TW201043853A

TW201043853A - LED-based lamps and thermal management systems therefor

Info

Publication number: TW201043853A
Application number: TW099105204A
Authority: TW
Inventors: Damien Loveland
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2010-12-16
Also published as: CN102333990A; KR20120002575A; CA2753643A1; JP2012519350A; BRPI1006412A2; WO2010097721A1; US20110305025A1; RU2011139295A; RU2523052C2; JP5608684B2; EP2401548A1; TWI540286B

Description

201043853 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明大致上係關於光源的熱管理。更特定言之，本文 .，所揭不的多種發明方法及裝置係關於採用以led為基礎之 .光源的燈，其經組態以經由熱輻射而使熱往周圍有效地消散。【先前技術】數位照明技術（亦即，基於半導體光源諸如發光二極體 (LED)的照明）對傳統螢光燈、高強度放電（hid)燈及白熾燈提i、可行的替代品。LED之功能優勢及優點包含高能罝轉換及光學效率、耐久性、較低操作成本及許多其他優點。LED技術中之最新進展在許多應用中已提供促成多種，系明效果的有效且穩健的全頻譜照明源。體現此等源的照月燈八及，、、' a月器之—些係以一照明模組為特徵，該照明模、’且i 3此夠產生不同色彩（例如，紅、綠及藍）的一或多個 ◎ 乂及用於獨立控制該等LED之輸出以產生多種色彩及色彩改變照明效果的一處理器，舉例而言，如美國專利 .第’ ’〇38破及第6,21 μ%號中所詳細討論，其等以引用的方式併入本文中。胃不s如何改良效率’多種類型之現代光源仍可能產生大量的熱。在採用對應光源之燈的組態中此可能是不可忽視的考^因素。舉例而言’以白熾光源為基礎之燈可使所產、、之大°卩刀以紅外線輻射的形式消散。其他類型的光 '原（u 3 LED)通常無法與白熾光源一樣有效地經由紅外線 146228.doc 201043853 輻射而使熱消散。使來自一光源或一燈之熱消散的能力可依該燈之性質而被視為既是優點又是缺點。用於冷卻光源及燈時其可能係有利的，但是當需要保持一白熾光源之一燈絲中之熱並且使該燈絲維持於一預定溫度時其亦可被視為一缺點。事實上，採用白熾光源之照明器係經設計以保持熱以能夠維持燈絲之一穩定、足夠高的操作溫度且僅使一定量的熱往周圍消散以安全地操作燈。與此相反，舉例而言，以led為基礎之光源通常係經組態以將LED維持於一預定且大體上較低的操作溫度，以維持該等以LED為基礎之光源的可用壽命及操作特性。不管一燈或照明器中所使用的光源之類型為何，其之設計通常係由至少兩個需求決定一首先是以一預定方式照亮環境的能力’及其次是所使用之光源的類型。第一個需求通常決定照明器之光學設計，而第二個需求決定該照明器之諸組件之間以及該照明器與周圍環境之間的熱消散特性。當淪及冷卻以led為基礎之光源時，需考慮許多態樣。雖然LED能夠比白熾燈更有效地將電能轉換為光，但是其可產生大量的廢熱。此外，LED通常產生光及熱，該光及該熱係集中於在固態材料結構内且由該等結構所包圍的小區域中，雖然以電磁頻譜之可見部分形式適當透射，但是該等固態材料結構可能妨礙熱經由紅外線輻射而被有效地消散。在設計用於空間照明的以led為基礎之光源中，此 146228.doc 201043853 可能是一極具挑戰性的考慮因素。。。舉例而言’雖然對於採用以LED為基礎之光源的一照明杏可使用經由-風扇的—主動冷卻，但此可引起另—問 • 題’即··一風扇之壽命可能小於led組件之壽命，此將導 • 纟不必要地更換仍具有可運作組件的-照明器。使用—風扇之另一影響是，只要有空氣流動就常由於靜電而積聚灰塵。帶電的灰塵顆粒常被吸附至接地散熱器、風扇葉片及〇風扇護柵，且此降低任何冷卻系統之效率。用於改良熱隸的習知解決方案之—些#試提供光源盘照明器之至少某-部分之間的預定熱連接性且主要設法將照明器用作光源之-散熱器。其他習知解決方案考慮改良照明器使熱往環境中消散的能力，且可從考慮増加照明器之表面積起，一直到考慮規定預定的燈操作條件及環境條件，該等環境條件包含電力使用模式及對最小通風、距離的而求且使照明器之使用限於預定周圍溫度範圍内。 ◎ e知熱管理解決方案有時包含使用散熱片以增加可用於替代習知(例如)自素白熾燈及非齒素白熾燈的以LED為基礎之^源之表面積。