CN105823007B - 透镜阵列中的或者与透镜阵列相关的改进 - Google Patents

透镜阵列中的或者与透镜阵列相关的改进 Download PDF

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Abstract

本文中描述了LED模块(500)以及在印刷电路板上的发光二极管阵列上方安装次级透镜阵列以形成这样的LED模块的方法。在LED模块(500)中，透镜阵列组件(400)被安装到印刷电路板(110)。透镜阵列组件(400)包括有机硅自由形式透镜阵列(210)，其通过使镜座上的标记与自由形式透镜阵列上的标记对齐以使自由形式阵列上的销与镜座中的对应的孔径配合而被安装在镜座(410)中。透镜阵列组件(400)通过形成在自由形式透镜阵列的表面上的定位销与形成在印刷电路板中的对应的凹口的配合而被正确地定位在印刷电路板(110)上的x‑y平面中，并且通过与镜座(410)整体地形成的夹具(450、460)而保持在正确的位置上，夹具(450、460)延伸通过自由形式透镜阵列(210)中的相应的孔径(250、260)，进入到形成在印刷电路板(110)中的对应的孔(150、160)中。定位销被成形为允许由于LED模块(500)的工作温度范围而导致的热改变。

Description

透镜阵列中的或者与透镜阵列相关的改进
技术领域
本发明涉及透镜阵列中的或者与透镜阵列相关的改进，更具体地，涉及这样的透镜阵列相对于安装在印刷电路板上的发光二极管元件的安装。
背景技术
基于发光二极管(LED)的灯具通常包含包括在其上安装LED的印刷电路板(PCB)的模块。LED通常按阵列或图案布置，并且被安装在PCB上，常被称为PCB组件(PCBA)，PCBA适用于在其中将使用它们的灯具。虽然每个LED包括具有主要光学元件或透镜的光源，但是引导这些光源在适合于灯具中的特定实现的方向上生成的光通常需要次级光学元件。透镜通常用作用于引导光的次级光学元件。
在目前的应用中，大多数次级透镜由相当刚硬的材料(诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯)制成，并且通过使用提供次级透镜相对于相关联的LED的精确定位的螺钉或铆钉而被安装在PCBA上。
不幸的是，PMMA或聚碳酸酯透镜作为次级透镜的使用趋向于限制PCBA的工作温度。常规的塑料材料(诸如PMMA和聚碳酸酯)暴露于超过85℃的温度下，会有例如由于热氧化而导致的长期劣化。LED和PCBA，特别是当它们包括金属芯PCB(MCPCB)时，对较高的温度更具有抵抗力，并且最常制成次级透镜的材料限制了组件的最大可工作温度。这个温度限制使得有必要在灯具上提供良好的耗散技术以使温度保持低于该限值。这需要高成本的散热结构，例如，散热片，这些散热结构增加了在制造在其中安装LED的灯具壳体或本体中所需的金属(例如，铝)的量。
有机硅现在在越来越多的应用中被作为与PBCA一起使用的次级透镜实现，因为它可在比PMMA和聚碳酸酯更高的温度下工作，而材料不会有显著劣化，同时在延长的时间段提供保持一致的光学性质。有机硅是由于其在较高温度下工作的能力而被用在封装的LED主透镜中的经证实的材料。
然而，当将有机硅实现为单个成型透镜阵列时，将该阵列精确地安装在PCBA上并且保持次级透镜和LED之间的精确对齐变得困难。这是由于有机硅本身是柔软材料并且成型的透镜阵列是柔性的而导致的。更具体地说，由于材料的相对柔软度和柔韧性，不再可能使用常规的例如使用螺钉、铆钉等的安装技术。
此外，实现更高工作温度的目标由于制成次级透镜和PCBA的材料的不同的热特性而产生甚至更严格的约束。提供透镜的可靠安装、并且还保持透镜在温度改变期间相对于LED的正确对齐需要考虑到这些特性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种提供由柔软且柔韧的材料制成的成型次级透镜和安装在印刷电路板上的LED元件阵列之间的精确对齐的方法。
本发明的另一目的是提供一种将成型次级透镜阵列附连到印刷电路板的方法，该方法提供三维安装的精度。
本发明的又一目的是提供用于不需要任何工具精确地附连成型次级透镜阵列的装置。
本发明的又一目的是提供用于补偿LED模块中的部件的不同热特性的装置。
