TWI499736B - 用於中空本體之均勻照明的發光二極體燈 - Google Patents

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Description

用於中空本體之均勻照明的發光二極體燈
本發明係關於彎曲、不平坦或多面體表面之一致性照明的一發光裝置，其包括複數個平坦的板上連接LED模組(chip-on-board LED module)，其等至少成對彼此鄰近而配置，其中每一板上連接LED模組併入複數個發光二極體。此外，本發明係關於一發光單元且係關於一種用途。
需要彎曲、多面體或不平坦表面之一致性照明之應用的領域係出於乾燥、固化或曝照漆、黏合劑、樹脂及形成不平坦本體之內部表面或外部表面之塗層的其他感光材料之硬化及曝照。
在此方面的一實例係排水管修復，其中已知提供具有以一管之形式之一光可固化塗層或物質的導管或管的內部表面。為硬化所謂的一「管襯裏」，即在其外部表面上具有保護性塑膠膜的一樹脂浸漬的玻璃纖維織物，在排水管修復期間迫使一燈經該管或該導管而逐步乾燥且藉助於強烈的照明而在區段中硬化該塗層材料。理想地，適當的燈系統可經受至多90°的彎曲。適當塗佈之導管及管的典型直徑範圍從幾釐米一直到若干米。
此製程需要一致性的曝照，以獲得該塗層材料的一一致性乾燥及固化。照明的典型均勻容許度相對於一定義之平均值在小於±15%的一範圍內。對於此應用，在一照明之內壁上的輻照度範圍從幾μW/cm2 一直到100 W/cm2 。
為獲得一較高發光效率，適當已知之燈系統具有比內部導管直徑僅小幾毫米的一直徑，該等燈系統為該內部導管直徑而設計。然而該燈亦可置於距該欲被輻射曝照之表面至多幾米的一距離處。
對於進一步徑向對稱的凸起中空本體的內部照明已知有類似的需求。此係例如發光工程之領域中的情況，例如，建築燈、UV固化及具有一特定橫截面幾何之縱向本體或中空空間之曝照。對應的幾何為例如導管、圓錐體、球體、多面體本體或類似物。
到此為止，提供一強烈光發射的氣體放電燈主要使用於光固化排水管修復之實例應用中。基於氣體放電的傳統使用的燈帶來一較強熱輻射或紅外線輻射，若該燈以一過長時間太近地接近於將被照明或輻射的物件，則其加熱將被硬化之該物件及該塗層。在考量UV固化製程的情況中，此意謂著可能會解離將被交聯的聚合物。在排水管修復中，將被固化之該襯裏材料可因此被熱損壞。
已知的燈主要適宜於較大的導管直徑，且由於其等之整體尺寸而較少應用於較小之導管直徑，諸如在其中典型的導管直徑對應於160 mm或更小的標稱直徑之供應接頭之領域中所會產生之情況。由於此緣故，無法使用將被拖動通過具有45°或90°之角度之彎曲的氣體放電燈系統。
至於較小的整體尺寸，傳統UV燈技術被該等燈可達成的最小尺寸所限制。在此方面的一進一步限制亦會由用於該等燈的一機械穩健之支撐架及保護的必要性所引起，其一般而言，由一包絡玻璃本體組成，該包絡玻璃本體用一物質填充，且其中該氣體放電在兩個相對電極之間發生，或由用微波的無電極激發。若提供一適當機械穩健支撐架或保護，例如，以圍繞該燈之金屬桿的形式，必須接受影響所發射之輻射的陰影效應。該輻射之此等不均勻度在當需要一致性輻照時係不利的，諸如UV固化。
為獲得較高輻照度而使用複數個傳統玻璃燈泡，特定言之，由於當此等燈在例如一管之圓周方向上彼此相鄰配置時其等明確的幾何延伸而使達成均勻發光變複雜。此係由於以下事實，即，所發射之輻射領域的一較好溢出僅發生於對應於發射中央之距離的一幾何距離處，使得由該等燈之該等發射中央之間漏失的發射物所引起輻照度上的下降，導致在圓周方向上的過度不均勻。在此情況中，為均勻化該發光，可能必需使用複雜的光學系統。
因此本發明針對提供彎曲、不平坦或多面體表面之一致性照明的一發光裝置，其可用於緊湊中空本體及/或具有在從幾毫米一直到若干米之一範圍內之典型內部直徑及外部直徑的本體，且允許在照明之內壁及外壁上幾十μW/cm2 一直到100 W/cm2 之一範圍內的輻照度。該發光裝置應尤其可使用於排水管修復。
對於彎曲、不平坦或多面體表面之一致性照明，此問題由一發光裝置解決，該發光裝置包括複數個平坦板上連接LED模組，其等至少成對彼此鄰近而配置，其中每一板上連接LED模組併入複數個發光二極體，其中該複數個(在一進一步發展中)具有至少一對鄰近的板上連接LED模組，其等相對於其等的面法線而在大於0°的一角度下配置。
本發明係基於利用LED，即，發光二極體，其等使用於一板上連接附接技術中，此亦稱為「COB」。在本發明之範圍內，一板上連接LED模組將被理解為一單元，其包括二維基板及在COB技術中施用於其上的未罩住的LED晶片以及適當的導體路徑(若必要)。其中，具有範圍從幾百微米一直到若干毫米的一典型邊緣長度的一個或多個未罩住的LED晶片建立於調整之基板上，此對於全面解決所描述之問題提供較好的可能性。
COB技術係一可撓性附接技術，其允許使用多種附接及連接材料。在基板技術之領域中，高度熱導電材料，諸如金屬芯印刷電路板、金屬、陶瓷及矽基板可用於組裝強大的LED燈，而且使用於具成本效率之FR4印刷電路板或對於某些特定應用係必須的基板中，諸如玻璃或塑膠。出於此原因，COB技術提供最佳化成本及效能兩者的大量可能性。
