Led 發(fā)光引擎的制作方法
【專利說(shuō)明】LED發(fā)光引擎
[0001]本申請(qǐng)是于2009年4月17日提交的要求了美國(guó)專利申請(qǐng)第12/105963號(hào)的優(yōu)先權(quán)、中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?00910134472.5且發(fā)明名稱為“LED發(fā)光引擎”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請(qǐng)涉及一種LED發(fā)光引擎。
【背景技術(shù)】
[0003]LED發(fā)光引擎(LED light engine)被用來(lái)照亮箱體和槽形字(channel letter)招牌。在美國(guó)，典型的槽形字招牌的槽深(can depth)為5英寸，槽深是槽形字的后壁與半透明蓋之間的距離。為照亮槽形字，將LED串發(fā)光引擎(LED string light engine)附設(shè)在后壁上并且使光向前朝向半透明蓋。為使效率最優(yōu)化，寧可LED彼此間隔得盡可能的遠(yuǎn)也不能在半透明蓋上看到任何暗點(diǎn)和/或過(guò)亮點(diǎn)。為使黑點(diǎn)最小化，LED彼此間隔得足夠的近，以使來(lái)自每個(gè)LED的光束圖樣(light beam pattern)與來(lái)自鄰近限定數(shù)量的LED的光束圖樣重疊，從而向招牌的觀看者呈現(xiàn)均勻的外貌。
[0004]圖1示出了一幅示意圖，圖中，招牌14內(nèi)的第一 LED 10與相鄰的第二 LED 12間隔距離(中心到中心)W。在該示意圖中，LEDlO和12附設(shè)在招牌的后壁16上，并且使光朝向半透明蓋(典型的招牌只有一個(gè)蓋，但是出于例證的目的，該示意圖示出了兩個(gè)蓋，每個(gè)蓋位于距離LED不同距離處)。第一示例性的半透明蓋18與LED間隔距離D1，而第二示例性的半透明蓋20與LED間隔距離D2，其中，Dl比D2大。
[0005]距離W被稱為筆劃寬度(stroke width)，其為招牌或槽形字內(nèi)相鄰條或相鄰行的LED發(fā)光引擎之間的距離。筆劃寬度W是LED的視角的函數(shù)。LED視角Θ是由這樣的邊界限定的偏軸角(ο??-axis angle) β的兩倍:在該邊界處LED在該平面處的發(fā)光強(qiáng)度是垂直于該平面直接沿軸線(on-axis)觀看的強(qiáng)度的若干百分比。期望這樣間隔這些LED:使第一 LED 10的50%強(qiáng)度邊界與第二 LED 12的50%強(qiáng)度邊界重疊、重合或非常接近。這樣，每個(gè)LED的50%強(qiáng)度增加了約100%的單個(gè)LED的沿軸線強(qiáng)度。如果這一關(guān)系在整個(gè)招牌中都得以維持，則能實(shí)現(xiàn)所期望的均勻性，因而在半透明蓋上不會(huì)看到亮點(diǎn)或暗點(diǎn)。
[0006]槽形字也被制造得具有更淺的槽深，有些只有一英寸那么小。當(dāng)槽深為五英寸(125mm)且筆劃寬度為W時(shí)，使50%邊界與相鄰LED的50%邊界重合所需的視角Θ比槽深為一英寸而筆劃寬度W保持不變時(shí)使50%邊界與相鄰LED的50%邊界重合所需的視角Θ窄得多。這是因?yàn)閠ani3與筆劃寬度W成正比而與槽深成反比?；剡^(guò)來(lái)參照?qǐng)D1對(duì)此進(jìn)行描述，其中示出了 LED的視角Θ適于LED與半透明蓋間隔Dl的招牌。相比之下，該視角對(duì)于LED與半透明蓋間隔D2而LED之間的間隔W保持不變的招牌則太窄。
[0007]已知的用于照亮具有更淺槽深(通常小于兩英寸)的槽形字的LED發(fā)光引擎要求LED彼此隔得非常近，S卩，縮短筆劃寬度W以提供上述期望的光束圖樣重疊。由于這些LED必須隔得非常近，因此這些LED系統(tǒng)需要很多LED來(lái)照亮槽形字。這導(dǎo)致有關(guān)能源使用的低效率以及更高的成本，因?yàn)長(zhǎng)ED通常是發(fā)光引擎中最昂貴的元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]—種能克服前述缺陷的用于以限定的均勻性照亮目標(biāo)平面的發(fā)光引擎，該發(fā)光引擎包括多個(gè)LED和多個(gè)光學(xué)元件，每個(gè)光學(xué)元件都與一個(gè)相應(yīng)的LED配合工作。該發(fā)光引擎與目標(biāo)平面間隔距離D。這些LED排列在彼此間隔距離W的相鄰行中。每個(gè)LED都具有由一半強(qiáng)度邊界限定的偏軸角β?，在該一半強(qiáng)度邊界處，LED在一個(gè)平面上的發(fā)光強(qiáng)度約為直接沿軸線觀看在該平面上的發(fā)光強(qiáng)度的一半，并且tani3 l〈(W/2)/D。光學(xué)元件使偏軸角β I擴(kuò)大至偏軸角β2，其中，在目標(biāo)平面上，一行LED的一半強(qiáng)度邊界與相鄰行LED的一半強(qiáng)度邊界非常接近。使用這種發(fā)光引擎，目標(biāo)平面處限定均勻性的照亮基本能得以保持。
