专利名称：照明装置和方法
技术领域：
本发明涉及照明装置和方法。
背景技术：
通常称作LED的发光二极管现在被广泛地应用于电子业。LED在大量的不同设备中提供多种不同的功能，包括数字时钟上的数字、交通灯的照明、传输来自远程控制的信息、照亮手表、以及在电视或电脑屏幕上形成图像等等。以密集的形式布置LED通常导致更期望的均匀光输出。不幸地，以密集的形式布置LED也不期望地升高了LED的温度，这就增加了电气故障的发生频率。所期望的均匀光输出和所不期望的温度升高之间的折衷是工业界人士在设计LED阵列时面对的一个普遍问题。LED阵列的密度和由此带来的光输出的质量直接受到LED周围热耗散的限制。
发明内容
提供以下概要作为所要求保护的装置和方法的简要概述。不应用下面的优选实施例的详细说明中所阐明的详细的和充分实施的公开，来在任何方面上限制本发明。
照明装置可以包括支撑结构和至少一个发光元件。散热器热耦合到发光元件。发光元件和散热器可以相对于支撑结构移动。致动器使发光元件和散热器相对于支撑结构移动。
还公开了一种方法，其包括将至少一个发光元件与散热器一起安装到支撑结构，以使得发光元件和散热器可以相对于支撑结构移动；以及使发光元件和散热器相对于支撑结构移动。
图1是照明装置的一个实施例的俯视图；图2是沿着图1的线2-2所取的照明装置的垂切剖面图；图3是发光元件的放大剖面图；以及图4是照明装置的另一个实施例的俯视图。
具体实施例方式
照明装置10的一个实施例在图1和图2中看得最清楚，并可以包括支撑结构12、至少一个并通常为多个的发光元件14、散热器20、以及致动器系统22。散热器20热耦合到发光元件14，且耗散由发光元件14产生的热量。发光元件14和散热器20被安装成可以相对于支撑结构12移动。在此示出和描述的实施例中，发光元件14和散热器20在一个维度(例如前后)上可移动，通常是在箭头38所指示的方向上。致动器系统22可操作地与发光元件14相关联，且操作来使发光元件14和散热器20相对于支撑结构12前后(即通常在由箭头38所指示的方向上)移动。
如将在下面更详细描述的，组成照明装置10的各种发光元件14可以被布置为多个行24和列28来形成发光元件14的二维阵列32，虽然其他的布置形式也是可以的。此外，在此示出和描述的实施例中，各种发光元件14包括分别发出大致呈红色、大致呈绿色和大致呈蓝色的光的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)发光元件14。各种颜色的发光元件14，例如红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)发光元件被布置为多个组或三元组34，这在图1中看得最清楚。
在操作中，致动器系统22使发光元件14和散热器20相对支撑结构12快速地移动。在此示出和描述的实施例中，致动器系统22使发光元件14和散热器20以往复的方式移动，即在箭头38所指示的方向上前后移动。如果发光元件14的每种不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)被激活，则发光元件14的往复移动使得由此产生的光线对人眼呈现为混和在一起的。这种混合在一起使得人眼感知到的不是单个的发光元件14，而是由发光元件14所产生光的加成组合或混合。因此，在此举例说明的示例实施例中，其中发光元件14的二维阵列32包括发出大致呈红色、大致呈绿色和大致呈蓝色的发光元件14，发光元件14的二维阵列32将对人眼呈现成基本上为白色的光，即红色、绿色及蓝色光的加成组合。
使二维阵列32产生视觉上呈现为由各个发光元件14发出的光的加成组合的能力在大量不同的应用中是有利的，例如作为LCD显示器的白色背景光。此外，照明装置10的往复运动加强了散热器20周围的空气对流，因此提高了散热器20的效率(即热耗散)。这种通过移动散热器20得到的增强的热耗散提供了附加的优点。例如，可以使用更大功率的发光元件14，或者可以提高发光元件14的密度(即每单位面积中的数量)。或者，可以使用更高功率和密度的某种组合。此外还可选地，可以应用比别的情况下更小的散热器20。
在简单描述了照明装置10的一个实施例、其一般操作及其一些更重要的特征和属性之后，现在将详细描述照明装置10的各种示例性的实施例。
