TWI583250B - 基於發光二極體之照明裝置與光設備之間的撓性電連接 - Google Patents

基於發光二極體之照明裝置與光設備之間的撓性電連接 Download PDF

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TWI583250B
TWI583250B TW105108153A TW105108153A TWI583250B TW I583250 B TWI583250 B TW I583250B TW 105108153 A TW105108153 A TW 105108153A TW 105108153 A TW105108153 A TW 105108153A TW I583250 B TWI583250 B TW I583250B
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傑拉德 哈伯斯
葛列格里Ｗ 安格
克里斯多夫Ｒ 瑞德
彼得Ｋ 卓恩
約翰Ｓ 尤理貝利
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吉可多公司
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Description

基於發光二極體之照明裝置與光設備之間的撓性電連接
所述實施例係關於包含若干發光二極體(LED)之照明裝置。
本申請案主張2010年3月4日申請之臨時申請案第61/331,225號、2011年4月19日申請之美國臨時申請案第13/089,316號及2011年4月19日申請之美國臨時申請案第13/089,317號之優先權，該等案之全文以引用方式併入本文中。
LED在一般照明中之使用變得日益受歡迎且日益普遍。通常，包含LED之照明裝置需要大量散熱及特定功率要求。因此，諸多此類照明裝置必須安裝至包含散熱器並提供所需功率之燈具。遺憾地，此一LED照明裝置與一燈具之典型電連接無法令使用者滿意。因此，期望進行改良。
根據一實施例，一電介面模組係設置於一LED照明裝置與一燈具之間。該電介面模組包含經調適以耦合至一LED照明裝置的電接觸表面之一配置及經調適以耦合至該燈具的電接觸表面之一第二配置。該等電接觸表面可經調適以可電耦合至不同LED照明裝置上之接觸表面之不同組態。該電介面模組可包含通過該等電接觸表面而耦合至該LED照明裝置之一功率轉換器。另外，一LED選擇模組使用切換元件 以選擇性導通或關斷該LED照明裝置中之LED。可包含由一處理器控制之一通信埠以傳輸與該LED照明裝置相關聯之資訊，諸如識別符、使用期限之指示、通量等等。可藉由累積由一電子電路產生之循環數而量測該LED照明裝置之使用期限，並(例如)藉由一RF信號、IR信號、有線信號或藉由控制該LED照明裝置之光輸出而傳達該LED照明裝置之使用期限。另外，可更換地安裝至該LED照明裝置之一光學器件可包含(例如)連接至該電介面之一通量感測器。
21‧‧‧匯流排
22‧‧‧處理器
23‧‧‧非揮發性記憶體
24‧‧‧射頻收發器
25‧‧‧紅外線收發器
26‧‧‧非揮發性記憶體
27‧‧‧歷時時間計數器模組
28‧‧‧感測器介面
29‧‧‧功率轉換器介面
30‧‧‧功率轉換器
31‧‧‧溫度感測器
32‧‧‧通量感測器
33‧‧‧LED電路
34‧‧‧供電裝置介面控制器
35‧‧‧佔用感測器
36‧‧‧通量感測器
40‧‧‧LED選擇模組
44‧‧‧切換元件
45‧‧‧切換元件
46‧‧‧切換元件
47‧‧‧切換元件
48‧‧‧切換元件
49‧‧‧電壓節點
50‧‧‧電壓節點
51‧‧‧電壓節點
52‧‧‧電壓節點
53‧‧‧電壓節點
54‧‧‧電壓節點
55‧‧‧發光二極體(LED)
56‧‧‧發光二極體(LED)
57‧‧‧發光二極體(LED)
58‧‧‧發光二極體(LED)
59‧‧‧發光二極體(LED)
60‧‧‧電流
61‧‧‧電流迴路
62‧‧‧電導體
64‧‧‧導體
65‧‧‧導電介層孔
66‧‧‧彈簧銷
100‧‧‧照明裝置
101‧‧‧安裝基座
102‧‧‧發光二極體(LED)
103‧‧‧安裝板固定環
104‧‧‧安裝板
105‧‧‧腔體
106‧‧‧底部反射器嵌件
107‧‧‧側壁嵌件
108‧‧‧輸出窗
109‧‧‧光混合腔室
110‧‧‧反射器固定環
115‧‧‧光源子總成
116‧‧‧光轉換子總成
120‧‧‧電介面模組(EIM)
121‧‧‧電連接器
122‧‧‧彈簧銷
123‧‧‧彈簧銷總成
124‧‧‧導體
125‧‧‧導體
126‧‧‧電信號
127‧‧‧電信號
128‧‧‧端子
129‧‧‧端子
129EXPOSED‧‧‧暴露端子
129MASKED‧‧‧遮罩端子
130‧‧‧燈具
132‧‧‧電導體
133‧‧‧電連接器
134‧‧‧導體
135‧‧‧電信號
136‧‧‧熱介面
137‧‧‧固定夾
138‧‧‧孔隙
139‧‧‧導體
140‧‧‧反射器
140surface‧‧‧熱介面表面
141‧‧‧端子
142‧‧‧端子
142EXPOSED‧‧‧暴露端子
142MASKED‧‧‧遮罩端子
143‧‧‧引線框
150‧‧‧照明器
151‧‧‧彈簧接觸件
152‧‧‧電接觸件
170‧‧‧電接觸墊片
圖1至圖2繪示包含一照明裝置、反射器及燈具之兩個例示性照明器。
圖3A顯示繪示如圖1中所描繪之基於LED之照明裝置之若干組件的一分解圖。
