專利名稱：固態(tài)光源燈泡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般性涉及固態(tài)照明。具體而言，本發(fā)明涉及采用固態(tài)光(SSL)源、非接觸式熒光體和散熱器的燈泡。
背景技術：
固態(tài)光(SSL)發(fā)光器件(包括具有發(fā)光二極管(LED)的固態(tài)燈)極其有用，因為它們相對于常規(guī)白熾燈和熒光燈具有提供較低的制造成本和長期耐久性益處的潛力。由于其工作(燃燒)時間長和功耗低，所以固態(tài)發(fā)光器件經(jīng)常提供功能成本益處，即使其初始成本高于常規(guī)燈的成本時也是如此。因為可以使用大規(guī)模半導體制造技術，所以可以以極低成本生產(chǎn)許多固態(tài)燈。除了諸如家庭和消費者用具的指示燈、視聽設備、通信裝置和機動車儀表標志的應用之外，LED在戶內(nèi)和戶外的信息顯示方面也已經(jīng)找到了大量應用。隨著發(fā)射藍色或紫外(UV)光的高效LED的發(fā)展，通過熒光體將LED的初級發(fā)射的一部分轉(zhuǎn)換成較長波長來生產(chǎn)產(chǎn)生白光的LED已變得可行。將LED的初級發(fā)射轉(zhuǎn)換成較長波長通常稱為初級發(fā)射的下轉(zhuǎn)換(down-conversion)。這種通過將初級發(fā)射的未轉(zhuǎn)換部分與較長波長的光合并以產(chǎn)生白光的系統(tǒng)是本領域公知的。用LED產(chǎn)生白光的其它選擇包括以不同的比例混合兩種或更多種顏色的LED。例如，混合紅色、綠色和藍色(RGB)LED產(chǎn)生白光是本領域公知的。類似地，已知混合RBG與琥珀色(RGBA)LED或混合RGB與白色(RGBW) LED產(chǎn)生白光。反射表面的使用也是本領域中公知的。反射表面已用于將來自LED的光引導至下轉(zhuǎn)換材料和/或反射由下轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的下轉(zhuǎn)換光。即使有這些改進，現(xiàn)有技術中的LED 技術也不足以用于可見光譜。單個LED的光輸出低于已知的白熾燈，其在可見光譜中為約 10%效能。為了實現(xiàn)與當前的白熾燈相當?shù)墓廨敵龉β拭芏龋琇ED器件經(jīng)常需要較大的LED 或具有多LED的設計。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)引入較大LED或多個LED的設計存在其自身的挑戰(zhàn)。最新的研究已經(jīng)確定，LED的發(fā)熱使得總體光發(fā)射和燈泡耐久性下降。更具體地，LED器件在被加熱至高于100°C的溫度時效率下降，導致在可見光譜中產(chǎn)生下降回調(diào) (declining return)。長期暴露于高熱也導致LED的有效壽命降低。此外，當溫度升至高于約90°C閾值時，一些下轉(zhuǎn)換熒光體的固有下轉(zhuǎn)換效率也顯著降低?？朔@些缺陷的嘗試著重于與傳統(tǒng)白熾燈不同的燈泡設計。在燈泡基座處使用散熱器有助于散熱，但是也導致具有與傳統(tǒng)白熾燈明顯不同的美觀度和光分布功能性。盡管固態(tài)發(fā)光器件已經(jīng)快速發(fā)展并且已經(jīng)超過了傳統(tǒng)A燈白熾燈泡的照明效率，但是不存在如下基于SSL的替代燈泡可以產(chǎn)生與白熾燈類似的光水平、具有非常高的照明效率值和長得多的壽命。因此，特別需要能夠通過提供類似的或改進的性能效率、壽命、耐久性和燈泡美觀度來代替?zhèn)鹘y(tǒng)白熾燈的固態(tài)發(fā)光器件。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足這種和其它需要，針對其目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光設備，包括燈基座； 透光燈泡外殼，所述燈泡外殼的第一部分與所述燈基座連接；用于發(fā)射光的光源，所述光源的至少一部分設置在所述燈泡外殼內(nèi)，在與所述燈基座基本相反的一端；和與所述光源連接的散熱器，所述散熱器的至少一部分在所述燈泡外殼的外部。所述光源可以為例如至少一個發(fā)光二極管(LED)。在另一實施方案中，本發(fā)明還包括下轉(zhuǎn)換材料，其用于接收和下轉(zhuǎn)換由所述光源發(fā)射的光的至少一部分并反向傳輸所接收和下轉(zhuǎn)換的光的一部分。所述下轉(zhuǎn)換材料設置在所述燈泡外殼內(nèi)，遠離所述光源并位于所述光源和所述燈基座之間。使用一種或更多種波長轉(zhuǎn)換材料吸收一個光譜區(qū)中的輻射和發(fā)射另一光譜區(qū)中的輻射，并且所述波長轉(zhuǎn)換材料可以是下轉(zhuǎn)換材料或上轉(zhuǎn)換材料。多種波長轉(zhuǎn)換材料能夠?qū)⒂晒庠窗l(fā)射的波長轉(zhuǎn)換至相同或不同的光譜區(qū)。在本發(fā)明的一些實施方案中，例如，那些采用白色LED作為光源的實施方案中，下轉(zhuǎn)換材料可能不是必需的，因為所發(fā)射的光已經(jīng)基本類似于白熾燈所產(chǎn)生的光。
