CN102203503B - 一体成形的单片发光二极管灯线及其使用 - Google Patents

一体成形的单片发光二极管灯线及其使用 Download PDF

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Abstract

一种一体成形的单片发光二极管(LED)灯线，能够在该LED灯线的所有方向上提供稳定，均衡的照明效果。该一体成形的单片LED灯线包括支撑衬底，形成在支撑衬底上的导电基底，该导电总线包括多个导电总线元器件(30，32，33，34)，排列在多个导电总线元器件(30，32)之间的至少一个导电段(31)，该至少一个导电段包括至少一个LED(202)。该一体成形的单片LED灯线包括嵌入式传感器/检测器(100)和/或具有通过微处理器单独控制的LED的多个LED模块(2120)。该一体成形的单片LED灯线还包括允许耦接至少两个LED灯线的联锁定位系统。此外，多个一体成形的单片LED灯线可以形成一个光板。

Description

一体成形的单片发光二极管灯线及其使用
相关申请的交叉引用
本PCT申请主张于2009年1月16日提交的美国序列号为No.12/355,655申请的优先权，后者是2007年9月12日提交的美国序列号为No.11/854,145申请的部分延续申请，该部分延续申请主张于2006年9月12日提交的美国序列号为No.60/844,184申请的优先权，这里将它们的全部内容援引加入。
本申请引用了多个公开文献。因此这些参考文献所公开的全部内容援引加入本申请。
本申请涉及灯线，特别地，涉及一种一体成型的具有发光二极管(“LED”)单片灯线及其这种LED灯线的应用，其中该LED及其该LED灯线的相关电路受到保护免遭机械损伤和环境危害，例如水和尘埃。
背景技术
常规的白炽灯线或LED灯线通常用于各式各样的室内和室外装饰或装饰用的照明应用中。例如，使用这种常规的灯线来制作喜庆节日的标记，诸如建筑物或海港这样建筑结构的外轮廓，以及提供车下照明系统。这些灯线还可以用作紧急照明，有助于在夜间或在导致普通环境照明设备无法提供足够可见度的情况(例如断电，浸水和由火灾和化学雾引起的烟雾)下，增强可见度和通讯。
与使用白炽灯泡的灯管相比，常规的LED灯线能耗小，使用寿命长，制造相对便宜，并且易于安装。LED灯线被逐渐用作为霓虹灯管的可行的替换物。
如图1所示，常规的灯线100由多个发光设备102组成，例如白炽灯泡或LED，其通过软线101连接在一起并且封装在保护管103中。电源105产生电流，电流流过软线101使照明设备102发光并且产生点亮的线的效果。照明设备102以串联、并联或两者结合的方式连接。而且，照明设备102以这种方式与控制电子装置连接，从而可以选择性地接通或切断单个照明设备102来产生组合的光图像，例如频闪、闪光、追逐或脉冲。
在常规的灯线中，保护灯管103传统上是中空、透明或半透明的管，管内容纳有内部电路(例如，照明设备102；软线101)。由于在保护管103和内部电路之间存在气隙，保护管103很难保护灯线使其避免遭受由于过量负载产生的机械损害，例如直接施加在灯线上的机械零件的重量。此外，保护管103不足以保护内部电路使其免受环境危害，例如水和尘埃。结果，发现这些具有保护管103的常规灯线100不适合在户外使用，尤其当灯线暴露于极端天气和/或机械滥用时。
在常规的灯线中，使用诸如软线101这样的电线使照明设备102连接在一起。在制造期间，传统上这些灯线利用焊接或啮轧的方式预先装配，然后经由常规的片材层压(sheet lamination)或硬层压(hard lamination)工艺封装在保护管103中。这种制造过程劳动量大且不可靠。此外，这种处理会降低灯线的柔性。
针对上述与常规灯线及其制造相关的局限性，已经研发出了具有增强的复杂性和保护性的LED灯线。这些LED灯线由具有多个LED的电路组成，这些LED安装在具有印刷电路的支撑衬底上并且连接到两个独立的电导体或总线元器件。该LED电路和电导体被封装在不具有内部空隙(包括气泡)或杂质的保护性密封材料中，并且连接到电源。LED灯线由自动化系统制造，包括复合LED电路装配处理和软层压处理。例如，这些LED灯线及其制造方法在下述文献中论述了：题目均为“Integrally Formed Linear Light Strip With Light EmittingDiode”的美国专利No.5,848,837，No.5,927,845和No.6,673,292；题目为“Automated System For Manufacturing An LED Light Strip Having An IntegrallyFormed Connected”的美国专利No.6,113,248；以及题目为“Method ofManufacturing a Light Guide”的美国专利No.6,673,277。
