CN102906495B - 照明模块 - Google Patents

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Abstract

一种照明模块(1)包括设置在第一载体(10)上的至少一个发光器件(3)；设置在第二载体(11)上用于驱动所述至少一个发光器件(3)的驱动电子元件(4)；以及用于输出由所述至少一个发光器件(3)发射的光的光学接口(5)，其中，所述第二载体(11)设置在与所述第一载体(10)基本上平行的平面中，其中，所述第一载体(10)和所述第二载体(11)被配置为使得所述第一载体(10)在所述平面上的投影与所述第二载体(11)基本上不重叠以便形成不重叠区域，其中，所述驱动电子元件(4)至少部分地被设置在所述不重叠区域中。该创造性的照明模块允许在照明模块中的空间的更有效的使用。

Description

照明模块
技术领域
本发明涉及一种包括至少一个发光器件和用于驱动所述至少一个发光器件的驱动电子元件的照明模块。
背景技术
在利用发光二极管(LED)的应用中，为了安装简易和成本合算，希望将电子元件驱动电路和LED组合在单个照明模块中。以前从US 6,161,910知道该照明模块的一个实例，其中US 6,161,910公开了一种包括光学组件、功率电路板以及外壳的LED阅读灯具组件。该光学组件包括全息透镜和LED组件，其中该LED组件包括LED电路板和多个设置在该LED电路板的向外一侧的LED。该外壳包括外壳板和黑色阳极化鳍板。LED阅读灯具组件被设计为使得LED电路板与功率电路板平行，其中，功率电路板位于LED电路板下方，并且外壳板位于LED电路板与功率电路板之间。在操作中，由外壳板放射状地向外并且随后向后向黑色阳极化鳍板传递由LED生成的热量。
虽然US 6,161,910设法将电子元件驱动电路和LED组合在单个照明模块中，但是希望允许更紧凑的照明模块和LED与散热片之间更低的总热阻。
发明内容
本发明的一个目的在于克服该问题并且提供更加紧凑的照明模块和用于该至少一个发光器件和该驱动电子元件两者的热力优化的热量路径。
根据本发明的一个方面，该以及其他目的的实现是通过一种照明模块，包括：配置在第一载体上的至少一个发光器件；配置在第二载体上用于驱动该至少一个发光器件的驱动电子元件；以及用于输出由该至少一个发光器件发射的光的光学接口，其中，该第二载体配置在与该第一载体基本上平行的平面中，其中该平面在远离该光学接口的方向中与该第一载体错开，其中，该第一载体和该第二载体被配置为使得该第一载体在该平面上的投影与该第二载体基本上不重叠以便形成不重叠区域，其中，该驱动电子元件至少部分地被设置在该不重叠区域中。
本发明是基于这样一种理解，即通过至少部分地将该驱动电子元件配置在不重叠区域中，可以更有效地使用该照明模块中的空间。具体而言，降低了该第一载体与该第二载体所位于的该平面之间的距离，因为配置在该不重叠区域中的该驱动电子元件不需要被装配在该第一载体下方而是可以延伸靠近该第一载体。此外，与具有重叠载体的现有技术方案相比，由于发光器件与散热片之间更短的热路径，可以降低发光器件的热阻。此外，不使用与该发光器件相同的载体来散发由该驱动电子元件生成的热量。与此同时，与发光器件和该驱动电子元件被配置在相同的载体上的配置不同，具有该驱动电子元件的载体在这里可以与光学接口足够地错开，以避免该驱动电子元件干扰光学接口的设计。
该照明模块还可以包括具有第一侧面的导热元件，该第一侧面具有带有突起的表面，其中，该第一载体被配置在该突起的顶上，并且该第二载体被配置在该表面的围绕该突起的部分上。随着该第一载体与该导热元件之间的接口以及该第二载体与该导热元件之间的接口彼此错开，该发光器件将不会将该驱动电子元件加热到否则将会出现的程度，因而延长电气组件如电容器和二极管的寿命。类似地，该驱动电子元件将不会将发光器件加热到否则将会出现的程度，因而降低发光器件的温度。
