用于點源應用的間接光混合LED模塊的制作方法

本發明涉及用于點源應用的間接光混合led模塊。

背景技術：

已知結合固態光源的照明器材能夠提供有效光輸出。但是，改造或替代按傳統具有白熾燈泡的燈具可由于精密復制包括白熾燈泡的照明器材的光輸出的期望和/或需要而復雜化。一些情形能夠被如下事實復雜化：一些固態光源沒有產生嚴格或密切匹配待替代白熾燈泡的輸出。例如，白色發光二極管(led)可能沒有生成具有與暖白色白熾燈泡相同的光譜的光。

固態光源、例如發光二極管(led)比白熾燈泡和燈更為有效。因此，期望提供用于基本上復制具有傳統白熾燈或燈泡的器材所呈現的光輸出的照明器材的基于led的白熾替代模塊的方法和系統。

技術實現要素：

技術方案1：一種照明系統，包括：

殼體，限定外殼，并且具有所述殼體的外表面中的孔；

反射器，設置在所述殼體的所述外殼之上或之中，以反射光發射；

固態光源的多個組，設置在所述殼體中，每組包含一個或更多固態照明源，所述固態照明源配置成把來自其的光發射定向到所述反射器，并且所述多個固態光源的每組與固態光源的其他組獨立地進行操作以發射光；以及

混合室，由位于所述反射器與所述孔之間的所述外殼中的空間所限定，其中所述反射器配置成把來自固態光源的所述多個組的光發射反射到所述混合室，其中所反射的光發射在經過所述孔離開所述殼體之前相組合。

技術方案2：如技術方案1所述的系統，其中，所述固態光源包括發光二極管。

技術方案3：如技術方案1所述的系統，還包括定位成覆蓋所述孔的至少一部分的透鏡。

技術方案4：如技術方案3所述的系統，其中，所述透鏡是透光的。

技術方案5：如技術方案1所述的系統，其中，所述凹面反射器包括半球形形狀。

技術方案6：如技術方案1所述的系統，其中，所述多個固態光源包括沿定向成朝所述反射器發射光的所述孔的周邊所設置的光源陣列。

技術方案7：如技術方案1所述的系統，其中，經過所述孔離開所述殼體的所組合的光發射對于固態光源的所述多個組的每個具有相同光學特性。

技術方案8：如技術方案1所述的系統，其中，所述殼體上的所述凹面反射器是構成所述殼體的整體所需的。

技術方案9：如技術方案1所述的系統，其中，固態光源的所述多個組其中之一在給定時間與所述固態光源的其他組排他地發射光。

技術方案10：如技術方案1所述的系統，其中，經過所述孔離開所述殼體的所組合的光發射對于固態光源的所述多個組的每個在所述孔上具有光學特性的均勻性。

技術方案11：如技術方案1所述的系統，其中，來自所述多個固態光源的所述光發射的百分之五十以上在經過所述孔離開所述殼體之前由所述反射器多次反射。

技術方案12：如技術方案1所述的系統，其中，包含所述孔的區域處于包含所述固態光源的表面中。

技術方案13：一種照明系統，包括：

殼體，限定外殼，并且具有所述殼體的外表面中的孔；

反射器，設置在所述殼體的所述外殼之上或之中，以反射光發射；

固態光源的多個組，設置在所述殼體中，每組包含具有相同光學顏色輸出的一個或更多固態照明源，所述固態照明源配置成把來自其的光發射定向到所述反射器，并且所述多個固態光源的每組與固態光源的其他組獨立地進行操作以發射光；以及

混合室，由位于所述反射器與所述孔之間的所述外殼中的空間所限定，其中所述反射器配置成把來自固態光源的所述多個組的光發射反射到所述混合室，其中所反射的光發射在經過所述孔離開所述殼體之前相組合。

