CN101680629A

CN101680629A - 反射器

Info

Publication number: CN101680629A
Application number: CN200880010810A
Authority: CN
Inventors: J·D·博耶
Original assignee: LSI Industries Inc
Current assignee: LSI Industries Inc
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-03-24
Also published as: IL205177A0; JP2011501387A; NZ584533A; EP2201292A1; CA2702527C; CA2702527A1; US20110265540A1; WO2009055374A1; MX2010004433A; US20090109689A1; AU2008317012B2; EP2201292A4; US8152333B2; AU2008317012A1

Abstract

一种金属化反射器设备，具有一个独立反射器元件或其阵列，用于定位在相应一个光源或光源阵列上，优选包括一个或多个发光二极管(LED)。金属化反射器设备包括平面底部和多个反射器元件。平面底部具有一个或多个孔穴，每个孔穴的边沿限定出反射器元件的近端边缘。每个反射器元件包括环形侧壁，其内表面从近端环形边缘延伸至远端环形边缘。近端环形边缘限定第一开口，通过其发出来自光源的直接的光和反射的光。远端环形边缘限定第二开口，通过其设置光源。通过机械形变平面片状材料，诸如通过冲压或拉制，可以由平面片状材料形成环形侧壁的内表面。

Description

反射器

技术领域

[0001]本公开内容基本上涉及一种照明装置，并且尤其涉及一种能够分配来自一个或多个光源的光的反射器。如本文中所述，反射器尤其有利于分配从一个或多个发光二极管(LED)发射的光，但是涉及能够分配由任意类型的光源产生的光的反射器。还公开了一种制造反射器的方法。

背景技术

[0002]由于已经改进了诸如LED的光源的质量和能效，已经降低了制造成本。LED以及其它类型的光源在照明应用领域中变得更常用。

[0003]LED通常发射兰伯特式(lambertian pattern)的光。为了将来自LED的光引导至预定方向上，通常使用光学器件(诸如折射元件或反射器)捕获来自LED的至少低角度光，以预定方向和图案引导该光。以透镜形式的折射光学器件通常用于控制和引导来自LED的光。通常使用LED设备的主体或者其上使用支撑支柱或其它器件而安装有LED设备的印刷电路板(PCB)，而支撑透镜。每个光学透镜通常分别固定到LED设备或PCB，并且以不可逆转的方式，从而移除未正确安装至发光板的透镜是耗时的，并且当从发光板上移除其时可能导致破坏支撑器件的支柱。

[0004]LED反射器通常定位在LED的底部端附近，并且通常反射仅以低发射角从LED发射的光。反射器通常不反射以高发射角(即，相对于最底点(nadir)的低角度)从LED发射的光，反射器透镜也是如此。在许多LED照明应用中，不需要或几乎不需要控制在最底点附近以高发射角发射的光，其中反射器定位情况较好。

[0005]发现了LED在大量照明中增加的应用，包括停车和街道照明、户外广告牌和标志图样、指示器和安全照明、以及工作和特定照明区域。用于这种照明的LED的定位、成型或定向可以根据服务类型和工程的特殊照明需求而进行广泛地改变。

[0006]过去，用于诸如LED的各种独立光源的反射器，已经根据常规塑料模制技术而由塑料制成。众所周知地，用于在模制机器中形成特定模制部件的独立部件模具，具有高的原始或预支资本成本，并且在模制部件中结构的方向、尺寸或形状方向它们本身很难做出较小的改变。每次需要不同尺寸、方向或形状的部件时，需要一个新的模具，这带来高原始资本成本。为了向反射表面提供反射性抛光，模制的反射器通常涂覆有高反射性金属化材料，诸如铝。

