TW201506304A - 改裝式ｌｅｄ告示牌照明系統 - Google Patents

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Abstract

一種改裝藉由弧光燈照明的告示牌系統之方法，此弧光燈包括具有反射器特徵之反射器及輸出透鏡。此方法包括下述步驟：自弧光燈外罩移除透鏡、測繪該弧光燈之光圖案輸出，且接著自該外罩移除該弧光燈及反射器。接下來，在LED電路板上設置多個LED成一圖案，以致於藉由此等LED產生的光輸出重現弧光燈的光圖案。接著將該電路板設置於該外罩內，並重新連接該透鏡。較佳地，此等LEDs包括具有緊密堆積之LED的中央LED群集，以重現弧光之原有輸出；以及位在該LED群集之上方及下方之較不緊密堆積的一對LED組群，以重現來自反射器的輸出。若有需要，使部分LED以相對於該電路板呈一角度來定向，以幫助更精確地重現弧光燈的原有輸出。

Description

改裝式LED告示牌照明系統 相關申請案之交互參照
本申請案基於2013年6月20日提出申請的美國臨時專利申請案第61/837,249號，主張優先權。
發明領域
對廣告商品與服務，戶外告示牌代表一個重要的媒介。一般而言，大型戶外告示牌系統被放置於高速公路及其他主要道路旁，以便能被經過的車流看見。因為大部分的車流量可能會在天黑後通過告示牌，所以提供夜間照明系統是重要的。習知的照明系統係設計來明亮地照明告示牌，以致使通過車輛能輕易地讀取告示牌，並且產生以理想的方式顯示廣告的告示牌照明。
發明背景
傳統的告示牌照明系統使用金屬鹵化物弧光燈。此燈包含在燈罩內。一般而言，大型告示牌係利用二或多個自此告示牌延伸的臂所支撐的燈來照明，因此每個燈被定位於告示牌前方且略下方處(亦即，以免阻擋乘客向告示牌展示之視線)。因為告示牌之不同區域的位置與光源 的距離不同，所以燈罩包括用於以高效率及高均一性將光自燈導引至告示牌的反射器及透鏡。
圖1顯示具有典型習知告示牌照明系統之標準 (例如48英尺x 14英尺)告示牌10。此習知系統具有三個設置於臂14(僅顯示其中之一)的弧光燈單元12a、12b，及12c，以致能定位在告示牌10的前方及略下方處。每一燈單元12a-12c照明該告示牌的區域A1、A2或A3，以致於組群合時，整個告示牌10是照亮的。
圖2顯示具有外罩16之典型燈單元12a，於該外罩 16內含有弧光燈18。藉由電源17控制弧光燈18以產生做為光源的弧光19。透鏡20，其也稱為反射器，經常形成外罩16的前蓋22(亦即，面向告示牌10)。來自弧光19的光將經由透鏡20導引到告示牌10，此透鏡有效率地收集光並以最大均一性導引光到告示牌10。透鏡20能採取許多形狀，例如凹狀或凸狀。更常見地，透鏡20具有形成在透鏡表面上不同區域之凹槽及稜柱的複雜圖案，導引光到告示牌10的不同區域以達最大均一性。
燈單元外罩16亦含有位在外罩相對於透鏡20之 一側的反射器元件24。由弧光19發出的遠離透鏡20方向上的光將撞擊反射器元件24且朝向透鏡20及告示牌10反射回來。反射器元件24可為凹狀或凸狀，或可具有其他自由形狀。
具有平滑表面的簡易反射器元件24將反射此 光。然而，藉由反射器元件24之光的簡易反射並未充分利 用此透鏡20以於告示牌10的表面上達到最大化效率及均一性。基於此原因，如圖3所示，反射器元件24含有反射器特徵26，其可為凸狀或凹狀稜線、凹痕、其他凸起表面等等。 設計用於每一照明系統12a的反射器特徵26，連同透鏡20的複雜形狀，以供在照明告示牌10上提供最大效率及均一性。
圖4a及4b顯示移除透鏡的燈12a。如圖所示，到 達透鏡20的光(若存在的話)包括直接來自弧光燈18的弧光19之光的非常亮的光點。透鏡20亦接收反射器24的輸出34，包括反射器特徵26，其為反射器元件24反射之弧光19發射之光的反射結果。因此，到達透鏡的光圖案是依反射器的形狀及反射器特徵26的設計而定。
