CN102227584B - 发光二极管模块 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置，包括基体和多个电插座，所述电插座牢固地固定到基体并形成以二维方式相互电连接的刚性的电插座基体。一个或多个发光二极管模块在基体内的任意单独电插座内可单独移除和更换。每一个单独发光二极管模块都包括基部和发光二极管，其中基部被构造和布置成用于电接合地装配在电插座内。

Description

发光二极管模块
相关申请的交叉引用
该专利申请主张2008年11月26日提出申请的美国专利申请第12/324,663的优先权权益，该申请通过引用在此全文并入。
背景技术
发光二极管长期已经单独或成组一起用作电子装置中的背景灯或指示灯。由于有效的光产生、耐用性、长寿命和小尺寸，发光二极管对于电子应用来说是理想的。
高功率发光二极管还用于需要更强发光的应用中。在一些高亮度应用中，多组固定串联发光二极管(每一组都具有共用的电压降)用于获得所需的发光。所述多组固定串联发光二极管沿轨道或杆形成，其中如果轨道的任何部分有缺陷，则制造商可以更换整个轨道或杆。如果制造商所处的位置很远，或者积压了许多修理，则可能需要很长时间来实现这种修理。这种应用可以在室内或室外使用。电连接的发光二极管作为单个应用而操作，作为单个线性群被密封和保护。如果只有一个二极管失效，则需要更换整组固定发光二极管。
附图说明
图1是根据示例性实施例的发光二极管模块的基体的顶视图；
图2A是根据示例性实施例的包括用于发光二极管模块的插座的基体的顶视图；
图2B是根据示例性实施例的用于与图2B的基体配合的电路板的顶视图；
图3是根据示例性实施例的高亮度发光二极管的透视图；
图4是根据示例性实施例的用于模块的基体的通过导线连接的插座的方框示意图；
图5是根据示例性实施例的支撑在插座中的模块的方框横截面图；
图6是根据示例性实施例的具有不同连接机构以提供与插座的密封连接的模块的方框横截面图；
图7是根据示例性实施例的具有不同连接机构以提供与插座的密封连接的模块的方框横截面图；
图8是根据示例性实施例的具有不同连接机构以提供与插座的密封连接的模块的方框横截面图；
图9是根据示例性实施例的位于板上用于提供与模块的电连接的连接器的顶视图；
图10是根据示例性实施例的支撑在插座中的可选模块的方框横截面图；
图11是根据示例性实施例的用于插入到板中的可选模块的方框横截面图；和
图12是根据另一个示例性实施例的连接器的顶视图和用于插入到连接器中的模块的侧视图。
具体实施方式
在以下说明中，对形成该说明的一部分的附图进行说明，其中附图仅以可以实施的说明具体实施例的方式被显示。这些实施例被以充分的细节描述以能够使本领域的技术人员实施本发明，并且要理解的是可以使用其它实施例，并且在不背离本发明的保护范围的情况下可以进行结构、逻辑和电气改变。因此，示例性实施例的以下说明不应被认为是限制性的，而是由所附权利要求限定本发明的保护范围。
图1示出了整体由附图标记100表示的是高亮度发光二极管照明装置，其产生大量光线以照亮诸如停车场、停机坪、公路、街道、商店、仓库、加油站遮篷等大区域。图1是照明装置100的顶视图，该照明装置包括刚性基体105。多个高亮度发光二极管可以通过圆筒形冷却结构120封装在模块110中，如图1中所示。在该视图中，模块提供指向为远离图的表面的光。
在一个实施例中，冷却结构120和模块110由基体105支撑，在一个实施例中，所述基体由铝形成以提供强度和有助于保持模块110冷却的热传导能力。例如电路板的板130可以放置成与冷却结构120成一体，并且在模块110之间提供适当的电导体。在一个实施例中，板130可以是具有用于形成导体的金属喷镀的标准电路板。在一个实施例中，框架140可以绕基体形成并与基体成一体。
