具有远端led光源的灯结构的制作方法

具有远端led光源的灯结构的制作方法
【专利摘要】公开了基于LED的灯和灯泡，包括提升元件，以将LED(46)布置在灯座或灯泡底座(42)上方。提升元件可至少部分包括导热材料。包括散热器结构(50)，其中提升元件热耦接至该散热器结构(50)。扩散器(48)可以相对于LED(46)布置，使得来自LED(46)的至少一些光穿过扩散器(48)并被散射成期望的发射图案。在一些灯和灯泡中，利用提升元件的热管(44)，来自LED(46)的热量通过热管(44)传导至散热器结构(50)，在散热器结构处热量可消散在周围环境中。
【专利说明】具有远端LED光源的灯结构

【技术领域】
[0001]本发明涉及固态灯及灯泡，具体地涉及能够提供与基于灯丝的光源的发射图案类似的全向发射图案的基于发光二极管(LED)的灯及灯泡。

【背景技术】
[0002]发光二极管(一个LED或多个LED)是将电能转换成光的固态器件，并且通常包括介于相对的掺杂层之间的半导体材料的一个或多个有源层。当在掺杂层两端施加偏压时，空穴和电子被注入到有源层中，空穴和电子在有源层内重新结合以发光。从有源层以及从LED的所有表面发射光。
[0003]为了将LED芯片用于电路或其他类似布置中，已知的是将LED芯片装入封装件中以提供环境和/或机械保护、颜色选择和光聚焦等。LED封装件还包括用于将LED封装件电连接至外部电路的电引线、触头或迹线。在图1所示的典型LED封装件10中，单个LED芯片12通过焊接接缝(solder bond)或导电环氧树脂安装在反射杯13上。一根或多根丝焊(wire bonds) 11将LED芯片12的欧姆触头连接至引线15A和/或15B，所述15么和/或15B可连接至反射杯13或与一体形成。反射杯可填充有可含有波长转换材料(比如荧光粉)的密封材料16。由LED发射的第一波长的光可被突光粉吸收,该突光粉可响应地发射第二波长的光。整个组件随后被密封在透明保护树脂14中，该保护树脂可成型为透镜形状以校准从LED芯片12发射的光。尽管反射杯13可沿向上方向引导光，但是当光被反射时(即，由于实际反射器表面的反射率小于100%，一些光可能被反射杯吸收)，可能发生光损耗。另外，对于封装件(比如图1a所示的封装件10)而言，热滞留可能是问题，因为可能难于通过引线15A、15B来提取热量。
[0004]图2所示的传统LED封装件20可能更适于大功率操作，这会产生更多的热量。在LED封装件20中，一个或多个LED芯片22安装在载体上，比如印刷电路板(PCB)载体、基板或垫片(submount) 23。安装在垫片23上的金属反射器24环绕LED芯片22并将LED芯片22发射的光向封装件20远处反射。反射器24还对LED芯片22提供机械保护。一根或多根丝焊连接线27形成在LED芯片22上的欧姆触头与垫片23上的电迹线25A、25B之间。安装的LED芯片22随后被密封剂26覆盖，密封剂可对芯片提供环境和机械保护，同时还用作透镜。金属反射器24通常通过焊接焊缝或环氧树脂附接至载体。
[0005]LED芯片(比如图2的LED封装件20中发现的LED芯片)可通过包括一种或多种荧光粉的转换材料涂覆，其中这些荧光粉吸收至少一部分LED光。LED芯片可发射不同波长的光，使得其发射来自LED和荧光粉的光的组合。LED芯片可利用多种不同的方法涂覆由突光粉，其中一种合适的方法在都属于Chitnis等人的题目都为“Wafer Level PhosphorCoating Method and Devices Fabricated Utilizing Method” 并且美国专利申请序列号为11/656，759和11/899,790中进行了描述。替换地，可利用其他方法(比如电泳沉积法(EH)))涂覆LED，其中一种合适的EH)方法在属于Tarsa等人的题为“Close LoopElectrophoretic Deposit1n of Semiconductor Devices”的美国专利申请第 11/473，089号中进行了描述。
[0006]已经开发了利用固态光源(比如LED)的灯，其中转换材料与LED分离或远离LED。这种配置在属于Tarsa等人的题为“High Output Radial Dispersing Lamp Using a SolidState Light Source”的美国专利第6，350，041号中进行了公开。该专利中所描述的灯可包括固态光源，该固态光源将光通过分离器传输至具有突光粉的散射器。散射器可将光散射成期望的图案和/或通过荧光粉转换至少一部分光来改变其颜色。在某些实施方式中，分离器将光源与散射器隔开足够的距离，使得当光源承载室内照明所需的高电流时来自光源的热量不会传递至散射器。
