LED灯具.pdf

一种灯具(100)包括透光罩(112，302，402，602)、底座(102)、从底座(102)延伸至罩(112，302，402，602)内并且支撑罩(112，302，402，602)中LED组件(130)的塔件(152)。LED组件(129)包括可操作为当通电时发光的多个LED(127)。多个LED以带的形式布置在塔件(152)的外围四周而且向外地面向罩(112，302，402，602)，以创建呈现为发光灯丝的光源。塔件(152)形成散热器(149)的一部分。电气互连件(150)将导体(162，164)连接至散热器(149)，其中，导体(162，164)位于LED组件(129)与底座(102)之间的电气通路上。

权利要求书
1.  一种灯具，包括：
透光罩；
底座；
塔件，从所述底座延伸至所述罩内并且支撑在所述透光罩中的LED组件，所述LED组件包括多个LED，所述多个LED可操作为当从所述底座通过电气通路通电时发光，所述塔件与所述LED组件被布置为使得所述多个LED以带的形式绕所述塔件的外周布置并且向外地面向所述罩，以创建呈现为中央地定位的发光部分的光源。

2.  根据权利要求1所述的灯具，其中，所述LED组件包括副底座，所述多个LED安装在所述副底座上。

3.  根据权利要求2所述的灯具，其中，所述副底座包括PCB、金属芯板、引线框和金属芯印刷电路板中的至少一种。

4.  根据权利要求2所述的灯具，其中，所述副底座具有三维形状，其中，所述塔件的一部分在所述副底座的内部并且所述多个LED安装在所述副底座的外表面上。

5.  根据权利要求2所述的灯具，其中，所述副底座包括连接器部分，所述连接器部分将所述LED组件耦接至所述塔件并且将所述LED组件电耦接至所述电气通路。

6.  根据权利要求1所述的灯具，其中，所述塔件沿着所述灯具的纵轴延伸并且所述LED组件安装在所述塔件上，使得所述多个LED中的至少部分LED横向地发光。

7.  一种灯具，包括：
透光罩；
底座；
LED组件，连接至所述底座并且延伸至所述透光罩内，所述LED组件包括多个LED，所述多个LED可操作为当从所述底座通过电气通路通电时发光，所述LED组件被布置成使得所述多个LED是以带的形式绕所述灯具的纵轴布置并且向外地面向所述罩，以创建呈现为中央发光区域的光源。

8.  根据权利要求1所述的灯具，其中，所述LED组件包括副底座，所述多个LED安装在所述副底座上。

9.  根据权利要求8所述的灯具，其中，所述副底座包括PCB、金属芯板、引线框和金属芯印刷电路板中的至少一种。

10.  根据权利要求8所述的灯具，其中，所述副底座包括被弯曲成三维形状的扁平构件，其中，所述多个LED安装在所述副底座的外表面上。

11.  根据权利要求8所述的灯具，其中，所述副底座包括连接器部分，所述连接器部分将所述LED组件耦接至散热器并将所述LED组件电耦接至所述电气通路。

12.  根据权利要求8所述的灯具，其中，所述LED组件从散热器延伸，所述散热器位于所述罩与所述底座之间。

13.  一种灯具，包括：
透光罩；
底座；
散热器，延伸至所述罩内并支撑所述透光罩中的LED组件，所述LED组件可操作为当从所述底座通过电气通路通电时发光，所述散热器热耦接至所述LED组件以将热从所述LED组件传送至周围环境，其中，所述散热器与所述LED组件被布置成使得所述LED组件被布置成基本在所述罩的光学中心处，所述LED组件包括绕所述散热器的外周的布置多个LED。

14.  根据权利要求13所述的灯具，其中，所述LED组件包括副底座，所述多个LED安装在所述副底座上。

15.  根据权利要求14所述的灯具，其中，所述副底座包括PCB、金属芯板、引线框和金属芯印刷电路板中的至少一种。

16.  根据权利要求14所述的灯具，其中，所述副底座具有三维形状，其中，所述散热器的一部分在所述副底座的内部并且所述多个LED安装在所述副底座的外表面上。

17.  根据权利要求14所述的灯具，其中，所述副底座包括将所述LED组件电耦接至所述电气通路的连接器部分。

18.  根据权利要求13所述的灯具，其中，所述散热器沿着所述灯具的纵轴延伸并且所述LED组件安装在所述散热器上，使得所述多个LED中的至少部分LED横向地发光。

19.  根据权利要求13所述的灯具，其中，所述多个LED以带的形式来定位，使得当通电时从所述多个LED所产生的光的高强度区域呈现为发光线。

20.  根据权利要求19所述的灯具，其中，所述带具有高度和长度，在沿着所述灯具的纵轴的维度上的所述带的高度比所述带的长度小。

21.  一种灯具，包括：
透光罩；
底座；
LED组件，布置在所述透光罩中，所述LED组件可操作为当通过电气通路通电时发光；
散热器，热耦接至所述LED组件以将热从所述LED组件传送到周围环境；
电气互连件，用于将导体机械地连接到所述散热器，其中，所述导体在所述LED组件与所述底座之间的所述电气通路上。

22.  根据权利要求21所述的灯具，其中，所述导电体将所述LED组件连接至所述底座中的灯具电子器件。

23.  根据权利要求22所述的灯具，其中，所述导电体包括与所述LED组件电耦接的第一接头和与所述灯具电子器件电耦接的第二接头。

24.  根据权利要求23所述的灯具，包括所述第一接头与所述LED组件之间的第一接头耦接件以及所述第二接头与所述灯具电子器件之间的第二接头耦接件。

25.  根据权利要求21所述的灯具，其中，所述电气互连件包括保持所述导体和第二导体的主体，其中，所述导体连接到所述LED组件的阳极侧或阴极侧中的一个，并且所述第二导体连接到所述LED组件的所述阳极侧或所述阴极侧中的另一个。

26.  根据权利要求25所述的灯具，其中，所述导体形成第一LED侧接头和第一灯具电子器件侧接头，并且所述第二导体形成第二LED侧接头和第二灯具电子器件侧接头。

27.  根据权利要求25所述的灯具，其中，所述电气互连件包括对准机构，所述对准机构被配置为相对于所述LED组件和所述灯具电子器件的相应电气接头来定位所述导体和所述第二导体。

28.  根据权利要求21所述的灯具，其中，所述电气互连件通过卡扣连接器固定到所述散热器。

29.  根据权利要求24所述的灯具，其中，所述第一接头耦接件包括第一弹性构件，所述第一弹性构件变形以偏置成与所述LED组件上的第一接头接合，并且所述第二接头耦接件包括第二弹性构件，所述第二弹性构件变形以偏置成与所述灯具电子器件上的第一接头接合。

