(57)【要約】（ａ）ＬＥＤ素子１１が載るＬＥＤ支持面３１を有する実装基板と、（ｂ）ＬＥＤ素子上の、当該ＬＥＤ素子との間に光路２１を確立するレンズ部材２０とを含むタイプのＬＥＤ装置１０。本発明のＬＥＤ装置は、前面４１及び背面４２を有するとともに、ＬＥＤ素子が前面を越えて突出するように当該ＬＥＤ素子を貫通させて受け入れるアパーチャ４３を画定するレンズ位置合わせ部材４０を含む。レンズ部材は、レンズ部分２２及び当該レンズ部分の周りのフランジ２３を含み、当該フランジは、レンズ部分が突出しているＬＥＤ素子を実質的に囲むようにレンズ位置合わせ部材の前面に取り付けられている。レンズ位置合わせ部材は、実装基板３０の第２の嵌合特徴部３４と係合するように位置決め及び配置されている第１の嵌合特徴部４４を有し、それによって当該レンズ位置合わせ部材を実装基板と正確に位置合わせすることによってＬＥＤ素子上にレンズ部材を正確に位置合わせする。本発明の他の態様は、ＬＥＤ装置の組み立て方法、及びＬＥＤアレイモジュールのカスタム高効率ＬＥＤレンズ体を製造する方法である。
2013509686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ装置であって、（ａ）発光軸を画定するＬＥＤ素子が載るＬＥＤ支持面を有する実装基板と、（ｂ）前記ＬＥＤ素子上の、該ＬＥＤ素子との間に光路を確立するレンズ部材とを含む、ＬＥＤ装置において、該ＬＥＤ装置の改良は、
レンズ位置合わせ部材が、前面及び背面を有するとともに、前記ＬＥＤ素子が前記前面を越えて突出するように該ＬＥＤ素子を貫通させて受け入れるアパーチャを画定することと、
前記レンズ部材がレンズ部分及び該レンズ部分の周りのフランジを含み、該フランジは、前記レンズ部分が前記突出しているＬＥＤ素子を実質的に囲むように前記レンズ位置合わせ部材の前記前面に取り付けられていることと、
前記レンズ位置合わせ部材が、前記実装基板の第２の嵌合特徴部と係合するように位置決め及び配置されている第１の嵌合特徴部を有し、それによって該レンズ位置合わせ部材を前記実装基板と正確に位置合わせすることによって前記ＬＥＤ素子上に前記レンズ部材を正確に位置合わせすることと、
を含む、ＬＥＤ装置。
【請求項２】
前記レンズ位置合わせ部材の前記背面は、前記実装基板の前記ＬＥＤ支持面に当接する、請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項３】
前記第１の嵌合特徴部は、前記レンズ位置合わせ部材の前記背面から延在する突出部であり、
前記第２の嵌合特徴部は、前記実装基板の前記ＬＥＤ支持面に形成されるとともに前記突出部を受け入れる相補的な中空部である、請求項２に記載のＬＥＤ装置。
【請求項４】
前記レンズ位置合わせ部材の前記背面及び前記実装基板の前記ＬＥＤ支持面は、それぞれ一対の前記嵌合特徴部を有する、請求項３に記載のＬＥＤ装置。
【請求項５】
前記レンズ位置合わせ部材の前記前面は、側面が前記レンズ部材の前記フランジの縁部と係合した状態で該前面から延在するガイド突起部を有する、請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項６】
前記レンズ位置合わせ部材の前記前面は、前記フランジを内部にぴったりと受け入れるように構成されている凹部を含む、請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項７】
前記レンズ位置合わせ部材の前記前面は、側面が前記凹部の壁に沿った状態で該前面から延在するガイド突起部を有し、前記凹部の壁及び前記側面は、前記レンズ部材の前記フランジの縁部に係合する、請求項６に記載のＬＥＤ装置。
【請求項８】
前記光路と位置合わせされる開口部を画定するカバーと、
前記レンズ位置合わせ部材とともに前記カバーと前記実装基板との間に押圧されることによって前記レンズ部材を前記ＬＥＤ素子上に固定するガスケットと、
を更に含む、請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤ装置はベース部材を更に含み、該ベース部材及び前記カバーは、前記ガスケットを前記レンズ位置合わせ部材及び前記実装基板とともに該カバーと該ベース部材との間で包囲するとともに押し込むＬＥＤ装置の内部を一緒に画定し、それによって前記ＬＥＤ素子の周りに耐候性シールを与える、請求項８に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１０】
前記ベース部材は、動作中に前記ＬＥＤ素子からの放熱をもたらすヒートシンクである、請求項９に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１１】
前記レンズ位置合わせ部材は、前記実装基板上の電気素子のエンクロージャーにとって十分な厚さを有する耐火性安全バリアである、請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１２】
前記実装基板上で互いから離間している複数の前記ＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子のそれぞれと光路をそれぞれ確立する複数のレンズ部材と、
前記ＬＥＤ素子が前記前面を越えて突出するように該ＬＥＤ素子のそれぞれを貫通させてそれぞれ受け入れる複数のアパーチャを画定する前記レンズ位置合わせ部材と、
前記レンズ部分が前記ＬＥＤ素子のそれぞれを実質的に囲んでいる状態で前記レンズ位置合わせ部材の前記前面に取り付けられている各レンズ部材と、
を含む、請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１３】
前記レンズ部材の少なくともサブセットが、それぞれが主に軸外方向にそのそれぞれのＬＥＤ素子が発光する光を屈折させるように構成されているレンズ部材を含み、
前記サブセットの前記レンズ部材は、共通の軸外方向に光を屈折させるように前記レンズ位置合わせ部材に配置されている、請求項１２に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１４】
前記レンズ部材の少なくともサブセットが、それぞれが主に軸外方向にそのそれぞれのＬＥＤ素子が発光する光を屈折させるように構成されているレンズ部材を含み、
前記サブセットの前記レンズ部材は、少なくとも２つが実質的に異なる軸外方向に光を屈折させるように向けられるよう前記レンズ位置合わせ部材に配置されている、請求項１２に記載のＬＥＤ装置。
【請求項１５】
ＬＥＤ装置を組み立てる方法は、
レンズ部分及び該レンズ部分の周りのフランジを含むレンズ部材を設けるステップと、
ＬＥＤ素子が載るＬＥＤ支持面を有する実装基板を設けるステップであって、該実装基板は第１の嵌合特徴部を有する、実装基板を設けるステップと、
前面及び背面を有するとともに、前記ＬＥＤ素子を貫通させて受け入れるように構成されているアパーチャを画定するレンズ位置合わせ部材を設けるステップであって、該レンズ位置合わせ部材は第２の嵌合特徴部を有し、前記第１の嵌合特徴部及び前記第２の嵌合特徴部は互いに係合するように位置決め及び配置されている、レンズ位置合わせ部材を設けるステップと、
前記レンズ部材の前記フランジを前記レンズ位置合わせ部材の前記前面に取り付けるステップと、
