专利名称：灯模块和包括这种灯模块的照明器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(LED)灯模块和包括这种灯模块的 照明器件。
背景技术：
近来可从市场上得到带有集成电子装置的发光二极管(LED)灯 模块。这种LED灯模块可用在各种照明器件中，如自行车灯、手电筒 灯/闪光灯、汽车大灯等。
在这种照明器件以及在具有传统光源或灯模块的其它照明器件 中，希望调节源自这种照明器件的光源的光的形状和方向。这可通过 机械方式实现，如通过相对于这种光源移动反射体的位置，或者通过 将多个光源布置在一种柔性基板上，如在US6357893中所公开的那样。 在US6357893中，设有机械装置来以凹凸方式弯曲这种基板，这样就 可改变准直和射束大小。射束大小的调节是有利的，因为这种调节为 在所希望的时机加宽射束提供了可能性。
不过，机械解决方案可能会非常慢且并不可靠(US6357893中的 基板可能粘住)，而且这些方案有时要求用户进行大量的手动操作来 改变射束形状，如移动或转动照明器件的部件(如整个反射体)。
发明内容
本发明的目的在于解决这些问题，并且提供一种灯模块，这种灯 模块允许在其本身上进行射束成形功能和射束方向调节功能，或者当 将灯模块安装在一种照明器件中时进行射束成形功能和射束方向调节 功能。
将从下面的描述明白这些和其它目的，且通过根据所附的权利要 求书的一种灯模块和包括这种灯模块的照明器件实现这些和其它目 的。
根据本发明的一个方面，提供一种灯模块，这种灯模块包括用于 发光的至少一个LED片、用于提取和成形来自这种/这些片的光的装置
和用于允许这种灯模块安装到并连接到一种照明器件的基座，这种灯 模块的特征在于至少一个可电气切换的单元适合于接收从这种/这些
LED片发射的光，在第一状态，这种单元传输入射光，而基本上不改 变这种光的方向，在第二状态，这种单元在光经过这种/这些单元时改 变这种光的方向。
因此，这种LED片、提取光学装置、基座和单元形成设计用于安 装在一种照明器件中的集成部件。通过将这种单元置于这种/这些LED 片的前面，就可简单地通过电气控制这种单元的状态来改变来自这种/ 这些LED片的光分布，这就使提供电气控制的可调节成形成为可能。 当这种单元与这种灯模块结合时，这种单元通常位于邻近于该LED片 的位置。
可将用于提取和成形从这种/这些LED片发射的光的装置置于这 种/这些LED片的顶部上和/或这种/这些LED片的周围，且这种装置通 常用于将来自这种/这些LED片的光向前引导。例如，这种装置可包括 置于这种/这些片的顶部上并适合于感生经过准直的侧发射(即一种侧 发射LED)，在此情形中，这种装置还包括一种用于将来自这种侧发 射LED的光朝向这种单元引导的反射体。或者，用于提取和成形从这 种/这些LED片发射的光的装置可包括成形以将来自这种/这些LED片 的光以某种方向引导光学装置，如一种允许各向同性发射LED的圆顶。 这种圆顶还可与全内反射(TIR)光学装置或折射部件或反射部件或它 们的组合结合以准直来自这种各向同性发射LED的光并朝向该单元引 导来自这种各向同性发射LED的光。
在一个实施例中，将该至少一个单元结合在这种用于提取和成形 从这种/这些片发射的光的装置中。例如，可将这种单元结合在包围前 面所提及的圓顶光学装置的这种TIR光学装置中。在使用将入射光的 方向改变成大角度的单元的情形中，将该单元结合在这种用于提取和 成形从这种/这些片发射的光的装置中特别有利。在这种单元将入射光 的方向改变成大角度即将光朝向该侧面引导而不是以一种前向方向引 导时，结果可能会是一种变暗效果而不是射束成形，即实现一种太宽 的射束。不过，通过将这种单元结合到这种提取/成形装置中，这种装 置就能够帮助将这种光朝向该侧面向前引导，如引导这种/这些LED片 发射的光那样，从而避免变暗并实现不太宽的射束。此时，这种灯模
