固态光源灯泡的制作方法

专利名称：固态光源灯泡的制作方法
技术领域：
本发明一般性涉及固态照明。具体而言，本发明涉及采用固态光(SSL)源、非接触式荧光体和散热器的灯泡。
背景技术：
固态光(SSL)发光器件(包括具有发光二极管(LED)的固态灯)极其有用，因为它们相对于常规白炽灯和荧光灯具有提供较低的制造成本和长期耐久性益处的潜力。由于其工作(燃烧)时间长和功耗低，所以固态发光器件经常提供功能成本益处，即使其初始成本高于常规灯的成本时也是如此。因为可以使用大规模半导体制造技术，所以可以以极低成本生产许多固态灯。除了诸如家庭和消费者用具的指示灯、视听设备、通信装置和机动车仪表标志的应用之外，LED在户内和户外的信息显示方面也已经找到了大量应用。随着发射蓝色或紫外(UV)光的高效LED的发展，通过荧光体将LED的初级发射的一部分转换成较长波长来生产产生白光的LED已变得可行。将LED的初级发射转换成较长波长通常称为初级发射的下转换(down-conversion)。这种通过将初级发射的未转换部分与较长波长的光合并以产生白光的系统是本领域公知的。用LED产生白光的其它选择包括以不同的比例混合两种或更多种颜色的LED。例如，混合红色、绿色和蓝色(RGB)LED产生白光是本领域公知的。类似地，已知混合RBG与琥珀色(RGBA)LED或混合RGB与白色(RGBW) LED产生白光。反射表面的使用也是本领域中公知的。反射表面已用于将来自LED的光引导至下转换材料和/或反射由下转换材料产生的下转换光。即使有这些改进，现有技术中的LED 技术也不足以用于可见光谱。单个LED的光输出低于已知的白炽灯，其在可见光谱中为约 10%效能。为了实现与当前的白炽灯相当的光输出功率密度，LED器件经常需要较大的LED 或具有多LED的设计。然而，已经发现引入较大LED或多个LED的设计存在其自身的挑战。最新的研究已经确定，LED的发热使得总体光发射和灯泡耐久性下降。更具体地，LED器件在被加热至高于100°C的温度时效率下降，导致在可见光谱中产生下降回调 (declining return)。长期暴露于高热也导致LED的有效寿命降低。此外，当温度升至高于约90°C阈值时，一些下转换荧光体的固有下转换效率也显著降低。克服这些缺陷的尝试着重于与传统白炽灯不同的灯泡设计。在灯泡基座处使用散热器有助于散热，但是也导致具有与传统白炽灯明显不同的美观度和光分布功能性。尽管固态发光器件已经快速发展并且已经超过了传统A灯白炽灯泡的照明效率，但是不存在如下基于SSL的替代灯泡可以产生与白炽灯类似的光水平、具有非常高的照明效率值和长得多的寿命。因此，特别需要能够通过提供类似的或改进的性能效率、寿命、耐久性和灯泡美观度来代替传统白炽灯的固态发光器件。

发明内容
为了满足这种和其它需要，针对其目的，本发明提供一种发光设备，包括灯基座； 透光灯泡外壳，所述灯泡外壳的第一部分与所述灯基座连接；用于发射光的光源，所述光源的至少一部分设置在所述灯泡外壳内，在与所述灯基座基本相反的一端；和与所述光源连接的散热器，所述散热器的至少一部分在所述灯泡外壳的外部。所述光源可以为例如至少一个发光二极管(LED)。在另一实施方案中，本发明还包括下转换材料，其用于接收和下转换由所述光源发射的光的至少一部分并反向传输所接收和下转换的光的一部分。所述下转换材料设置在所述灯泡外壳内，远离所述光源并位于所述光源和所述灯基座之间。使用一种或更多种波长转换材料吸收一个光谱区中的辐射和发射另一光谱区中的辐射，并且所述波长转换材料可以是下转换材料或上转换材料。多种波长转换材料能够将由光源发射的波长转换至相同或不同的光谱区。在本发明的一些实施方案中，例如，那些采用白色LED作为光源的实施方案中，下转换材料可能不是必需的，因为所发射的光已经基本类似于白炽灯所产生的光。
在本发明的另一实施方案中，发光设备还包括第一反射器，其用于接收和反射由所述光源发射并被所述下转换材料下转换的光。所述反射器设置在所述灯泡外壳内，位于所述光源和所述灯基座之间。在另一实施方案中，所述反射器与所述下转换材料相邻。在本发明的一些实施方案中，所述设备可以至少包括用于引导从所述光源发射的光的第二反射器，所述光源设置在所述反射器内。所述第二反射器可以为至少一个杯状反射器或光学透镜。当所述光源采用多个发光二极管时，所述发光二极管可以分别设置在至少一个反射器内。在本发明的又一实施方案中，所述散热器的至少一部分突出进入所述灯泡外壳中。所述散热器可包括至少一个金属鳍片，并且另外地或作为替代方案，包括设置在所述灯泡外壳的外部的至少一部分上的网状物。