[0007]需要提供一种改进和有效的器件，用于将光源组合在照明装置和发光体中，并且尤其用于形成高反射性表面，用于反射来自LED和其它光源的低角度光。

发明内容

[0008]本发明涉及金属化反射器设备，具有一个或多个独立反射器元件，每个用于定位在相应光源上，并且尤其适于与LED一同使用。在一个实施例中，金属化反射器设备包括平面底部和多个反射器元件。每个反射器元件限定出孔穴，其具有限定反射器元件的近端边缘的边沿和具有内表面的环形侧壁，所述环形侧壁从近端环形边缘延伸至远端环形边缘。近端环形边缘限定第一开口，通过第一开口发出来自光源元件的直接的光和被反射的光。远端环形边缘限定第二开口，光源通过第二开口设置。

[0009]本发明还涉及一种金属化反射器设备，用于定位在相应的至少一个光源之上，包括：a)平面反射性底部，至少具有由环形边缘限定的第一开口，和b)形成于底部中的至少一个独立反射器元件，包括具有内反射性表面的环形锥形侧壁，所述侧壁从平面底部的环形边缘延伸至限定出第二开口的远端环形边缘，所述第二开口可以收纳光源。

[0010]在一个实施例中，金属化反射器设备由铝片制成。铝片可以具有高反射性表面，其在将反射器元件形成为片状期间得以保留，以提供反射器元件的反射性内表面。作为选择地，反射器元件的内表面和铝片的反射性表面在形成之后诸如通过金属化可以具有高反射性表面，以提供高反射系数。

[0011]平面底部通常具有相对的侧边沿和相对的端边沿，并且可以任选地具有从其侧边沿或端边沿延伸的凸缘。凸缘以包括直角的一定角度，从平面底部延伸。通常，凸缘与平面底部一体地形成为一个单元，诸如通过沿着线折叠片状部件以形成平面底部和凸缘。凸缘通常用于定位和固定金属化反射器设备至照明设备的外壳中的合适位置。

[0012]另一个实施例包括光源组件，其包括设置成阵列的多个光源，以及具有互补阵列的反射器元件的金属化反射器设备，每个反射器元件设置在阵列的其中一个光源上。同样还公开了在照明和发光设备中使用金属化反射器设备，以反射从光源发射的光。

[0013]同样公开了一种制造具有至少一个反射器元件的金属化反射器设备的方法，所述反射器元件在一个实施例中具有环形锥形侧壁，用于定位在至少一个相应的光源上，包括如下步骤：a)提供平面片状材料，在平面片状材料中具有至少一个第一开口，以及b)朝一个方向拉制围绕该至少一个第一开口的材料的环形图案，由此形成从平面片状材料下陷的凹陷，以形成反射器元件，其中该方向沿着穿过该至少一个第一开口的轴向中心线。