技術方案14：如技術方案1所述的系統，其中，所述固態光源包括發光二極管。

技術方案15：如技術方案1所述的系統，還包括定位成覆蓋所述孔的至少一部分的透鏡。

技術方案16：如技術方案3所述的系統，其中，所述透鏡是透光的。

技術方案17：如技術方案1所述的系統，其中，所述凹面反射器包括半球形形狀。

技術方案18：如技術方案1所述的系統，其中，所述多個固態光源包括沿定向成朝所述反射器發射光的所述孔的周邊所設置的光源陣列。

技術方案19：如技術方案1所述的系統，其中，固態光源的所述多個組包括紅色固態光源的組、綠色固態光源的組和藍色固態光源的組。

技術方案20：如技術方案1所述的系統，其中，所述殼體上的所述凹面反射器是構成所述殼體的整體所需的。

技術方案21：如技術方案1所述的系統，其中，固態光源的所述多個組其中之一每次排他地發射光。

技術方案22：如技術方案1所述的系統，其中，經過所述孔離開所述殼體的所組合的光發射對于固態光源的所述多個組的每個在所述孔上具有光學特性的均勻性。

技術方案23：如技術方案1所述的系統，其中，來自所述多個固態光源的所述光發射的百分之五十以上在經過所述孔離開所述殼體之前由所述反射器多次反射。

技術方案24：如技術方案1所述的系統，其中，包含所述孔的區域處于包含所述固態光源的表面中。

附圖說明

通過結合附圖考慮本發明的以下詳細描述，本發明的一些實施例的特征和優點及其實現方式將變得更為顯而易見，附圖包括：

圖1是按照本文的一些方面、包括內部背光反射器的照明器材的說明圖示；

圖2是按照本文的一些方面的環形印刷電路板和其上支承的固態光源陣列的說明圖示；

圖3是按照本文的一些方面的環形印刷電路板和其上支承的包括固態光源的多個組的固態光源陣列；

圖4是按照本文的一些實施例的半球形背光反射器的說明圖示；

圖5是按照本文的一些實施例的光學強度譜或白熾燈泡和led的曲線；以及

圖6是按照本文的一些實施例的照明器材的說明性譜曲線。

具體實施方式

圖1是按照本文的一些實施例的照明器材100的說明性示意截面側視圖。圖1所示的照明器材100可指定為具有白熾光源的照明器材或模塊的替代。本公開的替代照明器材或模塊在本文中又稱作led模塊。led模塊100可用于多種應用和上下文中，包括但不限于鐵路信號、交通信號、路燈和其他照明目的。led模塊100包括殼體105，以便至少部分包封模塊的多個組件。led模塊100示為包含多個不同組件。但是應當理解，附加、更少、備選和置換的組件也可通過led模塊的殼體來包含和/或支承，而不失一般性。

led模塊100包括殼體105的外部表面的孔102或開口。孔提供端口或開口，殼體中的光源所生成的光能夠經過其離開led模塊。圖1中，led模塊100的孔102由透鏡110來覆蓋。在一些實施例中，透鏡110可由能夠是透明或著色的玻璃、塑料或聚碳酸酯材料來構成。透鏡110可著色以適合特定用途或使用情況，例如用作鐵路信號或交通信號，其中預計信號裝置在鐵路或交通信號的操作中的各種時間照射例如紅色、綠色和黃色。在一些方面，透鏡110充分填充殼體105中的孔。在一些實施例中，孔102可以沒有放置于其中的透鏡。也就是說，在一些實施例中，本文的照明系統可以不包括殼體的孔中的透鏡。

led模塊100還包括殼體中的印刷電路板140，其支承多個固態光源115、120、125、130。多個固態光源115、120、125、130配置和定向成朝背光反射器112發射光。反射器112成形和定位在殼體105中，以便經過位于殼體105的孔中的透鏡110來反射從固態光源115、120、125、130所發射的光。反射器112可具有半球(即，半球形)形狀，并且在本文的各個方面可互換地稱作半球背光反射器、半球形背光反射器以及簡單地稱作反射器。在一些方面，固態光源115、120、125、130和反射器112相對彼此經過定位在殼體105的孔中的透鏡110來配置和設置成反射固態光源所生成的光135。在一些實施例中，從固態光源所發射的光在經過孔102離開殼體105之前由反射器112多次反射。在一些實施例中，來自固態光源的光發射的百分之五十(50%)以上在經過殼體離開殼體之前由反射器多次反射。

在一些實施例中，照明器材100可包括一個或更多光源115、120、125、130。在一些實施例中，光源可以是固態光源，例如發光二極管(led)。相關領域的技術人員將會理解，在這類光源與本文的各個實施例的其他方面相容的意義上，除了以下論述和對應附圖具體所示光源之外的光源也處于本公開的范圍之內。