如對比於SMT技術，即，「表面安裝技術」，(可使用為具有較少技術複雜性，且其中一個或通常至多四個LED晶片(每一晶片在一單一外殼中))通常藉由焊接而施用於一印刷電路板上，該板上連接技術(其按照技術方案係更複雜的)亦對此問題提供優點。
關於該等晶片在該基板上的潛在配置，該等未罩住的LED晶片之較小尺寸及增加之靈活性允許對將被照明的彎曲、多面體不平坦表面的幾何進行一較好調整，且特定言之，關於將被曝照至輻射之表面之照明的一較高均勻度的最佳化該發光裝置之極佳的可能性。在該等潛在基板上該等LED晶片之配置可針對所選擇的任務來予以客製化。為達成此，必須考慮該等LED已知之輻射性質及能力，以獲得期望之輻照度及均勻容許度。
藉由系統地調整該基板幾何及該等個別基板之幾何配置以及在該等個別基板上的該等LED的配置，可避免使用光學系統的必要性，或可簡化光學系統。除此以外，LED尚具有以下為人所知的優點：對於振動之機械穩健性、具有較長使用壽命的潛能及具有由適當選擇LED而調整之發射波長的較好能力，以及對於表面發射體為典型的朗伯輻射特性，且可較好地使用及/或操縱。
由於LED之較小的尺寸及將其等直接及/或彼此接近地放置於板上連接中之可能性的技術，在該等發光中央之間之間隙亦非常小，使得由於鄰近LED之光錐的較好重疊，在該等LED上方的非常小的一距離處已經可實施一高度一致性的光發射，例如，以僅100 μm之一距離。此外，藉助於LED之光產生可與一非常低的熱產生關聯。同時，緊密封裝LED的可能性允許實施至多幾十W/cm2 的較高輻照度。該等LED的機械穩定性對比於對振動敏感之易碎氣體放電燈及白熾燈亦係一優點。
該等LED之電操作模式可對於應用及相對於該等LED之光學輸出功率、波長穩定性、熱態樣、該等LED之附件及使用壽命而最佳化。為達成此，LED可例如連續地操作於脈衝寬度調變模式中或在恆定的充電技術中，其中可用參數，諸如操作電流、脈衝持續時間、脈衝圖案、脈衝振幅可對於該應用而調整且最佳化。
可實施具有範圍從幾毫米至若干米的較小直徑的高度緊湊之強大發光裝置，結果為可強烈地照明較小及較大的本體。在該應用中，此意謂著能經受彎曲的一強大的燈可甚至對於導管的復原來予以實施，該等導管在供應接頭之領域中具有從80 mm至300 mm的一內部或標稱直徑。除此之外，該技術可甚至使用於此領域中的較大導管直徑中，因為該系統允許較高的輸出，且幾何變數係高度可按比例調整的。
在範圍從220 nm至大於4500 nm的一光譜範圍內，LED可以一特定發射波長實施。出於此原因，可實施具有一精確定義之發射波長的發光裝置。因此在分析應用或工業應用之領域中，該波長可以一系統及最佳化的方式調整至製程。除此之外，不同波長之LED可用作所謂的「多波長燈」，以實現或模仿特定發射光譜。
LED用幾十奈米之典型頻寬以一窄頻帶方式發射。此允許避免對於該製程或安全相關的敏感光譜範圍，諸如細胞刺激性的UV-A、UV-B及UV-C發射，其使用例如由大於400 nm之波長製成之管襯裏應用而光固化，在用LED的UV固化中以430 nm或紅外線輻射，此可能會損壞溫度敏感的物件，例如由塑膠材料製成的物件。對比於在一較寬光譜頻寬中發射之中等壓力及較高壓力之氣體放電燈，此係一優點。此外，在一較窄光譜頻寬中的發射允許將該波長最佳化至該波長敏感性的製程窗口。對比於較寬頻帶之光源(其中能量內容係以對製程為不當或無任何貢獻的光譜範圍來發射)，此增加能量效率。
因為所使用之LED在許多情況中並不發射任何紅外輻射，該裝置之溫度保持於小於60℃的一範圍內，因此對於人體組織沒有燒傷的風險。
LED之進一步優點為其等可操作於嚴苛的環境中，若該燈之調整的外殼技術之實施係必要的，諸如在高壓、低壓大氣下，水分、水中，在灰塵的環境中，在振動的機器中，或在較高加速度下。其等之轉換率高於傳統燈之轉換率。其等之全輸出功率已達到微秒之內。結果，在與轉換操作關聯之應用中不再必要使用機械光閘。尤其在UV光譜及可見光光譜內的LED沒有水銀且具環保。因此其等可使用於關鍵的環境中，諸如在食品工業中及用於飲用水供應。LED具有大於10,000小時的使用壽命，且因此超過大多數習知燈，結果可減小維修成本。
因為LED通常組裝於平坦表面或基板上，該等板上連接LED模組根據本發明以至少部分相對於彼此的一角度配置，或至少少許各自鄰近板上連接LED模組，相對於其等之面法線在大於0°的一角度下配置。在此，該調整之幾何應儘可能最佳地匹配將被照明之該表面之幾何。從一技術生產的角度來看，已發現相對於該等板上連接LED模組之數目及尺寸的一折衷。在本發明之範圍內，將被照明之該等表面亦可併入彎曲及平坦表面之組合，或可為不連續的，諸如多面體表面。
在較大平坦部分表面之情況中，兩個或多個該等板上連接LED模組可較佳地相對於彼此不以任何角度而配置。
