非曲線型的led發(fā)光體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及照明系統(tǒng)，以及更具體而言，涉及發(fā)光二極管(LED)的照明。
【背景技術(shù)】
[0002]這些年來已經(jīng)開發(fā)了用于戶內(nèi)和/或戶外照明的各種類型的照明組件和設(shè)備，諸如手電筒、油燈、煤氣燈、提燈、白熾燈泡、霓虹燈、熒光燈、鹵素?zé)?、以及發(fā)光二極管。這些傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的照明組件和設(shè)備都獲得了不同程度的成功。
[0003]白熾燈泡通過細(xì)燈絲(諸如鎢燈絲)導(dǎo)電而發(fā)光，以便將燈絲加熱到非常高的溫度，從而使得其發(fā)光并產(chǎn)生可見光。白熾燈發(fā)出黃色或白色的光。然而，白熾燈泡的效率非常低，因為其98%以上的能量輸入都作為熱量被發(fā)出以及生熱。標(biāo)準(zhǔn)100瓦的燈泡發(fā)出大約1700流明，或約每瓦17流明。白熾燈相對便宜并具有約1，000小時的典型壽命。
[0004]熒光燈(燈泡)通過產(chǎn)生紫外(UV)光的汞蒸氣導(dǎo)電。紫外光然后由燈內(nèi)的磷光層吸收，使磷光層發(fā)光，或者發(fā)熒光。雖然由熒光燈所產(chǎn)生的熱量比對應(yīng)的白熾燈所產(chǎn)生的熱量要少得多，但是在產(chǎn)生紫外光以及紫外光轉(zhuǎn)換成可見光的過程中仍損失能量。如果燈泡破損，可能會發(fā)生接觸到汞的情況。線性熒光燈通常是白熾燈泡成本的五到六倍，但具有大約10，000到20，000小時跨度的壽命。對于緊湊型熒光燈而言壽命從1，200小時到20，000小時進(jìn)行變化。一些熒光燈閃爍以及熒光燈的質(zhì)量由于缺乏寬頻帶的頻率而趨于是刺眼的白色。大多數(shù)熒光燈不與調(diào)光器兼容。
[0005]發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)是特別有用的。發(fā)光二極管(LED)提供優(yōu)于白熾光源的許多優(yōu)勢，包括:較低的能量消耗，較長的壽命，改進(jìn)的魯棒性，更小的尺寸，更快速的開關(guān)，以及優(yōu)異的耐久性和可靠性。LED每瓦發(fā)出比白熾燈泡更多的光。LED可以是極小的且容易放置到印刷電路板上。LED可被非?？焖俚丶せ詈痛蜷_，并且可以容易地變暗。LED發(fā)出具有很少紅外光的冷光。LED具有無需濾波器就能產(chǎn)生的多種顏色的光。不同顏色光的LED可以被混合以產(chǎn)生白光。LED的其它優(yōu)勢包括:高效率；低能量消耗；在更高驅(qū)動電流下的更高輸出；因為沒有燈絲、玻璃或管破損而耐沖擊；不含有毒物質(zhì)、有害的汞或鹵素氣體。
[0006]一些白光LED燈的工作壽命為100,000小時以及連續(xù)工作11年。LED燈的長工作壽命比白熾燈泡的平均壽命長得多，白熾燈泡的平均壽命大約為5000小時。如果照明設(shè)備需要嵌入到非常難以夠到的地方，則使用LED將減少定期更換燈泡的需求。利用白熾燈泡，更換燈泡所需的成本以及更換它們所需的勞動力費用和時間在存在大量白熾燈泡的地方會是特別顯著的。對于辦公樓和高層建筑而言，用于更換燈泡的維護(hù)成本會是昂貴的，而用LED照明則可顯著降低。
[0007]LED照明系統(tǒng)的一個重要優(yōu)勢在于降低功耗。LED電路將接近80%的效率，這意味著80%的電能轉(zhuǎn)換成光能；剩余的20%作為熱能而損失掉。而白熾燈泡以約20%的效率進(jìn)行工作，80%的電能作為熱量而損失掉。維修和更換上的節(jié)省會是顯著的，因為大多數(shù)白熾燈泡在一年之內(nèi)燒壞并需要更換，而LED燈泡可容易地使用十年而不會燒壞。
[0008]LED燈條(照明條)被認(rèn)為比白熾燈好得多。白熾燈泡不會持續(xù)很長的時間段，并且燈絲會被燒斷。LED燈條消耗更少的能量并且具有更長的壽命。LED燈的輸出比白熾燈泡的輸出要明亮得多。
[0009]利用LED燈條，可獲得用于應(yīng)急車輛的顏色和閃爍模式的搭配，所述應(yīng)急車輛諸如警車、消防車和救護(hù)車。諸如救護(hù)車和警車的應(yīng)急車輛優(yōu)選將LED燈條安裝在頂部上以便易于識別和可見。LED燈條可用在應(yīng)急車輛的內(nèi)部以及外部上，因為其即使在最黑暗的地方也可發(fā)出足夠的光。此外，由于由LED燈條所產(chǎn)生的熱量少，其不會對車輛內(nèi)部造成不利的影響。