在一些方面，可期望或要求從led模塊100所發射并且經過透鏡110進一步反射的光復制或者以其他方式呈現與具有白熾光源的照明器材相同或相似的光學特性。這個期望或要求的一個原因會是采用具有固態光源的替代照明器材和模塊有效地替代遺留白熾照明器材，其中替代模塊的用戶和其他觀察者將感知替代模塊所輸出的光的極少差異或者沒有感知差異。這樣，替代照明模塊、例如led模塊100可在操作中在極少或沒有觀察led模塊的人所注意的可感知光學差異的情況下安裝和放置。在一些實施例中，通過使用固態光源，led模塊還可提供改進可靠性和更低操作成本。

在一些實施例中，殼體105、反射器112和透鏡110配置成在殼體內限定殼體中的反射器112與孔102之間由透鏡110所覆蓋的區域或空間。這樣限定的空間在本文中稱作混合室145。所配置的混合室145提供空間，其中從多個固態光源115、120、125、130所發射的光相互作用和以其他方式組合在一起，以產生所產生光135，其經過殼體105的孔和透鏡110。

在一些方面，混合室145在物理和光學上與殼體105中的其他區域隔離。例如，在一些實施例中，led模塊100可具有設置在殼體的至少部分中的灌封材料。設置在殼體中的灌封材料可包括熱傳導材料，其幫助led模塊的一些熱管理方面。但是，混合室145在物理上與灌封材料以及可能干擾光“混合”(其當固態光源進行操作以朝背光反射器112發射光時在混合室中發生)的其他物件隔離。

在一些實施例中，固態光源115、120、125和130可包括具有不同顏色的固態光源的多個組的組合。在一個示例中，固態光源的編組可包括白色固態光源的組和彩色(即，非白色)固態光源的組。例如，固態光源115、120、125和130各可以是led，其中led115是發射白光的白色led，led120和125是藍色發光led，以及led130發射紅光。在一些實施例中，白光和非白光的組合最初從固態光源115、120、125、130發射到反射器112，其中入射在反射器112的內表面的光圍繞混合室145反射。其他示例包括(1)照明系統，包括2700k(開爾文)白色led的組和5500k白色led的組，其相組合以產生白光發射，以及(2)照明系統，包括紅色led的組、綠色led的組和藍色led的組，其相組合以產生白光發射。如本文所使用的固態光源的“組”表示包括至少一個固態光源的集合。在一些實施例中，光逸出混合室的唯一方式是經過由透鏡110所填充或覆蓋的殼體105中的孔。

在經由經過殼體孔102和透鏡110的通道離開殼體之前，來自多個光源(例如固態光源115、120、125和130)的光可在混合室中相互作用或者組合在一起。此外，所組合的光可通過經過殼體孔中的透鏡110離開殼體。

如先前所述，led模塊100的期望或功能可以是產生具有與暖白光白熾照明器材相同或基本上相似的光譜的光輸出。要注意，白色led的譜輸出可能不匹配或者充分接近白色白熾光源的譜輸出。但是，本公開提供用于通過在一些實施例中組合具有不同顏色的固態光源的多個組、使用(一個或多個)固態光源來實現復制白色白熾照明器材所產生的光的預期功能的機制，其中多個固態光源加性地相互促成以產生光輸出，其是能夠基本上復制白色白熾照明器材所產生的光的多個固態光源的發射的組合。在一些實施例中，多個固態光源的光在本文的系統和設備的混合室中相互組合，以產生具有與白色白熾光源相似的譜密度的輸出光。在一些實施例中，來自多個固態光源的光相互組合，以便在經過其中離開時實際產生跨殼體中的孔或在殼體中的孔上具有基本上均勻的光學特性的光輸出。

本申請人實現到一種led模塊，其使用一個或更多(即，多個)固態光源、例如led。本文中，固態光源可包括一個或更多led或板上芯片(cob)led陣列，其呈現白色或者另外某種特定的預定顏色。如本文所使用的呈現白色或“基本上白色”的單個或多個led的陣列為了方便起見將稱作“白色led裝置”，以及呈現為彩色(例如紅色、黃色、青色等)的單個或多個led的陣列為了方便起見將稱作特定顏色(例如紅色、黃色、青色等)led。按照本文的一些方面，包括暖白或白光led陣列的固態光源具有大約小于2800k的色溫。如本文所使用的固態光源的多個組的不同顏色在本文中表示多個固態光源所發射的光的光學特性的不同值。例如，固態光源的多個組可產生具有不同值的波長的光。

