可配置的光学模块和LED组件的制作方法

本发明涉及一种用于led组件的光学模块，该光学模块包括多个光学元件以及包括多个安装柱的安装表面。

本发明还涉及一种包括这种光学模块的led组件。

本发明还涉及一种包括这种led组件的灯具。

本发明还涉及一种组装这种led组件的方法。

背景技术：

诸如led照明的固态照明(ssl)正变得越来越受欢迎，这归因于这种照明的节能特性以及这种照明的寿命。因此，诸如白炽灯和卤素灯的传统光源正被led照明所取代。

在大多数应用中，led灯包括多个ssl元件，即产生所期望的光通量的单独的led。这种led可以以规则或不规则的图案（例如led栅格）布置在载体（例如印刷电路板(pcb)）上。为了从这种布置获得期望的光分布，载体可以形成led组件的一部分，其中一个或多个光学模块位于载体上。us2014/0192529a1公开了这种组件的一个示例。例如，这种led组件通常用于室外灯具中。借助于图1和图2更详细地解释了这一点，图1以分解透视图示意性地示出了这种led组件1，图2示意性地示出了这种组件的一部分的截面图。

现有技术的led组件1包括载体10，例如pcb，多个led20以规则的图案安装在载体10上。这里，多个光学模块30安装在载体10上，使得每个led20与光学模块30的光学元件31(例如准直器、透镜等)对准，以对led20的光学输出进行整形，例如将led20的朗伯光分布转换成(更)准直的光输出。在大面积载体20的情况下，可以组合多个光学模块30以形成覆盖载体20的光学板，这可能是令人期望的，以便例如出于成本原因而避免制造用作光学板的过大单个光学模块30。

如可在图2中看到的，并且如技术人员容易理解的，为了使光学元件31执行其期望的光学功能，光学元件31需要定位在距led20正确距离h2（例如光学元件31的焦距）处。为此，光学模块30可以包括多个安装柱33，其限定光学模块在载体10上方所位于的高度h3，从而将每个光学元件31与载体10上的led20光学对准。

然而，不同类型的led20可以具有不同的高度h1，例如因为led20的基板21和/或一个或多个光转换层23（例如磷光体层）可以具有不同的厚度。因此，每当在载体10上更换led20的类型，例如以改变led组件1的光通量、用更便宜的替代物替换led20等等，这通常导致高度h1改变。从上文将理解，这因此也需要改变光学模块30，以确保光学模块相对于载体10具有正确的安装高度h3，使得每个光学元件31位于led20上方的正确高度h2处，因为在不正确的高度h3处使用光学模块30使得光学元件31以不正确的高度h2定位在led20上方可能导致led组件1产生次优光输出，即具有次优光分布的光输出，例如模糊光输出、具有不正确准直度的光输出等等。

每当用替代物替换载体10上的led20时，必须替换一个或多个光学模块30是相当昂贵的。此外，在可以制造光学模块30之前，必须决定在载体10上将使用哪种led20，以确保光学模块30的安装柱33被设置到适当高度h3。因此，不可能在最后一刻决定在载体10上使用哪种led20，而这可能是出于经济原因所希望的，即使得led组件1的制造商可以选择市场上可获得的最便宜的合适led20。在固态照明领域，这是一个重要的考虑因素，由于该领域的高度竞争，众所周知地压制了利润边际。

jp2009230984公开了一种待安装透镜的透镜安装基板，所述透镜具有用于改变透镜安装高度的固定腿体。

技术实现要素：

本发明寻求提供一种光学模块，其可以与载体上的不同类型的led一起使用。

本发明进一步寻求提供一种led组件，其包括至少一个这样的光学模块和包括多个led的载体。

本发明进一步寻求提供一种包括这种led组件的灯具。

本发明进一步寻求提供这种led组件的组装方法。

根据一个方面，提供了一种用于led组件的光学模块，该光学模块包括多个光学元件和多个安装结构，每个安装结构包括安装元件的台阶布置，其中每个安装元件限定台阶布置的台阶，每个台阶限定光学模块的不同安装高度，并且其中每个安装结构是可旋转的。

