专利名称：基于发光二极管的具有开尔文修正功能的灯泡装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及发光二极管(LED)照明装置及方法，尤其涉及形式如同普通白炽灯泡的基于LED的照明方案。
背景技术：
随着能源价格的上涨，诸如紧凑型荧光灯(CFL)以及LED灯等白炽灯泡的替代解决方案得到更加广泛的应用。然而，CFL所采用的“管”状形态以及目前环保的异形LED解决方案存在着美观上的问题。考虑到经济性，此前已经有了电灯固定装置或电灯接口的消费者，在很多情况下对这些新的灯泡替代产品不感兴趣。在很多情况下，消费者始终保持着对普通白炽灯泡一直以来的形状和外观的欣赏，而不愿作更加环保和经济的选择。基于LED的灯具是寿命最长，相对于使用时间而言成本最低且最环保的照明解决方案。然而，主要问题在于初始时需要投入的每流明的高成本以及在光线发射上具有指向性的特性。为解决这些问题所作的任何努力都将是广受欢迎的。消费者期望获得像传统白炽灯泡那样的“柔”或“暖”光；而LED灯要么太亮或太刺眼，要么如果被放在具有开尔文色温修正功能的外壳(例如，白色“磨砂”玻璃外壳)内，则不能产生足够的流明和/或需要过闻的功率。
发明内容
基于本申请原理的一些方面提供一种LED灯泡装置，该装置包括灯泡本体，帽体，LED组件，第一变光结构和第二变光结构。灯泡本体具有壁，该壁具有外表面和内表面，并形成开放的内部区域。帽体安装于灯泡本体并具有用于连接电源的表面。帽体和灯泡本体结合成灯泡状结构。LED组件包括多个LED和支架。支架使得LED相对于灯泡本体固定，从而使发出的光指向灯泡本体的壁的LED区域。第一变光结构位于灯泡本体的壁的LED区域，而第二变光结构位于灯泡本体的壁的散射区域，该散射区域位于LED区域以外或独立于LED区域。并且，第一变光结构以与第二变光结构不同的方式对光产生影响。按照这种构造，所采用的变光结构通过影响或改变LED发出的光来获得所期望的开尔文色温。在一些实施例中，第一变光结构是仅在LED直接面对的区域中，设置于灯泡本体或沿灯泡本体形成的涂层，薄膜，纤维，或表面纹理。第二变光结构可以是应用于灯泡本体的“传统”的白色涂层，或者也可以仅仅简单的表现为缺少第一变光结构。可选的，采用将LED沿灯泡本体的外表面设置的构造，LED发出的光首先指向灯泡本体的壁的内部，经由第一变光结构射入到灯泡本体的内部区域；然后按照光波的特性，再经由第二变光结构穿过灯泡本体的壁从灯泡本体的内部区域射出，以照亮LED灯具周围的外部环境。这样，LED发出的光经过两次散射和/或染色过程(经由第一和第二变光结构)，其效果使得最终射入周围环境的光被“柔和化”、“暖色化”和/或“扩散化”。
图I是基于本申请原理的一种LED灯泡装置的透视图，其中示出了在非透视情况下不可见的LED ；
图2是图I中的LED灯泡装置分解后的透视 图3是图I中的装置的LED组件的部分元件的透视 图4A是基于本申请原理的另一种LED灯泡装置的元件的分解透视图；
图4B是图4A中的元件组装后的透视 图5是图I中的LED灯泡装置的灯泡本体部分的放大的透视图；以及图6A和6B是图I中的LED灯泡装置的一部分的简化的剖面图，用于说明变光结构的不同布置方式。
具体实施例方式图I示出了基于本申请原理的一种LED灯泡装置20的实施例。装置20包括LED组件22 (整体编号)和灯泡状结构24。下面对各元件进行详细描述。整体而言，灯泡状结构24包括灯泡本体26，LED组件22提供一个或多个发光二极管灯(LED) 28 (为便于说明，在图I中“透过”灯泡本体26示意性地示出了几个LED)。LED组件22安装于灯泡状结构24，使得当组合成的LED灯泡装置20被连接到标准的灯泡接口并通电时能够发光。在本实施例中，变光结构(图I中未示出)设置于灯泡本体26上与LED28紧邻的区域，并采用与灯泡本体26的其他区域不同的方式影响或改变LED28发出的光，以获得期望的开尔文色温。在一些实现方式中，LED组件22和/或灯泡状结构24可采用申请号为US12/535893的美国专利申请中所描述的任何形式，该申请的申请日为2009年7月20日，名称为“基于发光二极管的灯泡装置(LED-Based Light Bulb Device)”，该申请的全部内容以引用方式结合于本申请中。参考图2，在一些实施例中，LED组件22包括多个LED28，基底30，电路32 (整体编号)和支架34，支架34可用于充当散热器。