帶傳熱和密封的led設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及LED照明裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及各種高亮度區(qū)域照明應(yīng)用的LED照明裝置領(lǐng)域，如道路照明，工廠照明，停車場(chǎng)照明及商業(yè)建筑照明等。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年，在各種普通照明目的的照明裝置的開發(fā)中，發(fā)光二極管(LED)的使用在增加，而隨著這個(gè)領(lǐng)域所取得的進(jìn)展，這種趨勢(shì)在加快。事實(shí)上，以前照明應(yīng)用中通常用使用被稱為高強(qiáng)度放電(HID)燈的裝置，而現(xiàn)在用LED照明裝置。這些照明應(yīng)用包括但不限于道路照明，工廠照明，停車場(chǎng)照明及商業(yè)建筑照明。
[0003]在多個(gè)這樣產(chǎn)品中，獲得有特定照明分布需求的大面積高水平照明是特別重要的。在這種情形下，期望最小化大型復(fù)雜反射物的使用及多光源的變化的取向以實(shí)現(xiàn)期望的照明圖案。
[0004]使用LED作為光源用于各種應(yīng)用的照明設(shè)備帶來(lái)了特別具有挑戰(zhàn)性的問題。散熱就是一個(gè)具體的問題。為了保證LED的壽命以及優(yōu)秀的長(zhǎng)期光輸出性能，促進(jìn)熱從LED轉(zhuǎn)移出去以最小化工作期間可能對(duì)LED發(fā)生的熱損傷是非常重要的。另一個(gè)問題是要保護(hù)LED遠(yuǎn)離水，特別當(dāng)裝置安裝位置變化時(shí)(尤其是室外地點(diǎn))。處理一系列性能相關(guān)的問題有時(shí)會(huì)特別困難而且涉及各種微妙之處。在本發(fā)明中，長(zhǎng)期相關(guān)的嘗試與糾錯(cuò)的開發(fā)努力使得性能有所突破。
[0005]簡(jiǎn)而言之，在照明產(chǎn)業(yè)中存在對(duì)于使用LED的改進(jìn)的照明裝置的顯著的需要，其解決了關(guān)于散熱以及適用于廣泛安裝和情形的LED的合適保護(hù)的問題。此外，需要具有高的光輸出性能的基于LED的照明裝置并使其為容易且成本高效地來(lái)制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是對(duì)照明設(shè)備的改進(jìn)，所述照明設(shè)備包括在其上有間隔開的多個(gè)固態(tài)光源的電路板。光源可以是固態(tài)光源(如發(fā)光二極管(LED))。電路板包括電路板中間區(qū)域和電路板外圍區(qū)域以及與光源相反的熱嚙合面。照明設(shè)備還包括有接收電路板的表面的散熱器。固定結(jié)構(gòu)將電路板固定到散熱器。所述固定結(jié)構(gòu)包括剛性外圍結(jié)構(gòu)，所述剛性外圍結(jié)構(gòu)沿著所述電路板外圍區(qū)域朝向所述散熱器施加力，以增加橫跨所述電路板熱嚙合面和所述散熱器表面的相對(duì)區(qū)域的熱接觸。
[0007]通過(guò)增加電路板熱嚙合面及散熱器表面的面與面之間的接觸，這種布置促進(jìn)了工作期間熱量從光源移除。這促進(jìn)了從電路板到散熱器的優(yōu)良的、基本均勻的熱連通，從而增加了工作期間從LED到散熱器的傳熱。