[0007]已经开发了不同的基于LED的灯泡，其利用安装在三维表面上的大量低亮度LED(例如，5mm的LED)，以实现广角型照明。然而，这些设计不提供适合标准的均匀性要求的最佳全向发射。这些灯泡还包括大量的互相连接的LED，这使它们变得过于复杂、昂贵并且不可靠。这使得这些LED灯泡对于大多数照明目的通常不实用。
[0008]还开发了利用光源的台面式设计的其他LED灯泡，其中顶面上具有一个LED，而台面的侧壁上具有七个以上LED。(参考C.Crane提供的GeoBuIb A 4丨_)。然而，这种配置不会提供全向发射图案，相反地会提供基本上正向偏置(forward biased)的图案。用于该灯泡的台面还包括可能限制灯泡的从发射体消散热量的能力的中空壳体。这会限制可施加至LED的驱动电流。这种设计利用几个LED，也相对复杂，并且不符合大批量制造低成本LED灯泡的需求。


【发明内容】

[0009]本发明提供高效、可靠、成本低并能够布置为提供全向发射图案的灯及灯泡的各种实施方式。不同实施方式包括用于将固态光源提升到灯座上方的元件，其中提升元件还是导热的以便将热量从光源传导至灯座。提升元件可以包括以不同方式布置的许多不同材料或器件，其中一些灯包括热管提升元件。
[0010]根据本发明的固态灯的一个实施方式包括固态光源以及灯座，该灯座至少部分包括导热材料。细长提升元件安装在具有光源的灯上，所述光源安装在所述提升元件上，使得所述LED在所述灯座上方，所述提升元件至少部分是导热的。还包括扩散器以将从灯发射的光扩散成所期望的发射图案。
[0011]根据本发明的基于发光二极管的灯泡的一个实施方式包括:热管；以及多个发光二级管，多个发光二极管的每一个安装在所述热管的第一端或其附近，并与其热接触。所述热管包括用于传导热量远离所述发光二级管的导热路径。包括灯座，其至少部分包括导热材料。所述热管的第二端安装在所述热管上并与其热接触，所述灯座包括用于传导热量远离所述热管的导热路径。
[0012]根据本发明的固态灯的另一个实施方式包括:热管，该热管具有与所述热管热接触的多个固态光源。包括散热器结构，其中所述热管热耦接至所述散热器结构。来自所述固态光源的热量通过所述热管传导至所述散热器结构。布置扩散器，其中来自所述光源的至少一些光穿过所述扩散器。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]通过一起参照附图和以下【具体实施方式】，本发明的这些和其他进一步的特征和优点，对于本领域的技术人员来说将变得显而易见，其中:
[0014]图1示出了现有LED灯的一个实施方式的截面图；
[0015]图2示出了现有LED灯的另一个实施方式的截面图；
[0016]图3示出了标准A19替换灯泡的尺寸包络；
[0017]图4是根据本发明的LED灯的一个实施方式的透视图；
[0018]图5是图4中所示的LED灯的侧视图；
[0019]图6是图4中所示的LED灯的侧截面图；
[0020]图7是根据本发明的LED灯的另一个实施方式的透视图；
[0021]图8是图7中的没有扩散圆顶的LED灯的透视图；
[0022]图9是图7中所示的LED灯的透视截面图；
[0023]图10是图7中所示的LED灯的侧截面图；
[0024]图11是根据本发明的LED灯的另一个实施方式的透视图；
[0025]图12是根据本发明的LED灯的另一个实施方式的侧视图；
[0026]图13是根据本发明的LED灯的另一个实施方式的侧截面图；以及
[0027]图14是根据本发明的LED灯的另一个实施方式的侧截面图。

【具体实施方式】
[0028]本发明涉及固态灯结构的不同实施方式，在某些实施方式中，提供提升元件以将LED芯片或封装件(“LED”)安装在灯座上方。提升元件可以包括许多不同的导热材料，以及布置为传导热量的多个材料器件。在某些实施方式中，元件可以包括一个或多个热管，其中LED安装在热管的一端上并与其热接触。热管的另一端可以安装在灯座上，热管定位在将LED提升到灯座上方的方向。热管还将热量从LED传导至灯座，其中热量可以有效辐射到周围环境中。该配置允许LED在更低的温度下操作，同时允许LED保持远离灯座，其可以是灯的主要散热特征之一。这反之允许LED利用更高的驱动信号来驱动以产生更高的光通量。在更低的温度下操作可以提供改善LED发射的额外优点并且可以延长LED寿命。
