发光二极管光热装置制造方法

发光二极管光热装置制造方法
【专利摘要】一种热和光发射装置包括壳体，并具有容纳在壳体内的空气循环装置、发光二极管和加热元件。所述装置进一步包括用于附接至壳体的盖。所述热和光发射装置呈加热灯的形式，或呈卵形、正方形、矩形或其它几何形状的形式。装置的表面或装置的部件可选地被涂层组分涂覆。
【专利说明】发光二极管光热装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于发射光和热的装置，特别是包括发光二极管(LED)的用于发射光和热的装置。
【背景技术】
[0002]当前对于常规加热灯(heat lamp)存在多种不同的风格和加热方法。绝大部分的商业流程使用红外红色或透明加热灯，其瓦特数通常处于125瓦特?375瓦特之间的范围，用以生成遵循政府调控所指定的热量。此外，由于常规加热灯通常包括玻璃，所以在这类灯被使用时总是存在危险，即破损的玻璃将污染产品，比如被保温的食物。此外，现有的常规加热灯的效率极其低下，并使用大量的能量来将指定产品保持在对人类消耗来说安全的温度。
[0003]常规加热灯类似于白炽灯泡那样构成。它们具有金属或陶瓷螺纹插孔灯头和玻璃外壳或灯泡。玻璃灯泡通常被环氧树脂胶合到金属插孔灯头中。许多常规加热灯包括红色滤波器来使所发射的可见光的量最小化。常规加热灯常常包括内部反射器。常规加热灯可生成大量余热，尤其是在它们以灯头在上的位置操作时。围绕灯头的该余热可使环氧树脂胶合剂失效，并使玻璃灯泡与插孔灯头分离。常规加热灯还构造有加压气体，其可在玻璃破损的情况下打碎玻璃。常规加热灯包含钨元件，其产生热和光。此外，这类灯大约持续5000小时。重要的是防止水、湿气、液体或金属物体与常规加热灯发生接触，原因是灯可能被破损和打碎。这些灯不应该在润湿或潮湿环境中使用。对于这些类型的应用，特殊的耐热玻璃红外灯更合适。它们由较重玻璃灯泡构造而成。这种风格的灯在破损的情况下仍然容易发生玻璃灯泡与灯头分离并且打碎玻璃的情况。存在多种不同类型的市场上可买到的加热元件，其被用于食物、健康和孵化工业。一部分单元是受到自动调温控制的加热站，并且不具有可更换的加热元件，并提供白炽照明选项。
[0004]因此，存在对更加安全和有能量效率的照明和加热装置的需求。本发明的装置应对这些需求，并克服这些已知的缺点。

【发明内容】

[0005]本发明涉及发射光和热的装置，并包括一个或多个发光二极管(LED)和加热元件。本发明还涉及制作这种装置的方法。本发明的装置在使用加热灯的工业中对消费者提供了改善的安全防护性并且提供了显著改善的能量消耗。
[0006]在本发明的一个方面，所述热和光发射装置呈加热灯的形式。所述热和光发射装置包括基部、用于附接至基部的壳体、和用于附接至壳体的盖。所述壳体包括空气循环装置、发光二极管和加热元件。
[0007]在本发明的另一方面，所述热和光发射装置呈适于与正方形、矩形或其它几何形状的壳体配合的形式。所述热和光发射装置包括壳体和用于附接至壳体的盖。所述壳体包括发光二极管、加热元件、空气循环装置、和用于调控去往空气循环装置和发光二极管的电力的电子驱动器。发光二极管位于具有一个或多个边缘的印刷电路板上。
[0008]本发明的光和热发射装置的特征之一是它包括装配在壳体内的发光二极管(LED)发光元件和加热元件，并且所述装置成形为各种构造，包括但不限于与现有BR40玻璃加热灯灯泡类似的那些构造。在本发明的一个方面，本发明的装置适于长寿命、有能量效率地直接改装为用于BR40加热灯。在本发明的另一方面，所述装置呈正方形、矩形形状或其它几何形状，使得它适于在模块中使用，并且所述模块被组装来用以实现所需热或光的所需量。
[0009]从以下提供的详细描述中，本发明的适用性的再一些领域将变得清楚明了。应该明白的是，详细描述和具体示例，在指示本发明的优选实施例的同时，旨在只用于说明的目的而并非旨在限制本发明的范围。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]从详细描述和附图中，本发明将被更全面地理解，所述附图并不一定按比例绘制，其中:
图1是依据本发明一个方面的呈加热灯形式的光和热发射装置的透视图；
图2是图1的装置的分解视图；
图3是图1的装置的剖视图；
图4A是依据本发明一个方面的呈模块形式的光和热发射装置的透视图；
图4B是图4A的装置的分解视图；
图4C是以多个组装的图1的装置的某些部件的近距视图；
图4D是图4A的装置的剖视图。
【具体实施方式】
[0011]对实施例的以下详细描述在本质上仅仅是示例性的，并且绝不旨在限制本发明、其应用或者用途。