透鏡110可以是透明或著色的，并且設置成與殼體105中的孔相鄰，以便允許混合室145中組合的光的通過，以離開殼體。在一些實施例中，透鏡110設計成將某種顏色或色調投射到經過其中的光。特定顏色可基于led模塊100的特定應用、用途或應用來選擇。在一些實施例中，從固態光源115、120、125、130所發射、從反射器112所反射、在混合室145中相組合并且經過透鏡110所透射的光切實有效地復制具有大約小于2800k的色溫的常規白熾燈泡和/或單色led或其他固態光源產品所發射的光譜。在一些方面，包括孔的區域或表面(例如平面)處于包括固態光源的表面之內，如圖1所示。

要注意，鐵道旁信號和其他照明器材按傳統使用白色白熾燈泡(即，色溫<2800k)，以便保持紅色信號的充分亮度。本申請人認識到，按照如下方式執行現有白熾照射鐵路旁信號(和其他類型的照明應用)的任何led改造會是重要的：使得照明系統或裝置系統中的任何變更沒有實質上改變或更改向列車駕駛員、安全人員和其他相關觀察者和實體所呈現的信號的預計(在一些情況下為所需)外觀。

在切實有效地復制鐵路旁信號和具有白熾燈泡的其他類型的照明器材、裝置和系統的努力中，在本文的一些實施例中選擇的白色和非白色固態光源的組合一般可具有近似白熾對等鐵路旁信號和其他類型的照明器材的色溫和光強度的特性。

要注意，可存在從暖白色白熾燈泡和本文的白色led裝置(其中兩者均具有大約小于2800k(例如大約2700k)的色溫)所發射的光的輻射測量譜的差異，即使它們可能具有相似色溫和光度學亮度。圖5是包括2700k白熾燈泡的光學強度的說明曲線505和本文的暖白色led(例如2700k)的光學強度的說明曲線510的圖表500。在如圖表500所示的一些方面，白熾燈泡的光學強度譜呈現從較短波長區域到較長波長區域的增加單調光學強度。但是，白色led裝置因藍包（bluebump）而在大約450nm展示光學強度峰值，之后接著在大約480nm的光學強度谷值，然后其光學強度單調增加，直至在大約600nm達到全局峰值，并且此后光學強度隨著波長增加而單調減少。

在一些方面，本文的非白色固態光源提供具有能夠在混合室中與本文的白色固態光源相組合的強度和譜的光量，以便按照可控和可重復方式來復制白熾照明器材所生成的光。

要注意，在白色led裝置的光學強度譜不同于白熾燈泡(包括相似色溫的燈泡)的情況下，從本文所公開的led模塊所傳送的所產生光的色度可通過組合來自具有不同顏色的固態光源的一組或多組的光來補償那個差異，以取得所需和/或至少預期的色度要求。本申請人認識到，白色led裝置與白熾燈泡的光學強度譜之間的差異能夠通過在照明器材的殼體的混合室中組合來自具有不同顏色的固態光源的多個組的光來補償。

圖2是可包含在led模塊、例如但不限于圖1所公開模塊100中的固態光源陣列的說明圖示200。圖2中，光源陣列包括如具體引用的led210、215、220和225所表示的led陣列。為了簡潔起見，圖2所示光源的每個沒有單獨標以參考標號。圖2所示的led陣列包括led的多個編組。如本文所使用的，固態光源(例如led)的組或者編組表示一個或更多固態光源(例如led)的集合。在圖2的示例中，所示的led陣列可配置為兩(即，多)組，其中在圖2中，屬于第一組的led標以“1”，而屬于第二組的led標以“2”。例如，led210和215屬于編組“1”，而led220和225屬于編組“2”。在一些實施例中，本文的燈具、裝置或系統可包括固態光源的多個組，其中編組的數量大于兩組。

led陣列在印刷電路板(pcb)205上組裝，pcb205提供機械支承以及固態光源與至少一個電力供應單元(例如圖1的150)之間的導電管路。在圖2的實施例中，pcb205具有圈環的形狀，其中通過pcb的圈環形狀所形成的開口220確定大小成與包含pcb的殼體中的孔對應。例如，pcb200的大小和形狀可對應于模塊100的殼體105中的孔開口102的大小和形狀。在一些實施例中，pcb200的特定形狀和大小可與圖2明確所示有所不同，使得它們對應于本文中包含pcb的特定模塊的殼體中的孔開口的大小和形狀。

