专利名称：半导体照明装置及其光控方法
技术领域：
本发明涉及半导体照明装置，尤其涉及一种在远程荧光粉技术层的外部罩有散射装置，藉此获得大范围照明角度的半导体照明装置及其光控方法。
背景技术：
随着近年照明领域的飞速发展，LED光源已经成为照明领域中一个不可或缺的照明技术领域。与传统光源相比，LED具有较高的发光效率，还具有体积小、低辐射、低耗电、寿命长、启动快等优点，因此LED光源正逐步取代传统光源。在球泡灯照明领域，LED球泡灯为了实现替代传统球泡灯的目的，除了需要达到良好的光效、节能及更高的寿命外，还需要满足照明角度的要求。根据美国能源之星(EnergyStar)标准的定义，球泡灯的照明角度至少要达到270度。传统的白炽灯及节能灯由于其自 身光源结构与LED不同，其光源照射角度甚至可达到300度左右的范围。然而，由于自身特性因素及封装结构的限制，目前的LED颗粒光源的照射角度不会超过180度(一般在120度左右)。因此，若需要采用LED光源来制作球泡灯的话，目前在照射角度范围上相比传统的球泡形白炽灯、节能灯的性能参数上还处于劣势。目前飞利浦公司在200980145939.4号专利申请及其相关同族专利中揭露了一种与本发明的技术领域较为接近的大角度球泡灯专利，其主要特征在于，设置LED照明光源在冷却装置的侧壁上，并利用冷却装置对光源进行分隔，藉此使LED照明光源以冷却装置为轴环绕设置在其周围，藉此形成大角度照射功效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提供大范围照明角度的半导体照明装置的光控方法。一种半导体照明装置，该半导体照明装置的光源为柱状过渡至圆锥状中的任意一种，其中该光源被置于一散热装置顶部，并被罩于一光学装置中；所述散热装置在空间光分布范围内的遮光角度小于50度，且所述光学装置呈一侧开口、非球形、旋转对称形态，所述光学装置包括一顶散射区和一侧散射区。优选的，所述光源包括一远程突光罩、多个设置在所述突光罩底部内侧的LED颗粒以及固定所述LED颗粒的基板，所述荧光罩上设置有远程荧光粉用于激发光源；所述荧光罩为柱状过渡至圆锥状中的任意一种，且其顶部呈圆弧过渡状。优选的，所述散热装置包括一基座，其采用导热材料制成，所述基座侧面形成有复数散热片，所述散热片整体呈向外凸起状，所述散热片靠近所述光学装置的边缘部位至其最大外围的连线与半导体照明装置的光学轴线的夹角小于25度并大于10度，且所述至少一片所述散热片整体的最大外围的直径小于光学装置的最大直径。优选的，所述顶散射区和侧散射区呈凸形圆弧状；所述侧散射区从顶散射区至光学装置底部方向呈弧形过渡收口状。
优选的，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区在光学轴线上的投影的长度总和的比例在0. 3^0. 7之间，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。优选的，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述侧散射区和光学装置底部的凹形圆弧状下过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区和下过渡区在光学轴线上的投影的长度总和的比例在0. 3^0. 7之间，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。优选的，所述荧光罩的顶端位于所述上过渡区内。本发明还提供了一种半导体照明装置的光控方法，其包括以下步骤
A、提供远端荧光粉激发排布为环形的LED光源； B、提供基座电连接和承载该光源，并在基座上设置散热片对光源进行散热；
C、调整该基座整体遮光角使其小于50度，且散热片外围与基座中心轴线夹角在小于25度并大于10度区间调整，以符合该光源功率散热要求；
D、提供具有顶反射区与侧反射区的光学装置置于该基座顶部，并罩着该光源；
E、调整该光学装置投影方向最大直径大于该基座投影方向最大直径；以及
F、使光源通过该顶反射区及侧反射区控制光源向外均匀扩散；
