專利名稱：以發(fā)光二極管的發(fā)光為基礎(chǔ)的發(fā)光設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光設(shè)備，它包括外殼，外殼限定一個內(nèi)部空間，內(nèi)部空間中包含至少一個用發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成的光源；和光學(xué)裝置，用于把LED發(fā)射的光導(dǎo)引至外殼之外。
背景技術(shù)：
這種發(fā)光設(shè)備可從文獻(xiàn)WO98/33007中得知。這種用于街道照明的發(fā)光設(shè)備利用LED發(fā)射的光所用的光導(dǎo)引裝置一方面保證LED產(chǎn)生的發(fā)光強度聚集成光束，另一方面保證光束的規(guī)定方向。
LED的發(fā)射特性具有特定的形狀。按物理光學(xué)原理工作的光學(xué)裝置具有的幾何形狀使得可以獲得最佳性能，如果光學(xué)裝置相對于LED的發(fā)射(光)特性占據(jù)準(zhǔn)確不變的位置的話。由于發(fā)光設(shè)備首先要運輸，然后要安裝，因此，如果發(fā)光設(shè)備要保持廠商要求的性能，必須保證光學(xué)裝置相對于LED的穩(wěn)固安裝。
在文獻(xiàn)WO98/33007中，LED固定在光學(xué)裝置內(nèi)，后者固定到外殼上。要獲得該結(jié)構(gòu)，必須準(zhǔn)確操作LED。但是，LED對機械操作極其敏感它們的工作壽命和發(fā)光性能與操作的仔細(xì)程度密切相關(guān)，特別是它們安裝于開頭段落中所述的發(fā)光設(shè)備內(nèi)時更是如此。除此之外，不能將主要的力加到LED的易碎的頂上。因此，應(yīng)該避免如文獻(xiàn)WO98/33007中提出的那樣的精確安裝操作。此外，這種安裝很費時而且自動化操作所需費用很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在很大程度上解決發(fā)光設(shè)備內(nèi)光學(xué)裝置相對于LED的安裝問題。
按本發(fā)明，為了實現(xiàn)上述目的，開頭段落中所述的發(fā)光設(shè)備的特征是LED安裝在連接到外殼上的支架上，光學(xué)裝置固定在連接到外殼的緊固件和LED支架之間。
由此實現(xiàn)的安裝包括光學(xué)裝置放置在LED的支架上和使用連接到外殼的緊固件使其固定。這種安裝的優(yōu)點是不需要精確操作LED，因為LED已預(yù)先安裝在它的支架上，因此安裝很快并且容易實現(xiàn)自動化安裝。
在本發(fā)明的一個實施例中，光學(xué)裝置用彈性固位(retention)裝置彈性地固定在連接到外殼的緊固(retaining)件與LED支架之間。所述的彈性固位裝置和連接到外殼的緊固件配合給光學(xué)裝置施加壓力。結(jié)果，光學(xué)裝置對LED支架施加壓力。因此消除了連接到外殼的緊固件和光學(xué)裝置之間以及光學(xué)裝置和LED支架之間可能存在的任何機械移動，這防止了光學(xué)裝置與LED支架之間的相對移動。光學(xué)裝置的形狀和LED支架的形狀最好適于在壓力作用下，光學(xué)裝置與LED支架的接觸能用于確保準(zhǔn)確不變的位置，使組件有最佳性能。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，光學(xué)裝置的彈性固位裝置是以彈性材料塊的形式構(gòu)成的，彈性材料塊放置在連接到外殼的緊固件和光學(xué)裝置之間受到擠壓的位置中。所述彈性材料實際上是多種發(fā)泡材料中的任何一種。這種解決方案的優(yōu)點是實施簡單，并且通過選擇所用彈性材料的特性可控制光學(xué)裝置施加給LED支架的壓力。
