具有中央硅酮模块的照明系统及装置的制作方法

具有中央硅酮模块的照明系统及装置
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术案主张2018年5月1日申请的标题为“具有中央硅酮模块的照明装置(lighting devices with central silicone module)”的第62/665,197号美国临时申请案及2018年6月6日申请的标题为“具有中央硅酮模块的照明装置(lighting devices with central silicone module)”的第62/681,490号美国临时申请案中的每一者的优先权，所述两个申请案的全文以引用方式并入本文中。
技术领域
3.本发明大体上涉及照明且更特定来说，涉及包含led及设计成容纳接收由led发射的光的透镜的中央硅酮模块(csm)的照明系统(例如，条形照明系统)。


背景技术：

4.发光二极管(led)通常由经掺杂以产生p-n结的半导体材料形成。led通常发射取决于形成p-n结的半导体材料的带隙能量的窄光谱(例如，尺寸小于100纳米的光谱)中的光。
5.在一些应用中，照明系统可包含接收从led发射的光的一或多个光学组件。例如，透镜是一种类型的光学组件，其可用于接收从led发射的光且调整所述光的一或多个特性。


技术实现要素：

6.本文中描述包含led及设计成容纳透镜的中央硅酮模块(csm)的照明系统。
7.一方面，提供一种照明系统。所述系统包括：电路板；及发光二极管(led)，其经安装到所述电路板的一侧且经配置以发射光。所述系统进一步包括安置在所述led上且具有面向所述电路板的所述一侧的底表面的透镜。所述透镜具有与所述底表面相对的顶表面及在所述顶表面与所述底表面之间的侧表面。所述照明系统进一步包括至少部分地由硅酮构成且经安置在所述电路板的所述一侧上的中央硅酮模块(csm)。所述csm经配置以接纳所述透镜且将所述透镜固持在所述led上方而不与所述透镜的所述侧表面的至少部分接触以便形成间隙。
8.在一些实施例中，所述系统进一步包括至少部分地囊封所述电路板及所述csm的弹性体。
9.在一些实施例中，所述中央硅模块包括反射性硅酮。例如，所述反射性硅酮可对于可见光具有至少95％的反射比。在一些实施例中，所述反射性硅酮可对于具有5密耳的波长的光具有至少95％的反射比。在一些实施例中，所述硅酮可具有至少90％且在一些情况下至少95％的材料反射率。
10.在一些实施例中，所述硅酮包括二氧化钛(tio2)颗粒。例如，所述硅酮中的tio2颗粒的浓度介于3％与10％之间。
11.在一些实施例中，所述csm包括与所述电路板的所述一侧接触的基底及附接到所
述基底且经配置以将所述透镜固持在所述led上方的至少一个引导厅。
12.在一些实施例中，所述csm是单片元件。
13.在一些实施例中，所述照明系统进一步包括经配置以接纳所述电路板的托盘且其中所述弹性体与所述托盘的至少部分接触。
14.在一些实施例中，所述透镜至少部分地由硅酮构成。
15.在一些实施例中，所述csm与所述透镜的所述侧表面的第一部分接触且不与所述透镜的所述侧表面的第二部分接触。所述透镜的所述侧表面的所述第一部分比所述透镜的所述侧表面的所述第二部分更靠近所述电路板。
16.在一些实施例中，所述照明系统进一步包括安置在所述间隙中且与所述csm接触的反射体。
17.在一些实施例中，所述间隙是气隙。
18.在一些实施例中，所述照明装置的光学效率是至少88％且其中所述照明装置的所述光学效率是在相同功率及温度条件下所述led单独的光输出相对于所述整个照明系统的光输出之间的比率。在一些情况下，所述光学效率是至少92％。
19.在一些实施例中，所述照明系统是条形照明系统。
20.在一些实施例中，所述csm包含经配置以接纳所述透镜的杯。
21.在一些实施例中，所述csm包含经配置以分别接纳一系列透镜的一系列杯。
22.在一些实施例中，所述照明系统进一步包括灌封材料。
23.在一些实施例中，所述csm、所述透镜、所述反射体及所述灌封材料提供材料的连续组合。在一些实施例中，所述csm、所述透镜、所述反射体及所述灌封材料全部包括硅酮。