在一些實施例中，編組“1”和編組“2”相互獨立地操作。也就是說，當激勵和操作編組“1”的固態光源以發射光(即，“接通”)時，沒有激勵或操作編組“2”的固態光源以發射光(即，該編組“關斷”)。在一些實施例中，第一組固態光源(例如編組“1”)可被指定為主編組，并且由電源150來供電，如圖1所示。照明器材中的第二組固態光源可稱作輔助或備用編組(例如編組“2”)。在一些實施例中，輔助編組可由電源150來供電，與固態光源的主編組相同。在一些實施例中，輔助編組可由輔助或備用電源、例如通過導體165連接到光源的電源160來供電以發射光。在一些實施例中，電源150和/或160可連接到主電力系統或電池備用裝置或系統。

在示例使用情況中，通常可激勵和操作編組“1”的固態光源，以便從照明器材100發射光。但是，在固態光源的一個或更多出故障和/或干線電力系統出故障的情況下，照明器材100則可切換成由電池備用電源160對編組“2”的固態光源供電。按照本文的一些方面，在任何給定時間僅操作固態光源的編組的一個編組(即，編組“1”或者編組“2)，以便從其中發射光。在本例中，當編組1的led的一個或更多和/或電源150出故障時，照明器材則變換成經由電源160來激勵編組2的led。

在一些實施例中，本文的包括電源150和160的照明器材(例如100)可配置并且起作用以提供關于其中的固態光源的組(例如第二組)響應照明器材切換成由電池備用電源160對第二組或后備組的固態光源(例如編組“2”)的固態光源供電而由輔助或備用電源來操作的信號或指示。這樣，當操作編組的變化在設法例如保持和/或改進裝置和系統可靠性、安全性和其他考慮因素中發生時，可通知實體(例如管理員、負責人、監控中心/系統等)。

按照本文的一些方面，經過孔102離開殼體105的所組合的光發射對于固態光源的多個組(例如編組“1”和編組“2”)的每個具有相同光學顏色輸出。也就是說，來自照明器材100的光發射的外觀無論是由編組“1”led還是編組“2”led所產生均是相同的，因為每組的光學特性是相同的。按照本文的一些實施例，組成不同的固態光源的多個組的每個的單獨固態光源的光學性質可以是也可以不是相同的，只要經過孔102離開殼體105的所組合的光發射對于固態光源的多個組的每個具有相同光學顏色輸出。

圖3是按照本文的一些方面的環形印刷電路板和其上支承的包括固態光源的多個組的固態光源陣列的說明圖示300。圖3所示固態光源的說明性陣列可包含在led模塊、例如但不限于圖1所公開的模塊100中。圖3中，光源陣列包括如具體引用的led310、315和320所表示的led陣列。為了簡潔起見，圖3所示光源的每個沒有單獨標以參考標號。圖3所示的led陣列包括led的多個編組。在圖3的示例中，所示的led陣列可配置為三(即，多)組，其中屬于第一組的led標以“r”(其中這個編組中的led發射紅色(例如led310))，屬于第二組的led標以“g”(例如led315)(因為這些led發射綠色)，以及屬于第三組的led標以“y”(例如led320)，以指示這些led在被操作以發射光時發射黃色。固態光源的編組的其他配置包含在本公開中，包括除了本文所示的具體說明示例之外的固態光源的數量、類型和組合(例如不同顏色、不同類型等)方面改變的編組。

