用于点源应用的间接颜色混合LED模块的制作方法

本发明涉及用于点源应用的间接颜色混合LED模块。

背景技术：

已知结合固态光源的照明器材能够提供有效光输出。但是，改造或替代按传统具有白炽灯泡的灯具可由于精密复制包括白炽灯泡的照明器材的光输出的期望和/或需要而复杂化。一些情形能够被如下事实复杂化：一些固态光源没有产生严格或密切匹配待替代白炽灯泡的输出。例如，白色发光二极管(LED)可能没有生成具有与暖白色白炽灯泡相同的光谱的光。

固态光源、例如发光二极管(LED)比白炽灯泡和灯更为有效。因此，期望提供用于基本上复制具有传统白炽灯或灯泡的器材所呈现的光输出的照明器材的基于LED的白炽替代模块的方法和系统。

技术实现要素：

技术方案1：一种照明系统，包括：

壳体，限定外壳，并且具有所述壳体的外表面中的孔；

凹面反射器，所述凹面反射器设置在所述壳体的所述外壳之上或之中，以反射光发射；

多个固态光源，设置在所述壳体中，以便将所述外壳中的光发射定向到所述反射器，所述多个固态光源包含具有不同颜色的固态光源的多个组；以及

混合室，由位于所述反射器与所述孔之间的所述外壳中的空间所限定，其中所述反射器配置成把来自所述多个固态光源的光发射反射到所述混合室，其中所反射的光发射在经过所述孔离开所述壳体之前相组合。