优选的，所述光学装置还具有弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和侧散射区呈凸形圆弧状；所述侧散射区从顶散射区至光学装置底部方向呈弧形过渡收口状。优选的，所述顶散射区和上过渡区在半导体照明装置的光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区在光学轴线上的投影的长度总和的比例在0. 3^0. 7之间，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。优选的，步骤A中的所述远端荧光粉涂布在罩在LED光源上的荧光罩及固定LED光源的基板上，所述荧光罩的顶端位于所述上过渡区内。优选的，所述光学装置为以下中的一种(1)光学装置上设置有漫反射材料；(2)所述光学装置为透光扩散粒子制成。本发明还提供了一种半导体照明装置的光控方法，包括步骤
提供一大体呈圆锥状的远程荧光罩，该荧光罩的顶部呈圆弧过渡状；
提供多个设置在所述荧光罩底部内侧的LED颗粒；
提供一非球形的、旋转对称的单件式光学装置，该光学装置罩在所述荧光罩上，并定义了凸形圆弧状的顶散射区和侧散射区；所述侧散射区从顶散射区至光学装置底部方向呈弧形过渡收口状；
提供一固定所述荧光罩和光学装置的基座，所述基座外围形成至少一片散热片，所述至少一片散热片整体呈向外凸起状，散热片靠近光学装置的边缘部位至其最大外围的连线与半导体照明装置的光学轴线的夹角小于25度并大于10度使基座在照射角全角范围内的遮光角度小于40度，且所述至少一片散热片整体的最大外围的直径小于光学装置的最大直径；以及
提供一固定在所述基座底部的电接头；其中，所述顶散射区、侧散射区与散热片配合使半导体照明装置的照射角度至少达到270 度。优选的，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区在光学轴线上的投影的长度总和的比例为O. 3^0. 7，且侧散射区在光学轴线上的投影的长
度最长。优选的，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述侧散射区和光学装置底部的凹形圆弧状下过渡区，以及弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区和下过渡区在光学轴线上的投影的长度总和的比例为O. 3^0. 7，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。
优选的，所述每片散热片大体呈三角形，其最长边连接所述基座，其最短边靠近所述光学装置，且所述最短边的长度约为第三边的长度的一半。优选的，所述基座的位于所述荧光罩和光学装置之间的部分形成有凹槽，所述凹槽表面设置有反射材料。优选的，所述光学装置为以下中的一种(1)光学装置上设置有漫反射材料；(2)所述光学装置为透光扩散粒子制成。所述荧光罩的顶端位于所述上过渡区内。本发明半导体照明装置的光控方法提供的半导体照明装置具有非球型的一体化光学装置，其内部的光源装置采用远程荧光技术使荧光罩形成立体光源，本发明方法通过在光学装置上设置若干光源控制区来控制并调节所述光源装置的出光角度及光源分布等预设的效果，同时平衡了散热装置为配合光源的功率及散热需求而做出的结构设计，使之达到散热效果与遮光角度之间的平衡，使射出光学装置的光线的照射角度至少达到2 7 O度，从而可替代传统白炽灯或球形节能灯。此外，本发明方法提供的散热器的散热片的形状设计在满足不遮挡从光学装置射出的光线的前提下，实现了最大的散热效果。
图I为一实施例的半导体照明装置的立体图。图2为图I中半导体照明装置的爆炸图。图3为图I中半导体照明装置的主视图。图4为一实施例的散热装置的主视图。图5 Ca)和(b)为由图I的半导体照明装置获得的光分布图。
