CN102696278A - 一体成型的发光二极管的发光线及其应用 - Google Patents

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Abstract

提供一体成型的LED发光线，包括多个动态寻址的LED模块，每个LED模块包括一个或多个LED；微控制器；以及一个或多个端口，所述微控制器构造为：检查所述一个或多个端口中至少一个的状态；如果端口的状态对应于预定的状态：为所述微控制器所属的LED模块分配第一显示地址，并且向邻近的LED模块的所述微控制器发送信号，所述信号将各个进一步的显示地址分配至邻近的LED模块。该LED发光线也包括显示存储器，其存储与所述LED发光线中每个所述LED模块相关联的当前的显示信息，以及显示控制器，所述显示控制器构造为更新所述显示存储器中存储的当前的显示信息。

Description

一体成型的发光二极管的发光线及其应用
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年2月9日申请的美国序列号为12/703,116的优先权，其是2009年1月16日申请的美国序列号为12/355,655的部分继续申请，美国序列号12/355,655是2007年9月12日申请的美国序列号为11/854,145的部分继续申请，其要求2006年9月12日申请的美国临时专利申请序列号为60/844,184的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
在该整个申请中，引用了几个公开文本。这些参考文献的公开文本通过引用全部并入本申请。
技术领域
本发明涉及发光线，并且更具体地，涉及包含发光二极管(“LED”)的一体成型的发光线，并涉及该LED发光线的应用，其中LED以及与LED发光线相关的电路被保护以免于机械损害和环境危害，例如水和灰尘。
背景技术
传统的白炽或LED发光线通常用于各种室内和室外的装潢或装饰发光应用。例如，该传统的发光线用于产生喜庆的节日标记，诸如楼房或海港的轮廓建筑结构，并提供车下的发光***。这些发光线也用作紧急发光辅助物，以在夜晚或当诸如断电、水浸和由于着火和化学灰雾引起的烟雾的情况使得正常的环境照明不足以可见时，增加可见度和通信。
与利用白炽灯泡的发光管相比，传统的LED发光线耗电少，寿命长，制造成本较低，并容易安装。逐渐地，LED发光线用作可行的氖发光管替代品。
如图1所说明的，传统的发光线100由多个照明设备102，例如白炽灯泡或LED组成，该多个照明设备通过挠性线101连接在一起并封装在保护管103中。电源105产生流过挠性线101的电流，使得照明设备102发光并产生照明线的效果。照明设备102串联、并联或串并联组合连接。此外，照明设备102通过如下方式与控制电子器件连接：单个的照明设备102可以被选择性地打开或关断，以产生发光图案的组合，例如频闪、闪烁、追踪或脉动。
在传统的发光线中，保护管103传统上是中空的透明或半透明管，其用于容纳内部电路(例如，照明设备102；挠性线101)。由于在保护管103和内部电路之间存在气隙，因此保护管103对由于过多负荷(例如直接作用于发光线的机械装置的重量)引起的发光线的机械损害的保护很小。此外，保护管103不能充分防止内部电路免受环境危害，例如水和灰尘。因此，这些具有保护管103的传统的发光线100不适于室外使用，尤其是当发光线暴露于极端天气和/或机械滥用时。
在传统的发光线中，诸如挠性线101的导线用于将照明设备102连接在一起。就制造来说，传统上利用焊接或夹压方法预先组装这些发光线，然后通过传统的片或硬层叠工艺封装在保护管103中。该制造工艺是劳动密集型并且不可靠。此外，该工艺降低了发光线的柔性。
响应于上述与传统的发光线及其制造相关的限制，LED发光带已经被开发有增加的复杂性和保护。这些LED发光带由电路组成，这些电路包括安装在支撑衬底上并连接至两个分离的导电体或总线元件的多个LED，支撑衬底包括印刷电路。该LED电路和导电体无内部空隙(包括气泡)或杂质地封装在保护性封装结构中，并连接至电源。这些LED发光带由自动化***制造，所述自动化***包括复杂的LED电路组装工艺和软层叠工艺。这些LED发光带及其制造的示例在名称为“Integrally Formed Linear Light Strip With Light Emitting Diode”的美国专利号5,848,837、5,927,845和6,673,292，名称为“Automated System ForManufacturing An LED Light Strip Having An Integrally Formed Connected”的美国专利号6,113,248以及名称为“Method of Manufacturing a Light Guide”的美国专利号6,673,277中讨论。
虽然这些LED发光带被更好地免于机械损害和环境危害，但是这些LED发光带仅提供单向的发光方向，并且限于其内部LED电路中两个分离的总线元件。此外，由于这些LED发光带至少需要没有内空隙和杂质的保护性封装结构，并且需要将每个LED连接器管脚夹压至内部LED电路，因此该LED发光带的制造依然昂贵且耗时。并且，层叠工艺使得这些LED发光带太硬而不能弯曲。
发明内容
根据上述，存在进一步改进现有技术的需求。尤其是，需要一种改进的一体成型的LED发光线，其是柔性的并且能提供来自一体成型的LED发光线所有方向的平滑的、均匀的发光效果。还需要一种具有附加的发光功能的LED发光线，其通过低成本、高效的自动化工艺制造。此外，需要一种LED发光线，其能够智能地识别，响应并适应于与安装、维护和故障检测相关的改变。
