專利名稱：照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置，具體地說涉及包括一個或多個固態(tài)發(fā)光體的裝置。 更具體地說，本發(fā)明涉及"隱藏式盒體(recessed can)"照明裝置。
背景技術(shù)：
在美國，每年發(fā)的電量的一大部分(估計高達(dá)25%)都用于照明。因此， 一直需要提供能效更高的照明方式。眾所周知，白熾光燈泡是極其低能效的 光源，它們消耗的電量的90%作為熱量而不是光散發(fā)出去。熒光燈管比白熾 光燈泡更高效(高出大約十分之一)但與固態(tài)發(fā)光體如發(fā)光二極管相比依然 很低效。
此外，與固態(tài)發(fā)光體如發(fā)光二極管的通常使用壽命相比，白熾光燈泡具 有相對短的使用壽命，即通常大約只有750-1000小時。相比較而言，例如發(fā) 光二極管的使用壽命通常在50000到70000小時之間。熒光燈管具有比白熾 光燈泡更長的使用壽命(如10000-20000小時)，但是熒光燈管發(fā)出的光的 顯色性要差些。
顯色性通常采用顯色指數(shù)(CRIRa)來衡量，這是一種對被特定燈光照 射的物體的表面色移的相關(guān)測量。CRIRa是一個照明系統(tǒng)的顯色相較于當(dāng)由 8個參考色彩照明時的參考輻射體的顯色為如何的相對測量的修正平均值。如果照明系統(tǒng)照射的一組測試顏色的顏色坐標(biāo)與基準(zhǔn)輻射體照射的相同測試
色的坐標(biāo)相同，則CRIRa等于100。自然光具有較高的CRI(Ra大約為100)， 白熾光燈泡也具有相對接近的CR1 (Ra大于95)，而熒光燈的CRI精度較 低((Ra通常為70-80)。幾種類型的特定照明裝置的CRIRa非常低(如汞 蒸汽或鈉燈的Ra低至大約40或者甚至更低)。
因此，常規(guī)電燈組件面臨另一問題，那就是需要定期替換照明裝置(如 燈泡等)。在難以靠近的i也方(如拱形天花、橋梁、高大建筑物、交通隧道) 和/或更換成本異常高的地方，這種問題尤為明顯。常規(guī)電燈組件的使用壽命 通常大約有20年，對應(yīng)于發(fā)光裝置，其可使用至少約44， OOO小時(按照每 天使用6小時計算為20年)。發(fā)光裝置的使用壽命通常更短，因此需要定期 更換。
目前，已提出了各種設(shè)計方案，其中已有現(xiàn)有LED元件封裝和其他電子 電路組裝在一個燈具里的設(shè)計。在這種設(shè)計中，LED封裝件安裝在電路板上 或直接安裝在散熱片上，電路板安裝在散熱片上，而散熱片與所需要的驅(qū)動 電子電路一起安裝在電燈組件外殼上。多數(shù)情況下，還需要其他光學(xué)元件(作 為次要的封裝件)。
本文所用的表達(dá)"發(fā)光二極管"指基本的半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)(即芯片)。 通常知道的并且可購得的例如在電子產(chǎn)品商店所售的"LED"通常表現(xiàn)為由 若千部件組成的"封裝"裝置。這些封裝裝置通常包括如(但不限于)公開 號為4918487、5631190和5912477的美國專利中所描述的基于半導(dǎo)體的發(fā)光 二極管、各種有線連接和封裝發(fā)光二極管的封裝件。
在用于替代其他光源如白熾燈泡的發(fā)光二極管中，LED封裝件己用于常 規(guī)的燈具，其包括中空透鏡和連接透鏡的底盤，所述底盤具有常規(guī)插座外殼， 其帶有-一個或多個觸點電耦合到電源。例如，LED燈泡這樣構(gòu)成其包括電 路板，安裝在電路板上的多個LED封裝件，和附著在電路板上的接線柱，該 接線柱適于連接到燈具的插座外殼，由此所述多個LED可由電源點亮。
雖然發(fā)光二極管的發(fā)展在許多方面革新了照明產(chǎn)業(yè)，但是發(fā)光二極管的 一些特征依然面臨挑戰(zhàn)性，而另一些特征迄今還未完全開發(fā)出來。例如，任何特定發(fā)光二極管的放射光譜通常集中在單波長附近(其取決于如發(fā)光二極 管的組成和結(jié)構(gòu))，這在一些應(yīng)用中是理想的，但在另一些應(yīng)用中是不理想
的(如用于提供照明，這種發(fā)光光譜具有更低的CRIRa)。
傳統(tǒng)隱藏式燈具包括用附著在天花接縫(ceiling joint)上的水、F金屬柱 同定在天花板上的金屬柱體("盒體")。在所述柱體內(nèi)，用于插入燈泡的燈 泡插座裝配在可調(diào)節(jié)滑板上。通常采用60W白熾燈泡或15W小型熒光燈泡。 例如，如圖l所示為隱藏式燈具。