[0014]如图所示，还公开了金属化反射器设备和包括金属化反射器设备的照明设备的各种优选结构的装饰性形状和设计。

附图说明

[0015]图1示出了包括平面底部和反射器元件阵列的金属化反射器设备的透视图。

[0016]图2示出了沿着图1的线2-2获取的金属化反射器设备的纵向横截面视图。

[0017]图3示出了沿着图1的线3-3获取的金属化反射器设备的侧向横截面视图。

[0018]图4示出了具有孔穴的平面金属化片的一部分的横截面视图，该孔穴可以被形成为反射器元件。

[0019]图5a、5b和5c示出了用于在图1的平面金属化片中形成反射器元件的一系列处理步骤。

[0020]图5d示出了在形成图5a、5b和5c的步骤之后、设置在光源上的反射器元件。

[0021]图6示出了图1的金属化反射器设备的顶视平面图。

[0022]图7示出了图1的金属化反射器设备的底视平面图。

[0023]图8示出了图1的金属化反射器设备的前视图；后视图是相同的。

[0024]图9示出了图1的金属化反射器设备的右视图；左视图是相同的。

[0025]图10示出了照明设备的透视图，包括与多个光源相关的金属化反射器设备的第二实施例。

[0026]图11示出了图10的照明设备的底视图。

[0027]图12示出了图10的照明设备的顶视图。

[0028]图13a示出了图11的照明设备的前视图；后视图是相同的。

[0029]图13b示出了图11的照明设备的右视图；左视图是相同的。

[0030]图14示出了图10的照明设备的底视图，其包括了金属化反射器设备的第三实施例。

[0031]图15示出了图10的照明设备的底视图，其包括了金属化反射器设备的第四实施例。

[0032]图16示出了第二照明设备的透视图，其包括与多个光源相关的金属化反射器设备的第二实施例。

[0033]图17示出了图16的第二照明设备的底视图；顶视图是相同的。

[0034]图18示出了图16的第二照明设备的前视图；后视图是相同的。

[0035]图19示出了图16的第二照明设备的右视图；左视图是相同的。

[0036]图20示出了第二照明设备的底视图，其包括图14中所示的金属化反射器设备的第三实施例。

[0037]图21示出了第二照明设备的底视图，其包括图15中所示的金属化反射器设备的第四实施例。

具体实施方式

[0038]如本文中所用，术语“阵列”指的是至少两个独立光源的定位，但是包括任意数量的光源，设置成直线、曲线或矩阵图案，包括一行、一列，或者多行和多列、圆形图案等。光源在阵列中的间隔可以相同或不同。

[0039]图1-3示出了金属化反射器设备10的第一实施例，具有细长、矩形的平面底部12，所述底部具有相反的第一和第二端14以及相反的第一和第二侧边沿16。一对相对设置的凸缘18a和18b从第一和第二侧边沿16分别延伸，并且示为向外倾斜一定角度，但是它们可以垂直于平面底部或基本与其共面。凸缘18可以从任一侧边沿16和任一端或两端14延伸。凸缘18有助于将该金属化反射器元件定位和固定至照明设备中的外壳或其它结构，或者用于将照明设备的另一元件(包括另一邻近设置的金属化反射器设备)固定至金属化反射器设备，以形成反射器设备的阵列。优选地，凸缘与底部由单一金属片一体地形成为一个单元，诸如通过沿着线折叠平面部件以形成底部和凸缘。

[0040]设备10还包括至少一个反射器元件20，在所示的第一实施例中为多个。在第一实施例中，每个反射器元件20在平面底部12中限定出一个凹陷，具有环形侧壁22，侧壁22在凹陷的顶点处围绕环形侧壁22的中心线100限定出开口37。侧壁22的横截面不必是环形的，还可以预期其它形状。侧壁22可以由平面金属片的一部分一体地形成，诸如通过使用本领域中已知的手段将平面变形和伸展成锥形。侧壁22从平面底部的限定圆形开口27的近端边缘25延伸至限定远端圆形开口37的远端边缘29。侧壁22具有内反射器表面23，其形状为圆锥形，并且平面视图通常为圆形，并且关于轴向穿过反射器元件的中心线100对称。侧壁22具有背面或保留面33。

[0041]平面底部12具有为反射性的第一表面13，以及可能、但是不必是反射性的保留面。制成金属化反射器设备的金属板优选为铝，但是可以使用其它金属和合金，并且片厚约5密耳(0.13mm)至约50密耳(1.3mm)，更通常约20密耳(0.5mm)至约30密耳(0.8mm)。金属片的反射表面13通常具有高反射系数，并且在一个实施例中，该表面是Miro一4抛光的(约95％的反射系数)。

[0042]在一个实施例中，反射器由镜面阳极化铝(例如，Miro Press)形成，其厚度为0.028英寸，并且提供有镜面表面处理，其反射系数值为95％。反射器包括直径为0.719英寸的近端边缘和直径0.313英寸、与近端边缘间隔0.188英寸的远端边缘。反射器壁是笔直的环形壁，与平行于近端和远端边缘的中心线的方向偏离或呈角度47度延伸。反射器设置在NichiaNS6W-083系列LED上，从而远端边缘39环绕LED，或者至少其发光部分。使得远端边缘39接触PCB，以便于反射以与平行于反射器100的中心线的方向成大于47度角度从LED发射的所有光。

