專利名稱：用于背光照明的led光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED照明，且更具體地說，涉及淺深度的背照表面的LED照明。
背景技術(shù)：
各種照明方法用于從相反側(cè)照亮通常從相反側(cè)進行觀察的表面。出于各種原因， 發(fā)光二極管(LED)裝置正被更頻繁地使用，并且這包括從背面照亮的透光表面，例如發(fā)光標牌、用于零售商的購買點展示、扁平面板或淺面板照明器材、裝飾照明應(yīng)用等等。器材組件的尺寸或空間限制可能限制了在背照表面和LED裝置安裝于其上的后表面之間的距離。這些淺應(yīng)用需要LED裝置將發(fā)射的光分布在廣角上，以便在淺距離中照亮整個背照表面。在不使用廣視角透鏡的條件下，背照表面上的明亮照度級可能產(chǎn)生不均勻光強度的“熱點”，其對觀察者而言是明顯的。透鏡用于實現(xiàn)光發(fā)射的這種廣角控制。然而，對LED裝置僅僅使用廣角透鏡可能導致定位在最靠近透鏡處的背照表面上的某些被稱為“環(huán)形孔(donuthole) ”的減光區(qū)域，因為所發(fā)射的光的很大一部分相對于背照表面的照亮部分以更大的角度轉(zhuǎn)向至LED的側(cè)面。結(jié)果，在淺的背照表面應(yīng)用中對于LED照明需要進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本公開的特征在于一種LED光模塊，其包括至少兩個彼此間隔開的LED光源。各個LED光源被透鏡覆蓋，并且透鏡中的至少兩個具有彼此不同的形狀。透鏡形狀以如下形式不同不同的內(nèi)部截面輪廓，或者是具有不同的光分布圖樣的相似的所述輪廓。關(guān)于第一實施例的更具體的特征，LED光模塊可包括三個LED光源。覆蓋LED光源的透鏡中的兩個發(fā)射“離軸”(ofT-axiS)分布的光，并且覆蓋LED光源的第三個透鏡發(fā)射基本在軸上分布的光。LED光源可以全部是頂部發(fā)光的LED。備選地，LED光源中的至少一個可以是側(cè)面發(fā)光的LED。LED光模塊可包括印刷電路板，LED光源安裝在印刷電路板上。LED光模塊可包括將LED光源、透鏡和印刷電路板密封在一起的包覆模制塑料體。LED光模塊可包括這樣的包覆模制塑料體其將LED光源和印刷電路板密封在一起，而透鏡是可互換的。透鏡可為在包覆模制件保持在原位時可互換的。在第二實施例中，LED光模塊包括第一 LED光源和設(shè)置在第一 LED光源附近的第二 LED光源。各個LED光源被透鏡所覆蓋。覆蓋第一 LED光源的透鏡發(fā)射離軸分布的光。覆蓋第二 LED光源的透鏡發(fā)射基本在軸上分布的光。在詳細描述中限定了詞語“離軸”和“在軸上”。在圖6和圖7中分別顯示了用于離軸分布的光和在軸上分布的光的光分布圖樣。透鏡具有以如下形式彼此不同的形狀不同的內(nèi)部截面輪廓，或者具有不同的光分布圖樣的相似的所述輪廓。關(guān)于第二實施例的更具體的特征，具有彼此不同形狀的透鏡在與LED光模塊間隔開并覆蓋LED光模塊的背照表面上產(chǎn)生了均勻的光強度。另外，上面關(guān)于第一實施例論述的任何具體的特征可結(jié)合本公開的這個實施例以任何組合來使用。在第三實施例中，LED光模塊包括多個第一 LED光源和至少ー個第二 LED光源，其設(shè)置在第一 LED光源中的至少兩個之間。各個LED光源被透鏡所覆蓋。覆蓋第一 LED光源的透鏡發(fā)射離軸分布的光。覆蓋第二 LED光源的透鏡發(fā)射基本在軸上分布的光。透鏡中的至少兩個具有以如下形式彼此不同的形狀不同的內(nèi)部截面輪廓，或者是具有不同的光分布圖樣的相似輪廓。關(guān)于第三實施例的更具體的特征，LED光模塊產(chǎn)生均勻的光強度，其特征在于當LED光模塊定位在離背照表面10. 16 cm(4英寸)深度時，在跨過背照表面的直線上的任一點處測量的光強度的變化小于30%。