根据本发明的一方面，提供一种发光二极管模块，其包括：
具有第一表面和第二表面的印刷电路板；
安装在印刷电路板的第一表面上的发光二极管阵列，所述印刷电路板被提供与发光二极管阵列中的每个发光二极管元件的电连接；以及
***作为被定位在发光二极管阵列上方的次级透镜阵列，所述次级透镜阵列包括用于发光二极管阵列中的每个发光二极管元件的次级透镜元件；
其特征在于，所述模块还包括镜座，所述镜座可安装到印刷电路板，并且***作为使次级透镜阵列的每个次级透镜元件在x-y平面中相对于发光二极管阵列的每个发光二极管元件保持对齐，并且在垂直于x-y平面的方向上使次级透镜阵列与印刷电路板的第一表面保持预定距离；
并且在于，所述印刷电路板包括与次级透镜阵列的安置装置和镜座的安置装置中的一个对应的安置装置，其用于提供次级透镜阵列相对于印刷电路板上的发光二极管阵列的对齐。
通过提供x-y平面中、还有垂直于x-y平面的方向上的对齐，可使次级透镜元件相对于印刷电路板和形成在其上的发光二极管元件保持成固定关系。另外，没有次级透镜阵列的任何变形(该变形将在阵列和印刷电路板上的发光二极管元件之间造成空间)的可能性。
另外，次级透镜元件在印刷电路板上的正确的x-y定位在发光二极管模块的整个工作温度范围上得以保持。
印刷电路板的安置装置包括穿过其形成的至少一个孔径，镜座的安置装置包括形成在其表面上的至少一个夹具，每个夹具可操作为当所述模块被组装时与相关联的孔径配合。
在一个实施方案中，次级透镜阵列包括具有安置在其相对面的第一表面和第二表面的自由形式透镜阵列，次级透镜元件被形成为分别地自由形式透镜阵列的第一表面中的凸面和第二表面中的凹面。
镜座可包括可操作为将自由形式透镜阵列固定到印刷电路板的框架，该框架具有安置在其相对面的、具有穿过其形成的用于容纳次级透镜元件中的相应的次级透镜元件的第一表面和第二表面。
该框架优选地可包括用于容纳形成在自由形式透镜阵列的第一表面中的至少一个销的至少一个孔，自由形式透镜阵列的第一表面与镜座的第二表面对齐以使得每个销延伸通过相关联的孔。
在该实施方案中，次级透镜阵列被定位在印刷电路板的第一表面和镜座的第二表面之间。自由形式透镜阵列的第二表面还可包括用于配合形成在印刷电路板中的对应的凹口的至少一个定位销。在一个实施方案中，存在两个定位销，每个定位销具有不同的截面。
通过使用这样的镜座，没有过大的压力施加于可能产生次级透镜元件的任何光学失真的自由形式透镜阵列。
在另一实施方案中，镜座还可进一步包括用于形成在透镜阵列的第一表面中的次级透镜阵列的每个次级透镜元件的、邻近相关联的孔径以防止逆光的元件。
在又一实施方案中，次级透镜阵列包括准直仪透镜阵列，所述准直仪透镜阵列包括多个准直仪透镜元件。
在该实施方案中，镜座可包括可操作为将准直仪透镜阵列安装到印刷电路板的框架，该框架具有安置在其相对面的第一表面和第二表面，第一表面具有限定在其中的多个凹口，每个凹口对应于发光二极管阵列的发光二极管，并且可操作为容纳相关联的准直仪透镜元件。
在该实施方案中，镜座包括安置在其第二表面上的、用于配合至少形成在印刷电路板的第一表面中的对应的孔径的至少一个定位销。在该实施方案的优选实现中，镜座包括两个定位销，每个定位销具有截面，并且印刷电路板的第一表面具有两个孔径，每个孔径被成形为容纳对应的定位销。
镜座还可包括形成在每个凹口的边缘部分中的至少一个夹具，每个夹具可操作为使准直仪透镜元件保持在相关联的凹口中。
通过为镜座提供用于容纳准直仪透镜元件的凹口并且在凹口的边缘处使用夹具，没有过大的压力施加于制成准直仪透镜元件的、可能产生透镜元件的任何光学失真的材料。
根据本发明，每个次级透镜阵列优选地包括光学级有机硅材料，并且次级透镜阵列被成型为单个部件。
根据本发明的另一方面，提供具有如上所述的发光二极管模块的灯具。
根据本发明的又一方面，提供一种组装发光二极管模块的方法，所述发光二极管模块包括具有第一表面和第二表面的印刷电路板、安装在印刷电路板的第一表面上的发光二极管阵列、次级透镜阵列、以及具有第一表面和第二表面的镜座，所述方法包括：
在印刷电路板的第一表面上提供安置装置；
在次级透镜阵列的第二表面和镜座的第二表面中的一者上提供安置装置；
通过将次级透镜阵列组装在镜座中来形成透镜阵列组件；以及
将透镜阵列组件安装在印刷电路板的第一表面上；
