全向照明裝置的製作方法

2023-07-16 10:42:11 3

專利名稱：全向照明裝置的製作方法
發明的背景本申請要求1998年3月4日提交的美國臨時專利申請60／076，840的優先權，本申請含有待審定並共擁有的美國專利申請08／802，526的全部內容。
本發明涉及一種透光介質並涉及相關的照明裝置，以及對含發光二極體作為光源的照明裝置進行改進，具體使用乙烯／1-丁烯共聚物或丙烯均聚物作為改進材料，使光線發生漫射並被放大，從而使照明裝置發出更均勻的光線。
多年來已將發光二極體(LED)用於各種用途，通常將LED用作指示器燈具並以陣列方式排成信息警示器，發光二極體的優點在於運行電壓低(約3伏)並在於能量效率(每瓦約產生25流明(lumen)的光線)。這種照明的缺點在於光線的單向性，即光線僅沿發光二極體的軸向傳播。該光線不會漫射至側向。通常LED的光線與二極體軸線的夾角小於40°。若將LED用作警示光以警告公眾存在危險，則由側面接近警示光的人將不會注意到該警示。
來自LED的光線還是集中的，看上去象從小點發出的。目前由LED構成的許多警示及標誌燈具不符合運輸工程學會所設定的規格。這是因為LED發出高度集中的單向強光，在標誌表面的中心處造成「熱」點，而試驗標準則沿光學中心±10°以內的區域測量光線強度。在某些情況下，使用LED陣列以提供較大的標誌面積，但因該陣列需要許多LED而增加製造成本，並要求更高的運行能量以致於顯得浪費。
如今，在現有的照明裝置中廣泛使用白熾光源。這些產品的例子有出口通道燈，閃爍的黃色障礙燈、建築物內所需的發亮的出口標誌信號、聖誕節燈具、手提信號燈(如交通警察所用的手提信號燈)、及儀器面板顯示燈。因這些裝置使用白熾燈泡，故而效率不高。這些裝置皆易遭振動，以致於會造成失效或減短燈泡有效壽命。典型的白熾裝置的失效平均時間少於5，000小時，典型的LED的平均失效時間為100，000小時。
下表總述使用各種光源的現行設計的比較
本發明的目的是提供一種用於警示裝置、標誌、及其它照明物品的小功率光源。本發明的另一個目的是提供一種全向LED光源及裝置，與常用的LED發光裝置的單向集中光線相比，該裝置能在整個裝置表面給出更均勻的光線。
本發明不限於LED光源，本發明亦能使用任何光源(可見光源或不可見光源，如紅外光源)，例如白熾光、螢光、或霓虹燈泡、或雷射等。
發明的概述本發明裝置是一種全向發光組件，該組件沿著光源的軸向以及側向發出光線。光線通過本文所述的透光材料而發生漫射及放大，從而從側面接近該裝置的人可清楚地看見發出的光線。更具體地說，本發明涉及一種使用非全向光源(如LED)的全向發光組件。
在使用LED或其他半導體後，本發明還具有減小白熾燈泡的功耗的益處。本發明通過使用固態電路而以足夠高的速率脈動(pulse)，從而能穩定地進行顯示，或者以所需速率脈動而產生閃爍光，從而獲得高的能量效率。這種電路公開在共擁有的美國專利申請08／802，526中。
本發明適用的範圍包括，例如交通安全障礙物、標號或標誌、手提信號燈、出口或其他警示及標誌燈、如美國專利申請08／802，526中所述的安全物品，以及儀器照明。
本發明裝置包括LED本身，它帶有由塑料材料(如乙烯或丙烯)製成的透光罩(cover)。該透光罩可以是透明的或帶有色彩。根據配方和製造方法，該透光罩也可以是半透明的或不透明的。由於正常的LED較小，因此直徑約3英寸的透光罩就可令人滿意地罩住LED發出的光線並提供全向狀態的警示光線。各種製品的具體尺寸將視用途而變更。顯然該透光罩能被製成各種形狀和大小。隨著透光罩大小的增加，需要使用多個LED。
透光罩與光源可具有不同的空間關係。如典型的白熾燈及相關的燈玻璃的常規設計那樣，透光罩可與光源隔開。或者，光源可緊靠透光罩即與透光罩相接觸。這種設計的更進一步是將光源埋入透光罩材料中。由於LED體積小且放熱可忽略，因此LED光源本身很適合這種排列方式。