块允许在其本身上进行射束成形功能。
或者，可将这种单元安装在这种用于提取和成形从这种/这些LED 片发射的光的装置的顶部上(即在側发射LED或各向同性发射LED 和备选TIR光学装置的顶部上)。在此情形中，可通过将这种灯模块 安装在一种照明器件的反射体中或通过利用一种并不将入射光的方向 改变成这些大角度的单元避免前面所提及的变暗。
入射光的方向可由如这种单元通过散射、折射、反射和衍射中的 一种改变。或者，这种灯模块可包括具有不同效果的多个单元，这就 允许更大的灵活性和以所希望的方式改变来自这种LED片的光分布的 更多的可能性。例如，可将散射来自这种/这些LED片的光的单元置于 衍射入射光的来自于单元的顶部上。
这种灯模块还可包括一种耦合到这种LED片的LED驱动器。根 据这种灯模块电源，这种LED驱动器可包括一种AC-DC变换器或 DC-AC变换器。这种驱动器利用如频率调制、脉宽调制或比特相角调 制(bit angle modulation )向这种LED片提供电流。
此外，这种灯模块包括用于将来自一种外部电源如一种电池的直 流变换成交流的DC-AC变换器，以向这种单元供电。这种单元通常要 求交流，且可将这种DC-AC变换器用在这种灯模块要安装在一种以直 流运行的照明器件中的情形中，这种照明器件如由 一种普通电池供电 的闪光灯。
这种灯模块还可包括一种构造成在一种普通的输入信号的基础上 单独控制这种/这些LED片和这种单元的状态的处理器。更明确地来 讲，这种处理器适合于转变如这种信号(优选这种信号来自一种照明 器件上的用户操作的开关，这种灯模块安装在这种照明器件中)的脉 冲的持续时间/序列/数量，以单独控制这种单元的状态并相应地控制这 种LED片。例如， 一种单短脉冲可使这种处理器仅启动这种LED片， 而单较长脉冲可指令这种处理器启动这种LED片和这种单元。这种处 理器连同这种集成LED驱动器和这种DC-AC变换器一起虑及了仅有 (至这种照明器件的开关和电源的)两个触点的一种灯模块，这种灯 模块可容易对一种现有的照明器件进行改造，如一种普通闪光灯。即 将所有的光学和电子元器件结合在一种紧凑的灯模块中。此外，可用 一种单开关操作这种LED (通/断)和这种单元(射束成形)。
或者，这种灯模块可包括用于将一种可变输入电压变换成向这种/
这些LED片供电的恒定直流和向这种单元供电的可变交流的装置，其 中，向这种单元供电的交流根据这种输入电压而变化。这样就能够通 过调节至这种灯模块的输入电压来对这种射束成形进行控制。这也允 许改造用途。此时，前面所提及的DC-AC变换器可用于将这种可变输 入电压变换成向这种单元供电的可变交流。
根据本发明的另一方面，提供一种照明器件，这种照明器件包括 一种根据前面的描述的灯模块。这种照明器件可以是一种非主干线连 接的器件(non-mains connected device)和/或一种手持器件。例如， 这种照明器件可以是一种手电筒灯或闪光灯、自行车灯、汽车大灯、 瞄准灯、潜水灯、矿灯、应急灯、聚光灯等。
这种照明器件可包括用于将来自一种内部电源如一种电池的直流 变换成交流的DC-AC变换器，以向这种单元供电。在此情形中，可将 前面所提及的设在这种灯模块中的这种DC-AC变换器省略。
此外，在包括根据前面的描述的一种处理器的情形中，优选这种 照明器件包括用于向这种处理器提供一种输入信号的单开关。或者， 若在这种灯模块中无这种处理器，则这种照明器件可包括一种用于控 制这种单元的状态的第一开关和用于控制这种LED片的第二开关。
此外，优选这种照明器件包括一种射束成形器，在这种情形中， 这种灯模块位于这种射束成形器中。这种射束成形器可包括如全内反 射(TIR)光学装置或折射部件或反射部件(如一种反射体)或它们的 组合。这种反射体(或类似的装置)提供对这种可调射束成形的更好 控制。
