具有光導和集成熱導的固態區域燈和聚光燈的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]在工業、消費品和建筑照明應用中，照明的能量效率已成為重要的考量因素。隨著固態燈技術的發展，發光二極管(LED)已變得比熒光燈更具能量效率。另外，市場對于愛迪生燈、熒光燈和高強度放電燈具有龐大的已建立的裝置基礎。由于LED的固有點光源特性，并且需要在相對低的溫度下操作，故這些類型的應用對于LED提出了重大的技術挑戰。現今存在許多解決方案來解決這些問題，包括風扇、散熱片、散熱管等。然而，這些方法通過增加復雜性、成本、效率損耗、增加失效模式、不理想的形狀因數和光分布而限制了應用。仍需要尋找能夠以吸引人的制造成本和設計來提供光學和電效率以及裝置壽命優勢的解決方案。

【發明內容】

[0002]符合本發明的具有集成的光導和熱導的第一燈包括光源、燈段、耦合到燈段的張開的光導，和熱導。光導具有第一表面和背對第一表面的第二表面以及在第一表面與第二表面之間的邊緣。光導與光源連通，用于接收和分布來自光源的光，并且光在光導內傳送直到光從第一表面或第二表面離開。光源位于光導的邊緣以便將光光學地耦合到光導中。光導具有在邊緣處的第一端部和與第一端部相對的張開的、開放的第二端。熱導耦合到位于光導外部的燈段，用于提供自光源的熱傳導以冷卻燈。
[0003]符合本發明的具有集成的光導和熱導的第二燈包括光源、燈段、耦合到燈段的閉合的光導，和熱導。光導具有第一表面和背對第一表面的第二表面以及在第一表面與第二表面之間的邊緣。光導與光源連通，用于接收和分布來自光源的光，并且光在光導內傳送直到光從第一表面或第二表面離開。光源位于光導的邊緣以便將光光學地耦合到光導中。光導具有在邊緣處的第一端部和與第一端部相對的閉合的第二端，其中第二表面形成封閉的內部體積。熱導耦合到位于光導外部的燈段，用于提供自光源的熱傳導以冷卻燈。
【附圖說明】
[0004]附圖并入本說明書中并構成本說明書的一部分，并且附圖連同【具體實施方式】闡明本發明的優點和原理。在附圖中，
[0005]圖1是組裝的固態區域燈的透視圖；
[0006]圖2是固態區域燈的分解透視圖；
[0007]圖3是固態區域燈的側面剖視圖；
[0008]圖4是組裝的固態聚光燈的透視圖；
[0009]圖5是固態聚光燈的分解透視圖；并且
[0010]圖6是固態聚光燈的側面剖視圖。
【具體實施方式】
[0011]本發明的實施例包括具有漸縮的光導和外部熱導的高輸出LED區域燈和聚光燈，該漸縮的光導具有開放端或閉合端。固態燈的示例在下列專利中有所描述，這些專利均如完全示出的那樣以引用方式并入本文中:美國專利8 ,487,518;以及美國專利申請公布2012/0194054和2011/0032708。
[0012 ]圖1是組裝的固態區域燈1的透視圖。圖2和圖3是固態區域燈1的分解透視圖和側面剖視圖。燈10包括蓋12、光導14、燈段18、熱導20和任選的基座24。光導14具有外表面30和背對外表面30的內表面31。光導14還具有第一端部32和與第一端部32相對的開放的第二端33，這意味著第二端部33限定通向由內表面31產生的區域的開口。外表面30和內表面31在第一端部32和第二端部33處形成邊緣。光導14具有張開的形狀，如圖所示，這意味著光導從第一端部32到第二端部33向外發散。光導的第二端部33可任選地完全地或部分地被反射層45覆蓋。反射層的示例是來自明尼蘇達州圣保羅市的3M公司(3M Company，St.Paul，Minnesota)的增強型鏡面反射(ESR)膜產品。反射層的其它示例包括諸如白漆或銀漆的漆，這些漆可為漫射的或鏡面的。也可使用其它鏡面反射材料。另選地，第二端部33可任選地包括黑色光吸收層。
[0013]光源板16包括多個光源35。光源35位于邊緣，例如由外表面30和內表面31形成的光導的第一端部32處的邊緣，以便將光光學地耦合到光導中。光例如以全內反射在光導中傳送，直到光從外表面30、內表面31或兩者引出。任選的驅動器46可位于燈中并且與光源板16電連接，以驅動光源35。內部驅動器46在使用時可經由基座24與功率源電連接。
[0014]燈段18包括用于支撐光源板16上的光源35的表面38和用于支撐光導的鄰近第一端部32的外表面30的部分37。在一些實施例中，在第一端部32處的邊緣和光源35之間不存在氣隙。例如，第一端部32處的邊緣可直接緊貼光源35放置，或者光學耦合材料44可在邊緣和光源35之間并且與邊緣和光源35接觸。燈段18也具有從表面38延伸的芯部36。
[0015]在一些實施例中，燈段18在光導和熱導20之間不具有孔(通氣孔)。具體地，蓋12具有不帶有通氣孔的中心部分26和緊貼光導的內表面31裝配的部分28，這可以另外對光導產生機械干涉作用，以將光導保持在部件18上。另選地，中心部分26可具有孔(通氣孔)以允許氣流通過燈段18。蓋12可經由銷13或其它連接件固定到燈段18，并且銷13也可將燈段18固定到熱導20。在一些實施例中，光導14可用銷固定到燈段18。