24.当结合附图考虑时，其它方面、实施例及特征将根据以下非限制性详细描述变得显而易见，所述附图是示意性的且并不意在按比例绘制。在所述图中，各个图中所说明的每一相同或几乎相同的组件通常由单个数字来表示。出于清楚的目的，未在每个图中标记每个组件，也未展示每一实施例的每个组件，其中说明不一定使所属领域的一般技术人员理解本发明。在其中本说明书及以引用方式并入的文献包含冲突揭示内容的情况下，以本说明书为准。
附图说明
25.图1展示根据本文中所描述的技术的一些实施例的包含中央硅酮模块(csm)的照明系统的横截面视图。
26.图2a到2c展示根据本文中所描述的技术的一些实施例的不同csm的相应俯视图。
27.图3展示根据本文中所描述的技术的一些实施例的csm的透视图。
28.图4展示根据本文中所描述的技术的一些实施例的图3的csm的一部分的放大视图。
29.图5展示如实施例1中所描述的测试期间的样本的图像。
30.图6展示根据一些实施例的条形照明系统的实例。
具体实施方式
31.本文中描述包含led及设计成容纳透镜的中央硅酮模块(csm)的照明系统。透镜可
经配置以接收从led发射的光且调节所述光的一或多个特性。如下文进一步描述，csm可被设计成提供高照明反射比及坚固结构。在一些实施例中，csm被设计成容纳定位在一系列led上方的一系列透镜。在此类实施例中，照明系统可被实施为具有长度(例如，大致六英寸)、小于所述长度的宽度(例如，大致一英寸)及小于所述宽度的高度(例如，大致半英寸)的条形照明系统。在一些实施例中，条形照明系统包括沿着条形照明系统的长度隔开的多个led以及对应透镜(例如，led可隔开达大致一英寸)。条形照明系统可具有与第9,976,710号及第10,132,476号美国专利中所描述的构造类似的构造，所述两个专利的全文以引用方式并入本文中。
32.图1展示照明系统100的一部分的横截面视图。如所展示，所述系统包含定位在电路板102上的led 101。尽管图1仅展示单个led，但是应理解，在包含一系列led及对应透镜的系统(例如，条形照明系统)中，图1的横截面中所展示的结构可为类似或相同的，包围所述系列中的每一led(例如，沿着所述条)。图6展示根据一些实施例的条形照明系统600的实例。
33.所述系统包含在led的外围以外的区域中安装在电路板上的中央硅酮模块(csm)104。在说明性实施例中，所述系统包含用于促进相对于电路板及led将csm安装在恰当位置处的任选基底106。例如，csm及/或基底可包含确保csm相对于电路板及led的恰当定位的对准特征。在其它实施例中，所述系统不包含单独基底且csm可包含对准特征(例如，凸块、销等)或与对准特征相关联，所述对准特征可经定位在电路板上的对应特征(例如，引导厅)内以相对于电路板及led正确地定位csm。
34.用于接收从led发射的光的透镜108经定位在csm内使得所述透镜的表面与csm的表面接触。例如，如所展示，所述透镜的侧表面112的下部部分可与csm的壁116的下部部分接触。在说明性实施例中且如下文进一步描述，csm的壁的上部部分不与透镜的侧表面的上部部分接触使得在csm与透镜之间形成间隙121。反射体122可经定位在所述间隙内。如所展示，反射体122不与透镜接触以维持所述反射体与透镜之间的空间(即，空气)。在图1中所展示的系统中，所述反射体位于csm的壁上。一些实施例不包含单独反射体且依靠csm表面来反射光(例如，反射回到透镜中)。
35.如所展示，照明系统包括具有通道126的托盘124，电路板可经插入所述托盘124中。一旦已将电路板插入到所述托盘中且将csm安装在电路板上，就可添加灌封材料128以填充所述托盘与csm之间的剩余空间。在此类实施例中，灌封材料可与电路板、托盘及/或csm接触。
36.在一些实施例中，任选盖130经设置在(若干)透镜的顶部上。所述盖可防止污染物(例如，水、碎屑)影响透镜及系统的性能。应理解，并非所有实施例均包含透镜盖。
