CN103090223B - Led照明模块和包括led照明模块的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED照明模块和包括LED照明模块的照明装置，描述了一种照明模块和照明装置。照明模块的实施例包括发光二极管(LED)、电源以及波导器，波导器将来自LED的光分散以照亮该照明模块的照明侧。在一个实施例中，照明模块包括基底，LED和电源安装在基底上。基底包括接口，当照明模块定位在形成LED照明装置的阵列中时，该接口允许照明模块与相邻的照明模块通信。

Description

LED照明模块和包括LED照明模块的照明装置
技术领域
本公开的主题涉及照明装置，且更特定而言涉及包括发光二极管(LED)的照明模块用于构造照明装置的用途。
背景技术
荧光和白炽灯设备的使用是常见的。这些照明设备见于住宅和商业处所，常常呈较大面板状设备(例如，荧光设备)或者凹进罐状设备(例如，白炽和紧凑荧光设备)的形式。面板状设备通常包括外壳，其具有一个或更多荧光灯泡或“管”。漫射面板覆盖灯泡。漫射面板包括具有或不具有表面图案化的半透明或透明的材料，这促进了光通过设备的发光表面且进入照明空间中的均匀发射。
面板状设备和罐状设备有可能见于吊顶(“吊式”)天花板中。这些天花板包括支撑部件的网格，其与从天花板悬挂该网格的缆线或拴系部件相结合。面板和瓷砖(tile)填充网格中的开口。在一个构造中，一个或更多照明设备还装配于开口内(或在瓷砖本身内)以替换或补充瓷砖中的某一些。这种布置维持天花板的外观和连续性。
除了荧光和白炽技术之外，新一代的照明设备为用以产生光的发光二极管(LED)阵列。LED提供优于它们的荧光和白炽对应物的许多优点。这些优点包括例如高得多的效率和更长的操作寿命，可能大约100,000小时或更长。此外，LED的紧凑尺寸减小了所得照明设备的总尺寸(例如，厚度)。例如，基于LED的照明设备和面板的薄和超薄设计将LED围绕设备周围放置，以形成“边光”照明设备而不是传统的“背光”照明设备，其中，LED(或荧光灯泡)垂直于设备的发光表面分散。
如上所述，边光照明设备包括LED阵列，以及电源和光导向装置，光导向装置将来自设备边缘的光分散以均匀地照明该发光表面。对于许多应用，LED串联联接，因此，LED的数量决定电源的尺寸、形状和其它要求。
发明内容
本公开描述了包括照明模块的照明设备的实施例，照明模块减小了电源的尺寸。照明模块的示例产生光用于照明设备的发光表面的一部分。在一个示例中，照明设备可包括多个照明模块，以根据需要改变发光表面的尺寸、形状和其它特征。
通过结合附图来参照下文的描述，本公开的其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
现在简要地参照附图，在附图中：
图1描绘了照明模块的示例性实施例的顶部透视组装视图；
图2描绘了图1的照明模块的顶部透视分解组装视图；
图3描绘了图1的照明模块的一部分的侧视截面图；
图4描绘了图1的照明模块的一部分的侧视截面图；
图5描绘了包括照明模块的示例性实施例的照明设备的示例的顶部透视图；
图6描绘了图5的照明设备的正视图；以及
图7描绘了照明设备的示例的高层次线路示意图。
在可行的情况下，在所有若干视图中，相同的标号指代相同或对应的构件和单元，除非另外指示，这些附图并未按比例绘制。
具体实施方式
图1和图2示出了用于LED照明装置中的照明模块100的示例性实施例，LED照明装置替换常规的照明设备，例如荧光照明设备。照明模块100的示例配备发光二极管(LED)和功率单元，功率单元向LED提供功率。照明模块100的构造允许照明模块100与照明模块100中的其它照明模块彼此联接且交换信号(例如，电信号)。因此，当多个照明模块100用于LED照明装置中时，照明模块100中的两个或更多可相互通信或“交谈”。
图1示出了处于其组装形式的照明模块100。照明模块100具有背侧102(或“底板102”)和前侧104(或“照明板104”)，照明模块100从前侧104发光。照明模块100还具有发光边缘106和一个或更多不发光边缘(例如，边缘110、112、114)。在本示例中，照明模块100包括基底116和固定到基底110的波导器(waveguide)118。波导器118将来自发光边缘106的光分散到不发光边缘以照亮前侧104且从前侧104发光。
