專利名稱：發(fā)光二極管的模塊化安裝裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及發(fā)光二極管(LED)照明裝置，更具體地說，涉及這樣的LED照明模塊其所具有的導(dǎo)熱性改進(jìn)了LED的效率和性能。
相反，發(fā)光二極管(LED)比較便宜，工作在低電壓，并且工作壽命長。另外，LED耗電較少并且較緊湊。這些特點(diǎn)使得LED成為特別合乎需要的并適用于許多應(yīng)用場合。然而，LED的一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)需要高于低水平照明的應(yīng)用場合，一般不能提供足夠的亮度。
眾所周知，雖然通過增加LED的供給電流，能增加LED的發(fā)光亮度，但增加的電流也增加了LED的結(jié)溫。增加的結(jié)溫可能降低LED的效率和壽命。例如，已然注意到，在一特定溫度之上，溫度每增加10℃，硅樹脂(silicone)和砷化鎵的工作壽命就下降2.5到3倍。LED常常用半導(dǎo)體材料制造，這些具有許多與硅樹脂和砷化鎵類似的特性。
在LED使用中的另一個(gè)因素是，在大多數(shù)系統(tǒng)中，必須將一系列LED連接在一起，并且安裝到表面。這種連接和安裝通常是耗時(shí)耗力的工序。
因此，在本領(lǐng)域中需要一種方便有效的裝置，用以將LED裝到表面上。在本領(lǐng)域中還需要使用LED的照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)所提供的照明水平相對(duì)于那些白熾燈和充氣管燈更具有可比性。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)定向用于一種LED安裝裝置，其中，在優(yōu)選實(shí)施例中該裝置適用于提供增加的LED亮度。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供了一種照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個(gè)適于安裝到導(dǎo)熱元件表面上的照明模塊。每個(gè)模塊包括多個(gè)發(fā)光二極管(LED)和多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)。每個(gè)所述LED至少與一個(gè)所述觸點(diǎn)以使該LED在所述模塊相對(duì)的第一和第二邊之間形成串聯(lián)陣列的方式電氣連接。設(shè)置具有第一側(cè)和第二側(cè)的絕緣層。所述觸點(diǎn)連接到所述絕緣層的第一側(cè)。每個(gè)模塊進(jìn)一步包括一個(gè)粘結(jié)劑層，適于將所述模塊固定到一個(gè)導(dǎo)熱元件表面，使得熱從模塊通過粘結(jié)劑而被導(dǎo)入導(dǎo)熱元件中。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，一種照明系統(tǒng)具有多個(gè)適于安裝到一個(gè)導(dǎo)熱元件表面上的照明模塊。每個(gè)模塊包括多個(gè)發(fā)光二極管(LED)、多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)、以及支撐觸點(diǎn)的絕緣層。每個(gè)所述LED至少與一個(gè)所述觸點(diǎn)以使得該LED在所述模塊上形成串聯(lián)陣列的方式電氣連接。所述模塊彼此電氣連接，使得每個(gè)模塊的串聯(lián)陣列與其它模塊的串聯(lián)陣列并聯(lián)。另外，其中這些互連的模塊被放在給料器中，使得互連模塊的選定部分可從給料器連續(xù)地被分發(fā)，并從其截?cái)唷?br> 根據(jù)又一優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種方法，將多個(gè)照明模塊安裝到一個(gè)導(dǎo)熱表面上，使得熱從模塊被吸收進(jìn)導(dǎo)熱表面。多個(gè)照明模塊連續(xù)地彼此電氣相連。每個(gè)模塊包括多個(gè)LED、多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)、以及具有第一側(cè)和第二側(cè)的絕緣層。每個(gè)所述LED至少與一個(gè)所述觸點(diǎn)電氣連接，連接方式使得這些LED形成串聯(lián)陣列。所述觸點(diǎn)連接到所述絕緣層的第一側(cè)。每個(gè)模塊的串聯(lián)陣列以并聯(lián)方式與其它模塊的串聯(lián)陣列連接。設(shè)置了給料器，并且將其構(gòu)成為包括了多個(gè)互連模塊。從所述給料器連續(xù)地拽出模塊，并使用導(dǎo)熱膠帶而將其連續(xù)地安裝到所述導(dǎo)熱表面上。
還根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種生產(chǎn)照明系統(tǒng)的方法。提供有多個(gè)LED模塊，每個(gè)模塊具有多個(gè)置于串聯(lián)陣列中的LED。將一個(gè)膠帶層施加在各LED模塊的一側(cè)，使得膠帶越過模塊的相對(duì)邊向外伸展。通過使用柔性導(dǎo)體來電氣地連接相鄰模塊，從而形成LED模塊的線性鏈。通過將所述各模塊繞成圈或?qū)⑺龈髂K折疊成盤旋模式，而將所述模塊線性鏈緊密地封裝起來。