该导热元件的优选地位于该导热元件的该第一侧面的对面的第二侧面可以定义用于将该导热元件热连接到散热片的热接口。该热接口可以优选地基本上是平的，以提供可以容易地被连接到该散热片的接口。该散热片可以被集成到该照明模块中或者可以是该照明模块可以被连接到的外部散热片。根据一个可选择的实施方式，该导热元件自身可以是散热片。
该光学接口可以包括被配置为反射由至少一个发光器件发射的光的反射结构，其中，反射结构可以具有围绕该第一载体的这样一种区域的开口，其中该至少一个发光器件被配置在该区域中。此外，该第二载体可以被配置在该反射结构外部。因此，配置在该第二载体上的该驱动电子元件可以延伸到反射结构与该照明模块的外壳之间可用的任意空间中，从而允许在该照明模块中可用的空间的有效使用。
该第一载体可以优选地是第一印刷电路板(PCB)并且该第二载体可以优选地是第二印刷电路板。此外，该至少一个发光器件可以是发光二极管(LED)。可以借助表面装配技术将该发光二极管装配到该第一印刷电路板上。使用表面装配技术来代替通孔技术是因为其自身适用于允许更好的热传递的PCB技术。
该第一印刷电路板可以被配置为将该至少一个发光器件与该导热元件电气绝缘，同时将该至少一个发光器件热连接到该导热元件。这可以通过例如使用陶瓷PCB、金属内核PCB或具有热通路的PCB来实现。
可以借助通孔技术将该驱动电子元件至少部分地装配到该第二印刷电路板上。此外，可以在该第二载体与所述导热元件之间配置电气绝缘但是热传递的层。
注意到，本发明涉及权利要求中所述的特征的全部可能的组合。
附图说明
现在将参考用于显示本发明的实施方式的附图来更详细地描述本发明的该以及其他方案。
图1是用于示意性地显示根据本发明的一个实施方式的照明模块的分解透视图；
图2显示了图1中的照明模块的横截面；
图3是用于示意性地显示根据本发明的一个可选择的实施方式的照明模块的分解透视图；
图4显示了图3中的照明模块的横截面。
具体实施方式
现在将参考图1和图2描述本发明的优选实施方式。
在图1中所示的实施方式中，照明模块1具有用于容纳多个发光器件3的圆柱形外壳2、用于驱动发光器件的驱动电子元件4、用于输出由发光器件3发射的光的光学接口5以及用于将发光器件3和该驱动电子元件4连接到外部散热片7的热接口6。可以用本领域公知的多种方式将照明模块1连接到外部散热片。例如，可以借助以参考的方式合并入本文的、公开号为WO 2010/146509的欧洲专利申请09167919.1中所述的连接器，将照明模块可松开地连接到散热片。
在这里由导热元件8的底面6定义该照明模块的热接口。该导热元件优选地是具有同心圆柱形突起9的圆柱形铝板形式的散热片。但是，如本领域的熟练技术人员所认识到的，导热元件和它的突起的形状可以改变。此外，也可以使用具有高导热性的其他材料如铜、碳、导热塑料或陶瓷。在这里将散热器8固定地装配到外壳2中。
发光器件3优选地是配置在第一载体10上的发光二极管(LED)，其中第一载体10装配在散热器的突起9的顶上。第一载体的形状优选地对应于该凸起的顶面的形状，并且在这里是圆形。此外，第一载体优选地具有与该凸起的顶面的面积大致相同的尺寸或略微更大。
将该驱动电子元件4配置在位于圆柱形突起9的周围的、优选地圆环形的第二载体11上，因而第二载体11的底面与围绕突起9的散热器的表面13热连接。结果，将第二载体11配置在与第一载体10基本上平行的平面中，但是该平面在远离光学接口5的方向中与该第一载体10错开。应该将词语基本上平行解释为第二载体11所位于的平面与第一载体10所位于的平面之间的角度小于20度。这里由突起9的高度确定该错位，并且该错位可以优选地被选择为使得该驱动电子元件的电子组件不干扰光学接口的设计。可以由内部电源如集成的可充电电池例如Ni-Cd或Li-ion电池(未显示)和/或通过外部电源对该驱动电子元件供电或者将该驱动电子元件直接连接到市电。该照明模块可以包括该驱动电子元件的全部电路。但是，如本领域的熟练技术人员所认识到的，还有可能将该驱动电子元件的电路的一部分配置在该照明模块中并且外部地提供该驱动电子元件的电路的一部分。
