具有LED、光导和反射器的光源的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月18日提交的题目为“LED LAMP”的美国临时申请序列号61/153,530的优先权，通过引用将其整体合并于此。

技术领域

本发明涉及照明，并且更具体地涉及结合固态照明技术的照明设备。

背景技术：

已经将包括发光二极管(LED)的固态照明技术看作生产灯的方式，该灯具有比传统白炽灯更大的能量效率以及比传统紧凑型荧光灯更小的负面环境影响。已经引入了使用固态照明技术的多个所谓的转型灯。然而，从消费者的观点看，这些传统转型灯的显著缺点在于它们看起来不像传统的白炽灯。这对于意味着替代传统B10大烛台风格的白炽灯的转型而言特别如此。LED和/或其他固态照明部件生成必须通过使用热管理系统(散热器)来散发的大量热。通常，通过在突出到灯泡中的金属不透明底座上安装LED/多个LED来实现该热管理系统。该基座将热从LED转移走，但是导致传统B10转型灯看起来非常不同于传统B10白炽灯。

技术实现要素：

本发明的实施例克服了上面讨论的关于传统B10转型灯的各种问题。即，如在此描述的实施例提供了一种光学设计，该光学设计创建给出闪光外观的发射图样，所述闪光外观类似于传统白炽B10灯的闪光外观。一个或多个发光二极管(LED)隐藏在灯的基座中，该灯具有例如以传统白炽B10灯的光定形的外壳。LED/多个LED发出的光通过光管由全内反射导向反射器，该反射器引导光进入期望发射图样。光管包括诸如丙烯酸塑料的透明材料。因此，对于观察者，从反射器反射的光似乎是从灯外壳内悬挂的点发出的，这非常类似于传统B10白炽灯泡。

在实施例中，提供一种LED灯。该LED灯包括封闭在外壳中的透明光管，其中光管具有下部和上部。该LED灯还包括在光管下部的下端处的凹部中的LED，和由光管上部的上端中的缺口形成的反射器。光管的下部采集从LED发出的光，光管的上部将采集的光引导到反射器上，并且反射器在径向上反射引导的光。

在相关实施例中，反射器可以具有由多部分曲线限定的旋转表面，其中多部分曲线的第一部分可以具有第一长度的半径，多部分曲线的第二部分可以具有第二长度的半径，并且第一长度和第二长度可以是不同的。在其他相关实施例中，相对于多部分曲线的第二部分，多部分曲线的第一部分在竖直方向上可以具有更大分量以在向上的方向上反射更多的光。在另一其他相关实施例中，相对于多部分曲线的第一部分，多部分曲线的第二部分在水平方向上可以具有更大分量以在向下的方向上反射更多的光。在又一其他相关实施例中，旋转表面可以由贝塞尔曲线形成。

在另一相关实施例中，可以通过缺口外表面的金属化或通过利用白色材料填充缺口或通过向缺口超声波焊接注模白色部件来形成反射器。在又一相关实施例中，光管的下部可以是复合型抛物线聚能器(CPC)，其中复合型抛物线聚能器可以校准从LED发出的光。在其他相关实施例中，光管的上部可以是向光管的上端收窄的锥形圆柱，其中该锥形圆柱可以从复合型抛物线聚能器向反射器引导经校准的光。在其他相关实施例中，锥形圆柱可以部分地由锥角限定，其中锥角的增加可以导致反射器对光的更强反射，并且其中锥角的减小可以导致反射器对光的更低强度的反射。在另一其他相关实施例中，锥形圆柱可以部分地由圆柱长度限定，并且其中圆柱长度的增加可以导致通过锥形圆柱侧面发出的光增加。

在又一相关实施例中，外壳可以是传统B10白炽灯泡的形状。在其他相关实施例中，光管、LED和反射器的尺寸可以被确定使得光管能够适合于传统B10白炽灯泡形状的外壳。

在另一实施例中，提供一种用于LED灯的光导。该光导包括：具有下端和上端的复合型抛物线聚能器，其中下端最接近LED；具有宽端和窄端的锥形圆柱，其中宽端耦合至复合型抛物线聚能器的上端；以及反射器，其中该反射器由锥形圆柱窄端处的缺口形成。复合型抛物线聚能器和锥形圆柱使用全内反射来从LED向反射器导引光，并且反射器在径向上反射导引的光。