其特征在于，印刷电路板的第一表面上的安置装置与次级透镜阵列的第二表面和镜座的第二表面中的一个上的安置装置合作，以使次级透镜阵列与发光二极管阵列在x-y平面中对齐，并且使次级透镜阵列在垂直于x-y平面的方向上与印刷电路板的第一表面保持预定距离。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将以举例的方式参照附图，在附图中：
图1A例示说明将安装在印刷电路板上的自由形式透镜阵列的透视图；
图1B例示说明将安装在印刷电路板上的准直仪透镜阵列的透视图；
图2例示说明包括图1A的自由形式透镜阵列的透镜阵列组件的第一实施方案的分解透视图；
图3例示说明图2的透镜阵列组件的、但是从下面看到的透视图；
图4例示说明图2和图3的镜座从下面看时的透视图；
图5例示说明图3的透镜阵列组件的、但是从顶部看到的透视图；
图6例示说明根据本发明的LED模块的一个实施方案的分解透视图；
图7例示说明用于与自由形式透镜阵列一起使用的镜座的另一实施方案的透视图；
图8例示说明准直仪透镜阵列组件的分解透视图；
图9例示说明图8的准直仪透镜阵列组件从顶部看时的透视图；以及
图10例示说明图8和图9的准直仪透镜阵列组件从下面看时的透视图。
具体实施方式
将参照某些附图就特定实施方案描述本发明，但是本发明不限于此。所描述的附图仅仅是示意性的，而非限制性的。在附图中，为了例示说明的目的，一些元件的大小可能被扩大，并且未按比例绘制。
在以下整个描述中，相同的部件带有相同的附图标记。
尽管将参照适合于灯具的LED模块描述本发明，但是将容易意识到，本发明不限于这样的实现，并且可被用在任何LED模块中，特别是如果它要求在较高温度下使用的话。
如本文中使用的术语“较高温度”指的是超过85℃的温度，并且可以指高达150℃的温度。
如本文中使用的术语“有机硅材料”指的是具有60和100之间的范围内的肖氏00硬度值的光学级有机硅材料。如将容易理解的，这些值在软硬度至中等硬度的范围内，并且将影响由这样的材料制成的透镜阵列的可挠性、柔韧性和耐久性。
如本文中使用的术语“发光二极管模块”或“LED模块”指的是PCB的组件，在该PCB上，安装LED元件阵列、次级透镜阵列以及用于将次级透镜阵列安装在该PCB上的镜座。必要的是，次级透镜阵列的每个元件与形成在PCB上的LED阵列中的相关联的LED元件正确地对齐。
如本文中使用的术语“自由形式透镜阵列”指的是如下的透镜阵列，该透镜阵列的透镜元件被设计为创建预定光分布的光束成形器，并且被定位在LED阵列的相关联的LED元件上方。自由形式透镜阵列通常用作用于街道照明应用的灯具中的次级透镜。根据本发明，自由形式透镜阵列由光学级有机硅材料被成型为单个部件。
如本文中使用的术语“准直仪透镜阵列”指的是如下的透镜阵列，在该透镜阵列中，透镜元件包括光束准直仪。准直仪透镜阵列用于递送聚焦的光束，并且可用作用于照射或体育照明应用或其他更具体的照明应用中的专用投影仪的灯具中的次级透镜。准直仪透镜阵列由光学级有机硅材料被成型为单个部件。
如本文中使用的术语“透镜阵列”指的是至少一个透镜元件的布置或图案。在下述实施方案中，每个透镜阵列包括被整体地形成为单个部件的八个透镜元件。然而，将意识到，透镜阵列可包括任何数量的透镜元件，这些透镜元件可如下所述那样被整体地形成，或者被单独地形成并且被布置为形成透镜阵列。
用作次级透镜的有机硅透镜可根据它们的光学性质而具有不同的大小和结构，并且使得合并这样的透镜的照明器件能够在较高温度范围工作。这意味着，可在使用常规的散热片进行散热的同时增大工作温度范围，或者可减少散热所需的散热片的量，而不会不利地影响灯具的操作。自然地，通过减少散热所需的材料的量，可提供成本益处。
将容易地意识到，有机硅透镜的光学性质需要在整个工作温度上得以保持，并且在较高温度下工作的时间期间不表现出任何劣化。
图1A和图1B例示说明使用注射成型技术被整体地形成为一个部件的次级透镜的两个例子。
图1A例示说明自由形式透镜阵列组件100的分解图。组件100包括PCB110，在PCB110上，安装了十六个LED元件120，这十六个LED元件120按八个元件一组被布置为两组120A、120B。PCB110还包括安装孔150、160，自由形式透镜阵列210将如下面更详细地描述的那样被安装到安装孔150、160。在PCB110中还提供用于将组件100安装到灯具壳体(未示出)的安装孔170，并且如下面将更详细地描述的，并且提供用于透镜阵列组件的正确对齐的定位孔径或孔180、190。