继续参考图1和图2，照明装置10的一个实施例包括至少一个并通常为多个的发光元件14。取决于特定应用以及特定类型的发光元件14的辐射或光输出模式，发光元件14可以被布置成相当多种构型(例如圆形、三角形、正方形、不规则形等)中的任意一种。因此，照明装置10不应该被认为局限于发光元件14的任何一种特定的布置或构型。作为示例，在一个实施例中，发光元件14被布置为多个行24和列28来形成发光元件14的二维阵列32。在此示出和描述的实施例中，其中期望发光元件14的二维阵列32对人眼呈现为产生白光，各种发光元件14包括发出在加成组合时对人眼呈现为白光的发光元件14。
众所周知，许多不同颜色的光可以被加成组合来产生呈现为白色的光。在此示出和描述的实施例中，发光元件14包括各种“颜色”或类型的发光元件14，其发出被感知为大致呈红色，大致呈绿色和大致呈蓝色的光。发出大致呈红色的光的发光元件14在图1中被标记为字母“R”，而那些发出大致呈绿色的光的在图1中被标记为字母“G”。发出大致呈蓝色的光的发光元件14在图1中被标记为字母“B”。
各种红色、绿色和蓝色(即R、G和B)的发光元件14布置成多个三元组34，使得每个三元组34包括一个红色(R)发光元件14、一个绿色(G)发光元件14和一个蓝色(B)发光元件14。如图1所示，虽然不是必需的，但各个三元组34可以按重复的方式布置。每个三元组34延伸一定的长度40。但是，因为许多不同颜色的光可以加成组合来产生任何所期望的颜色，包括白“色”，所以本发明不应被认为是局限于此处示出和描述的特定的红色、绿色和蓝色。此外，更多或更少数量的各种颜色可以被用于产生所期望的加成混合色，所以本发明不应被认为局限于使用三种不同的颜色。
现在参考图3，每个发光元件14可以包括一个本领域公知种类并容易在商业上获得的发光二极管(LED)42。或者，也可以使用本领域熟知或将来可能开发出来的其他种类的发光元件。在此示出和描述的实施例中，LED 42可以包括分立的、表面安装式的LED，尽管其他类型也可以使用并应认为在本发明的范围之内。
如上已述，照明系统10的一个实施例包括三种不同类型的LED 42。第一或红色(R)LED 42发出感知为大致呈红色的光，而第二或绿色(G)LED 42发出感知为大致呈绿色的光。还具有第三种或蓝色(B)LED 42，其发出感知为大致呈蓝色的光。但是，因为发出各种颜色的光的LED 42是本领域所熟知而且可以很容易地由本领域普通技术人员提供，所以这里将不进一步描述在本发明的一个实施例中所利用的特定LED 42。
例如红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的LED 42的发光元件14，可以被安装到印刷电路板44，这在图1-3中看得最清楚。印刷电路板44可以包括通常为平面的矩形结构，其具有第一侧46和第二侧48。或者，其他构造也是可以的。发光元件14可以安装到印刷电路板44的第一侧46上，这在图2和3中看得最清楚。印刷电路板44可以设有多种导电元件或迹线，例如迹线52和68，所述导电元件或迹线允许各种发光元件14彼此电连接且电连接到合适的驱动电路系统(未示出)。驱动电路系统于是可以用于激活或点亮各种发光元件14。
散热器20可以包括通常矩形的构造，其基本上随设置在印刷电路板44的第一侧46上的发光元件14的布置或模式而共同扩展。散热器20可以具有诸如散热片62之类的多个元件，该散热片62增加散热器20的表面积，由此使得散热器20能够更高效地散热。或者，也可以使用增加散热器20的表面积的其他类型的元件，例如引脚(未示出)。散热器20可以用多种具有高热传导率的材料来制造，例如铜、铝及其各种合金。此外，提高散热器散热能力的元件(例如散热片62)的数量、种类和尺寸将取决于特定的应用和要由散热器20所耗散的热量。但是，在这点上应该注意到，散热器20的移动趋向于增强散热器20周围的空气对流，由此允许使用比其他情况下更小或更少的散热片62或引脚(未示出)。
散热器20可以任何方便的方式安装到印刷电路板44的第二侧48上。在此示出和描述的实施例中，散热器20通过高导热性的粘接剂54固定或安装到印刷电路板44的第二侧48上，该粘接剂54例如Thermagon Inc.的T-Lam或者Bergquist的Thermal Clad。或者，散热器20可以用诸如螺钉(未示出)之类的机械紧固件固定到印刷电路板44上。如果使用了这种安装方法，则通过使用本领域熟知类型的导热糊剂(未示出)，可以减少散热器20和印刷电路板44之间的结合处的热阻。