前記第１の嵌合特徴部及び前記第２の嵌合特徴部が係合した状態で前記ＬＥＤ素子が前記前面を越えて前記アパーチャを通って突出するように前記レンズ位置合わせ部材を前記実装基板上に配置するステップであって、それによって、前記レンズ部分が前記突出しているＬＥＤ素子を実質的に囲むとともに該ＬＥＤ素子との間に光路を確立するように前記レンズ位置合わせ部材を前記実装基板と正確に位置合わせするで前記レンズ部材を前記ＬＥＤ素子上で正確に位置合わせする、配置するステップと、
前記レンズ位置合わせ部材を前記実装基板に対して固定するステップと、
を含む、ＬＥＤ装置を組み立てる方法。
【請求項１６】
前記レンズ位置合わせ部材の前記背面は前記実装基板の前記ＬＥＤ支持面に当接する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の嵌合特徴部及び前記第２の嵌合特徴部は、前記レンズ位置合わせ部材の前記背面から延在する突出部、及び前記実装基板の前記ＬＥＤ支持面に形成されるとともに前記突出部を受け入れる相補的な中空部である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＬＥＤ素子に給電する更なるステップ及び前記ＬＥＤ装置を撮像して光出力特性を試験する更なるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記レンズ位置合わせ部材の前記前面は、前記レンズ部材の前記フランジの縁部に係合する側面を有するガイド部材を有し、
前記取り付けるステップは、前記レンズ部材を前記レンズ位置合わせ部材の前記前面に位置決めして前記フランジの縁部を前記ガイド部材の前記側面に係合させる前ステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
ガスケット部材及び前記光路と位置合わせされる開口部を画定するカバーを設ける更なるステップと、
ヒートシンクを設ける更なるステップであって、該ヒートシンク及び前記カバーは一緒にＬＥＤ装置の内部を画定する、ヒートシンクを設ける更なるステップと、
を含み、
前記固定するステップは、前記ガスケットを前記レンズ位置合わせ部材及び前記実装基板とともに前記カバーと前記ヒートシンクとの間で押し込むことによるものであり、それによって前記ＬＥＤ装置の内部で前記ＬＥＤ素子の周りに耐候性シールを与える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＬＥＤ装置の内部の水密性／気密性のシールを真空試験する更なるステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記実装基板は、発光軸をそれぞれ画定する複数の離間したＬＥＤ素子を有し、
前記レンズ位置合わせ部材は、前記ＬＥＤ素子のそれぞれを貫通させて受け入れるようにそれぞれ構成されている複数のアパーチャを含み、
複数の前記レンズ部材が含まれており、該レンズ部材の少なくともサブセットが、それぞれが主に軸外方向にそのそれぞれのＬＥＤ素子が発光する光を屈折させるように構成されているレンズ部材を含み、
前記取り付けるステップの前に、
特定のタイプの前記レンズ部材を選択するステップと、
前記レンズ部材を前記レンズ位置合わせ部材の前記前面に位置決めするステップと、
前記レンズ部材のタイプ及び該レンズ部材の向きを確認するステップと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記サブセットの前記レンズ部材は、共通の軸外方向に光を屈折させるように前記レンズ位置合わせ部材に配置されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記サブセットの前記レンズ部材は、少なくとも２つが実質的に異なる軸外方向に光を屈折させるように向けられるよう前記レンズ位置合わせ部材に配置されている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
互いから離間した複数のＬＥＤ素子が載る実装基板を含むタイプのＬＥＤアレイモジュールのカスタム高効率ＬＥＤレンズ体を製造する方法であって、各ＬＥＤ素子は発光軸を画定し、該方法は、
レンズ部分及び該レンズ部分の周りのフランジをそれぞれ含む複数の別個のレンズ部材を設けるステップであって、前記レンズ部分は、特定のタイプの高効率配光のために各レンズ部材の屈折面の精密な形成を可能にする精密技術を用いて作製される、複数の別個のレンズ部材を設けるステップと、
前面及び背面を有するとともに、前記ＬＥＤ素子のそれぞれを貫通させて受け入れるようにそれぞれ構成されている複数のアパーチャを画定するレンズ支持部材を設けるステップと、
各ＬＥＤ素子が前記前面を越えてそれぞれの前記アパーチャを通って突出するように前記レンズ支持部材を前記実装基板上に配置するステップと、
前記ＬＥＤアレイモジュールの所望の配光を確定するステップと、
前記所望の配光を達成するように特定のタイプの前記レンズ部材を選択するステップと、
各レンズ部材の前記レンズ部分が前記ＬＥＤ素子のそれぞれを実質的に囲むように前記選択されたレンズ部材を前記レンズ支持部材の前記前面に位置決めするステップと、
各レンズ部材のタイプ及び向きを確認するステップと、
各レンズ部材のフランジを前記レンズ支持部材の前記前面に取り付けるステップと、
その後、前記レンズ支持部材を前記実装基板に対して固定するステップと、
を含み、それによって様々な所望の配光パターンに対応しながらもより低い製造コストでレンズ部分の構成の精度を達成する、カスタム高効率ＬＥＤレンズ体を製造する方法。
【請求項２６】
前記レンズ部材の少なくともサブセットが、それぞれが主に軸外方向にそのそれぞれのＬＥＤ素子が発光する光を屈折させるように構成されているレンズ部材を含み、
前記サブセットの前記レンズ部材は、共通の軸外方向に光を屈折させるように前記レンズ支持部材に配置されている、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記レンズ部材の少なくともサブセットが、それぞれが主に軸外方向にそのそれぞれのＬＥＤ素子が発光する光を屈折させるように構成されているレンズ部材を含み、
前記サブセットの前記レンズ部材は、少なくとも２つが実質的に異なる軸外方向に光を屈折させるように向けられるよう前記レンズ支持部材に配置されている、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも前記位置決めするステップ及び前記確認するステップは、視覚システムを組み込んでいるロボットが行い、該ロボットは単一の第１の場所にあり、
ＬＥＤ装置を照明設備に組み込むステップを、前記第１の場所から離れた複数の場所において行い、
それによって前記ロボットが前記複数の場所にある必要性を排除することによって製造コストを下げる、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明設備に関し、より詳細には、ＬＥＤエミッターを有するタイプの照明設備の組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の一般的な照明目的で発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することが増えており、この傾向は、多くの場合に「ＬＥＤモジュール」と称されるＬＥＤ及びＬＥＤアレイ支持デバイスが進歩してきていることによって加速している。実際、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ及び他の光源を用いる設備が役立っていた照明用途では、現在ではますますＬＥＤモジュールの方が役立っている。そのような照明用途としては、その他のかなり多くのものの中でも、道路照明、駐車場照明及び工場照明が挙げられる。ＬＥＤモジュールを使用する照明設備の開発に関する独創的な研究が進められている。本発明が関連するのはその分野である。