對比於SMT技術，COB技術之優點在於該基板之每單元面積可組裝更多LED，以允許所需的功率密度。此外，對於SMT技術中之一均勻光分佈，將被保持之距離由於幾毫米之外殼尺寸而係較大的，因為二維LED發射之光的約75%發射於具有120°之一孔徑角之一錐形中。將被照明之該表面之一致性輻照僅可在若鄰近LED之光錐適當地彼此重疊且裝備有LED之該基板表面具有充分延伸時獲得。在用5 mm至10 mm的一典型邊緣長度罩住LED之情況中(其等使用於SMT技術中)，在鄰近LED之間之最小距離亦係約5 mm至10 mm(晶片至晶片)。為達成該等LED之輻射領域的適當重疊，因此在該等LED與將被曝照至輻射之該等表面之間需要一足夠高度均勻的光分佈(未使用光學系統)、幾釐米至許多釐米的一足夠大距離。與其相比，COB技術允許幾十微米的最小晶片間距，結果為鄰近LED之光錐已經以一可比較的間距較好地重疊，使得在物件上沒有較暗點。
根據本發明之該發光裝置之一有利的進一步發展在於該等板上連接LED模組導致具有縱向延伸的一發光裝置，該發光裝置具有沿著其縱向延伸的一不規則或規則多邊形橫截面，或經配置以形成一規則或不規則多面體形狀，尤其形成一柏拉圖或阿基米德本體。在COB技術中此等所提及之LED的幾何允許徑向對稱凸起中空本體之均勻照明及發光，而避免技術上複雜及高成本之複雜光學系統。其等亦可以一尤其簡單之方式用平坦基板生產，且允許一高度均勻的發光分佈。其中，具有縱向延伸之形狀及多邊形橫截面尤其適宜於一管或一導管之內部表面或一導管或一管之外部表面具有將被硬化的一塗層的應用。沒有縱向延伸之多面體形狀尤其適宜於沒有縱向延伸的中空空間或本體。
此構造原則亦可對於具有一較低徑向對稱的本體使用，及對於不具有完全徑向對稱的本體使用，例如，半無窮大本體。其亦可使用於將被照亮或照明之該等本體係凹入或主要凸起的或主要凹入而非凸起的一些情況中，且具有從規則本體處突出或凹進的一結構，例如，在一正方形管中的一半管、一星形、一矩形銑削狹槽的橫截面幾何，或類似物。
該光源可被調整至該中空本體或將被照明之本體之幾何，若需要，幾乎完全填充該中空本體之內部空間或幾乎完全由將被照明之該本體填充。此幾何調整包括選擇晶片尺寸及幾何兩者，該等晶片相對於其等之位置的配置及該等晶片相對於彼此的對準。例如，鄰近列的交錯晶片配置係針對無陰影的連續製程、柵格類型或六邊形封裝結構而提供。進一步的調整變數係該等基板之尺寸、幾何及配置以及該等基板所放置之一本體之幾何。
若該發光裝置之形狀較佳地為可撓性的，則該發光裝置可經調整至將被照明之表面的多種形狀或可變形狀。
為照明中空空間之內壁或本體之外壁，較佳地假設該等板上連接LED模組之LED經配置使得其等指向外或指向該發光裝置之一中空空間中。
在一有利的進一步發展中，至少兩個板上連接LED模組連接至一共同散熱器，該散熱器特定地可連接或特定地連接至一冷卻電路。因此藉由將該等板上連接LED模組連接至一散熱器而從該LED晶片處驅離熱功率消散。此係藉助於一熱導電膏而達成，或藉由膠黏、焊接或燒結。此散熱器可用作一燈本體，且利用不同冷卻機構。當前的機構係對流冷卻、空氣冷卻、水冷卻及蒸發冷卻。將被使用之該機構可對於成本態樣、冷卻效率、冷卻能力、供應的可用性及冷卻媒體及空間需求將對於應用考慮而決定的應用最佳化。
因為LED具有至多百分之幾十的一效率，且在操作期間不應超過特定限制的溫度，用COB技術獲得之增加的封裝密度需要該散熱器增加的冷卻能力。因為一散熱器之該冷卻能力經促進而提升一較大量，期望此等散熱器之橫截面儘可能大。此係從將被照明之該中空本體之內部表面的距離應較短的另一原因。在這方面，已在COB技術中組裝之緊密封裝之LED允許比例如已在SMT技術中組裝的LED更均勻的一照明。
藉由組裝於平坦基板上之LED獲得例如徑向對稱凸起本體之不平坦表面之均勻照明係複雜的，事實是，儘管其等重疊，在鄰近基板上的LED之輻射錐形安置於基板平面上，該等基板平面相對於彼此以一角度配置。在八邊形中，例如，在面法線之間之此傾斜角係45°，結果給出於兩個鄰近基板之間之邊界處的鄰近LED之光錐的重疊小於一基板之鄰近LED之發射錐形的重疊。
為將與該邊界區域中減少之重疊關聯之強度上的下降保持於一低位準，有利地假設在一板上連接LED模組上之LED的指派取決於位置而變化，尤其朝向該板上連接LED模組之該邊界區域減小或增加。此密度變動並不需要任何光學系統以在兩個板上連接LED模組之間之邊界處產生均勻輻射分佈。
在此內文中，若於一板上連接LED模組上儘可能直接配置LED至該板上連接LED模組之一邊界，即，儘可能配置至該基板之該邊界處，則此亦係有利的。以此方式，在發射錐形之重疊最大化時，在該邊界之任一側上的該等LED晶片之間之間隙被最小化。
該COB技術亦係有利的，在於其允許一板上連接LED模組之個別LED或LED群組可彼此分離地被供應電流。例如，可藉助於不同LED晶片之一不同電源供應器將該輻射分佈均勻化，例如，藉由在該等板上連接LED模組具有比該模組之中央處更高的一電壓或更高的一電流之該等邊界處的LED晶片處施加電壓。當使用串聯及/或並聯時，該等群組較佳地由對應於一平方數的許多LED組成，即，4、9、16、25、36、49、64...。
一發光裝置之LED可個別地互連，或在群組中互連，使得該等光源可操作於較低電壓。此措施提供較高的接觸保護，尤其在潮濕的環境中。
更佳地，可彼此分離地被供應電流的該板上連接LED模組之LED的群組以該板上連接LED模組之列、半表面或象限而配置。
