專利名稱：基于led的燈以及用于該燈的熱管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般地針對光源的熱管理。更特別地，在此公開的各種本發(fā)明的方法和裝置涉及采用基于LED的光源的燈，該基于LED的光源配置為經(jīng)由熱輻射將熱量高效地耗散到環(huán)境中。
背景技術(shù)：
數(shù)字發(fā)光技術(shù)，即基于半導(dǎo)體光源的照明，諸如發(fā)光二極管(LED)，提供針對傳統(tǒng)熒光、HID和白熾燈的可變備選。LED的功能性優(yōu)點和益處包括高能量轉(zhuǎn)換和光學(xué)效率、耐用性、低操作成本以及很多其他優(yōu)點和益處。LED技術(shù)的最近進(jìn)展已經(jīng)提供了能夠?qū)崿F(xiàn)很多應(yīng)用中的各種各樣的發(fā)光效果的高效且具有魯棒性的全光譜光源。包含這些源的某些發(fā)光器材和照明設(shè)備的特征在于發(fā)光模塊，包括能夠產(chǎn)生不同顏色(例如紅色、綠色和藍(lán)色)的一個或多個LED，以及用于獨立地控制LED的輸出以便生成各種各樣的顏色和變色發(fā)光效果的處理器，例如在美國專利No. 6，016，038和No. 6，211，626中詳細(xì)討論的那樣，在此通過引用的方式包含其內(nèi)容。無論效率如何改善，各種類型的現(xiàn)代光源仍然能夠產(chǎn)生相當(dāng)大量的熱量。在采用對應(yīng)的光源的燈的配置中，這可能是需要慎重考慮的?；诎谉牍庠吹臒衾缒軌蛞约t外輻射的形式耗散所產(chǎn)生的很大一部分熱量。其他類型的光源，包括LED，一般不會像白熾光源一樣高效地經(jīng)由紅外輻射耗散熱量。依賴于燈的性質(zhì)，從光源或燈耗散熱量的能力既可以被認(rèn)為是優(yōu)點也可以被認(rèn)為是缺點。其對于冷卻光源以及燈可能是有益的，但當(dāng)需要保持白熾光源的燈絲中的熱量并將燈絲維持在預(yù)定溫度處時，其還可能被認(rèn)為是缺點。事實上，采用白熾光源的照明設(shè)備設(shè)計為保持能夠維持燈絲的穩(wěn)定的、足夠高的操作溫度的熱量，并且僅耗散如此多的熱量到環(huán)境中以安全地操作燈。相反，基于LED的光源例如一般地配置為將LED維持在預(yù)定的、一般較低的操作溫度處以便維持基于LED的光源的使用壽命和操作特性。不論用于燈或照明設(shè)備中的光源的類型如何，其設(shè)計一般地由至少兩個要求確定一一首先，由以預(yù)定方式照亮環(huán)境的能力確定，其次，由所使用的光源的類型確定。第一要求一般地確定照明設(shè)備的光學(xué)設(shè)計，而后者確定照明設(shè)備的組件之中以及照明設(shè)備與周圍環(huán)境之間的散熱特性。當(dāng)涉及到冷卻基于LED的光源時，需要考慮多個方面。在能夠比白熾燈更高效地將電能轉(zhuǎn)換為光的同時，LED會生成大量的余熱。另外，LED 一般地生成集中在固體材料結(jié)構(gòu)內(nèi)的被固體材料結(jié)構(gòu)圍繞的小區(qū)域中的光和熱量，該固體材料結(jié)構(gòu)盡管在電磁波譜的可見部分中適當(dāng)?shù)赝腹?，但卻可能阻止經(jīng)由紅外輻射的高效散熱。這在用于空間照明的基于 LED的光源的設(shè)計中可能是特別具有挑戰(zhàn)性的考慮。例如，盡管可以針對采用基于LED的光源的照明設(shè)備使用經(jīng)由風(fēng)扇的主動冷卻， 但這可能導(dǎo)致另一問題，因為風(fēng)扇的壽命可能小于LED組件的壽命，這將導(dǎo)致不必要地替換掉具有仍可工作的組件的照明設(shè)備。使用風(fēng)扇的進(jìn)一步效果在于，只要有空氣流的地方，
4通常就有由于靜電而引起的灰塵堆積。帶電的塵粒通常被吸引到接地的散熱器、風(fēng)扇葉片以及風(fēng)扇格柵，這降低了任何冷卻系統(tǒng)的效率。用以改善散熱的某些常規(guī)解決方案試圖在光源與照明設(shè)備的至少某一部分之間提供預(yù)定的熱連通性，并且基本上企圖將照明設(shè)備用作用于光源的散熱器。其他常規(guī)解決方案考慮改善照明設(shè)備將熱量耗散到環(huán)境中的能力并且其范圍可以從增加照明設(shè)備的表面積到規(guī)定預(yù)定的燈操作條件以及環(huán)境條件，包括功率使用模式和對最小通風(fēng)、距離的要求以及將照明設(shè)備的使用限制在預(yù)定環(huán)境溫度范圍內(nèi)。已知熱管理解決方案有時包括使用散熱裝置來增加可以用作對常規(guī)的、例如鹵素和非鹵素的白熾燈的替換的基于LED的光源的表面積。然而，這些已知的基于LED的光源通常試圖在相對任意的方向上提供良好的整體散熱。LED的輻射冷卻組件與更傳統(tǒng)地利用的熱傳導(dǎo)和對流相比通常是微不足道的。由于LED芯片或LED封裝的小尺寸以及比燈絲或放電更要接近室溫的溫度，熱輻射通常效率低下。盡管可以將輻射體板包括在照明設(shè)備中作為冷卻的手段，但是可能沒有足夠的物理空間來包括足夠面積的輻射體。其他已知的基于LED的照明系統(tǒng)利用特別地配置的外殼或構(gòu)建窗口作為一種形式的用于內(nèi)部發(fā)光的光源。這種窗口可以包括兩個分隔開的窗格，這兩個窗格通過熱絕緣裝置與光源隔開，光源布置在一個窗格處以在一個方向上引導(dǎo)光并且在相反方向上引導(dǎo)熱量。照明系統(tǒng)可以用于窗口中，以便提供內(nèi)部發(fā)光同時又避免經(jīng)由窗口的內(nèi)部表面的熱傳導(dǎo)。另一類似的基于LED的照明系統(tǒng)包括布置在光學(xué)襯底的一側(cè)上的LED。