在本發(fā)明的另一實施方案中，發(fā)光設備還包括第一反射器，其用于接收和反射由所述光源發(fā)射并被所述下轉(zhuǎn)換材料下轉(zhuǎn)換的光。所述反射器設置在所述燈泡外殼內(nèi)，位于所述光源和所述燈基座之間。在另一實施方案中，所述反射器與所述下轉(zhuǎn)換材料相鄰。在本發(fā)明的一些實施方案中，所述設備可以至少包括用于引導從所述光源發(fā)射的光的第二反射器，所述光源設置在所述反射器內(nèi)。所述第二反射器可以為至少一個杯狀反射器或光學透鏡。當所述光源采用多個發(fā)光二極管時，所述發(fā)光二極管可以分別設置在至少一個反射器內(nèi)。在本發(fā)明的又一實施方案中，所述散熱器的至少一部分突出進入所述燈泡外殼中。所述散熱器可包括至少一個金屬鰭片，并且另外地或作為替代方案，包括設置在所述燈泡外殼的外部的至少一部分上的網(wǎng)狀物。本發(fā)明的多個實施方案還可以包括標準燈泡組件如設置在所述燈泡外殼內(nèi)用以調(diào)節(jié)電壓和電流的電子驅(qū)動器和/或設置在所述燈泡外殼內(nèi)以連接所述燈基座和所述光源之間的電流的至少一個電導體。在包括電子驅(qū)動器的一些實施方案中，所述電子驅(qū)動器的至少一部分設置在所述燈基座內(nèi)。本發(fā)明的另一實施方案還包括用于引導由所述光源發(fā)射的光的光導。所述光導的第一端與所述光源連接，并且所述光導的第二端與所述下轉(zhuǎn)換材料連接。所述光導可采取多種形狀和尺寸。例如，在某些實施方案中，所述光導是圓柱體或錐形圓柱體。在其它實施方案中，錐形圓柱體光導可具有斜切形、平坦形、尖角形、球形、半球形或圓錐形的上部。在一些實施方案中，非接觸式下轉(zhuǎn)換材料置于光導頂部的這些端面處。本發(fā)明的實施方案將所述光源和所述散熱器置于所述燈泡外殼的頂點處，遠離所述燈基座，目的是將由所述光源產(chǎn)生的熱更多地耗散到環(huán)境中。與市售基于SSL的替代燈泡(其將光源和任選的散熱器置于燈基座處)相比，這種配置能夠產(chǎn)生更大量的光。本發(fā)明的配置也有助于確保保持燈泡組件的溫度，由此延長燈泡耐久性和壽命。
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結合附圖閱讀以下詳細說明將最佳理解本發(fā)明。注意，根據(jù)一般實踐，附圖的各個特征不是按比例繪制的。相反，為了清楚起見，各個特征的尺寸被任意放大或縮小。附圖中包括以下的圖圖1是現(xiàn)有技術的市售的基于LED的燈的圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的固態(tài)光源燈泡的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的固態(tài)光源燈泡的截面圖；圖4(a)示出根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的光源和光準直透鏡的截面圖；圖4(b)出根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的光源、光準直透鏡和圓錐形光導的截面圖；圖4(c)_4(d)示出根據(jù)本發(fā)明其它實施方案的光源、光準直透鏡和具有平坦尖端的圓錐形光導的截面圖；圖5(a)_5(d)示出根據(jù)本發(fā)明另一些實施方案的光源、光準直透鏡和具有平坦尖端(其平坦表面取向分別為0°、30°、45°和60° )的圓錐形光導的截面圖；圖5(e)是圖5(d)所示的實施方案的90°旋轉(zhuǎn)視圖；圖6(a)_6(c)示出根據(jù)本發(fā)明其它實施方案的具有圓錐形頂表面(分別具有 120°、90°和60°的頂角)的圓錐形光導；圖7(a)_7(b)示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的分別處于“關閉”和“開啟”狀態(tài)的藍色發(fā)光二極管(LED)，該LED具有熒光體涂層頂表面的錐形光導；圖8(a)示出具有白色LED封裝的本發(fā)明一個實施方案的3維透視圖；圖8 (b)示出圖8 (a)所示的實施方案的3維分解圖；圖9 (a)示出具有SPE型藍色LED封裝的本發(fā)明另一實施方案的3維透視圖；圖9 (b)示出圖9 (a)所示的實施方案的3維分解圖；圖10(a)示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有6個鰭片的散熱器的3維視圖；圖10(b)示出圖10(a)中所示的本發(fā)明實施方案的截面圖；圖11 (a)示出根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的光源、散熱器和拋物線形第一反射器；圖11(b)示出圖11(a)中所示的本發(fā)明實施方案的3維截面圖；圖12(a)示出根據(jù)本發(fā)明另一實施方案的光源、散熱器和圓錐形第一反射器；圖12(b)示出圖12(a)中所示的本發(fā)明實施方案的3維截面圖。
具體實施例方式盡管此處參考具體實施方案來舉例說明和描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所顯示的細節(jié)。相反，可以在權利要求的等同范圍內(nèi)對細節(jié)進行各種修改而不脫離本發(fā)明。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當諸如發(fā)光二極管(LED)的光源置于燈基座處或燈基座內(nèi)時，固態(tài)光(SSL)發(fā)射器件的性能受到不利影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將光源定位在燈基座處產(chǎn)生對基于SSL的燈的效率、光產(chǎn)生和壽命有害的熱水平?？朔@些缺陷的嘗試著重于與傳統(tǒng)白熾A燈不同的燈泡設計。