另外，上面關(guān)于第一和第二實施例論述的任何具體的特征可結(jié)合本公開的這個實施例以任何組合來使用?！ぴ诘谒膶嵤├?，背照標牌包括外売。外殼包括與后表面間隔開的背照表面。外殼還包括至少一個設(shè)置在該外殼中的LED光模塊，其中背照表面在LED模塊之上延伸。關(guān)于第四實施例的更具體的特征，從后表面至背照標牌的背照表面的距離不超過15.24 cm (6英寸)，尤其不超過10. 16 cm (4英寸)，更特別地不超過3. 81 cm(1.5英寸)，且進一歩更特別地不超過1. 27 cm(0.5英寸)。另外，上面關(guān)于之前的實施例論述的任何具體的特征可結(jié)合本公開的這個實施例以任何組合來使用。在第五實施例中，器材包括外殼。外殼包括與后表面間隔開的背照表面和多個設(shè)置在外殼中的LED光模塊，其中背照表面在LED光模塊之上延伸。上面關(guān)于之前的實施例論述的任何具體的特征可結(jié)合本公開的這個實施例以任何組合來使用。


圖1是發(fā)光二極管(LED)光模塊的透視 圖2是圖1的LED光模塊的一部分的透視性截面 圖3是與圖2相似的具有兩個LED光源的LED光模塊的一部分的透視性截面 圖4A是基本在軸上分布光的可與圖1的LED光模塊一起使用的透鏡的截面 圖4B是使光離軸分布的可與圖1的LED光模塊一起使用的透鏡的截面 圖4C是使光離軸分布的可與圖1的LED光模塊一起使用的透鏡的截面 圖4D是可覆蓋多個LED光源的透鏡的截面圖，其包括將光基本在軸上分布的透鏡形狀和將光離軸分布的透鏡形狀，它們可與圖1的LED光模塊一起使用；
圖5是從朗伯(Lambertian)光源發(fā)射出的按光強度測量的光分布圖樣的極坐標圖；圖6是通過圖1的LED光模塊中所使用的外部透鏡而發(fā)射的按光強度測量的光分布圖樣的極坐標 圖7是通過圖1的LED光模塊中所使用的中間透鏡而發(fā)射的按光強度測量的光分布圖樣的極坐標 圖8是通過使用外部透鏡和中間透鏡的組合的圖1的LED光模塊而發(fā)射的按光強度測量的光分布圖樣的極坐標圖；圖9是針對從圖I的光模塊中一起使用的三個外部透鏡中所發(fā)射的光的勒克斯(發(fā)光強度)相對(versus)遠離LED光模塊中心的毫米數(shù)的直線圖(rectilinear plot)；
圖10是針對從圖I的光模塊中一起使用的三個中間透鏡中所發(fā)射的光的勒克斯相對遠離LED光模塊的中心的毫米數(shù)的直線 圖11是針對從圖I的光模塊中一起使用的一個中間透鏡和兩個外部透鏡的組合中所發(fā)射的光的勒克斯相對遠離LED光模塊的中心的毫米數(shù)的直線圖；且圖12是利用圖I的LED光模塊的背照標牌的示意圖。 部件列表
10至少一個LED光模塊；
10所述LED光模塊⑵；
10 LED 光模塊(24)；
10 LED光模塊；
10光模塊；
14中間LED光源⑵；
14覆蓋多個LED光源⑵；
14覆蓋一個LED光源；
14 第一 LED 光源(3);
14單獨的LED光源；
14 LED光源⑵；
14 LED 光源(13)；
14多個LED光源⑵；
14外部LED光源；
14第二 LED光源⑵；
14兩個LED光源；
14兩個外部LED光源⑵；
16 pcb (3)；
20透鏡(5)；
20 透鏡(15)；
20透光透鏡；
20 —個單獨的透鏡；
20 —個透鏡(3);
20兩個透鏡；
20a中間透鏡；
20a 透鏡(3)；
20a 透鏡(2)；
20b 透鏡(2)；
20b 透鏡(2)；
20b外部透鏡；
20b兩個外部透鏡；20c透鏡⑵；
20d 透鏡(2)；
20e透鏡；
20f透鏡；
20f 一個透鏡；
26本體(5)；
26其它本體；
28支架(3)；
30電導線；
40背照標牌(5)；
40深背照標牌；
42透光面(9)；
44外殼(8)；
46后表面(6)。