在本發(fā)明的一個有益實施例中，在光學(xué)裝置和連接到外殼的緊固件之間放置粘接系數(shù)低的材料。該材料實現(xiàn)了光學(xué)裝置與光學(xué)裝置的緊固件或彈性固位裝置之間的接觸。這種低粘接系數(shù)的材料可以是聚乙烯，其作用是有助于光學(xué)裝置與連接到外殼的緊固件或彈性固位裝置之間在接觸平面上的相對平移。連接到外殼的緊固件或彈性固位裝置相對于其上固定有LCD支架的外殼的平移實際上是光學(xué)裝置隨著它們移動，在這種情況下，光學(xué)裝置相對于LED的發(fā)射特性從其最佳性能的位置偏移。造成物體之間在接觸平面上偏移的所述平移可能是由不同材料之間的熱膨脹不同引起的外部機械應(yīng)力造成的。在存在由不同材料制成的所述物體并且溫度明顯變化的情況下，熱膨脹差異是造成有些物體之間的相對移動的根源，這種移動不能忽略不計。
在本發(fā)明的一個有益實施例中，用粘接裝置把連接到外殼的緊固件連接到外殼。這種解決方案避免了使用螺釘。在發(fā)光設(shè)備領(lǐng)域中螺釘是常用的，但是不同的材料連接在一起時，由于材料的熱膨脹不同會出現(xiàn)相關(guān)的問題，如開頭段落中所述的發(fā)光設(shè)備通常就會出現(xiàn)這種情況。另一優(yōu)點是，用粘接裝置比用螺釘使得發(fā)光設(shè)備更加小型化，其原因是，粘接裝置需要一定的表面積但基本上不占據(jù)材料的體積。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，用粘接帶構(gòu)成粘接裝置。
在本發(fā)明的一個特別有益的實施例中，連接到外殼的緊固件是透光板。當(dāng)透光板放在光學(xué)裝置上面時，該配置是優(yōu)選的，因為在這種情況下它有兩種功能它保護(hù)通常是易碎的光學(xué)裝置，并且它能使所述光學(xué)裝置保持就位。


通過參見附圖以舉例的方式對多個實施例的以下說明，將會更好地理解本發(fā)明，附圖中圖1是按本發(fā)明的發(fā)光設(shè)備的一個實例的橫截面圖；圖2是實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)光設(shè)備的另一個實例的分解透視圖；圖3是圖2所示發(fā)光設(shè)備的改進(jìn)例的俯視圖；圖4是圖2和3所示類型的本發(fā)明具體實施中用的機械運動調(diào)節(jié)件的透視圖。
優(yōu)選實施例說明圖1示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的發(fā)光設(shè)備的一部分。該圖展示的只是一個實施例。
該發(fā)光設(shè)備包括外殼1，外殼1中包含由發(fā)光二極管(LED)2構(gòu)成的光源，光源安裝在固定到外殼1的支架3上。LED的支架3可以是例如印刷電路板，并且可以例如用粘接裝置固定支架3。用粘接裝置如粘接帶的優(yōu)點是它參與有效的散熱。粘接裝置實際上有好的導(dǎo)熱性，并能允許支架3和外殼1之間有最大的接觸表面積。在這里所述的實施例中，支架3是平的，但這不排除支架3有其它的幾何形狀。
這里的光學(xué)裝置包括例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的透光和耐熱的固體材料形成的準(zhǔn)直儀(平行光管)4。這里的光學(xué)裝置用“整體的”準(zhǔn)直儀4構(gòu)成，但也可以用例如圓錐形凹面反射鏡構(gòu)成。準(zhǔn)直儀4有以旋轉(zhuǎn)的拋物體或圓錐體為基礎(chǔ)的對稱的側(cè)表面5、平的前表面6和與前表面6相對的底表面7。這里，底表面7是平的，但該特征并不排除還有其它幾何形狀。準(zhǔn)直儀4的側(cè)表面5使LED2發(fā)射的光聚集成一個光束。這里獲得的光束是平行光線組成的定向光束。前表面6使該光束離開準(zhǔn)直儀4，所述光束垂直于前表面6限定的平面。包括LED 2和準(zhǔn)直儀4的系統(tǒng)的發(fā)射特性具有最大發(fā)射方向，在本例中最大發(fā)射方向垂直于準(zhǔn)直儀4的前表面6限定的平面。
