专利名称：灯组合件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种使用发光二极管(LED)阵列和太阳能电池的灯组合件。更具体地 说，本发明涉及一种使用经配置以使得从LED阵列和/或太阳能电池产生的热量可耗散的 框架的灯组合件及其制造方法。
背景技术：
使用LED作为发光装置的太阳能照明器广泛用于许多应用，例如路灯、警告标志 和用于道路应用的指示标志。此外，其还用作户外装饰灯、庭院灯、花园灯或广告灯。传统 上，太阳能照明器包括LED、太阳能电池、可再充电电池和控制器。太阳能电池在白天期间接 收阳光，且将太阳能转换为电能以储存在可再充电电池中。在夜间期间，控制器控制可再充 电电池释放所储存的电能以驱动LED发射光。此外，使用控制器或传感器来检测入射阳光 的强度以向控制器提供用于决定何时驱动LED发射光的信息。第2008/01233 号美国公开专利申请案揭示一种太阳能照明器，其中LED和太阳 能电池固定在框架上，且使用相同区来接收并发射光。然而，由于LED和太阳能电池固定在 太阳能照明器内，所以一旦太阳能电池或LED破损，便无法在不损坏太阳能照明器的情况 下更换破损元件。此外，由于使用相同区来接收并发射光，所以应用受到限制。举例来说， 其可能不适合用作顶灯。在US 7，226，182中，揭示一种将LED和太阳能电池分开安装在壳体内的太阳能照 明器。通过此结构，有可能在不损坏太阳能照明器的情况下更换LED和太阳能电池。然而， LED和太阳能电池所产生的热量可能聚集在壳体内，且影响照明器的稳定性。此外，此类太 阳能照明器使用一个表面作为光接收区域(太阳能电池透过其接收光)和光发射区域(透 过其发射光)两者，所以进入光接收区域的表面的阳光可能存在部分损耗，因为其被形成 于光发射区域的光引导板上的突起和分色镜涂层散射及反射。另外，针对光接收区域和光 发射区域两者使用一个表面可能限制太阳能照明器的应用，例如供用作顶灯。因此，需要提供一种太阳能照明器，其不仅能提供太阳能电池和LED技术的益处， 而且较为稳定且较为经济。
发明内容
本发明提供一种使用太阳能电池和发光二极管(LED)阵列的较稳定且较经济的 灯组合件，其通过有效地耗散热量且允许在不损坏灯组合件的情况下更换太阳能电池或 LED阵列来实现。本发明进一步提供一种使用太阳能电池和发光二极管(LED)阵列的较稳定且较 经济的灯组合件，其通过不使用相同表面作为光接收表面和光发射表面而减少入射光损耗 来实现。因此，本发明的一个方面在于提供一种灯组合件，其包含太阳能电池；光引导 板，其安装在所述太阳能电池的最远离阳光的侧面上；框架，其以可拆式固持所述太阳能电
3池和所述光引导板；以及LED阵列，其以可拆式安装在所述框架内且邻近于所述光引导板， 使得所述LED阵列所产生的光穿过所述光引导板的侧表面且照明位于所述光引导板前方 的区域或所述光引导板。光引导板可包括位于光引导板的最靠近太阳能电池的侧面上的光反射表面，且任 选地包括位于光引导板的最远离太阳能电池的侧面上的散射表面，以改进从光引导板发射 的光的均勻性。存在与太阳能电池和LED阵列电连接的可再充电电池以储存来自太阳能电池的 电且向LED阵列供能。而且，提供与所述可再充电电池电连接的光敏开关电路以允许所述 可再充电电池依据周围环境的光来选择性地对LED阵列供能。 所述灯组合件可包括反射器，其安装于所述框架内并紧靠LED，且经配置以使得从 所述LED产生的较多光可被收集并进入所述光引导板。本发明可广泛用于许多应用，例如顶灯或位于屋顶上的照明块。另外，其还可用 作户外装饰灯、庭院灯、花园灯、广告灯、路灯、警告标志、用于道路应用的指示标志、用于停 车场或公共汽车站的顶灯、位于停车场入口处的顶灯或位于玻璃屋顶(例如花园或温室屋 顶)上的灯。