圖3B繪示如圖1中所描繪之基於LED之照明裝置之一透視橫截面圖。
圖4繪示具有耦合於LED照明裝置與燈具之間之一電介面模組之如圖2中所描繪之照明器之一剖視圖。
圖5A至圖5B繪示電介面模組之兩個不同組態。
圖6A至圖6B繪示選擇性遮罩及暴露電介面模組上之端子位置。
圖7繪示可用以定位與電介面模組接觸之複數個彈簧銷的一引線框。
圖8繪示可用以接觸電介面模組的彈簧銷之一實施例。
圖9A至圖9C繪示可與電介面模組一起使用之複數個徑向隔開電接觸件。
圖10係電介面模組之一更詳細示意說明圖。
圖11係一LED選擇模組之一示意說明圖。
圖12係繪示選擇LED以改變由供電式LED發出之通量數量的一曲 線圖。
圖13係繪示外部傳達LED照明裝置資訊之一程序的一流程圖。
圖14繪示包含與電介面模組電接觸之至少一感測器之呈反射器外形之一光學器件。
圖15繪示反射器上可定位感測器之位置。
現將更詳細參考先前技術之實例及本發明之一些實施例，其等之實例係繪示在附圖中。
圖1至圖2繪示兩個例示性照明器。圖1中所繪示之照明器包含一矩形照明裝置100。圖2中所繪示之照明器包含一圓形照明裝置100。此等實例係用於說明之目的。亦可考慮一般多邊形及橢圓形形狀之照明裝置之實例。照明器150包含照明裝置100、反射器140及燈具130。如所描繪，燈具130係一散熱器，因此有時可被稱為散熱器130。然而，燈具130可包含其他結構及裝飾元件(圖中未顯示)。反射器140係安裝至照明裝置100以準直或偏轉自照明裝置100發出之光。反射器140可由一導熱材料(諸如包含鋁或銅之一材料)製成，且可熱耦合至照明裝置100。熱因傳導而流動通過照明裝置100及導熱反射器140。熱亦經由熱對流而在反射器140上方流動。反射器140可為一複合抛物線型集中器，其中該集中器係由一高反射材料構成或塗覆有一高反射材料。複合抛物線型集中器一般較高，但通常使用長度外形縮減之集中器以增大波束角。此組態之一優點在於無需額外漫射器以使光均勻，此增加產出效率。光學元件(諸如一漫射器或反射器140)可(例如)憑藉螺紋、一夾具、一扭鎖機構或其他適當配置而可移除地耦合至照明裝置100。
照明裝置100係安裝至燈具130。如圖1及圖2中所描繪，照明裝置100係安裝至散熱器130。散熱器130可由一導熱材料(諸如包含鋁或銅之一材料)製成且可熱耦合至照明裝置100。熱因傳導而流動通過照明 裝置100及導熱散熱器130。熱亦經由熱對流而在散熱器130上方流動。照明裝置100可通過將照明裝置100夾持至散熱器130之螺紋而附接至散熱器130。為便於照明裝置100之容易移除及替換，照明裝置100可(例如)憑藉一夾具機構、一扭鎖機構或其他適當配置而可移除地耦合至散熱器130。照明裝置100包含至少一導熱表面，其係直接或使用熱油膏、熱膠帶、熱墊片或熱環氧樹脂而熱耦合至散熱器130。為充分冷卻LED，流入至板上LED中之每瓦電能應使用至少50平方毫米但較佳100平方毫米之一熱接觸面積。例如，在使用20個LED之情況中，應使用1000平方毫米至2000平方毫米之一散熱接觸面積。使用一更大散熱器130可允許以更高功率驅動LED 102，且亦允許有不同散熱器設計。例如，一些設計可展示無關於散熱器之定向的一冷卻能力。另外，用於強制冷卻之風扇或其他解決方案可用以消除來自裝置之熱。底部散熱器可包含一孔隙使得可建立與照明裝置100之電連接。
圖3A顯示繪示如圖1中所描繪之LED照明裝置100之若干組件的一分解圖。應瞭解，如本文中所定義，一LED照明裝置不是一LED，而是一LED光源或燈具或一LED光源或燈具之組成部分。LED照明裝置100包含一或多個LED晶粒或封裝式LED及附接至該LED晶粒或封裝式LED之一安裝板。圖3B繪示如圖1中所描繪之LED照明裝置100之一透視橫截面圖。LED照明裝置100包含安裝在安裝板104上之一或多個固態發光元件，諸如發光二極體(LED)102。安裝板104係附接至安裝基座101並藉由安裝板固定環103而牢固在適當位置。擁有若干LED102之安裝板104與安裝板固定環103一起組成光源子總成115。光源子總成115係可操作以使用LED 102來將電能轉換為光。將自光源子總成115發出之光導引至用於色彩混合及色彩轉換之光轉換子總成116。光轉換子總成116包含腔體105及輸出窗108，且視情況包含底部反射器嵌件106及側壁嵌件117之任一者或兩者。輸出窗108係固定至腔體105之 頂部。腔體105包含若干內側壁，使得當腔體105係安裝在光源子總成115上方時該等內側壁將光自LED 102導引至輸出窗108。底部反射器嵌件106可視情況安置在安裝板104上方。底部反射器嵌件106包含若干孔，使得各LED 102之發光部分不會受阻於底部反射器嵌件106。側壁嵌件107可視情況安置在腔體105內側，使得當腔體105係安裝在光源子總成115上方時側壁嵌件107之內表面將光自LED 102導引至輸出窗。如所描繪，雖然腔體105之內側壁為矩形形狀(如自照明裝置100之頂部所觀看)，但可考慮其他形狀(例如三葉草形或多邊形)。另外，腔體105之內側壁可自安裝板104向外漸縮至輸出窗108，而非如所描繪地垂直於輸出窗108。