【０００３】
光源としてＬＥＤモジュールを用いる高輝度の照明設備は特に困難な問題を呈している。高い輝度、信頼性及び耐久性が製品の成功に必須である場合には、高い複雑性に起因する高コストが特に難しい問題となる。ＬＥＤ及びＬＥＤ支持電子機器を水密／気密環境に保つことは、特に道路のライト等の場合のように、照明設備がそれらの要素に絶え間なく暴露される場合にも問題となる可能性がある。複数のＬＥＤモジュールの使用は更なる課題を呈する。
【０００４】
また別のコストに関連する課題は、広範囲にわたる多様な異なる輝度要件を満たすために高レベルの適応性を達成するという問題である。換言すると、特定の複数の用途について適宜大幅により多いか又はより少ない量の輝度を与えるように構成することができる設備を提供することは難しい問題である。照明設備の適応性はＬＥＤ照明設備の重要な目標である。
【０００５】
照明設備の製品安全性は、更なる困難な分野を作り出し、そのような設備はほとんどの場合、市場で受け入れられるためにＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．（ＵＬ）等の機関が提案した規格に適合する必要がある。そのような規格の一式は、動作中、より重要には照明設備の幾つかの要素が危険に晒される火災状況におけるような設備にストレスがかかる間の、設備の電気的にアクティブな部品へのアクセスのしやすさに対処するものである。ＵＬの「指試験（finger test）」は、特定の「標準的な」寸法（ＮＭＸ−Ｊ−３２４−ＡＮＣＥ，  ＵＬ１５９８（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ３０，  ２００４，  Ｆｉｇｕｒｅ  １９．２２．１，  ｐａｇｅ  ２３１）において規定）の人の指がそのような状況下で設備のいずれの電気的に活性な部品にも接触することができてはならないと義務付けている。それらの規格はまた、そのような製品のエンクロージャーに対する特定の材料の制限も規定しており、それらの材料は全て設備内の電圧レベル及び電力レベルに依存する。
【０００６】
製品安全性を高めることは達成するのにコストがかかる可能性があり、多くの場合に、製品安全性を改善する結果として光学的な効率の低下が生じる可能性がある。例えば、設備をガラスシートの後ろに配置して安全性を高める結果として最大で１０％の光学的な効率の損失が生じる可能性がある。
【０００７】
ＬＥＤベースの照明設備の場合、電源のコストが設備の全体的なコストの重要な部分である。必要なレベルの照明を提供するために多数のＬＥＤが用いられる場合、より高い電圧レベル及びより高い電力レベルを提供する単一の電源を用いることが有利であるが、このことはさらに、より厳しい安全規格を必要とする。特に、クラス２の電源定格を有する電源は、最大６０ボルト（湿潤条件下であれば３０ボルト）で１００ワットに制限される。多数のＬＥＤを有するＬＥＤベースの照明設備は、クラス１の電源を用いることによって（コスト及び効率の両面から）恩恵を受けることができるが、この場合、クラス２の電源の電力及び電圧双方の制限を超える。照明設備の電力要件がクラス２の制限よりも高い場合、クラス１の電源を用いてもたらされるより厳しい安全規格を達成することができない限り、複数のクラス２の電源が必要となる（これにはコストがかかる可能性がある）。
【０００８】
上述したように、そのようなより厳しい要件には、高分子材料で作製されるレンズ等の照明モジュール要素を取り外すことが可能である特定の火災状況下で「指試験」を満たすことが含まれる。例えば、ガラスで作製される１次レンズ及び高分子材料で作製される２次レンズを有するＬＥＤ素子では、１次レンズの上方を除いてモジュールの電気的部分（ここにＬＥＤ素子が取り付けられる）全体にわたってエンクロージャーバリアを設けることが必要である。これらの状況下では、高分子製の２次レンズが火災で破壊され、１次レンズが暴露されたままになると推測される。また例えば、１次レンズ及び２次レンズの双方の代わりに単一の高分子製レンズを用いる場合、エンクロージャーバリアが、単一のレンズが所定位置にはもはやない状況において電気要素への「標準的な指」のアクセスを防止しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、全般照明用の照明設備の要件により良く役立つことができるとともに、市場が必要とする、かつ／又は好む安全性及び費用対効果の双方を提供することができる改善されたＬＥＤ照明設備が必要とされている。
【００１０】
つまり、照明産業において、ＬＥＤを用いる照明設備の製造を改善し、上記で言及した問題及び懸念事項に対処することがかなり必要とされている。
【００１１】
本発明の目的は、照明設備において用いる高効率のＬＥＤモジュールを組み立てる改善された方法を提供することであり、そのような改善された方法は、上記で言及した問題及び欠点を含め、従来技術の問題及び欠点の幾つかを克服する。
【００１２】
本発明の別の目的は、高効率のＬＥＤ配光を有し、コストが低減されたＬＥＤ装置を提供することである。
【００１３】
本発明のまた別の目的は、ＬＥＤ装置の効率的かつ正確な組み立てを提供することである。
【００１４】
本発明の更に別の目的は、高効率のＬＥＤ配光を有するＬＥＤ装置を製造する、コストが低減された方法を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、様々な異なるタイプのＬＥＤ配光を提供するＬＥＤ装置を、低減されたコストで製造する方法を提供することである。
【００１６】
これらの目的及び他の目的を達成する方法は、以下の説明及び図面から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、発光軸を画定するＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子上に位置決めされるとともにＬＥＤ素子との間に光路を確立するレンズ部材とを有するタイプのＬＥＤ装置における改良である。ＬＥＤ素子はＬＥＤ支持面を有する実装基板上にある。
【００１８】
従来のＬＥＤ素子は、ＬＥＤを囲む１次レンズとリフレクターを含むタイプのＬＥＤパッケージングを有するものであった。そのようなパッケージングは、ＬＥＤ装置の製造に材料コストを付加する可能性がある。パッケージングされたＬＥＤ素子のリフレクターの存在は、反射されるＬＥＤ光の向きを制御する上で複雑さが付加されることに起因して光出力効率を低減する可能性もある。他方で、リフレクターがＬＥＤを囲むアルミニウムリングの形態である場合、そのようなリフレクターは、ＬＥＤ素子上でレンズ部材を位置合わせするための基準として役立つことができる。
【００１９】
