發(fā)光二極管替代燈具的制作方法
【專利摘要】在多個實施例中，照明裝置包括外殼、用于連接照明裝置和電插座并接收輸入電源的電源連接器、設(shè)置在外殼內(nèi)的用于直接照明的光發(fā)射器、用于調(diào)節(jié)輸入電源并向光發(fā)射器提供調(diào)節(jié)的電源的電路以及用于提供裝飾照明的裝飾照明元件。
【專利說明】發(fā)光二極管替代燈具
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是2011年4月25日提交的、序列號為13/093，197的美國專利申請的部分延續(xù)申請，且要求上述專利申請的優(yōu)先權(quán)，該專利申請的全部內(nèi)容通過引用包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]在多個實施例中，本發(fā)明一般地涉及包含發(fā)光二極管(LED)的照明系統(tǒng)和方法，更特別地涉及同時提供直接照明和裝飾照明的這種系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]目前，發(fā)光設(shè)備主要是白熾燈發(fā)光產(chǎn)品。由于其使用熱燈絲，這種產(chǎn)品除了產(chǎn)生期望的可見光以外還產(chǎn)生大量的熱，這是浪費的?；邴u素的發(fā)光使得燈絲能夠在高溫下工作而不提前出故障，但其發(fā)射出大量不可見的紅外光，這些熱量以可接受的程度從燈具向外導(dǎo)出。這通常通過使用優(yōu)先透射紅外光和部分可見光的二向色反射器遮光罩來實現(xiàn)。該二向色反射器的性質(zhì)是在一定的美觀外形下透射數(shù)個不同的可見顏色和紅外輻射。這使得這種鹵素?zé)艨捎糜谠S多裝飾應(yīng)用。這種燈具消耗大量電流，并散發(fā)大量不期望的熱量。鹵素?zé)襞荼辉O(shè)計為在12伏特(V)至15V或更高的之間的多個電壓下工作。
[0005]相較于普通白熾燈和鹵素?zé)簦l(fā)光二極管具有更多的工作優(yōu)點。LED典型地發(fā)射窄區(qū)間的波長，因而在很大程度上消除了浪費的非可見光能量。通過組合光的顏色來生成白光。LED還可發(fā)射紫外波長區(qū)間，在這種情況下通過激發(fā)熒光粉來生成白光(或其他特定的顏色)。
[0006]相較于白熾燈泡和鹵素?zé)襞?，LED具有很長的使用壽命。在燈絲壞掉之前白熾燈泡和鹵素?zé)襞菘删哂?000小時的壽命，但LED可持續(xù)長達(dá)100，000小時，且典型地為5，000小時。此外，與白熾燈泡和鹵素?zé)襞莶煌?，LED不是震動敏感的，且可以承受很大的壓力而不致?lián)p壞，但白熾燈泡或鹵素?zé)襞莸臒釤艚z很容易破裂。
[0007]鹵素?zé)襞?、白熾燈泡和LED典型地都需要固定的工作電壓和電流以優(yōu)化性能。工作電壓過高會導(dǎo)致提前出故障，而工作電壓或電流過低會降低光輸出。而且，隨著電流和電壓的減小，白熾燈和鹵素?zé)舻念伾珪梢姽庾V的紅色端漂移。LED則是不同的，僅會導(dǎo)致光亮度降低。此外，隨著白熾燈或鹵素?zé)舻碾妷合陆?，其溫度會降低，從而?nèi)部電阻減小，這會消耗更多的電流但并不產(chǎn)生匹配的光輸出。在使用電池作為能量源的情況下，電池可能被耗盡而不產(chǎn)生可見光。
[0008]白熾燈泡和鹵素?zé)襞菪枰罅堪婵盏目臻g體積，以防止空氣損壞燈絲，保護(hù)玻璃或二氧化硅外殼不致過熱，以及將附近物體與發(fā)射的熱量隔離開。相反，作為固態(tài)裝置的LED需要非常小的空間，且產(chǎn)生非常少的熱量。如果將白熾燈泡或鹵素?zé)襞莸捏w積分配給固態(tài)LED燈，則可將更多的功能合并至發(fā)光產(chǎn)品中。
[0009]與白熾燈和鹵素?zé)舨煌?，LED通常以窄的、輪廓分明的光束產(chǎn)生光。盡管這對許多應(yīng)用而言是期望的，但白熾燈和鹵素?zé)籼峁┑拇蠓秶彰鹘?jīng)常也是優(yōu)選的。但這通過LED并不易實現(xiàn)。通過提供輔助照明和裝飾功能，白熾燈和鹵素?zé)羲a(chǎn)生的并非指向目標(biāo)的光可提供有用的功能。具有其二向色反射器的鹵素?zé)舯厝豢蓪崿F(xiàn)該功能，而普通白熾燈可采用并非燈泡一部分的、具有多種藝術(shù)設(shè)計的外部遮光罩來使用其它未直射的光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的實施例克服了鹵素?zé)艋虬谉霟艄庠吹南拗疲以谝粋€系統(tǒng)中組合了 LED的優(yōu)點和這些光源期望的性能。多個實施例包括了提供直接照明和與直接照明不同的裝飾照明的系統(tǒng)和方法。
