发光二极管模块、以及利用发光二极管模块的灯具和照明方法 【技术领域】
本发明大体上涉及利用发光二极管(LED)来促进所要照明的光照和照明器领域。更明确地说，本发明提供一种LED模块、LED模块的阵列、并入有此些阵列的照明器以及照明方法，其中相应组件的配置促进由所述LED提供的照明的所要角度、位置和形状中的任一者或一者以上。
背景技术
近来，商用以及住宅用光照应用已过渡到使用LED，其中LED模块的阵列在例如街道光照、办公楼光照和许多其它户外和室内应用的应用中提供照明。
LED在产业中表现良好，但使从LED输出的光瞄准所要方向和图案常存在问题。一般来说，LED在远离其电路板的所有方向上发射光。因此，LED所发射的光的良好部分可能被浪费，因为其未被朝所要的照明区域引导。按照惯例，用透镜和棱镜来控制此些侧发射器和不对称分布LED。由于穿过透镜或棱镜材料的损失，此些控制光学器件趋向于减少利用LED的任何给定灯具所产生的流明(或烛光)的量。用于引导由LED发射的光的其它常规方法包含使用反射性表面，其虽然避免了透镜和棱镜所遭受的光损失，但可能更难配置以实现所要照明方向或图案。
与在光照灯具中使用LED相关联的另一已知设计考虑因素是热量耗散。因此，供LED阵列中使用的LED模块常并入有散热片，以有助于在操作期间由LED产生的热量的耗散。
试图解决LED和其它光照应用中上文所述的考虑因素的常规配置描述于(例如)以下各项中：第D576,331号、第D576,330号和第D568,521号美国设计专利；第2008/0080196号、第2007/0076414号、第2008/0078524号、第2008/0212329号和第2008/0080162号美国专利申请公开案；以及第5,580,156号、第6,942,361号、第6,234,648号、第5,947,587号、第3,562,513号、第4,337,507号、第6,676,279号、第7,252,408号、第7,347,706号美国专利，上述各项的整个揭示内容全部以引用的方式并入本文中。
虽然上述揭示内容中所描述的常规配置提供不同途径来解决与LED的利用相关联的各种考虑因素，但仍需要一种可容易且高效地配置以利用LED并以所要角度且以所要图案引导从LED发射的光的照明器。
【发明内容】
因此，本发明的示范性实施例通过提供一种LED模块和LED模块阵列以及一种有助于增加烛光以及LED所输出的光到将被照明的表面上的准确瞄准的灯具和照明方法，至少解决了上文所述的需要。
本发明的另一目标是提供一种可适应所有区域和车库光照产品的反射器模块。
本发明的又一目标是提供一种独特的LED板，其具有至少三个通过用于促进组装的简易性的快速连接水平定位的二极管。
本发明的再一目标是提供经挤压成型的散热片模块以耗散LED电路板上的热量。
本发明的又一目标是提供一种用于产生多个不同光照分布的LED模块，其中当载体板大体上平行于将被照明的表面时，中心射束从载体板以约70°的角度离开照明器。
本发明的再一目标是提供一种LED模块，其可容易替换且环保，从而消除了当LED不再发射光时替换整个灯具的需要。
上述目标由本发明的示范性实施例来解决，本发明的示范性实施例提供一个或一个以上LED模块选择性地安置在载体板上的照明结构和方法。LED模块中的每一者包含：LED电路板，其上面安置有一个或一个以上LED芯片；散热片，其由透热材料形成且具有安装表面，所述安装表面用于容纳LED电路板以耗散来自所述LED芯片的热量；以及反射器，其具有反射性表面，所述反射性表面相对于所述LED芯片而安置以将所发射的光朝远离所述LED电路板地平面而延伸且实质上垂直于所述平面的照明轴线引导。所述散热片、所述LED电路板和所述反射器经布置以使得所述照明轴线相对于由从所述LED芯片发射的所述光照明的表面的平面不垂直。
根据本发明的示范性实施例，通过以此方式形成LED模块且在载体板上选择性地配置此些模块，可实现不同的光照分布，其相对于将被照明的表面以约70°的角度离开使用所述载体板的光照灯具。
从以下详细描述将明了本发明的其它目标、优点和突出特征，以下结合附图进行的详细描述揭示本发明的优选实施例。
【附图说明】
参看形成本发明的一部分且说明本发明的特定示范性实施例的非限制性、示范性实施方案的图式：
图1是根据本发明示范性实施例的经配置且发射光的照明器的侧面正视图；
图2是根据本发明示范性实施例的实施LED模块的图1的照明器的放大侧面透视图；
图3是如在图1和图2中所见的照明器的放大仰视透视图；
图4是根据本发明示范性实施例的具有反射性盖的如在图1到图3中所见的照明器的放大仰视平面图；
