CN105849457A - 线性灯替代物 - Google Patents

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CN105849457A CN201480070294.3A CN201480070294A CN105849457A CN 105849457 A CN105849457 A CN 105849457A CN 201480070294 A CN201480070294 A CN 201480070294A CN 105849457 A CN105849457 A CN 105849457A
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托马斯·卡托纳
史蒂芬·保利尼
罗伯特·伦纳德
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Abstract

本发明提供了一种线性灯，其具有提供于其中的一个或多个发光元件。引导所述发光元件以在与所述灯的主光照方向不同的方向上发光。所述发光元件可以由支持光学元件所支持。所述支持光学元件可以允许光从中穿过而透射。所述支持光学元件可以是整体窗，所述发光元件布设于其上。

Description

线性灯替代物
交叉引用
本申请要求提交于2013年10月28日的美国临时申请号61/896,491和提交于2013年11月12日的美国临时申请号61/903,339的权益，所述申请通过引用而全文并入于此。
发明背景
目前，许多照明系统使用荧光灯管来提供光照。荧光灯管具有受开/关循环限制的寿命、非最佳的360度光分布(一半进入房间，另一半朝向天花板)、有限的效能，并且含有水银。发光二极管(LED)解决方案可以解决荧光灯管面临的许多挑战。然而，伴随LED解决方案的普遍问题是在效率与眩光之间的非最佳折中。为了控制眩光，常见的做法是使用可能低效的漫射器。高效的解决方案通常将LED定向在到工作表面的直接视线上，从而由于光的亮斑而引起眼睛不适。
因此，需要可以用于替代荧光灯管照明系统的改进的照明解决方案。
发明内容
本发明的各个方面涉及由这样的发光元件组成的光源：所述发光元件附接至PCB或柔性电路并与支持结构和散热元件相接触，并且朝向至少一个部分反射的反射器，而远离预定光照的主方向。将LED定向成正对着工作表面可以减少眩光，并且可以使光在沿着工作表面的方向离开灯之前的反弹次数减少或减至最少。
所述发光元件可以包括一种、两种或更多种颜色或色温。所述支持结构还可以是光学元件。所述散热元件还可以是光学元件。所述光源的横截面宽度可以是椭圆状。所述光源的横截面宽度可以具有两个不同的宽度，两者之中较大者改善光学效率，而两者之中较小者提供对T8尺寸的荧光灯或者介于T50与T5之间的其他灯尺寸的机械兼容性和电气兼容性。
本发明的一个方面涉及一种灯，包括：一个或多个发光元件，其主要在与所述灯的主光照方向不同的方向上发光；电路板，所述一个或多个发光元件布设于其上；以及支持光学元件，其由支持所述电路板的、至少部分地透光的材料形成。在一些实施方式中，发光元件(例如，发光二极管(LED)封装、LED芯片)可以直接安装在所述支持光学元件上，所述支持光学元件可以是诸如玻璃或塑料等透明材料，其可以变成电路板，包含导电连接体，诸如铟锡氧化物(ITO)、诸如铜等金属或任何适合于所述应用的功率要求的导电材料。
从以下详细描述中，本公开内容的附加方面和优点将会对于本领域技术人员变得显而易见，其中仅仅通过设想到的实施本公开内容的最佳模式的示例说明的方式示出和描述了仅仅本公开内容的示例性实施方式。如将会实现的，本公开内容能够实现其他和不同的实施方式，并且它的若干细节在都不偏离本公开内容的情况下在各个明显方面能够进行修改。因此，附图和描述将被认为在本质上是说明性的而非限制性的。
援引并入
本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入于此，其程度等同于具体和个别地指出通过引用而并入每一个别出版物、专利或专利申请。
附图说明
在随附权利要求书中具体阐明了本发明的新颖特征。通过参考对其中利用到本发明原理的示例说明性实施方式加以阐述的以下详细描述以及附图，将会获得对本发明特征和优点的更好的理解；在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的灯的高级示意图。
图2示出了根据本发明实施方式的灯的横截面。
图3A-图3B示出了根据本发明实施方式的发光元件和支持结构。
具体实施方式
本发明提供了用于提供光照的系统和方法。可以提供线性替换光来代替荧光灯管。本文所述的本发明的各个方面可以适用于以下阐述的任何特定应用，或适用于任何其他类型的照明配置。本发明可以作为独立装置或方法，或者作为集成式光照系统的一部分来应用。应当明白，可以单个地、共同地或彼此组合地理解本发明的不同方面。
在工业社会中可能期望大规模采用高效光源。除了能源效率之外，在光源中可能还期望许多其他特性。在本文其他各处提供的描述提供了期望特性的非限制性的和非穷尽的示例。
通常可能期望控制来自光源的光辐射的分布。可以提供一个或多个发光元件作为光源。大多数发光元件包括诸如发光元件(LED)等半导体光源，其在源头上具有各向同性发射。不具有各向同性发射的一种类型的发光元件是具有近乎完美的准直的激光器。在许多照明应用中，可能期望某种不同于各向同性光分布的光分布，然而不同的应用可能需要不同的分布。在诸如反光槽等顶置式照明器的情况下，主要目标可以是照亮下方的诸如书桌或桌子等工作表面。朝向天花板的光分布大多被浪费并且削减了光源的能量效率。因此，可以优选地使用其他光分布布置来间接照亮工作表面。其他分布可以包括洗墙应用，其中期望非对称图案来均匀照亮垂直表面。另一示例是吊饰，其也可以具有非对称分布，出于美学原因，该非对称分布将光的一部分向下、一部分向上发送，以部分地照亮天花板。直接的边到边发射可能导致能源浪费。存在许多潜在的分布，其将会需要不同的光学元件或工具将来自其各向同性的起点的光塑形成该期望分布以供应用。另外，在直接观察或以任何允许高密度的光从任何角度进入眼睛的方式观察光源或发光元件时，通常期望将眩光减至最低。通常情况下，塑形程度增大和眩光减少可能导致光学系统的效率较低。
图1示出了根据本发明实施方式的灯100的高级示意图。所述灯可被配置用于充当荧光灯管替代物。所述灯可以用于改造现有的荧光照明单元。所述灯可以包括主体110以及一个、两个或更多个端盖120。在一些实施方式中，与照明器相比，所述灯可以不包括电源或限定向环境(例如，房间)中的最终光分布的完整光学系统，或者可以不包含允许其附接至构造物(例如，房间、建筑物)的完整机械结构。在一些实施方式中，灯可以比照明器更小，照明器可以具有电源或镇流器、最终光学器件和用以附接至构造物(例如，房间、建筑物)的机械结构。在一些其他实施方式中，所述灯可以是诸如紧凑型荧光灯或LED等自镇流灯，或者一些灯可以在无需附加的光学器件的配置中使用。在附加实施方式中，灯可以在没有固定机械结构的情况下而提供(例如，MR16灯)，可以悬挂在跨越一定距离的拉紧的线上以提供专门的机械支撑和电连接。在一些实施方式中，照明器比灯提供更完整封装作为照明灯具。灯可以包括销、螺丝底座或其他可装配到插座中的公电连接，而照明器可以直接连接至主电线或墙上插头。本文中对灯的任何描述也可以适用于照明器。
在一个示例中，主体110可以是细长主体。灯可以是线性灯和/或具有线性配置。主体长度与宽度之比可以大于、小于或等于约500:1、300:1、200:1、100:1、90:1、80:1、70:1、60:1、50:1、40:1、30:1、20:1、10:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1、2:1。主体长度可以大于、小于或等于约3英寸、6英寸、9寸、1英尺、18英寸、2英尺、30英寸、3英尺、42英寸、4英尺、5英尺、6英尺、7英尺、8英尺、10英尺、15英尺或任何其他长度。细长主体可以包括光学系统，该光学系统可以包括一个或多个光学元件。在一些实施方式中，所述光学系统可以包括窗。所述光学系统还可以包括反射器或如本文其他各处所讨论的其他光学元件。
细长主体可以具有任何形状。在一些实施方式中，细长主体可以具有半圆柱形形状(例如，具有一个弯曲侧和一个平坦侧)。在其他实施方式中，细长主体可以具有圆柱形或棱柱形形状。在一些实施方式中，所述主体侧面可以暴露在周围空气中。在一个示例中，主体的平坦侧和弯曲侧可以暴露在周围空气中。主体的侧面可以在无需任何位于主体外部上的鳍片或凸起的情况下暴露。在主体上可以不需要额外的外部散热机构。
