專利名稱：具有光導和集成熱導的固態(tài)燈的制作方法
具有光導和集成熱導的固態(tài)燈
背景技術：
在工業(yè)、消費品和建筑照明應用中，照明的能量效率已成為一個重要的考量因素。隨著固態(tài)燈技術的發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)已變得比熒光燈更具能量效率。此外，市場對于白熾燈、熒光燈和高強度放電燈具有龐大的已建立的裝置基礎。由于LED的固有點光源特性，并且需要以相對低的溫度操作，故這些類型的應用對于LED提出了重大的技術挑戰(zhàn)。現(xiàn)今有許多解決方案來解決這些問題，包括風扇、散熱片、熱管等等。然而，這些方法因增加復雜性、成本、效率損失、增加的故障模式和不可取的形狀系數(shù)而限制了應用。仍需要尋找能以吸引人的制造成本和設計提供光學和電學效率優(yōu)點的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的燈包括光源、光導和熱導。光導耦合到光源以接收和分布來自光源的光，而熱導則與光導集成用于從光源提供熱傳導以冷卻燈。在一個實施例中，所述光導呈錐形，以提高光分布的效率。在另一個實施例中，所述熱導具有與內(nèi)部翅片相連接的外殼，并且所述外殼可以具有反射涂層，以用于在所述光導后方提供后反射器。


附圖并入本說明書中并構成本說明書的一部分，而且它們結合具體實施方式
闡明本發(fā)明的優(yōu)點和原理。在這些附圖中，圖1是示出具有 光導和集成熱導的固態(tài)光源的示意圖；圖2是使用光導的固態(tài)燈的橫截面?zhèn)纫晥D，該光導具有用于發(fā)射光的外部和用于冷卻的內(nèi)部；圖3是圖2的燈的俯視圖；圖4是圖2的燈的仰視圖；圖5是具有主動冷卻元件的固態(tài)燈的橫截面?zhèn)纫晥D；圖6是具有錐形光導的固態(tài)燈的分解透視圖；圖7是組裝好的圖6的燈的透視圖；圖8是圖6的燈的俯視圖；圖9是圖6的燈的仰視圖；圖10是圖6的燈中的LED組件的分解透視圖；圖11是第一錐形光導的橫截面?zhèn)纫晥D；圖12是第二錐形光導的橫截面?zhèn)纫晥D；圖13是示出了圖6的燈中的光注入的橫截面?zhèn)纫晥D；圖14是具有熱導的固態(tài)燈的分解透視圖，所述熱導具有外殼；圖15為圖14的燈的橫截面?zhèn)纫晥D；圖16是圖14的燈的俯視圖17是圖14的燈的仰視圖；圖18是圖14的燈中的第一熱導的透視圖；圖19是第一熱導的側視圖；圖20是第一熱導的俯視圖；圖21是圖14的燈中的第二熱導的透視圖；圖22是第二熱導的側視圖；圖23是第二熱導的俯視圖；圖24是示出了圖14的燈中的光注入的橫截面?zhèn)纫晥D；圖25是光導的第一提取圖案；以及

圖26是光導的第二提取圖案。
具體實施例方式圖1是示出燈10的部件的示意圖，該燈具有電力電路12、固態(tài)光源14和包括光導16和集成熱導18的熱光導。電力電路12接收來自電源的電力，并提供所需的電壓和電流以驅動與光導16光連通的固態(tài)光源14。電力電路12是燈10的任選兀件,如果電源被配置成直接向燈10提供所需的電壓和電流，或者如果電路位于燈10的外部。固態(tài)光源14將光注入用于接收并分布光的光導16。光導16包括光注入、光傳播和光提取區(qū)域或元件以便分布光。熱導18與光導16集成，以便通過傳導作用從固態(tài)光源14吸熱以及通過對流作用或輻射作用或這兩者來耗散熱，從而冷卻燈10并有效地利用用于冷卻的面積和體積。熱導18包括熱采集、熱擴散和熱耗散區(qū)域或元件以便冷卻燈。通過光導和熱導的集成，本發(fā)明的實施例克服了諸如上文所述的當前固態(tài)燈概念的許多限制。固態(tài)光源14可以用例如LED、有機發(fā)光二極管(OLED)或其他固態(tài)光源實施。某些實施例可以從固態(tài)光源提供均勻分布的光?；蛘?，可以應用實施例來以特定分布控制或引導光。在一個實施例中，可以使用折射來控制所發(fā)射出的光；例如，可以使用透鏡來聚焦光或者可以使用反射器來集中或分散光。例如，在某些實施例中，燈可以產(chǎn)生光錐或光幕。