[0029]热管在本领域中通常是已知的并且仅在本文中简要论述。热管可以包括传热器件，其结合了热导率和相变的原理以有效管理两个界面之间的热传递。在热管内的热界面(即，具有LED的界面)处，与导热固体表面接触的液体通过吸收来自此表面的热量而变为蒸汽。蒸汽在冷界面处凝结成液体，从而释放潜伏热。液体然后通过毛细管作用或重力作用返回热界面，液体在该热界面再次蒸发并重复循环。另外，可以设定或调整热管的内部压力以根据热管理系统的工作条件的需求促进相变。
[0030]典型的热管至少在冷热两端包括密封管或由高热导率的材料比如铜或铝制成的管。真空泵可以用于从空热管中除去空气，并且该管然后可以填充一定体积的经选择与操作温度匹配的工作流体(或冷却剂)。此流体的实例包括水、乙醇、丙酮、钠或汞。由于可以接近流体的蒸汽压或在其以下的局部真空，一些流体可以是液相，而一些是气相。
[0031]提升热管上的LED的配置可以提供除上述提及之外的许多额外的优点。将LED远端放置在热管上可以允许更像点光源的集中LED光源。LED可以安装成在热管上彼此接近，相邻LED之间几乎没有无效区(dead space)。这可以产生个别LED不太明显的光源并且可以为整个灯发射提供增强的颜色混合(color mixing,混色)。通过提升LED光源，更大的光分布角可被获得，尤其是在向下方向上的发射(与灯座上的平面光源相比)。这允许灯产生更全向的发射图案，其中某些实施方式包括强度变化大致为±20%以下的发射图案。其他实施方式可以包括具有强度变化大致为±15%以下的全向发射图案的发射图案。
[0032]在某些实施方式中，发射图案可以满足2010年3月22日修订的能源之星整体式LED灯的程序要求，其通过引用并入本文。提升的LED与灯元件的相对几何形状一起可以允许光在O至135度的平均值的20%内散射，大于在135至180度区域中总光通量的5%(在0，45，90方位角处测量)。相对几何形状可以包括灯安装宽度、高度、散热器件宽度和独特的向下的斜面角。与扩散圆顶结合，几何形状可以允许光在这些严格的能量之星要求之内散射。
[0033]本发明可以减小消散LED和电力电子热能所需的表面积并且仍然允许灯符合如图3中所示的ANSI A19灯轮廓(profile，外形)30。这使得灯在替代传统白炽灯和荧光灯或灯泡时尤其有用，其中根据本发明的灯经验在于从其固态光源提供的减少的能耗和长寿命。根据本发明的灯还可以适合其他类型的标准轮廓，包括但不限于A21和A23。
[0034]不同实施方式可以与扩散圆顶一起使用，通过将光源聚集在扩散圆顶内的热管上，光源与扩散器之间的距离增加。当光从LED发出并且当光通过扩散圆顶时，这允许颜色混合更多。根据本发明的LED灯还可以具有发热并通常位于灯座中的电源单元。将LED提升到热管上的灯座上方将发热LED与发热电源单元分开。这减少了两者之间的热串扰并允许这两者在更低的温度下操作。远端配置还可以允许LED定向定位在热管上以提供所需灯发射图案。定向发射可以从安装在不同的与上下方向成角度的表面上的LED，提供以提供所需发射。
[0035]在利用扩散器的实施方式中，扩散器不仅用于从灯用户的角度来掩盖灯的内部组件，而且还可以将来自远端荧光粉和/或灯的光源的光散射或重新分布成所需发射图案。在某些实施方式中，扩散器可以布置成帮助将来自热管上的LED的光散射成所需全向发射图案。
[0036]扩散器的特性(比如几何形状)、散射层的散射特性、表面粗糙度或平滑度、及散射层特性的空间分布可以用于控制各种灯特性，比如颜色均匀性和光强度分布，作为视角函数。通过掩盖内部灯特征，当灯或灯泡不发光时，扩散器可以提供所需的灯整体外观。
[0037]灯座还可以包括散热器结构，其中热管布置成与散热器结构热接触。在某些实施方式中，散热器结构可以包括用于将来自散热器结构的热量辐射至周围环境的散热翅片。灯座还可以包括用于将灯连接至电源的装置，比如连接至螺口型插座的连接器等。
[0038]本文中描述的不同灯实施方式的特征可以提供产生发射图案的固态灯，其在形状和功能方面与传统白炽灯泡更紧密匹配。这些特征还允许具有强度、温度和显色指数(CRI)的发射，也类似于传统白炽灯泡。这允许某些灯实施方式具有固态光源，比如LED的优点，其尤其适用于用作白炽灯泡的替换灯泡。
[0039]已经开发了灯，其利用可以转换某些LED光的更大的成形远端荧光粉。然而，这些更大的荧光粉使更大的远端荧光粉，以及灯的包络的材料成本更高。本发明被设置使得提供所需CRI和色温的白光发射LED可以安装在散热器上以提供所需灯发射。这允许根据本发明的某些灯进行操作，而没有远端荧光粉(比如荧光粉灯罩)的复杂性和费用。