在市售的基于LED的產(chǎn)品中，散熱器(如果存在的話)通常位于燈基座和LED源之間以促進散熱。在多數(shù)情況下，散熱器與燈基座形成為一體。然而，將散熱器布置在燈基座處或燈基座內(nèi)阻礙對LED進行適當?shù)臒峁芾?。這是因為較大百分比的熱僅從LED后面?zhèn)鲗е翢艋?，而不是從LED耗散到環(huán)境中。例如，圖1示出在燈基座處使用散熱元件的市售基于LED的替代燈。雖然以該方式在燈泡基座處使用散熱器可促進熱耗散，但是從該替代燈泡分布的光束與從常規(guī)白熾燈泡分布的光明顯不同。此外，目前市售的替代燈的設計具有與常規(guī)白熾燈明顯不同的美觀度和光分布功能。例如，由于在市售基于LED的產(chǎn)品中采用的散熱器的位置和形狀，在散熱器方向上的大部分光都被阻擋。這已被證明導致燈后的陰影，這與要被基于SSL的燈替代的白熾燈而言是不常見的且不相同的。最少，這種光分布的變化可產(chǎn)生外觀方面的問題。在其它情況下， 光分布的差別可導致源自設計用于白熾燈的照明設備的完全不可接受的性能。本發(fā)明通過將光源定位在燈泡外殼的與白熾A燈基座基本相反的端部處來解決這些問題。光源可以為至少一個半導體發(fā)光二極管，例如發(fā)光二極管(LED)、激光二極管 (LD)或共振腔LED (RCLED)。本發(fā)明的實施方案可以使用單個SSL源如單個LED，或者可以包括多個SSL源(即多個LED)作為光源。光源可以連接至散熱器，其中所述散熱器的至少一部分位于燈泡外殼的外部。在本發(fā)明的配置中的光源定位使燈基座處的固有熱對光源的影響最小化。此外，散熱器用作用于光源的熱耗散元件，使得能夠?qū)釓墓庠次?。散熱器還可以為光源提供機械支撐。例如，散熱器可以位于燈泡外殼的外部但是在燈泡外殼中的缺口處與內(nèi)部光源連接。這種連接有效地將光源保持在燈泡外殼內(nèi)并且同時也將燈泡外殼密封封閉。本發(fā)明的這種設計特征使得替代燈泡能夠具有非常高的照明效率值并且產(chǎn)生與白熾燈類似的光水平，同時也延長了基于SSL的燈的壽命耐久性。下轉(zhuǎn)換材料的使用有助于產(chǎn)生在美觀度上與由常規(guī)白熾A燈所產(chǎn)生的光類似的光。應當理解的是，術語“下轉(zhuǎn)換”和“下轉(zhuǎn)換的”是指適于吸收一個光譜區(qū)中的輻射并且發(fā)射另一光譜區(qū)中的輻射的材料。如上所述，本發(fā)明的下轉(zhuǎn)換材料可以由一種或更多種適于吸收一個光譜區(qū)中的輻射并且發(fā)射另一光譜區(qū)中的輻射的波長轉(zhuǎn)換材料構成，并且所述波長轉(zhuǎn)換材料可以是下轉(zhuǎn)換材料或上轉(zhuǎn)換材料。這樣，本發(fā)明的實施方案可以引入作為下轉(zhuǎn)換材料、上轉(zhuǎn)換材料或兩者的波長轉(zhuǎn)換材料。相應地，術語“下轉(zhuǎn)換材料”定義為通過其組成可以吸收任意光譜區(qū)中的輻射并且將其在任意光譜區(qū)中發(fā)射的材料。還應理解的是， 術語“透射光”和“反射光”在本申請全文中使用。然而，更準確地說，所述術語分別為“正向透射光”和“反向透射光”。當從光源發(fā)射的光到達下轉(zhuǎn)換材料時，下轉(zhuǎn)換材料吸收短波長光并且發(fā)射下轉(zhuǎn)換的光。所發(fā)射的下轉(zhuǎn)換的光可以在所有的方向上行進(稱為朗伯發(fā)射體)，因此，下轉(zhuǎn)換的光的一部分向上行進，而另一部分向下行進。從下轉(zhuǎn)換材料向上(或向外)行進的光是光的正向透射部分，而向下朝光源行進的光為反向透射部分。在本發(fā)明的一些實施方案中，通過采用非接觸式下轉(zhuǎn)換概念，現(xiàn)有替代燈泡的低性能問題也得到解決。在一個采用非接觸式下轉(zhuǎn)換概念的系統(tǒng)中，來自光源的短波長輻射能量朝位于光源遠處的下轉(zhuǎn)換材料發(fā)射。擊中下轉(zhuǎn)換材料的輻射能量的至少一部分被下轉(zhuǎn)換成較長波長輻射，并且，當兩種輻射混合時，得到與白熾A燈所產(chǎn)生的光類似的白光。下轉(zhuǎn)換材料可以由適于吸收一個光譜區(qū)中的輻射和發(fā)射另一光譜區(qū)中的輻射的一種或更多種波長轉(zhuǎn)換材料構成。多種波長轉(zhuǎn)換材料能夠?qū)墓庠窗l(fā)射的波長轉(zhuǎn)換至相同或不同的光譜區(qū)。在采用白色LED作為光源的本發(fā)明一些實施方案中，下轉(zhuǎn)換材料可能是不必要的，因為所發(fā)射的光已經(jīng)與白熾燈所產(chǎn)生的光基本相似。在采用白色LED的其它實施方案中，可以選擇特定的下轉(zhuǎn)換材料例如“紅色”熒光體以增強白色LED的顯色性能。例如，這樣的配置將使得能夠使用具有中等品質(zhì)顯色性質(zhì)的普通白色LED以從LED燈獲得具有更好或更高顯色性質(zhì)的白光輸出?？梢允褂梅瓷淦鱽斫邮蘸头瓷溆晒庠窗l(fā)射并被下轉(zhuǎn)換材料下轉(zhuǎn)換的光(即正向透射光)。反射器可以采用任意幾何形狀如球形、拋物線形、圓錐形和橢圓形，并且可包含本領域已知的各種反射表面。例如，反射器可以為鋁、具有蒸發(fā)鋁反射層的塑料或任意其它種類的反射表面。反射器定位在下轉(zhuǎn)換材料和燈基座之間，并且可以與下轉(zhuǎn)換材料間隔開或相鄰。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，利用本領域已知的常規(guī)技術，將下轉(zhuǎn)換材料施用至并包含在反射器上。通過捕集所發(fā)射和下轉(zhuǎn)換的光的正向透射部分和反向透射部分兩者， 可以提高系統(tǒng)效率。