考虑到上述问题，根据本发明的第一方面，提供一种一体成型的LED发光线，其包括多个LED模块，每个LED模块包括一个或多个LED；微控制器；以及一个或多个端口，所述微控制器构造为：检查所述一个或多个端口中至少一个的状态；如果端口的状态对应于预定的状态：为所述微控制器所属的LED模块分配第一显示地址，并且向邻近的(或相邻的)LED模块的所述微控制器发送信号，所述信号将各个进一步的显示地址分配至邻近的LED模块。
在另一方面，一体成型的LED导线进一步包括显示存储器，电耦合至所述多个LED模块，所述显示存储器存储与所述一体成型的LED发光线中每个所述LED模块相关联的当前的显示信息，所述显示存储器中存储的所述当前的显示信息可以由每个LED模块的微控制器访问，使得所述微控制器可以检索当前的显示信息。
在另一方面，一体成型的LED发光线进一步包括显示控制器，所述显示控制器构造为更新所述显示存储器中存储的当前的显示信息。
在另一方面，每个所述LED模块中的一个或多个LED包括红色、蓝色、绿色或白色LED。在另一方面，每个所述LED模块中的一个或多个LED也可以是红色、蓝色和绿色LED，或者红色、蓝色、绿色和白色LED。
在再一方面，本发明涉及一体成型的LED发光线，包括由导电材料形成的第一总线元件，其适用于分配电源的电能；由导电材料形成的第二总线元件，其适用于传送控制信号；由导电材料形成的第三总线元件，其适用于接地；至少两个LED模块，每个所述LED模块包括微控制器和至少一个LED，所述LED模块电耦合至所述第一、第二和第三总线元件；一个或多个端口，所述微控制器构造为检查所述一个或多个端口中至少一个的状态；以及如果端口的状态对应于预定的状态：为所述微控制器所属的所述LED模块分配第一显示地址，并且向邻近的LED模块的微控制器发送信号，所述信号将各个进一步的显示地址分配至邻近的LED模块。
在另一方面，一体成型的LED发光线进一步包括显示存储器，电耦合至所述至少两个LED模块，所述显示存储器存储与每个LED模块相关联的当前的显示信息，所述显示存储器中存储的所述当前的显示信息可以由每个LED模块的微控制器访问，使得所述微控制器可以检索当前的显示信息。
在另一方面，一体成型的LED发光线进一步包括显示控制器，所述显示控制器构造为更新所述显示存储器中存储的当前的显示信息。
在另一方面，第一、第二和第三总线元件由编织的导线制造。
在另一方面，一体成型的LED发光线进一步包括完全封装所述第一、第二和第三总线元件以及所述至少两个LED模块的封装结构。在另一方面，所述封装结构进一步包括光散射粒子。
在再一方面，本发明涉及一体成型的LED发光线，包括支撑衬底；安装在所述支撑衬底上的导电基底，所述导电基底包括第一、第二和第三导电总线元件，其中所述第一导电总线元件适用于分配电源的电能，所述第二导电总线元件适用于传送控制信号，以及所述第三导电总线元件适用于接地；至少两个LED模块，每个所述LED模块包括微控制器和至少一个LED，所述LED模块电耦合至所述第一、第二和第三导电总线元件；一个或多个端口，所述微控制器构造为检查一个或多个端口中至少一个的状态，以及如果端口的状态对应于预定的状态：为所述微控制器所属的LED模块分配第一显示地址，并且向邻近的LED模块的微控制器发送信号，所述信号将各个进一步的显示地址分配给邻近的LED模块；以及显示存储器，电耦合至所述至少两个LED模块，所述显示存储器存储每个所述LED模块的当前的显示信息，所述显示存储器中存储的所述当前的显示信息可以由每个LED模块访问，使得所述LED模块能够请求并检索当前的显示信息。
在另一方面，一体成型的LED发光线进一步包括完全封装所述支撑衬底、所述导电基底、所述至少两个LED模块的封装结构。该封装结构能够包括光散射粒子。
在另一方面，一体成型的LED发光线进一步包括耦合至任何一个导电总线元件的至少一个传感器或检测器。
在另一方面，封装结构的外部轮廓包括位于一体成型的LED发光线的相对侧的对准键和对准键孔。
在再一方面，本发明涉及发光面板，其包括多个上述一体成型的LED发光线，其具有封装结构的外部轮廓，该外部轮廓包括位于一体成型的LED发光线的相对侧的对准键和对准键孔。
附图说明
出于说明本发明的目的，附图反应了目前首选的形式；但是，应该理解本发明并不限于附图所示的精确形式，其中：
图1是传统的发光线的代表；
图2是示意根据本发明的实施例的一体成型的LED发光线的顶视图；
图3是图2示出的一体成型的LED发光线的剖视图；
图4A是根据本发明另一实施例的一体成型的LED发光线的侧视图；
图4B是图4B中示出的一体成型的LED发光线的顶视图；
图5A是图4A和4B示出的一体成型的LED发光线的剖视图；
图5B是根据本发明另一实施例的一体成型的LED发光线的剖视图；
图6A是导电基底的实施例；
图6B是图6A的导电基底的示意图；
图7A是导电基底的另一实施例；
图7B是图7A的导电基底的示意图；
图8A是导电基底的另一实施例；
图8B是图8A的导电基底的示意图；
图9A是导电基底的另一实施例；
图9B是图9A的导电基底的示意图；
图10A是导电基底的另一实施例；
图10B是图10A的导电基底的示意图；
图11A是导电基底的另一实施例；
图11B是图11A的导电基底的示意图；
图11C描述了在封装之前缠绕在芯体上的导电基底；
图12A描述了导电基底的LED安装区域的实施例；
