專利名稱：改進(jìn)性能的聚光燈的制作方法
改進(jìn)性能的聚光燈
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)技術(shù)相比起傳統(tǒng)的白熾燈或鹵素?zé)魜?lái)在效率和使用壽命上體現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)。典型的LED燈的設(shè)計(jì)方法使用了平面陣列的LED，其具有一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)期望的光度分布。許多用作拋物型含鋁反射器(PAR)燈替代物的LED燈，與他們所要替代的傳統(tǒng)的燈相比，不能滿足給定的正面區(qū)域的光度性能，特別是對(duì)于需要特別高的峰值亮度的應(yīng)用，諸如PAR64飛機(jī)著陸燈或娛樂(lè)舞臺(tái)燈。

發(fā)明內(nèi)容
代替可能通常用作PAR燈替代物的簡(jiǎn)單的朝前面對(duì)的平面陣列，本發(fā)明使用封裝深度以增加總的峰值亮度。一層或多層的LED照射進(jìn)入橢圓反射鏡的陣列中。每個(gè)橢圓反射鏡具有在一個(gè)焦點(diǎn)上的LED并且與準(zhǔn)直光的更大的拋物線反射鏡共用第二焦點(diǎn)。得到的系統(tǒng)在拋物線反射鏡的中心處有一個(gè)洞，具有或沒(méi)有準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的附加的多層LED放置在該洞中以進(jìn)一步增加系統(tǒng)的亮度。這個(gè)構(gòu)造允許通過(guò)改變LED的種類或數(shù)量，橢圓、拋物線和準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的焦距來(lái)為應(yīng)用(波長(zhǎng)、峰值亮度和光束發(fā)散)調(diào)整分布。本發(fā)明的一個(gè)方面，為了更高的功率應(yīng)用，LED被分離以將熱量負(fù)載散布到更大的表面面積上。本發(fā)明的另一個(gè)方面，通過(guò)用紅外(IR)LED代替一些可見(jiàn)光LED并改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電子裝置以單獨(dú)地控制這些頂LED，來(lái)提供在相同的占地面積內(nèi)的雙模式能力。本發(fā)明的又一個(gè)方面，系統(tǒng)通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)置各種不同的帶顏色的LED(例如紅色、 綠色、藍(lán)色、琥珀色和/或白色)和用于每組帶顏色的LED的單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電子裝置以允許顏色混合，來(lái)提供各種不同的顏色輸出。


本發(fā)明的優(yōu)選和替換性實(shí)施例將在下面參照附圖詳細(xì)描述圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的燈組件的透視圖；圖2描述了圖1中示出的燈組件的分解視圖；圖3是圖1示出的燈組件的橫截面圖；圖4-6是圖1示出的燈組件的部件的透視圖；和圖7是示出了圖1示出的燈組件的光產(chǎn)生和反射的光線圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例形成的燈組件30的透視圖。比起由具有相當(dāng)?shù)那安砍叽绲膫鹘y(tǒng)的發(fā)光二極管(LED)組件產(chǎn)生的光來(lái)說(shuō)，該燈組件30能夠產(chǎn)生更大的光強(qiáng)度。燈組件30包括殼體34，其一端被透鏡58蓋住。在殼體34內(nèi)部是大的拋物線型反射鏡36和多個(gè)具有橢圓型反射鏡和/或拋物線型反射鏡的LED層40、42、44。由LED產(chǎn)生的光或者直接穿過(guò)大的拋物線型反射鏡36的端部或者大的拋物線型反射鏡36準(zhǔn)直從橢圓型反射鏡接收的光。圖2示出了燈組件30的分解圖。