基底30可用于固定LED28和电路32，以便于按照期望的方式将元件28和32相对于灯泡状结构24进行布置，并且建立为LED28供电的电路。支架34将LED组件22牢固的安装到灯泡状结构24，并且还可用于发散LED28和电路32产生的热量。参考图3，在一些实施例中，根据已有技术，基底30可以是柔性非导体材质，与电路32结合形成柔性电路。或者，基底30的部分或全部可以采用更加坚硬的材质(例如，LED28可以固定于柔性基底，而部分或全部电路32由刚性的印刷电路板来形成)。可选的，电路32包括用于将LED28连接至功率转换电路的导电线路。参考图3，作为优选的，基底30可形成多个自基座42延伸的臂。基底30也可以替代性的采用其他各种不同的构造。对于图2和图3示出的一种可采用的构造，每个臂40分别固定一个由离散的LED28组成的灯组46，每个灯组46的LED28沿基底30的主要表面按照彼此(相对于相应的臂40而言)紧邻或有间隔的靠近的方式进行排列。例如，第一臂40a固定第一灯组46a的LED28，第二臂40b固定第二灯组46b的LED28等。虽然图中绘出的臂40是3个，任何其他更多或更少的数目也是可以的。电路32可采用各种适合将交流(AC)能量(例如，120伏)转换为适合提供给LED28的直流(DC)能量的形式；或者如果LED28能够基于交流能量输入进行工作，电路32可包括用于将所提供的AC功率转换为适合提供给LED28的AC功率的元件。例如，在一些实施例中，电路32包括功率转换电路50 (整体编号)，功率转换电路50包括线路电压输入端子盘，线路电压返回端子盘，电阻，电流控制器和桥式整流器。其中电阻，电流控制器，和/或桥式整流器(或者其他功率转换芯片组)可以封装于基底30，端子盘则外露，以便于和交流电源连接，例如连接到标准的交流电灯接口。图4A不出了基于本申请的另一种构造的基底30’和电路32’与另一种构造的支架34’分离开的示意图。基底30’具有多个独立或分离的臂40’，每个臂40’固定一组LED28。臂40’安装于基台52，且基台52上还形成和固定有电路32’的各种元件，例如功率 转换电路50’(整体编号)。基台52可以是设置或形成有必要线路的刚性印刷线路板。将基台52安装于支架34’后(如图4B所示)，支架34’的底部54覆盖基台52 (图4A)以及任何安装于基台52的电路50’(图4A)。这样，当被使用于灯泡本体26 (图I)时，若灯泡本体26破裂，底部54能够将电路32’相对于使用者物理隔离。参见图2和图3，LED28可采用已有的各种形式，例如经常使用的无机发光二极管。LED28也可以是有机发光二极管(OLEDs)。可以选择能够产生或不能够产生白光的LED28，并且可以有各种不同的色温(例如，LED28可采用高色温(约6500开尔文或以上)的产品)。此外，LED28的封装可以使用或不使用修正颜色或开尔文色温的材料，例如荧光粉，量子点材料，纳米晶体和/或其他用来增强LED28发出的光的涂料或附加层。LED28可采用各种方式形成或安装在基底30上，包括标准封装，晶粒结合柔性基材式封装，采用溅射镀膜的晶圆分层封装等，在最后一种情况下，可以获得非蓝宝石基底的LED。参见图2，支架34用于相对于灯泡本体26支撑臂40 (并因此支撑相应的LED28)。在一些构造中，支架34还用于作为散热器，发散元件28和/或32产生的热量，因此可采用适当的散热材料来制作(例如，模压塑料，陶瓷，金属等)。有鉴于此，在一些实施例中，支架34可包括或形成接头60和多个分支62。整体而言，接头60具有与如下文所描述的灯泡状结构24中相应的元件相适配的尺寸和形状，并环绕基底30的基座42。分支62延伸自接头60，且具有与相应的臂40相适配的尺寸和形状。因此，分支62的数量与臂40的数量一致，反之亦然。例如，如图2所示，第一分支62a与第一臂40a对应，第二分支62b与第二臂40b对应等。在一些构造中，分支62的长度大于相应的臂40的长度，以完全围住臂40。可选地，沿每个分支62形成翅片66以更好的散热。此外，支架34可具有未示出的其他结构(例如，图4A和图4B中的支架34’)。LED组件22可与各种不同的灯泡状结构24配合。整体而言，灯泡状结构24类似于“标准”或常见的交流灯泡(例如，爱迪生灯泡)，其包括灯泡本体26和帽体80。The灯泡本体26可由玻璃，塑料(例如，透明的玻璃或塑料)等制成，其包括围成内部空间的壁82。灯泡本体26可以有各种不同的形状和尺寸(例如，梨形(A-19)，圆球形，锥形(泛光灯)，烛形等)，还可以具有如下文所描述的使所安装的LED组件22更具流线型的外观的其他特征。