為了簡述本發(fā)明裝配結(jié)構(gòu)的目的，以及所取得的超過現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而在上面說明了一些優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然可以理解，并非根據(jù)某一特定實(shí)施例，即可取得所有這些優(yōu)點(diǎn)。因此舉例來說，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以這樣一種方式來實(shí)施本發(fā)明以該方式可以取得或優(yōu)化在此所述的一個(gè)或一組優(yōu)點(diǎn)，而無需實(shí)現(xiàn)在此所描述或建議的其它目的或優(yōu)點(diǎn)。
所有這些實(shí)施例都要包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，通過結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例所作的下述詳細(xì)說明，這些實(shí)施例及其它實(shí)施例即會(huì)顯而易見。本發(fā)明并不限于某個(gè)特定實(shí)施例。
圖20是電路圖，示出

圖19連接到電源的結(jié)構(gòu)；圖21是多個(gè)以導(dǎo)線連接到一起的LED模塊，如圖9的LED模塊，放置在給料卷軸上的側(cè)視圖；圖22示出以導(dǎo)線連接到一起的模塊，從圖21的給料卷軸被安裝進(jìn)管路照明裝置；圖23示出多個(gè)以導(dǎo)線連接到一起的LED模塊，如圖9的LED模塊，放置在箱式給料器中的平面圖；圖24是帶有模塊導(dǎo)線連接器的LED模塊的平面圖。
下面參照圖2，典型的LED組件32包括封裝在樹脂基體36中的二極管芯片34。所述LED組件32通常具有在基體36上的調(diào)焦鏡部分38，以及一對(duì)引線40、44，其中一個(gè)引線是負(fù)的而另一個(gè)是正的。負(fù)引線40連接到所述二極管芯片34的陽極側(cè)42，而正引線44連接到所述二極管芯片34的陰極側(cè)46。正引線44優(yōu)選包括反射器部分48，以助于將光從二極管34導(dǎo)向調(diào)焦鏡部分38。
現(xiàn)參照圖1至圖5，LED模塊30優(yōu)選包括5個(gè)預(yù)先封裝的LED燈32，這5個(gè)LED燈32以線性陣列安裝在電路板50上，并且以串聯(lián)方式電氣連接。所述LED燈32可包括Hewlett Packard的HLMT-PL00型電燈，該燈使用預(yù)先封裝的鋁銦磷化鎵(ALInGaP)芯片34。在圖示實(shí)施方案中，每個(gè)預(yù)先封裝的LED基本一致，所以它們發(fā)射出相同顏色的光。但應(yīng)理解，也可使用不同的LED，以實(shí)現(xiàn)某些所希望的照明效果。
所示的電路板50優(yōu)選厚約0.05英寸，長1英寸，寬0.5英寸。它包括三層銅接觸層52、環(huán)氧樹脂絕緣層54、以及鋁主體層56。所述銅接觸層54由一串6個(gè)細(xì)長且大體平行的扁平銅片60組成，該扁平銅片適于連接到LED32的引線40、44上。每個(gè)銅觸點(diǎn)60都通過絕緣層54而與其它銅觸點(diǎn)60互相電絕緣。優(yōu)選使銅觸點(diǎn)60基本處于同一個(gè)平面上。
所述預(yù)封裝LED32被固定到電路板50的一個(gè)側(cè)面上，使每個(gè)LED的基體部分36基本靠到電路板50的一側(cè)。這樣LED調(diào)焦鏡部分38就方向朝外，從而能沿與電路板50基本在同一平面的方向引導(dǎo)光。LED引線40、44焊接在觸點(diǎn)60上，從而產(chǎn)生LED的串聯(lián)陣列。如果愿意的話，可去掉單個(gè)預(yù)封裝LED燈引線的多余部分。每個(gè)觸點(diǎn)60，除第一個(gè)和最后一個(gè)觸點(diǎn)62、64外，都在其上附有一根負(fù)引線40和一根正引線44。所述第一個(gè)和最后一個(gè)觸點(diǎn)62、64中，其中一個(gè)僅在其上附有一根負(fù)引線40；而另一個(gè)僅在其上附有一根正引線44。
觸點(diǎn)的焊接區(qū)域66接受引線40、44，優(yōu)選將其用焊錫68焊接在觸點(diǎn)60上；不過，每個(gè)觸點(diǎn)60優(yōu)選具有比所述焊接區(qū)域66中焊接所需區(qū)域大很多的表面區(qū)域。增大的接觸表面區(qū)域使每個(gè)觸點(diǎn)60能起到散熱片的作用，有效地吸收LED引線40、44的熱。為最大限度地發(fā)揮這一作用，優(yōu)選將觸點(diǎn)60制成盡可能大的形狀，而同時(shí)仍與電路板50相配。
絕緣層54優(yōu)選具有強(qiáng)絕緣特性以及較高的導(dǎo)熱特性，并且，最好盡可能的薄。例如，在圖示實(shí)施方案中，所述絕緣層54由約0.002英寸厚的Thermagon環(huán)氧樹脂層所構(gòu)成。
應(yīng)理解，可將各種材料和厚度用于絕緣層54。通常，絕緣層54所用材料的熱導(dǎo)率越低，則該絕緣層就應(yīng)該越薄，以取得所述模塊的最大導(dǎo)熱性。然而，即便使用了Thermagon環(huán)氧樹脂這樣的材料(該材料具有高熱導(dǎo)率)，所述絕緣層仍最好盡可能薄，以使熱阻最小。某些陶瓷材料，如氧化鈹和氮化鋁，不導(dǎo)電但導(dǎo)熱強(qiáng)。這些材料，還有其它材料，也是可接受用于絕緣層的材料。