尽管这些LED灯线能够受到更好的保护使其免遭机械损害和环境危害，但这些LED灯线仅提供单向光方向，并且在它内部LED电路中仅限于两个独立的总线元器件。而且，由于这些LED灯线至少需要不具有内部空隙和杂质的保护性封装材料，并且需要将每个LED连接器针脚啮压于内部LED电路，因此制造这种LED灯线仍然昂贵且耗时。此外，层压处理使得这些LED灯线太刚硬以至于无法弯曲。
发明内容
根据上述内容，需要进一步改进现有技术。特别地，需要一种改进的一体成形的单片LED灯线，该LED灯线是柔性的并且在该一体成形的单片LED灯线的所有方向上提供稳定，均衡的照明效果。此外，还需要通过低成本且省时的自动化工艺制造的具有额外照明功能的LED灯线。
一种一体成形的单片LED灯线，包括支撑衬底；形成在支撑衬底上的导电基底，该导电基底包括第一、第二、第三和第四导电总线元器件；排列在第一和第二导电总线元器件之间的至少一个导电段，该至少一个导电段包括至少一个LED；以及耦接到第三和第四导电总线元器件的至少一个传感器，第三导电总线元器件适合于传送至少一个传感器的信号，以及第四导电总线适合于给该至少一个传感器供电。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，第二导电总线元器件接地并且该至少一个传感器额外地耦接到第二导电总线元器件。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，包括完全封装该支撑衬底的密封材料、导电基底、至少一个导电段和至少一个传感器。该密封材料可以包括光散射粒子。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，包括多个导电段，其中该多个导电段包括串联连接的多个LED。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，包括多个导电段，其中该多个导电段包括串联和并联连接的多个LED。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，第一、第二、第三和第四导电总线元器件和至少一个导电段由编织线制成。
一种一体成形的单片LED灯线，包括支撑衬底；形成在支撑衬底上的第一和第二导电总线元器件，其中第一导电单元适合于分配电源的电量，而第二导电总线元器件接地；和至少两个LED模块，每个LED模块包括微处理器，至少一个LED，电源输入和输出接口，控制信号输入和输出接口，和数据输入和输出接口，其中每个LED模块的控制信号和数据输入接口耦合到相邻LED模块的控制信号和数据输出接口，其中第一LED模块的电源输入接口耦接到第一导电总线元器件，第二LED模块的电源输出接口耦接到第二导电总线元器件并且每隔一个的LED模块的电源输入接口都耦接到相邻LED模块的电源输出接口。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，至少一个LED模块包括多个LED，其中该多个LED选自由红、蓝、绿和白LED组成的组。
根据一体成形的单片LED灯线装置的一个实施例，包括完全封装该支撑衬底的密封材料，第一和第二导电总线元器件，和至少两个LED模块。该密封材料可以包括光散射粒子。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，第一和第二导电总线元器件由编织线制成。
根据一体成形的单片LED灯线的一个实施例，该密封材料的外轮廓包括位于该一体成形的单片LED灯线两侧的定位键和定位孔。
光板包括多个本申请所描述的一体成形的单片LED灯线。
