燭光的led燈泡的制作方法
【專利摘要】一種燈泡，包括在燈泡的基座處的發(fā)光器件；和光導(320)，其將所發(fā)射的光引導到燈泡的基座之上的擴散元件(330)。擴散元件被配置成擴散光以使得模擬蠟燭所產生的徑向呈主導的光分布圖案。展示了增強類燭光效果的擴散元件的各種特征以及基座和燈泡的特征。
【專利說明】燭光的LED燈泡
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件的領域，更具體地涉及提供燭光外觀的燈泡。
【背景技術】
[0002]自然的燭光是富有吸引力的。出于許多原因而經常優(yōu)選電的燭光，這其中的原因至少在于與開放的火焰相關聯(lián)的火災危險。
[0003]傳統(tǒng)的白熾燈泡由于類似蠟燭通過熱發(fā)射而產生光，所以它們通常被設計用于模擬燭光。然而，白熾燈在能量利用率方面非常低效。
[0004]半導體發(fā)光器件極其高效，但是與這類器件相關的設計約束、比如對于散熱器的需要，限制了它們模擬自然燭光的能力。
[0005]當點燃自然蠟燭的燈芯時，從燈芯處的“點光源”散發(fā)出的光懸浮于蠟燭之上。其特性在于，從燈芯之上發(fā)出的光比從燈芯周圍徑向發(fā)出的光更少。傳統(tǒng)的白熾燈被配置成將燈絲懸在燈泡的基座之上，從而模擬自然燭光的點光源發(fā)射并且燈泡被成形為減少從燈泡的頂部發(fā)出的光的量。
[0006]半導體發(fā)光器件可以用于模擬燭光，但另一方面需要散熱器以散發(fā)所產生的熱以便延長發(fā)光器件(LED)的壽命。該散熱器的需要阻礙了這類器件作為燭光模擬器的用途。W02010/07943，即 Boonekamp 等人的公布于 2010年 7 月 15 日的“LIGHT SOURCE WITH LEDS,LIGHT⑶IDE AND REFLECTOR”公開了將視在光源提升到基座之上的光導和反射器的使用，該文獻通過參考并入于此。
[0007]如圖1所示，LEDllO安裝在燈泡的基座中的散熱器115上，并且光導120被用于將來自LEDllO的光引導到位于基座之上的反射器130。反射器130通常是圓錐形的，其中圓錐形頂點指向LED。以這種方式，從反射器的光看起來像是從燈泡的基座之上的光源以相對于燈泡的中心軸150為占據主導的徑向方向所產生的。反射器130的輪廓可以是凹形或凸形的，取決于所期望的光分布。另外，反射器130可以包括干涉或擴散涂層，并且可以允許穿過反射器的一些透射。
[0008]雖然使用了圓錐形反射器以提供燈泡基座之上的徑向點光源的外觀，但是它并未真正模擬自然燭光的外觀。
[0009]已知用于模擬燭光的其他技術。USPA2010/0097821，即Huang等人的公布于2010 年 4 月 22 日的 “LIGHT EMITTING DIODE-BASED LAMP HAVING A VOLUME SCATTERINGELEMENT”公開了一種光導，其將LED光引導到包括懸浮在透明基座材料中的顆粒的球形散射元件。通過控制顆粒的尺寸、折射率和密度，可以實現(xiàn)不同的光圖案；顆粒的密度越大將產生越多的反射，并且大部分的光將被向下反射。
[0010]雖然散射器件的使用提供了更加“自然”的光輸出，但它并不提供對于模擬燭光所期望的占據主導的徑向散發(fā)。

【發(fā)明內容】
[0011]提供了一種呈現(xiàn)出類似于自然燭光源的光源，這是有利的。而如果光源可以安裝在遠離燈的視在光源的散熱器上，這也將是有利的。
[0012]這些優(yōu)點和其他優(yōu)點可以通過包括以下的燈泡實現(xiàn)，該燈泡包括在燈泡的基座處的發(fā)光器件以及光導，該光導將所發(fā)射的光引導到在燈泡的基座之上的擴散部件，該擴散部件擴散光以便模擬蠟燭所產生的占據主導的徑向光。本文提供了擴散元件的各種特征以及增強了類似燭光效果的基座和燈泡的特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]參考附圖并且通過示例的方式更加詳細的闡述本發(fā)明，在附圖中:
