專利名稱：Led燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下文涉及光照技術(shù)、照明技術(shù)、固態(tài)照明技術(shù)和相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
白熾燈和鹵素?zé)舫Ｒ?guī)地用作全向和定向光源。全向燈預(yù)期在遠(yuǎn)場(遠(yuǎn)離燈大于I米)中較寬角度上提供基本一致的強(qiáng)度分布，并且找到多種應(yīng)用，例如在桌燈、臺(tái)燈、裝飾燈、枝形吊燈、天花板燈具和其中期望光在所有方向上的一致分布的其它應(yīng)用中。參照?qǐng)D1，描述了一種坐標(biāo)系，其在本文中用于描述由白熾燈或更通常地由預(yù)期產(chǎn)生全向光照的任何燈所生成的光照的空間分布。該坐標(biāo)系為球面坐標(biāo)系類型，并且參考白熾A-19型燈L示出。出于描述遠(yuǎn)場光照分布的目的，燈L可被認(rèn)為位于點(diǎn)LO處，其可例如與白熾燈絲的位置重合。適應(yīng)在地理技術(shù)中常規(guī)采用的球面坐標(biāo)表示法，可通過高度或緯度坐標(biāo)和方位角或經(jīng)度坐標(biāo)來描述光照方向。然而，不同于地理技術(shù)慣例，這里所用的高度或緯度坐標(biāo)采用范圍
，其中:Θ =0°對(duì)應(yīng)于“地理北”或“N”。這是方便的，因?yàn)槠湓试S沿著方向θ=0°的光照對(duì)應(yīng)于指向前的光。北向，即方向θ=0°，在本文中也被稱作光軸。使用這種表示法，Θ =180°對(duì)應(yīng)于“地理南”或“S”，或者在光照情況下指向后的光。高度或緯度θ=90°對(duì)應(yīng)于“地理赤道”，或者在光照情形下指向側(cè)面的光。繼續(xù)參考圖1，對(duì)于任何給定的高度或緯度，還可限定方位角或經(jīng)度坐標(biāo)Φ，其在任何地方都正交于高度或緯度Θ。根據(jù)地理表示法，方位角或經(jīng)度坐標(biāo)θ具有范圍
ο將意識(shí)到，在精確地北或南，即在θ=0°或在θ=180° (換言之，沿著光軸)，方位角或經(jīng)度坐標(biāo)沒有意義，或者可能更精確地能夠認(rèn)為是簡并的。另一“特殊”坐標(biāo)是θ=90°，其限定橫向于光軸的平面，該平面包含光源(或更精確地，包含用于遠(yuǎn)場計(jì)算的光源的標(biāo)稱位置，例如點(diǎn)L0)。實(shí)際上，在整個(gè)縱向跨距Φ =
上實(shí)現(xiàn)一致的光強(qiáng)度通常不難，因?yàn)橹庇^地將光源構(gòu)造為繞光軸(即繞軸線θ=0° )旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。例如，白熾燈L合適地采用位于坐標(biāo)中心LO處的白熾燈絲，其可被設(shè)計(jì)成發(fā)射基本全向光，從而相應(yīng)于任何緯度的方位角Θ提供一致的強(qiáng)度分布。然而，相應(yīng)于高度或緯度坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)理想的全向強(qiáng)度通常是不現(xiàn)實(shí)的。例如，燈L被構(gòu)造為裝配到標(biāo)準(zhǔn)的“愛迪生燈座”燈具中，并且為此目的，白熾燈L包括帶螺紋的愛迪生燈座EB，其可例如為Ε25、Ε26或Ε27燈座，其中，數(shù)字表示以毫米計(jì)的燈座EB上的螺絲圈的外徑。愛迪生燈座EB (或更通常地，位于光源“后方”的任何功率輸入系統(tǒng))在光軸上位于光源位置LO “后方”，且因此阻擋了向后發(fā)射的光(即，阻擋了沿著南緯度即沿著θ=180°的光照)，并且因此，白熾燈L不能相應(yīng)于緯度坐標(biāo)提供理想的全向光。商業(yè)白熾燈，例如60W軟白白熾燈(美國紐約的通用電氣公司)易于構(gòu)造，其在緯度跨距θ=
上提供在該緯度范圍上一致地在平均強(qiáng)度的+20%內(nèi)的強(qiáng)度。通過與白熾燈和鹵素?zé)粝啾容^，諸如發(fā)光二極管(LED)設(shè)備的固態(tài)發(fā)光技術(shù)在性質(zhì)上為高度定向的，因?yàn)樗鼈優(yōu)閺膬H僅一側(cè)發(fā)射的平面設(shè)備。例如，帶有或不帶有封裝的LED設(shè)備通常以具有以下強(qiáng)度的定向朗伯空間強(qiáng)度分布發(fā)射:在范圍θ=
