置。同样，已经提出通过采用LED装置制造提供白光的照明灯的各种方法。例如，通常通过使用发光材料，例如，荧光材料，来形成白光。例如，荧光材料的一个示例可为，部分吸收LED装置发出的至少一部分蓝光以发出黄光或黄绿光的荧光材料。基于荧光材料的普通白光LED封装如此形成，将荧光材料与硅树脂封装材料混合，然后将混合物直接涂敷在LED芯片上，或将混合物置于杯体内，然后用该杯体覆盖LED 芯片。但是，根据常规技术，所述荧光材料发出的一部分光向后传递到LED芯片上，以被该 LED芯片吸收，因此，存在大量的光损耗。由于该光损耗，根据常规技术的基于荧光材料的白光LED灯具有相对较低的相关色温(CCT)。由此，基于荧光材料的白光LED灯的效率在暖白光或中性白光颜色范围内可能会降低。为了减少常规技术中基于荧光材料的白光LED灯的高光损耗，已提出在LED芯片和荧光层之间设置一定距离。例如，第5，959，316号美国专利和第6，858，456号美国专利公开了一种方法，其中，在LED芯片与荧光层之间安放透明隔离物，例如，硅树脂，以降低荧光层发出的光被LED芯片或周围的其他衬底吸收的概率。但是，这仍然不能有效地防止荧光材料发出的一部分光向后传递，因为，荧光层与透明隔离物的折射率几乎相同。即，荧光材料发出的光不能在荧光层与透明隔离物之间的界面上发生散射或折射，而几乎不受干扰地传递到LED芯片上。
发明内容
技术问题本发明提供了一种能有效防止光损耗的灯罩和使用该灯罩的发光二极管(LED)。问题解决方案根据本发明的一个方面，提供了一种灯罩，包括具有弯曲表面的第一灯头；在距第一灯头一定距离的位置安装到所述第一灯头上，并具有弯曲表面的第二灯头；以及，填充在所述第一灯头和所述第二灯头之间的波长转换层。所述第一灯头和所述第二灯头可以包括透明材料。所述透明材料可包括选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯和硅树脂组成的组中的至少一种。所述第一灯头和所述第二灯头可以分别具有凹形内表面和凸形外表面，所述波长转换层填充在所述第一灯头的凹形内表面和所述第二灯头的凸形外表面之间。所述第一灯头和所述第二灯头可以具有半球形壳体形状。
所述第一灯头与所述第二灯头之间的距离可以是一致的，使所述波长转换层具有均勻厚度。所述第二灯头的内表面可以包括多个具有多个不同曲率的小平面或多个不同法向矢量的平面。所述第一灯头和所述第二灯头可以分别包括第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一和第二支撑部分互相连接，以将所述第一灯头和所述第二灯头装配在一起。所述波长转换层可以包括与发光材料混合的硅树脂材料。所述发光材料可以为在紫外光、蓝光或绿光的激发下发出可见光的荧光材料。所述荧光材料可以包括至少一种在紫外光、蓝光或绿光的激发下发出各种波长的可见光的荧光材料。根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述灯罩的LED灯。所述LED灯可进一步包括衬底；以及安装在所述衬底上的至少一个LED封装，其中，所述灯罩安放在所述衬底上以包围所述LED封装。 所述衬底可以包括印刷电路板(PCB)。所述至少一个LED封装可包括选自紫外光LED、蓝光LED和绿光LED组成的组中的至少一种。所述第二灯头的内表面的表面面积与所述LED封装的表面面积的比值可以大于 2。所述LED封装与所述第二灯头的内表面之间的距离可以大于3mm。所述LED封装与所述第二灯头的内表面之间可以存在空间。所述第一灯头的外表面面积与1瓦特LED封装发出的入射光的比为至少300mm2/ 瓦特。