主体110可以具有一个或多个发光元件115。所述发光元件可以具有任何配置。例如，所述发光元件可以形成一行、两行、三行或四行，沿着细长主体的长度延伸。所述发光元件可以形成阵列或交错行。所述发光元件可以具有圆形的、弯曲的图案或适合于应用的其他布置。所述发光元件可以彼此均匀间隔开或者可以不彼此均匀间隔开。在一些情况下，发光元件可以彼此间隔开的距离大于、小于或等于约1mm、3mm、5mm、7mm、1cm、1.2cm、1.5cm、1.7cm、2cm、2.5cm、3cm、4cm、5cm、7cm或10cm。在一些情况下，发光元件之间的距离可以介于在此所描述的距离中的两个距离之间。发光元件可以间隔开足够远，以允许由发光元件生成的热量基本上消散。
在一些情况下，发光元件115可以具有主光照方向。例如，发光元件可以是在主方向上定向的LED。例如，LED可以相对于固定参考系向上定向(Z轴正方向)。所述LED可以是顶部出光LED。发光元件的主光照方向可以可选地与灯100的主光照方向不同。在一个示例中，灯可以相对于固定参考系主要向下引导光照(Z轴负方向)。发光元件可以主要在与灯的主光照方向相反的方向上引导光。或者，发光元件可以在相对于灯的主光照方向不同的方向上引导光(例如，以大于、小于或等于15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度、150度、165度、180度的角度引导光)。在一些实施方式中，固定参考系可以对应于正被照亮的环境的表面(例如，Z轴可以基本上正交于地面、地板、墙壁、构造物、天花板、坡道、表面)。固定参考系可以对应于地球重力的方向(例如，Z轴可以基本上平行于重力的方向，Z轴正方向与重力相反)。
在一些情况下，发光元件115可以部分地或完全地封闭在主体110内。发光元件可以被一个或多个光学元件包围。发光元件可以由诸如窗等光学元件支持。在一些情况下，所述光学元件中的一个或多个可以允许将来自发光元件的光照重新引向灯100的主光照方向。
灯100可以包括一个或多个连接至灯主体110的端盖120。所述端盖可以机械连接至所述灯主体。所述端盖可以电连接至一个或多个发光元件115。在一些情况下，所述灯可以具有两个末端，在每个末端处具有端盖。所述端盖可以位于线性细长主体的相对末端处。在备选实施方式中，主体可以弯折、弯曲、形成U形、形成圆形、分叉成附加末端、形成十字形或任何其他形状。可以选择任意数目的端盖来对应于由灯主体提供的末端的数目。端盖可被配置用于将灯100机械耦合和/或电耦合至常规荧光灯插座，或任何其他类型灯插座。或者，可以无需端盖而实现耦合。
端盖120可以包括一个、两个或更多个诸如销等电连接器125，该电连接器125可以允许灯接合于照明系统中。例如，正如在常规荧光灯管到插座耦合方案中所使用，可以通过使用从端盖凸出的导电销来实现耦合。所述电连接器可以由或者可以不由导电材料形成。例如，可以在每一端盖提供两个销。销可以平行或者可以不平行。在一个实施方式中，至少一个端盖可以仅用于机械耦合。或者，可以利用其他电连接机构。照明单元可以滑入和/或拧入灯具。照明单元可以可拆卸地附接至照明灯具。或者，照明单元不可从照明灯具拆下。
为了提高效率或使效率最大化，可以设计光学系统以使光子从发光元件反弹而离开光源的次数减少或减至最少。在使反弹的次数减少或减至最少之后，重新引导光的表面可以具有最好的质量(例如，最高或增高的反射率或透射率)，可经济地适用于给定应用。一般而言，可用的光学工具或元件包括反射器(例如，包括漫反射器和镜面反射器)、折射器(例如，透镜，包括成像透镜、非成像透镜和菲涅耳透镜)、衍射器(例如，包括光栅和纳米图案)、漫射器(例如，包括漫射体和漫射表面)、滤波器(例如，包括高通滤波器、低通滤波器和陷波滤波器)和/或光导(例如，包括平坦的和弯曲的光导)。光学元件的特例是透明窗或透明覆盖物。窗可以是“光学的”，因为它在衰减很少的情况下让可见光辐射穿过，但不具有前述其他光学元件所具有的光学变换性质，通常被称为次级光学器件。光学表面可以具有或者可以不具有用以提高效率的抗反射涂层。可以单独或以任何组合使用这些工具或元件来优化或改善用于应用的设计的性能和成本。
发光元件可产生要管理的废热。在真空光源的情况下，这样的废热大可以大部分辐射出去。在固态光源的情况下，这样的热量可以大部分传导出去。随着固态光源越来越多地在曾针对真空光源设计的照明器中使用，一种热量管理技术可以首先传导废热，并继而将该废热安全地辐射或对流出去。重要的考虑因素的是热源的密度、界面的数目、发光元件与周围环境之间的热阻以及结构与周围环境接触的表面积。诸如MR16等小反光灯具有远高于诸如T8等四英尺线性灯的热源密度。虽然以下示例针对于在T5到T50的范围中的低热密度线性应用，但不应当被认为排除其他包括高热密度反射器源的形状。这在使发光元件与周围环境之间的界面数目减少或减至最少并且继而使每个界面的热阻降至最低的效率和/或成本方面可能是有利的。可以避免热路径中的空气间隙和空隙，因为这是经济实用的。
图2示出了根据本发明实施方式的灯200的横截面。所述灯可以包括一个或多个发光元件210，所述发光元件可以提供于电路板220上。所述发光元件和/或电路板可以由诸如窗230等支持光学元件来支持。可以提供重新引导光学元件240，其可以重新引导或更改来自发光元件的光。在一些实施方式中，可以在灯内提供内部空间250。还可以提供次级内部空间260。
灯200可以包括一个或多个发光元件210。发光元件可以是本领域已知的任何光照源。例如，发光元件可以包括发光二极管(LED)。发光元件可以包括LED封装。发光元件可以是或者可以不是磷光体转换型LED。发光元件可以包括LED芯片和密封剂，以及/或者发挥初级光学器件功能的其他透镜或反射器。在一些实施方式中，发光元件可以在LED芯片附近包含磷光体，该磷光体被配置用于将由LED芯片所发出的光的一部分转换为更长的波长。或者，发光元件无需具有涂覆于其上的磷光体。发光元件可由半导体材料与初级光学器件来形成。在一些实施方式中，发光元件可以是点源发光元件，或者是基本上为点源的发光元件。所述发光元件可以提供各向同性的光。
在一些实施方式中，发光元件可以是顶部出光LED。在其他实施方式中，发光元件可以是侧面出光LED或底部出光LED。发光元件可在任何方向或者多个方向上对光加以引导。在一些情况下，发光元件可以具有主光照方向。例如，顶部出光LED的主光照方向可以是该LED的顶面的方向。即使各向同性地发光，发光元件的主体或其他部分仍可能在某些方向上阻挡光，从而使得光可以具有主光照方向。
在备选实施方式中，发光元件可以是冷阴极荧光灯(CCFL)或者是电致发光器件(EL器件)。冷阴极荧光灯可以是用于背光液晶显示器的类型，并且总体上在Henry A.Miller的“Cold CathodeFluorescent Lighting”(Chemical Publishing Co.(1949))和ShunSukeKobayashi的“LCD Backlights(Wiley Series in Display Technology)”(Wiley(2009年6月15日))中有述，以上文献特此通过引用而全文并入。EL器件包括高场强EL器件、诸如LED等常规无机半导体二极管器件或激光二极管，或者具有介于LED与激光二极管之间的辐射图案的固态器件，诸如可采用谐振腔或光子晶格的固态器件，以及OLED(在有源层内具有或不具有掺杂物)。掺杂物意指作为EL器件的有源层内的杂质的掺杂原子(一般是金属)以及金属络合物和金属-有机化合物。一些基于有机的EL器件层可能不含掺杂物。术语“EL器件”不包括白炽灯、荧光灯和电弧。EL器件可以归类为高场强EL器件或二极管器件，并且可以进一步归类为面发光EL器件和点源EL器件。面发光EL器件包括高场强EL器件和面发光OLED。点源器件包括无机LED以及顶部、底部、边缘或侧面发光OLED或LED器件。高场强EL器件和应用总体上在以下文献中有述：Yoshimasa Ono的“Electroluminescent Displays”(World Scientific Publishing Company(1995年6月))、D.R.Vij的“Handbook of Electroluminescent Materials”(Taylor&Francis(2004年2月))以及Seizo Miyata的“OrganicElectroluminescent Materials and Devices”(CRC(1997年7月))，这些文献特此通过引用而全文并入。LED器件和应用总体上在E.FredSchubert的“Light Emitting Diodes”(Cambridge University Press(2003年6月9日))中有述。OLED器件、材料和应用总体上在Kraft等人的Angew.Chem.Int.Ed.,1998,37,402-428和Z.,Li与H.Meng的“Organic Light-Emitting Materials and Devices(Optical Science andEngineering Series)”(CRC Taylor&Francis(2006年9月12日))中有述，这些文献特此通过引用而全文并入。