在圖示實(shí)施方案中，主體56占據(jù)了電路板50的大部分厚度，并且該主體56優(yōu)選由扁平鋁板構(gòu)成。對(duì)于各單個(gè)觸點(diǎn)60，所述主體56起導(dǎo)熱管的作用，通過絕緣層54從觸點(diǎn)60吸熱，從而傳導(dǎo)熱離開LED32。然而，主體56作為共同導(dǎo)熱管，從所有觸點(diǎn)60吸熱，而不是僅從單個(gè)LED32吸熱。同樣地，在圖示實(shí)施方案中，主體56的表面區(qū)域大約相等于所有單個(gè)觸點(diǎn)60表面區(qū)域的總和。主體56可明顯地比圖示實(shí)施方案所示更大，但為在安裝照明模塊30時(shí)加大多功能性，優(yōu)選其比較緊湊的形狀。另外，主體56比較硬，并且為照明模塊30提供結(jié)構(gòu)支撐。
在圖示實(shí)施方案，主體56用鋁制造，有高的導(dǎo)熱特性，并且在制造中易于加工。然而應(yīng)理解，可以接受具有有利導(dǎo)熱特性的任何材料(如熱導(dǎo)率大于每米每開氏溫標(biāo)(Kelvin)100瓦特(W/m*K))。
在圖示實(shí)施方案，有一對(duì)穿過電路板50而形成的孔70，而且這對(duì)孔適于容納一對(duì)鋁制波普空心鉚釘(pop rivet)72。這對(duì)波普空心鉚釘72將電路板50牢固地保持在導(dǎo)熱安裝部件76上。導(dǎo)熱安裝部件76起散熱片的作用，或與散熱片相連。這樣，熱量從LED32以較小熱阻通過模塊30被傳導(dǎo)到附加散熱片76，從而使LED32中的二極管芯片34的結(jié)溫不超過最大希望值。
現(xiàn)再參照圖3和圖5，電源線78跨接在電路板50的第一個(gè)和最后一個(gè)觸點(diǎn)62、64上，以便給串聯(lián)連接的LED32提供電流。電源優(yōu)選12V的系統(tǒng)，并且可以是AC、DC或任何其它適合的電源。12V的AC系統(tǒng)可以是完全整流的。
小型的LED模塊30具有通用性，從而能將多個(gè)模塊安裝在不同地方和不同結(jié)構(gòu)中。例如，某些應(yīng)用僅包括單個(gè)模塊，用于特殊的照明應(yīng)用，而其它的照明應(yīng)用使用彼此在電氣上并聯(lián)連接的多個(gè)模塊。
還應(yīng)理解，一個(gè)模塊中可以包括任何數(shù)目的LED。例如，某些模塊可使用2個(gè)LED，而其它模塊可使用10或更多個(gè)LED。確定在單個(gè)模塊中包括的LED數(shù)量的方式之一是首先確定所希望的模塊中單個(gè)LED的工作電壓以及電源電壓。于是，希望用于模塊的LED數(shù)量即大致等于電源電壓除以單個(gè)LED工作電壓。
本發(fā)明的LED模塊能從各LED32的二極管芯片34將熱迅速傳導(dǎo)走，從而使LED32能在超過預(yù)封裝LED32的正常工作參數(shù)的狀態(tài)下工作。特別是所述散熱片使LED電路能夠在比可能用于典型LED裝配結(jié)構(gòu)要大的長期電流下，以連續(xù)的無脈沖方式被驅(qū)動(dòng)。該工作電流明顯大于制造商推薦的最大值。LED在所述更大電流下的發(fā)光也明顯大于制造商推薦的最大值。
LED模塊30的導(dǎo)熱裝置，尤其有利于包裝較小的預(yù)封裝LED32和單個(gè)二極管LED燈。例如，圖示實(shí)施方案中使用的HLMT-PL00型的LED燈僅使用了單個(gè)二極管，但由于熱能從單二極管通過導(dǎo)線和電路板被有效吸進(jìn)散熱片，所以，該二極管能在比該LED通常工作時(shí)更大的電流下運(yùn)行。在該電流下，單個(gè)二極管LED發(fā)出的光比許多使用兩個(gè)或更多二極管的LED燈還亮，也比在傳統(tǒng)工作狀態(tài)下的單個(gè)二極管燈亮。當(dāng)然，有多個(gè)二極管的預(yù)封裝LED燈與本發(fā)明的裝配結(jié)構(gòu)一起使用也是有利的。可以理解，通過使散熱片附加在導(dǎo)線上更靠近二極管芯片的位置，HLMT-PL00型燈的較小包裝有助于導(dǎo)熱。
下面參照圖5，第一反射層80優(yōu)選直接附加在電路板50的觸點(diǎn)60的頂上，并且被鉚釘72保持就位。第一反射層80優(yōu)選超過LED32向外延伸。反射材料優(yōu)選包括不導(dǎo)電膜層，如3M供應(yīng)的可見反射膜。第二反射層82優(yōu)選附加在安裝部件76，與LED燈32直接相鄰。第二反射層82優(yōu)選以本領(lǐng)域已知的方式使用粘結(jié)劑粘到安裝面76。
再參照圖6，第一反射層80優(yōu)選彎曲的，以相對(duì)LED32形成凸起的反射導(dǎo)板。這一凸起導(dǎo)板適于將LED32發(fā)出的光線引導(dǎo)向外，而使反射器層80、82之間的最小反射最小。另外，從LED發(fā)出的光，通過反射層80、82而導(dǎo)向某一大體特定的方向。圖6還示出，電路板50可被直接安裝到任何安裝面76。
在另一實(shí)施方案中，鋁主體部分56可以減少厚度，或可以用某種較軟金屬制成，以便用戶能使模塊30至少局部變形。這樣，即可調(diào)整模塊30，以裝到各種表面上而無論其平或是彎曲。由于能就表面調(diào)整模塊的適配，主體和相鄰散熱片之間共有接觸面可以達(dá)到最大，因此改進(jìn)了導(dǎo)熱特性。其它實(shí)施方案可使用緊固件而不是鉚釘，將模塊在安裝表面/散熱片上保持就位。這些其它的緊固件可以包括任何已知的固定手段，如焊接、導(dǎo)熱粘線劑、或其它類似手段。