图1展示根据本发明配置的实施例的侧视图，其中光引导板安装于太阳能电池的 最远离阳光的侧面上。图2展示根据本发明配置的实施例的侧视图，其中光引导板安装于太阳能电池的 最远离阳光的侧面上，且提供缓冲器以帮助框架固持太阳能电池和光引导板。图3展示根据本发明配置的实施例的侧视图，其展示图2中所描绘的缓冲器的不 同实施例。在若干图式中相同参考标号始终指代对应部件。未按比例绘制尺寸。
具体实施例方式图1到图3中所展示的太阳能电池的部件为权利要求书中所叙述的元件的实例。 来自下文描述的不同实施例的特征可在不脱离权利要求书的范围的情况下一起组合为一 个实施例。图1展示根据本发明的灯组合件的实施例，其包含太阳能电池12 ；光引导板14， 其安装在太阳能电池12的最远离阳光的侧面上；框架10，其以可拆式固持太阳能电池12 和光引导板14 ；以及LED阵列16，其以可拆式安装在框架10内且邻近于光引导板14，使得 LED阵列16所产生的光穿过光引导板14的侧表面并照明位于光引导板14前方的区域或光 引导板14。作为图1中所描绘的实施例，太阳能电池12和光引导板14由框架10以可拆式固 持，使得从太阳能电池12产生的热量可传递到框架10。如此项技术中所理解，太阳能电池 12收集阳光，产生电，且将电储存在可再充电电池(未图示)中。目前，太阳能电池为体硅 (bulk silicon)太阳能电池，例如使用体Si衬底的单晶太阳能电池或多晶太阳能电池以 及使用非晶硅(a-Si)、纳米晶体硅(nc-Si)或微晶硅(mc-Si)的薄膜太阳能电池，其中Si沉积于例如玻璃、金属、聚合物和/或柔性衬底等衬底上。另外，还有可能使用染料敏化太 阳能电池、有机/聚合物太阳能电池或者优先于Si或结合硅使用II-IV族化合物的薄膜太 阳能电池。具体地说，GaAs、磷化镓铟(GAhP)、硒化铜铟镓(CIGS)、碲化/硫化镉(CdTe/ CdS)或硒化铜铟(CuhSe)化合物沉积于衬底上。虽然为易于描述起见仅论述并描绘了单个太阳能电池，但将容易认识到可在灯组 合件中使用多个太阳能电池来提供增加的电量。光引导板14安装在太阳能电池12的最远离阳光的侧面上，大致平行于太阳能电 池12的侧面，且由光可透射穿过的合适玻璃或塑料材料组成，且LED阵列16所产生的至少 一些光穿过光引导板14的侧表面。光引导板14的至少一个表面经处理以使得其可将从 LED阵列16产生的光指引为处于一个方向上。具体地说，光引导板14可包括位于光引导板 14的最靠近太阳能电池12的侧面上的光反射表面14a，且任选地包括位于光引导板14的 最远离太阳能电池12的侧面上的散射表面14b，以改进从光引导板14发射的光的均勻性。玻璃或塑料材料(例如丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))可用作用于光引 导板14的透明材料。在一些实施例中，光引导板14的最靠近太阳能电池的表面应经处理以使得其可 作为光反射表面Ha大概在一个方向上指引光。此项技术中已知的任何技术均可应用于所 述处理。举例来说，可在光反射表面14a中形成突起(未图示)，或可在光反射表面1 上 涂覆镜片或金属膜(未图示)以改进光反射。为了帮助光反射表面14a的光反射，光引导 板14的最远离太阳能电池的表面还可经处理为光散射表面14b。此项技术中已知的任何技 术均可应用于所述处理。举例来说，可在表面14b上涂覆光散射片，或可通过喷沙工艺在表 面14b中或在涂覆于表面14b上的光散射片中形成微小突起和凹陷以改进光反射。框架10由允许热量耗散的材料制成，例如金属材料(例如，金、银、铜、铁、铝、镁、 钛或者其合金或金属复合物)或塑料材料(例如，工程塑料，包括碳复合物、聚合物复合物 或陶瓷复合物，其可有效地传递热能)。在操作期间，将来自LED阵列16和/或太阳能电池 12的热能传递到框架10。LED阵列16以可拆式安装在框架10内或附接到框架10。