这种光学模块可以放置在载体上，载体包括多个孔，孔用于与安装柱接合，其中每个孔被成形为接纳所述安装柱之一的台阶表面的一部分，使得所述台阶表面的台阶之一在邻近所述孔处接触载体。以这种方式，台阶表面可以相对于接纳孔定位，使得限定载体上led的适当安装高度的台阶定位在载体上。因此，通过具有多个台阶，每个台阶对于不同的特定led具有合适的安装高度，提供了一种光学模块，该光学模块可以与载体一起使用，在该载体上相同led的高度可以不同，从而避免了制造专用于承载具有特定高度的led的载体的光学模块的需要。因此，这降低了包括这种光学模块的led组件的制造成本，并有助于led组件设计选择的更大灵活性，例如，在制造过程的后期阶段，通常在已经制造光学模块之后，在特定led的选择方面的更大灵活性。

此外，在本发明的实施例中，通过提供一种载体，可以防止组装误差，例如光学模块相对于载体上的led定位在不正确的高度，在该载体中设置孔，使得在光学模块定位在载体上时，只有具有期望台阶高度的台阶将接触载体，更高的台阶被孔接纳。因此，每个载体的孔(如果需要的话)可以根据载体上led的高度来确定尺寸和定位，使得当光学模块正确定位在载体上时，通过光学模块的安装结构的台阶与载体及其孔的相互作用，光学模块将自动设置在正确的高度。

为了提高光学模块定位在载体上时的稳定性，每个安装结构可以包括限定安装结构的表面的多个部段，每个部段包括所述台阶布置。这样的部段例如可以组合以限定安装结构（例如安装柱）的周边。

每个安装结构可在光学模块的平面内并围绕垂直于光学模块的所述平面的轴线旋转，使得光学模块在承载led的载体上的正确安装高度可通过旋转每个安装结构来选择。这允许使用通用载体，例如在载体上固定位置具有适当形状的孔的载体，因为孔的位置不需要与将由孔接纳的台阶对准。

在一些实施例中，安装结构可以由光学模块上固定位置处的离散的空间分离元件形成。例如，每个安装元件可以是从光学模块的平面基本垂直延伸的安装销，使得台阶布置由多个不同高度的安装销提供。

光学模块还可以包括延伸穿过光学模块（例如安装柱）的螺孔，以用螺钉等将光学模块附连到led载体。安装元件的至少一个台阶布置可以围绕螺孔的周边部段布置。这具有加固光学模块的另一优点，因为由于螺孔周围(部分地)存在台阶布置，当将光学模块螺纹连接到led载体时施加的力使光学模块破裂或以其它方式损坏的风险得以降低。

光学模块可以由光学级聚合物（例如诸如聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)等的聚合物）制成，这有助于例如通过注射模制等具有成本效益地制造光学板和安装柱。

根据另一方面，提供了一种led组件，其包括载体，该载体包括led图案和位于载体上的本文所述实施例中任一实施例的至少一个光学模块，使得每个光学元件与所述led之一光学对准，并且相应安装结构的安装元件之一接触载体，以将光学模块设置在led上方的正确高度。在适当的安装元件不是台阶布置的最高安装元件，即不具有最大台阶高度的情况下，载体可以包括多个孔，每个孔成形为接纳所述安装结构之一的台阶布置的一部分，使得所述台阶布置的安装元件之一在邻近所述孔处接触载体，台阶布置的至少高于接触载体的安装元件的安装元件被孔接纳。这种组件受益于这样的事实，即一个或多个光学模块可与不同大小的led一起使用，即与具有不同高度的led一起使用，从而降低了使用具有不同大小led的相同载体的不同led组件的总制造成本，并通过允许在光学模块制造之后选择要与载体一起使用的led来增加设计自由度。

在一个实施例中，led组件包括多个所述光学模块，所述光学模块组合以形成光学组件，例如光学板。这进一步降低了led组件的成本，因为避免了昂贵的单片光学板的制造，例如，通过避免在制造故障的情况下弃置整个光学板的需要。

根据另一方面，提供了一种灯具，该灯具包括外壳，所述外壳包括本文所述实施例中任一实施例的led组件。由于led组件的制造成本较低，这种灯具（例如室外灯具）可以以更具成本效益的方式制造。