[0012]参考附图，图1是依据本发明多个方面的呈加热灯10形式的光和热发射装置的透视图。加热灯10具有一个或多个外表面和一个或多个内表面。加热灯10不包含任何有毒材料，所述有毒材料可能例如在加热灯意外破损的情况下污染待加热的食物产品。此外，如图1中示出的加热灯10是节省能量的，并且适合作为125?375瓦特加热灯的替代。呈如图1中示出的形式的装置通过将所有热沿向下方向引导而具有达到50%的能量节省。常规加热灯使用250瓦特的能量，并且由于朝向竖立方向的自然空气和热运动而损失热，尤其是在灯处于灯头朝上的位置时。呈如图1中示出的构造的本发明的装置使用大约125瓦特来获得相同的热量，而且还提供更多的光。
[0013]如图1中示出的，本发明的加热灯10优选具有常规BR40加热灯的基本形状和尺寸。具有BR40加热灯的形状和尺寸的本发明的加热灯的优点在于它允许直接改造成适于现有的低效率常规玻璃加热灯。然而，本发明的加热灯并不局限于此形状和尺寸。处于本发明的范围内的是:加热灯呈任意数量形状的形式，包括但不限于矩形、卵形、正方形和其它几何形状。然而，本发明的加热灯的一个优点是它提供更安全的工作环境，因为它消除了如在常规BR40加热灯中见到的破损玻璃污染被加热产品的可能性。加热灯10的另一显著优点是现有加热灯的玻璃与灯头分离的可能性被消除。构造加热灯10的材料优选包括金属、陶瓷和聚合材料等。
[0014]此外，如图1中示出的加热灯10的产品寿命达到常规加热灯的六倍，因为常规加热灯的钨加热丝被消除，因此加热灯10由于其更长的操作寿命而提供可持续性。
[0015]图2是图1的加热灯10的分解视图。如图2中示出的，加热灯10包括:灯头20 ；壳体30 ;空气循环装置40，比如风扇或压电型空气运动装置；发光二极管(LED)驱动器，带有电子系统50以调控用于LED和加热源的电源电流；带有LED 60的LED印刷电路板；加热元件70 ;和安全屏或盖80。
[0016]图3是图1的加热灯10的剖视图。如图3中示出的，加热灯10包括:灯头20 ;壳体30 ;空气循环装置40，比如风扇；发光二极管(LED)驱动器，带有电子系统50以调控用于LED和加热源的电源电流；带有LED 60的LED印刷电路板；加热元件70 ;和安全屏或盖80。在图3中示出的该视图中，加热灯被示出为处于竖直位置，以加热灯10的灯头20定位在顶部，而安全屏或盖80定位在底部，使得热流朝下被弓丨导。同样如图3中示出的，空气循环装置40定位在加热元件70和带有LED 60的印刷电路板上方。
[0017]在本发明的一优选方面，灯头20具有锁紧用旋入或插孔灯头。适合于在本发明中使用的插孔灯头的一个示例是爱迪生灯头，其也被称为一般灯头或E26灯头。另一非限制性示例是GU 24灯头。
[0018]加热灯10的壳体30通常由包括但不限于金属、陶瓷和聚合物的材料构造而成。
[0019]如图所示，空气循环装置40，比如风扇、压电空气运动装置、风箱、螺旋叶、叶片或任何其它空气循环装置，被使用来循环空气并引导热流。被加热被强制的空气被引导趋向例如食物产品，以确保产品被加热至指定温度或政府要求的食物温度。
[0020]本发明的加热灯10包括发光二极管(LED)驱动器，其具有电子系统50，比如控制元件。控制元件的示例包括但不限于加热控制、空气运动控制、调光控制或其组合。这类控制提供能力来将温度、光照水平和空气流动分别设定为用于温度、光和速度的指定设定，以便将产品比如食物维持在安全条件，而且还发射所需的输出。
[0021]本发明的加热灯10包括位于印刷电路板上的发光二极管(LED) 60。这类LED和印刷电路板可在商业上从照明工业中的众多供应商广泛地获得。LED的数量和类型通常被选择为满足指定的光输出。
[0022]在本发明的一方面，加热灯10包括各种颜色比如白色、红色或蓝色等的发光二极管60。例如，加热灯10包括白色发光二极管、红色发光二极管、或其组合。本发明的加热灯适合作为标准透明玻璃加热灯和红外红色加热灯的替代。
[0023]在本发明的另一方面，红色发光二极管或白色发光二极管与加热灯控制器或开关组合，来提供用以基于加热灯的所需最终用途选择适当颜色的能力。此外，加热灯10可选地包括可调光发光二极管(LED)光模块(未不出)。
