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CN101688652B - 具有改善的散热和可制造性的表面照明led基照明器材 - Google Patents

具有改善的散热和可制造性的表面照明led基照明器材 Download PDF

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CN101688652B
CN101688652B CN2008800216348A CN200880021634A CN101688652B CN 101688652 B CN101688652 B CN 101688652B CN 2008800216348 A CN2008800216348 A CN 2008800216348A CN 200880021634 A CN200880021634 A CN 200880021634A CN 101688652 B CN101688652 B CN 101688652B
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Abstract

LED基照明设备(100)和装配方法，其中各个组件之间的机械和/或热耦合经由从一个组件到另一个组件的力传递来实现。在一个实例中，多个LED装置布置成与形成外壳(105)的一部分的热沉(120)进行热交换。位于压力传递件(174)中的主光学元件(170)布置在每个LED(168)之上且光学对准每个LED(168)。形成外壳的另一部分的共享辅助光学工具(130)布置在该压力传递件(174)之上且与之压耦合。该辅助光学工具(130)施加的力经由该压力传递件传递，从而将该LED装置压向该热沉(120)，由此促进热传递。在一个方面，该LED装置无需粘合剂而固定在该外壳中。在另一方面，该辅助光学工具不直接施加压力到任意主光学元件上，由此减小光学未对准。

Description

具有改善的散热和可制造性的表面照明LED基照明器材
背景技术
数字照明技术，即基于诸如发光二极管(LED)的半导体光源的照明提供了传统荧光、HID和白炽灯的可行备选。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、鲁棒性、低操作成本以及很多其他方面。LED尤其适用于要求低剖面照明器材(fixture)的应用。LED的较小尺寸、长工作寿命、低功耗和耐久性使得它们在空间稀缺时成为重要选择。例如，LED基线性器材可以配置为用于内部或外部应用的泛光照明灯具，为建筑表面提供洗墙或墙掠射照明效果，且改善三维对象的清晰度。
尤其是，因为其较高的总发光效率和产生各种光图形的能力，采用高通量LED的灯具快速成为常规照明器材的优良备选。然而，在这种灯具的设计和操作时一个重要的考虑是热管理，因为高通量LED对工作期间产生的热敏感。维持最佳结温是开发有效照明系统的重要要素，因为当以较低温度运行时，LED更高效和更长时间地工作。然而，主要由于其固有噪声、成本和高维护要求，典型地在普通照明产业中不鼓励使用经由风扇和其他机械空气移动系统的有效冷却。相应地，散热经常变成重要的设计考虑。
而且，LED基灯具从具有不同热膨胀属性的多个组件装配，且典型地依赖于粘合材料将这些组件互相粘附在一起。然而，常规粘合材料可能在灯具工作期间释放气体，影响了其性能。另外，粘合的组件一般不能分开，因此，即使当仅粘合的组件之一故障或需要替换时，往往需要一起丢弃。而且，各个组件的不同热膨胀/收缩属性经常限制灯具的设计。已知LED基灯具的其他缺点包括安装和定位灵活性的缺少以及以线性阵列连接时各个器材之间不希望的阴影。
因而，在本领域中存在对具有改善的适用性和可制造性以及光提取和散热属性的高性能LED基照明设备的需要。尤其希望避免了已知方法缺点的适于洗墙和/或墙掠射应用的线性LED基器材。
发明内容
此处申请人认识并且意识到至少一些上述缺点可以通过减小或消除灯具装置中粘合剂的使用和减轻其组件之间的热膨胀失配来解决。鉴于此，本发明的各个实施例总体上涉及LED基照明设备，其中照明设备的至少一些组件彼此相对布置，且配置为使得各个组件之间的机械和/或热耦合至少部分地基于从一个组件到另一个组件的力应用和/或压力传递实现。
例如，本发明的一个实施例涉及一种LED基照明设备，其包括布置在辅助光学工具和LED装置之间的多个压力传递件，用于(i)保持主光学元件位于LED装置的相应LED光源之上，以及(ii)在辅助光学工具施加的压力的作用下，将LED装置与主光学元件一起固定抵住设备的热沉。这种设备具有改善的散热和光提取属性，且可以容易地拆解和重装以用于修复和提供维护。
在各种实施方式中，根据此处公开的至少一些实施例的照明设备配置为使得装置的物理结构有利于彼此邻接，且辅助光学工具提供来自邻接设备的光的混合，由此形成多个设备的连续线性阵列，不存在观察者可觉察的光发射的任何缝隙。
更具体而言，本发明的一个实施例涉及一种照明设备，其包括具有第一表面的热沉，布置在热沉上且包括布置在印刷电路板上的多个LED光源的LED装置，以及布置在该多个LED光源上的多个空心压力传递件。每个压力传递件包括用于准直相应LED光源产生的光的主光学元件。该照明设备还包括压耦合到多个压力传递件的集成辅助光学工具，使得集成辅助光学件施加的力通过压力传递件传递，从而朝热沉的第一表面推动LED装置，由此将LED装置与主光学元件一起固定抵住设备的热沉，且有利于从LED装置到热沉的热传递。
在上述实施例的一个方面，集成辅助光学工具具有透明上壁，该透明上壁定义用于接收和传输来自LED光源的光的透镜。在另一方面，集成辅助光学工具可以通过例如螺丝的至少一个非粘合性连接器连接到热沉。在另一方面，顺从件(compliant member)可以置于集成辅助光学件和压力传递件之间。在又一方面，集成辅助光学工具可以不压耦合到任意主光学元件。
本发明的另一实施例涉及一种照明设备，其包括具有第一表面的热沉以及具有第二和第三相对表面的LED印刷电路板，其中第二表面布置在热沉的第一表面上，且其中第三表面具有布置在其上的至少一个LED光源。该设备还包括：具有透明上壁的集成透镜外壳件，该透明上壁布置为接收该至少一个LED光源发射的光；以及压力传递件，其具有一般沿从LED印刷电路板到集成透镜外壳件的透明上壁的方向延伸的支承结构，且还具有连接到该支承结构的压力传递表面，其中该支承结构定义孔径，其中该压力传递表面布置在所述LED印刷电路板的第三相对表面上且还与LED光源相邻布置。该设备还包括布置在压力传递件的支承结构定义的孔径中的光学件。集成透镜外壳件压耦合到压力传递件，使得集成透镜外壳件施加的力经由压力传递件传递到压力传递表面，从而将LED印刷电路板压向热沉的第一表面，从而提供从LED印刷电路板到热沉的热传递。
又一实施例涉及一种LED基照明设备，其包括热沉、包括布置在衬底上的多个LED的LED装置，以及多个光学单元。该多个光学单元中的每个光学单元包括位于压力传递件中的主光学元件，其中每个光学单元布置在多个LED的不同LED上。该设备还包括布置在多个光学单元上且压耦合到该多个光学单元的辅助光学工具，使得辅助光学工具施加的力经由压力传递件传递，从而将LED装置压向热沉以促进从LED装置到热沉的热传递。
再一实施例涉及装配LED基照明设备的方法，该LED基照明设备包括热沉、包含布置在衬底上的多个LED的LED装置、以及多个光学单元。该方法包括以下步骤：(a)将LED装置布置在热沉之上；(b)保持多个光学单元位于LED装置之上，使得每个光学单元布置在多个LED的不同LED上；以及(c)不使用粘合材料，固定LED装置和主光学元件而抵住热沉。在一个方面，步骤(c)包括压耦合辅助光学工具到多个光学单元，使得辅助光学工具施加的力固定LED装置而抵住热沉。