37.应明白，本文中所描述的实施例可以众多方式中的任一者来实施。本文中仅出于说明性目的而提供特定实施方案的实例。应明白，这些实施例及所提供特征/能力可个别地使用，一起使用，或以两个或更多个的任何组合来使用，因为本文中所描述的技术的方面在这个方面不受限。
38.如上文所描述，照明系统包含中央硅酮模块(csm)。通常，csm经配置以容纳所述系统中使用的透镜。csm可被构造成具有适合于容纳所述系统的(若干)类型的(若干)透镜的形状。例如，当被组装时，可使用粘合剂(例如，硅酮粘合剂)将(若干)透镜附接到csm。
39.图3展示可在条形照明系统中使用的csm 200的透视图且图4展示图3中所展示的csm的一部分的放大视图。在说明性实施例中，csm包含被成形为容纳对应透镜的一系列杯202(也可称为“厅”)。如所展示，csm包含七个杯。应理解，其它实施例可包含不同数目个杯。在这个实施例中，每一杯具有类似形状以容纳相同类型的透镜。在其它实施例中，例如，当在同一系统中使用不同类型的透镜时，csm可具有不同形状的杯。例如，图2a到2c是具有不同类型的杯的csm的图像。
40.应理解，如果在不同照明系统中使用，那么csm可具有不同配置。例如，如果照明系统不是条形照明系统且例如包含单个透镜，那么csm可具有单个杯。
41.通常，(若干)杯可具有不同类型的透镜所需的任何合适设计。如所展示，所述杯可具有可从所述杯的顶表面延伸到所述杯的底部(即，当被组装时最靠近电路板的杯表面)的孔隙。所述孔隙由杯的侧壁来界定。在一些情况下，如下文进一步描述，杯侧壁是成角度的(例如，从底表面到顶表面向外渐缩)。在其它实施例中，杯侧壁可为笔直的。在一些实施例中，当从底表面前进到顶表面时，杯侧壁可包含成角度区段及笔直区段。在一些实施例中，且如图1中所展示，杯侧壁包含基本上平面地延伸到电路板的侧向区段。侧向区段可位于两个成角度区段之间，如所展示。
42.如上所述，杯被设计成容纳(若干)透镜。所使用透镜的形状可确定杯的形状。在一些实施例中，杯可具有一种针对窄透镜的设计，其与针对椭圆形透镜的设计不同，针对椭圆形透镜的设计与针对非对称透镜的设计不同。杯可具有平行于电路板平面的横截面，所述横截面是圆形、椭圆形、矩形、正方形或其它形状。
43.在一些实施例中，(若干)杯经设计使得侧向透镜表面的仅一部分与杯的壁接触。在此类实施例中，侧向透镜表面的其它部分可通过间隙而与杯的壁分离。例如，如上文所描述且在图1中所展示，透镜的侧表面112的下部部分与csm的壁116的下部部分接触(例如，距透镜表面的底部的垂直距离高达3mm)，而csm壁的上部部分与透镜的侧表面的上部部分接触使得在cms与透镜之间形成间隙122(例如，气隙)。间隙可促成全内反射(tir)，而csm与透镜之间的接触可促成漫反射率。在此类实施例中，如图3中所展示，杯孔隙的横截面积在杯的底部处可较小且在杯的顶部处可较大。
44.csm可包含一或多个孔隙204。例如，所述孔隙可邻近一些(或每个)杯形成。可提供孔隙以使能够接近(例如，视觉接近及/或物理接近)位于csm下方的组件(例如，电路板)。通常，(若干)孔隙可具有任何合适配置。应理解，并非所有实施例均利用csm中的孔隙。
45.如上文所描述，csm包括硅酮材料。在一些实施例中，csm主要(例如，大于50重量％、大于70重量％、大于90重量％)或实质上完全由硅酮形成。在一些实施例中，csm可实质上由硅酮材料组成。在一些实施例中，可将添加剂(例如，颗粒)添加到csm的硅酮材料以赋予期望性质(例如，反射率)。例如，可将二氧化钛(tio2)添加到硅酮材料中。在一些实施例中，可添加3到10重量百分比的二氧化钛。
46.在一些实施例中，硅酮可为高反射性的。在一些此类实施例中，硅酮可具有白色反射性色彩(例如，白色硅酮)。合适硅酮包含ci-2001(道康宁)及ms-2002(道康宁)。在一些实施例中，反射性硅酮可对于可见光区中的光具有至少93％的反射比。在一些情况下，反射性硅酮可对于可见光区中的光具有至少95％的反射比。在一些实施例中，硅酮具有至少90％且在一些情况下至少95％的材料反射率。
47.在一些实施例中，csm可包含可形成在csm的底表面(即，当所述系统被组装时最靠近电路板的表面)上的对准特征(例如，凸块、销、突起等)。对准特征可经定位在电路板或基底(当存在时)上的对应特征(例如，引导厅)内以相对于电路板及led正确地定位csm。