一种一体成形的单片LED灯线，包括支撑衬底；形成在支撑衬底上的第一和第二导电总线元器件，其中第一导电单元适合于分配电源的电量，而第二导电总线元器件接地；和至少两个LED模块，每个LED模块包括微处理器，至少一个LED，电源输入和输出接口，控制信号输入和输出接口，和数据输入和输出接口，其中每个LED模块的控制信号和数据输入接口都耦合到相邻LED模块的控制信号和数据输出接口，其中每个LED模块的电源输入接口都耦接到第一导电总线元器件而每个LED模块的电源输出接口都耦接到第二导电总线元器件。
附图说明
为了说明本发明，附图说明了一个当前优选的组成；应当理解，本发明并不局限于附图所示出的精确组成，其中：
图1表示常规的灯线；
图2是说明根据本发明一个实施例的一体成形的单片LED灯线的顶视图；
图3是图2所示的一体成形的单片LED灯线的横截面图；
图4A是根据本发明另一个实施例的一体成形的单片LED灯线的侧视图；
图4B是图4A所示的一体成形的单片LED灯线的顶视图；
图5A是图4A和4B所示的一体成形的单片LED灯线的横截面图；
图5B是根据本发明另一个实施例的一体成形的单片LED灯线的横截面图；
图6A是导电基底的一个实施例；
图6B是图6A导电基底的示意图；
图7A是导电基底的另一个实施例；
图7B是图7A导电基底的示意图；
图8A是导电基底的另一个实施例；
图8B是图8A导电基底的示意图；
图9A是导电基底的另一个实施例；
图9B是图9A导电基底的示意图；
图10A是导电基底的另一个实施例；
图10B是图10A导电基底的示意图；
图11A是导电基底的另一个实施例；
图11B是图11A导电基底的示意图；
图11C描述了在封装之前缠绕在芯线的导电基底的一个实施例；
图12A描述了导电基底的LED安装区域的一个实施例；
图12B描述了安装在图12A所示的LED安装区域上的LED；
图13描述了焊接在另一个实施例的LED安装区域中的LED芯片；
图14A描述了根据本发明一个实施例的一体成形的单片LED灯线的光学属性；
图14B描述了圆顶形密封材料的横截面图及其光学属性；
图14C描述了平顶形密封材料的横截面图及其光学属性；
图15A-C描述了三种不同表面结构的密封材料的横截面图；
图16A是根据本发明一个实施例的一体成形的单片LED灯线的示意图；
图16B描述了图16A所示的一体成形的单片LED灯线的一个实施例；
图16C是说明图16B所示的一体成形的单片LED灯线的结构图；
图17A是根据本发明另一个实施例的一体成形的单片LED灯线的结构图；
图17B是图17A所示的一体成形的单片LED灯线的横截面图；
图17C是根据本发明一个实施例说明一体成形的单片LED灯线的结构图；
图18是根据本发明一个实施例说明的具有至少一个传感器或检测器的一体成形的单片LED灯线的结构图；
图19A是根据本发明一个实施例的全彩一体成形的单片LED灯线的示意图；
图19B是说明图19A所示的一体成形的单片LED灯线的结构图；
图20是用于全彩一体成形的单片LED灯线的控制电路的示意图；
图21是全彩一体成形的单片LED灯线的时序图；
图22A是全彩一体成形的单片LED灯线的时序图；
图22B是全彩一体成形的单片LED灯线的时序图；
图23是根据本发明一个实施例的具有多个LED模块的一体成形的单片LED灯线的示意图；
图24是图23所示的一体成形的单片LED灯线的设计图；
图25A是根据本发明一个实施例说明的包括多个具有联锁定位系统的一体成形单片LED灯线的光板的结构图；
图25B是图25A所示的光板的横截面图；以及
图25C是根据本发明另一个实施例的具有多个一体成形单片LED灯线的光板的横截面图。
具体实施方式
本发明涉及一种具有多个LED的一体成形单片LED灯线，这些LED以串联，并联或它们的组合的方式连接在形成安装基座的至少一个导电总线元器件上，或连接在安装在由绝缘材料(例如，塑料)制成的支撑衬底上的至少两个导电总线元器件上，从而提供一个组合的安装基座。两种类型的安装基座都具有(1)电接口，(2)用于LED的物理安装平台或机械支撑，和(3)用于LED的光反射镜。安装基座和LED被封装在透明或半透明的密封材料中，该密封材料可以包括光散射粒子。
在本发明一个实施例中，如图2和3所示，一体成形的单片LED灯线包括具有连接到导电基底201的至少一个LED 202的子组件310，该子组件310被封装在密封材料303中，并且该导电基底201包括一个由导电材料制成的导电总线元器件，该导电总线元器件能够分配电源的电量。如图2所示，LED 202串联连接。这个实施例的优点在于尺寸小，并且允许生产外直径为3mm或更小的长且薄的LED灯线。该导电基底301可操作地连接到电源305来导电。
