CN101868815A - 用于柜式标牌的led照明系统 - Google Patents

Abstract

一种照明系统，大体上包括多个电互连的模块。每个模块均包括：支撑体；位于支撑体上的电路；至少两个发光二极管(“LED”)，位于支撑体上并且电连接到电路；以及外壳，位于支撑体上方，用来覆盖电路。位于支撑体的第一表面上的第一LED在第一大体方向上发光，安装于支撑体的第二表面上的第二LED在与第一大体方向相反的第二大体方向上发光。

Description

用于柜式标牌的LED照明系统

背景技术

大型柜式标牌，也被称作箱式标牌，通常使用荧光灯管和镇流器作为照明系统。如图1所示，标牌壳体12和半透明面板14限定了空心外壳(hollow enclosure)，荧光灯管16和镇流器(未示出)安装于外壳内。荧光灯管16照亮前面板和后面板，但荧光灯管照明有它的缺点。

荧光灯管从中心轴以360度方式发光。从灯管的顶部和底部发出的光通常被浪费，不能很好地朝向半透明面板反射。这降低了系统的效率。

以百分之五十的灯已烧坏时来计算，使用荧光灯照亮的箱式标牌的照明系统的寿命通常是大约12,000小时。如果能提高用来照亮箱式标牌的照明系统的寿命，那将会是令人满意的。

高强度放电(HID)灯具(lamp fixtures)也已用在大型标牌中。HID灯通常包括透镜，这些透镜设置在各装置上方，以使光优选地越过每个面板的背面传播。然而，高强度放电灯在低温下易于意外变暗。类似地，荧光灯在较低温度下损失效率和功效。

发明内容

本申请描述了一种用来照亮柜式标牌(也被称作箱式标牌)的照明系统，该照明系统均匀地照亮箱式标牌的半透明面板，并且提供已知的荧光灯和HID灯系统不具备的延长的寿命和增强的鲁棒性。这个照明系统大体上包括多个电互连的模块。每个模块均包括：支撑体；位于该支撑体上的电路；至少两个发光二极管(“LED”)，位于支撑体上并电连接到电路；以及壳体，位于支撑体上方，用来覆盖电路。位于至少一个支撑体的第一表面上的第一LED在第一大体方向(general direction)上发光，安装于至少一个支撑体的第二表面上的第二LED在与第一大体方向相反的第二大体方向上发光。

附图说明

图1是已知的箱式标牌的透视图，一部分的半透明面板被去除，以示出标牌中的内部元件。

图2是可以用来照明图1中所示标牌的照明系统的部分去除的透视图。

图3是图2中所示照明系统的LED模块的透视图。

图4A和图4B是沿着图2中的线4-4截取的视图。

图5是用于图2中所示照明系统的端盖的下透视图。

图6是图5中所示端盖的上透视图。

图7是图5中所示端盖的顶平面图。

图8是用于照亮箱式标牌的照明系统的LED模块的前透视图。

图9是图8中所示LED模块的后透视图。

图10是一个模块连接到另一个模块之前两个LED模块的端部的透视图。

图11是连接图8和图9中所示LED模块的多个端盖的透视图。

图12是示出用于照亮箱式标牌的照明系统中的LED模块连接到另一个LED模块的前视图。

图13是图12中所示连接的后视图。

图14是用于照亮箱式标牌的照明系统的另一实施例的特写(close-up)视图。

图15是用于照亮箱式标牌的照明系统的另一可替代实施例的特写视图。

图16是照明系统在“未装配(knocked-down)”形态下的特写视图。

图17至图19公开了将照明系统安装于箱式标牌中的步骤。

图20是用于照亮箱式标牌的照明系统的另一可替代实施例的示意图。

图21示出了图20中所示的“未装配”照明系统。

图22是用于照亮箱式标牌(诸如图1中所示箱式标牌)的系统的示意图。

图23是沿着图22中的线23-23截取的横截面图。

图24是用于照亮箱式标牌的LED照明系统的可替代实施例的示意图。

图25是用于制造图22和图24中所示LED系统的制造过程的示意图。

图26是用于照亮箱式标牌的系统的可替代实施例的示意图。

图27是沿着图6中的线27-27截取的横截面图，然而，只有一条(strip)图26中所示的LED系统在图27中示出。

图28是用于照亮箱式标牌的照明系统的平面图，该箱式标牌具有用于照明系统的每个LED和镜片组合所示的示例性光束图案。

图29是箱式标牌中所示照明系统的示意性垂直剖视图，其中照明系统不包括光束分散镜片(optic)。

图30是照明系统的另一示意性垂直剖视图，该照明系统在与图29中示意性示出的箱式标牌相同的箱式标牌中包括镜片。

图31是用于照明系统中的透镜的透视图。

图32是图31中所示透镜的顶平面图。

图33至图35是图31中所示透镜的侧视图。

图36是图31中所示透镜的仰视图。

图37是用于照亮柜式标牌的照明系统的一侧的透视图。

图38是图37中所示照明系统的另一侧的透视图。

图39是图37中所示照明系统的一部分的平面图。

图40是图37中所示照明系统的端部侧视图。

具体实施方式

参考图2，所示的LED照明系统20能够照亮图1中所示的柜式标牌10。照明系统20能够安装到柜式标牌10的壳体12内，照亮标牌的前面板和后面板。照明系统20包括多个电互连的模块(参见图3)。参考图4A和图4B，每个模块均包括：支撑体24(图4A中所示的单片式支撑体和图4B中所示的两片式支撑体)；电路(不可见)，位于至少一个支撑体上；至少两个相对的LED 26和28，位于支撑体的各一侧上，并电连接到电路；以及壳体32，位于支撑体上方，用于覆盖电路。为了简洁起见，将详细地说明图4A中所示的实施例，其中，图4A和图4B之间的差别是相关的，将讨论这些差别。照明系统20也包括电连接模块22的至少一个柔性电导体34。如图4所示，柔性(或刚性)电导体34包括通过绝缘覆盖物42彼此电绝缘的第一导线36和第二导线38。返回来参考图2，照明系统还包括刚性脊，该刚性脊在图2所示的实施例中是与模块22相连的管状构件44。脊44比便于模块相对于彼此固定的柔性电导体34更具刚性。在管状构件的每个端部处，端盖46与管状构件44连接，并且这些端盖构造成用于与标牌壳体12(图1)连接。

