[发明专利]LED灯

说明书

技术领域

下文涉及光照技术、照明技术、固态照明技术和相关的技术领域。

背景技术

白炽灯和卤素灯常规地用作全向和定向光源。全向灯预期在远场(远离灯大于1米)中较宽角度上提供基本一致的强度分布，并且找到多种应用，例如在桌灯、台灯、装饰灯、枝形吊灯、天花板灯具和其中期望光在所有方向上的一致分布的其它应用中。

参照图1，描述了一种坐标系，其在本文中用于描述由白炽灯或更通常地由预期产生全向光照的任何灯所生成的光照的空间分布。该坐标系为球面坐标系类型，并且参考白炽A-19型灯L示出。出于描述远场光照分布的目的，灯L可被认为位于点L0处，其可例如与白炽灯丝的位置重合。适应在地理技术中常规采用的球面坐标表示法，可通过高度或纬度坐标和方位角或经度坐标来描述光照方向。然而，不同于地理技术惯例，这里所用的高度或纬度坐标采用范围[0°, 180°]，其中：θ=0°对应于“地理北”或“N”。这是方便的，因为其允许沿着方向θ=0°的光照对应于指向前的光。北向，即方向θ=0°，在本文中也被称作光轴。使用这种表示法，θ=180°对应于“地理南”或“S”，或者在光照情况下指向后的光。高度或纬度θ=90°对应于“地理赤道”，或者在光照情形下指向侧面的光。

继续参考图1，对于任何给定的高度或纬度，还可限定方位角或经度坐标φ，其在任何地方都正交于高度或纬度θ。根据地理表示法，方位角或经度坐标θ具有范围[0°, 360°]。

将意识到，在精确地北或南，即在θ=0°或在θ=180°(换言之，沿着光轴)，方位角或经度坐标没有意义，或者可能更精确地能够认为是简并的。另一“特殊”坐标是θ=90°，其限定横向于光轴的平面，该平面包含光源(或更精确地，包含用于远场计算的光源的标称位置，例如点L0)。

实际上，在整个纵向跨距φ=[0°, 360°]上实现一致的光强度通常不难，因为直观地将光源构造为绕光轴(即绕轴线θ=0°)旋转对称。例如，白炽灯L合适地采用位于坐标中心L0处的白炽灯丝，其可被设计成发射基本全向光，从而相应于任何纬度的方位角θ提供一致的强度分布。

然而，相应于高度或纬度坐标实现理想的全向强度通常是不现实的。例如，灯L被构造为装配到标准的“爱迪生灯座”灯具中，并且为此目的，白炽灯L包括带螺纹的爱迪生灯座EB，其可例如为E25、E26或E27灯座，其中，数字表示以毫米计的灯座EB上的螺丝圈的外径。爱迪生灯座EB(或更通常地，位于光源“后方”的任何功率输入系统)在光轴上位于光源位置L0“后方”，且因此阻挡了向后发射的光(即，阻挡了沿着南纬度即沿着θ=180°的光照)，并且因此，白炽灯L不能相应于纬度坐标提供理想的全向光。商业白炽灯，例如60W软白白炽灯(美国纽约的通用电气公司)易于构造，其在纬度跨距θ=[0°, 135°]上提供在该纬度范围上一致地在平均强度的+20%内的强度。

通过与白炽灯和卤素灯相比较，诸如发光二极管(LED)设备的固态发光技术在性质上为高度定向的，因为它们为从仅仅一侧发射的平面设备。例如，带有或不带有封装的LED设备通常以具有以下强度的定向朗伯空间强度分布发射：在范围θ=[0°, 90°]内随cos(θ)变化且对于θ>90°具有零强度。半导体激光器在性质上甚至更加定向，并且确实发射可描述为实质上限于约θ=0°窄锥角的指向前的光束的分布。因此，向固态照明提供类似典型白炽灯的外观是有挑战性的。

与固态照明相关联的另一挑战为，不同于白炽灯丝，LED芯片或其它固态照明设备通常不能使用标准的110V或220V交流电高效地操作。而是，通常提供机载电子器件来将交流输入功率转变为服从于驱动LED芯片的较低电压的直流功率。作为备选，足量的一系列LED芯片串可在110V或220V下直接操作，并且带有合适极性控制(例如，齐纳二极管)的此类串的平行布置能以110V或220V交流功率操作，尽管以显著减小的功率效率。在任一情况下，与在一体式白炽或卤素灯中使用的简单爱迪生灯座相比，电子器件构成灯座的额外构件。因此，对于固态照明，需要空间吸收电子包装，从而进一步使本领域技术人员提取全向光照的能力复杂化。