组件100还包括自由形式透镜阵列210，其可被安装在LED元件120的组120A或组120B的上方。自由形式透镜阵列210包括八个次级透镜元件220，这八个次级透镜元件220按2乘4构造布置，被环绕每个次级透镜元件220的裙部230结合在一起。每个次级透镜元件220包括凸部220A(在图2中更清楚地示出)和凹部220B(在图3中示出)，分别地，凸部220A被形成为自由形式透镜阵列210的第一表面的一部分，凹部220B被形成为自由形式透镜阵列210的第二表面的一部分。自然地，可为LED元件120的其他组提供第二自由形式透镜阵列(未示出)。
将容易地意识到，自由形式透镜阵列210不限于八个次级透镜元件220，并且根据将使用自由形式透镜阵列210的特定照明应用，可包括任何合适数量的次级透镜元件。而且，自由形式透镜阵列210内的次级透镜元件220的对齐和/或定向不限于图1A中所示的并且在本文中描述的对齐和定向，而是可以是根据特定照明应用的任何其他合适的对齐和/或定向。
对齐销240形成在自由形式透镜阵列210的裙部230中，如下面将更详细地描述的，与镜座中的对应的孔径或孔对齐。意图提供相对于PCB110以及形成在其上的LED阵列的LED元件120的正确对齐的其他标记(未被详细示出)可以存在于裙部230上。
图1B例示说明准直仪透镜阵列组件300的分解图。准直仪透镜组件包括以上参照图1A描述的PCB110、以及可被安装在组120A或组120B上方的一个准直仪透镜阵列310。准直仪透镜阵列310包括八个次级透镜元件320，这八个次级透镜元件320按2乘4构造布置，被沿着准直仪透镜阵列310的中心向下延伸的细长条带250结合在一起。再次，可在其他组的LED元件120上提供第二准直仪透镜阵列(未示出)。
将容易地意识到，准直仪透镜阵列310不限于八个次级透镜元件320，并且根据将使用准直仪透镜阵列310的特定照明应用，可包括任何合适数量的透镜元件。而且，准直仪透镜阵列310内的次级透镜元件320的对齐不限于图1B中所示的并且在本文中描述的对齐，而是可以是根据特定照明应用的任何其他合适的对齐。
如上所述，在图1A和图1B中所示的两个实施方案中，必要的是，次级透镜相对于LED阵列中的LED元件(因此，由PCB的表面限定的x-y平面)正确地对齐，并且该对齐在次级透镜形成其一部分的LED模块的整个工作温度范围得以保持。
另外，必要的是，次级透镜阵列不会由于有机硅透镜的柔软且柔韧的材料而在垂直于x-y平面的方向上变形(该变形将在次级透镜阵列和在PCB上的LED阵列之间造成任何空间)，不会造成过大的压力(该压力可能在次级透镜阵列中产生光学失真)。
而且，除了所描述的要求之外，次级透镜在PCB上的组装在工业环境下需要是容易的且简单的。
根据本发明，提供用于相对于PCB安装次级透镜阵列的镜座。在一个实施方案中，镜座包括环绕并保持次级透镜元件的简单框架，在另一实施方案中，镜座包括如下面将更详细地描述的支承次级透镜阵列的成形结构。
现在参照图2，示出了透镜阵列组件400的第一实施方案的分解图。透镜阵列组件400包括图1A中所示的自由形式透镜阵列210和镜座410。镜座410包括具有八个孔径420的框架，这八个孔径420被成形为在被组装时容纳次级透镜元件220中的相应的一个次级透镜元件220。镜座410具有第一表面和第二表面，第二表面在被组装时与自由形式透镜阵列210的第一表面接触，也就是说，镜座410被定位在自由形式透镜阵列210的上方，并且不与PCB110接触。当LED模块(如图6中所示)被组装时，自由形式透镜阵列210的第二表面与PCB110接触。将意识到，尽管未示出，但是每个次级透镜元件220的凹部220B被放置为更靠近它与其的关联大于凸部220A的LED元件。
框架包括孔径或孔440，自由形式透镜阵列210的裙部230的对齐销240在被组装时与孔径或孔440配合。这确保自由形式透镜阵列210与镜座410的正确对齐，以使得当镜座410与自由形式透镜阵列210组装时，次级透镜元件220被安置在镜座410的孔径420内，此时它们的凸部220A在框架上方。
