[发明专利]一种线形LED光源模组和灯具

说明书

技术领域

本发明专利归属用于普通室内照明的LED光源和灯具。专利特别涉及具有双向不对称的双峰型配光曲线的功率型LED光源，由该光源组成的线形阵列光源模组，以不同排列的线形阵列光源模组，特殊结构的散热器和出光面，以及光源与出光面近距离为特征的线形LED照明灯具。

背景技术

节能减排是全球众多发达国家和发展中国家的基本国策。我国照明用电占全部电力消耗的比例约12％，发达国家的比例更高达20％左右，节能型照明光源和灯具产品的意义重大。LED照明是一种技术先进，前景广阔的节能照明技术，已经被列入国家科技和产业发展的重点领域和优先课题。与传统照明光源相比，LED具有许多优点，高光效利于节能减排，长寿命降低使用成本，不含汞而没有环境污染，极短的响应时间便于智能控制，不辐射红外和紫外光，可选色彩、色温和显色指数等。因此，传统的照明光源及其灯具受到LED灯具的挑战。LED取代低光效的白炽灯、卤素灯已成趋势；LED替代中高光效的荧光灯、金卤灯、紧凑型荧光灯(俗称节能灯)和高压钠灯的进程也已经开始。

室内灯具的出光面常处于人的视野范围内，室内空间高度越小，或者灯具出光面到地面(楼面)的距离越小，它越容易进入视野。如果出光面出射度的不均匀度(最小值与平均值之比)达到20％，人眼即可能察觉；如果不均匀度比20％大得多，人眼会有异样感觉；又如果出光面的某个或某几个局部的出射度非常高，人眼会感觉不舒适，甚至可能产生眩光。这些都与照明质量相关，需要通过设计来实现灯具的均匀出光。

典型的线形光源是荧光灯管，也俗称日光灯管，是一种数量巨大、应用广泛的传统光源。由于工作气体放电产生的紫外辐射和涂复在灯管内壁的荧光粉都是均匀的，紫外光激发荧光粉发光也是均匀的，因此除开两端电极所在区域之外，荧光灯管出光面的出射度非常均匀。由荧光灯管组成的线形灯具中，常有线形反射器结构，结构均匀性相对易于实现，因此照明强度比较均匀。所谓线形光源和线形灯具是相对面形光源和面形灯具而言，其出光面一个方向上的尺寸远大于另一方向上的尺寸，荧光灯管就具有这样的尺寸特征。光源和灯具的线形，也常称之为管形或条形。LED照明的发展目标之一当然就是以LED管形灯取代荧光灯管。

对应荧光灯，LED灯有许多优点，下面仅以光效为例。目前，商品功率白光LED光源的发光效率超过100lm/W，既高于卤磷酸盐荧光粉荧光灯的50～65lm/W，也高于三基色稀土荧光粉荧光灯的80～90lm/W。再进一步讨论设计优良的灯具的发光效率，LED管形灯的下射光通比接近100％，而加反射器的荧光灯灯具的下射光通比不超过75％。LED管形灯的电路效率不低于85％，电感镇流的荧光灯电路效率不超过70％，高频电子镇流器荧光灯电路效率可达到85％。在光源发光效率和灯具效率方面，LED管形灯都胜过荧光灯；而电路效率方面，LED管形灯也不差于荧光灯。因此，设计优良的LED管形灯具的综合光效可以超过85lm/W，荧光灯灯具因荧光粉、灯具结构和镇流方式不同，其综合光效仅30～45lm/W。换句话说，在输出相同光通量的条件下，设计优良的LED管形灯具有可能比荧光灯灯具节能50～70％。

另一方面，作为普通照明灯具，目前LED管形灯尚有不足之处，除价格偏高和市场认知度低之外，某些性能也需改进。LED发光效率高，但即便是功率LED，单只LED的功耗和输出光通量相比灯具要求，都显得过低。因此，需要将多只功率LED排列成线形阵列光源模组，进而由模组参与构成LED管形灯具。单只LED发光芯片和器件的尺寸都很小，其出光面比LED线形光源模组和管形灯具的出光面小许多，离散的多个发光点不利于均匀出光。再加之被替代的荧光灯管直径很小，例如T8荧光灯管直径仅26～28mm，LED管形灯的发光点与灯具出光面(灯管)的距离又近，更加难以实现出光面的出射度均匀。可以观察到串状哑铃形光影，正对LED处呈现较大的亮斑，有时产生轻度眩光；而在正对LED间距中点附近的区域，则呈现宽度比亮斑直径小的条形暗带。

以往行业内采用三种方式，企图改善出光均匀，其结果不仅匀光效果不好，且带来新问题。一是将功率LED的间距缩小，不仅均匀性改善有限，且由于LED数量加多，光输出过度，功耗增加，成本增加，散热难度也加大。二是将出光面加重散射或/和做成线状条纹，由于灯具效率明显下降，光输出又达不到要求。三是密集排列功耗小且光效低的炮弹型或表面安装型LED，离散发光点数以百计，被喻为“星星点灯”，不仅均匀性不好，且光输出低，光衰维持特性不好，寿命也短。