發光設備的制作方法
本申請是申請號為201080054756.4，名稱為“基于發光二極管(led)的燈”的中國專利申請(基于國際申請日為2010年10月01日、國際申請號為pct/us2010/051109的國際專利申請，于2012年06月01日進入中國國家階段)的分案申請。
本申請涉及照明領域、發光領域、固態發光領域、及相關領域，特別是涉及一種發光設備，如基于發光二極管(led)的燈。
背景技術：
一體式白熾燈和鹵素燈被設計成直接“插入式”部件，該直接“插入式”部件經由螺紋愛迪生基座連接器(在白熾燈泡的上下文中有時稱為“愛迪生燈座”)、卡口式基座連接器(即在白熾燈泡的情況下為卡口基座)、或其他標準基座連接器與燈座配合，以接收標準電源(例如在美國為60hz的110伏交流電、或在歐洲為50hz的220v交流電、或12或24或其他直流電壓)。一體式燈被構造成包括由在基座連接器接收的標準電源來操作需要的任何部件的一體式封裝件。就一體式白熾燈和鹵素燈而言，這些部件是最小的，因為白熱燈絲通常可以利用標準的110v或220v交流或12v直流電源進行操作，且白熱燈絲在高溫下操作，有效地將余熱釋放到環境中。在這樣的燈中，燈的基座僅僅是基座連接器，例如“a”型白熾燈泡的愛迪生燈座。
某些一體式白熾燈或鹵素燈被構造成全方位光源，旨在提供與光學遠場中的角相對的基本上均勻的強度分布，光學遠場比光源線性尺寸大5或10倍，或遠離燈的距離通常大于1米，且發現如臺燈、桌燈、裝飾燈、枝形吊燈、吸頂燈等不同方面的應用、以及要求光在所有方向上均勻分布的其他應用。
參照圖1，描述了一種本文用來描述用于產生全方位照明的燈產生的照明的空間分布的坐標系。該坐標系是球坐標系，并且參照燈l在圖1中示出，在所示實施例中這種燈是“a”型白熾燈，具有愛迪生燈座eb，該燈座例如可以是e25、e26或e27燈座，其中數字表示基座eb上的螺紋繞圈的外徑，用毫米表示。為了描述遠場照明分布，可以認為燈l位于l0點，該點例如與白熱燈絲的位置相一致。采用地理領域常用的球坐標符號，通過高程或緯度坐標θ以及方位或經度坐標
繼續參照圖1，對指定高程或緯度θ還可以限定方位或經度坐標
然而，實現對應高程或緯度坐標θ的理想全向照明通常是不實際的。例如，“a”型白熾燈泡l包括螺紋愛迪生燈座eb，愛迪生燈座eb位于光源位置l0“后面”的光軸上，從而阻止向后發出的光，因此白熾燈l不能提供相對于緯度坐標θ的確切來說高達θ＝180°的理想全向光。盡管如此，商用白熾燈能在緯度跨距θ＝[0°,135°]上提供在如由美國能源部頒布的針對整體式led燈的建議版能源之星標準(2009年5月9日草案2；下文稱為“建議版能源之星標準”)中規定的大約±20％內的均勻強度。普遍認為是全向燈的可接受的照明分布均勻性，雖然仍然對擴展該跨度感興趣，例如對于θ＝[0°,150°]的緯度跨度，具有且可能具有更好的±10％的均勻性。在大的緯度范圍內(例如，大約θ＝[0°,120°]或更優選大約θ＝[0°,135°]，或仍然更優選大約θ＝[0°,150°])，這種具有大致均勻性的燈在本領域中通常被視為全向燈，即便均勻性范圍小于θ＝[0°,180°]。
對開發全向led備用(replacement)燈感興趣，該全向led備用燈用作一體式白熾燈或鹵素燈的直接“插入式”備用件。然而，實質性難題迄今阻礙了具有期望全向強度特征的led備用燈的開發。一個問題在于，與白熾燈和鹵素燈相比，例如發光二極管(led)器件的固態發光技術本身高度定向。例如，對于進行了封裝或未進行封裝的led器件，通常在強度隨θ＝[0°,90°]范圍內的cos(θ)變化的方向性朗伯(lambertian)空間強度分布中發光，并在θ＞90°時具有零強度。半導體激光器本身更具方向性，且實際上發出基本上可稱為限于圍繞θ＝0°的窄光錐的前向光束的分布。
另一個問題在于，與白熱燈絲不同，利用標準110v或220v交流電源通常不能有效操作led芯片或其他固體發光器件。相反，車載電子器件通常設置成將交流輸入電源轉化為適于驅動led芯片的低電壓直流電源。作為可替換例，足夠數量的一連串led芯片可以直接在110v或220v的電壓下操作，且具有合適極性控制(例如齊納二極管)的這些串的并聯布置可以在110v或220v交流電源下工作，雖然功率效率大幅降低。在任何一種情況下，與一體式白熾燈或鹵素燈所用的愛迪生燈座相比，電子設備構成燈座的附加部件。
全向led備用燈的又一問題是散熱。因為led器件與白熾燈或鹵素燈相比對溫度高度敏感，所以要散熱。led器件不能用在白熱燈絲的溫度下工作(相反，操作溫度應為100℃或優選更低)。較低的工作溫度還降低了輻射冷卻的有效性。在常用方法中，除愛迪生基座連接器和電子設備外，led備用燈的基座進一步包括放置成與led器件接觸或良好熱接觸的大量散熱材料。
電子器件和散熱器的組合產生了阻止“向后”照明的大型基座，其在此之前基本上限制了利用led備用燈產生全向照明的能力。散熱器尤其優選具有大容量以及大表面積，以便通過對流和輻射的結合將熱量排出燈。
技術實現要素：
在文中公開的作為說明性實例的一些實施例中，一種發光設備包括：基于led的光源；響應于漫射體內部的照明產生光強度分布輸出的球形、類球形、卵形、蛋形、或環面形漫射體；以及包括基座連接器的基座。基于led的光源、漫射體、以及基座一起固定為整體式led燈，整體式led燈可以通過將基座連接器和照明插座連接而安裝在照明插座中。基座與整體式led燈中的基于led的光源操作地連接，以便利用基座連接器接收的電力為基于led的光源供電。
在文中公開的作為說明性實例的一些實施例中，一種發光設備包括：燈組件，燈組件包括與球形、類球形、卵形或蛋形漫射體光耦合并設置成與其相切的基于led的光源；以及包括基座連接器的基座，該基座構造成利用基座連接器處接收的電力為基于led的光源供電。燈組件和基座一起固定為整體式led燈，整體式led燈可以通過將基座連接器和照明插座連接而安裝在照明插座中。
在文中公開的作為說明性實例的一些實施例中，一種發光設備包括：燈組件，燈組件包括與環面形漫射體光耦合的環形的基于led的光源；以及包括基座連接器的基座，該基座構造成利用基座連接器接收的電力為環形的基于led的光源供電。燈組件和基座一起固定為整體式led燈，整體式led燈可以通過將基座連接器和照明插座連接而安裝在照明插座中。
附圖說明
本發明可采取各種部件及部件的布置、以及各種工藝操作及工藝操作的布置的形式。附圖的目的僅用于示出實施例且不應被理解為限制本發明。
圖1參照傳統白熾燈泡示意性地示出了本文用來描述照明分布的坐標系。
圖2示意性地示出了采用基于led的平面朗伯光源和球形漫射體的基于led的全向燈的側視圖。
圖3示意性地示出了圖2的基于led的全向燈，其中球形漫射體被提升離開以露出基于led的平面朗伯光源。
圖4使用光線跟蹤圖示意性地示出了圖2和3的基于led的全向燈如何產生基本上全向的照明分布的。
圖5和6示出了兩個說明性基于led的燈的側視圖，這兩個燈采用了圖2-4的燈的原理并且每個燈分別進一步包括可以安裝在傳統的白熾燈座中的愛迪生燈座。
圖7示意性地示出了圖2-4的實施例的變型的側視圖，其中光源發出長橢圓形畸變(prolate-distorted)朗伯強度分布且漫射體是形狀與光源強度分別匹配的長橢圓形球形漫射體。