根据本发明各个实施例的照明设备和装配方法提供的一些优点包括：LED光源的改善的散热和减小的工作温度，因为(i)压力被直接施加到LED装置的印刷电路板(PCB)的热产生区域，导致减小的热阻以及(ii)来自集成辅助光学工具的保持力的均匀分布在布置在印刷电路板和热沉之间的可选热界面材料中产生相对高压缩负载。另一优点是通过减少工艺步骤和组件的数目简化了灯具的适用性和可制造性。尤其是，(i)PCB(具有附着的热界面材料和压力传递件)通过集成辅助光学工具适当取向和固定，使得没有紧固件单独地负责附接PCB，以及(ii)不需要粘合剂或紧固件来附接压力传递件到PCB。
相关术语
用于本公开目的，当在此使用时，术语“LED”和“LED光源”应被理解为包括能够响应于电信号产生辐射的任意电致发光二极管或其他类型的载流子注入/结基系统。因而，术语LED包括但不限于，响应于电流发光的各种半导体基结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光条等。具体而言，术语LED指可配置成在一个或多个红外光谱、紫外光谱和可见光谱(一般包括从约400纳米到约700纳米的辐射波长)的各个部分中产生辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些实例包括但不限于，各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以及白色LED(下文进一步讨论)。还应当意识到，LED可以配置和/或控制为对于给定光谱(例如，窄带宽、宽带宽)产生具有各种带宽(例如，半峰全宽或FWHM)以及给定一般颜色分类中的各种主导波长的辐射。例如，配置成产生基本白光的LED(例如白光LED)的一个实施方式可以包括很多管芯，这些管芯分别发射不同电致发光谱，这些电致发光谱组合地混合以形成基本白色的光。在另一实施方式中，白光LED可以与磷光体材料相关，该磷光体材料将具有第一光谱的电致发光转换成不同的第二光谱。在该实施方式的一个实例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，进而辐射具有稍宽光谱的较长波长辐射。
还应当理解，术语LED不限制LED的物理和/或电学封装类型。例如，如上面所讨论的，LED可以指具有多个管芯的单个发光装置，该多个管芯配置为分别发射不同光谱的辐射(例如，可以是或者不是独立受控的)。而且，LED可以与被认为是LED(一些类型的白色LED)主要部分的磷光体相关。一般地，术语LED可以指封装的LED、未封装的LED、表面贴装LED、板上芯片LED、T封装LED、放射状封装LED、功率封装LED、包括一些类型的套子和/或光学元件(例如漫射透镜)的LED等。
术语“光谱”应被理解成指一个或多个光源产生的任意一个或多个频率(或波长)的辐射。因此，术语“光谱”不仅指可见范围内的频率(或波长)，还包括红外、紫外和整个电磁光谱的其他区域的频率(或波长)。而且，给定光谱可以具有相对窄的带宽(例如，基本具有很少的频率或波长成分的FWHM)或相对宽的带宽(若干具有各种相对强度的频率或波长成分)。还应当意识到，给定光谱可以是两个或更多其他光谱的混合(例如，混合从多个光源分别发射的辐射)的结果。
用于本公开的目的，术语“颜色”可以与术语“光谱”互换地使用。然而，术语“颜色”一般主要用于指观察者可觉察的辐射的属性(尽管这种使用并不旨在限制本术语的范围)。因此，术语“不同颜色”暗指具有不同波长成分和/或带宽的多个光谱。还应当意识到，术语“颜色”可以与白色和非白色光结合使用。
术语“色温”在此一般与白光结合使用，尽管这种使用并不旨在限制本术语的范围。色温基本指白光的特定颜色内容或阴影(例如，泛红、泛蓝)。给定辐射样品的色温常规地是根据与讨论中的辐射样品基本上辐射相同光谱的黑体辐射体的开尔文(K)温度表征的。黑体辐射体色温一般落在约700K(典型地被认为首先是人眼可见)到10,000K以上的范围内；白光一般在1500-2000K的色温以上被察觉。
较低的色温一般表示具有更显著红色成分或“较温暖感觉的”白光，而较高色温一般表示具有更显著蓝色成分或“较冷感觉的”白光。举例来说，火具有约1800K的色温，常规白炽灯具有约2848K的色温，早晨的日光具有约3000K的色温，且阴天正午的天空具有约10,000K的色温。
此处术语“控制器”一般用于描述与一个或多个光源的工作相关的各个设备。控制器可以以各种方式(例如，诸如与专用硬件一起)实施以执行此处讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个实例，其采用可使用软件(例如，微代码)编程的一个或多个微处理器以执行此处讨论的各种功能。控制器可以采用或不采用处理器实施，且也可以实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程微处理器和相关电路)的组合。可以在本公开的各个实施例中采用的控制器组件的实例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)以及现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(此处一般称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、软盘、紧凑盘、光盘、磁带等)相关。在一些实施方式中，存储介质可以使用一个或多个程序来编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，这些程序执行此处讨论的至少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器中或是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以装载到处理器或控制器中，从而实施此处讨论的本公开的各个方面。在此使用的术语“程序”或“计算机程序”在一般意义上指可用于编程一个或多个处理器或控制器的任意类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。
应当意识到，上述概念和下文更详细讨论的附加概念(如果这些概念并不相互不一致)的所有组合被预期为此处公开的本发明主题内容的一部分。具体而言，在本公开末尾出现的所主张主题内容的所有组合被预期为此处公开的本发明主题内容的一部分。还应当意识到，也可能在通过引用结合于此的任意公开中出现的此处明确采用的术语将符合与此处公开的特定概念的最一致的意义。
相关专利和专利申请
与本公开及其中包括的任意发明概念有关的下述专利和专利申请通过引用结合于此：
美国专利No.6,016,038，授权日为2000年1月18日，名为“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus”；
美国专利No.6,211,626，授权日为2001年4月3日，名为“Illumination Components”；
美国专利No.6,975,079，授权日为2005年12月13日，名为“Systemsand Methods for Controlling Illumination Sources”；
美国专利No.7,014,336，授权日为2006年3月21日，名为“Systemsand Methods for Generating and Modulating Illumination Conditions”；
