專利名稱：用于發(fā)光二極管及其構(gòu)成的燈泡分散光并優(yōu)先散射某些波長(zhǎng)的光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，并涉及由LED燈泡替代用于照明的 燈泡。尤其是，它涉及優(yōu)先散射LED生成的某些波長(zhǎng)的光線并分散LED 生成的光線以與白熾燈泡的顏色愈加匹配，或者涉及優(yōu)選散射用在替代燈 泡中的LED的某些波長(zhǎng)的光線并分散用在替代燈泡中的LED的光線以與 #皮代替的燈泡光線的光色和空間分布^t式相匹配。
背景技術(shù)：
由半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成的LED，由電流流過該結(jié)引起發(fā)光。乍一看，好像 LED應(yīng)當(dāng)能夠?qū)鹘y(tǒng)的鴒絲白熾燈做極好的替代。在等量功率上，它們 給出比白熾燈多得多的光輸出，同樣地，它們使用少得多的功率發(fā)出等 量的光；而且它們的使用壽命是更大數(shù)量級(jí)的，即1-10萬小時(shí)vs.l-2 千小時(shí)。
然而，LED以及由LED構(gòu)成的燈泡有色彩問題。典型使用在燈泡中的 "白色"LED,現(xiàn)今是由兩種工藝之一制成的。在更通用的工藝中，發(fā)藍(lán) 光LED覆蓋有塑料罩，該塑料罩可能有其他光學(xué)屬性，用熒光粉在其上形 成涂層吸收藍(lán)色光并重發(fā)其他波長(zhǎng)上的光。LED制造商的研究主要致力于 設(shè)計(jì)更好的熒光粉，因?yàn)槟壳耙阎臒晒夥劢o出相當(dāng)拙劣的色彩再現(xiàn)。
4另外，這些熒光粉如果被太多光線超驅(qū)的話將會(huì)飽和，使藍(lán)色通過并發(fā)
出被過激的白色LED特有的藍(lán)顏色。
熒光粉工藝的再一個(gè)問題是吸收和重發(fā)的量子效率小于1,以致于 LED光輸出中的一些作為熱能損失掉，降低了 LED的量子效率，并且加 重了它的散熱問題。
現(xiàn)今用來制作"白色"LED的另一工藝是使用三個(gè)(或更多)LED, 典型為紅色、藍(lán)色和綠色(RGB)，互相足夠靠近地放置以近似想要的任 一種顏色的單一光源。這種工藝的問題在于LED使用時(shí)間不同，顏色就 不同，以致于產(chǎn)生的實(shí)際顏色隨著^f吏用時(shí)間而改變。得到"白色LED"的 附加方法是在藍(lán)色或其他顏色LED外圍使用有顏色的罩，該藍(lán)色或其他 顏色的LED比如由JKL Lamps皿制成。然而，與之相伴的是相當(dāng)大的光 損失。LED燈泡與它們使用的LED有同樣的問題，而且還受累于LED是 點(diǎn)光源這個(gè)問題。試圖由燈泡做色彩調(diào)節(jié)導(dǎo)致進(jìn)一步地光強(qiáng)損失。
進(jìn)一步來說，應(yīng)該漫射LED燈泡的光輸出，以便在其表面上方有光 線近似均勻地發(fā)出，與白熾燈泡發(fā)光達(dá)到某個(gè)近似水平。過去，LED具 有添加在它們外殼或主體上的漫射物將LED發(fā)出的光線展開。另一個(gè)方 法是使LED外封裝表面粗糙。這些方法沒有一個(gè)實(shí)現(xiàn)LED燈泡的光線均 勻分布，而且可能降低發(fā)光效率。實(shí)現(xiàn)近似的角向均勻性的方法還伴隨 著部分吸收性過程，進(jìn)一步降低發(fā)光效率。另外，RGB(紅、綠、藍(lán))系 統(tǒng)可能難以將它們的光線在所有角度上充分地混到 一起。
這個(gè)發(fā)明的目的是開發(fā)一種構(gòu)建LED發(fā)出的光線的裝置以及比目前 可用的LED燈泡更接近白熾燈的LED燈泡，幾乎沒有或者完全沒有光強(qiáng) 損失。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)外殼通常用來托住熒光粉，這種 熒光粉將LED管芯發(fā)出的藍(lán)色光轉(zhuǎn)換成"白色"光，該至少一個(gè)外殼包 含多個(gè)大小是LED光線主波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)的粒子，這些粒子瑞利散射該光線，導(dǎo)致紅色優(yōu)先散射。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該至少一 個(gè)外殼 既有熒光粉又有瑞利散射物質(zhì)。