如上所述，LED模塊的電路板部分可使用不同材料。現(xiàn)具體參照圖7，LED模塊86的另一實(shí)施方案包括一串細(xì)長的平觸點(diǎn)88，類似于那些結(jié)合圖3所說明的。觸點(diǎn)88直接裝在主體部分89上。主體89由基本平的陶瓷板構(gòu)成。陶瓷板組成電路板的大部分，并且為觸點(diǎn)88提供結(jié)構(gòu)支撐。同樣，陶瓷板具有表面區(qū)域，大約相當(dāng)于觸點(diǎn)的組合表面區(qū)域。通過這種方式，該板就足夠大，能為觸點(diǎn)88提供結(jié)構(gòu)支撐并將熱從各觸點(diǎn)88傳走，但又足夠小，使模塊86可以較小而且便于使用。陶瓷板89優(yōu)選不導(dǎo)電，但導(dǎo)熱率高。因此，各觸點(diǎn)88彼此電氣絕緣，但易于將觸點(diǎn)88的熱傳導(dǎo)到陶瓷板89，并且導(dǎo)進(jìn)相鄰散熱片。
現(xiàn)參照圖8，示出另一實(shí)施方案的LED照明模塊90。LED模塊90包括電路板92，該電路板92具有與以上結(jié)合圖3說明的電路板50基本相似的特性。LED96的二極管部分94基本上直接裝在照明模塊90的觸點(diǎn)60上。如此，通過將熱從二極管94直接傳導(dǎo)到各散熱片觸點(diǎn)60，熱從這些散熱片觸點(diǎn)60傳導(dǎo)到主體56再傳出模塊90，即排除了由預(yù)封裝LED導(dǎo)線產(chǎn)生的任何熱阻。在此結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)熱特性得到了進(jìn)一步改善。
參看圖9至圖12，示出LED模塊100的另一實(shí)施方案。如以上所述的LED模塊30，LED模塊100優(yōu)選包括有接觸層52的電路板50、絕緣層54、以及主體層56。接觸層52包括一系列電氣連線和觸點(diǎn)，這會(huì)在以下進(jìn)一步具體說明。絕緣層54使連線和觸點(diǎn)彼此電氣上絕緣。主體層56提供支撐，并且?guī)椭龑?dǎo)熱離開接觸層52和絕緣層54。
如圖9示出的接觸層52的平面圖所示，接觸層52包括6個(gè)觸點(diǎn)60，該觸點(diǎn)60由細(xì)長并且大體平行的導(dǎo)電平板構(gòu)成。5個(gè)LED32的引線40、44附加在觸點(diǎn)60上，從而形成5個(gè)預(yù)封裝LED32的線性陣列，這5個(gè)預(yù)封裝LED32配置成彼此串聯(lián)連接。
第一和第二細(xì)長電源連線102、104大體沿平行的板60的橫向方向伸展，但平行于上述的串聯(lián)陣列。同觸點(diǎn)60一樣，電源連線102、104由導(dǎo)電材料構(gòu)成，并且彼此之間和與觸點(diǎn)之間由絕緣層54絕緣。在相鄰于電路板50的第一和第二側(cè)邊110和112還配備了第二連接部分106。第二連接部分106也通過絕緣層54而與觸點(diǎn)60和電源連線102、104絕緣。
第一連接器連線118伸展在第一觸點(diǎn)62和第一電源連線102的第一端之間。第二連接器連線122伸展在最后觸點(diǎn)64和第二電源連線104的第二端之間。連接器連線118、122使其各自觸點(diǎn)62、64與相應(yīng)的電源連線102、104相電氣連接。
圖10示出的圖與圖9類似，除了在電路板50頂面130選定部分使用薄遮蔽層126之外。圖11是一截面圖，示出模塊100的各層。遮蔽層126覆蓋在觸點(diǎn)60及連線102、104，118、122的某些部分。這些被覆蓋的部分在圖10中以虛線表示。觸點(diǎn)和連線的其它部分留下沒有被覆蓋，以起焊點(diǎn)的作用，從而便于與其它元件電氣連接。遮蔽層126有美觀作用，并且還保護(hù)不用于電氣連接的觸點(diǎn)區(qū)域免受環(huán)境因素的影響。
現(xiàn)繼續(xù)參照圖10和圖11，遮蔽層126部分覆蓋各觸點(diǎn)60。然而，各觸點(diǎn)60具有未覆蓋的連接區(qū)域66并接納相關(guān)LED32的引線40、44。第一個(gè)和最后一個(gè)觸點(diǎn)62、64的連接部分132也沒有被遮蔽層126覆蓋。遮蔽層126部分覆蓋各電源連線102、104。各電源連線102、104的第一端連接部分134配備在最靠近電路板50第一側(cè)邊110的一端。類似地，各電源連線102、104的第二端連接部分134配備在最靠近電路板50第二側(cè)邊122的一端。遮蔽層126在連接部分134、136上沒不覆蓋電源連線。第一和第二柔性導(dǎo)體，如導(dǎo)線114、116(見圖19)可連接到連接部分134、136，以供電給LED陣列。
再參照圖12，膠帶層140加在LED模塊100的底面142。如圖所示，膠帶140優(yōu)選伸展橫跨底面142，并從電路板50相對(duì)的第一和第二側(cè)邊110、112向外伸展，形成膠帶140的第一和第二翼或耳狀物144、146。膠帶140最好有延展性并易于彎曲。膠帶140上有背襯148。背襯148能被揭開以露出膠帶層，而且通過使模塊100牢固地保持就位在所希望的表面上的方式，而將所述膠帶/模塊貼在該表面上。
反射層80也最好附加在電路板50上。反射層80優(yōu)選通過在遮蔽層126和反射板80之間起作用的膠帶，保持在電路板50上。反射層80優(yōu)選以上述方式伸展在LED32之上。
再參照圖13和圖14，膠帶140將模塊固定100在平面或曲面76上。在曲面情況下，如果所述模塊不能有效彎曲以繼續(xù)保持模塊與曲面的接觸，則膠帶的翼或耳仍能夠使該模塊牢固地附在所述曲面上。當(dāng)然可以理解，膠帶層140可以配有或者不配有耳狀物144、146，并且，耳狀物也可具有任何所希望的大小和形狀。
