CN103563078B - 二极管照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种二极管照明装置（1A、1B、1C），包括：发光二极管装置（1、2），其包括与静电放电保护二极管装置（2）并联连接的至少两个暴露的串联连接发光二极管（1）；以及静电放电转移装置（4、50），其在物理上接近于相邻发光二极管（1）之间的互连（10）而延伸，该转移装置（4、50）实现成使静电放电（S2）从互连（10）转移至低电位区域（21、22、GND）。本发明还描述了包括此类二极管照明装置（1A、1B、1C）的汽车照明组件（3A、3B）。本发明还描述了一种制造二极管照明装置（1A、1B、1C）的方法，该方法包括步骤：将包括与静电放电保护二极管装置（2）并联连接的至少两个暴露的串联连接发光二极管（1）的发光二极管装置（1、2）串联连接；以及将静电放电转移装置（4、50、60）布置成在物理上接近于相邻发光二极管（1）之间的至少一个互连（10）而延伸，该转移装置（4、50）实现成将静电放电（S2）从互连（10）转移至低电位区域（21、22、GND）。

Description

二极管照明装置
技术领域
本发明描述了一种二极管照明装置、包括此类二极管照明装置的汽车照明组件以及制造二极管照明装置的方法。
背景技术
随着强大且明亮的二极管的制造变得更加经济，使用二极管的照明解决方案正在变得更流行。二极管照明装置可以包括单个发光二极管或串联连接的多个发光二极管。应当保护二极管免受静电放电的影响，因为由于静电放电而通过二极管（在任一方向上）的电流浪涌可能严重地损坏二极管。因此，现有技术保护电路包括静电放电（ESD）二极管，通常是背靠背地布置的一对齐纳二极管，与发光二极管并联地连接。根据其中操作二极管照明装置的周围环境，可能积聚大约数十千伏的高压。对于已包封的器件而言，发光二极管和ESD二极管被装入塑料圆顶或封装中，使得只能将静电放电放泄到已封装器件的端子中，并且电流能够通过ESD二极管而安全地放电。
在大功率LED装置中，其中光源的亮度或辉度是必不可少的，因为例如在汽车前灯应用中，通常不会用此类圆顶或塑料盖将LED包封。圆顶可能改善外耦合效率，但是通常将源放大并因此降低辉度。替代地，扁平LED并排地布置在基板上，并且可能被置于暴露状态，或者可能被涂敷用于调整发射光的颜色的材料。白光通常是通过将从LED发射的蓝光的一部分转换成黄光而产生的。蓝光与黄光的混合导致白色。一般地，用从一个二极管的正端子延伸至串联的下一个二极管的负端子的金属化区域来完成两个或更多‘已暴露’发光二极管的串联连接。在此类‘多结’或‘多管芯’布置中，发光二极管管芯可能易于受到ESD损坏，即使当使用ESD二极管时，因为浪涌可能在两个相邻管芯之间的互连处放电，使得高电流流过暴露管芯中的一个或多个。即使管芯被填料材料包围（其能够用来收集在施加于管芯的发射表面的磷光体涂层的边缘处逸出的任何光），此类填料也可能不会延伸至完全覆盖扁平金属化互连表面的边缘。即使小的暴露区域也可能充当静电放电能够放泄并损坏或毁坏一个或多个LED的点。静电电荷能够例如从一定的距离积聚在包围此类二极管照明装置的塑料或玻璃外盖的内部上，例如包围二极管照明装置、镇流器、任何辅助光学器件等的车辆前灯或尾灯的外盖。能够容易地达到10 kV或以上的静电电荷可能向互连中的一个之中进行放电，并且得到的高电流可能损坏或毁坏发光二极管中的一个或多个。因此，这些互连是此类照明装置的弱点。一个可能的解决方案是可以用诸如氧化铟锡的透明传导材料来涂敷此类塑料或玻璃外壳的整个内表面，使得静电放电不能积聚。然而，此类涂层是昂贵的，使得这种解决方案并不特别具有吸引力。替换解决方案可以是例如借助于连接在所述盖与照明装置的ESD二极管或镇流器的另一电流吸收器之间的扁平金属条来将（无涂层）塑料外壳的内表面连接到诸如地的较低电位，使得任何静电电荷将安全地远离照明装置转移。然而，特别是在汽车照明应用中，要确保不同的部件接地可能是复杂且昂贵的，因为每个部件（照明装置、镇流器、外盖）可能源自于不同的供应商。此类复杂的解决方案可能显著地增加照明装置的总成本。
因此，本发明的目的是提供一种保护二极管照明装置免受静电放电影响的简单且经济的方式。
发明内容