LED所發(fā)射的光被發(fā)射到光學(xué)襯底中并通過該光學(xué)襯底到達(dá)與光源相反的側(cè)。將導(dǎo)熱材料層施加到光學(xué)襯底的具有LED的側(cè)以用作散熱裝置。然而，這兩種照明系統(tǒng)都將熱量耗散到在光源的一側(cè)上的空間中，同時又照亮另一側(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開針對用于改善發(fā)光系統(tǒng)內(nèi)的、在與其光發(fā)射相同的一般方向上從發(fā)光系統(tǒng)經(jīng)由該發(fā)光系統(tǒng)的前端到環(huán)境的散熱的本發(fā)明方法和裝置。一般地，在一個方面中，本發(fā)明涉及一種燈，包括基于LED的光源，配置為在第一方向上發(fā)射光；以及透光元件，其光學(xué)地和熱學(xué)地耦合到基于LED的光源。該透光元件配置為基本上在第一方向上通過其將由基于LED的光源生成的熱量傳遞到環(huán)境。在某些實施例中，該燈進(jìn)一步包括光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)地耦合到基于LED的光源并配置為將光朝向透光元件重新引導(dǎo)。透光元件可以涂覆有一層或多層第一涂層，該第一涂層用于改善在透光元件與環(huán)境之間的界面處來自透光元件的紅外輻射的發(fā)射。第一涂層可以進(jìn)一步配置為提供預(yù)定導(dǎo)熱率。此外，透光元件可以涂覆有一層或多層第二涂層，該第二涂層用于改善在透光元件與燈內(nèi)部之間的界面處紅外輻射到透光元件中的反射。第二涂層可以進(jìn)一步配置為提供預(yù)定導(dǎo)熱率。在一個實施例中，該燈進(jìn)一步包括熱管，其將基于LED的光源熱學(xué)地耦合到透光元件。該熱管能夠熱學(xué)地連接到第一和/或第二涂層。透光元件可以包括一個或多個第一元件和一個或多個第二元件，第一元件包括具有第一熱導(dǎo)率的第一材料，第二元件包括具有大于第一熱導(dǎo)率的第二熱導(dǎo)率的第二材料。根據(jù)特定實施例，第一材料是光學(xué)上透明的。此外，該一個或多個第二元件可以限定熱學(xué)地連接到該一個或多個第一元件的蜂巢狀結(jié)構(gòu)。在很多實施例中，該燈進(jìn)一步包括密封系統(tǒng)，其中光學(xué)系統(tǒng)和透光元件限定了內(nèi)部空間，其中密封系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)以及透光元件協(xié)作地相對于環(huán)境密封內(nèi)部空間。該內(nèi)部空間可以被抽空到預(yù)定壓力。根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，透光元件包括整體地形成的化合物材料，例如多晶陶
ο一般地，在另一方面中，本發(fā)明關(guān)注一種燈，包括基于LED的光源(M)，在第一方向上發(fā)射光；透光元件，光學(xué)地和熱學(xué)地耦合到基于LED的光源，該透光元件配置為基本上在第一方向上通過其將由基于LED的光源生成的熱量傳遞到環(huán)境；以及光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)地耦合到基于LED的光源并配置為朝向透光元件弓I導(dǎo)光。光學(xué)系統(tǒng)和透光元件限定了內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間被抽空到預(yù)定壓力或填充有熱絕緣流體。在又一方面中，提供了一種用于經(jīng)由燈的透光元件從燈的基于LED的光源耗散熱量的方法，該方法包括光學(xué)地和熱學(xué)地耦合基于LED的光源和透光元件，以及將透光元件配置為通過其將由基于LED的光源生成的熱量傳遞到燈外部的周圍環(huán)境。如同在此所用的，出于本公開的目的，術(shù)語“LED”應(yīng)當(dāng)理解為包括任何電致發(fā)光二極管或者能夠響應(yīng)于電信號而生成輻射的其他類型的基于載流子注入/結(jié)的系統(tǒng)。因此， 術(shù)語LED包括但不限于響應(yīng)于電流而發(fā)射光的各種基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、發(fā)光聚合物、有機發(fā)光二極管(OLED)、電致發(fā)光條帶，等等。特別地，術(shù)語LED指代可以配置為生成紅外光譜、 紫外光譜以及可見光譜的各部分(一般包括從大約400納米到大約700納米的輻射波長) 中的一個或多個內(nèi)的輻射的所有類型的發(fā)光二極管(包括半導(dǎo)體和有機發(fā)光二極管)。LED 的某些示例包括但不限于各種類型的紅外LED、紫外LED、紅光LED、藍(lán)光LED、綠光LED、黃光LED、琥珀光LED、橙光LED以及白光LED (下面將進(jìn)一步討論)。還應(yīng)當(dāng)意識到，LED可以配置為和/或控制為生成具有針對給定光譜(例如，較窄帶寬、較寬帶寬)的各種帶寬(例如，半高全寬或FWHM)以及在給定一般顏色分類內(nèi)的各種各樣的主波長的輻射。例如，配置為生成基本上白光的一種LED實現(xiàn)(例如，白光LED)可以包括多個管芯，這些管芯分別發(fā)射不同的電致發(fā)光光譜，其以組合方式混合以形成基本上白光。在另一實現(xiàn)中，白光LED可以與磷光材料相關(guān)聯(lián)，該磷光材料將具有第一光譜的電致發(fā)光轉(zhuǎn)換為不同的第二光譜。