CN101268305B - Led照明模块 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种LED照明模块(1)，这种LED照明模块(1)包括LED元件(10)、用于驱动LED(11)的电子驱动设备(30)和散热器(20)。这种散热器(20)形成用于该电子驱动设备(30)的壳体并包括容器(26)，这种容器(26)在该散热器(20)的前侧(F)上并带有多个第一参考元件(27)，这些第一参考元件(27、29)用于以限定的取向将该LED元件(10)耦合到该散热器(20)这种散热器还包括腔体(28)和多个第二参考元件(22)，该腔体(28)用于至少部分地封闭该电子设备(30)，这些第二参考元件(22)用于将该LED照明模块(10)耦合到次级光学装置(70、70′)。本发明还描述了一种包括这种LED照明模块(1)的照明组件(80、80′)。

Description

LED照明模块
技术领域
本发明总体上涉及LED照明模块，这种LED照明模块包括LED元件、用于驱动该LED的电子设备和散热器。本发明还涉及照明组件，这种照明组件包括LED照明模块。
背景技术
近年以来，由于LED光源在与传统上的光源相比时的公知的优点的原因，对使用LED光源来替代传统上的光源的兴趣有了相当大的增长。这尤其适用于汽车工业，在汽车工业领域中，用于汽车前面和后面照明设备的传统类型的灯往往会由LED照明模块所替代。尤其对于信号传输功能而言，如在后组合灯(RCL)和白天行驶灯(DRL)中，预期传统类型的灯不久会由LED照明模块所取代，因为与必须将较大区域照明的大灯相比，对用于这种信号传输功能所要求的光强度较小。不过，即便是对于信号传输功能而言，也会要求相当大的光强度。
所要求的光强度的估计和产生这种光强度所必需的功率这种模块耗散3至5瓦特的功率。出于所要求的功率的原因，用作汽车照明用途中的LED设备必须能够在升高的环境温度下运行。例如，用于后照明用途的最大环境温度约为85℃，且用于前照明用途的最大环境温度为105℃。另一方面，目前将LED设备的最大接合温度限制到135℃。此外，LED的光输出(尤其是在红色和琥珀色频谱范围内发光的基于AllnGaP的LED)随着接合温度的升高而大大降低。另一种问题是，为了实现所要求的LED照明模块的光学性能，尤其是在形状复杂的反射体、光导管、TIR(全内反射)光学装置和其它光学装置中，要求LED光源相对于次级光学装置的精确位置确定和位置核对。出于这些要求的原因，目前所知的LED照明模块如EP1353120、US 6637921、EP 1519105和US 6,819,506中说明的LED照明模块是相当复杂的组件。因此，制造过程中的组装既复杂又费钱。特别地，通过引线将LED定位于电子驱动器或定位于连接器要求手动操作，从而在最终产品中产生质量上的差异。另一种重要考虑是设计用于替代普通类型的灯的LED照明模块在制造时不应比这些灯更昂贵。
US 2005/0110649 A1描述了一种LED飞行器防撞信标，这种LED飞行器防撞信标包括LED元件，这些LED元件按组安装到金属芯PC板上。这些PC板安装到圆柱形支架的垂直取向的基本上呈平面形的面或面部分上。这种支撑圆柱体连接到基部，这种基部包括PC板，这些LED元件的驱动器件安装在该PC板上。这些LED由延伸穿过该支撑圆柱体的引线连接到这些驱动器件。这种支撑圆柱体和基部起到散热器的作用。罐状透镜元件置于支撑圆柱体上方并在该基部固定。因此，可相对于这些LED元件将这种透镜精确地定位。不过，这种防撞信标的组装仍复杂且费钱。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种经济的LED照明模块，这种LED照明模块在制造时简单，而且在组装时自动实现这种LED照明模块的LED元件在次级光学装置中的定位。
为了实现这种目的，本发明提供一种LED照明模块，这种LED照明模块包括LED元件、用于驱动该LED元件的电子设备和散热器，