基体和冷却结构120可以由铝或提供充分支撑结构、轻质并且导热好的其它材料形成。在一个实施例中，多个电插座150可以形成在冷却结构之间的基体上并且固定到板130，从而形成可以通过板130以二维方式相互电连接的电插座150的基体。一个或多个发光二极管模块110可以在基体内的任意单独电插座内被单独移除或更换，所述基体在一个实施例中可以是刚性的并且可以通过环氧树脂或具有适当导热和保持特性的其它填充金属固定在基体105内，以确保板130牢固地保持在插座150上的适当位置。
如图1中所示，可以容纳模块的多个插座可以以各种图案设置。另外的插座为大量的照明需要提供灵活度。在一个实施例中，插座可以提供最佳模块数量的使用以为诸如停车场、停机坪、公路、街道、商店、仓库加油站遮篷的室外应用提供高容量照明。对于低容量照明应用，较少模块可以在较少插座中使用。对于每种插座与模块结构来说，可以修改电连接以为每一个模块提供适当的电压。
图2A是包括用于根据示例性实施例的发光二极管模块的插座150的基体105的顶视图。如图所示，基体105可以由导热材料形成，且冷却结构120和插座150具有同时提供支撑结构的一定深度。插座设置在冷却结构之间，使得热量能够容易地传导到冷却结构。
图2B是根据示例性实施例的用于与图2B的基体配合的电路板130的顶视图。在一个实施例中，电路板130具有与冷却结构120相对应的开口，并且当连接到基体时多组连接器与插座相对应。
在图3中所示由附图标记300表示的进一步详细所述的每一个单独的发光二极管模块可以包括基部310和发光二极管320。基部可以被构造和布置成在电插座150内电装配接合。发光二极管模块300可以通过多个不同类型的连接装配在电插座150中。在各种实施例中，发光二极管320可以为不同的颜色，且大多数颜色当前在市场上可买得到。
发光二极管模块300的基部310可以包括热量消散径向散热片330和导线或接触件340，所述散热片用于消散热量远离电插座150，所述导线或接触件用于连接到电路板130上的连接器以向发光二极管320提供电力。因为发光二极管模块300可以用于内部和外部应用，因此一些实施例能够承受大的环境温度范围(假设为了正确的工作该发光二极管模块不会太热)，并且还可以承受包括雨、雪、冰、灰尘、达到大约150英里/小时等的风的恶劣天气条件，同时仍然能够有效地发光。热量消散散热片330可以从基部310的顶部径向延伸，从而从发光二极管320吸走热量，并用作散热器以防止发光二极管或周围部受到损坏。散热片可以连接到散热环350，所述散热环可以提供稳定性和当组装或更换插座150中的模块300时允许方便操纵的装置。
图4是用于整体由附图标记400表示的高亮度发光二极管阵列的连接器板的方框示意图。板中用于冷却结构的开口没有显示。在一个实施例中，板设置有用于与未示出的电源和驱动器连接的正连接器415和负连接器420。正连接器415经由连接器电连接到第一插座430。假设在连接器415和420两端供应24伏电压，十个插座串联电连接，以插座435结束，插座435又经由连接器440连接到负连接器420。这些连接与和八个其它插座的中间串联连接一起为插入到插座中的每一个发光二极管提供2.4伏DC的电压降。这确保每一个发光二极管接收适当的电压，以便进行正确的操作。
如果提供不同的电源水平，和/或不同的发光二极管与不同的电压降一起使用，简单的是令电源除以电压降以确定应该串联连接多少个插座。然后可以重新构造板以与所需的插座数量相一致。如图4中所示，具有四组这种串联连接的插座，且每一个都连接在正连接器415与负连接器420之间。许多其它不同结构也是可以的。
在又一个实施例中，可以使用自适应电源，并且串联的模块的数量可以随着与驱动模块所需的适当输出相适应的电源而变化。所有插座可以通过这种驱动器和期望地插入的模块被启动。在一些实施例中，如果需要与电源和驱动器电路相适应，可以移除或串联地添加模块。在一个实施例中，所有插座可以串联连接。用于短路开式插座的插塞可以用于保持串联连接，或者如果插座中的模块已经失效则可以使用适当的旁通电路以保持串联连接，或者在一些照明应用中不使用插座。