圖8示意性地示出了圖2-4的實施例的變型的側視圖，其中光源發出扁圓形畸變(oblate-distorted)朗伯強度分布且漫射體為形狀與光源強度分別匹配的扁圓形球形漫射體。
圖9示出了基于led的光源相對于球形漫射體的位置對阻擋角的影響。
圖10示出了對球形漫射體直徑與基于led的光源尺寸之比的光均勻性的緯度范圍的影響。
圖11示出了基本上類似于圖5的燈但進一步包括翅片的改造的基于led的燈泡的側視立體圖。
圖12示出了圖11的改造的基于led的燈泡的兩個實際構造的實施例的相對于緯度的強度。
圖13和14示意性地分別示出了采用本文公開的原理且具有環面形漫射體的光源的側視圖和立體圖。圖14a描述了變形實施例。
圖15、16、17、18和19分別示出了基于led的燈泡的立體圖、可選的陰影立體圖、側視圖、頂視圖及底視圖。
圖20和21分別示出了圖15-19的的燈的漫射體，包括露出漫射體內部的側視圖和陰影側部正視圖。
圖22和23分別示出了具有翅片的漫射體的側視圖、及其分解圖。
圖24、25和26將圖15-23的實施例的卵形漫射體與球形漫射體作比較，圖25示出了卵形與球形漫射體的入射光線長度的區別，圖26示出了穿過卵形漫射體發出的光的散射分布。
圖27-30示出了附加的說明性卵形漫射體的實施例。
圖31和32示出了圖15-23的燈的實施例，其進一步包括選擇的輔助光學部件。
具體實施方式
參照圖2和3，基于led的燈包括基于led的平面朗伯光源8和透光球形漫射體10。最宜在圖3的部分拆除的視圖中觀察基于led的平面朗伯光源8，在該圖中，漫射體10退出視野且基于led的平面朗伯光源8進入視野。基于led的平面朗伯光源8包括多個發光二極管(led)器件12、14，其在所示實施例中包括各自具有混合以呈現出所需顏色溫度和cri的白光的光譜和強度的第一led器件12和第二led器件14。例如，在一些實施例中，第一led器件12輸出綠色再現的白光(例如可通過利用涂覆有合適“白色”熒光粉的發藍光或紫光的led芯片實現的光)，第二led器件14輸出紅光(例如可利用自然發出紅光的gaasp或aigalnp或其他外延led芯片實現的光)，來自于第一和第二led器件12、14的光混合在一起產生提高的白光再現。另一方面，還可預計基于led的平面朗伯光源包括單個led器件，該led器件可以是白色led器件或飽和色led器件等等。led器件12、14安裝在電路板16上，該電路板可選地為金屬芯印刷電路板(mcpcb)。可選地，基座元件18提供支撐并導熱，使得基座元件18還限定了具有相當高的熱導率以用于對led器件12、14散熱的散熱器18。
所示的透光球形漫射體10基本上中空，且具有使光漫反射的球形。在一些實施例中，球形漫射體為玻璃元件，但也可考慮了另一種透光材料(如塑料)或其他材料的漫射體。漫射體10的表面本身可以擴散光，或可以以不同方式使其擴散光，例如：進行消光(frosting)或紋理化處理來促進光擴散；涂覆有光擴散涂層，光擴散涂層諸如瓷漆或用作一些白熾燈泡或熒光燈泡的玻璃燈泡上的光擴散涂層的soft-white(淡白)或starcoattm涂層(可以從美國紐約通用電氣公司獲得)；將光散射粒子嵌入球形漫射體10的玻璃、塑料、或其他材料中；上述方式的各種組合；等等。
漫射體10可選地還可包括例如涂覆在球面上以將led的光轉化為另一種顏色(例如將來自于led的藍光或紫外(uv)光轉化為白光)的熒光粉。在一些這樣的實施例中，預計熒光粉為漫射體10的唯一組成部分。在這樣的實施例中，熒光粉應該是擴散熒光粉。在其他預計的實施例中，漫射體包括熒光粉加上附加的擴散元件，如消光層、瓷漆、涂層等等。
透光球形漫射體10包括孔或開口部20，其大小設計為容納或配合基于led的平面朗伯光源8，使得基于led的平面朗伯光源8的發光原理表面面向并進入球形漫射體10的內部并將光發射到球形漫射體10的內部內。球形漫射體與基于led的平面朗伯光源8的面積相比較大，使光源8設置在基本上較大的球形漫射體10的周邊；在所示實施例中，球形漫射體10具有直徑dd，而基于led的平面朗伯光源8(或等同地，配合孔或開口部20)具有直徑dl的圓面積，其中dd＞dl。基于led的平面朗伯光源8安裝在具有設置成與球形漫射體10的曲面相切的平面發光表面的孔或開口部20處或安裝在孔或開口部20內。應理解，只有在dl/dd接近零的情況下才實現準確相切，但隨著比率dd/dl增加，即基于led的平面朗伯光源8的尺寸相對于球形漫射體10的尺寸減小，相切變得更接近準確。
繼續參照圖2和3，且進一步參照圖4，同樣可以利用圖1的球坐標系描述基于led的燈，其中基于led的平面朗伯光源8限定坐標系。因此，基于led的平面朗伯光源8的沿光軸的正向光束在北方方向上(θ＝0°)，其中強度在該方向上最大(這里用io表示)。根據朗伯分布，強度隨遠離光軸的高程或緯度的增加(利用圖1的球坐標傳統)而增加，使得緯度θ處的強度i＝io.cos(θ)。應注意的是，圖2-4的基于led的燈關于光軸旋轉對稱，因此不存在相對于方位或經度坐標
尤其參照圖4，圖2-4的基于led的燈在基本上大于θ＝[0°,90°]的高程或緯度范圍上產生全向照明。本文識別兩個點。首先，通過放置成與球形漫射體10相切的基于led的平面朗伯光源8，由基于led的平面朗伯光源8輸出的朗伯照明在球形漫射體10的整個(內側)表面上是均勻的。換句話說，照射在球形漫射體10的(內側)表面上的光的通量(流明/面積)(該通量通常以勒克斯(流明/m2)為單位進行測量)在球形漫射體10的任意點處的值相同。因此，漫射體的內側表面與led光源的等照度表面一致。這可以從下述內容定性地看出。在θ＝0°處，朗伯光源的前向光束具有最大值io；然而，具有強度io的光束的前向部分在撞擊球形漫射體10的(內側)表面之前行進得最遠。強度隨距離的平方增加，因此強度與io/dd2成正比(其中光源8的準確相切和漫射體10的曲率在這里被假定為簡單化)。在任意緯度θ處，光源的強度較低，即io.cos(θ)；然而，撞擊球形漫射體10之前的行進距離d＝dd.cos(θ)減少一個量cos(θ)，且在球形漫射體處接收強度的突出表面積也減少一因數cos(θ)。因此，任意緯度θ的表面處的通量密度與(io.cos(θ).cos(θ))/(dd.cos(θ))2＝常數成正比，該常數與θ＝0時相同。因此，就led光源發出的朗伯強度分布的情況而言，球形漫射體(led相切地位于球形漫射體的表面上)的內側表面與led的強度分布的等照度輪廓面一致。
本文識別的第二個點為漫射體10(假定理想的光擴散)響應于通過基于led的光源8在漫射體10內側的照明在漫射體表面上的任意點處發出朗伯光強度分布輸出。換句話說，響應于球形或類球形漫射體內側照明而在漫射體10的表面上的點的光強度輸出用
在漫射體10包括波長轉換熒光粉的實施例中，熒光粉應為漫反射熒光粉，即在圖4所示的朗伯(或幾乎朗伯)模式下發出波長轉換光的熒光粉，與直接(勵磁)照明的入射角無關。熒光粉的漫反射性質由熒光粉層的厚度、熒光粉顆粒大小及反射率(該反射率影響熒光粉作為光散射物的性能)等參數控制。如果熒光粉層散射不充分，則熒光粉可以與附加的擴散部件(例如玻璃的消光層或其他襯底)組合在一起，包括瓷漆層等。
