CN104246362A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置，具有：至少一个半导体光源装置(1)，所述半导体光源装置固定在承载件(2)上，其中至少一个半导体光源装置(1)在至少三个位置上借助于压配合固定在承载件(2)上。所述压配合构成为以半导体光源装置(1)的固持部件(10)中的孔(170，180，190)和在孔(170，180，190)中设置的、并且在承载件(2)中或在承载件(2)上固定的棒状的固定元件(21，22，23)的形式的夹子状的固持装置。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的照明装置。
背景技术
这种照明装置例如在WO 2008/065030 A1中公开。所述公开文献描述一种照明装置，所述照明装置具有半导体光源装置，所述半导体光源装置借助于粘接剂固定在构成为热沉的承载件上。
发明内容
本发明的目的是，提供上述类型的照明装置，其中改进地固定半导体光源装置。
所述目的通过具有权利要求1的特征的照明装置来实现。在从属权利要求中描述本发明的尤其有利的设计方案。
根据本发明的照明装置具有至少一个半导体光源装置，所述半导体光源装置在多个位置上借助于压配合固定在承载件上。
术语压配合在此表示至少一个半导体光源装置和承载件的两个相互协调的固定元件之间的关系，其中第一固定元件是孔并且第二固定元件是设置在孔中的棒状的固定元件，例如连接片、销、铆钉、螺钉等，并且其中至少在空间方向上，孔的尺寸小于棒状的固定元件的相应的尺寸，使得棒状的固定元件借助夹紧配合或压配合设置在孔中。在专业领域中，压配合也称作为过盈配合。例如，压配合的第一固定元件、即孔设置在至少一个半导体光源装置的固持部件中并且棒状的第二固定元件设置在承载件上。但是，也能够将其颠倒。这就是说，压配合的第一固定元件、即孔能够设置在承载件中并且棒状的第二固定元件能够设置在至少一个半导体光源装置的固持部件上。作为其他的替选方案，能够不仅在承载件中、而且也在至少一个半导体光源装置中设置有孔，其中承载件中的和至少一个半导体光源装置中的孔彼此相符，使得棒状的固定元件能够引入到承载件的孔中和引入到至少一个半导体光源装置的孔中并且借助夹紧配合或压配合设置在承载件的孔和半导体光源装置中的与之相符的孔中，以便使承载件和半导体光源装置借助于棒状的固定元件彼此固定。
通过将至少一个半导体光源装置借助于压配合在多个位置处固定在承载件上，至少一个半导体光源装置在承载件上的准确的定位和定向是可能的。尤其地，通过压配合的机械应力，至少一个半导体光源装置和承载件的尺寸中的公差能够得到补偿，并且确保将至少一个半导体光源装置无间隙地固定在承载件上。此外，压配合允许至少一个半导体光源装置和其承载件之间的良好的热耦合。
有利地，至少一个半导体光源装置在至少三个位置处分别通过压配合固定在承载件上。由此，确保将至少一个半导体光源装置以期望的位置和定向无间隙地固定在承载件上。
有利地，在承载件上的三个上述位置中的至少两个位置上，压配合构成为夹子状的固持装置。由此补偿至少一个半导体光源装置和承载件的不同的热膨胀系数对半导体光源装置的相对位置和定向的影响，并且在运行状态中、即在半导体光源装置强烈加热的状态中也确保无间隙地设置半导体光源装置和承载件。在半导体光源装置和承载件的热膨胀不同的情况下出现的作用于半导体光源装置的机械应力由夹子状的固持装置吸收。此外，夹子状的固持装置也补偿通过压配合的设置在半导体光源装置上的固定元件关于压配合的设置在承载件上的固定元件的不准确的定向造成的机械应力。
优选地，压配合由至少一个半导体光源装置的固持部件中的孔和设置在孔中的、棒状的并且固定在承载件上或固定在承载件中的固定元件形成。由此，棒状的固定元件能够附加地用于将光学元件固定在承载件上，所述光学元件设置在至少一个半导体光源装置的下游。优选选自连接片、销、铆钉和螺钉等的固定元件用作为棒状的固定元件。棒状的固定元件为了良好的导热优选由金属构成并且优选分别设置在承载件的钻孔中。由此，至少一个半导体光源装置在承载件上的准确的定位和定向是可能的，因为钻孔能够以高精度实施。承载件中的钻孔因此能够用作为用于至少一个半导体光源装置以及必要时附加的光学元件在承载件上的定向和安装的基准。
至少一个半导体光源装置的上述固持部件优选由塑料构成。由此，至少一个半导体光源装置的半导体光源能够以简单的方式借助于注塑法设有壳体或固持框架以用于进一步安装在热沉上。