图5是根据本发明示范性实施例的载体板的侧面透视图，其具有根据本发明示范性实施例的LED模块中的一者的分解图；
图6是图5的LED模块的侧面正视图；
图6a是如在图5和图6中所见的LED模块的侧面透视图；
图6b是如在图5到图6a中所见的LED模块的侧面正视图；
图7是如在图4和图5中所见的载体板的俯视正视图；
图8是如在图7中所见的载体板的侧面透视图；
图9是如在图8中所见的载体板的横截面图；
图10是根据本发明示范性实施例的载体板的侧面透视图；
图11是如在图10中所见的载体板的横截面图；
图12是根据本发明示范性实施例的载体板的侧面透视图；
图13是如在图12中所见的载体板的横截面图；
图14是根据本发明示范性实施例的载体板的侧面透视图；
图15是如在图14中所见的载体板的横截面图；
图16是根据本发明示范性实施例的载体板的侧面透视图；
图17是如在图16中所见的载体板的横截面图；
图18是根据图10和图11中所示的布置的光照分布的示意图；
图19是根据图12和图13中所示的布置的光照分布的示意图；
图20是根据图7到图9中所示的布置的光照分布的示意图；
图21是根据图14和图15中所示的布置的光照分布的示意图；
图22是根据图16和图17中所示的布置的光照分布的示意图；
图23是根据本发明示范性实施例的具有弯曲反射性壁的LED模块的侧面透视图；以及
图24是根据本发明示范性实施例的反射器模块的前视透视图。
在图式中，相同参考标号将始终被理解为指代相同部分、组件和结构。
【具体实施方式】
现在将参考附图详细描述本发明的若干实施例。在以下描述内容中，为了简明和清楚已省略了对并入本文中的已知功能和配置的详细描述。
转向图1到图3，根据本发明的示范性实施例，可能希望将照明器10配置为相对于将被照明的表面16以约70°的角度发射光，如图1中所示。在示范性实施方案中，此照明器10可包含柱或支撑结构12以及外壳14，外壳14(如图2到图4的实例中所说明)容纳具有LED模块20的LED阵列。外壳14可包含保护LED阵列的透明盖18(图4中展示)。
仅为了阐释的简单，假定吊柱臂11使外壳14远离柱12延伸可忽略的距离，那么从相对于将被照明的表面16以高度“x”安装在柱12上的外壳14发射的光的方向应是这样的：对应于从LED模块20发射的光M的最大烛光的轴线碰到将被照明的表面16的距离为约2.75x(即，约为柱高度的2.75倍)的距离。
举例来说，如果实施为街灯，其中柱12的高度为20英尺，那么光M应从配置在照明器10的外壳14中的LED阵列发射，使得照明的最亮区域在距柱12的基座约55英尺的距离处。如果外壳14安装在墙壁上，那么支撑结构可为柱或墙壁。用于将外壳14连接到支撑结构的吊杆臂11或任何其它类似连接结构是任选的。
现在参看图5、图6、图6a和图6b，根据本发明的示范性实施例，LED模块20包括：散热片30，其由透热材料(例如金属)形成；LED电路板40，上面安装有至少一个LED 42；以及反射器50，其直接或间接耦合到散热片30且由散热片30支撑，且相对于LED 42而配置以引导从LED 42发射的光。根据示范性实施例，可通过将多个LED模块20紧固到例如载体板22(如例如图6中所说明)等结构来形成LED模块20的阵列。
在如图6中所说明的示范性实施方案中，散热片30包含：第一部分34，其具有安装表面31，供LED电路板40安装在其上；以及第二部分36，其由从第一部分34延伸的第一组翼片38和第二组翼片39组成。第一组翼片38和/或第二组翼片39可相对于表面31的平面成一角度(例如锐角)定向。此定向有助于LED电路板40的安装，使得从其LED 42发射的光60相对于载体板22的平面成一角度(例如锐角)。
在示范性实施方案中，如(例如)图6中进一步说明，LED模块20将从三个所说明的LED 42发射的光60沿相对于垂直于载体板22的轴线B成一锐角的第一纵向轴线A引导。在有助于在(例如)街道照明应用中引导光的更具体示范性实施方案中，模块20可相对于载体板而配置，使得轴线A和轴线B相对于彼此成锐角α而定向，以便以在60°与80°之间且对于上文所述的特定具体光照实施方案来说有利为约70°的角度引导来自并入有此模块的灯具的光(参见例如来自图1的照明器10的光M)的发射，以实现到达将由所述灯具照明的地面或表面上的所要光分布。
散热片30耗散来自LED板40的热量，且允许板40充分冷却以适应适用的实施环境。根据示范性实施方案，每一模块20可经配置(例如)以搭扣配合到载体板22的对应结构中，以实现模块20到载体板22的免工具连接。