本発明のＬＥＤ装置は、好的にはリフレクターや実質的な１次レンズを用いず、実質的に白色光を照らすように構成されているＬＥＤを含む、非常に小さいＬＥＤ素子を使用することができるという点で重要な利点を提供する。ＬＥＤ素子の幾つかの例としては、１つ又は複数の発光ＬＥＤがある。そのような複数のＬＥＤは、同じ波長で発光し、共通の色の光を生成することができる。代替的には、複数のダイオードが、異なる波長の光、したがって異なる色の光を発光することができ、これらをブレンドして所望の色の光を達成することができる。当業者は、幅広く多様で利用可能なＬＥＤ素子を認識しているであろう。
【００２０】
本発明のＬＥＤ装置は、前面及び背面を有するとともにアパーチャを画定するレンズ位置合わせ部材を含む。この装置は好的には、ＬＥＤ素子が前面を越えて突出するようにＬＥＤ素子を貫通させて受け入れるように構成されている。レンズ部材は好的にはレンズ部分及び当該レンズ部分の周りのフランジを含む。レンズ部材のフランジは、レンズ部分が突出しているＬＥＤ素子を実質的に囲むようにレンズ位置合わせ部材の前面に取り付けられている。レンズ位置合わせ部材は好的には、実装基板の第２の嵌合特徴部に係合するように位置決め及び配置されている第１の嵌合特徴部を有する。第１の嵌合特徴部及び第２の嵌合特徴部は、レンズ位置合わせ部材を実装基板と正確に位置合わせすることによってＬＥＤ素子上にレンズ部材を正確に位置合わせする。
【００２１】
好適な実施の形態では、レンズ位置合わせ部材の背面は実装基板のＬＥＤ支持面に当接する。第１の嵌合特徴部は好的には、レンズ位置合わせ部材の背面から延在する突出部である。第２の嵌合特徴部は、実装基板のＬＥＤ支持面に形成されているとともに突出部を受け入れる相補的な中空部である。レンズ位置合わせ部材の背面及び実装基板のＬＥＤ支持面はそれぞれ、一対の嵌合特徴部を有することができる。
【００２２】
レンズ位置合わせ部材の前面は好的には、当該前面から延在するとともにレンズ部材のフランジの縁部に係合する側面を有するガイド突起部を有する。
【００２３】
レンズ位置合わせ部材の前面は好的には、フランジを内部にぴったりと受け入れるように構成されている凹部を含む。ガイド突起部は好的には、それらの側面が凹部の壁に沿った状態で前面から延在している。凹部の壁及び側面は好的には、レンズ部材のフランジの縁部に係合している。
【００２４】
本発明のＬＥＤ装置の好適な実施の形態は、光路と位置合わせされる開口部を画定するカバーを更に含む。ガスケットが好的にはレンズ位置合わせ部材とともにカバーと実装基板との間に押圧されることによってレンズ部材をＬＥＤ素子上に固定する。そのような実施の形態は、ベース部材を更に含むことができる。ベース部材及びカバーは好的には、ガスケットをレンズ位置合わせ部材及び実装基板とともにカバーとベース部材との間で包囲するとともに押し込むＬＥＤ装置の内部を一緒に画定する。そのようなガスケット構成は好的には、ＬＥＤ素子の周りに耐候性シールを提供する。ベース部材は好的には、動作中にＬＥＤ素子からの放熱を行うヒートシンクである。
【００２５】
幾つかの実施の形態では、本発明のＬＥＤ装置は、そのようなＬＥＤ装置を包み込むエンクロージャーに関する厳しい安全規格の一式を満たすことによって電気的な安全性を与え、それをコストに対し効果的に行う。そのような実施の形態では、レンズ位置合わせ部材は、実装基板上の電気素子のエンクロージャーにとって十分な厚さを有する耐火性安全バリアである。アパーチャは、ＬＥＤ素子からの光が当該アパーチャ及びそのようなＬＥＤ素子上のレンズ部材のレンズ部分を通ることを可能にし、レンズ部分が存在しない場合に実装基板上の電気素子への指の接触を防止するようにサイズ決めされる。
【００２６】
ＬＥＤ装置の幾つかの実施の形態では、バリアは金属層を含むが、より好適な実施の形態ではバリアは実装基板と金属層との間に位置決めされる絶縁層も含む。これらの実施の形態の幾つかでは、金属層及び絶縁層は積層体を形成する。
【００２７】
安全バリアは好的には金属層及び絶縁層を含む。そのような層は一緒に積層されて積層体を形成することができる。代替的には、そのような層は別個の層であってもよい。或る特定のＵＬ規格では、金属層は、少なくとも０．０１６インチの厚さを有する平坦な非強化アルミニウムシートで作製することができる。そのような金属層の最小厚さ要件は、上記で言及した特定のＵＬ規格に記載されているように金属層の構造及び組成に応じて変わる。レンズ位置合わせ部材の安全バリアが積層体である場合、積層体の異なる層は同じ幅寸法及び長さ寸法を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００２８】
絶縁層は、金属層を実装基板上の電気素子から絶縁する役割を果たすことができる。幾つかの実施の形態では、これらの電気素子は、実装基板上のコンフォーマルコーティングによって金属層から絶縁することができる。そのようなコンフォーマルコーティングは、Ｃｈａｓｅ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，  ＰＡ）のＨｕｍｉＳｅａｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎが製造しているアクリルコーティング１Ｂ７３のような、複数の利用可能なコーティングのいずれかとすることができる。
【００２９】
レンズ位置合わせ部材の安全バリアは、ＵＬ規格に記載されているような最小厚さを有する高分子材料の単一層で作製することもできる。許容可能な高分子材料は、ＢＡＳＦ  
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｙａｎｄｏｔｔｅ，  ＭＩ）のＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎが供給しているＢＡＳＦ  １３０ＦＲ（ガラス繊維強化されたポリエチレンテレフタレート）を含む。層は、０．０２８インチの最小厚さを有する。他の許容可能な高分子材料は、ホットワイヤー着火性、水平燃焼及び大電流耐アーク性等の材料挙動（これらは全て上記で言及したＵＬ規格に記載されている）に関連する或る特定の詳細な仕様を満たさなければならない。安全バリアは、上記で述べた米国特許出願第１１／７７４，４２２号に開示されているタイプのものとすることができ、その全ての内容は、ここに参照されることで緩用される。しかし、任意の他の既知の安全バリア構成も用いることができる。
【００３０】
本発明のＬＥＤ装置は、実装基板上で互いから離間している複数のＬＥＤ素子と、当該ＬＥＤ素子のそれぞれと光路をそれぞれ確立する複数のレンズ部材とを含むことができる。そのような実施の形態では、レンズ位置合わせ部材は、ＬＥＤ素子が前面を越えて突出するようにＬＥＤ素子のそれぞれを貫通させてそれぞれ受け入れる複数のアパーチャを画定する。各レンズ部材は、レンズ部分がＬＥＤ素子のそれぞれを実質的に囲んでいる状態でレンズ位置合わせ部材の前面に取り付けられている。
【００３１】
幾つかの好適な実施の形態では、レンズ部材の少なくともサブセットが、それぞれが主に軸外方向にそのそれぞれのＬＥＤ素子が発光する光を屈折させるように構成されているレンズ部材を含む。そのような実施の形態の幾つかでは、そのようなサブセットのレンズ部材は、共通の軸外方向に光を屈折させるようにレンズ位置合わせ部材に配置されている。そのようなタイプを有する異なる実施の形態では、そのようなサブセットのレンズ部材は、少なくとも２つが実質的に異なる軸外方向に光を屈折させるように向けられるようレンズ位置合わせ部材に配置されている。
