本专利申请根据35U.S.C.§119要求享有2015年9月21日提交的名称为“LED Lamp Design for HID Retrofit”的美国临时专利申请序列号62/221,400的优先权的权益，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。
背景技术：
发光二极管(LED)灯的光分布有时可与散热器设计紧密相关。改型LED灯的设计选择可能需要牺牲其光分布以简化散热器设计，或者散热器设计可能被过度设计以补偿较差的LED驱动器电子设计。
许多传统的高强度放电(HID)LED改型灯不具有与传统HID灯相似的光分布。这有时是由于这些传统改型灯的LED分布在一个平面中，导致光学分布不能提供HID灯的全向照明。LED灯的热性能对灯的设计非常重要。这些热性能可能主要受散热器设计以及热量从LED中提取并传递到周围环境的方式的影响。适当的热设计有益于LED改型灯的光度特性。
用于现有HID装置的LED改型灯应尽可能接近地模拟其正在替代的现有HID灯的光学光分布。本领域需要的是将合适的光学性能与可接受的高效散热器设计相平衡的改型HID LED灯。
附图说明
图1A描绘了用于传统HID灯的光学分布；
图1B描绘了图1A中描绘的光学分布的坐标系统；
图2描绘了根据实施例的改型灯的透视图；
图3A描绘了根据实施例的用于图2的改型灯的透光屏蔽件的透视图；
图3B描绘了根据实施例的图3A的透光屏蔽件的沿着线3B-3B的剖视图；
图4描绘了根据实施例的改型灯的透视图；
图5描绘了根据实施例的改型灯的分解图；
图6A描绘了叠加在ANSI ED28形状轮廓上的具体化改型灯；和
图6B描绘了叠加在ANSI ED28轮廓上的另一具体化改型灯。
具体实施方式
尽管本文结合LED光源大体描述了所公开的实施例的各方面，但所公开的实施例的各方面适用于任何合适的固态光源。如本文所使用的，术语“固态光源”(或SSL源)包括但不限于发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、激光二极管或激光器。在一些实施方式中，LED可以与环境空气密封以防止LED硫化。另外，虽然附图描绘了LED光源，但应该理解，根据本文所述的新颖实施方式，在一些实施例中可以使用其他类型的SSL源。
根据实施例，改装灯(在下文中称为“改型灯”)具有比现有LED灯更逼近传统HID灯的光学分布。具体化改型灯包括围绕改型灯的主体以周向阵列布置的SSL源，其中散热器位于SSL源的周向阵列的内部。光源的这种布置提供了具有全方位的光分布的具体化改型灯，以紧密模仿它正在替代的传统HID灯的光分布。
图1A描绘了传统HID灯的光分布100。光分布100的每个点可被描述为位于球坐标系110(图1B)内的点(r，θ，φ)。传统的LED HID改型灯不具有与HID光分布100相类似的光分布。传统的LED HID改型灯具有分布在平面中的LED光源，其中该用于安装LED光源的表面消除了位于该表面后方的光分布。
图2描绘了根据实施例的改型灯200的透视图。具体化改型灯包括灯基座210和封盖组件220，灯基座210在灯连接到照明灯具的插座时完成改装灯和电源之间的电连接，封盖组件220位于基座邻近。在封盖组件220内可以定位有驱动器电子器件电源。在封盖组件的远端处定位有由SSL源构成的周向阵列230。SSL源可以安装在围绕周向阵列定位的一个或多个电路板232上。在一些实施方式中，电路板可以由符合圆柱形状的一个柔性电路板形成。周向阵列可以由透光屏蔽件(例如，聚碳酸酯护罩、玻璃等)覆盖。在改型灯200的远端处定位有圆顶240。
改型灯的整体形状配置符合由美国国家标准协会(ANSI)颁布的标准，使得灯可以安装在用于传统HID灯的开放式和封闭式两种现有灯具中。图6A描绘了适形于ANSI ED28形状轮廓600内的改型灯200。在一些实施方式中，改型灯可以符合ANSI轮廓的最大可允许直径和长度，但在拐角中可能超过轮廓的限制。图6B描绘了在其拐角处超过ANSI ED28形状轮廓600的具体化改型灯620。改型灯的备选实施例可以缩放以适应ANSI BT/ED17、BT/ED23.5、BT/ED28、BT/ED37、BT56等的形状函数。
在一些实施方式中，一系列SSL源可以放置在圆顶端(远离灯基座)，以增加θ平面内的光分布。在灯的顶部存在附加光源消除了当主SSL源电路板围绕散热器外表面时产生的光分布中的黑点。副SSL源板可以包括至少一个孔口(例如，孔和/或狭槽)以允许空气穿过进入LED HID改型灯的内部容积。
图3描绘了根据实施例的用于LED HID改型灯200的透光屏蔽件300的透视图。透光屏蔽件可以是围绕周向阵列230放置的透明或半透明管。在该管的表面上布置有一系列棱镜结构305(在图3B中以沿线3B-3B的横截面示出)。
