[发明专利]用于大规模建筑照明的基于LED的灯具

说明书

背景技术

数字照明技术(即基于例如发光二极管(LED)之类的半导体光源的照明)提供了对传统荧光灯、HID灯和白炽灯提供了可行的替换。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、较低的操作成本以及许多其他优点。LED技术方面的最新发展已经提供了在许多应用中实现各种照明效果的高效和具有鲁棒性的全光谱照明源。一些包含这些源的照明装置的特征在于照明模块，其包括一个或多个能够产生不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的LED和用于独立控制LED的输出以便产生各种颜色和颜色变化照明效果的处理器，如美国专利No.6016038和6211626中详细讨论的。

特别地，采用高通量LED的灯具正在快速兴起作为传统光装置的高级替换，因为它们具有更高的总体发光效率并且具有产生各种照明图案和效果的能力。这些灯具的设计和操作中涉及的一个重要问题是热管理，因为LED在更冷的温度操作时以更高效力执行并且持续更长时间。高通量LED倾向于特别地对操作温度敏感，因为驱散由这些LED产生的热的效率显著相关于LED光源的操作寿命、性能和可靠性。因此，保持最优结温(junction temperature)在开发高性能照明系统方面是重要考虑因素。然而，当所述照明装置(fixture)的尺寸和LED光源的密度和通量增加时高效的散热可能面临挑战。例如那些用于外部应用的更大照明装置所涉及的问题也是操作和安装的安全性以及耐用性。

基于LED的灯具的一个期望应用(特别是那些采用高通量LED的灯具)是照明大型建筑物表面和对象，在特定方向上聚集光。常规的投影装置已经为此目的在各种剧场、电视、建筑和通用照明应用(例如高射投影、聚光灯照明、机场跑道和高层建筑的照明等等)中使用了许多年。典型地，这些照明装置包括邻近凹面反射器安装的白炽灯或气体放电灯，该凹面反射器将光反射穿过透镜组件以将窄光束朝目标对象投射相当大的距离。

近年来，基于LED的照明装置(lighting fixture)也被用在某些类型的投影照明装置中、被配置为用于内部或外部应用以改进三维对象的清晰度的灯具、以及提供聚光灯照明或用于建筑表面的墙洗(wall-washing)照明效果。特别地，单个或多个LED的表面安装或板载芯片组件已经在用于要求与窄光束生成相结合的高亮度(以提供照明的密集聚焦/低几何扩展)的应用的产业中引起注意。“板载芯片”(COB)LED组件通常是指一个或多个其中制作了一个或多个LED结(junction)的半导体芯片(或“管芯”)，其中芯片(一个或多个)直接安装(例如粘附)到印刷电路板(PCB)。随后，芯片(一个或多个)电线地结合到PCB，之后可以使用一团(glob)环氧树脂或塑料来覆盖芯片(一个或多个)和电线连接。一个或多个这种LED组件(或“LED组”)又可以安装到照明装置的公共安装板或衬底。

对于一些包含LED芯片或管芯的窄束应用，光学元件可以与LED板载芯片组件一起使用以方便所产生的光的聚焦以创建窄束准直或准准直的光。用于准直可见光的光学结构(通常被称为“准直器透镜”或“准直器”)在本领域是公知的。这些结构捕获或重定向光源所发射的光以改进其方向性。一种这样的准直器是全内反射(“TIR”)准直器。TIR准直器包括反射性内表面，其被定位以捕获由与所述准直器对向的光源发射的大量光。常规TIR准直器的反射性表面典型地是圆锥形的，即其是由抛物线、椭圆或双曲线获得的。

因此，在本领域中，存在对具有改进的光提取和散热特性的高性能基于LED的灯具的需要。特别期望的是适合用于大规模照明应用的基于LED的窄束灯具，所述大规模照明应用例如大对象和结构的聚光灯照明或用于外部建筑表面的墙洗照明效果。

发明内容

在其各种实施例和实现方式中，本文所公开的本发明总体涉及采用能够在长距离上投射光并且提供具有高流明输出的很多种照明效果的基于LED的光源的外部建筑装置。更特别地，本发明针对适合用于大规模正面洗涤并且用于照明大型建筑结构(例如摩天大楼、娱乐场所和零售企业)的建筑照明装置。