如前所述，LED模塊100有良好的導(dǎo)熱性。膠帶140優(yōu)選具有補(bǔ)充模塊導(dǎo)熱性的特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，膠帶140包括其上涂有導(dǎo)熱粘結(jié)劑的鋁帶。所述鋁帶能貼合曲面或波面，并且還能有效地將熱從模塊傳導(dǎo)到其所附加到的表面。當(dāng)模塊100固定在彎曲的散熱片表面76(如圖14所示)，或者模塊電路板50大部分沒有直接接觸曲面時(shí)，這一點(diǎn)具有特殊價(jià)值。在此情況下，熱從電路板50經(jīng)耳狀物144、146而傳導(dǎo)到散熱片76。
在另一實(shí)施方案，LED模塊的主體用可彎曲材料制成，這使該模塊能夠更緊密、更方便地貼合到彎曲壁的表面。
如上所述，具有上述實(shí)施方案特性的LED模塊能被用在許多實(shí)際用途上，例如室內(nèi)外裝飾照明、商業(yè)照明、局部照明，甚至是房間照明。還能將這種LED模塊用在使用多個(gè)這種模塊的實(shí)際用途上，以適當(dāng)點(diǎn)亮發(fā)光裝置，如管路照明裝置160(見圖15)。管路照明裝置常用于包括界線及文字在內(nèi)的標(biāo)記。在這些裝置中，壁構(gòu)件以壁中的一個(gè)或多個(gè)管路而描繪出希望照明的形狀。光源裝在所述管路里，并且，一般將一個(gè)平面透明散射體設(shè)置在壁的頂邊，以封閉管路。通過這種方式，即可通過由鏡片和/或LED的顏色定義的所希望顏色，來照明所希望的形狀。
現(xiàn)參照圖15，公布一種管路照明裝置160的實(shí)施方案，該照明裝置包括“P”形殼體162。殼體162包括多個(gè)壁164和一個(gè)底166，共同界定至少一個(gè)管路。壁164和底166的表面是散射反射的，最好用平坦白色涂層涂覆。壁164優(yōu)選用堅(jiān)實(shí)耐用、有較高導(dǎo)熱性的金屬制成。在圖示實(shí)施方案，多個(gè)LED照明模塊30以間隔方式裝在殼162的壁164上。透明光散射鏡(未示出)優(yōu)選放在壁164的頂邊168，并且封閉管路。
現(xiàn)再參照圖16，用波普鉚釘72(或任何其它緊固方法)將LED模塊30牢固地保持在管路裝置的壁164上。模塊30與壁164的連接優(yōu)選有助于將熱從模塊30傳導(dǎo)到壁164。管路壁有較大的表面區(qū)域，有利于有效地將熱傳到環(huán)境，并且使管路壁164能起散熱片的作用。
現(xiàn)繼續(xù)參照圖15到圖17，在圖示裝置160中，LED模塊30優(yōu)選與其它模塊30彼此在電氣上并聯(lián)連接。電源線170優(yōu)選通過殼體162的一個(gè)壁164或底面166進(jìn)入，并且，優(yōu)選包括兩條18AWG的主線172。短線174裝在各模塊30的第一個(gè)和最后一個(gè)觸點(diǎn)62、64，并且，優(yōu)選使用絕緣位移連接器(insulation diaplacement connector，IDC)176與各自的主線172相連，如圖17所示。
盡管所述模塊30中的LED32工作在比典型預(yù)封裝LED大的電流下，但仍保留LED的功率效率特性。例如，使用多個(gè)LED模塊的管路照明裝置160可預(yù)計(jì)使用的功率約為4.5瓦。
仍參照圖17，最好將所述LED模塊30放置得使LED32面大體向下，引導(dǎo)光離開散射體。光優(yōu)選被引到殼體162的散射反射壁和底面164、166。通過將光引離散射體，避免了與更直接形式的照明(如典型的白熾及充氣燈裝置)相關(guān)的“過熱點(diǎn)”。
LED模塊30的反射器80、82幫助引導(dǎo)發(fā)自LED的光線朝向散射反射表面。然而可以理解，還可適當(dāng)使用不利用反射器的、或僅利用第一反射器80的LED模塊30。
各LED模塊相對(duì)低的外形有助于間接方法照明，因?yàn)?，模塊在其被放在壁164上時(shí)，基本上沒有陰影產(chǎn)生。較高輪廓的照明模塊可能將陰影投射到透鏡上，產(chǎn)生所不希望的、可見的昏暗區(qū)域。為將潛在的陰影減到最小，希望使模塊30和附屬電線172、174與壁164的頂邊168隔開至少約1/2英寸距離。更可取的是令模塊30與壁164的頂168隔開1英寸以上LED模塊30的小尺寸和低外形使模塊能沿管路壁164被安裝在各種地方。例如，參照圖15和圖18，照明模塊30有時(shí)必須安裝在壁164的彎曲部分178。圖示模塊30長約1英寸到 英寸，并因此能容納安裝于彎曲壁178上。
圖15所示的實(shí)施方案中，殼體壁164深約3到4英寸，壁之間的管路寬約3到4英寸。在這一尺寸的裝置中，模塊30最好間隔開約5到6英寸。如可以預(yù)見的，較大的管路裝置很可能會(huì)需要略微不同的LED模塊方案，包括使用更多的LED模塊。例如，管路寬1到2英尺的管路照明裝置可以在兩個(gè)壁上都使用LED模塊，甚至可使用多排LED模塊。另外，在這種大型管路照明裝置中，各模塊的方位可以變化。例如，可能希望使某些LED模塊傾斜，從而以不同的相對(duì)于散射反射表面的角度引導(dǎo)光。
為避免產(chǎn)生過熱點(diǎn)，最好避免從LED32到散射體的直接光路。然而應(yīng)理解，可便利地使有散射反射鏡的預(yù)封裝LED燈指向管路文字鏡(channel letter lens)。
單個(gè)LED一般發(fā)出單色光。因此，最好相對(duì)于照明裝置希望的照明顏色選擇LED類型。另外，如果使用散射體，散射體最好選擇與LED基本相同的顏色。這樣的方案有助于希望的亮度和顏色結(jié)果。還應(yīng)理解，可涂覆散射反射壁和底面，從而與希望的照明顏色相匹配。