類似地，可以調(diào)節(jié)下轉(zhuǎn)換材料和反射器的位置以確保來自光源的光均勻地沖擊下轉(zhuǎn)換材料以產(chǎn)生均勻的白光并允許更多的光離開器件。同時，將下轉(zhuǎn)換材料定位在光源遠處防止了光反饋回到光源中。結果，光源處的熱被進一步最小化且導致燈泡壽命耐久性得到改善。任選地，可以采用第二反射器來引導從光源發(fā)射的光。合適的第二反射器包括例如杯狀反射器或光學透鏡。當采用第二反射器時，光源可設置在第二反射器內(nèi)。當采用多個SSL源作為光源時，每個SSL源可以設置在相應的第二反射器內(nèi)。或者，所有的SSL源均可設置在一個第二反射器內(nèi)。第二反射器可以采用任意幾何形狀如球形、拋物線形和橢圓形，并且可以由本領域已知的各種材料構成。例如，當采用光學透鏡作為第二反射器時，透鏡可以為任意透光材料如玻璃和塑料。第二反射器用于引導從光源發(fā)射的光并且可以配置為將從光源發(fā)射的基本上所有的光引導至下轉(zhuǎn)換材料。在某些實施方案中，第二反射器可以為散熱器的組件并且與其形成為一體。例如，散熱器連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。在該配置中，第二反射器收集由光源側向發(fā)射的光并且將其導離光源。該設計增加了光學效率。可以使用光導來進一步模擬常規(guī)白熾A燈的美觀度和性能。例如，光導的第一端可以連接至光源，并且光導的第二端可以連接至下轉(zhuǎn)換材料。這些組件可以配置在燈泡外殼內(nèi)以模擬傳統(tǒng)白熾A燈的長絲美觀度。類似地，當光源設置在第二反射器內(nèi)時，光導可以將來自光源和第二反射器的光引導至下轉(zhuǎn)換材料。此外，由于光導可以設計為多種形狀和尺寸，所以其可以制造和定位為將從光源發(fā)射的基本上所有的光都引導至下轉(zhuǎn)換材料，從而增加SSL器件的效率。本發(fā)明的固態(tài)發(fā)光器件還可以包括本領域已知的其它部件。例如，SSL器件還可以包括電子驅(qū)動器。大多數(shù)SSL源是低壓直流(DC)源。因此，需要電子驅(qū)動器來調(diào)節(jié)電壓和電流以用于基于SSL的燈?；蛘撸嬖谝恍┙涣?AC)SSL源，例如由韓國首爾的％0111 Semiconductor, Inc.以商品名“Acriche”出售的AC-LED。在這些情況下，SSL源(例如 LED或LED陣列)可以與可得自電網(wǎng)的AC電源直接連接。因此，本發(fā)明的實施方案可任選包括電子驅(qū)動器，其至少一部分位于A燈基座內(nèi)，具體取決于基于SSL的燈中采用的SSL源的類型。本發(fā)明還可以包括至少一個電子導體如連接線。電子導體可以設置在燈泡外殼內(nèi)以連接燈基座和光源之間的電流。圖2示出本發(fā)明的第一示例性實施方案，其具有燈基座12(例如，具有與常規(guī)白熾 A燈相同的尺寸和形狀)、透光的燈泡外殼20、用于發(fā)射光的光源16、下轉(zhuǎn)換材料22、反射器對和散熱器18。燈基座12是與在現(xiàn)有的白熾燈中所見的基座相同的標準基座。燈泡外殼20可由多種透光材料如塑料或玻璃制成。如圖所示，燈泡外殼20的第一部分與燈基座12 連接，并且光源16的至少一部分設置在燈泡外殼20內(nèi)，位于與燈基座12基本相反的一端。 下轉(zhuǎn)換材料22設置在燈泡外殼20內(nèi)。反射器M也設置在燈泡外殼20內(nèi)并且位于下轉(zhuǎn)換材料22和燈基座12之間。散熱器18顯示為位于燈泡外殼20的底部并且位于與燈基座12基本相反的一端。 散熱器18的至少一部分在燈泡外殼20的外部。散熱器可包括一系列金屬鰭片(在圖8a 和8b中顯示為金屬鰭片18a)。作為替代方案或者另外地，散熱器可包括從散熱器18延伸并且圍繞在光源16和燈基座12底部之間的燈泡外殼20的外表面的至少一部分的網(wǎng)狀物。 散熱器18可由本領域已知的多種熱耗散材料如鋁或銅制成。散熱器可以涂上顏色，例如白色以增強或改變材料的熱耗散能力。散熱器18的至少一部分在燈泡外殼20的外部，但是散熱器18連接至內(nèi)部光源16。這可以例如在燈泡外殼20內(nèi)部的與燈基座12基本相反的一端處的缺口處實現(xiàn)。這種連接有效地將光源16基本上保持在燈泡外殼20內(nèi)并且同時也將燈泡外殼20密封封閉。在組裝后，燈泡外殼20的內(nèi)部可以為真空或可以填充惰性氣體如氬或氪。圖2示出經(jīng)電導體32連接至光源16的電子驅(qū)動器30。如上所述，任選包括電子驅(qū)動器30以調(diào)節(jié)電壓和電流以用于使用DC SSL源的基于SSL的燈?；蛘撸斶x擇AC SSL 源時，不需要電子驅(qū)動器30。因此，本發(fā)明的實施方案可任選包括電子驅(qū)動器30，其至少一部分位于燈基座12內(nèi)，具體取決于基于SSL的燈中采用的SSL源的類型。在圖2所示的本發(fā)明實施方案中也可以采用至少一個電子導體32，例如連接線。電子導體32可以設置在燈泡外殼內(nèi)，以根據(jù)需要穿過電子導體32連接燈基座12的輸入和光源16之間的電流。光源16可以設置在第二反射器沈內(nèi)，所述第二反射器沈可以為具有開放頂部的杯狀反射器。光源可以包括多個SSL源，例如多個LED，每個SSL源都位于其自己的第二反射器26內(nèi)。第二反射器沈?qū)墓庠?6發(fā)射的光向上朝下轉(zhuǎn)換層22 (其可以為熒光體) 和反射器M聚集?？梢允褂猛哥R代替杯狀反射器或與其聯(lián)用作為第二反射器26。反射器 M和第二反射器26可以是鋁、具有蒸發(fā)鋁反射層的塑料或任意其它類型的高反射表面。