2：如技术方案1所述的系统，其中，所述固态光源包括发光二极管。

3：如技术方案1所述的系统，还包括定位成覆盖所述孔的至少一部分的透镜。

4：如技术方案3所述的系统，其中，所述透镜是透光的。

5：如技术方案1所述的系统，其中，所述凹面反射器包括半球形形状。

6：如技术方案1所述的系统，其中，所述多个固态光源包括沿定向成朝所述反射器发射光的所述孔的周边所设置的光源阵列。

7：如技术方案1所述的系统，其中，组是至少一个固态光源的集合。

8：如技术方案1所述的系统，其中，所述壳体上的所述凹面反射器是构成所述壳体的整体所需的。

9：如技术方案1所述的系统，其中，固态光源的所述多个组的不同颜色表示所述多个固态光源所发射的光的光学特性的不同值。

10：如技术方案1所述的系统，其中，经过所述孔离开所述壳体的所组合的光发射在所述孔上具有光学特性的均匀性。

11：如技术方案1所述的系统，其中，来自所述多个固态光源的所述光发射的百分之五十以上在经过所述孔离开所述壳体之前由所述反射器多次反射。

12：如技术方案1所述的系统，其中，包含所述孔的区域处于包含所述固态光源的表面中。

13：一种照明系统，包括：

壳体，限定外壳，并且具有所述壳体的外表面中的孔；

透镜或扩散器，定位成覆盖所述孔径的至少一部分；

凹面反射器，设置在所述壳体的所述外壳之上或之中；

多个固态光源，设置在所述壳体中，以便将所述外壳中的光发射定向到所述反射器，所述多个固态光源包含具有不同颜色的固态光源的多个组；以及

混合室，由位于所述反射器与所述孔之间的所述外壳中的空间所限定。

14：如技术方案13所述的系统，其中，所述固态光源包括发光二极管。

15：如技术方案13所述的系统，其中，所述多个固态光源包括沿定向成朝所述反射器发射光的所述孔的周边所设置的光源阵列。

16：如技术方案13所述的系统，其中，编组是至少一个固态光源的集合。

17：如技术方案13所述的系统，其中，所述壳体上的所述凹面反射器是构成所述壳体的整体所需的。

18：如技术方案13所述的系统，其中，固态光源的所述多个组的不同颜色表示所述多个固态光源所发射的光的光学特性的不同值。

19：如技术方案13所述的系统，其中，经过所述孔离开所述壳体的所组合的光发射在所述孔上具有光学特性的均匀性。

20：如技术方案13所述的系统，其中，来自所述多个固态光源的所述光发射的百分之五十以上在经过所述孔离开所述壳体之前由反射器多次反射。

附图说明

通过结合附图考虑本发明的以下详细描述，本发明的一些实施例的特征和优点及其实现方式将变得更为显而易见，附图包括：

图1是按照本文的一些方面、包括内部背光反射器的照明器材的说明图示；

图2是按照本文的一些方面的环形印刷电路板和其上支承的固态光源阵列的说明图示；

图3是按照本文的一些实施例的半球形背光反射器的说明图示；

图4是按照本文的一些实施例的光学强度谱或白炽灯泡和LED的曲线；以及

图5是按照本文的一些实施例的照明器材的说明性谱曲线。

具体实施方式

图1是按照本文的一些实施例的照明器材100的说明性示意截面侧视图。图1所示的照明器材100可指定为具有白炽光源的照明器材或模块的替代。本公开的替代照明器材或模块在本文中又称作LED模块。LED模块100可用于多种应用和上下文中，包括但不限于铁路信号、交通信号、路灯和其他照明目的。LED模块100包括壳体105，以便至少部分包封模块的多个组件。LED模块100示为包含多个不同组件。但是应当理解，附加、更少、备选和置换的组件也可通过LED模块的壳体来包含和/或支承，而不失一般性。

LED模块100包括壳体105的外部表面的孔102或开口。孔提供端口或开口，壳体中的光源所生成的光能够经过其离开LED模块。图1中，LED模块100的孔102由透镜110来覆盖。在一些实施例中，透镜110可由能够是透明或着色的玻璃、塑料或聚碳酸酯材料来构成。透镜110可着色以适合特定用途或使用情况，例如用作铁路信号或交通信号，其中预计信号装置在铁路或交通信号的操作中的各种时间照射例如红色、绿色和黄色。在一些方面，透镜110充分填充壳体105中的孔。在一些实施例中，孔102可以没有放置于其中的透镜。也就是说，在一些实施例中，本文的照明系统可以不包括壳体的孔中的透镜。

LED模块100还包括壳体中的印刷电路板140，其支承多个固态光源115、120、125、130。多个固态光源115、120、125、130配置和定向成朝背光反射器112发射光。反射器112成形和定位在壳体105中，以便经过位于壳体105的孔中的透镜110来反射从固态光源115、120、125、130所发射的光。反射器112可具有半球(即，半球形)形状，并且在本文的各个方面可互换地称作半球背光反射器、半球形背光反射器以及简单地称作反射器。在一些方面，固态光源115、120、125、130和反射器112相对彼此经过定位在壳体105的孔中的透镜110来配置和设置成反射固态光源所生成的光135。在一些实施例中，从固态光源所发射的光在经过孔102离开壳体105之前由反射器112多次反射。在一些实施例中，来自固态光源的光发射的百分之五十(50%)以上在经过壳体离开壳体之前由反射器多次反射。

在一些实施例中，照明器材100可包括一个或更多光源115、120、125、130。在一些实施例中，光源可以是固态光源，例如发光二极管(LED)。相关领域的技术人员将会理解，在这类光源与本文的各个实施例的其他方面相容的意义上，除了以下论述和对应附图具体所示光源之外的光源也处于本公开的范围之内。

在一些方面，可期望或要求从LED模块100所发射并且经过透镜110进一步反射的光复制或者以其他方式呈现与具有白炽光源的照明器材相同或相似的光学特性。这个期望或要求的一个原因会是采用具有固态光源的替代照明器材和模块有效地替代遗留白炽照明器材，其中替代模块的用户和其他观察者将感知替代模块所输出的光的极少差异或者没有感知差异。这样，替代照明模块、例如LED模块100可在操作中在极少或没有观察LED模块的人所注意的可感知光学差异的情况下安装和放置。在一些实施例中，通过使用固态光源，LED模块还可提供改进可靠性和更低操作成本。

在一些实施例中，壳体105、反射器112和透镜110配置成在壳体内限定壳体中的反射器112与孔102之间由透镜110所覆盖的区域或空间。这样限定的空间在本文中称作混合室145。所配置的混合室145提供空间，其中从多个固态光源115、120、125、130所发射的光相互作用和以其他方式组合在一起，以产生所产生光135，其经过壳体105的孔和透镜110。

在一些方面，混合室145在物理和光学上与壳体105中的其他区域隔离。例如，在一些实施例中，LED模块100可具有设置在壳体的至少部分中的灌封材料。设置在壳体中的灌封材料可包括热传导材料，其帮助LED模块的一些热管理方面。但是，混合室145在物理上与灌封材料以及可能干扰光“混合”(其当固态光源进行操作以朝背光反射器112发射光时在混合室中发生)的其他物件隔离。