图12B描述了安装在图12A示出的LED安装区域上的LED；
图13描述了LED安装区域的另一实施例中的LED芯片接合(chipbonding)；
图14A描述了根据本发明实施例的一体成型的LED发光线的光学性质；
图14B描述了圆顶形封装结构及其光学性质的剖视图；
图14C描述了平顶形封装结构及其光学性质的剖视图；
图15A-C描述了封装结构的三种不同的表面织构的剖视图；
图16A是根据本发明的实施例的一体成型的LED发光线的示意图；
图16B描述了图16A中示出的一体成型的LED发光线的实施例；
图16C是示意图16B中示出的一体成型的LED发光线的结构图；
图17A是根据本发明另一实施例的一体成型的LED发光线的结构图；
图17B是图17A中示出的一体成型的LED发光线的剖面图；
图17C是根据本发明实施例的一体成型的LED发光线的结构图；
图18是示意根据本发明实施例的至少包括传感器或检测器的一体成型的LED发光线的结构图；
图19A是根据本发明实施例的全色一体成型的LED发光线的示意图；
图19B是示意图19A中示出的一体成型的LED发光线的实施例的结构图；
图20是全色一体成型的LED发光线的控制电路的示意图；
图21是全色一体成型的LED发光线的时序图；
图22A是全色一体成型的LED发光线的时序图；
图22B是全色一体成型的LED发光线的时序图；
图23是根据本发明实施例的包括多个LED模块的一体成型的LED发光线的示意图；
图24是图23中示出的一体成型的LED发光线的布置图；
图25A是示意根据本发明实施例的发光面板的结构图，所述发光面板包含具有联锁对准***的多个一体成型的LED发光线；
图25B是图25A中示出的发光面板的剖视图；
图25C是根据本发明另一实施例的发光面板的剖视图，所述发光面板包括多个一体成型的LED发光线；
图26是示出LED模块的图示，该LED模块适用于在本申请描述的一体成型的LED发光线中动态编址；以及
图27是示出连接在发光线结构中的图26中示出的多个LED模块的图示。
具体实施方式
本发明涉及一种一体成型的LED发光线，其包含多个LED，该多个LED串联、并联或串并联组合在至少一个导电总线元件上或者在至少两个导电总线元件上，所述至少一个导电总线元件形成安装基底，所述至少两个导电总线元件安装在由绝缘材料(例如，塑料)制成的支撑衬底上以提供安装基底。该安装基底提供用于LED的电连接和物理安装平台或者机械支撑。该安装基底也可以用作或者包括用于LED的光反射器。安装基底和LED被封装在透明或半透明的封装结构中，该封装结构包括光散射粒子。
在本发明的一个实施例中，如图2和3所示，一体的LED发光线包括子组件310，该子组件包括至少一个连接至导电基底201的LED 202，该子组件310封装在封装结构303中，以及导电基底201包括一个由导电材料形成的导电总线元件，其能够分配电源的电能。如图2所示，LED 202串联连接。该实施例具有的优势是尺寸紧凑，允许生产外直径是3mm或更短的长的、薄的LED发光线。导电基底201可操作地连接至电源205以导电。
在另一实施例中，如图4A、4B和5A所说明的，本发明可以是一体成型的LED发光线400，其包括多个子组件510。每个子组件510包括连接至导电基底401的至少一个LED 202，其中导电基底401具有两个导电总线元件401A和401B。子组件510封装在封装结构503内。如图所示，LED 202并联连接。导电基底401可操作地连接至电源405以激活LED 202。
在另一实施例中，如图5B所示，本发明可以包括多个子组件750。每个子组件750包括连接至导电基底94的至少一个LED 202(例如，板上SMD LED(SMD-On-Board LED))，该导电基底具有至少两个导电总线元件94A和94B，其中导电基底94安装在支撑衬底90上。
来自诸如电源405的电源的AC或DC电能可以用于为一体成型的LED发光线供电。另外，可以使用电流源。可以通过数字或模拟控制器控制亮度。
导电基底94，201，401沿着一体成型的LED发光线的长度纵向延伸，并用作LED 202的导体以及物理安装平台或机械支撑。导电基底也能够用作或包括LED 202的光反射器。
例如，导电基底201，401可以由金属板或金属薄片冲压、压印、印刷、丝网印刷或激光切割等形成，以提供电路的基础，并且可以是薄膜或扁平带的形式。导电基底94，201，401的导电总线元件以及导电段(下面讨论)也可以利用刚性导电材料(例如金属棒、金属带、铜板、钢铜复合板、金属带、导电材料覆盖的刚性基础材料等等)或者柔性导电材料(例如薄金属带、铜复合合金导线、绞合导线、编织导线等等)形成。绞合导线或编织导线可以是平的或圆的，并包括多个由纯铜、黄铜、铝等制造的导电的细金属丝等，该细金属丝可以是裸线或者覆盖着导电材料，导电材料包括但不限于锡、镍、银等。该段落中提到的金属可以包括纯铜、黄铜、铝等。
在优选实施例中，扁平的编织线用作导电总线元件或导电段，所述导电总线元件或导电段是柔性的。本发明中使用扁平的编织导线在与扁平的导电总线元件的长度垂直的方向上增加了柔性。此外，扁平的编织导线提供了较高的导热性，以使LED更有效地散热，因此，相比于具有坚硬的扁平带的传统发光线，允许本发明在更高的功率运行并实现更大的亮度。
此外，通常来说，LED发光线的最大长度由导电总线元件的导电性确定。在传统的LED发光线中，由于发光线的电阻，以及附加的LED的负荷增加导致吸收的电流增加，电能总线的压降会随着LED发光线变长而增加。最终，压降在LED发光线的某一特定的最大长度变得太大。在本发明的方面中，一体成型的LED发光线的最大长度可以通过增加导电总线的截面积而增加(例如，增加用作导电总线元件或导电段的编织导线的标准尺寸)，由此降低其每单位长度的电阻。