通過將從光源16發(fā)射的光導向下轉(zhuǎn)換材料22，第二反射器沈使光從燈泡外殼20側面離開并且同時從光源16透射到下轉(zhuǎn)換材料22和反射器M的可能性最小化。在所示出的實施方案中，附圖標記34表示光束，而非物理元件，并且不是本發(fā)明所要求保護的組件。在該示例性實施方案中，下轉(zhuǎn)換材料22定位為比光源16更靠近燈基座12，并且反射器M與下轉(zhuǎn)換材料22相鄰。在一個替代實施方案中，下轉(zhuǎn)換材料22可以定位在例如橫過燈泡中間的位置D，并且反射器M可以定位在遠離下轉(zhuǎn)換材料22處。在這樣的實施方案中，從反射器M反射的一些光可通過位于反射器M和下轉(zhuǎn)換材料22之間的燈泡外殼 20側面選出。下轉(zhuǎn)換材料22也可以在燈泡外殼20的中心位置D上方的位置處(即，進一步遠離燈基座)。當來自光源16的光擊中下轉(zhuǎn)換材料22和反射器M時，一些光被從下轉(zhuǎn)換材料反射回來(即反向透射)并且從燈泡外殼20的側面離開。穿過下轉(zhuǎn)換材料22的所有光(即正向透射的)均被反射器M反射回來，并且從燈泡外殼20的側面離開。盡管下轉(zhuǎn)換材料22和反射器M顯示為橫過燈泡外殼20的整個寬度，但是這些組件可以小于整個寬度。調(diào)節(jié)下轉(zhuǎn)換材料22和反射器M在燈泡外殼20內(nèi)的位置以及這些部件的尺寸和形狀以實現(xiàn)期望的基于SSL燈的性能效率，如本領域普通技術人員所理解的那樣。
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在示例性或替代實施方案中，下轉(zhuǎn)換材料可以包括一種或更多種熒光體。例如， 下轉(zhuǎn)換材料可以包括以下一種或更多種摻雜鈰的釔鋁石榴石(YAGCe)、摻雜銪的硫化鍶 (SrSEu)、摻雜銪的YAG: Ce熒光體、YAG: Ce熒光體+硒化鎘、或由其它材料(包括鉛(Pb) 和硅(Si))產(chǎn)生的其它類型的量子點；和本領域已知的其它熒光體。將會理解，本發(fā)明的其它實施方案可以包括嵌入的熒光體層或非嵌入的熒光體層。而且，熒光體層不需要具有均勻的厚度，相反，其可以具有不同的厚度，或者不同的熒光體相混合以產(chǎn)生更均勻的顏色輸出。下轉(zhuǎn)換材料可以類似地包括其它熒光體、量子點、量子點晶體、量子點納米晶體或本領域已知的其它下轉(zhuǎn)換材料。下轉(zhuǎn)換材料可以是波長轉(zhuǎn)換晶體而不是與粘合介質(zhì)混合的粉末材料。如本領域普通技術人員已知的，下轉(zhuǎn)換材料層可以包括額外的散射顆粒如微球以改善不同波長的光的混合。在一個替代實施方案中，波長轉(zhuǎn)換材料層可以由多個連續(xù)或離散的子層構成，各個子層包含類似的或不同的波長轉(zhuǎn)換材料。下轉(zhuǎn)換材料或各個波長轉(zhuǎn)換層可以通過本領域已知的任意合適的技術如安裝、涂覆、沉積、漏印或絲網(wǎng)印刷來形成。圖3示出本發(fā)明的另一實施方案，其具有燈基座12、透光燈泡外殼20、用于發(fā)射光的光源16、下轉(zhuǎn)換材料22、反射器M和散熱器18。另外，該實施方案還包括光導觀。光導 28的第一端連接至光源16，并且光導觀的第二端連接至下轉(zhuǎn)換材料22，它們基本上都位于燈泡外殼20內(nèi)。該實施方案顯示，光源16設置在第二反射器沈內(nèi)，也基本上位于燈泡外殼20內(nèi)。圖3中示出了杯狀反射器，但是，如前一樣，可以使用光學透鏡來代替杯狀反射器或與其聯(lián)用作為第二反射器。相應地，光導觀將來自光源16和第二反射器沈的光導向下轉(zhuǎn)換材料22?；蛘?，當不采用第二反射器時，光導觀可以連接至光源16并且從光源16直接引導光。在圖3所示的實施方案中，下轉(zhuǎn)換材料22是小圓柱體的波長轉(zhuǎn)換材料而不是材料層。下轉(zhuǎn)換材料22可以位于燈泡的中央部分處，如圖3所示，或者位于另一位置處以實現(xiàn)基于SSL的燈的性能和美觀度目標。這些組件可以配置在燈泡外殼20內(nèi)以模擬常規(guī)白熾A燈的長絲美觀度。例如，通過將圓柱形下轉(zhuǎn)換材料22定位在燈泡中央，即錐形光導觀的頂部，以實現(xiàn)與標準鎢絲點光源類似的點光源。圖3還示出在空間上遠離下轉(zhuǎn)換材料22 的反射器對。在該實施方案中，由于下轉(zhuǎn)換材料過小，所以沒有太多的從反射器M反射的光會撞擊下轉(zhuǎn)換材料22。然而，光導觀用于確保從光源16發(fā)射的基本上所有的光都被導向下轉(zhuǎn)換材料22，在該處光可以被下轉(zhuǎn)換并作為白光離開燈泡外殼20。圖4(a)-4(e)示出采用第二反射器的多個本發(fā)明實施方案。這些圖示出第二反射器為光學透鏡，但是第二反射器也可以為杯狀反射器。SSL光源如LED可以置于光學透鏡內(nèi)，如圖4(a)所示。圖4(b)-4(e)還可以包括光導。光源、第二反射器和光導基本上位于燈泡外殼內(nèi)。透鏡和光導可以制造為單個部件，或者可以包括兩個單獨的部件。光導可以采用多種形狀和尺寸。例如，光導可以為錐形圓柱體，如圖4(b)-4(e)所示，或者其可以為直圓柱體。光導的頂部可以為尖角狀(如圖4(b)所示)，或平坦形狀(如圖4(c)-4(e)所示)。圖4(c)_4(e)還示出光導可以具有不同的長度和尺寸。例如，圖4(c)_4(e)示出長度分別為40mm、35mm和30mm的光導。光導的頂部也可以斜切成不同度數(shù)的角度。例如，圖5(a)_5(d)示出具有平坦頂部的錐形光導，所述平坦頂部分別具有0°、30°、45°和60°的平坦表面取向。