在一些实施例中，固态光源115、120、125和130可包括具有不同颜色的固态光源的多个组的组合。在一个示例中，固态光源的编组可包括白色固态光源的组和彩色(即，非白色)固态光源的组。例如，固态光源115、120、125和130各可以是LED，其中LED 115是发射白光的白色LED，LED 120和125是蓝色发光LED，以及LED 130发射红光。在一些实施例中，白光和非白光的组合最初从固态光源115、120、125、130发射到反射器112，其中入射在反射器112的内表面的光围绕混合室145反射。其他示例包括(1)照明系统，包括2700 K (开尔文)白色LED的组和5500 K白色LED的组，其相组合以产生白光发射，以及(2)照明系统，包括红色LED的组、绿色LED的组和蓝色LED的组，其相组合以产生白光发射。如本文所使用的固态光源的“组”表示包括至少一个固态光源的集合。在一些实施例中，光逸出混合室的唯一方式是经过由透镜110所填充或覆盖的壳体105中的孔。

在经由经过壳体孔102和透镜110的通道离开壳体之前，来自多个光源(例如固态光源115、120、125和130)的光可在混合室中相互作用或者组合在一起。此外，所组合的光可通过经过壳体孔中的透镜110离开壳体。

如先前所述，LED模块100的期望或功能可以是产生具有与暖白光白炽照明器材相同或基本上相似的光谱的光输出。要注意，白色LED的谱输出可能不匹配或者充分接近白色白炽光源的谱输出。但是，本公开提供用于通过在一些实施例中组合具有不同颜色的固态光源的多个组、使用(一个或多个)固态光源来实现复制白色白炽照明器材所产生的光的预期功能的机制，其中多个固态光源加性地相互促成以产生光输出，其是能够基本上复制白色白炽照明器材所产生的光的多个固态光源的发射的组合。在一些实施例中，多个固态光源的光在本文的系统和设备的混合室中相互组合，以产生具有与白色白炽光源相似的谱密度的输出光。在一些实施例中，来自多个固态光源的光相互组合，以便在经过其中离开时实际产生跨壳体中的孔或在壳体中的孔上具有基本上均匀的光学特性的光输出。

本申请人实现到一种LED模块，其使用一个或更多(即，多个)固态光源、例如LED。本文中，固态光源可包括一个或更多LED或板上芯片(COB) LED阵列，其呈现白色或者另外某种特定的预定颜色。如本文所使用的呈现白色或“基本上白色”的单个或多个LED的阵列为了方便起见将称作“白色LED装置”，以及呈现为彩色(例如红色、黄色、青色等)的单个或多个LED的阵列为了方便起见将称作特定颜色(例如红色、黄色、青色等) LED。按照本文的一些方面，包括暖白或白光LED阵列的固态光源具有大约小于2800 K的色温。如本文所使用的固态光源的多个组的不同颜色在本文中表示多个固态光源所发射的光的光学特性的不同值。例如，固态光源的多个组可产生具有不同值的波长的光。

透镜110可以是透明或着色的，并且设置成与壳体105中的孔相邻，以便允许混合室145中组合的光的通过，以离开壳体。在一些实施例中，透镜110设计成将某种颜色或色调投射到经过其中的光。特定颜色可基于LED模块100的特定应用、用途或应用来选择。在一些实施例中，从固态光源115、120、125、130所发射、从反射器112所反射、在混合室145中相组合并且经过透镜110所透射的光切实有效地复制具有大约小于2800 K的色温的常规白炽灯泡和/或单色LED或其他固态光源产品所发射的光谱。在一些方面，包括孔的区域或表面(例如平面)处于包括固态光源的表面之内，如图1所示。

要注意，铁道旁信号和其他照明器材按传统使用白色白炽灯泡(即，色温<2800 K)，以便保持红色信号的充分亮度。本申请人认识到，按照如下方式执行现有白炽照射铁路旁信号(和其他类型的照明应用)的任何LED改造会是重要的：使得照明系统或装置系统中的任何变更没有实质上改变或更改向列车驾驶员、安全人员和其他相关观察者和实体所呈现的信号的预计(在一些情况下为所需)外观。

在切实有效地复制铁路旁信号和具有白炽灯泡的其他类型的照明器材、装置和系统的努力中，在本文的一些实施例中选择的白色和非白色固态光源的组合一般可具有近似白炽对等铁路旁信号和其他类型的照明器材的色温和光强度的特性。

要注意，可存在从暖白色白炽灯泡和本文的白色LED装置(其中两者均具有大约小于2800 K (例如大约2700 K)的色温)所发射的光的辐射测量谱的差异，即使它们可能具有相似色温和光度学亮度。图4是包括2700 K白炽灯泡的光学强度的说明曲线405和本文的暖白色LED (例如2700 K)的光学强度的说明曲线410的图表400。在如图表400所示的一些方面，白炽灯泡的光学强度谱呈现从较短波长区域到较长波长区域的增加单调光学强度。但是，白色LED装置因蓝包（blue bump）而在大约450 nm展示光学强度峰值，之后接着在大约480 nm的光学强度谷值，然后其光学强度单调增加，直至在大约600 nm达到全局峰值，并且此后光学强度随着波长增加而单调减少。

