CN101223676B - Led串灯引擎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种串灯引擎(10)，包括：支撑多个LED(40)的支撑件(42)、多个IDC连接器以及绝缘的柔性导线(12)。每个IDC连接器(58)与多个LED中的至少一个电连通并且可操作地机械连接至多个LED中的至少一个。IDC连接器附着至导线。过模制壳体(10)至少基本围绕支撑件(42)以及导线(12)的一部分。

Description

LED串灯引擎
背景技术
LED串灯引擎(string light engine)用于多种应用，例如用作特色照明、建筑照明等。已知的柔性LED串灯引擎的外形(即，高度和宽度)太大，以使难以将这些已知串灯安装在一些环境中。
LED串灯引擎也用于槽形字(channel letter)中。通常，槽形字具有五英寸的槽深(can depth)，该深度是槽形字后壁与半透明盖之间的距离。为了照明槽形字，串LED灯引擎附着至后壁并且将光引向半透明盖。为了优化效率，通常，在半透明盖上能觉察到暗点之前，将LED彼此间隔得尽可能远。而为了不产生暗点，将LED彼此间隔得足够近，从而当光柱图案接触半透明盖时，每个LED产生的光柱图案与相邻LED重叠。因此，以通常既没有亮点也没有任何暗点的均匀方式照明半透明盖。
槽形字也可制造成具有较浅的槽深，诸如大约两英寸。通常，较小的槽形字也具有较小的槽宽。如果将用以照明较小槽形字的相同串灯引擎用来照明较大的槽形字，那么，因为光柱图案重叠部分并不像光柱图案接触半透明盖处那么大，所以可能会觉察到亮点。
发明内容
在一个实施例中，串灯引擎包括导线、第一支撑件、第二支撑件、第一IDC连接器、第二IDC连接器、第一LED、第二LED、第一过模制(overmold)壳体以及第二过模制壳体。在该实施例中，导线是柔性且绝缘的电导线。第一支撑件和第二支撑件的每一个均包括介电层和电路。第二支撑件与第一支撑件沿导线长度方向间隔开。第一IDC连接器和第二IDC连接器的每一个分别远离第一支撑件和第二支撑件而延伸。每个IDC连接器与相应支撑件的电路电连通(communication)。每个IDC连接器包括插入导线中以在导线与相应电路之间提供电连接的终端。第一LED安装至第一支撑件并且与第一支撑件的电路电连通。第二LED安装至第二支撑件并与第二支撑件的电路电连通。第一过模制壳体至少基本围绕第一支撑件以及导线的邻近第一支撑件的一部分。第二过模制壳体至少基本围绕第二支撑件以及导线的邻近第二支撑件的一部分。
制造串灯引擎的方法的实例包括以下步骤：将第一LED组件连接至绝缘导线；将第二LED组件连接至绝缘导线；在至少第一LED组件的一部分以及绝缘导线的一部分上过模制第一壳体；以及在至少第二LED组件的一部分以及绝缘体的一部分上过模制第二壳体。每个LED组件包括支撑件、安装至相应支撑件的LED以及可操作地紧固于相应支撑件的IDC连接器。
薄且具有小外形(low profile)的串灯引擎的实施例包括多个LED、多个IDC连接器以及绝缘的柔性导线。每个IDC连接器与该多个LED中的至少一个电连通并且与多个LED中的至少一个可操作地机械连接。该导线包括至少两条引线。IDC连接器插入该导线中。该导线包括第一部分，在该第一部分处，IDC连接器被插入其中该至少两条引线大致位于第一平面中的该导线中。该导线还包括沿导线长度方向与第一部分间隔开的第二部分。在第二部分处，该至少两条引线位于第二平面内。该第二平面相对于该第一平面成除180°以外的角度。
附图说明
图1是串灯引擎的透视图；
图2是图1串灯引擎的部件的分解透视图；
图3是在串灯引擎上过模制壳体之前图1串灯引擎的组装视图；
图4是图1串灯引擎的组件的透视图；
图5是图4组件的仰视图；
图6是图4组件的端视图；
图7是图1串灯引擎的电源导线的俯视图。
具体实施方式
参考图1，柔性LED串灯引擎10通常包括柔性电源导线12和沿该导线长度方向附着的LED模块14。串灯引擎10是柔性的，因此其可以被弯曲并形成多种理想的形状，从而可以适合于例如槽形字，并且可用于多种不同环境。图1仅描述了可以沿着比图1所示距离大得多的距离延伸的灯引擎的一部分。串灯引擎10可以制造成具有数英尺或数米长的长度。在一个实施例中，灯源(下面将更详细地描述)彼此相对紧密地间隔，以提供理想的光柱重叠图案。将串灯引擎10构造成以便易于以下面将详细描述的方式来弯曲。