将对本发明的这些和其它方面进行详细的描述并参考附图，这些 图示出了本发明的目前所优选的实施例。
图la至lb是示出了带有分别处于第一状态和第二状态的单元的 根据本发明的一种实施例的灯模块的截面侧视图，
图2a至5b示出了图la至lb中的灯模块的变化形式，
图6a至6b示出了带有这种灯模块的分别处于第一状态和第二状 态的单元的根据本发明的一种实施例的照明器件，
图7更详细地示出了根据本发明的照明器件和灯模块，
图8示出了图7中的照明器件和灯模块的一种变化形式，以及
图9示出了图7中的照明器件和灯模块的另一种变化形式。
具体实施例方式
图la至lb是示出了根据本发明的一种实施例的灯模块10的截面 側视图。灯模块10包括安装到基座21的一种LED片12和置于LED 片12的顶部上的光学装置13，光学装置13用于感生经过准直的侧发 射(即一种侧发射LED ) 。 LED片12耦合到一种LED驱动器14。 LED 片12和光学装置13由一种反射体16包围，反射体16用于向前反射从 LED片12发射的光，如光线迹线18、 20所示。基座21适合于安装到 一种照明器件(未示出)的灯插座中，且基座21包括用于灯模块10 与这种照明器件之间的电气连接的触点23。
一种可电气切换的单元22设在LED片12和光学装置13之前。这 种单元22具有第一状态，在第一状态中，这种单元22传输源自LED 片12的入射光，而基本上不改变这种光的方向，如图la中的光线迹 线18所示，而在第二状态中，这种单元22在光经过这种单元22时改 变入射光的方向，如图lb中的光线迹线20所示。因此，在运行期间， 当单元22处于该笫一状态时，引导源自LED片12的光穿过这种单元 且并不改变这种光，而在第二状态，改变这种光的路径。
单元22可以是如一种包括单像素的液晶单元，或者是一种像素阵 列或光调制部件24 (如在图la至lb中)。这种单元可具有有源矩阵， 这种有源矩阵复用或直接电气寻址，且可通过利用电气可控液晶效应 如散射、折射、反射或衍射来实现这种入射光的方向或路径的交替。 优选将单元22设计成使基本上所有的光前向散射(或折射或反射或衍 射)，即并不朝向LED片12散射回去。本领域中熟练的技术人员会 明白适用于本发明的各种液晶效应/器件(单元)。例如，这些液晶敢 应/器件(单元)可包括电气可控散射(PDLC、凝胶灯)、LC分级折 射指数光学装置(透镜阵列等)、螺旋性反射体、表面拓朴覆盖LC光 学装置(含有具有表面起伏的结构的LC电池，这些结构光栅、微透镜
阵列等)，等等。
应注意，某些单元(如PDLC)可改变某些入射光的方向，即便是
处于这种"透明状态"时也是如此，即入射光朝向这种单元的以大角 度的方向。因此，仅有这种光的一部分穿过这种单元传输且并不改变 方向。当然，若这种光的主要部分基本上呈直角指向这种单元，这种 单元也不会带来任何大问题。不过，若某种光以大角度朝向这种单元
入射，例如，在将光源(如一种各向同性发射LED)置于非常接近于 这种单元的位置时，会将这种光的方向改变，无论这种单元处于"接 通"还是"断开，，。这样就降低转动这种单元通/断的射束成形效果。 因此，在光以大角度朝向这种单元入射时，例如，若将这种LED片置 于非常接近于这种单元的位置时，利用处于透明状态的单元传输基本 上所有的光而与入射角无关且并不改变这种光的方向是有利的，以在 切换这种单元的状态时实现一种可区别的射束成形效果。这种单元可 以是如一种基于凝胶的单元。
在一个实施例中，在切换单元22的状态时切换这种单元的所有像 素或元件24。不过，通过仅切换某些元件24可实现各种中间状态，这 些中间状态反过来虑及射束成形的各种程度。这可通过分节或像素化 单元电极(未示出)来实现。加到这种单元的电压的大小可用相同的 方式影响射束成形的程度。而且，可将不同的电压加到这种单元的不 同节段，以实现各种效果。