[0011]因此，本發(fā)明的實施例包括基于LED的光發(fā)射器(包括一個或多個LED)以替代標(biāo)準(zhǔn)白熾燈泡和鹵素?zé)襞荩瑥亩糜诟鞣N各樣的目的。根據(jù)多個實施例，相較于傳統(tǒng)的基于白熾燈或鹵素?zé)舻陌l(fā)光系統(tǒng)，發(fā)光系統(tǒng)具有增強(qiáng)的功能，典型地包括裝飾照明元件，其例如提供與光發(fā)射器的直接照明不同的裝飾照明。
[0012]一些實施例包括與標(biāo)準(zhǔn)燈泡基座相同或等同的電連接器或基座、電連接至該基座的印刷電路板(或其他電路基底或模塊)、可安裝在印刷電路板上或由印刷電路板實現(xiàn)的驅(qū)動電路、和/或可附接至印刷電路板的一個或多個顏色的一個或多個LED。驅(qū)動電路可包括或主要由固態(tài)電路組成，該電路調(diào)節(jié)從電源(例如，電插座)獲得的電壓和電流并將輸出調(diào)節(jié)為LED使用的恒定值?？捎秒娫措妷嚎纱笥诨蛐∮贚ED使用的電壓。
[0013]本發(fā)明的多個實施例包括LED燈以替換白熾燈和/或鹵素?zé)艏捌溲b飾遮光罩，其中在印刷電路(PC)板的兩側(cè)上設(shè)置LED，裝飾LED可設(shè)置在旨在用于直接照明的那一側(cè)的相對側(cè)上。裝飾LED例如可照明圍繞燈的外殼或遮光罩。
[0014]根據(jù)多個實施例的發(fā)光系統(tǒng)還可包括另外的電路，例如允許通過紅外或無線裝置遠(yuǎn)程控制發(fā)光功能，改變(裝飾)遮光照明和直接照明LED中之一或兩者的顏色，向(裝飾)遮光照明和/或直接照明提供隨時間改變的顏色和/或亮度，通過機(jī)械動作來實現(xiàn)外部切換遮光或直接照明的顏色、圖案和/或亮度，和/或通過以預(yù)定時間間隔地中斷對電路的供電以切換顏色、亮度和/或圖案的多種功能。
[0015]還可包括為裝飾照明的目的，改變遮光罩上光的圖案和顏色的諸如機(jī)械致動器的機(jī)械裝置。這種機(jī)械裝置可為或包括陰影屏、多面鏡、或其它反射或衍射光學(xué)組件，它們可固定在發(fā)光單元的封罩內(nèi)，或者被配置為移動以為了裝飾和/或直接照明的目的改變所產(chǎn)生光的圖案和/或顏色。
[0016]本發(fā)明的多個實施例的特征在于，一個或多個諸如LED的另外的光發(fā)射器設(shè)置在燈泡的封罩(外殼)內(nèi)，以提供裝飾照明?？梢允褂锚毩⒌牡诙娐穪頌樵摿硗獾难b飾光發(fā)射器生成恒定電流，并控制其諸如亮度、顏色、圖案和/或頻率的裝飾照明特性。第二電路可連接至主電源。裝飾光發(fā)射器產(chǎn)生的光可沿著光學(xué)組件的至少一部分長度被引導(dǎo)，并通過外殼遮光罩上的開口從外殼射出。這種實施例可包括第二光學(xué)兀件以引導(dǎo)用于直接照明的光發(fā)射器(例如，主照明LED)產(chǎn)生的光，以提供裝飾照明。熱沉可熱連接至任一或所有光發(fā)射器以調(diào)節(jié)其溫度?？商峁╇娐芬酝ㄟ^例如紅外或無線裝置來遠(yuǎn)程控制發(fā)光系統(tǒng)(例如，裝飾光發(fā)射器)的發(fā)光功能。
[0017]一個或多個光學(xué)組件可設(shè)置在外殼內(nèi)，且引導(dǎo)光發(fā)射器產(chǎn)生的光的第一較大(例如，較強(qiáng))部分以用于直接照明，引導(dǎo)光的第二較小(例如，較弱)部分以用于裝飾照明。第二部分光可沿著第二光學(xué)組件的長度被引導(dǎo)，且穿過外殼的遮光罩上的一個或多個開口從外殼射出。在可選實施例中，通過經(jīng)由連接外殼和引導(dǎo)來自光發(fā)射器的第二部分光的光學(xué)組件的多個光路的光發(fā)射來實現(xiàn)裝飾照明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]在附圖中，對于多個不同的視圖，相同的附圖標(biāo)記通常表示相同的部件。而且，附圖也并不必須是成比例的，通常只是重在示出發(fā)明的原理。在以下描述中，參考以下附圖描述了本發(fā)明的多個實施例:
[0019]圖1示出通常稱為MR-16的示例性鹵素照明裝置的多個視圖。
[0020]圖2示出本發(fā)明實施例的多個視圖，其中對鹵素照明裝置進(jìn)行了改進(jìn)，在一側(cè)上包含用于照明的LED和在另一側(cè)上包含用于直接照明的LED。還示出了能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路和其它特征。
[0021]圖3示出了本發(fā)明實施例的多個視圖，其中在兩側(cè)上設(shè)置高亮度LED以產(chǎn)生遮光照明和直接照明。還示出了用于改變光特性的開關(guān)和電路。
[0022]圖4示出了本發(fā)明另一實施例的多個視圖，其中在照明單元的遮光側(cè)上包括可移動的多面鏡，以在遮光罩上提供可變圖案。
[0023]圖5A示出了本發(fā)明另一實施例的多個視圖，其中包括具有孔的內(nèi)部裝置以在遮光罩上圖案化照明。