具體實施例方式在附圖中描述和顯示了結(jié)合了本發(fā)明的ー個或多個方面的示例性的實施例。這些所示的示例并不意圖限制本發(fā)明。例如，在其它實施例中以及甚至其它類型的裝置中可利用本發(fā)明的ー個或多個方面。此外，某些術(shù)語在這里僅僅是出于便利而使用的，并且不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。更進ー步講，在附圖中，采用了相同的參考標號來表示相同的元件。圖1中顯不了發(fā)光二極管(LED)光模塊10的一個不例實施例。LED光模塊10包括彼此間隔開的LED光源14。LED光源14可以是頂部發(fā)光的LED、側(cè)面發(fā)光的LED或兩者的組合。具體地說，在LED光模塊10中使用所有頂部發(fā)光的LED。詞語“頂部發(fā)光的LED”和“前面發(fā)光的LED”時?？苫Q地使用，以指示ー種特定類型的LED。出于簡單起見，這里使用詞語“頂部發(fā)光的LED”，且其意圖包括詞語“前面發(fā)光的LED”。LED光模塊10可包括兩個LED光源14，或者其可包括三個或更多設(shè)置成直線的LED光源14。LED光模塊10還可包括三個或更多設(shè)置成其它幾何圖樣ー包括但不局限于三角形、方形、圓形或在組中的不均勻地間隔開的布置一的LED光源14。轉(zhuǎn)到圖2，顯示了來自圖1的LED光模塊10的示例實施例的截面圖。用于LED光源14的電功率和控制元件可安裝在印刷電路板(PCB) 16上，其還可用作用于LED光源14的安裝表面。各個LED光源14被透光透鏡20所覆蓋。在一個示例中，一個透鏡20覆蓋ー個LED光源14，并且在另ー示例中，一個透鏡20可覆蓋多個LED光源14。透鏡20可由丙烯或聚碳酸酯材料構(gòu)成，但構(gòu)想了多種透明材料。在一個實施例中，LED光模塊10包括兩個彼此間隔開的外部LED光源14，以及設(shè)置在這兩個外部LED光源14之間的中間LED光源14。各個LED光源14被透鏡20所覆蓋，并且透鏡20中的至少兩個具有不同的對于從LED光模塊10中產(chǎn)生均勻的光強度而言有效的形狀。在一個示例中，一個透鏡可具有這樣的截面輪廓其具有和另一透鏡相比不同的形狀，可從同透鏡20b相比時透鏡20a的不同形狀看出這一點。這里，詞語“不同的形狀”指從垂直于PCB16的切割面看到的內(nèi)部截面輪廓。透鏡20具有不同的形狀，以便將來自單獨的LED光源14的光以不同的圖樣分布。雖然不同的截面輪廓被描述為不同的形狀，但是將了解，相同的大致形狀描述可應(yīng)用于兩個不同的透鏡，且仍被認為具有不同的截面輪廓或不同的形狀。例如，一個透鏡20可具有帶特定中心點的拋物線形狀，而另一透鏡20可具有帶不同中心點的拋物線形狀。當比較這兩個透鏡20的光分布圖樣時，它們是不同的，所以透鏡20被認為具有不同的形狀。在一個示例中，當從截面中觀察時，透鏡20可具有圓頂形狀或高斯函數(shù)形狀的內(nèi)表面。將了解，圖中所述的透鏡形狀是示例，并不意味著限制，因為實際上透鏡20的不同形狀存在無盡的可能性，其可組合使用，以便從LED光模塊10產(chǎn)生均勻的光強度。還將了解，一個單獨的透鏡20的截面可具有與其外表面具有不同形狀的內(nèi)表面，改變了從LED光源14中發(fā)射的光的角度，從而使光以與典型的朗伯光分布圖樣不同(圖5中可最佳地看出)的方式分布。具有不同形狀的內(nèi)表面和外表面的透鏡20的截面可產(chǎn)生厚度變化的截面，如透鏡20a和20b的截面中所示。在圖2所示的示例中，覆蓋外部LED光源14的透鏡20b發(fā)射基本離軸分布的光， 并且覆蓋中間LED光源14的透鏡20a發(fā)射基本在軸上的光。在名稱為“LED光引擎”的美國專利No. 7，832，896中描述了包括光學元件(其拓寬了來自相應(yīng)LED的離軸角光分布圖樣)的LED照明器材的特征，該專利通過引用以其整體結(jié)合在本文中。LED光模塊10還包括本體26。在一個示例中，本體可由包覆模制的塑料構(gòu)成，其將組成LED光模塊10的單獨元件一包括LED光源14、透鏡20、PCB16以及某些情況下的支架28 —密封在一起。