同時，球形漫射體10在光擴散過程中提供優良的顏色混合特征，而不需要通過附加光學元件的多次彈跳，或不用造成光損失或吸收的光學部件。進一步地，由于基于led的平面朗伯光源8設計為與球形漫射體10相比較小(即比率dd/dl應較大)，因此后向光遮蔽與采用半球漫射體的現有設計相比大大減少了，其中基于led的平面朗伯光源放置在赤道平面θ＝90°處并具有與半球漫射體相同的直徑(對應于dd/dl＝1的極限)。
基座18的構造同樣有助于提供全向照明。如圖2所示，由基于led的朗伯光源8照射的球形漫射體10從遠場觀點看可以被視為產生來源于點p0的光。換句話說，遠場點光源位置p0由包括光源8和漫射體10的全向燈組件限定。基座18阻擋一部分“后向”定向光，使得便緯向阻擋角αb可以由具有至點p0的直接視線的最大緯度θ限定。圖2示出了這點。針對阻擋角αb范圍內的視角，基座18提供大部分遮蔽，由此大大降低了照明強度。應理解，緯向阻擋角αb的概念在遠場估算時是有用的，但不是精確計算—這在圖2中示出，例如，光線rs在阻擋角αb的范圍內不發光。由于在遠場估算時僅被估算為光源p0的球形漫射體10的有限尺寸，光線rs存在。基座在不阻擋或不吸收的情況下還反射一部分后向光，并將反射的光重新定向為燈的光分布模式，恰好在阻擋角上方的角區中增加至光分布。為了適應由于散熱器和基座表面的光反射對光分布模式的影響，球形漫射體的形狀在球形漫射體和led光源的交叉點附近只發生輕微改變，以便改善該角區中的分布模式的均勻性。
鑒于上文，大緯度角處的照明全向性被視為附加地取決于控制阻擋角αb的大小的基座18的尺寸和幾何形狀。雖然可通過擴大球形漫射體10(例如參照光線rs解釋的)的直徑dd獲得阻擋角αb內的一些照明，但該直徑通常由實際考慮事項限制。例如，如果設計了改造的白熾燈泡，則將球形漫射體10的直徑dd限制為小于或(最多)等于要替換的白熾燈泡的尺寸。如圖2所見，一個適用的基座設計具有角度形成為基本上符合阻擋角αb的側部。具有大約阻擋角αb處的成角度的側部的基座設計為阻擋角αb提供最大基座容量，其進而為電子設備和散熱塊提供最大容量。
通過查看和擴展的方式，本文公開了用于設計基于led的全向燈的方法。在這些方法的公開實施例中，小光源8設置來在光源8上方的2-π球面度半空間中發出基本上朗伯分布的光。球形(或更普遍地類球形)擴散燈泡10具有安裝有小光源的小光學輸入孔20。在擴散燈泡10表面上的每個點處散射直接照明，以便在擴散燈泡10外部產生基本上朗伯輸出光強度分布。在燈泡10的表面上提供均勻照亮外觀，并為發射到全向地圍繞燈泡的4π球面度中的光提供幾乎均勻的強度分布，沿通過散熱器和電子設備容量被光源8遮住的照明的光軸(θ～180°)的后向方向除外。
進而考慮此設計的幾個方面。第一方面是來自典型led器件或led封裝件(例如led光源8)的光強度的大致朗伯分布，使得光強度沿具有放置在球形表面上或附近的任何單個位置處(例如小開口部20處)的led光源8的球形漫射體10的軌跡幾乎保持不變。設計的第二方面是利用光漫射體10截取朗伯光分布模式，通過將球形或幾乎球形的光漫射體10放置在led光源8附近，光漫射體的擴散沿幾乎保持不變的光通量軌跡進行，使得led光源8位于球形漫射體10的表面上或附近，其中led光源8沿光軸(θ＝0)將其正向照明引導至球形漫射體10的離光學輸入孔20最遠的相對點。該布置保證了照射在球形光漫射體10上的光的照度(流明/表面積)在球形漫射體10的整個(內側)表面上幾乎保持不變。第三方面為光漫射體10的大致朗伯散射分布的函數，使得相對于角基本上為朗伯分布的強度從光漫射體10上的每個(外部)點發出。保證了光強度(流明/球面度)在所有方向幾乎保持不變。第四方面是led光源8的最大橫向尺寸dl應大致小于球形光漫射體10的直徑dd，以便維持第一、第二和第三方面接近理想化。如果led光源8相對于球形漫射體10來說太大，則第一方面將會受到影響，使得光擴散球體表面上的照度明顯偏離理想的均勻性。進一步地，如果led光源8相對于球形漫射體10太大，則第三方面將會受到影響，且led光源8將阻擋理想的球形光漫射體發出光的潛在4π球面度的大部分。(或者換句話說，如果led光源8太大，則它將阻擋不期望的大部分向后定向的光)。第五方面是基座8應被設計為使阻擋角αb最小化，并提供足夠大的基座容量以便為電子設備提供充分的散熱和空間。
參照圖5和6，示出了構造成適用于替換傳統白熾燈泡或鹵素燈泡的整體式led燈的設計的實施例。圖5和6中的每個基于led的燈都包括形成為直接替代傳統白熾燈的愛迪生基座的愛迪生螺紋基座連接器30。(更普遍地，基座連接器的類型應該與要替代的白熾燈或鹵素燈的基座相同——例如，如果白熾燈或鹵素燈采用卡口基座，則愛迪生基座連接器30適宜被所需的卡口基座連接器替代)。圖5(或圖6)的整體式led燈是一種不依賴用于散熱的照明插座的自容式全向發光設備。正因如此，圖5(或圖6)的整體式led燈可以替代傳統的一體式白熾燈或鹵素燈，而不用考慮使插座或相關硬件熱過載，并且也不用修改插座的電氣構造。圖5和6的led燈包括各自的球形或類球形漫射體32、34以及設置成與各自的球形漫射體32、34的底部相切的各自的基于led的平面光源36、38。基于led的光源36、38相對于球形或類球形漫射體32、34相切地構造，且包括led器件40。在圖5中，基于led的光源36包括較少數量的led器件40(示出了兩個)，并提供與球形漫射體32耦合的大致朗伯強度分布。在圖6中，基于led的光源38包括相對較多數量的led器件40(示出了兩個)。光源38產生畸變朗伯分布的光輸出分布，因為與準確朗伯分布相比，在基于led的光源38的平面中相對比較分散。為了適應相對于準確朗伯分布的畸變，圖6的漫射體34為類球形漫射體，即不同于完全球形漫射體。在圖6的所示實例中，由基于led的光源38輸出的畸變朗伯分布可以被描述為具有扁圓形畸變的朗伯分布，并適宜被具有扁圓球形形狀的漫射體34捕獲。參照圖7和8，進一步對適應不精確的朗伯光分布進行討論。
繼續參照圖5和6，電子驅動器44介于平面led光源36和愛迪生基座連接器30之間，如圖5所示。類似地，電子驅動器46介于平面led光源38和愛迪生基座連接器30之間，如圖6所示。電子驅動器44、46包含在各自的燈座50、52中，每個基座50、52的平衡部(即每個基座50、52不被相應電子設備44、46占據的部分)優選由散熱材料制成以便限定散熱器。電子驅動器44、46自身足以將愛迪生基座電連接器30接收的交流電(例如，美國住宅和辦公場所的愛迪生燈座通常可用的110伏交流電、或歐洲住宅和辦公場所的愛迪生燈座通常可用的220伏交流電、或12伏或24伏或其他電壓的直流電)轉換成形式適宜的格式以驅動基于led的光源36、38。在led光源構造成直接由110伏或220伏交流電操作的實施例中(例如，如果基于led的光源包括一連串編號的且可選地利用齊納二極管直接由交流電操作的led器件來適應交流電極性切換)，適宜省略電子驅動器44、46。