[0016]熱導20可位于光導14的外部，例如在燈段18的與光導14相對的一面。熱導20具有用于連接到燈段18的芯部36或緊貼燈段18的芯部36放置的芯部40，用于提供自光源35的熱傳導以冷卻燈。在芯部40和芯部36之間可包括任選的熱界面材料，從而有利于有效的熱傳遞。芯部40也可被用于容納用于自鎮流照明設備的內部驅動器。熱導20具有與芯部40連接的外部翅片41。另選地，熱導20可具有帶有內部翅片或內部翅片和外部翅片兩者的外部芯部。
[0017]絕緣體22具有表面42，用于緊貼翅片41或熱導20的其它部分放置。絕緣體22的部分43耦合到基座24。燈可任選地具有外部驅動器47用于驅動光源35。外部驅動器47在使用時可與功率源電連接并且穿過燈的內部與光源35電連接。內部驅動器46或外部驅動器47可任選地包括無線接收器用于無線地接收命令以控制燈的操作。
[0018]圖4是組裝的固態聚光燈50的透視圖。圖5和圖6分別是固態聚光燈50的分解透視圖和側面剖視圖。燈50包括光導54、燈段58、熱導60和任選的基座64。光導54具有外表面70和背對外表面70的內表面71。光導54也包括第一端部72和與第一端部72相對的閉合的第二端73。內表面71可與閉合的第二端部73—起形成封閉的內部體積，這意味著光導不具有允許空氣通過光導通向內部體積的孔(通氣孔)。另選地，第二端部73可為開放端，從而形成允許空氣進入內部體積的孔。如果第二端部73是開放的，那么其可任選地完全地或部分地被反射層覆蓋。反射層的示例包括ESR膜產品和諸如白漆或銀漆的漆，這些漆可為漫射的或鏡面的。也可使用其它鏡面反射材料。另選地，如果是開放的，第二端部73可任選地包括黑色光吸收層。外表面70和內表面71在第一端部72處形成邊緣。在該實施例中，光導54具有至少局部錐形形狀。
[0019]光源板56包括多個光源75。光源75位于邊緣，例如由外表面70和內表面71形成的光導的第一端部72處的邊緣，以便將光光學地耦合到光導中。光例如以全內反射在光導中傳送，直到光從外表面70、內表面71或兩者引出。任選的驅動器86可位于燈中并與光源板56電連接，用于驅動光源75。內部驅動器86在使用時可經由基座64與功率源電連接。
[0020]燈段58包括用于支撐光源板56上的光源75的表面78和用于支撐光導的鄰近第一端部72的外表面70的部分77。在一些實施例中，在第一端部72處的邊緣和光源75之間不存在氣隙。例如，第一端部72處的邊緣可直接緊貼光源75放置，或者光學耦合材料84可在邊緣和光源75之間并且與邊緣和光源75接觸。燈段58也具有從表面78延伸的芯部76。
[0021]在一些實施例中，散熱穹頂52可耦合到燈段58，用于傳導和耗散來自光源75的一些熱。散熱穹頂52具有基座部分68，用于在表面78上并且在第一端部72處緊貼光導的內表面71進行放置。第一端部72處的光導的外表面70和內表面71可被保持在燈段58的部分77和散熱穹頂52的基座部分68之間。散熱穹頂52的面向光導的表面66可大體上與內表面71的形狀相符。表面66也優選是反射的，并且最優選是鏡面的。表面66可具有例如在其上的ESR膜產品。在一些應用中，使表面66帶有顏色以提供裝飾性或功能特征可為理想的。例如，可使用黑色以吸收雜散光或使用增強藝術美的顏色。在散熱穹頂52的至少一部分和光導內表面71之間形成氣隙。在一些實施例中，氣隙大體上圍繞位于表面66和光導的內表面71之間的散熱穹頂52。表面66可不具有允許空氣通過表面的孔(通氣孔)，或另選地表面66可具有通氣孔。表面66對于可見光可具有反射性。例如，表面66可完全地或部分地被諸如ESR膜產品的反射膜覆蓋，或者表面66可包括反射涂層。散熱穹頂52可經由銷53或其它連接件固定到燈段58，并且銷53也可將燈段58固定到熱導60。在一些實施例中，光導54可用銷固定到燈段58上。
[0022]熱導60位于光導54的外部，例如在燈段58的與光導54相對的一側。熱導60具有用于連接到燈段58的芯部76或緊貼燈段58的芯部76放置的芯部80，用于提供自光源75的熱傳導以冷卻燈。在芯部80和芯部76之間可包括任選的熱界面材料，以有利于有效的熱傳遞。芯部80也可被用于容納用于自鎮流照明設備的內部驅動器。熱導60具有與芯部80連接的外部翅片81。另選地，熱導60可具有帶有內部翅片或內部翅片和外部翅片兩者的外部芯部。
[0023]絕緣體62具有表面82，用于緊貼翅片81或熱導60的其它零件放置。絕緣體62的部分83耦合到基座64。燈可任選地具有外部驅動器87用于驅動光源75。外部驅動器87在使用時可與功率源電連接并且穿過燈的內部與光源75電連接。內部驅動器86或外部驅動器87可任選地包括無線接收器用于無線地接收命令以控制燈的操作。
[0024]以下是用于本文所述的固態燈的示例性的材料、部件和構