在相关实施例中，复合型抛物线聚能器可以接收从LED发出的光并且校准它，并且锥形圆柱可以从复合型抛物线聚能器向反射器引导经校准的光。在另一相关实施例中，复合型抛物线聚能器和锥形圆柱可以是透明的，并且光可以从复合型抛物线聚能器和锥形圆柱两者的外边缘发出。在又一相关实施例中，反射器可以具有由多部分曲线限定的旋转表面，其中多部分曲线的第一部分可以具有第一长度的半径，多部分曲线的第二部分可以具有第二长度的半径，并且第一长度和第二长度可以是不同的。在又一相关实施例中，所有复合型抛物线聚能器、锥形圆柱和反射器的尺寸可以被确定使得能够适合于传统B10白炽灯泡形状的外壳。

在又一实施例中，提供一种在径向上反射由LED发出的光的方法。该方法包括接收从LED发出的光；通过使用耦合至锥形圆柱的复合型抛物线聚能器经由全内反射来向反射器传输接收的光；以及利用反射器在径向上反射传输的光。

在相关实施例中，传输可以包括在复合型抛物线聚能器内校准接收的光，以及将锥形圆柱内经校准的光引导到反射器。在另一相关实施例中，反射可以包括经由由锥形圆柱窄端处的缺口限定的反射器在径向上反射传输的光。

附图说明

根据如在附图中图示的、在此公开的特定实施例的以下描述，在此公开的前述和其他对象、特征和优势将是明显的，在附图中，同样的参考字符遍及不同的视图指代相同的部分。附图不一定是按比例的，作为代替将重点放在图示在此公开的原理上。

图1示出了根据在此公开的实施例的、包括光导的LED灯的部件视图。

图2示出了根据在此公开的实施例的、包括光导的LED灯的俯视图。

图3示出了根据在此公开的实施例的光导的侧视图。

图4示出了根据在此公开的实施例的、包括光导和外壳的LED灯的侧视图。

图5图示了根据在此公开的实施例的、由光导执行的方法的流程图。

具体实施例

图1示出了根据在此公开的实施例的LED灯100的部件视图。LED灯100包括LED102和光导200。光导200由具有下部106和上部108的光管107和反射器112形成。在某些实施例中，LED 102是固定在芯片上或其他衬底材料上的单个发光二极管，而在其他实施例中，LED 102包括多个发光二极管。如自始至终使用的那样，短语“发光二极管”或“LED”可以包括任何类型的固态光反射器，诸如但不限于传统LED、有机LED(OLED)等。在某些实施例中，光管107具有基座104。LED 102位于光管107下部106的下端105处的凹部150内。该凹部优选地是半球形以降低反射损耗，但是可以是用于容纳LED的任何合适形状。在某些实施例中，凹部150内的LED 102隐藏在光管107的基座104中。基座104可以装有凸缘以提供稳定性和安装的简便性。在某些实施例中，散热器或其他热管理系统或设备(未示出)形成LED灯100的基座104的部件，以引导热离开LED 102。散热器或其他热管理系统可以是固定的或否则耦合至LED灯100，但是这不是必须的。

反射器112由光管107上部108的上端111中的缺口110形成。光管107的下部106采集从LED 102发出的光。光管107的上部108将该采集的光引导到反射器112上。然后，反射器112在径向上反射该引导的光。反射器112足够小以至于其产生类似于白炽灯泡中灯丝的闪光外观。