支架28有助于在包覆模制工藝期間確保LED光模塊10的組成部分保持在其恰當位置。在包覆模制工藝之后，支架28的一段可保持在本體26的外面。在包覆模制工藝之后，電導線30從LED光模塊的內(nèi)部的PCB延伸至LED光模塊的外面。本體26可用于為LED光模塊10產(chǎn)生密封的環(huán)境，防止外來微粒例如灰塵的滲入，同時提供防潮或甚至不透水的條件。本體26還可用作用于經(jīng)由通過PCB16的熱傳導而耗散LED光源14所產(chǎn)生的熱量的裝置。在一個示例中，包覆模制的塑料可以是熱塑性材料，但(還)構(gòu)想了其它材料。另外，還可使用不同于包覆模制塑料的其它本體26構(gòu)造方法或材料。在另一示例中，透鏡20可構(gòu)造為是可互換的，而非包覆模制到本體26中。在這個示例中，透鏡20可在包覆模制件保持在原位的同時進行互換。轉(zhuǎn)到圖3，顯示了 LED光模塊10的另一示例實施例的截面圖。LED光模塊10包括第一 LED光源14和設(shè)置在第一 LED光源14的附近的第二 LED光源14。各個LED光源14被透鏡20所覆蓋，并且兩個透鏡20具有彼此不同的、對于在背照表面上產(chǎn)生均勻的光強度而言有效的形狀。覆蓋第一 LED光源14的透鏡20b發(fā)射離軸分布的光。覆蓋第二 LED光源14的透鏡20a發(fā)射基本在軸上分布的光。除了圖2和圖3中所示的透鏡20之外，還構(gòu)想了許多額外的透鏡設(shè)計。圖4A-4D顯示了其它示例透鏡設(shè)計的截面圖。轉(zhuǎn)到圖4A，透鏡20c是使來自LED光源的光基本在軸上分布的透鏡的一個示例。圖4B的透鏡20d是使來自LED光源14的光離軸分布的透鏡的一個示例。透鏡20c和透鏡20d可與LED光模塊10 —起使用，以分布來自多個LED光源14的光，以便在背照表面上產(chǎn)生均勻的光強度。轉(zhuǎn)到圖4C，透鏡20e是使來自LED光源的光離軸分布的透鏡的另一個示例。在圖4D中所示的另一示例中，一個透鏡20f可覆蓋多個LED光源14。透鏡20f可包括使光基本在軸上分布的中間透鏡形狀，其與(兩側(cè)中的)任一側(cè)的使光離軸分布的兩個透鏡形狀不同。所有三個透鏡可以在相同的模具中進行生產(chǎn)，從而它們彼此附連在一起，以確保恰當?shù)拈g距和組裝的簡易性。將了解，透鏡20a至透鏡20f的多種組合可與LED光模塊10—起使用，以分布來自多個LED光源14的光，以便在背照表面上產(chǎn)生均勻的光強度。出于各種原因，包括節(jié)能原因，LED光源得到更頻繁的使用。轉(zhuǎn)到圖5，顯示了從沒有透鏡的LED光源中所發(fā)射的光路徑的極坐標圖。這是典型的朗伯光分布圖樣，其中光強度與觀察所采用的角度的余弦成正比例。在某些應(yīng)用中，例如背照表面，期望的是跨過整個背照表面具有均勻的光分布。這可利用大量的緊密地在一起間隔開的光源來實現(xiàn)，有助于確保背照表面沒有一部分具備比背照表面的任何其它部分更大或更小的光強度。更經(jīng)濟且更環(huán)境友好的方法是在透鏡的協(xié)作下使用更少的光源來控制發(fā)射自光源的光的路徑。在某些背照表面的應(yīng)用中，透鏡用于控制光路徑，以致カ于最小化LED光源的數(shù)量，同時仍然提供跨整個背照表面的均勻的光分布。轉(zhuǎn)到圖6，顯示了從受到特定透鏡控制的LED光源中所發(fā)射的光分布圖樣的極坐標圖。極坐標圖以圖示方式體現(xiàn)了以堪德拉發(fā)光強度單位測量的從LED光源和透鏡組合中發(fā)射的光量相對于光發(fā)射所處的角度的關(guān)系·(versus)。極坐標圖上的中心垂直線代表垂直于LED光源的0度方向(直接位于LED光源上方)，而其它直線代表遠離垂直線或表面法線以度(degree)所測量的角度。在這種情況下，命名規(guī)則描述了位于垂直線左邊的正角和右邊的負角。極坐標圖包括兩個陰影區(qū)域，第一明影區(qū)域代表透鏡第一軸上的光分布圖樣，并且另ー陰影區(qū)域代表垂直于第一軸的軸上的光分布圖樣。