专利名称：大角度发光的全向led灯泡的制作方法
大角度发光的全向LED灯泡
技术领域：
本发明通常涉及LED灯泡，特别涉及使用多个LED和反射光学以产生大角度照明范围的LED灯泡。
背景技木基于节能和环保的考虑，几乎每个发达区域如北美、欧洲、日本和台湾都计划日后停止销售白炽灯泡。因此，LED照明已经成为家庭使用和商业使用的ー个首选替代选择。预期2013年市场销量将会达到30亿美元。由于这些市场力量和不同国家的国家标准或方针的实施，LED光源制造商需要开发出ー种大角度照明范围的LED灯泡，以取代传统的球泡白炽灯，如45W到60W的“爱迪生式”灯泡。因此需要有一种有效的光图案转换，从小角度发光光源如LED转换成到大角度光強度分布，而用于照明组件需要的全向照明。
发明内容本发明提供一种全向照明组件结构，从小角度发光光源转换成到大角度光強度分布，从而产生有效的光图案。在一个实施例中，大角度发光LED组件包括热传导基板。在基板表面上有至少两个发光二极管(LED)。至少ー个LED位于基板中央区域内的ー个预定位置上，而其他周围LED则围绕着该中央LED。ー个中空的光分散部件位于热传导基板之上。该部件第一端上的第一开ロ靠近基板，第二端上的第二开ロ比第一开ロ大。第一开ロ围住中央LED，而至少ー个LED位于第一开ロ之外。中空光分散部件的ー个或多个内表面将中央LED发出的光反射，使之从第二开ロ出去。中空光分散部件的外表面反射周围LED发出的光，使之朝向中空光分散部件第二开ロ之下的区域。如此，使用多个LED形成大角度发光图案，从而适用于替代传统灯泡。
图I是本发明的大角度发光LED组件的概观图。图2A是中空光分散部件和图I组件的LED排列的俯视图；图2B是另ー种结构，其中多于ー个的LED位于中空光分散部件之内。图3显示图I组件的中空光分散部件内表面的功能。图4显示图I组件的中空光分散部件外表面的功能。图5显示具有散热翅片的中空光分散部件。图6A显示凹形的中空光分散部件。
图6B显示图6A部件的中央LED和周围LED发出光线的反射方向。图7显示有凹面和斜面的中空光分散部件，以及表面的反射。
图8显示有长方形横截面底部的凹形中空光分散部件。图9显示本发明的中 空光分散部件的示例性横截面形状。图10显示发光元件有一球状部分，荧光粒子和散射粒子的混合物位于光分散部件上。
具体实施方式
本发明提供一种全向照明组件结构，从小角度发光光源转换成到大角度光強度分布，从而产生有效的光图案。如附图详细描述，图I是本发明照明组件的概观图。LED灯泡10是ー个用于替代传统白炽灯泡的全向LED照明元件的示例性外观。灯泡10包括一外壳20，其有上半部分22和下半部分24。外壳20是透明的或半透明的；可以在外壳20的内表面或外表面上涂上散射材料，或者散射材料形成在外壳20的材料里。LED灯泡外还包括热沉部分30和电源/LED驱动器接触部分40，显示为传统的螺纹接头。在灯泡10内，热传导基板50上支撑有发光二极管(LED)阵列60。可选地,热传导基板50上有光学反射表面。在一个示例的实施例中，ー个中央LED 60D周围围绕有ー个或多个周围LED 60E。LED可以有各种排列，比如多个中央LED和多个周围LED。为了得到ー个大角度照射范围并具有更均勻发光图案(light emissionpattern)的照明装置，ー个中空的光分散部件70放置在LED阵列60上。ー个或多个中央LED位于该中空的光分散部件70内部，一个或多个周围LED位于该中空的光分散部件70的外部。图2A是该中空部件70置于LED阵列60之上的俯视图。在此布置中，只有ー个LED60D位于中空光分散部件70内；图2B显示另ー个布置，其中有多于ー个的LED60D置于中空光分散部件70内(即在第一开ロ 71内)。LED 60E置于该中空光分散部件70的外国，部分或全部置于第二开ロ 76投射在基板上的投影之内，取决于最終照明组件的整个发光特征。该中空光分散部件的各种发光特征和该中空光分散部件的各种结构将在以下參照图3到图9进行解释。如图3，中空光分散部件70包括第一开ロ 71，其靠近LED阵列60放置。光线从光分散部件的较大的第二开ロ 76发出。来自中央LED60D的光进入第一开ロ 71，然后被中空光分散部件下半部分的内表面72反射，和/或又被上半部分的内表面74反射。这些表面是光学可反射的。注意只显示了一部分的光线和内表面的交互。一些光线可能不会由内表面反射，而ー些光线可能被该中空部件不同部分的内表面反射一次或多次。而且，注意该中空部件可以有各种形状，取决于所选择的阵列中LED的数量和发光图案，并取决于整个装置的期望的发光特征。在图3的实施例中，下半部分内表面是凹面，而上半部分的表面只是稍微凹的。但是，任何部分表面可以是平的、凸的、或凹的，取决于期望的发射和发光特征。在图3显示的特别实施例中，标记为Al和A2的表面将来自中央LED的发光图案，在该中空部件的出口 76处转换成大角度范围的光分布。图4显示中空光分散部件70外表面的反射特征。在图4中，周围LED 60E发出的光被外表面77 (也标记为B2)反射。