参考图4A，支撑体24是双面印刷电路板(“PCB”)。图4B示出的支撑体24是彼此背对背地放置的两块单面PCB。在图4A中，支撑体24是双面FR4 PCB，具有形成于第一表面52和第二表面54上的彼此平行的铜迹线。铜迹线(不可见)大到充当LED 26和28的散热器，以消散LED产生的热量。第一LED 26，或者多个LED(参见图2和图3)，安装在第一表面52上，并且在由箭头56指示的第一大体方向上发光。第二LED 28，或者多个LED(参见图2和图3)，安装在第二表面54，并且在与第一大体方向相反的第二大体方向58上发光。第一LED 26照亮柜式标牌10的第一(前)面板，并且第二LED 28照亮柜式标牌10的第二(后)或者相对的面板。参考图3，每个模块22上的第一LED 26(以及第二LED 28)与另一个第一LED 26间隔距离d(中心到中心)。另外，当柔性电导体34被充分地拉紧，一个LED模块22的第一LED 26(和第二LED 28)与邻近LED模块22的第一LED 26之间的距离也是距离d(中心到中心)。从而，照亮箱式标牌10的前(或后)面板的LED在平行于照明系统的纵向轴线62(图2)的方向上彼此均匀地隔开。

返回来参考图4A，每个LED均包括与相应LED相关的光束分散镜片，以便相对于与LED垂直的轴线分散LED发出的光。例如，第一折射镜片66安装于LED 26上方，第二折射镜片68安装于LED28的上方。镜片66和68分散来自相应LED 26和28的光使其远离图4A所示的相应轴线56和58。关于这方面的更详细说明在下面提供。此外，其它的镜片，例如反射镜片，也能用来分散来自相应LED的光。

所示实施例中的壳体32是保护PCB上的电路的上模制(overmolded)壳体。该上模制壳体能够由导热塑料制成，该导热塑料能有助于散热。如图4A中所示，上模制壳体32也包围位于PCB 24上方的柔性电导体34。可以设置可替代的壳体布置，诸如双面吸塑(claim-shell)壳体。

继续参考图4A，管状构件44包括可从第二区段74上拆下以提供到模块22的通路的第一区段72。在横截面图中示出的管状构件44大体上是椭圆形的，但管状构件44的横截面能采用其他构造，例如圆形或者方形。在所述实施例中，管状构件44的第一区段72绕轴线76或轴线78枢转脱离第二区段74，上述两条轴线都基本平行于管状构件44的最长尺寸，并且基本平行于纵向轴线62(图2)。在所示实施例中，第一区段72包括基本以轴线76为中心的第一圆柱状末端部分82和基本以轴线78为中心的第二圆柱状末端部分84。第一圆柱状末端部分82收纳在形成于第二区段74的一端处的第一C形承窝(socket，轴孔)86中，第二圆柱状末端部分84收纳在形成于第二区段74的第二相对端处的第二C形承窝88中。这些圆柱状部分82和84卡入相应的承窝86和88中，以将第一区段72连接到第二区段74。当相对的C形承窝与相应圆柱状末端部分分离时，第一区段72能够相对于第二区段74绕着轴线76和78中的一个枢转。

在图4A所示实施例中是管状构件44的脊还包括凸块92和94，这两个凸块限定将模块22收纳在其中的通道96。限定通道96的外侧凸块92和94之间设置有中间凸块98。形成于每个LED模块22的壳体32上的掣子102接触中间凸块98，以使LED模块22相对于管状构件44对准，从而使LED 26和28在相反的方向上照亮。管状构件44的第一区段72还包括下凸块104(按照图4A中所示的方向)，该下凸块有整体成形的凸缘106，该凸缘还与LED模块22的相应壳体接合，从而对准管状构件44内的LED模块并且连接LED模块和管状构件。凸块92还包括朝向模块延伸的远端凸起108，从而使凸块92弯曲(flexes)，以便为凸块92和凸块94之间的模块22建立过盈配合(interference fit)。

管状构件44能由透明或半透明材料制成。因此，管状构件44至少能包括半透明区段，从而允许来自LED的光从管状构件逸出。管状构件还能包括与LED对准的槽或者开口110，以允许光不必经过管状构件44逸出。开口110避免了光穿过管状构件时的光损失。半透明区段和/或开口(图2只示出了一个)将处于与轴线56和58相交的管状构件的区域中，这允许来自LED 26和28的直接(非反射)光逸出管状构件。管状构件44能进一步地分散从LED 26和28发出的光。例如，半透明区段能由可以使光线漫射的材料制成，或者半透明区段可制成具有透镜特性。

如图5中更清晰地所示，端盖46包括具有平面安装面114的基座112。锥形区段116远离基座延伸，并且大体椭圆形区段118远离锥形区段116延伸。参考图6，端盖46的椭圆形区段118限定凹部(recess)122。凹部122收纳管状构件44。在垂直于照明系统20的纵向轴线62(图2)截取的横截面中，凹部122的构造不是圆形的，而是在横截面上类似于管状构件44。细长突出物124从大体椭圆形区段118向内延伸到凹部122中，以接合管状构件44并建立过盈配合。凹部122和大体上椭圆形区段118的构造选择成与它所收纳的管状构件44的横截面构造相匹配。如果管状构件的形状改变，则椭圆形区段118的形状也可改变。