透鏡可以具有透氣性以用于冷卻，并可以包括菲涅耳透鏡、棱鏡結構或小透鏡結構。在其他實施例中，可以應用衍射光學來控制或引導所發(fā)射出的光的光譜和分布。例如，可以使用衍射透鏡在特定方向上從廣泛的光分布引導成特定光分布或色彩。另外，可以使用衍射光學和折射光學的組合。固態(tài)光源可以發(fā)射多種色彩的光，以用于裝飾或其他照明效果。固態(tài)光源14與電力電路12電連接，而電力電路可以包括柔性電路或其他電路以對固態(tài)光源供電。向光源供電的電路可以包括調(diào)光電路和電子器件，用于對幫助產(chǎn)生更多所需光的頻移或色移部件加以控制，這種電子器件的實例見述于第2009/0309505號美國專利申請公開。光導16可以用例如能夠從固態(tài)光源接收光并發(fā)射光的透明或半透明材料實施。例如，光導16優(yōu)選地由光學上適宜的材料制成，例如，聚碳酸酯、諸如聚甲基丙烯酸甲酯等聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、玻璃，或者折射率足夠高的許多不同的塑性材料，以便讓光導分布光。光導可以被配置成多種形狀，例如，燈泡狀、球體、圓柱體、立方體、片狀或其他形狀。此夕卜，光導可以包括可以含有光頻移材料的基質材料，以獲得更理想的色彩，基質穩(wěn)定染料的實例在第5，387，458號美國專利中有所描述。
熱導18可以用能夠從固態(tài)光源傳導熱并耗散熱的材料實施。例如，熱導優(yōu)選地由導熱率為約lW/(m-K)至1000W/(m-K)、更優(yōu)選地為IOW/(m_K)至1000W/(m_K)、最優(yōu)選地為IOOW/(m-K)至1000W/(m-K)的材料構成。熱導通過傳導作用從固態(tài)光源吸熱，并通過對流作用或輻射作用或這兩者而使熱耗散到空氣中。任選地，熱導的部件可以包括熱管和熱虹吸管。任選地，熱導或其一部分可以包括位于固態(tài)光源的表面上的導熱涂層，例如，可以通過傳導作用和對流作用而從固定光源傳送熱的碳納米管可以涂覆到所述表面上。熱導與光導集成，表明熱導直接或間接與固態(tài)光源充分接觸，以便從固態(tài)光源傳導和耗散熱以使燈運行。例如，熱導可以從固態(tài)光源吸熱，以將光源維持在足夠冷的溫度下，從而按預期運行。熱導可以與固態(tài)光源直接物理接觸，或諸如通過上面安裝有固態(tài)光源的環(huán)或其他部件而與固態(tài)光源間接接觸。熱導也可以與光導直接物理接觸，或者經(jīng)由其他部件與其間接物理接觸?；蛘?，熱導不必與光導物理接觸，前提條件是熱導可以從固態(tài)光源傳導足夠的熱量以使燈運行。因此，熱導以接近于光導面積的至少一部分或優(yōu)選大部分或以共延伸的方式存在，或者就燈泡狀、球體或其他具有內(nèi)部體積的三維形狀而言，熱導存在于光導體積的至少一部分或優(yōu)選大部分內(nèi)。熱導可以包括導熱率增強結構，例如，金屬涂層或金屬層或傳導粒子，以有助于將固態(tài)光源產(chǎn)生的熱傳導至熱導中并沿著熱導傳導。此外，熱導可以具有對流熱增強結構，例如，翅片和微結構，以增加對流和輻射的熱傳遞系數(shù)。熱導還可以具有光學增強結構，以便增強光導的光輸出。例如，熱導可以由以下材料形成:反射材料，或者經(jīng)改性以具有反射表面的材料，例如，白漆、拋光表面或在其表面上具有薄反射材料。反射表面還可以由具有高紅外發(fā)射率的材料制成，以提高通過熱輻射而耗散周圍環(huán)境中的熱耗散。固態(tài)燈的 實例已在2009年8月4日提交的標題為“Solid State Light withOptical Guide and Integrated Thermal Guide”(具有光導和集成熱導的固態(tài)燈)的第12/535203號美國專利申請中公開。用于驅動固態(tài)燈的LED的電路的實例已在2010年7月2 日提交的標題為 “Transistor Ladder Network for Driving a Light Emitting DiodeSeries String”(用于驅動發(fā)光二極管系列串的晶體管梯形網(wǎng)絡)的第12/829611號美國專利申請中公開。