[0014]圖1示出了模擬燭光的示例現(xiàn)有技術的半導體發(fā)光燈泡；
[0015]圖2示出了表現(xiàn)出基本上徑向發(fā)射的光分布繪圖；
[0016]圖3A-3E示出了提供徑向相對于燈泡的中心軸占據主導的擴散發(fā)射圖案的示例燈泡；
[0017]圖4示出了提供徑向相對于燈泡的中心軸占據主導的擴散發(fā)射圖案的另一示例結構。
[0018]貫穿附圖，相同的參考標記指示相似或相應的特征或功能。出于圖示的目的而包括該附圖并且這些附圖并不旨在限制本發(fā)明的范圍。
【具體實施方式】
[0019]在下面的描述中，出于解釋而非限制的目的，提出了諸如特定架構、界面、技術等的具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的概念的透徹理解。然而，本領域技術人員將清楚可以在背離這些具體細節(jié)的其他實施例中實施本發(fā)明。類似地，本說明書的文本涉及附圖中所示的示例實施例，而并不旨在限制所請求保護的發(fā)明超越權利要求中所明確包括的限度。出于簡潔和清楚的目的，省略對已知器件、電路和方法的詳細描述以便不致于以不必要的細節(jié)模糊本發(fā)明的描述。
[0020]在圖1的現(xiàn)有技術發(fā)光燈泡中，圓錐形元件130以徑向方向反射來自發(fā)光器件110的光，從而模擬徑向光源。然而，所獲得的發(fā)射光的不均勻性對所意欲模擬的自然燭光有害。
[0021]上面提及的USPA2010/0097821提供了對向上和向下散發(fā)的光量的控制，但是并沒有提供相對于燈泡的中心軸的占據主導的徑向光輸出。
[0022] 申請人:已經意識到蠟燭提供了有特性特征的光輸出。除了光主要徑向散發(fā)的事實之外，光源本身并非真正的“點”光源。相反，由于光沿著燃燒的燈芯的長度以及圍繞著燈芯的周界產生，光更加地擴散，其中一些光自然地向上和向下散發(fā)。另外，蠟燭的基部通常處于蠟燭本身的陰影中而是暗的。燭光的另一特性方面是火焰的淚滴形狀?；鹧娴牡撞砍尸F(xiàn)寬且亮，并且在火焰的頂部逐漸變細成較黯淡的尖端。
[0023]圖2示出了光分布圖案的兩個角繪圖(angular plot) 210、220，其展示了類似于來自蠟燭的光的占據主導的光徑向散發(fā)。沿著燈泡的中心軸，零度點在燈泡的頂部、180°點在燈泡的下方，而90°點和270°點垂直于中心軸。兩個繪圖210、220示出了從燈泡的上方可見的相對少量的光、沒有來自燈泡正下方的光以及從側面觀看時的大量的光。特定燈泡的結構和組成將確定特定的光分布圖案，如下文所詳細描述的。在這些示例中，產生繪圖210的燈泡被配置成允許從該燈泡的頂部散發(fā)比產生繪圖220的燈泡更多的光。在對應于繪圖220的燈泡中，在向下方向中反射更多的光，而同時維持占據主導的徑向光分布。
[0024]圖3A-3E示出了模擬燭光的燈泡的示例實施例。與W02010/079436所公開的在光導的頂部設置主要反射元件不同，圖3A的燈泡包括呈現(xiàn)“發(fā)光(glow) ”的固體擴散元件。選擇擴散元件330的形狀和材質以提供相對于燈泡的中心軸的徑向占據主導的擴散光輸出，并且包括典型為燭光的特性。雖然示出了擴散元件330的輪廓為具有基本上線性表面，但本領域技術人員將認識到曲面可以用于提供被擴散元件330反射和折射的光的期望的聚集或分散。
[0025]特別注意的是，示例的擴散部件330包括圓錐形部分330A和圓柱形部分330B。這一組合提供了接近于燭光的輸出圖案的獨特的光輸出圖案。如圖3B的圖和圖3C的照片所示，圓柱形部分330B的周界區(qū)域332將明顯地比中心區(qū)域331更亮，從而產生“光環(huán)(halo) ”效果。圓錐形部分330A中擴散材料隨著距中心的距離增加而減少的深度，使得光輸出隨著距中心的距離的增加而變得更大。這一光環(huán)效果增加了類蠟燭光源的感覺，其中光在光導頂部的周界最亮。該周界的亮度模擬了燃燒燈芯的光分布圖案。