导电基底94的导电总线元件通过粘附、层压、挤压或浇铸安装在支撑衬底90上。该支撑衬底90可以由刚性或柔性塑料制造，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)以及热塑性聚亚氨酯(TPU)。
可以在封装结构中增加或封装附加的电路，例如有源或无源控制电路部件(例如，微处理器、电阻器、电容器)以增加一体成型的LED发光线的功能。该功能可以包括但不限于，限流(例如电阻器10)、保护、闪烁能力或者亮度控制。例如，可以包含微控制器或微处理器以使得LED 202可以独立寻址；由此，使得终端用户能够控制LED发光线中选择的LED 202的照明度，以形成各种发光图案，例如频闪、闪烁、追踪或脉动。在一个实施例中，外部控制电路连接至导电基底94，201，401。
导电基底的第一实施例
在导电基底组件600的第一实施例中，如图6A所示，导电基底601的基底材料优选是长薄窄的金属带或金属薄片。在一个实施例中，基底材料是纯铜。孔图案602，如图6A的阴影区域所示，描述了要从导电基底601移除材料的区域。在一个实施例中，通过冲压机已经移除了材料。导电基底601的剩余材料形成本发明的电路。或者，电路可以印刷在导电基底601上，然后利用蚀刻工艺移除区域602。导电基底600上的导向孔605用作制造和组装的引导。
LED 202通过表面安装或LED芯片接合和软焊、焊接、铆接安装至或电连接至如图6A所示的导电基底601。LED 202安装和软焊在导电基底601上不但是将LED 202放置在电路内，而且利用LED 202机械地将导电基底601的不同的非冲压部分保持在一起。在导电基底601的该实施例中，所有LED 202是短路的，如图6B所示。因此，如下所述，移除导电基底601的附加部分，使得LED 202不短路。在一个实施例中，在安装LED 202之后，移除导电基底601的材料。
导电基底的第二实施例
为了产生串联和/或并联电路，从导电基底移除附加的材料。例如，在LED202安装在导电基底上之后，在LED 202的端点之间移除导电基底的附加部分；由此，产生至少两个导体，其中每个导体都是电隔离的，但是然后通过LED 202彼此耦合。如图7A所示，导电基底701相对于图6A中描述的孔图案602具有替换的孔图案702。通过替换的孔图案702，LED 202(例如图7A和7B中示出的三个)在导电基底701上串联连接。图7B中示出了串联连接，其是图7A中示出的导电基底组件700的示意图。如图所示，LED 202的安装部分为导电基底701提供支撑。
导电基底的第三实施例
在导电基底的第三实施例中，如图8A所示，描述了导电基底组件800，其具有在导电基底801内冲压或蚀刻出的图案802。图案802减少了所需的冲压出的空隙数，并增加了空隙之间的间隔。导向孔805用作制造和组装工艺的引导。如图8B所示，在不移除附加的材料的情况下，LED 202是短路的。在一个实施例中，在安装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所示意的，导电基底组件900的第四实施例包含替换的孔图案902，在一个实施例中，其没有任何导向孔。与第三实施例相比，冲压出更多的空隙，用于在导电基底901中产生两个导电部分。因此，如图9B所示，该实施例具有将LED 202串联连接的工作电路。
导电基底的第五和第六实施例
图10A示意了导电基底1001的导电基底组件1000的第五实施例。示出的是薄的LED发光线，其具有3mm或更小的典型的外直径。如图10A所示，(1)在导电基底1001上连接的LED 202分开放置，优选具有预定的距离。在典型的应用中，LED 202间隔3cm至1m，其至少取决于使用的LED的功率和LED是顶部发光还是侧面发光。示出的导电基底1001没有任何导向孔。产生第一个孔图案1014的冲压空隙被拉长为长的薄的长方形。在LED 202安装至导电基底1001之后，冲压LED 202下的空隙1030，或者作为替换，LED 202安装在冲压空隙1030上。但是，如图10B所示，由于所有LED 202是短路的，因此，该实施例的最终的电路没用。在随后的程序中，从导电基底1001移除附加的材料，以按照期望，使得LED 202串联或并联。
在导电基底组件1100的第六实施例中，如图11A所示，导电基底1101包含孔图案1118，该孔图案1118在导电基底1101中产生工作电路，其中串联连接的LED 202安装在导电基底1101上。该实施例有用于产生薄的LED发光线，其典型的外直径是3mm或更小。
LED
LED 202可以是但不限于，独立包装的LED，板上芯片(“COB”)LED、引线LED、表面安装LED、板上SMD LED或者LED晶片独立地小片接合至导电基底301。用于COB LED和板上SMD LED的PCB例如可以是FR4 PCB、柔性PCB或者金属芯PCB。LED 202也可以是顶部发光的LED、侧面发光的LED或者其组合。
LED 202不限于单色的LED。多色的LED也可以使用。例如，如果红色/蓝色/绿色LED(RGB LED)用于产生像素，组合可变的亮度控制组合，那么每个像素的颜色可以组合形成一定范围的颜色。
LED安装在导电基底上
如上述所指示的，通过本领域公知的方法，包括表面安装、LED芯片接合、点焊和激光焊接，可以将LED 202安装在导电基底上。
