TWI448645B - 路燈應用之交流式發光二極體陣列模組 - Google Patents

路燈應用之交流式發光二極體陣列模組 Download PDF

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Description

路燈應用之交流式發光二極體陣列模組
本發明關於照明裝置。更特定而言，本發明關於利用交流式(AC，alternating current)電壓源供電固態發光裝置。
固態發光裝置像是發光二極體(LEDs，Light emitting diodes)為取代習用光源(例如白熱燈泡及日光燈)最有吸引力的候選者。LEDs要比白熱燈泡與鹵素燈實質上具有較高的光線轉換效率，且比所有這三種習用光源皆具有更長的壽命。此外，現在某些種類的LEDs比螢光光源具有更高的轉換效率，並且在實驗室中已可展現出還要更高的轉換效率。最後，LEDs不含有汞或其它可能危險的材料，因此可提供多種安全性與環境性的好處。
近年來，固態裝置已經用於取代高強度氣體放電(HID，High-intensity discharge)燈，可於需要能源效率及/或光線強度時可提供大面積之上較高的光線亮度。這些區域包括道路、停車場、通道、大型公共區域及其它戶外應用。為了在這些應用當中增加光線強度，通常在一個封裝體中安排有一個以上的固態發光裝置。一種固態發光裝置的示例為包含一p-n接合面的發光半導體晶片。一種封裝體的示例為將發光裝置的集合配置在一基板上，並包覆在螢光材料中，以產生寬頻譜的白光。此封裝體有時候被稱為LED陣列(LED array)。通常會附接 一散熱槽至該LED陣列來散逸由該等發光裝置產生的熱量。
LEDs用於取代目前常用於路燈的高強度氣體放電(HID)燈。轉換成LED式路燈通常牽涉到利用一新的LED頭部取代附接至一燈桿上方的該既有頭部。因為LEDs為二極體，當由交流電驅動時，僅在該電壓之順向偏壓階段會放射光線。此外，因為該LED的工作循環作業等於或少於50%，會發生閃爍，並會造成不愉快的效果，且會造成道路交通上不安全的狀況。因此，有需要一種能夠克服工作循環與閃爍的LED路燈照明系統。
本發明揭示一種模組式LED陣列，用於處理關聯於LED路燈的該等缺點。該模組式LED陣列包含一些設置在一基板上的LEDs，以經由一光學元件放射光線，藉此排除需要一加長的MCPCB來承載多個發光裝置。較佳地是，該等LEDs經由在該等LEDs之一發光(上方)側上的電極而電氣耦合在一起。藉由將該等電極設置在該等LEDs之上方側之上，該基板能夠且不需要電氣絕緣來藉由更多材料選擇的可能性來提供較佳的導熱性。該模組化LED陣列另可包含附接至該導熱基板的一散熱槽以散逸由該等LEDs產生的熱量。該模組化LED陣列可經由該基板附接至一安裝支架。該安裝支架可附接至該頭部。
使用一單一光學元件來聚焦來自該等LEDs的光線到道路之上，相較於習用利用多個光學元件之發光裝置組態而言，為更經濟性的方式。此外，該路燈的可靠度 可利用該LED陣列模組來改善，其係因為比多個發光裝置需要較少的電路。
該LED陣列的模組化設計使得以往路燈的改造可更為簡單。以往該路燈的整個頭部被取代來轉換該路燈為一LED路燈。在本發明一具體實施例中，該LED陣列模組可被安裝到一既有的路燈頭部當中。一安裝者可簡單地自該既有的頭部移除該HID燈、該電氣燈座與該反射器。然後承載該LED陣列模組的該安裝支架可使用先前用於夾持一反射器的該等螺絲孔而附接至該頭部。先前連接至一安定器的該等電線可被附接至安裝在該頭部中的一驅動器。該驅動器用於提供交流電給該LED陣列模組，且可設置在該基板或該安裝支架上。另外，該驅動器可安裝在該路燈的該燈桿中，且來自該驅動器的電線直接連接至該LED陣列模組。
在本發明一種態樣中，揭示一種具有一燈桿與附接至該燈桿的一頭部之路燈。該頭部包括一光源，其具有複數個固態發光裝置，及一光學元件，其配置成由來自該等固態發光裝置放射的光線產生一光線散佈模式(light distribution pattern)，其中該光源配置成直接由一交流電源供電。
該光源包括至少一第一的一或多個固態發光裝置，及至少一第二的一或多個固態發光裝置，其中該發光裝置為發光二極體(LEDs)，且因此僅在當受到一順向偏壓電壓時放射光線。該等第一的一或多個固態發光裝置係串聯地電氣連接於皆在一第一方向上的該等二極體之極性。該等第二的一或多個固態發光裝置係串聯地電氣連接於皆在一第二方向上的該等二極體之極性，其 為該等第一的一或多個固態發光裝置之相反極性。該等第一與第二的一或多個固態發光裝置可並聯地電氣連接。該等第一的一或多個固態發光裝置於一交流電壓循環的一第一部份期間為順向偏壓，而該等第二的一或多個固態發光裝置於該交流電壓循環的一第二部份期間為順向偏壓。並聯於該等第一與第二的一或多個固態發光裝置之一或多個電容器或其它電力儲存電子零件維持一順向偏壓放電電流通過該等第一與第二的一或多個固態發光裝置，即使當該交流順向偏壓降低時，依此可降低閃爍。