在此實施例中，佈置在安裝板104上之側壁嵌件107、輸出窗108及底部反射器嵌件106界定LED照明裝置100中之一光混合腔室109，其中來自LED 102之一部分光被反射直至其透過輸出窗108而射出。在自輸出窗108射出之前於腔室109內反射光具有使光混合並提供自LED照明裝置100發出之光之一更均勻分佈的效果。側壁嵌件107之部分可塗覆有一波長轉換材料。此外，輸出窗108之部分可塗覆有相同或一不同波長轉換材料。另外，底部反射器嵌件106之部分可塗覆有相同或一不同波長轉換材料。此等材料之光轉換性結合光在腔室109內之混合導致由輸出窗108輸出之一色彩轉換光。可藉由調節該等波長轉換材料之化學性及腔室109之內表面上之塗層之幾何性而指定由輸出窗108輸出之光之色彩性質，例如色點、色溫及演色性指數(CRI)。
為了本專利案，一波長轉換材料係任何單一化合物或不同化合物之混合物，其執行一色彩轉換功能，例如吸收一峰值波長之光並發出另一峰值波長之光。
腔室109可填充有一非固體材料，諸如空氣或一惰性氣體，使得LED 102將光發射至該非固體材料中。舉例而言，腔室可被密封且氬 氣用以填充腔室。替代地，可使用氮氣。在其他實施例中，腔室109可填充有一固體囊封材料。舉例而言，矽酮可用以填充腔室。
LED 102可藉由直接發射或藉由磷光體轉換而發出不同或相同色彩，例如，其中磷光層係施加至LED以作為LED封裝之部分。因此，照明裝置100可使用有色LED 102之任何組合，諸如紅色、綠色、藍色、琥珀色或青色，或LED 102可全產生相同色彩光或可全產生白光。例如，LED 102可全發出藍光或UV光。當與可(例如)在輸出窗108中或在輸出窗108上、施加至腔體105之側壁或施加至安置在腔室(圖中未顯示)內側之其他組件的磷光體(或其他波長轉換構件)一起使用時，照明裝置100之輸出光具有如所期望之色彩。
安裝板104提供附接至一電源供應器(圖中未顯示)之LED 102的電連接。在一實施例中，LED 102係封裝式LED，諸如Philips Lumileds Lighting製造之Luxeon Rebel。亦可使用其他類型之封裝式LED，諸如由OSRAM(Ostar package)、Luminus Devices(美國)、Cree(美國)、Nichia(日本)或Tridonic(奧地利)製造之LED。如本文中所定義，一封裝式LED係一或多個LED晶粒之一總成，其含有若干電連接件(諸如線接合連接件或凸塊)且可包含一光學元件及若干熱、機械及電介面。LED102可包含在LED晶片上方之一透鏡。替代地，可使用不含一透鏡之LED。不含透鏡之LED可包含若干保護層，其等可包含若干磷光體。磷光體可施加為一黏合劑中之一分散體，或施加為一分光板。各LED102包含可安裝在一基臺上之至少一LED晶片或晶粒。通常，LED晶片具有約1毫米×1毫米×0.5毫米之一大小，但此等尺寸可變動。在一些實施例中，LED 102可包含多個晶片。該多個晶片可發出相同或不同色彩之光，諸如紅色、綠色及藍色。LED 102可發出偏振光或非偏振光，且基於LED之照明裝置100可使用偏振或非偏振LED之任何組合。在一些實施例中，LED 102發出藍光或UV光，此取決於LED在此等波長範 圍內之發射效率。另外，不同磷光層可施加在相同基台之不同晶片上。基台可為陶瓷或其他適當材料。通常，基台包含在一底面上之若干電接觸墊片，其等係耦合至安裝板104上之接觸件。替代地，電接合線可用以將晶片電連接至一安裝板。除電接觸墊片以外，LED 102可包含在基台之底面上的若干熱接觸區，可通過該等熱接觸區而擷取由LED晶片產生之熱。該等熱接觸區係耦合至安裝板104上之熱擴散層。熱擴散層可佈置在安裝板104之頂、底或中間層之任何者上。熱擴散層可藉由連接頂、底及中間熱擴散層之任何者的介層孔而連接。
在一些實施例中，安裝板104將由LED 102產生之熱傳導至板104之側面及板104之底部。在一實例中，安裝板104之底部可經由安裝基座101而熱耦合至一散熱器130(圖1及圖2中所示)。在其他實例中，安裝板104可直接耦合至一散熱器或一照明燈具及/或其他機構(諸如一風扇)以驅散熱。在一些實施例中，安裝板104將熱傳導至熱耦合至板104之頂部的一散熱器。例如，安裝板固定環103及腔體105可將熱傳導遠離安裝板104之頂面。安裝板104可為一FR4板，例如其為0.5毫米厚，且在充當熱接觸區之頂底面上具有較厚銅層，例如30微米至100微米。在其他實例中，板104可為具有適當電連接件之一金屬芯印刷電路板(PCB)或一陶瓷基台。可使用其他類型之板，諸如由氧化鋁(陶瓷狀氧化鋁)或氮化鋁(亦呈陶瓷狀)製成之板。
安裝板104包含與LED 102上之電墊片連接的若干電墊片。該等電墊片係藉由一金屬(例如銅)跡線而電連接至與一導線、電橋或其他外部電源連接之一接觸件。在一些實施例中，該等電墊片可為穿過板104之介層孔且在板之相對側(即底部)上建立電連接。如所繪示，安裝板104為矩形尺寸。安裝至安裝板104之LED 102可在矩形安裝板104上配置成不同組態。在一實例中，LED 102係排成沿長度尺寸延伸之數列及沿安裝板104之寬度尺寸延伸之數行。在另一實例中，LED 102係配 置成一六方最密堆積結構。在此一配置中，各LED與其最近相鄰者之各者等距。可期望此一配置增加自光源子總成115發出之光之均勻性及效率。
圖4繪示如圖2中所描繪之照明器150之一剖視圖。反射器140係可移除地耦合至照明裝置100。反射器140係藉由一扭鎖機構而耦合至照明裝置100。反射器140係藉由使反射器140與照明裝置100接觸以穿過反射器固定環110中之開口而與照明裝置100對準。反射器140係藉由使反射器140圍繞光軸(OA)旋轉至一接合位置而耦合至照明裝置100。在該接合位置中，反射器140係固持於安裝板固定環103與反射器固定環110之間。在該接合位置中，可於反射器140之配合熱介面表面140surface與安裝板固定環103之間產生一介面壓力。以此方式，由LED 102產生之熱可經由安裝板104、通過安裝板固定環103、通過介面140surface而傳導至反射器140中。另外，複數個電連接件可形成於反射器140與固定環103之間。