根据另一方面，提供了一种组装led组件的方法，该方法包括提供光学模块，光学模块包括多个光学元件和多个安装结构，每个安装结构包括安装元件的台阶布置，其中每个安装元件限定台阶布置的台阶，每个台阶限定光学模块的不同安装高度；提供包括led图案的载体，并将光学模块定位在载体上，使得相应安装结构的安装元件之一接触载体，并且每个光学元件与所述led之一光学对准，其中每个安装结构是可旋转的安装结构，该方法还包括通过旋转每个安装结构以选择多个台阶中接触载体的台阶来设置光学模块的安装高度。

在接触载体的相应安装结构的安装元件不是台阶布置的最高安装元件的情况下，该方法可以进一步包括在所述载体中形成多个孔，每个孔被成形为接纳所述安装结构之一的台阶布置的一部分，使得所述台阶布置的台阶中的选定一个台阶在邻近所述孔处接触载体。这种组装方法有助于将相同的光学模块再用于承载不同高度led的载体，因为光学模块的安装柱的不同安装高度的台阶可以被定位在载体上，邻近接纳这多个台阶的其余台阶的孔，以确保光学模块的光学元件被设置在它们相应led上方的适当高度处。

每个安装结构是可旋转的安装结构，该方法还包括通过旋转每个安装结构来选择多个台阶中接触载体的台阶来设置光学模块的安装高度。这具有可以使用在固定位置具有孔的通用载体的优点，这可以进一步降低这种led组件的制造过程的成本。

附图说明

参考附图，通过非限制性示例的方式更详细地描述本发明的实施例，其中:

图1示意性地描绘了现有技术led组件的分解图；

图2示意性地描绘了现有技术led组件的截面图；

图3示意性地描绘了根据实施例的用于led组件的光学模块的一个方面的仰视图；

图4示意性地描绘了根据实施例的用于led组件的光学模块的一个方面的透视图；

图5示意性地描绘了根据一个实施例的led组件的分解图及其组装方法；

图6示意性地描绘了图5的led组件的led载体孔布置的不同取向；

图7-10示意性地描绘了根据实施例的示例配置中光学模块的一部分和led载体的一部分之间的接合；

图11示意性地描绘了根据另一实施例的用于led组件的光学模块的仰视图；

图12更详细地示意性描绘了图11的光学模块的一个方面；

图13示意性地描绘了根据一个实施例的用于与图11的光学模块配合的led载体孔布置的不同取向；和

图14示意性地描绘了根据一个实施例的用于led组件的光学模块的一个方面的截面图。

具体实施方式

应当理解，这些附图仅仅是示意性的，并且没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

图3示意性地描绘了根据本发明示例实施例的光学模块30的安装结构（这里是安装柱40）的仰视图，并且图4示意性地描绘了其透视图。在该示例实施例中，安装结构40在光学模块30的平面中具有圆形截面，并且具有安装表面45，该安装表面45要被定位在承载led20的载体10上。安装表面承载安装元件或台阶51-54的一个或多个台阶布置，在一些实施例中，该一个或多个台阶布置可能限定安装表面45的周边。例如，安装布置可以界定延伸穿过安装柱40的螺孔41，该螺孔41用于接纳螺钉等以将光学模块30附接到载体10，尽管在替代实施例中，螺孔41可以不形成安装柱40的一部分，即可以是单独的螺孔41，在这种情况下，安装表面45可以是实心表面或闭合表面。

仅通过非限制性示例的方式，每个台阶51-54被示出为从安装表面45的中心轴线47径向延伸。其他合适的台阶布置对于本领域技术人员来说将是显而易见的，例如，其中台阶51-54线性布置的线性台阶布置；台阶的所选布置对本发明而言并不特别关键，只要提供各自具有不同的台阶高度的多个台阶。安装柱40的安装表面45可以分成多个部段50，每个部段包括多个安装元件或台阶51-54，这些部段50可以组合以形成安装表面45的台阶轮廓。例如，部段50可以组合以限定安装表面45的周边。多个部段50的存在可以增加光学模块30在载体10上的稳定性，因为多个台阶（即不同部段50的相同台阶）接触载体10，使得安装柱40在几个位置安装在载体10上，这些位置优选地有规律地分布在安装表面45上，以增加光学模块30的稳定性。

