專利名稱：全向照明裝置的制作方法
發(fā)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(yōu)先權(quán)，本申請含有待審定并共擁有的美國專利申請08／802，526的全部內(nèi)容。
本發(fā)明涉及一種透光介質(zhì)并涉及相關(guān)的照明裝置，以及對含發(fā)光二極管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(fā)生漫射并被放大，從而使照明裝置發(fā)出更均勻的光線。
多年來已將發(fā)光二極管(LED)用于各種用途，通常將LED用作指示器燈具并以陣列方式排成信息警示器，發(fā)光二極管的優(yōu)點在于運行電壓低(約3伏)并在于能量效率(每瓦約產(chǎn)生25流明(lumen)的光線)。這種照明的缺點在于光線的單向性，即光線僅沿發(fā)光二極管的軸向傳播。該光線不會漫射至側(cè)向。通常LED的光線與二極管軸線的夾角小于40°。若將LED用作警示光以警告公眾存在危險，則由側(cè)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(fā)出的。目前由LED構(gòu)成的許多警示及標志燈具不符合運輸工程學(xué)會所設(shè)定的規(guī)格。這是因為LED發(fā)出高度集中的單向強光，在標志表面的中心處造成“熱”點，而試驗標準則沿光學(xué)中心±10°以內(nèi)的區(qū)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志面積，但因該陣列需要許多LED而增加制造成本，并要求更高的運行能量以致于顯得浪費。
如今，在現(xiàn)有的照明裝置中廣泛使用白熾光源。這些產(chǎn)品的例子有出口通道燈，閃爍的黃色障礙燈、建筑物內(nèi)所需的發(fā)亮的出口標志信號、圣誕節(jié)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，以致于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于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(xiàn)行設(shè)計的比較
本發(fā)明的目的是提供一種用于警示裝置、標志、及其它照明物品的小功率光源。本發(fā)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(fā)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(fā)明不限于LED光源，本發(fā)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、熒光、或霓虹燈泡、或激光等。
發(fā)明的概述本發(fā)明裝置是一種全向發(fā)光組件，該組件沿著光源的軸向以及側(cè)向發(fā)出光線。光線通過本文所述的透光材料而發(fā)生漫射及放大，從而從側(cè)面接近該裝置的人可清楚地看見發(fā)出的光線。更具體地說，本發(fā)明涉及一種使用非全向光源(如LED)的全向發(fā)光組件。
在使用LED或其他半導(dǎo)體后，本發(fā)明還具有減小白熾燈泡的功耗的益處。本發(fā)明通過使用固態(tài)電路而以足夠高的速率脈動(pulse)，從而能穩(wěn)定地進行顯示，或者以所需速率脈動而產(chǎn)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(fā)明適用的范圍包括，例如交通安全障礙物、標號或標志、手提信號燈、出口或其他警示及標志燈、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(fā)明裝置包括LED本身，它帶有由塑料材料(如乙烯或丙烯)制成的透光罩(cover)。該透光罩可以是透明的或帶有色彩。根據(jù)配方和制造方法，該透光罩也可以是半透明的或不透明的。由于正常的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(fā)出的光線并提供全向狀態(tài)的警示光線。各種制品的具體尺寸將視用途而變更。顯然該透光罩能被制成各種形狀和大小。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(guān)系。如典型的白熾燈及相關(guān)的燈玻璃的常規(guī)設(shè)計那樣，透光罩可與光源隔開?；蛘撸庠纯删o靠透光罩即與透光罩相接觸。這種設(shè)計的更進一步是將光源埋入透光罩材料中。由于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制成的，較佳地為聚烯烴，更佳地為剛性或半剛性狀態(tài)的聚烯烴。將聚烯烴與烴材料混合以產(chǎn)生無光澤的外觀?？墒褂酶鞣N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(xué)公司的Millad 3988，其添加量約為聚烯烴材料重量的0．25％?？墒褂贸Ｒ?guī)的方法通過加熱由聚烯烴材料模塑或吹塑制得該透光罩，或者通過擠出制成之。
適用于本發(fā)明的具體聚烯烴材料是設(shè)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／立方厘米、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(xué)以ACHIEVE 1625的商標制造并出售。
適用于本發(fā)明的具體乙烯／1-丁烯共聚物材料是一種設(shè)計用于注塑用途的共聚物。這種化合物由Exxon化學(xué)以EXACT 4049的商標制造并出售。
EXACT 4049材料是撓性的且為乳白色。這種撓性使該材料制成的照明裝置易于被彎曲或造形成所需的結(jié)構(gòu)。ACHIEVE材料是剛性的且亦為乳白色。ACHIEVE材料適于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制造的稱為Millad Concentrate 8C41-10(屬于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，并且如果加入的話，則加入量占聚烯烴重量的25％。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易地知道也可使用其它澄清劑。
擠制或模塑后立即驟冷產(chǎn)品也可使EXACT 4049材料變透明(clear)。在材料擠出或模塑后，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，則制得的產(chǎn)品將是透明的。冷卻材料的較佳方式是在擠出或模塑材料后但其仍在140°F以上時，立即將其沉浴于冷卻水中。雖然有許多方法進行冷卻，但是較佳方式是在產(chǎn)品上噴霧冷卻水。水溫應(yīng)恰在冰點以上，以獲得最佳結(jié)果。
本申請所述的透光罩適合于與各種不同種類的LED一起使用。當(dāng)LED的上部形狀不是圓形的時，可將本發(fā)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(nèi)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(dāng)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(dāng)?shù)碾娫匆黄鹗褂?，形成標志或警示?例如在高速公路建造區(qū)常見的標志或警示燈)。雖然本發(fā)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)。由于LED發(fā)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(fā)明透光罩改進了LED的集中光線，并使該光線散布于透光罩的整個表面，形成全向均勻的照明效果。因此，該透光罩使LED或LED陣列能用于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(lǐng)域普通技術(shù)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(yōu)點。
附圖簡述

圖1是典型的LED的側(cè)視圖，它可與本發(fā)明透光罩一起使用；圖2是本發(fā)明透光罩的剖視圖，它被設(shè)計以適合圖1所示LED。該透光罩由所述的塑料材料制成，并且當(dāng)LED發(fā)光時該透光罩將分散并放大該光線；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(nèi)的單-LED光源；圖4是通用標志的正視圖，它使用嵌入在改性光線塑料透光罩內(nèi)的多個LED光源；圖5是各種出口標志的正視圖，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(nèi)的多個LED光源；