照明裝置100包含一電介面表面(EIM)120。如所繪示，EIM 120可藉由固定夾137而可移除地附接至照明裝置100。在其他實施例中，EIM 120可藉由將EIM 120耦合至安裝板104之一電連接器而可移除地附接至照明裝置100。EIM 120亦可藉由其他緊固構件(例如螺紋緊固件、鉚釘或卡扣連接器)而耦合至照明裝置100。如所描繪，EIM 120係定位在照明裝置100之一腔室內。以此方式，EIM 120係包含在照明裝置100內並可自照明100之底側接達。在其他實施例中，EIM 120可至少部分定位在燈具130內。EIM 120將電信號自燈具130傳達至照明裝置100。電導體132係於電連接器133處耦合至燈具130。舉例而言，電連接器133可為常用在網路通信應用中之一註冊插孔(RJ)連接器。在其他實例中，電導體132可藉由螺紋或夾具而耦合至燈具130。在其他實例中，電導體132可藉由一可移除之滑動配合電連接器而耦合至燈具130。連 接器133係耦合至導體134。導體134係可移除地耦合至安裝至EIM 120之電連接器121。類似地，電連接器121可為一RJ連接器或任何適合之可移除電連接器。連接器121係固定地耦合至EIM 120。電信號135係經由導體132、通過電連接器133、經由導體134、通過電連接器121而傳達至EIM 120。電信號135可包含功率信號及資料信號。EIM 120將電信號135自電連接器121路由至EIM 120上之適當電接觸件。例如，EIM 120內之導體139可將連接器121耦合至EIM 120之頂面上之電接觸墊片170。替代地，連接器121可安裝在EIM 120之與電接觸墊片170相同之側上，因此，一表面導體可將連接器121耦合至電接觸墊片170。如所繪示，彈簧銷122穿過安裝基座101中之一孔隙138而將電接觸墊片170可移除地耦合至安裝板104。彈簧銷將佈置在EIM 120之頂面上之接觸墊片耦合至安裝板104之接觸墊片。以此方式，將電信號自EIM 120傳達至安裝板104。安裝板104包含若干導體以將LED 102適當耦合至安裝板104之接觸墊片。以此方式，將電信號自安裝板104傳達至適當LED 102以產生光。EIM 120可由一印刷電路板(PCB)、一金屬芯PCB、一陶瓷基板或一半導體基板構成。可使用其他類型之板，諸如由氧化鋁(陶瓷狀之氧化鋁)或氮化鋁(亦呈陶瓷狀)製成之板。EIM 120可成為包含複數個插入模製金屬導體之一塑膠零件。
安裝基座101係可更換地耦合至燈具130。在所繪示實例中，燈具130充當一散熱器。安裝基座101與燈具130係一起耦合於一熱介面136處。當照明裝置100係耦合至燈具130時，安裝基座101之一部分與燈具130之一部分係接觸於該熱介面136處。以此方式，由LED 102產生之熱可經由安裝板104、通過安裝基座101、通過介面136而傳導至燈具130中。
為移除及替換照明裝置100，自燈具130解耦合照明裝置100且斷開電連接器121。在一實例中，導體134包含足以允許照明裝置100與燈 具130之間充分隔開之長度，以允許一操作者觸及燈具130與照明裝置100之間以斷開連接器121。在另一實例中，連接器121可經配置使得照明裝置100與燈具130之間之一位移操作以斷開連接器121。在另一實例中，導體134係纏繞一彈簧負載捲盤。以此方式，導體134可藉由自捲盤展開而延伸以允許連接或斷開連接器121，接著，導體134可在彈簧負載捲盤之作用下藉由將導體134纏繞至捲盤上而縮回。
圖5A至圖5B繪示兩個不同組態中之耦合至安裝板104之EIM 120。如圖5A中所繪示，安裝板104係藉由一第一組態中之彈簧銷總成123而耦合至EIM 120。EIM 120包含導體124及125。電信號126係自連接器121、經由導體124、經由一第一組態中之彈簧銷總成123而傳達至安裝板104之端子128。電信號127係自安裝板104之端子129、經由一第一組態中之彈簧銷總成123、經由導體125而傳達至連接器121。如圖5B中所繪示，安裝板104係藉由一第二組態中之彈簧銷總成123而耦合至EIM 120。電信號126係自連接器121、經由導體124、經由該第二組態中之彈簧銷總成123而傳達至安裝板104之端子141。電信號127係自安裝板104之端子142、經由一第二組態中之彈簧銷總成123、經由導體125而傳達至連接器121。如圖5A至圖5B中所繪示，相同EIM 120可將電信號傳達至具有不同端子位置之安裝板。導體124及125係經組態使得來自連接器121之相同信號可傳達於EIM 120與彈簧銷總成123之間之介面處的多個端子之間。彈簧銷總成123之不同組態可用以將信號傳達至安裝板104之不同端子位置。以此方式，相同連接器121及EIM 120可用以定址照明裝置100內之安裝板之各種不同端子組態。