最近，已引入使用LED做為光源的告示牌照明系 統。比起鹵化物弧光燈，LED已變得實質更亮，使用更少電力，並具有較長壽命。LED照明系統藉由降低電力使用量及降低置換燈的需求或頻率，降低操作告示牌的費用。
雖然利用LED照明系統替換現存的告示牌照明 系統有優點，但仍有缺點。替換需要移除經常是非常重的現有鹵化物弧光燈罩。新的LED照明系統仍須設計成具有與舊系統相同的耐用性，以致能在許多裝設中耐受惡劣天氣狀況。而且接著是利用LED系統替換仍可運作之弧光燈的費用。
發明概要
本發明為一種改裝式LED系統，用於替換傳統的 弧光燈照明光源。本發明保留且使用原有的外罩16及透鏡20，但利用LED陣列及適合的控制電子元件取代弧光燈18、其相關的電子元件17及反射器24，因此降低替換系統的費用。新的LED陣列係設計成具有多數LED，以致於輸出光分布貼近符合原有弧光燈及反射系統。此改裝式光源使得使用原有透鏡能提供經照明的告示牌之有效率且均一的輸出。
在一較佳的實施例中，本發明是一種改裝藉由弧 光燈照明的告示牌系統之方法，此弧光燈包括具有反射器特徵之反射器及輸出透鏡。此方法包括下述步驟：自弧光燈外罩移除透鏡、測繪該弧光燈之光圖案輸出，且接著自該外罩移除該弧光燈及反射器。接下來，在LED電路板上設置多數LED以致能重現弧光燈的光圖案。將該電路板設置於該外罩內，並重新安裝該透鏡。
較佳地，此等LED包括具有緊密堆積之LED的中 央LED群集，以重現弧光之原有輸出；以及位在該LED群集之上方及下方之較不緊密堆積的一對LED組群，以重現來自反射器的輸出。若有需要，使部分LED以相對於該電路板呈一角度來定向，以幫助重現或改良弧光燈的原有輸出。
10‧‧‧告示牌
12a‧‧‧弧光燈單元
12b‧‧‧弧光燈單元
12c‧‧‧弧光燈單元
14‧‧‧臂
16‧‧‧外罩
17‧‧‧電源，電子元件
18‧‧‧弧光燈
19‧‧‧弧光
20‧‧‧透鏡
22‧‧‧前蓋
24‧‧‧反射器元件，反射器
26‧‧‧反射器特徵
32‧‧‧輸出
34‧‧‧輸出
34a‧‧‧輸出
40‧‧‧LED電路板
40a‧‧‧電路板
40b‧‧‧電路板
42‧‧‧上部LED組群
42a‧‧‧上部LED組群
42b‧‧‧LED組群
42c‧‧‧LED組群
42d‧‧‧LED組羣
44‧‧‧下部LED組群
44a‧‧‧下部LED組群
44c‧‧‧LED組群
44d‧‧‧LED組群
46‧‧‧LED群集組群，LED群集
46a‧‧‧LED群集
46b‧‧‧LED群集
46c‧‧‧LED群集
46d‧‧‧LED群集
50‧‧‧LED
50a‧‧‧LED
57‧‧‧LED控制電子元件
70‧‧‧平面
71‧‧‧平面
75‧‧‧表面
A1‧‧‧區域
A2‧‧‧區域
A3‧‧‧區域
圖1為具有照明系統的習知技術之告示牌的概要圖；圖2及圖3為與告示牌一起使用之習知技術照明系統的 概要圖；圖4a及圖4b為移去透鏡之習知技術照明系統的概要圖；圖5a及圖5b為已利用由本發明之第一實施例構成的LED照明面板來改裝的傳統弧光燈光源的概要圖；圖6至圖7分別為根據本發明第二及第三實施例的LED照明面板的概要圖；圖8a至圖8d為使用於根據本發明的照明面板的LED群集結構的各種範例的概要圖；以及圖9至圖10係根據本發明的第四及第五實施例的LED照明面板的概要圖。
較佳實施例之詳細說明
圖5a及5b顯示本發明之一實施例。此實施例包括原有的外罩16及透鏡20。原有的弧光燈18、電子元件17，及反射器24已移除且利用具有LED 50及LED控制電子元件57的LED電路板40來取代。
如圖5b所示，LED電路板40有三組群LED：上部LED組群42及下部LED組群44，每一組群被配置成一LED圖案以產生重現原有弧光燈18及反射器24之反射器特徵輸出34或34a的光輸出，例如，如圖4a及4b分別所示；以及位於上部組群及下部組群42、44之間的LED群集組群46，其組配成更緊密堆積的LED 50圖案，以產生重現原有弧光燈18之輸出32的光輸出，例如圖4a及4b所示。
