專利名稱：基于led的光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，該發(fā)光器件包括光源，其包括多個(gè)發(fā)光二極管并且具 有光輸出耦合表面；基座；覆蓋所述光源的殼；以及在來自所述光輸出耦合表面的光路中 提供的光散射材料。
背景技術(shù)：
出于環(huán)境考慮，目前正在進(jìn)行將白熾燈取代為節(jié)能熒光燈。這樣的熒光燈得到每 瓦特多約6倍的光并且具有多達(dá)10，000小時(shí)的壽命，這是白熾燈的十倍。近來，也有替代 物通過具體為發(fā)光二極管(LED)的多種固態(tài)解決方案來實(shí)現(xiàn)。LED燈需要比白熾燈少90% 而比節(jié)能熒光燈少50%的能量，并且它可以點(diǎn)燃多達(dá)50，000小時(shí)。LED燈相對于熒光燈的 其它優(yōu)點(diǎn)在于瞬時(shí)接通、有可能調(diào)光以及使用可以作為正常廢料來處置的環(huán)境有好部件， 因?yàn)闊o汞存在。WO 2004/100213公開了一種基于LED的光源，該光源包括光引擎和形狀為標(biāo)準(zhǔn)白 熾燈泡的罩。LED發(fā)出的光由可以在罩的內(nèi)側(cè)涂覆或者在罩內(nèi)包含的波長轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行轉(zhuǎn) 換。然而這一光源的弊端在于光通量的相當(dāng)一部分被引向燈座而在此被吸收，從而造成低 應(yīng)用效率。此外獲得高照度值，這造成高得令人不適的炫目水平。因此在本領(lǐng)域中需要一種改進(jìn)的節(jié)能燈以取代傳統(tǒng)白熾燈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于至少部分地克服用于取代白熾燈的已知基于LED的光源的上 述問題。本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，該發(fā)光器件包括-包括多個(gè)發(fā)光二極管的光源，所述光源具有光輸出耦合表面；-基座；-覆蓋所述光源的殼，所述殼在與經(jīng)過所述基座和所述殼延伸的假想軸橫截的方 向上具有最大直徑2*R，所述殼圍繞該假想軸為對稱；以及-在來自所述光輸出耦合表面的光路中提供的光散射材料，其中所述光輸出耦合表面位于如下位置，在該位置所述殼在與所述假想軸橫截的 方向上具有直徑D并且在與所述假想軸相距距離r內(nèi)，r等于或者小于D/4(r ≤ D/4)。通過將光輸出耦合表面定位于與中心軸相距上述距離內(nèi)，獲得相對于來自光源的 總通量而言在向前方向上(朝向待照射的區(qū)域，也稱為應(yīng)用區(qū)域)就光通量而言的高效率。 另外，通過在來自光輸出耦合表面的光路中布置散射材料，LED的初始極高照度可以由散射 材料變換成適度照度。當(dāng)殼具有與常規(guī)準(zhǔn)球形燈泡(通常包括朝向其基部延伸的更小伸長部分)的形狀 類似的形狀時(shí)，發(fā)光器件產(chǎn)生特別有益的光分布。因此在本發(fā)明的實(shí)施例中，D等于或者小 于2*R、比如范圍為從R/10到2*R。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，光源的光輸出耦合表面的位置與所述基部比與所述殼的遠(yuǎn) 端較近。通過將光輸出耦合表面定位成如上所述接近軸并且也接近燈座，獲得殼的均勻照 射而又限制最大照度，因此防止令人不適的炫目。優(yōu)選地，光輸出耦合表面位于點(diǎn)0，該點(diǎn)在 所述假想軸上位于如下位置，在該位置殼具有其最大直徑，并且所述基座沿著所述假想軸 與0的距離為d，d的范圍為從R/2到4*R、比如范圍為從R/2到2*R或者從R/2到3*R/2。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述多個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出藍(lán)光。另外，光散射材料可以是波長轉(zhuǎn)換材料。在發(fā)光器件中使用波長轉(zhuǎn)換材料實(shí)現(xiàn)具 有期望的譜分布的光的高效產(chǎn)生。例如通過與適當(dāng)波長轉(zhuǎn)換材料組合使用發(fā)出藍(lán)光的光 源，可以獲得白光?？梢栽谒鰵ぶ屑珊?或在殼的表面上提供散射材料。通過在與光 源相距一段距離處布置散射材料，可以降低LED的退化。因此優(yōu)選地最大化或者接近最大 化在光源與光散射材料之間的距離。