【００３２】
本発明の別の態様は、本発明のＬＥＤ装置を組み立てる方法である。この方法は、レンズ部材を設けるステップ、レンズ位置合わせ部材を設けるステップ及び実装基板を設けるステップを含む。レンズ位置合わせ部材及び実装基板は、互いに係合するように位置決め及び配置されている第１の嵌合特徴部及び第２の嵌合特徴部を有する。
【００３３】
レンズ部材のフランジがレンズ位置合わせ部材の前面に取り付けられている。この取り付けは糊を用いるような機械的接着によるものであってもよい。フランジは、化学的接着、好的には超音波溶接によってレンズ位置合わせ部材に取り付けられるのが好ましい。レンズ位置合わせ部材の前面は好的にはガイド部材を有する。取り付けるステップは好的には、ガイド突起部の側面がレンズ部材のフランジの縁部に係合するようにレンズ部材をレンズ位置合わせ部材の前面に位置決めする前ステップを含む。
【００３４】
レンズ位置合わせ部材は、ＬＥＤ素子が前面を越えてアパーチャを通って突出するように実装基板上に配置される。第１の嵌合特徴部及び第２の嵌合特徴部は、レンズ位置合わせ部材を実装基板と正確に位置合わせすることによってレンズ部材をＬＥＤ素子上に正確に位置合わせするように係合する。レンズ部分は、突出しているＬＥＤ素子を実質的に囲み、ＬＥＤ素子との間に光路を確立する。レンズ部材は好的には、レンズ位置合わせ部材を実装基板に対して固定することによってＬＥＤ素子上に固定される。
【００３５】
本発明の方法の好適な実施の形態は、ＬＥＤ素子に給電する更なるステップ及びＬＥＤ装置を撮像して光出力特性を試験する更なるステップを含む。ＬＥＤ装置が完全に組み立てられると、ＬＥＤエミッターに電力が供給される。次いで、給電されたＬＥＤ装置の像が撮られて光出力特性が試験される。好適な実施の形態では、ＬＥＤ装置の像は、ＬＥＤ素子の輝度、配光及び色温度を試験するために用いられる。
【００３６】
本発明の方法は好的には、ガスケット部材を設ける更なるステップ、カバーを設ける更なるステップ及びヒートシンクを設ける更なるステップを含む。カバーは光路と位置合わせされた開口部を画定する。ヒートシンク及びカバーは一緒にＬＥＤ装置の内部を画定する。レンズ位置合わせ部材を実装基板に対して固定するステップは好的には、ガスケットをレンズ位置合わせ部材及び実装基板とともにカバーとヒートシンクとの間に押し込むことによるものである。これは好的には、ＬＥＤ装置の内部のＬＥＤ素子の周りに耐候性シールを提供する。本発明の方法は好的には、ＬＥＤ装置の内部の水密性／気密性のためのシールを真空試験する更なるステップを含む。
【００３７】
ＬＥＤ装置を複数の離間したＬＥＤ素子とともに組み立てる実施の形態では、レンズ位置合わせ部材は、ＬＥＤ素子のそれぞれを貫通させて受け入れるようにそれぞれ構成されている複数のアパーチャを含み、複数のレンズ部材が設けられる。そのような実施の形態では、レンズ部材の少なくともサブセットが、それぞれが主に軸外方向にそのそれぞれのＬＥＤ素子が発光する光を屈折させるように構成されているレンズ部材を含む。取り付けるステップの前に、特定のタイプのレンズ部材が選択される。そのような選択されたレンズ部材はレンズ位置合わせ部材の前面に位置決めされる。各レンズ部材のタイプ及びその向きが好的には確認される。
【００３８】
そのような実施の形態の幾つかでは、サブセットのレンズ部材は、共通の軸外方向に光を屈折させるようにレンズ位置合わせ部材に配置されている。そのような実施の形態のうちの異なる実施の形態では、サブセットのレンズ部材は、少なくとも２つが実質的に異なる軸外方向に光を屈折させるように向けられるようレンズ位置合わせ部材に配置される。
【００３９】
本発明のまた別の態様は、互いから離間した複数のＬＥＤ素子が載る実装基板を含むタイプのＬＥＤアレイモジュールに対する、カスタム高効率ＬＥＤレンズ体（lensing）を製造する方法である。個々の別個のレンズ部材の製造中、レンズ部分の外面及び／又は内面の正確な形状を作製するために或る特定の高精度技術が用いられる。これは、高効率の光出力及び配光を達成する上で重要である。そのような高精度技術の幾つかの適用は、複数のレンズ部分のそれぞれが所望の高効率特性の幾つかを欠くように、これらの複数のレンズ部分が一体成形のレンズ体に一緒に形成される場合に限られる。この結果、光出力及び配光の効率が失われる。本発明の方法は、一緒に固定して配置される個々に作製されたレンズ部分の高い精度を達成することを可能にし、それらをＬＥＤアレイモジュール上に配置することを可能にする。
【００４０】
そのような本発明の方法は、カスタムレンズ体の在庫を低減することによって製造コストを下げることも可能にする。そのような低減した在庫は、様々な配光パターンに対応するように種々の向き及び配置で位置決めすることができる個々のレンズ部材を用いることによっても可能である。さらに、ＬＥＤアレイモジュールの側面及び実装基板上のＬＥＤ素子の数に基づいて、本発明の方法は、様々な数のレンズ部材を一緒に配置することを可能にする。換言すると、それぞれの特定の配光パターンに合わせてそれぞれの特定のレンズ構成を作り出す特別なマトリックスモールドを有する必要がない。したがって、多数のそのような特別なマトリックスモールド及び結果として生じる特別なレンズ体のそれぞれを製造するツーリング、並びにツーリング、モールド及び多レンズ部分レンズ体の保管に関してコストが節約される。
【００４１】
そのような本発明の方法では、複数の別個の個々のレンズ部材が提供される。各レンズ部材はレンズ部分及び当該レンズ部分の周りのフランジを含む。レンズ部分は、特定のタイプの高効率配光のために各レンズ部材の屈折面の正確な形成を可能にする精密技術を用いて作製されることが極めて好ましい。前面及び背面を有するとともに、ＬＥＤ素子のそれぞれを貫通させて受け入れるようにそれぞれ構成されている複数の開口部を画定するレンズ支持部材も提供される。レンズ支持部材は、各ＬＥＤ素子が前面を越えてそれぞれのアパーチャを通って突出するように実装基板上に配置される。
【００４２】
本方法は、ＬＥＤアレイモジュールの所望の配光を確定するステップを含む。そのような確定は、個々の照明設備の領域照明の要件又は所望の照明特性に基づくものとすることができる。確定された所望の配光に従って、特定のタイプの個々のレンズ部材が選択される。選択されたレンズ部材は、そのような所望の配光を達成するようにレンズ支持部材の前面に位置決めされる。各レンズ部材のレンズ部分は、ＬＥＤ素子のそれぞれを実質的に囲むように位置決めされる。各レンズ部材のタイプ及び向きが確認されるのが好ましい。各レンズ部材が、機械によって識別可能なレンズの印を含むのが更に好ましい。そのような実施の形態では、レンズ部材のタイプ及び向きを確認するステップは、機械によって識別可能なレンズの印を読み取る視覚システムによって達成される。
【００４３】
各レンズ部材のフランジは、レンズ支持部材の前面に実質的に恒久的に取り付けられる。その取り付けは、フランジとレンズ支持部材とを超音波溶接することによって形成される実質的に恒久的な化学接着であるのが好ましい。
【００４４】
レンズ支持部材は好的には実装基板に対して固定され、レンズ部材をＬＥＤ素子のそれぞれの上に固定する。そのような固定は実装基板とカバーとの間にガスケットを押し込むことによるものとすることができる。代替的には、レンズ支持部材は、当該技術分野において利用可能な他の好適な手段によって実装基板に固定することができる。