[0043]在第一以及所有其它实施例中，环形侧壁的内表面可以以各种方式形成，以使得横截面形状反射以辐射图案从光源发出的光，该辐射图案优选为预先选择的辐射图案，以便与最底点(nadir)附近以高发射角发射的未反射光协作，以发射全部预选辐射图案。内表面的横截面形状可以从远端环形边缘向近端环形边缘向内呈锥形，并且可以是线形或曲线形，包括椭圆形、抛物线形或其它曲线形。

[0044]限定开口37的远端环形边缘通常在形成环形侧壁之前形成在平面片状材料中，但是其也可以在形成侧壁之后或与其同时形成(即，从已位移的、内侧平面片状材料切除)。用于在金属片中形成开口37的常规处理和装置是已知的。操作金属片和形成所选形状、尺寸和图案的孔和开口的过程可以使用CNC六角转头(turret)装置等而实现，诸如由AmadaAmerca有限公司生产的。

[0045]通过机械形变平面片状材料，诸如通过本领域中已知的标准冲压技术，可以由平面片状材料形成环形侧壁22的内表面。用于在金属片中形成凹陷的常规装置和设备是已知的。将金属片拉制成反射器元件可以使用成形冲头和模具而实现，通常包括在远端环形边缘的所需位置将平面片状材料固定，并且在远端环形边缘内侧垂直于平面片状材料而施加机械力，由此将此内侧平面片状材料从平面片状材料的平面中移出，成为环形侧壁。

[0046]图4和5a-5c示出了用于形成反射器元件的一种方法，正如本领域普通技术人员将理解的。平面金属片80具有预形成的环形开口88，其由环形边缘86限定。金属片80通常具有反射表面82和保留面84。如图5a中可见，诸如环形支撑环60的模具设置为抵靠金属片80的保留面84。支撑环具有环形边缘62，其限定出孔穴63，所述孔穴63围绕环形开口88的中心线大约居中并且与其对准。支撑环60的环形孔穴63的尺寸被选择成限定形成在平面底部中的反射器开口27的尺寸。模具锚定和支撑金属片，同时对准在孔穴63之上的片材的圆形部分被冲头64拉制。在所示的实施例中，冲头64具有截锥体形状，其为圆形并且对称的，并且限定出反射器侧壁的最终形状。冲头侧壁68的远端66通常尺寸小于金属片80中的开口88。冲头64的轴向中心线沿着开口88的中心线100对齐。在图5b和5c中，使得冲头64向下进入金属片80的反射表面82，首先使冲头64的圆锥形侧壁68抵靠金属片的环形边缘86相接合。随着冲头64被迫向下，冲头64的环形侧壁68接合围绕开口88的平面片状材料的更多部分，并且将材料拉制成中间侧壁22’和22”。该拉制过程将片状材料的定向从平面修改为倾斜，并且还认为引起片状材料在远端边缘29的方向上的伸展。可选地，如上所述，通过力、在热的协助下，实现片状材料的变形。可以使用在拉制和形成金属片中所用的其它技术，包括退火。铝片的成形过程可能会使得铝片***，其可能引起裂缝和断裂。周期性地对加工过的铝(将其加热至特定提高的温度)进行退火，使得成形后的铝片释放其张力，从而其可以进一步模制和成形。退火及其程序对于本领域技术人员而言是熟知的。

[0047]所述的最终反射器元件20具有圆锥形侧壁22，其横截面基本上是线形形状的，但是可以预期到对其进行改变。反射器元件的备选实施例可以提供横截面为曲线形的侧壁，并且通常相对于中心线100凹入。曲线形侧壁形状可以是抛物线形、椭圆形或其它形状。侧壁的形状影响从光源发出的撞击侧壁的光的图案。具有不同的形状或角度的侧壁的形成可以通过修改冲头64的横截面形状而实现。在所示实施例中，侧壁表面23距离中心线100的角度θ约为40°至50°，诸如约为45°。