基底110可包括填充部分120和从填充部分120延伸的伸长部分122。伸长部分122可沿着不发光边缘之一(例如，边缘110)延伸，止于不发光边缘中的另一个(例如，边缘112)处或附近。基底102可包括印刷电路板(PCB)和类似层压结构，以支撑并电连接安装于其上的构件(例如，电构件)。在本示例中，照明模块100可包括散热器124、处理器126、存储器128和功率单元130，功率单元130本身可包括图中未示出的多个电构件。在一个示例中，照明模块100还包括接口(例如，第一接口132和第二接口134)，其允许照明模块100中相邻的一些彼此通信。接口可包括连接器(例如，第一接口132)和端口(例如，第二接口134)或其组合，其中，当照明模块100与LED照明装置中的照明模块100中相邻的其它照明模块组装时，连接器可与端口联接。
如在图2的分解组装中最佳显示的，照明模块100包括多个发光二极管(LED)136和穿透波导器118的对应开口138。开口138使LED 136暴露至波导器118的内部。本公开设想到使用各种颜色(例如，红色、绿色、蓝色、橘色等)和颜色组合的各种类型的LED(例如，表面安装、通孔安装、有机LED等)。LED 136贯穿发光边缘106。LED 136的间隔允许跨过前侧104均匀的光分布。
图3示出了在图1的线A-A处截取的发光边缘106的截面图。如图所示，波导器118包括上部件140、下部件142和靠近LED 136的外边缘部件144。外边缘部件144引导来自LED136的光远离发光边缘106朝向波导器118的内部，如大体上由箭头146所示。在一个示例中，照明模块112可包括反射元件148和/或光学元件150，二者都可帮助从发光边缘106且跨过照明模块100的前侧104分散光。
波导器118可包括丙烯酸或类似聚合物或服从照明模块100的构造参数(例如成本)的其它材料。合适材料同样可与使用各种挤压、模制和批量生产技术的波导器118的整体式构造兼容。上部件140可为基本反射的或采用反射涂层，其在波导器118的整个内部传播光。下部件142可部分和/或完全对光透明，但下部件142的构造也可考虑适于照明给定环境(例如，办公室、家等)的发射光的性质。材料层(例如，涂层)可添加到下部件142或作为下部件142的一部分，以根据需要改变照明模块100的发射性质。示例性材料可具有更强或更弱的反射性、折射性，或者具有实现光漫射和使特定光波长通过下部件142的性质。
外边缘部件144可包括已知直径的弯曲或圆角(radius)(如图所示)，其沿着发光边缘106的长度延伸。圆角可与材料和/或涂层选择结合提供适当的反射性质，以引导来自发光边缘106的光。本公开设想到用于外边缘部件144的其它形状和特征，包括渐缩形、倒角或有角特征，其相对于LED 136成角度以将光引导到波导器118内部。为了进一步改进光的反射，反射元件148可添加和/或改进沿着波导器118的发光边缘106的反射性质。反射元件148可为固定或合并到波导器118中的单独部件，或者具有光反射性质的材料层(例如，涂层)。
光学元件150可进一步影响光从LED 134分散的方向。光学元件150的示例包括反射器(例如，杯形反射器)，其包围LED 136的全部或一部分。这种类型的反射器常常包括为LED组件的一部分。在一个示例中，光学元件150可为附连在LED 136附近的透镜或透镜元件。来自LED 136的光可冲击透镜元件，通过透镜元件，且然后分散到波导器118的内部。在另一示例中，光学元件150可包括设置在LED 136的表面上的光学材料层。该光学层可具有实现例如光离开LED 136时光方向变化的光学性质。
而且，图3中为散热器124的示例性布置。一般而言，散热器124耗散热远离LED136。例如，散热器124可包括导热材料(例如，金属)，其可通过传导、对流和辐射而传热。在本示例中，散热器124与LED 136热接触，共同使用跨越发光边缘106的至少一部分的伸长材料片，或者单个地使用个别与LED 136热接触的适当尺寸和位置的材料片。
图4示出了在图1的线B-B处截取的不发光边缘112的截面图。波导器118包括外边缘部件152，其具有弯曲的或以其它方式渐缩的轮廓。伸长部分122的端部还具有可匹配和/或延续外边缘部件152轮廓的轮廓，但其还提供充分的区域以在其上包括第二接口132。在一个示例中，外边缘部件152的轮廓匹配发光边缘106上的外边缘部件150(图3)的轮廓(例如，圆角)。匹配这些轮廓允许这两个构件配合在一起，这是在构造LED照明装置时重要的特征，如在下文中更详细讨论的。
