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，市場滲透度逐漸增長?；贚ED的發(fā)光器比傳統(tǒng)照明技術(shù)有相當多的優(yōu)點，諸如壽命更長、機械強度更好、效率更高，并且沒有危險的污染物，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LED來操作。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，則其目苗準和射束傳播應被分別控制，或以非常小的組的方式控制。典型地，有效的瞄準能夠通過將LED安裝到印刷電路板(PCB)接著將該PCB安裝到瞄準平臺上來實現(xiàn)，該瞄準平臺將每個LED或每小組的LED定向成所需的方向。此平臺還提供了散熱器，以便冷卻LED和允許LED維持在適當?shù)墓ぷ鳒囟?。對射束傳播進行控制通過使用準直每個LED的輸出的全內(nèi)反射(TIR)透鏡或復合拋物面反射器或用于按照需要指引光的類似裝置來完成。進一步的控制通過發(fā)散透鏡來完成，這些透鏡可以結(jié)合到準直透鏡的最終表面中或者作為輔助元件添加到該透鏡上。對于大多數(shù)發(fā)光器而言，尤其是戶外發(fā)光器，針對多種因素的保護需要另一個外部保護性透鏡。每個附加透鏡會帶來兩個附加表面和在附加表面之間的材料。由于每個透鏡表面具有一定量的反射性，透射過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]本公開內(nèi)容認識到光必須透過多個表面可能降低發(fā)光器的總性能。本公開內(nèi)容中提供了發(fā)光器，發(fā)光器通過減少光通過的表面的數(shù)目，和/或減少光通過的材料的數(shù)量，而提尚了效率。
[0004]本公開內(nèi)容的多個方面描述了幾種新穎的SSL發(fā)光器，其通過減少光必須通過的透鏡表面的數(shù)目而具有更大的效率，同時仍提供防止環(huán)境影響的必要保護。這使得SSL發(fā)光器具有更大的效率以及進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的表面的數(shù)目。本公開內(nèi)容的多個方面提供了系統(tǒng)、方法和設備，用于通過將發(fā)散透鏡和保護性外部透鏡并入到單個設備，即模塊化折射器中而減少了光必須通過的表面的數(shù)目?？梢酝ㄟ^使用復合拋物面反射器以準直LED產(chǎn)生的光，而不是使用TIR類型的透鏡來實現(xiàn)效率的附加增長，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的透鏡材料的體積。
[0006]一方面，提供了一種固態(tài)照明設備。該設備通常包括具有多個不同安裝表面的殼，與多個安裝表面耦合的多個發(fā)光模塊，以及多個模塊化折射器，每個模塊化折射器與對應的發(fā)光模塊耦合，并且包括一個或多個透鏡，透鏡配置成對從與相關(guān)的發(fā)光模塊耦合的一個或多個發(fā)光二極管(LED)照明元件產(chǎn)生的光的傳播進行控制。每個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。在一些實施例中，多個安裝表面相對于要被設備照射的表面可以具有多個不同的安裝角度。在一些進一步的實施例中，該設備不包括單獨的外部保護性透鏡，因此減少了光必須穿過的表面的數(shù)目，提高了設備的效率。
[0007]在一些實施例中，發(fā)光模塊的至少一個子集包括與印刷電路板(PCB)耦合(連接)的兩個或更多個LED，該PCB安裝到相關(guān)的安裝表面。在一些實施例中，安裝表面的一個或多個可以包括散熱器，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)透鏡或復合拋物面反射器中的一個或多個。透鏡中的一個或多個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)一些實施例，每個模塊化折射器中的一個或多個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。在進一步的實施例中，一部分或全部模塊化折射器的一個或多個透鏡包括被共同模制在一起的具有至少兩個不同的折射系數(shù)的材料。在更進一步的實施例中，模塊化折射器中的一個或多個的一個或多個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)相當廣泛地概述了根據(jù)本公開的示例的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便可以更好地理解隨后的詳細說明。下文中將描述附加特征和優(yōu)點。所公開的概念和特定示例可以很容易被用作修改或設計用于執(zhí)行與本公開內(nèi)容的相同的目的的其他構(gòu)造的基礎。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)系附圖考慮以下說明時，將在他們的結(jié)構(gòu)和工作方法、以及相關(guān)優(yōu)點方面，更好地理解被認為是本文所公開的概念的特性的特征。每個圖都是為了說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。