具有集成熱導的光導圖2是使用光導的固態(tài)燈42的一個實施例的橫截面?zhèn)纫晥D，所述光導具有用于發(fā)射光的外部和用于冷卻的內(nèi)部。圖3和圖4分別為燈42的俯視圖和仰視圖。燈42包括光導52、集成熱導54,以及位于任選的散熱器環(huán)46上的固態(tài)光源。散熱器環(huán)46可以通過熱傳導進行操作，或者所述散熱器環(huán)具有與之相關的熱管或熱虹吸管。散熱器環(huán)包括有效連接至熱導的元件，此類元件的實例包括具有熱連接到熱導的彎曲翅片元件的環(huán)?；蛘?，固態(tài)光源可以在無散熱器環(huán)的情況下直接耦合到熱導。對于固態(tài)光源而言，燈42可以包括(例如)圍繞環(huán)46排列的LED48、50、66、68、70和72，如圖4所示。固態(tài)光源與光導52光連通；例如，固態(tài)光源可以位于光導52的邊緣中的半球狀或其他類型的凹陷內(nèi)，并可能通過使用光學透明的粘合劑而被固定?；?4被配置成連接到電源，并且所述基座可以包括電力電路，用于從電源提供所需的電壓和電流以驅動固態(tài)光源?；?4可以用(例如)與常規(guī)燈泡插座配套使用的白熾燈基座來實施，或者可以用與常規(guī)熒光燈具連接器配套使用的基座來實施。在光導52與基座44之間設置空氣通道56和58，以便通過空氣通道60而在整個熱導54上實現(xiàn)自由對流。在此示例性實施例中，熱導用金屬翅片54、62和64來實施，如圖3所示。翅片與光導52集成，如圖3和圖4所示，以便從固態(tài)光源48、50、66、68、70、72吸熱，并通過空氣通道60中的空氣流產(chǎn)生的對流作用或輻射作用或者這兩者而耗散熱。熱導可以任選地包括熱管或熱虹吸管。例如，光導52可以用以下材料來實施:聚碳酸酯、諸如聚甲基丙烯酸甲酯等聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、玻璃，或者折射率足夠高的許多不同的塑性材料，以便讓光導分布光。燈42的外部可以用于分布和發(fā)射來自固態(tài)光源的光，而燈42的內(nèi)部則用于冷卻熱導和固態(tài)光源。光導52可以形成為燈泡形狀，如圖2所示，或形成為其他形狀。采用某些形狀，例如圖2所示的燈泡形狀，光導52的內(nèi)部可以形成內(nèi)部體積，而熱導可以與光導的內(nèi)部體積集成，用于從固態(tài)光源提供熱傳導。圖5是具有主動冷卻元件88的固態(tài)燈74的橫截面?zhèn)纫晥D。燈74可以具有與燈42類似的構造。燈74包括基座76、光導84、熱導86以及固態(tài)光源，諸如排列在任選的散熱器環(huán)78上的LED80和82。主動冷卻元件88 (例如，風扇)除了自由對流和輻射外還通過空氣通道87吸入空氣以用于冷卻。主動冷卻元件88可以通過基座76連接到電源，并且所述主動冷卻元件可以在燈74處于操作狀態(tài)時連續(xù)運行，或者可以包括溫度傳感器，以便只在燈74超過一定溫度時才使所述主動冷卻元件啟動。錐形光導圖6是具有錐形光導的固態(tài)燈100的分解透視圖。圖7是組裝好的燈100的透視圖，而圖8和圖9分別為燈100的俯視圖和仰視圖。圖7中的透視圖是在燈100的側面和頂部觀察到的，從側面看，所述燈總體上是對稱的。燈100包括:光導，所述光導由上部102和下部104組成；集成熱導106 ;包含電路114的裝飾性燈環(huán)108，所述電路具有固態(tài)光源；基座部分110 ;以及基座112，所述基座(例如)經(jīng)由上文所述的常規(guī)燈插座或其他插座而電連接到電源。盡管所示光導具有兩個部分，但它也可以具有兩個以上的部分，或者可以由單個鄰接材料片構成?！と鐖D7所示，上部102與下部104相配合以形成光導，并且下部104安裝到燈環(huán)108，以便與電路114上的固態(tài)光源進行光耦合。本實施例中的光導具有雙彎曲形狀。熱導106與燈環(huán)108和基座部分110相連接，以從固定光源吸熱并耗散熱。如圖6所示，熱導106具有與外部彎曲翅片相連接的中心核，所述翅片可以符合光導的形狀。