发光元件可以产生可见范围的光(例如，380nm至700nm)、紫外范围的光(例如，UVA：315nm至400nm；UVB：280nm至315nm)的光，以及/或者近红外光(例如，700nm至1000nm)。可见光可以对应于大约380纳米(nm)至700纳米(nm)的波长范围，并且通常被描述为从紫色到红色的颜色范围。人眼无法看到具有大幅超出这一可见光谱的波长的辐射，诸如在紫外范围或红外范围中的辐射，但这些波长对于照明以外的应用——诸如光疗、安检、消毒、通信、植物生长、鉴定或检查应用——可能是有用的。此外，紫外光可由灯中的发光材料下转换。可见光谱从最短波长到最长波长一般被描述为紫色(约400nm至450nm)、蓝色(约450nm至490nm)、绿色(约490nm至560nm)、黄色(约560nm至590nm)、橙色(约590nm至620nm)和红色(约620nm至700nm)。白光是产生基本上为白光的人类感知的、可见光谱的颜色的混合。发光元件可以产生彩色光或者在视觉上基本为白色的光。各种发光元件可以发出多种波长的光，并且它们的发射峰可以非常宽或窄。在一个示例中，发射峰可以大于、小于或等于约100nm、50nm、30nm、20nm、15nm、10nm、5nm或1nm。在一些示例中，整个波长发射范围可以大于、小于或等于约500nm、400nm、300nm、200nm、150nm、100nm、50nm、30nm、20nm、15nm、10nm、5nm或1nm。发光元件例如可以是白色LED或蓝色LED。此外，在单一照明单元中，发光元件可以包括以下颜色组合：诸如红色和白色LED；红色、绿色和蓝色LED；或者红色、蓝色、绿色、琥珀色(黄色)和白色LED；或者包括最能代表针对应用期望的光谱功率分布和/或颜色质量的范围所需的任何数目的颜色。
灯200可以包括全都发射出相同范围内的波长的发光元件210。或者，可以使用发出不同波长的光的发光元件。例如，电路板220可以支持一种或多种LED颜色。
在一些实施方式中，可能期望照明单元同时包含白色LED和红色LED。在一些实施方式中，可以使用LED的组合来形成白光。在一些实施方式中，可在照明单元上提供一个或多个冷白色LED以及一个或多个红色LED(例如，具有处于约620至700nm范围中的波长)。在另一实施方式中，可在照明单元上提供一个或多个薄荷绿或绿白色LED以及一个或多个红色LED(例如，具有处于约600至700nm范围中的波长)。具有不同波长的LED可以交替安设在照明单元上。例如，可以沿着电路板的边缘交替安设白色和红色LED，或者绿色和红色LED。在其他实施方式中，可以沿着电路板的边缘交替定位成组的白色和红色LED或者成组的绿色和红色LED。在一些实施方式中，照明单元可以包括蓝色LED和红色LED二者，或者蓝色、白色和红色LED。在一些实施方式中，白色LED与红色LED的比例可以大于、小于或等于约20:1、15:1、10:1、7:1、5:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:5或1:10。在一些示例中，白色LED与红色LED的比例可以介于5:1与1:1之间。可以配置不同组LED的颜色和比例，以例如实现期望的相关色温(CCT)、Duv、显色指数(CRI)、色品质度(CQS)或者其他为了满足能源之星(Energy Star)要求而可能需要的颜色规范。可以单独地驱动不同的LED组，以在寿命期间保持颜色以及随温度保持颜色。此外，单独驱动不同的LED组可以允许色彩调校和调光特征。发光元件组可以包括或者可以不包括相同颜色的发光元件。
可能期望选择具有接近黑体轨迹在2700K到6500K范围内的色度的CCT。然而，超出此范围并且色度远远高于或低于所述黑体轨迹的色温也可能是可期望的。类似地，黑体辐射体的光谱功率分布(SPD)虽然一般而言是感兴趣的，但它不是唯一期望的SPD。一个示例是日光的SPD，其通常形状不像黑体辐射体，其色度通常也不位于轨迹上。因此，可能期望光源在应用规定时能够适应SPD和色度的广泛变化，而同时将光源间差异保持在最低限度。虽然当今的光源普遍具有固定的CCT和SPD，但还可能期望具有拥有可调节光谱的光源。
在一些实施方式中，具有各种输入光谱(不同颜色)的发光元件可以是光源的组件部分。这些不同颜色可以是在光源中可见的，除非采用了附加的光学元件或工具。出于美学原因和效率原因，可能期望这种明显的颜色变化。非黑体SPD的其他示例包括增强光谱的蓝色部分以减少褪黑素并提高觉醒度，增强光谱的红色部分以允许褪黑素自然增高以便为人类的睡眠做准备。除了使人类为睡眠或觉醒做准备之外，更普遍的还有具有商业价值的特定光照目标的设计者光谱。例如，增强颜色对比用于所有类型的零售产品显示的光谱，或者一种用于所有类型的产品检查的优化光谱，或者一种改善工人生产力或学生注意力水平的光谱。其他示例是产生荧光的光谱。例如，这可以用于在细菌、真菌以及其他感染或身体状况之间进行区分。这些仅仅是一些示例，而不应限制设计者光谱的范围。还有在人类消费之外的照明应用。例如针对植物强化光谱的蓝色和红色部分，或者适合于陆生动物、在空中生活的动物和水生动物的健康、繁殖和生长的光谱。因此，可以选择灯的发光元件的光谱以针对各种应用提供期望的光照。
灯可以是针对不同的应用可调整颜色的。在一些情况下，可以针对不同应用提供具有不同色彩光谱发射的灯。在其他情况下，单个的灯可以是可针对不同应用而在不同的色彩光谱发射之间进行调节的。例如，用户可以选择睡眠模式以提供使人类为睡眠做准备的光照光谱，或者可以选择唤醒模式以提供使人类保持清醒的不同的光照光谱。类似地，用户可以针对不同应用而在不同模式之间进行选择，诸如用于种植植物的第一光照光谱和用于针对人类的室内照明的第二光照光谱。可以提供输入区域，用户可以经此选择灯进行操作的模式。例如，可以提供开关、按钮、触摸屏、操纵杆或其他输入模式，用户可以经此选择灯的操作模式，这可以规定由灯发出的色彩光谱和/或强度。输入还可以由诸如电话或平板计算机等个人设备来提供。输入还可以由定位用以接收日光的光谱传感器来提供。
灯200可以包括一个或多个电路板220。可以在所述电路板上提供一个或多个发光元件210。所述电路板可以是印刷电路板(PCB)或柔性电路。可以使用本领域中已知的任何电路板材料。可以在电路板上提供一个、两个或更多个发光元件。优选地，由一个电路板支持多个发光元件。电路板还可以支持和提供对发光元件的电连接和/或发光元件之间的电连接。电路板可以提供一个或多个发光元件与功率源之间的电连接。
电路板可以具有任何形状。例如，电路板可以塑形成长方形、正方形、三角形、圆形、椭圆形、五边形、六边形、八边形、U形条、弯折条或直条。在一些实施方式中，电路板可以具有显著长于该电路板的任何其他尺寸(例如，宽度、高度)的长度。例如，电路板可以具有的长宽比所具有的值可以大于、小于或等于针对灯的主体110所描述的比率。在一些实施方式中，电路板可以具有一个或多个边。在一些实施方式中，电路板可以具有直边。电路板可以是平坦的和/或薄的。电路板可以是矩形条。
可选地，电路板可以充当结构元件或支持元件。电路板可以充当或者可以不充当散热结构。电路板的一个或多个边可以接触发光元件，而该电路板的对侧可以接触光学元件，诸如支持光学元件230。由于暴露在空间250中的周围空气下，因此可以通过接触光学元件的边(例如，经由传导)并且在接触发光元件的边上发生散热。
电路板可以具有位于该电路板的表面上的一个、两个或更多个发光元件。所述发光元件可被安设在电路板的一侧上、电路板的两侧上或电路板的任何数目的侧面上。发光元件可以沿着电路板的长度布设，并且可以间隔开。发光元件可以形成沿着电路板的长度而延伸的一行。发光元件可以具有任何布置，包括本文其他各处所述的布置。
在一些实施方式中，电路板可以形成刚性结构。或者，电路板可以形成柔性结构(例如，形成柔性PCB)。电路板可以由导热材料形成。例如，电路板可以包括铝、铜、金、银、黄铜、不锈钢、铁、钛、镍，或者其合金或组合。电路板可以由本文其他各处所述的任何导热材料和/或散热材料形成。在一些示例中，电路板可以是铝芯电路板、铜芯电路板、金芯电路板、银芯电路板、黄铜芯电路板、钢芯电路板、铁芯电路板、钛芯电路板、镍芯电路板、它们的合金或热塑性塑料芯电路板，或者具有本文其他各处所述的任何其他材料的导热芯。电路板可以具有大于、小于或等于约0.1、0.5、1、2、3、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、150、175、200、250、300W/mK的导热率。
电路板220可以是平坦的。所述电路板可以是细长条。电路板可以接触并平放在支持光学元件230上。或者，电路板可以相对于支持光学元件成角度。在一些情况下，在电路板与支持光学元件之间不提供任何间隙。
在一些实施方式中，电路板可以是不透明的。来自发光元件的光可以基本上不穿过电路板。或者，电路板可以是半透明的或透明的(例如，由玻璃或塑料形成)。在一些实施方式中，电路板可以包括一个或多个导体。所述导体可以是透明的或不透明的。在一些情况下，电路板的导体可以是至少部分透光的。所述导体可以由铟锡氧化物形成。