在一个实施例中，当前的插座布置成椭圆形形状，但是可以容易地使用许多其它形状。板410可以被适当地成形以与插座一致，从而提供适于美学设计目的的形状。类似地，图1中所示的基体105还可以采取从如图所示的矩形或圆形到几乎任意所需的形状的不同形状，例如，“u”形形状或芸豆形状。进一步地，可以设置细长形状的一排或多排插座。
在一些实施例中，基体105和板130可以由诸如铝或适于散热的其它材料的任意不受天气影响的金属制成。在一个实施例中，电插座相对于彼此为均匀分布的三角基体，并且可以为铸造基体105的一部分。
在一个实施例中，电插座150可以被设计成通过不同连接类型容纳可移除和可更换的发光二极管模块，所述不同连接类型包括但不限于：拧入或爱迪生型连接、插入型连接、和如图5中由附图标记500所示的卡扣或磨擦连接。
在图5中，模块505经由导电插脚510、515固定到板530中的配合连接器520、525。导电插脚和配合连接器提供将模块505牢固地保持在插座535中的卡扣连接或摩擦连接。在一个实施例中，配合连接器520和525可以设有引导件526，所述引导件确保插脚正确地插入并被引导到阴配合连接器520、525，在一个实施例中，所述阴配合连接器可以由黄铜制成并且从侧部受到弹簧负载以保持(retentatively)接合插脚510、515。阴连接器可以在板上方部分地延伸，或者在各种实施例中在板内部分地延伸。当在板内时，板基本上具有比插脚的直径大的开口，并且窄到配合连接器的卡扣或摩擦连接部的程度。
在一个实施例中，诸如环、圆盘或垫圈540的密封件定位在模块505与插座535的表面之间。当模块505被插脚和配合连接器完全固定时密封件540被压缩，以提供水密密封并保护电连接不受环境损害，因为所述环境可能会降低由这种连接形成的电接触。在各种实施例中，密封件可以由橡胶、胶乳、特氟隆、硅酮橡胶或类似的可压缩材料形成。为了提供相对于板530的厚度和当模块位于插座中时连接器520、525与该模块的距离的较大公差，在一些实施例中，可压缩密封件可以形成有中空中心。在又一个实施例，密封件操作以在压缩的宽深度范围中提供密封。
在又一个实施例中，插塞可以以与模块505相同的形状形成，且具有插脚，所述插脚与配合连接器520、525配合以提供围绕那些没有用于操作模块的插座的密封。这种插塞的插脚彼此电绝缘以确保不会发生短路，或者可以提供正确的短路以保持预接线连接的插座串中的串联连接。这种插塞确保当在不包括模块505的所有插座中使用时板中的所有电连接的完整性。
以密封的方式容易地移除和更换模块的能力有利于对高亮度大容量基体照明方案进行维护和修理。每一个单独的发光二极管模块可以从基体内的单独插座移除。因为单独的发光二极管模块可独立更换，因此如果一个模块失效，则不需要更换整束或整组电插座或模块。可以迅速地执行失效模块的简单移除和更换。此外，发出不同颜色的发光二极管模块可以被重新布置在基体内以产生不同颜色布置，而不需要更换整束电插座或模块。
模块505还显示透镜550，所述透镜连接到模块505内的发光二极管并提供保护性密封。透镜550可以放置在包围实际发光二极管的填充材料上并粘附到所述填充材料。当填充材料固化时，透镜可以牢固地固定到填充材料上。可以使用多种不同类型和形状的透镜。对于大面积高亮度照明应用来说，透镜可以被成形为提供定向照明、或广泛分散开的光束，使得当阵列中的所有模块正确定向时，能够提供所需的光图案以照亮诸如停车场、停机坪、公路、街道、商店、仓库、加油站遮篷等较大面积。类似地，对于多种不同应用来说可以使用不同的透镜，例如对形成聚光灯、可能期望使用来自每一个模块的窄光束。
模块505还可以设有引导件545，所述引导件与插座中的配合引导件一起确保模块沿期望的方向插入到插座中。在一个实施例中，引导件545可以为从模块向外延伸并与模块中的沟槽配合以提供引导的脊部。在又一个实施例中，沟槽可以位于模块上，而插座上为配合的脊部。在各种实施例中可以提供沟槽和脊部的多种不同形状和组合。