30.  根据权利要求21所述的灯具，其中，卡扣连接器将所述底座连接到所述散热器。

说明书LED灯具
技术领域
本申请要求于2013年3月1日提交的美国申请序列号13/781,847(将其全部内容通过引用结合于此)的优先权，该美国申请序列号13/781,847是于2013年2月22日提交的美国申请序列号13/774,078(将其全部内容通过引用结合于此)的继续申请，该美国申请序列号13/774,078于2012年5月9日提交的美国申请序列号13/467,670(将其全部内容通过引用结合于此)的部分继续申请(CIP)以及于2012年4月13日提交的美国申请序列号13/446,759(将其全部内容通过引用结合于此)的部分继续申请(CIP)。
根据美国法典第35卷第119章，本申请要求于2012年12月18日提交的美国临时申请第61/738,668号(通过引用将其全部内容结合于此)的申请日；于2012年10月11日提交的美国临时申请第61/712,585号(通过引用将其全部内容结合于此)的申请日；于2012年10月22日提交的美国临时申请第61/716,818号(通过引用将其全部内容结合于此)的申请日；以及于2012年7月12日提交的美国临时申请第61/670,686号(通过引用将其全部内容结合于此)的申请日的优先权权益。
背景技术
发光二极管(LED)照明系统作为以往照明系统的替代物变得越来越普遍。LED系统是固态照明(SSL)的实例并具有优于例如白炽灯和荧光灯照明的传统照明方案的优点，因为它们使用较少的能量，且比较耐用，可操作更久，可与多色阵列(multi-color array)(其可被控制以实质上递送任何颜色的光)组合，并且通常不含铅或水银。固态照明系统可采用照明单元、灯具、灯泡、或“灯”的形式。
LED照明系统可包括，例如，包括一个或多个发光二极管(LED)的封装的发光器件，该封装的发光器件包括可包括形成p-n结的半导体层 的无机LED和/或可包括有机发光层的有机LED。被感知为白光或接近白色的光可通过红色、绿色和蓝色(“RGB”)LED的组合来产生。这种器件的输出颜色可通过分别调整供给红色、绿色和蓝色LED的电流来改变。用于产生白光或接近白色的光的另一方法是通过使用例如荧光体的发光体。用于产生白光的又一方法是利用LED源激发多个颜色的荧光体或染料(dye)。可采用许多其他方法。
LED灯可以形状因子制成，且该形状因子容许它替代标准白炽灯泡，或各种荧光灯的任一种。LED灯具通常包括某种或某些光学元件以允许局部地混色、准直光、或提供特定光图案(pattern)。有时，光学元件还用作在灯中的电子器件或LED的密封罩(envelope)或罩(enclosure)。
理想地，由于被设计为传统白炽和荧光源的替代物的LED灯必须是整套封装在一起的(self-contained)；电源与LED或LED封装件以及光学部件一起包括在灯结构中。还需要散热器来冷却LED和/或电源以便维持适当的工作温度。
发明内容
在一个实施方式中，一种灯具包括透光罩与底座。塔件(tower)从底座延伸至罩内并且支撑在透光罩中的LED组件。LED组件包括多个可操作为当经由电气通路从底座通电时发光的LED。塔件与LED组件被配置成使得多个LED以带的形式布置在塔件的周围并且是向外地面向罩，以创建呈现为发光灯丝(glowing filament)的光源。
在一个实施方式中，一种灯具包括透光罩与底座。LED组件连接到底座并且延伸至透光罩内。LED组件包括多个可操作为当经由电气通路从底座通电时发光的LED。塔件与LED组件被布置成使得多个LED以带的形式布置在灯的纵轴周围并且向外地面向罩，以创建呈现为发光灯丝的光源。
在一个实施方式中，一种灯具包括透光罩与底座。散热器延伸至罩内并支撑在透光罩内的LED组件。LED组件可操作为当经由电气通路从底座的通电时发光。散热器热耦接至LED组件以将热从LED组件传送到周 围环境，其中，散热器与LED组件被布置成使得LED组件基本被布置在罩的光学中心处。LED组件包括绕散热器的外周布置的多个LED。
在一个实施方式中，一种灯具包括透光罩与底座。散热器支撑LED组件并包括透光罩内的多个LED。LED组件可操作为当经由电气通路而通电时发光。散热器包括沿着灯具的纵轴延伸至罩内的塔件以及延伸至灯具的外部的散热部分。塔件热耦接至LED组件以将热从LED组件传送到散热部分。LED组件具有三维形状，其中LED组件被安装在塔件的外部并且多个LED被支撑以沿着相对于罩的多个不同方向来发光。
在一个实施方式中，一种灯具包括透光罩与底座。可操作为当经由电气通路通电时发光的LED组件布置在透光罩内。散热器热耦接至LED组件以将热从LED组件传送到周围环境。电气互连件(electrical interconnect)将导体连接到散热器，其中导体位于LED组件与底座之间的电气通路上。
在一个实施方式中，一种灯具包括透光罩与底座。可操作为当经由电气通路通电时发光的LED组件被布置在透光罩内且。散热器热耦接至LED组件以将热从LED组件传送到周围环境。箝位(clamping)结构将LED组件箝位到散热器。
在一个实施方式中，一种灯具包括电源和可操作为当通过连接至电源的电气连接通电时而发光的LED组件。T连接器包括电气互连件，电气互连件包括用于连接LED组件与电源的导体，电气互连件包括用于连接至灯具的连接器。
在一个实施方式中，一种灯具包括具有透光出射表面的罩。可操作为当通过电气连接通电时横向地发光的LED组件布置在该罩内。散热器热耦接至LED组件以将热从LED组件传送到周围环境。主反射器(primary reflector)布置于该罩内部，从而使由LED组件发射的光被反射以便以期望的光束角度形成光束。
在一个实施方式中，一种灯具包括透光罩。可操作为当通过电气连接通电时发光LED组件布置于透光罩的中央。LED组件包括多个LED，多个LED包括以相对低的电流操作的大EPI区域。散热器热耦接至LED组件以将热从LED组件传送到周围环境。
在一个实施方式中，一种灯具包括具有开口(opening)的透光罩以及连接至罩的底座。塔件从底座延伸至罩内并且支撑透光罩内的LED组件。LED组件包括可操作为当通过电气通路从底座通电时发光的多个LED。LED组件包括其上安装多个LED的平坦副底座(submount)，该平坦副底座被弯曲成三维形状并被安装在塔件上。LED组件与塔件的尺寸被制成适配在开口内。LED组件被布置成使得多个LED以带的形式绕塔件的外周布置并且向外地面向罩以创建呈现为发光灯丝的光源。
在一个实施方式中，一种制造灯具的方法包括设置具有开口的透光罩；设置尺寸被制成适配至开口内并延伸至罩内的塔件；在扁平基板上安装多个LED；将扁平基板弯曲成三维形状；将基板安装在塔件上；经由开口将塔件与基板插入至罩内；以及将底座连接到罩。
该塔件可包括用于将热从LED组件驱散的散热器的一部分。散热器的第二部分可延伸至罩的外部。LED组件可包括其上安装多个LED的副底座。副底座可包括PCB、金属芯板、引线框(lead frame)与金属芯印刷电路板的至少一种。副底座可具有三维形状，其中，散热器的一部分位于副底座的内部并且多个LED安装在副底座的外部表面上。副底座可包括将LED组件耦接至散热器并且将LED组件电耦接至电气通路的连接器部分。塔件可沿着灯具的纵轴延伸并且LED组件可安装在塔件上，使得多个LED中的至少某些LED横向发光。多个LED可以带的形式位于塔件的周围，从而当被通电时从多个LED产生的光的高强度区域呈现为发光线(glowing line)。带可具有高度并且塔件可具有直径，其中，在沿着灯具的纵轴的维度(dimension，尺寸)上的带的高度可小于塔件的直径。
导电体可将LED组件连接到在底座内的灯具电子器件。导电体可包括与LED组件电耦接的第一接头(contact)和与灯具电子器件电耦接的第二接头。第一接头耦接件可被设置在第一接头与LED组件之间并且第二接头耦接件可被设置在第二接头与灯具电子器件之间。电气互连件可包括保持导体和第二导体的主体，其中，导体是连接到LED组件的阳极侧或阴极侧的其中一个而第二导体连接至LED组件的阳极侧或阴极侧的另一个。导体可形成第一LED侧接头和第一灯具电子器件侧接头并且第二 导体可形成第二LED侧接头和第二灯具电子器件侧接头。导体与第二导体可延伸穿过主体。电气互连件可被插入至散热器内以创建至LED组件的电气连接。电气互连件可包括被配置为相对于LED组件与灯具电子器件的相应电气接头来定位导体与第二导体的对准机构。对准机构可包括位于电气互连件与散热器的其中一个上的与位于电气互连件与散热器的另一个上的匹配插槽(slot)接合(engage，啮合)的插槽。电气互连件可通过卡扣(snap fit)连接器固定到散热器。卡扣连接器可包括位于电气互连件与散热器的其中一个上的与位于电气互连件与散热器的另一个上的接合构件接合的可变形弹性指状件(finger)。可变形弹性指状件与接合构件的其中一个可包括凸轮面(camming surface)和锁定(lock)构件。第一接头耦接件可包括变形以偏置成与LED组件上的第一接头接合的第一弹性构件并且第二接头耦接件可包括变形以偏置成与灯具电子器件上的第一接头接合的第二弹性构件。卡扣连接器可将底座连接到散热器。
箝位结构可包括在LED组件上的与形成在散热器上的匹配插孔(receptacle)接合的一对延伸部。LED组件可其上多个LED安装在LED安装区域上的副底座并且延伸部可包括延伸离开LED安装区域的副底座的部分。延伸部可形成有与插孔接合以将LED组件箝位在散热器上的凸轮面。LED组件可具有拥有第一端与第二端的三维形状。凸轮面与插孔的接合可将LED组件的第一端朝向LED组件的第二端移动。LED组件的第一端与第二端可朝彼此移动，使得LED组件的内周长(circumference)减小，从而当LED组件被插入在散热器上时LED组件对散热器施加箝位力。箝位力可将LED组件保持在散热器上并且确保LED组件与散热器之间的紧固的表面对表面接合，使得由LED组件产生的热被传送到散热器。箝位结构可包括用于将LED组件的第一端朝向LED组件的第二端移动的凸轮结构。散热器可包括导热塔件，导热塔件的尺寸被制成并被配置为实现与LED组件的热接触。该塔件可沿着灯具的纵轴延伸并且进入罩的中央。该塔件可包括与LED组件的内表面成表面对表面接触的外表面。塔件可热耦接到将热从灯散发至周围环境的散热部分。散热部分可从罩的内部延 伸到灯具的外部。多个散热构件可形成在散热部分上以促进至周围环境的热传递。
罩可以是PAR型罩与BR型罩的其中一种。灯具可以是全方位(omnidirectional)灯具。主反射器可大致在沿着灯具的纵轴的方向上反射由LED组件所产生的光。主反射器可以是椭圆形反射器与抛物形反射器的其中一种。主反射器可以是漫射反射器与镜面反射器的其中一种。主反射器可由白色高反射材料与半透明材料的其中一种制成。主反射器可围绕LED组件。主反射器可安装在散热器上。主反射器可被定位使得来自LED组件的最初被导向底座的光通过主反射器被反射离开出射表面。主反射器可包括两个部分，该两个部分一起围绕散热器并利用卡扣连接器来彼此连接。卡扣连接器可包括位于两个部分的其中一个上的被容置在位于两个部分的另一个上的匹配插孔内的可变形脚片(tang)。主反射器可包括被支撑在散热器上的支腿。罩可具有围绕主反射器的反射表面。由LED组件所产生的光的一部分可不被主反射器反射并且由LED组件所产生的至少某些光可被罩的反射表面反射。LED组件可包括多个LED，其中，针对多个LED的每个LED设置一个主反射器。可设置将投向灯具的出射表面的光朝向主反射器反射的反向反射器，从而可以期望的光束角度投射光。
灯具可包括升压转换器拓扑电源。升压转换器拓扑结构能够以至少大约92％的效率将AC转换成DC。LED组件可包括20个LED，其中，每个LED包括中每个LED芯片是3伏特LED芯片的四个LED芯片。LED组件可具有大约28.8mm2的EPI面积。多个LED可在大约107mA/(mm2EPI面积)下操作。LED组件可包括在约200至约75mA/(mm2EPI面积)的范围操作的约15至约40mm2EPI面积之间。LED组件可包括在大约75mA/(mm2的EPI面积)下操作的大约40mm2的EPI面积。LED组件可包括在大约200mA/(mm2的EPI面积)下操作的大约15mm2的EPI面积。LED组件可包括在大约300mA/(mm2的EPI面积)下操作的大约10mm2的EPI面积。LED组件可包括在大约150mA/(mm2的EPI面积)下操作的大约20mm2的EPI面积。该灯具可具有在大约9与11瓦特之间的总灯 泡功率并且散热器可具有在大约20-40平方厘米的范围内的暴露的表面面积。该灯具可具有在大约11瓦特与17瓦特之间的总灯泡功率并且散热器可具有在大约40-80平方厘米的范围内的暴露的表面面积。因热增长而起的流明损失可在大约15％与20％之间。LED可在在大约110°与120°之间的接点温度(junction temperature)下操作。
附图说明
图1是本发明的灯具的实施方式的正视图。
图2是沿着图1的线A-A截取的剖视图。
图3是图1的灯具的侧视图。
图4是沿着图3的线B-B截取的剖视图。
图5是图1的灯具的分解立体图。
图6至图9是图1的灯具在灯具的不同方位的分解立体图。
图10是与图2相似的剖视图。
图11是与图4相似的剖视图。
图12是示出图1的散热器与LED组件的实施方式的分解图。
图13是示出图1的电气互连件的实施方式的平面视图。
图14是示出图1的电气互连件的实施方式的侧视图。
图15是图1的散热器的立体图。
图16是图1的LED组件的立体图。
图17是示出电气互连件的另一实施方式的平面视图。
图18是示出电气互连件的又一实施方式的平面视图。
图19是可在本发明的灯具的实施方式中使用的MCPCB副底座的实施方式的侧视图。
图20是图19的MCPCB副底座的实施方式的端视图。
图21至图23是本发明的灯具的替代实施方式在灯具的不同方位的分解平面视图。
图24是图21的灯具的实施方式的正视图。
图25是沿着图24的线B-B截取的剖视图。
图26是沿着图24的线B-B截取的更详细的剖视图。
图27至图29是本发明的灯具的替代实施方式在灯具的不同方位的分解平面视图。
图30是图27的灯具的实施方式的正视图。
图31是沿着图30的线B-B截取的剖视图。
图32是反射器的实施方式的侧视图。
图33是图32的反射器的顶视图。
图34是图32的反射器的立体图。
图35是示出图27至图32的实施方式的反射器和LED组件以及散热器的顶视图。
图36是图35的组件的侧视图。
图37是图35的组件的底视图。
图38至图40是本发明的灯具的替代实施方式在灯具的不同方位的分解平面视图。
图41是图38的灯具的实施方式的正视图。
图42是沿着图41的线B-B截取的剖视图。
图43是反射器的实施方式的立体图。
图44是图43的反射器的顶视图。
图45是图43的反射器的侧视图。
图46是图43的反射器的底视图。
图47是示出图38至图42的实施方式的反射器和LED组件以及散热器的顶视图。
图48是图47的组件的侧视图。
图49是图47的组件的底视图。
图50至图52是本发明的灯具的替代实施方式在灯具的不同方位的分解平面视图。
图53是图50的灯具的实施方式的正视图。
图54是沿着图53的线B-B截取的剖视图。
图55是反射器的实施方式的侧视图。
图56是图55的反射器的立体图。
图57是图55的反射器的顶视图。