取决于各种发光元件14产生的热量，可能需要或者甚至必须使印刷电路板44设置一个或多个热管56来帮助将发光元件14产生的热快速地传导到散热器20。热管56可以包括现在本领域熟知或将来可能开发出的大量不同导热元件中的任一种，所述导热元件适合于或将会适合于将热从发光元件14(安装在印刷电路板44的第一侧46上)传导到散热器20(安装在印刷电路板44的第二侧48上)。作为示例，在一个实施例中，热管56可以包括位于由印刷电路板44界定出的通孔中的铜杆或栓。
包含有发光元件14和散热器20的印刷电路板44被安装成使得该组件可相对于支撑结构12移动。在此示出和描述的实施例中，安装系统76用于将印刷电路板44安装到支撑结构12上，以使得印刷电路板44同所安装的发光元件14和散热器20一起可以一维(例如前后)移动，通常在由箭头38所指示的方向上。参见图1和2。或者，安装系统76可以允许其他类型的运动，例如二维运动(例如圆)或者甚至三维运动。因此，本发明不应该被认为局限于在任何特定方向上的任何特定运动。
现在主要参考图1和图2，一个实施例中的安装系统76包括安装于支撑结构12的第一导轨78和安装于印刷电路板44的第二导轨80。第二导轨80可滑动地与第一导轨78配合，以使得印刷电路板44可以相对于支撑结构12一维移动(例如，在箭头38所指示的方向上前后移动)。第二组导轨82和84可以设置在印刷电路板44相反侧上来对印刷电路板44的相反端提供支撑。或者，可以使用其他类型的安装系统，本领域普通技术人员在熟悉了此处提供的教导之后将对此变得很清楚。由安装系统76提供的运动范围应大致等于三元组34的长度40，且通常大于三元组34的长度40。这样的运动范围将提供对由组成三元组34的不同颜色发光元件14所发出的光的更有效的混和或加成组合。
照明装置10也具有致动器系统22来使发光元件14和散热器20相对于支撑结构12移动。在一个实施例中，致动器系统22包括安装在支撑结构12上的电机86，并且可操作地连接到印刷电路板44。电机86具有驱动系统90，该驱动系统90将电机轴88的旋转转换成适合于以所述往复方式移动印刷电路板44的直线运动。或者，也可以应用其他类型的致动器系统，例如直线电机或压电致动器。
不管所利用的特定致动器系统22如何，致动器系统22都应移动(例如往复移动)印刷电路板44，以使得设置在其上的发光元件14在与三元组34的长度40大致相等的距离上往复移动。在许多应用中理想的是在稍大于三元组34的长度40的距离上往复移动发光元件14，以保证由发光元件14产生的各种颜色的最优的混和或加成混合。
可以选择由致动器系统22引起的移动频率，以使其足够高来防止人眼在视觉上分辨出发光元件14的往复移动。作为示例，在一个实施例中，发光元件14以至少约60Hz的频率往复移动，其足够防止人眼在视觉上分辨出发光元件14的移动。
在操作中，可以通过使发光元件14和散热器20相对支撑结构12移动(例如以箭头38所指示的往复方式)来利用照明装置10。当发光元件14被激活或点亮，发光元件14的移动将会引起由发光元件14产生的光的混和或加成混合。例如，在此示出和描述的实施例中，其中发光元件14被布置成包括红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B)发光元件14的三元组34，移动将导致红色、绿色和蓝色光被混和或加成混合在一起，使得三元组34对人眼呈现为产生白光。当然，可用此方式产生任何所期望的颜色。此外，散热器20的移动导致提高了散热器20周围的空气对流，由此提高了散热器20的热耗散。
照明装置的第二实施例110在图4中示出。第二实施例110与已述的第一实施例10类似，除了发光元件114的每一行124可以分别相对其他行124和支撑结构112移动。发光元件114的每一行124可以安装到一个狭长印刷电路板144上，印刷电路板144在其相反侧或背侧上以第一实施例中已述的方式设有其自己的散热器(未示出)。因此，与发光元件114的每一行124相关联的每个散热器(未示出)都可独立移动。可以提供合适的安装系统(未示出)，以允许每个单独的印刷电路板144(以及对应的发光元件114的行124和相关联的散热器)在由箭头138所指示的方向上一维(例如前后)移动。类似地，第二实施例110也可以具有适于独立地移动印刷电路板144的致动器系统(未示出)。
在已经阐明了本发明的优选实施例之后，预见到可以对其进行合适的修改，这些修改将依然在本发明的范围之内。因此仅应按照所附权利要求来解释本发明。
权利要求