[0026]擴散圖案330不必包括圓錐形部件和圓柱形部件二者。圓柱形部件提供了類似于燃燒的燈芯的長度的光分布的“長度”;沒有圓柱形部件的擴散元件330可以呈現(xiàn)具有非常短的燈芯的燭光。圓錐形部件提供了擴散材料隨著距中心距離的增加而減少的深度，以及提供了上面所述的光環(huán)效果?？梢允褂糜糜趯崿F(xiàn)光環(huán)效果的其他技術，諸如在擴散圓柱體的中心使用不透明的材料、在擴散圓柱體中使用不同濃度/密度的擴散材料等等。另外，光導320可以被構造成將光引導遠離中心向擴散元件的外邊緣。鑒于本公開內容，用于創(chuàng)建模擬燭光的擴散元件330的這些或其他技術對于本領域技術人員將是顯而易見的。
[0027]圖3A、3D和3E還示出了反射層310，其圍繞燈泡基座處的光導并且優(yōu)選地延伸實際遠至LED腔室以反射光進入光導，以及防止在光導和基座的結合處常見的光泄露。取決于所期望的效果，這一層310的可見上表面可以是反射的、半反射的或不反射的。同樣取決于所期望的視覺效果，可以增加或減少這一層310的厚度以控制光泄露的量。
[0028]在圖3A-3E的實施例中，燈泡的外殼360被成形為增強這一光環(huán)效果的反射，從而產生呈現(xiàn)出類似于淚滴狀的燭火的反射或“幻像(ghost image) ”。這些反射將從圍繞燈泡的任何角度可見，但是出于容易理解的目的，圖3A示出了該反射現(xiàn)象的“側視圖”，而圖3D示出了該反射現(xiàn)象的“前視圖”。也就是說，圖3A示出了光如何從曲面被反射，而圖3D示出了該反射如何呈現(xiàn)在外殼360的曲面上。
[0029]圓形光環(huán)從外殼360的曲面反射以便產生以下的細長反射像，該反射像在底部340A處更寬且更亮,并且以復合曲線(compoun curve)在頂部340B處形成窄尖端。底部340A更亮是因為它更靠近擴散元件330的邊緣，而頂部340B更窄是因為燈泡在頂部變窄。該反射的幻像340因此模擬了燭火的有特性的淚滴形狀。圖3E是示例實施例的照片，其中所獲得的淚滴狀反射340由產生光環(huán)的擴散元件330和逐漸變細的外殼360的組合所產生。
[0030]通過減少從擴散元件330的側面所發(fā)出的光的強度可以使得幻像340的外觀更為普遍。例如，可以向擴散元件(以及可能還有整個光導320)施加不透明或反射的涂層，以便光僅從擴散兀件330的頂部處的光環(huán)區(qū)域332出射,并且從外殼360被徑向反射成淚滴狀的幻影340。
[0031]圖4示出了提供擴散發(fā)射圖案的另一示例結構，該圖案的徑向相對于燈泡的中心軸占據主導。圖4示出了增強燈的性能的許多特征，并且本領域技術人員將認識到這些特征的一些或全部可以被包括在任何的實施例中，該任何實施例包括圖3A-3E的示例實施例。
[0032]在該示例實施例中，擴散元件430與光導420分離，并且該光導420包括用于將光引導向擴散兀件430的凸形頂表面440。燈的基座還包括包圍發(fā)光器件110的反射表面410，以將光輸出整理向擴散元件430。也如圖4所示，光導420優(yōu)選地逐漸變細以將“切線”的光線411引導向圓錐形腔。光導420可以由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或類似材料制成。
[0033]為了增強光的擴散，擴散元件430可以包括用于提供不規(guī)則擴散圖案并且以各種方向反射光的不規(guī)則表面。在這個實施例中，擴散元件430是具有不規(guī)則側表面的圓錐形結構。注意，該圖并非按比例繪制，出于容易圖示和理解的目的，圖中的不規(guī)則稍微有些夸張。擴散元件430的表面上的略微的正弦圖案通常將足以在徑向方向上提供占據主導的限定張角的光擴散分布。雖然擴散元件430的輪廓被示出為具有圓錐形結構，該圓錐形結構具有在不規(guī)則側表面上的略微的正弦圖案，但是本領域技術人員將認識到其他曲面可以用于提供被擴散元件430所反射和折射的光的期望光聚集或分散。