本发明的目的由依照本发明实施例的二极管照明装置、由依照本发明实施例的汽车照明组件以及由依照本发明实施例的制造二极管照明装置的方法实现。
根据本发明，所述二极管照明装置包括多管芯发光二极管装置，其包括与静电放电保护二极管装置并联连接的至少两个暴露的串联连接发光二极管，以及在物理上接近于相邻发光二极管之间的至少一个互连而延伸的补充静电放电（ESD）转移装置，该ESD转移装置实现成使静电放电从互连转移至较低电位的区域。
在这里，措辞“在物理上接近于”应理解成意指ESD转移装置被布置成如此接近于相邻发光二极管之间的互连，以使得其有效地位于指向二极管照明装置的静电放电的路径中。应将互连理解成意指两个相邻发光二极管之间的任何电连接，例如将一个发光二极管的正端子连接到串联连接链中的随后发光二极管的负端子的基板上的金属化区域。
根据本发明的二极管照明装置的优点是，发光二极管针对静电放电被有效地屏蔽，因为在互连附近放泄的任何静电放电被ESD转移装置‘捕获’并转移到较低电位的区域，例如到地或另一电流吸收器。由于此类ESD转移装置向静电电荷提供“最小阻力路径”（以避雷导体的方式），所以静电电荷将经由天线放泄到电流吸收器中。这样，高电流具有到较低电位的安全路径，并被有效地阻止通过—并损坏—任何发光二极管。
根据本发明，汽车照明组件包括根据本发明的二极管照明装置。
此类汽车照明组件的优点是，照明组件的各种其他部件的制造商—例如塑料或玻璃外盖或外壳的制造商或镇流器的制造商—不需要在包括补充接地电路方面花费任何附加的设计努力，使得具有可靠的ESD保护以屏蔽相对昂贵的二极管照明装置的根据本发明的照明组件的成本是非常经济的。
根据本发明，制造二极管照明装置的方法包括步骤：将包括与静电放电保护二极管装置并联连接的至少两个暴露的串联连接发光二极管的发光二极管装置串联连接；以及将静电放电转移装置布置成在物理上接近于相邻发光二极管之间的至少一个互连而延伸，该转移装置实现成使静电放电从互连转移至较低电位的区域。
从属权利要求及随后的描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。可以适当地将权利要求的特征组合以得出另一实施例。在一个权利要求种类的上下文中描述的特征能够同样地应用于另一权利要求种类。
通常，将使用暴露的发光二极管的照明装置用于大功率照明应用，其中期望高水平的光通量和/或辉度。对于此类应用而言，可以选择激光二极管，因为它们能够产生高光输出。因此，在不以任何方式限制本发明的情况下，在下文中可以可互换地使用术语‘发光二极管’、‘大功率发光二极管’和‘激光二极管’。术语‘管芯’还可以用来指示发光二极管或激光二极管，因为此类二极管的发光表面有效地是管芯本身的表面。
静电放电转移装置能够包括任何导电器件或元件，其有效地充当吸引物以在静电放电放泄到管芯之间的互连中之前将其‘收集’或‘捕获’。因此，在本发明的优选实施例中，静电放电转移装置包括天线或扩展电极，其基本上布置在串联连接管芯之间的互连旁边。
当然，此类ESD转移装置应尽可能不突出。因此，优选地，天线包括被施加于发光二极管装置的基板的金属条。可以以框架或轮廓线的方式接近于电路装置的发光二极管施加细金属条。可以用任何适当的技术来施加金属，例如使用模制互连器件（MID）技术、适当的印刷工艺、粘合接合等。
二极管照明装置能够被表面安装于照明组件的基板上。附加部件能够用于根据将对其使用二极管照明装置的应用而以适当的方式对光进行收集和成形。因此，在本发明的另一优选实施例中，二极管照明装置包括围绕发光二极管布置的包围部件，其中，ESD转移装置包括包围部件的金属化表面。在这里，应将术语“围绕...布置”理解成意指包围部件能够充当用于发光二极管的围绕物或框架而不减损光输出。例如，能够将二极管照明装置的发光二极管布置在凹口的底座中，并且该凹口例如能够具有一个或多个金属化内表面，以确保尽可能少的光被凹口的表面吸收。沿着管芯的互连延伸的金属化内表面能够被电连接到较低电位，例如到二极管照明装置的ESD二极管的节点。这样，在凹口的金属化内表面附近放泄的任何ESD将被安全地转移到ESD二极管。