所述第二灯头的内表面可以包括多个具有多个不同曲率的小平面或多个不同法向矢量的平面，使从所述第二灯头的凹形内表面的一点上反射的光入射到所述第二灯头的内表面的另一个点上。所述多个法向矢量的平面向LED封装会聚。根据本发明的另一方面，提供了一种制造所述灯罩的方法，包括利用注射模塑法制备第一和第二灯头；将与发光材料混合的硅树脂材料置于所述第一灯头的凹形内表面上；将所述第一和第二灯头装配在一起，以使所述第一灯头的凹形内表面朝向所述第二灯头的凸形外表面；以及，通过加热或紫外光照射将与发光材料混合的硅树脂材料凝固，以形成波长转换层。根据本发明的另一方面，提供了一种制造所述灯罩的方法，包括利用注射模塑法制备第一和第二灯头；将所述第一和第二灯头装配在一起，以使所述第一灯头的凹形内表面朝向所述第二灯头的凸形外表面；将与发光材料混合的硅树脂材料置于所述第一和第二灯头之间的空间内，直到完全填充所述空间；以及，通过加热或紫外光照射将与发光材料混合的硅树脂材料凝固，以形成波长转换层。
通过参考附图详细说明本发明的示例性的实施例，本发明的上述和其他特征和优点更加明确，其中图1为例示根据本发明的一个实施例的发光二极管(LED)灯的灯罩的横断面视图；图2至图5为例示根据本发明的一个实施例的组装图1所示的LED灯的灯罩的方法的横断面视图；以及图6为例示根据本发明的一个实施例的使用图1所示灯罩的LED灯的横断面视图。
具体实施例方式现在将结合附图对本发明进行更充分地说明，附图中显示本发明的示例性的实施例。附图中的相同的附图标记表示相同的元件，为了方便和明确说明，元件的尺寸可能会放大。图1为例示根据本发明的一个实施例的发光二极管(LED)灯的灯罩10的横断面视图。如图1所示，灯罩10包括具有凸形外表面的第一灯头1、在距第一灯头1预定距离的位置安装到第一灯头1上并具有凸形外表面的第二灯头2，以及填充在第一灯头1和第二灯头2之间的波长转换层3。第一灯头1和第二灯头2具有凹凸结构，如图1所示。即，所述第一灯头1和第二灯头2各自具有凸形外表面和凹形内表面。例如，第一灯头1和第二灯头2可具有半球形壳体形状。但是，第一灯头1和第二灯头2的底面可具有其他形状。例如，第一灯头1和第二灯头2的底面可为矩形或正方形，这种情况下，第一灯头1和第二灯头2可为正方形壳体或圆柱体。同样，为了使填充在第一灯头1和第二灯头2之间的波长转换层3具有预定厚度，第一灯头1和第二灯头2之间的距离可以是一致的。第一灯头1和第二灯头2可由透明材料构成。第一灯头1和第二灯头2的透明材料可为选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯和硅树脂组成的组中的至少一种。同时，如图1所示，波长转换层3填充在第一灯头1的凹形内表面和第二灯头2的凸形外表面之间。由于波长转换层3填充在第一灯头1和第二灯头2之间，波长转换层3的几何形状由第一灯头1和第二灯头2的形状确定。波长转换层3可由用于转换波长的发光材料构成。例如，波长转换层3可由用于转换波长的发光材料与硅树脂材料混合而形成的混合材料构成。特别地，发光材料可为在紫外光、蓝光或绿光的激发下发出可见光的荧光材料。例如，波长转换层3中的发光材料可为选自分别发出各种波长的可见光，例如，蓝光、绿光、黄光和红光的各种荧光材料组成的组中的至少一种。绿色、黄色、橙色和红色荧光材料可通过至少部分吸收蓝光或绿光，或完全吸收紫外光，发出在绿色、黄色、橙色和红色颜色范围内具有峰值波长的光谱。同样，蓝光荧光材料可通过完全吸收紫外光，从而发出在蓝色颜色范围内具有峰值波长的光谱。当灯罩10用于覆盖发出具有激发发光材料的激发波长的光的LED装置时，发光材料发出的荧光可与LED装置发出的剩余激发光混合，从而形成白光。例如，LED装置发出波长范围为450nm至480nm的蓝光时，发光材料被蓝光激发可以发出具有黄色峰值波长的光。 