此外，準(zhǔn)直儀4還包括設(shè)在其底表面7中的用于內(nèi)裝LED2的空腔8。準(zhǔn)直儀4放在LED2上面。由于LED對加于它的頂9上的壓力敏感，因此使LED2和準(zhǔn)直儀4之間可能產(chǎn)生的接觸最小，即，使空腔8內(nèi)的尺寸過大，并使準(zhǔn)直儀4的底表面7位于安裝LED2的支架3上。
通過使準(zhǔn)直儀4相對于LED2的發(fā)射特性情確定位，能得到準(zhǔn)直儀4的最佳發(fā)光性能，即能控制光束結(jié)構(gòu)和光束的功率。準(zhǔn)直儀4的底表面7相對于LED2的移動引起的橫移大于LED的直徑的4％以上，會導(dǎo)致效率下降10％以上。因此，準(zhǔn)直儀4的底表面7和空腔8的尺寸誤差可以這樣計算使準(zhǔn)直儀4相對于LED的橫移保持足夠小，以確證準(zhǔn)直儀4的輸出的良好發(fā)光特性。這些尺寸還應(yīng)考慮到必須不給LED2加主要的橫向應(yīng)力。
準(zhǔn)直儀4放在LED2的支架3上，使其可以用連接到外殼1的緊固件保證它的最初定位。本例中的該緊固件是透光板10透光板10放在準(zhǔn)直儀4上并按壓彈性材料塊11。用雙面粘接帶12把透光板10連接到外殼1。作為易碎的光學(xué)儀器的準(zhǔn)直儀4由此得到透光板10保護(hù)，防止出現(xiàn)會損壞或降低它的光學(xué)性能的負(fù)面影響。而且，用例如粘接帶12的粘接裝置還有幫助發(fā)光設(shè)備密封的優(yōu)點。假如實際上外殼1和透光板10是用不同材料制成的并且因此它們的熱膨脹不同，那么用如粘接帶12的粘接裝置并且適當(dāng)?shù)剡x擇其耐剪切性能，還能解決允許外殼1和透光板10相對移動的問題。
本例中，彈性材料塊11放在準(zhǔn)直儀4的前表面6上。可按使準(zhǔn)直儀4保持就位所加的壓力強度，從有不同密度和不同形狀的多種發(fā)泡材料中選取合適的彈性材料。在本實施例中，彈性材料塊11例如用單面粘接的密度為225kg/m3、6mm厚、3mm寬的乙烯基發(fā)泡材料制成。本發(fā)明的眾多改進(jìn)可能涉及光學(xué)裝置的彈性固位以及彈性固位裝置相對于發(fā)光設(shè)備的其它零部件的定位例如，可用彈簧；并且彈性固位裝置放置在LED支架和外殼本身的表面形成部分之間，而表面形成部分構(gòu)成連接到外殼的緊固件，這是按本發(fā)明的另一種可能的方案。
這里，準(zhǔn)直儀4的結(jié)構(gòu)使得當(dāng)它與LED2的支架3的接觸面為平面時能取得最佳的效率。圍繞垂直于包括LED2和準(zhǔn)直儀4的系統(tǒng)的發(fā)射特性的最大發(fā)射方向的一系列軸的旋轉(zhuǎn)，會引起準(zhǔn)直儀4與LED2的支架3之間的平面接觸的破壞。在這里所述的情況下，準(zhǔn)直儀4繞這些軸中的一個軸的旋轉(zhuǎn)在3°以上將導(dǎo)致最大強度減小10％。只有在各元件如LED支架3、準(zhǔn)直儀4和透光板4之間，有在靠近包括LED2和準(zhǔn)直儀4的系統(tǒng)的最大發(fā)射方向的方向上的移動時，才可能出現(xiàn)這些旋轉(zhuǎn)。彈性材料11，即，彈性固位裝置對準(zhǔn)直儀4施壓，由此迫使準(zhǔn)直儀4與LED支架3進(jìn)行平面接觸。用該方式準(zhǔn)直儀的彈性固位裝置能防止所述移動，從而防止出現(xiàn)所述的旋轉(zhuǎn)。
彈性材料塊11構(gòu)成的彈性固位裝置與準(zhǔn)直儀4構(gòu)成的光學(xué)裝置之間插入低粘接系數(shù)的材料聚乙烯條13，允許不同材料制成的各種元件之間的熱膨脹不同引起的平移。特別是，如果沒有所述的低粘接系數(shù)材料，彈性材料塊11加到準(zhǔn)直儀4上的壓力會阻止所述的平移，并且由此可能產(chǎn)生準(zhǔn)直儀隨連接到外殼的透光板10一起移位。低粘接系數(shù)材料即聚乙烯條13的存在，可使彈性材料11的平移與準(zhǔn)直儀分離，由此避免準(zhǔn)直儀相對于LED2的支架3的移動。