本发明的多个实施方案还可以包括标准灯泡组件如设置在所述灯泡外壳内用以调节电压和电流的电子驱动器和/或设置在所述灯泡外壳内以连接所述灯基座和所述光源之间的电流的至少一个电导体。在包括电子驱动器的一些实施方案中，所述电子驱动器的至少一部分设置在所述灯基座内。本发明的另一实施方案还包括用于引导由所述光源发射的光的光导。所述光导的第一端与所述光源连接，并且所述光导的第二端与所述下转换材料连接。所述光导可采取多种形状和尺寸。例如，在某些实施方案中，所述光导是圆柱体或锥形圆柱体。在其它实施方案中，锥形圆柱体光导可具有斜切形、平坦形、尖角形、球形、半球形或圆锥形的上部。在一些实施方案中，非接触式下转换材料置于光导顶部的这些端面处。本发明的实施方案将所述光源和所述散热器置于所述灯泡外壳的顶点处，远离所述灯基座，目的是将由所述光源产生的热更多地耗散到环境中。与市售基于SSL的替代灯泡(其将光源和任选的散热器置于灯基座处)相比，这种配置能够产生更大量的光。本发明的配置也有助于确保保持灯泡组件的温度，由此延长灯泡耐久性和寿命。
6CN 102460005 A说明书3/11 页


结合附图阅读以下详细说明将最佳理解本发明。注意，根据一般实践，附图的各个特征不是按比例绘制的。相反，为了清楚起见，各个特征的尺寸被任意放大或缩小。附图中包括以下的图图1是现有技术的市售的基于LED的灯的图；图2是根据本发明第一实施方案的固态光源灯泡的截面图；图3是根据本发明另一实施方案的固态光源灯泡的截面图；图4(a)示出根据本发明另一实施方案的光源和光准直透镜的截面图；图4(b)出根据本发明另一实施方案的光源、光准直透镜和圆锥形光导的截面图；图4(c)_4(d)示出根据本发明其它实施方案的光源、光准直透镜和具有平坦尖端的圆锥形光导的截面图；图5(a)_5(d)示出根据本发明另一些实施方案的光源、光准直透镜和具有平坦尖端(其平坦表面取向分别为0°、30°、45°和60° )的圆锥形光导的截面图；图5(e)是图5(d)所示的实施方案的90°旋转视图；图6(a)_6(c)示出根据本发明其它实施方案的具有圆锥形顶表面(分别具有 120°、90°和60°的顶角)的圆锥形光导；图7(a)_7(b)示出根据本发明一个实施方案的分别处于“关闭”和“开启”状态的蓝色发光二极管(LED)，该LED具有荧光体涂层顶表面的锥形光导；图8(a)示出具有白色LED封装的本发明一个实施方案的3维透视图；图8 (b)示出图8 (a)所示的实施方案的3维分解图；图9 (a)示出具有SPE型蓝色LED封装的本发明另一实施方案的3维透视图；图9 (b)示出图9 (a)所示的实施方案的3维分解图；图10(a)示出根据本发明一个实施方案的具有6个鳍片的散热器的3维视图；图10(b)示出图10(a)中所示的本发明实施方案的截面图；图11 (a)示出根据本发明另一实施方案的光源、散热器和抛物线形第一反射器；图11(b)示出图11(a)中所示的本发明实施方案的3维截面图；图12(a)示出根据本发明另一实施方案的光源、散热器和圆锥形第一反射器；图12(b)示出图12(a)中所示的本发明实施方案的3维截面图。
具体实施例方式尽管此处参考具体实施方案来举例说明和描述本发明，但是本发明不限于所显示的细节。相反，可以在权利要求的等同范围内对细节进行各种修改而不脱离本发明。本发明人已经发现，当诸如发光二极管(LED)的光源置于灯基座处或灯基座内时，固态光(SSL)发射器件的性能受到不利影响。已经发现，将光源定位在灯基座处产生对基于SSL的灯的效率、光产生和寿命有害的热水平。克服这些缺陷的尝试着重于与传统白炽A灯不同的灯泡设计。在市售的基于LED的产品中，散热器(如果存在的话)通常位于灯基座和LED源之间以促进散热。在多数情况下，散热器与灯基座形成为一体。然而，将散热器布置在灯基座处或灯基座内阻碍对LED进行适当的热管理。这是因为较大百分比的热仅从LED后面传导至灯基座，而不是从LED耗散到环境中。例如，图1示出在灯基座处使用散热元件的市售基于LED的替代灯。虽然以该方式在灯泡基座处使用散热器可促进热耗散，但是从该替代灯泡分布的光束与从常规白炽灯泡分布的光明显不同。此外，目前市售的替代灯的设计具有与常规白炽灯明显不同的美观度和光分布功能。例如，由于在市售基于LED的产品中采用的散热器的位置和形状，在散热器方向上的大部分光都被阻挡。这已被证明导致灯后的阴影，这与要被基于SSL的灯替代的白炽灯而言是不常见的且不相同的。最少，这种光分布的变化可产生外观方面的问题。在其它情况下， 光分布的差别可导致源自设计用于白炽灯的照明设备的完全不可接受的性能。本发明通过将光源定位在灯泡外壳的与白炽A灯基座基本相反的端部处来解决这些问题。