对于要求某个光束形状或射束形状的照明应用而言，通常使用成形元件来对由发光二极管发射的光进行收集和成形。因此，在本发明的另一优选实施例中，包围部件包括准直仪。例如，对于正面射束应用而言，此类准直仪一般地用于确保适合于将与其中安装了照明组件的车辆相距一定距离的道路区域照亮的光的定义的亮/暗截止和分布。为此，此类准直仪能够具有高度反射内涂层，使得基本上没有发射光被浪费或丢失，并且此类反射涂层一般包括金属涂层，其因此也是导电的。因此，在本发明的另一优选实施例中，ESD转移装置包括准直仪的反射涂层。
根据本发明的照明组件优选地实现成布置在汽车照明单元的透光外壳内部。静电电荷能够逐渐地或快速地在外壳的内表面上积聚，这例如是由于外壳外部处的物理接触所引起的摩擦或者甚至由于在外壳外部上通过的风。由于在引言中给出的原因，二极管照明装置的地或ESD二极管与外盖之间的直接连接要切实可行的话太过昂贵了。根据本发明的二极管照明装置主动地允许静电电荷被朝着二极管照明装置吸引，在那里，其能够借助于ESD转移装置被安全地转移到地中。然而，由于到地的连接并不总是由此类二极管照明装置的镇流器提供的，所以优选地将ESD转移装置电连接到ESD二极管的节点。通过根据本发明的此类二极管照明装置，在发光二极管的方向上来自外壳的内表面的任何ESD放电将被安全地且有效地转移到电流吸收器。
为了确保从任何方向朝着照明装置放泄的任何ESD可靠地被ESD转移装置转移，优选地将其布置在与照明装置的互连或与互连的外边缘相距优选地至多3.0mm、更优选地至多1.0mm、最优选地至多0.3mm的距离处。例如，能够在照明装置的管芯旁边0.5mm的距离处应用天线，或者能够围绕照明装置布置准直仪，使得具有金属化表面的其侧面中的一个的底座或底边缘被布置在照明装置的管芯旁边0.2mm的距离处。此类小的间隔足以确保在照明装置的方向上放泄的任何ESD被可靠地转移至电流吸收器中，例如转移至ESD二极管装置的节点中。
优选地，ESD放电转移装置的尺寸被确定为适应达到2.0 kV、更优选地达到8 kV、最优选地达到15 kV的电压浪涌。这能够例如通过在二极管照明装置的互连旁边布置的天线的宽度和长度的适当选择或者通过准直仪的适当金属化来实现。
二极管照明装置可以包括发光二极管和ESD二极管装置的任何适当组合。例如，可以将二极管照明装置串联连接以获得具有更高光输出的照明设备。串联连接有效地呈现潜在地可能是用于静电放电的吸引物的另一脆弱互连。因此，在本发明的另一优选实施例中，二极管照明装置包括与第二发光二极管装置串联连接的第一发光二极管装置，并且其中，静电放电转移装置在物理上接近于第一发光二极管装置的相邻发光二极管之间的至少一个互连和第二发光二极管装置的相邻发光二极管之间的至少一个互连延伸。这样，能够通过单个ESD转移装置保护组合照明装置的发光二极管之间的所有互连免受ESD损坏的影响。
附图说明
图1示出了现有技术二极管照明装置的电路；
图2示出了根据本发明的第一实施例的二极管照明装置的电路；
图3示出了根据本发明的第一实施例的汽车照明组件；
图4示出了根据本发明的第二实施例的汽车照明组件的示意性表示；
图5示出了根据本发明的第二实施例的二极管照明装置的电路图；
图6示出了根据本发明的第二实施例的二极管照明装置的电路。
在图中，相同的附图标记自始至终指示相同的对象。图中的对象不一定按比例描绘。
具体实施方式
图1示出了现有技术二极管照明装置的电路。在这里，将四个未包封发光二极管1串联连接，使得互连10位于每对相邻发光二极管1之间。此串联布置跨节点21、22与ESD二极管2装置并联地连接，在这种情况下ESD二极管2装置为背靠背齐纳二极管装置2。能够跨两个输入端子31、32施加电压以驱动发光二极管。在输入端子31、32中的任何一个处或在节点21、22附近从静电电荷S1得到的电压浪涌通常通过ESD二极管2被可靠地转移，例如沿着方向FOK，使得发光二极管1不受影响。然而，如果静电电荷S2积聚在脆弱互连10的附近，产生的电压浪涌S2可能替代性地通过发光二极管1而放电，例如在任一或两个方向Fx、Fx'上，导致对发光二极管1中的一个或多个的损坏或二极管照明装置的故障。
图2示出了根据本发明的第一实施例的二极管照明装置1A的电路图。在这里，实现与在以上图1中所使用的相同的基本电路。然而，发光二极管1被ESD转移装置针对静电放电进行屏蔽，在这种情况下ESD转移装置为布置成位于发光二极管1及其互连10旁边的‘天线’4或附加电极4。当然，‘天线4’并不具有任何信令功能，并且由于其长、窄且开放末端的形式而仅被称为天线。可能积聚在发光二极管1附近的任何静电电荷S2都能够通过天线4安全地放电，其通过ESD二极管2使电流在方向FOK上转移。