虽然在图la至lb中仅示出了荧光单元22，但可将多个单元用在 一种单灯模块10中。例如，可将散射来自这种LED片的光的一种单 元置于衍射入射光的另一种单元的顶部上。在另一种示例中，将改变 具有第一偏振的入射光的方向的一种单元置于改变具有第二偏振的入 射光的方向的一种单元的顶部上。在再一种示例中，将一种主要形成 矩形射束的单元与一种从圆形射束形成三角形射束形状的单元结合。
图2a至2b示出了图la至lb中的灯模块的一种变化形式，在图 2a至2b中，侧发射光学装置13已由一种圆顶15取代，从而产生一种 各向同性发射类型的LED并省略反射体16。因此，在示于图2a至2b 的灯模块10中，将从LED片12发射的光部分地朝向单元22引导。在 其它方面，图2a至2b中的这种灯模块以与前面结合图la至lb所描 迷的灯模块相同的方式起作用。
图3a至3b示出了图la至lb中的灯模块的另 一种变化形式，在 图3a至3b中，侧发射光学装置13已由一种圆顶15取代，从而产生一
种各向同性发射类型的LED,且反射体16已由全内反射光学装置17 取代。因此，在示于图3a至3b的灯模块10中，将从LED片12发射 的光由TIP光学装置17朝向单元22引导。在其它方面，图3a至3b 中的这种灯模块以与前面结合图la至lb所描述的灯模块相同的方式 起作用。
图4a至4b示出了图la至lb中的灯模块的再一种变化形式，在 图4a至4b中，侧发射光学装置13已由全内反射光学装置17取代，从 而产生一种主前向发射类型的LED。单元22位于TIR光学装置17的 顶部上。因此，在示于图3a至3b的灯模块10中，将从LED片12发 射的光由TIP光学装置17朝向单元22引导。在其它方面，图4a至4b 中的这种灯模块以与前面结合图la至lb所描述的灯模块相同的方式 起作用。
图5a至5b示出了图la至lb中的灯模块的再一种变化形式，在 图5a至5b中，側发射光学装置13已由全内反射光学装置17取代，从 而产生一种主前向发射类型的LED。此外，与在图4a至4b中揭示的 灯模块的变化形式相比，单元22结合在TIR光学装置17中。这样， 由单元22朝向这些侧面引导的光可由TIR光学装置17向前引导，见 光线迹线19，以免这种射束扩散太多。在其它方面，图4a至4b中的 这种灯模块以与前面结合图la至lb所描述的灯模块相同的方式起作 用。
可将前面所揭示的任何灯模块10有利地结合在一种照明器件中， 这种照明器件的示例在图6a至图6b中示意性地示出。图6a至图6b 中的照明器件30具有反射体32，且灯模块10位于反射体32内。在图 6a中，灯模块10的单元22处于传输状态，因此，从灯模块10发射的 光形成非常窄的光线束。另一方面，在图6b中，单元22处于散射(或 折射或反射或衍射)状态，因此，在光离开灯模块10时改变光的方向。 这些光线中的某些由反射体32反射，且产生总体上更宽的光线束。因 此，通过切换单元22，可实现不同的射束形状。此时，可通过灯模块 10与反射体32的结合将这种射束成形。照明器件30可以是一种如手 电筒灯、汽车大灯、瞄准灯、潜水灯、矿灯、应急灯、聚光灯或自行 车灯等。
应注意，在使用带有固有"额外"射束成形装置的灯模块的情形
中，如在图5a至5b中所揭示的灯模块，在这种灯模块中，TIR光学 装置17的"高于"单元22的部分可向前引导已改变的光，或者在使 用并不将入射光的方向改变成如此大的角度的单元22的情形中，可省 略反射体32。
结合图7至图9更详细地讨论根据本发明的照明器件和灯模块， 如示于前面的视图中的照明器件30和灯模块10。在图7中，照明器件 30包括前面所描述的任何类型的灯模块IO和用于向灯模块IO供电的 一种电池34。如前面所描述的那样，这种灯模块包括LED片12、 LED 驱动器14和电气可切换单元22 (根据LED的类型，还可选择性地包 括一种反射体、光学装置等)。LED驱动器14经由线36a至36b耦合 到该电池，且可通过i殳在线36a上的一种开关38启动LED片12。