上文描述之用於均勻化該輻射分佈之該等措施可容易地用COB技術實施。
為受到保護，一板上連接LED模組之該等LED較佳地至少以區段由一光學透明或擴散材料遮蓋，或囊封於一光學透明或擴散材料中。為從機械負載、水及灰塵中受到保護且將電絕緣及絕熱，該等LED可用一聚矽氧、環氧樹脂或聚胺基甲酸酯材料囊封。除此之外，LED可由透明或不透明及/或擴散玻璃材料保護，例如，硼矽酸鹽、浮法玻璃或熔凝石英玻璃。在本發明之範圍內，一擴散材料將被理解為一乳白色的透明材料。兩種保護方法均可適用於個別LED及LED群組。
較佳地，該遮蓋材料之橫向邊界或灌封材料之外殼係光學透明的及/或具有並不超過鄰近LED之間之一距離的該等LED的一表面上方的一高度。此措施亦確保由一外殼引起的陰影效應被最小化，尤其在該等邊界區域處。當對於灌封使用一水壩或填充方法時，一透明或不透明及/或擴散材料因此使用為水壩或框架，以促進兩個基板之該等邊界LED之輻射領域的重疊。
在一有利的進一步發展中，假設一板上連接LED模組併入至少一成像及/或非成像主光學元件及/或次光學元件，更特定言之，從反射鏡、透鏡及菲涅爾透鏡之群組中的至少一個光學元件。
此外，該發光裝置較佳地包括至少一感測器、更特定地為從光感測器、溫度感測器、壓力感測器、運動感測器、電壓感測器、電流感測器及磁場感測器之群組中的一感測器，其記錄該發光裝置的一操作狀態。因此，可將確認該發光裝置之操作狀態的感測器置於該LED基板上或該發光裝置中的其他位置。因此使用回饋機構，可主動操縱製程相關的變數，例如，操作電流、特定LED或群組施加的電壓、冷卻電路、燈形狀、燈之移動或一照明的物件、該物件之溫度，以最佳化該製程序列及結果。同樣可補償容許度或降級製程。
形成本發明之基本的問題亦由一發光單元解決，其包括一控制器件、一連接線及根據上文描述之本發明的至少一發光裝置，以及藉由使用上文描述之一發光裝置以照明至少在區段中係凸起的中空本體，更特定地用於乾燥、固化及/或曝照光敏漆、黏合劑及樹脂，更特定地為一管襯裏。
根據本發明之該發光裝置及使用提供具有較高均勻度之輻射分佈之較高輻射強度的優點，且同時提供經受彎曲的一較好能力，甚至經小導管之90°之彎曲，例如在排水管及導管修復之領域中。複數個板上連接LED模組可以一靈活的方式彼此耦接，或經一導管拉出，以釋放硬化一光敏塗層所需的輻射劑量，且同時允許一適當的拖動速度。
連同根據本發明之該發光裝置而提及之特徵及優點可以類似的方式應用於根據本發明之發光裝置，且根據本發明使用，且反之亦然。
下文中，本發明在未限制一般發明性概念下藉助於例示性實施例且參考圖式而描述，其中對關於根據本發明的並未更詳細繪示之所有細節，該等圖式作出清楚的參考。
在下文的圖中，相同或等效的元件及/或對應部分具有相同元件符號，以避免一對應重複的表示。
圖1係一板上連接LED模組1之一示意性橫截面表示圖，其中導體路徑3、3'及LED晶片4、4'以規則間距配置於並行配置之兩個基板2、2'上。一基板2、2'可例如為一金屬芯印刷電路板、一陶瓷基板或一FR4基板，其可在剛性的、半可撓性的或可撓性基板技術中組成。為清晰起見，並非圖1中的所有重複元件具有元件符號(然而其參考所有等效元件)。
該等LED晶片4、4'之光錐5、5'藉助於線而展示。該等個LED係近似朗伯發射體，其等在120°之一孔徑角內輻射其等總輻射光功率之約75%。在鄰近LED晶片4、4'之邊界處的發射錐形5、5'之一較好重疊已給出於具有該等晶片間隔之量值之一數量級的距離，亦稱為「節距」，結果為沿著該列LED晶片4、4'沒有可量測的明顯強度調變。此歸因於以下事實，即，在該列上的最小及最大強度由鄰近LED晶片4、4'以及在更遠的環境中的LED晶片之發射錐形5、5'之一較好重疊而消除。
若裝備有LED晶片4、4'的表面相對於量測的距離而延伸，且該距離明顯大於該等LED晶片之節距，則所量測之均勻強度分佈具有與一均勻擴散之發光表面之性質類似的性質。
圖2係兩個板上連接LED模組11、11'的一橫截面圖，其等具有相對於彼此以一角度而配置之兩個基板12、12'，每一基板包括複數個導體路徑13、13'及具有發射錐形15、15'的LED晶片14、14'。其等在一接頭16處彼此接合。結果在該接頭16處可實施該等發射錐形15、15'的一較好重疊，即使該等板上連接LED模組11、11'相對於彼此以一角度配置，因為具有較弱照明的一區域17僅局部地以非常小的一程度限制，甚至在該接頭16之鄰近處。當使用COB技術，且在該等LED晶片14、14'之間實施一較小節距，且該設備最遠到達該基板12、12'之邊界處時，可獲得較好的均勻光分佈，甚至跨兩個基板12、12'之間的該等接頭16。同樣，該等板上連接LED模組11、11'之幾何可調整至將被曝照至輻射及/或將被照明之一均勻表面之幾何。
圖3係一板上連接LED模組21之一示意性橫截面表示圖，其中在一基板22上之導體路徑23上的LED晶片24由一玻璃遮蓋25保護，其展示為一波填充物。該玻璃遮蓋25提供從該等LED晶片24之機械損壞的保護，以及從腐蝕、水分、污物及其他煩擾的因數或將適當功能處於風險中的因數的保護。一空間27可含有空氣、一保護性氣體、液體，諸如水或油，或一凝膠，例如一聚矽氧凝膠，且亦可(若需要)對於環境密封性地密封。在其側面，此外殼由邊緣26、26'限制，其上施用該玻璃遮蓋25。該玻璃遮蓋25及該等邊緣26、26'兩者由一透明或至少乳白色的透明材料組成。