內(nèi)隨C0S(e)變化且對(duì)于θ>90°具有零強(qiáng)度。半導(dǎo)體激光器在性質(zhì)上甚至更加定向，并且確實(shí)發(fā)射可描述為實(shí)質(zhì)上限于約θ=0°窄錐角的指向前的光束的分布。因此，向固態(tài)照明提供類似典型白熾燈的外觀是有挑戰(zhàn)性的。與固態(tài)照明相關(guān)聯(lián)的另一挑戰(zhàn)為，不同于白熾燈絲，LED芯片或其它固態(tài)照明設(shè)備通常不能使用標(biāo)準(zhǔn)的Iiov或220V交流電高效地操作。而是，通常提供機(jī)載電子器件來將交流輸入功率轉(zhuǎn)變?yōu)榉挠隍?qū)動(dòng)LED芯片的較低電壓的直流功率。作為備選，足量的一系列LED芯片串可在IlOV或220V下直接操作，并且?guī)в泻线m極性控制(例如，齊納二極管)的此類串的平行布置能以IlOV或220V交流功率操作，盡管以顯著減小的功率效率。在任一情況下，與在一體式白熾或鹵素?zé)糁惺褂玫暮唵螑鄣仙鸁糇啾龋娮悠骷?gòu)成燈座的額外構(gòu)件。因此，對(duì)于固態(tài)照明，需要空間吸收電子包裝，從而進(jìn)一步使本領(lǐng)域技術(shù)人員提取全向光照的能力復(fù)雜化。固態(tài)照明的另一挑戰(zhàn)為對(duì)散熱的需求。與白熾或鹵素?zé)艚z相比，LED設(shè)備在性能和可靠性方面是高度溫度敏感的。這通過放置與LED設(shè)備接觸或以其它方式成良好熱接觸的散熱材料質(zhì)量體(即，散熱器)來解決。散熱器占據(jù)的空間阻擋了所發(fā)射的光且因此進(jìn)一步限制了生成全向LED基燈的能力。當(dāng)LED燈被約束為當(dāng)前法規(guī)限制(ANS1、NEMA等)的物理大小時(shí)，這種限制增強(qiáng)，當(dāng)前法規(guī)限制為所有燈構(gòu)件限定最大尺寸，包括光源、電子器件、光學(xué)元件和熱管理器。同樣，散熱器要求可使提供全向照明的目標(biāo)復(fù)雜化。簡言之，電子器件與散熱器的組合導(dǎo)致了阻擋“向后”光照的較大燈座，這迄今顯著地限制了使用LED替換燈生成全向光照的能力。

發(fā)明內(nèi)容
在下文中總結(jié)本公開的各種細(xì)節(jié)以提供基本理解。該總結(jié)不是本公開的廣泛概述，并且不意圖識(shí)別本公開的某些元件，也不意圖描畫本公開的范圍。而是，該總結(jié)的主要目的是在下文中給出更詳細(xì)的描述之前以簡化形式給出本公開的某些概念。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，描述了一種燈，其包括至少基本中空的柱狀主體。多個(gè)發(fā)光二極管安置于柱狀主體上。多個(gè)翅片也安置于柱狀主體上。燈座部件包括于柱狀主體的第一端且提供用于電連通的裝置。電子模塊存在于柱狀主體內(nèi)，與燈座部件電連通，用于將交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鳌８鶕?jù)又一實(shí)施例，提供了一種具有細(xì)長中空多邊形主體的燈。主體可由具有大于100 W/mK的熱導(dǎo)率的材料組成。翅片從主體的每個(gè)拐角沿徑向延伸。至少一個(gè)發(fā)光二極管安裝到主體的每一側(cè)。螺絲或楔形燈座連接器閉合主體的第一端，且第二端開放。電子模塊安置在主體內(nèi)，與連接器和發(fā)光二極管電連通。燈具有大體A19輪廓。根據(jù)另一實(shí)施例，公開了一種制造燈的方法。該方法包括擠出細(xì)長中空主體，其由具有大于100 W/mK的熱導(dǎo)率的材料組成。擠出主體被切割為預(yù)定長度，并且至少一個(gè)發(fā)光二極管附連到該主體。還提供適合于向發(fā)光二極管提供功率的電路。材料可具有大于約170 W/mK的熱導(dǎo)率。多個(gè)一體式徑向延伸的翅片可與主體共擠出。


本發(fā)明可采取各種構(gòu)件和構(gòu)件布置以及各種過程操作和過程操作布置的形式。附圖僅僅出于說明實(shí)施例的目的，而不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明。圖1參考常規(guī)白熾燈泡示意性地示出在本文中用于描述光照分布的坐標(biāo)系。圖2為本燈的透視 圖3為圖2的燈的透視圖，其中移除了光學(xué)器件；以及 圖4為本燈的備選方案的頂視圖。