【附圖說明】
[0010]通過參考附圖，可以實現(xiàn)對本公開的本質(zhì)和優(yōu)點的進一步的理解。在附圖中，類似的部件或特征可以具有相同的附圖標記。進一步地，相同類型的多個部件可以用一個附圖標記后面加上橫劃線和在類似部件中進行區(qū)分的第二標記來區(qū)分。
[0011]圖1是根據(jù)多個實施例的模塊化折射器的前透視圖；
[0012]圖2是根據(jù)多個實施例的模塊化折射器的后透視圖；
[0013]圖3是根據(jù)多個實施例的模塊化折射器的側(cè)正視圖；
[0014]圖4是根據(jù)多個實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的一部分的詳細視圖；
[0017]圖6是根據(jù)多個實施例的發(fā)光模塊的前透視圖；
[0018]圖7是根據(jù)多個實施例的發(fā)光模塊的俯視平面圖；
[0019]圖8是根據(jù)多個實施例的另一個模塊化折射器的前透視圖；
[0020]圖9是根據(jù)多個實施例的街燈的仰視透視圖；
[0021]圖10是根據(jù)多個實施例的街燈的另一個透視圖；
[0022]圖11示出了根據(jù)多個實施例的用于發(fā)光模塊和模塊化折射器的示例性安裝表面。
【具體實施方式】
[0023]以下描述提供了示例，而并不是對權(quán)利要求中表達的范圍、應用性或配置進行限制?？梢詫τ懻摰脑墓δ芎筒贾米龀龈淖?，而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。多個實施例可以適當?shù)厥÷?、替代或增加多個過程或部件。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、省略或組合多個步驟。并且，關(guān)于某些實施例描述的特征可以在其他實施例中組合起來。
[0024]SSL發(fā)光器正在全美國和全球進行安裝。基于LED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、降低工作費用并且最小化了維護和其相關(guān)成本。LED的堅固性、長壽命和效率(和其他優(yōu)點)持續(xù)地增加了應用的數(shù)量和SSL發(fā)光器的市場占有率。
[0025]通常，許多個SSL發(fā)光器設計成使得它們的LED排列成簡單的線性圖案，這使得對所需光圖案的近似較差。這可導致一致性較差，或者可能有光分布在期望的區(qū)域以外。這減少了對可用光的有效利用。精確地瞄準各個發(fā)光二極管或各小組的發(fā)光二極管實現(xiàn)了對光圖案的更好的控制，以及更有效地利用產(chǎn)生的光。精確的瞄準可以多種方式完成，包括瞄準平臺，其被鑄造、模制、成形、彎曲或以其他方式構(gòu)造成提供為了實現(xiàn)光照在地面上形成期望圖案而需要的瞄準點的必要數(shù)目和位置。
[0026]典型地，SSL發(fā)光器的LED具有準直透鏡或復合拋物面反射器，發(fā)散透鏡和外部保護性透鏡或折射器。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)生光的測量結(jié)果。由于為透鏡使用的任何實際材料都會在每個透鏡表面處呈現(xiàn)一定損耗，所以光必須通過的表面的數(shù)目越大，光的損耗就越大，從而效率越低。
[0027]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，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，其提供對從位于折射器殼內(nèi)的一個或多個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，如該示例性實施例中所示的外表面上，這兩種表面上或通過利用具有至少兩個不同折射系數(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。盡管此示例性實施例顯示了多個這樣的發(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)目與此示例性實施例不同的實施例，包括其中僅存在單個這樣的元件的實例。安裝框架3提供了沿圖2中所示的襯墊4針對外部環(huán)境的第一級的保護。如在此所示的安裝框架3是為了說明性目的而顯示的，并且實際上可以按照需要采取多