圖4係一板上連接LED模組31之一示意性橫截面表示圖，其包括一基板32、導體路徑33及LED晶片34，其中該等LED晶片34受到具有一透明灌封材料35的囊封的保護。橫向外殼36、36'以水壩的形式提供，其裝入先前硬化之液體或凝膠狀的灌封材料35。可認出為一波圖案的該透明灌封材料35包括例如一聚矽氧、丙烯酸酯或胺基甲酸酯材料。該框架及/或外殼36、36'可同樣為透明的、非透明的、乳白色透明或甚至不透明的。
在圖3及圖4中，該等橫向邊界之高度均經選擇使得在邊緣處並不出現明顯的陰影效應。該等橫向壁26、26'及/或外殼36、36'僅以一較小程度從該等LED晶片24、34之表面上突出。
圖5a)至圖5c)係本體及根據本發明之發光裝置之多種可能對稱幾何之示意性橫截面表示圖。展示於圖5a)中之根據本發明之該發光裝置40包括以一正八邊形之形式的八個板上連接LED模組41，且配置於具有一圓形橫截面之一中空本體42的內部區域中。以此方式，該中空本體42之內部表面被均勻地照明。
圖5b)同樣展示根據本發明之具有板上連接LED模組41'的一個八邊形發光裝置40'，配置於一中空本體42'中的該發光裝置40'具有一類似的八邊形幾何。有利地，八邊形之邊緣相對於彼此而取代，使得該發光裝置41'之中央點(其可以其等之發光功率而在某種程度上為較弱的)相對於該中空本體42'之面中央而配置。以此方式，亦較好地照明該中空本體42'之更遠的中央區域。
圖5c)係一三維本體42"之一實例之一示意性表示圖，其沒有縱向延伸或圓柱形狀，且具有一高度徑向對稱，其由具有板上連接LED模組41"的一多面體發光裝置40"均勻地照明。該本體42"係一中空球體，且該發光裝置40"係向外輻射狀的一十二面體，且具有十二個平坦五邊形表面。
圖6a)至圖6c)展示藉助於本體47、47'、47"、發光裝置45、45'、45"及板上連接LED模組46、46'、46"而互補於圖5a)至圖5c)的情況。在圖6a)至圖6c)中，其中該等本體47、47'、47"將從外部而曝照於輻射中，且該等發光裝置45、45'、45"設計為中空本體，其等之該等板上連接LED模組46、46'、46"曝照被配置於該處的該等本體47、47'、47"以輻照至該等中空空間中。
圖7a)至圖7c)係將被曝照於輻射及/或將被照明之不對稱幾何之本體52、52'、52"的三個實例的一示意性橫截面表示圖。此等圖式繪示本發明概念之具有板上連接LED模組之發光裝置之幾何調整的應用，以用該等本體之一較低徑向對稱或非凸起幾何而均勻地曝照於輻射及/或照明本體。
例如，圖7a)展示具有一平面側53的一半圓形導管52，其中配置根據本發明之具有板上連接LED模組51的一發光裝置50，該等板上連接LED模組之一者配置為相對於該半圓導管52之平面側53的一平面發光表面54。
圖7b)解釋藉由調整該發光裝置50'之幾何，及將其板上連接LED模組51'配置至將被曝照於輻射的本體52'的形狀，可均勻地照明將被曝照於輻射的完全的表面。在此情況中，具有一凹進56的一導管(一凹進55相對於該凹進56)在該發光裝置50'中。
在圖7c)中，該本體52"在其橫截面上係橢圓形的。對於該發光裝置50"而選擇之該等板上連接LED模組51"之配置係六邊形的，且在該橢圓之長軸方向加寬。
圖8係根據本發明之一發光裝置60以細節的一橫截面圖。三個板上連接LED模組61、61'、61"(每一者併入一基板62，導體路徑63及LED晶片64)配置於一散熱器65上，該散熱器具有一半六邊形的橫截面形狀。該略圖展示在一基板63上之鄰近LED晶片65之間變化之距離的可能性，該基板以COB技術提供。除展示於圖5、圖6及圖7中之該發光裝置之幾何調整之外，此額外程度的自由允許進一步最佳化均勻度。根據圖8，例如可提供該晶片密度的一局部增加，以減少在鄰接邊緣66、66'處之強度分佈中之鄰接邊緣66、66'的幾何相關的最小值，或完全避免此等最小值。在此情況中，圖2中該等接頭處可見之該等發射錐形之減少的重疊由該等LED晶片64的一密集佈置而補償，如相對於其等在一板上連接LED模組61、61'、61"之中央的更大的節距。
圖9a)至圖9d)係在一板上連接LED模組71-71'''上之LED 72的配線73-73'''之一示意性表示圖，其用於獲得一均勻光產率。該COB技術允許在該等基板上組裝之該等LED 72之配置的靈活選擇。在該基板上之該等導體路徑之佈局決定該等LED 72之配線73-73'''，且將根據特定基板技術之設計規則，相對於該發光裝置之特定需求而選擇。
作為原則的問題，LED 72可單獨配線，且因此個別地施加電壓。然而，隨著一較大數目的LED晶片72，由於較大數目之導體路徑及供應線，此通常係較不適當的。取而代之，LED以串聯及並聯之組合而互連，以形成陣列。其中，較小的陣列提供光學輸出功率之局部調整上增加的靈活性，且因此在一本體曝照於輻射及/或照明中可獲得關於均勻度之一改良的一最佳化可能性。
