Led灯及其设计方法

专利名称：Led灯及其设计方法
技术领域：
本发明涉及作为主独立权利要求的前序部分的LED灯及其制造方法。正讨论的灯旨在有利地用于户内照明(例如，房间、办公室、电影院大厅、工业库 房、仓库、房屋等)和外部环境(例如，街道、广场、体育场等)。更精确地，本发明是制造器具和照明装置的工业领域的一部分，并且有利地用于 照明技术中的设计。
背景技术：
传统的照明系统最通常的代表是白炽灯、荧光灯和放电灯或电弧灯。如已知的，白炽灯通过使电流通过细灯丝来产生光，所述细灯丝在高温下变热并 且产生可见光谱内的光。通过灯丝的炽热产生光是效率非常低的，这是由于所产生能量的 大部分是以热的形式或者是红外不可见光的形式给出。虽然白炽灯具有非常短的寿命(通 常是几千小时)，但是它们的制造成本非常低，因此得以广泛使用。荧光灯通过以下步骤工作使电流通过通常为汞的蒸气，继而产生紫外光，该紫外 光被覆盖在灯内部的荧光体层吸收，从而使其发光。荧光灯产生的热量比白炽灯产生的热 量少，然而，因为在产生紫外光并且在其转换成可见光的过程中损失了一部分能量，所以效 率低。荧光灯通常比白炽灯更贵，但能维持约1000小时。另外，这些灯具有在破裂的情况 下会泄露的有毒化合物并且需要特定的处置，这样就增加了安装成本。与荧光灯和白炽灯相比，作为氖灯的放电灯或电弧灯在每表面单位内产生的光量 高得多，因此更通常用于照明大的区域或者能量效率变成显著影响安装成本的因素的地 方。然而，即使这些灯也散发大量的热，与给定的瓦特相比，降低了所产生流明的效 率。这些灯还沿着每个方向发光并且需要使用反射器，一旦在照亮装置中安装了反射器， 就会显著降低和限制了产率。更有效的灯不轻易允许流动的减少，这是因为其功能特性并 且由于它们在改变供给的情况下改变了发射光谱，因此使得难以将其用在流动减少的条件 下。近来，使用LED作为光源的照明系统和灯越来越先进。除了金属碘化物灯之外，已 知上述传统的光产生系统的照明效率(以每瓦特的流明数来评估)较低并且比LED灯的照 明效率低得多，然而，所述金属碘化物灯当安装在照明体中时效率急剧下降30%-40%，并 且其还存在难以调节其光通量的缺点。然而，与LED灯相比，所述传统的照明系统目前还是 优选的，这是因为它们的制造成本更低。这是由于LED灯现在的成本仍然非常高，并且每个LED所产生的流明十分低，使得 (如所提及的)传统的灯仍然非常方便。LED的优点主要在于比上述传统的灯消耗少得多的电力，这是由于作为副产物产 生的热少得多并且它们具有等于(即使不超过的话)碘化物灯的高色域，LED的优点还在 于能通过使用不同的LED颜色来调节所需强度以及入射光线中产生的色度值。
目前市面上的LED灯具有过高的成本而CRI (显色指数，即再现物体颜色的能力) 却相当低。如已知的，技术革新造成的期望导致人们相信LED将克服当前问题并且将降低制 造成本，其改进程度使得它们将一直更利于取代传统的照明系统。与传统照明系统相比，LED是需要被大量组装来构造功率设备的点光源。因此，LED照明的制造成本不仅受每个LED的成本影响，而且还明显地受将其组装 在用于灯实现的支撑件上的制造工艺的影响。目前，LED被设计成既通过传统的PTH技术(穿通孔)又通过SMT技术(表面安 装技术)安装在印刷电路板上。参照最新的组装技术，在印刷电路(下文中简称为CS)上， 曾经计划过许多解决方法来去除LED所产生的热量，如已知的，所述热量对LED的性能和寿 命有显著影响。另外，LED供电必须处于特定的恒定电流，因此不会随温度或干线电压的变化而变 化。为了解决散热问题，LED被制造成为与金属块机械上关联(特别是连接到电极)。 然而，如果没有散热的方式，该金属块不足以去除LED产生的热，则特别在LED与其它紧邻 的LED并排布置以增强灯照明功率的情况下。传统上采用的解决方法是在CS的表面上设置散热器，该散热器通常是梳子状以 增大散热表面，通过穿过印刷电路的金属化孔热连接到LED。或者，使用合适的“MC”(“金 属芯”)型材料，在该材料上得到随后连接到散热器的印刷电路的走线。除了由于存在散热器并且进行连接散热器的操作而导致成本高之外，已经证实， 该解决方法是不切实际的，这是因为散热器中累积的热将LED在高温下暴露过长的时间， 所以制造工艺不允许用传统的焊接系统将LED引脚焊接到CS焊盘。因此，在存在散热器情 况下进行焊接非常困难并且在这段时间内通常出现破裂或致使虚假接合。将LED安装在CS上的灯还需要使用支撑结构来支撑CS，从而能够耐受机械应力， 通常用于组装在街灯、屋顶、墙壁、干道等上。对于安装多个LED的需要必须与以允许根据特定环境照明需要将定向最优化的 构造来分布LED的需要结合。目前市面上可得到的用于LED灯的支撑结构并没有很好地将LED内在对散热的需 要与实现能够以各种方式散布光的灯的需要结合起来满足大多数不同的照明需要。传送光以有效实现大距离的需要必须使用透镜。通常，这些透镜不仅造成内部反 射损失，而且还被用于相对于LED所处平面引导光，从而导致色差和效率损失。