所示实施例中的电源导线12包括三条导电引线(conductorwire)：正(+)导电引线20、负(+)导电引线22以及串联导电引线24。因此，可以沿电源导线12串联/并联布置LED模块14。可以提供较少或较多条引线。所述实施例中的引线是22号线规(gage)，但是也可以使用其它尺寸的引线。导电引线20、22和24被绝缘材料26围绕。
在所示实施例中，电源导线12在相邻LED模块14之间是连续的，从而整个电源导线12不会断开或以其它方式终止，以利于LED模块与电源导线之间的机械连接或电连接。与在将电源导线连接至LED模块时使该电源导线终止的灯引擎比较，连续的电源导线12加快了灯引擎10的制造。
电源导线的引线20、22和24可以被描述成大致位于沿电源导线长度方向的不同位置处的平面中。参考图2，电源导线位于邻近每个LED模块的第一或原始弯曲平面28中。如图2所示，电源导线12包括扭曲部30，在所述实施例中，该扭曲部是四分之一转扭曲(twist)，从而使电源导线位于其中LED模块附着于电源导线12的第二或连接平面32中。在可替换实施例中，扭曲部30可以不是四分之一扭曲；相反地，扭曲可以更小，在该更小的扭曲中，两个平面28和32彼此可以仅成除180°之外的角度。电源导线12的构造使得LED串灯10能够沿着与初级弯曲平面28成角度的方向容易地弯曲。这是因为，由于与连接平面32中电源导线的宽度等于电源导线12的总宽度的情况相比较，初级弯曲平面28中电源导线的宽度等于导电引线与围绕着的绝缘材料的直径，所以在初级弯曲平面28中弯曲电源导线12所需的力较小。扭曲部30使得能够将较小外形的LED模块附着至电源导线12。换言之，与已知串灯引擎相比较，每个LED模块14的高度和宽度可以较小。
沿着电源导线长度方向间隔的LED模块14附着至电源导线12。在所述实施例中并且如图3所示，每个LED模块14包括附着至电源导线12的组件38。参考图4，组件38包括位于支撑件42上的至少一个LED 40(示出两个LED)，在所示实施例中，该LED是表面安装型LED，该支撑件是印刷电路板(“PCB”)。在所示实施例中，安装至电源导线12的印刷电路板42具有相似尺寸(参考图3)；但是，位于每块PCB上的电路以及安装至每块PCB的部件可以不同。焊盘44设置在每块PCB 42的上介电表面上。每个LED40的引导部(lead)46电连接至焊盘44。
LED驱动器48安装于一些印刷电路板42的上表面上。LED驱动器48与LED 40电连通(communication)。电阻器52也安装在一些印刷电路板42的上表面上。电阻器52也与LED 40电连通。在所述实施例中，一些PCB 42不具有电阻器和LED驱动器而一些PCB则不是这样(参考图2和3)。因此，位于每个PCB 42之上的将LED40和电源导线12相互连接的电路是不同的。在所述实施例中，向PCB提供两种不同的引线构造：一种PCB引线构造具有电阻器和LED驱动器，而一种PCB引线构造没有电阻器或LED驱动器。
在可替换实施例中，其上安装有LED的支撑件可以是柔性(flex)电路或其它类似支撑件。而且，安装至支撑件(花线电路或PCB)的LED可以包括板上芯片安装型LED和通孔连接型LED。同样，可以在支撑件上安装包括可调节电压的器件的其它电子器件，该电压为LED温度或环境温度的函数。此外，包括电阻器、LED驱动器、以及任何温度补偿电子器件的这些电子器件可位于与LED电连通但并不位于支撑件上的部件上。
再参考如图4所示的实施例，IDC连接器58从支撑件42的下表面悬垂。在所述实施例中，IDC连接器58机械地紧固于支撑件42，该支撑件用于将IDC连接器可操作地连接至LED 40。尽管IDC连接器被示出为直接附着于支撑件42，但是其它元件或部件可以介于这两者之间。当IDC连接器58附着于电源导线12时，支撑件42位于与连接平面32(图2)大致平行的平面中。