夹具450、460被提供作为镜座410的用于与如所示形成在自由形式透镜阵列210的裙部230中的对应的孔径或孔250、260对齐的零部件。如所示，孔径或孔250、260可包括细长狭缝，但是孔径或孔250、260不限于这样的构造。
如下面将更详细地描述的，当框架410与自由形式透镜阵列210组装时，夹具450、460延伸通过孔径或孔250、260。夹具450、460从与框架相同的材料被成型，并且被与框架整体地形成。
当LED模块被组装时，如下面将更详细地描述的，夹具450、460延伸到形成在PCB110中的对应的孔150、160中。
框架410的第一表面上的标记470、475与自由形式透镜阵列210的第一表面(具体地说，其裙部230)上提供的对应的标记270、275对齐。
图3例示说明从下面看(即，从自由形式透镜阵列210的第二表面看)的透镜阵列组件400。如所示，自由形式透镜阵列210的第一表面与镜座阵列410的第二表面接触。在自由形式透镜阵列210的第二表面上提供定位销280、290，这些定位销280、290与PCB110中提供的对应的孔径或孔180、190配合(如以上参照图1A所描述的那样)。
定位销280、290被成形为允许组装的LED模块(未示出)热膨胀，而不会在自由形式透镜阵列210中造成任何变形。在如所示的一个实施方案中，一个销290具有圆形截面，另一个销280具有平行四边形(菱形)截面。然而，将意识到，对于定位销280、290，其他截面是可能的，只要它们可适应由于热膨胀而导致的尺寸改变即可。
定位销280、290在被***到PCB110中的对应的孔径180、190中时提供自由形式透镜阵列210相对于PCB110的正确关系。该关系在自由形式透镜阵列210和PCB110之间得以保持，此时镜座410被防止对该定位施加任何机械约束。实际上，镜座410仅用于使自由形式透镜阵列210的第二表面保持与PCB110的第一表面接触。
如以上参照图2所描述的，镜座410合并了夹具450、460，这些夹具450、460提供镜座410到自由形式透镜阵列210和PCB110两者的简单的刚硬的安装。这些夹具450、460的定位及其柔韧性对于使镜座410相对于自由形式透镜阵列210和PCB110保持适当对齐、同时针对热膨胀进行调整是关键的。
图4例示说明从下面看的镜座410的透视图，以使得夹具450、460和孔径或孔440的位置可被清楚地看到。如上所述，夹具450、460是柔性的，并且被设计为具有足以随着制成PCB110的材料和制成镜座410的材料之间的热膨胀的差异进行调整的灵活性。可制成镜座410的材料的非限制性例子包括热塑性材料，例如，聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚酰胺(PA)。
图5例示说明透镜阵列组件400的顶部透视图。如所示，标记470、475以及形成在镜座410上或中的孔径或孔440用于确保与自由形式透镜阵列210正确定向。如上所述，如图2中所示，标记470、475与自由形式透镜阵列210上的对应的标记270、275匹配。孔径或孔440的大小容纳形成在自由形式透镜阵列210的裙部230上的定位销240，并且用作“极安全”安装机构。
在自由形式透镜阵列210上提供标记270、275和销240并且在镜座410上提供标记470、475和孔径或孔440确保镜座410在被组装时与自由形式透镜阵列210正确地定向。将容易地意识到，确保自由形式透镜阵列210相对于镜座410正确定向的其他方法是可能的，例如，可在镜座上形成与形成在自由形式透镜阵列210的裙部230中的对应的凹陷或孔径配合的成形突起。
一旦透镜阵列组件400已经被组装，与镜座410的框架整体地形成的夹具450、460就延伸通过形成在自由形式透镜阵列210(在图2中示出)中的对应的孔250、260，并且当被安装在PCB110上时，夹具450、460延伸通过对应的孔150、160(在图1A中示出)以完成LED模块的第一实施方案。
图6例示说明这样的LED模块500的分解图，LED模块500包括PCB110和透镜阵列组件400，如上所述，透镜阵列组件400包括自由形式透镜阵列210和镜座410。如所示，形成在自由形式透镜阵列210中的孔径或孔250、260可包括当自由形式透镜阵列210被成型时允许有公差差异的细长狭缝。这些细长狭缝还提供对镜座410的成型中的任何公差的补偿。