在這一實現(xiàn)的一個示例中，具有相對較短的波長和較窄的帶寬光譜的電致發(fā)光“泵浦”磷光材料，該磷光材料接著輻射具有稍寬的光譜的波長更長的輻射。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語LED并不限制LED的物理和/或電封裝類型。例如，如上所述， LED可以指代具有多個管芯的單一發(fā)光器件，這些管芯配置為分別發(fā)射不同的輻射光譜 (例如，其可以是或可以不是單獨可控的)。此外，LED可以與磷光劑相關(guān)聯(lián)，該磷光劑被認(rèn)為是構(gòu)成LED (例如，某些類型的白光LED)整體的一部分。一般地，術(shù)語LED可以指代封裝好的LED、未封裝的LED、表面安裝LED、板上芯片LED、T封裝安裝LED、輻射狀封裝LED、功率封裝LED、包括某些類型的包封和/或光學(xué)元件(例如，擴散透鏡)的LED等。術(shù)語“光源”應(yīng)當(dāng)理解為指代各種各樣的輻射源中的任何一個或多個，包括但不限于基于LED的源(包括一個或多個上述LED)，以及其他類型的電致發(fā)光源。給定的光源可以配置為生成可見光譜內(nèi)、可見光譜外或者兩者組合的電磁輻射。因此，術(shù)語“光”和“輻射”在此可互換使用。此外，光源可以包括一個或多個濾光片(例如，彩色濾光片)、透鏡或者其他光學(xué)組件作為構(gòu)成整體一部分的組件。此外，應(yīng)當(dāng)理解，光源可以配置用于各種各樣的應(yīng)用，包括但不限于指示、顯示和/或照明。“照明源”是如下光源，該光源特別地配置為生成具有足夠強度的輻射以高效地對內(nèi)部或外部空間進(jìn)行照明。在本上下文中，“足夠強度” 指代在空間或環(huán)境中生成的可見光譜內(nèi)的用以提供環(huán)境照明(即，可以直接感知到以及可以例如在從各種各樣的干涉表面的一個或多個上反射之后才整體或部分地被感知到的光) 的足夠輻射功率(通常用單位“流明”來表示在所有方向上來自光源的總的光輸出，稱為輻射功率或“光通量”)。術(shù)語“發(fā)光單元”在此用于指代包括相同或不同類型的一個或多個光源的裝置。給定發(fā)光單元可以具有對一個或多個光源、外殼/殼體布置和形狀以及/或者電或機械的連接配置的各種各樣的安裝布置中的任何一個。此外，給定發(fā)光單元可以可選地與和一個或多個光源的操作相關(guān)的各種其他組件(例如，控制電路)相關(guān)聯(lián)(例如，包括、耦合到以及 /或者與其封裝在一起)?！盎贚ED的發(fā)光單元”指代如下發(fā)光單元，其包括如上所述的、 單獨的或結(jié)合其他非基于LED的光源的一個或多個基于LED的光源?！岸嗤ǖ馈卑l(fā)光單元指代如下的基于LED的或非基于LED的發(fā)光單元，其包括配置為分別生成不同輻射光譜的至少兩個光源，其中每個不同源光譜可以稱為多通道發(fā)光單元的“通道”。術(shù)語“燈”、“發(fā)光器材”或“照明設(shè)備”在此用于指代以特定形成因子、組裝或者封裝對一個或多個發(fā)光單元的實現(xiàn)或布置。更特別地，在此所用的術(shù)語“燈”是指用于在照明器材中進(jìn)行模塊化使用并向照明器材提供光來源的器件。燈可以配置為容易用相同或可交換類型的另一燈替換。燈一般地包括向燈提供光來源的一個或多個光源或照明單元。應(yīng)當(dāng)意識到，下面將更詳細(xì)討論的前述概念和附加概念的所有組合(假定這些概念彼此不沖突)被視為在此所公開的本發(fā)明主題的一部分。特別地，出現(xiàn)在本公開結(jié)尾處的、所要求保護(hù)的主題的所有組合被視為在此所公開的本發(fā)明主題的一部分。還應(yīng)當(dāng)意識到，在此明確采用的、還可能出現(xiàn)在在此通過引用的方式包含的任何公開中的術(shù)語表達(dá)應(yīng)當(dāng)遵循與在此所公開的特定概念最一致的含義。


在附圖中，類似的參考符號貫穿不同視圖一般地指代相同的部分。另外，附圖并非必然按比例繪制，相反，重點一般地被放在說明發(fā)明的原理上。圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的燈的橫截面。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的燈的橫截面。圖3A圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的燈的透光元件的平面視圖。圖;3B圖示了圖3A中所圖示的透光元件的俯視圖。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的燈的透光元件的平面視圖。圖5A圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于燈的窗口的頂視圖。圖5B圖示了圖5A的窗口的橫截面A-A。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的燈的橫截面。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的燈的橫截面。圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的燈的橫截面。
圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明再一實施例的燈的橫截面。