使用LED模塊30來照明管路照明裝置160，在制造過程中節(jié)約顯著。例如，可將若干LED模塊與相應(yīng)的布線和硬件包括在一個(gè)組件中，使技術(shù)人員能夠通過簡單地沿殼體壁將模塊固定就位并適當(dāng)使用IDC或類似方式連接布線，而方便地組裝照明裝置。無需像充氣燈泡所要求的那樣，對(duì)于光源進(jìn)行常規(guī)的成形。因此制造難度和成本顯著降低。
當(dāng)然應(yīng)理解，具有任何上述或下述LED模塊實(shí)施方案特性的LED模塊都能用于用這樣一種管路照明裝置，或者類似裝置。
現(xiàn)參照圖19和圖20，以上參照圖9至圖14所述的LED模塊100的電氣連線102、104配置成通過簡單使用一對(duì)較短的導(dǎo)線114、116(這對(duì)導(dǎo)線位于各模塊100的電氣連線102、104之間)，并將導(dǎo)線114、116在電氣連線連接部分134、136上焊接到位，就能方便地使多個(gè)模塊100彼此連接。這樣，就將多個(gè)LED模塊100用導(dǎo)線連接在一起，形成了電氣上并聯(lián)結(jié)構(gòu)中其相應(yīng)的LED串聯(lián)陣列。
現(xiàn)繼續(xù)參照圖19，導(dǎo)線114、116優(yōu)選具有相同長度。因此，多個(gè)模塊100能被導(dǎo)線連接在一起，形成模塊的串或鏈。因?yàn)閷?dǎo)線114、116長度相同，所以，長串模塊便于連續(xù)地成批生產(chǎn)產(chǎn)品。最好在通常位于電路板50相對(duì)側(cè)上的連接部分134、136，使導(dǎo)線連接到模塊100。通過這種方式，模塊100與相關(guān)的柔性導(dǎo)線114、116就基本上在縱向?qū)R。這種方案提供了導(dǎo)線對(duì)電路板50的牢固接連。
現(xiàn)參照圖21至圖23，如圖19和圖20的實(shí)施方案中所示的用導(dǎo)線連在一起的多個(gè)模塊100，能被放進(jìn)給料器180里，從而能非常方便和快速地將模塊100裝進(jìn)燈具，如管路文字(channel letter)160。
具體參照圖21和圖22，給料卷軸182可配有繞在卷軸184上的多個(gè)這種預(yù)封裝LED模塊100。為將LED模塊100裝進(jìn)管路文字160或其它裝置中，工作人員只要簡單地將管路文字放在LED模塊的卷軸182旁，拉出第一個(gè)LED模塊100，并通過其背膠層而將該模塊固定就位在所述管路文字的壁164上。隨該模塊從給料器拉出，相鄰連接的模塊也被從給料器拽出。因此，一旦安裝了一個(gè)模塊100，與這第一個(gè)模塊用導(dǎo)線預(yù)連在一起的另一模塊100也準(zhǔn)備就續(xù)，等待被裝到管路文字壁上，如圖22所示。就這樣，工作人員順序安裝這些預(yù)封裝LED模塊100，而給料卷軸182如所需要地分發(fā)模塊。
當(dāng)安裝了適當(dāng)數(shù)量的LED模塊100時(shí)，工作人員簡單地剪斷導(dǎo)線114、116，將已安裝的LED模塊同仍在給料卷軸182上的LED模塊斷開。隨后，將已安裝模塊的導(dǎo)線114、116接到電源186上，如圖20所示。這種安裝方法速度非?？?。工作人員無需進(jìn)行焊接，并且，布線非常少。
圖23示出用于分發(fā)多個(gè)LED模塊的另一方法和裝置。在這一實(shí)施方案中，提供了盒式給料器190或其它類型的給料器，以重疊曲折的型式將多個(gè)用導(dǎo)線連接在一起的LED模塊100放在其中。需要時(shí)從該給料器拽出LED模塊100，并且，隨其被拽出而在盒式給料器190內(nèi)展開。
可以理解，對(duì)于圖21及圖23的實(shí)施方案，都能配置按尺寸制造的給料器180，以保持足夠的LED模塊100來提供及滿足許多管路文字160(或其它形式的照明裝置)的照明需要，從而使這類裝置的生產(chǎn)高效而簡便。這種給料器能容納任何所需數(shù)量的模塊。例如，卷軸能以這種方式按尺寸被制成容納50、100、1000或更多個(gè)模塊，使得這些互連的模塊不至被纏住。
雖然給料器180圖示為卷軸182或盒190，但應(yīng)理解，能夠使用任何形狀或形式的給料器。在另一實(shí)施方案中，這一連串導(dǎo)線連接的模塊能自行卷繞，而不是繞在卷軸上。
雖然優(yōu)選的模塊100使用膠帶來將模塊固定在表面，但應(yīng)理解的是，上述分發(fā)方案可用于不通過膠帶，而通過其它方式(如鉚釘、螺釘、膠、環(huán)氧樹脂等)固定的模塊。
在圖18所示的實(shí)施方案中，供電線114、116直接焊在電氣連線連接部分134、136上。應(yīng)理解，在其它實(shí)施方案中，可在連線上配有連接器，而且導(dǎo)線自身可帶有連接件，以與配備在LED模塊上的所述連接器相匹配。例如，圖23示出LED模塊，帶有置于其上的模塊連接器192。連接器192的引線194用焊錫連接到第一和第二電氣連線102、104上。就這樣，連接器192電氣連接到觸點(diǎn)60上。連接器192的安裝部分196接合并焊接在觸點(diǎn)連接部分132及輔助連接部分106上，從而更牢固地將連接器192固定到LED模塊100上。模塊連接器192適于與配對(duì)的導(dǎo)線連接器198接合。所述導(dǎo)線連接器198附加在供電線114、116上。因此，在連接器192、198接合的情況下，即運(yùn)用了所希望的電氣并聯(lián)方案。在使用連接器的實(shí)施方案中，通過在需要時(shí)組裝模塊和導(dǎo)線部件，并簡單地通過所述連接器來將這些部件連接起來，即可組裝管路文字或其它照明裝置。