透光罩是由塑料材料製成的，較佳地為聚烯烴，更佳地為剛性或半剛性狀態的聚烯烴。將聚烯烴與烴材料混合以產生無光澤的外觀。可使用各種烴材料。還可添加澄清劑。這種澄清劑的一個例子是購自Milliken化學公司的Millad 3988，其添加量約為聚烯烴材料重量的0．25％。可使用常規的方法通過加熱由聚烯烴材料模塑或吹塑製得該透光罩，或者通過擠出製成之。
適用於本發明的具體聚烯烴材料是設計用作注塑用途的丙烯均聚物。這種具體丙烯均聚物的熔體流動速率為32克／10分鐘，密度為90克／立方釐米、熔點為147℃、抗拉強度為5．0kpsi、伸長率為16％，撓性模量為200psi。這種化合物由Exxon化學以ACHIEVE 1625的商標製造並出售。
適用於本發明的具體乙烯／1-丁烯共聚物材料是一種設計用於注塑用途的共聚物。這種化合物由Exxon化學以EXACT 4049的商標製造並出售。
EXACT 4049材料是撓性的且為乳白色。這種撓性使該材料製成的照明裝置易於被彎曲或造形成所需的結構。ACHIEVE材料是剛性的且亦為乳白色。ACHIEVE材料適於用在需要剛性透光罩的用途。這兩種材料相容且可以任意組合相混合，以便造成所需剛性或撓性的透光罩。
ACHIEVE材料通常呈乳白色且透明。已知加入Milliken chemical of InmanSouth Carolina製造的稱為Millad Concentrate 8C41-10(屬於聚烯烴摻混物中山梨糖醇縮醛族化合物)的添加劑作為澄清劑，並且如果加入的話，則加入量佔聚烯烴重量的25％。本領域的普通技術人員容易地知道也可使用其它澄清劑。
擠制或模塑後立即驟冷產品也可使EXACT 4049材料變透明(clear)。在材料擠出或模塑後，其溫度通常為140-200°F。若使之在室溫冷卻，則該材料將具有乳白但半透明的外觀。然而，若驟冷該材料，則製得的產品將是透明的。冷卻材料的較佳方式是在擠出或模塑材料後但其仍在140°F以上時，立即將其沉浴於冷卻水中。雖然有許多方法進行冷卻，但是較佳方式是在產品上噴霧冷卻水。水溫應恰在冰點以上，以獲得最佳結果。
本申請所述的透光罩適合於與各種不同種類的LED一起使用。當LED的上部形狀不是圓形的時，可將本發明透光罩模塑成不同形狀，以便與各種類型的LED一起使用。
透光罩可成形或模塑成各種所需的形狀。同時，LED可被置放在透光罩內或透光罩表面上的任何地方。若裝置表面較大或若需要較高的光強度時，可使用一個以上的LED當作光源。
光源與透光罩的組件具有許多用途。例如，透光罩可與白熾燈泡和適當的電源一起使用，形成標誌或警示燈(例如在高速公路建造區常見的標誌或警示燈)。雖然本發明透光罩可很好地與白熾光源一起使用，但較佳的是使用低功耗、長壽命光源(如LED)。由於LED發出的光線具有單向性和集中性，故從前未將LED用作障礙警示燈。本發明透光罩改進了LED的集中光線，並使該光線散布於透光罩的整個表面，形成全向均勻的照明效果。因此，該透光罩使LED或LED陣列能用於白熾光線為較佳光源的場合。可使用合適的電子電路將光源和電源電氣連接在一起，從而使光線按所需的時距閃爍。所述電路是本領域普通技術人員眾所周知的。
透光罩與LED能與標準白熾燈泡基座組合在一起，形成白熾燈泡的取代燈泡。利用LED作光源以取代燈絲的這種取代燈泡具有運行成本上的優點。
附圖簡述

圖1是典型的LED的側視圖，它可與本發明透光罩一起使用；圖2是本發明透光罩的剖視圖，它被設計以適合圖1所示LED。該透光罩由所述的塑料材料製成，並且當LED發光時該透光罩將分散並放大該光線；圖3是交通障礙警示燈的正視圖，它使用嵌入在改性光線塑料透光罩內的單-LED光源；圖4是通用標誌的正視圖，它使用嵌入在改性光線塑料透光罩內的多個LED光源；圖5是各種出口標誌的正視圖，它使用放置在改性光線塑料邊緣上的多個LED光源；圖6是儀器面板的正視圖，它使用放置在改性光線塑料透光罩內的多個LED光源；