這個(gè)發(fā)明的又一個(gè)目的是開發(fā)一種構(gòu)建LED燈泡發(fā)出的光線的裝 置，比^f吏用目前可用方法的得到的LED燈泡更接近白熾燈的顏色，幾乎 沒有或者完全沒有光強(qiáng)損失。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，該燈泡包含多個(gè) 大小是LED光線主波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)的粒子，這些粒子瑞利散射該光線，導(dǎo)致 紅色優(yōu)先散射。在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，該燈泡的至少一個(gè)外殼只有 瑞利散射物質(zhì)。
這個(gè)發(fā)明還有一個(gè)目的是開發(fā)一種在LED燈泡表面上方近似均勻地 分散光線的裝置，幾乎沒有或者完全沒有光強(qiáng)損失。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施 例中，該燈泡包含尺寸是LED光線主波長(zhǎng)或混色系統(tǒng)中多個(gè)LED的波長(zhǎng) 的一到幾倍的粒子，這些粒子米氏散射該光線，導(dǎo)致該光線在燈泡表面 上方近似均勻地分散。在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施中，該燈泡的至少一個(gè)外殼 只有米氏散射物質(zhì)。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該方法包括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通 過在該LED燈泡的至少一個(gè)外殼中分布眾多粒子來分散該至少一個(gè)LED 發(fā)出的光線，該眾多粒子的大小是該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線的主波長(zhǎng) 或混色系統(tǒng)中多個(gè)LED的波長(zhǎng)的一到幾倍。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例， 一種構(gòu)建LED燈泡中的光線的方法，該LED燈 泡比"f吏用目前可用的方法得到的LED燈泡更接近白熾燈的顏色，該方法 包括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通過將眾多粒子分散在該LED燈 泡的外殼中來優(yōu)先散射該至少一個(gè)LED發(fā)出的紅光，該眾多粒子的大小 是該至少 一 個(gè)LED發(fā)出的光線的主波長(zhǎng)或混色系統(tǒng)中多個(gè)LED的波長(zhǎng)的 分?jǐn)?shù)。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例， 一種分散LED燈泡中的光線的方法，該方法包 括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通過在LED燈泡中分布眾多粒子來 散射該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線，該眾多粒子的大小是該至少一個(gè)LED 發(fā)出的光線的主波長(zhǎng)或混色系統(tǒng)中多個(gè)LED的波長(zhǎng)的 一到幾倍。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例， 一種優(yōu)先分散LED燈泡中的光線的方法，該方 法包括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通過在LED燈泡中分布眾多粒子 來散射該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線，該眾多粒子的大小是該至少一個(gè) LED發(fā)出的光線的主波長(zhǎng)或混色系統(tǒng)中多個(gè)LED的波長(zhǎng)的 一到幾倍。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例， 一種LED包括LED管芯、封裝或部分封裝該管 芯并且有眾多粒子分散其中的外殼、而且其中該眾多粒子的大小適于分 散并/或優(yōu)先散射從該LED發(fā)射的該波長(zhǎng)的光線。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例， 一種LED燈泡包括具有至少一個(gè)外殼的燈泡、 在該至少一個(gè)外殼中或在該燈泡中分散有眾多粒子；在所述燈泡里邊或 光耦合到所述燈泡上的至少一個(gè)LED;而且其中所述眾多粒子為這樣的 大小以分散并/或優(yōu)先散射從該至少一個(gè)LED發(fā)射的該波長(zhǎng)的光線。