最好用導(dǎo)熱材料，如陽極化鋁制成外殼，并且它的外表面有波紋形表面14。LED2在工作中發(fā)熱。如果LED的最佳性能主要是要獲得光通量，那么，必須控制溫度必須除去LED2產(chǎn)生的熱。構(gòu)成外殼用的導(dǎo)熱材料可使熱散到外部，波紋形表面可提高熱輻射效率。
圖2是本發(fā)明的發(fā)光設(shè)備的實施例，其中包括多個LED，LED的光學(xué)裝置根據(jù)本發(fā)明來固定。增加LED的數(shù)量會使發(fā)光設(shè)備的長度增大，結(jié)果，不同材料之間的熱膨脹不同造成的移動更大。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在這種情況下的特別有趣的應(yīng)用。
載有多個LED22的支架21固定在外殼20中。準(zhǔn)直儀23對準(zhǔn)每個LED22并放在每個LED22的支架21上。在本發(fā)明的一個特別實施例中，幾個準(zhǔn)直儀23交替設(shè)在放在支架21上的單個元件中，使每個準(zhǔn)直儀在一個LED22上對中。透光板24放在一組準(zhǔn)直儀23的頂上，按壓兩個彈性材料條25a和25b。用兩條雙面粘接帶26a和26b把透光板24連接到外殼20。準(zhǔn)直儀23和彈性材料條25a及25b之間插入兩個聚乙烯條，即低粘接系數(shù)材料條27a和27b，由此允許由不同材料制成的各種元件如透光板24和外殼20之間有因熱膨脹不同引起的平移。
在本例中，使用由LED及其光學(xué)裝置構(gòu)成的幾個組件，這要求由LED及其光學(xué)裝置構(gòu)成的這些組件的光強輸出均勻。各單個組件之間不同的光強輸出會有損美觀和/或總的性能效率。光學(xué)裝置固定在相對于LED的發(fā)射特性最佳的位置，對維護(hù)由LED及其光學(xué)裝置構(gòu)成的每個組件的光輸出的均勻性特別重要。通過維護(hù)光學(xué)裝置相對于每個LED的發(fā)射特性的最佳的各個位置，本發(fā)明提供了在多個LED發(fā)光的基礎(chǔ)上形成各種形狀的均勻照明裝置的方法。
在本例中，準(zhǔn)直儀23具有矩形的、加寬的前表面28，其寬度超過了光束的實際輸出表面。該加寬的前表面28用作放在前表面28的邊緣28a和28b上的兩個彈性材料條25a和25b的支承表面，以便它們不會降低光通量。
由于前表面28是矩形，準(zhǔn)直儀不是旋轉(zhuǎn)對稱的。為了美觀起見，希望防止繞垂直于由準(zhǔn)直儀23前表面28限定的平面的軸旋轉(zhuǎn)。如果為了提供也不旋轉(zhuǎn)對稱的輸出光束光學(xué)裝置不是旋轉(zhuǎn)對稱的，這種旋轉(zhuǎn)就更不受歡迎因為所述旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地影響發(fā)光設(shè)備的光度測量性能。用設(shè)在外殼20上的臺肩29a和29b限制該旋轉(zhuǎn)。不過，在圖2所示實施例中，很難控制外殼20中準(zhǔn)直儀23與臺肩29a和29b之間的移動，從制造該外殼的工業(yè)方法角度講，外殼用鋁擠壓制成。因此所述旋轉(zhuǎn)也只能是大致上得到限制。
圖3是圖2所示發(fā)光設(shè)備的改進(jìn)實施例的一部分的底視圖，與圖2中相同的元件用相同的參考數(shù)字指示。改進(jìn)包括限制了準(zhǔn)直儀23相對于垂直于由準(zhǔn)直儀23的前表面28限定的平面的軸的旋轉(zhuǎn)程度。為此，在準(zhǔn)直儀23的各個前表面28之間插入剛性件30。這些剛性件30的尺寸是這樣計算的使所述剛性件30與準(zhǔn)直儀23之間有一個間隙。所述剛性件30的存在使得在準(zhǔn)直儀23的組件不做成剛性的情況下，也可以限制準(zhǔn)直儀23的旋轉(zhuǎn)程度，使后者維持各自的獨立性，不對LED22產(chǎn)生應(yīng)力。本例中，這些剛性件30最好采用平行六面體形狀，它可以填充兩個準(zhǔn)直儀23的兩個前表面28之間的空間，但該形狀并不是唯一的，它可按多種方式變化以適應(yīng)發(fā)光裝置的幾何形狀和/或光學(xué)裝置的幾何形狀。所述剛性件30可與本發(fā)明結(jié)合使用或者單獨使用。