图58是示出图50至图54的实施方式的反射器和LED组件以及散热器的顶视图。
图59是图58的组件的侧视图。
图60是图58的组件的底视图。
图61是根据本发明的实例实施方式的透镜的横截面示图。
图62是在图61中所描绘的透镜的放大横截面图。
图63是在图61中所描绘的透镜的放大横截面图。
图64是在图61中所描绘的透镜的放大横截面图。
图65至图67是本发明的灯具的替代实施方式在灯具的不同方位的分解平面视图。
图68是图65的灯具的实施方式的正视图。
图69是沿着图68的线B-B截取的剖视图。
图70是反射器的实施方式的侧视图。
图71是图70的反射器的顶视图。
图72是图70的反射器的立体图。
图73是示出图65至图69的实施方式的反射器和LED组件以及散热器的顶视图。
图74是图73的组件的侧视图。
图75是图73的组件的底视图。
图76是反射器、散热器和底座的实施方式的立体图。
图77是图76的反射器、散热器和底座的实施方式在不同方位的立体图。
图78是图76的反射器的立体图。
图79是图76的反射器的一个部分的立体图。
图80是图76的反射器的一个部分的侧视图。
图81是图76的反射器的在分解状态下的正视图。
图82是图76的反射器的一个部分的替代侧视图。
图83是图76的反射器的一个部分的顶视图。
图84是图76的反射器的一个部分的底视图。
图85是本发明的灯具的替代实施方式的剖视图。
具体实施方式
以下将参照示出本发明的实施方式的附图来更全面地描述本发明的实施方式。然而，本发明可以很多不同的形式来体现且不应被解释为局限于本文所阐述的实施方式。相反地，提供这些实施方式以使得该公开内容将是彻底和完整的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。遍及全文，相似的符号表示相似的元件。
将理解，尽管在本文中可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应被这些术语所限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个区分开。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和全部组合。
将理解，当诸如层、区域或基板的元件被称为“在”或延伸“至”另一元件“上”时，它可直接在或直接延伸至另一元件上或也可存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接在”或延伸“直接至”另一元件“上”时，则不存在中间元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，它可直接连接至或耦接至另一元件或可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，则不存在中间元件。
本文中可使用诸如“下方”或“上方”、或者“上部”或“下部”、或者“水平地”或“垂直地”、或者“顶部”或“底部”的相对术语来描述如在图中所示的一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。将理解，这些术语旨在包括除了图中所示的方位以外的装置的不同方位。
本文使用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的而不旨在限制本发明。除非本文另外清楚地指出，否则如本文使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本文中使用术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包含(include)”和/或“包含(including)”时，规定指定特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部 件的存在，但不排除具一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术与科学术语)具有与本发明所属领域普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解，本文使用的术语应被解释为具有与它们在本说明书和相关技术的背景下的含义一致的含义且将不以理想化或过度正式的意义来解释，除非本文明确如此定义。
除非特别声明，否则诸如“较少”及“较大”的比较性、定量性术语旨在包括相等的概念。举例而言，“较少”可不仅表示严格的数学意义中的“较少”，而且也表示“小于或等于”。
如本文使用的术语“LED”和“LED装置”可指任何固态发光器。术语“固态发光器”或“固态发射器”可包括发光二极管、激光二极管、有机发光二极管、和/或其他半导体器件，其他半导体器件包括一个或多个半导体层、基板和一个或多个接触层，一个或多个半导体层可包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其他半导体材料，该基板可包括蓝宝石、硅、碳化硅和/或其他微电子基板，并且一个或多个接触层可包括金属和/或其他导电材料。固态照明装置通过激发穿过半导体活跃(发光)层的导电带与共价带之间的能带间隙(band gap)的电子来产生光(紫外线、可见光或红外光)，其中，电子转移(electron transition)在取决于能带间隙的波长处产生光。因此，由固态发射器发射的光的颜色(波长)取决于其活跃层(active layer)的材料。在各种实施方式中，固态发光器可在可见光范围中具有峰值波长和/或可与在可见光范围中具有峰值波长的发光材料(lumiphoric material)组合使用。多个固态发光器和/或多个发光材料(即，至少与固态发光器组合)可用于单个装置中，以例如产生感知为适当的白光或接近白色的光。在某些实施方式中，多个固态发光器和/或多个发光材料的集合输出可产生具有在大约2200K至大约6000K的色温范围(color temperature range)的暖白光输出。
固态发光器可单独地或与一个或多个发光材料(例如，荧光体、闪烁剂、发光墨水(lumiphoric ink))和/或光学组件组合使用以在峰值波长处 产生光，或至少一个期望的感知颜色(包括可被感知为白色的颜色的组合)的光。如本文所述的照明装置中的发光(也称为“发光的”)材料的包括可通过直接涂布在固态发光器上、将这种材料添加至密封剂、将这种材料添加至透镜、通过将这种材料埋入(embed)或分散在发光体支撑元件、和/或将这种材料涂布在发光体支撑元件上来实现。其他材料(例如光散射元素(例如，颗粒)和/或指数匹配材料)可与发光体、发光体结合介质(binding medium)、或发光体支撑元件相关联(其可与固态发射器空间地隔离)。
本发明的实施方式提供具有集中的发光器(更具体地，LED)的固态灯具。多个LED可一起使用，以形成LED阵列。LED可以各种方式安装在灯具上或固定在灯具内。在至少某些实例实施方式中，使用副底座。LED布置在灯具的结构密封罩的中心部分处或附近。由于LED阵列在某些实施方式中可配置成中央地位于灯具的结构封罩内，因此灯具可被构造成使得光图案不会因散热器和/或安装硬件的存在，或因必须将LED定位成靠近灯具的底座而受到不利影响。还应注意，术语“灯具”表示不仅包括如在本文中所述的传统白炽灯泡的固态替代物，而且也包括荧光灯泡的替代物，完整灯具的替代物，以及可定制设计为用于安装在墙上、天花板中或上、在柱上、和/或车辆上的固态灯具的任何类型的照明灯具。
图1至图11示出了根据本发明的某些实施方式的灯具100。灯具100可被用作具有爱迪生底座102的A系列灯具，更特别地，灯具100被设计为用作A19白炽灯泡的固态替代物。如在本文示出和描述的爱迪生底座102可通过使用爱迪生连接器103与塑料形式来实现。如稍后所述，当讨论用于产生白光的各种选择时，在LED阵列128中的LED 127可包括布置在诸如硅树脂的密封体内的LED管芯(die)以及利用荧光剂来密封以提供局部波长转换的LED。LED阵列128的LED 127安装在副底座129上并且可操作为当通过电气连接来通电时发光。在本发明中，术语“副底座”用来指代支撑单独的LED或LED封装件的支撑结构并且在一个实施方式中包括印刷电路板或”PCB”，但它也可包括诸如引线框突出部等的其他结构或者这种结构的组合。在某些实施方式中，驱动器或者电源可与 LED阵列一起包括在副底座上。在某些情况下，驱动器可由PCB 80上的部件形成。尽管示出了具有标准尺寸的家用白炽灯泡的尺寸与外观的灯具，该灯具可具有其他尺寸与外观。例如，灯具可以是诸如PAR-38白炽灯泡的替代物的PAR型灯具或者是BR型白炽灯泡。
在某些实施方式中，罩112由玻璃、石英、硼硅酸盐、硅酸盐、聚碳酸酯、其他塑料或其他适合的材料制成。该罩可具有与通常用于家用白炽灯泡的形状相似的形状。在某些实施方式中，玻璃罩的内侧涂布有二氧化硅(silica)113，以提供产生更均匀的远场图案的漫散射层。该罩也可被蚀刻、霜化(frost)或涂布。可替代地，可省略表面处理并且可提供透明罩。该罩也可被设置有防粉碎或抗粉碎涂层。还应注意，在此所示的实施方式中的该实施方式或任何实施方式中，透光罩或透光罩的一部分可被涂布或灌注有荧光体或散射体。该玻璃罩112可具有拥有向较窄的灯颈(neck)115渐缩的球形主体114的传统灯泡形状。
诸如爱迪生底座的灯具底座102用作将灯具100连接到电气插座的电气连接器或其他连接器。根据实施方式，其他底座结构也可以实现电气连接，诸如其他标准底座或者非传统底座。底座102可包括用于为灯具100提供电力的电子器件110并且可包括电源和/或驱动器并形成在电源与LED之间的电气通路的一部分或全部。底座102也可仅包括电力供应电路的一部分而某些较小的部件存在于副底座上。对于图1的实施方式以及本发明的很多其他实施方式而言，术语“电气通路”可用来指代至LED阵列128的整个电气通路，包括设置在直接为LED提供电力的电气连接与LED阵列之间的中间电源，或者它可被用来指代干线(main，主要部分)与灯具中的所有电子器件(包括电源)之间的连接。术语也可用来指在电源和LED阵列之间的连接。如将要描述的，导电体布设在LED组件130与灯具底座102之间以执行将临界电流提供到LED 127的双向供应。
该LED组件130可使用印刷电路板(“PCB”)来实施并且在某些情况下可被称为LED PCB。在某些实施方式中，LED PCB包括副底座129。灯具100包括固态灯具(其包括具有发光LED 127的LED组件130)。多个LED 127可被一起使用，以形成LED阵列128。LED 127能够以各种 方式安装到或固定在灯具内。在至少某些实例实施方式中，使用副底座129。如稍后所述的，当讨论用于产生白光的各种选择时，在LED阵列128中的LED 127包括可包括布置于例如硅树脂的密封体内的LED管芯的LED以及能够利用荧光体来密封以提供局部波长转换的LED。各种LED及LED的组合可被用于如在此所述的LED组件130。LED阵列128的LED127可操作为当通过电气连接来通电时发光。电气通路布设在副底座129与灯具底座102之间以执行提供临界电流到LED 127的双向供应。
在某些实施方式中，驱动器和/或电源与LED阵列128一起包括在副底座129上。在其他实施方式中，驱动器和/或电源如所示的包括在底座102内。电源和驱动器也可单独地安装，其中电源的部件安装在底座102内而驱动器与副底座129—起安装在罩112内。底座102可包括电源或驱动器并且形成在电力线与LED 127之间的电气通路的一部分或全部。底座102也可仅包括电力供应电路的一部分的而某些较小部件存在于副底座129上。在某些实施方式中，直接跨接AC输入线路的任何部件可位于底座102内而其他协助将AC转换成有用的DC的部件可位于玻璃罩112内。在一个实例实施方式中，形成EMI滤波器的一部分的电感器与电容器位于爱迪生底座内。在以下文献中描述了合适的电源和驱动器：于2012年5月2日提交的且题为“Driver Circuits for Dimmable Solid State Lighting Apparatus”的美国专利申请第13/462,388号，将其全部内容通过引用结合于此；于2010年5月7日提交的且题为“AC Driven Solid State Lighting Apparatus with LED String Including Switched Segments”的美国专利申请第12/775,842号，将其全部内容通过引用结合于此；于2011年7月28日提交的且题为“Solid State Lighting Apparatus and Methods of Using Integrated Driver Circuitry”的美国专利申请第13/192,755号，将其全部内容通过引用结合于此；于2011年12月29日提交的且题为“Solid State Lighting Apparatus and Methods Using Parallel-Connected Segment Bypass Circuits”的美国专利申请第13/339,974号，将其全部内容通过引用结合于此；于2011年9月16日提交的且题为“Solid State Lighting Apparatus and Methods Using Energy Storage”的美国专利申请第13/235,103号，将其全部内容通 过引用结合于此；于2012年1月27日提交的且题为“Solid State Lighting Apparatus and Methods of Forming”的美国专利申请第13/360,145号，将其全部内容通过引用结合于此；在此通过引用全部并入的于2011年12月27日提交的且题为“Solid State Lighting Apparatus Including an Energy Storage Module for Applying a Light Source Element During Low Power Intervals and Methods of Operating the Same”的美国专利申请第13/338,095号，将其全部内容通过引用结合于此；于2011年12月27日提交的且题为“Solid State Lighting Apparatus Including Current Diversion Controlled by Lighting Device Bias States and Current limiting Using a Passive Electrical Component”的美国专利申请第13/338,076号，将其全部内容通过引用结合于此；以及于2012年2月27日提交的且题为“Solid State Lighting Apparatus and Methods Using Energy Storage”的美国专利申请第13/405,891号，将其全部内容通过引用结合于此。
AC至DC转换可通过升压拓扑结构来提供以最小化损耗且因此最大化转换效率。升压电源连接至以大于200V操作的高电压LED。使用不同驱动器配置的或利用较低电压的升压电源的其他实施方式也是可以的。