棱镜结构沿θ方向引导一些光。特别地，图3A中描绘的透射屏蔽件可以增加下射光分布(即，当灯竖直且基座向上(VBU)取向时)。通过将该棱镜结构翻转180度，可以增加上射光分布。在一些实施方式中，为了在宽广的角度区域上产生更均匀的照明，一半结构可以具有交替的棱镜组，其围绕棱镜的圆周面向下和面向上。另外的实施方式可以包括改变棱镜延伸长度(图3B，长度A)。
图4描绘了根据实施例的LED HID改型灯400的透视图。LED HID改型灯400包括位于封盖220和周向阵列230之间的反射器410。在一些实施方式中，反射器410可以是圆锥形或抛物面结构，其在内表面上涂覆有反射膜；在其他实施方式中，反射器410可以是漫射结构。在任一实施方式中，反射器410可以将r-φ方向上的LED产生的光的一部分转向并且将其导向至θ方向。改变倾斜部分的角度可以增加或减少下射光的数量及其角度分布。在备选实施例中，反射器410可以是半透明的，使得一部分光透射通过反射器410。允许一些光穿过反射器410使周围的灯具可以被照亮。
图5描绘了根据实施例的LED HID改型灯500的分解图。LED HID改型灯500包括灯基座510和位于基座邻近的封盖组件520。在封盖组件520内可以定位有LED驱动器电子器件524。LED驱动器电子器件调节输入电力以满足LED光源的要求。在封盖组件的远端处定位有由LED光源构成的周向阵列530。LED光源可以安装在定位在周向阵列周围的电路板532上。在一些实施方式中，电路板可以是金属包覆的印刷电路板(MCPCB)，以提供远离安装在电路板上的LED光引擎的热传导。
来自LED驱动器电子器件的电力可以通过中间印刷电路板(PCB)526分配到电路板532。中间PCB的电力分配网络可以通过跳线电连接到LED驱动器电子器件524的输出。每个板532可以通过凸片528电连接到中间PCB，凸片528位于中间PCB上与每个电路板532上的电输入触点534相对应的位置。这些突出的凸片可以机械地结合(例如软钎焊、焊接、导电胶合等)到相应电路板532上的对应触点以减少组装时间和成本，同时提高中间PCB 526与电路板532之间的电接触的可靠性。
在SSL改进灯的内部容积内可以定位有散热器560。散热器位于SSL源的周向阵列的内部。散热器可以包括平坦的外表面和内部翅片。外部平坦面与电路板532热接触。例如，在一个实施例中，散热器560可以具有与SSL电路板相同数量的外表面。
内部翅片增加了散热器表面积，由此增加了来自位于内部容积内的风扇555的强制对流的热传递，以迫使气流以流体方式经过散热器560。散热器可以通过挤出工艺制造，但也可以通过包括压铸、辊轧成形和金属板弯曲的工艺制造。
周向阵列530可以由透光屏蔽件550覆盖。在改型灯500的远端处可以定位有顶盖542和风扇防护件545。在一些实施例中，顶盖和风扇防护件可以集成为单个部分。顶盖和风扇防护件可以呈圆顶240的形状(图2)。在一些实施例中，圆顶可以在顶部平坦并且具有一系列的通风口，这些通风口是径向辐条或者备选地是正方形网格或其他几何形状以使空气流入灯的内部容积。圆顶可以由聚碳酸酯或具有足够透明度和耐热性的其他材料制成。在一些实施方式中，当灯取向为VBU时，圆顶可以漫射光以减少眩光。
顶盖可以包括具有孔口的通风区域，以将空气流供应到风扇中。通风口可以是圆形、正方形、矩形、梯形或其他允许空气有效流过灯的形状。为了使气流阻抗最小化，期望通风孔口最大化开口面积，同时仍然防止外物穿透灯。细网片可以替换或添加到通风区域以进一步防止外物进入灯内。封盖组件中的通风孔口可以为强制通风提供出口。在一些实施方式中，气流的方向可以颠倒。
顶盖的其他特征包括将部件定位在适当位置的多个凸片和/或凸台。一组可以将顶盖定位在散热器上。另一组可以将光学屏蔽件定位在散热器周围。另一组可以定位风扇的角以使其在散热器上居中。某些实施方式可以有四组凸片，但可以使用少至两组凸片来定位所有部件。
根据实施例，改型灯可以是传统HID灯的直接拧入式替代品(即，SSL源依靠传统HID镇流器操作)。在一些实施方式中，在安装改型灯之前移除传统HID镇流器之后，改型灯可以在输入线电压下操作。相应地，驱动器电子器件524可以调节线电压输入或传统HID镇流器输出中的一者或两者。LED灯依靠HID镇流器工作。
尽管本文已经描述了具体的硬件和方法，但是应当注意，根据本发明的实施例可以提供任何数量的其他配置。因此，虽然已经示出、描述并指出了本发明的基本新颖特征，但应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以对所示实施例的形式和细节以及它们的操作进行各种省略、替换和改变。元件从一个实施例到另一个实施例的替换也完全是可以预期和设想的。本发明仅由所附的权利要求和其中的叙述的等同物来限定。