這兩個軸上的光分布圖樣的差異并不意圖是顯著的，而實際上，兩個軸上的光分布圖樣可能是完全相同的。在某些情況下，這兩個軸上的光分布圖樣的差異是因為當從水平和垂直之間看去吋，LED光源的發(fā)射表面是非対稱的緣故。如果LED光源的發(fā)射表面是對稱的，例如方形或圓形，那么這兩個軸上的光分布圖樣將趨于完全相同。形成圖6的光分布圖樣的特定的外部透鏡形狀將發(fā)射自LED光源的光引向LED光源的側(cè)面，其可被稱為“離軸”(例如，相對表面法線30至70度和-30至-70度范圍內(nèi)的更大的光分布)。這種透鏡形狀還引導光遠離LED光源的正上方的空間，其可被稱為“在軸上”(例如，相對表面法線20至-20度范圍內(nèi)的更小光分布)。這種透鏡形狀產(chǎn)生了有時被稱為“蝙蝠焰”的光分布圖樣。在這個示例中，當將從遠離垂直線的ー個角度所發(fā)射的光的堪德拉數(shù)量與垂直線上發(fā)射的光的堪德拉數(shù)量相比時，來自LED光源和蝙蝠焰透鏡的光分布圖樣產(chǎn)生了特定的比率。在圖6中可以看到從LED光源和蝙蝠焰透鏡組合分布的光的比率，從而產(chǎn)生了離軸照度對軸上照度的比率，其大于2:1。形成圖6中所示的光分布圖樣的LED光源和透鏡的組合可用于背照表面的應(yīng)用中。透鏡控制著光路徑，以便有助于確保與更接近LED光源的背照表面的區(qū)域所具有的光量相比，離LED光源更大距離處的背照表面的區(qū)域具有相同的光量。然而，存在這樣的應(yīng)用，其要求LED光源離背照表面較短距離，例如背照柜或小于4英寸深的標牌應(yīng)用。隨著背照表面和光源之間的距離變得更小，蝙蝠焰離軸角必須提高，以便將光引導至背照表面的邊緣。有時候，光的這種重定向可能產(chǎn)生“環(huán)形孔”，其中背照表面呈現(xiàn)更明亮的光環(huán)，而中心明顯地較少光。這在若干應(yīng)用ー包括發(fā)光標牌一中是不合適宜的。LED光模塊包括至少兩個不同形狀的透鏡，以便有助于消除照明環(huán)形孔，并在背照表面上提供均勻的光強度。在圖2中可以看出中間透鏡和外部透鏡的不同形狀，其中中間透鏡20a具有與外部透鏡20b的內(nèi)部輪廓形狀不同的內(nèi)部輪廓形狀。圖2的兩個外部透鏡20b具有相同的內(nèi)部輪廓形狀。轉(zhuǎn)到圖7，顯示了從受到另一示例透鏡控制的LED光源中所發(fā)射的光的極坐標圖。所述透鏡產(chǎn)生了如極坐標圖中所示的光分布圖樣，其可用作LED光模塊中的透鏡之一。該透鏡使光基本在軸上分布。產(chǎn)生蝙蝠狀光分布圖樣的透鏡可用作其它透鏡中的至少一個。在一個示例中，產(chǎn)生圖7中的光分布圖樣的透鏡可在具有三個LED光源和三個透鏡的LED光模塊中用作中間透鏡。兩個剩余(外部)透鏡可具有蝙蝠焰的輪廓形狀。蝙蝠焰透鏡發(fā)射離軸分布的光，并且中間透鏡發(fā)射基本在軸上分布的光。在一個示例中，當將從遠離垂直線的一個角度所發(fā)射的光的堪德拉數(shù)量與在垂直線上發(fā)射的光的堪德拉數(shù)量相比時，來自LED光源和中間透鏡的光分布圖樣產(chǎn)生了特定的比率。在圖7中可以看到從LED光源和中間透鏡分布的光的比率產(chǎn)生了小于2:1的離軸照度對軸上照度的比率。圖8中所示的極坐標圖顯示了改進的光分布圖樣，其利用一個中間透鏡和兩個外部透鏡的所述組合(如圖2中最佳地看到)而產(chǎn)生了均勻的光強度。在一個示例中，來自LED光源和所述透鏡組合的光分布圖樣產(chǎn)生了在兩個不同的照明區(qū)域之間所測量的特定的 比率。在圖8中可以看到從LED光源和所述透鏡組合所分布的光的比率產(chǎn)生了至少是2 :1的離軸照度對軸上照度的比率。圖6中所表示的外部透鏡的光分布圖樣結(jié)合圖7中所表示的中間透鏡的光分布圖樣，在被照亮的表面，例如背照標牌面上，取得了更均勻的光強度。均勻的光強度可以是這樣的光分布其中，在具有大約10. 