然后，由于黄光与剩余蓝光混合，从而形成白光。发光材料可包括在LED装置发出的具有激发波长的光的激发下可发出各种波长的光的各种荧光材料。这种情况下，各种波长的光可以混合，从而形成白光。例如，LED装置发出380nm至450nm范围内的近紫外线时，发光材料可包括蓝色、绿色和红色荧光材料，这些荧光材料可以在近紫外线的激发下发出具有蓝色、 绿色和红色峰值波长的光。然后，当蓝光、绿光和红光混合时，可以形成白光。图2至图5为例示根据本发明的一个实施例的组装图1所示的灯罩10的方法的横断面视图。首先，如图2所示，提供了具有凹形内表面和凸形外表面的第一灯头1。如上所述，第一灯头1由透明材料形成，根据本发明的实施例，第一灯头1可具有各种几何形状。 如图2所示，在第一灯头1的末端的部分形成用于将第一灯头1装配至第二灯头2的第一支撑部分la。接下来，如图3所示，例如，将液体发光材料和硅树脂混合的混合材料3'放入第一灯头1的凹形内部。混合材料3'的量大约与第一灯头1和第二灯头2被装配在一起时第一灯头1和第二灯头2之间的空间的体积相同。接下来，如图4所示，第二灯头2安放在包含混合材料3'的第一灯头1的凹形内部部分的上方。如图4所示，在第二灯头2的末端部分也形成用于将第二灯头2装配至第一灯头1的第二支撑部分加。由此，当第一灯头1的第一支撑部分Ia与第二灯头2的第二支撑部分加被装配在一起时，第一灯头1和第二灯头2将被装配在一起。第一支撑部分 Ia和第二支撑部分加之间还可以进一步放置粘合剂。在第二灯头2安装到第一灯头1上之后，可以通过加热或紫外光照射将混合材料3 ‘凝固，如图5所示，从而在第一灯头1和第二灯头2之间形成波长转换层3。或者，在第二灯头2安装到第一灯头1上之后，可将混合材料3'填充在第一灯头 1与第二灯头2之间的空间内，然后通过加热或紫外光照射使其凝固。在LED灯的灯罩10中，如上所述，第一灯头1和第二灯头2之间的距离可以是一致的，因此，填充在其间的波长转换层3也具有均勻厚度。同样，通过设置具有预期形状的第一灯头1和第二灯头2，波长转换层3的厚度和形状可根据需要调整。因此，使用灯罩10 的LED灯可保持均勻的相关色温(CCT)，从而达到较高的制造合格率。同样，由于在第一灯头1和第二灯头2之间安放荧光材料，可防止荧光材料的物理或化学变化。由此，可延长 LED灯的使用寿命。图6为例示根据本发明的一个实施例的包括图1所示的灯罩10的LED灯20的横断面视图。如图6所示，LED灯20可包括衬底11、安装在衬底11上的LED封装12和安放在衬底11上以包围LED封装12的灯罩10。在图6中，LED灯20包括一个LED封装12 ；但是，本发明并不限于此，LED封装12可以包括一个以上LED封装12。LED封装12与灯罩10 之间，S卩，LED封装12与第二灯头2的内表面2i之间存在空间15。衬底11可以为，例如，印刷电路板(PCB)。LED封装12可包括选自紫外光LED、蓝光LED和绿光LED组成的组的至少一种，以激发灯罩10中的发光材料。同样，灯罩10的波长转换层3内的发光材料可包括至少一种在紫外光、蓝光或绿光的激发下发出各种波长的光的荧光材料。例如，如上所述，荧光材料可为选自蓝色、绿色、黄色、橙色和红色荧光材料组成的组中的至少一种。根据本发明的当前实施例，必须防止灯罩10的波长转换层3发出的光入射到LED 封装12上，以提高LED灯20的光输出和效率。为此，可形成灯罩10使从第二灯头2的内表面2i的一点上发出的光在发出之后立即入射到灯罩10的第二灯头2的内表面2i的另一个点上。即，可形成灯罩10使在第二灯头2与空间15之间的界面上发生折射的光再次传递到第二灯头2的内表面2i。达到这个目的所需的一个参数为LED封装12与灯罩10之间的距离D。