將所附的圖形加進(jìn)來以提供對(duì)該發(fā)明的進(jìn)一步理解，而且并入并 構(gòu)成這個(gè)說明書的 一部分。這些圖形圖示說明該發(fā)明的實(shí)施例而且跟說 明書一起用于解釋該發(fā)明的原理。在這些圖形中，
圖1是從LED發(fā)射的光線的橫截面視圖，該光線具有來自亞波長(zhǎng)粒子 的瑞利(rayleigh)散射。
圖2是從LED發(fā)射的光線的橫截面視圖，該光線具有來自超波長(zhǎng)粒子 的米氏(Mie)散射。
圖3是一種LED燈泡的橫截面視圖，示出嵌入燈泡中的LED,而且 該燈泡及其外殼既包含瑞利散射物質(zhì)又包含米氏散射物質(zhì)。
圖4是一種LED的橫截面視圖，示出嵌入塑料中的LED管芯，而且 該塑料及其外殼既包含瑞利散射物質(zhì)又包含米氏散射物質(zhì)。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其示例在所附圖形中圖示說 明。在任何可能的地方，在圖形和說明書中^f吏用的相同的附圖標(biāo)記是指 相同或類似的部件。根據(jù)這些設(shè)計(jì)特征，下面給出對(duì)每個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的詳 細(xì)描述。
圖1示出從LED發(fā)射的光線的橫截面視圖，根據(jù)第一實(shí)施例該光線由 亞波長(zhǎng)粒子20瑞利散射。如圖1所示，典型的是入射光線10將會(huì)包括眾 多波長(zhǎng)成分，其中包括基于LED內(nèi)使用的發(fā)光材料(未示出)的波長(zhǎng)50。 例如，在典型的LED發(fā)射光語中，從LED發(fā)射的對(duì)應(yīng)于藍(lán)顏色的波長(zhǎng)50 近似為430納米。如圖1所示，入射光10撞擊到一組或眾多^^分散的具 有有效直徑60的4立子20上。有效直徑60優(yōu)選為主波長(zhǎng)50的分?jǐn)?shù)，為入 射光10的瑞利反射構(gòu)建條件。例如， 一組被分散的粒子20可以是80納 米的氧化鋁粒子?？衫斫獾氖强梢允褂闷渌线m的粒子，它們的有效直徑 60為發(fā)射光源或LED的波長(zhǎng)50的分?jǐn)?shù)而且構(gòu)建瑞利散射。可理解的是粒 子無需為球形，也無需近似球形，可以使用其他形狀比如圓盤形或長(zhǎng)桿形 的粒子。如圖l所示，短波成分3(H皮粒子20散射，而具有長(zhǎng)波成分的發(fā) 射光線40基本上不受影響。因而發(fā)射光線40相對(duì)入射光線IO在紅顏色 上加強(qiáng)了，而沒有顯著影響光強(qiáng)度。
圖2示出從LED發(fā)射的光線的橫截面視圖，根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例該光線 具有來自眾多超波長(zhǎng)粒子70并對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)80等量散射的米氏^:射。典型 的是入射光線IO將會(huì)包括眾多波長(zhǎng)成分，其中包括基于LED內(nèi)使用的發(fā) 光材料(未示出)的波長(zhǎng)50。例如，在典型的LED發(fā)射光譜中，從LED 發(fā)射的對(duì)應(yīng)于藍(lán)顏色的波長(zhǎng)50近似為430納米。如圖2所示，入射光IO 撞擊到一組或眾多^皮分散的具有有效直徑90的粒子70上。其中有效直徑 90比LED發(fā)射的光線的主波長(zhǎng)50大。^皮分散的粒子70的有效直徑90優(yōu) 選為大小M光源的主波長(zhǎng)50的一到幾倍。例如，對(duì)于一種產(chǎn)生藍(lán)色光 的LED, —組,皮分散的粒子70可以是直徑近似為1.1微米的氫氧化鋁?？?理解的是可以使用任何合適的粒子，它們的有效直徑90比發(fā)射光源或LED 的主波長(zhǎng)50大而且構(gòu)建米氏^t射?？衫斫獾氖橇Ｗ訜o需為球形，也無需 近似球形，可以使用其他形狀比如圓盤形或長(zhǎng)桿形的粒子。這構(gòu)建起入射光10的米氏反射條件，其中入射波長(zhǎng)50中每一個(gè)都散射成出射波長(zhǎng)80。 因而發(fā)射光線40或出射波長(zhǎng)80相對(duì)入射光線10在方向上分散，而沒有 顯著影響光強(qiáng)度。