这种散热器形成用于该电子驱动设备的壳体并包括
容器，这种容器在散热器的前侧上并带有多个第一参考元件，这些第一参考元件用于以限定的取向将LED元件耦合到散热器，这样就将这种LED元件直接安装到该散热器上，
腔体，这种腔体用于至少部分地封闭电子设备，
多个第二参考元件，这些第二参考元件用于将LED照明模块耦合到照明组件如信号传输灯的次级光学装置。
根据本发明的特定形状的散热器连同其容器和第一参考元件一起允许LED元件正确地自动安装在散热器上。容器的专用形状允许LED元件连接到电子驱动设备，并因此而用作LED元件与电子驱动设备之间的界面。因此，下面也将容器称为“界面”。LED元件可以是所称的“封装LED”类型，在这种类型的LED元件中，发光二极管(LED)附接到小的载体元件，这种载体元件配有用于电气连接LED的触点，这些触点通常以小的金属引脚或引线的形式。由于将电气连接到LED的电子驱动设备定位或至少部分地将电子驱动设备定位，所以在散热器中也自动限定电子驱动设备相对于散热器的固定取向或定位，并因此而自动限定LED的固定取向或定位，这样就允许LED与电子驱动设备的并不复杂的连接。此外，通过也结合在散热器中的第二参考元件保证了LED照明模块以及LED元件在次级光学装置中的正确定位。而且，电子驱动设备在散热器中的放置还具有整个LED照明模块可非常紧凑的优点，而优选用单件金属制成散热器，因为散热器是用于电子驱动设备的壳体，这种散热器具有大的表面积，且所产生的热可非常容易地逸散。由于这种紧凑结构的原因，可容易地将这种LED照明模块用在最初设计与普通类型的灯一起使用的现有照明组件中，普通类型的灯如卤素灯或气体放电灯。仅有必要确保LED照明模块尤其是第二参考元件并且也可能是LED照明模块的现有任何附接装置之间的界面与其中将要使用LED照明模块的现有照明组件的互补。根据本发明，这种LED元件直接安装到该散热器上。术语“直接”的意思是指仅采用热导带、热导胶水或类似的材料将LED元件安装到散热器上。LED元件到金属散热器的直接安装确保了整个模块的最佳热管理。
从属权利要求和其后的描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。
在本发明的特别优选的实施例中，LED照明模块仅包括单LED元件，特别优选这种LED元件放置在散热器的前侧上的中心位置。不过，还可构思出将多个LED元件作为如组布置在散热器的前侧上。在下面的描述中，将参考单LED的情形，但并不以任何方式窄化本发明的范围。
用于封闭电子驱动设备的腔体可位于散热器上的任何适当位置。不过，优选腔体位于散热器的后侧上，该后侧与前侧相对。这种布置允许特别直接地组装LED照明模块。
在本发明的特别优选的实施例中，LED照明模块包括覆盖封闭电子驱动设备的腔体的后盖。优选这种盖用塑料制成，例如，可经济地将塑料注模。优选将后盖刚性安装在散热器上。最优选通过夹持和如咬扣将后塑料盖安装在散热器上或通过热印或类似的技术安装，以优化模块的机械稳定性。此外，优选通过密封环将后盖密封到散热器元件。这样就避免封闭电子驱动设备的腔体不受疏松微粒的污染且不受水汽侵入的影响。
为了对组装过程进行进一步的优化，优选将电子驱动设备附接到后盖。例如，可将电子驱动设备的电子器件安装在印刷电路板(PCB)上，接着将印刷电路板附接到后盖。
有利的是，后盖包括连接器，这种连接器用于将LED照明模块电气连接到电源，如汽车的车载电源网络。这就具有LED照明模块不必安装外部引线或类似装置的优点，在组装期间，易于将这些外部引线或类似的装置损坏。
在本发明的特别优选的实施例中，通过引线元件将LED元件与电子驱动设备电气连接，这些引线元件从腔体伸出，并穿过散热器壁而到达散热器的前侧。这些引线元件可以是如杆状引线元件。
在该实施例的优选变化形式中，后盖包括刚性接触元件，这些刚性接触元件用于将电子设备与LED元件电气连接。在这种变化形式中，在组装LED模块时，电子驱动设备的这些引线元件通过这些刚性接触元件与LED元件的接触引线自动电气接触。