但是，此等已知的以led為基礎之光 ''八吊¥式在相對任思方向上提供良好的總體熱消散。相較於傳統上更多利用的熱傳導及熱對流，—LED之輕 2冷部組件通常係無用的。相較於一燈絲或放電式燈而 5 ’熱輻射通常為無效係由於結合更接近室溫之一溫度的 LED晶片或LED封裝之較小尺寸。雖然可在—照明^包含一輕射體板作為一冷卻構件，但是可能無足夠的實體空 146228.doc 201043853 間以包含充足面積的輻射體。其他已知以led為基礎的照明系統利用經特定組態之房屋或建築物窗作為用於内部照明的光源形式。該等窗可包含用熱絕緣構件分離之兩個隔開的窗格，其中諸光源係佈置於一窗格中以將光往一方向導引並且將熱往相反的方向導引。可在窗中使用該照明系統用以提供内部照明且同時避免經由該窗之内面的熱傳導。另一類似的以LED為基礎之照明系統包含佈置於一光學基板之一側上的LED。由該等L E D發射之光係發射至該光學基板中且穿過該光學基板至與光源相對之側。一層導熱材料係塗覆於具有LED之該光學基板之側以充當一散熱構件。但是，兩種照明系統均使熱往光源之一側上的空間消散而同時照亮另一側。【發明内容】本發明係關於用於改良一照明系統内之熱消散，及使熱在與一照明系統之光發射大致相同之方向上經由該照明系統之一前端而從該照明系統往環境中消散的發明方法及裝置。大體而言，在一態樣中，本發明係關於一種燈，其包含經組態以在一第—方向上發射光的一以LED為基礎之光源，及光耦合且熱耦合至該以LED為基礎之光源的一光可透射元件。s亥光可透射元件係經組態以使其中由該以lEd 為基礎之光源所產生之熱大體上以該第一方向往周圍傳遞。在某些實施例中，該燈進一步包含一光學系統，該光學 146228.doc 201043853 系統係光耦合至該以LED為基礎之光源且經組態以重導弓丨光朝向該光可透射元件。該光可透射元件可塗覆有—或多層的一第一塗層，用以改良該光可透射元件與周圍之間之 * 一界面處來自該光可透射元件的紅外線輻射之發射。該第 ' 一塗層可進一步經組態以提供一預定的熱導率。另外，該光可透射元件可塗覆有-或多層的一第二塗層，用以改^ 該光可透射元件與該燈之内部之間之一界面處紅外線^ ❹卩該光可透射元件令的反射。該第二塗層可進一步經組態以提供一預定的熱導率。在實鈿例中，該燈進一步包含將該以LED為基礎之光源熱搞合至該光可透射元件的一散熱管◊可將該散熱管熱連接至該第一塗層及/或該第二塗層。該光可透射元件可包含一或多個第一元件，該一或多個第一兀件包括具有一第一熱導率的一第一材料；及一或多個第二元件，該一或多個第二元件包括具有大於該第—熱〇料之-第二熱導率的一第二材料。根據某些實施例，該第一材料係光學透明的。另外，該一或多個第二元件可定 - 義熱連接至該一或多個第一元件的一蜂巢式結構。 2許多實施例中，該燈進—步包含m统，其中該光學系統及該光可透射元件界定一内部空間，其中該密封系統、該光學系統及該光可透射元件協作地真空密封該内部空間以使其與周圍隔絕。可將該内部空間抽氣至一預定壓力。根據本發明之多個實施例，該光可透射元件包含一成一 146228.doc 201043853 體形成的複合材料，舉例而言’ 一多晶陶瓷。大體而言，在另一態樣中，本發明主要探討一種燈，其包含：一以LED為基礎之光源（54)’其在一第一方向上發射光；一光可透射元件，其係光輕合且熱輕合至該以LED 為基礎之光源，該光可透射元件係經組態以使其中由該以 LED為基礎之光源所產生之熱大體上以該第一方向往周圍傳遞；及一光學系統，該光學系統係光耦合至該以LED為基礎之光源且經組態以引導光朝向該光可透射元件。該光學系統及該光可透射元件界定一内部空間，該内部空間係經抽氣至一預定壓力或用一熱絕緣流體填充。在又一態樣中’本發明提供一種用於經由一燈之一光可透射元件而消散來自該燈之一以L E D為基礎之光源之熱的方法，該方法包括：使該以LED為基礎之光源與該光可透射7L件光耦合且熱耦合，及組態該光可透射元件以使其中由該以LED為基礎之光源所產生之熱往該燈外面的周圍環境傳遞。如為本發明之目的而於本文中所使用之術語「咖」應理解為包含彳回應於-電錢而產生糾之任何電致發^二極體或其他類型的基於載子土么戰< 于庄入/接面之系統。因此，術語LED包含（但不限於）回應於電流而發射光的各種基於半導體之結構m合物、有機發光二極體⑴咖）、電致發光條及類似物。特定t ^ t 疋。之術§吾LED係指所有類型的發光一極體（包含半導體發氺k — 赞光一極體及有機發光二極體），其等可經組態以產生紅外錄卜線頻谱、紫外線頻譜及可見頻譜 146228.doc 201043853 (大體上包含從約_奈米至約700奈米的輻射波長）之各種 4刀的者或夕者中之輻射。LED之一些實例包含(但不限於）各種類型的紅外線LED、紫外線LED、紅色led、藍色 LED 、’亲色LED、頁色LED、琥珀色LED、橙色led及白 ' &LED(下文作進-步討論)。