光源可以为至少一个半导体发光二极管，例如发光二极管(LED)、激光二极管 (LD)或共振腔LED (RCLED)。本发明的实施方案可以使用单个SSL源如单个LED，或者可以包括多个SSL源(即多个LED)作为光源。光源可以连接至散热器，其中所述散热器的至少一部分位于灯泡外壳的外部。在本发明的配置中的光源定位使灯基座处的固有热对光源的影响最小化。此外，散热器用作用于光源的热耗散元件，使得能够将热从光源吸走。散热器还可以为光源提供机械支撑。例如，散热器可以位于灯泡外壳的外部但是在灯泡外壳中的缺口处与内部光源连接。这种连接有效地将光源保持在灯泡外壳内并且同时也将灯泡外壳密封封闭。本发明的这种设计特征使得替代灯泡能够具有非常高的照明效率值并且产生与白炽灯类似的光水平，同时也延长了基于SSL的灯的寿命耐久性。下转换材料的使用有助于产生在美观度上与由常规白炽A灯所产生的光类似的光。应当理解的是，术语“下转换”和“下转换的”是指适于吸收一个光谱区中的辐射并且发射另一光谱区中的辐射的材料。如上所述，本发明的下转换材料可以由一种或更多种适于吸收一个光谱区中的辐射并且发射另一光谱区中的辐射的波长转换材料构成，并且所述波长转换材料可以是下转换材料或上转换材料。这样，本发明的实施方案可以引入作为下转换材料、上转换材料或两者的波长转换材料。相应地，术语“下转换材料”定义为通过其组成可以吸收任意光谱区中的辐射并且将其在任意光谱区中发射的材料。还应理解的是， 术语“透射光”和“反射光”在本申请全文中使用。然而，更准确地说，所述术语分别为“正向透射光”和“反向透射光”。当从光源发射的光到达下转换材料时，下转换材料吸收短波长光并且发射下转换的光。所发射的下转换的光可以在所有的方向上行进(称为朗伯发射体)，因此，下转换的光的一部分向上行进，而另一部分向下行进。从下转换材料向上(或向外)行进的光是光的正向透射部分，而向下朝光源行进的光为反向透射部分。在本发明的一些实施方案中，通过采用非接触式下转换概念，现有替代灯泡的低性能问题也得到解决。在一个采用非接触式下转换概念的系统中，来自光源的短波长辐射能量朝位于光源远处的下转换材料发射。击中下转换材料的辐射能量的至少一部分被下转换成较长波长辐射，并且，当两种辐射混合时，得到与白炽A灯所产生的光类似的白光。下转换材料可以由适于吸收一个光谱区中的辐射和发射另一光谱区中的辐射的一种或更多种波长转换材料构成。多种波长转换材料能够将从光源发射的波长转换至相同或不同的光谱区。在采用白色LED作为光源的本发明一些实施方案中，下转换材料可能是不必要的，因为所发射的光已经与白炽灯所产生的光基本相似。在采用白色LED的其它实施方案中，可以选择特定的下转换材料例如“红色”荧光体以增强白色LED的显色性能。例如，这样的配置将使得能够使用具有中等品质显色性质的普通白色LED以从LED灯获得具有更好或更高显色性质的白光输出。可以使用反射器来接收和反射由光源发射并被下转换材料下转换的光(即正向透射光)。反射器可以采用任意几何形状如球形、抛物线形、圆锥形和椭圆形，并且可包含本领域已知的各种反射表面。例如，反射器可以为铝、具有蒸发铝反射层的塑料或任意其它种类的反射表面。反射器定位在下转换材料和灯基座之间，并且可以与下转换材料间隔开或相邻。在本发明的至少一个实施方案中，利用本领域已知的常规技术，将下转换材料施用至并包含在反射器上。通过捕集所发射和下转换的光的正向透射部分和反向透射部分两者， 可以提高系统效率。类似地，可以调节下转换材料和反射器的位置以确保来自光源的光均勻地冲击下转换材料以产生均勻的白光并允许更多的光离开器件。同时，将下转换材料定位在光源远处防止了光反馈回到光源中。结果，光源处的热被进一步最小化且导致灯泡寿命耐久性得到改善。任选地，可以采用第二反射器来引导从光源发射的光。合适的第二反射器包括例如杯状反射器或光学透镜。当采用第二反射器时，光源可设置在第二反射器内。当采用多个SSL源作为光源时，每个SSL源可以设置在相应的第二反射器内。或者，所有的SSL源均可设置在一个第二反射器内。第二反射器可以采用任意几何形状如球形、抛物线形和椭圆形，并且可以由本领域已知的各种材料构成。例如，当采用光学透镜作为第二反射器时，透镜可以为任意透光材料如玻璃和塑料。第二反射器用于引导从光源发射的光并且可以配置为将从光源发射的基本上所有的光引导至下转换材料。在某些实施方案中，第二反射器可以为散热器的组件并且与其形成为一体。例如，散热器连接至光源的部分可以是第二反射器或具有第二反射器的功能。在该配置中，第二反射器收集由光源侧向发射的光并且将其导离光源。该设计增加了光学效率。