另外，LED模块500可包括第二透镜阵列组件，其被安置在阵列透镜组件400的旁边，以使得PCB110上的以八个LED元件120为一组的两组120A、120B(图1A和图1B)与次级透镜元件相关联。
可替代地，对于具有十六个次级透镜元件120的PCB110，透镜阵列组件可包括透镜阵列组件400的大小的两倍，并且能够被安装在全部十六个次级透镜元件120的上方。在这种情况下，镜座可包括四个、而不是两个夹具以提供期望的安装。而且，透镜阵列组件可包括具有必需数量的次级透镜元件的一个自由形式透镜阵列，并且两个镜座410可被用于安装单个自由形式透镜阵列。类似地，可使用单个镜座来安装两个自由形式透镜阵列。
将容易地理解，LED模块500可在几秒内无需任何工具地容易地组装，夹具450、460提供将LED模块的部件保持在一起所必需的配合。
图7中示出了镜座610的另一实施方案。镜座610包括具有八个孔径620的框架，这八个孔径620被成形为在被组装时容纳图2中所示的自由形式透镜阵列210的透镜元件220中的相应的一个。镜座610具有第一表面和第二表面，第二表面以与以上参照图2至图6描述的镜座410的方式相同的方式在被组装时与自由形式透镜阵列210的第一表面接触。
框架包括孔径或孔(未示出)，自由形式透镜阵列210的裙部230的对齐销240在被组装时与该孔径或孔配合。这确保自由形式透镜阵列210与镜座610正确地定向，以使得当镜座610与自由形式透镜阵列210组装时，透镜元件220被安置在镜座610的孔径620内。
如上所述，提供用于配合形成在自由形式透镜阵列210的裙部230中的对应的孔250、260的夹具650、660。当框架610与自由形式透镜阵列610组装时，夹具650、660延伸通过孔650、660。
框架610的第一表面上的标记670、675与自由形式透镜阵列210的第一表面(具体地说，其裙部230)上提供的对应的标记270、275对齐。如以上参照图2和图3所描述的，自由形式透镜阵列210的次级透镜元件220延伸通过框架中的孔径620，以使得每个次级透镜元件的凸部220A在镜座610的框架的上方。
镜座610还包括八个百叶元件695，这八个百叶元件695用于防止来自在其中安装包括这样的镜座610的LED模块的灯具的逆光。这对于防止住宅环境下的房屋立面的不想要的照射是有利的。
镜座610的材料可由光吸收或反射材料制成，这取决于百叶元件695所需的特定性质。可替代地，镜座610可由与镜座410相同的、但是具有修改其光吸收或反射性质的合适涂层的材料制成。在一个实施例中，百叶元件只有一个表面(即，更靠近次级透镜元件220的表面)可被涂布。
如上所述，镜座610可以是根据在其中实现镜座610的LED模块(未示出)的特定应用的任何合适的大小。
作为以上参照图2至图7所描述的自由形式透镜阵列210的实施例的替代方案，可将每个次级透镜元件单独地安装在PCB110上。在这种情况下，每个透镜元件具有它自己的与PCB110上的对应的定位销配合的定位销。虽然可单独地安装次级透镜元件，但是这在组装期间需要更多的工作来确保相对于相关联的LED元件正确地对齐。
现在参照图8，示出了透镜阵列组件700的另一实施方案的分解图。透镜阵列组件700包括如参照图1B描述的准直仪透镜阵列310和镜座710。在该实施方案中，当包括这样的准直仪透镜阵列的LED模块(未示出)被组装时，镜座710被定位在准直仪透镜阵列310和PCB110之间。镜座710包括如以上参照镜座410(图2至图6)和镜座610(图7)描述的具有第一表面和第二表面的框架。
在第一表面上，形成八个凹口720以容纳准直仪透镜阵列310中的八个次级透镜元件320中的相应的次级透镜元件320。凹口720由成形壁元件725形成，成形壁元件725从框架延伸，并且如所示那样被成对地布置以限定凹口。在所示的实施方案中，每个壁元件725包括两个凹部725A、725B，并且多对壁元件725在限定凹口720时被布置为与多对凹部相互对置。如下面将更详细地描述的，每个凹部725A、725B包括夹具725C，其与相对的凹部的夹具合作以配合准直仪透镜阵列310的次级透镜元件320。