具體實施例方式一般地，如同燈的配置一樣，使用基于LED的光源的LED燈中的散熱可能是具有挑戰(zhàn)性的。LED可能生成相當(dāng)大量的熱量，同時一般又需要比白熾燈中的燈絲低得多的操作溫度。例如，設(shè)計為用作對很多現(xiàn)有類型的白熾燈之一的替換的LED燈可能需要與其白熾對等物不同的散熱特性以便能夠阻止燈中的LED的過熱。將LED燈配置為散熱器從而使得其將某處的熱量簡單地釋放到環(huán)境中可能不足以充分地冷卻燈中的LED。當(dāng)LED燈與特定類型的固定設(shè)備組合使用時，僅在任意的方向上僅從LED燈的任何部分耗散熱量可能導(dǎo)致熱量累積。因此，LED燈可能需要被配置為提供所希望的熱管理特性。更一般地，申請人已經(jīng)認(rèn)識和意識到，將有益的是在LED燈或?qū)?yīng)的固定設(shè)備將光發(fā)射到環(huán)境中的方向上將熱量從燈高效地耗散出去?？紤]到前述內(nèi)容，本發(fā)明的各種實施例和實現(xiàn)針對用熱學(xué)方法管理的燈。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了包括基于LED的光源的LED燈?；贚ED的光源可以包括一個或多個LED。該燈包括光學(xué)地和熱學(xué)地耦合到基于LED的光源的透光元件。該燈，特別地，透光元件配置為通過該透光元件將由基于LED的光源生成的熱量傳遞到燈外部。該燈可以進(jìn)一步采用光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)地耦合到基于LED的光源，其中該光學(xué)系統(tǒng)配置為將來自LED的光朝向透光元件重新引導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明某些實施例的燈的橫截面在圖1中圖示。該燈包括至少一個基于LED 的光源Iio和透光元件120。該燈一般地配置為基本上沿著光程101將由基于LED的光源 110發(fā)射的光朝向透光元件120引導(dǎo)。該燈進(jìn)一步包括熱學(xué)地連接透光元件120和基于LED 的光源110的熱管130，并且配置為通過透光元件將熱量傳遞到環(huán)境。根據(jù)其他實施例的燈的橫截面在圖2中圖示。該燈包括基于LED的光源210和透光元件220。該燈進(jìn)一步包括光學(xué)地連接201透光元件220和基于LED的光源210的反射體230?；贚ED的光源210布置為使得其基本上直接朝向反射體230發(fā)射光，光基本上從反射體230被反射。光可以被朝向透光元件220或反射體230反射。依據(jù)這些實施例的燈配置為經(jīng)由反射體230基本上將由基于LED的光源210發(fā)射的光沿著光程朝向透光元件 220重新引導(dǎo)。該燈進(jìn)一步配置為將來自基于LED的光源210的熱量基本上傳遞到透光元件220并且通過透光元件220傳遞到環(huán)境。透光元件透光元件可以配置為提供燈的內(nèi)殼或外殼的至少部分。依賴于實施例，透光元件可以具有平坦的、一般地彎曲的、球狀、梨狀、管狀或者其他形狀。透光元件可以具有可以至少部分地確定為給透光元件提供預(yù)定光學(xué)特性的預(yù)定厚度分布、表面紋理或者表面粗糙度。為了跨透光元件并通過透光元件耗散熱量，在某些實施例中，透光元件配置為提供整體熱導(dǎo)率。例如，良好的整體熱導(dǎo)率能夠為透光元件提供呈現(xiàn)更同質(zhì)的溫度分布和較低溫度梯度的能力以及耗散相當(dāng)大量的熱量的能力。在某些實施例中，透光元件可以至少在透光元件與燈的外部之間的界面的一部分處可選地涂有一層或多層第一涂層。第一涂層可以配置為提供從透光元件到燈的外部的針對紅外以及可見和其他非可見輻射的所希望的發(fā)射率。第一涂層可以進(jìn)一步配置為提供預(yù)定導(dǎo)熱率。通過透光元件的熱傳遞可能進(jìn)一步受到外部介質(zhì)的對流的影響。依賴于燈的應(yīng)用，外部介質(zhì)可以是例如空氣或水，或者另一物質(zhì)。第一涂層可以進(jìn)一步配置為提供預(yù)定的組合的對流和輻射熱傳遞特性。在某些實施例中，透光元件可以至少在透光元件與燈的內(nèi)部之間的界面的一部分處可選地涂有一層或多層第二涂層，以提供紅外以及可見和其他非可見輻射到透光元件中的反射。第二涂層也可以進(jìn)一步配置為提供預(yù)定導(dǎo)熱率?？紤]到針對在外部的第一涂層的那些考慮，關(guān)于鄰近面向燈內(nèi)部的第二涂層的對流，適用類似的考慮。因此，第二涂層還配置為提供預(yù)定對流熱傳遞特性。依賴于實施例，第二涂層的對流熱傳遞特性可以較高或較低?？梢栽O(shè)想單層和多層第一和第二涂層的多個配置。應(yīng)當(dāng)注意，如果透光元件未被涂覆或者對于透光元件的未被涂覆的相應(yīng)表面，關(guān)于第一和第二涂層的輻射和對流熱傳遞特性的考慮同樣可以適用。在某些實施例中，第一和/或第二涂層可以配置為提供針對紅外或非可見輻射的預(yù)定透光度，同時還提供針對可見光的預(yù)定透光度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，涂層可以配置為提供針對可見光的透光度與針對紅外或非可見輻射的透光度之間的預(yù)定比值?？梢赃m用類似的考慮來確定透光元件的材料成分。 在某些實施例中，透光元件可以包括整體地形成的化合物材料。例如，透光元件可以包括非晶體、晶體或多晶體材料，多種多樣的玻璃或透明塑料之一，或者陶瓷，諸如高純度的或摻雜的釔鋁石榴石、多晶氧化鋁或氮化鋁，或者其他合適的材料。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，透光元件可以配置為包括整體地形成的熱管或者包括熱管的至少部分以便在透光元件內(nèi)提供良好的散熱并且以便可以實現(xiàn)到透光元件的高效熱耦合。