圖7是使用多個LED光源的發光標語或標誌設計的透視圖；圖8是手提信號燈的側視圖，它使用一個嵌入改性光線的塑料透光罩中的LED；圖8a是使用多個LED的圖8裝置的側視圖；圖9是造型的手提信號燈的正視圖，它使多個嵌入改性光線塑料透光罩中的LED；圖10是適於取代白熾燈泡的LED燈泡的側視圖。
實施本發明的最好方式參照圖1和圖2，本發明的基本形式包括光源(如LED 10)和透光罩20。LED 10可視用途而為任何類型。對於需要最大可見度的用途，可選用高發光強度的LED。對於需要低功耗的用途，可選用低功率的LED。對本領域普通技術人員而言顯然LED10通過導體40與電源30電氣相連。在較佳的實例中，導體40是一段導線，但可以是任何其它合適的導電材料。
透光罩20由基本透明的聚烯烴材料製成。在較佳的實例中，透光罩20可由稱為EXACT 4049的材料、稱為ACHEIVE 1625的材料、或兩者的混合物製成。透光罩20可具有任何所需的顏色。EXACT 4049和ACHEIVE 1625材料通常是乳白色的，但可使用本發明所述的方法使之透明。
警示燈的較佳結構如圖3所示。LED 10大致放置在透光罩30的中心處。導體40和LED 10嵌入透光罩20的材料內。如何將導體與合適的電源相連以便向LED10供電對本領域的普通技術人員是顯而易見的。雖然將LED 10嵌入透光罩20內是較好的，但是這並非是本發明功能所必需的。LED 10可放置在透光罩10的表面上，或遠離表面放置。例如，當通過吹塑製造透光罩20時，圖3所示的透光罩20可為中空，從而形成放置LED 10的空間。
如圖4所示，使用多個LED 10製造照明裝置。根據所需的照明效果，多個LED10可放置在透光罩20內的任何位置處。如上所述，LED 10無需嵌入透光罩20內。根據照明裝置的設計、用途、與所需的效果，可選擇LCD的位置。例如，為照明所述聚烯烴材料製成的出口標誌，需要將LED 10放置在透光罩的四周。如何使用導體30將LED 10彼此電氣相連並與電源或其它電子電路電氣相連對本領域的普通技術人員是顯而易見的。
較好的出口標誌結構如圖5所示。透光罩20的形狀大致為矩形，約為8英寸×14英寸×3／4英寸，但尺度可作變更。「EXIT」字樣可通過塗布或本領域常用的其它方法形成於透光罩上。雖然多個LED 10也可嵌入透光罩材料內，但它們被放置在透光罩20的四周表面處。將這些LED與電源電氣相連對本領域普通技術人員是顯而易見的。
圖6表示用本文所述的透光材料製成的汽車儀表面板指示器的一個例子。使用透光罩20將光從LED 10傳輸至帶有儀錶板標記的面板(mask)上，以便使駕駛員能觀察到標記信息。
圖7表示用於附著於衣物製品上的發光標誌或標識的一個例子。透光罩20一般薄至1／6英寸且直徑為3英寸，但該尺度隨設計而異。該標誌可使用單個或多個LED 10，這些LED不必皆相同。LED 10可放置成與透光罩20的材料相接觸或埋入透光罩20。透光罩20可露出標記源，例如本例中的ACME。電源30較佳地為小鈕扣式電池以免添加體積。
圖8表示單個LED 10嵌入透光罩20內的手提信號燈。把手和透光罩20的形狀均大致為圓柱形，大小為2節電池的手電筒的大小，但形狀與尺度可變更成任何方便的設計。電源30放置在把手內，通過導體30與LED 10電氣相連。可將如美國專利申請08／802，526所述的逆向反射材料管60放置在透光罩上，以便進一步增強LED 10光線的傳輸。如圖8a所示，可將多個LED 10沿透光罩20的長度放置在透光罩20內。
