帶有模塊化折射器的固態(tài)照明發(fā)光器的制造方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]基于發(fā)光二極管(LED)的固態(tài)照明(SSL)與傳統(tǒng)的照明技術(shù)相比，市場(chǎng)滲透度逐漸增長(zhǎng)?；贚ED的發(fā)光器比傳統(tǒng)照明技術(shù)有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，諸如壽命更長(zhǎng)、機(jī)械強(qiáng)度更好、效率更高，并且沒(méi)有危險(xiǎn)的污染物，諸如汞。
[0002]盡管傳統(tǒng)的發(fā)光器典型地僅需要單一光源，諸如金屬鹵化物燈泡，SSL發(fā)光器通常最佳地使用多個(gè)LED來(lái)操作。盡管傳統(tǒng)光源通常幾乎全向地發(fā)射光，但高功率LED通常發(fā)出朗伯模式(Lambertian pattern)的光。如果LED作為光源要獲得最優(yōu)效率，則其目苗準(zhǔn)和射束傳播應(yīng)被分別控制，或以非常小的組的方式控制。典型地，有效的瞄準(zhǔn)能夠通過(guò)將LED安裝到印刷電路板(PCB)接著將該P(yáng)CB安裝到瞄準(zhǔn)平臺(tái)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，該瞄準(zhǔn)平臺(tái)將每個(gè)LED或每小組的LED定向成所需的方向。此平臺(tái)還提供了散熱器，以便冷卻LED和允許LED維持在適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?。?duì)射束傳播進(jìn)行控制通過(guò)使用準(zhǔn)直每個(gè)LED的輸出的全內(nèi)反射(TIR)透鏡或復(fù)合拋物面反射器或用于按照需要指引光的類似裝置來(lái)完成。進(jìn)一步的控制通過(guò)發(fā)散透鏡來(lái)完成，這些透鏡可以結(jié)合到準(zhǔn)直透鏡的最終表面中或者作為輔助元件添加到該透鏡上。對(duì)于大多數(shù)發(fā)光器而言，尤其是戶外發(fā)光器，針對(duì)多種因素的保護(hù)需要另一個(gè)外部保護(hù)性透鏡。每個(gè)附加透鏡會(huì)帶來(lái)兩個(gè)附加表面和在附加表面之間的材料。由于每個(gè)透鏡表面具有一定量的反射性，透射過(guò)所述透鏡的光的量減少，降低了發(fā)光器的總效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本公開(kāi)內(nèi)容認(rèn)識(shí)到光必須透過(guò)多個(gè)表面可能降低發(fā)光器的總性能。本公開(kāi)內(nèi)容中提供了發(fā)光器，發(fā)光器通過(guò)減少光通過(guò)的表面的數(shù)目，和/或減少光通過(guò)的材料的數(shù)量，而提尚了效率。
[0004]本公開(kāi)內(nèi)容的多個(gè)方面描述了幾種新穎的SSL發(fā)光器，其通過(guò)減少光必須通過(guò)的透鏡表面的數(shù)目而具有更大的效率，同時(shí)仍提供防止環(huán)境影響的必要保護(hù)。這使得SSL發(fā)光器具有更大的效率以及進(jìn)行更有成本效益的生產(chǎn)。
[0005]因此，提高給定發(fā)光器的效率的一種選擇方案是減少生成的光必須通過(guò)的表面的數(shù)目。本公開(kāi)內(nèi)容的多個(gè)方面提供了系統(tǒng)、方法和設(shè)備，用于通過(guò)將發(fā)散透鏡和保護(hù)性外部透鏡并入到單個(gè)設(shè)備，即模塊化折射器中而減少了光必須通過(guò)的表面的數(shù)目?？梢酝ㄟ^(guò)使用復(fù)合拋物面反射器以準(zhǔn)直LED產(chǎn)生的光，而不是使用TIR類型的透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)效率的附加增長(zhǎng)，從而不僅最小化了光接合的表面的數(shù)目還最小化了光通過(guò)的透鏡材料的體積。
[0006]一方面，提供了一種固態(tài)照明設(shè)備。該設(shè)備通常包括具有多個(gè)不同安裝表面的殼，與多個(gè)安裝表面耦合的多個(gè)發(fā)光模塊，以及多個(gè)模塊化折射器，每個(gè)模塊化折射器與對(duì)應(yīng)的發(fā)光模塊耦合，并且包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，透鏡配置成對(duì)從與相關(guān)的發(fā)光模塊耦合的一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)照明元件產(chǎn)生的光的傳播進(jìn)行控制。每個(gè)模塊化折射器可以提供與相關(guān)的發(fā)光模塊的至少一部分部件的環(huán)境隔離。在一些實(shí)施例中，多個(gè)安裝表面相對(duì)于要被設(shè)備照射的表面可以具有多個(gè)不同的安裝角度。在一些進(jìn)一步的實(shí)施例中，該設(shè)備不包括單獨(dú)的外部保護(hù)性透鏡，因此減少了光必須穿過(guò)的表面的數(shù)目，提高了設(shè)備的效率。