需要將基座50、52制成得較大以適應電子設備的大容積，并提供充分散熱，但該基座還優選構造為最大程度減小阻擋角αb。此外，散熱主要不是經由愛迪生燈座30傳導，而是主要依靠對流和輻射的組合將熱量排到環境空氣中，因此，由基座50、52限定的散熱器應具有足夠的表面積來促使對流和輻射散熱。另一方面，文中進一步認識到，由于相對于漫射體32、34相切布置，基于led的光源36、38優選為小直徑光源。通過采用與基于led的光源36、38連接的小的接收或配合面積來使這些不同的考慮事項包含在各個基座50、52中，其中基座的大小大致與基于led的光源36、38相同且具有帶角度的成角度的側部54、56，該成角度的側部的角度大致與阻擋角αb相同。成角度的基座側部54、56遠離基于led的光源36、38延伸一定的距離，該距離使得成角度的側部54、56與直徑dbase足夠大以容納電子設備44、46的圓柱基座部分配合。
基座的幾何形狀設計由阻擋角αb控制，該阻擋角進而由基本上全向的照明的所需緯度范圍控制。例如，如果要求在θ＝[0°,150°]范圍上具有基本上全向的照明，則阻擋角αb不應大于30°，且在一些此類設計中，阻擋角大約為30°以便最大化容納散熱器和電子設備的基座尺寸。另一方面，燈組件在在至少θ＝[0°,x]的緯度范圍上產生均勻性變化為±30％或更小(例如，更優選±20％，或更優選±10％)的照明，其中x是緯度，且x≥120°。基座50、52未擴展到緯度范圍θ＝[0°,x]，但優選擴大為具有相當大的表面積。這可以通過構造具有位于緯度x的側部54、56的基座50、52實現。
又一方面，通過確保基座在與包括漫射體和基于led的光源的照明組件連接處最小來保持阻擋角αb較小，并且當其遠離照明組件延伸時橫截面積(例如直徑)張開或增加以便為對流和輻射散熱且可選地為容納電子設備提供足夠的容積和表面積。在一些實施例中，如圖5和6的實施例，基座50、52在與照明組件連接處的大小設計為具有與基于led的光源36、38的面積相同的面積，且側部54、56在最大容許角度(即等于阻擋角αb的角度)處向外傾斜以便靠近基于led的光源36、38放置最大容積的散熱材料，同時符合阻擋角設計限制。
如圖5和6所示，燈座50、52包括緊靠基于led的光源36、38并位于基于led的光源36、38和其驅動電子設備44、46之間的散熱部分。相應地，電氣路徑58通過基座的散熱部分進行設置以使電子設備44、46和光源36、38電連接。另一方面，電子單元44、46直接靠近愛迪生基座連接器30(或，在可替換觀點中，延伸以便包括愛迪生基座連接器)。
參照圖7，在一些實施例中，光源可能產生不同于朗伯強度分布的其他分布。在圖7的說明性實例中，光源100產生基本上畸變的朗伯強度分布102。強度分布102與朗伯強度分布的相似之處在于在正向方向上(即沿光軸或沿θ＝0°)最強，且隨θ≥90°時零強度的緯度θ增加而減少。然而，強度分布102相對于真實朗伯分布大幅畸變的原因在于絕大部分總強度在正向方向上，如圖7中的射線跡線所示意性地示出的。由圖7所示的朗伯強度分布102表示的畸變類型有時稱為長橢圓形畸變。對此類實施例來說，參照球形漫射體實施例(例如圖2-4)討論的比率dd/dl適宜用dpma/dl替代，其中dpma是圖7所示的長橢圓形畸變類球形漫射體的短軸。
參照圖8，作為另一實例，光源110產生具有大致扁圓形畸變的畸變朗伯強度分布112。大致扁圓形畸變的朗伯強度分布112相對于真實朗伯分布畸變的原因在于很少部分總強度在正向方向上，如圖8中的射線跡線所示意性地示出的。扁圓形球狀漫射體114設置來擴散扁圓形畸變朗伯強度分布112。對此類實施例來說，參照球形漫射體實施例(例如圖2-4)討論的比率dd/dl適宜用doma/dl替代，其中doma是圖8所示的扁圓形畸變類球形漫射體的長軸。
一般來說，理想的球形(朗伯)分布的畸變可以被描述成類球形形狀，例如細長橢圓形類球形分布102(圖7)或扁平的扁圓類球形分布(圖8)。本文提出的設計原理易于推廣到這些情況。返回說明性參照圖2-4的實施例，選擇球形漫射體10，因為朗伯光源8在其整個(內側)表面上均勻照射球形漫射體10。換句話說，球形漫射體10符合朗伯光源8的等照度曲線。概括該觀察，只要透光漫射體選擇為符合對應光源的等照度表面，就可保證漫射體的整個表面由光源進行均勻強度照射。此外，因為漫射體提供了以圖4的實例方式示出的朗伯散射，來自擴散表面(外側)的每個點的光具有朗伯分布。因此，由此產生的燈輸出強度將基本上是全向的。由于這些形狀與理想的球形不同，在長橢圓形或扁圓形類球形漫射體104、114的情況下觀察到與理想全向性的偏差；然而，該偏差對于與朗伯分布偏離不太遠的光源強度分布來說相對較小。
將這些通用設計原理應用于圖7的實施例，圖2-4的實施例的球形漫射體10在圖7的實施例中被長橢圓類球形漫射體104替代，該漫射體與光源100產生的長橢圓畸變朗伯強度102的等照度表面匹配。定性地，通過沿正向(θ＝0)方向移動漫射體表面離光源100更遠，該長橢圓類球形漫射體104可以被看成是補償沿輸出強度102的正向(θ＝0)方向的較高強度部分。
就圖8的實施例而言，圖2-4的實施例的球形漫射體10在圖10的實施例中被扁圓類球形漫射體114替代，該漫射體與光源110產生的扁圓畸變朗伯強度112的等照度表面匹配。定性地，通過沿正向(θ＝0)方向移動漫射體表面離光源100更近，扁圓球狀漫射體114可以被看成是補償沿輸出強度112的正向(θ＝0)方向的較低強度部分。
更普遍地，應理解，通過選擇表面與光源的等照度表面對應的漫射體基本上任何光源照明分布都可以同樣適應。實際上，通過說明限定等照度表面時方位或經度方向
參照圖2-8描述了一些說明性實施例，接下來將對一些進一步的公開內容以及實際縮減來實現并表征的描述進行陳述。
在此對下列全向led燈設計方面進行陳述。第一設計方面涉及led光源發出的光強度的分布。最典型的led光源的分布為朗伯分布，但led光源可存在其他分布，例如畸變朗伯分布(例如圖7和8)。led光源的強度分布在方位或經度
第二設計方面是要構造與等照度表面一致的透光漫射體。如果led光源的強度分布正好為朗伯分布，則等照度表面為球形(且由此漫射體為球形)，且led光源的發光表面的理想位置位于與球形漫射體表面相切的位置。在實體led光源中，特別是在采用多個led芯片或多個led封裝件的光源中，分立的led器件通常安裝在平面電路板上，并可以用折射率匹配材料對led進行單獨封裝或封裝成陣列以提高從led半導體材料提取光的效率。led光源還可以被反射、折射、散射或傳輸型光學元件包圍以提高光源的光通量或其顏色的均勻性。為了適應空間擴展的led光源，led光源的出口孔(即光輸出表面)適宜定位成與光漫射體的表面相切，以便光漫射體可接收均勻照度。
如果led光源的強度分布基本上與純朗伯分布偏離，則漫射體并非是精確的球形，而是與光強度分布的形狀匹配的形狀，使得照度(流明/面積)在漫射體表面上的每個位置保持不變，且led光源的發光表面位于與漫射體表面相切的位置。例如，如果led光源100的強度分布102在前向凸起部(lobe)(該凸起部沿光軸延伸，如圖7所示)中集中，則漫射體104應該沿光軸加長以匹配強度分布的形狀。
雖然在此示出了表面漫射體，但同樣可以采用容積漫射體(volumediffuser)。在容積漫射體中，光漫射在漫射體的整個容積中發生，而不是集中在表面。在這種情況下，由于在漫射體容積內部發生散射，漫射體的形狀同樣要考慮強度分布的變化。