[0024]尽管如LED的典型情况一样热是被驱散离开LED的后部，但是在本发明中，还存在从由一个或多个加热元件生成的外部热源生成的热。因此，本发明的加热灯10包括如图2和3中示出的加热元件70。加热元件70具有可选的可调节控制器，用以将输出热量调节至所需水平。适合于在这类加热元件中使用的材料的示例包括但不限于陶瓷、石英、钨、碳及其组合。从LED 60光源和加热元件70生成的热被如图2和3中示出的可调节外部空气循环装置40强制朝下移动。[0025]本发明的加热灯10包括安全盖或屏80。屏防止意外触摸加热元件以及被加热元件灼伤。屏由众多可能的材料制成，包括但不限于金属、陶瓷和聚合材料。
[0026]图4A-4D涉及本发明的装置的另一方面。图4A是依据本发明一个方面的呈模块形式的光和热发射装置的透视图。图4B是图4A的装置的分解视图。图4C是以多个组装的图1的装置的某些部件的近距视图。图4D是图4A的装置的剖视图。
[0027]参考图4A，依据本发明的光和热发射装置400以模块的形式示出。如图4B-4D中不出的，热和光发射装置400包括壳体450。壳体450包括:位于具有一个或多个边缘的印刷电路板440上的发光二极管；加热元件430 ;空气循环装置420 ;和用于调控去往空气循环装置420和印刷电路板440的发光二极管的电力的电子驱动器410。装置400进一步包括用于附接至壳体450的屏或盖460。如图4D中示出的，热和光发射装置400呈正方形或矩形模块的形式。
[0028]如图4B-4D中示出的，加热元件430与印刷电路板440的一个或多个边缘相邻。此夕卜，如图4C中示出的，一个或多个加热元件(430A、430B和430C)印刷电路板(440A、440B、440C)可选地被布置成边对边。优选地，存在一加热元件邻近印刷电路板的两个相对边缘。
[0029]此外，如图4B和4D中示出的，电子驱动器410定位在空气循环装置420上方。空气循环装置420也被示出为定位在印刷电路板440和加热元件430上方。优选地，加热元件和印刷电路板处于相同平面中。
[0030]在本发明的另一方面，本发明的热和光发射装置被涂覆或未被涂覆。如果被涂覆，则涂层可选地位于加热和照明装置的内表面或外表面上以及位于容纳于装置内的部件中的一个或多个上。如果未被涂覆，则加热灯构造适合于作为浴室或使用未被涂覆加热灯的其它应用中的常规白炽加热灯灯泡的替代。如果被涂覆，则装置使由于恶劣环境比如冲洗区域和高湿气区域造成的恶化最小化。在本发明的一优选方面，涂层具有在大约I密耳?大约20密耳范围内的厚度。
[0031]适当涂层材料的示例包括但不限于可适应涂层，比如硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸脂、全氟烷氧基或其组合。在本发明的一优选方面，涂层包括硅树脂。在本发明的另一优选方面，硅树脂涂层包括至少60重量百分比(wt%)的硅树脂弹性体，优选为至少99wt%的硅树脂弹性体。用于在本发明中使用的另一适当的硅树脂涂层进一步包括O?40wt%的二异丙氧基二(乙氧基乙酰乙酰基)钛酸酯、烷氧基硅烷反应产物、甲醇或其组合。
[0032]可采用多种方法来涂覆本发明的热和光发射装置。本发明的一个这种方法包括通过将待涂覆的暴露表面或其它表面浸入大桶中来向热和光发射装置的暴露表面施加涂层。一旦装置被装好(populated)后，它被放置在浸溃机上。该浸溃机使用计算机实施的处理控制系统来以给定速率将热和光发射装置浸溃到给定高度。然后以给定速率将装置上升到大桶之外，以确保厚度得到控制。装置然后通过输送带行进到预固化炉，以开始加热处理。若需要的话，来回翻转装置，以控制涂层的流挂(sagging)或流淌。在预固化之后，然后将装置通过输送带传输到主固化炉。在该炉中完成最终固化。这通过控制输送带的速度以及炉温得以实现。固化时间和温度被选择成用以控制涂层向装置的粘结。这通常在350 T以15?30分钟得以实现，取决于热和光发射装置或其部件的形状和重量。基于尺寸、形状和重量，典型生产速度可以在每小时在90?450个部件之间变化。
[0033]如上所述，期望的是所述方法是自动的并由计算机控制。所述方法包括控制热和光发射装置或其部件进入大桶中的进入速率。控制装置进入大桶中的进入速率的一个优点是为了使起泡最少化。所述方法进一步包括控制热和光发射装置从大桶中的退出速率。控制退出速率的一个优点是使涂层的厚度波动最小化。所述方法进一步包括控制炉中的固化速率和固化时间以使涂层的波动最小化。
[0034]与比如喷射等其它涂覆方法相比，浸溃是有利的。依据本发明，涂层被施加成用以提供对比如湿气、湿度、热和暴露于冲洗区域中等环境条件的最大防止。典型的喷射系统不提供足够厚的涂层来提供充分环境防护性所需的所需厚度。