另外，熱導106可以任選地包括位于其外表面上的反射涂層。此外，在任一實施例中，反射層可以任選地設在光導的內(nèi)表面上，例如，反射膜或白漆，或者反射層可以定位在光導與熱導之間。燈100的部件可以用上文所述的示例性材料和部件來實施。燈100可以任選地包括主動冷卻元件，如圖5所示。上部102中的空氣通道101以及燈環(huán)108中的小孔107允許空氣流穿過熱導106，并且這種類型的空氣流在圖2中用箭頭示出。上部102中形成空氣通道101的頂部邊緣可以用反射膜105作襯里(如圖8所示)，這樣橫穿過光導的光線在到達頂部邊緣時便被反射回到該光導的下方，從而通過光導的外表面或內(nèi)表面來分布光。反射膜的一個實例是來自明尼蘇達州圣保羅市3M公司(3M Company, St.Paul, Minnesota)的增強型鏡面反射片(ESR)膜產(chǎn)品。
諸如印刷電路板等電路系統(tǒng)116可以安裝到熱導106的中心核中，例如，安裝到狹槽內(nèi)，如圖7所示。安裝之后，電路系統(tǒng)116與電路114上的固態(tài)光源以及基座112相連接。電路系統(tǒng)116經(jīng)由基座112接收來自電源的電力，并且提供所需的電壓和電流以驅動固態(tài)光源。電路系統(tǒng)116可以熱耦合到熱導，以幫助冷卻電子部件。圖10是用于燈100的LED組件的分解透視圖。固態(tài)光源120(例如，LED)安裝在電路114上，并且容納在燈環(huán)108內(nèi)?；蛘?，燈環(huán)中的LED電路可以包括交替的介電層與導電電路路徑的任何組合，所述介電層和導電電路路徑將LED連接起來，并且使LED電路與燈環(huán)108電隔離。燈環(huán)108可以由鋁之類的金屬材料構成。一對同心反射環(huán)118安裝在燈環(huán)108的圓形狹槽中，并且位于固態(tài)光源120的上方。反射環(huán)118幫助將光從固定光源120注入到光導的下部104中。圖11是第一錐形光導122的橫截面?zhèn)纫晥D，所述第一錐形光導用于實施燈100中的光導的上部102和下部104。光導122包括與下部123相配合的上部121，其中水平接縫平行于燈環(huán)108。上部121包括空氣通道125，所述空氣通道用于穿過熱導的空氣流。下部123的厚度自底部邊緣124起基本上不變，而上部121的厚度則從下部123的厚度到頂部邊緣126成錐形。因此，上部121變得較薄，從而移動遠離固態(tài)光源，這樣便增強了光提取和光分布。這種類型的錐形涉及不連續(xù)的錐形，從而表示光導中僅有一部分錐形。圖12是第二錐形光導128的橫截面?zhèn)纫晥D，所述第二錐形光導是燈100中的光導的替代性實施例。光導128包括與右部129相配合的左部127，其中垂直接縫垂直于燈環(huán)108。左部127與右部129共同形成空氣通道131，所述空氣通道用于穿過熱導的空氣流。左部127從底部邊緣130到頂部邊緣132成錐形，而右部129以類似的方式成錐形。因此，這種光導從每個部分的底部邊緣到頂部邊緣變得較薄，從而移動遠離固態(tài)光源，這樣便增強了光提取和光分布。這種類型的錐形涉及連續(xù)的錐形，從而表示整個光導呈錐形。無論是不連續(xù)的錐形還是連續(xù)的錐形，例如，錐形程度都可以基于光輸出的所需分布而變化，而且錐形程度可以使用實驗證據(jù)、建?；蚱渌夹g來確定。另外，不連續(xù)的錐形或連續(xù)的錐形均可以應用于光導，無論該光導包括上部和下部、左部和右部，還是包括其他類型的部分。