在另一种优选变化形式中，后盖包括至少一个刚性支撑元件，在将后盖与散热器组装时，该至少一个刚性支撑元件将这些引线元件机械支撑在LED元件与电子驱动设备之间。这样就在温度循环和振动应力期间将通常相对弱的引线元件和LED连接元件机械放松且并不承受压力。而且，在将散热器元件安装到后盖时，将这种刚性支撑元件布置成使这些引线元件被自动支撑，例如，这些引线元件可能是相对较弱的或柔软的杆状元件，这些杆状元件已焊接到电子驱动设备的PCB并向上伸到散热器。
正如已在前面所描述的那样，散热器与后塑料盖之间的连接应完全有刚性且稳定，以确保整个模块的光水平机械稳定性。
根据LED元件或次级光学装置及其与LED照明模块的界面的构成方式，可以用不同的方式来实现第一和第二参考元件。
前面所描述的这些LED元件通常包括带有用于接触的两条引脚，一条引脚在每个侧面上并从LED向下指向，出于这些LED元件的原因，就适合于实现第一参考元件，优选这些第一参考元件以在界面上的适当尺寸的凹槽的形式，该界面在LED元件与散热器之间。LED照明模块的这些接触引脚或引线可滑入这些狭槽中，以能够以并不复杂的方式满足将LED连接到散热器中的最小公差。
优选这些第二参考元件包括至少三个参考突出件，这些参考突出件如升高的点等，并且位于参考平面内，该参考平面平行于散热器的前侧或在散热器的前平面上。更优选精确地实现三个突出件，这些突出件精确地限定该参考平面。
优选散热器还包括安装元件，这些安装元件用于将LED照明模块安装到次级光学装置，如安装到该照明组件的反射外壳。这些安装元件可以是卡口安装元件，或者是允许将LED照明模块拧到次级光学装置等上的元件。
可基本上在任何照明组件中实现根据本发明的LED照明模块。优选包括根据本发明的LED照明模块的根据本发明的照明组件是一种汽车前照明组件或汽车后照明组件，汽车前照明组件尤其是白天行驶灯，汽车后照明组件尤其是后组合灯的至少一部分。换言之，优选出于信号传输目的来实现这种LED照明模块。
在前面所描述的优选变化形式中，这些第二参考元件包括至少三个参考突出件，在这种优选变化形式的情形中，优选根据本发明的照明组件包括槽口，这些槽口对应于LED照明模块的这些第二参考元件，LED照明模块的这些第二参考元件用于在参考平面中参考LED照明模块。
从下面结合附图所考虑的详细描述就会明白本发明的其它目的和特征。不过，将会理解，这些附图仅设计用于图示目的，而并不是对本发明进行限制。
附图说明
图1示出了根据本发明的LED照明模块的实施例的透视图；
图2示出了图1中的LED照明模块的另一种透视图，已将上防护帽从LED照明模块移去；
图3示出了图1中的LED照明模块的侧视图；
图4示出了沿轴线B-B′的图3中的LED照明模块的截面图；
图5示出了图1至图4中的LED照明模块的分解图；
图6a示出了将图1至图5中的LED照明模块的定位的示意图，这种LED照明模块带有示意性地示出的根据本发明的第一实施例的次级光学装置；
图6b示出了将图1至图5中的LED照明模块的定位的示意图，这种LED照明模块带有示意性地示出的根据本发明的第二实施例的次级光学装置。
具体实施方式
出于清楚的目的对附图中的物体的尺度进行选择，且这些尺度并不反映实际上的绝对或相对尺度。
图1至图5示出了根据本发明的LED照明模块的特别优选的实施例的各种视图和组装阶段。这种LED照明模块1的中心器件是散热器20，在前侧F上，散热器20提供用于LED元件10的界面(容器)，且散热器20包括在后侧上的大的腔体28，在下面称为“驱动器”或“驱动电子装置”的电子驱动设备30封闭在腔体28中。用塑料后盖40将带有封闭的驱动器30的腔体28密封，这不仅确保腔体28内的驱动器30免受尘埃和水汽的影响，而且，正如在下面所描述的那样，为整个LED照明模块1提供了稳定性。
