[发明专利]高强度光源

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请案涉及且要求于2010年10月8日提交的第61/391,506号美国临时专利申请案的优先权。该临时专利申请案以引用的方式并入本文以用于所有目的。

背景技术

本发明涉及照明。更具体而言，本发明涉及高效照明光源。

爱迪生真空灯泡的时代将要结束了。在许多国家和州府，普通的白炽灯泡逐渐变成非法的，而更有效的照明光源正被授权。目前，一些替代光源包括荧光管、卤素灯和发光二极管（LED）。尽管这些其它选择可获得且具有改进效率，许多人还是不愿意切换到这些替代光源。

本发明的发明人认为消费者缓慢采用更新技术存在一些关键原因。一个这样的原因是照明光源中有毒物的使用。作为一个实例，荧光照明光源依赖于蒸汽形态的汞而产生光。因为汞蒸汽被认为是危险物质，所以不能简单地将废弃的灯泡放置在路边，而是必须将其运输至指定的危险废弃物处理场地。此外，一些荧光管制造商甚至指导消费者在房子的更敏感区域（诸如卧室、厨房等）内避免使用灯泡。

本发明的发明人还认为缓慢采用替代照明光源的另一个原因是照明光源较之白炽灯泡具有更低性能。作为一个实例，荧光照明光源通常依赖于单独的启动装置或压载机构来发起光照。因为此，荧光灯有时不会如消费者期望和要求那样“瞬时”打开。进一步，荧光灯通常不会立即提供最大亮度的光，但通常在一段时间（例如，30秒）内达到最大亮度。进一步，大部分的荧光灯是易碎的，无法调光的，其具有可发出烦人的可听噪音的压载变压器，且如果频繁重复开和关，荧光灯可在缩短的时段内毁坏。因为此，荧光灯不具有消费者所需要的性能。

最近引入的另一种替代光源依赖于发光二极管（LED）使用。LED具有超越荧光灯的优点，包括固态设备内在的鲁棒性和可靠性、不具有在意外断裂或处理期间可释放的有毒化学品、随开即用能力、可调光性和不具有可听噪音。然而，本发明的发明人认为，当前LED照明光源本身具有使消费者不愿意使用它们的显著缺点。

当前LED照明光源的一个关键缺点是光输出（例如，流明）相对低。虽然当前LED照明光源比其白炽当量（例如，5-10瓦对.50瓦）抽拉明显更低的功率，但是其仍被认为太暗了而无法用作主要的照明光源。作为一个实例，在MR-16形状因子中的典型5瓦LED灯可提供200-300流明，然而在相同形状因子中的典型50瓦白炽灯可提供700-1000流明。因此，当前LED通常仅用于室外重点照明、密室、地下室、棚屋或其它小空间。

当前LED照明光源的另一个缺点包括LED的预付费用对消费者而言通常是惊人地高。例如，对于泛光灯，当前30瓦当量LED灯的零售价可能超过$60，然而典型的白炽泛光灯的零售价可能是$12。虽然消费者可能因LED消耗更小功率而在LED的使用寿命上理性地“补差价”，但是发明人认为，明显的更高价格极大地抑制消费者的需求。因为此，当前LED照明光源不具有消费者期望和要求的价格或性能。

当前LED照明光源的其它缺点包括其具有许多零件且耗费大量劳动力来生产。仅作为一个实例，MR-16LED照明光源的一个制造商利用超过14个部件（不包括电子芯片），以及MR-16LED照明光源的另一个制造商利用超过60个部件。本发明的发明人认为，与具有更少零件和更模块化制造过程的LED设备的制造和测试相比，这些制造和测试过程更复杂且更耗费时间。

当前LED照明光源的其它缺点是散热体积限制输出性能。更具体而言，发明人认为，置换LED光源（诸如MR-16光源），当前散热装置无法耗散LED在自然对流下产生的很多热。在许多应用中，将LED灯放入环绕物（诸如已具有环境空气温度超过50°C的凹顶棚）中。在这样的温度下，表面放射率仅在散热方面发挥很小的作用。进一步，因为常规的电子装配技术和LED可靠性因子将PCB板温度限制在约85°C，LED的功率输出也极大地受约束。在更高温度下，发明人已发现，辐射发挥更加重要的作用，因此高发射率对于散热而言是可取的。

传统上，已通过仅增加LED的数量来增加来自LED照明光源的光输出，这已导致增加设备成本，且增大设备尺寸。此外，这样的光具有限定光束角和限定输出。

因此，需要的是一种不具备上述缺点的高效照明光源。

发明内容

本发明涉及高效照明光源。更具体而言，本发明涉及一种新型LED照明光源和制造新型LED照明光源的方法。一些总体目标包括，增加光输出而不会增加设备成本或增大设备尺寸、能够覆盖许多光束角以及提供高可靠性产品以延长使用寿命（ROI）。