[0008]在一些實(shí)施例中，剛性外圍結(jié)構(gòu)是單片框架。剛性外圍結(jié)構(gòu)可以具有按壓部分和加固部分，所述按壓部分有基本平坦的按壓表面，所述加固部分保持按壓表面的平坦性。
[0009]在某些實(shí)施例中，在固定之前，電路板熱嚙合面與散熱器表面中的至少一個(gè)有凸面。在一些這樣的實(shí)施例中，凸面是二維的，如曲面。在一些其他實(shí)施例中，凸面是三維的。
[0010]在一些這類的實(shí)施例中，在固定前電路板熱嚙合面有凸面，以使得電路板熱嚙合面和散熱面表面之間的距離沿著電路板外圍區(qū)域比沿著電路板中間區(qū)域大。在這些實(shí)施例中，固定會(huì)減小凸面，其中一些這樣的實(shí)施例中，散熱器的熱嚙合面是基本平坦的。
[0011]在可選實(shí)施例中，散熱器表面有凸面，使得(a)在固定前熱嚙合面和散熱器表面之間的距離沿著電路板外圍區(qū)域比沿著電路板中間區(qū)域大。在這些實(shí)施例中，固定使電路板熱嚙合面順從凸面。
[0012]照明設(shè)備還可以包括在電路板之上的光學(xué)部件。所述光學(xué)部件有透鏡區(qū)和外圍區(qū)。所述透鏡區(qū)包括相應(yīng)的光源之上的多個(gè)透鏡部分。光學(xué)部件是單片基本剛性的材料(如丙烯酸樹脂)。固定結(jié)構(gòu)嚙合光學(xué)部件的外圍區(qū)域，其將相對(duì)散熱器表面夾住電路板。固定結(jié)構(gòu)的剛性外圍結(jié)構(gòu)在單片光學(xué)部件上提供基本均勻的壓力，所述壓力轉(zhuǎn)而基本均勻地相對(duì)散熱器壓迫電路板。這將促進(jìn)工作期間熱量從LED到散熱器的轉(zhuǎn)移。
[0013]在一些實(shí)施例中，在固定之前，光學(xué)部件具有電路板鄰接面，所述鄰接面有被固定減小的凸面。所述凸面可以是二維的(如曲面)。在其他實(shí)施例中，凸面是三維的。
[0014]這里使用的術(shù)語(yǔ)“二維”是指:如果線沿著面的一個(gè)坐標(biāo)方向是凸型的，而沿著面的垂直坐標(biāo)方向是直線的，意味著所述面為二維凸面。形成曲面(或者二維凸面)的一個(gè)例子是在一個(gè)方向簡(jiǎn)單地彎曲平板，以形成拉伸凸起的表面。這里使用的術(shù)語(yǔ)“三維”是指:如果沿著面的線沿任意方向均為凸型的，則所述面為三維凸面。三維凸面的一個(gè)例子就是球的一段。
[0015]在一些實(shí)施例中，特別是散熱器朝水/氣流開放的實(shí)施例中，光學(xué)部件的外圍區(qū)延伸超出并環(huán)繞電路板的邊界。光學(xué)部件的外圍區(qū)域相對(duì)于散熱器夾住墊圈，從而促進(jìn)了電路板的流體密封。
[0016]固定結(jié)構(gòu)的剛性外圍結(jié)構(gòu)可以在光學(xué)部件的外圍區(qū)之上。
[0017]在某些實(shí)施例中，光學(xué)部件的透鏡區(qū)不受固定結(jié)構(gòu)的嚙合。這簡(jiǎn)化了照明設(shè)備的結(jié)構(gòu)，同時(shí)(I)促進(jìn)電路板及散熱器的傳熱嚙合，將如下文所述，(2)允許防止?jié)駳膺M(jìn)入的適當(dāng)密封，(3)因?yàn)楣潭ńY(jié)構(gòu)僅放置在外圍區(qū)，因此允許光學(xué)部件的光穿過(guò)。在一些實(shí)施例中，剛性外圍結(jié)構(gòu)可以在光學(xué)部件的外圍區(qū)上模塑成型。