[0040]然而，应理解的是，根据本发明的LED灯的其他实施方式可以结合成形远端荧光粉使用，其中远端荧光粉还安装在散热器上。远端荧光粉可以呈现许多不同的形状，比如一般的球状，热管至少部分布置在球状荧光粉内。这可以通过热管及其发射器提供所需颜色均匀性，所述发射器提供远端荧光粉内的近似点光源。许多不同的远端荧光粉在2011年I月 31 日提交的题为 “LED Lamp with Remote Phosphor and Diffuser Configurat1n” 美国专利申请第13/018，245号中进行了描述，该申请通过引用并入本文。
[0041]此处参照某些实施方式来描述本发明，但是应理解的是，本发明可以采用多种不同的形式并且不应理解为限于此处阐述的实施方式。具体地，下文关于不同配置中的具有LED、LED芯片或LED组件(“LED”)的某些灯或照明组件对本发明进行描述，但是应理解的是，本发明可用于具有诸多不同配置的诸多其他灯。组件可以具有所示之外的不同形状和尺寸，并且可以包括不同数量的LED或LED芯片。可以使用买得到的许多不同的LED，比如从
Cree公司买到的LED。这些可以包括但不限于Cree的XLamp? XP-E LED或XLamp?
XP-G LED。
[0042]还应理解的是，当提及比如层、区域或基板的元件位于另一元件“上”时，该元件可以直接位于其他元件上，或者也可以存在中间元件。此外，比如“内部”、“外部”、“上部”、“上方”、“下部”、“下方”以及“之下”的关系术语和类似术语在此处可用于描述一个层或另一个区域的关系。应理解的是，这些术语旨在包含器件的除了图中所示的方位之外的不同方位。
[0043]在此处参照作为本发明实施方式的示意性图示的横截面图来描述本发明的实施方式。这样，层的实际厚度可能不同，例如，由于制造技术和/或公差，图示的形状上的变化是可预见的。本发明实施方式不应理解为限于此处所述的区域的具体形状，而应理解为包括例如由于制造造成的形状上的偏差。由于正常的制造公差，图示或文中描述为四方形或矩形的区域通常具有圆形或弯曲特征。因此，附图所示的区域实质上是示意性的，并且其形状不旨在示出器件区域的精确形状并且不旨在限制本发明的范围。
[0044]图4至图6示出了根据本发明的固态灯40的一个实施方式，该固态灯40可以包括灯座42、热管44和LED 46，其中热管44垂直安装在灯座42上并且LED 46安装在与灯座42相对的热管44的端部上。扩散圆顶48也可以安装的灯座上，在热管44和LED 46上。灯座42可以以许多不同的方式布置，具有许多不同的特征，在所示的实施方式中，包括散热器结构50和用于连接至电源的连接器52。散热器结构50可以至少部分包括导热材料，并且可以使用许多不同的导热材料，包括不同的金属，比如铜或铝，或金属合金。铜可以具有高达400ff/m-k以上的热导率。在某些实施方式中，散热器可以包括可以具有室温下大致210W/m-k的热导率的高纯铝。在其他实施方式中，散热器结构可以包括热导率大致为200W/m-k的压铸铝。
[0045]散热器结构50还可以包括平滑外表面，并且在其他实施方式中可以包括其他散热特征，比如增大散热器的表面积以促使更有效消散到周围环境中的散热翅片。在某些实施方式中，散热翅片可以由相同材料或热导率比散热器结构的剩余部分的热导率高的材料制成。散热翅片具有大致垂直方向，但应该理解的是，在其他实施方式中，翅片可以具有水平或成角度的方向，或不同方向的组合。在其他实施方式中，散热器可以包括主动冷却元件，比如风扇，以降低灯内的对流热阻。
[0046]灯座42还可以包括固体导热材料的不同区域和不同开口区域，以容纳灯特征，比如下述电源单元。在某些实施方式中，连接器52上方的部分可以包括基本上固体的导热材料，其中某些实施方式具有从固体材料辐射状伸展出来的散热翅片。热管44可以使用许多不同的安装方法和材料安装在灯座上。如图6中最佳所示，某些灯实施方式可以包括灯座的导热固体部分中的沉孔54，其中孔54以热管44的所期望角度设置，并且在热管的所期望位置。在所示的实施方式中，孔54具有大致垂直方向并定位成与灯座42的纵轴线大致对齐。