参考图7，基底壁(base wall)126限定凹部122的下表面，并包括柔性电导体34(图2)能够穿过的开口128。大体椭圆形区段118成形为限定构造成收纳管状构件44的第二区段74的C形承窝86或88(参见图4A)的凹处(pocket)132。这为照明系统20提供了另一个标引(indexing)特征，以对准LED 26和28，从而它们照亮箱式标牌中相对的箱板。设置两个凹处132，从而端盖46可以设置在管状构件44的任一端部上。基底壁126还将凹部122与由基座114和锥形区段116限定的空腔134(图5)隔开。空腔134大到足够覆盖安装于标牌壳体12的内侧的普通荧光灯插口。

端盖46提供了用来将照明系统20连接到柜式标牌壳体12的连接器。在改进的设置中，端盖46能设置在普通荧光灯插口上方，以覆盖荧光灯插口。安装面114是平面的，从而很好地附接于壳体12，并且设置穿过基座112的紧固件开口136，以便将端盖46附接于标牌壳体。在锥形区段116内靠近开口128处穿过中间壁126设置开口138，以允许柔性电导体34通过该开口138，从而形成电连接。大体上椭圆形区段118内设置有带槽开口142。带槽开口142具有平行于照明系统20纵向轴线62的长轴(参见图2)。这允许调整凹部122内的管状构件44以适于标牌壳体内的凸起差。通常管状构件的长度是大约八英尺，并且通常标牌壳体的长度是大约八英尺。能够设置其它长度的管状构件。带槽开口142收纳用于将端盖46连接到管状构件44的紧固件。通过开出主轴平行于照明系统20的纵向轴线62的槽，在通过将紧固件插入带槽开口142中而将管状构件紧固于端盖46之前，带槽开口142允许管状构件44在凹部122中平行于纵向轴线移动。

作为设置带槽开口的替代，将收纳管状构件44的凹部122与空腔134隔开的中间壁126则设置成高于荧光灯插口，中间墙可偏置或弹簧加载，以便在照明系统安装于柜式标牌中时，在管状构件插入凹部中然后管状构件44压在相对的端盖46上时，中间墙能够移动。

图1至图7中所述的照明系统20是可缩减的。换句话说，相邻的LED模块22并联，从而模块的长度能够减少到适于长度或高度小于八英尺的标牌。在所示实施例中，LED照明系统20具有一英尺的可缩减解决方案(resolution)。

管状构件44具有一般荧光灯管的外貌。通常，用来照亮柜式标牌的荧光灯管的长度是八英尺。通过将端盖46设置于普通荧光灯管插口上方，将管状构件插入覆盖荧光灯插口的端盖中，之后将柔性电导体34连接到为照明系统供电的供电装置，图2中所示的照明系统可插入具有八英尺长的荧光灯的标牌中。能够设置其它长度的管状构件。管状构件是刚性的，从而其能够容易地操作并安装到普通柜式标牌中。刚性的管状构件还对于风载荷(wind loading)有用，因为管状构件中的光源(LED)在风暴中不会移动或摇动。

返回来参考图3，LED模块22能够形成为薄的细长的平行六面体形状，其具有两个较大的平面表面，例如前表面与后表面，与限定平行六面体LED模块的剩余表面相比，这两个表面具有更大的表面面积。如下面将示出和讨论的，LED模块能采用多种可替代构造。矩形开口144贯穿每个模块。这些开口提供了材料节省并且可以包括埋头附接孔。

LED 26可以是任意的普通LED。LED 26设置在LED模块的两侧上，例如前侧和后侧，其中，一些LED面向一个方向，一些LED面向相反的方向。换句话说，多个LED面向前以照亮柜式标牌(诸如图1中所示标牌)的前半透明面板，并且多个LED面向后以照亮后面板。返回来参考图4A，PCB 24(或具有用于将电输送到LED的电路的类似支撑体)可以是具有设置在第一(向前)表面和第二(向后)表面上的LED的双面PCB。

PCB 24的向前侧的LED 26可以与向后侧上的LED对准，例如垂直于PCB且经过板的前侧上的LED也经过板的后侧上的LED的线。换句话说，LED模块22的向前侧上的LED能与LED模块的向后侧上的LED偏移或交错。当与刚性脊(如管状构件44)连接时，LED能沿平行于纵向轴线62(图2)的轴线对准。使用的LED也可以是多色(诸如红色/绿色/蓝色)LED组，从而为柜式标牌创造多色效果或者特殊背景色特性。还能在模块内部进行控制，以根据标牌所有者对于周围环境条件或者一天内的时刻的要求或者根据至观看者(viewer)的信号来改变颜色。而且，控制器还能用来根据对于周围环境亮度的要求使标牌变暗，以进一步地节省能源，这是荧光灯难以实现的。所用LED能与存在于标牌面板上或者其中的磷光材料结合使用，以为标牌的正面创造特殊的颜色。

返回来参考图4A，所示的PCB 24是双面印刷电路板。在此构造中，电路印刷在PCB的两个较大平面表面上。此外，PCB能够是金属芯印刷电路板(“MCPCB”)，该金属芯印刷电路板使电绝缘材料沉积在PCB的每个较大平面表面上，从而金属芯夹在绝缘层之间。作为设置PCB来为每个LED模块中的LED提供电连接的替代，可以设置柔性电路或者简单的电线来为LED供电。另外，LED能安装到印刷布线板(单面，例如图4B，或者双面)，该印刷布线板在美国申请序列第11/784,639号中更具体地说明，该申请包括在此以供参考。

继续参考图4A，壳体32保护电路以及LED。壳体能封装PCB。用于LED的开口能够是漏斗形或者圆锥形，从而为LED提供反射表面。制成壳体的材料可以是反射材料。LED附近的反射材料还能够是做成设计的单独的反射器，或者是反射器与镜片的组合，从而优选地散射来自LED源的光，以增加光束散射，并且在较少源的情况下提高面板照亮均匀性。此外，透镜能设置在LED的顶部上方，以便为更宽的重叠改变光学图案。

