專利名稱：Led封閉/透鏡結(jié)構(gòu)中的安全設(shè)備布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及LED發(fā)光系統(tǒng)的領(lǐng)域，以及更具體地涉及照 明器材中的LED模塊的配置。
背景技術(shù)：
在發(fā)光領(lǐng)域，已經(jīng)開發(fā)了許多不同類型的光源。近來，包括其每 一個都具有多個LED封裝的多LED陣列的LED光源已經(jīng)被開發(fā)為 將LED發(fā)光的許多優(yōu)點(diǎn)(LED效率和長壽命)帶入通用照明領(lǐng)域的 裝置。特別地，這樣的LED照明器材已經(jīng)被開發(fā)為在室外設(shè)置中使 用，例如包括用于照明停車場、道路、顯示區(qū)域或其他大區(qū)域。
現(xiàn)有技術(shù)中的LED器材具有某些缺點(diǎn)和不利之處。在這些缺點(diǎn) 中，需要一種改進(jìn)布置，用于其中一個透鏡位于另一個透鏡之上的 LED的運(yùn)行。在這樣的產(chǎn)品中的明顯的熱級在透鏡疊置的安裝和穩(wěn) 定性方面可能會帶來特定的問題。 一個潛在的問題是溫度改變可能導(dǎo) 致熱膨脹和相關(guān)的對準(zhǔn)問題。
對抗各種環(huán)境因素的保護(hù)也導(dǎo)致了 LED通用照明產(chǎn)品的難度， LED通用照明產(chǎn)品必須使用大量LED (有時是多個LED模塊，在 每個模塊上具有許多LED封裝)。
照明器材的產(chǎn)品安全性產(chǎn)生了困難的額外區(qū)域，并且這樣的器材 通常更需要符合由諸如Underwriters Laboratories Inc. (UL)的組 織提出的標(biāo)準(zhǔn)以獲得市場認(rèn)可。這樣的標(biāo)準(zhǔn)集合處理器材在操作期間 以及更重要地在器材上面對壓力(例如在火災(zāi)情況下)期間(在該期 間，危害到照明器材的一些部件的安全)的電有效部分的可訪問性。 在上述情況下，UL "指測試"要求具有一定"標(biāo)準(zhǔn)"尺寸的人的手 指(在NMX-J-324-ANCE， UL 1598， 2004年12月30日，圖不應(yīng)該能夠與器材的任何通電部分接觸。 這些標(biāo)準(zhǔn)也對這些產(chǎn)品的外殼帶來了一定的材料限制，所有這些都取 決于器材中的電壓和功率等級。
實(shí)現(xiàn)增加的產(chǎn)品安全性可能會十分昂貴，在與提供安全性和照明 性能的損失(諸如降低的光效率)有關(guān)的經(jīng)濟(jì)損失方面都是代價(jià)高昂 的。例如，將器材至于一片玻璃后面以提供增加的安全性，這可能導(dǎo) 致光效率的高達(dá)10。/。的損失。
對于基于LED的照明器件，電源的成本是整個器件成本的重要 部分。當(dāng)大量LED被用于提供必要的照明等級，使用提供較高電壓 和較高功率等級的單個電源是有利的，但是該電源進(jìn)而要求了更嚴(yán)格
的安全標(biāo)準(zhǔn)。具體地，具有二級電源額定功率的電源被限制為最大 60伏(如果在濕狀態(tài)下30伏)時的100瓦。具有大量LED的基于 LED的照明器材可以通過使用一級電源在(成本和效率上都)受 益， 一級電源的功率和電壓限制都超過了二級電源。如果照明器材的 功率需求高于二級限制，除非能夠?qū)崿F(xiàn)使用一級電源帶來的更嚴(yán)格的
安全標(biāo)準(zhǔn)，否則需要多個二級電源(這可能是昂貴的)。
如上所迷，這樣更嚴(yán)格的需求包括在某些火災(zāi)情況下滿足"指測 試"，在火災(zāi)情況下，諸如由聚合物材料制成的透鏡的照明模塊元件 可能被去除。例如，在具有由玻璃制成的主透鏡和由聚合物材料制成 的二次透鏡的LED封裝中，在除了主透鏡之外的模塊(在其上安裝 有LED封裝)的整個電氣部分上都必須提供外殼隔板。假設(shè)在這些 環(huán)境下，聚合物二次透鏡將在火災(zāi)中被損壞，導(dǎo)致主透鏡被暴露。還 例如，如果使用單個聚合物透鏡代替主透鏡和二次透鏡，則外殼隔板 必須防止在假定該單個透鏡已經(jīng)被去除的情況下"標(biāo)準(zhǔn)手指"接觸電 元件.