灯200可以具有一个或多个光学元件。例如，所述灯可以具有支持光学元件230和/或更改光学元件240。灯可以具有任何数目的光学元件。例如，灯可以具有第一光学元件和第二光学元件。在一些情况下，支持光学元件可以是第一光学元件而更改光学元件可以是第二光学元件。可以提供附加的光学元件(例如，第三光学元件、第四光学元件)。
所述第一光学元件和第二光学元件可以具有或者可以不具有不同性质。在一些实施方式中，可以提供多个光学元件，其可以共有相同的或相似的特征。本文对第一光学元件(例如，支持光学元件)的任何描述均可适用于第二光学元件(例如，更改光学元件)，并且反之亦然。在一些实施方式中，照明单元可具有如本文所述的第一光学元件，而不具有第二光学元件。或者，照明单元可具有拥有本文所述的第二光学元件特性的光学元件，而不具有拥有第一光学元件特性的光学元件。照明单元可具有任何数目的光学元件(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个光学元件)。
对第一光学元件、第二光学元件、第三光学元件等的指定并不一定指定了光被配置由光学元件接收的顺序。例如，来自发光元件的光可以同时由第一光学元件和第二光学元件所接收，或者光可以由第二光学元件重新引向第一光学元件。
光学元件可被配置用于提供期望的光分布。例如，第一光学元件和第二光学元件的形状、角度和光学性质可被配置成使得独立的照明单元提供“蝠翼状(batwing)”光分布，或者与安装在抛物面状凹形反光槽或其他常规凹形反光槽中的常规荧光灯管的光分布类似的其他光分布。或者，照明单元的光学元件可被配置成使得当照明单元安装于抛物面状凹形反光槽中时，光分布轮廓匹配于安装在抛物面状凹形反光槽或其他常规凹形反光槽中的常规荧光灯管的光分布轮廓。或者，光学元件可被配置用于提供集束或窄束光分布，或者朗伯发射轮廓(lambertian emission profile)。可选地，可以提供小于朗伯或大于朗伯的分布。光学元件可以用于提供洗墙式照明或直线轨道照明。使用光学元件调整光束角和光分布的能力是这种设计的有利特征。目前可用的荧光灯管替代产品具有与安装在常规凹形反光槽中的常规荧光灯管的光分布轮廓不相匹配的光分布轮廓。目前可用的荧光灯管替代灯在高角度上提供的光强度远小于常规凹形反光槽中的常规荧光灯管的光强度。因此，举例而言，如果使用目前可用的荧光灯管替代灯，则为了跨受光照地板空间保持光分布轮廓和均匀的强度，将会需要安装附加的凹形反光槽。
本文提供的系统和方法可被配置用于提供均匀的光。照明单元的配置可以使其能够递送具有很少的像素化或者没有像素化的光。在光照方向上照射的光可以是连续的。连续光可以没有像素化或可辨识的小部分。可以使用所描述的间接照明配置和/或漫反射器来提供基本上非像素化的光。由多个发光元件发出的光可以在扩展的区域上是连续的，并且不分成可独立地激活以形成图像的许多小部分或像素。在一些实施方案中，传递到光照区域的光在该区域中可以基本不变。在光照区域上的光强度可以可选地基本不变。例如，主光照方向上的光强度可以变化不超过1％、3％、5％、7％、10％、12％、15％、20％、25％或30％。在一些情况下，光照可以小于或等于0.1、0.5、1、2、3、4或5JND(“justice noticeable difference,”最小可觉差)。通常，专业人员可能能够看到约1JND，而3JND可被大众认为是可以接受的——大众不会注意到或抱怨。在0.1平方米、0.5平方米、1平方米、2平方米、3平方米、5平方米或10平方米的区域上，在该区域的任何部分中的光强度可以基本不变。例如，在本文描述的任何区域中，光强度可以变化不超过1％、3％、5％、7％、10％、12％、15％、20％、25％或30％。例如，在本文所述的任何区域中，光照可以小于或等于约0.1、0.5、1、2或3JND。本文描述的任何特征和元件均可有助于提供非像素化的光。
光学元件(例如，第一光学元件、第二光学元件、第三光学元件等)可以是反射器(例如，漫反射器和镜面反射器)、折射器(例如，成像透镜、非成像透镜和菲涅耳透镜)、衍射器(例如，包括光栅和纳米图案)、漫射器(例如，包括漫射体和漫射表面)、滤波器(例如，包括高通滤波器、低通滤波器和陷波滤波器)和/或光导(例如，包括平坦的光导和弯曲的光导)。光学元件可以重新引导光、使光聚焦、使光漫射、改变光的波长、吸收光、减弱光或者对光具有任何其他效应。可选地，光学元件可以是透明窗或透明覆盖物。窗可以在衰减很少的情况下让可见光辐射穿过，但不具有光学变换性质。光学表面可以具有或者可以不具有用以提高效率的抗反射涂层。如本文其他各处更详细讨论，光学表面可以具有或者可以不具有布设在其上的发光材料。
光学元件可以包括可用于光反射、光折射和/或光衍射的部分。光学元件可具有漫射器、透镜、反光镜、光学涂层、分色涂层、光栅、网纹表面、光子晶体或微透镜阵列。光学元件可以是任何反射性、折射性或衍射性组件，或者是反射性、折射性或衍射性组件的任何组合。例如，光学元件可以同时是反射性的和折射性的。
照明单元可以具有至少一个第一光学元件和至少一个第二光学元件。在一些实施方式中，第一光学元件(例如，支持光学元件)可以用于支持发光元件和/或其上布设有发光元件的电路板。所述第一光学元件可以相对于发光元件而大致定位。在其他实施方式中，第一光学元件可以相对于所述第二光学元件向下定位。例如，第一光学元件可以是下方的光学元件。在一些实施方式中，发出的光可以在到达第二光学元件之后到达第一光学元件。第二光学元件可以将光引向第一光学元件，并且反之亦然。
在一些实施方式中，发光元件可以具有初级光学器件，诸如LED封装的一部分。照明单元可以具有在发光元件外部的一个或多个次级光学器件。次级光学器件可对来自发光元件的光输出加以塑形或更改。可选地，第一光学元件(例如，支持光学元件)不是次级光学器件并且不对光进行更改。在一些情况下，次级光学元件是次级光学器件并且对光进行更改(例如，重新引导、漫射、聚焦或改变光的波长)。例如，发光元件可以包括发光器件和初级光学器件。例如，发光二极管封装可以包括芯片和初级光学器件，诸如位于封装内的透镜和/或反射器。可以有0个、1个、2个、3个、4个或更多个附加的光学元件，其可以充当次级光学器件。如本文所述，第一光学元件可以是或者可以不是次级光学器件。或者，在照明单元中可以不提供任何次级光学器件。在一些实施方式中，从发光元件发出的光不穿过次级光学器件。
支持光学元件230可以是窗。支持光学元件可以是透明的。窗可以是透明的窗格。支持光学元件可以是基本透光的。大于95％、97％、98％、99％、99.5％、99.7％、99.9％、99.99％的光可以穿过支持光学元件。在一些情况下，支持光学元件基本上不更改所遇到的和/或穿过该支持光学元件的光。或者，支持光学元件可以更改其遇到的和/或穿过该支持光学元件的光。例如，支持光学元件可以是漫射窗。支持光学元件可以是透明的。支持光学元件可以是如本文其他各处所述的任何种类的光学元件。支持光学元件可以是半透明的或透明的。第一光学元件可以具有任何颜色，包括但不限于白色、黑色、红色、蓝色、绿色或黄色。
支持光学元件230可以是位于灯200的底部处或其附近的窗。支持光学元件可以安设在最靠近灯的主光照方向(例如，Z轴负方向)的灯的表面上。对底部或向下方向的任何描述还可适用于灯的主光照方向，无论灯的主光照方向是在重力的方向上还是任何相对于重力的其他方向上。支持光学元件可以布设在发光元件的下方。支持光学元件可以承受发光元件210和/或电路板220的重量。
支持光学元件可以具有平坦的表面。支持光学元件可以具有接触电路板的表面和相对的一侧。全部两个表面可以基本上是平坦的，和/或彼此平行。支持光学元件可以沿着灯的长度延伸。支持光学元件可以具有细长形状。支持光学元件可以形成矩形窗格。或者，可以提供其他形状作为具有圆角、椭圆形、弯折形状或弯曲形状、U形、多边形或其他形状的窗格。支持光学元件的长度与该支持光学元件的宽度之比可以很高(例如，本文其他各处提供的任何长宽比均可适用)。支持光学元件可以具有光滑的表面。支持光学元件可以由塑料、玻璃、金属或任何其他材料形成或者可以包括塑料、玻璃、金属或任何其他材料。在一个示例中，支持光学元件可以由具有透明的、镜面的或漫射表面的塑料形成。支持光学元件的表面可以是光滑的，或者可以是粗糙的。支持光学元件的表面可以是平坦的、弯曲的，或者可以具有凸起或内凹特征。
支持光学元件230可由单一的整体件形成。例如，光学元件可由单一的透明材料或半透明材料形成。或者，支持光学元件可由多个零件形成。多个零件可以可拆卸地或者永久地连接起来。在一些情况下，支持光学元件可以经由挤压而形成为单一的整体件。支持光学元件可以具有均质材料性质。或者，支持光学元件可以具有非均质材料性质。例如，支持光学元件的一个或多个部分可以具有较高的热传导。支持光学元件的传导部分235可以与该支持光学元件的其余部分一体形成。本文其他各处更详细地讨论了支持光学元件和/或传导部分的进一步特性。