整體地形成的熱管可以配置為非常高效地將熱量耗散到整個透光元件中。例如， 可以用如圖3A和圖;3B或者圖4所圖示的多種方式來配置整體地形成的熱管。圖3A圖示了包括螺旋形狀的熱管310的透光元件300的平面視圖。熱管310可以至少部分地透明或半透明。圖3B圖示了圖3A的透光元件的俯視圖。圖:3B還圖示了用于可操作地布置透光元件300的框架340并且進(jìn)一步圖示了外部熱管330的一部分，該部分可操作地連接到框架340以便熱學(xué)地連接基于LED的光源(未示出)。圖4圖示了沒有框架的透光元件400的另一示例。圖4中所圖示的透光元件的熱管410的形狀為具有伸出的輻條的環(huán)。依賴于實施例，該環(huán)和輻條可以整體地形成或分開。應(yīng)當(dāng)注意，透光元件，諸如300或400，例如可以配置為在基本上徑向地向內(nèi)或向外的方向上或者在這兩個方向上提供預(yù)定的熱傳遞特性。在某些實施例中，外部熱管和透光元件經(jīng)由框架熱學(xué)地互連。在其他實施例中，外部熱管可以整體地與透光元件的熱管互連(未示出)。根據(jù)其他實施例，透光元件可以配置為以預(yù)定方式折射光。透光元件的折射特征可以由一個或多個性質(zhì)確定，這些性質(zhì)包括例如透光元件或其表面或界面中的一個或多個以及第一涂層和/或第二涂層(如果透光元件被涂覆的話)的幾何結(jié)構(gòu)或材料成分。在某些實施例中，透光元件可以由一個或多個包括第一材料的第一元件以及一個或多個包括第二材料的第二元件形成為平面、非平面或者三維網(wǎng)格(geodesic)復(fù)合對象。 為確保整個透光元件中的良好的熱連通性，需要第一和第二元件之間的緊密的熱接觸。緊密的熱接觸可以例如通過整體地形成第一和第二元件來提供。另外，通過采用具有足夠類似的熱膨脹系數(shù)的材料，通過對第一和第二元件進(jìn)行壓力配合，或者通過配置第一和第二元件從而使得它們至少在操作溫度條件下提供壓力配合，能夠促進(jìn)熱接觸。該一個或多個第二元件可以配置為限定用于布置該一個或多個第一元件的平面或非平面結(jié)構(gòu)。該一個或多個第一元件可以配置為具有不規(guī)則的或規(guī)則的形狀，包括例如三角形、正方形、五邊形、六邊形或者此類形狀。第二材料可以具有大于第一材料的熱導(dǎo)率。 兩種材料中的至少一個可以是光學(xué)上透明的。根據(jù)某些實施例，透光元件的第一和第二元件之間的界面可以配置為提供進(jìn)一步的預(yù)定光學(xué)特性。例如，界面可以配置為提供預(yù)定形狀的橫截面和/或界面粗糙度。圖5A和圖5B圖示了合適的復(fù)合透光元件500。圖5A圖示了頂視圖，并且圖5B圖示了沿圖5A的線A-A的橫截面。復(fù)合透光元件500具有蜂巢狀結(jié)構(gòu)510和光學(xué)上透明的模塊515。蜂巢狀結(jié)構(gòu)熱學(xué)地連接到熱管520，該熱管520配置為將由基于LED的光源(未示出)生成的熱量傳遞到透光元件。光源與透光元件之間的熱連接根據(jù)本發(fā)明實施例的燈可以采用用于將基于LED的光源熱學(xué)地耦合到透光元件的熱管。熱管可以可選地?zé)釋W(xué)地連接到第一或第二涂層或者這兩個涂層。另外，熱管的至少一部分可以可選地與透光元件整體地形成。根據(jù)本發(fā)明實施例的燈可以配置為使得通過光學(xué)系統(tǒng)促進(jìn)基于LED的光源與透光元件之間的熱連接。例如，該光學(xué)系統(tǒng)可以包括一個或多個熱管或材料，這些熱管或材料具有所希望的導(dǎo)熱性，以便熱學(xué)地耦合基于LED的光源和透光元件。根據(jù)本發(fā)明實施例的燈可以配置為使得基于LED的光源布置在透光元件的內(nèi)側(cè)上，其中透光元件配置為將熱量從內(nèi)側(cè)傳遞到其外側(cè)并且從外側(cè)傳遞到環(huán)境。燈可以進(jìn)一步配置為使得基于LED的光源導(dǎo)熱地連接到內(nèi)側(cè)。LED燈可以配置為使得基于LED的光源朝向透光元件發(fā)射光或者正好將光發(fā)射到透光元件中。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明實施例的燈可以包括一個或多個熱管，而不論LED是否布置在透光元件上或者相對于透光元件遠(yuǎn)程地布置。光學(xué)系統(tǒng)在某些實施例中，光學(xué)系統(tǒng)包括能夠折射和/或反射至少可見光以及紅外和/或紫外光的多個光學(xué)元件并且可以包括包含光致發(fā)光材料的元件。光學(xué)系統(tǒng)可以配置為自行或者與透光元件組合提供預(yù)定的混色和/或光束成形特性。在某些實施例中，光學(xué)系統(tǒng)可以配置為提供基于LED的光源與透光元件之間的熱連通性。根據(jù)本發(fā)明的實施例，光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個熱管。密封系統(tǒng)燈可以可選地采用密封系統(tǒng)，該密封系統(tǒng)例如與燈的一個或多個其他組件(諸如光學(xué)系統(tǒng)和/或透光元件)協(xié)作以氣密地密封燈的內(nèi)部空間。內(nèi)部空間可以例如由光學(xué)系統(tǒng)和透光元件限定。依賴于所希望的效果，內(nèi)部空間可以填充有選擇為提供預(yù)定的較高或較低的熱導(dǎo)率的流體物質(zhì)。該流體物質(zhì)可以是氣體和/或液體。如果填充有氣體，則內(nèi)部空間可以被填充到預(yù)定壓力。根據(jù)其他實施例，內(nèi)部空間可以被抽空到預(yù)定壓力?，F(xiàn)在將參考特定示例來描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，以下示例旨在描述本發(fā)明的實施例，而并非旨在以任何方式限制本發(fā)明。