在另一个实施例中，如图4A、4B和5A所示，本发明可以是具有多个子组件510的一体成形的单片LED灯线。每个子组件510由连接到导电基底的至少一个LED 202组成，其中该导电基底401具有两个导电总线元器件401A和401B。子组件510封装在密封材料503中。如图所示，LED 202并联连接。导电基底401可操作地连接到电源405以起动LED 202。
在另一个实施例中，如图5B所示，本发明可以包括多个子组件701。每个子组件750包括连接到导电基底94的至少一个LED 202(例如，板上SMDLED)，导电基底94具有至少两个导电总线元器件94A和94B，其中导电基底94安装在支撑衬底90上。
来自电源(例如电源405)的交流电或直流电可以用于给一体成形的单片LED灯线供电。另外，可以使用电流源。亮度可以由数字或模拟控制器控制。
导电基底94、201、401沿着一体成形的单片LED灯线的长度纵向延伸，并且充当(1)电导体，(2)用于LED 202的物理安装平台或机械支撑，和(3)用于LED 202的光反射镜。
例如，导电基底201、401可以通过对金属板或金属箔进行冲切、冲压、印刷、丝网印刷、或激光切割等方式制成以提供电路的基底，也可以以薄膜或条带的形式。导电基底94、201、401的导电总线元器件和导电段(下文将讨论)也可以使用刚性导电材料(例如，金属棒、金属条、铜板、覆铜钢板、金属带、涂有导电材料的钢性基层材料等等)或柔性导电材料(例如薄金属条、覆铜合金线、绞线、编织线等等)制成。绞线或编织线可以是扁平或圆的，并且包括多个由铜、黄铜、铝等的制成的导电性良好的电线；这种优质电线可以是裸露的或涂有导电材料，导电材料包括但不限于锡、镍、银等等。本段中提及的金属可以包括铜、黄铜、铝等等。在优选实施例中，扁平的编织线用作为导电总线元器件或导电段。
导电基底94的导电总线元器件可以通过粘合、压片、挤压或铸造的方式安装在支撑衬底90上。支撑衬底90可以由刚性或柔性的塑料制成，例如聚乙烯对苯二酸酯(PET)，聚氯乙烯(PVC)，和热塑性聚亚安酯(TPU)。
诸如有源或无源控制电路元件这样的额外电路(例如，微处理器，电阻，电容)可以被追加并且封装在密封材料中，从而增加一体成形的单片LED灯线的功能性。这种功能性包括但不限于，限流(例如，电阻10)、保护、，闪烁能力、或亮度控制。例如，可以包括微控制器或微处理器来使得LED 202能够单独寻址；由此，使得终端用户能够控制LED灯线中选择的LED202的照明以形成各种光图像，例如，频闪、闪烁、追击或脉冲。在一个实施例中，外部控制电路连接到导电基底94、201、401。
导电基底的第一个实施例
在导电基底组件600的第一个实施例中，如图6A所示，导电基底601的基层材料优选的是狭长的薄金属带或金属箔。在一个实施例中，该基层材料是铜。如图6A的阴影区域所示，孔图602表示导电基底601中移除材料的区域。在一个实施例中，该材料已经由冲孔机移除。导电基底601的剩余材料形成本发明的电路。可选地，该电路可以被印刷在导电基底601上，然后使用蚀刻工艺来移除602。导电基底600上的定位孔605起到指导制造和装配的作用。
如图6A所示，LED 202通过表面安装或LED芯片粘结和焊接、熔合、铆接或其他方式电连接到导电基底。将LED 202安装和焊接在导电基底601上不仅使LED 202放置于电路中，而且使用LED 202来机械地使导电基底601的不同的未冲切部分保持在一起。如图6B所示，在该实施例中的导电基底601中，所有的LED 202都短路。因而，导电基底601的额外部分如下文描述地被移除，使得LED 202不会短路。在一个实施例中，在安装了LED 202之后移除导电基底601上的材料。
导电基底的第二个实施例
为了制造串联和/或并联的电路，从导电基底移除额外的材料。例如，在LED 202被安装到导电基底之后，移除位于LED 202端子之间的导电基底的额外部分；从而，产生至少两个导线，其中每个导线都是电隔离的，但是彼此经由LED 202耦接。如图7A所示，导电基底701具有相对于图6A所描述的孔图602的可选孔图702。通过可选的孔图702，LED 202(例如图7A和7B所示的三个)串联连接在导电基底701上。图7B示出了串联连接，其是图7A所示的导电基底700的示意图。如所示的，LED 202的安装部分为导电基底701提供了支撑。
导电基底的第三个实施例