美国专利No.7,038,399，授权日为2006年5月2日，名为“Methodsand Apparatus for Providing Power to Lighting Devices”；
美国专利No.7,256,554，授权日为2007年8月14日，名为“LEDPower Control Methods and Apparatus”；
美国专利No.7,267,461，授权日为2007年9月11日发布，名为“Directly Viewably Luminaire”；
美国专利申请公报No.2006-0022214，2006年2月2日公开，名为“LED Package Methods and Systems”；
美国专利申请公报No.2007-0115665，2007年5月24日公开，名为“Methods and Apparatus for Generating and Modulating White LightIllumination Conditions”；
美国临时申请No.60/916,496，2007年5月7日提交，名为“PowerControl Methods and Apparatus”；
美国临时申请No.60/916,511，2007年5月7日提交，名为“LED-Based Linear Lighting Fixtures For Surface Illumination”；以及
美国临时申请No.11/940,926，2007年11月15日提交，名为“LEDCollimator Having Spline Surfaces And Related Methods”。
附图说明
在图中，贯穿不同视图，相同的参考字符一般表示相同的部件。而且，图没有必要成比例，当解释此处公开的本发明原理时，予以强调说明而不是一般的说明。
图1A是根据本发明的一个实施例的照明设备的透视图；
图1B是形成线性阵列的图1A的两个照明设备的侧视图；
图1C-1E示意安装在墙上的图1B的线性阵列；
图2是说明图1A的照明设备一部分的分解图，根据本发明的一个实施例，该照明设备包括集成辅助光学工具和多个压力传递构件；
图3是说明根据本发明的一个实施例布置在LED PCB上的光学单元的顶透视图；
图4-6说明根据本发明的一个实施例，图3的光学单元的透视、顶视和底视图；
图7是图1A的照明设备沿着图1A中的切割平面线7-7截取的剖面图；
图8是照明设备沿着图1A中的切割平面线8-8截取的剖面图；
图9是根据本发明一个实施例的照明设备的部分顶视图；
图10是根据本发明的一个实施例，具有多个集成辅助光学工具的线性照明设备的侧视图；以及
图11-15是用于向根据本发明各个实施例的照明设备提供功率的电源的示意电路图。
具体实施方式
下面是涉及本发明LED基照明器材和装配方法实施例的各个方面的更详细描述。应当意识到，如上面示意和下面详细讨论，本实施方式的各个方面可以以很多不同方式中任意一种实施，因为本发明不限于任意特定实施方式。提供特定实施方式的实例仅是为了说明目的。
本发明的各个实施例总体上涉及LED基照明设备和装配方法，其中照明设备的至少一些组件彼此相对布置，且配置为使得各个组件之间的机械和/或热耦合至少部分地基于从一个组件到另一个组件的力的应用和传递来完成。例如，在一个实施例中，包括多个LED的印刷电路板(LED装置)与形成外壳的一部分的热沉进行热交换。位于压力传递件中的主光学元件布置在每个LED上且光学对准每一个LED。形成外壳的另一部分的共享辅助光学工具(对于多个LED公用)布置在压力传递件之上且压耦合到压力传递件。辅助光学工具施加的力经由压力传递件传递，从而将LED装置压向热沉，由此有利于热传递。在一个方面，LED装置无需粘合剂而固定在外壳中。在另一方面，辅助光学工具不直接施加压力到任意主光学元件上，而是施加压力到包围每个主光学元件的压力传递件，由此减小光学未对准。
图1A说明了根据本发明的一个实施例的照明设备100。照明设备包括外壳105，外壳105包括用于支承和/或包围照明系统(例如，包括一个或多个LED和相关光学器件的光源，如下文详细讨论)的顶部120以及包括电子隔间110的底部108。如下文参考图11-15更详细描述，电子隔间容放用于对照明设备供电且控制其发射光的电源和控制电路。
外壳由诸如挤压或压铸铝的粗糙热传导材料制成。参考图1A，在一些实施方式中，顶部120和底部108是从铝挤压的整体连续片。在备选实施方式中，顶部和底部是单独制作且然后通过本领域任意已知方法例如通过紧固件而结合在一起的离散组件。
优选地，外壳被制作成在底部108的电子隔间的边缘和顶部的边缘122之间形成偏移109。该偏移提供了用于互连电源数据电缆的场所，允许照明设备的发光部分彼此毗邻，由此提供良好的光均匀性且在相邻照明设备之间的邻接区域混合。因而，如图1B所示，可以布置灯具的连续线性阵列，在光发射中不存在观察者可察觉的任何间隙。
电子隔间110包括用于散逸照明设备工作期间由电源和控制电路产生的热的特征。例如，如图1A所示，这些特征包括从电子隔间的每个相对边延伸的鳍/突出物114。
还如图1A-1B所示，电子隔间还包括输入和输出端帽116，其由压铸铝形成且配置成连接照明设备到电源且可选地提供一个或多个数据线到其他照明设备。例如，在某些应用中，标准线电压被分配到接线盒，且接线盒使用引线电缆连接到第一照明设备。因而，第一照明设备具有配置成连接到引线电缆的端帽。第一照明设备的相对端帽配置成经由器材-器材互连电缆144连接到相邻照明设备。以这种方式，可以连接一行照明设备以形成预定长度的线性照明设备。一行照明设备中离电源和/或数据线最远的最后端帽是附属端帽，因为功率和数据均不需要从该最后单元发射。顶部120(贯穿说明书，也称为“热沉”)还具有用于散逸照明设备100工作期间由照明系统产生的热的散热特征。散热特征包括从热沉120的相对侧延伸的鳍124。如下面参考图2-8更详细描述，包括光产生组件和光学工具的照明系统布置在热沉120的表面126上。
集成辅助光学工具130连接到热沉，封入多个光学单元140(在图1A中通过虚线示出且在下文更详细讨论)。集成辅助光学工具包括上壁132、一对相对过浇铸端壁134以及一对相对侧壁136。上壁132的至少一部分是透明的，定义用于发射照明系统的光源所产生光的透镜。在各个实施方式中，集成辅助光学工置是由诸如聚碳酸酯的塑料制成的整体结构，用于改善冲击阻力和耐气候性。
在一个实施方式中，过浇铸端壁134是平坦的且基本与热沉120的边缘122齐平。这种配置允许另一照明设备100与边缘122毗邻，形成在毗邻端壁之间只有很小或没有缝隙的线性阵列。例如，参考图1B，第一照明设备的第一相对过浇铸端帽和第二照明设备的第二相对过浇铸端帽之间的距离142约为0.5毫米。当在相对边122之间测量时，单个照明设备例如可以是一英尺或四英尺长。预定长度的多单元线性发光阵列可以通过以上述方式组装合适数目的各个设备形成。如图1C-1E所示，照明设备例如可以通过附着到底部108的诸如夹具的安装装置来安装在例如墙或天花板上。
参考图1C-1E，在墙掠射应用中，使用附接到连接器148的悬臂架146，各个器材100和/或器材的互连线性阵列安装到被照明表面的附近，例如，在距离表面约4-10英寸的距离处。在一些实施方式中，连接器148还可用于机械和电学互连各个器材。参考图1D，为了更好地相对于被照射建筑表面瞄准和定位器材以及最小化器材的侧面，连接器148相对于电源部分108可旋转，且更具体而言，绕着电引线组件(例如，如图1B所示的互连电缆144)可旋转。参考图1E，末端单元安装连接器150可旋转地连接到阵列中最后一个照明设备。至少部分地由于极小的(如果存在的话)单元间缝隙，线性发光阵列提供整个阵列长度上极好的光均匀性，在光发射中实际上没有观察者可觉察的不连续。而且，线性发光阵列的多隔间配置减轻了热沉120和集成辅助光学工具130的不同热膨胀系数的影响。即，在阵列的每个照明设备，集成辅助光学工具130相对于热沉120的膨胀至少部分被容纳在形成的照明设备的各个辅助光学工具之间的结处。