在某些实施方式中，气体移动装置(gas movement device)可设置在罩112内以增加在LED 127和LED组件130与散热器149之间的热传递。气体越过LED组件130的移动使得在LED组件130的部件上的气体边界层移动。在某些实施方式中，气体移动装置包括小风扇。风扇可连接到为LED 127提供电力的电源。虽然气体移动装置可包括电风扇，气体移动装置可包括移动在罩内部的空气的各种器件与技术，例如转动风扇、压电风扇、电晕或离子风产生器、合成喷气膜片泵(synjet diaphragm pump)等。
LED组件130包括副底座129，副底座129被布置成使得LED阵列128基本位于罩112的中心，使得LED 127定位于罩112的近似中心处。如本文使用的术语“罩的中心”及“罩的光学中心”表示当与球形主体114的近似最大直径区域对齐时的LED在罩中的垂直位置。在此使用的“垂直”表示沿灯泡的纵轴，其中纵轴从底座延伸至灯泡的自由端，如由图1中的线A-A所示的。在一个实施方式中，LED阵列128布置在可见发光 灯丝布置在标准白炽灯泡中的近似位置处。术语“该罩的中心”及“罩的光学中心”不一定表示罩的精确中心且被用来强调LED沿灯具的纵轴位于靠近罩的中心部分的罩的两端之间的位置处。
参照图19和图20，在某些实施方式中，副底座129可包括PCB、金属芯板、金属芯印刷电路板或其他类似的结构。副底座可由导热材料制成。在某些实施方式中，副底座的厚度可为约1mm-2.0mm厚。例如，该厚度可为约1.6mm。在其他实施方式中，可使用铜或铜类引线框。这种引线框可具有大约0.25-1.0mm的厚度，例如，0.25mm或0.5mm。在其他实施方式中，包括厚度的其他尺寸也是可以的。副底座129的整个区域可以是导热的使得整个LED组件130将热传递到散热器149。副底座129包括用作机械地与电气地支撑LED 127的第一LED安装部分151和用作提供与LED组件130的热、电与机械连接的第二连接器部分153。副底座129可被弯曲成如在图中所示的LED组件130的结构。在一个实施方式中，罩与底座的尺寸被制成ANSI标准A19灯泡的替代物，从而灯泡100的尺寸落在A19灯泡的ANSI标准内。尺寸可针对其他ANSI标准(包括但不限于A21及A23标准)而不同。虽然完成了对具有爱迪生底座102的A系列灯具的具体参考，结构与组装方法可用于其他灯具，诸如PAR-38白炽灯泡的替代物的PAR型灯具或BR型灯具。在其他实施方式中，LED灯具可具有任何的形状，包括标准与非标准形状。
在某些实施方式中，LED灯具100等价于60瓦白炽灯泡。在60瓦等价LED灯泡的一个实施方式中，LED组件130包括由Cree公司制造的20个XT-E高压白LED的LED阵列128，其中每个XT-ELED具有46V正向电压且包括由Cree公司制造且串联配置的16个DA LED芯片。对于穿过LED阵列128的总共大于200伏特，例如大约230伏特而言，XT-ELED可配置成四并联串且每串具有串联配置的五个LED。在60瓦等价LED灯泡的另一个实施方式中，使用20个XT-ELED，其中每个XT-E具有12V正向电压且在该实例实施方式中，就通过LED阵列128的总共大约240伏特而言，包括16个DA LED芯片，且16个DA LED芯片配置成四并联串的串联配置的4个DA芯片。 在某些实施方式中，LED灯具100等价于40瓦白炽灯泡。在该实施方式中，LED阵列128可包括10个XT-ELED，其中每个XT-E包括串联配置的16个DA LED芯片。就通过LED阵列128的总共大约230伏特而言，10个46V可配置成两并联串，其中每串具有串联配置的五个LED。在其他实施方式中，不同种类的LED是可以的，例如由Cree公司制造的XB-DLED等。可使用其他板上芯片LED及LED封装件的配置以提供以通过LED阵列128的大约相同或不同电压的等价于40、60和/或更大的其他瓦数白炽灯泡的基于LED的光。
在一个实施方式中，LED组件130具有在制造过程中适配至罩112的开口颈115的最大外部尺寸以及至少与散热器149的导热部分152的宽度或直径一样宽的内部尺寸。在某些实施方式中，LED组件130与散热器149具有圆柱形状，使得散热器、LED组件和灯颈的相关尺寸可被描述为直径。在一个实施方式中，LED组件的直径可为大约20mm。在其他实施方式中，这些部件中的一些或者全部的横截面可以不是圆柱形或圆形。在这种配置中，这些元件的主要尺寸可具有上述的尺寸关系。在其他实施方式中，LED组件130可具有不同的横截面形状，诸如三角形、正方形和/或其他具有或不具有弯曲表面的多边形。
底座102包括用于连接到爱迪生插座的导电爱迪生螺纹(screw)103及连接到爱迪生螺纹的壳体部分105。爱迪生螺纹103可通过粘结剂、机械连接器、焊接、单独的紧固件等来连接到壳体部分105。壳体部分105可包括诸如塑料的绝缘材料。此外，壳体部分105的材料可包括导热材料使得壳体部分105可构成用于将热从灯具100散去的散热器结构的一部分。壳体部分105与爱迪生螺纹103限定用于容纳灯具的电子器件110(包括电源和/或驱动器)或者灯具的电子器件的一部分的内部空腔。灯具电子器件110电耦接至爱迪生螺纹103使得实现从爱迪生螺纹103到灯具电子器件110的电气连接。底座102可被封装以物理地和电气地绝缘并保护灯具电子器件110。如此后将描述的，灯具电子器件110包括允许灯具电子器件110电耦接至灯具中的LED组件130的第一接触片(contact pad)96与第二接触片98。接触片96和98可形成在包括电源的印刷电路板107 上，其包括与本文所述的驱动器电路一起跨接在输入AC线路两端的大电容器和EMI部件。
本文所述的任何实施方式的任何方面或特征可与本文所述的任何其他实施方式的任何特征或方面一起使用或者整合在一起或者单独地在单个或多个部件中实施。本文所述的步骤可在自动组装线中实施，该自动组装线具有用于在组装站之间移动组件的旋转台或其他输送装置。在某些实施方式中，LED组件130的副底座129可包括由诸如铜、铜合金、铝、钢、金、银、这些金属的合金的导电材料、导热塑料等制成的引线框。在其他实施方式中，副底座包括例如在图19与图20中所示的金属芯PCB的PCB。在一个实施方式中，副底座129的暴露表面可涂布有银或其他反射材料以在灯具的工作期间反射罩112内部的光。副底座可包括用于连接至灯具的成对布置的一连串的阳极和阴极。在所示出的实施方式中，示出了用于具有20个LED 127的LED组件的20对阳极与阴极；然而，可使用较多或较少数目的阳极/阴极对以及LED。而且，可使用多于一个的副底座来制作单个LED组件130。例如，两个副底座129可被使用来制作具有为单个引线框的两倍数目的LED的LED组件130。
连接器或导体(诸如迹线)将一对中的阳极连接到相邻一对的阴极以在LED组件130的工作期间在所述阳极/阴极对之间提供电气通路。在引线框结构中，还通常设置系杆(tie bar)以在LED组件130的制造期间将引线框的第一部分保持到引线框的第二部分并且维持引线框的结构完整性。系杆从完成的LED组件切除且在LED组件130的工作期间不起作用。
副底座129还包括用于将LED组件130耦接到散热器149以使热可从LED组件散去、将LED组件130机械地耦接至散热器149、以及将LED组件130电气地耦接至电气通路的连接器部分153。副底座129可具有各种形状、尺寸与结构。
引线框可通过冲压工艺形成并且多个引线框可形成为单个带材或板材或者引线框可单独地形成。在一种方法中，引线框被形成为扁平构件并被弯曲成诸如圆柱体、球体、多面体等的合适的三维形状以形成LED组件130。因为引线框由薄的可弯曲材料制成，并且阳极与阴极可被定位在 引线框上的各种位置处，且LED的数目可改变，引线框可被配置使得其可被弯曲成各种形状与结构。
LED或者包括至少一个LED 127的LED封装件被固定至每个阳极与阴极对，其中LED/LED封装件跨接阳极与阴极。LED/LED封装件可通过焊接来附接到副底座。在引线框配置中，一旦LED/LED封装件被附接，系杆可被移除，因为LED封装件将引线框的第一部分保持到引线框的第二部分。
在引线框副底座的某些实施方式中，可设置单独的加强件或者支撑件(未示出)来将引线框保持在一起。支撑件可包括附接在阳极与阴极对之间以将引线框固定在一起的非导电材料。支撑件可包括将阳极与阴极系在一起的插入成型或注塑成型构件。引线框可设置有容纳支撑件以提供可与支撑件接合的支点的刺穿(pierced)区域。例如，该区域可包括在模制操作期间容纳流动的塑料的通孔。支撑件也可被模制或者与引线框单独地形成并在单独的组装操作中诸如通过使用卡扣连接、粘结剂、紧固件、摩擦适配件、机械连接等来附接到引线框。该塑料材料延伸通过剌穿区域到引线框的两侧使得塑料材料桥接引线框的部件以在系杆被切除之后将引线框的部件保持在一起。在引线框的外侧的支撑件(在此所使用的术语“外”是LED附接至引线框的一侧)包括最少量的塑料材料，从而引线框的外表面大部分未被该塑料材料阻挡。塑料材料应避开LED的安装区域，以使LED具有LED可附接至引线框的无阻挡区域。在引线框的内侧(在此使用的术语“内”是与附接LED的一侧相对的引线框一侧)，应用塑料材料可反映在外侧上的支撑件的尺寸及形状；然而，在内侧上的支撑件不需要受限制，从而支撑件可包括较大的塑料区域且可覆盖引线框的更大区域。塑料材料延伸越过引线框的内侧的较大区域使得塑料为引线框提供结构支撑。此外，第一塑料悬垂件(hang)设置在引线框的第一横向端而第二塑料悬垂件设置在引线框的第二横向端。在一个实施方式中，因为扁平的引线框被弯曲以形成三维LED组件，所以在其中两端具有不同电位的组装的LED组件中需将将引线框的两端彼此电气绝缘。引线框可被弯曲以形成圆柱形LED组件，其中引线框的横向边缘彼此靠近。塑料悬垂件 被布置成使得引线框的两个边缘通过悬垂件彼此物理地分开并电气地绝缘。悬垂件沿着引线框的两个边缘的一部分设置；然而，塑料绝缘悬垂件可延伸通过引线框的整个自由端并且悬垂件的长度与厚度根据特定应用所需的绝缘量而定。
除了电气绝缘引线框的边缘之外，塑料悬垂件可用于在三维LED组件中将引线框的边缘连接在一起。悬垂件中的一个可设有与设置在第二悬垂件上的一个或多个第二连接器匹配的一个或多个第一连接器。第一连接器可包括凸形(male)或凹形(female)构件并且第二连接器可包括配对的凸形或凹形构件。因为悬垂件由塑料制成，所以连接器可包括创建卡扣连接的可变形构件。扁平引线框可被弯曲成具有如图所示的大致圆柱形结构，其中，横向边缘彼此靠近。形成在第一悬垂件与第二悬垂件上的配对连接器可彼此接合以将引线框保持在最终的配置中。
在LED组件130的另一个实施方式中，副底座129可包括诸如在例如图16、图19与图20中所示的金属芯印刷电路板(MCPCB)的金属芯板。金属芯板包括由铝或其他类似的易弯曲金属材料制成的导热导电芯。该芯由诸如聚酰亚胺的介电材料覆盖。金属芯板允许迹线形成于其中。在一种方法中，芯板形成为扁平构件而且被弯曲成诸如圆柱体、球体、多面体等的合适形状。由于芯板由薄的可弯曲材料制成并且阳极与阴极可位于各种位置，且LED封装件的数目可改变，所以金属芯板可被配置成使得其可被弯曲成各种形状与配置。
在一个实施方式中，芯板形成具有第一LED安装部分151的扁平构件，LED/包括LED 127的LED封装件安装在第一LED安装部分151上。第一部分151可通过薄化区域或者凹痕线151a划分成多个区域。LED/LED封装件位于多个区域上，从而使芯板可沿着凹痕线151a弯曲以将平坦的芯板形成为各种三维形状，其中选择形状以从灯具100投射期望的光图案。
在LED组件130的另一个实施方式中，副底座129包括金属芯板与引线框的混合体。金属芯板形成其上安装包括LED 127的LED封装件的LED安装部分151，其中金属芯板的背侧可机械地耦接到引线框结构。引线框结形成连接器部分153。引线框与金属芯板两者皆可被弯曲成如在此 所讨论的各种结构。金属芯板可设有凹痕线或减小厚度的区域以方便芯板的弯曲。LED组件也可包括由FR4制成的PCB与热通孔而非金属芯板，其中热通孔随后连接到引线框结构。
在LED组件130的另一个实施方式中，副底座129可包括可由铝或铜或其他类似材料形成的挤压(extruded)副底座。柔性电路或板可安装在支撑LED 127的挤压副底座上。挤压副底座可包括诸如先前所述的各种形状。
副底座129可被弯曲或折叠成使得在灯具100中的LED 127提供期望的光图案。在一个实施方式中，副底座129被弯曲成如在图中所示的圆柱形状。LED 127布置在圆柱体的轴周围使得光向外投射。在引线框结构中，引线框可在连接器处被弯曲并且在金属芯板结构中，芯板可在薄化凹痕处被弯曲以形成三维LED组件130。LED 127可绕LED组件的外周布置以径向地投射光。
由于副底座129是易弯曲的且在副底座上的LED布置可改变，副底座可形成并弯曲成各种结构。例如，LED 127中的一个可相对LED组件130的底部倾斜而LED 127中的另一个可相对LED组件130的顶部倾斜，剩余的LED从圆柱形LED组件130径向地投射光。LED通常以小于180度的角度透射光，从而使LED中的所选择的LED倾斜确保光的一部分朝向灯具的底部与顶部透射。某些LED通过120度的角度透射光。通过使LED中的所选择的LED相对于LED组件130的轴成大约30度的角度，从圆柱形阵列投射的光将以360度的角度透射光。LED的角度与LED的数目可改变以产生期望的光图案。例如，附图示出了两排式(tiered)LED组件130的实施方式，其中每排包括一连串多个绕圆柱体的外周布置的LED 127。虽然两排式LED组件被示出，LED组件可包括一排、三排或其他排数的LED，其中每排包括一连串多个布置在圆柱体的边界四周的LED 127。LED 127中的所选择的LED可相对于LED阵列成一角度以将光的一部分沿着圆柱形LED组件的轴朝向LED组件的顶部和底部透射。LED组件可成形为除圆柱体之外的形状，诸如多面体、螺旋体或者双螺旋体(其具有两串LED封装件，分别布置成串以形成螺旋体形状)。在所示 的实施方式中，副底座形成为具有大致的圆柱形；然而，副底座可具有大致三角形的横截面形状、六边形的横截面形状、或者任何多边形形状或甚至更复杂的形状。
该LED组件130，不论是由引线框副底座、金属芯板副底座、金属芯板/引线框的组合、利用FR4/引线框副底座制成的PCB还是挤压副底座制成，均可形成为具有本文所述和讨论的任何结构或其他适当三维几何形状。LED组件130可有利地弯曲成或形成为任何适当三维形状。在此使用及在图中所示的“三维”LED组件是指如下LED组件：基板包括用于处于不同平面中的不同LED的多个安装表面，从而安装在那些安装表面上的LED也定位在不同平面中。在某些实施方式中，平面被布置成使得LED布置在360度范围内。基板可从其中所有LED安装在基本平坦的构件上的单个平面内的扁平结构弯曲成其中不同的LED及LED安装表面处于不同平面中的三维形状。
如前所述，在根据本发明的实施方式的灯具中的副底座可选择地包括电源或驱动器或用于LED阵列的电源或驱动器的某些部件。在某些实施方式中，LED可实际上通过AC供电。可使用各种方法及技术来增加容量并减少电源的大小以便容许用于LED灯具的电源可更加节省成本地制造，和/或占据较小空间以便能够建构在副底座上。例如，一起使用的多个LED芯片可配置成以较高的电压供电。此外，在驱动器设计中可使用能量储存方法。例如，来自电流源的电流可与LED、电流控制电路及电容器串联地耦接以提供能量储存。也可使用电压控制电路。电流源电路可与电流限制电路一起使用，该电流限制电路被配置成限制通过LED的电流成比由电流源电路所产生的电流小。在后者的情况下，电源还可包括整流电路，该整流电路具有与电流源电路的输入耦接的输入。