亦應明白的是，LED可經組態及/或控制以產生輪射，該輕射具有一給定頻譜（例如窄頻寬、寬頻寬）的各種頻寬（例如最大值的一半處之全寬度〇或FWHM) ’及在—給定之總體色彩分類中的各種主波長。例如，經組態以產生基本上白光的一 LED(例如，一白色LED)之-實施方案可包含多個晶粒，該等晶粒分別發射不同的電致發光頻譜，該等不同的電致發光頻譜組合在— 起此σ以形成基本上白光。在另一實施方案中，一白光 LED可與一磷光體材料相關聯，該磷光體材料將具有一第一頻譜之電致發光轉換成一不同的第二頻譜。在此實施方 ❹帛之個貫例中，具有一相對短之波長及寧頻寬頻譜的電致發光「泵激（pump)」該磷光體材料，該磷光體材料繼而 • 轉射具有一稍微較寬之頻譜的更長波長輻射。亦應理解，術語LED不限制一 LED之實體及/或電氣封裝類型。舉例而言，如上討論，- LED可指具有經組態以分別發射不同軺射頻譜（例如其可或不可個別控制）之多個晶粒的一單一發光器件。另外，一!可與被視為該LED(例如-些類型的白色LED)之一整合部分的一填光體相關聯。般而s，術語LED可指封裝式LED、非封裝式LED、表 146228.doc 201043853 面安裝式LED、板載晶片式LED、τ封裝安裝式lED、放射狀封裝式LED、功率封裝式LED、包含某一類型之包裝及/ 或光學元件（例如一漫射透鏡）的LED等等。術語「光源」應理解為指各種輻射源的任一者或多者，包含（但不限於）以LED為基礎之源（包含如上所定義的一或多個LED)及其他類型的電致發光源。一給定的光源可經組態以產生在可見頻譜内、在可見頻譜之外側頻譜或在二者之一組合内的電磁輻射。因此，在本文中術語「光」及術語「輻射」可互換使用。另夕卜，一光源可包含一或多個濾光益（例如，彩色濾光器）、透鏡或其他光學組件作為一整合組件。另外，應理解光源可經組態以用於各種應用，包含（但不限於）指示、定組態以產生具有一顯示及/或照明。一「照明源」係經特足夠強度以有效照亮一内部空間或外部空間之輻射的一光源。在此内文中足夠強度」係指在空間或環境中所產生以提供周圍照明(亦即，可被間接感知的光及例如在被全部或部分感知之前，可反射離開各種介入表面之一者或多者的光）的可見頻譜内之足夠輻射功率(常採用單位「流明"乂代表來自—光源所有方向上的總光輸出，以輻射功率或「光通量」表示）。本文中所使用之術語「照明單元」係指包含相同或不同犬員型之一或多㈣力源的一裝i。一給定照明單元可具有用於該或該等光源之各種安裝配置、圍封殼/外殼配置及形狀及/或電連接組態及機械連接組態之任一者。另外，2 給定照明單元視需要而可與有關於該或該等光源之操作的 146228.doc 201043853 多種其他組件（例如，控制電路）相關聯（例如，包含，搞合至及/或與其一起封裝）。一「以LED為基礎之照明單元」係指單獨包含如上所討論之一或多個以led為基礎之光源 . 或組合其他不以LED為基礎之光源的一照明單元。一「多 . 通道」照明單元係指包含經組態以分別產生不同輻射頻譜之至少兩個光源的一以LED為基礎或不以LED為基礎之照明單元’其中各個不同源頻譜可稱為該多通道照明單元之一「通道」。 Ο 本文所使用之術語「燈」、「照明燈具」或「照明器」係指以一特定外形因數、總成或封裝而實施及配置的一或多個照明單元。更特定言之，本文所使用之術語「燈」指在一照明燈具中作模組化使用且對該照明燈具提供一光源的一器件。一燈可經組態以容易用相同類型或可互換類型的另一燈更換。一燈通常包含對該燈提供一光源的一或多個光源或照明單元。 ◎ 應明白，上述概念及下文更詳細討論之額外概念（假若該等概念互不矛盾）之所有組合係視為本文所揭示的發明 • ㈣之-部分。敎言之，在本發明結束時出現的主張標的之所有組合係視為本文所揭示之發明標的之一部分。亦 …月白本文明確採用的術語（其亦可出現在以引用方式併入的任何揭示内容中）應符合與本文所揭示之特定概念 . 最為一致的意義。【實施方式】在圖式中，相同參考字元概係指在不同面向综觀的相同 146228.doc 201043853 部件。此外，該等圖式係為強化闡釋本發明原理之用，無需按比例繪製。就一般的燈組態而言，使用一以LED為基礎之光源的 LED燈之熱消散可能充滿挑戰。LED可產生大量的熱，同時大體上需要比白熾燈中之燈絲更低得多的操作溫度。舉例而言，經設計以用作許多既有類型白熾燈之一替代的一 LED燈可能需要不同的熱消散特性（相比於該燈之白熾對應物）以便可防止該燈中之LED過熱。將LED燈組態為一散熱器以使其簡單地將某處之熱釋放至環境中可能不足以充分冷卻該燈中之LED。使熱從LED燈之僅任一部分往僅任意方向消散可能引起熱累積，尤其是當組合某些類型的燈具使用該LED燈時。一 LED燈因此可能需經組態以提供期望的熱管理特性。更一般而言，申請人已認知到且明白使熱往LED燈或一對應燈具發射光之方向上從該燈有效地消散離開至環境中將係有利的。揆諸上文，本發明之多個實施例及實施方案係關於一種熱受管理的燈。