在本發明的一種態樣中，一路燈包括一燈桿與附接至該燈桿的一頭部，該頭部具有一或多個固態發光裝置，及支撐該等一或多個固態發光裝置的一安裝支架，其中該等固態發光裝置配置成直接由一交流電源供電。
以下本發明將參照附屬圖式進行更為完整的說明，其中顯示了本發明之多種態樣。為了本發明之目的，「路燈」(street light)代表提供給街道、道路、人行道、隧道、公園、戶外設施、停車場等任何照明之任何照明系統。一「燈桿」(pole)代表用於支撐一照明系統的任何結構，包括例如一燈柱、高隔間支撐、壁掛式、懸掛式懸吊夾具、支撐架體、天花板安裝或類似者。一「頭部」(Head)代表提供該光源之機械式與環境性外殼之實體。一「臂部」(Arm)代表由該燈桿至該頭部之水平垂直延伸。一「熱管理系統」(thermal management system)可包含一散熱槽、熱散佈器、熱鰭片、導熱管、熱介面 材料、主動式空氣流動裝置等中至少一者。但是本發明可具體實施成許多不同型式，且不能夠視為被限制於整份說明書中所提供的本發明之多種態樣。而是這些態樣係提供使得本發明將可完善與完整，且將可完整傳達本發明之範圍給本技術專業人士。在該等圖式中例示之本發明的該等多種態樣可能並非依比例繪製。另外，該等多種特徵之尺寸為了清楚起見可能增加或縮減。此外，一些圖式可為了清楚起見而被簡化。因此，該等圖式應未描述給定設備(例如裝置)或方法之所有該等組件。
本發明之多種態樣將在此處參照圖式做說明，其為本發明之理想化組態的示意性例示。因此，該等例示之該等形狀將由於例如製造技術及/或公差而有差異。因此，在本說明書中所提供的本發明之多種態樣不應視為限制於此處所例示與描述之元件(例如區域、疊層、區段、基板等)的該等特定形狀，而是包括由於例如製造所產生的形狀之變化。例如，所例示或描述為一長方形的一元件在其邊緣處，可具有圓形或彎曲的特徵及/或一梯度集中度，而並非每個元件之間有分散的變化。因此，在該等圖式中所例示的該等元件在性質上為示意性，且它們的形狀並非要例示一元件的準確形狀，且並非要限制本發明之範圍。
將可瞭解到當一元件，例如區域、疊層、區段、基板或類似者，其被稱為「在(on)另一元件上」，其可直接位在另一元件上，或亦可存在介於其中的元件。相反地，當一元件被稱為「直接在(directly on)另一元件上」，即不存在介於其中的元件。將另可瞭解到當像是一結構的一元件被稱為耦合至另一元件時，其可直接連接至該 另一元件，或亦可存在有中間元件。例如，一元件可藉由直接導電連接而電氣耦合至另一者，或是有一中間導電連接器、一電容式、電感式或其它型式的連接來提供電流、電力、信號或同等者之傳輸。同樣地，兩個元件可藉由直接實體連接而機械式地耦合，或可存在有中間連接元件。另將可瞭解到，當一元件被稱為「形成」(formed)在另一元件上時，其可在另一元件或一介於其中的元件上成長、沉積、蝕刻、附著、連接、耦合、或另外製備或製造。
再者，相對的術語，例如「下方」或「底部」及「上方」或「上部」等，在此處係用於描述一個元件與另一元件的關係，如該等圖式當中所例示者。將瞭解到相對術語除了在該等圖式中所描述的該方向之外，係要涵蓋一裝置的不同方向。例如，如果在該等圖式上的設備被轉向，則描述為在其它元件之「下方」側上的元件之方向即為在該等其它元件的「上方」側。因此該用語「下方」根據該設備的特定方向可同時涵蓋「下方」與「上方」的方向。同樣地，如果在該圖式中一設備被轉向，被描述為「低於」或「在其它元件之下」之元件的方向即為在該等其它元件「之上」。因此該用語「低於」或「在其下」可同時涵蓋在其上方及其下方的方向。
除非另有定義，此處所使用的所有術語(包括技術與科學術語)皆為本發明所屬的技術中一般專業人士所共同瞭解的相同意義。另將可瞭解到術語，例如那些在常用字典中所定義者，必須解譯成其意義符合於在相關技術與本發明之內文中之意義。
如此處所使用者，單數形式「一」(「a」、「an」)及該(「the」)係亦包括複數形式，除非在文中另有明確指明。其將可瞭解到在本說明書中將使用的術語「包含」(「comprises」及/或「comprising」)指定存在有所述的特徵、整數、步驟、作業、元件及/或組件，但並不排除存在或加入一或多個其它特徵、整數、步驟、作業、元件、組件及/或其群組。該術語「及/或」(and/or)包括該等相關所列出之項目之一或多種的任何及所有的組合。
以下配合該等附屬圖式提出的該實施方式係要做為本發明之多種態樣的說明，而並非要代表可實施本發明之所有態樣。該實施方式包括特定的細節，目的在於提供本發明之完整瞭解。但是，本技術專業人士將可瞭解到本發明可不使用這些特定細節來實施。在一些例證中，熟知的結構及組件以方塊圖型式顯示，藉此避免混淆本發明之該等觀念。