距离D越大，第二灯头2的内表面2i的表面面积与LED封装12的表面面积的比值越大。表面面积比值的增加减小了内表面2i的一个点与LED封装12之间的立体角，因此，从灯罩10发出的光入射到LED封装12上的几率降低。本领域的一般技术人员可容易理解该概念，即，观察点与物体之间的距离越远，物体看起来越小。同样，距离D越大，从第二灯头2的内表面2i的一点上发出的光入射到第二灯头 2的内表面2i的另一个点上的几率增加。为了进一步提高该几率，第二灯头2的内表面2i 可具有多个不同曲率或多个不同法向矢量的平面。即，虽然图6没有显示，内表面2i可具有多个不同曲率或不同法向矢量的小平面。内表面2i的法向矢量平面可以布置为向LED 封装12会聚。如图6所示，从内表面2i上的点E反射的光沿各个光路径Pl和P2传递，并直接入射到内表面2i的其他点Cl和C2上，而不是入射到LED封装12上。然后，光在无损失的情况下可以发射到LED灯20的外部。由此，根据本发明的当前实施例，可减少LED封装12造成的光吸收损耗，因此，可以增加LED灯20的光输出。根据本发明的一个实施例，为了有效减少波长转换层3发出的并且入射到LED封装12上的光，可选择LED封装12与灯罩10之间的距离D使得第二灯头2的内表面2i的表面面积与LED封装12的表面面积的比值大于大约2。例如，LED封装12与第二灯头2的内表面2i之间的距离D可以大于至少大约3mm左右。距离D的值表示最小下限，大于该最小下限的值可以根据本发明的实施例在本发明的范围内选择。距离D增加时，LED灯20的可靠性和使用寿命也会增加。LED灯20的可靠性和使用寿命由灯罩10的表面面积与LED封装12的光输出强度之间的比例确定。距离D越大，灯罩10的表面面积越大。同样，灯罩10的表面面积越大，灯罩10的热传递越快。为了克服严格试验条件或环境，例如，高温和高湿度环境，优选地，灯罩10的外表面面积相对于LED 封装12的光输出强度可以尽可能大。例如，灯罩10的外表面面积，即灯罩10的第一灯头1 的外表面面积与LED封装12的光输出强度之间的比值可以大于300mm2/瓦特。灯罩10的外表面面积与LED封装12的光输出强度之间的比值表示最小下限，因此，具有大于该最小下限的值的第一灯头1的外表面积可以根据本发明的实施例在本发明的范围内选择。无论相关色温如何，根据本发明当前实施例的LED灯20可保持相同的效率。艮口， 在使用根据本发明当前实施例的LED灯20的情况下，暖白光或中性白光颜色范围的效率与冷白光颜色范围的效率几乎相同。参考本发明的示例性实施例，已经对本发明进行了详细解释和说明，本领域的一般技术人员应理解的是，在不偏离以下权利要求所定义的本发明的精神和范围内，可进行各种形式和细节的变化。
权利要求
1.一种灯罩，包括具有弯曲表面的第一灯头；在距所述第一灯头一定距离的位置安装到所述第一灯头上，并且具有弯曲表面的第二灯头；以及填充在所述第一灯头和所述第二灯头之间的波长转换层。
2.根据权利要求1所述的灯罩，其特征在于，所述第一灯头和所述第二灯头包括透明材料。
3.根据权利要求2所述的灯罩，其特征在于，所述透明材料包括选自玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和硅树脂组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的灯罩，其特征在于，所述第一灯头和所述第二灯头分别具有凹形内表面和凸形外表面，所述波长转换层填充在所述第一灯头的凹形内表面和所述第二灯头的凸形外表面之间。
5.根据权利要求4所述的灯罩，其特征在于，所述第一灯头和所述第二灯头具有半球形壳体形状。