专利U. S. 6045240和U. S. 2007/0187701示出灯实施例的两个实例，其中多个LED 安装在特殊CS上，该CS具有相关的散热装置并且所述多个LED连接到刚性机械支撑结构。目前，用于限定能够对特定区域进行照明的光源分布的方法在设计灯的特性方面 不是特别灵活，所述特性例如是要使用的LED的数量、分布、定向、功率和成本以及灯的尺 寸。因此，在每次优化所利用的功率、灯成本、照射的分布均勻度等的灵活策略选择方 面，这类方法是无效的。此外，根据目前已知的照明技术，通常根据先验选择灯，使得需要正确数量的LED以确保所需的功率，从而在要被照明的表面上得到所需的照射。已知的方法计划用来验证 基于指定功率来选择并且被分布和定向为更接近所需的整体照射分布的灯的先验确定的 构造所需的照明条件性能。因为不能自由改变照射光源的特性，该经验性方法在实践上被证实不是没有缺 陷，其不允许LED使用的优化，从而最终导致成本高昂。

发明内容
在这种情形下，本发明的基本目的因此在于克服了已知类型的解决方法所表现出 的已知缺陷，制作LED灯供使用，该LED等的制造成本低并且操作上完全可靠。本发明的另一目的在于使得能够有效地处置热量的LED灯可用。本发明的另一个目的在于提供一种LED灯，该LED灯设置有能够容易地安装LED 的支撑结构。本发明的再一个目的在于提供一种LED灯，该LED灯设置有支撑结构，该支撑结构 能够根据照明项目的不同需要来容易地定向LED。因此，本发明的另一个目的在于解决由当前已知的方法表现出的缺陷，以限定对 环境(内部和外部)进行照明的方式，本发明还提供了一种灯的设计方法，具体来讲是LED 灯的设计方法，其能够以非常容易的方式限定能够满足所需照明需要的灯。本发明的另一个目的在于使得灯的设计方法可用，该方法能够以经济的方式照亮 环境。


在以下权利要求的内容中清楚地发现根据以上目的的本发明的技术特性，并且从 以下参照附图的具体实施方式
中，本发明的优点将变得更清楚，附图表示纯示例性的两个 实例而不是限制性的实施例，其中图1示出与金属支撑片的第一面安装的功率和控制卡组装的本发明的灯物体的 实施例的第一实例的示意性立体图；图2示出图1中的灯的另一个立体图，其中一些LED安装在所述支撑片的第二面；图3示出参照支撑片的翅片(fin)的图2中的放大细节；图4示出参照支撑LED的印刷电路的灯的细节放大图，其中去除了一些部分以更 好地突出其它部分；图5示出预定要安装在图4中的印刷电路上的LED的支撑基体的立体图；图6和图7示出图4中的印刷电路的两个立体图；图8示出本发明的灯物体实施例的第二实例的透视示意图，其中去除了一些部分 以更好地突出其它部分并且LED以不同的方式机械地或电地连接到金属支撑片的第一侧；图9示出图8中灯的另一个立体图，其突出了所述支撑片的第二侧；图10和图11示出与示出了其两侧的支撑片的翅片相关的图8中的灯的放大细 节；图12示出预定要安装在图8至图11中灯上的LED ；图13示出用于覆盖LED的金属支撑片的第二侧的罩；
7
图14示出参照通过分隔件支撑在金属片上的LED的支撑翅片的本发明的灯物体 实施例的第三实例的具体的示意性立体图；图15示出本发明的灯物体实施例的第四实例的立体示意图，其中去除了一些部 分以更突出其它部分，具有LED，以不同方式形成金属片；图16示出图15中灯的另一个立体图，其突出了所述支撑片的第二侧；图17示出参照图15中灯罩的图15中灯的放大的具体细节；图18示出参照用于LED的覆盖透镜的之前任何图中灯的放大的具体细节；图19、图20示意性示出要被照明的两个表面，其中第一个是内部的，第二个是外 部的；图21示意性示出图20中要被照明的表面，其中进行叠加平铺以将整个表面分成 多个小片；图22示出通过表现相对于表面上的最大值的照明百分比的两个曲线的组合得到 的可能增大的包络线；图23以示意性的方式示出要被照明的表面S的一部分；图24示出前面被划分成小片的附图中的要被照明的表面S ；图25示出由两个灯在表面上产生的照射的行为，其中Y轴上表示照射功率并且在 表面的平面的平面图中的投影表示与最大中心值相比具有不同的照射百分比的点轨迹；图26和图27示出根据本发明的灯的LED的两个不同的电源电路。
具体实施例方式参照附图，本发明的目的的灯被示出为1。发明目的的灯可以适用于户外或户内，并且在不超出本专利申请的保护范围的情 况下，可以采用其更好的形式完成。灯1设置有多个不同的白光LED 2 (功率LED)，这些LED 2安装在公共支撑结构 (以下将进行说明)上并且彼此电连接，以从公共电源(在附图中没有详细示出)接收功率。根据本发明潜在的构思，支撑结构包括适当成型的金属板片3，其能够组装和定位 LED 2并且还用作散热器。更具体来讲，该金属板片3优选地由铝片制成，其厚度范围为0. 5mm-2mm并且具有 上面安装有LED 2的看得到的第一侧3'和上面安装有电组件的第二侧3"，所述电组件用 于使包括电流和电压的功率控制卡40和功率卡30的灯1能运行。优选地呈方形的铝片2的外周被折叠，以实现加固框架，该加固框架旨在给灯1赋 予结构刚性。更具体来讲，该框架包括通过折叠金属片3的边的端部得到的至少一个外周 边缘4，优选地沿着相对于金属片3伸展的正交方向。此外，可以通过进一步折叠与金属片3位于同一平面的外周边缘实现周界带 (perimetral band) 5,以限定用作紧固构件的突出部分。显然可以按不同的构造(例如，通过制成管状框架)得到框架加固件，为此，以多 种不同方式弯曲金属片3的边的端部以给结构赋予刚性，因此其落入本专利申请的保护范 围内。