具體實(shí)施例方式在下文中結(jié)合附圖描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或?qū)嵤┓绞?，在所有附圖中相同標(biāo)號(hào)用于指代相同元件，且其中各個(gè)特征未必按比例繪制。LED替換燈的性能可由其使用壽命來量化，如由其流明維持和其隨時(shí)間流逝的可靠性來確定。白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ＞哂性诖蠹s1000至5000小時(shí)的范圍內(nèi)的壽命，而LED燈能夠大于25，000小時(shí)和可能長達(dá)100，000小時(shí)或更長。用來生成光子的半導(dǎo)體材料中的p-n結(jié)的溫度為決定LED燈的壽命的重要因素。在大約100°c或更低的溫度下實(shí)現(xiàn)長的燈壽命，而在150°c或更高的溫度下出現(xiàn)顯著更短的壽命，在中間溫度有壽命的漸變。大約在2009年，在典型高亮度LED的半導(dǎo)體材料中耗散的功率密度(約I瓦，約50-100流明，約1X1平方毫米)為約100 Watt/cm2。相比而言，在陶瓷金屬鹵化物(CMH)電弧管的陶瓷封殼中耗散的功率通常為約20-40 W/cm2。然而，CMH燈中的陶瓷在其最熱點(diǎn)以約1200-1400K操作，LED設(shè)備的半導(dǎo)體材料應(yīng)在約400K或更低溫度下操作，盡管具有高于CMH燈2倍的功率密度。在燈中的熱點(diǎn)與功率必須被耗散到的周圍環(huán)境之間的溫差在CMH的情況下為約1000K，但對(duì)于LED燈僅為約100K。因此，對(duì)于LED燈，熱管理必須比對(duì)于典型HID燈更加高效約十倍。目前公開的燈提供了以下系統(tǒng):其能夠充分散熱，以利用在可接受溫度水平下操作的半導(dǎo)體光源的長壽命，且實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)白熾燈(例如，Θ-135° )基本相等的光分布?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2和圖3，描繪了 LED燈的一個(gè)實(shí)施例。燈10包括細(xì)長的柱狀主體12。柱狀主體12可由任何導(dǎo)熱材料例如金屬或?qū)崽沾蓸?gòu)成。柱狀主體12為基本中空的且包括開口頂部14，開口頂部14便于從燈10出來的熱的自然對(duì)流。多個(gè)發(fā)光二極管(LED) 16安置于柱狀主體12的外表面上。LED可為在從紅到紫外波長發(fā)光的半導(dǎo)體照明中使用的任何類型。此外，LED可選擇為使得燈生成飽和顏色的光，其混合(例如，紅色、藍(lán)色、綠色LED)而產(chǎn)生白光，或者可經(jīng)由帶有磷光體的LED生成白光，磷光體由LED所發(fā)出的光的波長激發(fā)。多個(gè)熱翅片(heat fin) 18安置于柱狀主體12的外表面上。來自LED的熱通過柱狀主體12傳輸?shù)匠崞?8且耗散，以保持LED的結(jié)溫度足夠低以確保長壽命。熱翅片可具有例如在1.0毫米與5.0毫米之間的厚度，以提供充分的表面積和截面積用于散熱。對(duì)于具體的制造技術(shù)，例如，機(jī)械加工、鑄造、注射模制或者該行業(yè)中已知的其它技術(shù)，可期望最
小厚度。有利地，如果翅片與柱狀主體一體地?cái)D出，則在切割成長度和翅片形狀之后，可使用擠出工藝來制造柱狀主體(散熱器)的這種設(shè)計(jì)。大部分金屬制品目前經(jīng)由壓鑄制成，其將材料的選擇約束為最大傳導(dǎo)率小于100 W/mK的那些。壓鑄還考慮到各種模具類型中的脫模要求而約束幾何設(shè)計(jì)選擇。擠出還允許使用具有高達(dá)170 W/mK的熱導(dǎo)率的材料，例如鋁合金，并且允許直壁構(gòu)型。因此，柱狀主體可具有基本平直的側(cè)壁，并且由具有超過120W/mK或超過150 W/mK的熱導(dǎo)率的材料構(gòu)成。翅片形狀優(yōu)選地圍繞光源漸縮，且其最小寬度在0° (燈上方)和135° (燈下方)以便不完全阻擋發(fā)出的光。期望提供充分的表面積以耗散來自LED光源的熱量。熱翅片的數(shù)量通常將由耗散LED光源和燈中的電子構(gòu)件所生成的熱所需的熱翅片表面積來確定。例如，60W白熾替換LED燈可消耗大致IOW的功率，其中大約80%必須由散熱器耗散以保持LED和電子構(gòu)件在足夠低的溫度以確保長壽命產(chǎn)品。作為一般的經(jīng)驗(yàn)法則，可能期望每個(gè)LED有一翅片。當(dāng)然，由于LED效率改進(jìn)和/或柱狀主體/翅片材料的熱導(dǎo)率改進(jìn)，翅片的數(shù)量可減少。高反射率(>70%)翅片表面可用于改進(jìn)光輸出。