LED 发光引擎制造技术

一种发光引擎，包括多个LED以及多个光学元件，每个光学元件都与一个相应的LED配合工作。这些光学元件使相应LED的偏轴角扩大，以便在目标平面上提供更均匀的照亮。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】LED发光引擎本申请是于2009年4月17日提交的要求了美国专利申请第12/105963号的优先权、中国申请号为200910134472.5且专利技术名称为“LED发光引擎”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
本申请涉及一种LED发光引擎。
技术介绍
LED发光引擎(LED light engine)被用来照亮箱体和槽形字(channel letter)招牌。在美国，典型的槽形字招牌的槽深(can depth)为5英寸，槽深是槽形字的后壁与半透明盖之间的距离。为照亮槽形字，将LED串发光引擎(LED string light engine)附设在后壁上并且使光向前朝向半透明盖。为使效率最优化，宁可LED彼此间隔得尽可能的远也不能在半透明盖上看到任何暗点和/或过亮点。为使黑点最小化，LED彼此间隔得足够的近，以使来自每个LED的光束图样(light beam pattern)与来自邻近限定数量的LED的光束图样重叠，从而向招牌的观看者呈现均匀的外貌。图1示出了一幅示意图，图中，招牌14内的第一 LED 10与相邻的第二 LED 12间隔距离(中心到中心)W。在该示意图中，LEDlO和12附设在招牌的后壁16上，并且使光朝向半透明盖(典型的招牌只有一个盖，但是出于例证的目的，该示意图示出了两个盖，每个盖位于距离LED不同距离处)。第一示例性的半透明盖18与LED间隔距离D1，而第二示例性的半透明盖20与LED间隔距离D2，其中，Dl比D2大。距离W被称为笔划宽度(stroke width)，其为招牌或槽形字内相邻条或相邻行的LED发光引擎之间的距离。笔划宽度W是LED的视角的函数。LED视角Θ是由这样的边界限定的偏轴角(ο??-axis angle) β的两倍:在该边界处LED在该平面处的发光强度是垂直于该平面直接沿轴线(on-axis)观看的强度的若干百分比。期望这样间隔这些LED:使第一 LED 10的50%强度边界与第二 LED 12的50%强度边界重叠、重合或非常接近。这样，每个LED的50%强度增加了约100%的单个LED的沿轴线强度。如果这一关系在整个招牌中都得以维持，则能实现所期望的均匀性，因而在半透明盖上不会看到亮点或暗点。槽形字也被制造得具有更浅的槽深，有些只有一英寸那么小。当槽深为五英寸(125mm)且笔划宽度为W时，使50%边界与相邻LED的50%边界重合所需的视角Θ比槽深为一英寸而笔划宽度W保持不变时使50%边界与相邻LED的50%边界重合所需的视角Θ窄得多。这是因为tani3与笔划宽度W成正比而与槽深成反比。回过来参照图1对此进行描述，其中示出了 LED的视角Θ适于LED与半透明盖间隔Dl的招牌。相比之下，该视角对于LED与半透明盖间隔D2而LED之间的间隔W保持不变的招牌则太窄。已知的用于照亮具有更浅槽深(通常小于两英寸)的槽形字的LED发光引擎要求LED彼此隔得非常近，S卩，缩短笔划宽度W以提供上述期望的光束图样重叠。由于这些LED必须隔得非常近，因此这些LED系统需要很多LED来照亮槽形字。这导致有关能源使用的低效率以及更高的成本，因为LED通常是发光引擎中最昂贵的元件。
技术实现思路
—种能克服前述缺陷的用于以限定的均匀性照亮目标平面的发光引擎，该发光引擎包括多个LED和多个光学元件，每个光学元件都与一个相应的LED配合工作。该发光引擎与目标平面间隔距离D。这些LED排列在彼此间隔距离W的相邻行中。每个LED都具有由一半强度边界限定的偏轴角β?，在该一半强度边界处，LED在一个平面上的发光强度约为直接沿轴线观看在该平面上的发光强度的一半，并且tani3 l〈(W/2)/D。光学元件使偏轴角β I扩大至偏轴角β2，其中，在目标平面上，一行LED的一半强度边界与相邻行LED的一半强度边界非常接近。使用这种发光引擎，目标平面处限定均匀性的照亮基本能得以保持。