尽管在图4里没有显示，但是还是有光线会被表面BI反射。全部外表面都是光学反射的，其有选择的曲度，以使表面BI和B2能将来自周围LED60E的光，控制在该反射器“之下”区域的方位角方向。也就是说，和从开ロ 76出去的光相比，从表面BI和B2反射的光将从灯泡10的侧面和下部区域出去，以得到期望的全向发光图案。其对应半透明外壳20的下半部分24，而从开ロ 76出去的光则会从半透明外壳20的上半部分22出去。为了进一步增强灯泡10的发光，该中空光分散部件可以包括可选的延伸部分80，如图5所示。延伸部分80可以是翅片(fin)形状，具有反射表面，其能进ー步反射从周围LED 60E发出的光。该翅片可以有ー个选择的曲度，以使其能将从周围LED 60E发出的光精确控制在该中空部件之下的圆周方向。在图5的结构中，两个翅片成180度角布置。但是，可以选择更多的或更少的翅片，以其他角度间隔开(如3个翅片成120度角间隔)。该中空光分散部件的其他构造如图6 9显示。在图6A和6B中，内表面是凸的，而外表面是凹的。结果中央和周围LED的光反射如图6B所不。内表面C可以和外表面D一祥，反射光线到上部区域。
在图7中，中空光分散部件的外表面包括至少ー个凹部分和至少ー个倾斜部分。内表面轮廓可以和外表面轮廓一祥。该中空光分散部件的表面是镜面反射的或扩散反射的，或者两种反射组合。图7还显示了从内部LED 60D发出的光在被内表面反射后可能的光路径，从外部LED 60E发出的光向下反射以增加整个照明元件的全向的亮度。在图8的构造中，中空光分散部件的横截面79是长方形的。图9显示其他形状的横截面，当然该中空光分散部件的横截面可以是任意期望的形状。对于灯泡10来说，中空光分散部件70除了具有反射光线的功能，还可以有其他功能。例如，如果部件70由热传导材料制成，就可以作为一个散热元件。热传导材料包括金属材料和陶瓷材料及其组合。部件70可以与热传导基板50和/或散热部分30热连接，使得LED产生的热量被传导和热辐射到周围环境中去。为了进一步增强热辐射能力，两个翅片互相间隔开180度，使热辐射表面最大化。这样，LED的温度就可以保持在较低的运行范围内，确保较高的发光效率和较长的LED寿命。在另ー个可选实施例中，该中空光分散部件70可以作为信号收发器。在此实施例，该中空部件70被制成绝缘体，如陶瓷材料，然后ー个天线图案被置于内表面和/或内表面。放置的天线图案可以用做无线照明控制信号接收器和/或发射器，其与照明控制器(遥控器或电脑或其他无线设备)连接。该天线与一信号转换器电连接，用于控制灯泡依照接收信号而运行，如控制亮度或开/关。使用本发明的中空光分散部件，为了进一步增强照明装置的发光特征，在LED灯泡10内可以包括一个几乎透明的球状部分90，其包含ー种或几种材料，使光散射，改变光的顔色等等，这取决于该照明组件的最終使用效果。球状部分90包含硅树脂、环氧树脂或其他透明的有机或无机材料。參见图10，在球状部分90内或在其上的可选的粒子26使得光线散射；该粒子可以是任何散射粒子，如氧化物、聚合物等等，其也可以形成在球状部分90的材料内。粒子28是可选的荧光粉；例如，如果LED发出蓝光，那么就使用黄色荧光粉以产生更赏心悦目的顔色，如模拟白炽灯的发光。可以使用其他改变颜色的材料来代替荧光粒子28，多种不同顔色的改变颜色粒子可以置于球状部分90内或置于其上。请注意，也可以使用能发出不同顔色的改变颜色材料的混合物。当光线穿过球状部分90，从ー个或多个LED发出光的光谱是从发出光的第一光谱转换成第二光谱，第二光谱可以包括发出光和转换光。在此描述的光谱可以是连续或不连续波长。例如，当LED阵列60包括多个发出不同颜色光的LED时，第一发出光光谱就有一些不连续波长。或者，如果所有LED都发出同顔色的光，那么第一光谱就是连续的。类似地，从球状部分90出来的第二光谱也可以有连续的或不连续的波长，取决于最初发出光的光谱和选择用于球状部分90的改变颜色粒子的数量和顔色。因此，第一光谱归因于刚发出的光，而第二光谱则归因于穿过该球状部分并碰到改变颜色材料之后的发出光和/或转换光。以上已经概述了本发明的特征和技术优势。本领域技术人员容易理解，可以在此披露的概念和特定实施例的基础上，而改变或设计其他结构，达到和本发明相同的目的。本 领域技术人员也容易理解，这些等同结构并不会脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.ー种大角度发光范围的LED组件，包括 热传导基板； 至少两个发光二极管LED，其置于所述热传导基板的ー个表面上，其中至少ー个LED位于所述表面的中央区域内ー个预定位置上，而其他LED围绕所述中央LED ； 中空光分散部件，其第一端上的第一开ロ靠近所述基板，第二端上的第二开ロ大于所述第一开ロ，所述中空光分散部件置于所述热传导基板上，其中所述第一开ロ包围住所述中央LED，至少ー个LED位于所述第一开ロ之外，所述中空光分散部件使得从所述中央LED发出的至少一部分光被所述中空光分散部件的ー个或多个内表面反射，并从所述第二开ロ出去，所述中空光分散部件的外表面用来将来自所述围绕中央LED的周围LED的至少一部分光反射到所述中空光分散部件的第二开ロ之下的区域。