在导电基底的第三个实施例中，如图8A所示，所描述的导电基底组件800具有冲切或蚀刻在导电基底801上的图案802。图案802减少了所需冲切间隙的数量并且增大了这种间隙之间的间隔。定位孔805起到指导制造和装配处理的作用。如图8B所示，无需移除额外的材料来使LED 202短路。在一个实施例中，在安装了LED 202之后，移除导电基底801的材料。
导电基底的第四实施例
如图9A所示，导电基底组件900的第四个实施例包括可选的孔图902，在一个实施例中，该可选的孔图902不存在定位孔。与第三个实施例相比，冲切出更多的间隙以在导电基底901中产生两个导电部分。从而，如图9B所示，该实施例具有LED 202串联连接的工作电路。
导电基底的第五和第六个实施例
图10A示出了导电基底1001的导电基底组件1000的第五个实施例。所示的是具有3mm或更小的典型外直径的薄LED灯线。如图10A所示，(1)连接到导电基底1001上的LED 202被分隔开放置，优选的为以预先确定的距离。在典型的应用中，LED 202间隔3cm到1m，除了其他因素以外，这至少取决于LED使用的电量以及这种LED是顶发射还是侧面发射。所示的导电基底1001不存在任何定位孔。产生第一孔图1014的冲切间隙被调整成长且薄的矩形。在LED 202安装到导电基底1001之后，在LED 202下冲切出间隙1030，或者可选地，LED 202安装在冲切间隙1030上方。然而，如图10B所示，由于所有的LED 202都短路，因此这个实施例的所得的电路是无用的。在随后的步骤中，从导电基底1001移除额外的材料使得LED 202按照所希望的串联或并联。
在导电基底1100的第六实施例中，如图11A所示，导电基底1101包括孔图1118，孔图1118在导电基底1101内形成工作电路，其具有安装在导电基底1101上的串联的LED 202。这个实施例有助于产生具有3mm或更小的典型外直径的薄LED灯线。
LED
LED 202可以是独立封装的LED、板上芯片(chip-on-board“COB”)LED、含铅LED、表面安装LED、板上SMD(SMD-On-Board)LED，或者是独立地芯片粘结到导电基底301上的LED芯片，但不限于此。例如，COB LED和板上SMD LED的PCB可以是FR4PCB、柔性PCB、或金属芯PCB。LED 202还可以是顶部发射LED、侧面发射LED、或者它们的组合。
LED 202不限于单色LED。也可以使用多色LED。例如，如果使用红/蓝/绿LED(RGB LED)来产生像素，结合可变的亮度控制，每个像素的色彩能够结合成色彩范围。
将LED安装到导电基底上
如上所示，LED 202通过本领域已知的方法安装在导电基底上，包括表面安装，LED芯片粘结，点焊和激光焊接。
在表面安装中，如图12A和12B所示，首先导电基底1201被冲切成上述任意一种实施例，然后冲压形成LED安装区域1210。所示的LED安装区域1210是示例性的，其他变化的LED安装区域1210也是可行的。例如，LED安装区域1210可以被冲压成能够容纳LED 202的任何形状，或者不冲压。
焊接材料1210(例如，液体焊料；焊膏；焊料膏；以及任何其他本领域已知的焊接材料)或导电环氧化物被手动地或通过可编程装配系统放置在LED安装区域1220中，如图12A所示。然后LED 202被手动地或通过可编程的拾取和放置设置安置在焊接材料1210或适合的导电环氧化物的上部。具有多个独立地安装在焊接材料1210上部的LED 202的导电基底1201可以直接进入熔化焊接材料1210的回流室或固化导电环氧化物的固化炉。结果，如图12B所示，LED 202被粘合到导电基底1201上。
如图13所示，LED 202可以通过LED芯片粘贴安装在导电基底1301上。导电基底1301被冲压以形成LED安装区域1330。图13所示的LED安装区域1330是示例性的，其他变化的LED安装区域1330也是可设想的，包括冲压形状，如图12A所示的能够容纳LED的形状。LED 202(优选的是LED芯片)被人工地或通过可编程LED拾取设置装置安装在LED安装区域1330上。然后LED 202通过使用导线1340引线接合到导电基底1301。应当指出引线接合包括球形接合、楔形接合，等等。可选地，LED 202可以通过使用导电胶或夹具安装在导电基底301上。