圍繞燈泡的環(huán)面并向下延伸到柱體下內(nèi)緣的是隔板或反光錐體。裝飾環(huán) 設(shè)在柱體底邊的周圍，并向外延伸覆蓋丫直接圍繞天花板中的圓形斷流器 (cutoff)的區(qū)域，并圍繞光線輸出光圈產(chǎn)生注目的邊緣。
燈泡的位置(高度)設(shè)置成站在房間里的人不能直接看到燈泡，并且燈 具的光線是筆直的，以使得其主要照亮燈具的下方區(qū)域。
這些燈具比較受歡迎，因為它們不會產(chǎn)生明顯的剌眼的眩光(隱藏式) 并照亮位于它們下方的物體。
通常要求"盒體"各個面以及頂部是氣密的，以防止周圍環(huán)境熱量通過燈 具散失到天花空洞區(qū)(ceiling cavity)中或防止房間變冷。由于燈固定在盒體 中，光源產(chǎn)生的大部分熱量被圈在了盒體內(nèi)，這是因為盒體中的空氣受熱上 升并被圈在了盒體內(nèi)。通常需要在盒體周圍天花空洞區(qū)內(nèi)進(jìn)行專門的隔離以 防止著火。
盒體內(nèi)的環(huán)境用于固態(tài)照明不理想。例如LED的能量和使用壽命明顯優(yōu) 越于白熾和熒光光源，然而LED在高溫環(huán)境下不能很好工作。與其他所提到 的光源的幾個月或l-2年使用壽命相反，LED光源的工作壽命為幾十年。然 而，如果LED工作在高溫環(huán)境下，它的使用壽命明顯縮短。如果想要使用 100， 000小時的話，通常LED的結(jié)溫(junction temperature)不能超過70 度。
高效的單個LED光源通常根據(jù)LED晶片的大小為每個源(LED晶片或 燈)提供3到50流明的光。典型的隱藏式聚光燈采用60W白熾燈泡提供大約500流明的光，因此可認(rèn)為要通過LED提供類似光量，將需要多個LED 光源。
要使采用"小晶片"(通常為300平方毫米)來提供類似光量，將需要大 約200個晶片，或者說需要用10-20個大"功率"晶片(通常約1平方毫米)。
為此， 一直努力發(fā)展可在各種應(yīng)用中用固態(tài)發(fā)光體來替代白熾燈、熒光 燈以及其他發(fā)光裝置的方式。此外，在已使用發(fā)光二極管(或其他固態(tài)發(fā)光 體)的地方， 一直努力提供如就能效方面、顯色指數(shù)(CRIRa)、對比度、 功效(lm/W)、成本和/或使用期限而言改善的發(fā)光二極管(或其他固態(tài)發(fā) 光體)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明第一方面中，提供了一種照明裝置，其包括至少--個熱傳導(dǎo)元 件、多個固態(tài)發(fā)光體、和至少一個反射元件，其中所述固態(tài)發(fā)光體和所述反 射元件裝配在所述熱傳導(dǎo)元件上。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的-一些實施例中，所述熱傳導(dǎo)元件具有至少一個
傳導(dǎo)元件開口。在這些實施例的某些實施例中，所述熱傳導(dǎo)元件圍繞所述傳 導(dǎo)元件開口。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的一些實施例中，所述反射元件裝配在所述熱傳 導(dǎo)元件的第二部分上。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的一些實施例中，第二反射元件安置在熱傳導(dǎo)元
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的一些實施例中，所述熱傳導(dǎo)元件的第三部分接 觸結(jié)構(gòu)表面(construction surface)的接觸區(qū)域，所述結(jié)構(gòu)表面具有至少一個 結(jié)構(gòu)表面開口，所述接觸區(qū)域圍繞所述結(jié)構(gòu)表面開口
在根據(jù)本發(fā)明第-』方面的一些實施例中，所述熱傳導(dǎo)元件的第四部分暴 露于環(huán)境空氣中。
在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種照明裝置，其包括至少一個熱傳導(dǎo) 元件、多個固態(tài)發(fā)光體和至少一個反射元件，其中所述熱傳導(dǎo)元件具有至少一個傳導(dǎo)元件開口，并且其中所述固態(tài)發(fā)光體和所述反射元件裝配在熱傳導(dǎo)
元件的第一側(cè)邊(first side)上。