[0047]热管44可以使用许多不同的材料和机构保持就位，并且在所示的实施方式中，使用不同的材料(比如允许热量从热管44扩散至灯座42的导热材料)粘结在沉孔54中。一种合适的粘结材料包括热环氧树脂，但应理解的是，可以使用许多不同的导热材料，比如导热膏。传统的导热膏可包含陶瓷材料，比如氧化铍和氮化铝，或者金属颗粒，比如胶质银。在一个实施方式中，使用热膏层，其具有大致100 μ m的厚度和k = 0.2ff/m-k的热导率。该配置提供了用于将热量从热管44传导至散热器结构50的有效导热路径。
[0048]还应理解的是，图6中所示的配置仅仅是可以用于根据本发明的LED灯的许多安装配置之一。在其他实施方式中，热管44可以通过导热器件(比如夹持机构、支架或螺丝钉)而被安装在散热器结构50上。这些器件可以紧紧保持热管到散热器结构50以使热导率最大化。
[0049]连接器52包括在灯座42上，以允许灯40连接至电源，比如连接至不同电插座。在某些实施方式中，比如图4至图6中所示的实施方式中，灯座42可以包括适配并安装在传统标准螺口插座上的类型的特征，其可以包括可以被拧入螺口插座中的螺纹部分。在其他实施方式中，可以灯座42包括标准插头并且电插座可以是标准电源插座，或灯座可以包括GU24灯座单兀，或可以是线夹(clap)并且电插座可以是接纳并保持线夹的插座(例如，如许多荧光灯中所使用的)。这些仅仅是散热器结构和插座的一些选项，并且还可以使用其他配置，该配置将电力安全地从插座传输至灯50。
[0050]如图6中最佳所示，根据本发明的灯还可以包括内部电源单元(或电力转换单元)55。在所示的实施方式中，电源单元可以包括驱动器，用于允许灯从AC线电压/电流运行并提供光源调光功能。在某些实施方式中，电源可以包括使用非隔离准谐振反激拓扑结构的离线恒定电流LED驱动器。电源单元55可以适配在灯座42内，并且在所示的实施方式中一般布置在电连接器52中。在某些实施方式中，电源单兀55可以包括小于25立方厘米的体积，而在其他实施方式中，可以包括大致20立方厘米的体积。在其他实施方式中，电源单元可以是不可调光的但成本低。应理解的是，所使用的电源可以具有不同拓扑结构或几何结构并且也可以是可调光的。
[0051]如上所述，LED 46可以安装在热管44上的不同位置，其中合适的位置在热管44的与灯座42相对的端部或其附近。LED 46可以以许多不同的方式进行安装，但应经安装使得从LED 46至热管44具有有效的热路径。在某些实施方式中，LED 46通过导热材料(比如焊料)直接安装在热管44上。在所示的实施方式中，导热材料(conductive material)的传导块56 (conductive block)设置在热管44的顶部或其附近，其中块56与热管44热接触。传导块56可以由许多不同的导热材料比如铜、导电塑料、或铝制成，并且可以与导电材料粘结，以在块56与热管44之间提供有效的导电路径。块56提供可以与安装LED和LED封装件兼容的平坦表面。
[0052]根据本发明的灯可以利用不同数量的LED或LED封装件，其中所示的实施方式具有安装在传导块56的相对侧上的两个LED 46。应理解的是，其他实施方式可以具有更多的LED，并且在某些实施方式中，使LED安装在块56的顶部或传导块56的两个以上表面上可能是有利的，以提供所需发射图案。传导块56具有立方体形状，但应理解的是，块可以具有不同形状(该不同形状具有等多或更少的侧表面)，或可以具有在一个方向上成角度的表面(比如就棱锥体而言向上)，或具有在上下两个方向上都成角度的表面(比如就菱形而言)。应理解的是，块可以呈现许多不同的形状，具有不同数量的向上或向下成角度的表面，其中不同实施方式具有四个以上的平坦表面，包括面向底部的表面。
[0053]在所示的实施方式中，块56被布置为利用块56的相对侧上的各面保持两个LED46。传导块56在未覆盖的侧表面上更薄以使背靠背的LED 46彼此更接近，使得整个光源更类似于点光源。LED被布置在扩散圆顶内的高度以提供所需灯发射图案。通过将LED 46升高到灯座上方的热管44上，LED 46可以在向下的方向上直接发光，经过灯座42。这通过图5中所示的代表光线59最佳示出。直接向下发射允许灯40更容易提供所期望的全向灯发射图案。
[0054]如上所述，扩散器48可以被布置为将来自突光粉载体和LED的光散射成所期望的灯发射图案，并且可以具有许多不同形状和尺寸。在某些实施方式中，当灯不发光时，扩散器还可以布置在荧光粉载体上，以掩盖荧光粉载体。当灯不发光时，扩散器可以具有提供基本上白色外观以赋予灯泡白色外观的材料。