尽管图2中没有示出，如果不包括脊(管状构件44)(系统看上去将类似于图2所示的系统)，壳体32能形成有允许模块容易地附接于能够安装在柜式标牌内的水平梁以及垂直梁的安装特征(参见美国临时申请序列第60/973,009号)。安装特征能包括一组吊耳，每个吊耳均具有用于紧固件的开口。上吊耳上的紧固件开口能与水平线相交，并且上吊耳中的每个开口能与下吊耳中的开口沿垂直线对准。

在没有脊的另一实施例中，柔性电导体34能与LED模块22电互连和机械互连。导线38、42(图4)能与每个模块中的每个PCB24上的电路互连。该导线能焊接到相应PCB或者能经由绝缘位移连接器(IDC)端子或者其它类似连接来附接。壳体32能模制在绝缘材料上方，以便保护电线和每个电连接器免受自然环境影响。电线38、42连接到驱动LED 22的电源(未示出)。电源也可设置在组件内，以在本地电力公司提供的110/220/277/480伏交流电下工作，而无需将墙体插座电压转换为单元外的低压直流电的单独模块。因为箱式标牌中有如此多的LED，LED系统能在不需要单独模块的情况下适应压降。

图8至图11示出了柜式标牌的照明系统的一个可替代实施例。每个LED模块160能连接到与标牌壳体12连接(图1)的梁(垂直梁或水平梁)。图8和图9中示出的LED模块160的元件与图4A中所示的元件相似，因为每个模块均包括多个安装到双面PCB(不可见，但与PCB 24相似)的LED 162，该双面PCB具有印刷在PCB上的电路。每个模块还包括覆盖PCB的壳体164。可替代地，两块单面PCB能背对背地设置。每个模块160都是细长的，但与图3中所示的大体上是平的不同，每个模块的前后表面(即具有最大表面面积的表面)是弯曲的。壳体包括开口166，LED 164穿过该开口发光。每个LED开口166附近能形成有凹陷，以便为LED提供反射表面，促使LED以所需的图案朝向柜式标牌的半透明面板发光。比较图8(前视图)和图9(后视图)可看到，每个LED模块均包括面向前方和面向后方的LED。因此，每个LED模块中的PCB可以是双面印刷电路板，或者能设置两块印刷电路板，这两块PCB中的每块均只在一面上具有LED。

每个LED模块160还包括安装特征。参考图8，穿过能包括埋头孔的孔开口168，能够从前表面穿过LED模块延伸到后表面，从而紧固件或螺钉172(图9)能穿过模块插入。平的长圆形垫圈174能收纳紧固件172，以便提供用于将模块160安装到标牌壳体中的安装梁(未示出)的平的区域。

图8至图10中所示的LED模块设计减少了装配LED照明系统时的线连接。如图10所示，LED模块能扣合在一起。参考图9，每个LED模块均在第一端包括凸出部件(male portion)180，所述凸出部件收纳在邻近模块的第二端处的凹入部件182中。凸出部件180包括装配到邻近LED模块160的槽186(图9)的榫舌184。参考图10，凸出部件180还包括具有凸起192的弹性调整片(resilienttab)188，该凸起装配到邻近LED模块160的凹入部件182中的相应形成的开口194中。在再次向上弯曲之前，凸起的前向倾斜表面促使调整片在插入槽186时向下弯曲，从而凸起能收纳在开口184中。榫舌184上形成的电触点196与邻近LED模块160的凹入部件182中的电连接器(不可见)连接，以使一个LED模块的电路与另一个LED模块的电路电连接。

参考图11，设置连接到柔性电连接器202的端盖200，从而为LED模块160的LED 162提供电连接。端盖200具有与每个LED模块160的凹入部件182相似的电和机械构造(可替代地可具有凸出构造)，以便凸出部件180能插入端盖200中，从而为每个LED模块提供电连接。电导体202连接到每个端盖中的电导体，从而在电源(未示出)和每个模块之间提供电连接，其中，这些电导体与每个LED模块的每个凹入部件182中的电导体相似。柔性电导体202可以与图3中所示的电导体34相似。每个端盖的壳体能围绕着电连接器的绝缘覆盖物而上模制。

图12和图13示出了LED背光系统的另一实施例。LED模块210连接到与柜式标牌的壳体连接的水平或者垂直梁B(垂直梁在图12和图13中示出)。每个LED模块210均包括与上面说明的LED模块相同的基本元件。因此，每个LED模块210均包括多个LED212。一些LED面向一个方向(向前)，而一些LED面向相反的方向(向后)。LED 212安装到PCB，或者其它能携带电源的支撑体。如果使用PCB，它可以是上面所述的双面PCB。而且，每块在一面上具有印刷电路的两块PCB彼此紧靠，因此电路设置在LED模块210的相反面上。

每个LED模块还包括覆盖PCB和相应电路的壳体214。壳体214具有前表面和后表面。LED开口216形成在前表面和后表面中。从LED 212发出的光从LED模块210的前表面和后表面发出。

每个LED模块210均包括大体上半圆形构造的榫舌220，该榫舌包括中间设置的开口222。每个LED模块210还包括半圆形凹陷(depression)224，该凹陷构造成用于收纳半圆形榫舌220。因此，榫舌220和凹陷224能采取可替换的构造；然而，榫舌相对凹陷的互补构造通常是理想的。开口226在凹陷224的区域中穿过LED壳体延伸，从而与榫舌220中的开口222对准。开口222和226在榫舌220插入凹陷224中时彼此对准，从而紧固件228可用于将LED模块210附接于垂直梁B(可替代地可以是水平梁)。由于每个LED模块210均包括半圆形调整片和半圆形凹陷，LED模块能绕着大体上垂直于LED模块的前后表面且与中间LED对准的轴线旋转，因此半圆形榫舌能与邻近LED模块中对应的半圆形凹陷对准。如图13中更清晰地所示，半圆形凹陷224的相对侧上的某一位置的每个LED模块的后侧具有大体上平面表面230，以促使LED模块210附接到梁B，并且使LED模块正在附接或者附接到梁上时不会摇动。