圖5(e)是圖5(d)中所示的實施方案的90°旋轉(zhuǎn)視圖，以進一步示出光導設計。另外，光導的頂部可以為球形(球體)、半球形、圓錐形，如圖6(a)_6(c)所示。圖6(a)_6(c)示出具有圓錐形頂表面的錐形光導，所述圓錐形頂表面分別具有120°、90°和60°的頂角。非接觸式下轉(zhuǎn)換材料置于光導頂部的這些端面處。圖7(a)-7(b)示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有錐形光導的藍色發(fā)光二極管(LED)，所述錐形光導具有熒光體涂層頂表面。圖7(a)示出處于 “關閉”狀態(tài)的基于SSL的燈，而圖7(b)示出處于“開啟”狀態(tài)的基于SSL的燈。圖8(a)示出本發(fā)明一個實施方案的3維透視圖，其包括白色LED封裝作為光源。 圖8(b)示出圖8(a)中所示的實施方案的3維分解圖。這些圖顯示散熱器18為具有在燈泡外殼20外部的6個散熱鰭片18a。本發(fā)明的替代實施方案可以使用更多或更少的散熱鰭片。作為替代方案或者另外地，散熱器18可以包括從散熱器18延伸且圍繞位于光源16 和燈基座12底部之間的燈泡外殼20的外表面的至少一部分的網(wǎng)狀物。散熱器18、散熱鰭片18a和網(wǎng)狀物可由本領域已知的多種熱耗散材料如鋁或銅制成。圖8(b)還示出在燈泡外殼20中的缺口，其用于將第二反射器沈和光源16插入燈泡外殼中。散熱器18基本上在燈泡外殼20的外部，并且在燈泡外殼中的缺口處與光源16連接。圖9 (a)示出本發(fā)明另一實施方案的3維透視圖，其包括SPE型藍色LED封裝作為光源。SPE型LED封裝使用散射光子提取(SPE)并且在至少一個實施方案中包括在燈泡外殼20中連接在一起的LED光源16、第二反射器沈、光導28和下轉(zhuǎn)換材料22。圖9 (b)示出圖9(a)中所示的實施方案的3維分解圖。如圖3所示，圖9(a)和圖9(b)中所示的本發(fā)明實施方案包括位于錐形光導觀頂部的小圓柱狀下轉(zhuǎn)換材料22。光導觀連接至第二反射器沈，其中設置有光源26。第二反射器沈和光導觀用于將從光源16發(fā)射的基本上所有的光導向下轉(zhuǎn)換材料22。這些圖也顯示散熱器18為具有在燈泡外殼20以外的6個散熱鰭片18a。本發(fā)明的其它實施方案可包括更多或更少的散熱鰭片。作為替代方案或者另外地，散熱器18可以包括從散熱器18延伸并且圍繞位于光源16和燈基座12底部之間的燈泡外殼20的外表面的至少一部分的網(wǎng)狀物。散熱器18基本上在燈泡外殼20之外，并且在燈泡外殼中的缺口處與光源16連接。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，第二反射器可以為散熱器的組件或與其形成為一體。圖10(a)示出根據(jù)本發(fā)明的該實施方案的發(fā)光設備的3維視圖，并且圖10(b)示出其截面圖。換言之，散熱器的與光源連接的部分可以為第二反射器或具有第二反射器的功能。在該配置中，第二反射器收集光源從側面發(fā)射的至少部分光并引導其離開光源以增加光學效率。如圖10 (a)-10(b)所示，光源16設置在散熱器18內(nèi)和/或與散熱器18連接。 與光源16連接的散熱器18部分用作第二反射器，以收集從光源側面發(fā)射的光并引導其離開(在圖10(b)中描述為虛線34)。圖ll(a)-ll(b)和圖12(a)_12(b)示出本發(fā)明的其它實施方案，其包括光源、 散熱器和第一反射器。圖ll(a)_ll(b)示出包括拋物線形第一反射器的實施方案，圖 12 (a)-12 (b)示出包括圓錐形第一反射器的實施方案。如上所述，第一反射器可以采取任意幾何形狀如球形、拋物線形、圓錐形和橢圓形，并且可以包括本領域已知的各種反射表面。 例如，反射器可以為鋁、具有蒸發(fā)鋁反射層的塑料或任意其它種類的反射表面。另外地或者作為替代方案，可以對反射器施加涂層或進行處理以實現(xiàn)特定的光分布或美觀效果，或者其甚至可以透射少部分光以防止反射器形成清晰陰影。反射器位于光源和燈基座之間，并且在采用下轉(zhuǎn)換材料時可以與下轉(zhuǎn)換材料間隔開或與其相鄰。在本發(fā)明的至少一個實施方案中，下轉(zhuǎn)換材料利用本領域已知的常規(guī)技術施用于并包含在反射器面向光源的一側上。反射器例如用于增強基于SSL的燈的光學效率。 從LED光源和電子驅(qū)動器進入燈基座的熱量限制可以可靠性能使用的LED的總能力并因此限制可產(chǎn)生的光量。在目前可用的采用LED和任選的位于燈基座處或其內(nèi)的散熱器的產(chǎn)品中，光量通常限于25-40W白熾A燈的當量。本發(fā)明的實施方案將LED源和散熱器置于光燈泡的頂點處以將由LED產(chǎn)生的熱更多地耗散到環(huán)境中。該配置使得能夠產(chǎn)生更大量的光(例如，60w白熾A燈的當量)并且同時確保保持適當?shù)腖ED和電子驅(qū)動器工作溫度。當與在完全封閉的照明設備中實現(xiàn)的益處相比時，該配置甚至可以更有益于在開放的照明設備中使用LED的應用。如前所述，擊中下轉(zhuǎn)換材料的輻射能將被轉(zhuǎn)換成更高波長的輻射，并且在混合時其提供與白熾A燈所產(chǎn)生的光類似的白光。最終的光輸出的光譜取決于下轉(zhuǎn)換材料。總的光提取取決于到達下轉(zhuǎn)換層的光量、下轉(zhuǎn)換層的厚度和反射器的材料及設計。光導的形狀和尺寸可以為實現(xiàn)基于SSL的燈的性能和美觀目的的任意設計。以下實施例和表格詳示用于光導的多個示例性形狀，以及這些形狀中的每一個可能對基于SSL的燈的效率和光輻射的影響。