因此，需要能夠更好滿足通用發(fā)光照明器材的需求并能夠提供市 場需要和/或偏愛的安全性和成本效益的改進(jìn)的LED照明器材。

發(fā)明內(nèi)容
7本發(fā)明的一個目的是提供克服包括現(xiàn)有技術(shù)的某些問題和缺點(diǎn)的
LED模塊，包括上面提及的問題和缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個目的是提供實(shí)現(xiàn)市場要求的電氣產(chǎn)品安全性的改進(jìn) 的LED模塊。
本發(fā)明的另一目的是提供以成本高效的方式實(shí)現(xiàn)這樣的安全性的 改進(jìn)的LED模塊。
本發(fā)明的再一目的是提供在每個LED封裝上不再有透鏡保留的 情況下實(shí)現(xiàn)這樣的電氣產(chǎn)品安全性的改進(jìn)的LED模塊。
本發(fā)明的這些或其他目的將從下面的描述和附圖而顯而易見。
本發(fā)明是LED裝置，其通過滿足用于封閉這樣的LED裝置的 外殼的嚴(yán)格安全標(biāo)準(zhǔn)集來提供電氣安全性。本發(fā)明的LED裝置包括 安裝板，在其上具有多個LED封裝，在每個LED封裝上具有透鏡 部件和位于安裝板上的安全隔板。該隔板具有用于封閉安裝板上的電 氣元件的足夠厚度并且包括多個開口，每個開口具有使光從LED封 裝通過并通過這個LED封裝上的透鏡部件的光透射部以防止在光透 射部不存在時手指接觸安裝板上的電氣元件。
在LED裝置的一些實(shí)施例中，該隔板包括金屬層，而在一些優(yōu) 選實(shí)施例中，該隔板還包括絕緣層，位于安裝板和金屬層之間。在一 些這樣的實(shí)施例中，金屬層和絕緣層形成了疊層。
在本發(fā)明的裝置的一些實(shí)施例中，安全隔板具有與安裝板分離的 層部分，以及在這樣的一些實(shí)施例中，安全隔板具有至少一個間隔結(jié) 構(gòu)，支撐安裝板上的層部分。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，LED裝置還包括彈性墊圏部件，具 有用于每個透鏡部件的孔，以及該墊圍部件柔性地限制在運(yùn)行過程中 由熱膨脹導(dǎo)致的移動。
在本發(fā)明的LED裝置的更多優(yōu)選實(shí)施例中，每個透鏡部件包括 光透射部及其周圍的凸緣。彈性墊圏相對凸緣布置并且包括面對并柔 性鄰接凸緣的內(nèi)表面。
在本發(fā)明的非常優(yōu)選的實(shí)施例中，LED裝置還包括蓋，其具有與透鏡部件對準(zhǔn)的開口并將它們固定在LED封裝上，將彈性部件壓 向安全隔板。
在本發(fā)明的LED裝置的其他非常優(yōu)選的實(shí)施例中，每個透鏡部 件是二次透鏡以及每個LED封裝包括在這樣的LED封裝上與二次 透鏡對齊的主透鏡。在這樣的一些實(shí)施例中，安全隔板位于二次透鏡 的凸緣和安裝板之間。
此外，該發(fā)明包括LED照明器材，其具有多個這樣的發(fā)明的 LED模塊。
在此所使用的術(shù)語"LED封裝"意味著組件，包括(a)基底，
(b) 在該基底上的至少一個LED (有時被稱作"管芯，，)，以及
(c) 可選地，管芯上的主透鏡。 一個或多個，通常為幾個的LED封 裝布置在安裝板上，形成所謂"LED模塊"。 一個或多個LED模塊 被用作用于各種創(chuàng)新的照明器材的光源。


圖l是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的一個實(shí)施例的分解透視圖。 圖2是圖1的創(chuàng)新的LED發(fā)光裝置的透視圖。 圖3是圖l的發(fā)光裝置沿圖2的線3-3的橫截面視圖。 圖4A和4B是示出了在層疊結(jié)構(gòu)中包含的安全隔板的示意圖。 圖5是本發(fā)明裝置的簡化視圖，示出了圖6-10的截面視圖采用 的截面平面CS。
圖6是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)截面視 圖，該裝置具有包括金屬層和絕緣層的安全隔板。
圖7是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)截面視 圖，該裝置具有包括單層的安全隔板。
圖8是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)截面視 圖，該裝置具有安裝板和安全隔板之間的額外的間隔。
圖9是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)截面視 圖，該裝置具有在每個LED封裝上的單個透鏡部件并且在每個LED封裝中沒有可選的主透鏡。
圖IO是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)截面視 圖，該裝置具有位于每個二次透鏡部件的凸緣上的安全隔板。