帽体80接合在灯泡本体26上，其外表面90具有螺纹，用于在选择将LED灯具20安装到已有常见的交流灯接口的情况下，通过螺旋方式与标准的交流灯接口连接。有鉴于此，就像传统灯泡通常采用的那样，帽体80可由导电材料(例如，金属)制作，并形成用于正极接触的表面92以及与之绝缘的用于中性接触的表面94 (整体编号)。在一些构造中，灯泡本体26可以形成或界定凹部100，其尺寸与分支62中对应的那一个分支以及相应的臂40/LED28相适配。例如，如图所示5，第一凹部或槽IOOa的尺寸和形状适合于容纳第一分支62a以及相应的第一臂40a和第一灯组46a的LED28 ;第二凹部或槽IOOb的尺寸和形状适合于容纳第二分支62b以及相应的第二臂40b和第二灯组46b的LED28等。作为其他可选方案，灯泡本体26的壁82可以采用更加连贯的形状(例如，可以取消凹部100)和/或设置其他的表面弯曲形状，凹陷，突起等。无论壁82采用什么样的实际形状，灯泡本体26上具有不同的变光结构。例如，如图5所示，灯泡本体26可通过大致划分的一个或多个LED区域110以及一个散射区域112来描述。LED区域110表示灯泡本体26上，在装配好LED28 (图2)以后，LED28紧邻(以及“对准”)的位置，而散射区域112表示灯泡本体26上位于LED区域110以外的表面区域。因此，作为图4的一个实施例，LED区域110与凹部100对应，而散射区域112则位于凹部100以外。可选的，第一变光结构120 (整体编号)位于LED区域110，而第二变光结构122(整体编号)位于散射区域112。变光结构120，122可采用各种不同的形式，例如薄膜，涂层，纤维，表面纹理等；或采用缺少薄膜，涂层，纤维，或表面纹理的形式。更具一般性的，所采用的第一变光结构120以与第二变光结构122不同的方式对光进行改变，可选择第一变光结构120使LED28 (图2)直接发出的光照射到第一变光结构120后产生开尔文暖化变化，并且可选择第二变光结构122对从灯泡本体26射出的光进行扩散。在其他构造中，第一变光结构120也可以扩散光线。在一些实施例中，第一变光结构120以另外的方式应用于壁82，即表现为对壁82的光学/颜色特性的改变；第二变光结构122也可以改变壁82的光学/颜色特性，或可以仅仅表现为缺少某种改变。有鉴于此，图6A是LED灯泡装置20的一部分的简化的剖面图，其中LED灯泡装置20采用了第一变光结构120的一种实施例。为便于参考，图6A中通过示出外表面130，内表面132，以及由灯泡本体26界定的(例如，所包围的)内部区域134来说明壁82。基于上述描述，第一变光结构120位于外表面130紧邻第一灯组44a的LED28的位置(如前所述，当安装第一灯组44a的LED28时，该位置实际上形成或界定了灯泡本体26上的一个LED区域)。第一变光结构120可以是位于外表面130的LED区域110 (S卩，第一变光结构120不延伸到散射区域112)的用于颜色修正的涂层，薄膜，和/或纤维。此外，所使用的涂层，薄膜或纤维还可以再涂覆其他材料或材料的混合物，例如不同大小的晶体的混合物由磷制成的大晶体和由诸如硒化镉和磷化铟等半导体材料制成的纳米晶体。第一变光结构120所使用的涂层，薄膜，或纤维是开尔文修正材料，用来增加LED28发出的光的亮度和/或暖度。例如，所使用的涂层，薄膜，或纤维具有能够影响LED发出的光的暖度的纳米结构或元素。第一变光结构120用于增强，散射，和/或改变LED28发出的光的颜色。在一些实施例中，LED28可以是颜色刺眼的LEDs (例如，6500开尔文的产品)，由第一变光结 构120经由颜色暖化过程增加穿过/射出壁82的光的颜色。有鉴于此，通过将第一变光结构120应用于灯泡本体26，在LED自身封装的过程中进行染色修正的需要大大降低甚至消除。在其他实施例中，第一变光结构120的进行颜色修正的涂层，薄膜，或纤维可在装配到灯泡状结构24 (例如，LED组件22采用晶粒结合柔性基材的结构)之前应用于基底30 (图3)。作为涂层，薄膜，和/或纤维的补充或替代，第一变光结构120可以是或可以包括位于LED区域110的外表面130和/或内表面132的纹理，以增强光的扩散。例如，壁82可以在沿着LED区域110的部分按照光折射图案进行蚀刻或模制。例如，可以在外表面130的LED区域110模制分形图。图6B示出了第一变光结构120的另一种构造。区别在于，按照图6B的实施例，变光结构120类似于前面所描述的任意一种形式，只是位于壁82的内表面132。如前所述，第一变光结构120位于灯泡本体26的LED区域110，因此紧邻位于灯泡本体26的LED区域110的LED28，从而使LED28发出的光直接“对准”第一变光结构120。