可以使用光导来进一步模拟常规白炽A灯的美观度和性能。例如，光导的第一端可以连接至光源，并且光导的第二端可以连接至下转换材料。这些组件可以配置在灯泡外壳内以模拟传统白炽A灯的长丝美观度。类似地，当光源设置在第二反射器内时，光导可以将来自光源和第二反射器的光引导至下转换材料。此外，由于光导可以设计为多种形状和尺寸，所以其可以制造和定位为将从光源发射的基本上所有的光都引导至下转换材料，从而增加SSL器件的效率。本发明的固态发光器件还可以包括本领域已知的其它部件。例如，SSL器件还可以包括电子驱动器。大多数SSL源是低压直流(DC)源。因此，需要电子驱动器来调节电压和电流以用于基于SSL的灯。或者，存在一些交流(AC)SSL源，例如由韩国首尔的％0111 Semiconductor, Inc.以商品名“Acriche”出售的AC-LED。在这些情况下，SSL源(例如 LED或LED阵列)可以与可得自电网的AC电源直接连接。因此，本发明的实施方案可任选包括电子驱动器，其至少一部分位于A灯基座内，具体取决于基于SSL的灯中采用的SSL源的类型。本发明还可以包括至少一个电子导体如连接线。电子导体可以设置在灯泡外壳内以连接灯基座和光源之间的电流。图2示出本发明的第一示例性实施方案，其具有灯基座12(例如，具有与常规白炽 A灯相同的尺寸和形状)、透光的灯泡外壳20、用于发射光的光源16、下转换材料22、反射器对和散热器18。灯基座12是与在现有的白炽灯中所见的基座相同的标准基座。灯泡外壳20可由多种透光材料如塑料或玻璃制成。如图所示，灯泡外壳20的第一部分与灯基座12 连接，并且光源16的至少一部分设置在灯泡外壳20内，位于与灯基座12基本相反的一端。 下转换材料22设置在灯泡外壳20内。反射器M也设置在灯泡外壳20内并且位于下转换材料22和灯基座12之间。散热器18显示为位于灯泡外壳20的底部并且位于与灯基座12基本相反的一端。 散热器18的至少一部分在灯泡外壳20的外部。散热器可包括一系列金属鳍片(在图8a 和8b中显示为金属鳍片18a)。作为替代方案或者另外地，散热器可包括从散热器18延伸并且围绕在光源16和灯基座12底部之间的灯泡外壳20的外表面的至少一部分的网状物。 散热器18可由本领域已知的多种热耗散材料如铝或铜制成。散热器可以涂上颜色，例如白色以增强或改变材料的热耗散能力。散热器18的至少一部分在灯泡外壳20的外部，但是散热器18连接至内部光源16。这可以例如在灯泡外壳20内部的与灯基座12基本相反的一端处的缺口处实现。这种连接有效地将光源16基本上保持在灯泡外壳20内并且同时也将灯泡外壳20密封封闭。在组装后，灯泡外壳20的内部可以为真空或可以填充惰性气体如氩或氪。图2示出经电导体32连接至光源16的电子驱动器30。如上所述，任选包括电子驱动器30以调节电压和电流以用于使用DC SSL源的基于SSL的灯。或者，当选择AC SSL 源时，不需要电子驱动器30。因此，本发明的实施方案可任选包括电子驱动器30，其至少一部分位于灯基座12内，具体取决于基于SSL的灯中采用的SSL源的类型。在图2所示的本发明实施方案中也可以采用至少一个电子导体32，例如连接线。电子导体32可以设置在灯泡外壳内，以根据需要穿过电子导体32连接灯基座12的输入和光源16之间的电流。光源16可以设置在第二反射器沈内，所述第二反射器沈可以为具有开放顶部的杯状反射器。光源可以包括多个SSL源，例如多个LED，每个SSL源都位于其自己的第二反射器26内。第二反射器沈将从光源16发射的光向上朝下转换层22 (其可以为荧光体) 和反射器M聚集。可以使用透镜代替杯状反射器或与其联用作为第二反射器26。反射器 M和第二反射器26可以是铝、具有蒸发铝反射层的塑料或任意其它类型的高反射表面。通过将从光源16发射的光导向下转换材料22，第二反射器沈使光从灯泡外壳20侧面离开并且同时从光源16透射到下转换材料22和反射器M的可能性最小化。在所示出的实施方案中，附图标记34表示光束，而非物理元件，并且不是本发明所要求保护的组件。在该示例性实施方案中，下转换材料22定位为比光源16更靠近灯基座12，并且反射器M与下转换材料22相邻。在一个替代实施方案中，下转换材料22可以定位在例如横过灯泡中间的位置D，并且反射器M可以定位在远离下转换材料22处。在这样的实施方案中，从反射器M反射的一些光可通过位于反射器M和下转换材料22之间的灯泡外壳 20侧面选出。下转换材料22也可以在灯泡外壳20的中心位置D上方的位置处(即，进一步远离灯基座)。当来自光源16的光击中下转换材料22和反射器M时，一些光被从下转换材料反射回来(即反向透射)并且从灯泡外壳20的侧面离开。穿过下转换材料22的所有光(即正向透射的)均被反射器M反射回来，并且从灯泡外壳20的侧面离开。尽管下转换材料22和反射器M显示为横过灯泡外壳20的整个宽度，但是这些组件可以小于整个宽度。调节下转换材料22和反射器M在灯泡外壳20内的位置以及这些部件的尺寸和形状以实现期望的基于SSL灯的性能效率，如本领域普通技术人员所理解的那样。