[0007]在一些實(shí)施例中，發(fā)光模塊的至少一個(gè)子集包括與印刷電路板(PCB)耦合(連接)的兩個(gè)或更多個(gè)LED，該P(yáng)CB安裝到相關(guān)的安裝表面。在一些實(shí)施例中，安裝表面的一個(gè)或多個(gè)可以包括散熱器，該散熱器配置成將熱量從相關(guān)LED轉(zhuǎn)移走。
[0008]在一些示例中，模塊化折射器可以包括全內(nèi)反射(TIR)透鏡或復(fù)合拋物面反射器中的一個(gè)或多個(gè)。透鏡中的一個(gè)或多個(gè)還可以包括作為透鏡的輔助元件被結(jié)合到外部透鏡表面中或與外部透鏡表面耦合的發(fā)散透鏡。根據(jù)一些實(shí)施例，每個(gè)模塊化折射器中的一個(gè)或多個(gè)透鏡與模塊化折射器殼集成，并且形成在所述殼的內(nèi)表面或外表面上。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，一部分或全部模塊化折射器的一個(gè)或多個(gè)透鏡包括被共同模制在一起的具有至少兩個(gè)不同的折射系數(shù)的材料。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，模塊化折射器中的一個(gè)或多個(gè)的一個(gè)或多個(gè)透鏡可以包括模制到模塊化折射器中的梯度折射率(GRIN)透鏡。
[0009]上述內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了根據(jù)本公開(kāi)的示例的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便可以更好地理解隨后的詳細(xì)說(shuō)明。下文中將描述附加特征和優(yōu)點(diǎn)。所公開(kāi)的概念和特定示例可以很容易被用作修改或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行與本公開(kāi)內(nèi)容的相同的目的的其他構(gòu)造的基礎(chǔ)。這種等同構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求的精神和范圍。在聯(lián)系附圖考慮以下說(shuō)明時(shí)，將在他們的結(jié)構(gòu)和工作方法、以及相關(guān)優(yōu)點(diǎn)方面，更好地理解被認(rèn)為是本文所公開(kāi)的概念的特性的特征。每個(gè)圖都是為了說(shuō)明和描述的目的而提供的，并不是要作為限制權(quán)利要求的定義。
【附圖說(shuō)明】
[0010]通過(guò)參考附圖，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本公開(kāi)的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步的理解。在附圖中，類似的部件或特征可以具有相同的附圖標(biāo)記。進(jìn)一步地，相同類型的多個(gè)部件可以用一個(gè)附圖標(biāo)記后面加上橫劃線和在類似部件中進(jìn)行區(qū)分的第二標(biāo)記來(lái)區(qū)分。
[0011]圖1是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的模塊化折射器的前透視圖；
[0012]圖2是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的模塊化折射器的后透視圖；
[0013]圖3是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的模塊化折射器的側(cè)正視圖；
[0014]圖4是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的模塊化折射器的俯視平面圖；
[0015]圖4A是沿圖4的截面A-A的剖視圖；
[0016]圖5是圖4A的一部分的詳細(xì)視圖；
[0017]圖6是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的發(fā)光模塊的前透視圖；