应当指出上述实施例中的导电基底能够被扭转成“S”形。然后，该扭转在相反方向翻转另一预定的圈数；从而，使导电基底形成“Z”形。然后，这种经过“S-Z”扭转的导电基底被密封材料覆盖。通过“S-Z”扭转设置，这个实施例将具有增强的柔性，并且360°均衡发光。
在另一个实施例中，如图11C所示，给LED供电的导电基底(例如，导电基底1101)被缠绕成螺线。该螺旋处理能够由常规的螺旋机来实现，其中导电基底放置在旋转台上，芯线9000穿过平台中心的孔。LED的斜度由螺旋组件的旋转速度和线性速度的比率来确定。芯线9000可以是任意的三维形状，例如圆柱体，直角棱柱，立方体，圆柱体，三角棱柱，并且可以由聚合材料制成，例如聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯，乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等等，或者在一个实施例中，为诸如硅胶这样的弹性橡胶，但不限于此。芯线9000还可以是实心的。在一个实施例中，给LED供电的导电基底在实心塑料芯线上被缠绕成螺线，然后封装在透明的弹性密封材料中。
密封材料
密封材料能够提供保护以避免受到环境要素的影响，例如水和尘埃，以及由于施加在整个LED灯线上的负载产生的损害。密封材料可以是柔性的或刚性的，以及透明的，半透明的，不透明的，和/或有色的。密封材料可以由聚合材料制成，例如聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯，乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他类似的材料，或者在一个实施例中，为诸如硅胶这样的弹性橡胶，但不限于此。
关于密封材料的制造技术包括挤压、浇铸、模压、层压、铸模、或它们的组合，但不限于此。
除了保护特性，密封材料还有助于LED灯线中光的散射和定向。如图14所示，满足全内反射条件的部分LED 202光线会被反射到密封材料1403的表面上并且沿着密封材料1403纵向传送。光散射粒子1404可以被包括在密封材料1403内，从而如光路1406所示的重新定向这部分光线，并且削弱或消除光的热点。根据LED发射出的光线的波长选择光散射粒子1404的尺寸。在典型的应用中，光散射粒子1404的直径以纳米来度量并且无论在挤压处理之前还是期间这些光散射粒子1404都能被加入到聚合体中。
光散射粒子1404也可以是与密封材料1403制剂相关的化学产物。具有允许光正向散射的粒子大小(例如，直径为纳米尺度)的任何材料都能够作为光散射粒子。
光散射粒子1404的含量通过增加或移除粒子来改变。例如，光散射粒子1404可以是以挤压处理之前或期间增加到原始材料中的掺杂物的形式。同样的，气泡或任何其他内部空的物质都可以用作为光散射粒子1404。密封材料1403中的光散射粒子1404的含量会受到LED之间的距离，LED的亮度以及光线的均衡性的影响。具有较高含量的光散射粒子1404可以增大LED灯线内相邻LED 202之间的距离。LED灯线的亮度可以使用高含量的光散射粒子1404连同更小的LED 202的间隔和/或使用更亮的LED 202来增强。LED灯线内光线的平滑性和均衡性能够通过提高光散射粒子1404的含量来改进。
如图3、5A和5B所示，子组件310、510和750实质上位于密封材料的中心。子组件310、510和750并不限于密封材料中的这种位置。子组件310、510和750可以位于密封材料中的任何位置。另外，密封材料的横截面图不限于圆形或椭圆形，可以是任何形状(例如，正方形，矩形，梯形，星形)。并且，可以优化密封材料的横截面构型以提供狭窄或广阔的视角(分别参见图14B(圆顶形剖面的密封材料222)以及图14C(平顶形剖面的密封材料223)的光路1450和1460)和/或透镜化LED 202发出的光线。例如，可以在原始密封材料的外部增加另一薄层密封材料以进一步控制本发明发出光线的均衡性。
表面纹理和透镜化
整个LED灯线的表面可以被纹理化和/或透镜化以获得光学效应。整个单片LED灯线可以是镀膜的(例如，涂有荧光材料)，或包括附加层来控制LED灯线的光学特性(例如，照明的扩散和密度)。另外，掩模可以应用在密封材料的外表面以提供不同的纹理或图案。