2.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件的内表面是连续的凸面，朝向所述中央LED。
3.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件的内表面由ー个凸面和ー个凹面组成。
4.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件的内表面由ー个凸面和ー个斜面组成。
5.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件的外表面是连续的凹面，朝向所述周围LED。
6.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件,其中所述中空光分散部件的外表面包括至少ー个凹面和ー个斜面，朝向所述周围LED。
7.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件的外表面包括ー个垂直面和ー个凹面，朝向所述周围LED。
8.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述热传导基板有一光学反射面。
9.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件由金属、金属合金、陶瓷、或其组合组成，通过热辐射将热量从所述组件散出。
10.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件由陶瓷材料组成，有一个或多个天线图案在内表面或外表面上。
11 如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述中空光分散部件外表面包括至少ー个凹面朝向所述周围LED和至少两个垂直面，其从所述凹面延伸出来并位于所述周围LED之间。
12.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，其中所述部分周围LED或全部周围LED位于由中空光分散部件第二开ロ投射在所述基板表面上的投影所定义的区域内。
13.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，还包括一球状部件，其置于所述传导基板上，围住所述LED和所述中空光分散部件，所述球状部件包括光散射材料，光散射材料位于所述球状部件之内或之上，以进ー步扩散LED发出的光。
14.如权利要求I所述的大角度发光范围的LED组件，还包括一球状部件，其置于所述传导基板上，围住所述LED和所述中空光分散部件，所述球状部件还包括光谱转换材料，光谱转换材料位于所述球状部件之内或之上，以将LED发出的光从第一光谱转换成第二光谱。
15.ー种大角度发光范围的发光灯，包括热传导基板，其有第一表面和第二表面； LED阵列，其包括至少ー个或多个第一中央LED和ー个或多个第二周围LED，所述第二周围LED围绕所述第一 LED，其都位于所述基板的第一表面上； 中空光分散部件，其第一开ロ靠近所述第一表面，所述ー个或多个第一 LED位于第一开ロ之内，其较大的第二开ロ延伸至所述中空光分散部件的出口处；所述中空光分散部件还包括至少ー个内表面和至少ー个外表面，所述内表面确定所述ー个或多个第一中央LED产生的光分布，使得至少一部分来自所述ー个或多个第一中央LED的光被反射朝向所述较大的第二开ロ，所述外表面确定所述ー个或多个第二周围LED产生的光分布，使得至少ー部分来自所述ー个或多个第二周围LED的光被反射朝向所述中空光分散部件之下的周围区域； 透明的或半透明的外壳，其有一预定的形状，罩住所述中空光分散部件、基板和LED，和 散热部件，其支撑所述热传导基板和所述半透明外売。
16.如权利要求15所述的发光灯，其中所述外壳形状是球形、椭球形、立方形、圆柱形或锥形。
全文摘要
本发明提供一种全向照明组件结构，从小角度发光光源转换成到大角度光强度分布，从而产生有效的光图案。热传导基板包括LED阵列，其中有至少一个中央LED和至少一个周围LED。中空光分散部件位于LED阵列之上；中央LED位于中空部件内，而周围LED位于其之外。中央LED发出的光被中空部件的内表面反射，并从上部开口出去。外表面将来自周围LED的光反射到上部开口之下的区域内。如此，使用多个LED以形成大角度发光图案，适用于替代传统的灯泡。
文档编号F21S2/00GK102661495SQ20121010098
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年9月23日
发明者吴恩柏, 周莉, 胡启钊 申请人:香港应用科技研究院有限公司