現在將提供一種光源之多種態樣。但是本技術專業人士將可立即瞭解到這些態樣可被延伸至其它裝置而皆不背離本發明之精神與範圍。該光源可包括安裝在一通用安裝支架上的一系列固態發光裝置。該通用安裝支架配置成取代在用於照明的複數個可使用包覆頭部中該照明系統的一或多個零件。該等包覆頭部在至少一個尺寸上有差異，且該照明系統亦可於照明模式與強度需求上有所不同。
本發明一種用於改裝習用照明系統之裝置與方法，例如像是路燈，係利用組裝在一通用安裝支架上的固態發光裝置，其可安裝在先前安裝有非固態發光裝置的地方。該等固態發光裝置(及/或其陣列)需要一安裝裝 置來將它們安裝在例如習用的路燈圓蓋中，例如眼鏡蛇頭部。
用於固態發光裝置中的一固態發光裝置之示例為該發光二極體(LED)。該LED為本技術中所熟知，因此將僅簡短討論來提供本發明之完整說明。一LED為注入或摻雜有雜質的半導體材料。這些雜質加入「電子」及「電洞」至該半導體，其可相對自由地在該材料中移動。根據雜質的種類，該半導體的一摻雜區域可具有顯著的電子或電洞，其分別被稱為n型或p型半導體區域。在LED應用中，該半導體包括一n型半導體區域及一p型半導體區域。在該等兩個區域之間的接面處產生一逆電場，其造成該等電子及電洞移動遠離該接面而形成一主動區域。當橫跨該p-n接面施加一足以克服該逆電場之順向電壓時，電子與電洞即被強迫進入該主動區域並結合。當電子結合於電洞時，它們即落入較低的能量階，並以光的型式釋放能量。
LEDs可使用在相對較窄頻寬的色彩範圍中。但是，在需要模擬由白熱燈泡、日光燈、鹵素燈或自然陽光產生的「白光」代表的照明頻譜特性之應用當中，一種解決方案為在一載板中包括一或多個螢光材料來包覆或做為一藍光LED之上的疊層。該等螢光材料吸收該短波長藍光的一部份，並由斯托克斯(Stokes)偏移放射的程序而放射較長波長的光線。藉由控制螢光材料的種類與數量，由該LED放射的光線與該螢光材料直接的一種平衡的混合光線可由人眼察覺為「白光」(white light)。
請參照第一圖，該LED 101包括一基板102、一在該基板102上的磊晶層結構104及在該磊晶層結構104 上的一對電極106與108。該磊晶層結構104包含夾在兩個相反摻雜的磊晶區域之間的一主動區域116。在此示例中，一n型半導體區域114形成在該基板102上，及一p型半導體區域118形成在該主動區域116上，但是該等區域可為反向。也就是說，該p型半導體區域118可形成在該基板102上，而該n型半導體區域114可形成在該主動區域116上。本技術專業人士將可立即瞭解到整份發明文件中所述之該等多種觀念可被延伸至任何適當的磊晶層結構。額外的疊層(未示出)亦可被包括在該磊晶層結構104中，其包括但不限於緩衝層、成核層、接觸與電流散佈層以及光線提取層。
該等電極106、108可形成在該磊晶層結構104的該表面上。該p型半導體區域118暴露於該上表面處，因此該p型電極106可立即形成於其上。但是，該n型半導體區域114埋入在該p型半導體區域118與該主動區域116之下。因此，為了在該n型半導體區域114上形成該n型電極108，該主動區域116與該p型半導體區域118的一部份被移除，以在其下方暴露該n型半導體區域114。在移除該磊晶層結構104的此部份之後，即可形成該n型電極108。
如上所述，可使用一或多個發光裝置建構一LED陣列。現在將參照第二圖提供一LED陣列的示例。第二圖為例示一LED陣列之示例的概念性上視圖。在此示例中，一LED陣列200配置有設置在一基板202上的多個LEDs 205與215。該基板202可由任何可提供該等LEDs 205、215機械性支撐的適當材料製成。較佳地是，該材料為導熱性，用於將來自該等LEDs 205、215的熱量散 逸掉。該基板202可包括一介電層(未示出)，以提供該等LEDs 201之間的電氣絕緣。該等LEDs 205、215可由一導電電路層、打線接合或這些或其它方法之組合在該介電層上並聯及/或串聯地電氣耦合。
在第二圖所示的該示例中，LEDs 205係設置在一串聯陣列210，其二極體極性皆在一第一方向上。同時，LEDs 215設置在一串聯陣列220中，其二極體極性皆為該串聯陣列210之相反的一第二方向上。複數個串聯陣列210、220可設置在該基板202上，以提供一選擇的LEDs 205、215之總數。電氣跡線230個別地串聯連接所有的LEDs在串聯陣列210或串聯陣列220中，且電氣跡線240並聯地連接串聯陣列210與220。電極250經由電線265提供來自一交流電源260的連接。