不同的设计形状或图案也可以通过热膜压印，冲压、印刷和/或切割技术形成在密封材料的表面上，从而提供诸如透镜化、聚焦、和/或散射效果这样的特殊功能。如图15A-C所示，本发明包括使光线1500平行(图15A)，聚焦(图15B)，或散射/扩散(图15C)的分组或有机的形状或图案(例如，圆顶形，波形，脊形)。在挤压期间或之后，密封材料的表面可以被纹理化或冲压，从而产生额外的透镜化。另外，密封材料93、303和503可以使用具有不同折射率材料的多层结构制成以控制扩散度。
一体成形的单片LED灯线的应用
本发明的一体成形的单LED灯线具有许多照明应用。下文举了一些例子，例如具有360°照明的LED灯线，全彩LED灯线，具有传感器或检测器的LED灯线，以及能够独立控制LED的LED灯线。并且，LED灯线可以并排布置或叠放从而形成光板。应当指出这些仅仅是可行灯线应用的一部分。
图16B所示的形成给LED 202供电的导电基底的三条铜线161、162、163可以被缠绕成螺线(参见图11C)。LED通过焊接、超声波焊接或电阻焊接连接到导线。每个相邻的LED能够以相同的角度或不同的角度定位。例如，一个LED朝向前面，第二个LED朝向顶部，第三个LED朝向背面，第四个LED朝向底部等等。因而，一体成形的单片LED灯线能够360°照明整个四周。
图16B和16C示出了一体成形的单片LED灯线的一个实施例。如所示，具有相应于导电总线元器件161和163的两条连续导线。零欧姆跳线或电阻器10耦接导电段162到导电总线元器件161和163以给LED元件202供电。如图16B所示，LED灯线包括支撑衬底90。在优选实施例中，该支撑衬底是柔性的。在另一个实施例中，具有柔性支撑衬底的LED灯线围绕着线芯9000缠绕(例如，参见图11C)，然后被封装在密封材料中。
一体成形的单片LED灯线不限于单色。对于全彩应用，单色LED被替换为四种不同颜色红，蓝，绿和白的四个子LED组成的多个LED或LED组：如图20所示的。每个LED组(一个像素)的亮度能够通过调整施加在每个子LED两端的电压来控制。每个LED的亮度由诸如图20所示的这样的电路来控制。
在图20中，L1、L2和L3是用于给每个像素中的四个LED供电的三个信号线。每个子LED的色彩亮度由μ控制器6000根据图21给定的时序图来控制。
如图21所示，由于在第一段时间线性电压L2高于线性电压L1，红色LED(R)开启，而在相同时间间隔期间，所有的其他LED被反向偏置，因此它们被关闭。类似地，在第二个时间间隔，L2高于L3，因而开启绿LED(G)并且关闭所有其他的LED。在随后的时间段根据相同的原理开启或关闭其他LED。
除了四种基色以外的诸如冷白色和橙色这样的新颜色能够通过在单元切换时间的部分时段内混合适当的基色来获得。这能够通过对嵌入在电路中的微处理器进行编程来完成。图22A和图22B分别示出了呈现冷白色和橙色的色彩时序图。应当指出整个色谱都能够通过改变信号L1、L2和L3的时限来呈现出来。
在本发明一个实施例中，LED的每个像素都能够通过图23所示的灯线内的微处理器电路来单独控制。每个LED模块2100被分配一个唯一的地址。当这个地址被触发时，该LED模块被点亮。应当指出，每个像素都是一个LED模块，LED模块由微控制器和三色(RGB)或四色(RGBW)LED组成。LED模块基于菊花链或星形总线配置与信号线串联连接。可选地，LED模块2100并联布置。
[0121]有两种方式来给每个LED模块分配一个地址。第一种方法中，在制造处理期间为每个像素指定一个唯一的地址。第二种方法中，通过像素自身的唯一地址给每个像素动态地分配地址，并且每个像素利用触发信号周期性地用像素自身“地址”来表征。可选地，当通电时，该地址被动态地分配。动态寻址的优点在于易于安装，因为一体成形的单片LED灯线能够被切割成任意长度。在一个实施例中，灯线在通电和工作期间都能够被切割成任意希望的长度。
图17A-17C描述了使用串联和并联连接的LED灯线的一个实施例。这个实施例允许LED旋转90°(横向而非纵向放置)并且以相当靠近的斜度安装。
如图18-19B和24所示，一体成形的单片LED灯线具有通过零欧姆跳线或电阻器耦接的多个导线(例如，导电总线元器件和导电段)、LED、传感器、检测器和/或微处理器，并且安装在支撑衬底上。LED灯线的功能性随着每个额外的导线而增加。例如，监测环境条件(例如湿度、温度和亮度)的传感器或检测器可以集成在LED灯线中，并且以可以影响LED灯线照明特性的方式连接。图18示出了具有传感器或检测器的一体成形的单片LED灯线的一个实施例。如所示的，具有相应于导电总线元器件30、32、33和34的四个连续导线。零欧姆跳线或电阻器10耦接导电段31到导电总线元器件30和32。导电总线元器件32起到普通的接地作用。导电总线元器件30给LED 202供电，而导电总线元器件34给传感器/检测器100供电。导电总线元器件33可以指引信号从传感器/检测器100到给LED 202供电的电源；由此，允许传感器/检测器100影响LED 202的光特性(例如，亮度，色彩，图案，开/关)。