根據本發明之一態樣，提供一種包含一以led為基礎的光源的LED燈。該以LED為基礎之光源可包含一或多個 LED。該燈包含光耦合且熱耦合至該以LED為基礎之光源的一光可透射元件。該燈且尤其該光可透射元件係經組態以使由該以LED為基礎之光源所產生之熱經由該光可透射元件而傳遞至該燈外。該燈可進一步採用光耦合至該以 LED為基礎之光源的一光學系統，其中該光學系統係經組 146228.doc -12- 201043853 態以重導引LED之光朝向該光可透射元件。根據本發明之某些實施例之一燈的一截面係綠示於圖1 中。該燈包含至少一以LED為基礎之光源110及一光可透 . 射元件120。該燈通常係經組態以將由該以LED為基礎之 • 光源110所產生之光大體上沿光學路徑101導引朝向該光可透射元件120。該燈進一步包含一散熱管130，該散熱管 130熱連接該光可透射元件120與該以LED為基礎之光源 ΟΙ 10，且該散熱管13 0係經組態以使熱經由該光可透射元件 . 而傳遞至周圍。根據其他實施例之一燈的一截面係缯·示於圖2中。該燈包含一以LED為基礎之光源210及一光可透射元件220。該燈進一步包含一反射體230，該反射體230光學連接201該光可透射元件220與該以LED為基礎之光源21 〇。該以LED 為基礎之光源21 0係經佈置以使其大體上直接朝向該反射體230發射光，該光大體上從該反射體23〇反射。可使光朝 ◎ 向該光可透射元件220或該反射體230反射。根據此等實施例的燈係經組態以將由以LED為基礎之光源210所發射之光經由該反射體230沿一光學路徑而大體上重導引朝向該 4 光可透射元件220。該燈係進一步經組態以將熱從該以 LED為基礎之光源210大體上傳遞至該光可透射元件22〇並經由該光可透射元件220而傳遞至周圍。光可透射元件光可透射元件可經組態以提供燈之内殼或外殼之至少一部分。該光可透射元件可視實施例而具有扁平狀、大體上 146228.doc •13- 201043853 f曲狀、球狀、梨狀、管狀或其他形狀。該光可透射元件可具有一預定的厚度輪廓、表面紋理或表面粗糙度，其等可（至少部分地）經確定以提供具有預定光學特性的光可透射元件m實施例中’為使熱跨越且經由該光可透射凡件而消散，該光可透射元件係經組態度以提供整合熱導率。舉例而言’良好的整合熱導率可為該光可透射元件提供呈現具有較低溫度梯度之一較均勻溫度輪廓的能力及消散大量熱的能力。在某些實施例中，光可透射元件可視需要至少在該光可透射兀件與燈外面之間的-界面之—部分處塗覆有一或多層的-第-塗層。該第—塗層可經組態以用於為紅外線及可見輕射及其他不可見輕射提供從該光可透射元件發射至該燈外面的所期望之發射率。該第一塗層可進一步經組態 :提供-預定的熱導率 '經由該光可透射元件之熱傳遞可月匕進V又外面介質之對流的影響。取決於燈之應用，該外面介質可為（例如）空氣或水，或另-物質。該i-淹層可進m態以提供預定組合的對流特性及輕射熱傳、在某些實施例中，光可透射元件可視需要至少在該光可透射兀件與及燈内部之間的—界面之__部分處塗覆有—或夕層的帛一塗層，以使紅外線轄射及可見輕射及其他不可見輻射反射至該光可透射元件中。該第二塗層亦可進一步經組態以提供子自$ & & @ + 攸心、頂火的熱導率。關於面對該燈内部之該第二塗層鄰近處的有關㈣可應用類似於外面該第-塗層之 146228.doc -14« 201043853 可經組態以提供一預定該第二塗層之對流熱傳各別考慮因素。該第二塗層因此亦對流熱傳遞特性。取決於實施例，遞特性可為高或低。 1 5又想單層或多 · — I項的許多组能。應注意，若光可透射元件未經塗覆則亦〜 J應用關於第一塗曰及第二塗層之II射特性及對流熱傳遞特性之考慮因素或者其等亦可應用於未經塗覆的光可透射元件：各自表面0

在某些實施例中，第一塗層及/或第二塗層可經組態以用於為紅外線輻射或不可見輻射提供—預定透射率同時亦為可見光提供預定透射率。根據本發明之—實施例，該等塗層可經組態以提供介於可見光之透射率與紅外線輕射或不可見輻射之透射率之間的—預定比率。類似考慮因素可應用於決定光可透射元件之材料成分。、—在某些實施例中，光可透射元件亦包括—成—體形成的複合材料。舉例而言，該光可透射元件可包括非晶、結晶或多晶材料，多種玻璃或透明塑膠之一者，或諸如高純度或摻雜釔鋁石榴石、多晶氧化鋁或氮化鋁的陶瓷或其他適當材料。根據本發明之某些實施例，光可透射元件可經組態以包 ^ 成肋形成的散熱管或包括一散熱管之至少一部分以在其内提供良好的熱消散，並容許至該光可透射元件的有效熱耦合。一成一體形成的散熱管可經組態以使熱在該光可透射元件之各處很有效地消散。可以多種方式（例如， H6228.doc -15- 201043853 如圖3A及圖3B，或圖4由沉认一 4 Η 4中所繪不）組態成一體形成之散埶管。 …、圖从繪示包含—螺旋狀散熱管310之-光可透射元件3〇〇的平面圖忒政熱官310可為至少部分透明或半透明。