由于在LED燈中的LED光源、光學(xué)材料、磷光體、封殼和散熱器材料之間常常存在多次反彈，因而反射對(duì)于燈的總體光學(xué)效率具有倍增效果。鏡面翅片也可在某些應(yīng)用中適合于使縱向強(qiáng)度分布中的峰平緩。光學(xué)器件20安置于相鄰翅片18之間且與LED 16重疊。光學(xué)器件可包括磷光體和/或光散射材料。就此而言，楔形光學(xué)覆蓋物可放置于LED上方以用于多種可能的目的，例如以提供類似于標(biāo)準(zhǔn)白熾技術(shù)的更彌漫性發(fā)射，或者以提供可由藍(lán)或紫LED光激勵(lì)的遠(yuǎn)處磷光體。此類覆蓋物通過遠(yuǎn)離LED而可較冷地運(yùn)行，從而避免熱和光劣化，同時(shí)還提供較寬角度光發(fā)射，其在上/下(軸向)方向上提供良好的覆蓋。電子器件22包含于柱狀主體12內(nèi)，與愛迪生螺絲燈座24 (備選地，可采用楔形燈座)電連通，以接收交流電流并向LED 16提供直流電流。電子模塊可通過線、導(dǎo)電跡線或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它機(jī)構(gòu)而電聯(lián)接到LED。在備選實(shí)施例中，電子模塊可存在于電連接器內(nèi)，在此實(shí)施例中愛迪生螺絲燈座。電子模塊可為帶有將交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鞯碾娐返挠∷㈦娐钒濉，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，示出微小備選實(shí)施例，其中翅片18延伸到中空柱狀主體12的內(nèi)部體積內(nèi)。更特定而言，翅片18包括在中心點(diǎn)28處配合的延伸區(qū)域26。這種構(gòu)造可提供增加的物理強(qiáng)度。LED和翅片可圍繞柱狀主體沿徑向基本均勻地間隔開。燈柱狀主體的截面可呈例如圓形、三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形、十一邊形或十二邊形的形式。燈可包括在所述柱狀主體的每個(gè)面上在一對(duì)合作翅片之間的至少一個(gè)二極管。在某些實(shí)施例中，單個(gè)LED存在于每個(gè)面上。在非圓形柱狀主體的情況下，一個(gè)翅片將定位于柱狀主體的每個(gè)拐角上。在LED安裝于翅片之間的情況下，熱可高效地傳導(dǎo)至翅片，翅片被布置成以對(duì)光最少的阻擋來提供對(duì)周圍(冷)空氣的高程度暴露。在某些實(shí)施例中，光學(xué)器件優(yōu)先垂直于柱狀主體的細(xì)長軸線引導(dǎo)光。這是有益的，因?yàn)閺捻斠晥D，所有LED發(fā)出可見光，而在θ=90°，大約僅僅兩個(gè)柱狀主體側(cè)在翅片之間直接可見(對(duì)于所描繪的八邊設(shè)計(jì))。因此，僅僅兩個(gè)LED有助于此方位的燈亮度。光經(jīng)由光學(xué)器件的優(yōu)先方向可改進(jìn)燈的光分布的一致性。本燈有利地I)具有類似于熟悉的Α19燈的形狀；2)提供大量開放的表面積用于以對(duì)光最少的阻擋進(jìn)行冷卻；以及3)在所有方向上投射光，而沒有在該行業(yè)中目前普遍存在的遮蔽問題。對(duì)于大部分臺(tái)燈或裝飾性浴室/枝形吊燈照明而言，周圍溫度被認(rèn)為在25°C，但40°C和以上的周圍溫度是可能的，特別是在封閉發(fā)光體或在天花板使用中。即使周圍溫度升高，LED燈的結(jié)溫度(Tg)也應(yīng)保持低于100°C，以為了可接受的性能。對(duì)于所有LED，在熱墊(hot pad)溫度(Ts)與T結(jié)之間存在熱阻，通常在5°C至15°C左右。理想地，期望T結(jié)溫度小于100°C,期望TgiU度小于85°C。在閱讀和理解前述詳細(xì)描述后，其他人將會(huì)想到修改、更改和組合。本發(fā)明意圖被解釋為包括所有這樣的修改和更改，只要它們落在所附權(quán)利要求或其等同方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燈，包括:至少基本中空的柱狀主體；安置于所述柱狀主體上的多個(gè)發(fā)光二極管；安置于所述柱狀主體上的多個(gè)翅片；燈座部件，其安置于所述柱狀主體的第一端且提供用于電連接的裝置；以及電子模塊，其安置于所述柱狀主體內(nèi)且與所述燈座部件電連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述柱狀主體的第二端為開放的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