[0009]—種能克服前述缺陷的用于照亮招牌的方法，該方法包括在具有半透明蓋的招牌內(nèi)設(shè)置多個(gè)電力互連的LED模塊，使每個(gè)LED與半透明蓋間隔距離D，將這些LED排列在相鄰行中以使相鄰的LED彼此間隔距離W，以及照亮這多個(gè)LED以在半透明蓋上產(chǎn)生多個(gè)光束圖樣。每個(gè)LED模塊都可以包括一個(gè)LED和一個(gè)與該LED配合工作的光學(xué)元件。每個(gè)LED都具有偏軸角β 1，此處從相應(yīng)LED發(fā)出且未被相應(yīng)光學(xué)元件改變方向的光的發(fā)光強(qiáng)度約為相應(yīng)LED的沿軸線發(fā)光強(qiáng)度的一半。這些LED模塊排列在相鄰行中，以使相鄰的LED彼此間隔距離W，其中，tani3 l〈(W/2)/D。照亮這多個(gè)LED還包括使來(lái)自每個(gè)LED的光經(jīng)相應(yīng)光學(xué)元件改變方向以具有偏軸角β 2，此處從相應(yīng)LED發(fā)出并被相應(yīng)光學(xué)元件改變方向的光的發(fā)光強(qiáng)度約為相應(yīng)LED及相應(yīng)光學(xué)元件的沿軸線發(fā)光強(qiáng)度的一半。在本方法中，目標(biāo)平面上的第一改變光束圖樣與目標(biāo)平面上的第二改變光束圖樣重疊，該第一改變光束圖樣由第一行中的第一 LED結(jié)合第一光學(xué)元件產(chǎn)生并且由第一 LED和第一光學(xué)元件的偏軸角β 2界定，該第二改變光束圖樣由相鄰行中的第二 LED結(jié)合第二光學(xué)元件產(chǎn)生并且由第二 LED和第二光學(xué)元件的偏軸角￠2界定。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種克服前述缺陷的發(fā)光引擎，該發(fā)光引擎包括多個(gè)電力互連的LED模塊。這些LED模塊包括:支座，該支座在第一表面上具有電路；LED，該LED位于支座的第一表面上并且與該電路電連接；基本為穹頂狀的折射光學(xué)元件，該折射光學(xué)元件遮住該LED;以及過(guò)模制(overmolded)殼體，該過(guò)模制殼體基本環(huán)繞支座并接觸光學(xué)元件，以密封該LED從而保護(hù)LED不受外界影響。LED可以具有主視角?？梢詷?gòu)造光學(xué)元件以增大LED的主視角，從而提供比該主視角大的改變主視角。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種克服前述缺陷的用于以限定的均勻性照亮目標(biāo)平面的發(fā)光引擎，該發(fā)光引擎包括多個(gè)LED和多個(gè)光學(xué)元件，每個(gè)光學(xué)元件都與一個(gè)相應(yīng)的LED配合工作。該發(fā)光引擎與目標(biāo)平面間隔距離D。這些LED排列在彼此間隔距離W的相鄰行中。這些LED中的每個(gè)都具有由一半強(qiáng)度邊界限定的偏軸角β?，在該一半強(qiáng)度邊界處，LED在一個(gè)平面上的發(fā)光強(qiáng)度約為直接沿軸線觀看在該平面上的發(fā)光強(qiáng)度的一半，并且tani3 l〈(W/2)/D。光學(xué)元件每個(gè)都與一個(gè)相應(yīng)的LED配合工作，以使偏軸角β I擴(kuò)大至偏軸角β 2，其中，tan β I約為(ff/2)/D0
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是設(shè)置在招牌中并排列在彼此間隔距離W的相鄰行中的LED的橫截面示意圖；
[0013]圖2是設(shè)置在招牌中并排列在彼此間隔距離W的相鄰行中的LED的橫截面示意圖；
[0014]圖3是多個(gè)LED以及與這些LED配合工作的相應(yīng)光學(xué)元件的截面示意圖，其中，這些LED設(shè)置在招牌中并排列在彼此間隔距離W的相鄰行中；
[0015]圖4是用于照亮諸如圖3中示意性所示的一個(gè)招牌的串發(fā)光引擎的透視圖；
[0016]圖5是沿著x-y平面中串發(fā)光引擎的中心截取的圖4中串發(fā)光引擎的LED模塊的橫截面圖；
[0017]圖6是以橫截面示出的、沿著x-y平面中光學(xué)元件的中心截取的圖4中串發(fā)光引擎的光學(xué)元件的橫截面圖；
[0018]圖7是以側(cè)視圖示出的圖6的橫截面圖；
[0019]圖8是位于招牌內(nèi)的圖1中所示串發(fā)光引擎的側(cè)視圖；
[0020]圖9是圖1中所示串發(fā)光引擎的俯視圖；
[0021]圖10是招牌的正視圖，并且半透明蓋部分地裂開(kāi)，以顯示出用于招牌的發(fā)光引擎。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖2示出了一種用于照亮目標(biāo)平面的發(fā)光引擎。更具