圖ll是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)截面視 圖，該裝置具有位于每個透鏡部件的凸緣上的安全隔板，LED封裝 不包括可選的二次透鏡。
圖12A是包括多個LED模塊的本發(fā)明的照明器材的透視圖。
圖12B是圖12A的照明器材的底視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-3示出了 LED裝置10，其包括在其上具有多個LED封裝 14的安裝板12。 LED封裝包括主透鏡16。 二次透鏡20位于主透鏡 16之上，建立其之間的光路32。如圖1所示，安裝板12連接到散熱 片18。具有安裝在其上的上述多個LED封裝的裝置10也被表示為 圖1中所示的LED模塊42。 一個或多個LED模塊42被用作各種創(chuàng) 新的照明器材的光源。這樣的創(chuàng)新LED照明100的一個示例在圖 12A和12B中示出。LED裝置10包括彈性部件22，其在光路32之 外的位置處靠著二次透鏡20。彈性部件22柔性地限制二次透鏡20 并容納在操作過程中由熱膨脹導(dǎo)致的二次透鏡20的移動，該移動主 要由圖1中示出的實(shí)施例中的主透鏡16的熱膨脹導(dǎo)致的。
如圖1所示，墊圏層形式的彈性部件22位于安裝板12和LED 封裝14之上。墊圈22具有多個墊圏孔34。彈性部件22優(yōu)選地由軟 的閉孔珪、無孔的固態(tài)硅材料制成。彈性部件22還可以由任何無孔 材料制成，可以為墊圏使用而改變無孔材料。
二次透鏡20包括基本上透明的透鏡部(或"光透射部")36及 其周圍的凸緣部38。透鏡部36如圖1所示與凸緣部38相鄰。凸緣 部38是平坦的并且具有外表面和內(nèi)表面。彈性部件22包括內(nèi)表面 44，其面向并柔性地鄰接凸緣38。
如圖1和2所示，二次透鏡20近距離接近主透鏡16并且至少部分地鄰接主透鏡16。優(yōu)選地，如圖2所示，每個獨(dú)立且分離的二次 透鏡20都設(shè)置在每個LED封裝14和主透鏡16之上。然而，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員應(yīng)該理解多個二次透鏡20可以形成在一起成為單個部 件。
圖l和2示出了蓋26相對于二次透鏡20、主透鏡16和LED封 裝14固定彈性部件22。如圖1-3所示，蓋26具有與光路32對準(zhǔn)的 開口 28。彈性部件22夾置在蓋26和二次透鏡20的凸緣38之間， 使得凸緣部38的外表面鄰接面對的彈性部件22的內(nèi)表面44。該操 作形成了類似三明治的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中蓋26迫使彈性部件22緊靠 凸緣部38，如圖2所示。
主透鏡16的熱膨脹導(dǎo)致透鏡的鄰接以及二次透鏡20的位移。彈 性部件22允許該位移，同時把二次透鏡20固定在主透鏡16之上的 適當(dāng)位置。
在某些實(shí)施例中，層狀的遮蔽部件24位于彈性部件層22之上， 如圖l所示。
LED裝置10包括金屬層30,優(yōu)選地為鋁層。層30優(yōu)選地直接 位于LED封裝之上并包括多個開口，每個開口有容納主透鏡16的尺 寸。層30夾在安裝板12和二次透鏡20之間，如圖1所示。金屬層 30在此被稱為安全隔板30,下面將進(jìn)一步描述其細(xì)節(jié)。
LED裝置10可以在安裝板12上僅包括一個LED封裝14，其具 有主透鏡16，相應(yīng)的二次透鏡20以及靠著二次透鏡20的彈性部件 層22。
圖4A和4B示出了安全隔板30的分層結(jié)構(gòu)；隔板30包括金屬 層30m和絕緣層30i。層30m和30i可以被層疊在一起，形成所表示 的疊層46。層30m和30i也可以是分離的層。在某些UL標(biāo)準(zhǔn)下， 金屬層30m由平坦的、具有至少0.016英寸的厚度的未加強(qiáng)的鋁板 制成。層30的最小厚度要求取決于金屬層30的結(jié)構(gòu)和成分，如上面 提及的具體的UL標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的。如果安全隔板30是疊層46，疊層 46的不同層可以具有也可以不具有相同寬度和長度尺寸。圖4A和4B示出了具有這樣的不同寬度和長度的層30m和30i的疊層46。
絕緣層30i用于使層30m與安裝板12上的電氣元件電隔離。在 一些實(shí)施例中，這些電氣元件可以通過安裝板12上的共形涂料與層 30m隔離。這樣的共形涂料可以是多種可用涂料中的任意一種，例 如由賓西法尼亞州匹茲堡的Chase Specialty Coatings的HumiSeal Division制造的丙烯酸涂料1B73。