在一些方面，本文的非白色固态光源提供具有能够在混合室中与本文的白色固态光源相组合的强度和谱的光量，以便按照可控和可重复方式来复制白炽照明器材所生成的光。

要注意，在白色LED装置的光学强度谱不同于白炽灯泡(包括相似色温的灯泡)的情况下，从本文所公开的LED模块所传送的所产生光的色度可通过组合来自具有不同颜色的固态光源的一组或多组的光来补偿那个差异，以取得所需和/或至少预期的色度要求。本申请人认识到，白色LED装置与白炽灯泡的光学强度谱之间的差异能够通过在照明器材的壳体的混合室中组合来自具有不同颜色的固态光源的多个组的光来补偿。

图2是可包含在LED模块、例如但不限于图1所公开模块100中的固态光源阵列的说明图示200。图2中，光源阵列包括如具体引用的LED 210和215所表示的LED阵列。为了简洁起见，图2所示光源的每个没有单独标以参考标号。LED阵列在印刷电路板(PCB) 205上组装，PCB 205提供机械支承以及固态光源与至少一个电力供应单元(例如图1的150)之间的导电管路。在图2的实施例中，PCB 205具有圈环的形状，其中通过PCB的圈环形状所形成的开口220确定大小成与包含PCB的壳体中的孔对应。例如，PCB 200的大小和形状可对应于模块100的壳体105中的孔开口102的大小和形状。在一些实施例中，PCB 200的特定形状和大小可与图2明确所示有所不同，使得它们对应于本文中包含PCB的特定模块的壳体中的孔开口的大小和形状。

图3是按照本文的一些方面和实施例的反射器300的说明图示。在一些方面，反射器300具有半球(即半球形)的形状。反射器300具有外表面和内表面310。内表面310可由材料、清漆、纹理及其组合来涂敷或构成，其促进并且在一些情况下改进反射器针对反射入射在其上的光的效率。在一些方面和实施例中，反射器300可至少部分确定形状和确定大小，以适应PCB以及由此所支承的固态光源阵列的形状、大小和配置。如图1所示，反射器112、PCB 140、其上的固态光源115、120、125和130以及覆盖或占据模块壳体中的孔的透镜110进行协作以形成模块壳体之内或内部的混合室。

在本文的一些方面中，反射器300定位和确定形状成将从其内表面310反射的光定向到覆盖或占据模块壳体中的孔的透镜。在一些实施例中，反射光可由反射器300来聚焦到覆盖或占据模块壳体孔中的孔的透镜。在一些实施例中，反射器300可设置在照明模块的壳体上。在一些实施例中，反射器300可以是构成壳体的整体所需的，使得例如305的外表面形成壳体外表面的一部分。

在一些实施例中，本文的反射器的半球配置的直径可包括具有如下值的直径：0.5英寸、1.0英寸、1.5英寸、2.0英寸和2.5英寸。但是应当理解，其他尺寸处于本公开的范围之内，因为本文所提供的示例不是预计排他的。

在本文的一些实施例中，可用于本文的照明模块中的固态光源的颜色可包括(1)红色+薄荷色，(2)红色+黄色+青色，(3)暖白色+青色+红色，(4)薄荷色+蓝色+橙色+远红外，以及(5)冷白色+红色。但是要注意，这些是说明性示例，以及多个固态光源的其他组合可按照本公开的各个方面来实现。在一些方面，特定颜色的固态光源的数量也可用来调整或平衡从本文的LED模块所发射的光。例如，图2示出包括9个白色LED 210和18个LED 215的LED阵列。应当理解，本文的具体实施例中包含的固态光源的特定颜色的特定数量可根据预期输出和/或应用或使用情况来改变。

图5是可使用如本文所公开的包括作为薄荷色、蓝色、橙色和远红外的固态光源的LED模块来取得的平衡谱600的说明图示。

虽然针对某些上下文描述了实施例，但是一些实施例可部分或全部与其他类型的装置、系统和配置关联，而不失一般性。

本文中只为了便于说明而描述了实施例。本领域的技术人员通过本描述将会知道，实施例并不局限于所述的实施例，而是可采用仅受所附权利要求书的精神和范围所限制的修改和变更来实施。