[0018]圖7是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的發(fā)光模塊的俯視平面圖；
[0019]圖8是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)模塊化折射器的前透視圖；
[0020]圖9是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的街燈的仰視透視圖；
[0021]圖10是根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的街燈的另一個(gè)透視圖；
[0022]圖11示出了根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的用于發(fā)光模塊和模塊化折射器的示例性安裝表面。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下描述提供了示例，而并不是對(duì)權(quán)利要求中表達(dá)的范圍、應(yīng)用性或配置進(jìn)行限制?？梢詫?duì)討論的元件的功能和布置做出改變，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。多個(gè)實(shí)施例可以適當(dāng)?shù)厥÷?、替代或增加多個(gè)過(guò)程或部件。例如，描述的方法可以與描述不同的順序執(zhí)行，并且可以增加、省略或組合多個(gè)步驟。并且，關(guān)于某些實(shí)施例描述的特征可以在其他實(shí)施例中組合起來(lái)。
[0024]SSL發(fā)光器正在全美國(guó)和全球進(jìn)行安裝?；贚ED的照明正在以不斷增加的數(shù)目取代傳統(tǒng)光源，諸如白熾燈、金屬鹵化物燈和鈉汽燈。固態(tài)照明節(jié)省能量、降低工作費(fèi)用并且最小化了維護(hù)和其相關(guān)成本。LED的堅(jiān)固性、長(zhǎng)壽命和效率(和其他優(yōu)點(diǎn))持續(xù)地增加了應(yīng)用的數(shù)量和SSL發(fā)光器的市場(chǎng)占有率。
[0025]通常，許多個(gè)SSL發(fā)光器設(shè)計(jì)成使得它們的LED排列成簡(jiǎn)單的線性圖案，這使得對(duì)所需光圖案的近似較差。這可導(dǎo)致一致性較差，或者可能有光分布在期望的區(qū)域以外。這減少了對(duì)可用光的有效利用。精確地瞄準(zhǔn)各個(gè)發(fā)光二極管或各小組的發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)了對(duì)光圖案的更好的控制，以及更有效地利用產(chǎn)生的光。精確的瞄準(zhǔn)可以多種方式完成，包括瞄準(zhǔn)平臺(tái)，其被鑄造、模制、成形、彎曲或以其他方式構(gòu)造成提供為了實(shí)現(xiàn)光照在地面上形成期望圖案而需要的瞄準(zhǔn)點(diǎn)的必要數(shù)目和位置。
[0026]典型地，SSL發(fā)光器的LED具有準(zhǔn)直透鏡或復(fù)合拋物面反射器，發(fā)散透鏡和外部保護(hù)性透鏡或折射器。效率是與消耗的電功率的量相比給定發(fā)光器如何有效地產(chǎn)生光的測(cè)量結(jié)果。由于為透鏡使用的任何實(shí)際材料都會(huì)在每個(gè)透鏡表面處呈現(xiàn)一定損耗，所以光必須通過(guò)的表面的數(shù)目越大，光的損耗就越大，從而效率越低。
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，模塊化折射器1，如圖1中所示，具有模制的、鑄造的或以其他方式形成的發(fā)散透鏡區(qū)域2，其提供對(duì)從位于折射器殼內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)LED照明元件產(chǎn)生的光的傳播的必要控制。這些區(qū)域可形成在內(nèi)表面上，如該示例性實(shí)施例中所示的外表面上，這兩種表面上或通過(guò)利用具有至少兩個(gè)不同折射系數(shù)的材料的共同模制形成在內(nèi)部，或者通過(guò)利用模制到模塊化折射器I中的梯度折射率(GRIN)透鏡形成。盡管此示例性實(shí)施例顯示了多個(gè)這樣的發(fā)散透鏡區(qū)域，但可以存在其中的這種發(fā)散元件的數(shù)目與此示例性實(shí)施例不同的實(shí)施例，包括其中僅存在單個(gè)這樣的元件的實(shí)例。安裝框架3提供了沿圖2中所示的襯墊4針對(duì)外部環(huán)境的第一級(jí)的保護(hù)。如在此所示的安裝框架3是為了說(shuō)明性目的而顯示的，并且實(shí)際上可以按照需要采取多