該交流電源260可得到如同提供給一習用路燈的交流電。該交流電源260可包括一交流電壓變壓器(未示出)，藉以轉換進入的交流電壓(基本上為120V或240V)為適用於橫跨在串聯連接210與220中選擇數目的LEDs 205、215的該順向偏壓電壓降的電壓。例如，一種典型的LED可具有大約3V的最大順向偏壓電壓。因此，並聯於一串聯連接220的一串聯連接210，其每一者包含由該交流電源提供的12V交流電所操作的四個LEDs。
利用該等串聯陣列210與220具有與順向偏壓的相反極性，明顯地一串聯陣列210將在當該交流電壓在該交流電波形的一第一階段或部份中時放射光線，藉以順向偏壓該等LEDs 205，而一第二串聯陣列220將在當該交流電壓在該交流電波形之相反極性的一第二階段或部份中放射光線時，藉以順向偏壓該等LEDs 215。因 此，在該所述的示例中，在任何給定時間時，該第一串聯陣列210或該第二串聯陣列220任一者被順向偏壓來個別地由該等LEDs 205或215放射光線。
由於該交流電壓的頻率，可能發生在該放射的光線中的閃爍會由人眼察覺到，其時常令人不悅或分心。為了降低包括該發光裝置200當由該交流電源260驅動時的該光源之閃爍，一或多個電容器或其它電力儲存裝置或電子電路270可放置成並聯於該交流電源260。儲存在該電容器C 270中的電荷於該交流電循環之第一部份期間具有一第一極性將藉由該相對應的順向偏壓的第一或第二串聯陣列210或220汲出。由於一時間常數t=RxC，其中R為該第一或第二串聯陣列210或220之淨電阻，一順向電流將由於一連續衰減順向電流而在每一陣列中持續。因此，在由該發光元件200放射的光線中任何的空白根據所選擇的電容C 270的數值與該交流電壓頻率而可降低或消除。
該LED陣列可配置成產生白光。白光可使得該LED陣列用於直接取代現今在白熱燈泡、鹵素燈、日光燈、HID與其它適當燈具中使用的習用光源。至少有兩種常用來產生白光的方式。一種方式係使用放射多種波長(例如紅光、綠光、藍光、琥珀色或其它色彩)之個別LEDs，然後混合所有的色彩來產生白光。另一種方式為使用一螢光材料或其它材料來轉換自一藍光或紫外光(UV，Ultra-violet)LED所放射的單色光成為寬頻譜的白光。但是本發明可利用其它LED與螢光材料的組合來實施以產生不同顏色的光線。
現在將參照第三圖提供一LED陣列的示例。第三A圖為例示一白光LED陣列的示例之概念性上視圖，其現在被稱為一固態發光裝置，而第三B圖為第三A圖中該固態發光裝置的概念性橫截面側視圖。該固態發光裝置300所示具有一基板302，其可用於支撐多個LEDs 301。該基板302之配置方式類似於配合第二圖所述者或以某個其它適當方式配置。在此示例中，該基板302包括沿著該周緣的複數槽縫310。一螢光材料308可沉積在由一環狀或其它形狀或環繞該基板302的該上表面圓周式或任何形狀延伸的其它邊界309所定義的一凹穴內。該環狀邊界309可利用一適當模具形成，或另獨立地由該基板302形成，並使用一黏著劑或其它適當方式附接至該基板302。該螢光材料308例如可包括懸浮在一環氧樹脂、矽膠或其它載體中的螢光粒子，或可由溶解在該載體中的一可溶性螢光材料構成。
在另一種白光放射元件的組態中，每個LED 301可具有其本身的螢光層。如本技術專業人士將可立即瞭解到可使用多種LEDs與其它發光裝置的組態來產生一白光放射元件。再者如前所述，本發明並不限於產生白光的固態發光裝置，而是可延伸至產生其它顏色光線的固態發光裝置。
例如，將可使用道路照明系統來描述該等性質並使用一「通用」安裝支架來利用該LED型式或同等者之固態發光裝置300來改裝道路照明系統。但是，本技術專業人士將立即瞭解到這些態樣可被延伸至其它光源，其皆不背離本發明的精神與範圍。第四圖例示用於支撐固態發光裝置300的一安裝支架400。該安裝支架400可 用於附接複數個習用路燈之任何一者取代非固態光源。該等複數個習用路燈之每一者在至少一個實體尺寸上彼此不同。
該安裝支架400可被安裝在一路燈的一頭部中。該安裝支架400可使用形成在該安裝支架400中至少一孔來附接至一路燈頭部以取代一習用的非固態照明系統。該安裝支架400包含一平板410。該平板410包含複數個孔420，其允許一適當大小的螺紋螺絲或螺栓，且其被設置成固定該平板410至該包覆頭部中的螺紋孔，或藉由一同等的附接裝置。該平板410另包含複數個螺紋孔430，其配置成藉由附接該基板302至該平板來固定一或多個固態發光裝置300，如下所述。
該平板410用於支撐一或多個固態發光裝置300。該平板410可包括附接點，例如夾鉗、螺絲或螺栓的螺紋孔、螺栓的非螺紋孔或類似者，以附接該等固態發光裝置300至該平板410。