圖9表示在透光罩20內使用多個LED 10成形照明裝置。
圖10表示使用多個LED 10作為光源代替燈絲的取代燈泡。透光罩20如一般白熾燈泡那樣附著於基部50上。LED 10通過導體30基部50電氣相連。透光罩20是中空的，LED 10放置在透光罩20表面所界定的空間內。LED 10的數目可依設計而異。
上面結合本發明說明性的實例對本發明的各種優點進行了具體說明和描述。但是，應理解這些具體結構及其製造方法是非限制性的，僅是說明性的。本發明的範圍由所附權利要求書決定。
權利要求
1．一種照明裝置，它包括電源；光源；由聚烯烴製成的透光罩。
2．如權利要求1所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩是由聚烯烴製成的，所述聚烯烴選自乙烯／1-丁烯共聚物及丙烯均聚物。
3．如權利要求1所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩是由聚烯烴製成的，所述聚烯烴是乙烯／1-丁烯共聚物和聚丙烯均聚物的混合物。
4．如權利要求2所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩是透明的。
5．如權利要求2所述的照明裝置，其特徵在於所述罩還包括澄清劑。
6．如權利要求5所述的照明裝置，其特徵在於所述澄清劑是在聚烯烴摻混物中的山梨糖醇縮醛。
7．一種照明裝置，它包括光源；由塑料製成的透光罩，所述塑料選自乙烯／1-丁烯共聚物及丙烯均聚物；電源；與電子電路，當所述電子電路與電源和光源電氣相連時，它使光源發生閃爍。
8．如權利要求7所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩包圍所述光源。
9．如權利要求7所述的照明裝置，其特徵在於所述光源是半導體器件。
10．如權利要求7所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩與所述光源相接觸。
11．一種燈泡，它包括基部；LED與透光罩，其中，所述基部附著於所述透光罩上，形成燈泡；所述LED與所述基部電氣相連並容納在所述燈泡內。
12．如權利要求11所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩由聚烯烴製成，所述聚烯烴選自乙烯／1-丁烯共聚物及丙烯均聚物。
13．如權利要求12所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩由聚烯烴構成，所述聚烯烴是乙烯／1-丁烯共聚物及丙烯均聚物的混合物。
14．如權利要求12所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩是透明的。
15．如權利要求12所述的照明裝置，其特徵在於所述透光罩還包括澄清劑。
16．如權利要求15所述的照明裝置，其特徵在於所述澄清劑是在聚烯烴摻混物中的山梨糖醇縮醛。
17．一種透明的透光材料，它是將乙烯／丁烯加熱至超過140°F的溫度，然後將所述材料沉浴在冷水中，快速冷卻而製得的。
18．如權利要求17所述的材料，其特徵在於所述水的溫度約為34°F。
19．一種由乙烯／1-丁烯共聚物及丙烯均聚物的混合物組成的材料。
全文摘要
一種由乙烯/1－丁烯共聚物或丙烯均聚物或兩者的混合物構成的光改性材料,以及將該材料置於透光罩(20)中的照明裝置。該裝置的光源(10)較好是半導體或發光二極體(LED),以便形成具有能量效率的光源。
文檔編號F21V5/04GK1292075SQ99803587
公開日2001年4月18日 申請日期1999年3月4日 優先權日1998年3月4日
發明者卡洛·塞納 申請人:卡洛·塞納