图5示出了LED照明装置200的示例性实施例的顶视图，其可替换许多常规的照明设备，例如荧光照明设备。LED照明装置200包括多个照明模块202(例如，图1、图2、图3和图4的照明模块100)和围绕照明模块202的外围设置的框架204。框架204可包括一个或更多部件206，其可为单独件或者可整体地形成为例如压制、冲压或挤压的零件。框架204的配置提供了可在适当位置作为吊顶天花板的一部分连接和/或支撑LED照明装置200的特征。框架200的其它特征例如围绕照明模块202的一个或更多边缘来支撑照明模块202。框架204的示例可根据需要包括金属(例如，铝)、塑料和复合物以及材料的组合，且与待部署LED照明装置200的应用或实施相兼容。
照明模块200形成阵列208，其在本示例中为2×2阵列，但可根据需要包括任何数量的照明模块202。照明模块202可个别地从阵列208移除且用照明模块202中的另一个来替换。邻靠照明模块202导致连接器接合。该特征有益地在不需要将整个LED照明装置200从其安装位置(例如在天花板中)拆卸和/或移除的情况下进行维护。
照明模块202可经由连接器或其它器件联接到一个或更多相邻模块，信号(例如，电信号)或“输入和输出”可行进通过连接器或其它器件。在这种邻靠配置中，照明模块202可共用功率信号和指令信号等，指令信号总体上支配照明模块202和/或LED照明装置200的操作。在一个实施例中，照明模块202之一可作为主控制模块操作，主控制模块被构造成执行支配LED照明装置200的操作的某些可执行指令和命令。主控制模块可配备用于此目的的专用处理器，或者，在一个示例中，主控制模块可以工厂或制造校准和设定的方式来指定。
接下来转至图6，LED照明装置200的底视图(C-C)提供了照明侧的示例性图示，LED照明装置200从该照明侧发出光。如图6所示，照明模块202包括沿着照明模块202的一个边缘延伸的多个发光二极管(LED)210。由LED 210产生的光照亮该照明侧而形成被照亮表面区域212。通常，被照亮表面区域212整体被照亮，但照明模块202的选择性操作可改变照亮且因此仅照亮被照亮表面区域212的一部分。
在一个实施例中，LED照明装置200可包括漫射部件以隐藏相邻照明模块202形成的配合线(在图6中大体上以虚线214示出)。配合线214标识出个别照明模块202的边缘(例如，图1的边缘106、110、112、114)。漫射部件可作为该组件的单独构件存在。漫射部件的示例可包括塑料、玻璃或具有光学性质的其它材料的薄片或薄膜，所述光学性质有效地隐藏配合线214使之看不到，但并不阻止光从被照亮表面区域212发射。
图7示出了LED照明装置300(例如图5和图6的LED照明装置200)的高层次线路示意图。一般而言，多种配置可实施本公开的理念。图7的示例提供了一个示例性结构的示意图。在本示例中，LED照明装置300包括多个照明模块302。照明模块302中的每一个包括具有多个LED 306的光引擎(light engine)304。光引擎304与功率单元306和控制电路308联接。控制电路308可包括处理器310、存储器312和驱动电路314，驱动电路314具有用于操作例如光引擎304和功率单元306的电路。照明模块302还包括具有第一接口318和第二接口320的接口。
在一个示例中，处理器310为中央处理单元(CPU)，诸如ASIC和/或FPGA。处理器310还可包括状态机器电路或者能够从电路314和/或直接从光引擎304、接口316和/或其它构件(例如功率单元306)接收输入的其它合适构件。存储器312包括易失性和非易失性存储器且可用于存储软件(或固件)指令和配置设定。在一些实施例中，处理器310、存储器312和电路314可包含于单个集成电路(IC)或其它构件中。作为另一示例，处理器310可包括内部程序存储器，诸如RAM和/或ROM。类似地，这些构件的功能中的任何一个或更多可跨过额外构件(例如，多个处理器或其它构件)分布。
鉴于前述内容，照明模块(诸如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示的那些)允许LED照明装置的灵活布置和构造。照明模块可例如经由连接器而彼此接合，从而允许信号通信，这可便于选择性操作。此外，一个照明模块到另一照明模块的连接允许在常常包括照明装置的许多照明模块之间共用功率。该特征减小了尺寸和常常需要较大且笨重的电源用于较大LED照明装置且特别是具有边光显示器的LED照明装置的其它要求。
如本文所用的，以单数形式陈述且前面有词“一”或“一个”的元件或功能应被理解为不排除多个所述元件或功能，除非明确地陈述这种排除。另外，对要求保护的发明的“一个实施例”的提及不应理解为排除也合并所陈述特征的额外实施例的存在。