[0024]圖5B示出了本發(fā)明另一實施例的截面圖，其中在外殼內(nèi)設(shè)置另外的LED以產(chǎn)生裝飾照明。
[0025]圖5C示出了本發(fā)明另一實施例的截面圖，其中由引導(dǎo)主光發(fā)射器生成的光的光學(xué)組件來形成裝飾照明。
[0026]圖示出了本發(fā)明另一實施例的截面圖，其中連接外殼和光學(xué)組件的多個光路引導(dǎo)來自主光發(fā)射器的光的一部分來用于裝飾照明。
[0027]圖6示出了用于在電路板上制造由各個LED半導(dǎo)體芯片構(gòu)成的串聯(lián)/并聯(lián)電路的機(jī)構(gòu)的正視圖和頂視圖，其中形成了高密度發(fā)光陣列。
[0028]圖7示出了與可移動以生成方向可變發(fā)光的集成透鏡陣列耦合的高密度LED陣列的實施例的正視圖和頂視圖。
[0029]圖8(a)和8(b)示意性地示出了緊湊dc/dc升壓轉(zhuǎn)換器的恒流實施方式，特征在于能夠基于熱環(huán)境來調(diào)節(jié)LED的電流。
[0030]圖9(a)和9(b)示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的多個實施例的基于熱環(huán)境調(diào)節(jié)電流的緊湊恒流降壓/升壓電路。
【具體實施方式】
[0031]圖1示出了常見的白熾鹵素型燈泡。從這種燈泡的工作特性可得到其特征:在高溫度下工作；需要與熱燈絲隔開的真空封罩；發(fā)射出使用戶感覺熱的大量紅外輻射；且消耗大量的電能。盡管如此，這些裝置被廣泛地使用，且燈具和電器都被構(gòu)造為適應(yīng)這些燈泡的形狀、裝配和功能。特定的單元為MR-16型。
[0032]這種燈泡的主要組件包括連接至具有相配適配器的標(biāo)準(zhǔn)電源(例如，電插座)的連接器101 ;包含熱燈絲105的真空透明管102 ;具有遮光和濾光作用的封罩103，其允許紅外輻射通過且向下方物體反射期望可見光的一部分；以及允許輻射通過并保護(hù)真空管102不被損壞的透明前蓋104。
[0033]圖2示出了本發(fā)明的實施例。這種照明裝置優(yōu)選地具有與圖1的白熾照明裝置相同的形狀、裝配和功能，例如具有相似的電連接器201，相似形狀的透明或半透明封罩202。封罩202通常對封罩內(nèi)部發(fā)射的光進(jìn)行散射，且對外部是可見的。這樣，封罩202可用作屏幕，以在其上投射并顯示圖像、顏色或其它裝飾或包含信息的光，該光是對人類可見的或是波長更短或更長的光。可以通過燈泡封罩202內(nèi)部的一個或多個電路板206包含的電路來生成裝飾或信息內(nèi)容。最簡單形式的電路206控制其它照明裝置，例如位于電路板204背面上的LED207?？墒褂昧硪浑娐?05控制陣列208中的高功率LED209以直接照射發(fā)光裝置封罩外部的物體。然而，該電路或多個電路可實現(xiàn)多個有用的特征，包括(i )根據(jù)預(yù)設(shè)或用戶可調(diào)節(jié)的時間表調(diào)節(jié)顏色和照明水平的計時器，(? )根據(jù)背景光亮度或接近傳感器打開或關(guān)閉燈的光電池，(iii)與其它燈進(jìn)行通信的信號功能，和/或(iv )能夠切換諸如亮度、顏色和/或連續(xù)或閃爍照明模式的照明特性的用戶可操作開關(guān)。
[0034]典型地，位于電路板204上的電源調(diào)節(jié)電路205對位于電路板下側(cè)的高亮度LED208的電源進(jìn)行調(diào)節(jié)。該電路適配并控制經(jīng)由連接器201可獲得的電力，并經(jīng)由電線203傳導(dǎo)至電路板。電路205可包含包括電池的儲電特征，在電力故障中能夠使得發(fā)光裝置用作緊急光源。電路可將AC電源整流為DC以得到LED的串聯(lián)和/或并聯(lián)陣列所需要的期望電流和電壓，并向電路板上的其它電路提供電源。
[0035]在該實施例中，PC板204背面上的LED207可具有通信和/或裝飾功能。用于裝飾目的時，遮光罩202優(yōu)選地由彩色或白色透明(或優(yōu)選半透明的)材料制成，諸如表面粗糙以散射光的塑料或玻璃。以這種方式，來自LED207的光入射到該表面上，使得對用戶更加可見，并且可用作裝飾功能。遮光罩202還可包含通孔210以允許熱量排出LED封罩。
[0036]圖3示出了相似的白熾燈替代產(chǎn)品。該產(chǎn)品也包含電連接器301、具有散熱孔310的成形的半透明或透明封罩302、 封罩內(nèi)的一個或多個印刷電路板304、以及將電能傳導(dǎo)至這些電路板的諸如電線303的部件。該實施例在頂部表面上具有高亮度照明LED307，在底部表面上具有陣列308中的其它高亮度LED309。與具有窄出射光束和低亮度的小型LED的圖2的產(chǎn)品不同，這些高亮度LED309和307具有更高的光輸出(通常大于10流明)，并且光的出射角的范圍可以根據(jù)需要從窄角度至非常寬的光束。為了控制這些LED，如附圖所示可能需要另外的電路。除了電源轉(zhuǎn)換電路305和控制電路306以外，還可以包括另外的電源處理電路311。高功率LED可具有一個或多個非白色的彩色光輸出，且具有非垂直的不同取向，以在發(fā)光產(chǎn)品上方提供裝飾照明?？梢允褂每杀挥脩舨僮鞯拈_關(guān)311來控制發(fā)光產(chǎn)品的工作特性。