取决于缺口110表面的曲率(在此其也可以称作旋转表面113)，反射器112可以采用各种形状。也就是说，缺口110表面的曲率(即，旋转表面113)确定反射器112的曲率。以该方式改变反射器112的曲率导致适于不同应用的不同发射图样的产生。例如，在某些应用中，可能更期望具有更多的前向发射，而在壁灯应用中可能更希望具有更多的侧向发射以便照亮墙壁和天花板而达到墙面泛光照明效果。替代地，在高安装的枝形吊灯中，可能更希望具有朝向观察者的更多向下引导的光，该观察者的眼睛恰好在枝形吊灯的水平之下。因此，例如，在某些实施例中，旋转表面113在形状上是圆锥形，这导致圆锥形反射器。在其他实施例中，旋转表面113可以导致具有弯曲形状的反射器112。在某些实施例中，该弯曲形状可以是贝塞尔曲线。在某些实施例中，旋转表面113由多部分曲线130限定。多部分曲线130具有至少两部分。在某些实施例中，多部分曲线130的第一部分131具有第一长度的半径，而多部分曲线130的第二部分132具有第二长度的半径。这些长度可以是导致产生多部分曲线的任何尺寸，诸如图1中示出的多部分曲线130，并且在某些实施例中，这些长度是不同的。

改变多部分曲线130的一个或两个部分的长度(通过改变缺口表面113)将导致对LED灯100的发射图样的改变。多部分曲线130的每个部分可以被认为具有水平分量和竖直分量两者，其中水平分量相对于LED灯100的中心125(图2中所示)在水平方向上并且竖直分量相对于LED灯100的中心125在竖直方向上。例如，增加多部分曲线130的第一部分131的竖直分量将导致相对于LED灯100离轴地且在向上的方向上反射更多的光。类似地，增加多部分曲线130的第二部分132的水平分量将导致相对于LED灯100离轴地且在向下的方向上反射更多的光。

反射器112可以以任何已知方式形成。例如，反射器112可以是超声波焊接到光管107中的缺口110的注模部件。替代地，缺口110可以由白色材料填充以形成反射器112。替代地，缺口110的外表面可以涂覆有反射材料，诸如但不限于银，这导致了缺口110外表面的金属化。

如上所述，光管107具有下部106和上部108。在某些实施例中，下部106是复合型抛物线聚能器(CPC)。复合型抛物线聚能器校准从LED发出的光。也就是说，LED 102处光的发射角不同于复合型抛物线聚能器顶部的发射角(即，在此处该复合型抛物线聚能器与光管107的上部108交会)。如其名称所暗示的那样，复合型抛物线聚能器的竖直截面的外边缘形状是抛物线，也就是说被定形成类似于抛物线。复合型抛物线聚能器的宽度因此取决于抛物线每侧的上升斜率。

在某些实施例中，光管107的上部108是锥形圆柱。该锥形圆柱从下部106/复合型抛物线聚能器向反射器112引导经校准的光。锥形圆柱从下部106/复合型抛物线聚能器向光管107的上端111收窄。该逐渐变细使得经校准的光被引导到反射器112。在某些实施例中，该锥形圆柱部分地由锥角限定。该锥角是锥形圆柱竖直截面的外边缘与从锥形圆柱和复合型抛物线聚能器交会的点绘制的竖直线之间的角。锥角的增加导致反射器112对光的更强反射，而锥角的减小导致反射器112对光的不太强的反射。也就是说，锥形圆柱的上端越细(即，窄)，则反射器112对光的反射越强。在某些实施例中，附加地或替代地，锥形圆柱部分地由圆柱长度限定。圆柱长度是从锥形圆柱与复合型抛物线聚能器交会的点到锥形圆柱交会反射器112的最上边缘的锥形圆柱的高度的测量结果。锥形圆柱长度的增加导致通过锥形圆柱侧面发出的光增加。

在某些实施例中，光管107封闭在外壳190中，诸如如图4中所示。在某些实施例中，光管107是透明的。替代地或附加地，在某些实施例中，光管107可以是整体或部分半透明或半透彻的(translucent)。而且，在某些实施例中，光管107的整体或部分可以由透明、半透明、半透彻或不透明材料或它们的组合围绕。光管107可以由诸如但不限于丙烯酸树脂的介电材料制成。外壳190可以是任何形状，并且在某些实施例中，外壳190是传统B10白炽灯泡的形状(例如，大烛台形状)。在某些实施例中，外壳190还包含LED 102(图4中未示出)、基座104和反射器112。在此类实施例中，光管107、LED 102和反射器112所有的尺寸被确定使得它们能够适合于外壳190。