具体实施例方式下面将结合具体实施例及附图对本发明半导体照明装置的光控方法作进一步详细描述。本发明的光控方法提供了如图I和图2所示的半导体照明装置。需要说明的是，附图中的图片是米用Pro/Engineer操作软件制作后转为AutoCAD (Auto Computer AidedDesign,自动计算机辅助设计)文件所得，因此附图中多处圆弧状曲面上出现了代表相交线的线条，为使附图便于理解，申请人未予删除。
该半导体照明装置主要包括光源10、作为泡壳的光学装置20、固定光源10和光学装置20的散热装置30，以及固定在散热装置30底部的电接头40。光源10包括一底部开口的、大体呈圆锥状的远程荧光罩12及LED光源(图未示)。荧光罩12的顶部呈圆弧过渡状，以使发出的光线更柔和均匀，其内部涂布远程荧光粉(remote phosphor),藉此配合LED光源形成远程突光粉激发效果，实现无可见点状光源。该LED光源包括一圆形基板及多个LED颗粒。基板上涂布有远程荧光粉，固定在散热装置30上。该多个LED颗粒呈轴对称方式排布在基板边缘，以使LED颗粒可以更靠近荧光罩底部14的内侧，在此排布下，可缩短萤光罩12与LED颗粒之间的距离，减少激发距离，并获得均匀的激发光效效果。荧光罩底部14外侧还设置有螺纹，形成螺口，固定在散热装置30顶部。光学装置20为非球形的、旋转对称的单件式透光兀件,其一端开口罩在突光罩12上。光学装置20的内部或外部涂布有漫反射材料，或者其本身可由透光扩散粒子制成，从而使其对光源10射出的光线产生漫反射光效，使半导体照明装置发出的光均匀柔和。 请同时参阅图3，本实施例中，光学装置20定义了四个光源控制区域顶散射区21、侧散射区23、弧形过渡连接顶散射区21和侧散射区23的上过渡区22，以及弧形过渡连接侧散射区23和光学装置底部的下过渡区24。顶散射区21、侧散射区23和上过渡区22均呈凸形圆弧曲面，而下过渡区24呈凹形圆弧曲面，且其底部固定在散热装置30顶部。顶散射区21从其顶部至其边缘呈弧形过渡扩散状。侧散射区23从顶散射区21至光学装置底部方向呈弧形过渡收口状。下过渡区24底部的最大直径小于侧散射区23底部的直径。从而，上过渡区22和侧散射区23平滑过渡的连接处的最大直径为光学装置的最大直径。此夕卜，顶散射区21和上过渡区22在照明装置的光学轴线上的投影的长度hi和h2的总和优选地约为侧散射区23和下过渡区24在光学轴线上的投影的长度h3和h4的总和的一半，且侧散射区23在光学轴线上的投影的长度h3最长。为了达到较佳的光效，荧光罩12的顶端应位于上过渡区21内，即荧光罩12的顶端在光学轴线上的投影位于上过渡区21在光学轴线上的投影内。散热装置30主要包括基座32及在基座外围形成的多片散热片34。基座32大体呈圆柱状，优选的具有热传导功能，其顶部靠近中心的位置形成有凸台322。凸台322上形成有与荧光罩底部14外侧的螺纹配合的内螺纹，用于固定光源10，还形成有用于固定LED光源的基板的固定孔。基座32的顶部边缘与凸台322之间形成有环形凹槽324。光学装置20固定在凹槽324内，并与散热装置30、光源20同轴分布。凹槽324的内表面设置有反射材料镀层，提高光利用率。特别的，凸台322较基座32的顶部边缘要高，从而光源20完全伸入光学装置20内部，藉此形成一种高度落差形态以减少光源损失。多片散热片34围绕半导体照明装置的光学轴线对称间隔排布，且光学轴线平行于每个散热片所在的平面。为了确保散热装置30在空间光分布范围(即360度)内的遮光角度小于50度，并确保一定的散热面积，该多个散热片34整体(即散热装置30外形整体)呈向外凸起状，每个散热片34靠近光学装置的边缘部位至其最大外围的连线与半导体照明装置的光学轴线的夹角(请同时参阅图4中角a)小于25度并大于10度，本实施例中优选22度，可达到功率、散热效果之间的平衡，此外散热装置30的最大外围的直径小于光学装置20的最大直径，使得光学装置20与散热片34配合使半导体照明装置的照射角度至少达到270度，最优可达到310-320度。本实施例中，每片散热片34大体呈三角形，其最长边连接基座32，其最短边靠近光学装置20，且其最短边的长度约为第三边的长度的一半。若以其他角度衡量，散热片34的最短边在光学轴线上的投影的长度约为其第三边在光学轴线上的投影的长度的一半。