第五圖所示為用於使用一凸緣(或托架)550來夾持該固態發光裝置300抵住該平板410而附接該固態發光裝置300至平板410的一支架400的示例，不過其他同等的附接裝置同樣有效。例如，螺紋螺絲(或螺栓)560穿過在該凸緣550中的穿通孔570至該平板410中的螺紋孔430，以扣緊該等固態發光裝置300至該平板410。另外，孔430可為通孔430，並可使用一螺紋螺帽來固定螺絲460，以耦合該固態發光裝置300與凸緣550的該組裝件至該平板410。
在一些實施中，該支架400可配置成收納安裝在該散熱槽605上的一或多個固態發光裝置300。該散熱槽 605可包含一熱質量606與複數散熱鰭片607。該等凸緣550可由該平板410的該表面提升，且安裝在固定座650上，以提供該散熱槽605之空隙。該等固定座650可具有與該平板410中凸緣孔570與孔430為實質上相同內徑的固定座通孔670。一螺紋螺絲(或螺栓)660可通過在該平板410中該凸緣孔570、該固定座通孔670與該孔430，以扣緊該凸緣550、固定座650、固態發光裝置300與散熱槽605至該平板410。例如，如果該等孔430具有螺紋，該螺絲660固定僅列舉至該平板410的所有零件。如果該等孔430為通孔，被具有螺紋來接合至該螺絲430的複數螺帽(未示出)可用於附接該等相同零件。因此，該相對應固態發光裝置300的該散熱槽605可被設置在該平板410與該固態發光裝置300之間；也就是說在該固態發光裝置300之後。
存在有多種型態的路燈包覆頭部。例如，一眼鏡蛇頭部為一種路燈頭部。例如，一眼鏡蛇頭部包括一反射器，及將該光源包覆在該外殼中的一外蓋透鏡。
該平板410可被安裝在該路燈頭部中來取代該反射器，且位在該外殼透鏡內部。基本上，該反射器經由安裝連接被安裝至該燈具頭部，例如螺紋孔及螺絲或螺栓。該等固態發光裝置300可於該平板410被安裝在該燈具頭部中之前或之後來附接至該平板410。但是在一改裝程序中，較佳地是在安裝該平板410之前預先安裝該等固態發光裝置300。
該安裝支架400可調整至少一尺寸，使得在該平板410中一或多個孔435可對準於在該等路燈頭部中任何一者的一或多個反射器安裝點。
在另一示例中，如第七A圖與第七B圖所示，一安裝支架700可具有一或多個孔，其設置在一燈座托架775上，與一平板710為一實質的直角，以使得該安裝支架700被扣緊以取代在任何該等路燈中的一非固態發光裝置燈座(未示出)。該燈座托架775可為該安裝支架700的一整合零件，或其可為一獨立零件。第七A圖與第七B圖僅顯示平板710與托架775的一示例性配置。該平板710與平板410之顯著不同僅在於托架775可為該安裝支架700的一部份，成為一單一結構，其可附接至該安裝支架700，使用例如螺絲與螺紋螺絲孔，或可為該安裝支架700的一可拆卸零件。該托架775包括至少一額外的孔780用於提供電力線至該等一或多個固態發光裝置300，並可包括一或多個安裝孔790以對應於用於安裝該燈座托架775以取代該燈座的至少一或多個孔(其可具有螺紋)。
該安裝支架700可包括複數個固定座795，其具有可耦合至該安裝支架700的通孔796以使得該安裝支架700被安裝在該等路燈任一者之一或多個反射器安裝孔處當中。該安裝支架700可包括一第二複數個的凸緣或固定座650，其可被調整地附接至該平板以使得該等一或多個固態發光裝置300被附接至該安裝支架700。
第七C圖例示包括一固態發光裝置光源之一路燈頭部701的示例。例如，如第七C圖所示，該固態發光裝置光源可包括被覆螢光材料308在該基板302上的複數個LEDs 301。
非固定光源所需要的一電子安定器與變壓器可藉由一變壓器及/或電子零件的電力儲存裝置所取代，例如 固態發光裝置300。該電路可放置在該基板302上、在該安裝支架400上、在該燈座托架775上，如第七C圖所示，其係位在該路燈的該燈桿內部或任何習用位置處。如第七C圖中該示例所示，電線785耦合該等固態發光裝置300至該變壓器或電力儲存實體780。該電路790可耦合該等固態發光裝置300至透過在該燈座托架775中該孔780通過該路燈燈桿的該路燈頭部的電力線792。一光學元件730可包覆該頭部701，且提供多種光學功能，例如束波分散、擴散等，以決定該照明模式。另外，該光學元件730可被加入為該等固態發光裝置300之上的一疊層(未示出)來執行該相同功能。
在本發明的一種態樣中，該安裝支架700可被耦合至該光學元件730，其中該光學元件730包括一或多個孔(未示出)以使用一或多個孔720接合具有該等通孔796之一或多個固定座795至具有螺紋螺絲或螺栓的該光學元件730，而非耦合該安裝支架至該路燈頭部或反射器。另外，該光學元件可被移除，且安裝來取代該光學元件730的該安裝支架700使用用於附接該光學元件730至該路燈頭部的相同孔或夾具的組合，其利用螺絲來附接該等固定座。