[0010]LED用于各種應(yīng)用中，例如航空照明系統(tǒng)、交通信號以及諸如適于剎車燈、轉(zhuǎn)向燈和指示燈的汽車照明系統(tǒng)。LED具有緊湊的尺寸、快速的開關(guān)速度以及良好的可靠性。LED用于顯示文本和視頻以及用于通信。紅外線LED也用在許多商業(yè)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制單元中，所述商業(yè)產(chǎn)品包括電視機(jī)、DVD播放器和其它家用電器。
[0011]諸如LED的固態(tài)設(shè)備如果在低電流和低溫下進(jìn)行操作具有優(yōu)異的耐磨損性和耐破損性。LED燈輸出實際上在較低溫度下升高(取決于類型在約-30°C下趨于穩(wěn)定)。因此，LED技術(shù)對于超市冷柜燈而言是很好的替代品，并且通常比其它類型照明系統(tǒng)將持續(xù)更長的時間。
[0012]大面積的LED標(biāo)志和顯示用作體育場顯示器和用作裝飾顯示器。LED消息顯示器用在機(jī)場和火車站，并用作用于火車、公共汽車、電車和渡輪的目的地顯示器。
[0013]隨著高效大功率LED的發(fā)展，已經(jīng)可以更有利地使用LED照明系統(tǒng)和照明。大功率白光LED照明系統(tǒng)有利于照明和替換白熾照明系統(tǒng)和/或熒光照明系統(tǒng)。LED路燈用在柱，桿上和停車庫內(nèi)。LED目前用于商場、家庭、舞臺和劇場、以及公共場所內(nèi)。此外，彩色LED用于醫(yī)療和教育應(yīng)用中，諸如以便增強(qiáng)氣氛。在許多國家中，對于家庭和辦公室而言的白熾燈照明系統(tǒng)不再使用以及建筑法規(guī)要求使用LED照明系統(tǒng)為新的前提。
[0014]然而對于戶內(nèi)照明系統(tǒng)而言功率足夠大的傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的LED照明系統(tǒng)是相對昂貴的，并且與相當(dāng)輸出的熒光燈源相比需要更精確的電流和熱管理。此外，傳統(tǒng)的LED照明系統(tǒng)可具有比其它類型的照明系統(tǒng)更高的投資成本，并且LED燈趨于定向成小面積的照明。此外，傳統(tǒng)的LED發(fā)光體(luminaries)由于缺乏流明輸出以及低于所希望的光散射而具有缺點。以單獨和組合的方式，傳統(tǒng)的LED照明系統(tǒng)的這些方面會妨礙LED發(fā)光體的高效使用。
[0015]因此，希望提供一種改進(jìn)的LED照明組件，其如果沒有克服所有的前述問題和缺點，那么其克服大多數(shù)的前述問題和缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]改進(jìn)的發(fā)光二極管(LED)照明組件設(shè)有新穎的多側(cè)面LED照明條(lightingbar)，也稱為多側(cè)面LED燈條(light bar)，其包括用于增強(qiáng)LED照明的非曲線型LED發(fā)光體。有利地，本發(fā)明的具有新穎的多側(cè)面燈條的LED照明組件是高效的、有效的、經(jīng)濟(jì)的、方便的和安全的。理想地，具有緊湊的多側(cè)面燈條的用戶友好的LED照明組件產(chǎn)生優(yōu)異的照明，容易制造和安裝，并具有長的壽命跨度。改進(jìn)的LED照明組件和有吸引力的多側(cè)面燈條也是可靠的、耐用的、抗沖擊性和耐破損性。
[0017]改進(jìn)的LED照明組件可具有以下特征:多側(cè)面燈條，諸如具有兩個、三個、四個或五個側(cè)面；內(nèi)部非切換驅(qū)動器；可伸縮的長度；和針對效率進(jìn)行優(yōu)化的發(fā)射器數(shù)量。改進(jìn)的LED發(fā)光體組件還可具有以下特征:并聯(lián)串聯(lián)布線；采用獨特端蓋設(shè)計的無導(dǎo)線設(shè)計；按設(shè)計要求改變光束角度的透鏡罩蓋(lens cover cap);以及驅(qū)動器冗余性。
[0018]與傳統(tǒng)的LED照明系統(tǒng)相比，本發(fā)明的具有包括非曲線型LED發(fā)光體的新穎多側(cè)面LED照明條的LED照明組件具有許多優(yōu)勢。
[0019]1.采用多側(cè)面燈條允許光的更廣泛分布。標(biāo)準(zhǔn)方案具有約100-110度的光束以便到達(dá)一半亮度。然而，本發(fā)明的具有新穎多側(cè)面LED照明條的LED照明組件可達(dá)到全360度，而亮度損失很少或沒有損失。此外，所示的兩側(cè)面設(shè)計可達(dá)到180度以上以便達(dá)到一半亮度。另一個優(yōu)勢是近場使用；只從光源相距幾英寸的地方照明某物。