第三設計方面是通過光漫射體提供朗伯或幾乎朗伯的光散射。即便在準直光束作為輸入的極端情況下，理想的朗伯散射體在輸出時為任何可能的輸入分布產生朗伯強度分布。當光至漫射體的輸入強度分布相對于led光源的光軸為朗伯或大致為朗伯分布時，漫射體的作用是將強度分布重新定向為相對于漫射體表面的法線(即垂直單位向量)的朗伯分布。朗伯散射體或相對較強的近朗伯散射體一般足以完成這個任務。通常用于現有全向燈的各種材料(例如透明或半透明玻璃、石英、陶瓷、塑料、紙、復合材料或其他具有較低光學吸收的透光材料)可提供朗伯或足夠強的散射。使散射介質的表面變粗糙或消光(例如，通過化學蝕刻、或機械性磨損、或用機械工具或激光器切割等)來產生散射。附加地或可選擇地，可以利用涂覆到表面上的散射涂層或油漆或疊層、或通過使散射粒子懸浮在介質中在松散介質內散射、或通過在介質(針對非均勻介質)內的晶界或摻雜物、或通過其它散射機構或者上述的組合來產生散射。
第四設計方面是使實際強度分布與前述三個方面的理想應用導致的理想均勻的各向同性分布的偏差最小化。與理想燈構造的主要偏差源是相對于透明漫射體表面的不精確相切的光源的布置。通過考慮漫射體尺寸與led光源尺寸之比，例如如圖2-4的實施例中的比率dd/dl所闡明的，可以限制非理想性。根據光學光線跟蹤模型的結果、以及通過測量確認通常用來替換a1大小的白熾燈泡，燈直徑大約為2-3/8"或大約60mm的原型燈，針對該模型和對應原型量化了理想范圍，其中led光源包括相對小型的圓形電路板上的大量緊密間隔的led的對稱陣列，電路板的直徑dl在10-20mm范圍內且設置在直徑為dd的球形玻璃燈泡的“南極”(即θ＝180°)處，其內側表面上覆蓋有朗伯散射體。
參照圖9和10，dd/dl的比率主要確定緯度角的范圍，強度分布在該范圍內保持不變。(注意，圖9中，符號“d”表示基于led的平面朗伯光源8的直徑dl，且符號“s”表示漫射體10的直徑dd。圖10中，比率dd/dl表示為dd/dl)。當dl增加變得與dd相當時(因而更嚴重偏離準確相切)，led光源的位置應遠離球形漫射體的南極朝赤道(即θ＝90°限定的平面)移動，且強度分布均勻的范圍從0°至180°減小到0°至90°。看待這個問題的另一種方法是為了完美相切，光源應在單個點上與球形或類球形漫射體相遇。然而，就有限尺寸dl的光源8而言，相遇的“點”相對于球形或類球形漫射體10變成一條長度為dl的弦。因此，相對于擴散器10的直徑dd的弦長dl(或其反比)是接近理想切線的測量值。通過實例的方式，如果dd/dl＜1.15，則均勻強度分布的最大可能范圍大約為θ＝[0°,120°]；或如果dd/dl＜1.5，則均勻強度分布的最大可能范圍大約為θ＝[0°,138°]。為了在θ＝[0°,150°]的范圍內提供均勻強度，比率應增加到dd/dl＞2.0。即便dd/dl＝2.0，強度分布在接近150°的角時仍然不均勻，因為該分布錯過了從在150°至180°范圍中的緯度上的球形表面發出的光的照明貢獻。為了在0°至150°的范圍內提供幾乎均勻的強度分布，dd/dl應大于2.0，該數量取決于球形漫射體的散射分布功能，并取決于放置在led光源下方的燈部件(例如散熱器、熱翅片及電子設備)的反射性能。在實際對白熾燈用途的led備用燈執行的實驗中，發現dd/dl＞2.5通常適用以便在0°至150°的范圍內提供+/-10％平均強度內的強度均勻性。如果只有0°至135°的范圍上要求均勻強度，和/或+/-20％的大容差被視為可接受(例如符合美國能源部提出的能源之星規范)，則根據圖10要求dd/dl＞1.41，在實際燈的實施例中優選dd/dl＞1.6。
第五設計方面是最小化基座的影響。首先，人們可能會希望采用小型基座來完成，然而，這對散熱產生了負面影響，其反過來限制了光輸出強度，且還可能對照明電子設備可利用的空間產生負面影響。如文中所公開的，改進之處在于在與包括led光源和球形或類球形漫射體的照明組件的接合點上較窄的基座(該基座在接合點上優選與大致基于led的平面光源具有相同的橫截面積)，并具有小于或大致等于根據全向照明所需的緯度范圍選擇的阻擋角αb的角度的成角度的側部。例如，如果所需緯度范圍θ＝[0°,150°]，則阻擋角αb應不大于30°，且在一些設計中，阻擋角大約為25°以便使基座尺寸最大化以容納散熱器和電子設備。基座的成角度的側部的角度不應大于30°，且優選25°以便為接近基于led的光源的散熱器提供最大的基座容積。
再次參照圖5和6，所示散熱是被動式散熱，取決于從基于led的光源36、38至相鄰基座50、52的熱量傳導，然后經由基座50、52限定的散熱器的表面輻射和對流到空氣或其他周圍環境中。可通過提供附加的熱管理器件(例如熱泵或熱電冷卻器)，或通過例如利用風扇、合成噴射件、或其他增強冷卻空氣流動的裝置增加主動式冷卻，來加強由對流和輻射的散熱。還可通過增加散熱器的表面積來加強對流和輻射散熱。達到這一目的的方法之一是使基座散熱器元件的表面皺折或改進該表面(其為圖5和6的實施例中的基座50、52)。還可為基座增設翅片或其他散熱元件，但如果這些元件向外延伸超過阻擋角αb，則可能會干擾光輸出。
參照圖11，公開了一種變形實施例，除增強從基座50傳遞至空氣或其他周圍環境的輻射和對流熱量的散熱翅片120之外，還包括圖5的實施例。另一方面，基座50的散熱器包括設置在緯向阻擋角αb內(圖5的說明性實施例中的基座50內或與基座50共存)的前述基座散熱器元件以及包括與基座散熱器元件熱連通并在球狀漫射體32上方延伸以進一步通過對流和輻射增強熱量釋放到環境空氣的所示翅片120的散熱元件。也就是說，熱量從位于圖11表示的位置36’的基于led的照明單元36的led芯片傳遞至基座散熱器元件并傳導地擴散至熱量通過對流和/或輻射傳遞至環境的散熱翅片120。圖11的燈的翅片120緯向延伸至差不多θ＝0°，因而翅片120正好延伸超過阻擋角αb的范圍。然而，翅片120在經度
參照圖12，實際構造了圖11中所示的包括六個翅片120的改造的基于led的燈的實施例，且測量了它們的縱向強度分布。實際構造的改造的基于led的燈根據a19燈的標準進行構造。阻擋角αb為23°。翅片120厚1.5mm，且對齊位于圖11所示的恒定經度(恒定
另一方面，燈b示出了緯度跨度θ＝[0°,150°]范圍上的大致不良的均勻性。這可以歸因于提供不充分光漫射的噴沙塑料。換句話說，簡單返回參照圖4，來自每束入射光線的光對燈b而言本身不是朗伯分布，如圖4所示，而是沿入射光線方向繼續具有強烈偏差。這樣對燈b而言會產生沿圖12所示的正向(θ＝0°)方向的相對較多部分的光。換句話說，燈b噴沙塑料提供的不充分漫射無法除去燈b中光源36的強烈正向照明偏差。
所示翅片120或其他散熱元件已并入其他整體式led燈，例如圖6的led備用燈。使用這樣的翅片便于使基座與較小的照明組件(基于led的光源或球形或類球形漫射體)連接，這進而便于較大的dd/dl比率，這進一步促使了大跨度緯度角(例如緯度跨度θ＝[0°,150°])內的全向性。進一步地，通過保持翅片是平面的并位于恒定經度(恒定
為了獲得更高的光輸出強度，優選大量的高功率led器件。然而，這與保持dd/dl比率較大以便提供強度分布可以保持不變的大范圍緯度角的要求相矛盾，因為較多的led器件趨向于增加基于led的光源的橫截面尺寸dl。此外，高功率led器件以及較大數量的此類器件產生的附加熱量在一些特定實施例中可能會太大以致于不適于利用被動式散熱。