圖3Β繪示圖3Α之光可透射元件的一正視圖。_亦繪示用於操作性地佈置該光可透射元件3〇〇的一框架34〇，且進步繪不#作性地連接至該框架34()用以熱連接—以咖為基礎之光源（未緣示）的一外部散熱管33〇之一部分。圖4 繪示不具有一框架之-光可透射元件4〇〇的另一實例。圖4 中所繪示之光可透射元件之散熱管41〇被塑形成具有突出輪輪的-環。該環及該等輪輕可視實施例而為成一體地形成或為分離的。應注意，（例如）諸如或4〇〇的光可透射元件可經組態以在大體上徑向向内方向或徑向向外方向或 -個方向上提供預定的熱傳遞特性。在某些實施例中，外部散熱管及光可透射元件係經由框架而呈熱互連。… 實施例中’外部散熱管可與光可透射元件之散熱管成一體地互連（未繪示）。根據其他實施例，光可透射元件可經組態以使光按一預定方式折射。該光可透射元件之折射特性可由一或多個性質（例如’包含該光可透射元件的幾何形狀或材料成分或其諸表面或諸界面的-或多個’以及第—塗層及/或第二塗層（若該光可透射元件經塗覆決定。在某些實施例中，光可透射元件可由包括材料之一或多個第一元件及包括一第-絲+ 弟一材抖之—或多個第二元件 146228.doc -16- 201043853

而形成為一平；dtT 保該弁w 非平面或-三維測地線複合物件。為確元㈣等^件各處之良好的熱連接性，需要該等第- -體地件之:有密切的熱接觸。(例如)藉由成 ^ 荨第—70件及該等第二元件而可提供密切敘 Ο ’⑷如）藉由採用具有充分類似之熱膨服係數 =科’精由Μ力式裝配該等第—元件及該等第二元件的【力’或藉由組態該等第一元件及該等第二元件以使盆等 =在操作溫度條件下提縣力配合，此W可促進熱接 :亥-或多個第二元件可經組態以界定用於佈置該一或多個弟-元件的一平面或非平面結構。該一或多個第一元件可經組態而具有不規則或規則形狀，包含（例如）三角形、四邊形、五邊形、六邊形或諸如此類之形狀。該第可具有大於該第一材#的一熱導率。f亥二種材料之至少^ 者可為光學透明的。 Ο 根據某些實施例，介於光可透射元件的第一元件與第二元件之間的界面可經組態以提供其他預定的光學特性。舉 • 例而言，該等界面可經組態以提供預定形狀的截面及/或界面粗糖度。圖5A及圖5B繪示一適當複合光可透射元件5〇〇。圖5八繪示一俯視圖且圖5B繪示沿圖5入之線A_A的一截面。該複合光可透射元件500具有一蜂巢式結構51〇及光學透明模組 515。該蜂巢式結構係熱連接至一散熱管52〇，該散熱管 5 2 0係經組態以使由以L E D為基礎之光源（未繪示）所產生之 146228.doc •17- 201043853 熱傳遞至該光可透射元件。光源與光可透射元件之間的熱連接根據本發明之實施例的一燈可採用一散熱管用以將以 LED為基礎之光源熱耦合至光可透射元件。該散熱管可視需要而熱連接㈣—塗層或第二塗層或該二個塗層。此外’該散熱管之至少一部分可視需要而連同該光可透射元件成一體地形成。根據本發明之實施例的一燈可經組態以使以L E D為基礎之光源與光可透射元件之間之熱連接係藉由光學系統而促進。舉例而言，該光學系統可包含一或多個散熱管或用於熱耦合該以LED為基礎之光源與該光可透射元件的所期望導熱材料。根據本發明之實施例的一燈可經組態以使以led為基礎之光源被佈置於光可透射元件之一内側上，其中該光可透射元件係經組態以將熱從該内側傳遞至其外側並且從該外側傳遞至周圍。該燈可進一步經組態以使該以LED為基礎之光源導熱性地連接至該内側。該LED燈可經組態以使該以LED為基礎之光源朝向該光可透射元件發射光或直接使光發射至該光可透射元件中。應注意，根據本發明之實施例的一燈可包括一或多個散熱管’而無關於諸LED是否係佈置於該光可透射元件上或佈置為遠離該光可透射元件。光學系統在某些實施例中，光學系統包含多個光學元件，該多個 146228.doc -18- 201043853 光學元件可使至少可見光以及紅外線光及/或紫外線光折射及/或反射，且該光學系統可包含若干包括光致發光材料的元件。該光學系統可經組態以藉由其本身或藉由組合 %可透射元件而提供預定色彩混合特性及/或光束成形特性。在某些實施例中，該光學系統可經組態以提供以㈣為基礎之光源與光可透射元件之間的熱連接性。根據本發明〇之實施例，該光學系統包含至少一散熱管。密封系統垃可視為要採用一畨封系統，該密封系統與該燈之一或多個其他組件（舉例而言，諸如光學系統及/或光可透射元件）協作以真空密封該燈之一内部空間。該内部空間可由 (例如）光學系統及光可透射元件界定。該内部空間可視所期望效果而用經選擇以提供一預定高或低熱導率的一流體物質填充。該流體物質可為氣體及/或液體。若用氣體填〇充，則可將内部空間填充至一預定壓力。根據其他實施例’可將内部空間抽氣至一預定壓力。現將參考特定實例描述本發明。應理解以下實例意在描述本發明之實施例且無意以任何方式限制本發明。實例1 圖6繪示根據本發明之一實施例之又一例示性燈的一截面。