48.任选的是使csm的一部分由光吸收材料(例如，黑色硅酮，其具有《50％或《30％的非常低反射率)制成以消除可能在多余方向上散射出的多余杂散光。
49.在一些实施例中，csm可由高反射性材料及低反射性材料的组合制成。例如，csm可在与透镜接触的csm的区段(例如，高达3mm)处包括高反射性硅且csm可在不与透镜接触的csm的区段(例如，举例来说3mm以上)处包括低反射性硅酮(例如，黑色硅酮)。
50.通常，led 101可具有任何合适设计。例如，led可为经配置以发射光的半导体装置。从led发射的光可具有角度cct偏差，例如磷光体转换led。led经安装到电路板，如下文进一步描述。
51.通常，电路板102可具有任何合适设计及配置。电路板可为例如柔性印刷电路板(pcb)(例如，fr4 pcb)以允许照明系统弯曲而不会破裂。操作照明系统所需的各种电组件可经安装在电路板上。
52.如上文所描述，所述系统可(或可不)包含用于促进将csm安装在电路板上的基底106。在一些实施例中，所述基底包括与csm上的(若干)特征接合使得csm通过所述基底固持在适当位置的一或多个特征(例如，唇部)。在一些实施例中，所述基底包含一或多个额外特征(例如，凸片)(及/或与一或多个额外特征相关联)以促进将所述基底安装在电路板上。例如，所述特征可使用电路板上的通孔固定到电路板。
53.通常，透镜108可具有任何合适设计。所述透镜可为例如由多种材料中的任一者构成的单片透镜，所述材料例如硅酮、玻璃及/或塑料(例如，丙烯酸或聚碳酸酯)。透镜可省略散射颗粒及/或磷光体。透镜可为窄形透镜、椭圆形透镜、矩形透镜、非对称形透镜以及其它形状。已在第10,132,476号美国专利中描述合适透镜，所述专利的全文以引用方式并入本文中。
54.透镜包括经配置以接纳led且在led与透镜之间提供间隙(例如，气隙)的空腔131。在一些实施例中，重要的是密封所述空腔以便维持间隙且防止任何材料(例如，灌封材料)接触led表面。
55.透镜可经配置以接收来自led的光且减小经接收光的角度cct偏差。例如，透镜可混合从led接收的光以使色温更均匀且准直经混合光以形成光束。透镜可通过透镜的底表面接收来自led的光且通过透镜的侧表面发射光。如下文进一步描述，通过透镜的侧表面发射的光可被反射体反射回到透镜中。接着，透镜中的光可通过透镜的顶表面发射。
56.通常，反射体(当存在时)可具有任何合适设计。反射体可经配置以将离开透镜的侧表面的光反射回到透镜的侧表面中。例如，反射体可包括面向透镜且将离开透镜的侧表面的光反射回到透镜中的反射性表面。由此，透镜中的光可通过透镜的顶表面发射。反射性表面可经配置以提供漫反射及/或镜面反射。反射体可为例如由以例如油漆或金属的材料涂覆以实现所期望反射(例如，漫反射及/或镜面反射)的塑料(例如，丙烯酸或聚碳酸酯)构成的单片反射体。在一些实施例中，反射体可为csm上的反射性涂层。
57.应理解，并非所有实施例均包含单独反射体。在此类实施例中，所述系统可依靠csm本身来反射光(例如，反射回到透镜中)。
58.如上文所描述，间隙122可经设置在透镜的侧表面与反射体(及/或csm)的反射性表面之间。所述间隙可未被填充以形成气隙，这在某些实施例中可能是优选的。替代地，所述间隙可填充有材料，例如以防止碎屑进入所述间隙。在一些实施例中，用于填充所述间隙的材料可具有低于或类似于透镜的折射率的折射率以类似于气隙而操作。
59.在一些实施例中，任选盖130经设置在(若干)透镜的顶部上。所述盖可防止污染物(例如，水、碎屑)影响透镜及系统的性能。在一些实施例中，所述盖的表面可通过间隙而与透镜表面分离。在一些实施例中，所述盖具有不使从透镜发射的光束偏转的平面表面。例如，平面透镜表面可匹配透镜外边界但是可通过间隙而与透镜分离。
60.在一些实施例中，所述盖可经放置在(若干)透镜及csm上方，或仅经放置在(若干)透镜上方。在包含多个透镜(例如，条形照明系统)的一些实施例中，单个盖可覆盖多个透镜；在其它此类实施例中，每一透镜可具有个别盖。所述盖可被成形为配合透镜的顶表面。可使用粘合剂(例如，透明硅酮粘合剂)将盖附接到杯及/或csm。在一些情况下，可使用在所述系统中以其它方式使用的灌封材料附接盖。