[0055]具有不同形状和属性的许多不同的扩散器可以与灯40以及下述灯一起使用，比如美国专利申请第13/018，245号中描述的，该申请在上文通过引用并入。该专利题为“LEDLamp With Remote Phosphor and Diffuser Configurat1n，，，并于 2011 年 I 月 31 日提交。扩散器还可以呈现不同形状，包括但不限于总体不对称的“墩(squat)”，如2010年10月 8 日提交的题为 “Non-uniform Diffuser to Scatter Light into Uniform Emiss1nPattern”的美国专利申请序列号为12/901,405中所述，并通过引用并入本文。
[0056]反射层或材料还可以包含在散热器结构50的表面和热管44上以反射来自LED的光。在一个实施方式中，热管44周围的散热器结构50的顶表面58可以包括:可以由使用已知方法沉积并形成在散热器结构上的许多不同材料制成的反射层60。这些反射层60允许光学共振腔有效回收利用光子，并提高了灯的发射效率。在某些实施方式中，表面可以涂覆有对LED 46发出的光的灯可见波长具有大约75%以上的反射率的材料，同时在其他实施方式中，材料可以对LED光具有大约85 %以上的反射率。在其他实施方式中，材料可以对LED光具有大约95%以上的反射率。应理解的是，反射层可以包括许多不同材料和结构，包括但不限于反射金属或多层反射结构，比如分布式布拉格反射器。
[0057]在灯40操作期间，可以将来自连接器52的电信号传导至电源单元55，并且然后可以将驱动信号传导至使其发光的LED 46。可以使用可以沿热管44运行至LED的已知导体将来自电源单元55的信号传导至LED46。在某些实施方式中，热管周围可以包括其中导体可以运行的套筒，其中某些套筒实施方式具有反射表面。在其他实施方式中，驱动电路或驱动板(未示出)可以包括在电源单元与LED 46之间，以补偿LED发射随时间和在不同温度下的变化。该驱动电路可以在LED灯40中的许多不同位置，比如在散热器结构的顶表面58上。
[0058]当LED 46发光时，产生可以被传导至传导块56并传导至热管44的顶部上的热量。热管44然后将热量传导至灯座42及其散热器结构50，其中热量可以消散到周围环境中。这提供了 LED 46产生的热量的有效管理，并允许LED在更冷的温度下操作。
[0059]图7至图10示出了根据本发明的LED灯100的另一个实施方式，其类似于图4至图6中所示的灯40，对于相同或相似特征，使用相同的参考编号，从而理解这些元件的上述描述适用于该实施方式。灯100可以包括灯座42、热管44、LED 46和扩散圆顶48。灯座42还包括散热器结构50和电连接器52，其中散热器结构50具有用于热管44的沉孔54。散热器结构50还可以包括散热器结构的顶表面上的反射层60，并且热管还可以由反射层覆至JHL ο
[0060]灯100还包括传导块102，其可以由与图4至图6中所示的传导块56相同的材料制成，但形状有点不同并被布置为容纳不同数量的LED，其中所示的实施方式容纳四个LED
46。块102具有尺寸基本上相同的四个侧表面104，每个都能够保持LED 46之一。侧表面的大小经设计使得LED 46彼此接近，同时仍然允许至LED 46的所需的电连接，以及将热量进行所期望的热消散向LED 46的远处并进入热管。如上文所讨论的，通过使LED46彼此接近，LED 46可以更近似于点光源。
[0061]散热器结构50还可以包括从中心导热芯106辐射状伸展出来的散热翅片105，其中散热翅片105增大了散热的表面积。来自热管44的热量扩散到导热芯106中，然后扩散到散热翅片105中，其在此扩散到环境中。散热翅片105可以呈现许多不同的形状并且可以以许多不同的方式布置，其中散热翅片105垂直布置在导热芯106上。翅片角度外仰(angle out)并从电连接器52上移至散热器结构50变大,然后朝散热器结构50的顶部后倾。下部可以采用允许LED灯适配于特定的照明尺寸包络(比如A19尺寸包络)内的方式角度外仰。翅片后倾以允许来自LED的光按所期望角度向下发射，而不被翅片105阻挡。
[0062]翅片105的顶部还包括用于保持扩散圆顶48的底部边缘的槽口 108 (图8中最佳所示)。如图10中最佳所示，翅片105在扩散圆顶48内的点开始于芯106，使得一部分翅片105在扩散圆顶48的底部边缘内。这在翅片之间提供了开口，允许空气从扩散圆顶48的内部沿散热翅片105之间的空间传递，反之亦然。这允许加热空气从扩散圆顶内穿过，同样有助于保持LED在所需温度下操作。