在表面安装中，如图12A和12B所示，首先冲压导电基底1201以呈现上述任意一个实施例，然后进行压印以产生LED安装区域1210。示出的LED安装区域1210是示例性的，并且LED安装区域1210的其他变型也是可以的。例如，LED安装区域1210可以被压印为能够保持LED 202的任意形状，或者不被压印。
如图12A所示意的，通过手动或可编程组件***，将软焊材料1210(例如，液态软焊；焊膏；锡膏；以及本领域公知的任何其他软焊材料)或导电环氧树脂放置在LED安装区域1220中。然后，通过手动或可编程贴片站(pick and placestation)将LED 202放置在软焊材料1210或者恰当的导电环氧树脂的顶部。具有多个LED 202的导电基底1201独立地安装在软焊材料1210的顶部，可以直接进入用于熔化软焊材料1210的可编程回流室或用于固化导电环氧树脂的固化炉。因此，如图12B所示，LED 202和导电基底1201接合。
如图13所说明的，通过LED芯片接合，可以将LED 202安装在导电基底1301。将导电基底1301压印以产生LED安装区域1330。图13示出的LED安装区域1330是示例性的，并可以预见LED安装区域1330的其他变型，包括压印形，如图12A示出的，其可以保持LED。通过手动或可编程LED贴片机，将LED 202，优选LED芯片放置在LED安装区域1330上。然后，利用导线1340将LED 202打线接合到导电基底1301上。应当注意，打线接合包括球焊、楔形焊等等。或者，可以利用导电胶或夹子将LED 202安装在导电基底301上。
应当注意，上述实施例中的导电基底可以扭转成“S”形。那么，对于另一预定数量的旋转来说，扭转在相对的方向反向；由此，使得导电基底形成“Z”形。通过封装结构覆盖该“S-Z”扭转的导电基底。通过该“S-Z”扭转布置，该实施例将会增加柔性，并且在360°均匀发光。
在另一实施例中，如图11C所示，将电流传送到LED的导电基底(例如，导电基底1101)缠绕成螺旋形。可以通过传统的螺旋机进行螺旋缠绕，其中导电基底放置在旋转台上，并且芯体9000穿过台中心的孔。通过螺旋组件的旋转速度和线性速度的比确定LED的节距。芯体9000可以是任意三维形状，例如圆柱形、直角棱镜形、立方体、圆锥形、三角棱镜形，并且可以但不限于，由聚合体材料，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)等制成，或者在一个实施例中，由诸如硅橡胶的弹性体材料制成。芯体9000也可以是实心的。在一个实施例中，将电流传送到LED的导电基底在实心塑料芯体上缠绕成螺旋形，然后封装在透明的弹性封装结构中。
封装结构
该封装结构提供了防止环境因素，例如水和灰尘的破坏，以及由于放置在一体LED发光线上的负荷造成的损害。该封装结构可以是柔性或刚性的，以及透明的、半透明的、不透明的和/或有色的。封装结构可以但不限于由聚合物材料制成，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，或者在一个实施例中，由诸如硅橡胶的弹性体材料制成。
与封装相关的制造技术包括但不限于挤压、铸造、模塑、层压、喷射模塑或者其组合。
除了其保护的性质之外，该封装结构可以协助LED发光线中光的散射和导向。如图14所说明的，来自LED 202的满足全内反射条件的那部分的光在封装结构1403的表面反射，并沿着封装结构1403纵向传输。在封装结构1403中包含光散射粒子1404，以按照示出的光路径1406改变该部分光的方向，以及衰减或消除光的热点(hot spot)。选择光散射粒子1404的大小，用于LED发出的光的波长。在典型的应用中，光散射粒子1404的直径是纳米级，并且它们在挤压过程之前或期间增加至聚合体。进一步，如图14A所示，导电基底1401也可以用作或包括LED发光线内的光反射器。
光散射粒子1404也可以是与准备封装结构1403相关联的化学副产品。任何具有允许光正向散射的粒子大小(例如，纳米级的直径)的材料都可以是光散射粒子。
通过增加或移除粒子，光散射粒子1404的浓度会改变。例如，光散射粒子1404可以是在挤压过程之前或期间加入初始材料中的杂质的形式。此外，气泡或任何其他的内部空隙可以用作光散射粒子1404。封装结构1403内的光散射材料1404的浓度受LED之间的距离、LED的亮度以及光的均匀性的影响。光散射材料1404的较高浓度会增加LED发光线内邻近的LED 202之间的距离。通过将高浓度的光散射材料1404一起用在LED 202的较近的间距内和/或利用较亮的LED 202，可以增加LED发光线的亮度。LED发光线内光的平滑性和均匀性可以通过增加光散射材料1404的浓度来改进，其可以增加该平滑性和均匀性。
如图3、5A和5B所示，子组件310、510和750基本位于封装结构的中心。子组件310、510和750不限于封装结构中的该位置。该子组件310、510和750可以位于封装结构中的任何位置。另外，封装结构的横截剖面不限于圆形或椭圆形，可以是任何形状(例如，正方形、长方形、梯形、星形)。此外，可以优化封装结构的横截剖面，以提供窄或宽的视角(分别参考图14B(封装结构222的圆顶形的剖面)和14C(封装结构223的平顶剖面)中的光路径1450和1460)和/或LED发出的光的透镜化。
表面织构化和透镜化
一体的LED发光线的表面可以被织构化和/或透镜化以用于光学效应。该一体的LED发光线可以被覆盖(例如，用荧光材料)，或者包括附加层以控制LED发光线的光学性质(例如，照明的漫射和一致性)。另外，可以将掩模应用到封装结构的外部以提供不同的织构或图案。