16 cm(4英寸)深度的背照標牌中不能將單獨的LED光源與另一 LED光源區(qū)分開。具有均勻強度分布的光的進一步的特征是避免了通常與在背照表面應(yīng)用一例如淺的背照標牌一中進行照明相關(guān)聯(lián)的環(huán)形孔和熱點。在另一示例中，所有的LED光源可被一個透鏡所覆蓋。在中間LED光源上面的部分處的透鏡輪廓與其它LED光源上面的部分處的透鏡輪廓是不同的。這具有與三個單獨的透鏡相同的效果，其中中間透鏡具有與其它兩個透鏡不同的輪廓。來自LED光源中的至少一個的光分布與來自其它LED光源中的至少一個的光分布相混合。這種光圖樣混合有助于確保到達背照表面的光的均勻強度。另外，光圖樣混合有助于中和LED光源的顏色方面任何小的變化。此外，來自LED光源的所引導的光的組合產(chǎn)生了均勻的光強度，使得不能自背照表面的相反側(cè)確定單獨的光源。轉(zhuǎn)到圖9-11，顯示了勒克斯(發(fā)光強度)相對遠離LED光模塊中心的毫米數(shù)的直線圖。這里，LED光模塊的中心被限定為由LED光源的中心點所限定的線(例如LED光模塊的中心軸線)。在多個LED光源的中心點不產(chǎn)生直線的情況下，LED光模塊的中心線的近似可能就足夠了。圖9的圖是具有三個LED光源和透鏡的LED光模塊的圖。各個透鏡是蝙蝠焰形狀的透鏡，其將來自LED光源的光進行離軸分布。圖表中的兩個峰頂和中央谷底用作在LED光模塊中只使用蝙蝠焰透鏡時環(huán)形孔效應(yīng)的定量測量。轉(zhuǎn)到圖10，該圖是具有三個LED光源和透鏡的LED光模塊的圖，其中各個透鏡使光基本在軸上分布。例如，通過利用圖2中所示的三個中間透鏡可產(chǎn)生圖10中所示的發(fā)光強度，以便在一個LED光模塊中覆蓋所有三個LED光源。該圖表顯示了靠近LED中心線的大的發(fā)光強度量和其它地方小得多的發(fā)光強度。轉(zhuǎn)到圖11，該圖代表一種LED光模塊，其具有三個LED光源和兩個不同的透鏡；SP，位于外部LED之上的離軸蝙蝠焰形狀的透鏡和位于中間LED之上的在軸上分布的中間透鏡。該圖表顯示了在各側(cè)面上遠離中心線大約60mm距離處的均勻的發(fā)光強度，其中發(fā)光強度超過4，500勒克斯。LED光模塊中的不同透鏡形狀的組合傾向于在背照表面的區(qū)域上產(chǎn)生均勻的光強度。這個區(qū)域的寬度由LED光源至背照表面的距離和所引導的光的角度來確定。在ー個示例中，參看圖8，均勻光強度的區(qū)域由離LED光源的相對垂直線從+40至-40度的角度來產(chǎn)生。更優(yōu)選地，均勻光強度的區(qū)域由離LED光源的相對垂直線從+50至-50度的角度來產(chǎn)生。還更優(yōu)選地，均勻光強度的區(qū)域由離LED光源的相對垂直線從+70至-70度的角度來產(chǎn)生。 另外，LED光模塊中的不同透鏡形狀的組合傾向于在背照表面上產(chǎn)生均勻的光強度，而不管從多個LED光源落在背照表面上的光的角度方面的變化如何寬泛。照度的余弦定律表述為在來自LED光源的光通量輸出相對恒定的條件下，隨著在LED光源和背照表面之間的角度増加，相同通量遍布在更大區(qū)域上。因為相同的通量遍布在更大區(qū)域上，所以該區(qū)域中的任何點上的亮度減少。為了最小化照度的余弦定律的效果，用于蝙蝠焰的透鏡形狀引導更多光至更寬的光分布圖樣的離軸角上，并且將逐漸少的光引導至光分布圖樣的在軸上的中心區(qū)域上。在一個示例中，可看出LED光模塊10中的不同透鏡形狀的組合產(chǎn)生了離軸照度對軸上照度的比率，其數(shù)字上介于中間透鏡的相同比率的值和蝙蝠焰透鏡的相同比率的值之間。在另ー示例中，再次參照圖8，LED光模塊10中的不同透鏡形狀的組合導致在離垂直線-20至+20度的角度之間至少大約30堪德拉的光分布圖樣。LED光模塊10中的不同透鏡形狀的組合還導致在離垂直線-50至-20度和離垂直線20至50度的角度之間至少大約40堪德拉的光分布圖樣。