该书面描述使用示例来公开本发明的实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等同结构元件，则这种其它示例预期在权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种照明模块包括背侧(102)，前侧(104)，发光边缘(106)和多个不发光边缘(110，112,114)，所述照明模块还包括：
基底，其具有沿着所述发光边缘(106)延伸的填充部分(120)和伸长部分，所述伸长部分沿所述多个不发光边缘之一从所述填充部分(120)延伸并止于不发光边缘中的另一个处或附近；
功率单元，其设置在所述基底上；
光引擎，其联接到所述功率单元，所述光引擎包括设置在所述填充部分(120)上并沿着所述发光边缘(106)设置的多个发光二极管；
波导器，其设置在所述光引擎上方，所述波导器引导来自所述光引擎的光以形成被照亮表面区域，所述被照亮表面区域延伸到所述伸长部分的末端；以及
设置在所述照明模块上的接口(132，134)，其中所述接口包括第一接口(134)和设置在所述伸长部分的端部的第二接口(132)，以使得所述接口能够将所述照明模块联接至一个或更多相邻的照明模块。
2.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于，还包括光学构件，所述光学构件将来自所述光引擎的光传到所述波导器上。
3.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于，还包括靠近所述光引擎的反射元件，所述反射元件将来自所述光引擎的光朝向所述波导器的内部反射。
4.根据权利要求3所述的照明模块，其特征在于，所述反射元件包括设置在所述波导器上的涂层。
5.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述波导器具有沿着所述照明模块的发光边缘和不发光边缘延伸的多个外边缘部件，并且其中，所述发光边缘处的外边缘部件的轮廓能够与所述不发光边缘处的外边缘部件的轮廓匹配。
6.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于，还包括与所述光引擎热接触的散热器。
7.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述多个发光二极管沿着所述照明模块的发光边缘等距间隔开。
8.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述基底包括印刷电路板。
9.一种LED照明装置，包括：
外围框架；以及
呈阵列的多个照明模块，其形成由所述外围框架界定的照明表面区域，所述照明模块包括背侧(102)、前侧(104)、发光边缘(106)、多个不发光边缘(110，112，114)、基底、设置在所述照明模块上的接口(132，134)、多个发光二极管、功率单元以及波导器，其中，所述基底具有沿着所述发光边缘(106)延伸的填充部分(120)和伸长部分，所述伸长部分沿所述多个不发光边缘之一从所述填充部分(120)延伸并止于不发光边缘中的另一个处或附近，所述多个发光二极管设置在所述填充部分(120)上并沿着所述发光边缘(106)设置，所述功率单元联接到所述发光二极管，所述波导器设置在所述发光二极管上方，所述波导器引导来自所述发光二极管的光，在由所述外围框架界定的区域内形成被照亮表面；
其中，所述接口包括第一接口(134)和设置在所述伸长部分的端部的第二接口(132)，以使得所述接口能将所述照明模块与一个或多个相邻的照明模块结合。
10.根据权利要求9所述的LED照明装置，其特征在于，所述阵列包括彼此通信的相邻的照明模块。
11.根据权利要求9所述的LED照明装置，其特征在于，还包括漫射部件，所述漫射部件具有隐藏所述多个照明模块的配合边缘使之看不到的光学性质。
12.根据权利要求9所述的LED照明装置，其特征在于，所述多个照明模块中的一个为主控制模块，并且其中，所述主控制模块能够操作所述阵列中的其它照明模块中的每一个。
13.根据权利要求9所述的LED照明装置，其特征在于，所述发光二极管靠近所述呈阵列的多个照明模块的单个边缘定位。
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