接下來返回參照圖2-4的球形實施例來對線性燈實施例進行描述。球形實施例可以通過移除圍繞北向(θ＝0°)軸的旋轉對稱而修改為直線型燈。在該線性實施例中，圖4可以被看成是沿線性燈的線性軸截取的剖面圖：漫射體10在該變形實施例中圓柱，其圓柱軸線橫向于圖紙，且光源8是平行于(圓柱)漫射體10的圓柱軸線延伸并定位成與(圓柱形)漫射體10的表面相切的細長的基于led的光源。圖4中所示的朗伯光強度分布在該線性燈變形實施例中僅為一維朗伯分布，也就是說，如果led適當接近地間隔，則為圖紙平面上的朗伯分布。因此，(細長的)基于led的光源8產生的朗伯強度模式適宜被符合(細長的)基于led的光源輸出的朗伯強度的圓柱等照度表面的(圓柱形)漫射體10捕獲。為了使用該實施例來提供均勻照明的各向同性圓柱光源，led器件40應沿垂直于圖紙的方向相對緊密地間隔例如相當于漫射體圓柱直徑的量。
參照圖13和14，公開了又一實施例。該實施例不是線性燈，而是適用于替代白熾燈泡且包括有利于使用該燈作為改造白熾燈泡的愛迪生基座連接器30的led燈。環形的基于led的光源150設置在圓柱形成形件或煙囪狀物(chimney)152上以便從圓柱形成形件或煙囪狀物152向外發光。這實際上是采用本文描述的線性燈并繞圓柱形成形件或煙囪狀物152進行包裝以便形成一個環。由環形光源150產生的照明強度154具有垂直于環(如圖13所示)的環形路徑的任何平面上的朗伯分布，如果led適當接近地間隔，由此產生具有圓形截面的環形等照度表面。具有圓形截面(最好參見圖13)的環面形漫射體156設置成與照明強度154的環形等照度表面一致。(注意，圖14中，環面形漫射體156示意性地用虛影示出以便露出基于led的光源150)。
環形的基于led的光源150設置成與環面形漫射體156的內側表面相切并將朗伯照明強度發送到環面形漫射體156中。環面形漫射體156優選具有朗伯漫射表面，如圖13中示意性地示出，使得在表面上的每個點上使入射照明154漫反射以產生從外部來自環面形漫射體156表面上的點的朗伯強度輸出模式。因此，包括環形的基于led的光源150以及圓形路徑橫截面的環面形漫射體156的照明組件在緯度和經度方向上基本上都是全向的。
在圖13和14中，環面形漫射體156具有沿其環形路徑的任意點的圓形橫截面，使得環面形漫射體156為真正的環面。與圖7和8類似，如果環形的基于led的光源150使其朗伯強度分布基本上以長橢圓形或扁圓形方式畸變，則相應使環面形漫射體156的圓形橫截面適當成為長橢圓形或扁圓形的圓以便與等照度表面一致。
圖13和14所示的煙囪狀物152具有圓形橫截面，且環形光源150由此符合圓形路徑。參照圖14a，在其他實施例中，煙囪狀物152具有三角形橫截面，正方形橫截面，六角形橫截面或八角形橫截面等多邊形橫截面(未示出)，在此情況下，環形光源適宜符合由三個相鄰平面電路板(針對三角形)，四個相鄰平面電路板(針對正方形)，六個相鄰平面電路板(針對六角形)或八個相鄰平面電路板(針對八角形)或更普遍為n個相鄰平面電路板(針對n邊多邊形煙囪狀物橫截面)組成的相應多邊形(例如，三角形，正方形，六角形或八角形)路徑。例如，圖14a示出了具有正方形橫截面的煙囪狀物152’、以及符合由四個間隔90°角以形成與煙囪狀物152’的矩形橫截面一致的正方形環的電路板組成的正方形路徑的環形光源150’。相應環面形漫射體156’(再次以示意性地用虛影表示以露出光源150’)同樣大致有四邊，但包括四邊環的相鄰邊之間的圓角過渡，以便于制造和平穩的光輸出。
返回參照圖13和14，燈包括基座160，基座包括或支撐位于一端的煙囪狀物152以及位于相對端的愛迪生基座連接器30。如圖13的剖視圖所示，基座160包括使環形的基于led的光源150通電以發出照明154的電子設備。進一步如圖13的剖視圖所示，煙囪狀物152是中空的，且容納有實現為設置在煙囪狀物152內側的冷卻劑循環風扇166的散熱器。電子設備162還驅動冷卻劑循環風扇166。風扇166驅動循環空氣168通過煙囪狀物152，且由此接近環形的基于led的光源150使環形光源150冷卻。可選地，散熱元件170(例如翅片、銷釘等)從環形的基于led的光源150延伸至中空煙囪狀物152的內部以進一步便于光源的主動式冷卻。可選地，煙囪狀物包括便于循環空氣168流動的空氣入口(參見圖14)。
冷卻劑風扇166提供的主動式散熱可選地可由被動式冷卻替代，例如通過制造金屬或其他導熱材料的煙囪狀物，可選地增設翅片、銷釘、狹槽或其他特下以增加其表面積。在其他預期的實施例中，煙囪狀物用的類似尺寸的熱管替代，熱管的“冷卻”端設置在基座160中包含的金屬塊中。相反，在圖5和6以及別的地方的實施例中，所述的被動式散熱可選地用利用風扇等的主動式散熱替代。再者，預期這些實施例中的基座散熱器元件為主動式散熱器元件，例如冷卻風扇、或其他類型的散熱器元件(例如熱管)。
圖13和14所示的燈為可以通過使基座連接器30和照明插座連接安裝在照明插座(未示出)中的一體式led備用燈。圖13和14的一體式led備用燈為不依賴插座散熱但可以被經由愛迪生基座連接器30的燈座提供的110v或220v交流電、或12v或24v或其他電壓直流電驅動的自容式全向led備用燈。
為了實現大緯度跨度范圍上(例如緯度跨度θ＝[0°,150°]范圍上)的全向照明，有利的是基座160相對較窄，例如在圖13和14所示的圓柱基座160的情況下。經由風扇166和中空煙囪狀物152的主動式散熱便于使基座160相對較窄，同時仍然提供充分的散熱。此外，圖13示出環面形漫射體156在橫向于圓柱煙囪狀物152的軸線的平面上向外延伸，且進一步將照明擴大到較大角度，例如接近θ＝180°的角度。
圖13和14的led備用燈(具有可選的修改，諸如如圖14a所示的修改)尤其適用于改造高瓦數白熾燈泡，例如60w至100w或更高的白熾燈泡。操作主動式冷卻風扇166期望使用這些高瓦數燈可以忽略的一瓦至幾瓦或更低的瓦數，同時主動式散熱能夠以幾十瓦數的水平傳遞熱量和散熱，以便可以使用利用一安培至幾安培的驅動電流操作的高功率led器件。圖13和14的燈的冷卻并非主要依賴愛迪生基座連接器30將熱量傳遞至燈座，因此圖13和14的led備用燈可以用于任何標準螺紋燈座，不用考慮插座或相應硬件的熱負荷。燈組件的環面形布置還有助于沿環形光源150的環形路徑鋪開led來利用更多數量的led。
參照圖15-30，公開了相對于整體式led燈中的基于led的光源成形并布置漫射體以提供基于led的光源的均勻全向照明的另一些實施例。這些實施例考慮了散熱翅片的光學效果。
參照圖15，16，17，18和19，示出了適于作為基于led的燈泡的燈實施例的說明性實例。該燈包括漫射體200、帶翅片的散熱器202、以及基座204(其為所示實施例中的愛迪生燈座，但也可預期gu、卡口式或其他類型的基座)。圖15，16，17，18和19分別示出了立體圖、可替換的立體圖、側視圖、頂視圖及底部視圖。圖20，21和22分別單獨示出了漫射體200的側視圖、露出漫射體的內部206的漫射體200的側視圖、以及帶翅片202的漫射體200的側視圖。翅片是散熱器的一部分，在卵形漫射體200的一部分上方延伸。散熱器還包括容納將110v交流電輸入電源(或220v交流電，或其他選擇的輸入電源)轉化為適于驅動將光輸入到漫射體200的孔210中的led的電源的電源調節電子設備(未示出)的本體部208。