在其他实施例中，第一变光结构120嵌在壁82的LED区域110的厚度内(例如，有色玻璃或塑料)。虽然之前描述的第一变光结构120基本上覆盖相应的凹部100的整个面，在其他实施例中，可以设置较小的覆盖范围。例如，LED28可以沿相应的臂40以与如图3所示的相对紧密的封装相比间隔更大的方式进行布置(例如图4A所示)。灯泡本体26进而可以在凹部100 (需要被设置以容纳相应的臂40)的LED区域110形成一系列离散的凹坑或向内的突起，每一个的大小适于容纳相应的LED28。采用这种可选的构造，第一变光结构120可以仅被应用于凹坑(而不必是整个LED区域110)。第一变光结构120按照LED28发出的光的方向设置而不必覆盖整个凹部100。无论第一变光结构120如何应用于灯泡本体26以及应用于灯泡本体26哪里，对于支架34安装在壁82的外表面130上的实施例，第一变光结构120 “覆盖”的表面区域等于或小于相应的支架34的表面区域，大致如图I所不。例如，参见图2和图6A,第一 LED区域IlOa位于第一凹部100a，第一变光结构120的位置与第一分支62a的位置一致，第一变光结构120所覆盖的壁82的区域小于或等于第一分支62a所覆盖的壁82的区域。因此，在最终装配好以后，第一分支62a覆盖位于第一 LED区域IlOa的第一变光结构120。这使得观察LED灯泡装置20的人，从LED灯泡装置20外部，不会在视觉上感知或“看见”第一变光结构120。如上所述，参考图5-图6B，第二变光结构122在某些方面类似于第一变光结构120，可包括用于对光产生影响的涂层，薄膜，或纤维。可选的，第二变光结构122与第一变光结构120不同，通常可用于提供期望的光散射特性。例如，第二变光结构122可以是应用于灯泡本体26 (例如，外表面130或内表面132)除了布置LED28的区域以外的全部外露区域(例如，散射区域112)的“传统”白色涂层或氧化铝。在LED区域110，则设置有第一变光结构120。在其他实施例中，第二变光结构122应用于整个灯泡本体26 (例如，外表面130或内表面132)，而第一变光结构仅应用于LED区域110。与图6A和图6B所示的第一变光结构120的实施例一样，第二变光结构122可设置于或形成于外表面130 (如图6A所示)，内表面132 (如图6B所示)或嵌在壁82的厚度内。在其他实施例中，第二变光结构122表现为壁82没有被设置(或嵌有)某种涂层，薄膜，或纤维；取而代之的是，壁82的材质本身所具有的散射特性用与第一变光结构120不同的方式产生所期望的对光的影响。作为图I和图2的一种实施例，LED28沿灯泡本体26的外表面130 (图6A)设置，当供电时，LED28产生并发出光。在本实施例中，LED28发出的光先是指向内部，经由第一变光结构120穿过灯泡本体的壁82，射入内部区域134 ;然后按照光波的特性，经由第二变光结构122穿过灯泡本体的壁82从内部区域134向外射出，以照亮LED灯具20周围的外部环境。这样，LED28发出的光经过两次散射和/或染色过程(经由第一和第二变光结构120，122)，其效果使得最终射入周围环境的光被“柔和化”、“暖色化”和/或“扩散化”。通过两次散射的影响能够降低LED灯具20的使用者产生如下不适的可能性，即，觉得最终产生的光太刺眼和/或太“冷”，而这对于以前的基于LED的照明装置而言是很常见的。因此，例如，第一变光结构可用于对LED28直接发出的光产生暖化的影响，而第二变光结构122则提供期望的光扩散，使得LED灯泡装置20最终发出的光感觉与传统白炽灯泡发出的“柔和”的白光非常相似。进一步的，当LED灯泡装置20未通电时，第一变光结构120被覆盖而使用者只能“看见”第二变光结构122 ;在一种实施例中，第二变光结构122采用通常应用于白炽灯泡的白色涂层，这样，LED灯泡装置20会看起来与传统的灯泡十分相似。在其他实施例中，第一变光结构120可位于灯泡本体26的底部。虽然结合优选的实施例对本申请进行了详细的描述，本领域的技术人员能够理 解，在不超出本申请原理和范围的情况下，形式和细节均可有所改变。
权利要求