藉此该半导体照明装置，从光学装置射出的光线通过被所述散热装置30的遮挡后将可实现照射角度达至少为310度的效果，且光线最为柔和、均匀，从顶散射区21射出的光线较为集中和明亮，可保证光源在半导体照明装置在至少310度范围内的各个角度上都能够实现光强均匀分布，在0度到135度区域内的光强与此区域内的平均光强偏差超过20%。 对本实施例的半导体照明装置进行测试，测试环境温度22°C，环境湿度20. 0%，测试距离6. 65m，主要测试设备浙江三色GMS-1800B分布式光度计，电压220V，电流0. 033A(安培)，功率6. 58W，功率因数0.904，其光强分布曲线参见图5 (a)和(b)，其光度结果为
灯具光通量(Im) : 495. 71 ；
灯具光通量(Im)/电功率(w) : 75. 34 ；
中心光强(Cd) : 45. 726 ；
最大光强(cd) : 46. 699 ；
最大光强角度320度；
其环带光通分布数据表
权利要求
1.一种半导体照明装置，其特征在于，该半导体照明装置的光源为柱状过渡至圆锥状中的任意一种，其中该光源被置于一散热装置顶部，并被罩于一光学装置中；所述散热装置在空间光分布范围内的遮光角度小于50度，且所述光学装置呈一侧开口、非球形、旋转对称形态，所述光学装置包括一顶散射区和一侧散射区。
2.根据权利要求I所述的半导体照明装置，其特征在于，所述光源包括一远程荧光罩、多个设置在所述荧光罩底部内侧的LED颗粒以及固定所述LED颗粒的基板，所述荧光罩上设置有远程荧光粉用于激发光源；所述荧光罩为柱状过渡至圆锥状中的任意一种，且其顶部呈圆弧过渡状。
3.根据权利要求I所述的半导体照明装置，其特征在于，所述散热装置包括一基座，其采用导热材料制成，所述基座侧面形成有复数散热片，所述散热片整体呈向外凸起状，所述散热片靠近所述光学装置的边缘部位至其最大外围的连线与半导体照明装置的光学轴线的夹角小于25度并大于10度，且所述至少一片所述散热片整体的最大外围的直径小于光学装置的最大直径。
4.根据权利要求I所述的半导体照明装置，其特征在于，所述顶散射区和侧散射区呈凸形圆弧状；所述侧散射区从顶散射区至光学装置底部方向呈弧形过渡收口状。
5.根据权利要求I所述的半导体照明装置，其特征在于，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区在光学轴线上的投影的长度总和的比例在0.3^0. 7之间，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。
6.根据权利要求5所述的半导体照明装置，其特征在于，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述侧散射区和光学装置底部的凹形圆弧状下过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区和下过渡区在光学轴线上的投影的长度总和的比例在0. 3^0. 7之间，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。
7.根据权利要求5或6所述的半导体照明装置，其特征在于，所述荧光罩的顶端位于所述上过渡区内。
8.一种半导体照明装置的光控方法，其特征在于包括以下步骤 A、提供远端荧光粉激发排布为环形的LED光源； B、提供基座电连接和承载该光源，并在基座上设置散热片对光源进行散热； C、调整该基座整体遮光角使其小于50度，且散热片外围与基座中心轴线夹角在小于25度并大于10度区间调整，以符合该光源功率散热要求； D、提供具有顶反射区与侧反射区的光学装置置于该基座顶部，并罩着该光源； E、调整该光学装置投影方向最大直径大于该基座投影方向最大直径；以及 F、使光源通过该顶反射区及侧反射区控制光源向外均匀扩散。
9.根据权利要求8所述的光控方法，其特征在于，步骤D中，所述光学装置还具有弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和侧散射区呈凸形圆弧状；所述侧散射区从顶散射区至光学装置底部方向呈弧形过渡收口状。