示例 1圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的又一示例性燈的橫截面。燈的透光元件包括窗口 50，該窗口 50可以用如上所述的方式例如從整體地形成的化合物材料或網(wǎng)格球頂?shù)囊徊糠峙渲?。透光元件具有例如借助于化學(xué)汽相淀積布置在窗口 50內(nèi)側(cè)上的低發(fā)射率涂層58 和透明金剛石涂層57。如圖6所圖示，示例性燈進(jìn)一步包括配置為將由LED M生成的熱量從襯底53傳送到窗口 50的熱管52。光學(xué)系統(tǒng)包括配置為將光例如朝向透光元件反射回內(nèi)部空間56的壁55。LED 54可操作地連接到控制器和電源(未示出)。內(nèi)部空間56可以配置為提供不良的熱傳遞特性(未示出)。所圖示的示例燈配置為在LED M與窗口 50之間提供增強的熱連接并且降低燈的其余組件(例如壁55)的熱導(dǎo)率。此外，壁55還可以配置為不良的熱導(dǎo)體，例如該壁可以由用作熱絕緣體的材料制作。內(nèi)部空間56可以填充有如下流體(未示出)，該流體在例如燈的組件(諸如LED Μ、襯底53或者壁5 與窗口 50之間經(jīng)由該流體提供不良的熱傳遞。作為替代，內(nèi)部空間可以被抽空到預(yù)定壓力，或者填充有提供很少熱傳遞的流體，例如用作熱絕緣體的流體。流體可以是適當(dāng)?shù)臍怏w，例如空氣、氬、氪、氮或者二氧化碳，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解其他物質(zhì)并且可以基于所希望的熱導(dǎo)率來選擇該其他物質(zhì)。其他燈(未示出)可以配置為在壁55與襯底53之間提供良好的熱絕緣。至少部分地依賴于壁55的外表面面積，壁的外表面的將熱量釋放到環(huán)境中的能力，但主要依賴于意圖經(jīng)由壁55傳遞到外部的熱量。這種示例燈可以被抽空或填充有合適的流體以提供具有不良的熱傳遞特性的內(nèi)部空間。示例 2圖7圖示了另一示例性燈的橫截面。燈的LED 730可操作地布置在透光元件710 的內(nèi)表面上或者貼近該內(nèi)表面。LED 730可以可操作地布置在單獨的襯底(未示出)上，該襯底布置在透光元件上并熱學(xué)地連接到透光元件。LED 730可操作地連接到用于控制LED的控制器和電源(未示出)。LED被定向為使得它們發(fā)射基本上遠(yuǎn)離透光元件710的光。光學(xué)上透明的薄膜770將內(nèi)部空間740與由熱絕緣定距環(huán)750形成的分隔空間760分開。分隔空間可以例如填充有空氣或被抽空。示例燈的內(nèi)部空間740被抽空以抑制經(jīng)由內(nèi)部空間的熱對流。薄膜770和反射體 720配置為朝向透光元件710向下反射紅外輻射。燈配置為使得由LED 730生成的熱量基本上耗散到透光元件中，該透光元件接著配置為將熱量基本上散布到整個透光元件中，從而使得其能夠呈現(xiàn)具有較低溫度梯度的溫度分布。透光元件進(jìn)一步配置為將熱量從其外表面基本上釋放到環(huán)境中。透光元件例如可以包括整體地形成的熱管。示例 3圖8圖示了又一示例性燈的橫截面。燈的LED 830可操作地布置在透光元件810 的內(nèi)表面上或者貼近該內(nèi)表面。LED 830可以可操作地布置在單獨的襯底(未示出)上，該襯底布置在透光元件上并熱學(xué)地連接到透光元件。這一燈的透光元件830包括低紅外發(fā)射率涂層815、高熱導(dǎo)率涂層817以及玻璃盤 819。該低紅外發(fā)射率涂層布置在如下涂層上并熱學(xué)地連接到該涂層，該涂層布置在盤819 上并熱學(xué)良好地連接到盤819。該低紅外發(fā)射率涂層配置為抑制將紅外熱量發(fā)射到內(nèi)部空間840中。該涂層可以由多種材料制成，這些材料例如包括氧化銦錫、金剛石或者其他適當(dāng)?shù)摹⑷菀字獣缘牟牧?。涂?15和817以及盤819的厚度并非按比例圖示。LED 830可操作地連接833到835中所包括的、用于控制LED的控制器和電源。LED 被定向為使得它們發(fā)射遠(yuǎn)離透光元件810、朝向反射體820的光。示例燈的內(nèi)部空間840被抽空以抑制經(jīng)由內(nèi)部空間的熱對流。反射體820配置為朝向透光元件810向下反射紅外輻射。燈配置為使得由LED 830生成的熱量基本上耗散到透光元件810中，該透光元件 810接著配置為將熱量基本上散布到整個其本身中，從而使得其能夠呈現(xiàn)具有較低溫度梯度的溫度分布。透光元件810進(jìn)一步配置為將熱量從其外表面基本上釋放到環(huán)境中。透光元件810例如可以包括整體地形成的熱管。示例 4圖9圖示了又一示例性燈的橫截面。燈的LED 930布置在襯底920上，該襯底920 配置為提供預(yù)定熱導(dǎo)率并且在可操作地連接到燈的上部部分950的同時又與該上部部分 950熱絕緣。襯底可以包括一層或多層導(dǎo)電的或電絕緣的以及導(dǎo)熱的或熱絕緣的材料，以便促進(jìn)LED與可以集成到燈的上部部分950中的電源和/或控制器(未示出)之間的可操作連接。LED 930可操作地連接到控制器和電源(未示出)。熱絕緣體940布置為與LED 930相反地鄰近襯底920。這一示例性燈的透光元件限定了窗口 910，該窗口 910配置為經(jīng)由輻射提供較高的熱發(fā)射率。此外，熱量還可以例如經(jīng)由來自窗口的外表面的對流而分布到環(huán)境。窗口與襯底之間的機械連接可以配置為提供良好的導(dǎo)熱性。