安全隔板30也可以由具有由UL標(biāo)準(zhǔn)提出的最小厚度的聚合材 料的單一層制成?？山邮艿木酆喜牧习ㄓ蒞yandotte, MI的BASF Corporation的Engineering Plastics Division提供的BASF 130FR (具有玻璃纖維加固的聚乙烯對苯二甲酸酯)。其他可接受的聚合材 料必須滿足與材料特性相關(guān)的某些具體規(guī)范，材料特性例如是熱金屬 絲的發(fā)火性(hot-wire ignition)、防火試驗(yàn)以及大電流電孤抗性， 所有這些都在上面提及的UL標(biāo)準(zhǔn)中提出。
LED模塊46可以包括安全隔板30，其相對于安裝板12和二次 透鏡20以多種方式布置。當(dāng)LED封裝14不包括光學(xué)主透鏡16時， 二次透鏡20在此被稱作"透鏡部件50"。
圖6-11示出了 LED模塊46中的若干個這樣的安全隔板30的結(jié) 構(gòu)。圖5示出了應(yīng)用于圖6-11中每一個的橫截面CS-CS。
圖6是具有包括金屬層30m和絕緣層30i的安全隔板30的LED 封裝46的一個實(shí)施例的放大詳細(xì)橫截面視圖。
圖7是具有包括金屬層30m的安全隔板30的LED封裝46的另 一實(shí)施例的放大詳細(xì)橫截面視圖。
圖8是LED模塊46的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)橫截面視圖，在 LED模塊中，在安裝板12和安全隔板30之間提供了額外間隔52。 間隔結(jié)構(gòu)54被設(shè)置為LED封裝14的基底的一部分，但是也可以被 配置為獨(dú)立的部件。圖9示出了類似的實(shí)施例，其中LED封裝14不 包括光學(xué)主透鏡16。 LED模塊46包括透鏡部件50，每個透鏡部件 具有光透射部50p和凸緣50f。
在圖6-9中，LED模塊46具有位于二次透鏡20或透鏡部件50
12之下的安全隔板30。圖10和11示出了 LED模塊46的其他實(shí)施例 的放大詳細(xì)橫截面視圖，在LED模塊中，安全隔板30位于每個二次 透鏡20的凸緣38之上(圖10)，以及位于透鏡部件50的凸緣50f 之上(圖11)。在這兩種實(shí)施例中，提供了距離安裝板12的額外間 隔52。
圖ll是本發(fā)明的LED發(fā)光裝置的另一實(shí)施例的放大詳細(xì)橫截面 視圖，該裝置具有位于每個透鏡部件的凸緣之上的安全隔板，具有不 包括光學(xué)主透鏡的LED封裝。
在安裝板上具有多個LED封裝的上述優(yōu)選實(shí)施例的形式中，優(yōu) 選使用由導(dǎo)體層和絕緣體層形成的阻燃4 (FR4)板。導(dǎo)體層可以由 任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料制成，優(yōu)選地為銅或鋁。更優(yōu)選的是上述安裝板 對于其上每個LED封裝包括多個延伸通過封裝之下的位置的安裝板 的通道("熱通孔，，)，這樣的通道在其中具有導(dǎo)電材料和/或有利 于將熱傳遞通過板的開口。該熱通孔為每個LED封裝提供隔離的熱 路徑。
在使用具有熱通孔的FR4安裝板的本發(fā)明的形式中，更優(yōu)選的 是每個LED封裝14被構(gòu)造為具有與熱路徑電中性的陰極端，從而避 免板上的其他LED封裝14的短路。
各種各樣的材料可用于在此所討論和示出的各種部件。盡管已經(jīng) 結(jié)合特定實(shí)施例描述了本裝置的原理，但是應(yīng)該清楚理解這些描述僅 是示例性的并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。
1權(quán)利要求
1.一種LED裝置，包括(a)安裝板，(b)在其上的多個LED封裝，(c)在每個LED封裝之上的透鏡部件，以及(d)位于所述安裝板之上的安全隔板，所述隔板具有足夠的厚度用于包圍所述安裝板上的電氣元件并且包括多個開口，每個開口具有允許光從LED封裝通過該開口以及通過上述LED封裝之上的所述透鏡部件的光透射部的尺寸，以防止當(dāng)不存在所述光透射部時手指接觸所述安裝板上的電氣元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED裝置，其中所述隔板包括金屬層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED裝置，其中所述隔板還包括位 于所述安裝板和所述金屬層之間的絕緣層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED裝置，其中所述金屬層和所述 絕緣層形成疊層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED裝置，其中所述隔板具有與所 述安裝板分開的層部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED裝置，其中所述隔板具有在所 述安裝板上支撐所述層部分的至少一個間隔結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED裝置，還包括具有用于每個所 述透鏡部件的孔的彈性墊圈部件，所述墊圈部件柔性地限制由運(yùn)行期 間的熱膨脹導(dǎo)致的移動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED裝置，其中 每個所述透鏡部件包括光透射部及其周圍的凸緣，所述塾圈部件靠著所述凸緣；以及所述墊圏部件包括面向并柔性地鄰接所述凸緣的內(nèi)表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED裝置，還包括蓋，所述蓋具有 與所述透鏡部件對準(zhǔn)的開口并將所述開口固定在所述LED封裝之 上，所述蓋將所述墊圏部件壓向所述安全隔板。