該燈之光可透射元件包含一窗5〇，該窗5〇可（例如）按如上所述之方式由一成一體形成的複合材料或一測地線圓頂之一部分而組態。該光可透射元件具有一低發射率塗層 146228.doc 201043853 58及透明鑽石塗層57，該等塗層係例如藉由化學汽相沈積而佈置於窗50之内側上。如圖6中所繪示，該例示性燈進一步包含一散熱管52 ’該散熱管52係經組態以將由LED 54 所產生之熱從基板53輸送至該窗50。該光學系統包含經組態以使光反射回内部空間56中（例如朝向該光可透射元件）的壁55。該等LED 54係操作性地連接至一控制器及電源 (未續'示）。該内部空間56可經組態以提供不良的熱傳遞特性（未繪不）。所繪示之實例燈係經組態以提供LED 54與窗5〇之間 ❹ 的增強熱連接並且減低對燈之諸組件之其餘者（例如，壁 5 5)的，'，、傳導f·生。另外，該等壁5 5亦可經組態為不良熱導體，舉例而t ’該#壁55(例如)可由充當一熱絕緣體之一材料製成。 ❹ 該内部空間56可用一流體（未緣示）填充，經由該流體而在該燈之諸組件（例如，諸如LED 54、基板53或壁Μ與窗 )之間提:、不良的熱傳遞。或者，該内部空間可經抽氣至一預定壓力或用提供極少熱傳遞之流體（例如充當一熱絕緣體的流體)填充。該流體可為適當氣體，舉例而言，空氣、氬氣、氪氣、氮氣或二氧化碳；或者，_項技瞭解其他物質且可基於所期望之熱導率而選擇其他物質。的未㈣）可經組態以在壁55與基板53間提供良好 :熱、.、巴緣。壁之外表面釋放熱至環境中決於壁55之外表面積，但其主要取決於意欲經由壁 146228.doc •20· 201043853 遞至外部的熱量。此一實例燈可經抽氣或用一適當流體填充以使内部空間具有不良熱傳遞特性。實例2 - 圖7繪示另一例示性燈的一截面。該燈之LED 730係操作 - 性地佈置於或鄰近光可透射元件710之内表面。該等LED 730可為操作性地佈置於一分離基板（未繪示）上，該分離基板係佈置於該光可透射元件上且熱連接至該光可透射元件。〇该等LED 730係操作性地連接至用於控制該等LED的一控制器及電源（未繪示）^該等LED係經定向使得其等係大體上遠離a亥光可透射元件710發射光。一光學透明隔膜770 使内部空間740與藉由一熱絕緣定距環75〇形成之分離空間 760相隔離。分離空間可（例如）用空氣填充或經抽氣。該實例燈之該内部空間740係經抽氣以抑制經由内部空間的熱對流。該隔膜770及反射體720係經組態以使紅外線 Ο 輻射向下朝向該光可透射元件710反射。該燈係經組態以使由LED 730所產生之熱大體上消散至該光可透射元件 • 中，該光可透射元件繼而係經組態以使熱大體上擴散至其各處，故其可呈現具較低溫度梯度的一溫度輪廓。該光可透射元件係進一步經組態以將熱從其外表面大體上釋放至周圍中。該光可透射元件可包含（例如）一成一體形成的散熱管。實例3 圖8繪示又一例示性燈的一載面。該燈之LED 係操作 146228.doc 21 201043853 性地佈置於或鄰近光可透射元件810之内表面。該等LED 830可為操作性地佈置於一分離基板（未繪示）上，該分離基板係佈置於該光可透射元件上且熱連接至該光可透射元件。此燈之3亥光可透射元件830包含低紅外線發射率塗層 8 15、南熱導率塗層8 1 7及玻璃碟8 19。該低紅外線發射率塗層係佈置於被佈置在碟819上且經良好地熱連接至該碟 8 19的塗層上且係熱連接至該塗層。低紅外線發射率塗層係經組態以抑制紅外線熱發射至内部空間84〇中。塗層可由許多材料製成’包含（例如）氧化銦錫、鑽石或其他適當、容易已知的材料。塗層815及塗層817之厚度以及碟 8 1 9之厚度未按比例繪製。該等LED 830係操作性地連接833至835中所包含之用於控制該等LED的一控制器及電源。該等LED係經定向使得其等大體上遠離該光可透射元件81〇而朝向反射體820發射光。該實例燈之内部空間840係經抽氣以抑制經由内部空間的熱對流。該反射體82〇係經組態以使紅外線輻射向下朝向該光可透射元件8 1 〇反射。該燈係經組態以使由LED 83〇所產生之熱大體上消散至該光可透射元件8 10中，該光可透射元件8丨〇繼而係經組態以使熱大體上擴散至其自身各處，故其可呈現具較低溫度梯度的一溫度輪廓。該光可透射元件81〇係進一步經組態以將熱從其外表面大體上釋放至周圍中。該光可透射元件 8 1 0可包含（例如）一成一體形成的散熱管。 146228.doc -22- 201043853 實例4 圖9繪示又一例示性燈的一截面。該燈之[ED 93〇係佈置於一基板920上，該基板920係經組態以提供預定的熱導率且當其經操作性地連接至該燈之上部950時與該上部95〇熱 • 絕緣。該基板可包括一或多層的導電材料或電絕緣材料及導熱材料或熱絕緣材料，以便促進該等LED與可整合於該燈之該上部950中之一電源及/或控制器（未繪示）之間的操 Q 作眭連接。5亥荨LED 93〇係操作性地連接至一控制器及電源（未繪示）。