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在示例性或替代实施方案中，下转换材料可以包括一种或更多种荧光体。例如， 下转换材料可以包括以下一种或更多种掺杂铈的钇铝石榴石(YAGCe)、掺杂铕的硫化锶 (SrSEu)、掺杂铕的YAG: Ce荧光体、YAG: Ce荧光体+硒化镉、或由其它材料(包括铅(Pb) 和硅(Si))产生的其它类型的量子点；和本领域已知的其它荧光体。将会理解，本发明的其它实施方案可以包括嵌入的荧光体层或非嵌入的荧光体层。而且，荧光体层不需要具有均勻的厚度，相反，其可以具有不同的厚度，或者不同的荧光体相混合以产生更均勻的颜色输出。下转换材料可以类似地包括其它荧光体、量子点、量子点晶体、量子点纳米晶体或本领域已知的其它下转换材料。下转换材料可以是波长转换晶体而不是与粘合介质混合的粉末材料。如本领域普通技术人员已知的，下转换材料层可以包括额外的散射颗粒如微球以改善不同波长的光的混合。在一个替代实施方案中，波长转换材料层可以由多个连续或离散的子层构成，各个子层包含类似的或不同的波长转换材料。下转换材料或各个波长转换层可以通过本领域已知的任意合适的技术如安装、涂覆、沉积、漏印或丝网印刷来形成。图3示出本发明的另一实施方案，其具有灯基座12、透光灯泡外壳20、用于发射光的光源16、下转换材料22、反射器M和散热器18。另外，该实施方案还包括光导观。光导 28的第一端连接至光源16，并且光导观的第二端连接至下转换材料22，它们基本上都位于灯泡外壳20内。该实施方案显示，光源16设置在第二反射器沈内，也基本上位于灯泡外壳20内。图3中示出了杯状反射器，但是，如前一样，可以使用光学透镜来代替杯状反射器或与其联用作为第二反射器。相应地，光导观将来自光源16和第二反射器沈的光导向下转换材料22。或者，当不采用第二反射器时，光导观可以连接至光源16并且从光源16直接引导光。在图3所示的实施方案中，下转换材料22是小圆柱体的波长转换材料而不是材料层。下转换材料22可以位于灯泡的中央部分处，如图3所示，或者位于另一位置处以实现基于SSL的灯的性能和美观度目标。这些组件可以配置在灯泡外壳20内以模拟常规白炽A灯的长丝美观度。例如，通过将圆柱形下转换材料22定位在灯泡中央，即锥形光导观的顶部，以实现与标准钨丝点光源类似的点光源。图3还示出在空间上远离下转换材料22 的反射器对。在该实施方案中，由于下转换材料过小，所以没有太多的从反射器M反射的光会撞击下转换材料22。然而，光导观用于确保从光源16发射的基本上所有的光都被导向下转换材料22，在该处光可以被下转换并作为白光离开灯泡外壳20。图4(a)-4(e)示出采用第二反射器的多个本发明实施方案。这些图示出第二反射器为光学透镜，但是第二反射器也可以为杯状反射器。SSL光源如LED可以置于光学透镜内，如图4(a)所示。图4(b)-4(e)还可以包括光导。光源、第二反射器和光导基本上位于灯泡外壳内。透镜和光导可以制造为单个部件，或者可以包括两个单独的部件。光导可以采用多种形状和尺寸。例如，光导可以为锥形圆柱体，如图4(b)-4(e)所示，或者其可以为直圆柱体。光导的顶部可以为尖角状(如图4(b)所示)，或平坦形状(如图4(c)-4(e)所示)。图4(c)_4(e)还示出光导可以具有不同的长度和尺寸。例如，图4(c)_4(e)示出长度分别为40mm、35mm和30mm的光导。光导的顶部也可以斜切成不同度数的角度。例如，图5(a)_5(d)示出具有平坦顶部的锥形光导，所述平坦顶部分别具有0°、30°、45°和60°的平坦表面取向。图5(e)是图5(d)中所示的实施方案的90°旋转视图，以进一步示出光导设计。另外，光导的顶部可以为球形(球体)、半球形、圆锥形，如图6(a)_6(c)所示。图6(a)_6(c)示出具有圆锥形顶表面的锥形光导，所述圆锥形顶表面分别具有120°、90°和60°的顶角。非接触式下转换材料置于光导顶部的这些端面处。图7(a)-7(b)示出根据本发明一个实施方案的具有锥形光导的蓝色发光二极管(LED)，所述锥形光导具有荧光体涂层顶表面。图7(a)示出处于 “关闭”状态的基于SSL的灯，而图7(b)示出处于“开启”状态的基于SSL的灯。