，還包括與所述二極管重疊的光分散光學(xué)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燈，其特征在于，所述光學(xué)元件包括磷光體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述二極管圍繞所述柱狀主體沿徑向基本均勻地間隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燈，其特征在于，所述翅片基本等距地安置在所述二極管之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述柱狀主體包括下列截面之一:四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形、十一邊形或十二邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燈，其特征在于，至少一個(gè)二極管存在于所述柱狀主體的每個(gè)面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燈，其特征在于，一個(gè)翅片存在于所述柱狀主體的每個(gè)拐角上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燈，其特征在于，單個(gè)二極管存在于每個(gè)面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述柱狀主體和所述翅片由具有大于100W/mK的熱導(dǎo)率的材料組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燈，其特征在于，包括:單個(gè)光學(xué)元件安置在每個(gè)相鄰翅片之間，與所述二極管重疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述燈座部件包括愛迪生螺絲燈座或楔形燈座。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其特征在于，所述電子模塊包括印刷電路板，其包括用于將交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流的電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燈，其特征在于，所述光學(xué)元件優(yōu)先地基本垂直于所述柱狀主體的細(xì)長軸線引導(dǎo)光。
16.—種燈，包括:由具有大于100 W/mK的熱導(dǎo)率的材料組成的細(xì)長中空多邊形主體；從所述主體的每個(gè)拐角沿徑向延伸的翅片；安裝至所述主體的每一側(cè)上的發(fā)光二極管；閉合所述主體的第一端的螺絲或楔形燈座連接器；開放的所述主體的第二端；電子模塊，其安置在所述主體內(nèi)，與所述連接器和所述發(fā)光二極管電連通；所述燈具有大體A19輪廓。
17.一種制造燈的方法，包括:擠出細(xì)長中空主體，所述主體由具有大于100 W/mK的熱導(dǎo)率的材料組成；將所述主體切割為預(yù)定長度；將至少一個(gè)發(fā)光二極管附連到所述主體；以及提供適用于向所述發(fā)光二極管提供功率的電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述材料具有大于約150W/mK的熱導(dǎo)率。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述主體包括多個(gè)一體式徑向延伸的翅片。
20.根據(jù)權(quán)利要求2 0所述的方法，其特征在于，所述主體具有基本平直的側(cè)壁。
全文摘要
一種燈(10)具有基本中空的柱狀主體(12)。多個(gè)發(fā)光二極管(16)安置于柱狀主體(12)上。多個(gè)翅片(18)也安置于柱狀主體(12)上。燈座部件(24)包括于柱狀主體(12)的第一端且提供用于電連接的裝置。電子模塊(22)包括于柱狀主體(12)內(nèi)，與燈座部件(24)連通，用于將交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鳌?br> 文檔編號(hào)F21K99/00GK103180659SQ201180054064
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者G.H.金茲勒 申請(qǐng)人:通用電氣照明解決方案有限責(zé)任公司