而且，由于单元22要求交流且电池34提供直流，所以提供一种 DC-AC变换器40。在图7中，将DC-AC变换器40设在灯模块10中， 将DC-AC变换器40 —方面耦合到单元22并在另 一方面经由线42a至 42b耦合到该电池34。将另 一个开关44设在线42a上以允许将单元22 转动接通/断开。由于线42b是线36b的支路，所以这种设置要求来自 灯模块10的三个触点(线36a至36b和40a )。
因此，在运行期间，可通过开关38将LED片12转动接通/断开， 且可通过开关44将射束成形功能转动接通/断开。换言之，用户可筒单 地通过启动开关44改变这种射束形状，这种开关可以是一种设在这种 照明器件上的普通按钮、滑块或类似的装置。
图8示出了图7中的照明器件的一种变化形式，其中，DC-AC变 换器40安装在这种灯模块之外的这种照明器件30的非灯模块部分中， 而不是设在灯模块10中。这种设置要求来自灯模块10的四个触点， 但在其它方面类似于图7中的照明器件起作用，
图9示出了图7中的照明器件的另一种变化形式，其中，灯模块 IO还包括一种处理器46。处理器46 —方面耦合到灯模块10的DC-AC 变换器40和LED驱动器14，另一方面经由线48a至48b耦合到照明 器件30的电池34。单开关50设在电池34与处理器46之间的线48a 上。用户可通过开关50生成一种具有某种特征的信号，例如，具有脉 冲的某种持续时间、序列和/或数量的信号。处理器46依次包括将某些 信号特征转变成单元22和/或LED片12的某些操作的预先确定的指
令。例如，在运行期间， 一种接收到的信号短脉冲可使处理器46仅启 动LED片12 (因此生成一种聚集的光线束)，而单较长脉冲或两个 短脉冲可指令该处理器启动LED片12和单元22 (因此生成一种较宽 的光线束)。
因此，在照明器件30的这种变化形式中，灯模块10仅要求两个 触点(线48a至48b)，且灯模块IO可容易对一种现有的传统照明器 件进行改造，如一种普通的双触点闪光灯。而且，这种光(通/断)和 这种射束形状(较窄-较宽)均可由照明器件30上的单开关50控制， 这就便于这种器件的操作。
或者，灯模块10可包括类似于处理器46定位的电子装置(未示 出)，这种电子装置适合于将一种可变输入电压(源自电池34)变换 成向LED片12供电的一种恒定的直流。另一方面，将这种可变输入 电压提供给DC-AC变换器40，这样，根据这种输入电压变化的一种可 变交流就向单元22供电。因此，在改变这种输入电压时，LED片12 的强度保持恒定，但将这种射束的形状改变，因为不同的电压切换这 种单元。这种方案也仅要求两个触点，并因此而允许改造用途，如一 种闪光灯，在这种闪光灯中，提供给这种灯模块的电压时可以调节的 (如通过这种照明器件上的一种单旋纽)。
本领域中熟练的技术人员会认识到，本发明绝不限制到前面所描 述的这些优选实施例。相反，在所附的权利要求书的范围内，可进行 许多修改和变化。例如，在图7至图9中所揭示的任何照明器件可设 有如图6a至6b中所示的一种反射体，且示于6a至6b中的照明器件 可以是结合图7至图9所描述的任何类型。
而且，虽然前面描述了仅具有一个LED片12的灯模块，但应理 解，这种灯模块可包括几个LED片，例如，发射不同色彩的光的LED 片。还可用磷光体涂覆这种/这些LED片，以将从这种LED片发射的 光转换成如白色(即所称的磷光体转换的LED)。
而且，可使用其它的射束成形部件而不是6a至6b中的反射体32, 如TIR光学装置和折射部件或反射部件或它们的组合.