由于光散射材料一般在它位于殼的內(nèi)側(cè)上時(shí)比位于殼 的外側(cè)上時(shí)受到更好地保護(hù)，所以殼的所述表面優(yōu)選地面向光源。另外，發(fā)光器件可以包括布置成將光引向殼的反射材料。例如，可以在基座上提供 反射材料和/或光源可以包括反射層。反射材料可以通過將光源發(fā)出的光引向波長轉(zhuǎn)換材 料和/或在光輸出方向上導(dǎo)引和/或引向殼來進(jìn)一步提高發(fā)光器件的功效和效率。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光器件的示意圖。圖2示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)光器件的照度分布、強(qiáng)度分布和能
量通量。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1示出了包括光源的發(fā)光器件1，該光源具有光輸出耦合表面2。光源包括多個(gè) 發(fā)光二極管(LED)3。根據(jù)本發(fā)明，光源包括至少兩個(gè)LED。光源可以包括任何常規(guī)LED，例 如藍(lán)色LED (例如藍(lán)色I(xiàn)nGaN LED)。光源可以適合于提供范圍從100至約5，000流明的光 輸出。光輸出耦合表面2可以是多個(gè)LED的光輸出耦合表面。根據(jù)本發(fā)明的光輸出耦合 表面可以是一體式表面，或者它可以由個(gè)別光輸出耦合表面的組合構(gòu)成。例如，光輸出耦合 表面2可以是個(gè)別LED的組合光輸出耦合表面。光輸出耦合表面2也可以是傳導(dǎo)來自多個(gè) LED的光的光導(dǎo)的光輸出耦合表面或者是傳導(dǎo)來自多個(gè)LED的光的多個(gè)光導(dǎo)的組合光輸出 耦合表面。通常，經(jīng)過光輸出耦合表面透射來自多個(gè)發(fā)光二極管的光。發(fā)光器件1還包括基座4。基座4可以是具有愛迪生螺口標(biāo)準(zhǔn)燈帽的圓柱形部分。 標(biāo)準(zhǔn)燈帽的例子包括E10、E12、E14、E26和E27。標(biāo)準(zhǔn)燈帽的另一例子是卡口燈帽。另外，殼5覆蓋光源。殼5為彎曲并且可以例如具有常規(guī)燈泡的形狀，該形狀包括 球形或者準(zhǔn)球形部分和朝向基座延伸的更具圓柱形的伸長部分。然而具有比常規(guī)圓形燈泡 更伸長的尖頭形狀的殼以及實(shí)質(zhì)上圓柱形狀的殼也是可能的。殼可以由任何適當(dāng)材料如聚 合材料制成。殼具有在與經(jīng)過基座4和殼5延伸的假想軸橫截的方向上限定的最大直徑2*R，其中殼5圍繞該軸實(shí)質(zhì)上對稱。在球形殼的情況下，R對應(yīng)于其半徑。光源位于如下位置，在該位置殼5在與假想軸橫截的方向上具有直徑D。直徑D可 以等于或者小于最大直徑2*R，比如范圍從R/10到2*R。另外，光輸出耦合表面2定位于與假想軸相距距離r之內(nèi)，r等于或者小于 D/4(r ^ D/4)。通過將光輸出耦合表面定位于與假想軸相距這一距離之內(nèi)，從光源發(fā)出的 光朝向應(yīng)用區(qū)域高效地分布。如果光輸出耦合表面將定位于與軸相距較大距離(r>D/4) 處，則在光源附近的殼的照度將成比例地增加和偏離期望水平從而變成在視覺上有干擾。 另外，將光輸出耦合表面定位成與軸相距更遠(yuǎn)將使殼前部的方向上的光通量成比例地增加 從而造成降低的應(yīng)用效率。進(jìn)一步參照圖1，光源的光輸出耦合表面2在準(zhǔn)球形殼5的邊緣位于基座4的附 近。光源的光輸出耦合表面2的位置與基座4比與殼的遠(yuǎn)端較近。殼的遠(yuǎn)端是殼的如下部 分，該部分的位置與基座相距最遠(yuǎn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光輸出耦合表面在基座與點(diǎn)0之 間，該點(diǎn)在假想軸上位于如下位置，在該位置所述殼具有其最大直徑并且與0的距離d的范 圍為從R/2到4*R，優(yōu)選為從R/2到2*R并且更優(yōu)選為從R/2到3*R/2。在伸長橢圓型殼的情況下，d通常大于R。當(dāng)d等于或者小于2*R(d<2*R)時(shí)，發(fā) 光器件在向前方向上給出其光的大部分而無損于觀察者的舒適度。然而當(dāng)d大于4*R(d > 4*R)時(shí)，發(fā)光器件的性能將無法令人滿意地在非期望方向上給出光通量的大部分。在球形殼的情況下，特別地優(yōu)選具有d的范圍從R/2到3*R/2。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光源可以包括多LED封裝，該封裝包括多個(gè)LED管芯。