各种安装元件51-54从安装表面45(沿中心轴线47的方向)延伸不同的量，使得光学模块30可以定位在载体10上的不同安装高度处，这将在下面更详细地解释。安装元件或台阶51-54中每一个的台阶高度可以以任何合适的方式限定。例如，可以使用相邻台阶之间的固定台阶高度差，例如0.1mm的台阶高度差，使得光学模块30可以与在台阶51-54的台阶高度范围所覆盖的范围内具有不同高度h1的系列led20一起使用。例如，在如图2所示的高度h2中存在一定公差（例如0.05mm公差）的情况下，这可能是有利的。通过将台阶51-54的台阶高度增量设置为该公差的两倍，总是可以通过旋转选择台阶高度导致载体10上的安装高度h3在led20和与led20对准的光学元件31之间的高度h2的公差内的台阶51-54。替代地，led组件1的制造商可以具有led20的短列表，制造商可能希望从该短列表中选择要安装在载体10上的led，这些led中的每一个具有其特定高度h1。在这种情况下，台阶51-54中每一个的各个台阶高度可以根据led20短列表的特定高度h1中每一个来设置，使得对于短列表上的led中的每一个，安装柱40包括台阶51-54，当被选择时，该台阶51-54将光学模块30设置在所选led的适当安装高度h3处。

在这一点上，为了避免疑问，注意光学模块30的安装柱40可以具有任何合适数量的部段50和/或任何合适数量的安装元件或台阶51-54。特别地，应该理解，在本申请的附图中，安装柱40具有四个部段50，每个部段50仅通过非限制性示例的方式包括四个台阶51-54，并且安装柱40可以具有更少或更多的部段50和/或例如每个部段50具有更少或更多的台阶51-54。

这种光学模块30可以有利地用于led组件的组装过程中，在led组件的组装过程中提供载体10，载体10被配置成使得安装柱40的安装元件或台阶51-54中的仅一个接触载体10，即安装元件具有适合于载体10上的led20的台阶高度。通过将光学模块30与这种预配置的载体10结合使用，即使不是不可能，也很难不正确地组装led组件，因为光学模块30只能以预期的方式在载体10上插置就位，这将在下面更详细地解释。

光学模块30可以由任何合适的材料制成，例如玻璃或光学级聚合物，例如光学级pc、pmma、pet或透明铸造塑料或硅。由光学级聚合物制造光学模块30的优点在于，光学模块30可以以成本有效的方式制造，例如使用诸如注射模制的模制技术。如前所述，安装柱40是单独的部件，其绕轴线47可旋转地安装在光学模块30中。安装柱40可以由任何合适的材料制成，尽管安装柱40优选地由与光学模块30相同的材料(或具有相同热膨胀系数的材料)制成，以匹配安装柱40与光学模块30的热行为，例如热膨胀。

图5示意性地描绘了根据本发明实施例的led组件1的分解图。led组件1包括载体10和一个或多个如上所述的光学模块30，载体10以限定的图案承载多个led20（例如led20的栅格），led20可以以恒定的间距布置，尽管这不是必需的，例如光学模块30在用于使led20的光输出成形的光学元件31之外，还具有固定的安装柱40。如本领域技术人员将容易理解的，光学元件31通常以与led20相同的图案布置，使得在一个或多个光学模块30在载体10上正确定位时，每个光学元件30与对应的led20光学对准。载体10可以是任何合适的载体，例如pcb、散热器、包括散热器的pcb等。许多合适的载体对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且应当理解，本发明不限于特定类型的载体10。类似地，任何合适类型的led20可用于安装在这种载体10上。