灯200可以具有一个或多个更改光学元件240。在一些实施方式中，更改光学元件240可以使光分布在期望光照的一个或多个区域中。更改光学元件可以从一个或多个发光元件210接收光，并且将光重新引向主光照方向。来自更改光学元件的光可以穿过支持光学元件230。光在其穿过支持光学元件时可以受到或者可以不受到进一步更改。例如，光在其穿过支持光学元件时可以被漫射或准直。更改光学元件可以是至少部分反射的反射器。更改光学元件可以是镜面的或漫射的。更改光学元件可以使光散射。更改光学元件可以是镜面的或漫反射的、至少部分反射的反射器。
更改光学元件240可以沿着灯200的长度延伸。更改光学元件可以具有与支持光学元件230相同的长度。当从Z轴方向观察时，更改光学元件可以具有与支持光学元件基本相同的形状。更改光学元件可以接触或耦合至支持光学元件。在一个示例中，支持光学元件可以插入到更改光学元件的接收部分242中。可以提供一个或多个沟槽或凹口，支持光学元件的边缘可以插入到其中。更改光学元件的接收部分可以环绕支持光学元件的一侧和/或支持光学元件的底边。接收部分可以可选地接触支持光学元件的顶面、支持光学元件的侧面和支持光学元件的底面。
支持光学元件230可以通过机械连接而保持在更改光学元件240的接收部分242中。在一些情况下，可能不需要任何粘合剂或其他连接机构。或者，支持光学元件可以借助于粘合剂、软焊、焊接、硬焊、熔化、紧固件或其他连接机构而连接至更改光学元件。支持光学元件可以可拆卸地/独立地附接至更改光学元件。这可以为个人提供对灯的内部的访问。或者，支持光学元件可以永久地贴附至更改光学元件。
更改光学元件240可以是基本弯曲的或显著呈棱柱状的。更改光学元件可以在该更改光学元件的末端处接触支持光学元件。更改光学元件可以基本封闭灯。例如，更改光学元件可以至少部分地将一个或多个发光元件或电路板封闭于其中。
更改光学元件可以具有光反射组件、光折射组件、光衍射组件或它们的组合。例如，所述光学元件可以具有漫射器、透镜、反光镜、光学涂层、分色涂层、光栅、网纹表面、光子晶体或微透镜阵列。如前文所述，更改光学元件可以具有针对支持光学元件或任何其他光学元件的一个或多个特征。本文对支持光学元件的任何描述也可以适用于更改光学元件，并且反之亦然。此外，本文对支持光学元件的任何描述可以仅适用于支持光学元件、仅适用于更改光学元件或者同时适用于支持光学元件和更改光学元件，并且反之亦然。
更改光学元件可以是或者可以不是完全或部分反射的。在一些情况下，更改光学元件可能能够反射入射于其上的光的至少30％、50％、70％、80％、90％、95％、97％、99％、99.5％或99.9％。
在另一示例中，更改光学元件可以允许或者可以不允许光透射通过更改光学元件。在又一示例中，更改光学元件可以包括切口或孔洞，以允许光通过更改光学元件的透射。在一些情况下，更改光学元件可以是基本上不透明的，并且可以包括或者可以不包括用以允许光的透射的切口。可以在不透明的更改光学元件上提供透明部分或半透明部分。例如，可以提供一个或多个窗作为更改光学元件。在进一步示例中，一种或多种至少部分半透明的材料可以用于形成更改光学元件。根据本发明，一种或多种半透明材料可以用于形成更改光学元件的整体，或者其可以用于与其他适合于形成光学元件的材料相组合而形成更改光学元件的一个或多个零件。例如，更改光学元件可以由半透明塑料形成。半透明的更改光学元件可以提供如本文其他各处所述的优点。例如，根据本发明，在天花板荧光灯管替代应用中，灯可以通过更改光学元件向上发光以及向下发光。因此，所配置的灯可以更近似于由一些荧光灯管提供的光分布，并且可以消除一些类型的LED替代灯的“黑孔洞”外表。可以选择和/或分布更改光学元件的不透明度、半透明度和/或透明度，以形成期望的光学效果。
灯可以具有拥有不同光学性质的光学元件的任何组合。例如，照明单元可以具有不透明的更改光学元件和透明的支持光学元件、不透明的更改光学元件和半透明的支持光学元件、半透明的更改光学元件和透明的支持光学元件，或者半透明的更改光学元件和半透明的支持光学元件。对半透明反射器的任何描述还可适用于透明反射器。照明单元可以具有不透明的、半透明的和/或透明的更改光学元件的任何组合，以及不透明的、半透明的和/或透明的支持光学元件的任何组合。例如，照明单元可以具有由拥有不透明性质和半透明性质的零件所形成的更改光学元件，以及由拥有透明性质和半透明性质的零件所形成的支持光学元件。
更改光学元件240可以具有一定形状以提供期望的光学分布。在一个示例中，所述更改光学元件可以具有垂部244。垂部可以使更改光学元件的一部分更靠近发光元件。可以纵向沿着更改光学元件提供垂部。垂部可以沿着更改光学元件的整个长度延伸。所述垂部可以覆在一个或多个发光元件210和/或电路板220上。所述垂部可以与一行一个或多个发光元件和/或电路板平行。在一些实施方式中，更改光学元件可以具有围绕发光元件的基本呈圆形的横截面，其中垂部更靠近发光元件。所述垂部可以形成尖锐的边缘或者可以形成圆化的边缘。具有垂部的更改光学元件的横截面可以形成双翼片形状。更改光学元件可以是关于穿过垂部的平面基本对称的，并且平行于该参考系的YZ平面。
更改光学元件的形状可以限定来自灯的光的分布。另外，更改光学元件相对于发光元件的位置的曲率或安装角度可以限定来自照明单元的光的分布。在一些实施方式中，可以塑造更改光学元件的形状以减少眩光。在一些实施方式中，可以塑造更改光学元件的形状以提供来自照明单元的漫射光。在另一示例中，可以塑造更改光学元件的形状以提供来自照明单元的聚焦光。可以塑造更改光学元件的形状以提供来自照明单元的、基本上准直的或均匀的光。更改光学元件可以致使光发散或者分布在宽面积上。或者，更改光学元件可以致使光汇聚或者分布在小面积上。更改光学元件可以致使光以平行的方式行进至分布区域。更改光学元件可以在主方向上对光加以引导，所述主方向例如为向下、向侧面或向上。在其他实施方式中，光可以分布在许多方向上而无需主方向。例如，光可以向下和向侧面、向下和向上、向上和向侧面分布，或者在任何其他方向组合上分布。
更改光学元件可以是弯曲的。在一个示例中，第二光学元件可关于沿着光学元件纵向延伸的轴线弯曲。在一些实施方式中，第二光学元件可以仅具有一个曲率半径。或者，第二光学元件可具有零个、一个、两个、三个或更多个曲率半径。多个曲率可被或者可不被提供在不同方向上。第二光学元件可以具有凹侧和凸侧。凹侧可以在主光照方向上朝下定向。凹侧可以朝向支持光学元件。在一些情况下，可以提供垂部，其可以导致形成两个凹部。所述两个凹部可以形成更改光学元件的两个翼片。可以由更改光学元件提供双翼片结构或拱形结构。所述双翼片结构可以由两个半圆柱形或弯曲形状形成。
在一个示例中，更改光学元件可以是反射光学元件。该反射光学元件可以由塑料支架制成，具有蒸发到表面上的薄反射性金属(例如，铝或本文其他各处所述的其他金属)涂层，所述表面是塑料支架面向支持光学元件的一侧。更改光学元件的曲率可被配置用于提供宽阔的光分布。更改光学元件可以包括处于该更改光学元件的内表面上的反射区域，而不是连续的反射涂层。在其他实施方式中，更改光学元件可以由诸如本文其他各处所述的金属或金属合金形成。例如，反射区域可以通过对金属更改光学元件的内表面进行抛光而制成。反射区域还可以通过经由使用粘合剂或压缩/伸张或者本文所描述的技术的任何组合附接薄反射膜而制成。另外，可以改变更改光学元件的形状或配置，以实现不同的光分布。例如，可以减小光学元件的曲率半径，以便实现更窄的光分布。引向光学元件的光在被引向另一光学元件之前和/或离开灯之前，可能经历从所述光学元件的多次反射。
更改光学元件可以具有光滑表面或者拥有光栅、漫射器或其他表面特征的表面。更改光学元件可以具有拥有如本文其他各处所述的任何特性的表面。
更改光学元件240可以可选地具有结构加强筋246。或者，可以不需要任何结构加强筋。在一些情况下，所述结构加强筋可以覆在下垂的更改光学元件的一部分244上。在一些情况下，所述结构加强筋可以形成更改光学元件的顶面/外表面。垂部244可以提供于更改光学元件的内部部分上，并且可以不暴露于灯的外部。结构加强筋可以具有弯曲的表面。结构加强筋可以沿着更改光学元件的长度形成拱形或半圆柱形。结构加强筋可以是光滑的、不间断的表面，或者可以具有一个或多个开口或孔洞。或者，结构加强筋可以具有直的或弯折的表面。结构加强筋可以将更改光学元件的第一翼片248a的顶面与第二翼片248b的顶面连接起来。可以在结构加强筋与垂部所位于的翼片的表面之间提供空间260。在一些实施方式中，更改光学元件可以在发光元件正上方提供两个层。例如，可以提供第一内层，垂部位于其中以提供期望的光学分布，并且可以提供第二外层，结构加强筋位于其中以向更改光学元件提供结构支撑。结构加强筋可以帮助保持更改光学元件的形状并且防止下沉或弯折。
在一些情况下，更改光学元件可以由单一的整体件形成。结构加强筋、翼片、接收部分和/或垂部部分可以一体形成为单件。更改光学元件可以经由挤压或任何其他技术而形成。更改光学元件可以由永久地或单独地彼此附接的多个部件形成。更改光学元件可以由塑料、玻璃、金属、其任何组合或如本文其他各处所述的任何其他材料而形成。