出于 本申請的目的，各LED管芯視為單獨(dú)發(fā)光二極管。在圖1中所示實(shí)施例中，在殼5的與光源相向的一側(cè)上(即在殼的內(nèi)側(cè)上)提供 波長轉(zhuǎn)換材料6。在來自光輸出耦合表面的光路中提供波長轉(zhuǎn)換材料。例如波長轉(zhuǎn)換材料 或者任何光散射材料可以布置于光輸出耦合表面2與殼的與光源向背的表面(即殼的外表 面)之間。在本發(fā)明的實(shí)施例中，光輸出耦合表面2和散射材料相互隔開布置。通過增加 在多個(gè)LED與散射材料之間的距離，可以降低由于存在散射材料而引起的LED退化。例如 可以提供波長轉(zhuǎn)換材料作為殼的表面上的涂層，所述表面優(yōu)選地面向光源。通過這樣的布 置，可以最大化或者接近最大化在光輸出耦合表面與波長轉(zhuǎn)換材料之間的距離。取而代之， 散射材料如波長轉(zhuǎn)換材料可以集成于殼中。具體在提供散射材料作為殼上的涂層或者集成于殼中時(shí)如上所述在來自光輸出 耦合表面的光路中布置散射材料如波長轉(zhuǎn)換材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于燈的亮度適度。在基于藍(lán) 色LED的白色發(fā)光器件的情況下，LED的初始極高照度因此可以由波長轉(zhuǎn)換材料變換成適 度照度而無需使用附加擴(kuò)散層。波長轉(zhuǎn)換材料可以吸收光源發(fā)出的部分藍(lán)光并且主要在黃色區(qū)域中重新發(fā)出較 長波長的光，盡管有一些紅色和/或綠色分量。然而波長轉(zhuǎn)換材料可以吸收除了藍(lán)色光的 波長之外的波長的輻射，例如綠光。發(fā)射波長也可以主要地在除了黃光的波長范圍之外的 波長范圍，比如紅光或者微紅光波長范圍。波長轉(zhuǎn)換材料也可以透射光源發(fā)出的部分光。波長轉(zhuǎn)換材料可以包括任何常規(guī)磷材料，比如用于轉(zhuǎn)換藍(lán)光的摻雜的鈰(III)的 YAG (通常稱為 YAG: Ce，YAG: Ce3+ 或者 Y3Al5O12 Ce3+)及其變體。例如，Y3Al5O12: Ce3+ 的至少一 種元素的部分可以由另一元素取代(例如通過用鋱或者釓替換鈰和/或用鎵替換鋁)。用
5于在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件中使用的適當(dāng)波長轉(zhuǎn)換材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。 總而言之，發(fā)光器件可以產(chǎn)生白光。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，可以通過變更波長轉(zhuǎn)換材料的密度來修改發(fā)光 器件的色溫。圖2示出了三個(gè)曲線圖，這些曲線圖分別示意地圖示了與圖1的發(fā)光器件類似的 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件的照度分布、強(qiáng)度分布和能量通量。可見，照度L在整個(gè)球 形殼內(nèi)相當(dāng)均勻，從而殼的最亮點(diǎn)與平均照度之差很小。對應(yīng)的強(qiáng)度分布I = L*A(其中A 為照射表面的面積)在發(fā)光器件的前部具有其最大值并且在側(cè)部逐漸地減弱，因此光通量 Φ,Φ = ￡ΙdΩ ,有約90%引向有益的應(yīng)用區(qū)域。發(fā)光器件因此賦予高功效(流明/瓦特)和高應(yīng) 用效率(朝向應(yīng)用的通量/來自光源的通量)。發(fā)光器件的最亮部位決定其炫目水平。通過與基座接近將光輸出耦合表面定位于 燈泡的準(zhǔn)球形部分的邊緣，使照度在整個(gè)殼上均勻而又限制最大照度。結(jié)果是根據(jù)本發(fā)明 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光器件向觀察者賦予高舒適度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)光器件包括反射材料以便進(jìn)一步增加器件的功效。反射 材料通常被布置成導(dǎo)引在朝向波長轉(zhuǎn)換材料和/或朝向殼的非期望方向上發(fā)出或者散射 的光。例如，光源和/或基座可以具有反射層，比如涂層。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件可以提供獨(dú)立于其色溫的均勻淺黃色光。發(fā)光器件的光分 布使它極適合于普通照明應(yīng)用。