图8(a)示出本发明一个实施方案的3维透视图，其包括白色LED封装作为光源。 图8(b)示出图8(a)中所示的实施方案的3维分解图。这些图显示散热器18为具有在灯泡外壳20外部的6个散热鳍片18a。本发明的替代实施方案可以使用更多或更少的散热鳍片。作为替代方案或者另外地，散热器18可以包括从散热器18延伸且围绕位于光源16 和灯基座12底部之间的灯泡外壳20的外表面的至少一部分的网状物。散热器18、散热鳍片18a和网状物可由本领域已知的多种热耗散材料如铝或铜制成。图8(b)还示出在灯泡外壳20中的缺口，其用于将第二反射器沈和光源16插入灯泡外壳中。散热器18基本上在灯泡外壳20的外部，并且在灯泡外壳中的缺口处与光源16连接。图9 (a)示出本发明另一实施方案的3维透视图，其包括SPE型蓝色LED封装作为光源。SPE型LED封装使用散射光子提取(SPE)并且在至少一个实施方案中包括在灯泡外壳20中连接在一起的LED光源16、第二反射器沈、光导28和下转换材料22。图9 (b)示出图9(a)中所示的实施方案的3维分解图。如图3所示，图9(a)和图9(b)中所示的本发明实施方案包括位于锥形光导观顶部的小圆柱状下转换材料22。光导观连接至第二反射器沈，其中设置有光源26。第二反射器沈和光导观用于将从光源16发射的基本上所有的光导向下转换材料22。这些图也显示散热器18为具有在灯泡外壳20以外的6个散热鳍片18a。本发明的其它实施方案可包括更多或更少的散热鳍片。作为替代方案或者另外地，散热器18可以包括从散热器18延伸并且围绕位于光源16和灯基座12底部之间的灯泡外壳20的外表面的至少一部分的网状物。散热器18基本上在灯泡外壳20之外，并且在灯泡外壳中的缺口处与光源16连接。在本发明的至少一个实施方案中，第二反射器可以为散热器的组件或与其形成为一体。图10(a)示出根据本发明的该实施方案的发光设备的3维视图，并且图10(b)示出其截面图。换言之，散热器的与光源连接的部分可以为第二反射器或具有第二反射器的功能。在该配置中，第二反射器收集光源从侧面发射的至少部分光并引导其离开光源以增加光学效率。如图10 (a)-10(b)所示，光源16设置在散热器18内和/或与散热器18连接。 与光源16连接的散热器18部分用作第二反射器，以收集从光源侧面发射的光并引导其离开(在图10(b)中描述为虚线34)。图ll(a)-ll(b)和图12(a)_12(b)示出本发明的其它实施方案，其包括光源、 散热器和第一反射器。图ll(a)_ll(b)示出包括抛物线形第一反射器的实施方案，图 12 (a)-12 (b)示出包括圆锥形第一反射器的实施方案。如上所述，第一反射器可以采取任意几何形状如球形、抛物线形、圆锥形和椭圆形，并且可以包括本领域已知的各种反射表面。 例如，反射器可以为铝、具有蒸发铝反射层的塑料或任意其它种类的反射表面。另外地或者作为替代方案，可以对反射器施加涂层或进行处理以实现特定的光分布或美观效果，或者其甚至可以透射少部分光以防止反射器形成清晰阴影。反射器位于光源和灯基座之间，并且在采用下转换材料时可以与下转换材料间隔开或与其相邻。在本发明的至少一个实施方案中，下转换材料利用本领域已知的常规技术施用于并包含在反射器面向光源的一侧上。反射器例如用于增强基于SSL的灯的光学效率。 从LED光源和电子驱动器进入灯基座的热量限制可以可靠性能使用的LED的总能力并因此限制可产生的光量。在目前可用的采用LED和任选的位于灯基座处或其内的散热器的产品中，光量通常限于25-40W白炽A灯的当量。本发明的实施方案将LED源和散热器置于光灯泡的顶点处以将由LED产生的热更多地耗散到环境中。该配置使得能够产生更大量的光(例如，60w白炽A灯的当量)并且同时确保保持适当的LED和电子驱动器工作温度。当与在完全封闭的照明设备中实现的益处相比时，该配置甚至可以更有益于在开放的照明设备中使用LED的应用。如前所述，击中下转换材料的辐射能将被转换成更高波长的辐射，并且在混合时其提供与白炽A灯所产生的光类似的白光。最终的光输出的光谱取决于下转换材料。总的光提取取决于到达下转换层的光量、下转换层的厚度和反射器的材料及设计。光导的形状和尺寸可以为实现基于SSL的灯的性能和美观目的的任意设计。以下实施例和表格详示用于光导的多个示例性形状，以及这些形状中的每一个可能对基于SSL的灯的效率和光辐射的影响。实施例在本发明的至少一个实施方案中，实施具有散射光子提取(SPE)的LED封装。与下转换荧光体铺展在光源或芯片周围的典型的常规白色LED封装不同，在本发明的SPE封装中，荧光体层被从芯片移走，从而在芯片和荧光体之间留下透明介质。