圖13是示出了燈100的光注入的橫截面?zhèn)纫晥D。固態(tài)光源120(例如，LED134)安裝在燈環(huán)108內(nèi)，并位于反射環(huán)118之間。光導的下部104的底部邊緣安裝在燈環(huán)108中，并安裝反射環(huán)118上，從而形成LED134與光導下部104的底部邊緣之間的空氣間隙138。從LED134發(fā)出的光被注入到下部104的底部邊緣中并通過光導進行分布。具有外殼的熱導圖14是具有熱導的固態(tài)燈150的分解透視圖，其中所述熱導具有外殼。圖15是燈150的橫截面?zhèn)纫晥D。圖16和圖17分別為燈150的俯視圖和仰視圖。從側視角度，燈150總體上是對稱的。燈150包括圓柱形光導151、集成熱導156、固態(tài)燈組件、裝飾性基座環(huán)166以及基座168，所述基座，例如，經(jīng)由上文確定的常規(guī)燈插座或其他插座而電連接到電源。光導151中的至少一部分或可能是其整體可以任選地呈錐形。燈150的部件可以用上文確定的示例性材料與部件來實施。盡管所示的熱導156具有圓柱形狀，但是其他形狀也是可能的，同時仍具有外殼。另外，熱導156可以任選地在其外表面包括反射涂層。一種類型的反射涂層反射可見光并發(fā)射紅外(IR)光。燈150可以任選地包括如圖5所示的主動冷卻元件。
光導151中的空氣通道153以及基座環(huán)166中的小孔167允許空氣流能穿過熱導156，并且這種類型的空氣流在圖2中用箭頭示出。光導151中形成空氣通道153的頂部邊緣可以鑲有反射膜155 (見圖16)，例如ESR膜，這樣橫穿過光導的光線在其到達頂部邊緣時會被反射回到該光導的下方，從而通過光導的外表面或內(nèi)表面對光進行分布。固態(tài)燈組件包括一對同心的反射環(huán)158、固態(tài)光源160、電路162和燈環(huán)164。固態(tài)光源160,例如,LED,容納在用于驅動該固態(tài)光源的電路162上。燈環(huán)164包括一對楔形凹槽，用于容納電路162，并且燈環(huán)164定位在基座環(huán)166中的凹槽中。反射環(huán)158安裝在燈環(huán)164的狹槽中以及固態(tài)光源160的上方。反射環(huán)158幫助將光從光源160注入到光導151的底部邊緣中。電路系統(tǒng)153和154，例如，印刷電路板，可以固定到電路夾持器152上并安裝到熱導156的中心處，例如，安裝到狹槽內(nèi)。當安裝就位時，電路系統(tǒng)153和154與電路162上的固態(tài)光源以及基座168相連接。電路系統(tǒng)153和154經(jīng)由基座168接收來自電源的電力，并且提供所需的電壓和電流以驅動固態(tài)光源。電路系統(tǒng)153和154可以熱耦合到熱導，以幫助冷卻電子部件。圖18是熱導156的透視圖。圖19和圖20分別為熱導156的側視圖和俯視圖。熱導156包括含有內(nèi)部翅片172的外殼170,所述翅片在頂端處是彎曲的，從而符合光導151的彎曲頂部。核部分174連接到翅片，并且包含一個狹槽，用于容下電路夾持器152。外殼170的使用向光導151提供了一個后反射器，這樣，從光導151進入到燈150內(nèi)部的光線會被反射回穿過光導151，由此增強了光輸出。殼170的外部可以覆蓋有反射涂層或油漆，例如，來自伊利諾伊州芝加哥市斯普雷拉特公司(Spraylat Corporation, Chicago,Illinois)的Starbrite II水底漆，它能夠提供白色的表面光潔度。一種類型的反射涂層或油漆反射可見光并發(fā)射IR光。圖21是熱導176的透視圖，其作為燈151中熱導的替代性實施例。圖22和圖23分別為熱導176的側視圖和俯視圖。熱導176包括含有外部翅片178的內(nèi)殼177，所述翅片在頂端處是彎曲的，從而符合光 導151的頂部。核部分180是內(nèi)殼177的一部分，并且包含一個狹槽，用于容下電路夾持器152。熱導176具有與光導151的內(nèi)部相鄰的外部翅片。圖24是示出了燈150中的光注入的橫截面?zhèn)纫晥D。固態(tài)光源160，例如，LED182，安裝在燈環(huán)164內(nèi)并位于反射環(huán)158之間。光導151的底部邊緣形成了安裝在燈環(huán)164中且位于反射環(huán)158之間的楔形部分186。燈環(huán)164中與楔形部分186相鄰的那些部分可以具有高反射率表面，并且反射環(huán)158可以光耦合到或者不光耦合到光導的楔形部分186。