在其他實施例中，相同彈簧銷總成123、連接器121及EIM 120可用以定址照明裝置100內之安裝板之各種不同端子組態。如圖6A至圖6B中所繪示，可藉由選擇性遮罩及暴露安裝板104之表面上的端子位置而將安裝板104之不同端子耦合至彈簧銷總成123。如以上參考圖5A 及圖5B所論述，EIM 120可將電信號供應至不同實體組態之安裝板。導體124及125係經組態使得來自連接器121之一信號可傳達至EIM 120與彈簧銷總成123之間之介面處的多個端子。以此方式，相同連接器121、EIM 120及彈簧銷總成123可用以藉由選擇性遮罩及暴露安裝板104之表面上之端子位置而定址照明裝置100內之安裝板之各種不同端子組態，其等在圖6A中被繪示為遮罩端子142MASKED及暴露端子129EXPOSED且在圖6B中被繪示為暴露端子142EXPOSED及遮罩端子129MASKED。
如圖4及圖6A、圖6B中所描繪，彈簧銷總成123包含複數個彈簧銷。如圖7中所描繪，彈簧銷總成123中之該複數個彈簧銷可藉由一引線框143而相對於彼此定位。在其他實施例中，該複數個彈簧銷可模製至框143以產生模內引線框143。引線框143可連接至EIM 120或安裝基座101。彈簧銷122可經定形使得彈簧銷122係順沿銷之軸，如圖4中所描繪。例如，銷122之一端部包含一掛鈎形狀，其用來與一端子接觸並在將一力施加於該銷之兩個端部之間時用來位移。彈簧銷總成123之各銷之順應性確保：當EIM 120與安裝板104係電接觸時，各銷與各銷之各端部上之端子接觸。在其他實施例中，彈簧銷122可包含多個部分以實現沿銷122之軸方向之順應性，如圖8中所繪示。可於EIM 120之頂面處建立各彈簧銷與EIM 120之間之電接觸，但亦可於底面處建立各彈簧銷與EIM 120之間之電接觸。
如圖4中所描繪，雖然一RJ連接器係用以將燈具130耦合至EIM 120，但可考慮其他連接器組態。在一些實施例中，一滑動連接器可用以將EIM 120電耦合至燈具130。在其他實施例中，可採用複數個徑向隔開電接觸件。例如，圖9A至圖9C繪示採用複數個徑向隔開電接觸件之一實施例。圖9A繪示燈具130及EIM 120之一側視圖。圖9B繪示EIM 120之一仰視圖。EIM 120包含複數個徑向隔開電接觸件152。如所描 繪，電接觸件152為圓形，但可考慮其他橢圓形或多邊形形狀。當EIM 120係耦合至燈具130時，接觸件152對準並與燈具130之彈簧接觸件151接觸。圖9C繪示包含若干彈簧接觸件151之燈具130之一俯視圖。在所描繪組態中，不管EIM 120相對於燈具130之定向如何，EIM 120均可與燈具130對準並與燈具130電接觸。在其他實例中，一對準特徵可用以使EIM 120與燈具130沿一預定定向對準。
圖10係更詳細繪示EIM 120之一示意圖。在所描繪實施例中，EIM 120包含匯流排21、供電裝置介面控制器(PDIC)34、處理器22、歷時時間計數器模組(ETCM)27、某一非揮發性記憶體26(例如EPROM)、某一非揮發性記憶體23(例如快閃記憶體)、紅外線收發器25、RF收發器24、感測器介面28、功率轉換器介面29、功率轉換器30及LED選擇模組40。LED安裝板104係耦合至EIM 120。LED安裝板104包含通量感測器36、LED電路33(包含若干LED 102)及溫度感測器31。EIM 120亦係耦合至安裝至燈具130之通量感測器32及佔用感測器35。在一些實施例中，通量感測器32及佔用感測器35可安裝至一光學器件，諸如反射器140，如參考圖14所論述。在一些實施例中，一佔用感測器亦可安裝至安裝板104。在一些實施例中，一加速度計、一壓力感測器及一濕度感測器之任何者可安裝至安裝板104。例如，可增加一加速度計以偵測照明裝置100相對於重力場之定向。在另一實例中，該加速度計可提供存在於照明裝置100之操作環境中的振動之一量測值。在另一實例中，可增加一濕度感測器以提供照明裝置100之操作環境之水分含量之一量測值。例如，若照明裝置100係經密封以在潮濕條件下可靠地操作，則該濕度感測器可用以偵測密封之一失效及照明裝置之污染。在另一實例中，一壓力感測器可用以提供照明裝置100之操作環境之壓力之一量測值。例如，若照明裝置100係經密封及經抽空，或替代地，經密封及經加壓，則該壓力感測器可用以偵測密封之一失效。
PDIC 34係耦合至連接器121並經由導體134而接收電信號135。在一實例中，PDIC 34為遵從IEEE 802.3協定之一裝置，其用於經由多導體布纜(例如5e類電纜)而傳輸功率信號及資料信號。根據IEEE 802.3協定，PDIC 34將進入信號135分成傳達至匯流排21之資料信號41及傳達至功率轉換器30之功率信號42。功率轉換器30操作以執行功率轉換以產生驅動電路33之一或多個LED電路的電信號。在一些實施例中，功率轉換器30以一電流控制模式操作以在一預先定義之電壓範圍內將一受控電流量供應至LED電路。在一些實施例中，功率轉換器30係一直流對直流(DC-DC)功率轉換器。在此等實施例中，根據IEEE 802.3標準，功率信號42可具有48伏特之一標稱電壓。DC-DC功率轉換器30將功率信號42之電壓降低至符合耦合至DC-DC功率轉換器30之各LED電路之電壓要求的電壓位準。
在一些其他實施例中，功率轉換器30係一交流對直流(AC-DC)功率轉換器。在其他實施例中，功率轉換器30係一交流對交流(AC-AC)功率轉換器。在採用AC-AC功率轉換器30之若干實施例中，安裝至安裝板104之LED 102因AC電信號而產生光。功率轉換器30為單通道或多通道。功率轉換器30之各通道將電功率供應至串聯連接LED之一LED電路。在一實施例中，功率轉換器30以一恆流模式操作。當LED係電串聯連接時，此尤其有用。在一些其他實施例中，功率轉換器30可操作為一恆壓源。當LED係電並聯連接時，此将尤其有用。