[0037]圖4示出本發(fā)明的另一實施例。與通過電氣控制一個或多個取向和/或顏色的各個裝置的電功率來改變顏色、亮度和圖案的上述實施例不同，本實施例包括用于隨時間改變亮度和/或圖案的機(jī)械特征。例如通過微型電機(jī)421操作多面鏡420，改變鏡的取向和位置，來實現(xiàn)這種改變。以這種方式，光被反射或衍射以在半透明或透明封罩402上形成各種形狀和/或顏色的圖案。
[0038]圖5A示出另一實施例，包括通過阻擋或者改變位于電路板504背面上的內(nèi)部LED507發(fā)射的光、以投射陰影或其它預(yù)定圖案的圖案化遮罩520 (或其它合適的部件)。還可以包括本文討論的其它實施例的其它特征。
[0039]圖5B示出了另一實施例，其中另外的獨立的光發(fā)射器531(諸如，一個或多個LED)由主照明電路532控制和/或供電。光發(fā)射器531可耦合至獨立且專用光器件533以提供設(shè)計靈活性，光發(fā)射器531通常旨在提供與來自主照明光源534的直接照明不同且對其進(jìn)行補(bǔ)充的裝飾照明。例如，裝飾照明可以至少在照明方向、顏色和/或亮度方面與直接照明不同。通過經(jīng)由電源連接器535連接至例如為115VAC或12VAC的輸入電源來提供電力。電路532優(yōu)選地用于將交流電壓轉(zhuǎn)換為近似恒定的DC電流。
[0040]由主照明光源534產(chǎn)生的光可由光學(xué)組件536 (例如，全內(nèi)反射(TIR)光器件)弓丨導(dǎo)，且從附接至外殼(封罩)538的基本透明蓋537射出，以提供直接照明。電連接器(或電路)539典型地將光發(fā)射器531連接至電路532，電路532可向裝飾光發(fā)射器531提供比主照明光源534小的恒定電流。電連接器539可連接至主電源，其可包括或主要由限制通往裝飾光發(fā)射器531的電流、且與主照明光源534并聯(lián)的電阻組成。電路539可包含調(diào)整或調(diào)節(jié)例如裝飾光發(fā)射器531的亮度、顏色和/或頻率的裝飾照明的其它合適的電器件。來自裝飾光發(fā)射器531的光可在基本與來自主照明光源534的光相同的方向上射出，但可米用獨立光器件來獲得期望的裝飾照明。例如，導(dǎo)光光器件533可包括將光沿其長度方向引導(dǎo)的光學(xué)光導(dǎo)體或固體塑料管，從而在裝置外部向下生成線型光“帶”。
[0041]熱沉540可熱連接至照明裝置的熱通道，從而調(diào)節(jié)主照明光源534的溫度，熱沉540可與導(dǎo)光光器件533共線。光發(fā)射器531生成的裝飾照明的特性，例如光的亮度、顏色、頻率和/或圖案，可以響應(yīng)于光(例如紅外)、無線(例如，射頻)或有線(以太網(wǎng)，RS-232等)的遠(yuǎn)程控制。
[0042]如上所述，與主照明光源共享PCB的朝向后方的LED可用于裝飾照明。此外，外殼內(nèi)例如具有專用控制和/或供電電路的獨立光發(fā)射器可提供裝飾照明。在這兩種情況下，裝飾照明通過第二光發(fā)射器提供其自身的光而主動地形成。
[0043]在本發(fā)明的另一實施例中，通過使用來自主照明光源的光的一部分來被動地生成裝飾照明?？墒褂梅瓷涔馄骷硪龑?dǎo)來自諸如LED的光源的光用于直接照明。這種反射光器件可以是鍍鋁反射鏡，其可以具有拋物線形狀以增強(qiáng)前進(jìn)光的方向性。這種光器件還可以包括TIR光器件，其利用兩個不同介質(zhì)之間的折射率差來形成反射內(nèi)表面。與普通金屬涂層的反射器相比，TIR光器件通常很效率很高(85-90%)。這兩類反射器的設(shè)計一般地都旨在最大化光效率，從而提供最売的照明。
[0044]為提供除直接照明外的裝飾照明或其它目的，本發(fā)明的實施例通過改變TIR和其它反射光器件的光學(xué)設(shè)計，以使用TIR和其它反射光器件使得來自其預(yù)定路徑的部分光發(fā)生轉(zhuǎn)向。這部分光可以控制的方式被“抽出”，并通過反射和折射被再次導(dǎo)向，從而生成裝飾或其它非直接照明的功能。再次導(dǎo)向的光可用于實現(xiàn)期望的形狀和顏色來用于裝飾目的。