根据附图中所示的优选实例，在安装灯时，金属片3限定优选地要水平布置的平 面的放置，或者更通常地，将其向着要被照射的环境设置。然而，金属片3将按照任何三维方式成型，例如，可以通过被模制成凸形、凹形或 按不同方式成型的形状来成型。在金属片3上，LED 2分开的距离足以能够适当地散热，以使LED 2保持在所设计 的最佳操作特性的范围内。在金属片3上，通过切割或冲压得到多个凹槽6，每个凹槽6限定上面安装有对应 的LED 2的翅片7的边界。因此翅片7是同一金属片3的一部分，并且由沿着一个连接边设置的折叠件8连 接，而不会妨碍金属片3的剩余平坦部分，如附图中的实例所示。当然，可以设置一个或多个连接边缘(特别是沿着折叠件对齐)，来替代在翅片7 的一边的整个延伸长度上延伸的折叠件。一旦根据翅片7的所需形状雕刻了金属片3的板，就可以通过沿着连接边的折叠 件8塑性折叠翅片的金属片，将翅片7从一侧推动，使得其出现在金属片的所需侧。可以根据相对于LED光椎的定向来限定每个翅片7的折叠角度。这种角度可以有 利地通过合适的灯设计方法来确定，其形成本发明的主题并且旨在根据对环境的照明来构 建LED的分布和定向。因此，有利地，可以根据人们希望LED所处的定向来调节翅片7的角度。旨在限定翅片7的数量和位置的凹槽6在板3上的位置可以响应于灯1的不同设 计需要，以根据该灯所指定的应用得到差不多宽的光发射和差不多的强度。为了能够稳定调节翅片7的角度，后者设置有支撑腿部9，具体来讲其是从与连接 边相对的边突出的。腿部9具有齿部10，该齿部10适于在板片3上得到的开口 11中在不 同高度进行接合来保持关系。有利地，通过根据开口 11的形状对片进行切割得到每个翅片7。根据图1至图3中所示的第一实施例，每个翅片7支撑印刷电路板12(下文中简 称为CS)，采用SMT技术将印刷电路板12的自由面固定到对应的LED 2。通过(例如)由 一个或多个铆钉60 (根据附图的实例，即使是单个铆钉也是足够的)组成的紧固装置的装 置将该CS固定到翅片，每个铆钉被插入到在翅片7中具有对应对齐的孔81的金属化孔80。 CS 12设置有金属化通道90，该金属化通道90位于LED 2下面并且位于CS 12上，用于将 其热量传递到固定至CS的相对侧的板片3。在CS上，设置了两个通过走线71连接到LED 的电极72的两个金属化孔70，其中，可以通过紧固钩(fast-hook)装置将电源线的端部焊 接或固定到LED。优选地，导体穿过翅片7上得到的开口 50，从安装了电组件的第二侧3" 通向安装了 LED的第一侧3'。翅片7所处的平面在空间中的定向使得LED产生的光椎在所需方向中发送，如下 所述，优选地由本发明的目的的灯1的设计方法来限定。因此，在它们已经有定向的灯内，并且在一般情况下，很有可能根据如图9中的实 例所示的相互倾斜的平面，其中凹槽6'的组产生倾斜平面上定向的板片3上的翅片7。根据图8至图12中所示的第二实施例，每个LED 2设置有与金属片3直接接触的 至少第一引脚导体13。第一引脚导体13设置有第一孔14，铆钉15穿过翅片7上设置的对
9应对齐的孔容纳到第一孔14中，从而机械连接LED 2并且在LED 2和金属片3之间生成热 桥接，以将其热量传递到结构。翅片7设置在绝缘层16的两侧，在对应于所述第一引脚导 体13的位置处不存在，从而允许电传输到金属片3。优选地，LED 2设置有第二引脚导体17，该第二引脚导体17电连接到布置在绝缘 层16上方的金属走线18，绝缘层16被设置为金属片3的第一面3 ’的覆盖物，并且如上所 述，限定第一引脚电极13下面的导电区域的边界，以实现与支撑片3的电连接。所述金属走 线18连接到第一连接器20，该第一连接器20能够接收用于连接到电源的插头(未示出)， 并且所述金属走线18在金属片3的第一面3'上发展出分支18'，从而将多个LED 2电连 接在一起。可以设置另外的第二连接器21，以将金属片连接到地或者连接到其它电源电极。 因此，用于LED的支撑件将类似地通过继而固定在翅片7上的金属板形成(因此，应该理解 在图10和图11中的附图标记7是翅片7和被预定安装在翅片7上的所述支撑板)。根据本发明的优选解决方案，提供了一种塑料材料(例如，赛璐玢等材料)的涂 层，其用于保护灯使其免于受天气影响并且出于安全原因将其隔离，即使所涉及的功率通 常不会对人造成危害。在图13中示出了具有孔101的罩100，该孔101有利于空气流通以冷却LED，所述 罩100预定用于覆盖LED 2的金属支撑片3的第二侧3〃。根据图14中所示的第三实施例，保持翅片，使其一侧与金属片3有一定距离，以通 过分隔件9'像所希望的那样定向该翅片7所处的平面，该分隔件9'的长度可调，具有接 合到在翅片7和该金属片3上得到的孔中的头部。