第八圖為應用固態發光裝置300至一路燈800的示例。該路燈800包括一燈桿810與該懸伸臂部815(請注意加入815在圖式中指向該臂部)，及附接至該燈桿810的一頭部820。該頭部820包括一光源，其包含複數個固態發光裝置300(未示於第八圖中)，及一光學元件830，其配置成由自該等固態發光裝置放射的該光線來產生一光線散佈模式。
包括在該頭部820中的該等組件之一示例參照上述的第七C圖來說明，且其細部在此並不相關。
該固態發光裝置300可具有實質上類似橫向效果LED的結構。也就是說，該等固態發光裝置之每一者可包括可附接至該基板302的一第一表面與相對於該第一表面的一第二表面，其中一或多個電極可附接至該第二表面。在垂直效果LEDs中，該固態發光裝置302之該第一表面可包括附接至該基板的一導電部份之一電極，及在該固態發光裝置的該第二表面上的一第二電極可提供做為一電極連接。因此，附接至該等固態發光裝置300、該驅動器電路790與類似者之電線的細節在細節上不同，但具有相同的功能性角色來提供一適當激勵至該等固態發光裝置300。
對於該橫向效果固態發光裝置300，在該第二表面上該等一或多個電極彼此電氣耦合。例如，對於一半導體LED，一電極可被耦合至半導體材料的一n型區域，而一第二電極可被耦合至半導體材料的一p型區域。該n型區域連接於該p型區域以形成一接合面。依此方式，該等第一與第二電極彼此耦合。
該光源另可包括熱性耦合至該等固態發光裝置300的一散熱槽(例如像是第六圖、第七C圖中所示之605)。例如，該基板302在其上可安裝該等固態光源，其可依次被安裝在一散熱槽605上。也就是說，該基板302具有一第一側與一第二側，其中該等固態發光裝置被安裝在該基板的該第一側上，且該基板302的該第二側附接至該散熱槽605。另外，每個固態發光裝置可被安裝在 一散熱槽605上，且該散熱槽安裝在該基板的該第一側上。
該基板302與散熱槽可用多種方式耦合至該頭部820。請參照第六圖，可看出如何達成此處所述之該等多種組合。一安裝支架400可支撐該等固態發光裝置300，其中該安裝支架400被附接至該頭部820。在一示例中，其中該基板302的該第一側同時支撐該等固態發光裝置與該散熱槽605，且其中該等散熱槽605被附接與熱性耦合至該基板302的該第一側，該基板302可直接附接至該安裝支架400。在另一示例中，該等固態發光裝置302可直接附接至該導熱基板302的該第一側，該散熱槽605可直接附接至該基板302的該第二側，且該基板302可使用固定座或同等者附接至該安裝支架400，以提供該等散熱槽605與用於移除廢熱的空氣循環之空間。在另一示例中，該等固態發光裝置300可直接耦合至該基板302的該第一側，該基板302的該第二側可直接耦合至該安裝支架400的一第一側，且該散熱槽605可直接安裝在該安裝支架400的一第二側，其中該基板302為導熱性。該安裝支架400可直接耦合至該頭部820，例如用於配接螺絲孔的螺絲，其中例如可在先前附接的一反射器板，或是經由固定座795也允許在該安裝支架400與該等螺絲孔之間的該等散熱槽805之空間。
該光學元件830可包含一單一圓項，其相對於設置成產生一光線散佈模式825的該等固態發光裝置300，其為任何特殊道路照明需求所需要。該圓頂可以包括複數個子元件中任何一者，其獨立地安裝成導引及/或擴散 來自該等固態發光裝置的該光線。另外，該等固態發光裝置可具有該光學元件830，其包含一單一模製的光學結構或模製到該等固態發光裝置300的該表面之複數個子結構。
具有一習用第一光源的一路燈可藉由自該頭部820移除該第一光源，並安裝包含複數個固態發光裝置300的一第二光源來改裝。該等固態發光裝置300可被安裝在一基板302上，如上所述，其可具有或不具有一散熱槽，如上所述。該基板302可藉由該安裝支架支撐，如上所述。(該安裝支架400另可包括電氣耦合至該等固態發光裝置300的一驅動器以提供電力來激勵該等固態發光裝置300)。該第二光源可電氣耦合至一電源，例如經由該燈桿810中的電線790，其被引進到該頭部820當中，且其先前附接至該燈座。該等電線可經由該驅動器耦合至該等固態發光裝置300。
移除該第一光源可包括自該頭部820移除一非固態光源與一反射器。該反射器藉由一附接裝置而附接至該頭部820，其可為例如在該頭部820中一或多個螺絲與螺紋螺孔或任何同等裝置。該反射器例如可藉由移除延伸通過該反射器進入該頭部820中該等一或多個螺孔中且附接該第二光源的該等一或多個螺絲來移除。該第一光源的移除亦可包括自該頭部820移除該等非固態發光裝置的一電氣燈座。
該第二光源可藉由插入一或多個螺絲通過該安裝支架400進入在該頭部820中該等一或多個螺絲來安裝。一平板可被附接在該電氣燈座在先前被安裝之處，該平板具有一孔來由該燈桿810供給該等一或多條電線 以耦合至該等固態發光裝置300之處。該等電線例如可經由該驅動器耦合至該等固態發光裝置300。該平板亦可提供該固態模組的機械式支撐。