[0035]为了涂覆目的，将涂层可选地呈现在或施加至装置及其部件的内表面或外表面上，所述部件包括但不限于壳体、屏、LED和支持电子系统。特别希望的是施加至热和光发射装置的涂层组分或材料是防碎的。适当的涂层材料的示例包括但不限于硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸脂、全氟烷氧基(PFA)或采用这些材料中的一种或多种的其它化合物。优选地，硅树脂呈室温硫化(RTV)硅树脂、湿气固化硅树脂或热固化硅树脂的形式。
[0036]涂层的厚度常常在大约I密耳?大约20密耳之间变化，取决于热和光发射装置的形状、尺寸和重量。本发明的装置特别适用于最终用途的应用，包括但不限于食品服务业中的食物保温区域、孵化或可能需要热源来维持比热的任何应用。例如，它可被使用来维持包括但不限于食物保温托盘、快餐柜台、旅馆和快餐餐厅等区域中的食物的恰当温度。其它应用包括但不限于家禽幼雏的保温或需要热来维持特定温度的任何过程。
[0037]依据本发明多个方面的呈加热灯形式的热和光发射装置的优点之一是它被预期提供达到75%的能量节省并且持续时间达到常规加热灯的六倍。在本发明的一个优选方面，热和光发射装置具有处于大约75?500瓦特范围内的瓦特数。本装置还使用户在当前技术下由于常规加热灯的正面表面上的热而暴露至的灼伤的可能性最小化。在本发明中，热被传递远离灯的正面而到达后部，从而防止发生灼伤。此外，当前技术还允许热煎炸油脂到达常规加热灯而使之爆炸。本发明的热和光发射装置还消除该问题。
[0038]因此本领域的技术人员将轻松地理解的是本发明易于得到广泛的实用和应用。除了本文中所描述之外的本发明的许多实施例和调整、以及许多变型、修改和等同方案通过本发明及其在前描述将变得清楚明了或得到合理的教示，而不背离本发明的主旨和范围。因此，虽然本发明已经在本文中相对于其优选实施例得到了详细描述，但是应该明白的是:本公开只是说明和例示本发明，并且仅仅是为了提供对本发明的全面和致能公开的目的而做出。前述公开不应被预期或解释为用以限制本发明，或者排除任何其它实施例、调整、变型、修改和等同方案。
【权利要求】
1.一种热和光发射装置，包括: 基部， 壳体，用于附接至所述基部，所述壳体包括空气循环装置、发光二极管和加热元件，和 盖，用于附接至所述壳体， 其中，所述热和光发射装置呈加热灯的形式。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加热元件包括从由以下物质组成的组中选择的材料:陶瓷、石英、钨、碳及其组合。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加热灯具有处于大约75~500瓦特范围内的瓦特数。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加热灯的任何表面或部件被涂覆。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述发光二极管被涂覆。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，涂层是防碎的。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，涂层包括硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸脂、全氟烷氧基或其组合。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述硅树脂呈室温硫化硅树脂、湿气固化硅树脂或热固化硅树脂的形式。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述硅树脂占所述涂层的至少60%重量(wt%)。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加热灯呈BR40加热灯的形状。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基部是E26或GU24灯头。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述空气循环装置是风扇、压电空气运动装置、风箱、螺旋叶、叶片或任何其它空气运动装置。
13.根据权利要求1所述的装置，进一步包括:控制元件。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述控制元件用于加热控制、空气运动控制、调光控制、颜色控制或其组合。