作为图1中所描绘的实 施例，LED阵列16邻近于光引导板14的一个侧面，且经合适地布置以使得从LED阵列16产 生的热量将传递到框架10且从LED阵列16产生的至少一些光将进入光引导板14并照明 位于光引导板14前方的区域或光引导板14。可依据灯组合件的大小、形状或用途而使用多个LED阵列。LED阵列16可发射具 有特定波长的光。也就是说，可存在蓝色、绿色或红色LED。如果需要从灯组合件发射具有 此类特定波长的光，那么可在光引导板14的光反射表面Ha上涂覆选择性地反射具有特定 波长的光的分色镜。LED阵列16可含有至少一个保护电路、LED和PCB板。在一些实施例(例如图1所示的实施例)中，反射器18可安装在框架10内且紧 靠LED，且经配置以使得从LED产生的较多光可进入光引导板14。反射器18可部分地或完 全地安装在框架10的内表面上和LED阵列上。反射器18可由此项技术中理解的材料(例 如，例如银或铝等金属或光学多层膜)制成。可在反射器中形成突起(未图示)，或可涂覆 镜片或金属膜(未图示)以改进光反射。另外，在一些实施例中，存在与太阳能电池12和LED阵列16电连接的可再充电电池(未图示)以储存来自太阳能电池12的电且向LED阵列16供能。在一些实施例中，提 供光敏开关电路(未图示)以允许可再充电电池选择性地在环境光低于预定水平时向LED 阵列16供能，在环境光高于预定水平时停止向LED阵列16供能，且使得能够由太阳能电池 12为可再充电电池充电。所述电路因此确保当周围环境黑暗或光低于预定水平时，LED阵 列16将接通，由可再充电电池供电，且当周围环境明亮或光高于预定水平时，LED阵列16将 断开且为可再充电电池再充电。可针对所述可再充电电池使用二次电池(secondary battery)或电双层电容器 (未图示)。电双层电容器优选于二次电池，因为其具有较长寿命且较可靠。此外，在一些实施例(例如图2和图3所示的实施例)中，可在框架10与太阳能电 池12之间和在框架10与光引导板14之间提供缓冲器22以帮助框架10固持太阳能电池 12和光引导板14。缓冲器22可部分地或完全地设置于框架10的内表面上，只要从LED阵 列16发射的光可进入光引导板14即可。举例来说，如图2所示，在缓冲器22中为对应LED 阵列16提供开口。缓冲器22可由此项技术中理解的材料(例如硅酮、橡胶或塑料(例如 乙烯-丙烯-非-共轭二烯M类橡胶(EPDM)))组成。在一些缓冲器实施例(例如图3所 示的实施例)中，缓冲器22还可与反射器18组合或在涂覆有反射材料时用作反射器。如 果缓冲器涂覆有反射材料，那么可消除反射器18。一种制造灯组合件的方法包括在太阳能电池12的最远离阳光的侧面上安装光 引导板14 ；将LED阵列16以可拆式安装在框架10内；以及使用框架10来以可拆式固持太 阳能电池12和光引导板14，使得LED阵列16所产生的光穿过光引导板14的侧表面，其中 LED阵列16和太阳能电池12经配置以使得LED阵列16和太阳能电池12所产生的热量传 递到框架10。在一些实施例中，在由框架10以可拆式固持太阳能电池12之前，可将反射器18 安装在框架10内且紧靠LED以帮助从LED产生的较多光进入光引导板14。灯组合件的制造包括用以将太阳能电池12和光引导板14以可拆式固持于框架10 内且用以将LED阵列16以可拆式安装在框架10内的构件。在一些实施例中，将盖形螺母 (未图示)放置在框架10中以用于将太阳能电池12和光引导板14螺栓安装到框架和/或 将LED阵列16螺栓安装到框架10。在一些实施例中，安装构件可包括放置于框架10中的 螺栓或螺杆、安装到框架10的粘合垫或位于框架10上的胶水。现将解释如上文所述的结构的灯组合件的操作。在白天时间期间，太阳能电池12收集阳光，产生电，且将电储存在可再充电电池 (未图示)中。如果灯组合件周围的区域变得黑暗，那么光敏开关电路(未图示)将接通信 号发送到LED阵列16。