[0045]圖5C示出了本發(fā)明的另一實施例，其中驅(qū)動單路551將主電壓轉(zhuǎn)換為用于主照明光源522 (例如，一個或多個LED)的恒定電流?？墒褂霉馄骷?53 (可以包括或主要由例如TIR透鏡組成)來引導(dǎo)主照明光源552產(chǎn)生的光。主照明光源552產(chǎn)生的第一部分光被引導(dǎo)用于直接照明，而第二部分光被引導(dǎo)用于裝飾照明。第一部分光通常大于(即，強(qiáng)于)第二部分光。主照明光源552生成的第一部分光可被光器件553引導(dǎo)，并從附接至外殼(封罩)555的基本透明蓋554射出以提供直接照明。外殼555可包括遮光部(基本半透明的)，以及在光組件557 (例如，全部或部分透明的光波導(dǎo))中的一個或多個開口 556，光可穿過這些開口出射形成裝飾照明。還可使用諸如光組件557對光進(jìn)行漫射和過濾的其它方法來進(jìn)一步使得光能夠滿足特定裝飾或第二照明目的的要求。
[0046]圖示出了按相似原理工作的本發(fā)明的另一實施例。一個或多個光通道581可將外殼582連接至光組件583，且可用于生成穿過通道的裝飾照明。光通道581例如可為穿過外殼的基本空的通道，也可被光波導(dǎo)材料部分地或大部分地填充。主照明光源584(例如，一個或多個LED)產(chǎn)生的光的一部分可被引導(dǎo)通過光通道581，且經(jīng)由外殼582的遮光部上的補(bǔ)充開口 585從外殼582中射出。
[0047]根據(jù)這些描述可以理解，在這些實施例中使用的LED雖然小，但仍占用了較大空間，從而限制了產(chǎn)品的整體光輸出。這至少部分是因為要向容納在大封裝體中的每個半導(dǎo)體發(fā)光芯片提供電連接而導(dǎo)致的，大封裝體需提供電連接以及用于散熱和透射有用光的設(shè)施。這種封裝體通常還包含用于對光進(jìn)行整形和引導(dǎo)的透鏡或鏡。雖然這些封裝體可在一定程度上被自由使用，但也限制了密度，且無法對散熱、導(dǎo)光和通電的功能進(jìn)行整合。許多這些功能可同時包含在對一組裝置恰當(dāng)設(shè)計的印刷電路板中，且在印刷電路板形成時合并入電路。
[0048]改善產(chǎn)品整體光密度的一種方法是將發(fā)光二極管合并在包含外部電路的合適的印刷電路板上，其中在不使用封裝體的情況下，外部電路連接LED裝置并對其供電。圖6示出了這種設(shè)置。該實施例包括或主要由具有至少中間部分601、頂部金屬包層603和底部包層602的印刷電路板組成，其中中間部分601可以為常用光纖玻璃芯，或包含金屬、陶瓷或增強(qiáng)導(dǎo)熱性的其它材料的部分?？梢岳斫猓ㄟ^諸如蝕刻工藝可容易地圖案化頂部和底部包層?？梢酝ㄟ^使用導(dǎo)熱且導(dǎo)電的化合物、或通過焊接、或使用任意其它合適的結(jié)合技術(shù)將發(fā)光組件附接至包層603的圖案化表面。然后，包層603可用作導(dǎo)熱或?qū)щ娡ǖ?，或既?dǎo)熱又導(dǎo)電。發(fā)光組件可包括其上粘結(jié)半導(dǎo)體發(fā)光芯片605的金屬基底604。發(fā)光芯片605典型地包含發(fā)射光的p-n結(jié)，且連通頂部和底部表面層以實現(xiàn)電和熱接觸。導(dǎo)電線或接頭將p-n結(jié)的頂部導(dǎo)電構(gòu)件連接至下一組件的相對的導(dǎo)電墊，從而建立了串聯(lián)電路。通過使用不同的連接結(jié)構(gòu)，但使用相同的常規(guī)方法，可組裝并聯(lián)連接。這樣，可以使用印刷電路板的導(dǎo)熱和導(dǎo)電特性來組裝相對密集的發(fā)光芯片。此外，可將散熱、冷卻或其它組件附接至電路板(例如附接至印刷電路板的背面602)以改善性能。雖然未示出，但可以理解，連接方法可在電路板平面的兩個方向上延伸。
[0049]圖6中示出的這種芯片通常在全方位上發(fā)射光。對于許多發(fā)光應(yīng)用中，并不期望這種光分布。因而，可使用在發(fā)光芯片上方設(shè)置的匹配的透鏡陣列。頂部透鏡陣列與LED隔開，使得可獨立設(shè)置透鏡陣列，從而可以通過在三個方向上移動透鏡陣列來移動和/或聚焦由透鏡引導(dǎo)的光。例如通過步進(jìn)電機(jī)、或支持的電器件也包含在印刷電路板中的壓電致動的移動控制器來控制移動。透鏡陣列可由透明清晰或有色的材料模塑而成，具有球形或半球形。
[0050]圖7示出了這種配置。包含圖案化金屬跡線703的PC板701在其表面上具有發(fā)光部分，該發(fā)光部分表現(xiàn)為安裝在基底704上的半導(dǎo)體發(fā)光裝置705。這些區(qū)域通過導(dǎo)電線或條帶結(jié)合在一起以形成串聯(lián)/并聯(lián)電路。這些發(fā)光區(qū)域的頂部上方設(shè)置的是透鏡陣列710，其形成為匹配的光學(xué)元件序列(通過諸如模塑的方法)。標(biāo)記711和712示出了兩種不同形狀的三個這種元件。透鏡陣列710與半導(dǎo)體陣列相隔開，以便在三維空間中的一個或多個方向上安裝以便于進(jìn)行外部操作，如相反的箭頭對所示出的。因此，通過移動透鏡陣列710，從匹配的LED陣列發(fā)射的光可根據(jù)需求被引導(dǎo)和聚焦，從而基本上操縱了光束?？梢酝ㄟ^板上的電子器件，并經(jīng)由遠(yuǎn)程控制或根據(jù)需求經(jīng)由諸如接近傳感器、定時器等的其它類似部件來進(jìn)行控制。