圖7是使用多個LED光源的發(fā)光標語或標志設(shè)計的透視圖；圖8是手提信號燈的側(cè)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(cè)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是適于取代白熾燈泡的LED燈泡的側(cè)視圖。
實施本發(fā)明的最好方式參照圖1和圖2，本發(fā)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。對于需要最大可見度的用途，可選用高發(fā)光強度的LED。對于需要低功耗的用途，可選用低功率的LED。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯然LED10通過導(dǎo)體40與電源30電氣相連。在較佳的實例中，導(dǎo)體40是一段導(dǎo)線，但可以是任何其它合適的導(dǎo)電材料。
透光罩20由基本透明的聚烯烴材料制成。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、或兩者的混合物制成。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(fā)明所述的方法使之透明。
警示燈的較佳結(jié)構(gòu)如圖3所示。LED 10大致放置在透光罩30的中心處。導(dǎo)體40和LED 10嵌入透光罩20的材料內(nèi)。如何將導(dǎo)體與合適的電源相連以便向LED10供電對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。雖然將LED 10嵌入透光罩20內(nèi)是較好的，但是這并非是本發(fā)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(dāng)通過吹塑制造透光罩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制造照明裝置。根據(jù)所需的照明效果，多個LED10可放置在透光罩20內(nèi)的任何位置處。如上所述，LED 10無需嵌入透光罩20內(nèi)。根據(jù)照明裝置的設(shè)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制成的出口標志，需要將LED 10放置在透光罩的四周。如何使用導(dǎo)體30將LED 10彼此電氣相連并與電源或其它電子電路電氣相連對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。
較好的出口標志結(jié)構(gòu)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?！癊XIT”字樣可通過涂布或本領(lǐng)域常用的其它方法形成于透光罩上。雖然多個LED 10也可嵌入透光罩材料內(nèi)，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(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。
圖6表示用本文所述的透光材料制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傳輸至帶有儀表板標記的面板(mask)上，以便使駕駛員能觀察到標記信息。
圖7表示用于附著于衣物制品上的發(fā)光標志或標識的一個例子。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(shè)計而異。該標志可使用單個或多個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(nèi)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(jié)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(shè)計。電源30放置在把手內(nèi)，通過導(dǎo)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(nèi)。
圖9表示在透光罩20內(nèi)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于基部50上。LED 10通過導(dǎo)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(nèi)。LED 10的數(shù)目可依設(shè)計而異。
上面結(jié)合本發(fā)明說明性的實例對本發(fā)明的各種優(yōu)點進行了具體說明和描述。但是，應(yīng)理解這些具體結(jié)構(gòu)及其制造方法是非限制性的，僅是說明性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書決定。
權(quán)利要求
1．一種照明裝置，它包括電源；光源；由聚烯烴制成的透光罩。
2．如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩是由聚烯烴制成的，所述聚烯烴選自乙烯／1-丁烯共聚物及丙烯均聚物。
3．如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩是由聚烯烴制成的，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(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩是透明的。
5．如權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于所述罩還包括澄清劑。
6．如權(quán)利要求5所述的照明裝置，其特征在于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；由塑料制成的透光罩，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(dāng)所述電子電路與電源和光源電氣相連時，它使光源發(fā)生閃爍。
8．如權(quán)利要求7所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩包圍所述光源。
9．如權(quán)利要求7所述的照明裝置，其特征在于所述光源是半導(dǎo)體器件。
10．如權(quán)利要求7所述的照明裝置，其特征在于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，所述基部附著于所述透光罩上，形成燈泡；所述LED與所述基部電氣相連并容納在所述燈泡內(nèi)。
12．如權(quán)利要求11所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩由聚烯烴制成，所述聚烯烴選自乙烯／1-丁烯共聚物及丙烯均聚物。
13．如權(quán)利要求12所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩由聚烯烴構(gòu)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(quán)利要求12所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩是透明的。
15．如權(quán)利要求12所述的照明裝置，其特征在于所述透光罩還包括澄清劑。
16．如權(quán)利要求15所述的照明裝置，其特征在于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，然后將所述材料沉浴在冷水中，快速冷卻而制得的。
18．如權(quán)利要求17所述的材料，其特征在于所述水的溫度約為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(gòu)成的光改性材料,以及將該材料置于透光罩(20)中的照明裝置。該裝置的光源(10)較好是半導(dǎo)體或發(fā)光二極管(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(yōu)先權(quán)日1998年3月4日
發(fā)明者卡洛·塞納 申請人:卡洛·塞納