图3部分地示出了使用图2的二极管照明装置的汽车照明组件3A的第一实施例。在这里，发光二极管1被安装到陶瓷印刷电路板7上，陶瓷印刷电路板7然后被附接于金属底座61或散热器61。金属化区域21、22、10在发光二极管1的正和负端子之间形成电连接21、22、10。在这里，二极管1包括被应用以部分地覆盖金属化区域21、22、10的基本上正方形的管芯1。用虚线来指示在管芯1下面的金属化区域。散热器61能够连接到另一部件，例如到前灯外壳（未示出）的热沉(heat sink)。框架62或围绕物62被安装在底座61上，并且可以以某种适当的方式形成为包括用于驱动发光二极管的电连接器，或者被形成为适应于电连接器310、320。在此图中非常示意性地指示了框架62（其能够由塑料制成）和电连接310、320。在本实施例中，使用适当的技术将天线4施加于框架62的表面上，例如作为模制互连器件（MID）。天线4用于使静电放电转移至ESD二极管2的节点21、22以便针对浪涌的损坏效应而屏蔽发光二极管1。在这里，天线4的一端被示为例如通过焊接而电连接到输入端子31。当然，天线的所述端同样可以连接到金属化区域21、22中的一个。然而，通常，向陶瓷PCB施加覆盖物以覆盖除发光二极管1之外的所有元件21、22、2、19，使得到输入端子的焊接连接通常执行起来更为简单。
图4示出了根据本发明的第二实施例的汽车照明组件3B的示意性表示。二极管照明装置被实现成安装于例如前面或后面照明单元的塑料透光外盖8内。在这里，准直仪5被布置在发光二极管1周围以便在操作期间对由发光二极管1发射的光进行成形（应注意的是，二极管照明装置、准直仪5和外盖8并未按比例描绘）。为了确保不浪费光，此类准直仪5一般地被非常接近于发光二极管1布置。在此实现中，准直仪5具有通过准直仪内部的金属化而制成的反射内表面50。金属化表面50被在某个点处、例如沿着其底座的点处电连接到ESD二极管（图中未示出）的节点，使得金属化表面50充当ESD转移装置。可能接近于准直仪5而积聚、例如在塑料盖8的内部上积聚的任何静电放电S2（在这里用负离子9的积聚来指示）将有效地远离发光二极管1之间的任何互连而转移并进入ESD二极管，从而保护这些免受此类浪涌S2的损坏效应的影响。
图5示出了根据本发明的第二实施例的二极管照明装置1B的电路图。在这里，已将两对发光二极管1串联连接。每个发光二极管对与其自己的ESD二极管装置2并联连接。有效地，存在可以充当用于电压浪涌的输入点的三个互连10。因此，在本实施例中，沿着发光二极管对布置天线4，使得其能够针对此类浪涌屏蔽所有这些互连10，通过ESD二极管装置2经由ESD二极管节点22使任何浪涌电流FOK转移，从而保护发光二极管1免受ESD损坏的影响。
图6示出了根据本发明的第三实施例的二极管照明装置1C的电路图。在本实施例中，在发光二极管1之间的互连10旁边布置天线4，并且天线4在地GND处而不是在ESD二极管2的节点处终止。例如，天线的金属主体能够布置成接触在以上图3中所示的金属散热器61，并且在这里以用于‘地’的电气符号而被示意性地指示。由于散热器及其所连接到的热沉的相对大的体积，这可能具有如此低的电位，以使得其能够充当地，即使其未被明确地连接到电学上的地。当然，根据照明单元的实现，还可以将散热器/热沉直接连接到地。利用此类实施例，能够将在互连的区域中放泄的任何静电放电可靠地转移到地。
虽然已经以优选实施例及其变体的形式公开了本发明，但应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可以对其进行许多附加修改和变更。例如，二极管照明装置可以包括暴露二极管和ESD二极管装置的任何组合。此外，能够将ESD二极管装置连接在距二极管的任何适当距离处，并且其不必一定如图中所指示的那样非常接近地连接。
为了清楚起见，应理解的是，遍及本申请的“一”或“一个”的使用并不排除复数，并且“包括”不排除其它步骤或元件。

Claims (17)

1.一种二极管照明装置（1A、1B、1C），包括
静电放电保护二极管装置；
第一发光二极管装置，包括至少两个暴露的串联连接的发光二极管（1）；以及