熱絕緣體940係佈置為鄰近該基板92〇且與該等LED 93〇相對。此例不性燈之光可透射元件界定一窗91〇，該窗91〇係經組態以經由輻射而提供高熱發射率。另外，亦可經由 (例如）來自該窗之外表面的對流而使熱散佈至周圍。窗與基板之間之機械連接可經組態以提供良好的導熱性。舉例而g，窗及基板可成一體地形成及/或使用一散熱管熱連〇接。在某些實施例中，基板920與窗910之間之空間可用一透明流體（其係一良好的熱導體）填充’其中此透明流體可為氣體或液體。可將該囪9 10形成為包括一或多個至少光可透射材料的 —成一體成形的本體。該窗可經組態以提供-預定的單層或多層成分、厚度輪廓、表面紋理或表面粗縫度以提H 定光學折射特性及/或反射特性。該窗可組態成複合形式及塑形為一測地線圓頂（未繪示）之一部分。該等LED 930係經佈置使得其等朝向該窗91〇發射光。可 146228.doc •23- 201043853 組合用於反射由該等LED之各者發射之光的一反射體而佈置S亥等LED之各者。鄰近該等lED的基板92〇之表面可塗覆有一光及/或紅外線反射塗層。該燈係經組態以提供預定的照明特性與熱消散特性之一組合。雖然本文已描述且繪示若干發明實施例，但是一般技術者將容易設想用於執行本文所述之功能及/或獲得本文所述之結果及/或一或多個優點的多種其他構件及/或結構，且此等變動及/或修改之各者係視為在本文所述之發明實施例的範圍之内。更一般而言，熟習此項技術者將容易明白本文所述之所有參數、尺寸、材料及組態皆意為例示性，且實際參數、尺寸、材料及/或組態將取決於使用本發明之教示的（諸）特定應用。熟習此項技術者僅僅使用例仃试驗即可認知或可確定本文所述之特定發明實施例的多個等效物。因此，應瞭解上述實施例僅以實例之方式提出，且其等係在隨附申請專利範圍與其等效物範圍内，可用除了明確描述及主張之外的方式實踐發明實施例。本發明之發明實施例係關於本文所述之每一個別特徵、系統、物件、材料、套組及/或方法。此外，若此等特徵、系統、物件、材料、套組及/或方法互不矛|，則兩個或更多個此等特徵、系、统、物件、材料、套組及/或方法之任思組合係包含於本發明之發明範圍内。如本文中所定義及使用的所有定義應理解為控制字典a 義、以弓丨用的方式併入文件中之定義及/ 的-般意t。久我之術语 146228.doc -24· 201043853 如本文說明書及申請專利範圍中所使用，除非另有相反地明確指不，不定冠詞「—」及「一個」應理解為意指「至少一個」。如本文說明書及申請專利範圍中所使用，片語「及/ 或」應理解為意指經連結之元件的「任一個或兩個」，亦即，在一些情況下連結地存在及在其他情況下分離存在的元件。用「及/或」列出的多個元件應以相同之方式解釋，亦即，經連結之元件的「一或多個」。除由「及/或」子句明確識別之兀件之外’無論相關於或不相關於該等明確識別之元件，可視需要存在其他元件。 ❹ 如本文說明書及申請專利範圍中所使用，「或」應理飼為具有與如上所定義之「及,或」相同的意義。舉例而言，當分離一列表中之項目時’「或」或「及/或」應解釋為具包含性，亦即’包含多個元件或一元件列表的至少一個兀件’但亦包含一個以上元件，且視需要包含額外未列出之項目。除非有相反地明確指#，術語諸如「僅一個」或l好個」或「由…組成」當使用於請求項中時將指包含多個元件或-元件列表之恰好-個元件。亦應瞭解的是，除非有明確地相反指示，在本文主張之 :合-個以上步驟或動作的任何方法中，該方法之步驟或動作的順序不必限於敘述該方法之㈣或動作的順序。 tr專利範圍及以上說明書中，所有過渡片語，例如 :有」、「「Γ含」、「帶有」、「具有」、「含有」、「涉及」、」·.·構成」及類似物應理解為是開放性的，即 146228.doc -25- 201043853 包含但不限於。唯過渡片語「由…組成」與「基本上且成」分別應為封閉性或半封閉性片語。最後’中請專利範圍中之參考數字僅用於便利性且不應以任何限制方式解讀。〜【圖式簡單說明】圖1緣不根據本發明之一實施例之一燈的一截面。圖2綠示根據本發明之另-實施例之-燈的-截面。圖3 A緣不根據本發明之一實施例之一燈之一光可透射元件的一平面圖。圖3B緣示圖3A中所緣示之光可透射元件的一正視圖。一圖4繪示根據本發明之另—實施例之—燈之—光可元件的一平面圖。圖5A繪示用於根據本發明之另一實施例之一燈的— 俯視圖。的圖5B繪示圖5A之窗的一 A-A截面。圖6繪示根據本發明之一實施例之一燈的一截面。圖7繪示根據本發明之另一實施例之—燈的一截面。圖8繪示根據本發明之又一實施例之—燈的一截面。圖9繪示根據本發明之又一實施例之—燈的一截面。【主要元件符號說明】 50 光可透射窗/光可透射元件 52 散熱管 53 基板 54 LED 146228.doc •26· 201043853 Ο ❹ 55 壁 56 内部空間 57 透明鑽石塗層 58 低發射率塗層 101 光學路徑 110 以LED為基礎之光源 120 光可透射元件 130 散熱管 201 光可透射元件220與光源210之間的光學連接 210 以L E D為基礎之光源 220 光可透射元件 230 反射體 300 光可透射元件 310 螺旋狀散熱管 330 外部散熱管 340 框架 400 不具框架之光可透射元件 410 散熱管 500 複合光可透射元件 510 蜂巢式結構 515 光學透明模組 520 散熱管 710 光可透射元件 720 反射體 146228.doc .27· 201043853