参考图5，在所示实施例中，IDC连接器58包括多个IDC终端。第一串联IDC终端60从支撑件42的下表面悬垂，并且通过印刷在支撑件42的上介电层上的电路(未示出)与LED 40电连通。第二IDC终端62与第一IDC终端60间隔，并且也从支撑件42的下表面悬垂。第二串联IDC终端62也与LED 40相连通。第一和第二串联IDC终端60和62穿过围绕串联引线24的绝缘材料26，以提供LED 40与串联引线之间的电连接。在该实施例中，IDC连接器58还包括设置在第一串联终端60与第二串联终端62之间的绝缘屏障64。
负IDC终端66也从支撑件42的下表面悬垂。类似于第一串联IDC终端60和第二串联IDC终端62，负IDC终端66经由设置在支撑件42的上介电表面上的电路与LED 40电连通。负IDC终端66取代围绕负引线22的绝缘材料，以提供LED 40与负引线之间的电连接。正IDC终端68也从支撑件42的下表面悬垂。正IDC终端68经由设置在支撑件42上表面上的电路与LED 40电连通。正IDC终端68取代围绕正引线20的绝缘材料，以在LED 40与正引线之间提供电连接。在所示实施例中，每个IDC连接器58具有相同电构造。基于安装在支撑件上的电子部件，附着有连接器58的支撑件42具有不同的电构造。例如，用于一个连接器的IDC终端可以与位于一些支撑件42上的电阻器52和/或LED驱动器48电连通。
再参考图4，IDC连接器58还包括具有介电侧壁72的IDC连接器壳体70，该介电侧壁在所示实施例中由塑料制成并且沿着与IDC终端大致相同的方向从支撑件42的相对侧悬垂。如图5和图6所示，IDC终端60、62、66和68设置在侧壁72之间。参考图6，侧壁72彼此间隔，以限定被构造成隐蔽地容纳电源导线12的槽74。电源导线座76沿着与IDC连接器和侧壁72大致相同的方向从支撑件42的下表面悬垂。座76包括三个弯曲凹口(recess)，每个凹口用于电源导线12的每条导线。突出部78从每个侧壁72延伸出，以便于将IDC连接器壳体70附着至IDC盖80(图2)。每个侧壁72还包括形成在每个突出部78的相对侧上的垂直脊(ridge)82。垂直脊82也便于将IDC连接器壳体70附着至IDC盖80。制动件84在每个垂直脊82的上端部处从每个侧壁72向外延伸。制动件84进一步从每个侧壁72延伸超出垂直脊82。
如图2所示，IDC盖80包括限定向上延伸的电源导线座88的底(base)壁86，该电源导线座包括用于容纳电源导线12的各条引线的弯曲部。电源导线座88的弯曲部与IDC连接器壳体70的电源导线座74的弯曲部对齐。侧壁90从IDC盖80的底壁86的相对侧向上延伸。每个侧壁90包括开口92，该开口被构造成容纳从IDC连接器壳体70的每个侧壁72向外延伸出的突出部78。内垂直凹槽94形成在每个侧壁90的内表面上，以容纳形成在IDC连接器壳体70的侧壁72上的垂直脊82。凹槽96形成在IDC盖80的每个侧壁90中，以容纳形成在IDC连接器壳体70上的制动件84。
通过将支撑件按压入电源导线12中，支撑件42附着于电源导线12，从而IDC终端60、62、66和68取代围绕电源导线的每条引线的绝缘材料26。然后，朝向支撑件42按压盖80，从而突出部78锁入凹槽92中，以将每个支撑件42固定于电源导线12。将突出部78制作出斜面(ramp)，以便于进行此连接。当支撑件被附着至电源导线12时，支撑件位于与连接平面32大致平行的平面中。
再参考图1，过模制壳体110至少基本上围绕每个支撑件42以及导线12的邻近每个支撑件的部分。过模制壳体包括开口112，通常被透镜覆盖的每个LED 40的上表面延伸穿过该开口。因此，在所述实施例中，过模制壳体110没有完全封装支撑件42和LED 40；但是，如果期望的话，该壳体可以覆盖LED40，尤其是如果壳体由可传输光的材料制成的话。每个过模制壳体110还包括凹槽114，该凹槽形成于过模制壳体中，以在过模制期间支撑该支撑件42，这将在以下详细描述。