LED光模塊10中的不同透鏡形狀的組合還導致在離垂直線-70至-50度和離垂直線50至70度的角度之間至少大約60堪德拉的光分布圖樣。圖6-11的圖代表有待用于LED光模塊10中的一個透鏡20 (例如圖1中所示的透鏡20)或透鏡20的組合的量化的照明品質(zhì)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到利用例如圖4中所示的那些的各種其它透鏡輪廓將產(chǎn)生圖6-11中的不同的圖。轉(zhuǎn)到圖12，顯示了具有背照表面的背照標牌40。在一個示例中，背照表面可以是透光面42。出于舉例說明的目的，透光面42被局部剖切。背照標牌40包括外殼44和至少一個設(shè)置在外殼44中的LED光模塊10。透鏡20中的至少兩個具有不同的、在背照表面或平面上產(chǎn)生均勻的光強度方面有效的形狀。背照表面可以是外殼44上的透光面42，其在LED光模塊10之上延伸。LED光模塊10可通過本領(lǐng)域中已知的任何方法而固定在外殼44的后表面46上，包括但不局限于螺紋緊固件、夾子、粘合劑、雙面膠帶等等。在另ー示例中，LED光模塊10可定位在后表面46和透光面42之間。構(gòu)想了各種風格的標牌結(jié)構(gòu)和材料，只要LED光模塊10定位在透光面42之后的短距離處即可。在ー種背照標牌中，從外殼44的后表面46至透光面42的距離不超過15. 24 cm(6英寸)。在另ー背照標牌40中，從外殼44的后表面46至透光面42的距離不超過10. 16 cm(4英寸)。在又一背照標牌40中，從外殼44的后表面46至透光面42的距離不超過3. 81 cm(l又1/2英寸)。構(gòu)想了從外殼44的后表面46至透光面42的距離可少至1. 27 cmW英寸)。此外，來自LED光源的所引導的光的組合在背照表面上產(chǎn)生了均勻的光強度，使得単獨的光源不能被単獨地自背照表面的相反側(cè)面檢測為“熱點”。背照表面上的均勻的光強度的另ー指示表明其本身在跨過背照表面的直線上的任一點處測量的光強度變化小于30%。具有均勻強度分布的光的進ー步的特征是避免了通常與在背照表面的應(yīng)用一例如淺的背照標牌一中進行照明相關(guān)聯(lián)的環(huán)形孔和熱點。所述LED光模塊10提供了控制與不同透鏡20相結(jié)合的多個LED光源14的光路徑的好處，以便在背照表面上提供均勻的光強度。隨著背照標牌40的深度變得更淺，需要透鏡20的光學器件控制光路徑，以便在離垂直線更大的角度上移動。另外，所述LED光模塊10可鼓勵使用較少的照明產(chǎn)品來將相對相同數(shù)量的光傳遞至背照表面上。在一個示例中，3英寸深的背照標牌40可具有間隔開六英寸的LED光源14，其利用典型地存在于更傳統(tǒng)的應(yīng)用中的照明產(chǎn)品的一半。此外，用于在背照表面上產(chǎn)生均勻光強度的相似的方法可適用于以不同的輸出角度發(fā)射光的全內(nèi)反射(TIR)透鏡設(shè)計。應(yīng)該明顯的是，本公開內(nèi)容通過示例進行了公開，而且在不脫離包含在本公開中的教義的公正范圍的情況下，可通過添加、修改或去除細 節(jié)做出各種變化。因此除了在所附的權(quán)利要求必要地如此受限制的程度之外，本發(fā)明并不局限于本公開的特定細節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種LED光模塊(10)，包括至少兩個彼此間隔開的LED光源(14)，所述LED光源(14)中的各個被透鏡(20)所覆蓋，其中所述透鏡(20)中的至少兩個具有以如下形式彼此不同的形狀不同的內(nèi)部截面輪廓，或具有不同的光分布圖樣的相似的所述輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED光模塊(10)，其特征在于，包括三個所述LED光源(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED光模塊(10)，其特征在于，覆蓋所述LED光源(14)的所述透鏡(20)中的兩個發(fā)射離軸分布的光，并且覆蓋所述LED光源(14)的所述透鏡(20)中的第三個發(fā)射基本在軸上分布的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED光模塊(10)，其特征在于，還包括將所述LED光源(14)、所述透鏡(20)和印刷電路板(16)密封在一起的包覆模制塑料體(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED光模塊(10)，其特征在于，還包括將所述LED光源(14)和所述印刷電路板密封在一起的包覆模制塑料體(26)，其中所述透鏡(20)是可互換的。
6.—種LED光模塊(10),包括第一LED光源(14)和設(shè)置在所述第一LED光源(14)附近的第二 LED光源(14)，所述LED光源(14)中的各個被透鏡(20)所覆蓋，其中覆蓋所述第一LED光源(14)的透鏡(20)發(fā)射離軸分布的光，并且覆蓋所述第二 LED光源(14)的透鏡(20)發(fā)射基本在軸上分布的光，其中所述透鏡(20)具有以如下形式彼此不同的形狀不同的內(nèi)部截面輪廓，或具有不同的光分布圖樣的相似的所述輪廓。
7.一種LED光模塊(10)，包括多個第一 LED光源(14)和設(shè)置在所述第一 LED光源(14)中的至少兩個之間的至少一個第二LED光源(14)，所述LED光源(14)中的各個被透鏡(20)所覆蓋，其中覆蓋所述第一 LED光源(14)的透鏡(20)發(fā)射離軸分布的光，并且覆蓋所述第二LED光源(14)的透鏡(20)發(fā)射基本在軸上分布的光，其中，所述透鏡(20)中的至少兩個具有以如下形式彼此不同的形狀不同的內(nèi)部截面輪廓，或具有不同的光分布圖樣的相似的所述輪廓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED光模塊(10)，其特征在于，還包括將所述LED光源(14)和印刷電路板(16)密封在一起的包覆模制塑料體(26)，其中所述透鏡(20)是可互換的。
9.一種包括外殼(44)的背照標牌(40),所述外殼(44)包括與后表面(46)間隔開的背照表面，至少一個根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED光模塊(10)設(shè)置在所述外殼(44)中，并且所述背照表面在所述LED模塊之上延伸。
10.一種包括外殼(44)的器材,所述外殼(44)包括與后表面(46)間隔開的背照表面，多個根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED光模塊(10)設(shè)置在所述外殼(44)中，并且所述背照表面在所述LED光模塊(10)之上延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于背光照明的LED光模塊。描述了一種LED光模塊(10)和使用LED光模塊中的至少一個的背照標牌(40)。LED光模塊包括至少兩個彼此間隔開的LED光源(14)。各個LED光源被透鏡(20)所覆蓋，并且透鏡中的至少兩個具有彼此不同的形狀。LED光模塊在背照表面上產(chǎn)生了均勻的光強度。LED光模塊可包括三個LED光源。覆蓋LED光源的透鏡中的兩個發(fā)射離軸分布的光，并且覆蓋LED光源的第三個透鏡發(fā)射基本在軸上分布的光。背照標牌包括外殼(44)、設(shè)置在外殼中的至少一個LED光模塊、以及在LED模塊之上延伸的外殼上的背照表面。
文檔編號F21S8/00GK102954406SQ20121028967
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者J.M.奈爾, T.羅爾夫斯, B.斯帕尼, S.王 申請人:通用電氣公司