CN104321588A - 便于透镜对准的led灯具与制造方法 - Google Patents

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Abstract

LED照明装置(10)包括：(1)多个主透镜(32)，每个主透镜(32)位于相应的一个LED阵列(31)上，LED阵列(31)间隔设置在电路板(30)上，和(2)在所述电路板上的单片式透镜元件(40)，并且单片式透镜元件具有多个次级透镜(41)，每个次级透镜间隔设置于所述电路板上的一个主透镜之上，所述电路板和透镜元件具有定位和配置为相互啮合以实现高精度透镜对准的第一和第二配合特征。所述电路板和单片式透镜元件分别接合到热传导元件(20)的安装面(23)，并且这种装配，虽然是有利于高效率的装配，但不会干扰高精度的透镜对准。

Description

便于透镜对准的LED灯具与制造方法
发明领域
本发明一般涉及LED灯具的领域，更具体地说，涉及用于各种高亮度区域照明应用的LED灯具，例如道路照明、工厂照明、停车场照明、商业建筑照明等领域，以及其制造方法。
发明背景
近年来，用于各种常用照明用途，在灯具发展中增加了对发光二极管(LED)的使用，而且随着在该领域取得了进展，这种趋势已经加速了。事实上，以前通常使用所谓的高强度放电(HID)灯的灯具供应的照明应用现在由LED灯具供应。在许多其他应用中，这样的照明应用包括道路照明、工厂照明、停车场照明，以及商业建筑照明。
在许多这样的产品中，在具有特定的光分布要求的大面积中实现高水平的照明尤为重要。一个例子是用于道路照明的灯具，在应用中，所述灯具通常沿道路边缘设置，而光分布期望沿道路长度的大部分，并且当然包括道路本身-通常排除离开道路的大量光。并且在这种情况下，期望最小化大型复杂的反射器的使用和/或改变多个光源的方向，以实现期望的照明图案。
为了实现适当的光分布，同时避免或最小化使用复杂的反射器和/或改变多个光源的方向，基于这一目的，这需要使用透镜系统。并且，由于透镜对准在透镜系统中起着作用，为了最大限度地发挥其效力，需要高精度的透镜对准。
同时，必须认识到，用于道路照明等中的LED灯具的制造等所涉及的是大量的制造，优选地是高效率地制造灯具，而不是制造非常高成本的精密仪器，如用于实验室等。更具体地讲，满足低成本经济、高效率制造是非常重要的，但仍需要实现高精度的透镜对准，以最大限度地提高用于道路照明等的高亮度LED灯具的性能。
发明内容
本发明是一种改进的具有高精度透镜对准的LED灯具，以及这种LED灯具的高效率制造方法。
本发明的方法是一种装配这类LED照明灯具的方法，包括(a)具有安装面的热传导结构，(b)其上间隔地具有多个LED阵列的电路板，多个主透镜中的每一个位于LED阵列中的相应LED阵列上方，和(c)具有多个次级透镜的单片式透镜元件，每个次级透镜定位成与主透镜中的相应主透镜对准。本发明的方法包括：提供穿过所述电路板的一组安装孔，和在所述电路板中的一组对准孔；提供穿过所述单片式透镜元件的一组安装孔和从该透镜元件的与电路板相邻的表面延伸的一组对准突起；提供在热传导结构中的第一和第二组紧固件容纳空腔，并且空腔在其安装面处开口；通过将第一组紧固件穿过电路板安装孔插入到所述第一组紧固件容纳空腔中，从而将电路板安装到所述安装面；通过将对准突起和对准孔配合接合，使得透镜元件相对于所述电路板对准；和通过将第二组紧固件穿过透镜元件安装孔插入到所述第二组紧固件容纳空腔中，从而将所述透镜元件安装在所述电路板上方。
本发明的照明装置包括：(1)多个主透镜，每个主透镜位于相应的LED阵列上方，LED阵列间隔地位于电路板上，所述电路板具有第一配合特征；和(2)在所述电路板上方的单片式透镜元件，所述单片式透镜元件包括多个次级透镜，每个次级透镜间隔地位于主透镜中的相应主透镜上方，所述单片式透镜元件具有定位和配置为与所述第一配合特征配合接合的第二配合特征，所述第一和第二配合特征接合以在其相应的主透镜上方精确对准所述次级透镜。
在一些实施例中，第二配合特征是从单片式透镜元件的与电路板相邻的表面延伸的突起，并且所述第一配合特征是形成在电路板上的LED支撑表面的互补孔。在这样的实施例中，透镜元件可具有从它的与电路板相邻的表面延伸的第一和第二突起，并且所述电路板限定(a)与第一突起形状互补的第一孔，以沿着所述电路板固定透镜元件的位置，和(b)容纳所述第二突起的第二孔，以防止所述透镜元件绕第一突起转动。第二孔可沿着所述第一和第二孔之间延伸的线伸长，以便于配合结构的接合。