用于这类封装的有效几何形状可以经过光线追踪分析来确定。值得一提的是，SPE封装要求不同的荧光体密度以产生具有与常规白色LED封装类似的色度坐标。这种差别是将具有不同光谱的透射光和背反射光混合的SPE封装的结果，而常规封装主要使用透射光。进行光线追踪分析以评价光导概念的可行性。另外，进行实验室评价以研究总的光输出和照明效率。进行计算机模拟来确定耦合进入锥形光导中的光、输出白色光和系统总效率。基础模型由具有非接触式荧光体的蓝色LED和作为第二反射器的总内反射(TIR) 透镜构成。蓝色LED具有朗伯强度分布以及451nm的光谱峰波长。IlR透镜安装到LED顶部以将来自蓝色LED的光准直到IlR透镜的顶表面(如图4(a)所示)。然后将锥形光导粘结到IlR透镜顶上。模拟测试为了确定锥形光导的操作和优选几何尺寸，首先测试50mm高的圆锥形的锥形光导。锥形光导的底表面具有与IlR透镜顶表面相同的直径-宽度。为了使更多的光耦合至锥形光导的顶表面且使顶表面面积最小化，模拟一系列光导高度(如图4(c)至图4(e)所示)，并且将光导的最佳高度选择为35mm，如表1所示。如果使用高度较低的锥形光导，则在顶表面上接收的光增加和在顶表面处的聚焦面积增大之间存在权衡。在顶表面上较小的面积意味着使用较少的荧光体，并且可产生更好的聚焦光束。考虑到这种权衡，选择35mm 高的锥形光导，其具有相当小的顶表面积和较高的从顶表面正向透射的光比例。表1 来自具有不同高度的锥形光导的顶表面的辐射功率
权利要求
1.一种发光设备，包括灯基座；透光灯泡外壳，所述灯泡外壳的第一部分与所述灯基座连接；用于发射光的光源，所述光源的至少一部分设置在所述灯泡外壳内，在与所述灯基座基本相反的一端；下转换材料，其用于接收和下转换由所述光源发射的光的至少一部分并反向传输所接收和下转换的光的一部分，所述下转换材料设置在所述灯泡外壳内，远离所述光源并位于所述光源和所述灯基座之间；反射器，其用于接收和反射由所述光源发射并被所述下转换材料下转换的光，所述反射器设置在所述灯泡外壳内，位于所述下转换材料和所述灯基座之间；和与所述光源连接的散热器，所述散热器的至少一部分在所述灯泡外壳的外部。
2.权利要求1所述的发光设备，其中所述散热器的至少一部分突出进入所述灯泡外壳中。
3.权利要求1所述的发光设备，其中所述光源为至少一个发光二极管(LED)。
4.权利要求1所述的发光设备，还至少包括第二反射器，所述第二反射器用于引导从所述光源发射的光，所述光源设置在所述反射器内。
5.权利要求4所述的发光设备，其中所述第二反射器与所述散热器形成为一体。
6.权利要求4所述的发光设备，其中所述用于引导从所述光源发射的光的所述第二反射器选自杯状反射器和光学透镜。
7.权利要求4所述的发光设备，其中所述光源包括多个发光二极管，所述发光二极管设置在至少一个反射器内。
8.权利要求1所述的发光设备，其中所述下转换材料包括适于吸收一个光谱区内的辐射并发射另一光谱区内的辐射的至少一种波长转换材料。
9.权利要求8所述的发光设备，其中所述至少一种波长转换材料是至少一种荧光体。
10.权利要求1所述的发光设备，其中所述反射器与所述下转换材料相邻。
11.权利要求1所述的发光设备，其中所述散热器包括至少一个金属鳍片。
12.权利要求1所述的发光设备，其中所述散热器包括设置在所述灯泡外壳的外部的至少一部分上的网状物。
13.权利要求1所述的发光设备，还包括设置在所述灯泡外壳内的电子驱动器。
14.权利要求13所述的发光设备，其中所述电子驱动器的至少一部分设置在所述灯基座内。
15.权利要求1所述的发光设备，还包括设置在所述灯泡外壳内的至少一个电导体，所述至少一个电导体连接所述灯基座和所述光源之间的电流。
16.一种发光设备，包括灯基座；透光灯泡外壳，所述灯泡外壳的第一部分与所述灯基座连接；用于发射光的光源，所述光源的至少一部分设置在所述灯泡外壳内，在与所述灯基座基本相反的一端；下转换材料，其用于接收和下转换由所述光源发射的光的至少一部分并且反向传输所接收和下转换的光的一部分，所述下转换材料设置在所述灯泡外壳内，远离所述光源并位于所述光源和所述灯基座之间；光导，其用于引导由所述光源发射的光，所述光导的第一端与所述光源连接并且所述光导的第二端与所述下转换材料连接；反射器，其用于接收和反射由所述光源发射并由所述下转换材料下转换的光，所述反射器设置在所述灯泡外壳内，位于所述下转换材料和所述灯基座之间；和与所述光源连接的散热器，所述散热器的至少一部分在所述灯泡外壳的外部。
17.权利要求16所述的发光设备，其中所述散热器的至少一部分突出进入所述灯泡外壳中。