例如，窗口和襯底可以整體地形成和/或使用熱管熱學(xué)地連接。在某些實施例中，襯底920與窗口 910之間的空間可以填充有作為良好的熱導(dǎo)體的透明流體，其中這一透明流體可以是氣體或液體。窗口 910可以形成為包括一種或多種至少透光的材料的整體地成形的主體。窗口可以配置為提供預(yù)定的單層或多層成分、厚度分布、表面紋理或者表面粗糙度，以提供預(yù)定的光學(xué)折射和/或反射特性。窗口可以用復(fù)合形式配置并且成形為網(wǎng)格球頂(未示出)的一部分。將LED 930布置為使得它們朝向窗口 910發(fā)射光。每個LED可以與用于反射每個 LED所發(fā)射的光的反射體組合地布置。襯底920的貼近LED的表面可以涂有光學(xué)反射涂層和/或紅外反射涂層。燈配置為提供預(yù)定照度和散熱特性的組合。盡管已經(jīng)在此描述和示出了若干本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到用于執(zhí)行在此描述的功能以及/或者獲得結(jié)果和/或一個或多個優(yōu)點的各種各樣的其他手段和/或結(jié)構(gòu)，并且每個這種變型和/或修改都被視為在在此描述的本發(fā)明實施例的范圍內(nèi)。 更一般地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易意識到，在此描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和配置都意在進(jìn)行例示，并且實際的參數(shù)、尺寸、材料和/或配置將依賴于本發(fā)明的啟示所用于的特定應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到或能夠使用不超出例行的實驗來得知在此描述的本發(fā)明特定實施例的很多等同形式。因此，應(yīng)當(dāng)理解，前述實施例僅僅是通過示例的方式提出的，在所附權(quán)利要求書及其等同形式的范圍內(nèi)，可以以與在此具體描述和要求保護(hù)的不同的方式實踐本發(fā)明實施例。本公開中的本發(fā)明實施例針對在此描述的每個單獨的特征、系統(tǒng)、產(chǎn)品、 材料、配套元件和/或方法。此外，兩個或更多這種特征、系統(tǒng)、產(chǎn)品、材料、配套元件和/或方法的任何組合(如果這種特征、系統(tǒng)、產(chǎn)品、材料、配套元件和/或方法彼此不沖突)包括
12在本公開中的本發(fā)明范圍內(nèi)。在此限定和使用的所有定義應(yīng)當(dāng)理解為對詞典定義、通過引用的方式包含的文獻(xiàn)中的定義以及/或者所限定的術(shù)語的通常含義的運用。在此在說明書和權(quán)利要求書中所用的不定冠詞“一”和“一個”，除非明確地提出相反表示，都應(yīng)當(dāng)理解為是指“至少一個”。在此在說明書和權(quán)利要求書中所用的短語“和/或”應(yīng)當(dāng)理解為是指這樣聯(lián)合的元素中的“任一或者兩者”，即在某些情況下聯(lián)合地存在而在其他情況下非聯(lián)合地存在的元素。以“和/或”列舉的多個元素應(yīng)當(dāng)以相同方式解讀，即這樣聯(lián)合的“一個或多個”元素。 可以可選地存在不同于用“和/或”分句具體標(biāo)識出的元素的其他元素，無論與這些具體標(biāo)識出的元素是相關(guān)還是不相關(guān)。正如在此在說明書和權(quán)利要求書中所用的，“或”應(yīng)當(dāng)理解為與以上所限定的“和 /或”具有相同含義。例如，當(dāng)對列舉的項進(jìn)行分隔時，“或”或“和/或”應(yīng)當(dāng)解釋為是包容性的，即包括多個或列舉的元素中的至少一個，也包括其中多個，以及可選地包括附加的未列舉的項。只有明確地表明具有相反含義的術(shù)語，諸如“僅其中一個”或“正好其中一個”， 或者在權(quán)利要求書中所用的“由……組成”，才指代包括多個或列舉的元素中的正好一個元 。還應(yīng)當(dāng)理解，除非明確地提出相反表示，否則在此要求保護(hù)的包括多個步驟或動作的任何方法中，方法的步驟或動作的順序并不必然限于所記載的方法的步驟或動作的順序。在權(quán)利要求書以及以上說明書中，所有的過渡性短語，諸如“包括”、“包含”、“攜帶”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“涵蓋”等，都應(yīng)當(dāng)理解為是開放式的，即是指包括但不限于。只有過渡性短語“由……構(gòu)成”和“基本上由……構(gòu)成”才分別應(yīng)當(dāng)是閉合式和半閉合式過渡性短語。最后，權(quán)利要求書中的參考標(biāo)號僅僅是為方便起見而使用的，不應(yīng)當(dāng)以任何方式理解為限制性的。
權(quán)利要求