在图3中更详细地示出了光导200。光导200包括复合型抛物线聚能器202(等同于图1中示出的光管107的下部106，并且拥有关于图1在上面描述的所有性质)、锥形圆柱204(等同于图1中示出的光管107的上部108，并且拥有关于图1在上面描述的所有性质)以及反射器206(等同于图1中示出的反射器112，并且拥有关于图1在上面描述的所有性质)。复合型抛物线聚能器202具有下端210和上端212。下端210最接近LED(图3中未示出)。锥形圆柱204具有宽端214和窄端216。宽端214耦合至复合型抛物线聚能器202的上端212。反射器206由锥形圆柱204窄端216处的缺口形成。复合型抛物线聚能器202和锥形圆柱204的组合使用全内反射来将从LED发出的光导引到反射器206。然后，反射器206在径向上反射导引的光。更具体地，复合型抛物线聚能器202接收从LED发出的光并且校准它，并且锥形圆柱204从复合型抛物线聚能器202向反射器206引导经校准的光。

如同图1中所示和上面描述的光管107一样，在某些实施例中，复合型抛物线聚能器202和锥形圆柱204是透明的。因此，在此类实施例中，光从复合型抛物线聚能器202和锥形圆柱204(即，光管107)两者的外边缘114(图2中示出)发出。替代地，在某些实施例中，光仅从锥形圆柱204的外边缘114(图2中示出)发出，或仅从复合型抛物线聚能器202的外边缘114(图2中示出)发出。注意，在某些实施例中，复合型抛物线聚能器202和锥形圆柱204每个可以是：透明的；半透明的；半透彻的；由透明的、半透明的、半透彻的、或不透明的材料或这些材料的组合或这些材料中任何材料的组合围绕。而且，在某些实施例中，光导200被包含在外壳内，诸如但不限于传统B10白炽灯泡形状的外壳。在此类实施例中，所有复合型抛物线聚能器202、锥形圆柱204和反射器206的尺寸被确定使得能够适合于外壳。

图5示出了由图1示出的LED灯100和/或图3中示出的光导200执行的方法的流程图。该方法导致诸如图1所示的LED 102之类的LED发出的光在径向上反射。第一，接收从诸如图1所示的LED 102之类的LED发出的光，步骤501。然后，通过使用耦合至锥形圆柱(例如，图1中所示的元件108)的复合型抛物线聚能器(例如，图1中所示的元件106)经由全内反射来向反射器(例如，图1中所示的元件112)传输接收的光，步骤502。最后，通过利用反射器在径向上反射传输的光，步骤503。在某些实施例中，传输可以包括在复合型抛物线聚能器内校准接收的光，步骤504，以及将锥形圆柱内经校准的光引导到反射器，步骤505。附加地或替代地，在某些实施例中，反射可以包括经由由锥形圆柱窄端处的缺口限定的反射器在径向上反射传输的光，步骤506。

在某些实施例中，反射器可能不是必需的并且因此可以不包括反射器。在此类实施例中，光管107上部108的端部处的缺口110/锥形圆柱204具有：光滑的表面，在该情况中，经由全内反射传输由LED 102发出的光；或粗糙的表面，在该情况中，在缺口110处散射由LED 102发出的光；或它们的组合(例如，缺口的第一部分具有光滑的表面，而缺口的其余部分具有粗糙的表面)。

除非另外指出，对词语“基本上”的使用可以被理解为包括精确关系、条件、布置、取向和/或其他特性、以及如本领域普通技术人员理解的其到一定程度的变形，所述程度使得这样的变形不会本质上影响所公开的方法和系统。

贯穿本公开的整体，除非另外具体指出，对于修饰名词的冠词“一”或“一个”的使用可以被理解为为了简便而使用并且包括一个、或多于一个所修饰的名词。

除非另外在此规定，描述和/或以其他方式通过图绘出以与另外的事物通信、与另外的事物关联和/或基于另外的事物的元素、组件、模块和/或其部件可以被理解为以直接和/或间接的方式如此通信、与其关联、和/或基于其。

尽管已经关于方法和系统的具体实施例描述了它们，但是它们不限于此。按照上述教导，显然很多修改和变型可以变得明显。本领域的那些技术人员可以做出在此描述的和图示的细节、材料和部件布置中的很多附加改变。