如圖20中標出的，漫射體200為具有單個對稱軸212的卵形形狀，該對稱軸沿高程或緯度坐標θ＝0，對應于“地理北”或“n”。(參見圖1及相關文本以進一步描述采用高程或緯度坐標θ的說明性坐標系)。卵形漫射體200關于對稱軸212旋轉對稱。在一些實施例中，旋轉對稱是連續的，即橫向于對稱軸的漫射體橫截面是圓形的(如圖所示)。在其他實施例中，卵形漫射體的旋轉對稱為n重對稱，即橫向于對稱軸的卵形漫射體橫截面(通過一些說明性實例的方式)是六角形的(n＝6)或八角形的(n＝8)等等，可選地在n個頂點處整圓。n值較小的重對稱的缺點在于相對于方位或經度(即如本文參照圖1所定義的坐標
孔210在卵形漫射體200的一端處在對稱軸212上對中。(注意，孔210在一些實施例中可能包括多個子孔210sub，如沿對稱軸212查看孔210的圖20的插圖所示。例如，可能每個led器件具有一個子孔210sub。在此情況下，如插圖所示，孔210表示或近似由這些子孔210sub跨越的累積或總面積)。術語“孔”(光圈，aperture)表示光從基于led的光源(例如一些實施例中的朗伯或大致朗伯光源)輸入到卵形漫射體200中的區域。孔210可以是接收基于led的光源或與基于led的光源對齊的實體開口部，或可以是透明窗、光擴散板等。
如圖21所示，說明性卵形漫射體200包括具有或限定中空內部206的卵形殼體220。中空卵形漫射體200適于由玻璃、透明塑料等制成。或則，可預期卵形漫射體為包括透明材料(如玻璃、透明塑料等)的固體部件。卵形漫射體200還可可選地包括設置在漫射體200之上或之內、或漫射體200的內部206的波長轉換熒光粉。采用合適的方法使卵形殼體220漫反射光，例如表面紋理化、和/或在卵形殼體220的材料中分散的光散射粒子、和/或在卵形殼體220表面上設置的光散射粒子等。
參照圖20-22，卵形漫射體200可選地包括將漫射體200安裝到燈本體上(例如安裝到說明性實施例中的散熱器202、208上，如圖22中最好地示出的)的頸部區域222。在頸部區域222中，卵形漫射體200偏離其卵形形狀。一些實施例中的頸部區域222凹入燈本體208的空腔224內(參見圖22和23)，且由此不發光(或發出由散熱器燈本體208吸收的光，由此不產生全向照明)。可替換地，頸部區域可以部分地或整體地在燈本體外側延伸以便部分地或整體地進行光發射以便產生全向照明。
繼續參照圖20，卵形漫射體200具有蛋形，包括沿對稱軸212的長度x的相對較窄的近端部以及沿對稱軸212的長度y的相對較寬的遠端部。通過“近端”和“遠端”，說明了長度x的近端部相對更鄰近孔210，而長度y的遠端部相對更遠離孔210。說明性卵形漫射體200在近端部和遠端部或各個長度x和y的部分結合或相遇的位置具有橫向于對稱軸212的最大直徑dmax。可預期最大直徑dmax的橫向平面本文還稱為赤道平面230，位于近端部和遠端部或部分結合或相遇位置的上方或下方。對稱軸212和最大直徑dmax的赤道平面230的交點在此引用為原點232。另一方面，卵形漫射體200具有橫向于對稱軸212用于包含原點232的橫向赤道平面230的最大直徑dmax。
在對稱軸212的方向上(即，沿對稱軸212方向)卵形漫射體200的總長度為x+y。在一些實施例中，滿足下列條件：x＞y及x+y＞dmax。對說明性卵形漫射體200來說，長度x的近端部具有截頂長橢圓半橢球體(truncatedprolatesemi-ellipsoid)形狀，而長度y的遠端部具有扁圓半橢球體(oblatesemi-ellipsoid)形狀。更普遍地，最好是x＞y。在一些實施例中，x≥1.5y。在一些實施例中，x≥2y。在一些實施例中，x≥3y。
如在圖22和23最好地所見，散熱器202、208的翅片202不是凹入翅片，它的意思是翅片202的頂端不朝對稱軸212向內彎曲。通過采用不凹入的翅片，卵形漫射體200和散熱器202、208可單獨制造和組裝。散熱器202、208的非凹入翅片允許卵形漫射體200插入翅片202的內側，直至頸部222與散熱器202、208的凹入空腔224配合。制造的好處在于漫射體200和散熱器202、208可單獨制造，且可選地由不同材料制成，以便最優化卵形漫射體200的透光和光散射或漫射特性、以及散熱器202、208的熱(可選地光反射)特性。
與近端部相比，翅片202對遠端部產生相對較小的光學損失。因為散熱器202、208的翅片202在經度
參照圖24，25和26，利用卵形漫射體200的長橢圓/扁圓設計來減少或消除翅片導致的光學損失。圖24示出了卵形漫射體200的輪廓與理想的球形漫射體的輪廓的比較。卵形漫射體200為赤道平面230下方的截頂長橢圓半橢球體形狀以及赤道平面230上方的扁圓半橢球體形狀。圖25示出了從led陣列發射至理想球形漫射體240的表面的光線長度與到卵形漫射體200的光線長度的比較。圖26示出了識別相對于卵形漫射體200的表面的法向角。如果散射體為角度分布中的理想朗伯分布，來自表面的一個點的散射光在橫向于表面的角度是最大的。在圖26中將會注意到赤道平面230下方的全向照明大部分來自長度x的近端部，而長度y的遠端部在赤道平面230上方基本上產生全向照明。因此，相對地增加長橢圓近端部的長度x的作用是增加赤道平面230下方發出的一部分光以便補償赤道平面230下方由于散熱器的翅片202和/或本體部208導致的光學損失。對(截頂)長橢圓半橢球體近端部和扁圓半橢球體遠端部來說，卵形漫射體200的50％以上的總體光發射表面積的都位于赤道平面230下方。
長度y的遠端部在相比之下對赤道平面230下方的角度處的光分布的影響較小。相反，可調節扁圓遠端部的扁率以控制赤道平面230上方的角度處的光分布。例如，漫射體200的較平坦扁圓遠端部可增強地理北n附近(即θ＝0附近)的角度處的光分布。也可因其他原因調節扁率以確保燈泡的總長度落入適用標準(例如a-19燈泡標準)規定的任何最大長度范圍內。led燈泡的總長度包括：(1)卵形漫射體200的加和后的長度x+y，加上(2)散熱器沿對稱軸212方向的本體部208的長度，以及(3)愛迪生燈座204沿對稱軸212方向的長度。其中，愛迪生燈座204的長度通過適用電連接器標準固定，而散熱器的本體部208的長度至少部分由用于容納電壓調節電子設備的最小尺寸確定。因此，卵形漫射體200的加和后的長度x+y是調節led燈泡的總長度的主要可調節參數。
在一些實施例中，卵形漫射體的幾何形狀具有x+y＞dmax及x＞y。在一些實施例中，x≥1.5y，在一些實施例中，x≥2y，在一些實施例中，x≥3y。還可以用表面積比表示。將長度x的近端部的表面積表示為aprox，將長度y的遠端部的表面積表示為adist，并將總表面積辨識為atotal，有利的是aprox/atotal＞0.5，且在一些實施例中aprox/atotal≥0.65，且在一些實施例中aprox/atotal≥0.75。更普遍地，卵形漫射體200優選為遠離孔210的較寬端逐漸縮小為鄰近孔210的較窄端的蛋形。近端可以通過孔210被截頂，如圖所示，但也可預期的是，孔對于該截頂來說足夠小，可忽略不計或不存在。