實施例在本發(fā)明的至少一個實施方案中，實施具有散射光子提取(SPE)的LED封裝。與下轉(zhuǎn)換熒光體鋪展在光源或芯片周圍的典型的常規(guī)白色LED封裝不同，在本發(fā)明的SPE封裝中，熒光體層被從芯片移走，從而在芯片和熒光體之間留下透明介質(zhì)。用于這類封裝的有效幾何形狀可以經(jīng)過光線追蹤分析來確定。值得一提的是，SPE封裝要求不同的熒光體密度以產(chǎn)生具有與常規(guī)白色LED封裝類似的色度坐標。這種差別是將具有不同光譜的透射光和背反射光混合的SPE封裝的結果，而常規(guī)封裝主要使用透射光。進行光線追蹤分析以評價光導概念的可行性。另外，進行實驗室評價以研究總的光輸出和照明效率。進行計算機模擬來確定耦合進入錐形光導中的光、輸出白色光和系統(tǒng)總效率。基礎模型由具有非接觸式熒光體的藍色LED和作為第二反射器的總內(nèi)反射(TIR) 透鏡構成。藍色LED具有朗伯強度分布以及451nm的光譜峰波長。IlR透鏡安裝到LED頂部以將來自藍色LED的光準直到IlR透鏡的頂表面(如圖4(a)所示)。然后將錐形光導粘結到IlR透鏡頂上。模擬測試為了確定錐形光導的操作和優(yōu)選幾何尺寸，首先測試50mm高的圓錐形的錐形光導。錐形光導的底表面具有與IlR透鏡頂表面相同的直徑-寬度。為了使更多的光耦合至錐形光導的頂表面且使頂表面面積最小化，模擬一系列光導高度(如圖4(c)至圖4(e)所示)，并且將光導的最佳高度選擇為35mm，如表1所示。如果使用高度較低的錐形光導，則在頂表面上接收的光增加和在頂表面處的聚焦面積增大之間存在權衡。在頂表面上較小的面積意味著使用較少的熒光體，并且可產(chǎn)生更好的聚焦光束?？紤]到這種權衡，選擇35mm 高的錐形光導，其具有相當小的頂表面積和較高的從頂表面正向透射的光比例。表1 來自具有不同高度的錐形光導的頂表面的輻射功率
權利要求
1.一種發(fā)光設備，包括燈基座；透光燈泡外殼，所述燈泡外殼的第一部分與所述燈基座連接；用于發(fā)射光的光源，所述光源的至少一部分設置在所述燈泡外殼內(nèi)，在與所述燈基座基本相反的一端；下轉(zhuǎn)換材料，其用于接收和下轉(zhuǎn)換由所述光源發(fā)射的光的至少一部分并反向傳輸所接收和下轉(zhuǎn)換的光的一部分，所述下轉(zhuǎn)換材料設置在所述燈泡外殼內(nèi)，遠離所述光源并位于所述光源和所述燈基座之間；反射器，其用于接收和反射由所述光源發(fā)射并被所述下轉(zhuǎn)換材料下轉(zhuǎn)換的光，所述反射器設置在所述燈泡外殼內(nèi)，位于所述下轉(zhuǎn)換材料和所述燈基座之間；和與所述光源連接的散熱器，所述散熱器的至少一部分在所述燈泡外殼的外部。
2.權利要求1所述的發(fā)光設備，其中所述散熱器的至少一部分突出進入所述燈泡外殼中。
3.權利要求1所述的發(fā)光設備，其中所述光源為至少一個發(fā)光二極管(LED)。
4.權利要求1所述的發(fā)光設備，還至少包括第二反射器，所述第二反射器用于引導從所述光源發(fā)射的光，所述光源設置在所述反射器內(nèi)。
5.權利要求4所述的發(fā)光設備，其中所述第二反射器與所述散熱器形成為一體。
6.權利要求4所述的發(fā)光設備，其中所述用于引導從所述光源發(fā)射的光的所述第二反射器選自杯狀反射器和光學透鏡。
7.權利要求4所述的發(fā)光設備，其中所述光源包括多個發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管設置在至少一個反射器內(nèi)。
8.權利要求1所述的發(fā)光設備，其中所述下轉(zhuǎn)換材料包括適于吸收一個光譜區(qū)內(nèi)的輻射并發(fā)射另一光譜區(qū)內(nèi)的輻射的至少一種波長轉(zhuǎn)換材料。
9.權利要求8所述的發(fā)光設備，其中所述至少一種波長轉(zhuǎn)換材料是至少一種熒光體。
10.權利要求1所述的發(fā)光設備，其中所述反射器與所述下轉(zhuǎn)換材料相鄰。
11.權利要求1所述的發(fā)光設備，其中所述散熱器包括至少一個金屬鰭片。
12.權利要求1所述的發(fā)光設備，其中所述散熱器包括設置在所述燈泡外殼的外部的至少一部分上的網(wǎng)狀物。
13.權利要求1所述的發(fā)光設備，還包括設置在所述燈泡外殼內(nèi)的電子驅(qū)動器。
14.權利要求13所述的發(fā)光設備，其中所述電子驅(qū)動器的至少一部分設置在所述燈基座內(nèi)。
15.權利要求1所述的發(fā)光設備，還包括設置在所述燈泡外殼內(nèi)的至少一個電導體，所述至少一個電導體連接所述燈基座和所述光源之間的電流。
16.一種發(fā)光設備，包括燈基座；透光燈泡外殼，所述燈泡外殼的第一部分與所述燈基座連接；用于發(fā)射光的光源，所述光源的至少一部分設置在所述燈泡外殼內(nèi)，在與所述燈基座基本相反的一端；下轉(zhuǎn)換材料，其用于接收和下轉(zhuǎn)換由所述光源發(fā)射的光的至少一部分并且反向傳輸所接收和下轉(zhuǎn)換的光的一部分，所述下轉(zhuǎn)換材料設置在所述燈泡外殼內(nèi)，遠離所述光源并位于所述光源和所述燈基座之間；光導，其用于引導由所述光源發(fā)射的光，所述光導的第一端與所述光源連接并且所述光導的第二端與所述下轉(zhuǎn)換材料連接；反射器，其用于接收和反射由所述光源發(fā)射并由所述下轉(zhuǎn)換材料下轉(zhuǎn)換的光，所述反射器設置在所述燈泡外殼內(nèi)，位于所述下轉(zhuǎn)換材料和所述燈基座之間；和與所述光源連接的散熱器，所述散熱器的至少一部分在所述燈泡外殼的外部。