静电放电转移装置（4、50），在物理上接近于第一发光二极管装置的相邻发光二极管（1）之间的互连（10）而延伸，以使得其有效地位于指向二极管照明装置（1A、1B、1C）的静电放电的路径中，
其中第一发光二极管装置与静电放电保护二极管装置（2）并联连接；并且
其中静电放电转移装置包括耦合到静电放电保护二极管装置的开放末端电极以将静电从互连放电至低电位的区域。
2.根据权利要求1所述的二极管照明装置，其中，所述静电放电转移装置（4）包括布置在互连（10）旁边的天线（4）。
3.根据权利要求2所述的二极管照明装置，其中，所述天线（4）包括施加于第一发光二极管装置的框架（62）的金属条（4）。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的二极管照明装置，包括围绕第一发光二极管装置的发光二极管（1）布置的包围部件（5），其中，所述静电放电转移装置（50）包括包围部件（5）的金属化表面（50）。
5.根据权利要求4所述的二极管照明装置，其中，所述包围部件（5）包括准直仪（5）。
6.根据权利要求5所述的二极管照明装置，其中，所述静电放电转移装置（50）包括在准直仪（5）的表面上的反射涂层（50）。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，包括静电放电保护二极管装置（2）的节点（21、22）与静电放电转移装置（4、50）之间的电连接。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，包括至多3.0mm的互连（10）与静电放电转移装置（4、50）之间的间隔。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，包括至多1.0mm的互连（10）与静电放电转移装置（4、50）之间的间隔。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，包括至多0.3mm的互连（10）与静电放电转移装置（4、50）之间的间隔。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，其中，所述静电放电转移装置（4、50）尺寸被确定为适应达到2.0 kV的电压浪涌（S2）。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，其中，所述静电放电转移装置（4、50）尺寸被确定为适应达到8.0 kV的电压浪涌（S2）。
13.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，其中，所述静电放电转移装置（4、50）尺寸被确定为适应达到15.0 kV的电压浪涌（S2）。
14.根据权利要求1-3中的任一项所述的二极管照明装置，还包括与第一发光二极管装置串联连接的第二发光二极管装置，其中所述第二发光二极管装置包括至少两个暴露的串联连接的发光二极管，并且其中所述静电放电转移装置（4、50）在物理上接近于第一发光二极管装置的相邻发光二极管（1）之间的至少一个互连（10）和第二发光二极管装置的相邻发光二极管（1）之间的至少一个互连（10）而延伸。
15.一种汽车照明组件（3A、3B），包括根据权利要求1至14中的任一项所述的二极管照明装置（1A、1B、1C）。
16.根据权利要求15所述的汽车照明组件，其中，所述汽车照明组件（3A、3B）实现成布置在汽车照明单元的透光外盖（8）内部。
17.一种制造二极管照明装置（1A、1B、1C）的方法，该方法包括步骤
将包括至少两个暴露的串联连接的发光二极管（1）的发光二极管装置串联连接；
提供与发光二极管装置并联的静电放电保护二极管装置（2）；以及
将静电放电转移装置（4、50、60）布置成在物理上接近于发光二极管装置的相邻发光二极管（1）之间的至少一个互连（10）而延伸，以使得其有效地位于指向二极管照明装置（1A、1B、1C）的静电放电的路径中，
其中静电放电保护二极管装置（2）被与发光二极管装置并联地提供；并且
其中静电放电转移装置包括耦合到静电放电保护二极管装置的开放末端电极以将静电从互连放电至低电位的区域。
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