假使后者被选择成其厚度足以在按所需角度将翅片7折叠之后就保持翅片7刚性 就位，则翅片7的自由边缘可以完全没有腿部9和分隔件9'。根据图15至图17所示的第四实施例，依照所确定的所处的平面，以连续形式以单 个主体的方式把金属片成型为具有翅片7，优选地通过熔合、压熔或者热压的工艺而成型。根据图15至图17所示的第四实施例，依照所处的平面，以连续形式以单个主体的 方式把金属板片成型为具有翅片7，优选地通过熔合、压熔或者热压的工艺而成型。在这些工艺中，实现了成型的主体200，该主体200从板片3开始形成并且具体来 讲是通过具有多边形形状的凹陷形成。每个多边形设置有由其表面得到的一些翅片，至少一个表面旨在支撑LED。由凹槽6得到的翅片7的优点在于，存在将金属片3适用于某种程度上会发生变 化的特定需要的可能性。另外，通过切割制造翅片7的制造工艺非常简单并且灵活。否则，上述和图15至图17所示的实施例中形成板片(具体来讲是铝)并且翅片 被定向但没有凹槽，这使得标准化的制造工艺更快，并且特别有利于其中LED以恒定方式 定向的灯的主要制造工艺。根据该第四实施例，在第一面3'上设置由一层透明的塑料或玻璃得到的盖300， 该层具有相对于板片3的多边形主体300反向成型的形状300'。因此，形状300'的透明 表面与支撑LED的支撑翅片7的表面平行。然而，光可以保持在塑料或玻璃的层的厚度内部分地传送，从而导致恼人的现象， 可以通过侧面掩盖或涂刷边缘或者将其沉入到铝的熔合体中来有效避免该现象。
10
所述有利的特征确保LED产生的光的内反射较少。类似地，如图18所示，与LED相关以变化其发射光椎大小的可能的透镜500与LED 平行地安装，并且为此目的而具有位于LED底座上的侧壁600 (特别是圆柱形的)。透镜与LED平行的这种布置能够避免由于下述原因导致的照明效率的损失在具 有倾斜透镜的材料中行进更大的距离、光的更大的入射角度和因此增大的衍射和色差。如 已知的，存在使入射光发生全反射的物理极限角(Snell最大角)。如上定义的灯1用于照明内部和外部的环境，其在支撑片3上具有LED 2，并且使 用也形成本发明目标的设计方法来确定位置和定向，并且以下参照之前示出的灯1对其进 行描述，为了阐述起来方便，保持了附图标记。因此，本发明的目的也是灯1 (特别是LED型，即之前描述中的目的)的设计方法。根据本发明的方法提供了要被照明的表面S的初始限定阶段，其可以是指房间或 任何其它建筑内界定的内部环境或外部环境。图19和图20示意性示出作为实例的要照明的两个表面，这两个表面中的一个与 外部环境相关并且另一个与交叉路相关。参照后一种情况，该方法特别适用于设计要安装在灯柱上或者能够对诸如道路、 十字路口、广场等公共区域提供照明的灯1。具体来讲，所述限定阶段使用函数S(x，y，ζ)在例如正交的坐标中表示所述区域 S,P(x, y，ζ)被表示为该表面上的一个普通点，如图23中所示的。进一步地定义表面S上的照射函数I (X，y，ζ)，目的在于描述表面S上任意点所需 的照明。所述函数表示表面上所需的照明，并且例如将甚至能够包括暗区域，如图20中用 B表示的实例，例如在花床上放置的。因此，该方法提供了通过图21中示意性示出的分隔结构或小片将要被照明的表 面S离散化的阶段，图21以平面图示出图20中要被照明的区域。所述网膜状结构允许在表面S上限定多个小片T的区域，每个区域设置有形心 (Centroid)Pa或小片元件T的区域的代表性点，并且与之相比，传统上可以把元件T的整个 区域的照明值和几何的平均特性作为属性。为了简化计算，例如，可以在小片T(参见图24)的区域的质心，或者在限定小片T 的各边的对角线的交叉处限定的点处(在小片为四边形形式的情况下)，或者在小片的各 个角的中线的交叉处定义的点处(在为三角形小片的情况下)，标出形心Pa。形心Pa将具有通用坐标(Xa，Ya，Za)并且将因此表示小片T的整个区域的照明特性。通过离散化表面S的预测并且参照具有整个区域Ti的几何和照明特性的点，使得 允许以简化方式控制计算，以定义灯1的特性，如下所述。具体地说，将给出形心Pa的以下特性-小片元件T的方向矢量(versor)(xa, ya, za)，其被理解为与小片T的区域的表 面垂直的方向(通过对小片T的整个区域上的方向求平均得到的)或者被以简单的方式理 解为在小片T的形心点Pa处的小片区域的垂直方向；-所需照射Ia的平均值。为每个形心定义系数K，该系数K考虑到了由于照向相对于小片元件T定向方向的