圖9a)展示相同的電壓施加於一通道「Ch 1」中以串聯及並聯之板上連接LED模組71之所有LED 72的一情況。此導致橫跨該板上連接LED模組71之表面的均勻的一發光。
圖9b)展示板上連接LED模組71'之LED 72分成四個象限74-74'''的一情況。該發光可因此在四個通道「Ch 1」至「Ch 4」中之每一象限74-74'''中不同地設定。
圖9c)展示在一板上連接LED模組71"之LED 72之個別列個別地以四個通道「Ch 1」至「Ch 4」施加電壓的一情況。例如，LED串或列可以增加之電流在兩個鄰近基板之邊界處操作，該等基板以相對於彼此的一角度配置，以抵消在此邊界區域中的一減小的強度。
在圖9d)中，在一板上連接LED模組71'''上的表面已分成兩個半表面75、75'，其等之各者單獨操作。
圖10係根據本發明之具有一圓形外殼84之一圓柱形發光裝置80的一示意性橫截面表示圖。該發光裝置80包括具有一中空空間83的一個八邊形散熱器82，例如，水圓周地在該圖中之平面中經該中空空間而流動。板上連接LED模組811 -818 施用於該散熱器82之橫向表面上。該等模組之幾何配置及在鄰近板上連接LED模組811 -818 之鄰近LED晶片之間之短距離(該短距離可由COB技術達到)允許該等LED之發射錐形的一良好重疊，且因此，即使從該輻射表面之距離短，仍然允許圓周之方向上的一良好均勻輻射。該光源由一圓柱玻璃防護84而環繞。
該發光裝置80之幾何以及在該等板上連接LED模組811 -818 上之該等LED之配置經調整至一圓柱形中空本體，可由該源在其鄰近處均勻地照明該圓柱形中空本體之內壁。此一光源例如在排水管修復中係需要的。
圖11展示根據本發明之一例示性發光單元90的一模組化結構。該發光單元90包括根據本發明之具有一調整之幾何的四個圓柱發光裝置93-93'''。此等發光裝置93-93'''可例如設計為如圖10中的該發光裝置80。該等發光裝置93-93'''包括連接單元94-94'''，其等表示為該等發光裝置93-93'''處的黑框，其中供應線92在該等連接單元94-94'''處連接至該等發光裝置93-93'''。
一發光裝置93-93'''包括具有一個或多個LED的至少一基板，該基板施用於一本體上(其可為一散熱器)。冷卻製程可為用氣體對流冷卻、液體冷卻或傳導(線)冷卻及其他製程。該散熱器可例如藉由研磨、打孔、切割、折疊、蝕刻、金屬共晶接合等等而生產。該等發光裝置可插入於一外殼中。
此外，用於例如溫度、照明強度、電流強度、電壓及其他的感測器可整合於該發光單元90中，該等感測器將操作狀態發信號至一控制及供應單元91，且允許調整操作條件。該等連接單元94-94'''允許相對於該數目之發光裝置93-93'''的一模組化擴充，以及出於維護目的之一可替換性。該等發光裝置93-93'''可經由剛性或可撓性連接單元94-94'''而耦接，結果其等以一剛性的方式或以一可撓性方式藉助於一保護性管、金屬彈簧或類似物而排列，使得該光源可被拖動至一導管中，使得其可經受彎曲。一可撓性或剛性供應線92將該等發光裝置94-94'''連接至該控制及供應單元91，該供應單元可含有電供應及具有冷卻媒體之供應，且允許系統地控制相關的操作參數。
圖12展示根據本發明之一發光裝置相對於輸出及均勻度的輻射性質之一量測之結果。該發光裝置係具有一縱向延伸及八邊形橫截面的一發光裝置，且具有在圓周方向上均勻分佈之板上連接LED模組。該量測藉助於具有14 cm之一導管直徑的一導管而進行，其中從該導管之內壁之該燈的距離約為1.75 cm。達到至多大於1 W/cm2 的輻照度。在該等發光裝置93-93'''上的LED晶片之總數目超過300。
圖12中之座標系係一極座標系。從0°至360°轉動的角度描述繞該發光裝置之量測的圓周方向，而徑向座標描述任意單元中的發光度。橫跨該圓周平均的一輻照度101以虛線展示，而發光度100的實際量測值由連續線連接。該量測展示該發光裝置在圓周方向上的均勻度可比具有14 cm之直徑的一導管更好±5%。
所提及之所有特徵，包含僅可從圖式中瞭解的特徵部以及與其他特徵部組合而揭示之個別特徵部被考慮為對於本發明單獨及組合為基本的。根據本發明之實施例可由個別特徵部或由複數個特徵部之一組合而實現。
1．．．板上連接發光二極體模組
2,2'．．．基板
3,3'．．．導體路徑
4,4'．．．發光二極體
5,5'．．．光錐
6．．．接頭
11,11'．．．板上連接發光二極體模組
12,12'．．．基板
13,13'．．．導體路徑
14,14'．．．發光二極體
15,15'．．．光錐
16．．．接頭
17．．．具有較弱照明的區域
21．．．板上連接發光二極體模組
22．．．基板
23．．．導體路徑
24．．．發光二極體
25．．．透明遮蓋
26,26'．．．邊緣
27．．．內部區域
31．．．板上連接發光二極體模組
32．．．基板
33．．．導體路徑
34．．．發光二極體
35．．．透明灌封材料
36,36'．．．外殼
40,40',40"．．．發光裝置
41,41',41"．．．板上連接發光二極體模組
42,42',42"．．．中空本體