通过热压、压印、印刷和/或切割技术，也可以在封装结构的表面产生不同的设计形状或图案，以提供特殊的功能，例如透镜化、调焦和/或散射效应。如图15A-C所示，本发明包括影响光线1500的正式的或有机的形状或图案(例如，圆顶形、波浪形、脊形)，以校准(图15A)、聚焦(图15B)或散射/漫射(图15C)。可以在挤压期间或接下来的挤压中织构化或压印该封装结构的表面以产生附加的透镜化。另外，封装结构93，303和503可以构成为具有不同折射率材料的多个层，以控制漫射的程度。
一体成型的LED发光线的应用
一体成型的LED发光线的本发明具有许多发光应用。下面是一些示例，例如，具有360°照明的LED发光线、全色LED发光线、具有传感器或检测器的LED发光线以及具有独立可控LED的LED发光线。此外，LED发光线可以并排对准或堆叠，以产生发光面板。应当注意，这些仅是一部分可能的发光线应用。
图16B中示出的将电能传送至LED 202的三个纯铜线161，162，163形成导电基底，其可以缠绕成螺旋形(参见图11C)。这些LED通过软焊、超声波焊接或电阻焊接连接至导体。每个相邻的LED可以定位在相同的角度或定位在不同角度。例如，一个LED面向前面，下一个LED面向顶部，第三个LED面向背面，以及第四个面向底部等。因此，一体成型的LED发光线可以360°照射整个环境。
图16B和16C中示出了一体成型的LED发光线的实施例。如图所示，具有两个连续的被定义为导电总线元件161和163的导体。零欧跳线或电阻器10将导体段162耦合至导电总线元件161和163以向LED元件202供电。如图16B所示，导电总线元件161和163安装在支撑衬底90上。在优选实施例中，导电总线元件161和163以及支撑衬底90是柔性的。在另一实施例中，具有柔性支撑衬底的LED发光线螺旋缠绕在芯体9000上(参见，例如图11C)，然后封装在封装结构中。
一体成型的LED发光线不限于单色。对于全色应用来说，单色LED由多个LED或LED组替代，该LED组由四个不同的颜色：如图20中示出的红色、蓝色、绿色和白色四个子LED组成。每个LED组(一个像素)的强度可以通过调整施加在每个子LED的电压来控制。每个LED的强度由如图20中示出的电路控制。
在图20中，L1，L2和L3是向每个像素中的四个LED供电的三个信号线。每个子LED的颜色强度由μ控制器6000控制，该控制器具有图21中给出的时序图。
如图21所示，因为在第一段时间上，线电压L2高于线电压L1，红色LED(R)导通，然而，在相同的时间段内，所有其他的LED反向偏置，因此，它们关断。类似地，在第二个时间段，L2高于L3，因此导通绿色LED(G)，并关断所有其他LED。在随后的时间段中导通/关断其他LED遵循相同的原理。
除了四个基本颜色之外，新的颜色，例如冷白和橘黄色可以通过在一部分单位切换时间内混合恰当的基础色而获得。这可以通过对设置在电路上的微处理器编程实现。图22A和图22B分别示出了呈现冷白和橘黄色的颜色的时序图。应当注意，整个颜色频谱可以通过改变信号L1，L2和L3的时序来表示。
在本发明的一个实施例中，一体成型的LED发光线包括多个像素(LED模块)，其中每个像素具有一个或多个LED，并且每个像素可以利用集成在所述一个或多个LED上的微处理器电路独立控制。每个像素是LED模块，其包括微控制器和至少一个或多个LED(例如，单个R，G，B或WLED、三个(RGB)LED或四个(RGBW)LED)。图27示意了示例性的多个像素(LED模块2100)，每个像素具有四个(RGBW)LED。每个LED模块2100被分配了唯一的地址。当触发该地址时，该LED模块被点亮。LED模块基于菊花链或星形总线结构与信号线串联连接。或者，LED模块2100并联布置。
有两种方法为一体成型的LED发光线中的每个LED模块分配地址。第一种方法是静态寻址，其中每个像素在制造过程中被预先分配固定的地址，并且不能监视任何变化，尤其是像素故障或LED发光线的长度变化。第二种方法是动态寻址，其中每个像素被动态分配有地址，其具有自身唯一的地址，并且每个像素的特征在于其自身的周期性地利用触发信号的“地址”。或者，当加电时，动态地分配地址。因为动态寻址允许LED模块基于在LED模块接收的信号，重新构造它们的地址，因此使用该可动态寻址的LED模块的一体LED发光线可以针对安装、维护、故障检测和修复实现灵活性。
在实施例中，一体成型的LED发光线包括像素(LED模块)，其中像素的地址通过像素本身被动态分配，而不是像在静态寻址中那样，在制造期间预先设定。如图26和27所示，每个LED模块2000优选包括LED 2004(R，G，B或W LED或其组合)；微控制器2002；数据端口(DATA)；两个I/O端口，一个构造为输出端口(S0)，一个构造为输入端口(S1)；一个电源端口(VCC)；以及一个接地端口(GND)。图26示出了独立的LED模块2000的示意布置和布线。
每个LED模块2000中的微控制器2002的功能是(a)从其自身的数据端口接收数据以及接收命令和图形信号，(b)处理动态地址***，以及(c)驱动其自身的LED模块中的LED，每个LED模块形成像素。
LED模块2000优选按照下述连接：
●VCC和GND端口每一个分别连接至电源和接地总线。
●DATA端口连接至公共总线。该公共总线可以向LED模块或从LED模块传送控制信号。例如，控制信号可以是从LED模块至数据(例如，显示数据(例如，当前的显示信息))的远程显示存储器2006的数据请求，或者是从远程显示存储器2006至特定的LED模块的与当前的显示信息相关的数据。