如所描繪，功率轉換器30係耦合至功率轉換器介面29。在此實施例中，功率轉換器介面29包含一數位轉類比(D/A)能力。數位指令可藉由操作處理器22而產生並經由匯流排21而傳達至功率轉換器介面29。介面29將數位指令信號轉換為類比信號並將所得類比信號傳達至功率轉換器30。功率轉換器30回應於所接收之類比信號而調整傳達至耦合LED電路之電流。在一些實例中，功率轉換器30可回應於所接收之信 號而停止。在其他實例中，功率轉換器30可回應於所接收之類比信號而用脈衝輸送或調變傳達至耦合LED電路之電流。在一些實施例中，功率轉換器30係可操作以直接接收數位指令信號。在此等實施例中，功率轉換器介面29未生效。在一些實施例中，功率轉換器30係可操作以傳輸信號。例如，功率轉換器30可通過功率轉換器介面29而將指示一電源失效狀況或電源失調狀況之一信號傳達至匯流排21。
EIM 120包含用於自通信地鏈接至照明裝置100之裝置接收資料及將資料傳輸至該等裝置的若干機構。EIM 120可經由PDIC 34、RF收發器24及IR收發器25而接收及傳輸資料。另外，EIM 120可藉由控制自照明裝置100輸出之光而傳播資料。例如，處理器22可命令由功率轉換器30供應之電流週期性閃現，或調變LED電路33之光輸出之頻率或振幅。人可偵測到脈衝，例如每分鐘以三、一秒脈衝序列閃現由照明裝置100輸出之光。亦可使人無法偵測到脈衝，但可由一通量偵測器偵測到，例如以一千赫茲脉動由照明裝置100輸出之光。在此等實施例中，照明裝置100之光輸出可經調變以指示一編碼。EIM 120藉由以上所提及構件之任何者而傳輸之資訊之實例包含照明裝置100之累積歷時時間、LED失效、序號、由佔用感測器35感測之佔用率、由板上通量感測器36感測之通量、由通量感測器32感測之通量及由溫度感測器31感測之溫度，及電源失效狀況。另外，EIM 120可藉由感測將電力供應至照明裝置100之電信號的一調變或循環而接收訊息。例如，電力線電壓可一分鐘循環三次以對照明裝置100指示一請求以傳達其序號。
圖11係LED選擇模組40之一更詳細示意說明圖。如所描繪，LED電路33包含串聯連接並耦合至LED選擇模組40之LED 55至59。雖然LED電路33包含五個串聯連接LED，但可考慮更多或更少LED。另外，LED板104可包含串聯連接LED之一個以上電路。如所描繪，LED選擇模組40包含五個串聯連接之切換元件44至48。一切換元件之各引線係 耦合至LED電路33之一LED之一對應引線。例如，切換元件44之一第一引線係於電壓節點49處耦合至LED 55之陽極。另外，切換元件44之一第二引線係於電壓節點50處耦合至LED 55之陰極。以一類似方式，切換元件45至48係分別耦合至LED 55至58。另外，功率轉換器30之一輸出通道係耦合於電壓節點49與54之間以形成傳導電流60之一電流迴路61。在一些實施例中，切換元件44至48可為電晶體(例如雙極接面電晶體或場效電晶體)。
LED選擇模組40給耦合至功率轉換器30之一通道的一LED電路33之LED選擇性供電。例如，在一打開位置中，切換元件44使電壓節點49與50之間實質上不傳導電流。以此方式，自電壓節點49流動至電壓節點50之電流60通過LED 55。在此情況中，LED 55提供電阻遠低於切換元件44之一傳導路徑，因此電流通過LED 55且產生光。以此方式，切換元件44用來「導通」LED 55。舉例而言，在一閉合位置中，切換元件47實質上係導電的。電流60通過切換元件47而自電壓節點52流動至節點53。在此情況中，切換元件47提供電阻遠低於LED 57之一傳導路徑，因此電流60通過切換元件47而非LED 57，且LED 57無法產生光。以此方式，切換元件47用來「關斷」LED 58。以所述方式，切換元件44至48可給LED 55至59選擇性供電。
一二進位控制信號SEL[5：1]被接收至LED選擇模組40上。控制信號SEL[5：1]控制切換元件44至48之各者之狀態，且因此判定LED 55至59之各者係「導通」或「關斷」。在一實施例中，處理器22回應於由EIM 120偵測之一狀況(例如由通量感測器36感測之通量減小)而產生控制信號SEL。在其他實施例中，處理器22回應於接收至EIM 120上之一指令信號(例如由RF收發器24、IR收發器25或PDIC 34接收之通信)而產生控制信號SEL。在另一實施例中，自LED照明裝置之一板上控制器傳達控制信號SEL。
圖12繪示可如何導通或關斷LED以改變由LED電路33之供電式LED發出之通量數量。繪製電流60對由LED電路33之供電式LED發出之光通量的曲線圖。由於LED 55至59之物理限制，電流60係受限於一最大電流位準Imax，若高於該最大電流位準Imax，則使用期限會嚴重受限制。在一實例中，Imax可為0.7安培。一般而言，LED 55至59展示光通量與驅動電流之間之一線性關係。圖12繪示以驅動電流為一函數之光通量的四種情況：當「導通」一個LED時；當「導通」兩個LED時；當「導通」三個LED時；及當「導通」四個LED時。在一實例中，可藉由導通三個LED並以Imax驅動該等LED而實現一光輸出L3。替代地，可藉由導通四個LED並以較小電流驅動該等LED而實現光輸出L3。當一段時間內需要減少光數量時(例如使餐廳照明調暗)，光選擇模組40可用以選擇性「關斷」LED，而非僅按比例縮減電流。此可期望藉由在所選擇之時段內不操作「經關斷」之LED而增加燈具中之該等LED之使用期限。經選擇以被「關斷」之LED可經排定使得各LED被「關斷」之時間量與其他LED的大致相同。以此方式，可藉由使各LED之使用期限延長大致相同時間而延長照明裝置100之使用期限。