圖3示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例具有LED燈泡110的瑞利和米氏散射系統(tǒng) 100的4黃截面視圖，LED120嵌入燈泡110中。燈泡110包括嵌入燈泡110 的內(nèi)部130的LED120而且具有外表面或外殼140。 LED燈泡110將至少 一個(gè)LED120包含其內(nèi)，所述的LED120在發(fā)光。如圖3所示，燈泡110 的內(nèi)部130和外殼140包含一組被分散的粒子20、 70，以根據(jù)瑞利和米氏 散射產(chǎn)生對(duì)LED120產(chǎn)生的光線的散射，但是從LED120發(fā)射的光線可能 包含幾個(gè)波長(zhǎng)，由于當(dāng)前LED技術(shù)所限而被加強(qiáng)了，這是不希望發(fā)生的。 為了優(yōu)先散射從LED120發(fā)射的光線，燈泡外殼140以及燈泡110的主體 或內(nèi)部130都包含^皮分散的一組粒子20、 70，大小既對(duì)應(yīng)于瑞利散射20 又對(duì)應(yīng)于米氏散射70的波長(zhǎng)。就產(chǎn)生藍(lán)色光的LED120來說， 一組^皮分散 的粒子20、 70產(chǎn)生的光線，比從LED120發(fā)射的光線更像白熾燈光線(即 看上去不像藍(lán)色)，還有比LED120的光發(fā)射角更分散而情況相反也可以。 可理解的是燈泡110可以有不只一個(gè)外殼140，而且外殼140中的一個(gè)或 多個(gè)或者內(nèi)部130可以包含被分散的粒子20、 70,這些粒子產(chǎn)生瑞利和/ 或米氏散射。
圖4示出LED200的4黃截面視圖，示出根據(jù)另一實(shí)施例嵌入塑料230 中的LED管芯220。 LED管芯220嵌入塑料230或內(nèi)部232并且包括外殼 240。塑料230和外殼240每個(gè)都將眾多被分散的粒子20、 70包含其中。 眾多被分散的粒子20、70每個(gè)都有有效直徑以產(chǎn)生對(duì)LED200所產(chǎn)生的光 線的瑞利和米氏散射。如圖4所示，LED200將至少一個(gè)LED管芯220包 含其內(nèi)，LED管芯220發(fā)射具有一組被限定的波長(zhǎng)的光源。典型的是，LED 管芯200和相應(yīng)的光源將會(huì)包^i午多波長(zhǎng)，但是由于當(dāng)前技術(shù)所限在藍(lán)色 和紫外線上加強(qiáng)，這是不希望發(fā)生的。典型的是用熒光粉在LED外殼240 上形成涂層將光線中的一些轉(zhuǎn)換到更低頻率上，使光線顏色更接近白熾燈 的光線，但還是有不希望發(fā)生的藍(lán)色上的加強(qiáng)。在LED200、外殼240和 LED的主體230中都包含被分軟的粒子20、 70,每個(gè)都有有效直徑60、90以產(chǎn)生對(duì)該光源的瑞利和米氏散射。結(jié)果是LED200發(fā)出的光線藍(lán)色減 少并且比管芯220發(fā)射的光線更像白熾燈的光線，還有比LED管芯220 的光發(fā)射角更分散而情況相反也可以。添加被分散的粒子20、 70可以作 為熒光粉和通常添加到LED200上的光學(xué)器件的補(bǔ)充。
不脫離該發(fā)明的范圍或精神。有鑒于上述內(nèi)容，其意圖在于本發(fā)明覆蓋所 提供的這個(gè)發(fā)明的各種更改和變型，它們落入隨后的權(quán)利要求及其同等物 的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種優(yōu)先散射LED中某些波長(zhǎng)的光線的方法，該方法包括從LED管芯發(fā)射光線；并且通過在該LED的至少一個(gè)外殼或主體中分散眾多粒子來散射該LED管芯發(fā)出的光線，這些粒子的大小是該LED管芯發(fā)出的光線的至少一個(gè)主波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該散射是瑞利散射。
3. —種優(yōu)先散射LED燈泡中某些波長(zhǎng)的光線的方法，該方法包括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通過在該LED燈泡的至少一個(gè)外殼中分散眾多粒子來散射該LED發(fā)出的光線，這些粒子的大小是該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線的至少一個(gè)主波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中該散射是瑞利散射。