11方向的光源的距离和定向作用造成的小片元件T所接收辐射的衰减。为此，预先在灯(被示出为SL)的表面上任意地将点Ρ0(Χ0，Y0, Z0)定义为光源 的任意初始点，该光源具有图20中用R表示的主发射方向，所述发射方向被定义为点PO和 Pa之间的连接线。换言之，我们假设初始灯1的所有LED光源集中在单个点PO(Χ0，Υ0，Z0)处，并且 具有将PO与Pa连接的方向。与这种初始点PO和这种照射方向R相比，因此可以给每个形心Pa分配形心 Pa(Xa, Ya, Za)的扩散系数(dissipation)Ka，该系数同时考虑到了 Pa和PO之间的距离 D(与距离的平方成反比地衰减)以及与形心矢量(Xa，ya，Za)限定的小片元件T的区域方 向相比的主发射轴R的照射方向(特别在使用小片区域的法线和将Pa与PO连接的线之 间的余弦角的情况下，这种由于照射和小片T的表面之间的非正交性导致的扩散是有价值 的，其中，通过余弦指向能知道所处位置的矢量坐标)。通常，要被照明的表面S上的K不仅取决于灯1的表面Sl上的光源的点PO而且 还取决于表示点PO处灯1的表面SL的函数和光源的照射函数Ψ (P，Θ，Φ)的偏导数，其 通常将是圆锥形或更趋向圆锥形的包络线。在T片中要被照明的表面S离散的阶段可以通过已知的数学计算方法得到，例如 具体来讲是通过已知的超限插值和(例如)在以下的文献中所描述的方法得到=Computing Discrete Minimal Surfaces and Their Conjugates. (Ulrich Konrad Pinkall ePolthier 1993)、Mean Value Coordinates (Michael S. Floater)、On transnite Barycentric Coordinates (Alexander Belyaev Max Planck Institut fui Inforormatik， Saarbrucken，Germany)0一旦限定了针对划分了表面S的分隔T的每个区域并且已知这些部分的几何特 性，即形心的点Pa(xa，ya, za)和其方向矢量(xa，ya, za)，如果已知表面S上的照射函数I 并且已知将假定会聚灯1的LED的点PO作为基准点，可以前进到灯1要经受的限制条件的 限定阶段。该阶段包括多个基准照射值(下文中称作Irif)的限定，其等于这些部分的数 量并且在考虑到了惩罚因子Ka的情况下由第a部分所需的照射值Ia得到(进而由Pa与 PO的距离以及小片T的表面与照射方向之间的定向计算得出)。所述Irif的N个值因此表示设计LED灯特性的限制条件，以最终满足离散化为具 有形心Pa的多个部分的要照明的表面S上的照射条件。在最终灯的组成中数量为Ni的LED光源本质上是如下的光源其沿着优选方向发 光，使得其发射轴R得以限定，该发射轴R可以被当作基准轴，针对第1个LED，其满足以下 通式xi = xol+al * tyi = yol+bl * tzi = zol+cl * t其中xl、yl、zl是自变量t的函数。XO, yo和zo是在发射的初始点PO处的发射值。在所述轴周围通常由圆锥形包络线限定一定体积，这涉及LED光源的总发射，即 单个的第1个光源的总和。
这种体积确定要被照明的表面S上的区域，其可以在它们边界中被计算为具有相 对于主发射轴上设置的最大发射的按任意选择所选择的预定百分比的照射的区域。为了验证照明条件的实现或者为了降低在用于设计灯1的所述方法的计算中的 限制条件，如以下将说明的，使用这种区域。由第1个光源产生的最大照射因此被定义为Emaxi并且要照明的表面S的点Pa处产 生的照射被定义为KEmaxi，可以计算一些函数KE1/X(例如并且优选地，KE1/X)，将其设计为 要被照射的表面S上的点轨迹，所述点轨迹具有等于KEmaxl的的照射并且(例如)ΚΕ1/50 或者等于KEmaxi的50%的照射。所以，例如，假定第1个光源能够在点Pa处产生lOOlux的照射KEmaxi，则所述方法 限定具有501ux( S卩，KEmaxi的50% )的点轨迹。通常，所使用光源的点轨迹“即使不紧密也是联合的”，如(例如)在文本Gabriele Darbo"Punti uniti in transformazioni a codomino non compattO，，("Rendiconti del Seminario Matematico della University of Padova, tome 24 (1955, p. 84-92) ") ψIjfig 述的。照射函数Ψ (P，θ，φ)(例如，圆锥形)的发射轴的方向通常不和PO与Pa之间 的连接线重合。在这种情况下，进行角平移并且移动曲线Ψ (P，θ , Φ)，其将最大照射轴 和几何基准轴Ro之间的角度θ ο当作基准0，并且通过角度θ = θ0+θ被取代为等式 Ψ (P，θ , Φ)，我们有平移公式，该公式使得Emax的计算得以简化，这样将一直有利地假 设形成中心圆形。所述方法因此提供了通过在特定LED类型中选择至少一个光源从Irif的第一条 件(对应于由于与PO光源相比的定位元件的方向以及PA与PO的距离导致的具有一定惩 罚系数Ka的表面S上的点Pa)的实现中选择验证限制条件的阶段。这种广义的选择(具体来讲是LED)能够确保可以用各种优化的条件来实现所请 求的Irif0对光源的选择策略将优选地参照可用于这类功率照射Emaxi的带索引的光源的 数据库。选择策略可以(例如)考虑选择具有最接近需要用来满足第一条件的Irif的功 率Emaxi的光源。只有当发现Emaxi使得由所选择的第1个光源产生的照射偏离值ε时， 可以认为是实现了该相同的条件，所述值ε是根据该第一条件的基准照射来任意先验地 限定的。可以存在如下情形为了满足照射Irif的所述条件，许多光源1将必须用于指向 Irif所代表的表面S上的该相同的点。这个条件可以通过以下公式换算出来