本发明的某些实施方式可包括多个串联地耦接的LED组。在该实施方式中的电源可包括多个分流电路，相应分流电路耦接至LED组的相应节点且被配置成响应于相应LED组的偏压状态转换来操作。在某些实施方式中，分流电路的第一组被配置成可通过LED组的第一组传导电流且被配置成响应于通过LED组的第二组的电流而断开。分流电路的第一个 可被配置成响应于LED组的第一组的正向偏压传导电流且分流电路的第二个可被配置成响应于LED组的第二组的正向偏压传导电流。
在以上所述的某些实施方式中，分流电路的第一个被配置成响应于在节点处的电压而断开。例如，电阻器可与所述组串联地耦接且分流电路的第一个可被配置成响应于在电阻器的端子处的电压而断开。在某些实施方式中，例如，分流电路的第一个可包括双极型晶体管，该双极型晶体管在节点与电源的端子之间提供可控制的电流通路，并且通过电阻器的电流可改变双极型晶体管的射极偏压。在某些这种实施方式中，每个分流电路可包括晶体管及断开电路，该晶体管在所述组的节点与电源的端子之间提供可控制的电流通路，该断开电路耦接至节点和晶体管的控制端子且被配置成响应于控制输入来控制电流通路。通过一个LED组的电流可提供控制输入。晶体管可包括双极型晶体管且断开电路可配置成响应于控制输入改变双极型晶体管的基极电流。
就以上利用灯具的各种实施方式描述的特征而言，特征可以各种方式组合。例如，可组合在灯具中包括荧光体的各种方法且这些方法中的任一方法可与各种LED布置(例如裸芯对比密封或封装的LED装置)的使用组合。在此所示的所述实施方式只是示出和描述为阐述具有LED阵列的灯具的各种设计选项的实例。
LED和/或LED封装件与本发明的实施方式一起使用且可包括发射多种色调的光(当被混合时被一起感知为白光)的发光二极管芯片。荧光体可被如上所述的使用以通过波长转换增加其他颜色的光。例如，可在灯具的LED组件中使用蓝色或紫色LED且可以上述方式的任一种方式使用适当的荧光体。LED器件可和与LED局部封装的荧光化涂层或和如前所述的涂布LED管芯的荧光体一起使用。例如，通常包括局部荧光体的蓝转黄(BSY)LED装置可与在透光罩或内密封罩上或中的红色荧光体一起使用以产生实质上的白光，或与阵列中的红色发光LED装置组合以产生实质上的白光。这些实施方式可产生具有至少70、至少80、至少90或至少95的CRI的光。通过使用术语实质上的白光，可参照包括黑体轨迹160 点的色度图，其中该源的点落在黑体轨迹160点中任意点的四个、六个或十个麦克亚当椭圆内。
使用上述蓝转黄和红色LED装置以产生实质上的白光的照明系统可被称为蓝转黄加红色或“BSY+R”系统。在该系统中，所使用的LED装置包括可操作为发射两种不同颜色的光的LED。在一个实例实施方式中，LED装置包括LED组(其中每个LED如果且当发光时，发射具有由440至480nm的主波长的光)。LED装置包括另一组LED(其中每个LED如果且当发光时发射具有由605至630nm的主波长的光)。可使用荧光体，当该荧光体被激发时，发射具有由560至580nm的主波长的光，以利用来自前述LED装置的光形成蓝转黄光。在另一实施方式中，一组LED发射具有435至490nm的主波长的光且另一组LED发射具有600至640nm的主波长的光。当荧光体被激发时，发射具有540至585nm的主波长的光。可在发行的美国专利7,213,940(通过引用将其结合于此)中找到使用发射不同波长的光的多组LED以产生实质上的白光的另一详细实例。
再次参照附图，LED组件130可通过电气互连件150安装至散热器结构149，其中，电气互连件150提供在LED组件130与灯具电子器件110之间的电气连接。例如在图12与图15中所示的散热器结构149包括导热部分或塔件152以及散热部分154。在一个实施方式中，散热器149被制成由诸如铝的导热材料形成的单片构件。散热器结构149也可由固定在一起以形成散热结构的多个部件制成。而且，散热器149可由任何导热材料或者导热材料的组合制成。在某些实施方式中，导热部分152可由诸如塑料的非导热材料制成或者导热部分152可被完全免去。在这些实施方式中，LED组件130直接耦接至散热部分154，而无需使用单独的导热部分。例如在图16中所示，可在LED组件上形成延伸部190，延伸部190将LED组件130连接到散热部分154并且将LED 127定位并支撑在罩内的适当位置。
导热部分152形成为塔件，其尺寸被定制并配置成想实现与LED组件130的良好的热接触，从而使由LED组件130产生的热可有效地传递到散热器149。在一个实施方式中，导热部分152包括沿着灯具的纵轴延 伸且延伸到罩的中央的塔件。导热部分152可包括与LED组件130的大致圆柱形的内表面匹配的大致圆柱形的外表面。在所示的实施方式中，基板129的安装LED 127的部分是大致平坦的。因此，虽然LED组件130是大致的圆柱形，该圆柱体由多个平坦区域组成。在一个实施方式中，导热部分152形成有紧靠副底座129的平坦部分的多个平面156以提供优良的表面对表面接触。虽然LED组件130与导热部分152被示出为圆柱形的，但这些部件可具有任何结构，只要在LED组件130与导热部分152之间创建良好的导热性。如前所述，LED组件130可形成为各种形状，从而导热部分152可形成为对应的匹配形状。此外，尽管通过形成具有匹配互补形状的导热部分152与LED组件130可最有效的实现热传递，但这些部件的形状可以是不同，只要充分的热从LED组件130导出且不对LED的操作和/或寿命预期产生不利的影响。
散热部分154与导热部分152处于良好的热接触，使得通过导热部分152从LED组件130导出的热可通过散热部分154来有效地从灯具100散去。在一个实施方式中，导热部分152与散热部分154形成为一件式。散热部分154从罩112的内部延伸到灯具100的外部，从而使热可从灯具散发到周围环境。在一个实施方式中，散热部分154形成大致的圆盘状，其中散热部分154的远端边缘延伸到灯具的外部并且形成定位于底座102的开口端的顶部的圈环。多个散热构件158可形成在暴露部分上以促进到周围环境的热传递。在一个实施方式中，散热构件158包括向外延伸以增加散热部分154的表面面积的多个散热片。散热部分154与散热片158可具有任何合适的形状与配置。
LED组件与散热器塔件的不同实施方式是可以的。在各种实施方式中，LED组件可比在所示的实施方式中所示的相对较短、较长、较宽或较薄。而且，LED组件可以各种方式与散热器和电子器件接合。例如，散热器可仅包括该散热部分154并且导热部分或者塔件152可与LED组件130整合使得整合的散热部分与LED组件在其底座处与散热部分154接合。在其他实施方式中，LED组件130可与散热器149的导热部分152 接合，其中，LED组件不包括连接器部分153。在某些实施方式中，除了具体限定的之外，LED组件与散热器可被整合成单个件或者多个件。
电气互连件150提供将LED组件130连接到灯具电子器件110的导电体并且在图13、图14、图17和图18中示出。LED灯具的创造性方面涉及互连件150，其通过提供在LED组件130与驱动电子器件之间的不需要从驱动电子器件到LED组件的接头的接合的电气连接来提供改进的可制造性。在其他实施方式中，根据本发明的方面的电气互连件可用于将AC线路连接到驱动电子器件或者根据实施方式和LED组件上的驱动电子器件的定位从电源的部分连接到驱动电子器件的其他部分。
在某些实施方式中，电气互连件包括支撑件和/或对准布置或元件，其能够与接头整合在一起或者与接头分开。根据实施方式，支撑件和/或对准布置被配置成相对于LED组件的与电源、AC线路或驱动电子器件的相应电气接头来定位第一和/或第二组接头。电气互连件通过减少对焊接电气接头的需求来以容易的方式实现该连接以改进可制造性。互连件的电气接头可被配置为以各种方式与相应电气接头接合以便以更容易的方式维持坚固耐用的电气连接。借助本公开，如本领域普通技术人员所理解的，这种接合可采取各种形式。如在图中所示的，电气互连件150包括主体160，主体160包括用于连接到LED组件130的阳极或阴极侧的其中一个的第一导体162与用于连接到LED组件130的阳极或阴极侧的另一个的第二导体164。第一导体162延伸穿过主体160以形成LED侧接头162a与灯具电子器件侧接头162b。第二导体164延伸穿过主体160以形成LED侧接头164a与灯具电子器件侧接头164b。主体160可通过将导体162、164插入模制在塑料绝缘主体160内来形成。虽然电气互连件可通过插入模制主体160来制成，电气互连件150可以各种形式构造而成。例如，主体160可由连接在一起的两个部分制成以将导体162、164定位(trap)于两个主体部分之间。此外，假如电气通路设置在主体160内，每个导体可由多于一个的部件制成。
支撑件和/或对准机构被配置为相对于LED组件与电源的相应电气接头来定位第一和/或第二组接头。支撑件和/或对准机构可包括在主体160 上的与位于散热器149上的匹配第二接合构件168接合的第一接合构件166。在一个实施方式中，第一接合构件166包括可变形弹性指状件(其包括凸轮表面170与锁定构件172)。第二接合构件168包括位于散热器149的内部空腔174内的固定构件。电气互连件150可从散热器149的底部插入至空腔174内并且向散热器的相对端移动，从而使凸轮表面170接触固定构件168。凸轮表面170与固定构件168的接合使指状件166变形以允许锁定构件172移动通过固定构件168。当锁定构件172通过固定构件168时，指状件166返回其未变形状态，从而使锁定构件172布置在固定构件168后面。锁定构件172与固定构件168的接合将电气互连件150固定在散热器149中的适当的位置处。卡扣连接允许电气互连件150在不需要任何额外的连接机构、工具或组装步骤的情况下以简单的插入操作来插入与固定在散热器149中。尽管示出了卡扣连接的一个实施方式，但可作出很多改变。例如，可变形弹性构件可形成在散热器149上而固定构件168可形成在电气互连件150上。而且，第一与第二接合构件皆可以是可变形的而且可使用多于一个的每种接合构件。此外，除了使用卡扣连接之外，电气互连件150可利用同样不需要额外的连接机构、工具或组装步骤的诸如卡栓连接、螺纹、摩擦适配件等的其他连接机构来固定到散热器。
支撑件和/或对准布置可将电气互连件150适当地定位在散热器149中并且为LED侧接头162a、164a提供通道，而且可包括形成在导热部分152中的第一插槽176与第二插槽178。第一插槽176与第二插槽178可彼此相对地布置并且容纳从主体160延伸出的耳状部(ear)或凸出部(tab)180。凸出部180定位于插槽176、178内，从而使当电气互连件150插入散热器149内时，凸出部180与插槽176、178结合以将电气互连件150引导至散热器149内。凸出部180与插槽176、178可形成有匹配梯形形状，从而使得当凸出部180被插入至插槽176、178时，匹配变窄侧适当地在散热器149中对准电气互连件150。
当电气互连件150被插入散热器149时，第一LED侧接头162a与第二LED侧接头164a被配置成使得接头分别延伸穿过第一与第二插槽176、178。接头162a、164a暴露在导热部分152的外部。接头162a、164a被布 置成使得当LED组件130安装在散热器149上时它们创建到LED组件130的阳极侧与阴极侧的电气连接。在所示的实施方式中，接头是相同的，因此将仅进行对接头164a的具体描述。接头164a包括从主体160延伸并延伸穿过插槽178的横向延伸部分182。横向延伸部分182连接至被布置成使其延伸越过导热部分152并是紧靠或者是紧邻于导热部分152的外表面的弹簧(spring)部分182。如将描述的，接头164a是弹性的，从而使其能够变形以确保与LED组件130的良好电气接触。
第一电子器件侧接头162b与第二电子器件侧接头164b被布置成使得当电气互连件150被插入散热器149内时接头162b、164b延伸超过散热器149的底部。接头162b、164b被布置成使得它们创建到灯具电子器件110的阳极侧与阴极侧的电气连接。在所示的实施方式中，接头162b、164b是相同的，因此将仅进行对接头164b的具体描述。接头164b包括弹簧部分184，弹簧部分184被布置成使其大致延伸离开电气互连件150。如将描述的，接头164b是弹性的，从而它能够变形以确保与灯具电子器件110的良好电气接触。
为了将LED组件130安装在散热器149上，散热器149的导热部分152插入LED组件130内，从而LED组件130围绕并且接触导热部分152。LED组件130包括阳极侧接头186与阴极侧接头188。接头186、188可形成为其上安装LED的副底座129的一部分。例如，接头186、188可形成为PCB、引线框或金属电路板或其他副底座129的一部分。接头186、188电耦接至LED 127使得它们形成灯具电子器件110与LED组件130之间的电气通路的一部分。接头186、188从LED安装部分151延伸，从而当LED组件130被安装在散热器149上时，接头186、188分别布置在LED侧接头162a、164a与散热器149之间。LED侧接头162a、164a被布置成使得当接头186、188被插入在LED侧接头162a、164a的后面时，LED侧接头162a、164a稍微变形。因为LED侧接头162a，164a是弹性的，创建将LED侧接头162a、164a偏置成与LED组件130接头186、188接合的偏置力以确保在LED侧接头162a、164a与LED组件130之间的良好的电气耦接。电气互连件150的LED侧接头与LED组件130的阳极侧 接头与阴极侧接头之间的接合在此被称为接头耦接，其中与焊接耦接不同，通过在接头之间的压力下的接触创建电气耦接。
为了相对于散热器定位LED组件130并且将LED组件130固定到散热器，一对延伸部190设置在LED组件130上，该对延伸部与形成在散热器上的匹配插孔192接合。在一个实施方式中，延伸部190包括副底座129的延伸离开LED组件130的LED安装区域151的部分。延伸部190沿着LED组件130至散热器的插入方向朝向散热器149的底部延伸。散热器149形成有匹配插孔192，匹配插孔192尺寸被制成并被配置成使得当散热器149被插入LED组件130时每个延伸部190被插入至每个插孔192。在灯具的组装期间，延伸部190与插孔192的接合相对于散热器适当地定位LED组件130。