载体10还包括多个安装区域11，用于接纳一个或多个光学模块30的相应安装柱40。每个安装区域11包括孔13，孔13的尺寸设计成使得安装柱40的安装表面45上的一个或多个台阶布置的除一个之外的所有安装元件或台阶51-54都可以被孔13接纳。邻近孔13的是安装区域11的贴着区域15，用于安装柱40的安装表面45的其余台阶部分或台阶，该其余台阶部分限定了光学模块30在载体10上的安装高度。在安装表面45包括多个区域50的情况下，每个孔13可以包括多个孔区域或翼片，孔13的每个孔区域对应于安装表面45的部段50之一。每个孔13可选地还可以包括中心区域17，用于在安装柱40中存在螺孔41的情况下接纳延伸通过安装柱40的螺孔41的螺钉。

孔13用作安装柱40的锁眼，因为它接纳台阶51-54中不用于限定光学模块30在载体10上方高度的那些台阶。为此，一旦知道哪个led20将被安装在载体10上，光学模块30的期望安装高度h3（即光学元件31对所选led20的光输出进行正确成形所需的安装高度h3）也是已知的，使得在该阶段将清楚安装元件或台阶51-54中的哪个应该被使得与载体10接触，以确保光学模块30被安装在正确的安装高度h3。在该阶段，通过在载体10中形成孔13，可以(预)配置载体10，以选择安装柱40的相应台阶安装表面45的台阶51-54中的哪个将被孔13接纳。这在图6中示意性地描绘，其中根据安装柱40的台阶51-54中的哪个台阶应该被孔13接纳来改变孔13在安装区域11内的取向。换句话说，在该实施例中，通过在相应配置(i)-(iv)中以不同的旋转取向形成孔13来“旋转”安装区域11，以确保适当的台阶51、52、53或54贴着在邻近孔13的贴着区域15上。这借助于图7-10进一步详细解释，图7-10各自示意性地示出了安装柱40与不同配置的载体10的安装区域11相互作用的截面。

图7示意性地描绘了第一配置，其中孔13形成在载体10中，使得光学模块30的安装柱40的安装元件或台阶51-53中的每一个被孔13接纳，同时安装元件或台阶54已经贴着在邻近孔13的贴着区域15上，使得光学模块30在载体10上的安装高度由台阶54的台阶高度限定。

图8示意性地描绘了第二配置，其中孔13形成在载体10中，使得光学模块30的安装柱40的安装元件或台阶51、52、54中的每一个被孔13接纳，同时安装元件或台阶53已经贴着在邻近孔13的贴着区域15上，使得光学模块30在载体10上的安装高度由台阶53的台阶高度限定。

图9示意性地描绘了第三配置，其中孔13形成在载体10中，使得光学模块30的安装柱40的安装元件或台阶51、53、54中的每一个被孔13接纳，同时安装元件或台阶52已经贴着在邻近孔13的贴着区域15上，使得光学模块30在载体10上的安装高度由台阶52的台阶高度限定。

图10示意性地描绘了第三种配置，其中孔13形成在载体10中，使得光学模块30的安装柱40的安装元件或台阶52-54中的每一个被孔13接纳，同时台阶51已经贴着在邻近孔13的贴着区域15上，使得光学模块30在载体10上的安装高度由台阶51的台阶高度限定。

以这种方式，在led组件1的组装期间，光学模块30的安装高度可以通过相应孔13在载体10上正确地定位和/或成形，以从相应台阶布置的台阶51-54中选择接触载体10的台阶来设置，如上所述。

在上述实施例中，孔13的大小保持恒定，并且孔13已经根据安装在载体10上的led20的高度而在载体10上定位(“旋转”)。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，该实施例的几种变型将是可行的。例如，可以选择相应孔13的尺寸，使得只有台阶高度大于与载体10接触以将光学模块30设置在其适当安装高度h3的这个安装柱的安装元件的安装柱40的安装元件或台阶将被孔13接纳，使得台阶高度小于接触载体10的安装元件的安装元件或台阶可以在载体10上方(而不是在孔13上方)悬停。

例如，在图7示意性描绘的第一配置中，安装元件或台阶51-53都比所选台阶54高，使得孔13的尺寸可以被设计成接纳台阶51-53中的每一个。在图8示意性描绘的第二配置中，安装元件或台阶51、52都比所选台阶53高，使得孔13的尺寸可以被设计成接纳台阶51、52。在图9示意性描绘的第三配置中，安装元件或台阶51比所选台阶52高，使得孔13的尺寸可以被设计成仅接纳台阶51。在图10示意性示出的第四配置中，没有一个安装元件或台阶52-54比所选台阶51高，使得可以省略孔13。