在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種照明裝置，其包括至少一個熱傳導(dǎo) 元件、多個固態(tài)發(fā)光體和至少一個反射元件，其中所述熱傳導(dǎo)元件具有至少 一個傳導(dǎo)元件開口，其中所述熱傳導(dǎo)元件的第一側(cè)邊的第一部分接觸結(jié)構(gòu)表 面的接觸區(qū)域，所述接觸區(qū)域圍繞反射元件伸入的開口，且其中所述固態(tài)發(fā) 光體和所述反射元件裝配在所述熱傳導(dǎo)元件的第一側(cè)邊上。
在本發(fā)明的第四方面中，提供了一種照明裝置，其包括至少一個熱傳導(dǎo) 元件和多個固態(tài)發(fā)光體，其中所述熱傳導(dǎo)元件的第一側(cè)邊的第一部分接觸結(jié) 構(gòu)表面的接觸區(qū)域，其中所述固態(tài)發(fā)光體裝配在所述熱傳導(dǎo)元件的第--側(cè)邊 的第二部分..匕且其中所述熱傳導(dǎo)元件的第二側(cè)邊暴露于環(huán)境空氣中。
在根據(jù)本發(fā)明的--些實施例中，所述照明裝置還包括覆蓋所述傳導(dǎo)元件 開口的光傳輸板，使得任一個所述固態(tài)發(fā)光體發(fā)出的光以及通過傳導(dǎo)元件開 口的光必須通過所述光傳輸板。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，所述熱傳導(dǎo)元件的第一側(cè)邊是第一表面， 所述熱傳導(dǎo)元件的第二側(cè)邊是第二表面，所述第一表面和所述第二表面大致 相互平行，并且相互間隔開一段距離，該距離不大于所述第二表面上任意兩 點間的最大距離的10%。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，所述照明裝置還包括至少一個屏蔽體， 其從所述熱傳導(dǎo)元件的第一側(cè)邊伸出并遠(yuǎn)離所述熱傳導(dǎo)元件的第二側(cè)邊。
本發(fā)明的一個優(yōu)選方案中，提供了一種燈具，其采用了固態(tài)發(fā)光體(如 LED)，并且其可裝配在房間里(如天花板上)，其中所述固態(tài)發(fā)光體的熱 量有效地傳送到房屋環(huán)境中，(為減少眩光)固態(tài)發(fā)光體的直觀(direct view) 是模糊不清的，和/或在光線離開燈具而進(jìn)入房間前和/或同時對其進(jìn)行校準(zhǔn) 和/或混合和/或濾光。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選方面中，提供了一種采用固態(tài)發(fā)光體(如LED)的 燈具，其在美學(xué)觀點上是吸引人的，并且其可隱藏到天花板(或其他結(jié)構(gòu)表 面如墻面或地板)中。在根據(jù)本發(fā)明的具體實施例中，這種照明燈具令人滿意地減少了眩光，具有"暖"色溫，高CRIRa，很長的使用壽命，降低著火的 危險(或微乎其微的火災(zāi)危險)，能效高和/或易于安裝。
參照附圖和以及下面對本發(fā)明的詳細(xì)說明可以更全面地理解本發(fā)明。


圖1是傳統(tǒng)隱藏式燈具的透視圖2是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的代表性實施例的剖視圖； 圖3是沿圖2中所示的平面Ill-Ill的視圖4是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的一個實施例的底部透視圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的另一實施例的剖視圖； 圖6是可用于根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的發(fā)光元件的透視圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置電連接到電源的示意圖8是顯示了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置電連接到光電能量收集裝置的示意