驱动电子装置30安装在PCB 32上，如图5所示。这种PCB 32安装到塑料后盖40的内部。为了便于这种安装，PCB 32以矩形开口33和三个孔34以及后盖40的三个中心销44为特征，这些开口和孔布置成与后盖40的中心刚性支撑元件42互补，在组装状态，该中心刚性支撑元件42突出穿过PCB 32的中心矩形开口33；在组装状态，这些中心销44突出穿过PCB 32的这些孔34。可一方面借助于中心销44和中心刚性支撑元件42另一方面借助于对应的孔34和中心开口33确保PCB 32到塑料后盖40的独特取向。
连接器41以插头41的形式并结合在塑料后盖40的外侧中，这种插头41用于将LED照明模块1与汽车的车载电子装置连接。通过接触销45进行从布置在插头41中的触点(未在图中示出)至驱动电子装置30的连接，当借助于中心销44和中心刚性支撑元件42将PCB32安装在塑料后盖40的内部上的相应位置中时，将这些接触销45插入接触孔35内，在PCB 32上的相应位置钻这些接触孔35。此外，可在这些接触孔35将这些接触销45焊接到驱动电子装置30。
两条接触引线31从PCB 32的前侧向上延伸，PCB 32在组装后的状态中位于散热器20内，并朝向与散热器20的前侧相同的的方向。形成这些接触引线31，以在PCB 32安装在塑料后盖40的内侧上时这些引线31通过刚性支撑元件42中的槽口43到达LED元件10，并因此而由刚性支撑元件42支撑或支持。
在安装PCB 32并焊接到接触销45之后，可将塑料后盖40插入散热器20的后侧中的腔体28内。出于这种目的，在散热器20的前侧F上设有对应的孔，可将这些中心销44插入这些孔内。散热器20用金属制成，优选制成压铸件。
用于LED元件20的界面26位于前侧F上的中心。界面26包括作为第一参考元件的圆柱体29和凹槽27，这种圆柱体29从散热器20的前侧F的中心向外突出，且所述凹槽27位于外边缘上，LED元件的接触引线12可安装到这些凹槽27内。LED元件10是所称的封装LED，在这种封装的LED中，实际LED 11附接到载体13，这些接触引线12依次附接到载体13上，以将LED 11连接到驱动电子装置。
狭槽29a在圆柱体29上并在这些凹槽27以下自始至终延伸到散热器的前面中。在塑料后盖40附接到散热器20时，塑料后盖40的中心刚性支撑元件42的最上表面突出穿过这些狭槽29a。然后，位于中心刚性支撑元件42的槽口43内的这些接触线31相对于LED元件10的接触引线12被自动正确地放置，LED元件10的这些接触引线12借助于界面26中的这些凹槽27定位。
正如尤其可从图4中看出的那样，圆柱体29在其上端是空心的、下至这些凹槽27的水平周围并因此而提供凹口，LED元件10可安装到该凹口内。圆柱体29在这些凹槽27以下是实心的，因此，向外朝向的并且是圆柱体29的空心部分的基部的表面是用于LED元件10的接触表面。LED元件10的下面通过热导胶水附接到该表面14，这样，在运行期间所产生的热就被完全而快速地传导至散热器20。同时，将LED元件10的这些接触引线12适当地安装在圆柱体29的上区域内的凹槽27中。圆柱体29的空心部分的内径应尽可能接近地匹配于LED元件10的载体13的外径，即在将LED元件10精确地定位于散热器20中时，圆柱体29还用作第一参考元件。正如还可从图4看出的那样，用于中心刚性支撑元件42的插入狭槽29a延伸进入圆柱体29的实心部分。实现这些狭槽29a以尽可能接近地匹配于中心刚性支撑元件42，以使尽可能少的材料从圆柱体29去除，从而确保表面14与散热器20的余下部分之间的低热阻，LED元件10附接到该表面14。
可在将后盖40安装到散热器20之后通过将这些接触引线12与接触线31焊接来以自动化方式在LED元件10与驱动器30之间产生电接触。不必再以手动方式来进行这种电接触。在安装塑料后盖40与散热器20时，这些中心销44连同散热器20的前侧F中的这些开口29b一起确保正确而紧密配合的布置。可通过示于图4和图2中的LED照明模块清楚地看到来自PCB 32的接触线31的上端及其与LED元件10的接触引线12的接触的截面图。从图2中还可看到突出穿过这些开口29b的中心销44的端部。