[0048]图5d示出了形成于位于光源上的金属化发射器设备中的最终反射器元件，其可以是位于PCB上的LED，所述PCB向LED提供支撑基底和电能，并且控制配线和电路，用于对LED供电并对其进行控制。在一个实施例中，PCB是具有金属核心片或条带的FR4板，使用导热性粘合剂或环氧树脂将所述金属芯片或条带层压在FR4板上。FR4是耐火4的缩写，是加强有编织玻璃纤维垫的环氧树脂复合物。金属芯协助从LED进行散热。LED自身通常具有与LED外壳一体化的专用小块，以将由内部模具产生的热量传导离开LED，正如本领域中所熟知的。FR4板通常具有铜制顶层，其可以包括平坦的铜制连接器或轨迹的网络，用于在部件之间形成电连接并且用于传导热量远离LED。

[0049]当光源72由LED构成时，以高角度(即，作为距离最底点的小角度)从LED72发出的光直接穿过平面底部12中的开口23。以小角度发出的其余光的大部分反射远离反射器元件22的内反射表面23，并且通过同一开口23出射。圆锥形侧壁表面23的角度和形状的选择可以将所反射的光引导成预先选择的图案。如图5d中所示，远端边缘39环绕LED，或者至少其发光部分。远端边缘39可以，但不必，与PCB接触，以便于反射以与平行于反射器的中心线的方向100成大于θ角的角度从LED发出的所有光，其中θ是环形壁22与中心线100形成的角度。反射器尤其有助于LED以兰伯特式图案发射光，但是也可以有助于LED或其他光源以不同的光分配图案发射光。反射器20的有效性不局限于具有图5d中所示的特定形状的光源或LED的应用。在备选实施例中，反射器20可以翻转，从而将光源***近端边缘25中，而不是远端边缘29中。

[0050]使用熟知的手段，可以将金属化反射器设备10定位在光源或PCB之上，并且固定至其，所述手段包括穿平面底部12中的固定开口40、以及进入或穿过PCB的螺钉或其它硬件，或者通过粘合剂，并且优选是导热性粘合剂、扣钩、托架等。金属化反射器设备10可以直接设置抵靠光源72，或者可以使用合适的衬垫或垫圈而偏离设置。

[0051]图6、7、8和9示出了图1的金属化反射器设备10的顶、底、前、后和左、右侧。

[0052]图10示出了照明设备190的一个实施例，其包括金属化反射器设备110的第二实施例。照明设备包括外壳92，其由设置成首尾相连成直线形框架的四个侧部件93构成。每个侧部件93具有内边沿94，其在外壳92中限定出开口。借助于熟知手段将金属化反射器设备110定位和固定在外壳中，该反射器设备包括在平面反射性底部112上定位成矩阵的反射器元件20的多行R和多列C。图11示出了底视图，而图12、13a和13b分别示出了顶视、前后和左右侧视图。图12中的顶视图示出了从外壳的底部96向外突出的多个细长型凸出部分。凸出部分98在底部96的内表面中提供了凹窝，凹窝中可以固定光源的一部分，诸如LED基底(PCB)，如美国临时专利申请60/953009中和要求其优先权的美国非临时专利申请号No.12/183403中所述的，两篇文献在此引入作为参考。

[0053]图14示出了类似于图10中所示的照明设备290的前视图，其包括外壳92和金属化反射器设备210的第三实施例，具有设置在反射性平面底部212上的反射器元件20的备选图案。

[0054]图15示出了类似于图10中所示的照明设备390的前视图，其包括金属化反射器设备310的第三实施例，具有设置在反射性平面底部312上的反射器元件20的备选图案。

[0055]图16示出了第二照明设备190’的实施例，其包括金属化反射器设备110的第二实施例。第二照明设备190’类似于照明设备190，除了照明设备的装饰性形状和设计的目的，外壳的形状以虚线所示，其仅是示意性目的，并且不形成该实施例所要求的设计的一部分。图17、18和19分别是第二照明设备190’的底视、前后和左右侧视图，其中虚线仅是示意性目的，并不形成该实施例所要求的设计的一部分。