因而，储存于可再充电电池中的电力被传输到LED阵列16，且LED 阵列16接着操作以发射光。从LED阵列16发射的光穿过光引导板14的侧表面且落在其 光反射表面Ha上。大多数光被反射离开光反射表面14a并穿过光引导板14，且照明位于 光引导板14前方的区域或光引导板14。在从光引导板14发射光之前，光引导板14的光散 射表面14b可进一步散射光以改进从光引导板14发射的光的均勻性。由于框架10与太阳能电池12和LED阵列16两者接触，且太阳能电池12和LED 阵列16为分离的，所以在灯组合件的操作期间从太阳能电池12和LED阵列16产生的热量 将不会聚集且可有效地通过框架10耗散。
由于LED阵列16和太阳能电池12分开地且以可拆式附接到框架10，所以可在不 损坏灯组合件的情况下更换LED阵列16或太阳能电池12。而且，在一些实施例中，太阳能 电池12的收集阳光的光接收区域和透过其穿过光引导板14发射的光发射区域不在使用相 同表面。因此，将不会由于从光引导板14反射和/或散射光而存在阳光的部分损耗。所属领域的技术人员将明了，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对本发明 的结构做出各种修改和改变。鉴于前述内容，既定本发明涵盖本发明的修改和改变，只要其 属于所附权利要求书及其等效物的范围内。
权利要求
1.一种灯组合件，其包含太阳能电池；光引导板，其安装在所述太阳能电池的一个侧面上；框架，其以可拆式固持所述太阳能电池和所述光引导板；以及LED阵列，其以可拆式安装在所述框架内且邻近于所述光引导板，使得所述LED阵列所 产生的光穿过所述光引导板的侧表面且照明位于所述光引导板前方的区域或所述光引导 板。
2.根据权利要求1所述的灯组合件，其中所述光引导板包括位于所述光引导板的最靠 近所述太阳能电池的侧面上的光反射表面。
3.根据权利要求2所述的灯组合件，其中所述光引导板包括位于所述光引导板的最远 离所述太阳能电池的侧面上的散射表面。
4.根据权利要求1所述的灯组合件，其中所述框架由金属或塑料材料制成。
5.根据权利要求1所述的灯组合件，其进一步包含反射器，所述反射器紧靠LED安装且 经配置以使得从所述LED产生的较多光可进入所述光引导板。
6.根据权利要求1所述的灯组合件，其进一步包含安装在所述太阳能电池的另一侧面 上的与所述光弓I导板相对的板。
7.根据权利要求1所述的灯组合件，其进一步包含设置在所述框架与所述太阳能电池 之间且在所述框架与所述光引导板之间的缓冲器。
8.根据权利要求7所述的灯组合件，其中所述缓冲器涂覆有反射材料。
9.一种制造根据权利要求1所述的灯组合件的方法，其包含在太阳能电池的远离阳光的一个侧面上安装光引导板；将LED阵列以可拆式安装在框架内；以及使用所述框架来以可拆式固持所述太阳能电池和所述光引导板，使得所述LED阵列所 产生的光穿过所述光引导板的所述侧表面，其中所述LED阵列和所述太阳能电池经配置以 使得所述LED阵列和所述太阳能电池所产生的热量传递到所述框架。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述框架由金属或塑料材料制成。
全文摘要
本发明提供一种灯组合件，其包括太阳能电池；光引导板，其安装在所述太阳能电池的一个侧面上；框架，其以可拆式固持所述太阳能电池和所述光引导板；以及LED阵列，其以可拆式安装在所述框架内且邻近于所述光引导板，使得所述LED阵列所产生的光穿过所述光引导板的侧表面且照明位于所述光引导板前方的区域或所述光引导板。
文档编号F21S9/03GK102128410SQ20101060076
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月29日
发明者张展晴, 李思汉, 萧伟伦 申请人:杜邦太阳能有限公司