[0020]2.具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件的內(nèi)部驅(qū)動器更便宜，使用更少的勞力，更簡單，并具有優(yōu)于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的較低出現(xiàn)故障的可能性。
[0021]3.具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件的非切換驅(qū)動器提供4-7級規(guī)模的升壓效率。用在傳統(tǒng)LED照明條上的典型切換驅(qū)動器具有80-85 %的典型效率或15-20 %的損失。相比而言，具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件可具有95-97%的效率(3_5%的損失)，并且比傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)的效率高四至七倍。這種改進(jìn)導(dǎo)致約20%的總體效率增益。由于大部分的功率都消耗在LED上，其在驅(qū)動器效率的提高上增加5倍以便達(dá)到總體效率上的凈20%的增益。理想地，具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件可獲得大于90%的效率，用傳統(tǒng)的開關(guān)驅(qū)動器是不可能的。
[0022]具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件優(yōu)選可根據(jù)電壓源優(yōu)化發(fā)射器數(shù)量，并且可有利地利用所述發(fā)射器以適當(dāng)數(shù)量并聯(lián)-串聯(lián)布置的布線。
[0023]在具有新穎的多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件中，包括透鏡的漫射器可被修改以改變光束的輸出。通過使用這種布置，黑斑能夠消除，使得可以獲得高得多的照明輸出。具有多側(cè)面照明條實例的改進(jìn)的LED照明組件可發(fā)出360度的光束，而沒有可見的熱點或冷點。
[0024]具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件還可具有可伸縮的長度，因為對于新穎的布置和設(shè)計長度上沒有理論上的限制。然而長度可通過客戶需求、成本、可用的空間、和生產(chǎn)能力來控制。
[0025]具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件還具有驅(qū)動器冗余性，該驅(qū)動器冗余性使用并聯(lián)的和多個驅(qū)動器子電路以便獲得甚至更好的可靠性。這實現(xiàn)了另外兩個重要目標(biāo):
[0026]1.具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件獲得通到所有發(fā)射器的均勻、精確的功率水平。相比之下，傳統(tǒng)的LED設(shè)計不能控制電流均勻地通到所有的發(fā)射器，而是將計量數(shù)量的電流施加到所有并聯(lián)電路，并聯(lián)電路通常多達(dá)三個到八個，并且電流可在各并聯(lián)電路上變化，因為每個子電路不受到控制。具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件可獨立地控制每個子電路，以使整個燈組件中的每個發(fā)射器獲得完全相同的電流。
[0027]2.具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件實現(xiàn)甚至在子電路故障的情況下也獲得輸出的可靠性。
[0028]在具有300毫安輸出通到三個分支或子電路的傳統(tǒng)LED設(shè)計中，當(dāng)一個分支或子電路出現(xiàn)故障時，那么兩個子電路將共享同一 300毫安，所以它們會從100毫安至150毫安，這在電流上是巨大的變化，其是不可取的并有可能導(dǎo)致級聯(lián)失效。在具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件中，如果一個子電路出現(xiàn)故障，則其余的電路完全按它們原先的那樣操作，并且可無限期地像這樣操作下去。
[0029]此外，在具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件中，子電路可以展開，使得燈組件沒有一個部分進(jìn)入完全黑暗狀態(tài)，而將是只變暗。當(dāng)照亮標(biāo)志時這可能是非常重要的，使得盡管它在一個地方可能有點暗，但該標(biāo)志將仍被照亮并且可讀。