730 LED 740 内部空間 750 熱絕緣定距環 760 分離空間 770 光學透明隔膜 810 光可透射元件 815 低紅外線發射率塗層 817 高熱導率塗層 819 玻璃碟 820 反射體

830 LED 833 LED 830至控制器及電源的操作性連接 840 内部空間 910 窗 920 基板

930 LED 940 熱絕緣體 950 燈之上部 146228.doc -28-

Claims

201043853 七、申請專利範圍： 1· 一種燈，其包括：一以發光二極體（LED)為基礎的光源（54)，其在一第一 • 方向上發射光；及 ‘ 一光可透射元件（5〇)，其係光耦合且熱耦合至該以 LED為基礎之光源（54)，該光可透射元件（50)係經組態以使其中由該以LED為基礎之光源（54)所產生之熱大體上以該第一方向往周圍傳遞。〇 . 2.如請求項1之燈，其進一步包括一光學系統（55)，該光學系統（55)係光耦合至該以LED為基礎之光源（54)且經組態以引導該光朝向該光可透射元件（50)。 3·如請求項2之燈，其進一步包括一密封系統，其中該光學系統及該光可透射元件界定一内部空間，該密封系統、該光學系統及該光可透射元件協作地密封該内部空間以使其與周圍隔絕。 ◎ 4.如請求項1之燈，其中該光可透射元件（5〇)係塗覆有一或多層之一第一塗層（57)，該第一塗層（57)係用於促進在 5亥光可透射元件與該周圍間之一界面處來自該光可透射 ' 元件的紅外線輻射之發射。 • 5·如請·求項4之燈，其中該第一塗層（57)具有一預定的熱導率〇 6.如請求項1之燈’其中該光可透射元件（5〇)係塗覆有一或多層之一第二塗層（58) ’該第二塗層（58)係用於促進該光可透射元件與該燈之一内部之間之一界面處紅外線輻 146228.doc 201043853 射往該光可透射元件中的反射。 7. 如請求項6之燈，其中該第二塗層（58)具有—預定的熱導率。 8. 如請求項1之燈’其進一步包括一導熱元件，該導熱元件係熱連接該以LED為基礎之光源（54)及該光可透射元件（50) 〇 9. 如請求項8之燈’其中該導熱元件係一散熱管（52)。 1〇·如請求項i之燈，其中該光可透射元件包括：一或多個第一元件，該一或多個第一元件包含具有一第一熱導率的一第一材料；及一或多個第二元件，該一或多個第二元件包含具有大於該第一熱導率之一第二熱導率的一第才才〇 11. 如請求項10之燈，其中該第一材料係光學透明的。 12. 如請求項1〇之燈，其中該一或多個第二元件定義熱連接至該一或多個第一元件的一蜂巢式結構。 13. 如請求項1之燈，其進一步包括至少部分嵌入於該光可透射元件中的一散熱管。 14·如請求項1之燈，其中該以LED為基礎之光源係佈置於該光可透射元件上且導熱性地連接於該光可透射元件。 15. —種燈，其包括：一以發光二極體（LED)為基礎的光源（54)，其在一第一方向上發射光；一光可透射元件（50) ’其係光耦合且熱耦合至該以 LED為基礎之光源（54)，該光可透射元件（50)係經組態以 146228.doc -2- 201043853 使其中由該以LED為基礎之光源（54)所產生之熱大體上以該第一方向往周圍傳遞；及一光學系統（55)，其係光耦合至該以LED為基礎之光源（54)且經組態以引導該光朝向該光可透射元件（50)，其中該光學系統及該光可透射元件界定一内部空間，該内部空間係經抽氣至一預定壓力或用一熱絕緣流體填充。 16. ❹ 17. 18. 〇 19. 20. 如請求項15之燈，其進一步包括一導熱元件，該導熱元件熱連接該以LED為基礎之光源（54)與該光可透射元件 (50)。如請求項16之燈，其中該導熱元件係一散熱管（52)。如請求項16之燈，其中該光可透射元件包括：一或多個光學透明的第一元件，該一或多個光學透明的第一元件包含具有一第一熱導率的一第一材料；及一或多個第二元件’該一或多個第二元件包含具有大於該第一熱導率之一第二熱導率的一第二材料。如請求項16之燈，其中該一或多個第二元件定義熱連接至該一或多個第一元件的一蜂巢式結構。一種用於經由一燈之一光可透射元件（5〇)而消散來自該燈之一LED光源（54)之熱的方法’該方法包括： a. 使該LED光源（54)與該光可透射元件（50)光耦合且熱耦合，及 b. 組態該光可透射元件（54)以使其中由該LED光源（54)所產生之熱往該燈外傳遞。 146228.doc