●I/O端口是输出端口并接地，I/O端口S1是输入端口并连接至VCC。相邻LED模块的输入和输出端口以图27示意的形式互联。一体成型的LED发光线的最后一个LED模块的输入端口(S1)仅连接至其输出端口(S0)，而其输入端口(S1)为开路，将该特殊的LED模块指定为初始的LED模块，以在LED发光线被加电时动态寻址。在示意的实施例中，最后一个LED模块被分配位置No.0。
也就是说，LED模块的微控制器检查其输入端口的状态，如果该端口是未连接状态，那么识别出其所属的像素应当被分配为位置0。被分配了位置No.0的LED模块的微控制器通过向其相邻的LED模块通信其位置为No.0像素并由此将其相邻的地址分配为No.1，而开始动态寻址。被这样分配了地址的像素以菊花链循环的方式接着与其随后相邻的LED模块通信，如图27所示的分配地址。在这种方式中，当加电时，每个都由微控制器控制的独立像素分配它们自身的地址，并且如果一个像素故障或者LED发光线被切断，该独立像素能够重新分配自身的地址。应当注意，由微控制器识别的端口的状态不限于是开路状态，可以是被微控制器识别为指示没有连接的任何预定的状态。
在优选实施例中，所有LED模块2000公用一个数据线，并且每个LED模块向远程显示存储器2006发送数据的请求(例如，显示数据(例如，当前的显示信息))，所述数据由显示控制器2008改变和刷新。显示控制器2008典型地被编程以更新显示存储器2006中的显示数据，以及每个像素(LED模块)从显示存储器2006挑选其各自的数据。显示控制器2008的功能是改变和刷新显示存储器。显示存储器2006和显示控制器2008优选通过使用地址总线2010和数据总线2012彼此通信，这是本领域技术人员公知的。
包含LED模块的一体成型的LED发光线可以被切割为任意的理想长度，甚至在加电和发挥功能时。如果一体成型的LED发光线在加电时被切割，或者在断电时和加电后切割，那么切割将产生开路，切口前面的LED模块的S1端口将断开。由于切口前面的LED模块的微控制器将识别出其S1端口开路，那么它接着为自身分配位置No.0，通过上述的过程，变成新的初始LED模块，用于动态寻址。所有前面的LED模块需要与新的初始LED模块对应的新的地址。
图17A-17C描述了利用串联和并联连接的LED发光线的实施例。该实施例允许LED 90°转动(横向放置取代纵向放置)，并以更近的节距安装。
如图18至19B和24所示，一体成型的LED发光线具有多个通过零欧姆跳线或电阻器耦合的导体(例如导电总线元件和导电段)、LED、传感器、检测器和/或微处理器，并安装在支撑衬底上。LED发光线的功能随着每个附加的导体而增加。例如，监视环境条件(例如湿度、温度和亮度)的传感器或检测器可以集成在LED发光线中，并连接使得其可以影响LED发光线的发光特性。图18示出了具有传感器或检测器的一体成型的LED发光线的实施例。如图所示，具有四个与导电总线元件30，32，33和34对应的连续导体。零欧姆跳线或电阻器10将导电段31耦合至导电总线元件30和32。导电总线元件32用作公共接地。导电总线元件30向LED 202供电，而导电总线元件34向传感器/检测器100供电。导电总线元件33将传感器/检测器100的信号引向为LED 202供电的电源；由此，允许传感器/检测器100影响LED 202的发光特性(例如强度、颜色、图案、导通/关断)。
图19A和19B示出了全色一体成型的LED发光线，其具有与导电总线元件L1，L2和L3对应的三个连续导体，该导体为LED 202供电，并且该发光线具有将LED 202连接至导电总线元件L1，L2和/或L3的导体段S1和S2。在图19B中，LED 202是板上SMD LED。
在另一实施例中，每个像素(LED模块)可以独立控制。图24示出了利用七个导体和LED模块2120的独立可控的LED发光线的结构。这里，导电总线元件80用作电源接地，而导电总线元件81用作电压输入。每个LED模块2120包括微处理器、至少一个LED、电源输入和输出连接、控制信号输入和输出连接以及数据输入和输出连接。在图24中，LED模块2120包括VCC管脚、VDD管脚、使能管脚、时钟管脚和数据管脚。每个LED模块的控制信号和数据输入连接耦合至相邻的LED模块的控制信号和数据输入连接。光学耦合器可以用于绝缘每个LED模块之间的控制信号线。LED模块2120可以串联连接(例如，如图24所示)或并联连接(例如，每个LED模块2120的电源输入连接耦合至第一导电总线元件81，并且每个LED模块2120的电源输出连接耦合至第二导电总线元件80)。
多个一体成型的LED发光线(例如LED发光线12，13，14)可以并排对准以形成如图25A-25C所示的发光面板3000。每个LED发光线可以包含联锁对准***，其包括对准键60，62和对准键孔61，两者预先在LED发光线的密封结构中形成，其中对准键60，62和对准键孔61位于LED发光线的相对侧。对准键60，62和对准键孔61，63可以沿着LED发光线的长度纵向连续延伸或者断续延伸。对准键孔61，63可以是切口、凹槽，、狭槽或者孔的形式，对准键60，62可以是允许与对准键孔61，63摩擦密合(优选地，滑配合)的形式(包括但不限于轨道或栓)。对准键60，62的宽度大约等于或稍大于对准键孔61，63的宽度，例如对准键60，62可以摩擦密合，如图25B和25C所示。例如，对准键孔61，63可以是适合于与轨道形对准键60，62摩擦密合的凹槽，凹槽形对准键孔61，63和轨道形对准60沿着LED发光线的长度纵向连续延伸。