1.一种LED灯泡装置，其特征在于，包括 灯泡本体，所述灯泡本体具有壁，所述壁具有外表面和内表面，并形成开放的内部区域； 帽体，所述帽体安装于所述灯泡本体并具有用于连接电源的表面，所述帽体和灯泡本体结合成灯泡状结构； LED组件，所述LED组件包括多个LED和使得LED相对于灯泡本体固定的支架，从而使发出的光指向所述壁的第一 LED区域； 第一变光结构，位于所述壁的所述LED区域；以及 第二变光结构，位于所述壁的散射区域，所述散射区域位于所述LED区域以外； 其中第一变光结构以与第二变光结构不同的方式对光产生影响。
2.如权利要求I所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一变光结构选自下列类型涂层，薄膜，纤维，以及表面纹理。
3.如权利要求2所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一变光结构设置于所述外表面。
4.如权利要求2所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一变光结构设置于所述内表面。
5.如权利要求2所述的LED灯泡装置，其特征在于，第二变光结构选自下列类型涂层，薄膜，纤维，以及表面纹理，并且不同于第一变光结构。
6.如权利要求2所述的LED灯泡装置，其特征在于，第二变光结构表现为所述壁缺少使用涂层，薄膜，纤维，以及表面纹理。
7.如权利要求I所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一变光结构为呈现第一颜色的涂层，第二变光结构为呈现与第一颜色不同的第二颜色的涂层。
8.如权利要求I所述的LED灯泡装置，其特征在于，所述多个LED包括第一LED，所述支架使得第一 LED相对于所述灯泡本体固定，从而使第一 LED发出的光指向第一变光结构。
9.如权利要求8所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一LED沿所述外表面设置。
10.如权利要求9所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一LED发出的光的指向向内，经由第一变光结构射入到所述内部区域，再经由第二变光结构从所述内部区域射出。
11.如权利要求8所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一LED属于第一组LED，所述多个LED还包括第二组LED，其中第一组LED靠着所述壁设置于第一 LED区域，第二组LED靠着所述壁设置于所述壁的第二 LED区域，第二 LED区域也具有第一变光结构。
12.如权利要求11所述的LED灯泡装置，其特征在于，所述支架包括用于固定第一组LED并覆盖所述LED区域的第一分支，以及用于固定第二组LED并覆盖第二 LED区域的第二分支。
13.如权利要求12所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一变光结构从所述LED灯泡装置的外部不可见。
14.如权利要求8所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一LED未作染色修正。
15.如权利要求14所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一LED采用晶粒结合柔性基材的结构形成。
16.如权利要求8所述的LED灯泡装置，其特征在于，第一LED采用晶粒结合柔性基底的结构形成，第一变光结构是所述柔性基底上附着的起修正作用的染色剂。
全文摘要
一种LED灯泡装置(20)，包括灯泡本体(26)，帽体(80)，LED组件(22)，第一变光结构(120)和第二变光结构(122)。帽体安装于灯泡本体，用于连接电源。LED组件包括多个LED(28)和支架(34)。支架使得LED相对于灯泡本体固定，从而使发出的光指向灯泡本体的壁(82)的LED区域(110)。第一变光结构位于壁的LED区域，而第二变光结构位于壁的散射区域(112)，且散射区域位于LED区域以外。第一变光结构以与第二变光结构不同的方式对光产生影响。所采用的变光结构通过影响或改变LED发出的光来获得所期望的开尔文色温和扩散。
文档编号F21K99/00GK102713407SQ201080056274
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者戴维·W·卡罗尔 申请人:永远灯泡公司