[0051]這些發(fā)光產(chǎn)品通常需要AC或DC電流源。雖然LED使用直流電，但在LED的數(shù)量被選擇與AC電壓匹配的情況下，可以使用這些LED對AC電源進(jìn)行整流。很好理解如何將AC電源轉(zhuǎn)換為DC。然而，使用如由電池提供的DC電源可能存在一些問題，這是因為二極管的電流-電壓特性是極度非線性的，因而隨著電池電壓因負(fù)載而降低，LED抽取的電流迅速減少。由于LED的光輸出典型地與電流直接成正比(至少在某些區(qū)段上)，這就意味著光輸出迅速減少。另一方面，如果電池電壓超出預(yù)定值，則LED半導(dǎo)體結(jié)的熱會過量，并可能損壞裝置。此外，LED結(jié)中過量的熱可能導(dǎo)致被稱為熱失控(thermal runaway)的情況，其中熱量會增加在給定電壓下抽取的電流，從而導(dǎo)致了進(jìn)一步升溫，而這又導(dǎo)致了更大的電流抽取，并快速損壞裝置。這對于高功率LED來說是個特殊的問題，需要進(jìn)行仔細(xì)的熱管理。
[0052]為了幫助避免這一問題，有利的是固定通過LED的電流，而非電壓。然而，由于電池電源和LED負(fù)載的伏安特性不同，使用電池作為電流源存在著問題。因而，可使用一電路以不依賴于電池提供的電壓來調(diào)節(jié)并固定電流。在電池電壓小于串聯(lián)和/或并聯(lián)的LED電路所需的負(fù)載電壓的情況下，可使用如圖8(a)和8(b)所示的升壓電路。在這些電路中，使用集成電路裝置IC1801來控制電感L1803的充電和放電。該集成電路可以是任一可用的裝置，例如德州儀器(Texas Instruments)的TPS61040。在充電周期完成后，IC切換電路，從而允許電感L1803經(jīng)由負(fù)載放電，該情形中負(fù)載為發(fā)光二極管805。經(jīng)由反饋電阻R1806來控制電流。選擇電阻的值以固定允許流過負(fù)載的最大電流，該情形中負(fù)載為一個或多個LED(LED1、LED2)，如805所示。比較R1806兩端的電壓與IC1801的FB引腳處內(nèi)部生成的參考電壓，因而可進(jìn)行這種控制。當(dāng)兩個電壓相等時，電流被認(rèn)為是恒定的，且被保持為預(yù)定值。使用二極管D3802以在電池源(未示出)反向連接的情況下保護(hù)IC1801。二極管804僅允許電流正向地、或在發(fā)光方向上流經(jīng)LED805。在本發(fā)明的實施例中，這種電路可包含在燈泡的封罩內(nèi)。
[0053]圖8(b)中示出的電路與8(a)中的不同之處在于，前者包含簡易且廉價的部件以保護(hù)LED不致經(jīng)受過量電流以及高溫導(dǎo)致的失控。在該電路中，具有隨溫度變化的正電阻率的電阻R2807與固定電阻串聯(lián)。電阻R2物理地設(shè)置于電路板上以位于LED805發(fā)出的熱的熱通道中。因而，當(dāng)LED805的溫度增加時，R2807的電阻也增大，其電阻值與R1806疊加。由于該組合電阻兩端的電壓體現(xiàn)在IC1801的反饋引腳FB上，增加的電壓可解釋為需要減小電流。因而，通過引入自限制控制功能，可防止LED805抽取更多電流的自然趨勢，該趨勢通常將導(dǎo)致LED805出現(xiàn)故障。
[0054]這種電路具有下述優(yōu)點，其非常高效和緊湊，并在其中建立了允許所產(chǎn)生的系統(tǒng)自適應(yīng)于其所處的熱環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)。由于這些屬性，例如可將電路設(shè)在用于閃光燈的微型燈座(例如，PR型法蘭燈座)中。
[0055]然而，這種電路的一個可能的限制在于，其僅將電壓從較低的值升壓為LED負(fù)載所需的較高值。因此，在僅需要一個LED但僅可獲得較高的輸入電壓的情況下，即使使用圖8中電路之一，通常也會在LED兩端產(chǎn)生過量電壓。這會導(dǎo)致抽取過量電流，從而導(dǎo)致LED提前出故障和/或電池提前耗盡。為解決這一問題，本發(fā)明實施例的特征在于，電路優(yōu)選地仍足夠緊湊以裝配入燈泡或燈泡基座中，且能夠使輸出電壓高于或低于來源電池或其它DC電源的電壓，從而保持期望的電流流經(jīng)LED負(fù)載。如果輸入電壓低于LED所需的電壓，則電路升壓，而如果輸入電壓高于維持流經(jīng)LED必需的恒定電流所需的電壓，則電路降壓。可以理解，對LED的引用包含串聯(lián)、并聯(lián)或串/并聯(lián)電路中的一個或多個LED。此外，由于溫度會產(chǎn)生有害效果，因而該電路典型地具有基于環(huán)境溫度調(diào)節(jié)流經(jīng)LED的電流的能力。可通過外部環(huán)境或電路和LED的散熱來確定背景溫度。