虽然这里说明和描述了特定实施例，但是本领域技术人员可以理解的是在不脱离本发明保护范围的情况下，各种替换的和/或等效的实施方式可以代替示出和描述的特定实施例。该申请意在覆盖了这里讨论的特定实施例的任何修改或变型。因此，目的在于本发明仅通过权利要求和其等效物进行限制。

Claims (20)

1.一种一体成型的LED发光线，包括多个LED模块，每个LED模块包括：
一个或多个LED；
微控制器；以及
一个或多个端口，所述微控制器构造为：
检查所述一个或多个端口中至少一个的状态；
如果端口的状态对应于预定的状态：
为所述微控制器所属的LED模块分配第一显示地址，以及
向邻近的LED模块的所述微控制器发送信号，所述信号将各个进一步的显示地址分配至邻近的LED模块。
2.如权利要求1所述的一体成型的LED发光线，进一步包括显示存储器，其电耦合至所述多个LED模块，所述显示存储器存储与所述一体成型的LED发光线中每个所述LED模块相关联的当前的显示信息，所述显示存储器中存储的所述当前的显示信息能够由LED模块的每个微控制器访问，使得所述微控制器能够检索当前的显示信息。
3.如权利要求2所述的一体成型的LED发光线，进一步包括：
显示控制器，所述显示控制器构造为更新所述显示存储器中存储的当前的显示信息。
4.如权利要求1所述的一体成型的LED发光线，其中每个所述LED模块中的所述一个或多个LED包括红色、蓝色、绿色或白色LED。
5.如权利要求1所述的一体成型的LED发光线，其中每个所述LED模块中的所述一个或多个LED是红色、蓝色和绿色LED，或者是红色、蓝色、绿色和白色LED。
6.一种一体成型的LED发光线，包括：
由导电材料形成的第一总线元件，其适用于分配电源的电能；
由导电材料形成的第二总线元件，其适用于传送控制信号；
由导电材料形成的第三总线元件，其适用于接地；
至少两个LED模块，每个所述LED模块包括：
微控制器和至少一个LED，所述LED模块电耦合至所述第一、第二和第三总线元件；
一个或多个端口，所述微控制器构造为检查所述一个或多个端口中至少一个的状态，如果端口的状态对应于预定的状态：
为所述微控制器所属的所述LED模块分配第一显示地址，并且
向邻近的LED模块的微控制器发送信号，所述信号将各个进一步的显示地址分配至所述邻近的LED模块。
7.如权利要求6所述的一体成型的LED发光线，进一步包括显示存储器，其电耦合至所述至少两个LED模块，所述显示存储器存储与每个所述LED模块相关联的当前的显示信息，所述显示存储器中存储的所述当前的显示信息能够由LED模块的每个微控制器访问，使得所述微控制器能够检索当前的显示信息。
8.如权利要求7所述的一体成型的LED发光线，进一步包括：
显示控制器，所述显示控制器构造为更新所述显示存储器中存储的当前的显示信息。
9.如权利要求6所述的一体成型的LED发光线，其中所述第一、第二和第三总线元件由编织导线制成。
10.如权利要求6所述的一体成型的LED发光线，进一步包括完全封装所述第一、第二和第三总线元件以及所述至少两个LED模块的封装结构。
11.如权利要求10所述的一体成型的LED发光线，其中所述封装结构进一步包括光散射粒子。
12.如权利要求6所述的一体成型的LED发光线，其中每个所述LED模块中的所述至少一个LED包括红色、蓝色、绿色或白色LED。
13.如权利要求6所述的一体成型的LED发光线，其中每个所述LED模块中所述至少一个LED是红色、蓝色和绿色LED，或者是红色、蓝色、绿色和白色LED。
14.一种一体成型的LED发光线，包括：
支撑衬底；
安装在所述支撑衬底上的导电基底，所述导电基底包括第一、第二和第三导电总线元件，其中所述第一导电总线元件适用于分配电源的电能；所述第二导电总线元件适用于传送控制信号；以及所述第三导电总线元件适用于接地；
至少两个LED模块，每个所述LED模块包括：
微控制器和至少一个LED，所述LED模块电耦合至所述第一、第二和第三导电总线元件；
一个或多个端口，所述微控制器构造为检查所述一个或多个端口中至少一个的状态，如果端口的状态对应于预定的状态：
为所述微控制器所属的LED模块分配第一显示地址，并且
向邻近的LED模块的微控制器发送信号，所述信号将各个进一步的显示地址分配至邻近的LED模块；以及
显示存储器，其电耦合至所述至少两个LED模块，所述显示存储器存储每个所述LED模块的当前的显示信息，所述显示存储器中存储的所述当前的显示信息能够由每个LED模块访问，使得所述LED模块能够请求并检索当前的显示信息。
15.如权利要求14所述的一体成型的LED发光线，进一步包括：
显示控制器，所述显示控制器构造为更新所述显示存储器中存储的当前的显示信息。
16.如权利要求14所述的一体成型的LED发光线，其中所述第一、第二和第三导电总线元件由编织导线制成。
17.如权利要求14所述的一体成型的LED发光线，进一步包括完全封装所述支撑衬底、所述导电基底、所述至少两个LED模块的封装结构。
18.如权利要求17所述的一体成型的LED发光线，其中所述封装结构进一步包括光散射粒子。
19.如权利要求1、6和14中任一个所述的一体成型的LED发光线，其中所述封装结构的外部轮廓包括位于一体成型的LED发光线的相对侧的对准键和对准键孔。
20.一种包括如权利要求19所述的多个一体成型的LED发光线的发光面板。
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