\{lrif - ￡maxror)J<=6其中Emaxtot表示所有Emaxi的总和接近Irif，其差值小于ε。否则，可能会发生的是，如果指向该点，没有可用的功率源Emaxi低得足以满足设 置的照射条件。对光源的选择导致形成所选择光源的矩阵Μ,每个光源都具备其自身的定向和自 身的特性发射。
13
可用的光源的数据库可以通过由Emaxi值识别的光源I的可用性来适当扩展，该 Emaxi值等于通过如下所述地调节Emax的发射功率得到的表面百分比值。在没有任何可用的足够低的功率源Emaxl的情况下，这种用于计算的限制条件可 以被去除并且可以自动导致被满足为从其它相邻光源发射的光。必须对计算进行迭代，直到满足所有这些Irif的限制条件为止。在验证限制条件的这个阶段的末尾，将确定功率Emaxl和每个所选择的光源Nl的 指向。根据本发明的方法目标，实现限制条件确定用于随后计算的交互作用的验证的限制 条件的去除。另外，一旦确定了能够满足这种条件的光源(一个或多个)，就将提供控制阶段， 以在添加更多光源来满足对Irif的其它限制之前来验证最终实现其它的限制条件。另外，这种控制阶段可以包括通过计算函数K Emaxl/X(即计算如上所述的作为要 被照射的表面S上的点轨迹的区域)来限定影响区域的阶段，其中照射等于(K Emaxl), 例如 KE1/50 等于 K Emaxl 的 50%。根据上述方法的优选实施例，将自动删除落入由函数K Emaxl/X所对应的范围内 的点的所有关联条件。以此方式，在计算的每个步骤中，与计算中的迭代步骤相比，关联条件减少地更 快，这使得能够更快收敛到解决方案，即灯1的设计条件。此外，以上对影响区域的限定阶段会导致已选择的光源的函数KEmaxl/X的包络 相，这是为了限定位于延伸区域下面的增大的包络线，产生关联条件的点会落入该延伸区 域内并且将被自动地去除。这些去除步骤的目的是双重的，即用于加快计算并且用于避免当根据之前的选择 已经满足了条件时再引入不必要的光源。为此，确定包络曲线(例如，优选地KE1/50)作为 点轨迹，通过已经选择的N个光源的叠加在一起得到的选择的百分比照射，将单个的曲线 轮廓链在一起，以限定出所述增大的包络线。因此，在进行到验证与另一个点相关的条件或 者通过其它光源实现其它Irif之前，必须执行以上的检验，这些检验能够去除更多的已经 通过对之前LED的相同选择而满足的条件。在图22中，示出了增大的包络线，该包络线是通过表面S上的照射KE1/50的两个 曲线的组合形成的，其中一个曲线是椭圆形而另一个大体是四边形。作为两个曲线之和得 出的增大的包络线再次是存在照射(例如，等于KE1/50)的点轨迹。在被设计用于满足Irif的新限制条件的每个计算的迭代中，由此进行控制，以检 测所选择光源的照射是否对周围的点产生了影响，即是否满足其它限制条件。在进行该检查过程中，优选地将考虑在环境区域的新关联条件的照射中的光源的 权重。影响区域的限定阶段将考虑到这个权重，其取决于对KEX%的选择。例如，假设已经 选择了 KE1/50，则将考虑到将影响区域的半径乘以百分比的倒数(即，在这种情况下，乘以 2)，并且将从随后边界条件的验证计算中去除所有落入双倍半径的影响区域内的点。事实 上，如果设置了另外的指向以双倍半径的距离设置的点的光源，则将通过照射的叠加确定 如附图25中所示的中间区域中均勻的照射。一旦所有边界条件的计算或验证的阶段结束，就将完成M个光源的矩阵，其中每 个都具有已知功率Emaxl和指向。
现在以下是把识别的光源定位在灯1的表面Sl上的阶段。该阶段看起来特别容易，上述的灯1允许设置光源，每个光源在可调倾斜的翅片7 上具有自身的定向。在使用数据库中提出的光源不能满足对一些点施加的条件的情况下， 该方法再次将进行计算，提供了不同的供应，其旨在变化LED光源的发射功率Emax，通过 (例如)在以下指定的实例中添加组件，即，包括使用不同的透镜放大或缩小光锥的区域并 由此以预定的K EmaXl/X%来变化点轨迹，将正确地更改LED光源的发射功率Emax。沿着散热的相对区域Ad的限制进行对每个光源的选择，这在灯1的设计中是应该 纳入考虑的。因此，该方法的最后阶段构成灯1的设计，或者更通常地，本发明目的的整个 照明装置，其已经通过所计算出数据在每个方面进行限定，所述数据为-光源的总数(特别有利地在不同性能LED之间进行选择)；-每个光源的类型和功率；-将每个光源指向点Pa，其中满足了Irif条件；-一个光源和另一个光源之间的最小距离，即必须对光源保证的用于冷却耗散所 必须的以mm2为单位的区域Ad ；-针对每个光源的功率类型，因此存在光源附近分布的最终电源子电路功率，其用 于使所提供的总电源适于光源或单个光源组的需要。如上所述的方法使得能够根据特定需要(例如，所用功率或整体成本)易于设计 灯1。事实上，每个灯1的Emaxl可以附以对选择有利或有害的权重，该选择是在用于满足 单个关联条件的验证阶段执行的，可以根据所选择的策略来限定权重。例如，可以期望来处 罚更昂贵的LED以实现最少的成本。