15.根据权利要求5所述的装置，其中，涂层具有处于大约I密耳~大约20密耳范围内的厚度。
16.—种热和光发射装置,包括: 壳体，其包括位于具有一个或多个边缘的印刷电路板上的发光二极管、加热兀件、空气循环装置、和用于调控去往所述空气循环装置和所述发光二极管的电力的电子驱动器，和盖，用于附接至所述壳体， 其中，所述热和光发射装置呈正方形、矩形或其它几何形状的模块的形式。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述加热元件与所述印刷电路板的一个或多个边缘相邻。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，一个或多个加热元件和印刷电路板被布置成边对边。
19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述电子驱动器定位在所述空气循环装置上方。
20.根据权利要求16所述的装置，其中，所述空气运动装置定位在所述印刷电路板上方。
21.根据权利要求16所述的装置，其中，所述加热元件和印刷电路板处于相同平面中。
22.根据权利要求16所述的装置，其中，所述加热元件包括从由以下物质组成的组中选择的材料:陶瓷、石英、钨、碳及其组合。
23.根据权利要求16所述的装置，其中，所述装置具有处于大约75~500瓦特范围内的瓦特数。
24.根据权利要求16所述的装置，其中，所述装置的任何表面或部件被涂覆。
25.根据权利要求16所述的装置，其中，所述发光二极管被涂覆。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，涂层是防碎的。
27.根据权利要求25所述的装置，其中，涂层包括硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸月旨、全氟烷氧基或其组合。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述硅树脂呈室温硫化硅树脂、湿气固化硅树脂或热固化硅树脂的形式。
29.根据权利要求27所述的装置，其中，所述硅树脂占所述涂层的至少60%重量(wt%)。
30.根据权利要求16所述的装置，其中，所述空气循环装置是风扇、压电空气运动装置、风箱、螺旋叶、叶片或任何其它空气运动装置。
31.根据权利要求16所述的装置，进一步包括:控制元件。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述控制元件用于加热控制、空气运动控制、调光控制、颜色控制或其组合。
33.根据权利要求25所述的装置，其中，涂层具有处于大约I密耳~大约20密耳范围内的厚度。
34.一种制作热和光发射装置的方法，所述方法包括: 提供基部， 将壳体附接至所述基部，所述壳体包括空气循环装置、发光二极管和加热元件，以及 将盖附接至所述壳体，以形成所述装置。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述加热元件包括从由以下物质组成的组中选择的材料:陶瓷、石英、钨、碳及其组合。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述装置具有处于大约75~500瓦特范围内的瓦特数。
37.根据权利要求34所述的方法，进一步包括:向所述装置的表面或部件施加涂层。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，通过将所述装置灯的表面或部件浸溃在涂层组分中来进行涂层的施加。
39.根据权利要求37所述的方法，其中，涂层包括硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸月旨、全氟烷氧基或其组合。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述硅树脂呈室温硫化硅树脂、湿气固化硅树脂或热固化硅树脂的形式。
41.根据权利要求37所述的方法，其中，涂层具有处于大约I密耳~大约20密耳范围内的厚度。
42.根据权利要求37所述的方法，进一步包括:固化所述涂层。
【文档编号】H01L33/00GK104037271SQ201410082257
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年3月8日
【发明者】R.J.诺兰, D.卡托尼, G.C.马宾 申请人:萨特-R-盾公司