权利要求
1.一种灯模块(10)，所述灯模块(10)包括用于发光的至少一个发光二极管(LED)片(12)，用于提取和成形从所述片发射的光的装置(13、15、16、17)，以及用于允许所述灯模块安装到并连接到照明器件的基座(21)，其特征在于至少一个可电气切换的单元(22)适合于接收从所述片发射的光，在第一状态，所述单元传输入射光，而基本上不改变所述光的方向，在第二状态，所述单元在所述光经过所述单元时改变所述光的方向。
2. 如权利要求l所述的灯模块，其特征在于所述至少一个单元 结合在所述用于提取和成形从所述片发射的光的装置中。
3. 如权利要求1或2所述的灯模块，其特征在于由所述单元通 过散射、折射、反射和衍射中的一种改变所述入射光的所述方向。
4. 如前面的权利要求中的任一项所述的灯模块，其特征在于所 述灯模块包括具有不同性能的多个单元。
5. 如前面的权利要求中的任一项所述的灯模块，其特征在于还 包括耦合到所述LED片的LED驱动器(14 )。
6. 如前面的权利要求中的任一项所述的灯模块，其特征在于还 包括用于将来自外部电源(34)如电池的直流变换成交流的DC-AC变 换器(40)，以向所述单元供电。
7. 如前面的权利要求中的任一项所述的灯模块，其特征在于还 包括处理器(46)，所述处理器(46)构造成在普通的输入信号的基 础上单独控制所述LED片和所述单元的状态。
8. 如前面的权利要求中的任一项所述的灯模块，其特征在于还 包括用于将可变输入电压变换成向所述LED片供电的恒定直流和向所 述单元供电的可变交流的装置，其中，向所述单元供电的所述交流根 据所述输入电压而变化。
9. 一种照明器件(30)，所述照明器件(30)包括根据权利要求 l至8中的任一项所述的灯模块(10)。
10. 如权利要求9所述的灯模块，其特征在于还包括用于将来 自内部电源(34)如电池的直流变换成交流的DC-AC变换器(40)，以向所述单元供电。
11. 如权利要求9或IO所述的照明器件，其特征在于所述灯模 块包括根据权利要求7的处理器(46)，且所述照明器件还包括用于 向所述处理器提供输入信号的单开关(50)。
12. 如权利要求9或IO所述的照明器件，其特征在于还包括用 于控制所述单元的所述状态的第一开关(44)和用于控制所述LED片 的第二开关(38)。
13. 如权利要求9至12中的任一项所述的照明器件，其特征在于 还包括射束成形器(32),如反射体，且所述灯模块位于所述射束成 形器内。
14. 如权利要求9至13中的任一项所述的照明器件，其特征在于 所述照明器件是非主干线连接的器件。
15. 如权利要求9至14中的任一项所述的照明器件，其特征在于 所述照明器件是手持器件。
全文摘要
本发明涉及一种灯模块(10)，这种灯模块(10)包括用于发光的至少一个发光二极管(LED)片(12)、用于提取和成形来自这种/这些片的光的装置(13、15、16、17)和用于允许这种灯模块安装到并连接到一种照明器件的基座。这种灯模块的特征在于至少一个可电气切换的单元(22)适合于接收从这种/这些LED片发射的光，在第一状态，这种单元传输入射光，而基本上不改变这种光的方向，在第二状态，这种单元在光经过这种/这些单元时改变这种光的方向。这就虑及了电气控制的可调节射束成形。本发明还涉及一种包括这种灯模块的照明器件(30)。
文档编号F21V14/00GK101371073SQ200780002468
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月10日 优先权日2006年1月16日
发明者C·K·刘, R·A·M·希克梅特, T·范博梅尔, Y·W·夏 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司