5. —種優(yōu)先散射LED燈泡中某些波長(zhǎng)的光線的方法，該方法包括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通過在LED燈泡中分散眾多粒子來散射該LED發(fā)出的光線，這些粒子的大小是該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線的至少一個(gè)主波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該散射是瑞利散射。
7. —種分射LED燈泡中的光線的方法，該方法包括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通過在LED燈泡中分布眾多粒子來散射該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線，這些粒子的大小是該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線的一個(gè)主波長(zhǎng)的一到幾倍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該散射是米氏散射。
9. 一種分射LED燈泡中的光線的方法，該方法包括從至少一個(gè)LED發(fā)射光線；并且通過在該LED燈泡的至少一個(gè)外殼中分布眾多粒子來散射該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線，這些粒子的大小是該至少一個(gè)LED發(fā)出的光線的一個(gè)主波長(zhǎng)的一到幾倍。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該散射是米氏散射。
11. 一種LED，包4舌LED管芯；至少一個(gè)封裝或部分封裝該管芯而且有眾多粒子分散其中的外殼，而且其中該眾多粒子的大小適于分散從該LED發(fā)射的光線并/或優(yōu)先散射從該LED發(fā)射的某些波長(zhǎng)的光線。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的LED,其中該眾多粒子包括的粒子的大小適于通過瑞利散射優(yōu)先散射從該LED發(fā)射的紅色光。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的LED,其中該眾多粒子包括的粒子的大小適于通過米氏散射分散從該LED發(fā)射的光線。
14. 一種LED燈泡，包括具有至少一個(gè)外殼的燈泡，該外殼有眾多粒子分散其中；在所述燈泡里邊或光津禹合到所述燈泡上的至少一個(gè)LED;并且其中所述眾多粒子的大小適于^L從該至少一個(gè)LED發(fā)射的光線并/或優(yōu)先散射從該至少一個(gè)LED發(fā)射的某些波長(zhǎng)的光線。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED燈泡，其中該眾多粒子包括的粒子的大小適于通過瑞利散射優(yōu)先散射從該至少一個(gè)LED發(fā)射的某些波長(zhǎng)的光線。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED燈泡，其中該眾多粒子包括的粒子的大小適于通過米氏散射分散從該至少一個(gè)LED發(fā)射的光線。
全文摘要
一種優(yōu)先散射LED或LED燈泡中某些波長(zhǎng)的光線和/或分散LED或LED燈泡中的光線的方法。該方法包括從至少一個(gè)LED管芯發(fā)射光線，并且通過在該LED外殼或在LED燈泡或在LED燈泡的至少一個(gè)外殼中分散眾多粒子來散射該至少一個(gè)LED管芯發(fā)出的光線，這些粒子的大小是該至少一個(gè)LED管芯發(fā)出的光線的至少一個(gè)主波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)。作為另一選擇，該方法包括從至少一個(gè)LED管芯發(fā)射光線，并且通過在該LED燈泡的外殼或主體中分布眾多粒子來散射該至少一個(gè)LED管芯發(fā)出的光線，這些粒子的大小是該LED發(fā)出的光線的一個(gè)主波長(zhǎng)的一到幾倍。
文檔編號(hào)H01J1/62GK101484964SQ200780015303
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月2日
發(fā)明者卡羅爾·蘭克, 羅納德·J·蘭克 申請(qǐng)人:舒伯布爾斯公司