楔形部分186的底部邊緣經(jīng)定形符合LED182的形狀，在此實施例中，該LED形狀為圓形彎曲形狀，但是可以使用其他形狀，這取決于固態(tài)光源的形狀。從LED182發(fā)出的光被注入到光導151楔形部分186的底部邊緣中并通過光導進行分布?？梢允褂霉枘z、丙烯酸樹脂或其他材料而任選地將光導密封或粘附在LED182上。為固定這些部件，熱導156和燈環(huán)164嵌套至基座環(huán)166內(nèi)，并且基座環(huán)166的彎曲部分183 “緊扣”在燈環(huán)164的頂部邊緣185周圍。光導的提取圖案圖25和圖26是示出了燈100中光導各部分102和104的光圖案提取特征的實例的俯視圖。這些提取圖案，或其他這種圖案的內(nèi)表面或外表面上，或內(nèi)外表面上，以便實現(xiàn)由光導發(fā)射出的光的有效且基本均勻的角分布?；蛘?，可以涂以其他提取圖案來產(chǎn)生從光導發(fā)出的光的非均勻但可取的分布。圖25示出了提取特征密度稍有變動的基本均勻提取圖案。圖26示出了更不均勻的圖案，用于補償光所橫穿過的緊湊半徑，其中光是由LED發(fā)射出并且在光導的上部104上移動?？梢詫⑻崛D案涂在光導的外表面或內(nèi)表面或這兩個表面上，其中已使用具有對應圖案的掩模將這些表面漆成白點。作為點圖案的可替代形式，光導的外表面或內(nèi)表面可以包括均勻的白色涂層。燈150還可以任選地包括涂在光導151的外表面或內(nèi)表面或這兩個表面上的提取圖案。SM根據(jù)圖6至圖11和圖13制備燈泡。燈環(huán)子纟目件燈環(huán)子組件(圖10)是LED燈泡設計的光引擎。它包括焊接到柔性電路的LED電路組件，所述LED電路組件通常包括日亞化學所產(chǎn)的9個NCSWl 19T (或等效的)白色LED，所述柔性電路包括I密爾(0.001英寸)厚的聚酰亞胺或其他聚合物基底上的18微米銅。oe該柔性電路是通過使用3M TC2810導熱環(huán)氧樹脂粘結劑(3M公司)而層合到鋁環(huán)部件(圖
6、圖7和圖10中的燈環(huán)108)，涂上該粘結劑可以產(chǎn)生一個非常薄的粘合層(大約0.001英寸或更薄)，由此能增強LED與鋁環(huán)之間的導熱率。該鋁環(huán)能根據(jù)圖10用鋁塊機械制出。在將LED安裝到燈環(huán)之前，通過噴涂一個薄的來自伊利諾伊州芝加哥市斯普雷拉特公司的Starbrite II ZR-6221產(chǎn)品涂層(用30%的水加以稀釋)來將鋁燈環(huán)的外部漆成白色。鋁環(huán)是燈設計中從LED通過柔性電路到達熱導的主要熱路徑。一旦LED被粘合到燈 環(huán)中，將來自3M公司的Vikuti ESR膜層合到燈環(huán)子組件的側壁上。該ESR膜如圖10和圖13所示設置。隨后根據(jù)圖6機械加工鋁熱導(熱導106)。通過對熱導進行噴涂一個薄的Starbrite II ZR-6221產(chǎn)品涂層(用30%的水加以稀釋)，所述熱導被漆成白色。不用將熱導中處于翅片下方的部分漆成白色。接下來，根據(jù)圖6和圖7，通過對透明澆鑄丙烯酸樹脂塊進行機械加工來制造出光導(由上部102和下部104形成的光導)。在加工后，光導仍然是粗糙的。使用3M頭燈修復工具包產(chǎn)品(3M公司)來對內(nèi)表面和外表面進行拋光。隨后進行的是所推薦的逐步工序，從而產(chǎn)生透明的頂部和底部光導。接下來，通過研磨表面使其變滑變平來使光導的邊緣變平坦且變光滑。接下來，將掩模涂覆到光導的內(nèi)部，所述內(nèi)部具有理想的孔圖案。隨后，通過在光導的整個內(nèi)表面上噴涂一個薄的Starbrite II ZR-6221產(chǎn)品涂層(用30%的水加以稀釋)，將包括粘附掩模的內(nèi)表面漆成白色。用大約10分鐘，使油漆局部變干。隨后，將掩模從內(nèi)表面上移除?？字斜槐Ａ粲邪咨玈tarbrite涂層的區(qū)域形成了白漆點，由此用作光導內(nèi)表面上的光提取圖案。接下來,將底部光導插入2mm至3mm到燈環(huán)(圖6、圖7和圖10中的燈環(huán)108)中。使用印第安納州沃巴什縣卡弗公司(Carver, Inc., Wabash, Indiana)的卡弗實驗室壓片機型號C產(chǎn)品來將光導壓在適當位置。當光導被插入到燈環(huán)中時，使用標尺來測量光導被插入到燈環(huán)中的距離。隨后使用卡弗實驗室壓片機型號C產(chǎn)品將燈環(huán)和光導組件壓在熱導上。將組件壓在光導上，直到熱導底部有9mm至IOmm從燈環(huán)組件中突出來為止。