本发明的某些实施例还包括热传导结构，其包括安装面，所述电路板和所述透镜元件被固定于该安装面。热传导结构具有在所述安装面处开口的第一组和第二组紧固件容纳空腔。利用紧固件延伸穿过电路板中的安装孔并延伸进入第一组紧固件容纳空腔中，所述电路板被安装到所述热传导结构。通过将紧固件插入穿过单片式透镜元件中的孔并插入到第二组紧固件容纳空腔中，单片式透镜元件被固定到所述热传导结构。
单片式透镜元件可以具有超出所述电路板的边缘延伸的周边部。这样的周边部优选环绕电路板，并接合垫圈以提供围绕电路板的防风雨密封。单片式透镜元件可以由聚合物材料制成，且单片式透镜元件的每一个孔中设有压缩限制性插入件。
本发明实现了想要的透镜的精确对准赋予光分布的全部好处，同时仍允许高效率的装配。
在本发明的描述中，包括在下面的权利要求书中，术语“包括”，“包含”和“具有”(在其各种形式每个)和术语“带有”，各自应理解为开放式的，而不是限制性术语。
附图说明
图1是根据本发明的LED灯具的分解底部透视图。
图2是电路板的俯视图。
图3为单片式透镜元件的俯视图。
图4是图3的透镜元件的透视图。
图5是图3的透镜元件在电路板上对准的透视图。
图6是热传导结构的安装面的俯视图。
图7示出了安装在热传导结构上的电路板的透视图。
图8是表示透镜元件在安装到热传导结构的电路板上对准的透视图。
图9是表示安装到热传导结构的透镜元件的透视图。
图10是沿着所述热传导结构的透视剖面图，并示出了单片式透镜元件固定到热传导结构。
图11是沿所述热传导结构的透视剖面图，并示出了电路板安装到所述热传导结构。
具体实施方式
图1-9示出了根据本发明的LED灯具10，以及这种LED灯具10的高效率制造方法，其提供了高精度的透镜对准。
图1-5最佳地示出了LED灯具10包括热传导结构20、电路板30和单片式透镜元件40。在图1和图6中可最清楚地看出热传导结构20具有安装面23。图1、图2和图5最佳地示出了电路板30，其上间隔设置有多个LED阵列31，还设有多个主透镜32，每个主透镜32位于对应的一个LED阵列31上。图3-5最佳地示出了单片式透镜元件40具有多个次级透镜41，每个次级透镜41定位成与对应的一个主透镜32对准。
在本发明方法中，如图2中最佳地示出，穿过电路板30设置一组安装孔33，且电路板30中设有一组对准孔34。穿过单片式透镜元件40也设有一组安装孔42(最好参见图3)。还提供一组对准突起43(最好参见图3和图4)，突起43从透镜元件40的与电路板相邻的表面44延伸。在热传导结构20中具有第一组和第二组紧固件容纳空腔21和22。
如图1所示，空腔21和22在热传导结构20的安装面23处开口。图1、图7和图11示出了通过将第一组紧固件11穿过电路板安装孔33插入第一组紧固件容纳空腔21，从而将电路板30安装到安装面23。图5示出了通过将对准突起43与对准孔34的配合接合，这样次级透镜41被精确地对准于其对应的主透镜32上方，从而使透镜元件40相对于电路板30对准。图1和图10示出了通过将第二组紧固件12穿过透镜元件安装孔42插入第二组紧固件容纳空腔22中，从而将透镜元件40安装在电路板30上方。
图3-5最佳地示出了透镜元件40具有从它的与电路板相邻的表面44延伸的第一和第二突起431和432。图2示出了电路板30限定的第一和第二对准孔341和342。第一孔341与第一突起431形状互补，以沿电路板30固定透镜元件40的位置。并且，如图5所示，第二孔342容纳第二突起432，以防止透镜元件40围绕第一突起431转动。图2中还示出了第二孔342沿第一和第二孔341和342之间延伸的线35伸长。这有利于以对准孔34和突起43的方式的配合结构的接合。
图1、图5、图10和图11示出了单片式透镜元件40具有延伸超出电路板30的边缘36的周边部45。周边部45环绕电路板30，并接合垫圈13以提供围绕电路板30的防风雨密封。由于单片式透镜元件40可以由聚合物材料制成，在这种实施例中，压缩限制性插入物46用于单片式透镜元件40的每个安装孔42中。
虽然已经结合特定实施例示出和描述了本发明的原理，但应当理解的是，这样的实施例是示例性的而不是限制性的。

Claims (22)