在選擇固態發光裝置300的一陣列大小所要考慮的該等特性與該光學元件830的該等聚焦、分散及/或擴散性質當中包含有該燈柱810的高度815，及該應用所需要的該照明模式/強度825。
該等申請專利範圍並非要限制於本說明書的多種態樣，而係要根據符合該等申請專利範圍之用語的完整範圍。所有在結構上與功能上同等於本技術專業人士已知或稍後得知之本說明書中所描述之該等多種態樣之該等元件者，皆在此以參照方式明確加入，並係要由該等申請專利範圍所涵蓋。再者，此處所揭示者皆並非要奉獻給公眾，不論這些揭示內容是否明確地在該等申請專利範圍中所列述。在此沒有主張的元件係要以35 U.S.C §112之條文的第六段解釋，除非該元件使用片語「用於...之裝置」(means for)或在方法式申請專利範圍時的片語「用於...之步驟」所明確敘述。
101‧‧‧LED
102‧‧‧基板
104‧‧‧磊晶層結構
106、108‧‧‧電極
114‧‧‧n型半導體區域
116‧‧‧主動區域
118‧‧‧p型半導體區域
200‧‧‧LED陣列
201‧‧‧LED
202‧‧‧基板
205、215‧‧‧LED
210‧‧‧串聯陣列
220‧‧‧串聯陣列
230‧‧‧電氣跡線
240‧‧‧電氣跡線
250‧‧‧電極
260‧‧‧交流電源
265‧‧‧電線
270‧‧‧電子電路
270‧‧‧電容器C
300‧‧‧固態發光裝置
301‧‧‧LED
302‧‧‧基板
308‧‧‧螢光材料
309‧‧‧邊界
310‧‧‧槽縫
400‧‧‧安裝支架
410‧‧‧平板
420‧‧‧孔
430‧‧‧螺紋孔
435‧‧‧孔
550‧‧‧凸緣(或托架)
560‧‧‧螺紋螺絲(或螺栓)
570‧‧‧穿通孔
605‧‧‧散熱槽
606‧‧‧熱質量
607‧‧‧散熱鰭片
650‧‧‧固定座
660‧‧‧螺紋螺絲或螺栓
670‧‧‧固定座通孔
700‧‧‧安裝支架
701‧‧‧路燈頭部
710‧‧‧平板
720‧‧‧孔
730‧‧‧光學元件
775‧‧‧燈座托架
780‧‧‧孔
780‧‧‧變壓器或電力儲存實體
785‧‧‧電線
790‧‧‧安裝孔
790‧‧‧驅動器電路
790‧‧‧電線
792‧‧‧電力線
795‧‧‧固定座
796‧‧‧通孔
800‧‧‧路燈
805‧‧‧散熱器
810‧‧‧燈桿
815‧‧‧懸伸臂部
815‧‧‧高度
820‧‧‧頭部
825‧‧‧光線散佈模式
830‧‧‧光學元件
第一圖為例示一LED的示例之概念性橫截面側視圖；第二圖為例示被覆有一螢光材料之LED的示例之概念性橫截面圖；第三A圖為例示一白色光源的示例之概念性上視圖；第三B圖為第三A圖中該白色光源的概念性橫截面側視圖； 第四圖例示一通用安裝支架的示例；第五A圖例示包括附接一或多個固態發光裝置的一安裝支架之示例的平面圖；第五B圖例示該安裝支架與第五A圖之一固態發光裝置的側視圖；第六圖例示用於安裝耦合至一散熱槽之一固態發光置的一凸緣與固定座配置的示例；第七A圖例示用於耦合至一燈具外殼之一燈座的一安裝支架之示例的平面圖；第七B圖例示第七A圖之示例的側視圖；第七C圖例示包括一固態發光裝置光源之一路燈頭部的示例；及第八圖為一路燈。
300‧‧‧固態發光裝置
420‧‧‧孔
550‧‧‧凸緣(或托架)
560‧‧‧螺紋螺絲(或螺栓)

Claims (35)

  1. 一種路燈，其包含：一燈桿；及一附接至該燈桿的頭部，其中該頭部包含一光源，其包含複數個固態發光裝置、一光學元件，其配置成由來自該等固態發光裝置放射的光線產生一光線散佈模式，及一安裝支架，其中該光學元件藉由該安裝支架耦合至該頭部，其中該光源配置成直接由一交流電源供電。
  2. 如申請專利範圍第1項之路燈，其中該頭部另包含熱性耦合至該光源的一熱管理系統。
  3. 如申請專利範圍第2項之路燈，其中該熱管理系統另包含用於提供該等固態發光裝置與一散熱槽之間一電氣絕緣與導熱性附接的裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項之路燈，其中該安裝支架支撐該光源。
  5. 如申請專利範圍第4項之路燈，其中該安裝支架藉由取代該光學元件耦合至該頭部。
  6. 如申請專利範圍第1項之路燈，其中該等固態發光裝置包含串聯連接的一或多個第一發光裝置及串聯連接的一或多個第二發光裝置，該等一或多個第一發光裝置係並聯聯接至具有相反極性的該等一或多個第二發光裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項之路燈，另包含一或多個電容器或其它電力儲存裝置或電氣耦合至該等一或多個第一發光裝置的電子零件，及該等一或多個第二發光裝置以降低閃爍。