在又一个实施例中，板530可以与填充材料560和又一个板565一起形成。这种组合为板上的导体提供密封并保护所述导体不受环境损害。
图6是通常称作为爱迪生连接器的拧入型连接器的又一个实施例600。同样设置了密封件。在该实施例中，简单圆筒可以用作插座，且当模块被完全接合成与插座保持在一起的关系时模块的顶部部分与密封件一起简单地抵靠插座的顶部被压缩。
图7是插入型连接器的又一个实施例700，所述连接器也具有被类似压缩的密封件。
图8是图5的模块505的可选实施例800，其中密封件805定位在模块800的基部810上。插脚也是类似的，使得所述插脚提供与板上的连接器的摩擦配合。
图9是模块的插脚可以插入在里面的插座900的底部的方框示意性图。示出了六个开口905，所述开口代表用于三组不同定向的插脚的连接器。还示出了用于提供引导使得模块被正确插入的沟槽。
图10是插入到插座150中的模块1000的可选实施例。在该实施例中，插座150具有在模块接受端处的凸缘1005，所述模块接受端操作以提供表面，用于压缩在凸缘1005与形成在模块1000的基部上的环1015之间的密封材料1010。插座150还具有形成在邻接板1025的第二端上的第二凸缘1020。在该实施例中，插脚1027、1028从模块1000的主体1030延伸较短距离以与阴连接器1035和1040配合。在一些实施例中，阴连接器1035、1040可以延伸超过电路板并延伸到可压缩粘合材料1045中。
图11显示可选的模块1100，其中阴连接器1105和1110显著地延伸到板1120与1125之间的柔性粘合材料1115中。该材料1115提供相对于经由阴连接器1105和1110用于维持插脚上的保持力的额外的弹力。在一个实施例中，材料1115可以是液态橡胶、胶乳、或为柔韧的并且提供板上的良好粘附力的硅类材料。
图12是板1215上的用于与模块1230的插脚配合的多组阴连接器1210的顶视图。沟槽1220也设置在插座的与连接器相对应的侧部中，以提供对具有一对配合脊部1235的模块1230的引导。在一个实施例中，模块可以通过旋转模块并插入该模块而连接到三组不同连接器中的一组。在一个实施例中，模块可以插入的位置可以被称作为A、B和C。位置A可以与板上的布线相对应，使得80个模块可以插入到插座中以便为需要大量光线的应用提供照明。位置B可以容纳120个模块，而位置C可以容纳160个模块。在不同的实施例中，模块的具体数量可以在相当大程度上变化。在一个实施例中，可以设置两个沟槽1220，并且将所述沟槽旋转到不同的位置以确保模块基于所需的应用被正确插入。对于每一个不同的结构来说，还可以使用模板以帮助用户将模块插入到正确的插座中。在使用模板之后，剩余的开式插口可以具有插塞，所述插塞被插入以确保照明装置被正确密封。
提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)以允许读者迅速地确定本技术公开的本质和精神。提交摘要，但应理解的是该摘要不用于解释或限制权利要求的保护范围和意思。

Claims (11)

1.一种用于高亮度照明阵列的高亮度发光二极管模块，所述模块包括：
高亮度发光二极管；
散热器，所述散热器热耦合到所述高亮度发光二极管；
一对接触件，所述一对接触件连接到所述发光二极管，每一个接触件用于与具有接触件阵列的电连接板上的相应的接触件配合，这样形成高亮度照明阵列以产生大量光线；
插座，所述插座热耦合到所述散热器；和
密封元件，所述密封元件适于抵靠所述插座的一部分被压缩，以当所述一对接触件与所述电连接板上相应的接触件配合时提供与所述电连接板的密封电接触。
2.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管模块，其中，通过将所述模块插入到所述插座中，连接到所述发光二极管的所述一对接触件接触所述相应的接触件。
3.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管模块，还包括连接到所述高亮度发光二极管的引导件，所述引导件适于与连接到所述电连接板的配合引导件装配以使所述发光二极管的接触件与所述电连接板上的接触件对准。