以发光二极管(LED)完成的方法设计该装置的每个部分，以获取所需种类的照明。图26示出已知的LED自身的可能的电路构造。该电路的目的在于向LED提供恒 定电流，而不管电源所提供的电压Va的值或变化如何，从而获得稳定发光。该电路的优点在于其实现的简便性。然而，采用该构造电路，将要去除的功率会非常高。事实上，如果需要提供比标称 照明少的照明，则提供到LED的电流应该减小，这就意味着电源提供的大部分功率应该在 电路的电阻器上耗散，而没有用于照明。为了使效率提高，应该改变电压值Va，然而，在这种 情况下，必须针对每个二极管提供不同电平的电压，要求所述每个二极管发出不同强度的光。为了变化所发射光的强度，应该改变电路内的电阻器30和40。更详细地，根据图 26，流过二极管的电流Id是穿过电阻器40的电流140与从BJT的基极流出的Ib之和。如 果在有源区中BJT被偏置为基极和发射集之间的电压(与电阻器40的端子的电压相符) 并保持恒定，则电流140将是恒定的。电流Ib取决于从电源A提供的电压。这种电流通常 小于140。这就造成电源电压的变化只造成电流Id发生有限的变化(理论上可忽略不计)。 根据本发明，在图27中提供了一种用于给LED供电的新型集成电路，其适于容易地变化所 提供的照明。内部电路包含设置有反馈网络的LED，该反馈网络由模拟组件和数字组件组成的。
15两个外部元件(即电感器33和电阻器43)连接到该电路，除此之外，电路170的电容器50 也可以设置在外部。这些组件用作控制二极管发射的光强度的参数。提供到LED的电流为方波形式，其频率范围为ΙΚΗζ。二极管将间歇地工作，只有当 信号电平为高时才发光。波的频率使得人眼意识不到间歇光并将其视为连续的。如果想要 更高强度的光，则电流的高电平在信号的较长一段时间内得以保持，所以二极管将在每个 时间段内在较长的时间间隔内发光以此方式人眼将看到更强的光。相反地，如果二极管在 比信号长的时间段内保持不工作，则眼睛将看到较少的光。该构造比之前的更复杂，另一方面，该技术使得实施例不难实现。采用该方案，可以使用相同的电压控制每个单个二极管的亮度。LED保持与所需的光强度成比例的一段时间间隔，这样减小了电源提供的能耗。因 此功率耗散较低。因此，如此想出的本发明实现了所设置的目标。显而易见地，在其实际实现方式中，在(为此原因)不脱离保护范围的情况下采用 与上述不同的形式和构造。另外，可以通过技术上等效的元件取代所有的细节，并且根据需 要，所使用的形式、尺寸和材料可以是任意的。
权利要求
一种LED灯，所述LED灯包括多个单个的LED和散热装置，所述LED安装在公共支撑结构上并且电连接在一起以从公共电源接收电流，所述散热装置适于扩散所述LED产生的热，其特征在于，所述支撑结构由板片组成并且热连接到所述LED以对其进行散热。
2.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述片设置有根据预定所处平面定向的 多个翅片，每个翅片携载LED，所述LED通过沿着至少一个连接边设置的至少一个折叠件无 缝地安装并连接到所述板片。
3.根据权利要求1或2所述的LED灯，其特征在于，由对应的多个凹槽限定的所述多个 定向的翅片。
4.根据权利要求1或2所述的LED灯，其特征在于，通过熔合、压熔合或热压成连续形 状一体式地成型所述金属板片，使得所述翅片根据这些预定所处的平面进行定向。
5.根据权利要求4所述的LED灯，其特征在于，所述多个定向的翅片通过成型的主体来 限定，特别是以多边形的形式，所述翅片从所述板片开始形成，特别是作为凹陷。
6.根据权利要求5所述的LED灯，其特征在于，由透明塑料或玻璃层得到的盖或者被布 置成覆盖所述金属板片的第一表面的盖，所述层设置有相对于所述金属板片的多边形主体 的反向成型的形状，使得所述成型结果的透明表面平行于所述成型主体界定的所述翅片的 表面。
7.根据权利要求5所述的LED灯，其特征在于，包括与至少一个LED相关的平行于该 LED底座布置的至少一个透镜，并且为此具有位于所述LED底座上的侧壁，特别是圆柱形 的。
8.根据权利要求2所述的LED灯，其特征在于，每个所述翅片的折叠角度可被调节以定 向所述LED。
9.根据权利要求2所述的LED灯，其特征在于，每个所述翅片具有能够根据定向角度支 撑所述翅片的突出腿部或分隔件。
10.根据权利要求9所述的LED灯，其特征在于，所述突出腿部装配有齿状部，所述齿状 部与所述板片上得到的开口以不同的高度接合成固定关系。
11.根据权利要求3所述的LED灯，其特征在于，所述翅片中的每一个是通过切割所述 片并且根据所述预定所处平面进行定向来得到的。
12.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，用SMT技术安装所述LED中的每一个， 使其与设置有金属沟道的CS的一侧接触，以将其热量传递到所述支撑板片，其通过固定装 置将所述CS固定到对应的翅片上。
13.根据权利要求12所述的LED灯，其特征在于，每个翅片设置有至少一个开口，所述 开口用作适于实现与LED的电极的电连接的导体通路。