17.權利要求16所述的發(fā)光設備，其中所述散熱器的至少一部分突出進入所述燈泡外殼中。
18.權利要求16所述的發(fā)光設備，其中所述光源為至少一個發(fā)光二極管(LED)。
19.權利要求16所述的發(fā)光設備，還至少包括第二反射器，所述第二反射器用于引導從所述光源發(fā)射的光，所述光源設置在所述反射器內(nèi)。
20.權利要求19所述的發(fā)光設備，其中所述用于引導從所述光源發(fā)射的光的所述第二反射器選自杯狀反射器和光學透鏡。
21.權利要求19所述的發(fā)光設備，其中所述光源包括多個發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管設置在至少一個反射器內(nèi)。
22.權利要求16所述的發(fā)光設備，其中所述下轉(zhuǎn)換材料包括適于吸收一個光譜區(qū)內(nèi)的輻射并發(fā)射另一光譜區(qū)內(nèi)的輻射的至少一種波長轉(zhuǎn)換材料。
23.權利要求22所述的發(fā)光設備，其中所述至少一種波長轉(zhuǎn)換材料是至少一種熒光體。
24.權利要求16所述的發(fā)光設備，其中所述散熱器包括至少一個金屬鰭片。
25.權利要求16所述的發(fā)光設備，其中所述散熱器包括設置在所述燈泡外殼的外部的至少一部分上的網(wǎng)狀物。
26.權利要求16所述的發(fā)光設備，其中所述光導是圓柱體。
27.權利要求16所述的發(fā)光設備，其中所述光導是錐形圓柱體。
28.權利要求27所述的發(fā)光設備，其中所述錐形圓柱體光導具有選自斜切形、平坦形、 尖角形、球形、半球形和圓錐形的上部。
29.權利要求16所述的發(fā)光設備，還包括設置在所述燈泡外殼內(nèi)的電子驅(qū)動器。
30.權利要求四所述的發(fā)光設備，其中所述電子驅(qū)動器的至少一部分設置在所述燈基座內(nèi)。
31.權利要求16所述的發(fā)光設備，還包括設置在所述燈泡外殼內(nèi)的至少一個電導體， 所述至少一個電導體連接所述燈基座和所述光源之間的電流。
32.一種固態(tài)光源燈泡，包括 燈基座；透光燈泡外殼，所述燈泡外殼的第一部分與所述燈基座連接； 至少一個發(fā)光二極管(LED)，所述LED的至少一部分設置在所述燈泡外殼內(nèi)，在與所述燈基座基本相反的一端；下轉(zhuǎn)換材料，其用于接收和下轉(zhuǎn)換由所述LED發(fā)射的光的至少一部分并反向傳輸所接收和下轉(zhuǎn)換的光的一部分，所述下轉(zhuǎn)換材料設置在所述燈泡外殼內(nèi)，遠離所述LED并位于所述LED和所述燈基座之間；和與所述光源連接的散熱器，所述散熱器的至少一部分在所述燈泡外殼的外部。
33.權利要求32所述的固態(tài)光源燈泡，其中所述散熱器的至少一部分突出進入所述燈泡外殼中。
34.權利要求32所述的固態(tài)光源燈泡，還包括第一反射器，其用于接收和反射由所述 LED發(fā)射并被所述下轉(zhuǎn)換材料下轉(zhuǎn)換的光，所述反射器設置在所述燈泡外殼內(nèi)，位于所述下轉(zhuǎn)換材料和所述燈基座之間。
35.權利要求34所述的固態(tài)光源燈泡，其中所述第一反射器的幾何形狀選自球形、拋物線形、圓錐形和橢圓形。
36.權利要求32所述的固態(tài)光源燈泡，還至少包括第二反射器，所述第二反射器用于引導由所述至少一個LED發(fā)射的光，每個LED均設置在相應的第二反射器內(nèi)。
37.權利要求32所述的固態(tài)光源燈泡，其中所述散熱器選自至少一個金屬鰭片、網(wǎng)狀物及其組合。
38.一種固態(tài)光源燈泡，包括燈基座；透光燈泡外殼，所述燈泡外殼的第一部分與所述燈基座連接；用于發(fā)射光的光源，所述光源的至少一部分設置在所述燈泡外殼內(nèi)，在與所述燈基座基本相反的一端；和與所述光源連接的散熱器，所述散熱器的至少一部分在所述燈泡外殼的外部。
39.權利要求38所述的固態(tài)光源燈泡，還包括下轉(zhuǎn)換材料，其用于接收和下轉(zhuǎn)換由所述光源發(fā)射的光的至少一部分并反向傳輸所接收和下轉(zhuǎn)換的光的一部分，所述下轉(zhuǎn)換材料設置在所述燈泡外殼內(nèi)，遠離所述光源并位于所述光源和所述燈基座之間。
40.權利要求38所述的固態(tài)光源燈泡，還包括第一反射器，其用于接收和反射由所述光源發(fā)射的光，所述反射器設置在所述燈泡外殼內(nèi)，位于所述下轉(zhuǎn)換材料和所述燈基座之間。
全文摘要
一種發(fā)光設備，包括燈基座、透光燈泡外殼、用于發(fā)射光的光源和與所述光源連接的散熱器。固態(tài)LED光燈泡還可以包括下轉(zhuǎn)換材料。所述下轉(zhuǎn)換材料設置在所述燈泡外殼內(nèi)，遠離所述光源并位于所述光源和所述燈基座之間。所述散熱器可包括至少一個金屬鰭片，并且另外地或作為替代方案，包括設置在所述燈泡外殼的外部的至少一部分上的網(wǎng)狀物。固態(tài)光燈泡可包括用于引導由所述光源發(fā)射的光的光導。所述固態(tài)光燈泡配置使得所述光源和散熱器置于所述光燈泡外殼的頂點處，遠離所述燈基座，目的是將由所述光源產(chǎn)生的熱耗散到環(huán)境中。此外，所述散熱器的至少一部分在所述光燈泡外殼之外以使所述熱耗散最大化。
文檔編號F21V9/10GK102460005SQ201080025654
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權日2009年6月10日
發(fā)明者朱依婷, 納達拉賈·納倫德蘭, 讓·保羅·弗雷西尼耶 申請人:倫斯萊爾工藝研究院