【００４５】
幾つかの好適な実施の形態では、カバーは複数のねじ穴を含む。本方法は好的には、真空試験するステップの前に、複数のねじ穴の１つを除いた全てにねじを挿入するステップを含む。カバーは好的には、電気コネクター又は電線路開口部等の種々の形態であるものとすることができる電源接続部も含む。電線路開口部の例が、本出願人による米国特許第７，５６６，１４７号（Ｗｉｌｃｏｘ  ｅｔ  ａｌ．）に開示されている。電源接続部が電線路開口部の形態である場合、そのような電線路開口部は、真空試験するステップの前にシールされる。真空試験するステップでは好的には、真空試験のためのアクセス点として、内部にねじを有しないねじ穴が使用される。ねじは、カバーとベース部材との間に印加される制御圧力のために、ねじ挿入中に使用されるトルクを制御することが可能な自動化スクリュードライバーを用いることによって挿入されるのが極めて好ましい。「ベース部材」という用語は、重力の方向に対してより低い位置を示すものとして解釈することができるが、重力の方向によって決定される意味に限定されるべきではない。
【００４６】
この方法の幾つかの実施の形態は、カバーの内面が上方に面した状態でカバーが最初に位置決めされるように行われる。ガスケットは好的には、カバーのそれぞれのアパーチャ及び光路のそれぞれとそれぞれ位置合わせされている複数のアパーチャを有するガスケット層の形態である。そのような実施の形態では、ガスケットはカバーの内面に配置される。レンズ部材が前面に取り付けられているレンズ支持部材は、前面がガスケットに当接した状態で当該ガスケットに接して配置される。ＬＥＤ素子が下方に面した状態で方向付けられる実装基板は、当該実装基板とレンズ支持部材とを正確に位置合わせすることによって第１の嵌合特徴部及び第２の嵌合特徴部が係合してＬＥＤ素子とレンズ部材とを正確に位置合わせするようにレンズ支持部材の背面に配置される。
【００４７】
少なくとも選択されたレンズ部材をレンズ支持部材の前面に位置決めするステップ並びに各レンズ部材のタイプ及び向きを確認するステップは、視覚システムを組み込んだロボットによって行われるのが好ましい。例えば、ＩＲＣ５コントローラーを有するＡＢＢ  ＩＲＢ３４０  ＦｌｅｘＰｉｃｋｅｒロボットを使用することができる。ロボットは、ＬＥＤ装置を撮像して光出力特性を試験するステップ、及びＬＥＤデバイスの周りの水密シール／気密シールを確認するために真空試験するステップを含め、ＬＥＤ装置の組み立てを完了するために全ての他のステップも行ってもよい。そのようなロボットは好的には単一の第１の場所にしか存在しない。
【００４８】
ＬＥＤ装置アセンブリを照明設備に組み込む更なるステップを、第１の場所からそれぞれ離れた複数の場所で行うことができる。したがって、本発明の方法は、ロボットが複数の製造場所にある必要性を排除することによって製造コストを更に下げることを可能にする。
【００４９】
記載した実施の形態のいずれにおいても、本方法は、中央データベースを設けるステップを更に含むのが好ましく、それによって中央データベースは組み立てパラメーター及び試験パラメーターを提供する。また、本発明の方法は、自動化ツールによって実行される各特定のステップに関して中央データベースから指示を受け取る自動化システムによって行われるのが好ましい。中央データベースは、ＬＥＤ素子及びＬＥＤレンズ部材のタイプ、レンズ部材の選択及び向き、ねじトルク、真空試験パラメーター、光出力並びに色試験手順のうちの全て又は少なくとも１つに関連するデータを収集及び保存する。
【００５０】
ＬＥＤ装置が一意の機械によって識別可能なモジュールのマークを含むのが更に好ましい。そのような機械によって識別可能なマークは任意の好適な形態とすることができる。そのようなマークの幾つかの例は、テキスト、記号のセット、バーコード又はこれらのマークのタイプの組み合わせを含むことができる。本発明の方法のステップは好的には、複数のＬＥＤ装置を作るために複数回繰り返される。本方法は好的には、一意の機械によって識別可能なモジュールのマークを読み取る更なるステップを含む。それぞれの一意の機械によって識別可能なモジュールのマークのデータは、特定の個々のＬＥＤ装置と関連付けられる。そのようなデータは、そのＬＥＤ装置のＬＥＤ素子、レンズ部材の選択及び向き等のレンズ部材のタイプ、並びに光出力及び色試験手順に関連する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】複数のレンズ部材がレンズ位置合わせ部材に取り付けられている、本発明の好適な実施形態のＬＥＤ装置の上方から見た分解斜視図である。
【図２】図１のＬＥＤ装置の下方から見た分解斜視図である。
【図３】レンズ位置合わせ部材の背面の拡大部分斜視図である。
【図４】レンズ位置合わせ部材の前面の拡大部分斜視図である。
【図５】レンズ位置合わせ部材の拡大部分斜視側面図である。
【図６】図４におけるようなレンズ位置合わせ部材の前面の別の拡大斜視部分図である。
【図７】レンズ位置合わせ部材の前面に取り付けられているレンズ部材の上方から見た拡大部分斜視図である。
【図８】図７におけるようなレンズ位置合わせ部材に取り付けられているレンズ部材の別の拡大部分斜視図である。
【図９】図７及び図８におけるようなレンズ位置合わせ部材に取り付けられているレンズ部材の拡大部分斜視側面図である。
【図１０】レンズ位置合わせ部材に取り付けられる前のレンズ部材を示す、本発明の好適な実施形態の分解斜視図である。
【図１１】１つのタイプのレンズ部材の拡大斜視図である。
【図１２】別のタイプのレンズ部材の拡大斜視図である。
【図１３】ＬＥＤ装置が円形形状を有する、本発明の別の実施形態の拡大正面図である。
【図１４】レンズ部材がＬＥＤ光を共通の軸外方向に屈折させるような向きである、本発明のＬＥＤ装置を組み込んだ１つの例示的な照明設備の底面図である。
【図１５】図１４の照明設備の側面図である。
【図１６】レンズ部材がＬＥＤ光を実質的に異なる軸外方向に屈折させるような向きである、本発明のＬＥＤ装置を組み込んだ別の例示的な照明設備の底面図である。
【図１７】図１６の照明設備の側面図である。
【図１８】ＬＥＤ装置を組み立てる本発明の方法のステップを含む図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１乃至１８は、発光軸１２を画定するＬＥＤ素子１１、及びＬＥＤ素子１１上に位置決めされるとともにＬＥＤ素子１１との間に光路２１を確立するレンズ部材２０を有するタイプのＬＥＤ装置１０における改良を示す。ＬＥＤ素子１１は、ＬＥＤ支持面３１を有する実装基板３０上にある。
【００５３】
図１及び図２から最も良くわかるように、本発明のＬＥＤ装置１０は、好的にはリフレクターも実質的な１次レンズも用いず、実質的に白色光を照らすように構成されているＬＥＤを含む、非常に小さいＬＥＤ素子１１を使用するという点で重要な利点を提供する。
【００５４】