[0030]在傳統(tǒng)的LED照明中，所有的發(fā)射器都與彼此串聯(lián)，因此在單個LED出現(xiàn)故障的情況下導(dǎo)致整行閃爍出現(xiàn)中斷(例如圣誕樹的燈)以及燈組件的整個部分將變暗。在具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件中，發(fā)射器串或組與其它每一發(fā)射器對準(zhǔn)并且并聯(lián)連接，這樣在一個子電路出現(xiàn)故障的情況下，LED照明組件的LED燈在亮度上降低50%，但從一邊到另一邊均勻地照亮。
[0031]具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件也獲得優(yōu)于初始投資成本的效率。傳統(tǒng)的LED設(shè)計試圖將每個發(fā)射器的流明最大化，并且根據(jù)發(fā)射器的規(guī)格(“spec”)而設(shè)計?！霸谝?guī)格下”操作的發(fā)射器趨于獲得總共約80流明/瓦的凈發(fā)光效率。
[0032]具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件可具體地欠驅(qū)動(under-driven)以便實現(xiàn)一些非常有價值的目標(biāo):
[0033]1.更長的壽命跨度。例如，當(dāng)指定50，000小時時，發(fā)射器在70%的額定容量下運行將持續(xù)70-80，000小時。當(dāng)在一周七天每天24小時運行時，這就有8.6至5.7年的差異。
[0034]2.更高的功效。具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件可通過使發(fā)射器的電流驅(qū)動失諧而獲得超過100L/W的系統(tǒng)總體照明效率。具有多側(cè)面照明條的改進(jìn)的LED照明組件可通過添加更多的發(fā)射器來實現(xiàn)相同的總輸出。這會使得初始成本較高，但運行成本要低得多。這在所示的運行成本圖表中示出，其將高輸出的3600L LED燈條與高效率的3000L LED燈條相比，它們具有完全相同的設(shè)計只是設(shè)定到不同的驅(qū)動操作水平，因為發(fā)光二極管在規(guī)格以下驅(qū)動時更加有效且持續(xù)時間更長。
[0035]3.更高的可靠性。在它們的預(yù)期壽命跨度內(nèi)，如果溫度與LED驅(qū)動電流成正比，則LED發(fā)射器當(dāng)它們溫度更低時將保持流明更長并保持色溫更長。過驅(qū)動的LED與在規(guī)格下驅(qū)動的LED相比將更快地喪失色溫準(zhǔn)確性。欠驅(qū)動的LED與甚至在“規(guī)格”下驅(qū)動的LED相比保持流明和色溫更長。
[0036]改進(jìn)后的LED照明組件可具有無導(dǎo)線的設(shè)計，使得改進(jìn)的LED發(fā)光體組件的新穎燈條沒有電線。這種布置可減少與組裝體力勞動部分復(fù)雜性相關(guān)聯(lián)的組裝問題以及具有更低的故障率。傳統(tǒng)的LED燈條可具有至少12個手工制作的釬焊接頭。而新穎的設(shè)計可只包括兩個手工制作的釬焊接頭以及100%消除了電力布線。標(biāo)準(zhǔn)電線的消除可增加初始和長期的可靠性。
[0037]改進(jìn)的發(fā)光二極管(LED)的照明組件可包括多側(cè)面模塊化的LED照明條，其也被稱為多側(cè)面模塊化的LED燈條，該照明條包括非曲線型的LED發(fā)光體，所述發(fā)光體具有多側(cè)面細(xì)長管狀陣列，所述陣列具有包括模塊化板的多個、眾多或若干側(cè)面，所述模塊化板可限定具有縱向相對端部的面板。管狀陣列優(yōu)選具有非曲線型的橫截面形狀(橫截面)，而沒有且不存在圓形的橫截面配置、卵形配置、橢圓形橫截面配置以及大致彎曲的或圓形的橫截面配置。當(dāng)從陣列的端部觀察時，多側(cè)面管狀陣列的每個側(cè)面可具有大致平面的平坦表面，而相鄰的側(cè)面可彼此相交且以一定的傾斜角度會聚。包括驅(qū)動器板的內(nèi)部非切換的印刷電路板(PCB)可操作地定位并連接到多側(cè)面陣列。驅(qū)動器可以是位于管狀陣列內(nèi)部中的內(nèi)部或內(nèi)驅(qū)動器板，或者可以是包括且提供管狀陣列側(cè)面之一的外部或外驅(qū)動器板。理想地，至少兩個或一些側(cè)面包括模塊化的LED發(fā)射器板，該LED發(fā)射器板可提供細(xì)長的LED印刷電路板面板。包括驅(qū)動器板的內(nèi)部驅(qū)動器可驅(qū)動LED發(fā)射器板