在這個(gè)實(shí)施例中，燈組件30包括三個(gè)LED層40、 42、44。第一和第二 LED層40、42都是環(huán)形的，第三LED層44的尺寸適合配裝在第二 LED 層42的開(kāi)口內(nèi)。第一 LED層40經(jīng)由第一殼體部分50和第二殼體部分52在殼體34內(nèi)被保持在適當(dāng)位置。第二和第三LED層42、44在第二殼體部分52和第三殼體部分M之間被保持在適當(dāng)位置。不同的殼體部分50、52、M根據(jù)應(yīng)用的熱、密封或振動(dòng)要求而通過(guò)合適的方式(緊固件、粘合劑和/或相當(dāng)?shù)牟牧?緊固在一起。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)組件由提供顯著的夾緊力以增強(qiáng)熱性能的緊固件組合時(shí)，部分50、52、M —個(gè)接一個(gè)的連接在一起。透鏡58將拋物線型反射鏡36固定在第一殼體部分50內(nèi)。透鏡58可以以很多方法連接至第一殼體部分50，例如螺接在第一部分50和透鏡38的相對(duì)表面上或環(huán)氧樹(shù)脂或其他的相當(dāng)?shù)木o固件。圖3示出了在圖1和2中示出的燈組件30的橫截面圖。拋物線型反射鏡36包括第一和第二開(kāi)口端。第一開(kāi)口端具有比第二開(kāi)口端更大的直徑。第一開(kāi)口端包括環(huán)繞開(kāi)口的環(huán)狀凸緣60。凸緣60與形成在第一殼體部分50的第一開(kāi)口端處的環(huán)狀平臺(tái)61接觸。 透鏡58，當(dāng)連接到第一殼體部分50時(shí)，通過(guò)在凸緣60上施加壓力將拋物線型反射鏡36固定在適當(dāng)位置。拋物線型反射鏡36設(shè)置在第一殼體部分50內(nèi)形成的空腔中。第一殼體部分50也包括第一和第二開(kāi)口端，其中第一開(kāi)口端具有比拋物線型反射鏡36的第一開(kāi)口端稍微大一些的直徑，并且第二開(kāi)口端具有比拋物線型反射鏡36的第二開(kāi)口端稍微大一些的直徑。形成在殼體部分50的第二開(kāi)口端的底表面上的第二平臺(tái)62支撐LED板74，其是第一 LED層40的一部分。LED板74可以通過(guò)緊固件或其他相當(dāng)?shù)姆绞竭B接至殼體部分50。 如果使用金屬緊固件(例如，螺釘)，那么殼體部分50對(duì)LED板74內(nèi)的金屬層來(lái)說(shuō)作用為散熱器。第一 LED層40包括第一和第二開(kāi)口端。第一開(kāi)口端包括環(huán)狀凸緣64。該環(huán)狀凸緣64和LED板74的一部分固定地設(shè)置在第二殼體層52的第一表面66和第二平臺(tái)62之間。這允許第一 LED層40固定地設(shè)置在第二殼體部分52形成的空腔內(nèi)。相似類型的狹縫形成在第二殼體部分52的第二表面68和第三殼體部分M的第一表面70之間。形成在第二和第三殼體部分52和M之間的狹縫容納第二 LED層42的外圓周凸緣72和第三殼體部分M的LED板76的一部分。這允許第二 LED層42固定地設(shè)置在第三殼體部分M內(nèi)形成的空間的一部分中。第三殼體部分M還包括第二空間部分，其容納第三LED層44。第三LED層44的基部使用一個(gè)或多個(gè)緊固件、粘合劑或相當(dāng)?shù)牟考o固在第三殼體部分M的內(nèi)部基部上。圖4-1和4-2示出了第一 LED層40的透視圖。第一 LED層40包括環(huán)狀LED板74 和安裝至LED板74的第一側(cè)的多個(gè)橢圓型的反射鏡94。多個(gè)LED92也安裝至LED板74的第一側(cè)。橢圓型反射鏡94被安裝成使得單個(gè)的橢圓形反射鏡94設(shè)置在相應(yīng)的單個(gè)的LED92 的周圍。橢圓型反射鏡94被設(shè)置成使得從LED92發(fā)出的光被反射離開(kāi)橢圓型反射鏡94并通過(guò)LED板74上的開(kāi)口。從橢圓型反射鏡94反射出的光從拋物線型反射鏡36的預(yù)定的部分反射出。這將在下面參照附圖7更詳細(xì)的描述。