LED模块也通过与上面所示的柔性电导体相似的电线232彼此机械地和电地连接。因此，电线232与每个LED模块210的PCB的电路电连通，并且能经由焊接或者IDC端子或者相似类型的电和机械连接而连接到PCB。此外，在制造LED模块时，柔性电导体232的电绝缘材料也能在壳体214邻近上模制。

参考图14，示出了LED模块240的可替代实施例。LED模块240与上面所示的那些相似，因为其包括多个配置在模块的相对侧(前侧及后侧)上的LED 242。每个LED模块240均能包括PCB和配置在PCB上的电路，从而为LED供电。可替代地，每个LED能配置在柔性电路(flex circult)上或者简单地用电线彼此电连接。

每个LED模块均包括壳体244，其覆盖印刷电路板和为LED242提供电连接的任何电路。与上面所示的实施例相似，壳体能被看作具有前表面，其中，LED大体上平行于该前表面配置，从而LED照亮柜式标牌的前面板。每个LED模块240还包括后表面和大体上与后表面平行地对准的LED 242，从而照亮柜式标牌的后面板。与上面所述实施例相同，可以配置一个以上的PCB，每个PCB都具有配置在相反表面上的电路，以便为每个LED模块的前LED和后LED提供光，或可设置双面印刷电路板。

每个LED模块240均设置有多个连接构件。第一组连接构件允许邻近LED模块在大体上垂直于每个LED模块的最长尺寸(长度)的方向上彼此偏离。在所示实施例中，多个弹性调整片246布置在壳体244的前表面或后表面中任一者或者两者上。更特别地，对于所述实施例，连接调整片246成对布置并构造成与构件(link)248配合。每个构件均包括邻近构件的第一(上)端的第一(上)开口252和多个第二(下)开口254。图14中示出的实施例中，五个下开口254与最高开口252隔开地垂直设置。每个第二(下)开口254均能相应于所需间隔，从而位于目标LED模块正上方或正下方的LED模块与连接到上开口252的目标LED模块偏离所需尺寸。在所示例子中，下开口254彼此偏离1/2单位(厘米或英尺)。此外，这套调整片246从大体上平面表面256伸出，该表面在大体上与每个LED模块240的长平行的方向上具有等于构件248的宽度的尺寸。从而，构件很好地装配到还大体上限定凹部的这个平面表面中。构件248上的搭扣(snap)在水平对准的LED模块之间提供了垂直间隔。在柜式标牌内设置有水平梁时，这些还能提供水平间隔。

每个LED模块240还包括通孔260，该通孔通过整个模块延伸，并且可能地通过模块内的任何PCB延伸，以允许模块240附接于柜式标牌内的垂直(或水平)梁。通孔260还能靠近平面表面262设置，这使到梁的连接更容易。每个模块及其PCB能类似地安装到柜式标牌内提供支持以及来自LED系统的能量的热耗散的结构，以有助于从LED导出的热量的热管理。

每个LED模块240还包括在LED模块的一端处配置有开口268的榫舌266以及第二榫舌272和配置在相对端处的一对倒钩274。倒钩274从榫舌272的平面表面大体上垂直延伸，并且构造成经由搭扣配合而被收纳在第一榫舌266的开口268中，从而附接邻近的LED模块240。因此，邻近模块之间只设置有机械连接。与上面所述的相似的电线或电导体能够与LED模块电互连。电连接器还能连接到相关电源，从而为LED模块供电。LED模块240可与不同长度的LED模块和多个构件一起运送到现场。

图15和图16示出了形成用于照亮柜式或箱式标牌的LED照明系统的元件的LED模块290的另一实施例。LED模块290与上面所述的LED模块大体相同，其中其包括PCB和多个位于LED模块的相反侧上的LED 291。如图15中所示，每个LED模块290彼此咬合在一起。然而，这一实施例只设置机械连接，而不是机械连接和电连接。更特别地，每个LED模块290均在一端处包括榫舌292并且在相对端处包括定义在相对调整片296之间的凹槽294。当榫舌292收纳在凹槽294中时，榫舌292上的圆形凸起298收纳在每个调整片296中的相应开口302内。凸起298倾斜。

每个LED模块壳体306还能包括吊耳308，每个吊耳均包括收纳线构件314的开口312，从而将一个LED模块290进一步机械连接到邻近LED模块。LED模块能够如图16中所示的那样“未装配”和包装。LED模块290使用与上面所述的类似的柔性电导体304而电连接在一起。

图17示出了将LED模块320附接于在梁中具有多个槽S的垂直梁B。LED模块320与上面所述的那些相似，其中它们每个都包括PCB(不可见)、印刷电路板的每面(或者两个PCB)上的用来照亮柜式或箱式标牌的相对面的LED 322以及覆盖PCB的壳体324。壳体324形成有装配到垂直梁B中形成的槽S的调整片326。LED 320附接到梁B在图17至图18中逐步地示出。

每个LED模块320还在一端处形成有装配到邻近LED模块的另一端处的凹入区段336(图19)中的凸出区段334，从而将模块附接在一起。类似于参考图10所述实施例的电触点也可设置在该配置中。作为替换，用于每个LED模块的壳体可具有装配到具有凸缘的梁中的翼形件。