正如可从图4中看出的那样，塑料后盖40在组装到散热器20的腔体28中时设置得非常深并通过O形环与散热器20隔开，以免水汽和尘埃透入散热器20中。为了将来自车载源的插头容易地插入塑料后盖40的插座内，在散热器20的下侧上的对应位置预设切口A(见图3、图4和图5)。
主要通过多个冷却片25来实现热逸散，这些冷却片25在散热器20的前向区域(邻接于前侧F)上径向向外指向。若要求更多的冷却，则可容易地使散热器20配有另外的散热器元件，例如，这些另外的散热器元件在散热器20的背部。同样也可将这种散热器元件在总体上制得较大，以使这些冷却片并不仅局限于这些前区域，而且还沿着散热器的整个长度轴向延伸。这样，用于驱动器的插入的腔体就会仅仅位于散热器的后侧的中心区域内。
正如前面所描述的那样，通过夹持、咬扣或热印结合技术或确保塑料后盖40与散热器20之间的非常稳定而持久的连接的类似结合方法来实现塑料后盖40与散热器20的连接。
在散热器20的前面F上，布置三个连接片21以径向向外朝向。这些连接片21用于将整个LED照明模块1定位并安装到照明组件的次级光学装置。为了确保正确的定位，将凸起的节块或柱头22设在每个连接片21上，以作为第二参考元件22或参考点22。借助于这三个柱头22限定平行于LED照明模块1的前平面的参考平面P。借助于图6a示出这些参考点22与次级光学装置的相互作用。
此外，将连接孔23设在每个连接片21内，可通过这种连接孔23将LED照明模块1附接到或固定到照明组件或次级光学装置，如反射体，LED照明模块1插入这种反射体内。在组件的另一种变化形式中，这些连接片21的下侧以倾斜边缘24为特征，以也可通过将LED照明模块以顺时针方向拧入该照明组件的互补开口中用卡口固定方式将LED照明模块1固定。这些连接片21的特定形式允许将LED照明模块用在具有不同附接模式的照明组件中，并当然也可用在以两种附接模式即卡口和连接孔23为特征的照明组件中。
正如尤其可从图4和图5看出的那样，LED照明模块1还包括垫圈50，垫圈50位于散热器20的前侧F上的槽口N内。例如，在将LED照明模块附接到照明组件的反射体壳体的后侧时，这种垫圈50确保可将LED照明模块1牢牢地固定并密封到该照明组件，该LED元件突出穿过反射体壳体中的开口。
此外，界面26连同LED元件10的这些接触引线12和从后面突出穿过散热器的这些接触线31在组装状态受到带有中心开口62的防护帽60的保护，LED元件10的前侧穿过该中心开口62。这种防护帽60从以其它方式完成的LED照明模块1上方放置，并且由咬合钩61固定，这些咬合钩61在散热器20的前侧F上的狭槽29a中。优选这种防护帽60具有外反射表面，以使其并不吸收从LED 11发出并由该反射体反射的光，此时，LED照明模块1从后面突出并穿过反射体壳体中的开口。
包括防护帽60和垫圈50的完全组装后的LED照明模块1在图1中示出。
图6a和图6b仅设计用于以示意性方式示出根据本发明的LED照明模块1相对于照明组件80、80′的次级光学装置70、70′的定位。仅将次级光学装置70、70′示出为带有中心开口71的平盘。在实践中，这是一种在相应灯的反射体壳体的后侧上的入口71。
根据图6a，借助于参考点或柱头22来实现以插入方向(将LED照明模块1插入次级光学装置70的入口开口71的方向)的正确定位，因为这三个参考点22接触次级光学装置70的参考平面Ps上的照明组件，这种参考平面Ps对应于朝向LED照明模块1的次级光学装置70的表面72。
防护帽60的上圆柱体用于保护散热器20的界面26以及LED元件10与接触线31之间的连接，通过使这种防护帽60的上圆柱体与次级光学装置70的入口开口71精确匹配来实现在参考平面Ps内的定位，即以x和y方向的定位。
图6b示出了照明组件80 ′的一种优选变化形式，在这种优选变化形式中并不要求防护帽60与次级光学装置70′的入口开口71的精确匹配。在这种优选变化形式中，借助于在次级光学装置70′的表面72上径向向外延伸的三个槽口73来实现参考平面Ps内的参考，相应地定位的散热器20的连接片21上的参考柱头22可位于该表面72内。这样就容易地确保LED照明模块1到次级光学装置70′的正确定位。