圖3的led陣列在印刷電路板(pcb)305上組裝，pcb305提供機械支承以及固態光源與至少一個電力供應單元(例如圖1的150)之間的導電管路155。在圖3的實施例中，pcb305具有圈環的形狀，其中通過pcb的圈環形狀所形成的開口325確定大小成與包含pcb的殼體中的孔對應。例如，pcb300的大小和形狀可對應于模塊100的殼體105中的孔開口102的大小和形狀。在一些實施例中，pcb300的特定形狀和大小可與圖3明確所示有所不同，使得它對應于本文中包含pcb的特定模塊的殼體中的孔開口的大小和形狀。例如，pcb的形狀可配置成匹配殼體中可以是例如矩形(或其他)形狀的孔。

在一些實施例中，紅色(“r”)、綠色(“g”)和黃色(“y”)編組可相互獨立和排他地操作。也就是說，當激勵(即，“接通”)和操作紅色編組的固態光源以發射紅光時，則沒有激勵綠色和黃色編組的固態光源以分別發射綠光和黃光。同樣，當單獨和獨立地激勵綠色編組和黃色編組以發射光時，沒有操作其他編組以發射光。

在一些實施例中，圖3的固態光源的操作可與圖1的電源150和160其中之一或兩者結合操作。在一些情況下，電源之一可配置成對其他電源提供備用。

在一些情況下，“r”編組、“g”編組和“y”編組的固態光源可交替和有選擇地激勵和操作，以便從照明器材100分別發射紅光、綠光和黃光。通過交替和有選擇地操作以發射紅色、綠色或黃色，照明器材或模塊100可切實有效地用作信令裝置。按照本文的一些方面，照明器材的光學輸出對于照明器材100將是相同或相似的，而無論所發射光的顏色是紅色、綠色還是黃色，使得光的強度和/或源看來像是相同或相似的，盡管特定顏色從裝置所發射。

圖4是按照本文的一些方面和實施例的反射器400的說明圖示。在一些方面，反射器400具有半球(即半球形)的形狀。反射器400具有外表面和內表面410。內表面410可由材料、清漆、紋理及其組合來涂敷或構成，其促進并且在一些情況下改進反射器針對反射入射在其上的光的效率。在一些方面和實施例中，反射器400可至少部分確定形狀和確定大小，以適應pcb以及由此所支承的固態光源陣列的形狀、大小和配置。如圖1所示，反射器112、pcb140、其上的固態光源115、120、125和130以及覆蓋或占據模塊殼體中的孔的透鏡110進行協作以形成模塊殼體之內或內部的混合室。

在本文的一些方面中，反射器400定位和確定形狀成將從其內表面410反射的光定向到覆蓋或占據模塊殼體中的孔的透鏡。在一些實施例中，反射光可由反射器400來聚焦到覆蓋或占據模塊殼體孔中的孔的透鏡。在一些實施例中，反射器400可設置在照明模塊的殼體上。在一些實施例中，反射器400可以是構成殼體的整體所需的，使得例如405的外表面形成殼體外表面的一部分。

在一些實施例中，本文的反射器的半球配置的直徑可包括具有如下值的直徑：0.5英寸、1.0英寸、1.5英寸、2.0英寸和2.5英寸。但是應當理解，其他尺寸處于本公開的范圍之內，因為本文所提供的示例不是預計排他的。

在本文的一些實施例中，可用于本文的照明模塊中的固態光源的顏色可包括(1)紅色+薄荷色，(2)紅色+黃色+青色，(3)暖白色+青色+紅色，(4)薄荷色+藍色+橙色+遠紅外，以及(5)冷白色+紅色。但是要注意，這些是說明性示例，以及多個固態光源的其他組合可按照本公開的各個方面來實現。在一些方面，特定顏色的固態光源的數量也可用來調整或平衡從本文的led模塊所發射的光。應當理解，本文的具體實施例中包含的固態光源的特定顏色的特定數量可根據預期輸出和/或應用或使用情況來改變。

圖6是可使用如本文所公開的包括作為薄荷色、藍色、橙色和遠紅外的固態光源的led模塊來取得的平衡譜600的說明圖示。

雖然針對某些上下文描述了實施例，但是一些實施例可部分或全部與其他類型的裝置、系統和配置關聯，而不失一般性。

本文中只為了便于說明而描述了實施例。本領域的技術人員通過本描述將會知道，實施例并不局限于所述的實施例，而是可采用僅受所附權利要求書的精神和范圍所限制的修改和變更來實施。