因此，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件特別地有利于取代傳統(tǒng)白熾 燈。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件(1)，包括:-包括多個(gè)發(fā)光二極管(3)的光源，所述光源具有光輸出耦合表面(2)； -基座(4)；-覆蓋所述光源的殼(5)，所述殼(5)在與經(jīng)過所述基座(4)和所述殼(5)延伸的假想 軸橫截的方向上具有最大直徑2*R，所述殼(5)圍繞所述假想軸為對稱；以及 _在來自所述光輸出耦合表面(2)的光路中提供的光散射材料(6)； 其中所述光輸出耦合表面(2)位于如下位置，在該位置所述殼(5)在與所述假想軸橫 截的方向上具有直徑D并且在與所述假想軸相距距離r內(nèi)，r彡D/4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件(1)，其中D^ 2*R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的發(fā)光器件，其中D的范圍為從R/10到2*R。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的發(fā)光器件(1)，其中所述光輸出耦合表面(2)的位置 與所述基座(4)比與所述殼(5)的遠(yuǎn)端較近。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的發(fā)光器件(1)，其中點(diǎn)0在所述假想軸上位于如下位 置，在該位置所述殼(5)具有其最大直徑，并且其中所述光輸出耦合表面(2)在0與所述基 座(4)之間沿著所述假想軸位于與0相距距離d處，d的范圍為從R/2到4*R。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其中d的范圍為從R/2到2*R。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件，其中d的范圍為從R/2到3*R/2。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中所述多個(gè)發(fā)光二極管(3)發(fā)出藍(lán)光。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中所述光散射材料(6)是波長轉(zhuǎn)換材料。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中所述光散射材料(6)集成于所述殼 (5)中。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，其中在所述殼(5)的表面上提供所述光 散射材料(6)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光器件，其中所述殼(5)的表面面向所述光源。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的發(fā)光器件，還包括布置成將光引向所述殼的反射材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光器件，其中在所述基座(4)上提供所述反射材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或者14所述的發(fā)光器件，其中所述光源包括反射層。
全文摘要
提供一種發(fā)光器件(1)，該發(fā)光器件包括包括多個(gè)發(fā)光二極管(3)的光源，所述光源具有光輸出耦合表面(2)；基座(4)；覆蓋所述光源的殼(5)，所述殼在與經(jīng)過所述基座和所述殼延伸的假想軸橫截的方向上具有最大直徑2*R，所述殼圍繞該假想軸為對稱；以及在來自所述光輸出耦合表面的光路中提供的光散射材料(6)；其中所述光輸出耦合表面位于如下位置，在該位置所述殼在與所述假想軸橫截的方向上具有直徑D并且在與所述假想軸相距距離r內(nèi)，r小于或者等于D/4。發(fā)光器件相對于來自光源的總通量在向前方向上就光通量而言提供高功效。
文檔編號F21K99/00GK102007337SQ200980113534
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者G·托爾迪尼, P·A·J·霍爾藤, V·法布雷克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司