在所述实施例中，张力消除(strain relief)件116设置在邻近的过模制壳体110之间，且围绕电源导线12。张力消除件116包括围绕电源导线12并被开口122分隔的多个环118。这些张力消除件被构造成以便限制过模制壳体110外部的导线12上的任何力传输给电源导线12的设置在过模制壳体内的部分。这是为了限制IDC连接器58上的应力，从而保持支撑件42与IDC连接器之间的良好机械连接和电连接。
安装元件124连接至从张力消除件116延伸出的电源导线12。在所示实施例中，安装元件124包括限定开口128的环126，该开口的尺寸形成为以便容纳紧固件(未示出)。安装元件124可采用以使灯引擎10能够附着至安装表面的可替换结构。而且，灯引擎10可以经由粘附于电源导线12或过模制壳体110的粘结剂安装至安装表面，也可以以其它传统方式安装至安装表面。
为了组装灯引擎10，冲压电源导线12的串联引线24，以沿电源导线12在预定位置处形成狭槽140(图7)。扭曲电源导线12(见图2)。将每个支撑件42以及所附的IDC连接器壳体70和IDC终端60、62、66和68设置成使得每个IDC连接器壳体的连接器绝缘屏障件64(图5和6)被设置在狭槽140内并且这些IDC终端接触电源导线12的相应导电引线。然后，将IDC盖80安装于IDC连接器壳体70之上，从而电源导线12完全位于电源导线座74和88的每个中。然后，在支撑件42和邻近支撑件的电源导线12上形成过模制壳体110。
参考图1，在一种方法中，两个相邻的壳体110以及相互连接的张力消除件116连同安装件124形成为一体式单元。可以将两个相邻支撑件42插入模具中，并将热塑性材料(例如热塑性弹性体)注入模具中以形成过模制壳体110。代替弹性体(即，固化后具有柔韧性的材料)，过模制壳体也可以采用硬橡胶或其它适合的材料。当使用上述注射模制热塑性塑料工艺时，通常在5-35kpsi之间的压力下并且在140-500℃范围内(典型地，在大约140-230℃之间)的温度下注射热塑性材料。然后，冷却热塑性塑料并将该热塑性材料从模具中去除。可替换地，可以使用液体注射模制工艺和/或铸造工艺形成该过模制壳体。也可将电源导线12和组件38穿过挤压机，从而在该组件和该电源导线上挤压过模制壳体。
在其他实施例中，可以对整个串灯引擎10或其实质部分进行过模制。用于制造过模制壳体的热塑性材料可以是不透明的。如上所述，每个LED 40的上表面没有被覆盖；但是，在其中过模制壳体由可传输光的材料形成的可替换实施例中，每个LED的上表面可以被覆盖。过模制壳体110提供支撑件42与电源导线12之间的进一步机械连接，并且用作屏蔽设置在过模制壳体内的组件的屏障。过模制壳体110还提供对LED模块14的热量处理(thermalmanagement)。与没有壳体相比较(已经发现这种情况降低了对周围环境的热阻抗)，过模制壳体110增加了LED模块的表面面积。
已经参照一些实施例描述了串灯引擎以及制造该串灯引擎的方法。当阅读和理解该详细描述时，可以对所述实施例进行修改和替换。本发明不仅仅局限于上述那些实施例；相反，本发明由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种串灯引擎，包括：
柔性绝缘电导线；
第一支撑件，包括介电层和电路；
第一IDC连接器，远离所述第一支撑件延伸并且与所述第一支撑件的电路电连通，所述第一IDC连接器包括插入所述导线中以在所述导线与所述第一支撑件的所述电路之间提供电连接的终端；
第一LED，安装在所述第一支撑件上并且与所述第一支撑件的所述电路电连通；以及
第一过模制壳体，至少基本围绕所述第一支撑件以及所述导线的邻近所述第一支撑件的一部分。
2.根据权利要求1所述的灯引擎，还包括：
第二支撑件，包括介电层和电路，所述第二支撑件沿所述导线的长度方向与所述第一支撑件间隔开；
第二IDC连接器，远离所述第二支撑件延伸并且与所述第二支撑件的电路电连通，所述第二IDC连接器包括插入所述导线中以在所述导线与所述第二支撑件的所述电路之间提供电连接的终端；
第二LED，安装在所述第二支撑件上并且与所述第二支撑件的所述电路电连通；以及
第二过模制壳体，至少基本围绕所述第二支撑件以及所述导线的邻近所述第二支撑件的一部分。
3.根据权利要求2所述的灯引擎，其中，所述第一支撑件和所述第二支撑件中的至少一个包括印刷电路板。