[0056]图20和21分别是备选照明设备的底视图，示出了设置在反射性平面底部上的反射器元件20的备选图案，其中虚线仅是示意性目的，并不形成该实施例所要求的设计的一部分。

[0057]金属化反射器设备和光源组件可以组合在各种光源中，包括但不局限于美国临时专利申请号No.60/982240和No.60/980562中以及分别要求其优先权的美国非临时申请专利申请号No.12/254107和No.12/166536中所述的光源，所述文献的公开内容在此引入作为参考。

[0058]虽然通过参考本发明优选实施例的细节已经公开了本发明，但是应当理解，本公开内容意于以说明性目的，而不是限制性目的，因为可以预期到对于本领域技术人员而言将易于在本发明的精神和随附权利要求的范围中进行修改。

Claims

1.一种金属化反射器设备，用于相对于至少一个光源定位，该反射器设备包括：

a)底部，至少具有由环形边缘限定的第一开口，和

b)从环形边缘延伸的至少一个反射器元件，所述反射器元件包括具有内反射性表面的环形侧壁，所述侧壁从底部的环形边缘延伸至限定第二开口的远端环形边缘，所述第二开口能容纳至少一个光源。

2.根据权利要求1所述的金属化反射器设备，其特征在于，所述光源是LED。

3.根据权利要求1所述的金属化反射器设备，其特征在于，所述环形边缘是圆形的。

4.根据权利要求1所述的金属化反射器设备，其特征在于，所述侧壁是笔直的。

5.根据权利要求4所述的金属化反射器设备，其特征在于，所述远端环形边缘限定出中心线，并且所述侧壁与平行于中心线的方向呈约40°-50°。

6.根据权利要求1所述的金属化反射器设备，其特征在于，所述底部是平面的。

7.根据权利要求1所述的金属化反射器设备，其特征在于，所述底部是反射性的。

8.一种照明设备，包括：

a)照明设备外壳，以及

b)包含在外壳中的反射器设备，并且所述反射器设备包括：

i)底部，至少具有由环形边缘限定的第一开口，和

ii)从所述环形边缘延伸的至少一个反射器元件，所述反射器元件包括具有内反射性表面的环形锥形侧壁，所述侧壁从底部的环形边缘延伸至限定出第二开口的远端环形边缘，所述第二开口能容纳至少一个光源。

9.根据权利要求8所述的照明设备，其特征在于，所述光源是LED。

10.根据权利要求8所述的照明设备，其特征在于，所述环形边缘是圆形的。

11.根据权利要求8所述的照明设备，其特征在于，所述侧壁是笔直的。

12.根据权利要求11所述的照明设备，其特征在于，所述远端环形边缘限定出中心线，并且所述侧壁与平行于中心线的方向呈约40°-50°。

13.根据权利要求8所述的照明设备，其特征在于，所述反射性底部是平面的。

14.根据权利要求8所述的照明设备，其特征在于，所述底部是反射性的。

15.一种制造具有至少一个反射器元件的金属化反射器设备的方法，所述反射器元件具有环形锥形侧壁，用于定位在相应的至少一个光源上，包括如下步骤：

a)提供片材，在平面片材的材料中具有至少一个第一开口，

b)朝一个方向拉制围绕该至少一个第一开口的材料的环形图案，从而形成从片材的材料凹进的凹陷，以形成反射器元件，其中所述方向沿着穿过该至少一个第一开口的轴向中心线。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述凹陷是圆锥形的。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，形成凹陷的步骤包括在平面片材中形成近端环形边缘，该近端环形边缘具有圆形横截面。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，拉制凹陷的步骤包括在限定中心线的远端环形边缘中形成所述第一开口，并且所述侧壁与平行于中心线的方向呈约40°-50°。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述片材是平面的。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括由片材形成一个或多个凸缘的步骤。