如果橢圓形反射鏡94不是通過(guò)柔性粘合劑夾在配合的殼體部分之間，那么橢圓型反射鏡94通過(guò)任意數(shù)量的技術(shù)連接至LED板 74 (也就是，印刷線路板)。在反射鏡中存在一個(gè)關(guān)鍵特征來(lái)保證與LED的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)適合的聚焦。圖5-1和5-2示出了第二 LED層42的透視圖。第二 LED層42包括環(huán)狀LED板76 和多個(gè)安裝至LED板76的第一側(cè)的多個(gè)橢圓形反射鏡104。多個(gè)LED 102也安裝至LED板 76的第一側(cè)。橢圓形反射鏡104安裝使得單個(gè)的橢圓形反射鏡104設(shè)置在相應(yīng)的單個(gè)的 LED102的周圍。橢圓型反射鏡104設(shè)置使得來(lái)自LED102的光通過(guò)LED板76的開(kāi)口端從橢圓型反射鏡104反射出。從橢圓型反射鏡104反射出的光然后通過(guò)拋物線型反射鏡36準(zhǔn)直。這將參照附圖7在下面更詳細(xì)描述。附圖6-1和6-2示出了第三LED層44的透視圖。第三LED層44包括LED板110、 多個(gè)安裝至LED板110的LEDl 12和具有多個(gè)拋物線型反射鏡114的多反射鏡單元116。在反射鏡單元116中的每個(gè)拋物線型反射鏡114包括第一和第二開(kāi)口端。第一開(kāi)口端具有比第二開(kāi)口端大的直徑。當(dāng)反射鏡單元116通過(guò)一個(gè)或多個(gè)緊固件、環(huán)氧樹(shù)脂或相當(dāng)?shù)姆绞桨惭b至LED板110時(shí)，第二開(kāi)口端安裝在LED板110附近。反射鏡單元116被安裝為使得每個(gè)安裝在LED板110上的LED112經(jīng)由相應(yīng)的反射鏡114的第二開(kāi)口端暴露出來(lái)。第三 LED層44包括拋物線型反射鏡而不是橢圓型反射鏡，因?yàn)閺腖ED112發(fā)出的光直接通過(guò)拋物線型反射鏡36的兩個(gè)開(kāi)口端反射并且不從拋物線型反射鏡36反射出。這在附圖7中詳細(xì)示出。在一個(gè)實(shí)施例中，反射鏡94、104、114都是通過(guò)注塑成型工藝形成的單個(gè)的單元。 反射鏡94、104、114之后被反射涂層涂敷，例如但不局限于鋁或銀。其他反射裝置也可以使用。例如，一個(gè)或多個(gè)拋物型反射鏡36、114可以是沒(méi)有涂敷的反射性的白色塑料，例如由 Bayer生產(chǎn)的。而且，板74、76、110可以是印刷電路板，其包括將LED92、102、112電連接至設(shè)置在殼體部分50、52、M上或嵌入殼體部分50、52、M的電線或跡線。在一個(gè)實(shí)施例中， 線束(未示出)連接至在安裝LED的同時(shí)錫焊在電路板上的安裝好的端板(未示出)。布線通道和穴(未示出)包含在每個(gè)殼體部分50、52、M中以容納線束和安裝好的端板。如附圖7示出的，由LED112產(chǎn)生的光從第三LED層44的拋物線型反射鏡114反射出，并且直接通過(guò)拋物線型反射鏡36。第一和第二 LED層40、42的橢圓型反射鏡94、104 與拋物線型反射鏡36共用一個(gè)焦點(diǎn)。這樣，由第一 LED層40產(chǎn)生的光比由第二 LED層42 產(chǎn)生的光從拋物線型反射鏡36的更低/后的部分反射出。在這個(gè)例子中，燈組件30從大約37個(gè)LED產(chǎn)生光，其中由每個(gè)LED產(chǎn)生的光的大百分比或從拋物線型反射鏡36反射出或經(jīng)由其自己的與該LED相關(guān)聯(lián)的拋物線型反射鏡直接通過(guò)拋物線型反射鏡36。在這個(gè)例子中，光的角度發(fā)散大約11°到12°，產(chǎn)生700000 坎德拉。光的亮度和角度發(fā)散可通過(guò)改變?nèi)我鈹?shù)量的變量來(lái)調(diào)整反射鏡的焦距、LED的數(shù)量和種類等。在另一個(gè)實(shí)施例中，不同的LED構(gòu)造可以用在燈組件內(nèi)。接下來(lái)是不同的LED構(gòu)造的非限制性的例子。