45,45',45"．．．發光裝置
46,46',46"．．．板上連接發光二極體模組
47,47',47"．．．照明之本體
50,50',50"．．．發光裝置
51,51',51"．．．板上連接發光二極體模組
52,52',52"．．．照明之本體
53．．．本體的平面側
54．．．發光表面的平面側
55．．．發光表面中的凹進
56．．．本體中的凹進
60．．．發光裝置
61-61"．．．板上連接發光二極體模組
62．．．基板
63．．．導體路徑
64．．．發光二極體
65．．．散熱器
66,66'．．．鄰接邊緣
71-71'''．．．板上連接發光二極體模組
72．．．發光二極體
73-73'''．．．電路的電路圖
74-74'''．．．象限
75,75'．．．半表面
80．．．發光裝置
811 -818 ．．．板上連接發光二極體模組
82．．．散熱器
83．．．中空空間
84．．．玻璃防護
85．．．空間
90．．．多部分發光單元
91．．．控制及供應單元
92．．．連接線
93-93'''．．．發光裝置
94-94'''．．．連接單元
100．．．量測之發光度
101．．．平均發光度
圖1係一板上連接LED模組之一示意性表示圖，
圖2係相對於彼此以一角度配置的兩個板上連接LED模組之一示意性表示圖，
圖3係一囊封之板上連接LED模組之一示意性表示圖，
圖4係一進一步囊封之板上連接LED模組之一示意性表示圖，
圖5a)至圖5c)係本體及根據本發明之發光裝置之多種可能的幾何的示意性表示圖，
圖6a)至圖6c)係本體及根據本發明之發光裝置之多種進一步可能的幾何的示意性表示圖，
圖7a)至圖7c)係本體及根據本發明之發光裝置之多種進一步可能的幾何的示意性表示圖，
圖8係根據本發明之一發光裝置之一示意性橫截面表示圖，
圖9a)至圖9d)展示一板上連接LED模組中LED之多種施加電壓的可能性，
圖10係根據本發明之一進一步發光裝置之一示意性橫截面表示圖，
圖11係根據本發明之一發光裝置之一示意性表示圖，及
圖12係根據本發明之一發光裝置之輻射分佈之均勻度的一表示圖。
80．．．發光裝置
811 -818 ．．．板上連接發光二極體模組
82．．．散熱器
83．．．中空空間
84．．．玻璃防護
85．．．空間

Claims (14)

  1. 一種用於彎曲、不平坦或多面體表面之均勻照明之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其包括複數個平坦板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )，其等至少成對鄰近於彼此而配置，藉此每一板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )包含複數個發光二極體(4、4'、14、14'、24、34、64、72)，其特徵為，相對於其等之面法線，至少一對鄰近板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )在大於0°之一角度配置，藉此該等板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )產生一縱向延伸之發光裝置(40-40'、45-45'、50-50"、60、80、93-93''')，且至少一對鄰近板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )係以一接頭彼此相接，藉此該縱向延伸之發光裝置沿著其縱向延伸具有一不規則或規則多邊形橫截面，或被配置以形成一規則或不規則多面體形狀。
  2. 如請求項1之發光裝置(40-40'、45-45'、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為該發光裝置(40-40'、45-45'、50-50"、60、80、93-93''')之形狀係可撓性的。
  3. 如請求項1或2之發光裝置(40-40'、45-45'、50-50"、60、 80、93-93''')，其特徵為該等板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之該等LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)經配置使得其等面向外或面向該發光裝置(40-40'、45-45'、50-50"、60、80、93-93''')之一中空空間中。
  4. 如請求項1或2之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為至少兩個板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )連接至一共同散熱器(65、82)，其特定地可連接或特定地被連接至一冷卻電路。