接著，將光導頂部的一半涂覆到上述組件上。使用壓敏粘結劑形成頂部光導與底部光導這兩等分(圖6和圖7中的上部和下部102和104)之間的粘合。用于將光導頂部這等分層合到底部那等分的粘結劑是3M光學透明的粘結劑8187 (3M公司)。該粘結劑被提供用作兩側上均具有隔離襯片的0.007英寸厚的粘結劑。大約4英寸X4英寸平方的8187粘結劑被用來將光導的這兩個零件粘合在一起。將暴露粘結劑面朝上，把隔離襯片從粘合劑的一側上移除并放到硬平坦表面上。用軟布和異丙醇來清洗光導的層合邊緣。隨后將光導緊緊地壓到該暴露粘結劑上。在向下按壓光導的同時，用刀片將過多的粘結劑從外邊緣上修剪掉。隨后，將光導翻轉過來，用刀片將光導內(nèi)部上的過多粘結劑修剪掉，使得層壓到光導上的粘合劑成薄環(huán)狀，其中光導覆有隔離襯片。光導的底部這一等分定位在沿著光導的周長且間隔以大約120°的三個堅固接觸點上。將隔離襯片從頂部光導上移除，并使用這三個接觸點引導準線而將襯片緩慢地降低到底部光導上。在層壓光導之后，施加壓力一分鐘來確保光導在粘結劑的作用下已完全光耦合。電子器件安裝在電子器件安裝之前，在基座附近鉆出主要燈泡熱導并使其呈錐形，并且為能看清，鉆空迭爾林(Delrin)絕緣體基座，從而使得插入到散熱器中的一個迭爾林接片可以被鎖定到該散熱器中，由此來防止在燈泡被螺紋連接到白熾燈插座時接片滑落或被擰彎。在必要時會用熱刀將迭爾林安裝座的剩下3個接片修剪掉以便為電子器件保留更多空間。焊接凸耳和白熾燈螺紋基座(圖6和圖7中的基座112)在安裝之前會被附接到迭爾林絕緣基座上。將兩根電線焊接到基座上,稍后,基座被連接到電路板。使用導熱粘結劑無基材膠帶8820產(chǎn)品(3M公司)，制造出輔助熱耦合器以將最熱部件(橋式整流器、晶體管-用于TRIAC中以固定電路的電流部分、開關晶體管以及回掃二極管)熱耦合到熱導。熱耦合器經(jīng)機械加工以與熱導內(nèi)徑的半徑相匹配，同時與四個電路部件密切連接。一旦耦合器附接到電路板，便將導熱油脂(WakeFieldl20熱復合產(chǎn)品)涂到該耦合器的外表面，從而在電子器件與主要熱導之間建立良好的熱傳遞。在最后將電子器件插入之前，將電線從 LED焊接到電路板的輸出終端。隨后，將板從頂部插入，并且推動板穿過頂部，使得板從燈泡基座的底部突出來。隨后，將電線從白熾燈基座焊接到板，并在基座被插入到散熱器中時將電線卷進到基座內(nèi)部。隨后螺絲釘將基座鎖定到熱導。
權利要求
1.一種具有集成光導和熱導的燈，所述燈包括: 光源； 與所述光源連通的光導，用于接收和分布來自所述光源的光，其中所述光導具有底部邊緣和頂部邊緣，并且其中所述光導的至少一部分在所述底部邊緣與所述頂部邊緣之間呈錐形；以及 熱導，所述熱導與所述光導集成，用于從所述光源提供熱傳導以冷卻所述燈。
2.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述光源包括以下項中的一者或多者:發(fā)光二極管、以及有機發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述光導包括光提取特征。
4.根據(jù)權利要求1所述的燈，還包括為所述光源提供電力的電路。
5.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述光導具有雙彎曲形狀。
6.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述熱導具有與外部翅片相連接的中心核。
7.根據(jù)權利要求6所述的燈，其中所述翅片是彎曲的，并且符合所述光導的形狀。
8.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述光導具有空氣通道。