[0063]根据本发明的不同的LED灯可以以许多不同的方式布置，具有许多不同的特征。图11示出了根据本发明的LED灯120的另一个实施方式，也具有灯座42、热管44和LED46，并布置为容纳扩散圆顶(未示出)。在该实施方式中，灯座包括与图4至图6中所示的类似的散热器结构50和电连接器52，也还包括具有容纳四个LED芯片的侧表面的传导块102，如上文参照图7至图10所述。
[0064]图12示出了根据本发明的LED灯150的另一个实施方式，具有热管44、LED 46和扩散圆顶(或透镜)48。该实施方式包括具有连接至电力源的电连接器154的灯座152。灯座152还包括主动冷却元件15，6比如风扇，其主动流动LED灯周围的空气以将灯元件保持在所期望温度下。应理解的是，LED灯150还可以包括与主动冷却元件156协作操作的散热器结构，并且在某些实施方式中，散热器结构可以包括如上所述的允许空气流动至扩散圆顶的内部的散热翅片。不同主动冷却LED灯的主动冷却元件在2011年I月5日提交的序列号为 12/985，275、题为 “LED Bulb with Integrated Fan Element for EnhancedConvective Heat Dissipat1n”的美国专利申请和2011年2月7日提交的序列号为13/022，490、题为“LED Lamp with Active Cooling Element”的美国专利申请中进行了描述，这两项申请都通过引用并入本文。
[0065]LED灯150还包括传导块158，其安装在热管44的顶部上并与其热接触。传导块158被布置使得其顶表面160可用于安装LED 46。传导块158可以将LED 46容纳在其顶表面160以及其侧表面162上。如果每个表面保持单个LED 46，则块158可以保持多达五个LED，但应理解的是，每个表面可以保持一个以上的LED。
[0066]如上所述，热管可以使用许多不同的机构和材料安装在其灯座上。图13示出了具有灯座42和热管44的根据本发明的LED灯170的另一个实施方式。在图4至图6中所示且如上所述的实施方式中，热管使用导电粘合材料安装在纵向(垂直)孔内。在LED灯170中，热管44具有安装在灯座内的有角部172。有角部172提供可以保持在灯座42内的热管44的更大部分，其提供了更大的表面积以便将热量从热管44传导至灯座42中。这可以允许灯座消散来自热管的更高程度的热量。这仅仅是热管44可以在灯座42中呈现的许多不同形状中的一种。
[0067]本发明的实施方式可以以不同于上述的许多不同的方式进行布置。通过实例的方式，图14示出了根据本发明的LED灯200的另一个实施方式，可以包括两个热管202、204，这两个热管以与上述热管相同的方式进行布置，其中每个热管具有安装在传导块208上的一个或多个LED 206。LED206的每一个还安装在其各自的传导块上，使得其发射从灯的纵向轴线朝扩散圆顶210引出。通过具有一个以上的热管，该配置可以提供增强的散热能力，并且可以提供生成所需灯发射图案的额外灵活性。还应理解的是，根据本发明的热管可以具有许多不同形状、尺寸和角度，并且可以以许多不同的方式安装在灯内且在不同位置处。
[0068]尽管已经参照本发明的某些优选构造详细描述了本发明，然而其他变形也是可行的。因此，本发明的实质和范围不应限于上述变形。
【权利要求】
1.一种固态灯，包括: 固态光源； 灯座,至少部分包含导热材料； 细长提升元件，安装到所述灯上，所述光源安装到所述提升元件上，使得所述LED在所述灯座上方，所述提升元件至少部分是导热的；以及扩散器，将从灯发射的光扩散成期望的发射图案。
2.根据权利要求1所述的灯，其中，所述固态光源包括多个发光二极管(LED)。
3.根据权利要求1所述的灯，其中，所述固态光源包括多个LED，所述多个LED中的每一个LED在不同方向上发射。
4.根据权利要求1所述的灯，其中，所述提升元件包括热管。
5.根据权利要求1所述的灯，其中，所述光源包括一个或多个LED。
6.根据权利要求1所述的灯，其中，所述光源与所述提升元件热接触，并且所述提升元件与所述灯座热接触。
7.根据权利要求1所述的灯，包括:通过所述提升元件从所述光源到所述灯座并到周围环境的导热路径。
8.根据权利要求1所述的灯，其中，所述发射图案是全向的。
9.根据权利要求1所述的灯，其中，所述灯座包括散热器。
10.根据权利要求9所述的灯，其中，所述灯座包括散热翅片。
11.根据权利要求1所述的灯，其中，所述灯座包括电连接器。