图2说明根据本发明的一个实施例，如图1A所示组成照明设备100一部分的照明系统106的分解透视图。照明系统106布置在热沉120的表面126上。在一个示意性实施方式中，热界面层160可以附着到表面126。尽管不需要装配，在一些实施方式中，例如通过粘合剂薄膜，制作工艺可选地可以通过附着界面层160到表面126而简化。热界面层有利于向热沉120的热传递。在很多实施方式中，热界面层是约为0.01英寸厚的薄石墨膜。不象常规硅树脂间隙垫，石墨材料不随时间从界面层排出，避免了使照明设备的光学组件的雾化。另外，石墨材料无限期地维持其热传导，而常规复合材料间隙垫在这方面随时间劣化。
仍然参考图2，热界面层160上布置有印刷电路板(PCB)164，该PCB 164上例如线性地布置多个LED光源168。用于以高强度发射白光或彩色光的合适LED可以从北卡罗来纳州Durham的Cree，Inc.或加利福尼亚州圣琼斯的Philips Lumileds获得。在一个实施方式中，PCB 164具有一英尺的长度且包括12个来自Cree的XR-E 7090LED源168，每个LED源发射具有2700K或4000K色温的白光。在本发明的各个实施方式中，LED PCB不直接附着或紧固到界面层和热沉，而是适当保持且通过集成辅助光学工具130的挤压行为以预定取向固定，如下面更详细描述。
可以形成经由从电子隔间110延伸通过LED PCB 164内底部馈入连接器169的总引脚(header pins)(未示出)从电子隔间110(见图1A)中的电源和控制电路到LED PCB 164的电连接，由此供电和控制LED光源168。在一些示意性实施方式中，电源和控制电路基于这种电源配置：该配置接收交流线电压且提供直流输出电压以提供功率到一个或多个LED以及与LED相关的其他电路。在各个方面，合适的电源可以基于开关电源配置且尤其配置成提供相对高功率因数校正电源。在一个示意性实施方式中，可以采用单开关级来完成向负载的高功率因数的功率供应。至少部分地与本公开相关或适于本公开的电源架构和概念的各个实施例例如在以下文献中提供：2005年3月14日提交的名为“LED Power Control Methods and Apparatus”的美国专利申请No.11/079,904，2005年9月12日提交的名为“Power Control Methodsand Apparatus for Variable Loads”的美国专利申请No.11/225,377以及2006年5月8日提交的名为“Power Control Methods and Apparatus”的美国专利申请No.11/429,715，它们全都通过引用结合于此。尤其适于此处描述的照明设备的电源架构附加实例的电路图在图11-15中提供。
包括具有电源和控制组件的LED光源配置的LED基照明单元的一些通用实例可以在2000年1月18日授权给Mueller等人的名为“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus”的美国专利No.6,016,038以及2001年4月3日授权给Lys等人的名为“IlluminationComponents”的美国专利No.6,211,626中找到，这两个专利都通过引用结合于此。而且，在适于与本公开的灯具相结合使用的LED器材中处理和集成功率和数据管理的数字电源的一些通用实例例如可以在美国专利No.7,256,554和美国临时专利申请No.60/916,496中找到；如上面“相关专利和专利申请”部分所述，它们均通过引用结合于此。
参考图3且继续参考图2，照明系统106还包括例如沿LED PCB164线性布置的多个光学单元140。光学单元将在下文参考图4-8更详细描述。一般地，一个光学单元在每个LED光源168上居中，且取向为朝向集成辅助光学工具130的上壁132的透明部分或透镜发射光。每个光学单元包括主光学元件170和用作主光学元件的保持器的压力传递件174。压力传递件包括定义孔径176的支承结构/壁175，且由诸如铸模塑料的不透明粗糙材料制成。在很多实施方式中，主光学元件是全内反射(TIR)准直器，配置为用于控制相应LED光源168发射的光的方向性或将其准直。适于用作此处公开的主光学元件的准直器的一些实例在共同未决的美国专利申请No.11/940,926中公开，其通过引用结合于此。
在一些示意性实施方式中，本发明预期使用全息漫射膜以在维持高效率的同时增加混合距离且改善照明均匀性。例如，参考图2，光漫射层178邻近集成辅助光学工具130的上壁132的内表面布置。光漫射层可以是约0.01英寸厚的聚碳酸酯膜(或其他合适的膜或从LuminitLLC可得的“光成型漫射体”，http://www.luminitco.com)，且还可以进一步在邻近上壁的一面上纹理化。适于经由辅助漫射层改善照明均匀性的另一方法在2007年9月11日授权的名为“Directly ViewablyLuminaire”的美国专利7,267,461中公开，其通过引用结合于此。
现在参考图4-6，光学单元140的压力传递件174具有一般沿从LED PCB 164朝向集成辅助光学工具130的上壁132的方向延伸的支承结构或壁175。主光学单元170坐落于压力传递件174的孔径176中且例如通过搭扣配合而保持。压力传递件还包括(i)用于支承孔径176内的主光学元件170的多个内脊(interior ribs)184，以及(ii)布置在压力传递件的顶边的一对顺从件186。顺从件由因为其压缩恢复和抗压缩形变而被选择的顺从材料制成。这允许在热循环的扩展周期上(即，照明设备的开启和关闭)向支承结构175应用一致的力。在各个实施例中，顺从件是热塑弹性体，且通过注入融化状态的顺从材料到支承结构175中的小孔径而制作。
如参考图8更详细描述，顺从件对于解决光学单元140和压耦合到压力传递件174的集成辅助光学工具130的结合点处的公差叠加问题是有用的。即，由于制作堆叠在表面126上的每个组件期间的尺寸公差，每个光学单元相对于集成辅助光学工具130的配置可以在LEDPCB上稍微变化。顺从件被设计成校正这些差异且导致在集成辅助光学工具施加的可能压缩范围上在LED PCB应用大约相同数量的力。因而，根据本发明的照明设备具有改善的结构完整性且提供更好的一致性和改善的工作条件预测性。在一些实施方式中，顺从件不附接到压力传递件，而是配置成形成与压力传递件的接触以实现上述功能。
参考图6，压力传递件174还包括压力传递表面190和相对对准脊194，该相对对准脊194位于与顺从件186相对一端上。压力传递表面190与支承结构175邻接且一般与之垂直。压力传递表面配置成停留在LED PCB 164上，邻近LED光源168。在一些实施例中，相对对准脊是压力传递表面的一部分，相对对准脊一般与压力传递表面共面，且用于以类似于压力传递表面190的方式施加压力；在其他实施例中，相对对准脊不与压力传递表面190共面且不向LED PCB施加压力。在后一种实施例中，相对对准脊配置成与主光学元件170啮合且相对于LED光源适当取向主光学元件。压力传递表面190配置成啮合LED光源且相对于LED光源适当取向压力传递件174。集成辅助光学工具在顺从件186接触压力传递件。