圖9是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的另一代表性實施例的剖視圖10是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的另一代表性實施例的透視圖11是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的另一代表性實施例的透視圖12是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的另一代表性實施例的透視圖13是根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的另一代表性實施例的透視圖14是可用于根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的發(fā)光元件的第二實施例的透視
圖15是可用于根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的發(fā)光元件的第三實施例的透視圖。
具體實施例
如上所述，在本發(fā)明的第一、第二和第三方面中提供了照明裝置，各個 照明裝置包括至少一個熱傳導(dǎo)元件、多個固態(tài)發(fā)光體和至少一個反射元件。在本發(fā)明的第四方面，提供了一種照明裝置，其包括至少一個熱傳導(dǎo)元件和 多個固態(tài)發(fā)光體。
至少一個熱傳導(dǎo)元件可山任何材料制成，所述材料具有好的熱傳導(dǎo)性以 及其他適當(dāng)?shù)毓ぷ饔诃h(huán)境屮所必需要的屬性，其中使用它和根據(jù)其設(shè)計如結(jié) 構(gòu)硬度、耐磨損及耐腐蝕性等。在可構(gòu)造熱傳導(dǎo)元件的適合的材料中，鋁可 作為一個代表性示例。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，熱傳導(dǎo)元件具有至少一個傳導(dǎo)元件開口。 在其中某些實施例中，熱傳導(dǎo)元件圍繞傳導(dǎo)元件開口。
例如，圖2、 4和9-12 (以下詳細(xì)描述)各自示出的照明裝置包括熱傳 導(dǎo)元件，其具有傳導(dǎo)元件開口并圍繞該傳導(dǎo)元件開口。
在根據(jù)本發(fā)明的-一些實施例中，例如，如圖13所示的照明裝置(以下詳 細(xì)描述)，熱傳導(dǎo)元件具有至少一個傳導(dǎo)元件開口但不圍繞傳導(dǎo)元件開口。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，例如，如圖2， 4和9所示的照明裝置， 熱傳導(dǎo)元件一般是環(huán)面的(toroidal)。這里所用的表達(dá)"環(huán)面的"與其傳統(tǒng)用 法一致，指可由平面閉合曲線繞與曲線位于相同的平面但不與該曲線相交的 直線旋轉(zhuǎn)而成的形狀。即，表達(dá)"環(huán)面的"包含甜甜圈(doughnut)形狀，其 通過將圓環(huán)圍繞與該圓環(huán)處于相同平面內(nèi)的直線旋轉(zhuǎn)而得到形狀，以及通過 將正方形、三角形、不規(guī)則(抽象)的形狀圍繞與其處于相同平面內(nèi)的直線 旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的形狀。表達(dá)"大致大致環(huán)面的"(其包含"環(huán)面的")意指該結(jié)構(gòu) 上每點的y坐標(biāo)在通過將這點的x坐標(biāo)插入到環(huán)面公式里獲得的值的0.95至 1.05倍范圍內(nèi)。
如本文所用到的術(shù)語"大致"，如表達(dá)"大致氣密的"、"大致平行的"、"大 致環(huán)形的"、"大致透明的"、"大致圓錐形的"、"大致截頭圓錐形的"、"大致 圓柱形的"、"大致半球形的"、"大致同軸的"等，意指至少大約95%對應(yīng)于所 述的特征，如，
表達(dá)"大致氣密"意指大致氣密的結(jié)構(gòu)，其可透過的空氣量不超過透過開 口而進(jìn)入的空氣量的5%;表達(dá)"大致平行"意指兩條直線(或兩個平面)彼此交叉的角度至多為90 度的5%，即4.5度；
表達(dá)"大致環(huán)形"意指該結(jié)構(gòu)上每點的y坐標(biāo)在通過將這點的x坐標(biāo)插入 到環(huán)形公式里獲得的值的0.95至1.05倍范圍內(nèi)；
表達(dá)"大致圓錐形的"意指該結(jié)構(gòu)上每點的y坐標(biāo)在通過將這點的x坐標(biāo) 插入到錐形公式里獲得的值的0.95至1.05倍范圍內(nèi)；
表達(dá)"大致截頭圓錐形的"意指結(jié)構(gòu)上每點的y坐標(biāo)在通過將這點的x坐 標(biāo)插入到截頭圓錐形公式里獲得的值的0.95至1.05倍范圍內(nèi)；