在一些实现方式中，发光元件210可以是封装的白色LED或板上芯片(COB)，其以指向与灯的主光照方向相反的方向的线性方式而得以布置。例如，如果灯主要将光向下引导，则发光元件可以指向上方。如果灯主要将光向上引导，则发光元件可以指向下方。如果灯主要将光向一侧引导，则发光元件可以指向对侧。光遇到的第一光学元件可以是更改光学元件240。在一些情况下，更改光学元件可以是基本呈半球形的反射器。该反射器可以是漫射的、镜面的或某种引向器。所述表面可以高效地将光重新引向灯的主光照方向。如果更改光学元件是漫反射器，则其可以使白色LED中固有的眩光减少或减至最少。
在这样的一种配置下，LED(芯片、封装的或COB)可以直接安装到支持光学元件230上，该支持光学元件230可以是透明的、漫射的或具有其他光学性质。LED可以与诸如铟锡氧化物(ITO)等透明导体或者诸如铜、锡、焊锡、镍、铁、钯、银或金等不透明导体以导线或膜(厚膜或薄膜)的形式电互连。在一个示例中，可以使用Noritake或其他厚膜浆料。可选地，可以不需要任何单独的中间电路板结构。在另一种情况下，封装的LED安装在电路板220上，继而将该电路板220安装在支持光学元件(例如，窗)上。可以使电路板投下的阴影减小或保持在最低限度以获得最佳效率，并且在可能的情况下通过直接将电路板安装于透明窗上而完全消除所述阴影。由于在这种情况下，相比之下来自LED的热量密度较低并且窗的表面积较大，因此对于许多应用而言，应不需要任何进一步的散热器。如果需要附加的散热，则LED正下方的材料可以具有更高导热率235，与该元件的其他光学性质相结合。例如，共挤压过程可以将一种具有高导热率而另一种具有良好光学性质的不同材料组合到单一的元件中。LED可以与支持光学元件处于大致相同的平面上，并且该支持光学元件可以充当散热器。
可以进一步优化大致呈半球形的更改光学元件240的形状，以按照应用的要求来提高效率并塑造光分布的形状。一种改进将会是垂部244，其可以是LED正上方的U形或V形凸起，用以将任何可能直接反弹回LED中的光重新引到更有利的光照方向上。通过使用上文提到的其他光学工具，光可被塑形成任何可有助于给定应用的分布。另外，支持光学元件230(例如，窗)可以是上文提到的任何用以按照应用可能的要求对光进行进一步塑形或漫射的光学工具。
如果需要，各种光学元件表面可以对来自不同颜色LED的光进行混合。一种技术可以是使单个发光元件在最终光源的长轴上延伸，以使所述发光元件的分布重叠。这在仅有白色的应用中将会有助于减少像素化，或者在多色应用中有助于使颜色变均匀。可以在前述两者之间添加附加的光学元件以完成此过程，所述附加的光学元件诸如为垂直于最终光源的长轴的透镜或光栅。透镜或光栅可以使从一个或多个发光元件发出的光沿着灯的长度延伸。另外，这种附加的光学元件可以是上文提到的任何光学工具，并且用于除了使这里提到的单个发光元件(封装的LED、板上芯片(COB)等)的光学性质平滑之外的用途。另一种管理多色系统的照明外观的方式是以与来自发光元件的颜色进行颜色互补的方式使用多色磷光体或诸如量子点等其他下转换器或者位于任何光学元件上的多色滤光器。除了已经提到的光学技术之外，简单地将LED封装或COB中的LED芯片安设得更紧密以及/或者安设于多行中将会改善白色像素化和颜色不均匀性。
发光元件可以具有光谱功率分布。所述光谱功率分布可能在特定的颜色部分中具有过量的能量。例如，与热辐射体相比，在所述光谱的青色部分中可能有过量的能量。这可以提高人类的清醒度。所述光谱功率分布可能在特定的颜色部分中具有不足的能量。例如，与热辐射体相比，在所述光谱的青色部分中可能有不足的能量，以促进人类的预睡眠。
光学元件可以由具有如应用所需的合适的强度、热隔离、光学隔离、电隔离和耐火性的塑料、金属或其他材料制成。如应用所需，常见材料包括诸如挤压型铝和折叠型铁片等金属，模制的或挤压的塑料，诸如丙烯酸、聚碳酸酯，以及透明的、半透明的、白色的或其他不透明颜色的尼龙。如应用所需，所述表面还可以具有宏观特征、微观特征和纳米特征用以对光加以重新引导。
在一些实施方式中，发光元件210可以放置于灯200中，从而不向发光元件提供来自灯的外部的任何直接视线。在一些情况下，所述发光元件可以至少部分地由更改光学元件240所围绕。更改光学元件可以可选地是不透明的，这可以阻止到发光元件的直接视线。在一些情况下，发光元件可以布设在电路板220上，这可以阻止到该发光元件的直接视线。在一些情况下，可以阻挡到发光元件的发光表面的直接视线。例如，如果发光元件从顶面发光，则可以阻挡对该发光元件的顶面的观察。可选地，可以阻挡或者可以不阻挡发光元件的其余部分。例如，如果从灯的外部阻挡对发光元件的顶部的观察，则可以阻挡或者可以不阻挡对该发光元件的底部的观察。在一些情况下，支持光学元件230可以提供对灯的内部的观察。然而，其他部分可以阻挡或者可以不阻挡从该灯外部到发光元件和/或发光元件的发光部分的视线。这可以防止对正在从灯外的任何角度观察该灯的用户产生眩光。
在一些实施方式中，光在离开灯之前可由光学元件进行至少一次更改。例如，光在离开灯之前可由更改光学元件240反射。在一些情况下，光在离开灯之前，可以穿过或者可以不穿过漫射器。在一些情况下，支持光学元件230在光穿过该支持光学元件时可以显著更改或者可以不显著更改该光。支持光学元件可以是至少部分透光的。在一些实施方式中，支持光学元件可以透射与其相互作用的光的至少50％、70％、80％、90％、95％、97％、99％、99.5％或99.9％。
可选地，光学元件的一个或多个表面可以具有布设于其上的发光材料。例如，发光材料可以布设在第一光学元件上(例如，支持光学元件230)而不布设在第二光学元件上(例如，更改光学元件240)、布设在第二光学元件上而不布设在第一光学元件上，或者可以既布设在第一光学元件上又布设在第二光学元件上。例如，发光材料可以布设在或者可以不布设在支持光学元件上。发光材料可以布设在或者可以不布设在弯曲的更改光学元件上。可以安设发光元件以使得从该发光元件发出的光被至少部分地引向发光材料。在一些实施方式中，不在任何光学元件上布设发光材料。在一些情况下，灯不包括布设在任何表面上的任何发光材料。
可以在不透光的表面上布设发光材料。在一些实施方式中，不在透明表面或半透明表面上布设发光材料。在一些实施方式中，光不穿过发光材料透射。或者，可以在透光表面上布设发光材料，并且光可以穿过发光材料。
发光材料可以覆盖整个表面或者表面的一部分。例如，发光材料可以覆盖更改光学元件的整个下侧/内表面。在另一示例中，发光材料可以覆盖可接收由发光元件发出的光的更改光学元件的整个部分。在其他情况下，所述表面的一个或多个部件可具有布设于其上的发光材料。可以针对其上布设有发光材料的照明单元的所有部分提供相同的发光材料。或者，照明单元的不同部分可具有布设于其上的、拥有不同性质的不同发光材料。
发光材料可以包括当由来自发光元件的光激发时发磷光或者发荧光的任何材料或材料组合。发光材料还可以包括其中分散有磷光材料或荧光材料的粘结剂、基质或其他材料。对发光材料的任何描述均可适用于磷光体材料或荧光材料，或者其任何组合。发光材料可以是光致发光材料，其中光子的吸收可导致光子的再辐射。再辐射可以延迟或者可以不延迟。所发出的光子的能量可以低于或者可以不低于所吸收的光子的能量。发光材料可以是无机材料、有机材料或者无机材料和有机材料的组合。发光材料可以是基于量子点的材料或者是纳米晶体。在一些实施方式中，可以使用布设在如由WhiteOptics LLC所提供的高反光材料上的发光材料。
根据发光元件所提供的激发光谱和期望的输出光特性，可以使用许多种发光材料配方。例如，当发光元件提供产生具有高相关色温的白光的发射光谱时，可以使用发出红色和/或橙色波长的光的磷光体来实现较低/较暖相关色温的白光并且改善显色指数。可以使用发光材料来保持或改变由照明单元所发出的光的波长。例如，从发光元件发出的光的波长可由发光材料上转换或下转换至不同的波长。或者，发光材料无需改变从发光元件发出的光的波长。发光材料及应用中的发展总体上在以下文献中有述：Adrian Kitai的“Luminescent Materialsand Applications”(Wiley(2008年5月27日))以及Shigeo Shionoya、William Yen和Hajime Yamamoto的“Phosphor Handbook”(CRC Press2nd edition(2006年12月1日))，上述文献特此通过引用而全文并入。
远程发光材料是指不处于发光元件(诸如LED封装)之内或者不与之物理接触的发光材料。例如，远程磷光体可以是不直接接触发光元件的磷光体。在一个示例中，远程发光材料不接触所述发光元件的初级光学器件。使用远程发光材料的一个优点是：可以通过控制发光材料的配方和沉积来增强照明单元产品的色彩一致性。例如，当LED被制造出来时，它们根据其颜色特性而被分箱。如果根据LED所提供的确切光谱功率密度来调节发光材料的量和配方，则可以在照明单元的生产中使用来自不同箱体的LED而不牺牲产品间的色彩一致性。