—种能克服前述缺陷的用于照亮招牌的方法，该方法包括在具有半透明盖的招牌内设置多个电力互连的LED模块，使每个LED与半透明盖间隔距离D，将这些LED排列在相邻行中以使相邻的LED彼此间隔距离W，以及照亮这多个LED以在半透明盖上产生多个光束图样。每个LED模块都可以包括一个LED和一个与该LED配合工作的光学元件。每个LED都具有偏轴角β 1，此处从相应LED发出且未被相应光学元件改变方向的光的发光强度约为相应LED的沿轴线发光强度的一半。这些LED模块排列在相邻行中，以使相邻的LED彼此间隔距离W，其中，tani3 l〈(W/2)/D。照亮这多个LED还包括使来自每个LED的光经相应光学元件改变方向以具有偏轴角β 2，此处从相应LED发出并被相应光学元件改变方向的光的发光强度约为相应LED及相应光学元件的沿轴线发光强度的一半。在本方法中，目标平面上的第一改变光束图样与目标平面上的第二改变光束图样重叠，该第一改变光束图样由第一行中的第一 LED结合第一光学元件产生并且由第一 LED和第一光学元件的偏轴角β 2界定，该第二改变光束图样由相邻行中的第二 LED结合第二光学元件产生并且由第二 LED和第二光学元件的偏轴角￠2界定。在另一个实施例中，一种克服前述缺陷的发光引擎，该发光引擎包括多个电力互连的LED模块。这些LED模块包括:支座，该支座在第一表面上具有电路；LED，该LED位于支座的第一表面上并且与该电路电连接；基本为穹顶状的折射光学元件，该折射光学元件遮住该LED;以及过模制(overmolded)壳体，该过模制壳体基本环绕支座并接触光学元件，以密封该LED从而保护LED不受外界影响。LED可以具有主视角。可以构造光学元件以增大LED的主视角，从而提供比该主视角大的改变主视角。在另一个实施例中，一种克服前述缺陷的用于以限定的均匀性照亮目标平面的发光引擎，该发光引擎包括多个LED和多个光学元件，每个光学元件都与一个相应的LED配合工作。该发光引擎与目标平面间隔距离D。这些LED排列在彼此间隔距离W的相邻行中。这些LED中的每个都具有由一半强度边界限定的偏轴角β?，在该一半强度边界处，LED在一个平面上的发光强度约为直接沿轴线观看在该平面上的发光强度的一半，并且tani3 l〈(W/2)/D。光学元件每个都与一个相应的LED配合工作，以使偏轴角β I扩大至偏轴角β 2，其中，tan β I约为(ff/2)/D0【附图说明】图1是设置在招牌中并排列在彼此间隔距离W的相邻行中的LED的横截面示意图；图2是设置在招牌中并排列在彼此间隔距离W的相邻行中的LED的横截面示意图；图3是多个LED以及与这些LED配合工作的相应光学元件的截面示意图，其中，这些LED设置在招牌中并排列在彼此间隔距离W的相邻行中；图4是用于照亮诸如图3中示意性所示的一个招牌的串发光引擎的透视图；图5是沿着x-y平面中串发光引擎的中心截取的图4中串发光引擎的LED模块的横截面图；图6是以横截面示出的、沿着x-y平面中光学元件的中心截取的图4中串发光引擎的光学元件的横截面图；图7是以侧视图示出的图6的横截面图；图8是位于招牌内的图1中所示串发光引擎的侧视图；图9是图1中所示串发光引擎的俯视图；图10是招牌的正视图，并且半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于以限定的均匀性照亮目标平面的发光引擎，所述发光引擎与所述目标平面间隔距离D并包括：多个LED，排列在彼此间隔距离W的相邻行中，每个所述LED都具有由一半强度边界限定的偏轴角β1，在所述一半强度边界处，所述LED在一个平面上的发光强度约为直接沿轴线观看在所述平面上的发光强度的一半，其中，tanβ1<(W/2)/D；以及多个光学元件，每个光学元件都与一个相应的LED配合工作，以使所述偏轴角β1扩大至偏轴角β2，其中，在所述目标平面处，一行LED的一半强度边界非常接近于相邻行LED的一半强度边界。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：库希克·萨哈，杰弗里·诺尔，马克·J·迈尔，高春梅，凯文·卡彭特，谢珊珊，曹异域，约翰·欧文斯，
申请(专利权)人：照明有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US