第一载体10和第二载体11优选是印刷电路板(PCB)。典型地借助通孔技术将该驱动电子元件装配到PCB中。为了将该驱动电子元件4与散热器8电气绝缘，在第二载体11与散热器8之间配置电气绝缘但是导热的材料(例如聚碳酸酯材料或热间隙垫材料)层22。优选地通过表面装配技术将LED 3装配到PCB中。由于LED不受通孔要求的限制，可以对LED选择热优化的PCB技术。在这里，使用陶瓷PCB，因为这在LED 3与散热器8之间提供低的热阻。对于LED使用陶瓷PCB的另一个优点在于特别对于高于85摄氏度的LED焊接温度降低焊接疲劳的风险。这是因为陶瓷PCB与LED所位于的陶瓷子装配不存在热膨胀不匹配。但是，也可以利用其他PCB技术例如铜基IMS载体，其在LED与散热器之间提供非常低的热阻。PCB技术的进一步的实例是FR4和MCPCB。使用PCB的替换是可选择地利用配置在多芯片封装与散热器之间的附加电气绝缘层(例如Kapton)，将单个多芯片封装直接焊接到散热器的突起的顶上。另一个替换是将LED直接装配到散热器上，而无需独立的载体，以进一步改善LED与散热器之间的热传导。在该情况中，散热器自身作为载体并且可以通过氧化散热器的表面来提供与LED的电气绝缘。
在所示实施方式中，光学接口5包括用于反射由LED 3发射的光的反射结构16，以及允许光逃逸的光学玻璃板17。反射结构16在这里是具有反射表面的(抛物线)反射器16，其具有与第一载体相邻的光输入端和与玻璃板17相邻的光输出端。该反射器的光输入端具有圆形开口，该圆形开口被配置为使得该开口围绕第一载体10的这样一种区域，其中LED 3被配置在该区域中。该反射器还包括配置在该突起周围的并且从第一载体10延伸到散热器8的圆环形延伸28。圆环形延伸28可以优选地具有从圆环形延伸28的内表面突起的、轴向延伸的肋26，其中，在该突起的对应的凹进处(或凹槽)27中接收肋26，以防止反射器16与散热器8之间的相对旋转。此外，将电气连接器24、25依附到反射器的圆环形延伸28，以提供第一载体10与第二载体11之间的电气连接。通过将光学玻璃板17固定地装配到外壳2上并且在玻璃板17与反射器16之间配置波浪形环23(或弯的弹簧)，向下(即在朝向热接口6的方向中)压反射器，使得对着第一载体10与第二载体11按压电气连接器24、25的在载体10、11以上延伸的部分，从而提供该驱动电子元件4与LED3之间的可靠的电气接触。此外，将对着散热器8按压第一载体10与第二载体11以确保载体10、11与散热器8之间的良好的热接触。
在操作中，将由LED 3生成的热量和由该驱动电子元件4生成的热量传递到散热器8并且随后经由散热片7散热。但是，由于这里该驱动电子元件被配置为低于该LED，所以该LED将不会加热该驱动电子元件，并且该驱动电子元件将不会加热LED。因此，可以实质上降低电子元件组件的温度。与此同时，增加从LED 3到散热片7的热阻的惩罚相对小。例如在高度差是10mm的情况中，附加热阻典型地是5-10W/K，对于15W的LED应用导致最大3℃的附加温度增加。