现在参考图7，示出了图1A的照明设备100沿着切割平面线7-7截取的剖面图。该剖面取自相邻光学单元140之间的区域。集成辅助光学工具130定义其中布置光学单元的孔径20，且还定义相对侧壁136。相对侧壁与上壁132邻接。过浇铸端壁134(见图1A)与相对侧壁邻接。因而，集成辅助光学工具可以通过挤压一件塑料材料形成。在本发明的一些实施例中，集成辅助光学工具仅在透明上壁是透明的，相对侧壁和端壁是不透明的。在本发明的很多实施例中，集成辅助光学工具通过诸如螺丝、夹具和/或其他机械紧固件的非粘合性连接器连接到热沉。例如，如图7所示，集成辅助光学工具可以通过沿着集成辅助光学工具的长度布置的一对螺丝204和螺母208连接到热沉120。因而，此处公开的照明设备不需要厚度难以控制、导致不可预测的热传递特性的粘合剂层。根据本发明的照明设备也容易拆卸，以允许修理或替换时对于单独组件的存取，由此减少浪费且实现更环境友好型的器材。
仍然参考图7，照明设备还包括浇铸垫圈212，该垫圈位于沿着集成辅助光学工具外围的浅槽中。槽在毗邻热沉的表面126的表面中经过每个侧壁和端壁。当螺丝204被拧紧时，集成辅助光学工具沿LEDPCB 164的方向施加向下的力。透镜包括在装配时降至合适垫圈压缩的特征，由此将垫圈压抵热沉以提供密封且防止过压缩。在各个实施例中，集成辅助光学工具具有选择为最佳耐火性的最小厚度。在一些实施例中，最小厚度t约为3毫米。如图7进一步示出，光漫射层178布置在集成辅助光学工具的上壁的内表面214上。
现在参考图8，示出了照明设备100沿着图1A的切割平面线8-8截取的剖面图，该切割平面线经过压力传递件174和主光学元件170。一般地，相对侧壁136连接到热沉从而产生通过集成辅助光学工具130施加到压力传递件174上的力。如图8所示且继续参考图7，经由螺丝204和螺母208的动作，通过集成辅助光学工具施加的力，LED PCB 164和热界面层160保持抵住热沉120，该力通过顺从件186和压力传递件174传输。即，集成辅助光学工具压耦合到压力传递件，使得通过集成辅助光学工具施加的力经由压力传递件传递到压力传递表面190，从而按压LED PCB和界面层朝向热沉的表面126。该配置在照明设备工作期间提供从LED PCB到热沉的改善的热传递，由此延长了工作寿命且改善了照明设备的效率。
如图8进一步所示，集成辅助光学工具130可以配置为使得它向下按压在顺从件186上，该顺从件可以被压缩且传递负荷到压力传递件174(还用作光保持器)。因而，相似组件之间的尺寸公差在顺从件处被吸收。然而，在很多实施例中，集成辅助光学工具并不压耦合到主光学元件170。即，集成辅助光学工具并不下压到光学元件上。与顺从件的顺从相结合的这种配置减轻了光学元件的倾斜或位移量，由此改善了照明设备操作期间所发射光的方向性的控制和一致性。
在各个实施例中，且如图8进一步所示，主光学元件170通过停留在压力传递件的支承结构175的壁架/支承表面222上而悬挂在压力传递件174定义的孔径176中。光学元件可以通过搭扣配合(未示出)被支承结构保持。图8中进一步示出的是由支承结构定义的侧壁224，该侧壁224与沿主光学元件170周围的外部垂直表面225相对。因为压力传递件不透明，该配置阻挡在照明设备工作期间通过表面225逃逸的光。
在一些实施例中，且如图8所示，上壁132的内表面214还包括与上壁132邻接的多个连接引脚226。在集成辅助光学工具130与光漫射层178的装配过程中，连接引脚最初配置为插入到光漫射层中的孔228中。最初，连接引脚成形为通过光漫射层中的孔插入。因而，最初它们是直的且足够长地延伸出光漫射层的内表面230。例如，连接引脚可以延伸出内表面230约2毫米。然后，连接引脚的延伸端诸如通过使用射声器或振动加热而永久变形，由此形成连接引脚中的保持头232。保持头232和顺从件186一起保持光漫射层抵住集成辅助光学工具。
在很多实施方式和实施例中，且如图8进一步所示，压力传递件174的压力传递表面190向上延伸到LED光源168，从而定义压力传递表面和LED光源之间的最短距离d，该距离d小于约2毫米。在一些实施例中，最短距离约为1毫米。通过邻近LED光源，压力传递表面确保在照明设备的工作期间在LED PCB 164、热界面层160以及表面126之间没有缝隙存在或不产生缝隙，因为组件被加热且倾向于膨胀/接触。以这种方式，提供从LED光源到热沉120的良好热传递，热最终在鳍124散逸。
现在参考图9且如上所述，集成辅助光学工具130布置在光学单元140之上，以预定取向固定LED PCB 164使之抵住热沉120。如图9进一步示出，在各个实施方式中，垫圈212布置在LED PCB 164和螺丝204之间以将照明系统密封，而与周围环境隔离。在一些实施方式中，壁136的内表面配置为接收和贴身地容纳压力传递件。
现在参考图10，在本公开的一些实施方式中，线性照明设备300具有位于多个集成辅助光学工具330之下的底部308，该多个集成辅助光学工具330布置在顶部305的表面326上。即，设备的挤压铝部分是一个连续件，而每个集成辅助光学工具是相应LED PCB上的单独结构。
如上所述，放置在电子隔间110中的电源/控制电路是基于这种电源配置：该电源配置接收交流线电压且提供直流输出电压以供电一个或多个LED以及与LED相关的其他电路。根据本发明的照明设备的各个实施方式能够在消耗15W/英尺的功率的同时产生450-550流明/英尺的光输出。因而，如果设备包括4个一英尺LED PCB 164，总光输出的范围为1800至2200流明。
对于电源/控制电路，在各个实施例中，功率被供给到LED光源168，而不需要与光源相关的任何反馈信息。用于本公开的目的，用语“与负载相关的反馈信息”指在负载正常工作期间(即，当负载执行其特定功能性时)获得的与负载相关的信息(例如，LED光源的负载电压和/或负载电流)，该信息被反馈到提供功率到负载的电源，从而有利于电源的稳定工作(例如，调整的输出电压的供应)。因而，用语“不需要与负载相关的任意反馈信息”指其中提供功率到负载的电源不需要任意反馈信息来维持其本身和负载的正常工作(即，当负载执行其特定功能性时)的实施方式。
图11是说明根据本发明一个实施例的高功率因数单开关级电源500实例的示意性电路图，其中电源可以放置在电子隔间110中且向LED光源168供电。电源500基于回扫转换器布置，该布置采用从STMicroelectronics可得的ST 6561或ST 6562开关控制器实施的开关控制器360。交流输入电压67在视图的最左边示出的端子J1和J2(或J3和J4)被应用到电源500，且直流输出电压32(或电源电压)应用在包括5个LED光源168的负载两端。在一个方面，输出电压32独立于施加到电源500的交流输入电压67而不变；换言之，对于给定交流输入电压67，应用在负载168两端的输出电压32基本保持稳定和固定。应当意识到，主要用于说明目的，提供特定负载，且本公开在这方面没有限制；例如，在本发明的其他实施例中，负载可以包括以各种串联、并联或串/并联布置其中任意一种互连的相同或不同数目的LED。而且，如下面的表1所示，基于各个电路组件的适当选择(以欧姆表示的电阻器值)，电源500可以配置以针对各种不同的输入电压。
  交流输入电压   R2   R3   R4   R5   R6   R8   R10   R11   Q1
  120V   150K   150K   750K   750K   10.0K 1％   7.5K   3.90K 1％   20.0K 1％   2SK3050
  230V   300K   300K   1.5M   1.5M   4.99K 1％   11K   4.30K 1％   20.0K 1％   STD1NK80Z
  100V   150K   150K   750K   750K   10.0K 1％   7.5K   2.49K 1％   10.0K 1％   2SK3050