参考图20，公开了包括多个LED模块400的LED背光系统。LED模块400与上面所述的那些相似但以示意方式示出。每个模块均包括多个LED 402。LED 402能面向向前方向或者向后方向(图20是平面图，因此面向后向方向的LED不可见)。LED 402能彼此等距离地隔开。邻近LED之间等距离布置有连接位置404，该连接位置用“+”示意地示出。该连接可简单地是穿过LED模块延伸的通孔。该连接也可以与图14中所示的连接相似，除了允许LED模块相对于彼此旋转，这将在下面更详细地说明。

参考图21，图20中所示的连接(linkage)可压缩或“未装配”，以便于装运LED背光系统。因此，LED背光系统与能够容易地装配在柜式标牌中的四杆机构相似。图21还示出了附接于图20中所示的未装配的照明系统的安装环410。与图20中所示的相似的多个照明系统能够彼此附接，从而照亮大的柜式标牌。“半”面板能够以大体上三角构造设置。

参考图22，用来照亮箱式标牌(诸如图1所示的柜式或箱式标牌)的照明系统通常包括LED模块510、与至少一些LED模块互连的脊512、与LED模块互连的柔性电导体514，以及电源516。LED照明系统安装于箱式标牌内并且照亮半透明面板，诸如图1中所示的半透明面板14。利用LED而不是荧光灯管作为光源来设置如下系统：该系统能够朝向面板引导系统产生的几乎所有光，这提高了效率。

参考图23，用于背光系统的LED模块510能采用不同的构造，其例子在上面做了更具体的说明。每个LED模块510均大体上包括多个安装在具有印刷电路(未示出)的PCB 522上的发光二极管(“LED”)520。壳体524覆盖PCB 522、电路，并且如果需要，也覆盖某些LED 520。壳体524中设置有开口526，以允许源自LED520的光射向柜式或箱式标牌的半透明面板。

LED模块510能够以薄且细长的平行六面体形状形成，其具有两个较大平面表面，例如前表面和后表面，与限定平行六面体LED模块的剩余表面相比，这两个表面具有更大的表面面积。

LED 520可以是任意的普通LED。LED 520设置在LED模块的两侧上，为简便起见称之为前侧和后侧。当LED照明系统设置在箱式标牌中时，LED模块的前侧上的LED照亮箱式标牌的前半透明面板，而LED模块的后侧上的LED照亮LED箱式模块的后半透明面板。壳体524中的LED开口526能形成和定形成提供反射面，从而将从LED 520发出的光朝向将由LED照明的半透明面板的期望位置引导。开口526的形状设计成在箱式标牌中垂直地且水平地适于邻近LED之间的间隔，以便对系统将照亮的半透明面板提供均匀的照亮。印刷电路板522的前侧上的LED 520可以与印刷电路板的后侧上的LED对准。

参考图23，PCB 522可以是双面PCB。在这种构造中，电路可以印刷在PCB的两个较大平面表面上。因此，PCB可以是金属芯PCB，其使电绝缘材料沉积在PCB每个较大平面表面上，从而金属芯夹在绝缘层之间。作为设置PCB来为每个LED模块中的LED提供电连接的替代，可设置柔性电路或者简单电线来向LED供电。另外，LED可安装于印刷布线板(单面或双面)上。

壳体524保护电路和LED 520。壳体524可封装印刷电路板522。参考图23，用于LED 520的开口526可以是漏斗形或者圆锥形，从而为LED提供反射面。制成壳体的材料可以是反射材料。LED 520附近的反射材料还能够是做成设计的单独的反射器，或者是反射器和镜片的组合，从而优选地散射来自LED源的光，以增加光束分散，并且用较少的光源来提高面板照亮均匀性。此外，透镜可以设置在LED的顶部上方，以便为更宽的重叠改变光学图案。壳体可以形成有允许模块容易地附接于普通箱式标牌内的水平梁和垂直梁上的安装特征。

LED照明系统还与LED模块510互连的包括脊512，或者多个脊。参考图24，脊512也能提供安装位置，例如通过向紧固件提供孔532。应用上模制的壳体524时，脊支撑LED模块的印刷电路板522。脊512还能支撑可安装有LED的柔性电路或者其它柔性支撑体，例如LED未安装于PCB(参见图24)。每个脊512能由刚性塑料或者类似的刚性材料制成，并且连接到印刷电路板22(或者用于LED的其它支撑体)。

图23中所示的脊512示出为附接于印刷电路板的侧面。可替代地，脊，或多个脊，能连接到印刷电路板的前表面或后表面。例如，脊能包括收纳在每个PCB中的对应孔内的栓钉。脊512能包括印刷电路板通过摩擦或弹性装配附设到其中的通道。可替代地，脊可以通过焊接、或机械紧固件、将脊卷曲到PCB和其它方式附接到印刷电路板。

参考图26和图27，示出了收纳细长PCB 522的脊512。PCB 522可以包括细长的开口560，该开口与上述的切割位置和薄弱区段相似。作为设置上模制的壳体的替代，电路板522的电路可用材料喷涂或覆盖，从而保护电路免受自然环境影响，但与上述上模制的壳体相比，无法提供更多的鲁棒保护。

如图27中更清晰的所示，脊512包括两条通道，每条收纳一块印刷电路板522。LED系统的一面上的LED照亮柜式或箱式标牌的一块半透明面板14，而脊的另一面上的LED照亮另一块半透明面板。脊512可以堆叠在另一个脊的顶部上或彼此相邻，如图27所示，于是PCB可插入或滑入这些通道中。脊512可构造成沿着它们各自的较长边缘彼此附接，例如榫舌和凹槽连接。