10.根据权利要求9所述的光控方法，其特征在于，所述顶散射区和上过渡区在半导体照明装置的光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区在光学轴线上的投影的长度总和的比例在0. 3^0. 7之间，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。
11.根据权利要求10所述的光控方法，其特征在于，步骤A中的所述远端荧光粉涂布在罩在LED光源上的荧光罩及固定LED光源的基板上，所述荧光罩的顶端位于所述上过渡区内。
12.根据权利要求8所述的光控方法，其特征在于，所述光学装置为以下中的一种(I)光学装置上设置有漫反射材料；(2)所述光学装置为透光扩散粒子制成。
13.一种半导体照明装置的光控方法，其特征在于，包括步骤 提供一大体呈圆锥状的远程荧光罩，该荧光罩的顶部呈圆弧过渡状； 提供多个设置在所述荧光罩底部内侧的LED颗粒； 提供一非球形的、旋转对称的单件式光学装置，该光学装置罩在所述荧光罩上，并定义 了凸形圆弧状的顶散射区和侧散射区；所述侧散射区从顶散射区至光学装置底部方向呈弧形过渡收口状； 提供一固定所述荧光罩和光学装置的基座，所述基座外围形成至少一片散热片，所述至少一片散热片整体呈向外凸起状，散热片靠近光学装置的边缘部位至其最大外围的连线与半导体照明装置的光学轴线的夹角小于25度并大于10度使基座在照射角全角范围内的遮光角度小于40度，且所述至少一片散热片整体的最大外围的直径小于光学装置的最大直径；以及 提供一固定在所述基座底部的电接头； 其中，所述顶散射区、侧散射区与散热片配合使半导体照明装置的照射角度至少达到270 度。
14.根据权利要求13所述的光控方法，其特征在于，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区在光学轴线上的投影的长度总和的比例为0.3^0. 7，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。
15.根据权利要求13所述的光控方法，其特征在于，所述光学装置还定义了弧形过渡连接所述侧散射区和光学装置底部的凹形圆弧状下过渡区，以及弧形过渡连接所述顶散射区和侧散射区的凸形圆弧状上过渡区，所述顶散射区和上过渡区在所述光学轴线上的投影的长度总和与侧散射区和下过渡区在光学轴线上的投影的长度总和的比例为0. 3^0. 7，且侧散射区在光学轴线上的投影的长度最长。
16.根据权利要求13所述的光控方法，其特征在于，所述每片散热片大体呈三角形，其最长边连接所述基座，其最短边靠近所述光学装置，且所述最短边的长度约为第三边的长度的一半。
17.根据权利要求13所述的光控方法,其特征在于,所述基座的位于所述突光罩和光学装置之间的部分形成有凹槽，所述凹槽表面设置有反射材料。
18.根据权利要求13所述的光控方法，其特征在于，所述光学装置为以下中的一种(I)光学装置上设置有漫反射材料；(2)所述光学装置为透光扩散粒子制成。
19.根据权利要求14或15所述的光控方法，其特征在于，所述荧光罩的顶端位于所述上过渡区内。
全文摘要
本发明涉及一种半导体照明装置，该半导体照明装置的光源为柱状过渡至圆锥状中的任意一种，其中该光源被置于一散热装置顶部，并被罩于一光学装置中；所述散热装置在空间光分布范围内的遮光角度小于50度，且所述光学装置呈一侧开口、非球形、旋转对称形态，所述光学装置包括一顶散射区和一侧散射区。本发明半导体照明装置的光控方法使半导体照明装置达到散热效果与遮光角度之间的平衡，使射出光学装置的光线的照射角度至少达到270度，从而可替代传统白炽灯或球形节能灯。此外，本发明方法提供的散热器的散热片的形状设计在满足不遮挡从光学装置射出的光线的前提下，实现了最大的散热效果。
文档编号F21V29/00GK102759032SQ20121013318
公开日2012年10月31日 申请日期2012年5月3日 优先权日2012年4月28日
发明者王伟霞, 王晴雪, 郑子豪 申请人:重庆雷士实业有限公司