[0018]在某些實(shí)施例中，剛性外圍結(jié)構(gòu)是沿著光學(xué)部件的外圍區(qū)放置的單片框架。所述單片框架可以是拉伸片狀金屬片材。在一些這樣的實(shí)施例中，剛性外圍結(jié)構(gòu)具有按壓部分和加固部分，所述按壓部分是基本平坦的按壓表面，所述加固部分保持按壓表面的剛性和平坦性。
[0019]在剛性外圍結(jié)構(gòu)在光學(xué)部件的外圍區(qū)之上的一些實(shí)施例中，所述外圍結(jié)構(gòu)通過(guò)一組緊固件相對(duì)光學(xué)部件被按壓。每個(gè)緊固件包括緊固件頭和螺紋柄，所述螺紋柄從緊固件頭延伸穿過(guò)剛性外圍結(jié)構(gòu)及光學(xué)部件，成為與散熱器的螺紋嚙合。
[0020]在一些實(shí)施例中，散熱器包括基板，所述基板具有與電路板熱耦合的面。在一些這樣的實(shí)施例中，散熱器包括一組安裝柱，所述安裝柱每個(gè)均從基板穿過(guò)光學(xué)部件的外圍區(qū)延伸到遠(yuǎn)端柱末端，所述遠(yuǎn)端柱末端開放來(lái)容納其中一個(gè)緊固件。所述遠(yuǎn)端柱末端如此設(shè)置(例如柱有特定的長(zhǎng)度)使得柱限制由緊固件引起的剛性外圍結(jié)構(gòu)對(duì)光學(xué)部件的壓縮。
[0021]散熱器可以包括圍繞光學(xué)部件的圍繞結(jié)構(gòu)并配置以使得光學(xué)部件的外圍區(qū)相對(duì)于圍繞結(jié)構(gòu)凹進(jìn)。在某些這樣的實(shí)施例中，剛性外圍結(jié)構(gòu)的加固部分從外圍結(jié)構(gòu)的按壓部分向外延伸，并與散熱器的圍繞結(jié)構(gòu)嚙合。
[0022]散熱器還包括傳熱表面，所述傳熱表面沿著第一方向從基板延伸遠(yuǎn)離電路板，例如，如果散熱器表面與電路板耦合的表面面向下，則向上延伸。散熱器的傳熱表面可以是沿著第一方向延伸遠(yuǎn)離基板的多個(gè)鰭的表面。在這樣的實(shí)施例中，圍繞結(jié)構(gòu)可以包括沿著與第一方向相反的第二方向從基板延伸的外圍脊，以提供沿著基板的額外散熱表面。在一些這樣的實(shí)施例中，外圍脊的至少一段有向外表面，所述向外表面是其中一個(gè)鰭的傳熱表面的延續(xù)，所述鰭是沿著基板一側(cè)的側(cè)鰭。
[0023]在某些實(shí)施例中，散熱板有第一定位特征，而電路板包括第二定位特征。第一和第二定位特征被配置和安排來(lái)沿著散熱器放置電路板。光學(xué)部件可以包括第三定位特征，以至少與電路板的第二定位特征配對(duì)嚙合，從而精確地在光源之上對(duì)準(zhǔn)光學(xué)部件。
[0024]在一些這樣的實(shí)施例中，第一定位特征是開在散熱器表面的凹槽，第二定位特征是穿透電路板的孔。在這樣的實(shí)施例中，第三定位特征可以是突出，所述突出從光學(xué)部件延伸穿過(guò)電路板的孔并進(jìn)入散熱器的凹槽，從而同時(shí)沿著所述散熱器放置所述電路板和精確地在所述光源之上對(duì)準(zhǔn)所述光學(xué)部件。
[0025]在一些實(shí)施例中，固定結(jié)構(gòu)可以包括一組螺釘，每個(gè)螺釘延伸穿過(guò)電路板中間區(qū)域成為與散熱器的螺紋嚙合，然而電路板與散熱器的耦合也可以沒有螺釘。在沒有螺釘?shù)膶?shí)施例中，使用如上所描述的第一、第二和第三定位特征，電路板可以定位在散熱器上。
[0026]在光學(xué)部件的電路板鄰接面