返回来参考图22，脊512能用来与照明系统中的一组LED互连，因此这组LED具有期望的长度L，例如四英尺。这组LED的长度可以是照明系统要设置在其中的箱式标牌的函数。例如，箱式标牌的水平尺寸约为四英尺，则通过一个脊附接的这组LED模块的长度L可以约为四英尺。通过单个脊(或用于连接相同LED的多个脊)附接的这组LED模块的长度可以改变，因此当标牌安装者订购LED照明系统时，安装者能指定这组LED模块的长度L适于LED系统将要设置在其中的箱式标牌。与由荧光灯管照亮的箱式标牌相比，这为LED系统提供了更多的灵活性。此外，通过设置脊512，或多个脊，刚性发光棒设置在箱式标牌内。刚性棒使得在箱式标牌内安装系统更容易。

返回来参考图22，附接于脊512或多个脊的多组LED模块510可以设置成每个都具有相同的长度L。每个都具有相同长度L的这些组LED可安装于箱式标牌中，并且彼此水平地或者垂直地隔开。

柔性电连接器514和LED模块以及模块组互连。电连接器514通常包括多条被电绝缘材料覆盖的电线。电线与每个模块510中的每个印刷电路板522上的电路互连。电线能焊接到相应印刷电路板，或者通过IDC端子或类似连接附接。壳体524能模制在每个电连接器514的绝缘材料外，从而保护每个电连接器里的电线免受自然环境影响。

脊512也可以代替柔性电线承载电流。例如，脊512可由金属制成，并接触印刷在每块电路板上的电路。

图25示出了能制造照明系统的过程。如图25中所示，提供上模具540和下模具542来制造上模制的壳体524。脊512为上模制的壳体提供标引特征。脊提供了定位功能，借此限定上模制的壳体的周界。

返回来参考图22所示，通过邻近LED模块510之间的间隔来提供切割位置546。开口532(图4)也能在邻近模块之间提供切割位置。将直径大于开口532的直径的钻头插入该开口中，从而切开围绕开口的材料。脊也能包括除切割位置之外或替代切割位置的易于搭扣的薄弱区段(例如缺口)。

参考图28，示出的LED模块660包括与相应LED(不可见)配合的LED透镜666，从而优选地分散从每个LED发出的光。图29和图30示意地示出了设置在箱式标牌中的LED照明系统。图29示出了附接于垂直梁B的LED模块630a和630b。LED模块630a和630b仅是众多模块中的两个。模块630a和630b彼此间隔垂直距离W(邻近模块的LED之间的中心到中心间隔)。LED模块630a和630b与半透明面板间隔距离D。换句话说，LED模块630a和630b与目标平面相隔(在本例中，该目标平面是半透明盖14)垂直于目标平面测量的距离D。用于LED模块630a和630b的每个LED均具有主视角θ1，该主视角由与LED隔开的平面上的LED发光强度约是直接沿轴线观察的平面上的强度的1/2处限定。

如图29中所示，上LED模块630a中的LED产生第一主光束图案650，下LED模块630b的LED产生第二主光束图案652。不存在与LED关联的光束分散镜片。目标平面上产生的光束图案650和652由离轴角β1界定，β1是θ1/2。在这个例子中，光束图案650和652大体上是圆形的，其是圆锥角为θ1且以相应LED为顶点的圆锥体的底部。在这个例子中，tanβ1＜(W/2)/D。在图29所示的例子中，由于邻近光束图案之间的较暗区域，即，在光束图案不重合、交叠或紧密靠近的地方，目标平面(半透明面板14)处的光强度将是不均匀的。在LED之间的水平间隔保持不变的情况下，虽然LED之间的垂直间隔增加，但箱式标牌的半透明面板上的光的均匀性可通过远离每个LED模块的纵向轴线(纵向轴线是LED的中心所在的轴线)引导更多光线来提高。因此，与图28中所示相似的光束图案将是有用的。

图30示意性示出了LED模块660，示为上LED模块660a和下LED模块660b，设置在与图29中示意性所示的相同的标牌中。LED与半透明面板14隔开相同的距离D，并且彼此也隔开相同的垂直距离W。

与图29不同，透镜666与相应LED模块660a和660b上的LED配合，从而将图29中的离轴角β1扩大至离轴角β2。然而，离轴角β2在垂直于LED模块660的纵向轴线668的方向上被扩大得更多(参见图28)。透镜666使相应LED发出的光改变方向，以使LED发光强度约是直接沿着轴线观看的强度的一半的边界从仅有LED的情况拓宽。

参考图28，透镜666与每个LED模块660的相应LED配合，从而产生改变的光束图案670(与图29中的光束图案650和652相比)。在图28所示的实施例中，改变的光束图案670大体上是椭圆形的，其具有垂直于纵向轴线668的长轴672和平行于纵向轴线668的短轴674。改变的光束图案670不需要是椭圆形的；然而，期望光束图案具有与纵向轴线668垂直的更长尺寸，其中，与沿纵向轴线668的相邻LED之间的间隔相比，LED模块的行在垂直于纵向轴线668的方向上彼此进一步隔开。当LED照明系统用来翻新具有荧光灯管的装置时，这是尤其期望的。这允许邻近LED模块的行彼此进一步垂直地隔开，这减少了照亮箱式标牌所需的LED模块的数量。

参考图30，在纵向轴线668(图28)的垂直方向上的视角使得改变的光束图案670由离轴角β2界定。类似于离轴角β1，离轴角β2是从相应LED发出并被透镜666改变方向的光的发光强度约为相应LED与相应透镜666组合的轴线发光强度的一半处。然而，离轴角β2从LED测量到垂直于LED模块的纵向轴线668的边界位置的50％。