本発明のＬＥＤ装置１０は、前面４１及び背面４２を有するとともにアパーチャ４３を画定するレンズ位置合わせ部材４０を含む。図３乃至９は、ＬＥＤ素子１１が前面４１を越えて突出するようにＬＥＤ素子１１を貫通させて受け入れるようにアパーチャ４３が構成されていることを最も良く示す。図１及び図７乃至１２は、レンズ部材２０がレンズ部分２２及びその周りのフランジ２３を含むことを示す。図１及び図７乃至９においてわかるように、レンズ部材２０のフランジ２３は、レンズ部分２２が、突出しているＬＥＤ素子１１を実質的に囲むようにレンズ位置合わせ部材４０の前面４１に取り付けられている。レンズ位置合わせ部材４０は、実装基板３０の第２の嵌合特徴部３４と係合するように位置決め及び配置されている第１の嵌合特徴部４４を有する。第１の嵌合特徴部４４及び第２の嵌合特徴部３４は、レンズ位置合わせ部材４０と実装基板３０とを正確に位置合わせすることによってレンズ部材２０をＬＥＤ素子１１上に正確に位置合わせする。
【００５５】
図９は、実装基板３０のＬＥＤ支持面３１に当接しているレンズ位置合わせ部材４０の背面４２を示す。図２及び図３において最も良くわかる第１の嵌合特徴部４４は、レンズ位置合わせ部材４０の背面４２から延在する突出部４４である。図１及び図２においてわかるように、第２の嵌合特徴部３４は、実装基板３０のＬＥＤ支持面３１に形成されて突出部４４を受け入れる相補的な中空部３４である。図２は、レンズ位置合わせ部材４０の背面４２及び実装基板３０のＬＥＤ支持面３１がそれぞれ一対の嵌合特徴部４４及び３４を有することを示す。
【００５６】
図４乃至９は、図７乃至９において最も良くわかるように、レンズ位置合わせ部材の前面４１が当該前面４１から延在するガイド突起部４５を有し、またレンズ部材のフランジ２３の縁部と係合する側面４６を有することを更に示す。
【００５７】
図４乃至６では、レンズ位置合わせ部材４０の前面４１が、図７乃至９に示されているようにフランジ２３を内部にぴったりと受け入れるように構成されている凹部４７を含むことが更にわかる。図５及び図６は、ガイド突起部４５が、それらの側面４６が凹部４７の壁４８に沿った状態で前面４１から延在していることを最も良く示す。凹部の壁４８及び側面４６はレンズ部材のフランジ２３の縁部と係合している。
【００５８】
図１、図２、図１０、図１４及び図１６は、本発明のＬＥＤ装置１０が光路２１と位置合わせされた開口部５１を画定するカバー５０を更に含むことを更に示す。図１、図２及び図１０において見られるガスケット６０がレンズ位置合わせ部材４０とともにカバー５０と実装基板３０との間で押し付けられることによってレンズ部材２０をＬＥＤ素子１１上に固定する。ガスケット６０は、それぞれの光路２１とそれぞれ位置合わせされている複数のガスケットアパーチャ６１を有し、好的には軟質な独立気泡シリコーン又は非多孔性固形シリコーン材料から作製される。
【００５９】
図１、図２及び図１０は、動作中にＬＥＤ素子１１からの放熱をもたらすヒートシンク７１としてのベース部材７０を更に示す。ベース部材７０及びカバー５０は、ガスケット６０を包囲し、かつガスケット６０をレンズ位置合わせ部材４０及び実装基板３０とともにカバー５０とベース部材７０との間で押し込むＬＥＤ装置の内部１３を一緒に画定する。ガスケット６０を用いるそのような構成はＬＥＤ素子１１の周りに耐候性シールを与える。
【００６０】
図１０は、本発明のＬＥＤ装置１０がＬＥＤ素子１１を包み込むエンクロージャーの厳しい安全規格の一式を満たすことによって電気的な安全性を与え、それを高い費用対効果で行うことを更に示す。図１０は、レンズ位置合わせ部材４０が実装基板３０上の電気素子のエンクロージャーにとって十分な厚さを有する耐火性安全バリアであることを示す。各アパーチャ４３は、ＬＥＤ素子１１のそれぞれからの光が当該アパーチャ４３及びそのようなＬＥＤ素子１１上のレンズ部材２０のレンズ部分２２を通ることを可能にするが、レンズ部分２２が存在しない場合に実装基板３０上の電気素子への指の接触を防止するようにサイズ決めされる。
【００６１】
図１、図２、図１０及び図１３乃至１７は、実装基板３０上で互いに離間している複数のＬＥＤ素子１１と、ＬＥＤ素子１１のそれぞれと光路２１をそれぞれ確立する複数のレンズ部材２０とを含む本発明のＬＥＤ装置１０Ａ乃至Ｅを示す。図１乃至１０では、ＬＥＤ素子１１が前面４１を越えて突出するようにＬＥＤ素子１１のそれぞれを貫通させてそれぞれ受け入れる複数のアパーチャ４３をレンズ位置合わせ部材４０が画定していることがわかる。図１及び図７乃至９は、レンズ部分２２がＬＥＤ素子１１のそれぞれを実質的に囲んだ状態で各レンズ部材２０がレンズ位置合わせ部材４０の前面４１に取り付けられているところを示す。
【００６２】
図１０及び図１４乃至１７は、レンズ部材２４のそれぞれが主に軸外方向に当該レンズ部材２４のそれぞれのＬＥＤ素子１１が発光する光を屈折させるように構成されている、レンズ部材２４を有するＬＥＤ装置１０Ｂ、Ｄ及びＥを示す。図１３は、レンズ部材２４の１つのサブセットのみを含むＬＥＤ装置１３Ｃを示す。図７乃至９、図１０及び図１２は、図１４乃至１７に示されているタイプの照明設備において用いられるレンズ部材２４Ａの一例を示す。図１１は、図１３に示されているタイプの凹部付き照明設備において用いられるレンズ部材２４Ｂの別の例を示す。図１３に示されている照明設備は、２００９年５月２６日に出願された本出願人による米国特許出願第１２／４７１，８８１号に詳細に開示されており、その全ての内容は、ここに参照されることで緩用される。
【００６３】
図１４及び図１５は、共通の軸外方向に光を屈折させるように配置されているレンズ部材２４を示す。図１３、図１６及び図１７は、図１６及び図１７に最も良く示されている実質的に異なる軸外方向に光を屈折させるような向きに配置されているレンズ部材２４を示す。
【００６４】
本発明の別の態様は、本発明のＬＥＤ装置１０を組み立てる方法である。図１０においてわかるように、本方法は、レンズ部材２０を設けるステップ、ＬＥＤ素子１１が載っている実装基板３０及びレンズ位置合わせ部材４０を設けるステップを含む。
【００６５】
図７乃至９は、レンズ位置合わせ部材４０の前面４１に取り付けられているレンズ部材のフランジ２３を示す。図７乃至９において、フランジ２３は超音波溶接による化学的接着によってレンズ位置合わせ部材４０に取り付けられ、超音波溶接の間、図４乃至６において見える取り付け突出部４９が図７乃至９において最も良くわかるようにフランジ２３に超音波溶接される。取り付けるステップ８０は、ガイド突起部の側面４６がレンズ部材のフランジ２３の縁部と係合するようにレンズ位置合わせ部材の前面４１上にレンズ部材２０を位置決めする前ステップ８１も含む。
【００６６】
レンズ位置合わせ部材４０は、図９においてわかるように、ＬＥＤ素子１１が前面４１を越えてアパーチャ４３を通って突出するように実装基板３０上に配置される。第１の嵌合特徴部４４及び第２の嵌合特徴部３４は、レンズ位置合わせ部材４０を実装基板３０と正確に位置合わせすることによってレンズ部材２０をＬＥＤ素子１１上に正確に位置合わせするように係合する。図９において、レンズ部分２２が、突出しているＬＥＤ素子１１を実質的に囲み、ＬＥＤ素子１１との間に光路２１を確立することが更にわかる。したがって、レンズ部材２０は、直前に図示及び説明したように、レンズ位置合わせ部材４０を実装基板３０に対して固定することによってＬＥＤ素子１１上に固定される。
【００６７】
図１及び図２においてわかるように、本発明の方法は、ガスケット部材６０を設ける更なるステップ、カバー５０を設ける更なるステップ及びヒートシンク７１を設ける更なるステップを含む。レンズ位置合わせ部材４０を実装基板３０に対して固定するステップは、ガスケット６０をレンズ位置合わせ部材４０及び実装基板３０とともにカバー５０とヒートシンク７１との間で押し込むことによるものである。これは、ＬＥＤ装置の内部１３のＬＥＤ素子１１の周りに耐候性シールを提供する。本発明の方法は好的には、ＬＥＤ装置の内部１３の水密性／気密性のシールを真空試験する更なるステップ８４を含む。