1.一种照明装置，包括支撑结构；至少一个发光元件；热耦合到所述至少一个发光元件的散热器，所述至少一个发光元件与所述散热器可相对于所述支撑结构移动；可操作地与所述至少一个发光元件相关联的致动器系统，所述致动器系统使所述至少一个发光元件和所述散热器相对于所述支撑结构移动，其中所述散热器的移动在所述散热器周围引起空气流动。
2.如权利要求1所述的装置，还包括具有第一侧和第二侧的印刷电路板，所述至少一个发光元件安装到所述印刷电路板的所述第一侧，所述散热器安装到所述印刷电路板的所述第二侧。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个发光元件包括发光二极管。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个发光元件包括发出大致呈红色的光的发光元件、发出大致呈绿色的光的发光元件、以及发出大致呈蓝色的光的发光元件。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述发光元件被布置为多个行，且其中所述散热器包括安装到所述发光元件行的多个散热器，所述发光元件行与所述散热器可独立地相对于所述支撑结构移动。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述散热器包括至少一个散热片。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述致动器系统使所述散热器和所述至少一个发光元件作为整体结构相对于所述支撑结构移动。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述致动器系统包括压电致动器。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述致动器系统包括电机。
10.如权利要求9所述的装置，还包括可操作地与所述电机相关联的驱动系统，所述驱动系统将电机轴的旋转运动转换成直线运动。
11.如权利要求1所述的装置，还包括可操作地与所述支撑结构和所述至少一个发光元件相关联的安装系统，所述安装系统允许所述至少一个发光元件和所述散热器相对于所述支撑结构移动。
12.如权利要求1所述的照明装置，其中所述至少一个发光元件包括布置成多个三元组的多个发光元件，所述多个三元组以并排的重复布置方式来形成发光元件的二维阵列。
13.如权利要求12所述的照明装置，其中所述多个三元组中的每个都在一定的长度上延伸，并且其中所述致动器系统使所述多个三元组移动一个至少等于所述三元组的所述长度的距离。
14.如权利要求1所述的照明装置，其中所述致动器系统以至少约60Hz的频率往复移动所述发光元件。
15.一种方法，包括将至少一个发光元件及散热器安装到支撑结构，以使得所述至少一个发光元件和所述散热器相对于所述支撑结构可移动；以及相对于所述支撑结构移动所述至少一个发光元件和所述散热器。
16.如权利要求15所述的方法，其中移动步骤包括相对于所述支撑结构连续地移动所述至少一个发光元件和所述散热器。
17.如权利要求15所述的方法，其中移动步骤包括相对于所述支撑结构直线移动所述至少一个发光元件和所述散热器。
18.如权利要求15所述的方法，其中移动步骤包括相对于所述支撑结构往复地移动所述至少一个发光元件和所述散热器。
19.一种照明系统，包括具有第一侧和第二侧的印刷电路板；安装到所述印刷电路板的所述第一侧的多个发光元件，所述多个发光元件布置成发光元件的二维阵列；安装到所述印刷电路板的所述第二侧的散热器；可操作地与所述印刷电路板相关联的安装系统，所述安装系统允许所述印刷电路板相对于支撑结构移动；以及可操作地与所述印刷电路板相关联的致动器系统，所述致动器系统使所述印刷电路板相对于所述支撑结构移动。
20.如权利要求19所述的照明系统，其中所述多个发光元件包括发出大致呈红色的光、大致呈蓝色的光以及大致呈绿色的光的发光元件。
全文摘要
本发明公开了一种照明装置和方法，该照明装置包括支撑结构、至少一个发光元件以及热耦合到发光元件的散热器。发光元件和散热器相对于支撑结构可移动。致动器系统使至少一个发光元件和散热器相对于支撑结构移动。
文档编号F21V29/00GK1727746SQ20051007180
公开日2006年2月1日 申请日期2005年5月20日 优先权日2004年7月30日
发明者莫泽林, 孙达·纳塔拉詹·约将安丹, 李健欣, 谭庆良, 庞斯译, 宽叶崇, 诺尔菲达苏·艾扎尔·阿卜杜勒·卡里莫, 欧苏林, 法赫尔·阿里芬·穆赫德·阿菲夫, 欧文亚 申请人:安捷伦科技有限公司