9.根據(jù)權利要求1所述的燈，還包括用于容納所述光源的燈環(huán)，其中所述燈環(huán)具有多個小孔。
10.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述光導包括上部和下部，其中所述上部能夠與所述下部分離，所述上部呈錐形，而所述下部不呈錐形。
11.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述光導包括上部和下部，其中所述上部能夠與所述下部分離，所述上部呈錐形，并且所述下部呈錐形。
12.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述光導包括左部和右部，其中所述左部能夠與所述右部分離，并且所述左部和所述右部從所述底部邊緣到所述頂部邊緣均呈錐形。
13.根據(jù)權利要求1所述的燈，還包括位于所述光源與所述光導的所述底部邊緣之間的空氣間隙。
14.根據(jù)權利要求1所述的燈，還包括位于所述光導的所述頂部邊緣上的反射膜。
15.根據(jù)權利要求1所述的燈，其中所述熱導具有反射表面。
16.根據(jù)權利要求1所述的燈，還包括涂覆到所述熱導的外表面上的涂層，其中所述涂層能夠反射可見光，并且能夠發(fā)射紅外光。
17.一種具有集成光導和熱導的燈，所述燈包括: 光源； 光導，所述光導耦合到所述光源，用于接收和分布來自所述光源的光；以及 熱導，所述熱導與所述光導集成，用于從所述光源提供熱傳導以冷卻所述燈，其中所述熱導具有與內(nèi)部翅片相連接的外殼。
18.根據(jù)權利要求17所述的燈，其中所述光源包括以下項中的一者或多者:發(fā)光二極管、以及有機發(fā)光二極管。
19.根據(jù)權利要求17所述的燈，還包括為所述光源提供電力的電路。
20.根據(jù)權利要求17所述的燈，還包括位于所述外殼的外表面上的反射涂層。
21.根據(jù)權利要求17所述的燈，其中所述熱導具有圓柱形狀。
22.根據(jù)權利要求17所述的燈，其中所述光導具有由所述光導的頂部邊緣形成的空氣通道。
23.根據(jù)權利要求22所述的燈，還包括位于所述光導的所述頂部邊緣上的反射膜。
24.根據(jù)權利要求17所述的燈，還包括燈環(huán)，所述燈環(huán)用于容納所述光源并具有局部楔形凹槽，并且其中所述光導的底部具有符合所述楔形凹槽的形狀。
25.根據(jù)權利要求24所述的燈，還包括用于容納所述燈環(huán)的基座環(huán)，其中所述基座環(huán)具有多個小孔。
26.根據(jù)權利要求17所述的燈，還包括涂覆到所述殼的外表面上的涂層，其中所述涂層能夠反射可見光，并且能夠發(fā)射紅外光。
27.根據(jù)權利要求17所述的燈，其中所述光導的至少一部分呈錐形。
28.根據(jù)權利要求17所述的燈，還包括位于所述熱導與光導之間的反射層。
29.根據(jù)權利要求17所述的 燈，其中所述光導包括光提取特征。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固態(tài)燈，所述固態(tài)燈具有諸如LED的固態(tài)光源、光導以及熱導。所述光導耦合到所述光源，用于接收和分布來自所述光源的光，并且所述熱導與所述光導集成，用于從所述固態(tài)光源提供熱傳導并通過對流作用和輻射作用來耗散熱以冷卻所述燈。所述光導可呈錐形，以提高光分布的效率。所述熱導可以具有與內(nèi)部翅片相連接的外殼，并且所述外殼可以具有反射涂層，以用于在所述光導后方提供后反射器。
文檔編號F21Y101/02GK103249994SQ201180059174
公開日2013年8月14日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者雷蒙德·P·約翰斯頓, 邁克爾·A·邁斯, 羅伯特·L·布羅特, 馬丁·克里斯托弗森, 查爾斯·N·德沃爾, 保羅·E·洪帕爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司