LED 55至59可經選擇性導通或關斷以對一LED失效作出回應。在一實施例中，照明裝置100包含被「關斷」之額外LED。然而，當一LED失效發生時，「導通」該等額外LED之一或多者以補償失效LED。在另一實例中，額外LED可經「導通」以提供增加光輸出。當照明裝置100之所需光輸出在安裝前係未知時或當照明要求在安裝後改變時，此係可期望的。
圖13係繪示外部傳達LED照明裝置資訊之一程序的一流程圖。如所繪示，與LED照明裝置相關聯之資訊係本端儲存(例如)在非揮發性記憶體23及/或26中(202)。舉例而言，資訊可為一LED照明裝置識別符(諸如一序號)或與參數(諸如使用期限、通量、佔用率、LED或電源失效狀 況、溫度或任何其他期望參數)有關之資訊。在一些例子中，量測資訊，諸如使用期限、通量或溫度，而在其他例子中，無需量測資訊，諸如一照明裝置識別符或組態資訊。例如，藉由RF收發器24、IR收發器、一有線連接件或使電力線電壓循環而接收資訊之一請求(204)。例如，藉由RF收發器24、IR收發器、一有線連接件或藉由控制自照明裝置100輸出之光而傳達LED照明裝置資訊(206)。
EIM 120儲存個別識別照明裝置100之一序號，EIM 120係照明裝置100之一部分。序號係儲存在EIM 120之非揮發性記憶體26中。在一實例中，非揮發性記憶體26係一可擦除可程式化唯讀記憶體(EPROM)。在製造期間，將識別照明裝置100之一序號程式化至EPROM 26中。EIM 120可回應於接收一請求以傳輸序號(例如由RF收發器24、IR收發器25或PDIC 34接收之通信)而傳達序號。例如，用於傳達照明裝置序號之一請求被接收至EIM 120上(例如由RF收發器24、IR收發器25或PDIC 34接收之通信)。作為回應，處理器22讀取儲存在記憶體26中之序號並將序號傳達至RF收發器24、IR收發器25或PDIC 34之任何者以自EIM 120傳達序號。
EIM 120包含溫度量測、記錄及通信功能。在照明裝置100通電時，感測器介面28自溫度感測器31接收溫度量測值。處理器22自感測器介面28週期性讀取一當前溫度量測值並將該當前溫度量測值以TEMP寫入至記憶體23。另外，處理器22比較該量測值與儲存在記憶體23中之一最大溫度量測值(TMAX)及一最小溫度值(TMIN)。若處理器22判定該當前溫度量測值大於TMAX，則處理器22用該當前溫度量測值改寫TMAX。若處理器22判定該當前溫度量測值小於TMIN，則處理器22用該當前溫度量測值改寫TMIN。在一些實施例中，處理器22計算TMAX與TMIN之間之一差值並傳輸此差值。在一些實施例中，TMIN及TMAX之最初值係儲存在記憶體26中。在其他實施例中，當該當前 溫度量測值超過TMAX或低於TMIN時，EIM 120傳達一警報。例如，當處理器22偵測到該當前溫度量測值已達到或超過TMAX時，處理器22經由RF收發器24、IR收發器25或PDIC 34而傳達一警報碼。在其他實施例中，EIM 120可藉由控制自照明裝置100輸出之光而傳播警報。例如，處理器22可命令週期性用脈衝輸送由功率轉換器30供應之電流以指示警報狀況。人可偵測到脈衝，例如每五分鐘以三、一秒脈衝序列閃現由照明裝置100輸出之光。亦可使人無法偵測到脈衝，但可由一通量偵測器偵測到，例如以一千赫茲用脈衝輸送由照明裝置100輸出之光。在此等實施例中，照明裝置100之光輸出可經調變以指示一警報碼。在其他實施例中，當該當前溫度量測值達到TMAX時，EIM 120停止LED電路33之電流供應。在其他實施例中，EIM 120回應於接收一請求以傳輸該當前溫度而傳達該當前溫度量測值。
EIM 120包含歷時時間計數器模組27。在照明裝置100通電時，將儲存在記憶體23中之一累積歷時時間(AET)傳達至ETCM 27且ETCM 27開始計時並累計歷時時間。週期性地，歷時時間之一複本係傳達並儲存在記憶體23中，使得一當前AET總是儲存在非揮發性記憶體中。以此方式，當照明裝置100突然斷電時，該當前AET不會被丟失。在一些實施例中，處理器22可包含晶片上ETCM功能。在一些實施例中，EIM 120儲存識別照明模組100之期望使用期限的一目標使用期限值(TLV)。該目標使用期限值係儲存在EIM 120之非揮發性記憶體26中。在製造期間，將與一特定照明裝置100相關聯之一目標使用期限值程式化至EPROM 26中。在一些實例中，該目標使用期限值可經選擇以為在預期照明裝置100之光通量輸出發生一30%下降之前的照明裝置100之操作小時之預期數。在一實例中，該目標使用期限值可為50,000小時。在一些實施例中，處理器22計算AET與TLV之間之一差值。在一些實施例中，當AET達到TLV時，EIM 120傳達一警報。例如，當處理器22 偵測到AET已達到或超過TLV時，處理器22經由RF收發器24、IR收發器25或PDIC 34而傳達一警報碼。在其他實施例中，EIM 120可藉由控制自照明裝置100輸出之光而傳播警報。例如，處理器22可命令週期性用脈衝輸送由功率轉換器30供應之電流以指示警報狀況。人可偵測到脈衝，例如每五分鐘以三、一秒脈衝序列閃現由照明裝置100輸出之光。亦可使人無法偵測到脈衝，但可由一通量偵測器偵測到，例如以一千赫茲用脈衝輸送由照明裝置100輸出之光。在此等實施例中，照明裝置100之光輸出可經調變以指示一警報碼。在其他實施例中，當AET達到TLV時，EIM 120停止LED電路33之電流供應。在其他實施例中，EIM 120回應於接收一請求以傳輸AET而傳達AET。