藉由在LED電路板40上組配LED 50以重現在原 有弧光燈18及反射器24上的輸出及光圖案，包括考慮反射器特徵26的原有圖案，來自LED電路板的光輸出將能夠有效率地且均一地透過原有透鏡20耦合且如原有的系統一般有效率且均一地照明告示牌10。並且，因為LED的數目及LED的配置非常靈活，此改裝式系統可進一步被重新組配以勝過原有系統。
原有弧光燈之光圖案之重現係依下列方式執 行。在移除待改裝的弧光燈之原有透鏡20後，在一較佳的實施例中，利用濾光板覆蓋開口以降低燈的輸出強度。此濾光器較佳為光學衰減濾光器，例如由紐約霍波格之施耐德光學公司(Schneider Optics,Hauppauge,New York)製造者。然而，其他型式的玻璃或塑膠濾光器也可使用。利用弧光燈照明，拍攝經濾光的影像。以所獲得的影像為基礎，設計貼近重現影像之強度分布的LED圖案，參考每一地點的光強度，需牢記於心的是，部分反射光也已反射出外罩內表面之外，且因此以不同於直接由反射器發出之光的角度發射。某些LED的位向可被調整以重現以此等不同角度反射之光。再者，此影像一般具光線，其係藉由使用緊密間隔的LED來重現。較佳地，在設計欲使用之LED圖案中，假定大約50百分比之產生的光源自於弧光及剩餘50百分比之光源自於反射器。
可使用其他方法來測繪光強度。例如，可人為地將開口分成多個小區域，或像素，及能使用視訊攝影機來 掃瞄開口的影像。可使用光線感測器來測量在每個像素之處的強度。然後可使用電腦組群合數據以形成此圖。在此種可替代的系統中，使用具有攝影機的光學濾光器可能是比較理想的，但取決於攝影機設計，可能不需要。
圖6顯示具有夾置於上部LED組群42a與下部 LED組群44a之間的LED群集46的可替換電路板40a。圖7顯示另一具有被LED組群42b圍繞的LED群集46之可替換電路板40b，其中LED 50能在不規則間隔重現弧光燈18及反射器24產生之原有光圖案。
圖8a-8d顯示各種不同LED群集設計的例子，包 括群集46a，其中LED 50被包含於在一平坦表面上；群集46b，其中LED係位在相對形成角度的二平面70、71上；群集46c，其中LED係設置具有角錐形的LED電路板之一部分上(或在電路板的頂部表面)；或群集46d，其中LED係設置在具有球形或橢圓形的表面上。
圖9顯示另一實施例，其中LED組群42c及44c係 在LED群集46的上方及下方。再者，LED組群42c及44c係放置在相對於LED電路板40b之上表面75成角度的表面上。較佳地，相較於平面75，群集46是平坦的，但其可在位在斜角平面上以致能較佳地重現原有弧光燈18及反射器構件24之光圖案。使平面成角度的額外靈活度容許替換之LED系統能非常緊密地重現原有反射器輸出，增加了LED照明系統的效率及均一性。
最後，圖10顯示LED光線來源之又另一實施例， 其中在電路板上具有一或多數單獨的LED 50a，特別是LED組群42d及44d係被放置於LED群集46外部的所欲位置上且被指定於個別所欲的方向。此外，如此提供附加的靈活度以供在透鏡20上重現由弧光燈18及反射器24產生的原有光圖案。
在上述每個實施例中，調整每個LED的功率以匹 配原有的弧光/反射器輸出的輸出強度。例如，約50百分比的弧光輸出朝向告示牌10發射且結果，LED群集46將消耗約50百分比的總系統輸出。將需要高功率的LED。剩餘50百分比的弧光輸出朝向具有更大面積的反射器發射。結果，源自於每個反射器特徵26的輸出將變小且將藉由具有低功率的LED來重現。因為反射器的表面大且有很多特徵26，可使用許多低功率LED，定位在適當位置及角度以供原有弧光/反射器系統之最佳重現。