白光和紅外光被包含以形成可見(jiàn)光和非可見(jiàn)光。在一個(gè)實(shí)施例中，使用的LED都是單色的(紅色、琥珀色、綠色、藍(lán)色等)。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括分布在LED板74、76、110上的帶有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電子裝置(未示出)以產(chǎn)生可變顏色輸出的不同顏色的LED(紅色、綠色、藍(lán)色、琥珀色和/或白色)。驅(qū)動(dòng)電子裝置獨(dú)立控制每個(gè)顏色組的亮度，產(chǎn)生顏色混合。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)能夠提供可變溫度的白色。相似于上述的顏色混合的方法， 這個(gè)實(shí)施例通過(guò)將從兩個(gè)特定的“顏色”庫(kù)(bin) (LED制造方法的結(jié)果)選出的白光LED組適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉陔娐钒?74、76、110)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述庫(kù)與在顏色空間內(nèi)的普朗克軌跡(例如 CIE1931色度圖)的附近或沿著該軌跡獲悉的“黑體色溫”相關(guān)聯(lián)。分開(kāi)的驅(qū)動(dòng)電子裝置單獨(dú)控制LED的每個(gè)“顏色”庫(kù)的亮度，這樣提供了沿著通過(guò)選擇的LED “顏色”庫(kù)定義的兩個(gè)白色端點(diǎn)之間的線改變輸出光的色溫的能力。向前述方法添加的其他白色庫(kù)組生成了色溫多邊形(三角形、矩形等)，其邊界由選擇的帶顏色LED的組的色點(diǎn)來(lái)定義。改變部件組的亮度在多邊形的邊界內(nèi)改變了輸出色單色LED組，諸如紅色，替代在先前的實(shí)施例中的白色，用于制造另一個(gè)顏色空間多邊形(三角形、矩形等)，其邊界由選擇的帶顏色LED的組的色點(diǎn)來(lái)定義。改變部件組的亮度在該多邊形的邊界內(nèi)改變了輸出顏色和色溫。該裝置可以只包括具有相關(guān)聯(lián)的反射鏡的兩層LED，并且這兩層可以僅具有橢圓型反射鏡或一層具有橢圓形反射鏡而一層具有拋物線型反射鏡。在另一個(gè)例子中，裝置可以包括3個(gè)或更多LED和相關(guān)聯(lián)的反射鏡“環(huán)”層。更進(jìn)一步，其中一層可以既包括橢圓型反射鏡也包括拋物線型反射鏡。而且，在一個(gè)實(shí)施例中拋物線型反射鏡36可以被非-拋物線型反射鏡代替。
權(quán)利要求
1.一種燈組件(30)包括 殼體(34)，其具有縱軸線；第一發(fā)光二極管(LEDs)層(40)，其設(shè)置在殼體內(nèi)的縱軸線上的第一位置處； 第二 LED層(44)，其設(shè)置在殼體內(nèi)的縱軸線上的第二位置處；和拋物線型反射鏡(36)，其設(shè)置在殼體的發(fā)光端， 其中每一層包括多個(gè)光學(xué)反射鏡(94、114)。
2.如權(quán)利要求1的組件，其中第一LED層包括多個(gè)橢圓型反射鏡(94)、板(74)和多個(gè)LED(92)，其中LED安裝至所述板，橢圓型反射鏡定位成其接收由對(duì)應(yīng)的LED產(chǎn)生的光并且反射接收光至拋物線型反射鏡的內(nèi)表面上，其中第二 LED層包括多個(gè)拋物線型反射鏡 (114)、第二板(110)和第二多個(gè)LED(IU)，其中第二多個(gè)LED安裝至第二板，而拋物線型反射鏡定位成將第二多個(gè)LED產(chǎn)生的光反射通過(guò)所述殼體的光產(chǎn)生端，其中橢圓型和拋物線型反射鏡共用共同的焦點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2的組件，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)附加LED層(42)，其中一個(gè)或多個(gè)附加LED層中的每一層包括電路板(76)、多個(gè)LED(1(^)和多個(gè)橢圓型反射鏡(104)，其中一個(gè)或多個(gè)附加LED層中的多個(gè)LED安裝至相關(guān)聯(lián)的板上，相關(guān)聯(lián)的多個(gè)橢圓型反射鏡定位成使得它們接收由相應(yīng)的多個(gè)LED產(chǎn)生的光并且將接收光反射到拋物線型反射鏡的內(nèi)表面上。