每个凹口720具有近端720A和远端720B，近端720A邻近框架安置，远端720B与框架间隔开。在该特定实施例中，凹口的近端720A和远端720B之间的距离基本上与准直仪透镜阵列310的每个次级透镜元件320的高度相同。
在每个凹口720的近端720A，在框架中提供圆形孔径720C，以使得在安装在PCB110上的LED元件120与圆形孔径720C对齐时，框架可被定位在PCB110(图1B)上。
如所示，准直仪透镜阵列310的每个次级透镜元件320基本上与近端320A和远端320B成锥形，远端320B具有比近端320A大的截面。当准直仪透镜阵列310在镜座710内组装时，每个次级透镜元件320的近端320A和远端320B分别与每个凹口720的近端720A和远端720B对齐。每个次级透镜元件320的近端320A在凹口720内相对于与其相关联的圆形孔径720C而言居于中心，远端320C在凹口720内通过限定凹口720的两个壁元件725的相对的凹部的夹具725C而被保持到位。下面将参照图9和图10来对这进行更详细的描述。
图9例示说明透镜阵列组件700的透视图。如所示，在近端320A被安置在圆形孔径720C中并且壁元件725的夹具725C环绕次级透镜元件320的远端320B的一部分时，每个次级透镜元件320被保持在一个凹口720内。
在镜座710的第二表面上，提供与镜座410的夹具450、460和镜座610的夹具650、660对应的夹具750、760。在该实施例中，当准直仪透镜阵列310被组装在镜座710中时，夹具750、760不延伸通过准直仪透镜阵列310。
提供用于配合PCB110中的相应的孔径或孔180、190的对齐销780、790。在这种情况下，对齐销780、790代替自由形式透镜阵列210(图3)的定位销280、290来确保镜座710相对于PCB110上的LED元件120对齐。
透镜阵列组件700相对于PCB110上的LED元件的正确定位由位于镜座710上的两个定位销780、790保证。如以上参照图3所描述的，定位销可具有相同的或不同的截面以允许由于组装的LED模块(未示出)的热膨胀而导致的改变，而不会在准直仪透镜阵列310或镜座710中造成变形。在所描述的实施例中，定位销780具有平行四边形(菱形)截面，并且定位销790具有圆形截面。如上所述，任何截面组合是可能的，只要定位销可适应热膨胀即可。
尽管参照图8至图10对镜座710描述了特定形状的壁元件，但是镜容易地意识到，其他不同成形的壁元件也可为准直仪透镜阵列310提供支承。另外，准直仪透镜阵列310可包括次级透镜元件320，这些次级透镜元件320在阵列内按不同格式布置，并且以不同的方式被连接在一起。
根据本发明，自由形式透镜阵列和准直仪透镜阵列在单个工艺中被成型，以使得次级透镜元件相互连接，以在组装透镜阵列、然后最终的LED模块期间提供容易的操作。
以上参照图2至图7(自由形式透镜阵列210)和图8至图10(准直仪透镜阵列310)描述的实施例提供柔性透镜在PCB上的LED元件上方的精确定位，其优点是：
a)在工业环境下易于安装，而无需工具；
b)将有机硅透镜阵列在PCB上的LED阵列上方固定到位不需要粘合剂；
c)不需要穿透有机硅透镜阵列的螺钉或其他附件；以及
d)LED模块可在更高温度下工作，而不会因为由于更高工作温度而导致的热循环和热降解而在次级透镜元件中造成光学失真。
另外，通过提供由于光学级有机硅在这样的温度下的稳定性而具有更高工作温度的LED模块，可在灯具中在这些更高温度下操作LED模块。这意味着，可在更高电流下操作灯具以在同一灯具壳体中提供更多光通量(如现有技术的情况那样)，或者，对于给定的光通量，可在节省附随材料成本的情况下降低所需的散热能力(如新设计的情况那样)。
尽管以上已经关于特定实施例描述了本发明，但是将容易地意识到其他实施例也是可能的。

Claims (16)

1.一种发光二极管模块，包括：
具有第一表面和第二表面的印刷电路板，所述印刷电路板限定x-y平面；
安装在印刷电路板的第一表面上的发光二极管阵列，所述印刷电路板被构造为提供与发光二极管阵列中的每个发光二极管元件的电连接；以及
被构造为被定位在发光二极管阵列上方的次级透镜阵列，所述次级透镜阵列被成型为单个部件，并且包括用于发光二极管阵列中的每个发光二极管元件的次级透镜元件，并且其中，所述次级透镜阵列包括光学级硅胶材料；