而且，为了将LED组件130固定在散热器149上并且为使LED组件130抵靠导热部分152以确保在这些元件之间的良好导热性，延伸部190形成有与插孔192结合且将LED组件130箝位在散热器149上的凸轮表面194。如前所述，在某些实施方式中，LED组件130由形成为平坦构件(见图19和图20)并随后被弯曲或形成为LED组件130的最终形状的副底座129形成。将理解，当副底座形成为三维形状时，副底座129的自由端可彼此靠近。例如，参照图19，当平坦副底座被弯曲成图16的三维圆柱形状时，副底座129的自由端129a、129b变成彼此靠近。在本发明的安装系统中，延伸部190与插孔192的接合被用于将LED组件130保持为期望的形状并将LED组件130箝位在散热器上。如图16与图19所示，延伸部190的每个表面形成为通过将表面194布置成相对于LED组件130在散热器149上的插入方向成某一角度来创建的凸轮表面194、或者如阶梯表面，或者弯曲表面或者这些表面的组合。因此，当每个延伸部190插入相应的插孔192内时，插孔192的壁与凸轮表面194结合并且由于凸轮表面194的角度或形状，对LED组件130施加趋向于将LED组件130的一个自由端129a朝向LED组件130的相对自由端129b移动的力。延伸部190形成在LED组件130的自由端处或附近而且凸轮表面194被布置成使得LED组件130的自由端129a、129b在朝向彼此的相反方向上移动。 当LED组件130的自由端朝向彼此移动时，LED组件130的内周长逐渐减小，从而当LED组件130被插入散热器149时LED组件130对导热部分152施加逐渐增加的箝位力。凸轮表面194被布置成使得当LED组件130完全固定在散热器149上时，LED组件130对导热部分152施加紧箝位力。箝位力将LED组件130保持在散热器149上并且确保LED组件130与散热器149之间的紧的表面对表面接合，从而由LED组件130所产生的热被有效地传递到散热器149。延伸部190可设有紧靠插孔192的边缘的例如肩状部195的终止部，以限制延伸部190至插孔192的插入。LED组件130通过延伸部190在插孔192内的楔入以及由LED组件130对导热部分152施加的箝位力来保持在散热器上。尽管示出了凸轮表面194与插孔192的具体布置，凸轮表面194可形成散热器149与LED组件130中的任一个或两者上。凸轮表面以及通过凸轮表面接合的表面可具有各种结构与形式。而且，副底座的一个自由端可保持固定而相对端朝向该固定端移动。尽管示出了大致为圆柱形的导热部分152与LED组件130，但这些部件可具有各种形状与尺寸。凸轮表面194可被布置成使得LED组件130在各种平面与方向上移动，从而使LED组件130的各种表面可与散热器149的各种表面接合。
当电气互连件150安装到散热器149并且LED组件130安装在散热器149上时，在电气互连件150的电子器件侧接头162a、164a与LED组件130之间创建电气通路。这些部件彼此物理地与电气地连接而且在不利用任何额外的紧固件、连接装置、工具或额外的组装步骤情况下创建电气通路。电气互连件150简单地插入散热器149内并且散热器149简单地插入LED组件130内。
一旦完成散热器/LED组件子部件，该子部件作为单元可附接至底座102。在底座102上的第一接合构件可与位于散热器结构149上的匹配第二接合构件结合。在一个实施方式中，第一接合构件包括可变形弹性指状件101(其包括凸轮表面107与锁定构件109)。第二接合构件包括形成在散热器149的孔111，孔111的尺寸被制成容置指状件101。在一个实施方式中，底座102的壳体105设有从底座102向子部件延伸的指状件101。 尽管在所示的实施方式中设置了三个指状件101，但可设置更多或更少数目的指状件。指状件101可与壳体105制成—件式。例如，壳体105与指状件101可由塑料模制而成。孔111限定固定构件113，其可由锁定构件109接合以将指状件101锁定到散热器149。底座102可朝向散热器149的底部移动使得指状件101插入孔111内并且指状件101的凸轮表面107接触固定构件113。固定构件113与凸轮表面107的接合使指状件101变形以允许锁定构件109移动通过固定构件113。当锁定构件109通过固定构件113时，指状件101返回其未变形状态，从而使锁定构件109布置在固定构件113的后面。锁定构件109与固定构件113的接合将底座102固定到散热器149。该卡扣连接允许底座102在不需要任何额外的连接机构、工具或组装步骤的情况下以简单的插入操作来固定到散热器149。尽管示出了卡扣连接的一个实施方式，但可做出很多改变。例如，诸如指状件的可变形构件可形成在散热器149上并且诸如孔的固定构件可形成在底座102上。而且，接合构件皆可以是可变形的。此外，除了利用卡扣连接之外，可利用诸如卡栓连接、螺纹、摩擦适配件等的其他连接机构来将电气互连件150固定到散热器。固定构件113可凹入散热部分154的上表面下面，使得当锁定构件109与固定构件113接合时，指状件101不延伸在散热部分154的上表面154a的平面之上，如在图11中最佳所示的。
当底座102与散热器149接合时，电子器件侧接头162b、164b插入底座102内。灯具电子器件110设有接触垫96、98，接触垫96、98被布置成使得当底座102被组装至散热器149时，电子器件侧接头162b、164b与所述垫96、98处于电气接触以完成底座102与LED组件130之间的电气通路。所述垫96、98被布置成使得电子器件侧接头162b、164b稍微地变形，从而使接头的弹力施加将接头按压成与垫接合的偏置力以确保良好电气连接。电子器件侧接头162b、164b可形成有倾斜的远端191(其在底座至散热器的组装期间用作使所述接头变形的凸轮表面)。凸轮表面可被布置成接触底座中的表面(例如PCB板80)，以在插入时使接头变形。在电气互连件150的电子器件侧接头与灯具电子器件上的垫之间的接合在此 被称为接头耦接(其中与焊接耦接不同，通过在接头之间的压力下的接触创建电气耦接)。
罩112可附接到散热器149。在一个实施方式中，LED组件130与导热部分152通过灯颈115被插入罩112内。灯颈115与散热部分154的尺寸被作成和配置成使得罩112的边缘位于罩112与底座102之间的散热部分154的上表面154a上，其中，散热部分154至少部分地布置在罩112的外部。为了将这些部件固定在一起，粘结剂凸边(bead)可被施加到散热部分154的上表面154a。罩112的边缘可与粘结剂凸边接触以将罩112固定到散热器149并且完成灯具组装。除了将罩112固定到散热器149之外，在由指状件101与孔111所形成的卡扣连接上沉积粘结剂。粘结剂流至卡扣连接内以永久地把散热器固定到底座。
在所示的实施方式中，电气互连件150用来将导电体162、164固定在散热器149中并且实现LED组件130与导体之间的电气连接以从而完成LED组件130与灯具电子器件110之间的电气通路。在其他实施方式中，电气互连件150也可用来实现(effectuate)散热器149与底座102之间的机械连接。例如，如图17所示，接合构件90、91可从电气互连件150的主体160的底部朝底座102延伸。接合构件90、91可采用如前所述的弹性指状件的形式。底座102上的匹配接合构件(诸如具有形成于壳体105上的固定构件的插孔(未示出))可由接合构件90、91接合以在底座102与散热器/LED组件子部件之间提供卡扣连接。在这种布置中，电气互连件150用作完成LED组件130与底座102之间的电气通路并且在底座102与散热器/LED组件子部件之间提供机械连接。
在其他实施方式中，电气互连件也可用来实现在LED组件130与散热器149之间的机械连接。例如，如图18所示，电气互连件150可设有与LED组件130上的匹配接合构件结合的第二接合构件86、88。第二接合构件86、88可采用如前所述的弹性指状件的形式。第二接合构件86、88可直接诸如通过与副底座的顶部边缘结合来与副底座129结合。可替代地，LED组件130可设有匹配接合构件。例如，诸如在如前所述的支撑件的模制期间，具有接合表面的固定构件可被模制或者形成在副底座129上。 在这种实施方式中，电气互连件150用作形成在LED组件130与散热器149之间的机械连接。
将理解，电气互连件150可用来提供本文所述的一个或全部功能。而且，电气互连件150可用来提供本文所述的功能的各种组合。在某些实施方式中，灯具的外形被配置符合诸如A19ANSI标准的灯具的现有标准。而且，在某些实施方式中，LED灯具的尺寸、形状与类型可与传统白炽灯泡的尺寸、形状与类型相似。使用者已经变得习惯于具有特定形状与尺寸的白炽灯泡使得不符合传统类型的灯具在商业上不会被接受。本发明的LED灯具被设计为在具有传统白炽灯泡的尺寸、形状与类型的同时提供期望的性能特性。
在本发明的灯具中，LED 127被布置在罩112的光学中心处或附近以通过罩112有效地传输LED组件的流明输出。光通过透明或半透明表面的最有效的传输是当入射至表面的光与表面垂直时。例如，如果罩是完美的球体，则位于球体的中央的全方位光源通过罩提供光的最有效传输，因为在球体的表面的所有点处，光与罩的表面垂直。在本发明的灯具中，LED127被布置在罩112的光学中心处或附近以使与罩112的表面垂直的光的量最大化。虽然并不是所有从LED 127发射的光与罩112垂直，就LED组件位于罩的光学中心处或附近而言，但与其中光源位于罩的底座附近或其他位置处而使得大部分的光以直角以外的角度入射罩的固态灯具相比，大部分的光与罩垂直。通过使LED 127面向外，LED以使与罩112垂直的光的量最大化的大致半球形的图案发光。因此，如在图中所示的，向外面的向LED在罩的光学中心处或附近的布置，提供了通过罩的光的最有效传输，从而增加灯具的整体效率。
在本发明的灯具中所使用的以便增加灯具的整体效率的第二机构是使用升压转换器拓扑电源来最小化损耗并最大化转换效率。在以下文献中描述了升压拓扑机构的实例：于2012年5月2日提交的题为“Driver Circuits for Dimmable Solid State Lighting Apparatus”的美国专利申请第13/462，388号，将其全部内容通过引用结合于此；以及于2012年10月29日提交的题为“Driving Circuits for Solid-State Lighting Apparatus with High Voltage  LED Components and Related Methods”的美国专利申请第13/662,618号，将其全部内容通过引用结合于此。就升压技术而言，当从AC转换成DC时存在相当小的功率损耗。例如，升压技术可为大约92％的效率而其他的电源转换技术，诸如Bud技术，可为大约85％的效率。利用较低效率转换技术降低了系统的效率，使得以热的形式出现大量损耗。热的增加必须从灯具散去因为热会反过来影响LED的性能特性。利用升压技术的效率方面上的提升最大化到LED的电力同时使产生为损耗的热最小化。因此，升压拓扑结构或者其他高效拓扑结构的使用提供了灯具的整体性能上的提升以及在由电源所产生的热方面的降低。
在如本文所示与所述的本发明的一个实施方式中，设置了20个LED，其中每个LED包括四个LED芯片。每个芯片可以是3伏特LED芯片使得每个LED是12伏特部件。使用20个LED提供大约240伏特的LED组件。这种配置提供了具有可与60瓦白炽灯泡相比的输出的灯具。20个LED(分别包括4个LED芯片)的使用提供具有相当大磊晶(epitaxial)(EPI)或光产生面积的LED光源，其中每个LED可在相当低的电流下工作。在本文描述的一个实施方式中，每个LED芯片可包括由CREE公司出售的DA600芯片，其中每个芯片是具有大约36mm2的EPI面积的方形600微米芯片，使得每个具有4个LED芯片的LED具有大约1.44mm2的EPI面积。诸如在此所述的具有20个LED的系统具有大约28.8mm2的EPI面积。
—般来说，在典型的LED中，LED的工作电流越大，LED的流明输出越高。因此，在典型的LED灯具中，LED在大约350mA/(mm2的EPI面积)的面积下操作以使每平方mm的EPI面积的流明输出最大化。虽然以高电流操作LED提高了流明输出，但其也降低了LED的效率(每瓦流明)，使得以热的形式出现大量损耗。例如，一个典型LED的效率在60-90mA/(mm2的EPI面积)下最大而且随着mA/(mm2的EPI面积)增加而逐渐降低。因效率的降低而在热方面的增加随后必须从灯具散去，因为热会反过来影响LED的性能特性。本发明利用在性能与流明输出之间的大致相反的关系来在更加有效的(即，每流明较少热损耗)灯具中提供 在期望电平下的流明输出。虽然性能与流明输出之间的关系被描述为大致相反的，要注意的是，性能在每单位的EPI面积的低电流下也降低使得将电流降低在高性能范围之下提供一个较低性能并产生每单位EPI面积较少流明的LED。因此，期望在最大效率的面积中操作LED，同时利用相当大EPI面积来产生期望的流明输出。较大的EPI面积可利用多个一起提供期望的大EPI面积的LED来提供。
使用在相当低的电流下操作的大EPI面积LED组件降低了每单位EPI面积的流明输出却提升LED的效率，使得每流明输出产生较少的热。每单位EPI面积的较低流明输出通过使用较大的EPI面积来抵销使得由系统所产生的每单位热的灯具的流明输出增加。在一个实施方式中，使用具有大约28.8mm2的EPI面积的LED组件，其中LED在大约107mA/(mm2的EPI面积)下操作以提供与60瓦白炽灯泡等效的流明。为了提供与60瓦白炽灯泡等效的流明，可使用具有在15与40mm2之间的EPI面积的LED组件，其中LED在200与75mA(mm2的EPI面积)的范围内操作。EPI面积越大，工作电流越小，从而使具有40mm2的EPI面积的LED组件在75mA/(mm2的EPI面积)下操作而具有15mm2的EPI面积的LED组件在200mA/(mm2的EPI面积)下操作。60瓦等效灯泡的LED组件的其他操作参数是在300mA/(mm2的EPI面积)下操作的10mm2的EPI面积以及在150mA/(mm2的EPI面积)下操作的具有20mm2的EPI面积的LED组件。就具有等效于60瓦灯泡以外的流明输出的灯具而言，诸如40瓦灯泡或100瓦灯泡，这些值可据此按比例缩放。虽然按比例缩放并非严格地为线性，在等效瓦数上的放大或缩小是近似线性的。如本文使用的术语大EPI面积是指当LED以在或接近位于LED的每瓦电流对流明曲线上的最高效率面积的电流下操作时为产生期望的流明输出的适足尺寸的光产生面积。期望的流明输出可通过增加和/或减小至LED的电流同时减小和/或增加EPI面积来实现。这些变量之间的关系根据利用相当小的散热器从灯具充分散去的热的量以及可支撑在灯具内的EPI面积的量(例如，LED的数目)而定。散热器的尺寸被选择成使得散热器不影响灯具的外表设计，使得灯具具有与传统白炽灯泡相同的大致尺寸、形状与外观。EPI面积的 尺寸与每单位EPI面积的mA随后可被选择为产生比可充分地由散热器散去的热的量少的热。
因此，通过使用如上所述的位于罩的光学中心处的LED、升压转换技术以及有效的EPI面积对mA/(mm2的EPI面积)，本发明的灯具在产生比在现有灯具中显著少的热的同时产生期望的流明输出。由于效率被设计在灯具内，因此由系统所产生的热相比现有的具有相似流明输出的LED灯具较低，从而可利用相当小的散热器。由于散热器可被制成比熟知的LED灯具中的小，因此灯具的外形可按照传统白炽灯泡的外形。在一个实施方式中，灯具100被配置为作为ANSI标准A19灯泡的替代物，从而灯具100的尺寸落在A19灯泡的ANSI标准之内。针对包括但不限于A21与A23标准的其他ANSI标准，尺寸可以是不同的。在某些实施方式中，LED灯具100可等效于标准瓦数白炽灯泡，诸如，但不限于，40瓦或60瓦灯泡。较小的散热器的使用允许在灯具的物理形状、尺寸与结构的设计上的较大的自由，从而灯具可被配置为具有各种形状与尺寸。参照图1，例如，散热器在灯具的外形上侵入到最小程度，使得灯具可被设计与配置成与诸如A19灯泡的标准白炽灯泡的尺寸与形状十分匹配。而且，可使用相对小的散热器，在没有中间散热结构154的情况想，可以利用导热底座102来提供充分的散热。在等效60瓦与75瓦灯泡(总灯泡功率在9与11瓦之间)的某些实施方式中，具有在大约20-40平方厘米范围内的暴露表面积的散热器是足够的而且可考虑更小的。在60瓦灯泡的实施方式中，散热器可具有大约30平方厘米的暴露表面积。对于100W应用(或者其中产生较高的光学损耗的75W应用，诸如在具有总灯泡功率大于11瓦但低于17瓦的方向性灯具中)，散热器的暴露表面积在40-80平方厘米的范围内。在100瓦灯具的实施方式中，散热器可具有大约60平方厘米的暴露表面积。