还应注意，安装元件51-54可能不一定形成单个或连续安装结构，例如安装柱40。图12示意性地描绘了光学模块30的替代实施例，并且图13更详细地示意性地描绘了图12中虚线框内的光学模块30的部分。在该实施例中，提供了安装结构60，该安装结构60包含作为安装销61-64的多个空间分离的安装元件形式的台阶布置，这些安装销具有不同的高度，用于设置光学模块30在载体10上方的安装高度，如前所述。如图12和图13所示，通过非限制性示例的方式，安装销61-64围绕螺孔41径向布置；其他布置，例如线性布置同样可行；可以设想安装销61-64在光学模块30的任何适当位置处的任何适当布置。如前所述和如图5中示意性地描绘的，载体10可以包括相应的孔13，在此通过非限制性示例的方式围绕螺孔17布置，用于接纳安装销61-64的至少一子集。例如，在第一配置(i)中，孔13的尺寸和位置可以被设计为使得所有安装销61-64被孔13接纳，使得光学模块30直接接触载体10。在第二配置(ii)中，孔13的尺寸和位置可以被设计为使得安装销62-64被孔13接纳，并且安装销61在邻近孔13的区域中接触载体10。在第三配置(iii)中，孔13的尺寸和位置可以被设计为使得安装销63、64被孔13接纳，并且安装销62在邻近孔13的区域中接触载体10，其中安装销61悬停在载体10上方。在第四配置(iv)中，孔13的尺寸和位置可以被设计为使得安装销64被孔13接纳，并且安装销63在邻近孔13的区域中接触载体10，其中安装销61、62悬停在载体10上方，而在第五配置(v)中，孔13可以被省略，因为最高的安装销64接触载体10，其中安装销61-63悬停在载体10上方。

作为图3和图4中示意性描绘的光学模块30的实施例的替代，每个安装柱40可以可旋转地安装在光学模块30中，使得通过旋转，安装元件或台阶51-54中的一个可以与载体10上的参考点（例如从台阶51-54中选择的台阶可以定位在上面的载体10的表面部分）对准。例如，这有助于使用具有多个固定孔11的通用载体10，多个固定孔11用于在载体10中的固定位置处接纳其余安装元件或台阶51-54，从而通过安装柱40的旋转，可以选择由孔11接纳的适当台阶51-54以及定位在邻近这样的孔的表面部分15上的台阶。在安装柱40包括多个部段50的情况下，安装柱40优选地是旋转对称的，即，多个部段50是相同的，使得相同的台阶在安装柱40的安装表面45上有规律地间隔开，这可以增加安装柱40和光学模块30在定位在载体10上时的稳定性。安装柱40可以在光学模块30的平面内具有圆形截面，以促进这种旋转。

图14示意性地描绘了安装柱40可如何安装在光学模块30中的示例实施例。在该示例实施例中，光学模块30包括延伸穿过光学模块30的凹部35。凹部35具有较宽的上部部段，安装柱40的盖55安装在该上部部段中。包括具有台阶部分(安装元件)51-54的安装表面45的安装柱40的主体延伸穿过凹部35的较窄部段。安装柱40的旋转通过在凹部35的较宽上部部段内旋转盖55来实现，这借助于从盖55延伸的主体在凹部35的较窄部段内旋转安装柱40的主体。应当理解，这种布置仅通过非限制性示例的方式示出，并且本领域技术人员将不难提供替代布置以促进安装柱40在光学模块30内的旋转。

根据本发明的实施例的led组件1可以有利地用在诸如室外灯具的灯具中，例如室外灯、街灯等，其中led组件1可以位于灯具的外壳内，在灯具是室外灯具的情况下，该外壳可以是防风雨的的外壳，例如是水密的或防水的外壳。

应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前面的单词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。本发明可以借助于包括几个不同元件的硬件来实现。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以由同一个硬件项来实现。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。