18.权利要求16所述的发光设备，其中所述光源为至少一个发光二极管(LED)。
19.权利要求16所述的发光设备，还至少包括第二反射器，所述第二反射器用于引导从所述光源发射的光，所述光源设置在所述反射器内。
20.权利要求19所述的发光设备，其中所述用于引导从所述光源发射的光的所述第二反射器选自杯状反射器和光学透镜。
21.权利要求19所述的发光设备，其中所述光源包括多个发光二极管，所述发光二极管设置在至少一个反射器内。
22.权利要求16所述的发光设备，其中所述下转换材料包括适于吸收一个光谱区内的辐射并发射另一光谱区内的辐射的至少一种波长转换材料。
23.权利要求22所述的发光设备，其中所述至少一种波长转换材料是至少一种荧光体。
24.权利要求16所述的发光设备，其中所述散热器包括至少一个金属鳍片。
25.权利要求16所述的发光设备，其中所述散热器包括设置在所述灯泡外壳的外部的至少一部分上的网状物。
26.权利要求16所述的发光设备，其中所述光导是圆柱体。
27.权利要求16所述的发光设备，其中所述光导是锥形圆柱体。
28.权利要求27所述的发光设备，其中所述锥形圆柱体光导具有选自斜切形、平坦形、 尖角形、球形、半球形和圆锥形的上部。
29.权利要求16所述的发光设备，还包括设置在所述灯泡外壳内的电子驱动器。
30.权利要求四所述的发光设备，其中所述电子驱动器的至少一部分设置在所述灯基座内。
31.权利要求16所述的发光设备，还包括设置在所述灯泡外壳内的至少一个电导体， 所述至少一个电导体连接所述灯基座和所述光源之间的电流。
32.一种固态光源灯泡，包括 灯基座；透光灯泡外壳，所述灯泡外壳的第一部分与所述灯基座连接； 至少一个发光二极管(LED)，所述LED的至少一部分设置在所述灯泡外壳内，在与所述灯基座基本相反的一端；下转换材料，其用于接收和下转换由所述LED发射的光的至少一部分并反向传输所接收和下转换的光的一部分，所述下转换材料设置在所述灯泡外壳内，远离所述LED并位于所述LED和所述灯基座之间；和与所述光源连接的散热器，所述散热器的至少一部分在所述灯泡外壳的外部。
33.权利要求32所述的固态光源灯泡，其中所述散热器的至少一部分突出进入所述灯泡外壳中。
34.权利要求32所述的固态光源灯泡，还包括第一反射器，其用于接收和反射由所述 LED发射并被所述下转换材料下转换的光，所述反射器设置在所述灯泡外壳内，位于所述下转换材料和所述灯基座之间。
35.权利要求34所述的固态光源灯泡，其中所述第一反射器的几何形状选自球形、抛物线形、圆锥形和椭圆形。
36.权利要求32所述的固态光源灯泡，还至少包括第二反射器，所述第二反射器用于引导由所述至少一个LED发射的光，每个LED均设置在相应的第二反射器内。
37.权利要求32所述的固态光源灯泡，其中所述散热器选自至少一个金属鳍片、网状物及其组合。
38.一种固态光源灯泡，包括灯基座；透光灯泡外壳，所述灯泡外壳的第一部分与所述灯基座连接；用于发射光的光源，所述光源的至少一部分设置在所述灯泡外壳内，在与所述灯基座基本相反的一端；和与所述光源连接的散热器，所述散热器的至少一部分在所述灯泡外壳的外部。
39.权利要求38所述的固态光源灯泡，还包括下转换材料，其用于接收和下转换由所述光源发射的光的至少一部分并反向传输所接收和下转换的光的一部分，所述下转换材料设置在所述灯泡外壳内，远离所述光源并位于所述光源和所述灯基座之间。
40.权利要求38所述的固态光源灯泡，还包括第一反射器，其用于接收和反射由所述光源发射的光，所述反射器设置在所述灯泡外壳内，位于所述下转换材料和所述灯基座之间。
全文摘要
一种发光设备，包括灯基座、透光灯泡外壳、用于发射光的光源和与所述光源连接的散热器。固态LED光灯泡还可以包括下转换材料。所述下转换材料设置在所述灯泡外壳内，远离所述光源并位于所述光源和所述灯基座之间。所述散热器可包括至少一个金属鳍片，并且另外地或作为替代方案，包括设置在所述灯泡外壳的外部的至少一部分上的网状物。固态光灯泡可包括用于引导由所述光源发射的光的光导。所述固态光灯泡配置使得所述光源和散热器置于所述光灯泡外壳的顶点处，远离所述灯基座，目的是将由所述光源产生的热耗散到环境中。此外，所述散热器的至少一部分在所述光灯泡外壳之外以使所述热耗散最大化。
文档编号F21V9/10GK102460005SQ201080025654
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月10日
发明者朱依婷, 纳达拉贾·纳伦德兰, 让·保罗·弗雷西尼耶 申请人:伦斯莱尔工艺研究院