LED是热响应光产生器，其中随着LED变得越热，由LED所产生的流明越低。因为本发明的灯具使用相对大的EPI面积以更高有效地产生大流明输出，散热器的尺寸可减小，使得流明输出因LED的加热而引起的损耗被设计到系统中。在这种配置中，LED不被冷却到在现有装置中所 要求的程度且散热器在尺寸上可相应地减小。例如，在最有效率类型的商业上可得到灯具的其中一个中，反光槽灯具(troffer lamp)，大散热器允许LED在因热引起的大约4％的流明损耗下工作。在典型灯泡结构中，因热引起的流明损耗被设计成尽可能小而且可以是小于10％。为了提供因热增加引起的如此低的“滚降”或流明损耗，典型的LED灯具需要相当大的散热器结构。本发明的灯具被设计使得因热增加引起的滚降或流明损耗可介于大约15％与20％之间。这样的损耗通常会被视为过度的；然而，由于如上所述的大EPI面积的使用以及在系统内构建的其他效率，本发明的LED灯具能够提供在LED中的较大的流明滚将且依然提供在系统水平提供期望流明输出的灯具。在本发明的系统中，LED在大约110°与120°之间的接点温度(在LED芯片与封装件之间的接点的温度)下操作。因为LED被允许在相对高的接点温度下操作，因此当与现有LED灯具比较时，散热器可被制成较小与较少侵入。如上所说明，如在图中所示，使用较小散热器结构的能力允许散热器变小以及整体灯具的较少侵入部件(器允许灯具被配置成具有与标准白炽灯泡相似的尺寸与形状)。
图21-图26示出使用LED组件130、具有塔件布置149的散热器、及如前所述的在BR和PAR型灯具中的电气互连件150的实施方式。灯具的之前的实施方式更具体地涉及诸如A19替代灯泡的全方位灯具。在图21中所示的BR或PAR灯具中，光以方向性图案而非全方位图案发射。标准BR型灯泡是以方向性图案反射光的反射器灯泡；然而，光束角度未被严格控制而可达到大约90-100度或者其他相当宽的角度。在图21-图26中所示的灯泡可被使用作为BR、PAR或反射器型灯泡或其他类似灯泡的固态替代物。
灯具包括如先前所述的底座102、散热器149、LED组件130与电气互连件150。如前所述，LED组件130产生全方位光图案。为产生方向性光图案，设置大致在沿着灯具的轴的方向上反射由LED组件130所产生的光的主反射器300。因为灯具旨在用作BR型灯具的替代物，所以反射器300可以大致宽光束角反射光而且可具有高达大约90-100度的光束角。因此，反射器300可包括各种形状与尺寸，只要被反射器300反射的光大 致沿着灯具的轴反射。反射器300可以是例如圆锥形、抛物形、半球形、刻面形等。在某些实施方式中，该反射器可以是漫反射器或朗伯型反射器并且可由诸如注塑模制塑料、白色光学件、PET、MCPET、或其他反射材料的白色高反射性材料制成。反射器可反射光且也允许某些光通过其。反射器300可由镜面材料制成。镜面反射器可以是具有镜面涂层的注塑模制塑料或者压铸金属(铝、锌、镁)。这种涂层可经由真空镀膜或溅镀来涂布，而且可以是铝或银。镜面材料也可以是成型膜，诸如3M的Vikuiti ESR(增强镜面反射器)膜。它也可以是成型铝，或者利用Alanod的Miro或Miro Silver薄片以铝形成的花瓣形(flower petal)布置。
反射器300被安装在灯具中使得它围绕LED组件130并且反射由LED组件所产生的某些光。在某些实施方式中，反射器300反射由LED组件所产生的光的至少20％。在其他实施方式中，反射器300反射由LED组件130所产生的光的大约至少40％而在其他实施方式中，反射器300可反射由LED组件130所产生的光的大约至少60％。因为反射器300可以是至少95％的反射，越多光打到反射器300，灯具的效率越高。这与通常在大约80％反射的标准BR灯具罩上所找到的反射性铝涂层相反。
反射器300可利用各种连接机构来安装在散热器149或LED组件130上。在一个实施方式中，反射器300安装在散热器149的导热部分或塔件152上。如图所示，反射器300形成为在端部具有喇叭形部分(flare)300a的滑动轴环，使得当LED组件130被插入时，主要导向底座的光遇到反射器300并且从出射表面308被反射出。LED组件130如前所述的被安装以使反射器300位于散热器149与LED组件130之间。反射器也可安装在散热器的散热部分153上。反射器300也可利用单独的紧固件、粘结剂、摩擦适配件、诸如卡扣连接、焊接等的机械接合来安装到散热器149或LED组件130。
在一个实施方式中，如在图76-图84中所示，反射器300被制成两个部分350和352，它们一起围绕散热部分或塔件152而且利用卡扣连接器354彼此连接以将散热器箝位在它们之间。在所示的实施方式中，虽然两个部分可以是不同的，但两个部分是相同的，从而可使用单个部件。卡 扣连接器354可包括位于一个反射器部分上的被容置在位于另一反射器部分上的匹配插孔358内的可变形脚片356，其中每个反射器部分包括一个脚片与一个插孔。然而，两个脚片可形成在一个部分上而两个插孔可形成在另一部分上。脚片356可被插入至插孔358内，使得在脚片356上的锁定表面360布置在插孔358后面。脚片和/或插孔可由弹性材料制成以允许这些部件在脚片356被插入至插孔358内时偏转。两个部分350和353可利用位于它们之间的散热器152来彼此接合。反射器300可包括支撑在形成在散热器152上的突出部368上的支腿366以适当地将反射器300垂直地定位于散热器152上以及相对于LED将反射器维持在适当位置。反射器300还可包括突出部370，它们朝向反射器内部延伸且与突出部368或其他散热器结构的侧边结合以固定反射器与散热器之间的角度关系，从而防止反射器相对于散热器转动。以上所述的反射器的结构可与反射器的任何实施方式一起使用并且可用于本文所述的任何灯具中。
反射器300尺寸被制成使得LED组件130、散热器149与反射器300可通过开口304被插入在BR型罩302的灯颈中。LED组件130、散热器149与反射器300被插入BR罩302内。BR罩302可如前所述的利用粘结剂或其他连接机构固定到散热器149。罩302包括在内部表面上通常涂布有诸如铝的高反射材料的主体306以创建反射表面310以及光通过其离开灯具的出射表面308。出射表面308可被霜化或者利用散光器材料处理。而且，反射器300可安装到罩302而不是LED组件和/或散热器。
如前所述，反射器300可被定位成使得其反射由LED组件130所产生的某些光。然而，由LED组件130所产生的至少部分光不会被反射器300反射。至少某些光可被罩302的反射表面310反射。由LED组件130所产生的某些光也可直接从出射表面308投射出，而不被主反射器300或反射表面310反射。
图27-图37示出使用如前所述的LED组件130、具备塔件布置149的散热器和电气互连件150的PAR型灯具的实施方式。在PAR型灯具中，光以方向性图案发射。标准PAR灯泡是反射器灯泡，其在某一方向上反射光，其中光束角度利用抛物面反射器来严格控制。PAR灯具可以具有诸 如但不限于10°、25°与40°的严格控制的光束角度的图案导引光。在图22中所示的灯泡可被使用作这种反射器型PAR灯泡的固态替代物。
该灯具包括如前所述的底座102、散热器149、电气互连件150与LED组件130。如前所述，LED组件130产生全方位光图案。为了产生方向性光图案，设置大致在沿着灯具的轴的方向上反射由LED组件130所产生的光的主反射器400。因为灯具旨在被用作PAR型灯具的替代物，所以反射器400可以严格控制的光束角度反射光。反射器400可包括抛物形表面400a，使得反射器400的光大致沿着灯具的轴反射以产生具有受控制光束角度的光束。
反射器300优选地由镜面材料制成。镜面反射器可以是具有镜面涂层的注塑模制塑料或者压铸金属(铝、锌、镁)。镜面材料也可以是成型膜，诸如3M的Vikuiti ESR(增强镜面反射器)膜。它也可以是成型铝，或者利用Alanod的Miro或Miro Silver片以铝形成的花瓣形布置。在某些实施方式中，反射器可以是漫反射器或朗伯型反射器而且可由诸如注塑模制塑料、白色光学件、PET、MCPET、或其他反射材料的白色高反射性材料制成。反射器可反射光且也允许某些光通过其。
反射器400被安装在灯具中使得其围绕LED组件130且反射由LED组件所产生的某些光。在某些实施方式中，反射器400反射由LED组件所产生的光的至少20％。在其他实施方式中，反射器400反射由LED组件130所产生的光的大约至少40％而在其他实施方式中，反射器400可反射由该LED组件130所产生的光的大约至少60％。因为该反射器400可以是至少95％的反射，所以越多的光打到反射器400，灯具的效率越高。这与通常在大约80％反射的标准PAR灯具罩上所找到的反射铝涂层成对比。因为灯具被用作PAR替代物，所以光束角被严格控制，其中从反射器400反射的光以严格控制的光束角度从灯具发射。
反射器400被安装成使得从LED组件130发射的光在抛物面反射器400的焦点处或附近发射。在某些实施方式中，如参照图1-图5所述的两排LED布置可被设置使得光在或足够接近反射器400的焦点处发射，从灯具发射的光的光束角处在期望的光束角度。在某些实施方式中，一排 LED可布置在反射器的焦点上而另一排的LED可被定位在稍微偏离抛物面反射器的焦点。在某些实施方式中，可使用布置在反射器的焦点上的单排LED。此外，可使用两排LED，其中垂直的LED对布置在单个透镜下面使得从LED对发射出的光源自反射器400的焦点。LED的其他布置也是可以的，只要反射器以期望的光束角度反射光。尽管已经描述了一排和两排LED组件，在LED组件中也可使用三排或更多排。
反射器400可利用各种连接机构来安装在散热器149或LED组件130上。在一个实施方式中，反射器400包括如前所述的安装在散热器149的导热部分或塔件152上的套筒(sleeve)。LED组件130如前所述的被安装成将反射器400定位在散热器149与LED组件130之间。反射器400也可以利用独立的紧固件、粘结剂、摩擦适配件、诸如卡扣连接器、焊接等的机械接合来安装到散热器149或LED组件130。而且，反射器400可被安装到罩402而不是LED组件和/或散热器。
反射器400尺寸被制成使得LED组件130、散热器149与反射器400可通过开口404插入在PAR型罩402的灯颈内。为了组装该灯具，LED组件130、散热器149与反射器400被插入PAR罩402内。罩402如前所述的利用粘结剂或其他连接机构来固定到散热器149。罩402包括主体404，主体404包括通常以诸如铝的高反射材料来涂布的抛物形反射表面406以及光通过其离开灯具的出射表面408。出射表面408可被霜化或者利用散光材料处理。
如前所述，反射器400可被定位使得其反射由LED组件130所产生的某些光。然而，由LED组件130所产生的至少部分光可不被反射器400反射。这些光中的至少某些可被罩402的抛物形反射表面406反射。由LED组件130所产生的某些光可从出射表面408透射出，而不被反射器400或反射表面406反射。
如上所述，伴随使用围绕整个LED组件130的单个、大抛物形反射器400的一个潜在问题是某些光可能在大致的水平平面上被反射使得其在从灯具发射之前环绕反射器400并且从反射器400反射多次。这样的情况导致效率的损失。为了降低这些损失，如在图38-图49中所示，可为每个 LED 127设置抛物面反射器500，从而每个LED 127与反射来自该LED的光的相对小的抛物面反射器500相关联。在某些实施方式中，反射器500与相关联的LED 127可形成安装在LED组件130上的单元。在某些实施方式中，可使用两(或其他)排的LED布置，其中LED 127与反射器500彼此水平地偏移使得从每个LED 127发射的光不会被垂直相邻的LED与反射器阻挡。在某些实施方式中，可使用单排的LED 127与相关联的反射器500。在所示的实施方式中，示出了两排的LED布置，其中每个垂直LED对与单个反射器相关联。反射器500被形成为整个组件或套筒501的一部分，从而所有反射器可作为单元安装在LED组件上。可使用LED127与反射器500的其他布置，只要反射器可以期望的光束角度反射光。反射器500与LED 127可为一对一的关系或者单个反射器可与多于一个的LED但少于LED阵列130的全部LED—起使用。反射器500可以是镜面的。而且，LED组件可被改变以允许反射器与相关联的LED的安装。例如，LED需要被更宽地分隔开以容纳反射器(比较图35至图47)或者LED组件必须被制成更小。
图50-图64示出使用如之前在PAR型灯具中所述的底座102、LED组件130、具有塔件149的散热器、以及电气互连件150的灯具的实施方式。在图50-图64中所示的灯泡可用作这种反射器型灯泡的固态替代物。如前所述，LED组件130产生全方位光图案。为了产生方向性光图案，设置主反射器600，主反射器600将由LED组件130所产生的光反射通过第二焦点(secondary focal point)601。反射器600可包括将光反射通过第二焦点601的椭圆形镜面反射表面600a。在某些实施方式中，反射器可以是漫反射器或朗伯型反射器而且可由诸如注塑模制塑料、白色光学件、PET、MCPET、或其他反射材料的白色高反射性材料制成。反射器可反射光且也允许某些光通过其。反射器600可以是漫反射器；然而，在某些实施方式中，反射器表面必须是镜面的。镜面反射器可以是具有镜面涂层的注塑模制塑料或者压铸金属(铝、锌、镁)。所述涂层能够经由真空镀膜或溅镀来涂布，而且可以是铝或银。镜面材料也可以是成型膜，比如3M的Vikuiti ESR(增强镜面反射器)膜。它也可以是成型铝，或者利用Alanod 的Miro或Miro Silver片以铝形成的花瓣形布置。由椭圆形反射器600反射的光被反射通过第二焦点601而且大致上朝向灯具的出射表面但却以较宽的发散光束角度来反射。如将所述的，反射光的第二焦点601被用作虚拟光源。
反射器600安装在灯具中使得它围绕LED组件130并且反射由LED组件所产生的大部分光。在某些实施方式中，反射器600反射由LED组件130所产生的光的至少20％。在其他实施方式中，反射器600反射由LED组件130所产生的光的大约至少40％而在其他实施方式中，反射器600可反射由LED组件130所产生的光的大约至少60％。因为反射器600可以是至少95％的反射，越多的光打到反射器600，灯具的效率越高。这是与通常在大约80％反射的标准PAR灯具罩上所找到的反射铝涂层相反。