在漫射體200中，為了補償由于散熱器的熱翅片202和/或本體部208導致的光學損失，漫射體200的長橢圓近端部增加從卵形漫射體200的赤道平面230下方引導的光通量。選擇扁圓遠端部來定制赤道平面230上方的角度處的光分布，和/或保留或設置漫射體200(或led燈泡整體)的期望總高度，在一些應用中，該總高度由適用標準例如a-19型燈泡的ansi規定限制。相對于具有在赤道平面230上方的點的與表面正交的角的表面區域，卵形漫射體200提供具有在赤道平面230下方的與表面正交的角的更大表面區域。這補償了由熱翅片202導致的光吸收和散射，這對赤道平面203下方發出的光比對赤道平面230上方發出的光更重要。
卵形漫射體200具有一幾何形狀，其中具有長度x的近端部具有截頂長橢圓半橢球體形狀，同時長度y的遠端部具有扁圓半橢球體形狀。可預期形狀具有多種變化的卵形漫射體。雖然漫射體部分的形狀在圖24，25和26中被示為導致卵形形狀的長橢圓和扁圓橢球體的部分，但更普遍地，漫射體的近端部的特征在于沿對稱軸212具有逐漸增加的直徑(或根據遠離led光源的距離的橫向尺寸)，在赤道平面230上達到最大直徑dmax，且漫射體的特征在于沿對稱軸212具有逐漸減小的直徑(或根據遠離赤道平面230上方的led光源的距離的橫向尺寸)，在漫射體的頂部達到最遠位置。漫射體的近端部和遠端部的表面的實際形狀不必與橢圓、長橢圓或扁圓、或半球形或球形的幾何形狀匹配。
圖27，28，29和30示出了一些變型的說明性實例。圖27示出了卵形漫射體200a，其具有與漫射體200相同的長橢圓半橢球體近端部，但其中扁圓半橢球體遠端部被半球遠端部替代。圖28示出了卵形漫射體200b，其具有與漫射體200相同的扁圓半橢球體遠端部，但具有不同形狀的近端部。卵形漫射體200b的近端部分為兩部分：沿對稱軸212具有長度x1的截頭圓錐形狀的更近部分；以及沿對稱軸212具有長度x2的長橢圓形狀的稍遠部分。圖29示出了卵形漫射體200c，其具有與漫射體200相同的(截頂)長橢圓半橢球體近端部和扁圓半橢球體遠端部，但其進一步包括在近端部和遠端部之間設置的具有圓柱形形狀和高度(或厚度)dtransition的過渡區。在該實施例中，赤道平面230適宜被具有厚度dtransition的薄赤道“面板”230’替代。圖30示出了卵形漫射體200d，其具有與漫射體200相同的(截頂)長橢圓半橢球體近端部，但具有比完全扁圓半橢球體小的長度y的扁圓遠端部。因此，卵形漫射體200d在赤道平面230處的近端部和遠端部或各自長度x和y的部分的結合和相遇處突然中斷。
對指定的基于led的光源，感興趣的大緯度范圍θ＝[0°,θmax]上的基本上全向照明通過適當調節卵形漫射體的幾何形狀是可以獲得的，例如利用具有適當選擇尺寸x，y，dmax的漫射體200a、200b、200c、200d之一、(且取決于模板的幾何形狀、漫射體200c的諸如dtransition的一個或多個附加尺寸、或漫射體200b的子長度x1和x2)、以及相對較細長的近端部和相對較平坦的遠端部或部分的特定曲率，其中θmax可以為120°或135°等等(感興趣的最大緯度角θmax例如可以由期望符合的照明標準確定)。這樣，實現了具有高全向燈輸出的燈，其同樣由相對較少的部分組成。例如，燈部件可包括四個主要部件：(1)漫射體200；(2)散熱器202、208(散熱器本體208和翅片202適宜構成單個器件)；(3)電子模塊；和(4)包括一個或多個安裝在電路板或其他支撐件上的led器件的光引擎。
然而，根據制造過程的特定光源和容差、以及燈要符合的照明標準規定的容差，僅利用用于實現全向照明分布的漫射體200可能很難獲得高效益的符合標準的燈。在此情況下，卵形漫射200、體200a、200b、200c、200d可以與一個或多個輔助光學部件結合在一起實現大量生產設置中高效益的所需全向照明分布。
參照圖31，在一種方法中，設置有輔助光學元件。說明性方法以圖15-23的燈為依據，且包括卵形漫射體200和帶翅片的散熱器202，208。圖31還示意性地示出了包括其上設置有一個或多個led器件(未示出)的電路板的合適光引擎250。輔助光學元件包括沿對稱軸212從光引擎250向上延伸的反射的、折射的或透光的光散射柱252，可選地還包括位于遠離光引擎250的柱252的端部的反射的、折射的或透光的光散射帽254。在一些實施例中，光引擎250包括將光引擎250固定在燈中的中心安裝孔，在此情況下，柱252可以實現為還用于將光引擎250固定(或幫助固定)在燈中的螺紋軸。光散射柱252具有反射或折射或透射地散射光的一部分的作用，該部分光否則在“北”緯(即θ～0°)處或靠近“北”緯(即θ～0°)被引導到更大的緯度角。可選的反射或折射或透射地散射光的帽254進一步用于使光散射到更大的角中，特別是大于90°的角。在組件252、254為固定(或幫助固定)光引擎250的緊固元件的實施例中，該帽254還可以用作緊固件的螺栓頭或螺釘頭或其他有用部件。柱252和/或帽254的側部可以是成角度的，或以其它方式成形為調節光分布。
參照圖32，在可替換方法中，輔助光學元件可以與光源集成一體。說明性方法再次以圖15-23的燈為基礎，且包括卵形漫射體200和帶翅片的散熱器202，208，且還包括其上設置有一個或多個led器件(未示出)的電路板的光引擎250。在圖32的實施例中，光引擎250還包括(或者可替換地認為，燈還包括)設置在光引擎的led器件上方，且可選地具有固定在光引擎250的電路板上的開放周邊的光散射遠程圓頂部260。圓頂部260可以充氣，或可以部分地或整體地填充硅樹脂或其他密封劑。圓頂部260可選地變粗糙或構造成提供光學漫射，和/或可選地包括設置在圓頂部的內部或外表面上或嵌入圓頂部材料中的非接觸式熒光粉(remotephosphor)。通過引用整體并入本文的aanegola等人的第7,224,000號美國專利、通過引用整體并入本文的aanegola等人的第7,800,121號美國專利、通過引用整體并入本文的soules等人的第7,479,662號美國專利、以及通過引用整體并入本文的reginelli等人的第2008/0054280a1號美國專利中描述了包含由電路板上安裝的圓頂部覆蓋的一個或多個led器件的一些適用光引擎。包含由電路板上安裝的圓頂部覆蓋的一個或多個led器件的一些適用光源還包括可以從通用電氣公司獲得的
圖31和32中所示的輔助光學部件252、254、260是說明性實例。說明性輔助光學部件252、254、260中的一個或多個或其他輔助光學部件可以與說明性卵形漫射體200、200a、200b、200c、200d之一結合或與球形或橢球漫射體結合(例如圖5-8或11所示)，以提供更接近理想全向分布的全向照明分布。通過另一說明性實例的方式，可包括帽或其他附加涂層或漫射體以使光分布成形。
已經說明和描述了優選實施例。顯然，讀完并理解前述詳細描述后可以進行修改和變化。意圖是本發明應被理解為包括在所附權利要求及其等效物范圍內所有修改及變化。
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