[0056]圖9示出了這種電路。該電路使用通常用作反相開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的所謂Cuk變換器。這種裝置根據(jù)電阻橋的值，使源電壓的極性反相并調(diào)節(jié)輸出電壓。在示出的實施例中，該變換器電路被改造為能夠提高電壓輸出或降低電壓輸入以維持流經(jīng)由一個或多個LED905表示的負(fù)載的恒定電流。該電路合并入諸如美國國家半導(dǎo)體公司LM2611Cuk變換器或等同物的集成電路IC1901。在該電路中，在通過如Vbat所示的電池源對電感L1902充電的第一周期中，ICl的內(nèi)部晶體管閉合。同時，電容C2904對電感L2903充電，電感L2903的輸出電流對LED905供電。在下一周期中，IC1901改變狀態(tài)以允許電感L1902對電容C2904充電，電感L2903通過LED905放電。通過包括或主要由R2906a和R3907a組成的電阻網(wǎng)絡(luò)來控制充電功率和流經(jīng)負(fù)載的電流。這些電阻的整體值與從地流經(jīng)LED905的電流設(shè)定了IC1901的反饋引腳(FB)上的電壓。電阻907a具有正的溫度系數(shù)，從而其電阻隨溫度增加而增大。
[0057]還可改變電流以適應(yīng)熱效應(yīng)，諸如LED的散熱、ICl或其它電路組件生成的熱量和/或背景環(huán)境條件。這是由基于溫度的電阻R3來實現(xiàn)的。在圖9(a)中，電阻R3907a具有正的溫度系數(shù)，其中電阻隨溫度增加而增大。與R2906a的串聯(lián)電路的相加效應(yīng)表示隨著溫度增加，組合的整體電阻也增大，從而導(dǎo)致電壓增大。這會引起ICl減少向LED905的輸出電流。在圖9(b)中，電阻網(wǎng)絡(luò)包括并聯(lián)和串聯(lián)的電阻。該示例中，電阻R2906b和R4908是固定的，而電阻R3907b是基于溫度的且具有正的溫度系數(shù)。使用并聯(lián)配置相較于簡單的串聯(lián)配置，在溫度依賴性的選擇上更加自由。
[0058]本文使用的術(shù)語和表達(dá)用作描述的術(shù)語和表達(dá)并且不是限制性的，在使用這些術(shù)語和表達(dá)時，并不排除示出和描述的這些特征及其部分的任何等同替代。此外，雖然描述了本發(fā)明的特定實施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可使用包括本文披露的概念的其它實施例。因此，所描述的實施例在各個方面都被認(rèn)為僅是示意性的，而非限制性的。
[0059]權(quán)利要求如下。
【權(quán)利要求】
1.一種照明裝置，包括: 外殼; 用于連接所述照明裝置和電插座并接收輸入電源的電源連接器； 設(shè)置在所述外殼內(nèi)的用于直接照明的光發(fā)射器； 用于調(diào)節(jié)所述輸入電源并向所述光發(fā)射器提供調(diào)節(jié)的電源的電路；以及 裝飾照明元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中所述裝飾照明元件設(shè)置在所述外殼內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中所述裝飾照明元件包括用于提供與所述直接照明不同的裝飾照明的第二光發(fā)射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其中所述裝飾照明和所述直接照明在照明方向上不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其中所述裝飾照明和所述直接照明在照明顏色上不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，其中所述裝飾照明和所述直接照明在照明亮度上不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，進(jìn)一步包括光學(xué)組件，所述光學(xué)組件用于沿著所述光學(xué)組件的長度引導(dǎo)從所述第二發(fā)射器產(chǎn)生的光，以提供所述裝飾照明。`