根据示范性实施例，散热片30的翼片39可包含至少一个凹座35以有助于散热片30且因此模块20搭扣配合到载体板22的对应开口或小孔23中。如在图6b中所见，翼片39中的至少一者可包含多个凹座35a、35b、35c，以允许不同的安装定向，从而增加或减少散热片主体32从载体板22的底部表面突出的量，且改变安装表面31的平面相对于载体板22的平面的角度(或换句话说，改变轴线A与轴线B之间的角度α，见图6)。举例来说，通过将开口23的对应边缘啮合在凹座35a、35b或35c中的一者内，同时开口23的相对边缘保持啮合在凹座35d内，LED模块20相对于载体板22的定向将改变，使得从LED 42发射的光的角度将相对于载体板22的平面而增加或减小。在示范性实施方案中，翼片39上的凹座35a、35b、35c和35d的配置可以是这样的：模块20到载体板22的开口23中的搭扣配合允许基于啮合开口23的边缘的凹座而调整从LED42发射的光的方向。举例来说，视凹座35a、35b或35c中的哪一者啮合开口23的边缘而定，可选择性地调整从模块22发射的光的方向，使得轴线A与轴线B之间的角度改变。在示范性实施方案中，LED模块20在载体板22上的安装定向的调整有助于调整从并入有此载体板和LED模块的灯具发射的光的方向和/或图案。
在示范性实施方案中，LED电路板40中的每一者包含安装于其上的至少一个(或如图中所说明，三个)LED 42。LED电路板40相对于散热片模块30而配置，使得来自被容纳并安装在LED电路板40上的所有LED的热量借助于散热片30而耗散。LED 42水平定位(如例如图6a和图6b中所示)，但LED 42在LED电路板40上的任何配置均在本发明的范围内。同样，可使用任何类型的LED 42，因为LED电路板40可为通用的。
在本发明实施例的所说明示范性实施方案中，当LED电路板附接到散热片30时，平面的LED电路板40的平面大体上平行于平面的安装表面31。此配置允许LED电路板40的平面与载体板22之间的角度实质上与散热片30的安装表面31的平面与载体板22之间的角度相同。因此，如果安装表面31的定向相对于载体板22而改变，那么LED电路板40的定向类似地改变。根据本发明的示范性实施例，当并入有载体板22的光照灯具(例如如图1到图4中所示的照明器)经配置以使得载体板22平行于将被照明的表面16(例如，街灯应用中的地表面)时，所发射的光M相对于将被照明的表面16的法线的角度直接与配置于载体板22上的LED模块的轴线A与轴线B之间的角度有关。
在特定示范性配置中，LED电路板40用传热带、油脂或类似材料附接到散热片30的安装表面31。所述附接可为永久的或可拆卸的，例如为了便于在安装在个别板40上的任一LED出现故障的情况下替换个别板40。LED电路板40还可包含热传感器装置(未图示)，以监视LED电路板40上的热量，且在板温度升高超过可接受值的情况下作出调整。
根据本发明的示范性实施例，反射器50相对于LED 42和散热片30而配置。在示范性实施方案中，反射器50是塑料模制的，且通常经构造和配置以将来自LED 42的光沿大体上垂直于LED电路板40(见图6)的平面的轴线A向外引导。根据示范性非限制实施方案，反射器50包含反射性表面58(见图6)，其由(例如)四个向外发散的反射性表面51、52、53、54组成，所述反射性表面51、52、53、54形成用于反射从LED二极管42发射的光的截顶棱锥配置(见图6a)。参看图6和图6a的实例，反射器50还包含外壳59，其容纳反射器51到54，且包含用于相对于LED 52安置反射器50的构件。如图23中所示，反射性表面可(例如)为弯曲的。另外，如图24的实例中所示，反射器50可能不配置有用以附接到LED电路板40的外壳(如图6a中所示)，而是配置有用以(例如)提供替代布置以有助于替换有缺陷的LED 42的散热片。
在示范性实施方案中，反射器50通过收集由LED 42发射的光并将其沿大体上垂直于LED电路板40的平面的轴线重定向来增加LED电路板40的输出，实质上使中心射束烛光加倍。根据示范性配置，借助于反射器50，从LED 42发射的光在水平平面内增加了多达250％。反射器50内的三个LED 42的配置有助于从三个水平定位的LED发射的光的水平分布，作为使光以较高角度在将被照明的表面上散布的途径。
在示范性实施方案中，反射器50可耦合到且配合(例如搭扣配合)到散热片30上，如(例如)图6和图6a中所示。举例来说，反射器50的外壳59可经配置以包含凸出部57，其经设计以紧密配合在散热片30的安装表面31的侧边缘61上或与侧边缘61啮合，以将反射器50与其紧固。