根据本发明，以面向汽车工业制造的眼光来实现具有低故障率的高质量产品。通过单个部件的相互依次堆叠可进行整个LED照明模块的组装。并不要求手动组装。
虽然以本发明的优选实施例和变化形式的方式公开了本发明，但会理解，可对本发明进行其它多种修改和变化，而并不脱离本发明的范围。即便是这种LED照明模块特别适于用在汽车用途中，但这种LED照明模块也可用于任何照明用途中的LED光源，如商店照明目的、各种信号传输目的，等等。
为了清楚起见，还应理解“一种”或者“一个”在整个本申请中的使用并不排除复数形式，且“包括”或者“包含”排除其它步骤或元件。

Claims (12)

1.一种LED照明模块(1)，所述LED照明模块(1)包括LED元件(10)、用于驱动所述LED元件(10)的电子驱动设备(30)和散热器(20)，
所述散热器(20)形成用于所述电子驱动设备(30)的壳体并包括：
容器(26)，所述容器(26)在所述散热器(20)的前侧(F)上并带有多个第一参考元件(27、29)，所述第一参考元件(27、29)用于以限定的取向将所述LED元件(10)耦合到所述散热器(20)，这样就将所述LED元件(10)直接安装到所述散热器(20)上，
腔体(28)，所述腔体(28)用于至少部分地封闭所述电子驱动设备(30)，
多个第二参考元件(22)，所述第二参考元件(22)位于平行于散热器(20)前侧(F)的第一参考平面(P)内，用于将所述LED照明模块(1)耦合到次级光学装置(70、70 ′)。
2.如权利要求1所述的LED照明模块(1)，其特征在于：所述腔体(28)位于所述散热器(20)的后侧(R)，所述后侧(R)与所述前侧(F)相对。
3.如权利要求1或2所述的LED照明模块(1)，其特征在于：包括后盖(40)，所述后盖(40)覆盖所述腔体(28)。
4.如权利要求3所述的LED照明模块(1)，其特征在于：所述电子驱动设备(30)附接到所述后盖(40)。
5.如权利要求3所述的LED照明模块(1)，其特征在于：所述后盖(40)刚性结合到所述散热器(20)。
6.如权利要求3所述的LED照明模块(1)，其特征在于：所述后盖(40)包括连接器(41)，所述连接器(41)用于将所述LED照明模块(1)电气连接到电源。
7.如权利要求3所述的LED照明模块(1)，其特征在于：所述LED元件(10)通过引线元件(31)与所述电子驱动设备(30)电气连接，所述引线元件(31)突出穿过所述散热器(20)到达所述散热器(20)的所述前侧(F)。
8.如权利要求1或2所述的LED照明模块(1)，其特征在于：所述后盖(40)包括刚性支撑元件(42)，在将所述后盖(40)与所述散热器(20)组装时，所述刚性支撑元件(42)将引线元件(31)机械地支撑在所述LED元件(10)与所述电子驱动设备(30)之间。
9.如权利要求1或2所述的LED照明模块(1)，其特征在于：容器(26)用作所述LED元件(10)与所述散热器(20)之间的界面，以及所述第一参考元件(27、29)包括在界面处的凹槽。
10.如权利要求1或2所述的LED照明模块(1)，其特征在于：所述第二参考元件(22)包括位于第一参考平面(P)内的至少三个参考突出件，所述第一参考平面(P)平行于所述散热器(20)的所述前侧(F)。
11.一种照明组件(80、80′)，所述照明组件(80、80 ′)包括根据前面的权利要求中的任何一项所述的LED照明模块(1)。
12.如权利要求11所述的照明组件(80、80 ′)，包括次级光学装置(70、70′)，该次级光学装置(70、70 ′)包括槽口(73)，所述槽口(73)对应于所述LED照明模块(1)的所述第二参考元件(22)以用于在所述第一参考平面(P)中对所述LED照明模块(1)进行定位。
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