4.根据权利要求2所述的灯引擎，其中，所述第一支撑件的电路与所述第二支撑件的电路在电方面不同，而所述第一IDC连接器与所述第二IDC连接器具有相同的电构造。
5.根据权利要求2所述的灯引擎，其中，所述第一过模制壳体和所述第二过模制壳体中的至少一个包括张力消除件，所述张力消除件被构造成限制位于所述壳体外侧的所述导线上的任何力传输至所述导线的设置在所述壳体内的部分。
6.根据权利要求2所述的灯引擎，进一步包括连接至所述导线、所述第一过模制壳体和所述第二过模制壳体中的至少一个的安装元件。
7.根据权利要求2所述的灯引擎，其中，所述第一过模制壳体和所述第二过模制壳体形成为一体式单元。
8.根据权利要求1所述的灯引擎，其中，所述导线包括扭曲部，从而使得所述导线的沿所述导线长度方向与所述第一支撑件间隔开的第一部分位于第一平面中，而所述导线的插入有所述第一IDC连接器的终端的第二部分位于大致垂直于所述第一平面的第二平面中。
9.根据权利要求8所述的灯引擎，其中，所述第一支撑件位于大致平行于所述第二平面的平面中。
10.根据权利要求1所述的灯引擎，其中，所述第一IDC连接器机械连接至所述第一支撑件。
11.根据权利要求1所述的灯引擎，其中，所述导线包括第一导电引线、第二导电引线和第三导电引线。
12.根据权利要求11所述的灯引擎，其中，所述第一IDC连接器包括接触所述第一导电引线的第一终端、接触所述第二导电引线的第二终端、接触所述第三导电引线的第三终端以及接触所述第三导电引线的第四终端。
13.根据权利要求12所述的灯引擎，进一步包括设置在所述第三终端与所述第四终端之间的绝缘屏障。
14.根据权利要求1所述的灯引擎，其中，所述第一过模制壳体包括热塑性弹性体材料。
15.一种制造串灯引擎的方法，所述方法包括以下步骤：
将第一LED组件连接至绝缘导线，所述第一LED组件包括支撑件、安装至所述支撑件的LED以及可操作地紧固至所述支撑件的IDC连接器，其中，所述LED组件经由所述IDC连接器连接至所述导线；
将第二LED组件连接至所述绝缘导线，所述第二LED组件包括支撑件、安装至所述支撑件的LED以及可操作地紧固至所述支撑件的IDC连接器，其中，所述LED组件经由所述IDC连接器连接至所述导线；
至少在所述第一LED组件的一部分以及所述绝缘导线的一部分上过模制第一壳体；以及
至少在所述第二LED组件的一部分以及所述绝缘导线的一部分上过模制第二壳体。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括扭曲所述导线的步骤。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述过模制步骤中的至少一个包括：注射模制用以形成所述壳体的热塑性材料、液体注射模制用以形成所述壳体的材料、铸造用以形成所述壳体的材料或者挤压用以形成所述壳体的材料。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括邻近所述第一壳体形成张力消除件，其中，所述张力消除件被适配为限制所述第一壳体外侧的所述导线上的力传输至所述导线的位于所述第一壳体内的部分。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述过模制步骤中的至少一个包括在除了所述LED的上表面之外的整个所述第一LED组件上以及所述绝缘导线的一部分上过模制所述壳体。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述导线上形成安装元件或者形成与所述壳体中的至少一个成为一体的安装元件，所述安装元件被构造成容纳用于将所述灯引擎安装至相关表面的相关紧固件。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述过模制步骤包括注射模制热塑性材料、液体注射模制材料、铸造材料或者挤压材料，以将所述第一壳体和所述第二壳体形成为一体式单元。
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