圖14繪示包含至少一感測器及至少一電導體之呈反射器140外形之一光學器件。圖14繪示安裝在反射器140之一內表面上的通量感測器32。感測器32係經定位使得感測器32之光感測表面與照明裝置100之輸出窗108之間存在一直視線。在一實施例中，感測器32係一矽二極體感測器。感測器32係耦合至電導體62。導體62為模製至反射器140中之一導電跡線。在其他實施例中，導電跡線可印刷至反射器140上。當反射器140係安裝至照明裝置100時，導體62穿過反射器140之基座並耦合至安裝板固定環103之一導電介層孔65。導電介層孔65係耦合至安裝板104之導體64。導體64係經由彈簧銷66而耦合至EIM 120。以此方式，通量感測器32係電耦合至EIM 120。在其他實施例中，導體62係直接耦合至安裝板104之導體64。類似地，佔用感測器35可電耦合至EIM 120。在一些實施例中，感測器32及35可憑藉一連接器而可移除地耦合至反射器140。在其他實施例中，感測器32及35可固定地耦合至反射器140。
圖14亦繪示附接至照明裝置100之安裝板104的通量感測器36及溫度感測器31。感測器31及36提供與照明裝置100之板層處操作狀況有關的資訊。感測器31、32、35及36之任何者可為安置於安裝板104、反 射器140、燈具130及照明裝置100上之各種位置處的複數個此等感測器之一者。另外，可採用一色彩感測器。為例示之目的，圖15繪示色彩、通量及佔用感測器可在反射器140上之若干定位位置。在一實例中，感測器可位於位置A、B及C中。位置A至C係面向外使得佈置在位置A至C處之感測器可感測由照明裝置100照亮之一場景的色彩、通量或佔用率。類似地，位置F、G及H處之感測器亦面向外並可感測由照明裝置100照亮之一場景的色彩、通量或佔用率。感測器亦可佈置在位置D及E處。位置D及E面向內並可偵測照明裝置100之照明之通量或色彩。感測器之位置D及E對由照明裝置100輸出之光具有不同角靈敏度，且不同點可用以特徵化由照明裝置100輸出之光之性質。
雖然以上為教學之目的而描述某些特定實施例，但本專利案之教示具有一般適用性且非受限於上述特定實施例。例如，照明裝置100係描述為包含安裝基座101。然而，在一些實施例中，可不包含安裝基座101。在另一實例中，EIM 120係描述為包含匯流排21、供電裝置介面控制器(PDIC)34、處理器22、歷時時間計數器模組(ETCM)27、某一非揮發性記憶體26(例如EPROM)、某一非揮發性記憶體23(例如快速記憶體)、紅外線收發器25、RF收發器24、感測器介面28、功率轉換器介面29、功率轉換器30及LED選擇模組40。然而，在其他實施例中，若無需該等元件之功能，則可不包含此等元件之任何者。在另一實例中，PDIC 34係描述為遵從通信之IEEE 802.3標準。然而，為接收及傳輸資料及功率之目的，可採用區別功率信號與資料信號之任何方式。在另一實例中，基於LED之照明模組100在圖1至圖2中係描繪為一照明器150之一部分。然而，基於LED之照明模組100可為一替換燈或改裝燈之一部分或可定形為一替換燈或一改裝燈。因此，可在不背離如申請專利範圍中所闡述之本發明之範圍之情況下對所述實施例之各種特徵進行各種修改、調適及組合。
100‧‧‧照明裝置
101‧‧‧安裝基座
102‧‧‧發光二極體(LED)
103‧‧‧安裝板固定環
104‧‧‧安裝板
105‧‧‧腔體
108‧‧‧輸出窗
120‧‧‧電介面模組(EIM)
110‧‧‧反射器固定環
121‧‧‧電連接器
122‧‧‧彈簧銷
130‧‧‧燈具
132‧‧‧電導體
133‧‧‧電連接器
134‧‧‧導體
135‧‧‧電信號
136‧‧‧熱介面
137‧‧‧固定夾
138‧‧‧孔隙
139‧‧‧導體
140‧‧‧反射器
140surface‧‧‧熱介面表面
150‧‧‧照明器
170‧‧‧電接觸墊片

Claims (3)

  1. 一種LED為基礎之照明裝置，其包含：至少一LED，其安裝至一安裝板；一電介面模組，其與該安裝板之一第一側分隔開，該電介面模組包含：呈一第一配置之第一複數個電接觸表面，其佈置在一電介面板上；呈一第二配置之第二複數個電接觸表面，其佈置在該電介面板上；及一第一導體，其將該第一複數個電接觸表面之一第一電接觸表面耦合至該第二電複數個接觸表面之一第一電接觸表面，其中該第一複數個電接觸表面係經組態以可電耦合至一LED照明裝置，且其中該第二複數個電接觸表面係經組態以可電移除地耦合至一燈具；一散熱反射器，其在該安裝板之一與該第一側相對之第二側上可耦合至該LED為基礎之照明裝置，該散熱反射器經組態以偏轉自該LED為基礎之照明裝置所發射之光。
  2. 如請求項1之LED為基礎之照明裝置，其中該散熱反射器係以一導熱材料所製成。
  3. 如請求項1之LED為基礎之照明裝置，其中該散熱反射器為一複合抛物線型集中器。
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