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明裝置，進(jìn)一步包括第二電路，所述第二電路用于調(diào)節(jié)所述輸入電源并向所述第二光發(fā)射器提供調(diào)節(jié)的電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明裝置，其中所述第二電路控制所述第二光發(fā)射器的亮度或顏色中至少之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明裝置，進(jìn)一步包括響應(yīng)于無線命令以控制所述第二光發(fā)射器的電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，進(jìn)一步包括用于在照明方向上引導(dǎo)所述光發(fā)射器所產(chǎn)生的光的光學(xué)組件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明裝置，其中所述光學(xué)組件為全內(nèi)反射器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，進(jìn)一步包括熱連接至光發(fā)射器以調(diào)節(jié)光發(fā)射器的溫度的熱沉。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，進(jìn)一步包括引導(dǎo)所述光發(fā)射器所產(chǎn)生的第一部分光以用于所述直接照明的光學(xué)組件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的照明裝置，其中所述第一部分光比未被所述光學(xué)組件引導(dǎo)的第二部分光更強(qiáng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明裝置，進(jìn)一步包括引導(dǎo)所述第二部分光以提供所述裝飾照明的第二光學(xué)組件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明裝置，其中所述外殼包括基本半透明的遮光罩，所述裝飾照明元件提供穿過所述遮光罩的照明。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的照明裝置，其中所述遮光罩包括開口，所述第二部分光穿過所述開口從所述外殼射出以提供所述裝飾照明。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的照明裝置，進(jìn)一步包括連接所述外殼和所述光學(xué)組件以提供所述裝飾照明的多個光通道。
20.一種使用照明裝置來提供裝飾照明特性的方法，包括: 由設(shè)置在外殼內(nèi)的光發(fā)射器提供直接照明；以及 提供與所述直接照明不同的裝飾照明。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中提供所述直接照明包括通過(i)所述外殼內(nèi)的光學(xué)元件和(ii )附接至所述外殼的基本透明蓋將所述光發(fā)射器所產(chǎn)生的光射出。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中提供所述裝飾照明包括引導(dǎo)所述光發(fā)射器所產(chǎn)生的發(fā)射光。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中通過光學(xué)組件引導(dǎo)用于所述裝飾照明的發(fā)射光。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中通過(i)所述外殼內(nèi)的光學(xué)元件和(ii )所述外殼的基本半透明的遮光罩引導(dǎo)用于所述裝飾照明的發(fā)射光。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中提供所述裝飾照明包括發(fā)射由不同于所述光發(fā)射器的第二光發(fā)射器所產(chǎn)生的光。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中通過光學(xué)組件引導(dǎo)用于所述裝飾照明的發(fā)射光。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中通過電路控制所述第二光發(fā)射器所產(chǎn)生的發(fā)射光的亮度或顏色中至少之一。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第二光發(fā)射器響應(yīng)于無線命令。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述裝飾照明與所述直接照明在發(fā)射方向、顏色或亮度中至少之一上是不同的。
【文檔編號】F21V29/00GK103502729SQ201280020295
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月25日
【發(fā)明者】A·卡塔拉諾, D·J·哈里森 申請人:特銳拉克斯有限公司