為達到較低成本的系統，較佳地使具有相同驅動 電流的LED串聯連接，以致於能降低電力供應的成本。較佳地使具有低電流驅動要求的低功率LED並聯連接，以致於總電流要求與高功率LED相匹配。如此容許使用相同的LED驅動器，降低系統的成本。
在電路板中心的LED群集46比LED群集之外的LED組群中的LED，要求使用更多的散熱器容量。結果，可能需要具有鰭片的、熱管、熱腔或甚至風扇的散熱器。
前述說明代表本發明較佳的實施例。熟知此技藝者將可明白各種不同的修改。所有的修改與變化將意圖落 入如下述申請專利範圍所述的本發明之範疇內。
16‧‧‧外罩
20‧‧‧透鏡
40‧‧‧LED電路板
50‧‧‧LED
57‧‧‧LED控制電子元件

Claims (16)

  1. 一種將弧光燈固定件轉換成LED燈固定件之方法，用於具有告示牌及至少一個用於夜間照明之該弧光燈固定件的告示牌系統，其中該弧光燈固定件包括一外罩、一弧光燈及一反射器，該弧光燈及該反射器被設置於該外罩內，其中該外罩包括被透鏡覆蓋之出口，其中該透鏡及該反射器係位在該弧光燈之相對側上，以致於由該弧光燈發射之遠離該透鏡方向上的光被反射回來朝向該透鏡，其中該反射器包括多個反射器特徵，用以產生指向該透鏡的預定光圖案，該方法包含下述步驟：(a)自該外罩移除該透鏡；(b)當點亮該弧光燈，在橫越該出口的不同地點測繪該預定光圖案；(c)自該外罩移除該弧光燈及該反射器；(d)在LED電路板上，設置多數LED成一圖案，以致於LED之光輸出將重現該預定光圖案；(e)耦合該等LED至LED控制電子元件；(f)安裝該電路板於該外罩內，以致於該等LED以該出口的方向發射光；以及(g)重新安裝該透鏡。
  2. 如請求項1之方法，其中該等LED係配置成用以形成重現來自該弧光燈之光輸出的中央LED群集，以及與該LED群集隔開且重現自該反射器反射之光輸出的至 少一LED組群。
  3. 如請求項1之方法，其中該等LED係配置成用以形成重現來自該弧光燈之光輸出的中央LED群集，以及分別位在該中央LED群集之上方及下方且重現來自該反射器之光輸出的一對LED群集，其中在該LED組群中的LED被組配成較該LED群集中之LED不緊密。
  4. 如請求項1之方法，其中該LED控制電子元件係用於修改至少部分該等LED的光輸出，以幫助重現該預定光圖案。
  5. 如請求項2之方法，其中該LED電路板具有至少實質位在一平面的上表面，且其中至少部分該等LED係安裝成沿著垂直該平面之光軸發射光。
  6. 如請求項5之方法，其中該等至少部分LED係安裝在表面上以沿著非垂直該平面之光軸發射光。
  7. 如請求項6之方法，其中該LED群集的LED係安裝在相對於彼此成角度的二平面上。
  8. 如請求項第7之方法，其中該LED群集的LED係安裝在具有角錐形狀的表面上。
  9. 如請求項6之方法，其中該LED群集的LED係安裝在具有球形狀或橢圓形狀的表面上。
  10. 如請求項6之方法，其中該LED組群中至少部分LED係安裝在相對於該平面成角度的平面上。
  11. 如請求項10之方法，其中該LED群集中的該等LED相對於該上表面係平坦地安裝。
  12. 如請求項1之方法，其中該等LED包含高功率及低功率LED的組合，以致能更緊密地重現該預定光圖案。
  13. 如請求項12之方法，其中該等高功率LED係彼此串聯連接，且該等低功率LED係彼此並聯連接。
  14. 如請求項1之方法，其中該重現步驟係藉由放置一平坦濾光器橫越該開口以降低影像的強度並拍攝經過濾的影像來完成。
  15. 如請求項14之方法，其中該濾光器為光學衰減濾光器。
  16. 如請求項2之方法，其中LED配置的圖案係藉由假定該LED群集代表大約一半之藉由該弧光燈產生的功率，以及該至少一LED組群代表藉由該弧光燈產生之功率的剩餘部分來設計。
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