[0034]擴散元件430可以是襯有反射或半反射材料的空心結構，或者它可以是擴散材料的實心圓錐，擴散材料諸如為具有約95%的反射率和郎伯分布的擴散白樹脂。也就是說，該擴散元件430的范圍可以從具有以占據主導的徑向方向反射和擴散所有光的不規(guī)則表面的鏡面反射器(specular mirror reflector)到允許一些光傳播通過不規(guī)則表面向上逃逸的擴散散射反射器，從而進一步模擬燃燒蠟燭的光輸出特性，如上所詳述的。
[0035]前文僅僅示出了本發(fā)明的原理，因此將容易理解本領域技術人員將能夠設計出以下的各種配置，該各種配置盡管沒有在本文中明確描述和示出，但實施了本發(fā)明的原理并且因此落在所附的權利要求的精神和范圍之內。
[0036]在解釋這些權利要求時，應理解:
[0037]a)詞語“包括”并不排除除了在給定權利要求中列出的元件和動作之外的其他元件和動作的存在；
[0038]b)在元件之前的詞語“一”或“一個”并不排除多個這種元件的存在；
[0039]c)權利要求中的任何參考標記并不限制它們的范圍；
[0040]d)多個“裝置”可以被同一項或硬件或實施軟件的結構或功能所表示；
[0041]e)除非明確表示相反意思，任何公開的器件或其部分可以組合在一起或分隔成更多的部分；
[0042]f)除非明確指示，并不旨在要求具體的動作順序；
[0043]g)術語“多個”元件包括兩個或多個所請求的元件,并且并不暗示任何特定數量范圍的元件；也就是說，多個元件可以少至兩個元件，并且可能包括不可計數的元件。
【權利要求】
1.一種燈泡，包括: 發(fā)光器件位于其中的基座； 光導，被配置成將從所述發(fā)光器件所發(fā)射的光引導向所述燈泡的內部，以及擴散元件，被配置成從所述光導接收所述光并且反射和擴散所述光，使得在所述擴散元件的周界區(qū)域的來自擴散元件的向上方向的光輸出明顯比所述擴散元件的中心區(qū)域的光輸出明亮； 其中，相對于所述燈泡的中心軸以徑向方向占據主導地從所述燈泡輸出所述光。
2.根據權利要求1所述的燈泡，包括 外殼，其包括彎曲的表面，使得被所述擴散元件發(fā)射的光在所述外殼的所述表面上的反射是基本上淚滴形的。
3.根據權利要求2所述的燈泡，其中所述反射的下段呈現(xiàn)出明顯地比所述反射的上段明亮。
4.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件的周界明顯比所述擴散元件的內部明亮。
5.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件包括位于所述光導中的腔內的擴散材料。
6.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件與所述光導分離。
7.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件包括不規(guī)則表面。
8.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件包括圓錐形。
9.根據權利要求8所述的燈泡，其中所述擴散元件包括圓柱形。
10.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述基座包括包圍所述光導的下段的反射層。
11.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述基座包括在所述光導下面的反射層。
12.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件是鏡面反射器。
13.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件是擴散散射反射器。
14.根據權利要求1所述的燈泡，其中所述擴散元件包括反射或半反射涂層。
【文檔編號】F21K99/00GK103748402SQ201280040354
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權日:2011年8月19日
【發(fā)明者】W·H·斯米茨, F·H·科尼基恩 申請人:皇家飛利浦有限公司