  120V   150K   150K   750K   750K   10.0K 1％   7.5K   3.90K 1％   20.0K 1％   2SK3050
  230V   300K   300K   1.5M   1.5M   4.99K 1％   11K   4.30K 1％   20.0K 1％   STD1NK80Z
  100V   150K   150K   750K   750K   10.0K 1％   7.5K   2.49K 1％   10.0K 1％   2SK3050
表1
在图11所示实施例的一个方面中，控制器360配置为采用固定关断时间(FOT)控制技术来控制开关20(Q1)。FOT控制技术允许针对回扫配置使用相对小的变压器72。这允许变压器以更恒定的频率操作，对于给定核心尺寸，这进而发送较高功率到负载。
另一方面，不像采用L6561或L6562开关控制器的常规开关电源配置，图11的开关电源500不需要与负载相关的任何反馈信息来帮助控制开关20(Q1)。在涉及STL6561或STL6562开关控制器的常规实施方式中，这些控制器的INV输入(引脚1)(控制器的内部误差放大器的反相输入)典型地耦合到代表输出电压的正电位的信号(例如，经由外部电阻器分压器网络和/或光绝缘体电路)，从而提供与负载相关的反馈到开关控制器。控制器内部误差放大器将反馈输出电压的一部分与内部基准进行比较以维持基本恒定(即，经调节)的输出电压。
与这些常规布置相对照，在图11的电路中，开关控制器360的INV输入经由电阻器R11耦合到接地电位，且不以任何方式从负载获得反馈(即，当应用于LED光源168时，在控制器360和输出电压32的正电位之间没有电连接)。更一般地，在此处公开的各个发明实施例中，当负载电连接到输出电压32时，开关20(Q1)可以在不监控负载两端的输出电压32或负载提取的电流的条件下受控。类似地，开关Q1可以在不调节负载两端的输出电压32或负载提取的电流的条件下受控。同样，在图11的示意图中容易观察到，输出电压32的正电位(应用于负载100的LED D5的阳极)没有电连接或“反馈”到变压器72的主侧上的任意组件。
通过消除对于反馈的需求，以减小的尺寸/成本使用较少组件来实施采用开关电源的根据本发明的各个照明设备。而且，由于图11所示的电路布置提供的高功率因数校正，照明设备表现为对于所施加的输入电压67基本上是电阻式元件。
在一些示意性实施方式中，包括电源500的照明设备可以耦合到交流调光器，其中施加到电源的交流电压来自于交流调光器(其进而接收交流线电压67作为输入)的输出。在各个方面，交流调光器提供的电压例如可以是电压幅度受控或占空比(相位)受控的交流电压。在一个示意性实施方式中，通过改变经由交流调光器施加到电源500的交流电压的RMS值，到负载的输出电压32可类似地变化。以这种方式，交流调光器因而可用于改变LED光源168产生的光的亮度。
图12是说明高功率因数单开关级电源500A的实例的示意性电路图。电源500A在若干方面与图11所示的电源类似；不过，不是采用回扫转换器配置中的变压器，图12的电源采用降压转换器(buckconverter)拓扑。当电源配置为使得输出电压是输入电压的部分时，这允许损耗的显著减小。和图11中采用的回扫设计一样，图12的电路实现高功率因数。在一个示意性实施方式中，电源500A配置为接收120VAC的输入电压67且提供约30至70VDC范围内的输出电压32。该输出电压范围减轻了较低输出电压时增加的损耗(导致较低效率)以及较高输出电压时的线电流失真(测量为谐波的增加或功率因数的减小)。
图12的电路使用相同的设计原理，导致设备在输入电压67变化时呈现出相当恒定输入电阻。然而，如果1)交流输入电压小于输出电压，或2)降压转换器不以连续工作模式工作，则恒定输入电阻的条件可能受到影响。谐波失真由1)导致且不可避免。其影响仅可以通过改变负载允许的输出电压而减小。这设置了输出电压的实际上限。依赖于最大允许谐波成分，该电压看上去允许约40％的期望峰值输入电压。谐波失真也由2)导致，但是其影响较不重要，这是因为电感器(在变压器T1中)的尺寸可以调整以使连续/不连续模式之间的过渡接近由1)设定的电压。在另一方面，图12的电路在降压转换器配置中使用高速碳化硅肖特基二极管(二极管D9)。二极管D9允许固定关断时间控制方法与降压转换器配置结合使用。该特征还限制了电源的较低电压性能。当输出电压减小时，二极管D9引起较大的效率损失。对于稍微较低的输出电压，图11中使用的回扫拓扑在一些实例中可能是优选的，因为回扫拓扑允许更多的时间和输出二极管处更低的反转电压来实现反转恢复，且当电压减小时允许使用较高速但较低电压的二极管以及硅肖特基二极管。但是，图12电路中的高速碳化硅肖特基二极管的使用允许在维持相对低输出功率级的足够高效率的同时进行FOT控制。
图13是说明根据另一实施例的高功率因数单开关级电源500B实例的示意电路图。在图13的电路中，电源500B采用升压转换器拓扑。这种设计还使用固定关断时间(FOT)控制方法并采用碳化硅肖特基二极管来实现足够高的效率。输出电压32的范围为从稍高于交流输入电压的期望峰值到约该电压的三倍。图13中示出的特定电路组件值提供约300VDC量级的输出电压32。在电源500B的一些实施方式中，电源配置为使得输出电压通常是1.4至2倍的峰值交流输入电压。下限(1.4×)主要是可靠性问题；因为由于其成本，避免输入电压瞬时保护电路是值得的，在电流被强迫流经负载之前，适当数量的电压容差可能是优选的。在较高端(2×)，在一些实例中，限制最大输出电压可能是优选的，因为开关和传导损耗都是以输出电压的平方增加。因而，如果该输出电压被选择为高于输入电压的适度级，则可以获得较高的效率。
图14是基于结合上面图13讨论的升压转换器拓扑的另一实施例的电源500C示意图。因为升压转换器拓扑提供的潜在高输出电压，在图14实施例中，采用过压保护电路160来确保电源500C在输出电压32超过预定值时停止工作。在一个示意性实施方式中，过压保护电路包括三个串联连接的齐纳二极管D15、D16和D17，它们在输出电压32超过约350伏特时传导电流。
更一般地，过压保护电路160配置为仅在负载停止从电源500C传导电流即在负载不连接或故障并停止正常操作的状态下操作。过压保护电路160最终耦合到控制器360的INV输入，从而在过压条件存在时关断控制器360(以及因此电源500C)的操作。就这些方面而言，应当意识到，过压保护电路160不向控制器360提供与负载相关的反馈以有利于设备的正常操作期间输出电压32的调节；而是，过压保护电路160仅用于在负载不存在、断开或不能从电源传导电流时关闭/阻止电源500C的操作(即，完全停止设备的正常工作)。
如下面的表2所示，基于各个电路组件的适当选择，针对各种不同输入电压，图14的电源500C可以加以配置。
  交流输入电压   R4   R5   R10   R11
  120V   750K   750K   10K   1％   20.0K 1％
  220V   1.5M   1.5M   2.49K 1％   18.2K 1％
  100V   750K   750K   2.49K 1％   10.0K 1％
  120V   750K   750K   3.90K 1％   20.0K 1％
  220V   1.5M   1.5M   2.49K 1％   18.2K 1％
  100V   750K   750K   2.49K 1％   10.0K 1％
表2
图15是基于结合上面图12讨论的升压转换器拓扑的电源500D示意图，但是其具有涉及过压保护和减小电源发射的电磁辐射的一些附加特征。这些发射可以通过辐射到大气中或通过传导到运载交流输入电压67的引线发生。