  8. 如申請專利範圍第1項之路燈，其中該等固態發光裝置包含一或多個第一發光裝置，其配置成僅於一交流電循環的一第一部份期間放射光線，及一或多個第二發光裝置，其配置成僅於該交流電循環的一第二部份期間放射光線，其中該交流電循環的該第一部份不同於該交流電循環的該第二部份。
  9. 如申請專利範圍第1項之路燈，其中該光源另包含支撐該等固態發光裝置的一基板。
  10. 如申請專利範圍第9項之路燈，其中該基板為導電性。
  11. 如申請專利範圍第1項之路燈，其中該光源另包含螢光材料，且其中該等固態發光裝置被包覆在該螢光材料中。
  12. 如申請專利範圍第1項之路燈，其中該頭部另包含一熱散佈器，其熱性耦合該光源至該頭部。
  13. 一種路燈，其包含：一燈桿；及一附接至該燈桿的頭部，其中該頭部包含一光源，其包含複數個固態發光裝置、一螢光材料，其包覆該等固態發光裝置、一光學元件，其配置成由來自該等固態發光裝置放射的光線產生一光線散佈模式，及一安裝支架，其中該光學元件藉由該安裝支架耦合至該頭部，其中該光源配置成直接由一交流電源供電。
  14. 如申請專利範圍第13項之路燈，其中該頭部另包含熱性耦合至該光源的一熱管理系統。
  15. 如申請專利範圍第14項之路燈，其中該光源另包含 用於提供該等固態發光裝置與一散熱槽之間一電氣絕緣與導熱性附接的裝置。
  16. 如申請專利範圍第13項之路燈，其中該安裝支架支撐該光源。
  17. 如申請專利範圍第15項之路燈，其中該安裝支架藉由取代該光學元件耦合至該頭部。
  18. 如申請專利範圍第13項之路燈，其中該等固態發光裝置包含串聯連接的一或多個第一發光裝置及串聯連接的一或多個第二發光裝置，該等一或多個第一發光裝置係並聯聯接至具有相反極性的該等一或多個第二發光裝置。
  19. 如申請專利範圍第18項之路燈，另包含一或多個電容器或其它電力儲存裝置或電氣耦合至該等一或多個第一發光裝置的電子零件，及該等一或多個第二發光裝置以降低閃爍。
  20. 如申請專利範圍第13項之路燈，其中該等固態發光裝置包含一或多個第一發光裝置，其配置成僅於一交流電循環的一第一部份期間放射光線，及一或多個第二發光裝置，其配置成僅於該交流電循環的一第二部份期間放射光線，其中該交流電循環的該第一部份不同於該交流電循環的該第二部份。
  21. 如申請專利範圍第13項之路燈，其中該光源另包含支撐該等固態發光裝置的一基板。
  22. 如申請專利範圍第21項之路燈，其中該基板為導電性。
  23. 如申請專利範圍第13項之路燈，其中該頭部另包含一光學元件，其配置成由自該光源放射的光線產生一 光線散佈模式。
  24. 如申請專利範圍第13項之路燈，其中該頭部另包含一熱散佈器，其熱性耦合該光源至該頭部。
  25. 一種路燈，其包含：一燈桿；及一附接至該燈桿的頭部，其中該頭部包含一光源，其包含複數個固態發光裝置、一光學式耦合至該光源用於產生一光線散佈模式的裝置，及一安裝支架，其中該用於產生一光線散佈模式的裝置藉由該安裝支架耦合至該頭部，其中該光源配置成直接由一交流電源供電。
  26. 如申請專利範圍第25項之路燈，其中該頭部另包含熱性耦合至該光源的一熱管理系統。
  27. 如申請專利範圍第26項之路燈，其中該光源另包含用於提供該等固態發光裝置與一散熱槽之間一電氣絕緣與導熱性附接的裝置。
  28. 如申請專利範圍第25項之路燈，其中該頭部另包含支撐該光源的一安裝支架。
  29. 如申請專利範圍第25項之路燈，其中該等固態發光裝置包含串聯連接的一或多個第一發光裝置及串聯連接的一或多個第二發光裝置，該等一或多個第一發光裝置係並聯聯接至具有相反極性的該等一或多個第二發光裝置。
  30. 如申請專利範圍第29項之路燈，另包含一或多個電容器或其它電力儲存裝置電氣耦合至該等一或多個第一發光裝置及該等一或多個第二發光裝置以降低閃爍。
  31. 如申請專利範圍第25項之路燈，其中該等固態發光裝置包含一或多個第一發光裝置，其配置成僅於一交流電循環的一第一部份期間放射光線，及一或多個第二發光裝置，其配置成僅於該交流電循環的一第二部份期間放射光線，其中該交流電循環的該第一部份不同於該交流電循環的該第二部份。
  32. 如申請專利範圍第25項之路燈，其中該光源另包含支撐該等固態發光裝置的一基板。
  33. 如申請專利範圍第32項之路燈，其中該基板為導電性。
  34. 如申請專利範圍第25項之路燈，其中該光源另包含螢光材料，且其中該等固態發光裝置被包覆在該螢光材料中。
  35. 如申請專利範圍第25項之路燈，其中該頭部另包含一熱散佈器，其熱性耦合該光源至該頭部。
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