61.应理解，并非所有实施例均包含盖。
62.如上文所描述，照明系统包括包含通道126的托盘124，电路板可经插入所述托盘124中。通常，所述托盘可具有任何合适设计及构造。在一些实施例中，所述托盘可由例如硅酮的弹性体构成。由此，电路板可至少部分地用弹性体囊封。在一些实施例中，托盘、csm及灌封材料可全部由硅酮构成。
63.如所展示，托盘包含界定照明系统的侧壁及底表面的侧壁及底表面。应理解，其它实施例可具有托盘配置且其它实施例可不包含托盘。
64.通常，可在照明系统中使用任何合适灌封材料128。在一些实施例中，灌封材料可包括例如硅酮的弹性体。弹性体(例如，硅酮)可为透明的使得可容易地观看电路板上的印刷或其它信息。
65.通常，可使用任何合适技术来制造本文中所描述的照明系统及组件。在一些实施例中，csm是通过(硅酮)注射成型工艺来制成。在一些实施例中，透镜是通过(硅酮)模制工艺来制成。在一些实施例中，托盘是使用(硅酮)挤出工艺来制成。在一些实施例中，盖是由(硅酮)注射成型工艺制成。
66.在一些实施例中，组件容差对于优化性能(例如，光学效率、光束形状、每一光束发散的一致性及照明系统的照射均匀性(强度及颜色))可能是重要的。
67.以下实例意在作为说明性实施例且并非意在限制性。
68.实例
69.制作且评估包含led的条形照明系统样本以评估本文中所描述的技术的一些特征。
70.样本1包含定位在led上方的透镜(窄透镜)但是不包含csm。
71.样本2包含csm(由白色发射性硅酮制成)及透镜(窄透镜)，其中在csm与透镜之间没有间隔。
72.样本3包含csm(由白色发射性硅酮制成)及透镜(窄透镜)，其中csm在3mm的垂直高度以下接触透镜且csm在3mm的高度以上与透镜分离以提供气隙(与图1中所展示的结构类似)。所述样本包含单独白色反射体。
73.样本4包含csm及透镜(窄透镜)，其中csm在3mm的垂直高度以下接触透镜且csm在3mm的高度以上与透镜分离以提供气隙(与图1中所展示的结构类似)。所述样本包含具有al涂层的单独白色反射体。
74.每一样本包含类似led、透镜及其它常规组件。
75.下表概述所获得结果。样本3及4具有包含效率的优异性能。
[0076][0077]
图6展示测试期间的样本的图像。从图像中可明显看出，样本2不提供任何tir，这导致相对低效率。
[0078]
本发明的各个方面可独自地、组合地或以前文中所描述的实施例中未具体地论述的多种布置使用且因此其应用不限于前文描述中所阐述或附图中所说明的组件的细节及布置。例如，一个实施例中所描述的方面可以任何方式与其它实施例中所描述的方面组合。
[0079]
在权利要求书中使用例如“第一”、“第二”、“第三”的序数术语来修饰权利要求元件本身并不表示一个权利要求要素相对于另一权利要求要素的任何优先权、优先级或顺序或并不表示执行方法的动作的时间顺序，但是仅仅用作用于区分具有某一名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一要素(但用于序数术语)以区分所述权利要求要素的标签。
[0080]
术语“大致”、“约”及“基本上”可用于在一些实施例中表示在目标值的
±
20％之内，在一些实施例中表示在目标值的
±
10％之内，在一些实施例中表示在目标值的
±
5％之内，及又在一些实施例中表示在目标值的
±
2％之内。术语“大致”、“约”及“基本上”可包含目标值。
[0081]
而且，本文中所使用的措词及术语是出于描述的目的且不应被视为限制性。本文中“包含”、“包括”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变动的使意味着涵盖其后列出的项目及其等效物以及额外项目。
[0082]
上文已描述至少一个实施例的若干方面，但是应明白，所属领域技术人员将容易想到各种更改、修改及改进。此类更改、修改及改进意在作为本发明的目标。因此，前文描述及附图仅作为实例。