6.根据权利要求4所述的灯罩，其特征在于，所述第一灯头与所述第二灯头之间的距离是一致的，使所述波长转换层具有均勻厚度。
7.根据权利要求6所述的灯罩，其特征在于，所述第二灯头的内表面包括多个具有多个不同曲率的小平面或多个不同法向矢量的平面。
8.根据权利要求1所述的灯罩，其特征在于，所述第一灯头和所述第二灯头分别包括第一支撑部分和第二支撑部分，所述第一和第二支撑部分互相连接，以将所述第一灯头和所述第二灯头装配在一起。
9.根据权利要求1所述的灯罩，其特征在于，所述波长转换层包括与发光材料混合的硅树脂材料。
10.根据权利要求9所述的灯罩，其特征在于，所述发光材料为在紫外光、蓝光或绿光的激发下发出可见光的荧光材料。
11.根据权利要求10所述的灯罩，其特征在于，所述荧光材料包括至少一种在紫外光、 蓝光或绿光的激发下发出各种波长的可见光的荧光材料。
12.—种LED灯，包括权利要求1至11中任一项所述的灯罩。
13.根据权利要求12所述的LED灯，其特征在于，进一步包括衬底；以及安装在所述衬底上的至少一个LED封装，其中，所述灯罩安放在所述衬底上以包围所述LED封装。
14.根据权利要求13所述的LED灯，其特征在于，所述衬底包括印刷电路板。
15.根据权利要求13所述的LED灯，其特征在于，所述至少一个LED封装包括选自紫外光LED、蓝光LED和绿光LED组成的组中的至少一种。
16.根据权利要求13所述的LED灯，其特征在于，所述第二灯头的内表面的表面面积与所述LED封装的表面面积的比值大于2。
17.根据权利要求13所述的LED灯，其特征在于，所述LED封装与所述第二灯头的内表面之间的距离大于3mm。
18.根据权利要求17所述的LED灯，其特征在于，所述LED封装与所述第二灯头的内表面之间存在空间。
19.根据权利要求13所述的LED灯，其特征在于，所述第一灯头的外表面面积与1瓦特 LED封装发出的入射光的比为至少300mm2/瓦特。
20.根据权利要求13所述的LED灯，其特征在于，所述第二灯头的内表面包括多个具有多个不同曲率的小平面或多个不同法向矢量的平面，使从所述第二灯头的内表面的一点上反射的光入射到所述第二灯头的内表面的另一个点上。
21.根据权利要求20所述的LED灯，其特征在于，所述多个法向矢量的平面向LED封装会聚ο
22.一种制造权利要求1所述的灯罩的方法，包括利用注射模塑法制备第一和第二灯头；将与发光材料混合的硅树脂材料置于所述第一灯头的凹形内表面上；将所述第一和第二灯头装配在一起，以使所述第一灯头的凹形内表面朝向所述第二灯头的凸形外表面；以及通过加热或紫外光照射将与发光材料混合的硅树脂材料凝固，以形成波长转换层。
23.一种制造权利要求1所述的灯罩的方法，包括利用注射模塑法制备第一和第二灯头；将所述第一和第二灯头装配在一起，以使所述第一灯头的凹形内表面朝向所述第二灯头的凸形外表面；将与发光材料混合的硅树脂材料置于所述第一和第二灯头之间的空间内，直到完全填充所述空间；以及通过加热或紫外光照射将与发光材料混合的硅树脂材料凝固，以形成波长转换层。
全文摘要
一种包括设于其中的荧光材料的灯罩和安装有该灯罩的发光二极管(LED)灯。所述灯罩包括具有凸形外表面的第一灯头；在距第一灯头一定距离的位置安装到第一灯头上的第二灯头，并具有凸形外表面；以及，填充在第一灯头和第二灯头之间的波长转换层。由此，由于光损耗相对较小，采用该灯罩的LED灯的亮度可得以增强。
文档编号F21V3/04GK102317680SQ201080007798
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月24日 优先权日2009年3月10日
发明者T·T·阮, 何永智, 弗兰克·史 申请人:株式会社纳沛斯Led