【００６８】
図１０は、遮蔽部材６５が更に設けられ、望ましくないバックライトを遮るためにカバー５０とガスケット６０との間に位置決めされることを更に示す。遮蔽部材６５は層の形態で示されている。より詳細には、遮蔽部材６５は、２００７年５月３日に出願された本出願人による米国特許出願第１１／７４３，９６１号に記載されているタイプのものとすることができ、その全ての内容は、ここに参照されることで緩用される。
【００６９】
図１８に概略的に示されている方法は、中央データベース１５を設けるステップを更に含み、それによって中央データベース１５は組み立てパラメーター及び試験パラメーターを提供している。また、本発明の方法は、自動化ツールによって行われる各特定のステップに関して中央データベース１５から指示を受け取る自動化システムによって行われるのが好ましい。中央データベース１５は、ＬＥＤ素子１１及びレンズ部材のタイプ、レンズ部材２０の選択及び向き、ねじトルク、真空試験パラメーター、光出力並びに色試験手順のうちの全て又は少なくとも１つに関連するデータを収集及び保存する。ＳＱＬ（構造化問合せ言語）データベースシステムを使用して、全ての試験パラメーター及び結果を管理及び記録することができる。
【００７０】
取り付けるステップ８０の前に複数の離間したＬＥＤ素子１１及び複数のレンズ部材２０を有するＬＥＤ装置１０を組み立てる実施形態では、特定のタイプのレンズ部材２０が選択される。そのような選択されたレンズ部材２０はレンズ位置合わせ部材４０の前面４１に位置決めされる。各レンズ部材２０のタイプ及びその向きがステップ８２において確認される。
【００７１】
複数のＬＥＤ装置が組み立てられる場合、各装置は異なる場所に及び異なる向きで配置される異なるレンズ部材２０を必要とする場合がある。使用されるべき特定のレンズ部材２０に関連するデータがデータベース１５からロボットによって受信され、識別されたレンズ部材２０が内部１３に配置される。各レンズ部材２０はこの場合、正しいタイプのレンズ部材であること、及び指定された向きで位置決めされていることが確認される。そのような識別及び確認のために、レンズ部材２０は、バーコード、テキスト又は指定された向きを示す特定の形状の形態とすることができる機械によって識別可能なレンズの印を含むことができる。ステップ８２に用いられる自動化デバイスの一例は、Ｆｌｅｘ  Ｐｉｃｋｅｒ  Ｒｏｂｏｔと関連するＣｏｇｎｅｘのＩｎｓｉｇｈｔ  ５６０３  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃａｍｅｒａである。レンズ部材２０を所定位置に配置した後、カメラは印を読み取ることができる。そのような読み取りからのデータがデータベース１５に送信し戻され、格納される。
【００７２】
図１、図２及び図１０は、カバー５０が複数のねじ穴５２を含むことを示す。本方法は、真空試験のステップ８４の前に、複数のねじ穴５２の１つを除いた全てにねじ１４を挿入するステップ８５を含む。この場合、ねじ取り付けステップ８５は内部１３をシールするために行われる。パラメーター制御される変換器付き（transducerized）電動スクリュードライバーを使用するのが好ましい。例えば、ＣＳ２７００コントローラーを有するＣｈｉｃａｇｏ  ＰｎｅｕｍａｔｉｃのＴｅｃｈｍｏｔｉｖｅ  ＳＤ２５シリーズの電動スクリュードライバーでこのステップを行うことができる。使用されるトルクの量に関連するデータがデータベース１５からスクリュードライバーによって受信される。ねじ取り付けステップ８５において、最初に１つを除いた全てのねじ１４を、ねじ穴５２に入れる。ねじ１４を固定するために印加される実際のトルクに関連するデータが次いでデータベース１５に送信されて保存される。
【００７３】
カバー５０はまた、ＬＥＤ素子１１に給電するためにワイヤー（図示せず）が照明設備からＬＥＤ装置１０へ通ることを可能にする電線路開口部５４の形態で示されている電源接続部５３を含む。
【００７４】
１つの残っているねじ穴５２は、内部１３の水密シール／気密シールを確実にする真空試験８４に用いられる。真空試験装置の一例は、真空試験ステップ８４において使用することができるＵｓｏｎのＳｐｒｉｎｔ  ＩＱ  Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｌｅａｋ＆Ｆｌｏｗ  Ｔｅｓｔｅｒである。ステップ８４において、電線路開口部５４は、一時的にシールされ、開いたねじ穴５２を介して真空とされる。真空はデータベース１５からのデータに従って印加される。実際の真空試験結果が、データベース１５に送信し戻され、保存される。真空試験８４の後、最後のねじ１４が上述と同じ方法で固定される。
【００７５】
本発明の方法は、ＬＥＤ素子１１に給電するとともにＬＥＤ装置１０を撮像して光出力特性を試験する、更なるステップ８３を含む。ＬＥＤ装置１０が完全に組み立てられると、実装基板３０上にプリントすることもできるし別様に設けることもできる電気接続を通じてＬＥＤエミッター１１に電力が供給される。次いで、給電されたＬＥＤ素子１０の像が撮られて光出力特性が試験される。ＬＥＤ装置１０の像は、ＬＥＤ素子の輝度、配光及び色温度を試験するために用いられる。
【００７６】
ＬＥＤ装置１０の撮像及び分析は自動化システムによって行われる。そのようなシステムの一例が、デジタル撮像ステップ８３を完了するために使用することができるＬａｂＶｉｅｗ  Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ  Ｓｕｉｔｅソフトウェアを使用するＮａｔｉｏｎａｌ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃａｍｅｒａである。給電されたＬＥＤ装置１０のデジタル像が撮られる。ソフトウェアは、この像から、光出力、色特性、輝度及び配光を分析することができる。これらのパラメーターに関連するデータは次いでデータベース１５に送信されて保存される。
【００７７】
記載された本発明の方法によって、大量生産の状況で個々の結果を追跡することができる。そのような大量生産の状況では、各個々のＬＥＤ装置１０は、テキストと記号のセット及びバーコードとの組み合わせとすることができる、固有の機械によって識別可能なモジュールのマークを含むことができる。この場合、各自動化ステップ（レンズ部材の位置決め８０及び確認８１、ねじ取り付け８５、真空試験８４及びデジタル撮像８３）からの各個々のＬＥＤ装置１０に関連するデータが、データベース１５において、固有の機械によって識別可能なモジュールのマークと関連付けられる。
【００７８】
本発明の原理を特定の実施形態と関連して説明したが、これらの説明は例としてなされているに過ぎず、本発明の範囲を限定する意図はないことをはっきりと理解するべきである。
【図１】
2013509686.tif 000003
【図２】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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