每個剛性件30上最好有兩個凸臺31a和31b，用于鄰接彈性材料條25a和25b以及聚乙烯條26a和26b，如圖2所示。這可防止這些元件覆蓋準(zhǔn)直儀23的前表面28中光束穿過而向外發(fā)射的部分。在另一實施例中，所述凸臺31a和31b設(shè)在準(zhǔn)直儀23的前表面28上。
圖4展示出剛性件30的實施例的一個具體例子。所述平行六面體形狀的剛性件30插在準(zhǔn)直儀23的各個前表面28之間，這里，剛性件30成組地連在一起，例如，每次用連接件32按兩個接兩個的方式構(gòu)成單個的移動調(diào)節(jié)件33，連接件32和兩個平行六面體形狀的剛性件30構(gòu)成一個整體。例如，可用任何一種剛性材料經(jīng)模壓和/或注模制成所述移動調(diào)節(jié)件33。模壓和注模法很容易制成凸臺31，因此特別適用。
移動調(diào)節(jié)件33的這個例子的具體形狀使其可以限制在單獨的剛性件30的情況下可能出現(xiàn)的剛性件30在準(zhǔn)直儀23之間的移動。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光設(shè)備，包括外殼，外殼限定一個內(nèi)部空間，內(nèi)部空間中包含發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成的至少一個光源；和光學(xué)裝置，用于把LED發(fā)射的光引導(dǎo)到外殼之外，其特征是LED安裝在一個連接到外殼的支架上，并且光學(xué)裝置固定在連接到外殼的緊固件與LED支架之間。
2.按權(quán)利要求1的發(fā)光設(shè)備，其特征是光學(xué)裝置用彈性固位裝置彈性地固定在連接到外殼的緊固件與LED支架之間。
3.按權(quán)利要求2的發(fā)光設(shè)備，其特征是光學(xué)裝置的彈性固位裝置是以彈性材料塊的形式構(gòu)成的，彈性材料塊放置在這樣的位置中它在連接到外殼的緊固件與光學(xué)裝置之間受到擠壓。
4.按權(quán)利要求1至3的發(fā)光設(shè)備，其特征是光學(xué)裝置與連接到外殼的緊固件之間放置有低粘接系數(shù)的材料。
5.按權(quán)利要求1至4的發(fā)光設(shè)備，其特征是用粘接裝置把緊固件連接到外殼。
6.按權(quán)利要求5的發(fā)光裝置，其特征是粘接裝置用粘接帶構(gòu)成。
7.按權(quán)利要求1至6的發(fā)光裝置，其特征是連接到外殼的緊固件是一個透光板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光設(shè)備,它包括:外殼(1),外殼限定一個內(nèi)部空間,內(nèi)部空間中包含由LED(2)構(gòu)成的光源;和光學(xué)裝置(4),用于把LED(2)發(fā)射的光導(dǎo)引至外殼之外。LED(2)安裝在連接到外殼(1)的支架(3)上,光學(xué)裝置(4)固定在連接到外殼(1)的緊固件(10)與LED(2)的支架(3)之間。由此實現(xiàn)的安裝包括光學(xué)裝置(4)放置在LED(2)的支架(3)上和使用連接到外殼(1)的緊固件(10)使其固定。這種安裝的優(yōu)點是不需要精確操作LED(2),因為LED(2)已預(yù)先安裝在它的支架(3)上,因此安裝很快并且容易實現(xiàn)自動化安裝。
文檔編號H01L25/075GK1339664SQ0113574
公開日2002年3月13日 申請日期2001年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月22日
發(fā)明者C·巴萊斯特里羅, M·O·弗萊西耶 申請人:皇家菲利浦電子有限公司