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED裝置，其中每個所述透鏡部件 是二次透鏡以及每個LED封裝包括在上述LED封裝之上與所述二 次透鏡對準(zhǔn)的主透鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的LED裝置，其中所述安全隔板位 于所述二次透鏡的所述凸緣和所述安裝板之間。
12. —種具有多個LED模塊的LED照明器材，每個所述LED 模塊包括(a)安裝板，(b)在其上的多個LED封裝，(c)在每個 LED封裝之上的透鏡部件，以及(d)位于所述安裝板之上的安全隔 板，所述隔板具有足夠的厚度用于包圍所述安裝板上的電氣元件并且 包括多個開口，每個開口具有允許光從LED封裝通過該開口以及通 過上述LED封裝之上的所述透鏡部件的光透射部的尺寸，以防止當(dāng) 所述光透射部不存在時手指接觸所述安裝板上的電氣元件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的LED照明器材，其中每個模塊的 所述隔板包括金屬層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的LED照明器材，其中每個模塊的 所述隔板還包括位于所述安裝板和所述金屬層之間的絕緣層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED照明器材，其中每個隔板的 所述金屬層和所述絕緣層形成疊層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的LED照明器材，其中每個模塊的 所述隔板具有與所述模塊的所述安裝板分開的層部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的LED照明器材，其中每個模塊的 所述隔板具有在所述模塊的所述安裝板上支撐所述層部分的至少一個 間隔結(jié)構(gòu)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的LED照明器材，其中每個模塊還 包括具有用于每個所述透鏡部件的孔的彈性墊圈部件，所述墊圏部件 柔性地限制由運(yùn)行期間的熱膨脹導(dǎo)致的移動。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的LED照明器材，其中 每個所述透鏡部件包括光透射部及其周圍的凸緣，所述墊圏部件靠著所述凸緣；以及所述墊圏部件包括面向并柔性地鄰接所述凸緣的內(nèi)表面。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED照明器材，其中每個模塊還 包括蓋，所述蓋具有與所述透鏡部件對準(zhǔn)的開口并將所述開口固定在 所述LED封裝之上，所述蓋將所述墊圏部件壓向所述安全隔板。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的LED照明器材，其中每個所述透 鏡部件是二次透鏡以及每個LED封裝包括在上述LED封裝之上與 所述二次透鏡對準(zhǔn)的主透鏡。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的LED照明器材，其中每個模塊的所述安全隔板位于所述二次透鏡的所述凸緣和所述模塊的所述安裝板 之間。
全文摘要
一種LED裝置(10)，包括(a)安裝板(12)，(b)在其上的多個LED封裝(14)，(c)在每個LED封裝上的透鏡部件(50)，以及(d)位于所述安裝板上的安全隔板，所述隔板具有足夠厚度用于包圍所述安裝板上的電氣元件并且包括多個開口，每個開口具有使光從LED封裝從其通過以及通過上述LED封裝上的所述透鏡部件的光透射部(36)的大小，以防止當(dāng)不存在所述光透射部時指接觸所述安裝板上的電氣元件。
文檔編號F21V1/00GK101688655SQ200880014830
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月4日
發(fā)明者K·S·威爾考克斯, W·P·古林恩 申請人:魯?shù)抡彰鞴?br>