盡管結(jié)合特定優(yōu)選實(shí)施方案和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明可超過具體描述的實(shí)施方案范圍，擴(kuò)展到其它可選的實(shí)施方案、和/或?qū)Ρ景l(fā)明的使用、以及其明顯的改進(jìn)及等同方案。另外，盡管已詳細(xì)表示并描述了若干變例，但其它處于本發(fā)明范圍內(nèi)的改進(jìn)，在本公開的基礎(chǔ)上，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。還可進(jìn)行所述實(shí)施方案具體特性和方面的各種組合或分組合而仍屬本發(fā)明范圍內(nèi)。另外，應(yīng)可理解，上述實(shí)施方案的各種特性及方面，可彼此組合或相互替換，從而形成所公開的模塊結(jié)構(gòu)和方法的不同形式。因此，本發(fā)明范圍不應(yīng)受限于上述特定的公開實(shí)施方案，而應(yīng)僅由所附權(quán)利要求書所確定。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括多個(gè)適于安裝在導(dǎo)熱元件表面上的照明模塊，各照明模塊包括多個(gè)發(fā)光二極管(LED)；多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)，每個(gè)所述LED至少與一個(gè)所述觸點(diǎn)電氣連接，其連接方式使得所述LED在所述模塊相對(duì)的第一和第二邊之間形成串聯(lián)陣列；一絕緣層，具有第一側(cè)和第二側(cè)，所述觸點(diǎn)連接到所述第一側(cè)；其中，每個(gè)所述模塊進(jìn)一步包括一膠帶層，該膠帶層適于將所述模塊緊固在一導(dǎo)熱元件的表面，使得熱從所述模塊通過該膠帶而被導(dǎo)入所述導(dǎo)熱元件。
2.如權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中模塊主體包括所述觸點(diǎn)和絕緣層以及一對(duì)柔性粘結(jié)件，該柔性粘結(jié)件從所述模塊主體的第一和第二邊伸展，用于將所述模塊主體緊固到一表面上。
3.如權(quán)利要求2的照明系統(tǒng)，其中所述柔性粘結(jié)件由導(dǎo)熱膠帶構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2的照明系統(tǒng)，其中所述柔性粘結(jié)件由導(dǎo)熱粘結(jié)劑構(gòu)成，使得熱從所述模塊通過該柔性粘結(jié)件被導(dǎo)入所述導(dǎo)熱元件。
5.如權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述絕緣層的第二側(cè)導(dǎo)熱連接的導(dǎo)熱膠帶層，該導(dǎo)熱膠帶層適于將所述模塊固定到所述導(dǎo)熱元件的表面。
6.如權(quán)利要求5的照明系統(tǒng)，其中每個(gè)模塊包括一主體層，配置在所述膠帶層和所述絕緣層之間。
7.如權(quán)利要求5的照明系統(tǒng)，其中所述膠帶層包括所述粘結(jié)劑層。
8.如權(quán)利要求7的照明系統(tǒng)，其中所述膠帶層包括一金屬薄層。
9.如權(quán)利要求8的照明系統(tǒng)，其中所述金屬薄層由鋁構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中所述多個(gè)模塊相互電氣連接，使得其LED串聯(lián)陣列以并聯(lián)方式排列。
11.如權(quán)利要求10的照明系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一給料器，其中在所述給料器中放置有多個(gè)互連的模塊。
12.如權(quán)利要求11的照明系統(tǒng)，其中所述給料器包括一卷軸，而且所述多個(gè)互連模塊繞所述卷軸纏繞，纏繞方式使得所述互連的模塊能從所述卷軸展開。
13.如權(quán)利要求11的照明系統(tǒng)，其中所述多個(gè)互連模塊在所述給料器中以彎曲堆疊的形式放置，從而能從所述給料器連續(xù)地取下所述互連模塊。
14.如權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中，第一導(dǎo)電電源連線和第二導(dǎo)電電源連線被置于所述絕緣層的第一側(cè)，第一個(gè)所述觸點(diǎn)電氣連接到所述第一連線而第二個(gè)所述觸點(diǎn)電氣連接到所述第二連線，該第一觸點(diǎn)電氣連接到所述LED串聯(lián)陣列的正引線上，而該第二觸點(diǎn)電氣連接到所述LED串聯(lián)陣列的負(fù)引線上。
15.如權(quán)利要求14的照明系統(tǒng)，其中所述第一和第二電源連線是細(xì)長的，并且大體平行于所述LED串聯(lián)陣列放置。
16.如權(quán)利要求15的照明系統(tǒng)，其中將柔性導(dǎo)體附加到所述各模塊細(xì)長的第一和第二電源連線的一般相對(duì)的端部，使得所述各模塊的第一和第二電源連線分別電氣連接到其它各模塊的第一和第二電源連線上。
17.如權(quán)利要求14的照明系統(tǒng)，其中多個(gè)模塊相互電氣連接，連接方式使得第一模塊的第一和第二電源連線電氣連接到第二模塊的第一和第二電源連線上。
18.如權(quán)利要求17的照明系統(tǒng)，其中所述第一和第二模塊通過第一導(dǎo)線(伸展于所述模塊的第一連線之間)和第二導(dǎo)線(伸展于所述模塊的第二連線之間)連接。