  5. 如請求項1或2之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為具有LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)的一板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之構形依位置而變化，特定言之，朝向該板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之周緣而減小或增加。
  6. 如請求項1或2之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為一板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )具有LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)，其直接配置至該板上連接LED模組(1、11、 11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之一邊緣。
  7. 如請求項1或2之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為一板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之個別LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)或LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)群組可彼此分開地被供應電流。
  8. 如請求項7之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為該板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之該等LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)群組以該板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之列、半表面(75、75')或象限(74-74''')配置，其中該等LED群組可彼此分開地被供應電流。
  9. 如請求項1或2之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為一板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )之該等LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)至少在其區段上由一光學透明或擴散材料(25)遮蓋或囊封於一光學透明或擴散材料(35)中。
  10. 如請求項9之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為灌封材料之遮蓋材料或外殼 (36、36')之橫向邊界(26、26')係光學透明的及/或具有並不超過鄰近LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)之間之一距離的該等LED(4、4'、14、14'、24、34、64、72)之一表面上的一高度。
  11. 如請求項1或2之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為一板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )包含至少一成像及/或非成像主光學元件及/或次光學元件，更特定地為來自反射鏡、透鏡及菲涅爾透鏡之群組中的至少一個光學元件。
  12. 如請求項1或2之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')，其特徵為一板上連接LED模組(1、11、11'、21、31、41-41"、46-46"、51-51"、61-61"、71-71'''、811 -818 )包括至少一感測器，更特定地為來自光感測器、溫度感測器、壓力感測器、運動感測器、電壓感測器、電流感測器及磁場感測器之群組中的一感測器，其記錄該發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')的一操作狀態。
  13. 一種發光單元(90)，其包括一控制裝置(91)、一連接線(92)及如請求項1至12中任一項的至少一個發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')。
  14. 一種如請求項1至12中任一項之發光裝置(40-40"、45-45"、50-50"、60、80、93-93''')之用途，該發光裝置用於照明至少在其區段上凸起的中空本體，更特定地用於 乾燥、固化及/或曝照光敏漆、黏合劑及樹脂，更特定地為一管襯裏。
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