4.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管模块，其中，所述密封元件包括可压缩环，当所述模块接触件与所述电连接板配合时所述可压缩环提供与所述插座的水密密封，并且密封所述电连接以使其不受外部环境影响。
5.根据权利要求4所述的高亮度发光二极管模块，其中，所述可压缩环包括O形圈或平垫圈。
6.一种用于高容量照明应用的高亮度发光二极管模块阵列，所述阵列包括：
基体；
由所述基体支撑的电路板；
多个电插座，所述多个电插座固定地连接到所述基体并形成电插座基体，其中所述电路板在所述插座之间具有多个导体，以提供一组或多组串联连接的插座，使得可移除地连接到一组插座中的所有插座的发光二极管模块产生期望的电压降，并且其中所述电路板为每一个模块提供一对接触件，并且密封地保持每一个模块与所述插座处于水密电连接，其中每一个模块包括：
高亮度发光二极管；
散热器，所述散热器热耦合到所述高亮度发光二极管；
一对接触件，所述一对接触件连接到所述发光二极管，每一个接触件都具有成形为与电连接板上相应的接触件电连接的一部分；和
密封元件，所述密封元件适于抵靠插座被压缩，以当所述一对接触件与所述电连接板上相应的接触件电连接时提供与所述电连接板的密封电接触，从而模块阵列中的每一个模块都能够被更换。
7.根据权利要求6所述的阵列，其中，所述阵列包括用于大面积户外照明的充足数量的二极管模块。
8.根据权利要求7所述的阵列，其中，所述大面积户外照明包括停车场、停机坪、公路、街道、商店、仓库、加油站遮篷。
9.一种用于高亮度照明阵列的高亮度发光二极管模块，所述模块包括：
高亮度发光二极管；
散热器，所述散热器热耦合到所述高亮度发光二极管；
插座，所述插座热耦合到所述散热器；
一对接触件，所述一对接触件连接到所述发光二极管，每一个接触件都具有成形为与具有接触件阵列的电连接板上的相应的接触件电连接的一部分，这样形成高亮度照明阵列以产生大量光线；
密封元件，所述密封元件适于抵靠所述插座的一部分被压缩，以当所述一对接触件与所述电连接板上相应的接触件电连接时提供与所述电连接板的密封电接触。
10.一种用于高亮度照明阵列的高亮度发光二极管模块，所述模块包括：
高亮度发光二极管；
散热器，所述散热器热耦合到所述高亮度发光二极管；
一对接触件，所述一对接触件连接到所述发光二极管，每一个接触件用于与具有在电连接板上的相应的接触件的插座配合，所述电连接板具有接触件阵列，从而形成高亮度照明阵列以产生大量光线，其中当将所述模块插入到所述插座中时，所述模块使密封元件抵靠插座的一部分被压缩，以当所述一对接触件与所述电连接板上的相应接触件配合时提供与所述电连接板的密封电接触。
11.一种用于更换高亮度发光二极管的方法，所述方法包括以下步骤：
确定在高容量发光二极管照明阵列中需要更换的高亮度发光二极管，所述高容量发光二极管照明阵列具有多个电插座，所述电插座由基体支撑并形成电插座基体，其中电路板在所述插座之间具有导体以提供一组或多组串联连接的插座，使得连接到一组插座中的所有插座的发光二极管模块产生期望的电压降，并且其中所述电路板为每一个模块提供一对接触件并且密封地保持每一个模块与所述插座处于水密电连接；
移除具有所确定的需要更换的所述发光二极管的模块；以及
将更换的模块插入到插座中，其中所述更换的模块包括：
高亮度发光二极管；
散热器，所述散热器热耦合到所述高亮度发光二极管；
一对接触件，所述一对接触件从所述发光二极管延伸，每一个接触件都具有成形为与电连接板上相应的接触件可移除地配合接触的一部分；和
密封元件，所述密封元件适于抵靠所述插座被压缩，以当所述一对接触件与所述电连接板上相应的接触件配合时提供与所述电连接板的密封电接触。
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