1.一種燈，包括基于LED的光源64)，在第一方向上發(fā)射光；以及透光元件(50)，光學(xué)地和熱學(xué)地耦合到所述基于LED的光源64)，所述透光元件(50) 配置為基本上在所述第一方向上通過其將由所述基于LED的光源(54)生成的熱量傳遞到環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，進(jìn)一步包括光學(xué)系統(tǒng)(55)，其光學(xué)地耦合到所述基于LED的光源(M)，并配置為將光朝向所述透光元件(50)引導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燈，進(jìn)一步包括密封系統(tǒng)，其中所述光學(xué)系統(tǒng)和所述透光元件限定了內(nèi)部空間，所述密封系統(tǒng)、所述光學(xué)系統(tǒng)以及所述透光元件協(xié)作地相對于環(huán)境密封所述內(nèi)部空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，其中所述透光元件(50)涂覆有一層或多層第一涂層(57)，所述第一涂層(57)用于促進(jìn)在所述透光元件與環(huán)境之間的界面處從所述透光元件發(fā)射紅外輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的燈，其中所述第一涂層(57)具有預(yù)定熱導(dǎo)率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，其中所述透光元件(50)涂覆有一層或多層第二涂層(58)，所述第二涂層(58)用于促進(jìn)在所述透光元件與所述燈的內(nèi)部之間的界面處將紅外輻射反射到所述透光元件中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的燈，其中所述第二涂層(58)具有預(yù)定熱導(dǎo)率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，進(jìn)一步包括導(dǎo)熱元件，其熱學(xué)地連接所述基于LED的光源 (54)和所述透光元件(50)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的燈，其中所述導(dǎo)熱元件是熱管(52)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，其中所述透光元件包括一個或多個第一元件和一個或多個第二元件，所述第一元件包括具有第一熱導(dǎo)率的第一材料，所述第二元件包括具有大于所述第一熱導(dǎo)率的第二熱導(dǎo)率的第二材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的燈，其中所述第一材料是光學(xué)上透明的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的燈，其中所述一個或多個第二元件限定了熱學(xué)地連接到所述一個或多個第一元件的蜂巢狀結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，進(jìn)一步包括熱管，其至少部分地嵌入所述透光元件中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的燈，其中所述基于LED的光源布置在所述透光元件上，并導(dǎo)熱地連接到所述透光元件。
15.一種燈，包括基于LED的光源(M)，在第一方向上發(fā)射光；透光元件(50)，光學(xué)地和熱學(xué)地耦合到所述基于LED的光源64)，所述透光元件(50) 配置為基本上在所述第一方向上通過其將由所述基于LED的光源(54)生成的熱量傳遞到環(huán)境；以及光學(xué)系統(tǒng)(55)，光學(xué)地耦合到所述基于LED的光源64)，并配置為朝向所述透光元件 (50)引導(dǎo)光，其中所述光學(xué)系統(tǒng)和所述透光元件限定了內(nèi)部空間，所述內(nèi)部空間被抽空到預(yù)定壓力或填充有熱絕緣流體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的燈，進(jìn)一步包括導(dǎo)熱元件，其熱學(xué)地連接所述基于LED的光源(54)和所述透光元件(50)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的燈，其中所述導(dǎo)熱元件是熱管(52)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的燈，其中所述透光元件包括一個或多個光學(xué)上透明的第一元件和一個或多個第二元件，所述第一元件包括具有第一熱導(dǎo)率的第一材料，所述第二元件包括具有大于所述第一熱導(dǎo)率的第二熱導(dǎo)率的第二材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的燈，其中所述一個或多個第二元件限定了熱學(xué)地連接到所述一個或多個第一元件的蜂巢狀結(jié)構(gòu)。
20.一種用于經(jīng)由燈的透光元件(50)從所述燈的LED光源(54)耗散熱量的方法，所述方法包括a.光學(xué)地和熱學(xué)地耦合所述LED光源(54)和所述透光元件(50)；以及b.將所述透光元件(54)配置為通過其將由所述LED光源(54)生成的熱量傳遞到所述燈的外部。
全文摘要
在此公開了一種燈，包括基于LED的光源(54)，配置為發(fā)射光；以及透光窗口(50)，光學(xué)地和熱學(xué)地耦合到該光源，其中該透光窗口配置為將由該光源生成的熱量輻射到環(huán)境。該燈可以進(jìn)一步包括光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)地耦合到該光源并配置為將光朝向該透光窗口重新引導(dǎo)。
文檔編號F21K99/00GK102333990SQ201080009628
公開日2012年1月25日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者D·洛芙蘭德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司