14.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，通过由所述片的端部的至少一个折叠 得到的机械加固框架形成所述片的轮廓。
15.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，每个所述LED设置有与所述金属片直 接接触的至少第一导电引脚并且设置有第一孔，所述第一孔具有容纳在其中的铆钉，所述 铆钉穿过所述翅片上得到的对齐孔，以将所述LED机械连接到所述翅片并在所述LED和所 述片之间产生热桥接。
16.根据权利要求15所述的LED灯，其特征在于，所述LED具有与绝缘层上得到的金属走线电连接的第二导电引脚，所述绝缘层被设置成覆盖所述翅片的第一侧，所述绝缘层限 定所述第一引脚下面的导电区域。
17.根据权利要求14所述的LED灯，其特征在于，所述金属走线连接到第一连接器，所 述第一连接器能够接收用于连接到所述电源的插头。
18.根据权利要求14所述的LED灯，其特征在于，所述金属走线形成有在所述第一表面 上分布的分支，以使至少一组所述多个LED彼此电连接。
19.根据权利要求2所述的LED灯，其特征在于，所述翅片中的每一个限定相对于所述 金属板片的所处平面，并且其特征在于，存在界定倾斜边界平面的至少两个翅片。
20.根据之前权利要求中的任一项所述的LED灯，其特征在于，包括塑料的涂层，例如 赛璐玢或类似材料，其被设计成涂覆其上具有LED以及其它组件的金属材料片，以保持灯 免受天气影响或者出于安全原因将其隔离。
21.一种灯的设计方法，特别是根据上述权利要求中的任一项所述的LED灯的设计方 法，其特征在于包括以下阶段-要被照明的表面(S)的限定阶段；-通过界定多个部分(T)的多个区域将要被照明的表面(S)离散化的阶段，在所述每个 部分中限定形心(Pa)，相对于该形心(Pa)给出所述部分(T)的整个区域的平均几何特性和 照射值；-定义施加给所述灯(1)的关联条件的限定阶段，所述限定阶段包括以下步骤限定基 准照射值Irif，Irif的数量等于部分(T)的数量并且得自所述部分(T)上所需的所需照射 值，这考虑到每个部分(T)特定的惩罚因子(Ka)，为了进行计算，取光源(1)的任意初始点 (PO)，相对于该初始点(PO)计算每个部分(T)的距离(D)和定向；-验证和验证迭代阶段，所述验证用于满足部分(T)上的基准照射条件Irif的限制条 件的验证，以及所述验证迭代用于满足从数据库中选择的光源(1)的所有这些部分(T)的 基准照射条件Irif，其中每个光源(1)已知其照射功率为Emax，所述限制条件中的每个满 足以下关系(Irif-Emaxtot) | <= ε其中Emaxtot表示所有Emax的总和，所有Emax被求和以接近Irif，其差值小于ε ；-在所述灯⑴上将限制条件的所述验证阶段中限定的光源⑶定位的阶段。
22.根据权利要求21所述的灯的设计方法，其特征在于如下事实，即所述限制条件的 验证阶段包括针对每个迭代步骤的控制阶段，所述控制阶段用于实现从被选择以满足之前 限制条件的光源(1)开始的剩余限制条件。
23.根据权利要求22所述的灯的设计方法，其特征在于如下事实，即所述控制阶段包 括通过计算函数KEmaxl/X限定光源(1)的影响区域的阶段，所述函数KEmaxl/X限定要 被照明的表面(S)上的点轨迹，其照射等于KEmaxl的X%，所述阶段导致对于落入所述函数 KEmaxl/X限定的区域内点的限制条件的去除。
24.根据权利要求23所述的灯的设计方法，其特征在于如下事实，即所述影响区域的 限定阶段包括已经被选择适于限定增大的包络线(IA)的所述光源(1)的函数KEmaxl/X的 包络阶段，所述阶段包含与落入由所述增大的包络线(IA)限定的区域内的点相关的限制 条件的删除。
25.根据权利要求23所述的灯的设计方法，其特征在于如下事实，即所述影响区域的 限定阶段包括将从KEmaxl/X开始的选定区域的半径乘以百分比的倒数。
26.根据权利要求21所述的灯的设计方法，其特征在于如下事实，即所述光源(1)的所 述定位阶段需要布置所述光源(1)，使得针对每个光源(1)维持该光源(1)的扩散预定区域 (Ad)。
27.根据权利要求21所述的灯的设计方法，其特征在于，所述LED插入到集成电路内 部，至少一个电感器(33)和至少电阻(43)从外部连接到所述集成电路，用于变化所述LED 的照射功率。
全文摘要
本发明提供了一种LED灯，所述LED灯包括多个单个的LED，所述LED安装在公共支撑结构上并且电连接在一起以从公共电源接收电流。所述支撑结构由板片组成，热连接到所述LED以对其进行散热，所述支撑结构具有根据所处平面定向的多个翅片，每个翅片安装有LED。还提供了一种灯的设计方法，该方法源于对要被照射的表面的照明需要，所述照射需要被换算成用于实现灯并且用于设置更多合适光源的限值条件。
文档编号H05K1/00GK101970929SQ200980106449
公开日2011年2月9日 申请日期2009年2月26日 优先权日2008年2月26日
发明者A·康蒂, M·比安基, V·阿巴特 申请人:怡赛国际有限责任公司