在一些示意性实施方式中，电源500D配置为满足美国联邦通信委员会设置用于电磁发射的B类标准和/或满足如名为“Limits andMethods of Measurement of Radio Disturbance Characteristics ofElectrical Lighting and Similar Equipment”的英国标准文档EN55015：2001、包含修订本No.1，2以及刊误表No.1中提及的欧盟设置的用于照明器材电磁发射的标准，其全部内容通过引用结合于此。例如，在一个实施方式中，电源500D包括具有耦合到桥式整流器68的各个组件的电磁发射(EMI)滤波器电路90。在一个方面，EMI滤波器电路配置为以成本有效的方式安装在极其有限的空间内；它还与常规交流调光器兼容，使得总电容处于足够低的水平以避免LED光源168产生的光的闪烁。在一个示意性实施方式中，用于EMI滤波器电路90的组件的值由下表给出：
  组件   特性
  C13   0.15μF；250/275VAC
  C52，C53   2200pF；250VAC
  C6，C8   0.12μF；630V
  L1   磁性电感器；1mH；0.20A
  L2，L3，L4，L5   磁性铁氧体电感器；200mA；2700ohm；100MHz；SM 0805
  T2   磁性扼流变压器；共模；16.5MH PC MNT
如图15进一步所示(如局部接地“F”的电源连接“H3”所示)，在另一方面，电源500D包括还减小电源的频率噪声的屏蔽连接。具体而言，除了输出电压32的正和负电位与负载之间的两个电连接，在电源和负载之间提供第三连接。例如，在一个实施方式中，LED PCB 164(见图2)可以包括彼此电隔离的若干传导层。包括LED光源的这些层之一可以是最顶层且接收阴极连接(到输出电压的负电位)。这些层的另一层可以位于LED层之下且接收阳极连接(到输出电压的正电位)。第三“屏蔽”层可以位于阳极层之下且可以连接到屏蔽连接器。在照明设备工作期间，屏蔽层用于减小/消除耦合到LED层的电容且由此抑制频率噪声。在图15所示设备的另一方面，且如C52的接地连接处的电路图所示，EMI滤波器电路90具有到安全接地的连接，该连接可以经由传导性指状夹具提供到设备的外壳(而不是通过螺丝连接的引线)，与常规布线接地连接相比，这允许更紧凑、容易装配的配置。
在图15所示的另一方面，电源500D包括各种电路以保护输出电压32的过压条件。具体而言，在一个示意性实施方式中，基于约50伏特或更低输出电压的预期范围，输出电容器C2和C10可以被指定为约60伏特(例如63伏特)的最大电压额定。如上面结合图14所讨论的，当电源上没有任何负载或者负载故障导致没有电流从电源提取时，输出电压32将升高且超过输出电容器的电压额定，导致可能的破坏。为了减轻这种情况，电源500D包括过压保护电路160A，该过压保护电路160A包括具有输出的光绝缘体ISO 1，当被激励时，该光绝缘体耦合控制器360的ZCD(零电流检测)输入(即U1的引脚5)到局部接地“F”。过压保护电路160A的各个组件值被选择为使得当在输出电压32达到约50伏特时，ZCD输入上存在的地终止控制器360的操作。如上面结合图14所讨论，同样，应当意识到，过压保护电路160A不提供与负载相关的反馈到控制器360以促进设备正常工作期间输出电压32的调节；而是，过压保护电路160A仅在负载不存在、断开或不能从电源传导电流时关闭/阻止电源500D的操作(即，完全停止设备的正常工作)。
图15还示出到达负载(LED光源168)的电流路径包括耦合到测试点TPOINT1和TPOINT2的电流检测电阻器R22和R23。这些测试点不用于提供任何反馈到控制器360或电源500D的任意其他组件。而是，这些测试点TPOINT1和TPOINT2提供用于测试技术员的接入点以在制作和装配过程中测量负载电流，且使用负载电压的测量结果判断负载功率是否落在该设备的预定制造商的规格中。
如下面的表3所示，基于各个电路组件的适当选择，针对各种不同输入电压，可以配置图15的电源500D。
  交流输入电压   R6   R8   R1   R2   R4   R18   R17  R10   C13
  100V   750K 1％   750K 1％   150K   150K   24.0K 1％   21.0K 1％   2.001％   22   0.15μF
  120V   750K 1％   750K 1％   150K   150K   24.0K 1％   12.4K 1％   2.001％   22   0.15μF
  230V   1.5M 1％   1.5M 1％   300K   300K   27.0K 1％   24.0K 1％   略   10   0.15μF
  277V   1.5M 1％   1.5M 1％   300K   300K   27.0K 1％   10K   1％   略   10   略
表3
因而，根据本公开的照明设备提供优于现有技术的各种优点。集成辅助光学工具压耦合到压力传递件且可密封地布置在热沉上，从而密封和固定LED PCB到热沉，由此减小组件数目，减小对于粘合剂的需要，且提供容易拆卸以用于修理或替换单独部件的环境友好型的照明设备。本公开的照明设备还提供从LED PCB的良好散热，由此防止过热，并且延长了照明设备的工作寿命。
尽管此处已经描述和说明了各种发明实施例，本领域技术人员将容易预想用于执行功能和/或获得此处描述的结果和/或一个或多个优点的各种其他装置和/或结构，且每一个这种变型和/或修改被认为落在此处描述的本发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易意识到，此处描述的所有参数、尺寸、材料和配置是示意性的，且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明教导的具体应用。本领域技术人员将意识到或仅使用例行试验就能够探知此处描述的具体发明实施例的很多等价物。因此，应当理解，上述实施例仅以举例的方式提出，且在所附权利要求及其等价物的范围内，发明实施例可以以不同于具体描述和要求的方式实践。本公开的发明实施例涉及此处描述的每一个单独特征、系统、物品、材料、工具和/或方法。另外，如果这种特征、系统、物品、材料、工具和/或方法并不相互不一致，两个或更多的这种特征、系统、物品、材料、工具和/或方法的任意组合被包括在本公开的发明范围内。
如在此处定义和使用的，所有定义应被理解为控制了字典定义、通过引用结合的文档中的定义和/或被定义术语的普通意义。
当在本说明书和权利要求中使用时，除非明确相反地指明，不定冠词“一”和“一个”应被理解为“至少一个”。
如在本说明书和权利要求中使用的，用语“和/或”应被理解为表示如此结合的元件(即，在一些情况中连接存在且在其他情况中不连接存在的元件)的“任一或二者”。使用“和/或”列出的多个元件应以相同的方式解读，即如此结合的元件中的“一个或多个”。可选地，无论与专门指定的元件相关或不相关，可以存在与“和/或”子句中专门指定的元件不同的其他元件。因而，作为非限制实例，当结合诸如“包括”的开口端式语言一起使用时，对于“A和/或B”的引用，在一个实施例中可以仅指A(可选地包括不同于B的元件)；在另一实施例中，可以仅指B(可选地包括不同于A的元件)；在又一实施例中，既指A又指B(可选地包括其他元件)等。