反射器600可利用各种连接机构来安装在散热器149或LED组件130上。在一个实施方式中，反射器600形成为滑动套筒而且被安装在散热器149的导热部分152上，并且LED组件130如前所述的被安装以使反射器600定位在散热器149与LED组件130之间。反射器600也可利用单独的紧固件、粘结剂、摩擦适配件、诸如卡扣连接器、焊接等的机械接合来安装到散热器149或LED组件130。而且，反射器600可安装到罩602而不是LED组件和/或散热器。
反射器600尺寸被制成使得LED组件130、散热器149与反射器600可通过开口604插入在PAR型罩602的灯颈内。为了组装灯具，LED组件、散热器与反射器600被插入PAR罩602内。罩602如前所述使用粘结剂或其他连接机构固定到散热器149。
参照图61-图64，罩602包括通过以诸如铝的高反射材料涂布的主体606已经光通过其离开透镜的采取透镜702的形式的出射表面。透镜702使来自虚拟光源601(反射器焦点)的光聚焦以便以期望的光束角度产生光束。透镜702的入射表面包括多个基本上为三角形的同心环704，每个环704具有非垂直侧边。术语“非垂直”意思是由同心环的横截面所形成的三角形的两侧边皆不与光从虚拟光源601发射出来的方向平行。
透镜702的出射表面712包括表面纹理。该表面纹理为离开光引擎(light engine)的光提供额外的扩散。该表面纹理示意地在图61中呈现；然而，能够包括可应用到发光系统的透镜的窝化、霜化、或任何其他类型的纹理。最后，应观察到，出射表面712稍微弯曲。然而，本发明的实施方式可包括平坦的的出射表面，或者弯曲的入射表面。透镜的两表面可以是平坦的或者是弯曲的。本文将呈现几个实例。
根据实例实施方式的透镜702能够以各种方式来制作。图61-图64的实例是示意图示。同心环的实际数目，以及同心环的实际尺寸和间隔，并不是按比例绘制而成。在图61中的同心特征的横截面是等边三角形，然而可使用其他的三角形形状。此外，在图1中的等边三角形的顶角是固定的，如同所述同心特征的间隔一样。改变透镜特征的这些特性可允许不同光图案的形成。三角形的顶角或者越过透镜的直径的同心特征的间隔间距可改变或者具有梯度施加。例如，在某些实施方式中，跨过透镜的半径，基本上为三角形同心环能够以从大约0.1mm到大约0.5mm的固定间距分隔开。在某些实施方式中，它们能够以从大约0.2mm到大约3mm的固定间距分隔开。在某些实施方式中，它们能够以从大约0.3mm到大约2mm的固定间距分隔开。在某些实施方式中，它们能够以大约0.5mm的间距分隔开。梯度也可施加到间隔从而间距改变。例如，接近透镜的中央处的间距可变成较小而接近透镜的边缘处的间距变成较大，反之亦然。也可使用多个离散间距。
图62示出了透镜712的入射表面的一部分的放大横截面图。以0.500mm的间距分隔开的基本为三角形的同心环是可见的。如在图中所能够观察到的，特征的高度是0.635mm。如在图中也能够观察到的，梯度施加到特征的顶角。顶角802具有43.0°的角度，并且角度从左至右减少到具有40.0°的角度的顶角804。一直向右，顶角806再次增加到40.5°的角度。
图63示出了透镜712的入射表面的一部分的放大横截面图。以0.500mm的间距分隔开的基本上为三角形的同心环是可见的。这些环跟随透镜的入射或LED面向表面的弯曲轮廓。如在所述图中可观察到的，特 征的顶角改变。具有较大高度的顶角902具有60.0°的角度，而顶角904具有90.0°的角度。
图64示出了透镜712的入射表面的部分的放大横截面图。再次以0.500mm的间距分隔开的基本上为三角形同心环是可见的。如在该图中所能察觉的，梯度施加到特征的顶角。顶角1002具有63.0°的角度，而角度以0.4°的增量从图中的左边向右边减少直到具有61.0°的角度的顶角1004为止。根据本发明的实例实施方式的透镜可由各种材料制成，包括丙烯酸、聚碳酸酯、玻璃、聚芳酯、以及很多其他透明材料。透镜的带纹理的出射表面可以很多方式创建。例如，平滑表面可被粗糙化。表面可利用带纹理的特征来模制。这种表面可本质上是例如棱柱形。根据本发明的实施方式的透镜也可由多个共同模制或共同挤压在一起的部件组成。例如，纹理表面可以是与透镜的具有基本上为三角形同心环的部分共同模制和共同挤压的另一种材料。
同心环的间隔、角度、与其他特征可在整个透镜或者在单个透镜的表面之内改变以实现各种发光效果。作为实例，同心环的顶角可改变。在某些实施方式中，角度从大约35°到大约90°。在某些实施方式中，角度范围从大约40°到大约65°。如本文所呈现的某些实例，角度在整个透镜的半径上可以是固定的、可具有被施加的梯度、或者可以其他方式改变。同心特征的间隔可类似地改变。作为进一步的具体实例，具有后面规格的透镜已被测试并被示出对于各种光束形状效果是有效的。这些第一实例遍及透镜的半径全部具有大约3mm的环间隔。在一度的增量下具有范围从70°至86°的顶角的透镜产生宽光束。在具有前者的大约1°的增量下具有从65°改变至71°的某些顶角，以及固定在90°的某些角的透镜产生泛光图案(flood pattern)。具有在1°增量下于60°与71°之间改变的某些角、固定在71°的某些角、以及在1°增量下从71°改变到68°的其他角的透镜产生向前图案(forward pattern)。具有40°的顶角的一组固定角度特征产生具有大约20°的光束角度的的聚光图案。
已被测试的后面的实例实施方式具有遍及透镜的半径的大约2mm的环间隔。在1°的增量下具有范围从60°至84°改变的顶角的环的透镜 产生宽图案。在1°的增量下具有从60°改变至70°的特征顶角以及具有大约90°的固定角的其他环的透镜产生泛光图案。具有在半度的增量下的从60°改变至69°的某些顶角、具有69°顶角的四个固定环、以及具有68°与69°的顶角的两个额外的环的透镜产生向前图案。整个透镜的40°的固定顶角再次产生具有大约20°的光束角的聚光图案。
具有1mm的环间隔的已测试的实例实施方式包括具有在0.25°的增量下从70°改变至82.25°的顶角的范围的透镜，其产生宽光束图案。具有50个环的透镜(25个具有90°的固定顶角及25个具有在0.25°增量下从60°至72°的变化顶角)产生泛光图案。具有在0.50°增量下从60°的顶角改变成73°的顶角的某些环、与在0.25°增量下从73°的角度改变成68.25°的角度的某些环、以及具有73°的固定顶角的三个环的透镜产生向前图案。最后，具有40°的固定顶角的环的透镜再次产生具有大约20°的光束角度的聚光图案。
除了本文所呈现的三角形同心环具有0.5mm间隔遍及透镜的半径的详细实例之外，后面的实例被测试。这些包括具有在0.2°增量下从60°到80°的顶角的范围的环，其产生宽光束图案。具有101个环的透镜，其中的51个环具有在0.2°增量下从60°至70°的顶角，而另外的50个环具有90°的固定顶角，其产生泛光图案。具有101个环的透镜，其中的19个环具有75°的固定顶角，而余下的环是分成具有在0.25°增量下范围从60°到75°的顶角的环以及在.025增量下范围从75°到70°的顶角的环，其产生向前图案。除了上述的之外，发现在整个透镜的半径维持固定顶角但是透镜间调整角度产生在角尺寸上按比例作变化的聚光图案。例如，利用具有35°的顶角的特征产生具有32°的光束角度的聚光图案。利用具有45°的顶角的特征根据LED源的尺寸而定产生具有从11°到15°的光束角度的聚光图案。用于本发明的灯具中的合适的透镜在2012年10月22日提交的题为“Beam Shaping Lens and LED Lighting System Using Same”的申请S.N.13/657,421的美国专利申请中公开，将该美国专利申请通过引用结合于此。
从前面的描述显而易见的，使用主反射器与透镜702来构造的灯具可产生具有从宽角度泛光图案变化成严格控制的聚光图案的光束角度的光。因此，该结构允许该灯具替代诸如BR灯的宽角度灯具或者诸如PAR灯的窄光束角灯具。
如前所述，本文所述的反射器600可被定位使得反射器600反射由LED组件130所产生的光中的一部分。然而，由LED组件130所产生的光中的至少一部分不会被反射器600反射。光中的至少某一些可被罩的反射表面反射。由LED组件所产生的光中的某一些可被投射到透镜部分而不会被反射器或罩反射。
如参照方向性灯具的先前所述的实施方式说明的，由LED组件130所产生的光中的至少某一些可被导向灯具的出射表面。如本文所述的定位的LED 127可具有大约120°的光束角度，使得从LED 127发射的光中的至少某一些被直接从出射表面导出。为了获射该光并成形光束，反向或面向下的反射器1200可被加入，如在图65-图75中所示。反向反射器1200获得朝向灯具的出射表面投射的光并且将光从反射表面1200a反射到主反射器，使得光可如上所述的由主反射器以期望的光束角投射。任何合适的反射器可被用作将该光重新导向主反射器的反向反射器。
因为PAR与BR型灯具旨在提供方向性光束，非对称的LED可有利地用于本发明的各种实施方式中。因为LED组件130在LED阵列128中使用多个LED 127，所有的LED 127或者所选择的LED可以是非对称LED。在某些非对称LED中，LED光学被成形为产生非对称光束。实施方式可使用包覆成型非对称光学设备(MDA型)。非对称光束可被布置为直接从出射表面离开灯具而不被任何反射器表面反射。非对称光束也可被布置成使得光束被导向到本文所述的反射器中的一个上的期望位置处。根据实施方式，在本文所述的各种实施方式中，主反射器可被配置为将光朝向出射和/或在第二或外侧反射器反射，从而使反射器形成在罩的内表面上。根据实施方式，主反射器能够指向上方、指向下方或者是平坦的。主反射器可定位于LED组件130上的LED上方、下方或之间。根据实施方 式，外侧或第二反射器可以是镜面的或漫反射的，诸如形成在罩的内表面上的反射器。
本文所述的反射器也可以用于诸如，例如，在图1中所示的A19型灯具的全方位灯具。在全方位灯具中，如果期望的话，反射器可用来提供更大程度的向上发光，即，朝向灯具的与爱迪生连接器相对的自由端的光。在某些实施方式中，反射器可具有与用于BR型灯具、PAR型灯具和诸如A19型灯具的全方位灯具(其中光利用反射器的材料来成形)相同的形状与尺寸。在全方位型灯具中，反射器可由半透明或透明材料制成，使得某些光被反射而其他光被允许通过反射器。这样的布置提供较少方向性反射以及更多全方位图案，同时依然提供某些光成形。在BR型灯具中，反射器可由白色材料(其提供光的反射但某种程度上为漫反射图案)制成。在PAR型灯具中，反射器可由诸如但不限于铝或银般的高反射材料制成或者涂布以提供镜面反射和严格的成形光束。所制备的具有本文所述的各种表面的反射器可具有与用于全方位灯具和方向性灯具相同的尺寸和形状，使得相同类型的反射器在仅改变材料的情况下可用于不同类型的灯具中。
在本文所述的各种实施方式中，LED组件采取LED塔件在罩之内的形式，LED以模拟传统白炽灯泡的外观的形式来安装在LED塔件上。因此，LED可被定位在LED塔件上的发光灯丝在传统白炽灯泡中是可见的相同的区域中。结果，本发明的灯具提供与传统白炽灯泡相似的光学光图案并且在使用期间提供相似物理外观。LED组件在塔件上的安装，使得LED中央地位于灯具的纵轴上而且位于中央地定位于罩内的位置中，提供了传统白炽灯泡的外表。中央地定位是指述LED被设置在塔件上位于罩的自由开放空间中，有别于安装在或者于罩的底部上或罩壁上。在某些实施方式中，LED以带的形式绕塔件定位使得当在使用时从LED产生的光的高强度区域呈现为发光灯丝。LED带可由单个或多个在带之内被紧密地封装在一起或者在带之内彼此偏移的LED行或串制成。各种配置是可以的，其中LED被定位在带中或者集中在LED塔件四周的特定区域以在使用时以及在从不同方向观看时产生灯丝型外观。在某些实施方式中，LED可布置在塔件上使得它们是处于位于罩的光学中心附近的相当窄的带中。 在某些实施方式中，LED可以延伸在塔件的外围四周的窄带形式被来布置在灯丝塔件上，其中带的高度(在沿着该塔件的轴的维度上)比塔件的直径小。结果，当从侧面观看灯具时，LED产生延伸遍及整个灯具且看来好像相当明亮的线在罩内部的明亮光源。LED的带或集中区域可包括塔件的暴露表面积的50％以下、40％以下或甚至30％以下。在某些实施方式中，LED区域设置成朝向阵列的一端使得该区域与塔件的中央偏离，其中塔件从底座延伸以在罩内将LED阵列支撑于期望的位置处。LED已被描述成环绕塔件的外周延伸的带。除了围绕塔件的外围延伸之外LED也围绕灯具的纵轴延伸或者环绕灯具的纵轴。在某些实施方式中，塔件沿着灯具的纵轴布置，从而使LED包围灯具的纵轴以及塔件或者围绕灯具的纵轴以及塔件四周延伸，如在图中所示。在某些实施方式中，LED可被布置成使得LED不围绕塔件但仍然围绕灯具的纵轴。参照图85，例如，在塔件152被去除情况下，LED组件130可以利用延伸部190或类似结构来直接安装到散热器149的散热部分154。在这种布置中，尽管LED 127不围绕散热器，但是围绕灯具的纵轴。其他的布置也是可以的，其中例如，设置有塔件152，但LED被布置成超过塔件152的末端。在这种布置中，尽管LED17并不物理上地围绕散热器，但是围绕灯具的纵轴。
因为，在某些实施方式中，LED被紧密地封装或定位于塔件的更集中或更密集区域，塔件被用作提供从LED到灯泡的底座的热通路的散热器。在某些实施方式中，底座用作散热器的一部分而且可包括散热片或者其他表面区域或大量增加特征。在某些实施方式中，底座的散热器部分包括整体支撑件或者塔件的一部分(LED塔件适配在其上或者LED塔件连接至其)，使得热通路通过灯丝塔件从LED到支撑件和/或到底座。在某些实施方式中，底座与支撑件是一体件，而在其他实施方式中，其是不同的件。在某些实施方式中，支撑件是塔件和/或热通路的一部分，而在其他实施方式中却不是。在某些实施方式中，支撑件和/或底座不是热通路的主要部分，其中支撑件和/或底座由不良热导体制成，而LED塔件例如通过在罩内的导热气体或液体形成热通路的一部分到灯泡的其他部分，诸如灯泡的罩。在某些实施方式中，LED塔件本身能够为LED提供充分的热保护。
在某些实施方式中，根据使用的LED，在这些与其他实施方式中的出射表面可由被掺杂有稀土类化合物(在该实例中，氧化钕)的玻璃制成。这种光学元件也可由聚合物制成，包括诸如固有的UV稳定聚酯的芳香族聚合物。出射表面是透光的。然而，由于在玻璃中的氧化钕，通过光学元件的圆顶的光被过滤，从而离开圆顶的光呈现频谱缺口(notch)。频谱缺口是其中光被衰减的颜色频谱的一部分，因此当绘制相对波长的光强度时形成“缺口”。根据用来形成光学元件的玻璃或其他材料的类型或成分、存在的钕化合物的量、以及在该光学元件中的其他微量物质的量与类型，频谱缺口可出现在520nm与605nm的波长之间。在某些实施方式中，频谱缺口可出现在565nm与600nm的波长之间。在其他实施方式中，频谱缺口可出现在570nm与595nm的波长之间。在2011年12月30日提交的题为“LED Lighting Using Spectral Notching”的美国专利申请序列号13/341,337中公开了这种系统，将其全部内容通过引用结合于此。
虽然已本文示出和说明了特定的实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，适合达成相同目的的任何布置可取代所示的特定实施方式并且本发明具有在其他环境中的其他应用。该应用旨在包括本发明的任何修改例或变化例。以下权利要求决不旨在将本发明的范围限制于本文所述的特定实施方式。