19.如權(quán)利要求17的照明系統(tǒng)，其中在每個(gè)所述第一和第二模塊上配置一連接器，與各自模塊上第一和第二連線電氣連接；而且配置一對(duì)導(dǎo)線，在該對(duì)導(dǎo)線的端部帶有導(dǎo)線連接器，該導(dǎo)線連接器適于與所述模塊連接器匹配接合。
20.如權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中所述絕緣層由Thermagon環(huán)氧樹脂構(gòu)成。
21.一種照明系統(tǒng)，包括多個(gè)適于安裝在導(dǎo)熱元件表面上的照明模塊，各照明模塊包括多個(gè)發(fā)光二極管(LED)；多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)，每個(gè)所述LED至少與一個(gè)所述觸點(diǎn)電氣連接，其連接方式使得所述LED在所述模塊上形成串聯(lián)陣列；一絕緣層，支撐所述模塊；其中所述模塊電氣互連，使得每個(gè)模塊串聯(lián)陣列在電氣上并聯(lián)于其它模塊串聯(lián)陣列；其中所述互連的模塊放置在一給料器中，使得所述互連模塊的選定部分可從該給料器連續(xù)地分發(fā)并從其上取下。
22.如權(quán)利要求21的照明系統(tǒng)，其中每個(gè)所述模塊包括膠帶層，適于將所述模塊緊固在導(dǎo)熱元件的表面，使得熱從所述模塊通過該膠帶而被導(dǎo)入所述導(dǎo)熱元件。
23.如權(quán)利要求21的照明系統(tǒng)，其中所述給料器包括線盤，而且所述互連的模塊繞該線盤纏繞。
24.如權(quán)利要求21的照明系統(tǒng)，其中所述給料器包括一外殼，并且，所述互連的模塊放置在該外殼中互相重疊，從而在所述外殼中形成了模塊的彎曲堆疊。
25.如權(quán)利要求21的照明系統(tǒng)，其中所述絕緣層由Thermagon環(huán)氧樹脂構(gòu)成。
26.一種將多個(gè)照明模塊安裝在一導(dǎo)熱表面上，使得熱從所述模塊被導(dǎo)入所述導(dǎo)熱表面的方法，包括提供多個(gè)彼此連續(xù)地電氣連接的照明模塊，每個(gè)模塊包括多個(gè)發(fā)光二極管(LED)；多個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)，每個(gè)所述LED至少與一個(gè)所述觸點(diǎn)電氣連接，其連接方式使得所述LED形成串聯(lián)陣列；一絕緣層，具有第一側(cè)和第二側(cè)，所述觸點(diǎn)連接到所述第一側(cè)；其中，每個(gè)模塊串聯(lián)陣列以電氣上并聯(lián)的方式與其它模塊串聯(lián)陣列連接；提供一給料器，將該給料器配置為容納多個(gè)互連的模塊；從所述給料器中拽出連續(xù)的模塊；將所述模塊用導(dǎo)熱膠帶連續(xù)地安裝到所述導(dǎo)熱表面。
27.如權(quán)利要求26的方法，其中每個(gè)所述模塊包括一粘結(jié)層，而且還包括令各模塊的所述粘結(jié)層與所述導(dǎo)熱表面相接合，使得熱從所述模塊通過所述粘結(jié)層被導(dǎo)入所述導(dǎo)熱表面。
28.如權(quán)利要求26的方法，其中，每個(gè)模塊包括一導(dǎo)熱膠帶層，而且該膠帶層包括一對(duì)柔性膠帶件(該柔性膠帶件從所述模塊的相對(duì)邊伸展)，并且還包括使所述柔性膠帶件與所述導(dǎo)熱表面相接合。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中所述導(dǎo)熱膠帶層包括薄而柔的鋁層。
30.如權(quán)利要29的方法，其中所述導(dǎo)熱膠帶層包括一導(dǎo)熱粘結(jié)層。
31.一種生產(chǎn)照明系統(tǒng)的方法，包括提供多個(gè)發(fā)光二極管(LED)模塊，每個(gè)LED模塊帶有多個(gè)配置為串聯(lián)陣列的LED；在每個(gè)LED模塊的一側(cè)加以一膠帶層，并使所述膠帶越過所述模塊的相對(duì)邊而向外伸展；通過使用柔性導(dǎo)體電氣連接相鄰模塊，形成線性的一連串LED模塊；通過將所述模塊繞成卷或者以彎曲方式折疊所述模塊，將所述線性的一連串模塊緊湊地封裝起來。
32.如權(quán)利要求31的方法，其中所述膠帶包括粘結(jié)劑層。
33.如權(quán)利要求31的方法，其中所述膠帶由導(dǎo)熱材料構(gòu)成。
34.如權(quán)利要求31的方法，其中所述膠帶包括薄而柔的金屬層。
全文摘要
提供了一種模塊化發(fā)光二極管(LED)裝配結(jié)構(gòu)，包括光源模塊，帶有配置為串聯(lián)陣列的多個(gè)預(yù)封裝LED。模塊包括導(dǎo)熱主體部分，適于將LED產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到相鄰散熱片。導(dǎo)熱粘結(jié)膠帶將LED模塊粘貼在安裝表面。結(jié)果，LED能夠工作在比通常所允許的要高的電流下。因此，LED的亮度和性能增強(qiáng)，而LED的壽命沒有降低。多個(gè)LED模塊能以基本連續(xù)的方式用導(dǎo)線連在一起，并且裝進(jìn)給料器，如卷盤或盒。因此，如要安裝多個(gè)這種LED模塊，只需工作人員簡單地按需要從給料器將模塊拉出，將適當(dāng)數(shù)量的模塊固定就位，并將組裝的模塊接至電源。
文檔編號(hào)H05K1/02GK1393653SQ0210799
公開日2003年1月29日 申請日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
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