如在本说明书和权利要求中使用的，“或”应被理解为具有与上面定义的“和/或”相同的意义。例如当分开列表中的项目时，“或”或“和/或”应被理解为包括，即，包括很多元素或元素列表中至少一个，但也包括其中的一个以上，可选地，包括附加的未列出的项目。只有明确相反指定的术语，诸如“仅其中之一”或“恰好其中之一”，或当在权利要求书中使用时的“由...组成”，将指包括很多元素或元素列表中确切的一个元素。一般地，如在此使用的，当前面存在诸如“二者之一”、“之一”、“仅其中之一”或“恰好其中之一”的排他性术语时，术语“或”应仅被理解为指示排他备选(即，“一个或另一个而非两个”)。当在权利要求书中所用时，“基本由...组成”将具有如专利法领域使用的普通意义。
如在本说明书和权利要求中使用的，引用一个或多个元素列表的用语“至少一个”应理解为表示从该元素列表中任意一个或多个元素选择的至少一个元素，但是不必包括元素列表中专门列出的每个和各个元素中的至少之一，且不排除元素列表中的元素的任意组合。这种定义还允许可选地存在元素列表中明确指定的元素之外的元素，其中，用语“至少一个”指与专门指定的那些元素相关或不相干的元素。因而，作为非限制性实例，“A和B中至少之一”(或，等价地，“A或B至少之一”或者等价地“A和/或B中至少之一”)，在一个实施例中将指至少一个，可选地包括一个以上，指的是A，没有B存在(且可选地包括不同于B的元素)；在另一实施例中，指至少一个，可选地包括一个以上，指的是B，没有A存在(且可选地包括不同于A的元素)；在又一实施例中，指至少一个可选地包括一个以上A，以及至少一个，可选地包括一个以上B(且可选地包括其他元素)；等。
还应当理解，除非明确相反地指出，在包括一个以上步骤或动作的此处要求保护的任何方法中，方法步骤或动作顺序不必限制于所记载的方法步骤或动作顺序。
在权利要求书以及上述说明书中，诸如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由...组合”等所有过渡短语应被理解为开口端式的，即表示包括但非限制。仅“由...组成”或“基本由...组成”的过渡短语应分别被解释为如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节中提出的封闭式或半封闭式过渡短语。

Claims (27)

1.一种照明设备，包括：
具有第一表面的热沉；
具有第二和第三相对表面的LED印刷电路板，其中该第二表面布置在该热沉的第一表面上且其中该第三表面具有布置在其上的至少一个LED光源；
集成透镜外壳件，具有透明上壁以接收该至少一个LED光源发射的光；
压力传递件，具有沿从该LED印刷电路板到该集成透镜外壳件的透明上壁的方向延伸的支承结构，且还具有连接到该支承结构的压力传递表面，其中该支承结构定义孔径，且其中该压力传递表面布置在所述LED印刷电路板的第三表面上且还与该LED光源相邻布置；以及
光学件，布置在由该压力传递件的支承结构定义的孔径中，
其中该集成透镜外壳件压耦合到该压力传递件，使得该集成透镜外壳件施加的力经由该压力传递件传递到该压力传递表面，从而将该LED印刷电路板压向该热沉的第一表面，从而提供从该LED印刷电路板到该热沉的热传递。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件具有与该透明上壁邻接的相对侧壁，且其中该相对侧壁连接到该热沉，从而产生由该集成透镜外壳件施加到该压力传递件上的力。
3.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件通过非粘合性连接器连接到该热沉。
4.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件没有压耦合到该光学件。
5.根据权利要求1所述的照明设备，还包括置于该集成透镜外壳件和该压力传递件的支承结构之间的顺从件。
6.根据权利要求5所述的照明设备，其中该顺从件包括热塑弹性体。
7.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件的透明上壁具有内表面，该内表面具有至少一个连接引脚，且还包括布置在该透明上壁的内表面上的光漫射层，该连接引脚配置成保持该光漫射层抵住该透明上壁的内表面。
8.根据权利要求1所述的照明设备，还包括置于该LED印刷电路板和该热沉的第一表面之间的热界面层。
9.根据权利要求8所述的照明设备，其中该热界面层包括石墨。
10.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件还具有与该透明上壁邻接的相对端壁。
11.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件包括塑料。
12.根据权利要求11所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件包括聚碳酸酯。
13.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件由塑料组成。
14.根据权利要求13所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件由聚碳酸酯组成。
15.根据权利要求1所述的照明设备，其中该压力传递表面和该LED光源之间的最短距离小于约2毫米。
16.根据权利要求15所述的照明设备，其中该压力传递表面和该LED光源之间的最短距离约为1毫米。
17.根据权利要求1所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件的最小厚度约为3毫米。
18.根据权利要求1所述的照明设备，其中该压力传递件是不透明的。
19.根据权利要求2所述的照明设备，其中该集成透镜外壳件还包括与该相对侧壁和该透明上壁邻接的第一和第二相对过浇铸端壁。
20.一种线性照明设备，包括具有如权利要求19所述的照明设备的结构的第一和第二照明设备，其中该第一照明设备的第一过浇铸端壁与该第二照明设备的第二过浇铸端壁相对。
21.根据权利要求20所述的线性照明设备，其中该第一照明设备的第一过浇铸端壁与该第二照明设备的第二过浇铸端壁之间的距离小于约3毫米，由此定义了该第一和第二照明设备之间的缝隙。
22.根据权利要求1所述的照明设备，其中该光学件包括全内反射光学用具。
23.一种LED基照明设备，包括：
热沉；
包括布置在衬底上的多个LED的LED装置；
多个光学单元，该多个光学单元中的每个光学单元包括位于压力传递件中的主光学元件，每个光学单元布置在该多个LED的不同LED上；以及
辅助光学工具，布置在该多个光学单元上且压耦合到该多个光学单元，使得该辅助光学工具施加的力经由该压力传递件传递，从而将该LED装置压向该热沉以促进从该LED装置到该热沉的热传递。
24.根据权利要求23所述的设备，其中：
该热沉形成用于该LED装置的外壳的第一部分；以及
该辅助光学工具形成用于该LED装置的外壳的第二部分。
25.根据权利要求24所述的设备，其中该LED装置没有使用粘合剂而固定在该外壳中。
26.根据权利要求23所述的设备，其中该辅助光学工具没有直接施加力到任意主光学元件上。
27.一种装配LED基照明设备的方法，该LED基照明设备包括热沉、包含布置在衬底上的多个LED的LED装置、辅助光学工具以及多个光学单元，该多个光学单元的每个光学单元包括位于压力传递件中的主光学元件，该方法包括以下步骤：
(a)将该LED装置布置在该热沉之上；
(b)保持该多个光学单元位于该LED装置之上，使得每个光学单元布置在该多个LED的不同LED上；以及
(c)不使用粘合材料，通过压耦合该辅助光学工具到该多个光学单元，使得该辅助光学工具施加的力经由该压力传递件传递，从而将该LED装置压向该热沉以促进从该LED装置到该热沉的热传递来抵住该热沉固定该LED装置。
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