图19A和19B示出了具有三条连续导线的全彩一体成形的单片LED灯线，三条连续导线相应于导电总线元器件L1、L2和L3，导电总线元器件L1、L2和L3给LED 202、以及连接LED 202到导电总线元器件L1、L2和/或L3的导电段S1和S2供电。在图19B中，LED 202是板上SMD LED。
在另一个实施例中，LED(或LED模块)的每个像素可以被单独控制。图24示出了使用7条导线和LED模块2120的可单独控制的LED灯线的配置。这里，导电总线元器件80起到电源接地的作用，而导电总线元器件81起到输入电压的作用。每个LED模块2120包括微处理器，至少一个LED、电源输入和输出接口、控制信号输入和输出接口、和数据输入和输出接口。在图24中，LED模块2120包括VCC引脚、VDD引脚、使能引脚、时钟引脚和数据引脚。每个LED模块的控制信号和数据输入接口被耦接到相邻LED模块的控制信号和数据输入接口。光耦合器被用于隔离每个LED模块之间的控制信号线。LED模块2120可以串联(例如，如图24所示)或并联连接(例如，每个LED模块2120的电源输入接口被耦接到第一导电总线元器件81并且每个LED模块2120的电源输出接口被耦接到第二导电总线元器件80)。
如图25A-25C所示，多个一体成形的单片LED灯线(例如LED灯线12、13、14)可以并排排列以形成光板3000。每个LED灯线包括具有定位键60、62和定位孔61的联锁定位系统，定位键和定位孔预先形成在LED灯线的密封材料中，其中定位键60、62和定位孔61位于LED灯线两侧。定位键60、62和定位孔61、63可以沿着LED灯线的长度连续延伸或者间断延伸。定位孔61、63可以以凹口、凹槽、凹穴、狭槽、或孔径的形式，而定位键60、62可以为允许摩擦配合(优选的是滑动配合)到定位孔61、63的形式(包括但不限于此轨道或栓)。定位键60、62的宽度近似等于或稍微大于定位孔61、63的宽度，使得定位键60、62可以摩擦配合地装配在其中，如图25B和25C所示。例如，定位孔61、63可以是适合于与轨道形定位键60、62摩擦配合的凹槽，凹槽形定位孔61、63和轨道形定位键60都沿着LED灯线的长度连续纵向延伸。
尽管这里已经说明和描述了具体实施例。本领域普通技术人员应当明白不脱离本发明的范围内各种改变和/或等效的执行方式可以替代具体实施例。本申请意旨覆盖这里所论述的具体实施例的各种修改或变化。因此，意旨本发明仅由权利要求及其等同物来限定。

Claims (7)

1.一种一体成形的单片LED灯线，包括：
支撑衬底；
形成在支撑衬底上的导电基底，该导电基底包括第一、第二、第三和第四导电总线元器件；
排列在第一和第二导电总线元器件之间的至少一个导电段，该至少一个导电段包括至少一个LED；以及
耦接到第三和第四导电总线元器件的至少一个传感器，第三导电总线元器件适合于传送至少一个传感器的信号，以及第四导电总线适合于给至少一个传感器供电；
其中第二导电总线元器件接地并且至少一个传感器额外地耦接到第二导电总线元器件。
2.根据权利要求1的一体成形的单片LED灯线，进一步包括密封材料，该密封材料完全封装该支撑衬底、导电基底、至少一个导电段和至少一个传感器。
3.根据权利要求2的一体成形的单片LED灯线，其中该密封材料进一步包括光散射粒子。
4.根据权利要求1的一体成形的单片LED灯线，进一步包括多个导电段，其中该多个导电段包括串联连接的多个LED。
5.根据权利要求1的一体成形的单片LED灯线，进一步包括多个导电段，其中该多个导电段包括串联和并联连接的多个LED。
6.根据权利要求1的一体成形的单片LED灯线，其中第一、第二、第三和第四导电总线元器件和至少一个导电段由编织线制成。
7.根据权利要求2的一体成形的单片LED灯线，其中该密封材料的外轮廓包括位于一体成形的单片LED灯线相对侧的定位键和定位孔。
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