如图30中所示，改变的光束图案670(参见图28)，这些光束图案通常是椭圆形的、重叠的、至少部分彼此重合、或者紧密接近。在这种情况下，长轴672(如果光束图案不是椭圆形的，则为最长的轴线)重叠、至少部分彼此重合、或者彼此紧密接近。因此，tanβ2约等于(W/2)/D，即，±30％，更优选地±20％，以及更优选地±10％。由于LED与上LED模块660a中的透镜666组合的离轴角β2的发光强度大约是沿轴线发光强度的一半，下LED模块660b中的LED与透镜666组合的离轴角β2的发光强度大约是沿轴线发光强度的一半，在光束图案670(图28)的主轴672彼此重合、重叠、或者紧密靠近的位置，对于每个相应LED与透镜666组合，该位置处的照亮应与直接沿轴线的照亮基本相同。因此，通过设置透镜666，可增加垂直间隔W，然而LED与目标平面偏离相同的距离D。换句话说，可用较少的LED来对半透明面板14提供基本均匀的照亮。然而可以理解，视角并不需要精确地为50％发光强度。

图31至图36示出了透镜666的例子。透镜666包括从基座682向上延伸的折射圆顶680。如图33至图35中非常清晰地所示，支柱684悬在基座682下方，从而为透镜提供相对于与透镜配合的LED的定位特征。每个圆顶680均包括球形外表面686和椭球形内表面688。如图36中最清晰地所示，基座682定义椭球形开口692。透镜在大体上垂直于主轴的方向上较厚。因为该设计，较厚的方向(垂直于主轴694)上具有光汇聚效应。

作为使用图31至图36中具体所示的透镜的替代，也可利用图29和图30中所示的能提供期望的光束分散能力的可替代镜片。例如，反射镜片可以与LED模块中的每个LED关联。反射镜片可与LED配合形成与图28中所示的光束图案670类似的光束图案。例如，反射镜片可以安装于相应LED上方，以使光改变方向，从而形成期望的光束图案。

图37示出了能够用于照亮诸如图1中所示的箱式标牌的照明系统的可替代实施例。照明系统700包括多个电互连的模块702，每个模块均包括至少一个面向第一方向从而朝向第一方向发光的LED 704，以及面向与第一方向相反的第二方向从而朝向第二大体方向发光的第二LED 706。与上面的实施例相似，每个LED模块还可包括至少一个支撑体，该支撑体具有设置在支撑体上的电路，以便为LED供电。每个模块中可设置双面PCB或两块彼此背对背的单面PCB。还可设置其它支撑体，例如柔性电路。至少一个支撑体上方设置有壳体708，用于覆盖电路。

照明系统700进一步地包括柔性电导体710，以便与LED模块702电互连。照明系统700还包括与模块702连接的刚性脊712。刚性脊712可以比至少一个电连接器具有更大的刚性，这允许刚性脊使模块702相对于彼此并沿着脊的最长尺寸固定。因此，照明系统700的一侧上的LED 704和照明系统700的另一侧上的LED 706能大体上沿着平行于脊712的最长尺寸的轴线对准。参考图40，脊可以包括穿过网状区段(web section)714的开口(不可见)，从而允许每个模块702插入开口中，进而相对于脊712固定模块。脊712在网状区段714的相对边缘还可包括通道区段716，从而限定每个都收纳一部分LED模块702的上通道718和下通道722。如图40中更清晰地所示，每个LED 704和706均能与镜片722配合，从而进一步分散来自相应LED的光。

通过使用图37至图40中所示的脊712，朝向箱式标牌的半透明面板引导来自LED 704和706的光，而不用穿过其它半透明构件，例如上面所示的管状构件44。脊712可以形成为八英尺长，而且LED模块702可以平行地连接，从而照明系统能够容易地切割，从而允许照明系统安装到每个尺寸长度都小于八英尺的标牌中。

已经参考某些实施例说明了用于照亮柜式标牌的照明系统。在阅读和理解了详细说明后，本领域人员将想到改进和变更。本发明并非仅限于前面说明中所示的那些实施例。而是，本发明由权利要求及其等同物宽泛地限定。

Claims (15)

1.一种用于照亮标牌的照明系统，所述系统包括：

多个电互连的模块，每个所述模块都包括：

支撑体，

位于所述支撑体上的电路，

至少两个发光二极管(“LED”)，电连接至所述电路，第一LED位于所述支撑体的第一表面上，且面向第一方向，以朝向所述第一方向发光，第二LED位于所述支撑体的第二表面上，且面向与所述第一方向相反的第二方向，以在第二大体方向上发光，以及

壳体，位于至少一个所述支撑体上方以覆盖所述电路。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支撑体包括双面印刷电路板(“PCB”)。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支撑体包括至少两块单面PCB。

4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个电导体，所述电导体电连接所述模块和与所述模块连接的刚性脊，所述脊比所述至少一个电导体具有更大的刚性，以使所述模块相对于彼此固定。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述脊包括包围所述模块的管状构件，所述管状构件具有半透明区段，以允许来自所述LED的光逸出所述管状构件，所述半透明区段相对于所述LED定位成使得来自每个LED的直射光通过相应半透明区段逸出。

6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括与所述管状构件连接的端盖，所述端盖构造成与相关的标牌壳体连接。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述端盖包括收纳所述管状构件的凹部，所述凹部和所述管状构件具有非圆形构造的横截面。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述端盖包括被具有平面安装表面的基座包围的空腔，所述空腔大到足够覆盖普通的荧光灯插口。

9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述管状构件包括能从第二区段拆下从而提供到所述模块通路的第一区段。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一区段绕与所述管状构件的最长尺寸平行的轴线枢转脱离所述第二区段。

11.根据权利要求4所述的系统，其中，所述脊包括限定通道的凸块，所述模块收纳在所述通道中。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，每个模块均在第一端包括榫舌，并在第二端包括槽，每个所述榫舌均构造成与邻近模块的相应槽配合，用于将邻近模块附接到一起。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，每个模块在每个榫舌上且在每个槽中均包括电线，所述电线与所述LED电连接。

14.根据权利要求12所述的系统，进一步包括经由电导体电互连的多个端盖，所述端盖被构造成与每个所述模块的所述榫舌或所述槽连接，所述端盖包括用于将所述模块的LED和所述电导体电连接的电路。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，第一模块枢动地连接到第二模块。

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