表達(dá)"大致圓柱形的"意指結(jié)構(gòu)上每點的y坐標(biāo)在通過將這點的x坐標(biāo)插 入到圓柱形公式里獲得的值的0.95至1.05倍范圍內(nèi)；
表達(dá)"大致同軸的"意指第-一大致圓形軌跡的每點上的y坐標(biāo)在通過將 這點的x坐標(biāo)插入到第-一圓形的公式里獲得的值的0.95至1.05倍范圍內(nèi)，第 二大致圓形軌跡的每點上的y坐標(biāo)在通過將這點的x坐標(biāo)插入到第二圓形的 公式里獲得的值的0.95至1.05倍范圍內(nèi)，并且第一圓形的中心與第二圓形的 中心之間的距離不超過其中---個圓形半徑的5%;
表達(dá)"大致半球形的"意指半球形可用公式x々aVy2/1^1畫出，其中y20， 并且可畫出假想軸，其中結(jié)構(gòu)上每點的y坐標(biāo)在通過將這點的x坐標(biāo)插入到 此公式所得到的值的0.95至1.05倍范圍內(nèi)；且
表達(dá)"大致透明"意指進(jìn)入結(jié)構(gòu)的光的至少95%通過該結(jié)構(gòu)并從其對側(cè)透出。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，熱傳導(dǎo)元件具有至少一個傳導(dǎo)元件開口 。 例如，如果熱傳導(dǎo)元件是大致環(huán)面的，則該環(huán)面具有傳導(dǎo)元件開口。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，熱傳導(dǎo)元件是大致環(huán)形的。在根據(jù)本發(fā) 明的一些實施例中，熱量傳導(dǎo)元件具有從中散失熱量的第二側(cè)邊。在這種實 施例中的一些實施例中，為更好地散熱，在傳熱量導(dǎo)元件的第二側(cè)邊設(shè)有--組散熱片(或稱為隱藏式狹槽)以增加第二側(cè)邊的表面積。在一些實施例中， 作為備選或除設(shè)有這組散熱片之外，第二側(cè)邊還可經(jīng)覆蓋、處理、粗糙化或組成圖案以進(jìn)一步增加其表面積和/或減少其熱變電阻，便還可提供令人舒適 的外觀。
通常，根據(jù)本發(fā)明可采用任何需要的固態(tài)發(fā)光體或發(fā)光體。本領(lǐng)域技術(shù) 人員知道并且已經(jīng)使用過各種這類發(fā)光體。這類固態(tài)發(fā)光體包括無機和有機 光發(fā)光體。這種發(fā)光體的類型的例子包括各種各樣的發(fā)光二極管(無機或有
機的)，包括聚合體發(fā)光二極管(PLED))、激光器二極管、薄膜場致發(fā)光 裝置、發(fā)光聚合體(LEP)，每類裝置的各種形式是本領(lǐng)域眾所周知的(因 此不必要詳細(xì)描述這類裝置和/或制成這種裝置的材料)。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，至少一個固態(tài)發(fā)光體是LED。
發(fā)光二極管是眾所周知的將電流轉(zhuǎn)換成光的半導(dǎo)體裝置。各種發(fā)光二極 管越來越多地用于不同領(lǐng)域，從而擴大了其使用范圍。
更具體地說，發(fā)光二極管是半導(dǎo)體設(shè)備，當(dāng)p-n節(jié)結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生電勢差時， 其可發(fā)光(如紫外光、可見光、紅外光)。存在若干公知的方法制造發(fā)光二極 管及許多相關(guān)的結(jié)構(gòu)，并且本發(fā)明可采用任何這種裝置。例如，Sze的現(xiàn)代 半導(dǎo)體裝置物理學(xué)(2dEd.1981)中第12-14章以及Sze的現(xiàn)代半導(dǎo)體裝置物 理學(xué)(1998)的第7章描述了各類光子學(xué)裝置，其中包括發(fā)光二極管。(Chaptei"s 12-14 of Sze, Physics of Semiconductor Devices, (2d Ed. 1981) and Chapter 7 of Sze， Modem Semiconductor Device Physics (1998))。
這里所用的表達(dá)"發(fā)光二極管"指基本半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)(即芯片)。通 常所知道的并且市場可購得的(例如)電子裝置商店中售出的"LED"通常 以由若干部件組成的"封裝"件出現(xiàn)。這些封裝件通常包括如(但不限于)
發(fā)明者安東尼·保羅·范德溫 申請人:科銳Led照明科技公司