根据本发明的示范性实施例，载体板22可经配置以包含(或相对于)反射器面板60，如(例如)图3、图5和图8中所示。反射器面板60经战略放置以将来自LED 42的较高射束的通量朝将被照明的所要区域重定向。在示范性实施例中，LED模块20与反射器面板60的组合形成五个不同的光照分布，如下文所述。在所述光照分布的每一者中，LED模块20布置在配合在外壳12内的载体板22上，如图7到图17中所说明。LED模块20可适应所有照明区域和光照应用。可通过将LED模块20适当地放置在载体板22上来实现所有典型光照分布，如下文所述。
在示范性实施方案中，模块20中的每一者在载体板22上经定向以形成LED阵列，其有助于引导离开LED阵列的光，以形成具有所要形状(或占用面积)的射束，其光轴(或对应于最大烛光的轴线)以约60°到80°(或依据应用约为70°)的角度碰到将被照明的表面，如图1的实例中所说明。将LED模块20(以下图中所示)放置在载体板22上控制射束形状(例如)以使其符合此项技术中已知的类型，其根据IES NEMA规则且在相应的图18到图22中被说明为类型I、类型II、类型III、类型IV或类型V。
图18说明对应于类型I射束形状的光图案。根据本发明的示范性实施例，为了实现此光分布图案，LED模块20布置在载体板22上，如图10和图11中所说明。在图10和图11的示范性实施方案中，LED模块20的阵列包括相对于载体板22的水平中心线大体上平行且大体上两侧对称地布置的LED模块20。LED模块20相对于所述水平中心线成90°面向内，借此从LED模块20发射的光被朝载体板22的水平中心线引导，以实现照明图案中的大体为90°的角位移，如在图18中所见。在类型I中，照明图案相对于从灯具发射的射束(见图1的射束M)的光轴70成约90°而投射。
图19说明对应于类型II射束形状的光图案。根据本发明的示范性实施例，为了实现此光分布图案，LED模块如图12和图13中所说明那样布置在载体板22上。在图12和图13的示范性实施方案中，LED模块20的阵列包括相对于载体板22的水平中心线大体上平行且大体上两侧对称地布置的LED模块20。LED模块20相对于所述水平中心线以70°面向内，借此从LED模块20发射的光被朝载体板22的水平中心线引导，以实现照明图案中的大体为70°的角位移，如在图19中所见。在类型II中，照明图案相对于主射束的光轴70以约70°而投射。
图20说明对应于类型III射束形状的光图案。根据本发明的示范性实施例，为了实现此光分布图案，LED模块如图7到图9中所说明那样布置在载体板22上。在图7到图9的示范性实施方案中，LED模块20的阵列包括相对于载体板22的水平中心线大体上平行且大体上两侧对称地布置的LED模块20。LED模块20相对于所述水平中心线以60°面向内，借此从LED模块20发射的光被朝载体板22的水平中心线引导，以实现照明图案中的大体为60°的角位移，如在图20中所见。在类型III中，照明图案相对于射束的光轴70以约60°而投射。
图21说明对应于类型IV射束形状的光图案。根据本发明的示范性实施例，为了实现此光分布图案，LED模块如图14和图15中所说明那样布置在载体板22上。在图14和图15的示范性实施方案中，LED模块20的阵列包括相对于载体板22的水平中心线大体上平行且大体上两侧对称地布置的LED模块20。LED模块20相对于所述水平中心线以30°面向内，借此从LED模块20发射的光被朝载体板22的水平中心线引导，以实现照明图案中的大体为30°的角位移，如在图21中所见。在类型IV中，照明图案相对于射束的光轴70以约30°而投射。
图22说明对应于类型V射束形状的光图案。根据本发明的示范性实施例，为了实现此光分布图案，LED模块如图16和图17中所说明那样布置在载体板22上。在图16和图17的示范性实施方案中，LED模块20的阵列包括相对于载体板22的中心大体上平行且大体上对称地布置的LED模块20。LED模块20相对于中心线以45°面向内，借此从LED模块20发射的光被朝载体板22的中心引导，以实现照明图案中的在所有方向上均大体为45°的角位移，如在图22中所见。在类型V中，照明图案相对于射束的光轴70在四个方向上以约45°而投射。
虽然已选择本发明的示范性实施例来说明本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，各种改变、修改、添加和替代是可能的。因此，本发明不限于上文所述的实施例，而是由所附权利要求书连同其全范围的均等物而界定。