1.一种组装LED灯具的方法，所述灯具包括：(a)具有安装面的热传导结构，(b)其上间隔地具有多个LED阵列的电路板，多个主透镜中的每一个位于LED阵列中的相应LED阵列上方，和(c)具有多个次级透镜的单片式透镜元件，每个次级透镜定位成与主透镜中的相应主透镜对准，所述方法包括：
-提供穿过所述电路板的一组安装孔，和在所述电路板中的一组对准孔；
-提供穿过所述单片式透镜元件的一组安装孔和从该透镜元件的与电路板相邻的表面延伸的一组对准突起；
-提供在热传导结构中的第一和第二组紧固件容纳空腔，并且空腔在其安装面处开口；
-通过将第一组紧固件穿过电路板安装孔插入到所述第一组紧固件容纳空腔中，从而将电路板安装到所述安装面；
-通过将对准突起和对准孔配合接合，使得透镜元件相对于所述电路板对准；和
-通过将第二组紧固件穿过透镜元件安装孔插入到所述第二组紧固件容纳空腔中，从而将所述透镜元件安装在所述电路板上方。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述对准突起组包括第一和第二突起，并且所述对准孔组包括：在形状上与所述第一突起互补的第一孔，以沿所述电路板固定所述透镜元件的位置，和容纳所述第二突起的第二孔，以防止所述透镜元件绕所述第一突起转动。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二孔沿所述第一和第二孔之间延伸的线伸长，从而便于配合接合。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述单片式透镜元件具有延伸超出所述电路板的边缘的周边部。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述周边部环绕所述电路板，并接合垫圈，所述垫圈提供围绕所述电路板的防风雨密封。
6.如权利要求5所述的方法，其中：
-所述单片式透镜元件由聚合物材料制成；和
-压缩限制性插入物，位于所述单片式透镜元件的每一个孔中。
7.照明装置，包括：
-多个主透镜，每个主透镜位于相应的LED阵列上方，LED阵列间隔地位于电路板上，所述电路板具有第一配合特征；和
-在所述电路板上方的单片式透镜元件，所述单片式透镜元件包括多个次级透镜，每个次级透镜间隔地位于主透镜中的相应主透镜上方，所述单片式透镜元件具有定位和配置为与所述第一配合特征配合接合的第二配合特征，所述第一和第二配合特征接合以在其相应的主透镜上方精确对准所述次级透镜。
8.如权利要求7所述的照明装置，其中：
-所述第二配合特征是从所述单片式透镜元件的与电路板相邻的表面延伸的突起；并且
-所述第一配合特征是形成在所述电路板的LED支撑表面中的互补孔。
9.如权利要求8所述的照明装置，其中：
-该透镜元件包括从与电路板相邻的表面延伸的第一和第二突起；和
-所述电路板限定与所述第一突起形状互补的第一孔，以沿所述电路板固定所述透镜元件的位置，以及容纳所述第二突起的第二孔，以防止所述透镜元件绕所述第一突起转动。
10.如权利要求9所述的照明装置，其中，所述第二孔沿所述第一和第二孔之间延伸的线伸长，从而便于所述配合特征的接合。
11.如权利要求7所述的照明装置，还包括具有安装面和第一和第二组紧固件容纳空腔的热传导结构，所述电路板利用紧固件穿过所述电路板中的安装孔延伸到所述第一组紧固件容纳空腔中从而被安装到所述热传导结构。
12.如权利要求11所述的照明装置，其中利用将紧固件穿过所述单片式透镜元件中的孔插入到所述第二组紧固件容纳空腔中，所述单片式透镜元件被固定到所述热传导结构。
13.如权利要求12所述的照明装置，其中，所述单片式透镜元件具有延伸超出所述电路板的边缘的周边部。
14.如权利要求13所述的照明装置，其中，所述周边部环绕所述电路板，并接合垫圈，所述垫圈提供围绕所述电路板的防风雨密封。
15.如权利要求14所述的照明装置，其中：
-所述单片式透镜元件由聚合物材料制成；和
-压缩限制性插入物位于所述单片式透镜元件的每一个孔中。
16.照明装置，包括：
-间隔地位于电路板上的多个LED光源，所述电路板具有第一对准特征；
-位于所述电路板上方的透镜元件，包括多个透镜，每个透镜间隔地位于LED光源中的相应LED光源上方，所述透镜元件具有定位和配置为与第一对准特征对准的第二对准特征，以在所述透镜的对应的LED光源上方对准所述透镜。
17.如权利要求16所述的照明装置，其中：
-所述第二对准特征是从所述单片式透镜元件的与电路板邻接的表面延伸的突起；和
-所述第一对准特征是形成在所述电路板的LED支撑表面中的互补孔。
18.如权利要求17所述的照明装置，其中：
-该透镜元件是单片式元件，其包括从与电路板邻接的表面延伸的第一和第二突起；和
-所述电路板限定与所述第一突起形状互补的第一孔，以沿所述电路板固定所述透镜元件的位置，以及容纳所述第二突起的第二孔，以防止所述透镜元件绕所述第一突起转动。
19.如权利要求18所述的照明装置，其中，所述第二孔沿所述第一和第二孔之间延伸的线伸长，从而便于所述配合特征的接合。
20.如权利要求16所述的照明装置，其中，每个LED光源包括LED阵列。
21.如权利要求20所述的照明装置，其中，每个光源包括位于所述LED阵列上方的主透镜。
22.如权利要求21所述的照明装置，其中，每个主透镜包覆模制在所述LED阵列中的一个上。
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