12.根据权利要求1所述的灯，其中，所述灯座包括电源单元。
13.根据权利要求1所述的灯，其中，所述光源安装到所述提升元件上，而所述提升元件的另一端安装到所述灯座上。
14.根据权利要求1所述的灯，其中，所述扩散器包括扩散圆顶。
15.根据权利要求1所述的灯，进一步包括传导块，所述传导块安装到所述提升元件上并与所述提升元件热接触，所述光源安装到所述传导块上。
16.根据权利要求15所述的灯，其中，所述传导块包括用于所述光源的多个平坦表面。
17.根据权利要求15所述的灯，其中，所述固态光源包括多个LED，所述LED中的至少一些LED安装在所述传导块的不同表面上。
18.根据权利要求16所述的灯，其中，所述光源包括两个LED，所述两个LED中的每一个LED安装在所述传导块的各个表面上。
19.根据权利要求16所述的灯，其中，所述光源包括四个LED，所述四个LED中的每一个LED安装在所述传导块的各个表面上。
20.根据权利要求16所述的灯，其中，所述光源包括五个LED，所述五个LED中的每一个LED安装在所述传导块的各个表面上。
21.根据权利要求16所述的灯，其中，所述传导块具有四个或更多的平坦表面。
22.根据权利要求15所述的灯，其中，所述固态光源包括多个LED，所述LED中的至少一些LED安装在所述传导块的相对侧上。
23.根据权利要求1所述的灯，其中，所述发射图案包括大约±20%或更少的强度变化。
24.根据权利要求1所述的灯，其中，所述发射图案包括大约±15%或更少的强度变化。
25.根据权利要求1所述的灯，其中，所述细长元件包括多于一个的热管。
26.根据权利要求25所述的灯，其中，所述光源包括多个LED，其中各个所述热管具有所述LED中的至少一个LED。
27.根据权利要求26所述的灯，其中，各个所述LED的发射指向所述扩散器。
28.—种基于发光二极管(LED)的灯泡，包括: 热管； 多个LED，所述多个LED中的每一个LED安装在所述热管的第一端或所述第一端附近并且与所述热管热接触，所述热管包括传导热量远离所述LED的导热路径；以及 灯座，至少部分包含导热材料，所述热管的第二端安装到所述热管并且与所述热管热接触，所述灯座包括传导热量远离所述热管的导热路径。
29.根据权利要求28所述的灯泡，其中，来自所述灯座的热量消散至周围环境。
30.根据权利要求28所述的灯泡，进一步包括:扩散器，所述扩散器相对于所述LED布置，使得来自所述LED的光穿过所述扩散器。
31.根据权利要求30所述的灯泡，其中，所述扩散器将所述LED的发射图案改变成全向图案。
32.根据权利要求30所述的灯泡，其中，所述扩散器包括扩散圆顶。
33.根据权利要求28所述的灯泡，其中，所述灯座包括散热器结构。
34.根据权利要求33所述的灯泡，其中，将热量传导远离所述热管的所述导热路径通过所述散热器结构。
35.根据权利要求33所述的灯泡，其中，所述散热器进一步包括散热翅片。
36.根据权利要求32所述的灯泡，其中，所述扩散器至少部分在所述LED之上，并且其中，所述LED在所述扩散圆顶内近似为点光源。
37.根据权利要求28所述的灯泡，具有强度变化大约在±20%或更小的全向发射图案。
38.根据权利要求28所述的灯泡，具有强度变化大约在±15%或更小的全向发射图案。
39.根据权利要求28所述的灯泡，进一步包括:传导块，所述传导块安装到所述热管上并与所述热管热接触，所述LED安装到所述传导块上。
40.根据权利要求39所述的灯泡，其中，所述传导块包括多个平坦表面，所述LED中的每一个LED安装到所述平坦表面中的一个平坦表面上。
41.根据权利要求28所述的灯泡，进一步包括:用于将所述灯泡安装到螺口插座上的螺纹部分。
42.根据权利要求28所述的灯泡，包括A灯泡替换物。
43.一种固态灯,包括: 热管，具有与所述热管热接触的多个固态光源； 散热器结构，所述热管热耦接至所述散热器结构，来自所述固态光源的热量通过所述热管传导至所述散热器结构；以及 扩散器，被布置使得来自所述光源的至少一些光穿过所述扩散器。
44.根据权利要求43所述的灯，其中，所述扩散器被布置为将来自所述光源的光散射成全向图案。
45.根据权利要求43所述的灯，其中，所述光源在所述扩散器内近似为点光源。
【文档编号】F21K99/00GK104169632SQ201280071576
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年1月26日
【发明者】库尔特·普罗格尔 申请人:克利公司