使用远程发光材料的另一优点是：由于发光材料在物理上远离产热的发光元件(诸如LED封装)，因此发光材料的热猝灭可能减轻。因此，光的颜色随寿命和操作温度更加一致。相比之下，在采用典型暖白色LED的照明器中，红色和/或橙色磷光体材料直接与LED封装相接触，并且将会由于LED在较高温度下的操作而很快地猝灭，从而在色点中造成明显的移位。
使用远程发光材料的进一步优点是：为了实现更暖的色温，发光材料的选择不仅限于可在较高温度下良好操作的材料。这可以开拓出一系列不可用于典型LED配置的材料。
发光材料能够以例如包括蒸发、喷射沉积、溅射、滴定、烘焙、涂抹、印刷或者本领域中已知的其他方法在内的各种方式布设在照明单元(诸如光学元件)的表面上。在一些实施方式中，照明单元的所选表面可包含发光材料所布设在其中或其上的沟槽、凹坑或鼓起物，用以控制由发光材料所发出的光的光学分布。
在一些实施方式中，发光材料布设在支持光学元件上、电路板的一个或多个部分上或者灯的任何其他部分上。
可选地，在灯上不提供任何发光材料。在一些实施方式中，可在照明单元上仅提供远程发光材料。例如，没有任何发光材料接触发光元件。或者，本地发光材料可以接触发光元件，而不在照明单元上提供远程发光材料。或者，可以为照明单元同时提供本地发光材料和远程发光材料。
在一些实施方式中，发光元件可以朝向远程发光材料。光可以从光源直接碰撞远程发光材料。在一些实施方式中，散射光也可以抵达远程发光材料。可以将光朝上引向远程发光材料。可以使用光学元件来将光引向远程发光材料。在一些实施方式中，可以在与主光照方向不同的方向上对光进行引导。例如，如果主光照方向朝下，则可以朝上或以一定角度朝上引导光。
灯200可以封闭内部空间250。一个或多个光学元件230、240可以部分地或完全地包围所述空间。在一些情况下，所述空间可以完全密闭。所述空间可以是或者可以不是流体密封的(例如，气密、液密、全密封)。在一些情况下，内部空间可以包含可基本保留在灯内的空气而不需要灯是流体密封的。
可以在更改光学元件的表面之间提供第二内部空间260。可以在垂部244与结构加强筋246之间提供所述第二内部空间。所述第二内部空间可以在其中具有空气。所述内部空间可以是基本密闭的或封闭的。在一些情况下，所述内部空间可以在更改光学元件的末端处敞开，这可以允许其中的空气流动。在一些情况下，第二内部空间内的空气可以基本保留在所述空间内而不需要灯是流体密封的。
在一些情况下，内部空间250和第二内部空间260是基本上不流体连通的。所述空间可以彼此流体隔离。
可以通过来自一个或多个发光元件210的光来照亮内部空间250。第二内部空间260可以是基本黑暗的。在一些情况下，更改光学元件是基本不透明的，这可以防止来自发光元件的光抵达第二内部空间或结构加强筋246。在一些其他实施方式中，更改光学元件可以允许一些光穿过，这可以允许光抵达第二内部空间和/或结构加强筋。
在一些实施方式中，灯200可以具有圆形侧面和平坦的侧面。在一些实施方式中，平坦的侧面可以面朝灯的主要光照方向。所述圆形侧面和所述平坦的侧面可以分别由诸如更改光学元件230和支持光学元件240等光学元件形成。在一些实施方式中，所述光学元件的外表面可以直接暴露在周围空气中。可以提供光学元件的外表面而无需在其上提供任何鳍片、凸起或额外的散热器。光学元件自身可以形成为散热结构而不需要任何附加的表面特征。光学元件可以充当主要散热源，以使得大部分热量通过所述光学元件消散。
图3A-图3B示出了根据本发明实施方式的发光元件310和支持结构。图3A示出了位于没有额外导热特征的支持光学元件上的发光元件的示例，而图3B示出了位于具有额外导热特征的支持光学元件上的发光元件的示例。
图3A示出了位于电路板320上的发光元件310，该电路板320接触支持光学元件330。
发光元件可以附接至电路板。在一些情况下，所述电路板可以是不透明的、半透明的或透明的。LED可以借助于粘合剂或任何其他连接而贴附至所述电路板。在一些情况下，发光元件的宽度wL可以小于电路板的宽度wPCB。在其他实施方式中，wL＝wPCB或者wL>wPCB。
在一些实施方式中，电路板可以具有高度h。电路板的高度可以具有任何值，诸如大于、小于或等于约0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.5mm、0.7mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.7mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、7mm或1cm的值。在一些实施方式中，具有高度h的电路板的侧面可以具有期望的材料性质。例如，电路板的侧面可以由反射材料形成。在一些情况下，电路板的侧面可以具有白色或任何其他颜色。在一些情况下，电路板的侧面可以是闪亮的和/或光滑的。电路板的侧表面可能能够基本上反射入射于其上的光的大于约50％、70％、80％、90％、95％、97％、99％、99.5％或99.9％。具有电路板的反射侧面可以改善灯的效率。
电路板320可以接触支持光学元件330。在一些情况下，可以在支持光学元件的平坦的、不间断的表面上提供电路板。在备选实施方式中，发光元件310可以直接接触支持光学元件。在一些情况下，电路板可以借助于粘合剂而附接至支持光学元件。可以在电路板与支持光学元件之间使用胶带(例如，双面胶带)。在一些情况下，粘合剂可以预先存在于电路板或支持光学元件上。粘合剂可以经由本领域已知的任何技术(包括喷射、涂抹)而沉积在电路板或支持光学元件上。在一些实施方式中，粘合剂可以具有较高导热率。粘合剂的导热率可以至少与电路板和/或支持光学元件的导热率一样大。
支持光学元件可以具有厚度t。支持光学元件可以在该整个支持光学元件上具有相同厚度。或者，厚度可以在支持光学元件上改变。在一些实施方式中，支持光学元件的厚度可以大于、小于和/或等于约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1cm、1.2cm、1.5cm、2cm或3cm。
支持光学元件可以是至少部分透光的。支持光学元件可以允许至少50％、70％、80％、90％、95％、97％、99％、99.5％、99.9％的光穿过。支持光学元件可以由单一的整体件形成。发光元件和/或电路板可以布设在支持光学元件的表面上。发光元件和/或电路板可以可选地不接触灯的壁(例如，由更改光学元件形成)。在一些实施方式中，发光元件和/或电路板可以在支持光学元件的中央部分上提供，并且距灯的更改光学元件的接收部分(例如，更改光学元件触及支持光学元件之处)的距离基本相等。
可用于制作灯的任何部分的材料的示例可以包括但不限于：聚合物，诸如丙烯酸、聚酯(PES)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚酰胺(PA)(尼龙)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PE/ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PC/ABS)、聚氨酯(PU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或脲醛(UF)。材料还可以包括玻璃、树脂、橡胶、金属(铝、铜、黄铜、钢、铁、镍、银、金、铂、钛)，或者其合金或组合。在一些实施方式中，一种材料的涂层或膜可以提供于另一种材料上。例如，可以用反射性金属覆盖塑料。
所述材料可以具有任何材料性质。例如，它们可以具有大于、小于和/或等于约0.1、0.3、0.5、1、1.5、2、3、5、7、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、150、175、200、250、300、400或500W/mK的导热率。材料的导热率可以在介于这些值或其他值中的任何两个值之间的范围中。
对材料和材料性质的任何讨论均可适用于灯的任何组件。例如，所述材料可以用于更改光学元件、支持光学元件330、电路板320或粘合剂。在一些实施方式中，组件可以具有彼此相同或相似的导热率。在其他实施方式中，它们可以具有不同的导热率。组件的导热率可以足以使来自发光元件310的热量消散而不会大幅牺牲发光元件的性能。
来自发光元件310的热量可以传导至电路板320和支持光学元件330。热量可以从发光元件、电路板和支持光学元件消散至周围空气。因此，支持光学元件可以既充当针对发光元件的结构支撑又充当散热组件。支持光学元件可以用作向周围环境的主散热组件。例如，由发光元件产生的热量可以主要通过支持光学元件来传递。来自发光元件的大部分热量可以通过支持光学元件传递至环境。例如，可以通过支持光学元件消散大于50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％的热量。支持光学元件还可以充当允许光的至少部分光学透射或基本完全的光学透射的支架。
图3B示出了位于电路板320上的发光元件310，该电路板320接触具有导热部分335的支持光学元件330。在一些实施方式中，支持光学元件的一部分可以比该支持光学元件的其他部分具有更高的导热率。在一些实施方式中，较高导热率部分可以由与支持光学元件的其余部分不同的材料形成。在一些实施方式中，较高导热率部分的光学性质可以与支持光学元件的其余部分的光学性质相同，或者可以与支持光学元件的其余部分的光学性质不同。在一个示例中，较高导热率部分可以是不透明的或半透明的，而支持光学元件的其余部分可以是半透明的或透明的。在另一示例中，较高导热率部分和更改光学元件的其余部分都可以是透明的。在一些实施方式中，较高导热率部分的光透射率可以低于支持光学元件的其余部分的光透射率。
在一些实施方式中，可以在支持光学元件330中提供单一的较高导热率部分335。该较高导热率部分可以沿着灯的长度延展。该较高导热率部分可以是条带。所述条带可以安设于发光元件310和/或电路板320之下。所述条带可以具有宽度wC。在一些实施方式中，所述条带的宽度可以大于发光元件的宽度wL和/或电路板的宽度wPCB。或者，所述条带的宽度可以小于或等于发光元件的宽度和/或电路板的宽度。在一些实施方式中，较高导热率部分基本上不干扰光从灯的发出。可选地，较高导热率部分基本上不阻挡通过支持光学元件传输的光。
电路板320可以是PCB组件，其可以由热接地平面形成。热接地平面可以是薄片型热管，其中经由从液体到蒸汽的相变的潜热可以使有效导热率提高至大于约50000W/mK。这可以有效地使来自发光元件310的热量扩散，以创造出固定成接地平面内部的饱和温度的等温地平面。所述热量可以继而通过热传导的方式穿过支持光学元件330。较高导热率的热接地平面可以沿着灯的长度延展。通过形成到印刷电路板中的热接地平面的方式而添加从发光元件310的增高的热量扩散可以与在支持光学元件330中一体形成的备选热传导通路相结合。
较高导热率部分可以从支持光学元件的表面凸出。支持光学元件的提供较高导热率部分之处的厚度t可以大于该支持光学元件的其他部分的厚度。或者，可不延伸到支持光学元件的表面之外的较高导热率部分可以提供于该支持光学元件的平坦表面的下方或集成于其内。支持光学元件的提供较高导热率部分之处的厚度可以与该支持光学元件的其他部分的厚度相同。
较高导热率部分可以与支持光学元件的其余部分形成为单一的整体件。可以随支持光学元件的其余部分挤压出较高导热率部分。在一个示例中，支持光学元件可以由诸如丙烯酸等塑料形成，而较高导热率部分可以由较高导热率塑料形成或由金属形成。
在一些实施方式中，在支持光学元件中提供单一的较高导热率部分。或者，可以提供多个较高导热率部分。
本发明的各个方面可以涉及由附接至PCB或柔性电路并且与支持结构和散热元件相接触的发光元件组成的光源(例如，灯)，并且该发光元件朝向至少一个部分反射的反射器而背离预定光照的主方向。支持结构和散热元件可以是支持光学元件。
发光元件可以包括至少两种颜色或色温。PCB或柔性电路可以包括诸如量子点等红色下转换器以改善在光谱的该部分中的系统转换效率。可以选择发光元件以凸显光谱的蓝色部分同时保持白色的外观，以降低褪黑素水平。可以选择发光元件以凸显光谱的红色部分同时保持白色的外观，以允许褪黑素自然累积并使人类为睡眠做准备。可以选择发光元件以凸显光谱的部分从而改善动物的健康和身体状态。
光源可以包括一个或多个附加光学元件。至少一个附加光学元件可以使该发光元件的外观尺寸在光源的长轴上延伸，以减少像素化或改善颜色混合。在一些实施方式中，至少一个附加光学元件可以将辐射图案更改为适合于洗墙式照明的非对称图案。至少部分反射的反射器可以允许一定的透射，以提供非对称的向上/向下辐射图案。附加光学元件可以是支持结构。附加光学元件可以是散热元件。
在一些实施方式中，光源的横截面宽度可以是半球状的(即，不圆的)。在一些实施方式中，光源的横截面宽度可以具有两个不同的宽度，两者之中较大者改善光学效率而两者之中较小者提供对T8尺寸的荧光灯的机械兼容性和电气兼容性。光源可以具有从T5至T50的尺寸范围(即，具有介于5/8”到50/8”的范围内的直径)。
光源可以由附接至充当散热器的光学元件的发光元件组成。
光源可以由附接至PCB或柔性电路并且与支持结构和散热元件相接触的多色或多色温发光元件组成，并且该发光元件朝向至少一个部分反射的反射器而背离预定光照的主方向。光源能够以与多色或多色温发光元件互补的方式使用一个或多个磷光体或其他下转换器或者位于光学元件中的一个或多个上的一个或多个滤波器，从而使所述光源的照明外观变均匀。下转换器可以位于发光元件本地处并且/或者可以接触发光元件。在其他情况下，下转换器可以位于远离发光元件之处。例如，波长下转换器可以位于不与发光元件相接触的表面上，或者位于与发光元件相距一定距离的表面上。
根据前文应当理解，虽然已经说明和描述了特定实现方式，但在此可以想到并且对其做出各种修改。并且，本发明并不旨在由说明书中提供的具体示例所限制。虽然已参照前述说明书对本发明进行了描述，但在此对优选实施方式的描述和说明并不意味着要以限制性的意义来加以解释。此外，应当理解，本发明的所有方面均不限于本文所阐述的、取决于多种条件和变量的特定描绘、配置或相对比例。在本发明实施方式的形式和细节中的各种修改对于本领域技术人员将会是显而易见的。因此，考虑到本发明还应涵盖任何此类修改、变化或等同物。

Claims (20)

1.一种灯，包括：
一个或多个发光元件，其主要在与所述灯的主光照方向不同的方向上发光；
电路板，所述一个或多个发光元件布设于其上；以及
支持光学元件，其由支持所述电路板的、至少部分地透光的材料形成。
2.根据权利要求1所述的灯，还包括更改光学元件，该更改光学元件被配置用于将来自所述一个或多个发光元件的光重新引向主光照方向。
3.根据权利要求1所述的灯，还包括附加光学元件，该附加光学元件包括透镜或光栅，所述透镜或光栅使从所述一个或多个发光元件发出的光沿着所述灯的长度延伸。
4.根据权利要求1所述的灯，其中所述电路板由至少部分地透光的材料形成，所述材料选自塑料或玻璃。
5.根据权利要求4所述的灯，其中所述电路板包括透明导体。
6.根据权利要求1所述的灯，其中所述电路板和所述支持光学元件一体形成。
7.根据权利要求2所述的灯，其中所述更改光学元件是至少部分反射的漫反射器或镜面反射器。
8.根据权利要求2所述的灯，其中所述更改光学元件具有第一翼片和第二翼片以及结构加强筋，该结构加强筋连接所述翼片，以使得在所述结构加强筋与所述第一翼片和所述第二翼片之间形成空间。
9.根据权利要求2所述的灯，其中所述支持光学元件是基本上平坦的，而所述更改光学元件是基本上弯曲的并且接触所述支持光学元件，从而至少部分地封闭所述灯。
10.根据权利要求1所述的灯，还包括至少一个波长下转换器，该波长下转换器被配置用于与由所述一个或多个发光元件发出的光发生相互作用。
11.根据权利要求10所述的灯，其中所述至少一个波长下转换器是磷光体或量子点。
12.根据权利要求10所述的灯，其中所述至少一个波长下转换器位于远离所述一个或多个发光元件之处。
13.根据权利要求1所述的灯，还包括位于所述发光元件上方的U形或V形凸起，所述凸起被配置用于引导光远离所述发光元件。
14.一种灯，包括：
一个或多个发光元件，其主要在与所述灯的主光照方向不同的方向上发光；
电路板，所述一个或多个发光元件布设于其上；以及
更改光学元件，其被配置用于将来自所述一个或多个发光元件的光重新引向主光照方向，其中所述重新引导的光是非像素化的。
15.根据权利要求14所述的灯，其中所述非像素化的光在所述主光照方向上以连续的强度分布并且不被分成具有小于一个最小可觉差(JND)的像素。
16.根据权利要求14所述的灯，其中在所述主光照方向上分布的光的强度是朗伯的。
17.根据权利要求14所述的灯，其中所述更改光学元件是至少部分反射的漫反射器或镜面反射器。
18.一种提供光照的方法，包括：
从灯的一个或多个发光元件、主要在与所述灯的主光照方向不同的方向上发光；
使用电路板将所述一个或多个发光元件电连接至功率源，所述一个或多个发光元件布设于所述电路板上；以及
使用支持元件来支持所述电路板；以及
主要通过所述支持元件将来自所述灯的所述一个或多个发光元件的热量传递至周围环境。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述支持元件由至少部分地透光的材料形成。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括使用更改光学元件使来自所述一个或多个发光元件的光改变为分布在所述主光照方向上。
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