其中，所述模块还包括镜座，所述镜座被构造为可安装到印刷电路板，并且被构造为使次级透镜阵列的每个次级透镜元件在x-y平面中相对于发光二极管阵列的每个发光二极管元件保持对齐，并且在垂直于x-y平面的方向上使次级透镜阵列离印刷电路板的第一表面保持预定距离；
并且其中，所述印刷电路板包括与镜座的安置装置对应的安置装置，所述镜座的安置装置被构造为提供次级透镜阵列相对于印刷电路板上的发光二极管阵列的对齐，所述印刷电路板的安置装置包括穿过其形成的至少一个孔径，所述镜座的安置装置包括在其表面上形成的至少一个夹具，每个夹具被构造为当被安装在印刷电路板上时与形成在印刷电路板中的相关联的孔径配合。
2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述印刷电路板包括与次级透镜阵列的安置装置对应的安置装置。
3.根据权利要求1或2所述的模块，其中，所述次级透镜阵列包括具有安置在其相对面的第一表面和第二表面的自由形式透镜阵列，次级透镜元件分别在自由形式透镜阵列的第一表面中被形成为凸面和在自由形式透镜阵列的第二表面中被形成为凹面。
4.根据权利要求3所述的模块，其中，所述镜座包括可操作为将自由形式透镜阵列固定到印刷电路板的框架；所述框架具有安置在其相对面的、具有穿过其形成的用于容纳次级透镜元件中的相应的次级透镜元件的第一表面和第二表面。
5.根据权利要求4所述的模块，其中，所述框架包括用于容纳形成在自由形式透镜阵列的第一表面中的至少一个销的至少一个孔，所述自由形式透镜阵列的第一表面与镜座的第二表面对齐以使得每个销延伸通过相关联的孔。
6.根据权利要求3所述的模块，其中，所述次级透镜阵列被定位在印刷电路板的第一表面和镜座的第二表面之间。
7.根据权利要求3所述的模块，其中，所述自由形式透镜阵列的第二表面还包括用于配合形成在印刷电路板中的对应的凹口的至少一个定位销。
8.根据权利要求7所述的模块，其中，所述自由形式透镜阵列的第二表面包括两个定位销，每个定位销具有不同的截面。
9.根据权利要求3所述的模块，其中，所述镜座还包括用于形成在透镜阵列的第一表面中的自由形式透镜阵列的每个次级透镜元件的、邻近相关联的孔径以防止逆光的元件。
10.根据权利要求1或2所述的模块，其中，所述次级透镜阵列包括准直仪透镜阵列，所述准直仪透镜阵列包括多个准直仪透镜元件。
11.根据权利要求10所述的模块，其中，所述镜座包括可操作为将准直仪透镜阵列安装到印刷电路板的框架，所述框架具有安置在其相对面的第一表面和第二表面，第一表面具有限定在其中的多个凹口，每个凹口对应于发光二极管阵列的发光二极管，并且可操作为容纳相关联的准直仪透镜元件。
12.根据权利要求10所述的模块，其中，所述镜座包括安置在其第二表面上的、用于配合至少形成在印刷电路板的第一表面中的对应的孔径的至少一个定位销。
13.根据权利要求12所述的模块，其中，所述镜座包括两个定位销，每个定位销具有截面，并且所述印刷电路板的第一表面具有两个孔径，每个孔径被成形为容纳对应的定位销。
14.根据权利要求11所述的模块，其中，所述镜座还包括形成在每个凹口的边缘部分的至少一个夹具，每个夹具可操作为使准直仪透镜元件保持在相关联的凹口中。
15.一种具有根据权利要求1或2所述的发光二极管模块的灯具。
16.一种组装发光二极管模块的方法，所述发光二极管模块包括具有第一表面和第二表面的印刷电路板、安装在印刷电路板的第一表面上的发光二极管阵列、包括光学级有机硅材料并且被成型为单个部件的次级透镜阵列、以及具有第一表面和第二表面的镜座，所述方法包括：
在印刷电路板的第一表面上提供安置装置，所述安置装置包括穿过其形成的至少一个孔径；
在次级透镜阵列的第二表面和镜座的第二表面上提供安置装置，所述安置装置包括形成在其表面上的至少一个夹具，每个夹具可操作为配合印刷电路板上的相关联的孔径；
通过将次级透镜阵列组装在镜座中来形成透镜阵列组件；以及
用印刷电路板的第一表面上的安置装置与镜座的第二表面上的安置装置合作将透镜阵列组件安装在印刷电路板的第一表面上，以使次级透镜阵列与发光二极管阵列在x-y平面中对齐，并且使次级透镜阵列在垂直于x-y平面的方向与印刷电路板的第一表面保持预定距离。
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