图3和4示出了本发明的可替换的实施方式。在这里，散热器8在突起9的顶上具有项圈18，并且反射结构16具有配置在反射器的开口15处的接收结构19。用于围绕该开口的接收结构19具有被适配为接收该突起的项圈18和该第一载体10的外围部分的凹进处。该接收结构被配置为使得当项圈18和该第一载体10的外围部分被配置在该接收结构的该凹进处中时通过该第一载体固定地保持在该突起的顶上来将该导热元件8固定到该反射器。此外，可以优选地斜切项圈18和/或接收结构19，使得可以通过将散热器的突起19按压到接收结构19中直到项圈18卡合到接收结构19中的凹进处内部的空间中为止来装配照明模块。此外，优选地将用于将LED 3电气地连接到驱动电子元件4的电气连接器20集成到反射器16中并且配置为对着该散热器8按压第一载体10，以促进LED 3与散热器8之间的良好的热接触。
本领域的熟练技术人员认识到，本发明绝不限于上述优选实施方式。相反，在所附权利要求的范围中，多种修改和变形是可行的。例如，虽然在这里将反射结构显示为抛物线反射器，但是该反射结构可以采用其他形式并且可以是例如混合腔。此外，该光学接口可以包括利用全内反射(TIR)的反射器以代替所述反射结构。还可以在出口窗上结合(菲涅耳)透镜来使用其他类型的波束成形光学器件如瞄准仪。此外，可以使用集成散热片来代替外部散热片。此外，可以将载体直接装配到集成在照明模块中的散热片上，而无需使用散热器。

Claims (11)

1.一种照明模块(1)，包括：
配置在第一载体(10)上的至少一个发光器件(3)；
配置在第二载体(11)上用于驱动所述至少一个发光器件(3)的驱动电子元件(4)；以及
用于输出由所述至少一个发光器件(3)发射的光的光学接口(5)，
其中，所述第二载体(11)设置在与所述第一载体(10)基本上平行的平面中，
其中，所述第一载体(10)和所述第二载体(11)被配置为使得所述第一载体(10)在所述平面上的投影与所述第二载体(11)基本上不重叠以便形成不重叠区域，其中，所述驱动电子元件(4)至少部分地被设置在所述不重叠区域中，
其中所述照明模块还包括具有第一侧面的导热元件(8)，所述第一侧面具有带有突起(9)的表面(13)，其中，所述第一载体(10)被设置在所述突起的顶上，并且所述第二载体(11)被设置在所述表面(13)的围绕所述突起(9)的部分上。
2.根据权利要求1所述的照明模块，其中，布置所述第二载体(11)的所述平面在远离所述光学接口(5)的方向中与所述第一载体(10)错开。
3.根据权利要求1或2所述的照明模块，其中，所述导热元件(8)的第二侧面限定用于将所述第一载体(10)和所述第二载体(11)热连接到散热片(7)的热接口。
4.根据权利要求1或2所述的照明模块，其中，所述光学接口(5)包括被设置为反射由所述至少一个发光器件(3)发射的光的反射结构(16)，所述反射结构(16)具有围绕所述第一载体(10)的区域的开口(15)，其中所述至少一个发光器件(3)被设置在所述区域中。
5.根据权利要求4所述的照明模块，其中，所述第二载体(11)被设置在所述反射结构(16)外部。
6.根据权利要求1或2所述的照明模块，其中，所述第一载体(10)和所述第二载体(11)中的至少一个是印刷电路板。
7.根据权利要求6所述的照明模块，其中，所述至少一个发光器件是发光二极管(LED)。
8.根据权利要求7所述的照明模块，其中，借助表面装配技术将所述发光二极管装配到所述印刷电路板上。
9.根据权利要求7或8所述的照明模块，其中，所述印刷电路板被配置为将所述至少一个发光器件(3)与所述导热元件(8)电气绝缘，同时将所述至少一个发光器件(3)热连接到所述导热元件(8)。
10.根据权利要求7或8所述的照明模块，其中，借助通孔技术将所述驱动电子元件至少部分地装配到所述印刷电路板上。
11.根据权利要求10所述的照明模块，其中在所述第二载体(11)与所述导热元件(8)之间设置电气绝缘但是热传导的层。
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