4.如權(quán)利要求1的組件，其中LED包括多個(gè)波長(zhǎng)帶寬的LED，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)部件構(gòu)造成獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)不同波長(zhǎng)帶寬的LED以改變亮度和顏色輸出。
5.如權(quán)利要求1的組件，其中LED包括具有不同相關(guān)色溫的兩組白色LED，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)部件構(gòu)造為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)LED組以產(chǎn)生溫度效應(yīng)；或者LED包括至少一個(gè)紅外 LED。
6.一種光產(chǎn)生方法，包括從位于殼體內(nèi)的縱軸線上的第一位置上的第一發(fā)光二極管(LED)層生成光； 從位于殼體內(nèi)的縱軸線上的第二位置上的第二 LED層生成光； 對(duì)由第一或第二 LED層中的至少一個(gè)生成的光進(jìn)行準(zhǔn)直；和橢圓地反射由第一或第二多個(gè)LED中的至少一者產(chǎn)生的光。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中橢圓地反射光是由多個(gè)橢圓型反射鏡產(chǎn)生的，并且準(zhǔn)直的光是由拋物線型反射鏡產(chǎn)生的，其中橢圓型反射鏡和拋物線型反射鏡共用共同的焦點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步包括從定位在殼體內(nèi)的縱軸線上的一個(gè)或多個(gè)其他位置上的一個(gè)或多個(gè)附加LED層生成光，進(jìn)一步包括橢圓地反射由包含在一個(gè)或多個(gè)附加LED層中的LED生成的光；并且準(zhǔn)直由包含在一個(gè)或多個(gè)附加LED層中的LED生成的光。
9.如權(quán)利要求6的方法，其中從LED層中的至少一層生成光，包括生成具有多個(gè)波長(zhǎng)帶寬的光，進(jìn)一步包括獨(dú)立驅(qū)動(dòng)不同顏色的LED以輸出可變顏色。
10.如權(quán)利要求6的方法，其中從LED層中的至少一層生成光，包括從具有不同的相關(guān)色溫的兩組白光LED生成光，進(jìn)一步包括獨(dú)立驅(qū)動(dòng)這兩組LED以產(chǎn)生溫度效應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進(jìn)性能的聚光燈。一種用于形成改進(jìn)的發(fā)光二極管(LED)聚光燈的裝置和方法。一個(gè)或多個(gè)LED層(92，102)將光照射入橢圓型反射鏡陣列(94，104)中。每個(gè)橢圓型反射鏡具有在一個(gè)焦點(diǎn)上的LED，并且與準(zhǔn)直光的拋物線型反射鏡(36)共用第二個(gè)焦點(diǎn)。拋物線型反射鏡的中心上的洞容納另外的LED(112)，其具有或不具有準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F21V19/00GK102563507SQ201110335610
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者D·巴內(nèi)特, J·M·辛格, S·R·曼岡 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司