有利地，夹子状的固持装置分别由固持部件和固持部件中的延伸至固持部件的外棱边的孔以及由设置在所述孔中的棒状的固定元件形成，所述固定元件固定在载体中或固定在载体上。由此，以简单的方式实现夹持效果。这就是说，设置在孔中的棒状的固定元件在孔中如由夹子那样固持。尤其地，至少一个半导体光源装置的固持部件夹紧到棒状的固定元件上，所述固定元件例如压入到承载件中或构成为承载件的组成部分。
根据本发明的照明装置优选具有至少一个光学元件，所述光学元件设置在至少一个半导体光源装置的下游，使得由至少一个半导体光源装置发射的光射到至少一个光学元件上。所述光学元件优选在与至少一个半导体光源装置相同的位置上借助于压配合固定在承载件上。由此，提高系统效率，因为将至少一个半导体光源装置和至少一个光学元件的共同的压配合用于固定在承载件上，从而不会造成至少一个光学元件在其固定在承载件上时的位置和定向的附加的公差。
有利地，至少一个光学元件具有基本部段，所述基本部段设有用于压配合的孔，其中至少一个光学元件的基本部段中的孔中的至少一些孔与至少一个半导体光源装置的固持部件中的孔相符。通过孔设置在至少一个光学元件的基本部段中确保，孔不影响至少一个光学元件的光学特性。因为至少一个光学元件的基本部段中的孔中的至少一些孔与至少一个半导体光源装置的固持部件中的孔相符，所以至少一个光学元件和至少一个半导体光源装置在这些孔的位置处通过共同的压配合固定在承载件上。
至少一个光学元件的基本部段优选具有至少两个夹子状的固持元件，所述固持元件分别由基本部段和延伸至基本部段的外棱边的孔形成。由此，补偿至少一个光学元件、至少一个半导体光源装置和承载件的不同的热膨胀系数对光学元件、半导体光源装置和承载件的相对位置和定向的影响，并且在半导体光源装置的运行状态中也确保无间隙地设置光学元件、半导体光源装置和承载件。在光学元件、半导体光源装置和承载件的热膨胀系数不同的情况下产生的作用于光学元件的机械应力由夹子状的固持元件吸收。此外，夹子状的固持元件也补偿通过压配合的设置在光学元件上的固定元件关于压配合的设置在承载件上的固定元件的不准确的定向造成的机械应力。
优选地，设有固定在承载件上或在承载件中的棒状的固定元件，所述固定元件设置在至少一个半导体光源装置的固持部件的孔中和至少一个光学元件的基本部段的孔中。由此，能够以简单的方式实现半导体光源装置和光学元件在承载件上的共同的压配合。此外，通过共同的压配合能够将至少一个半导体光源装置和至少一个光学元件在一个生产步骤中安装在承载件上。
根据本发明的一个优选的实施例，至少一个光学元件的基本部段中的孔和至少一个半导体光源装置的固持部件中的钻孔以同样的方式构成。
压配合的孔出于生产方面的原因有利地构成为钻孔，所述钻孔的直径小于棒状的固定元件的设置在相应的孔中的部段的直径，其中孔在其边缘上分别具有至少一个缝隙。通过钻孔的边缘上的缝隙，吸收通过设置在钻孔中的棒状的固定元件的过盈而造成的力。
有利地，在至少两个钻孔中，缝隙从相应的钻孔的边缘延伸至半导体光学装置的固持部件的外棱边或延伸至光学元件的基本部段的外棱边。由此，所述钻孔如夹子那样作用，所述夹子在周围夹紧棒状的固定元件并且所述夹子能够实现，吸收机械力，所述机械力例如通过半导体光源装置的固持部件、光学元件的基本部段和承载件的不同的热膨胀或通过钻孔的不准确的安置造成。
总体上，为根据本发明的照明装置得出在下面详述的其他优点。
通过在多个、优选在至少三个位置上存在的压配合，至少一个半导体光源装置在承载件上的校准的公差是非常小的。此外，通过至少一个半导体光源装置和至少一个光学元件在承载件上的共同的压配合，不造成至少一个光学元件的附加的公差，所述附加的公差会降低承载件、半导体光源装置和光学元件的整个系统的校准的精度。通过压配合，承载件、至少一个半导体光源装置和至少一个光学元件始终受到机械应力，由此确保至少一个半导体光源装置和至少一个光学元件在承载件上的无间隙的安置。此外，由此补偿根据本发明的照明装置的上述部件的不同的热膨胀的影响。尤其地，通过承载件、半导体光源装置和光学元件的不同的热膨胀产生的力由压配合吸收。此外，压配合确保至少一个光学元件、至少一个半导体光源装置和承载件之间的非常好的热耦合，使得在至少一个半导体光源装置上和在至少一个光学元件上在运行期间产生的热量能够经由承载件直接导出至冷却体。有利地，承载件本身构成为热沉或冷却体进而优选由金属构成。
附图说明
下面根据两个优选的实施例详细阐述本发明。其示出：
图1示出根据本发明的第一实施例的照明装置的立体图；
图2示出根据本发明的第二实施例的照明装置的立体图；
图3示出贯穿在图2中描绘的照明装置在没有承载件的情况下的横截面；
图4示出根据本发明的第一和第二实施例的照明装置的半导体光源装置的立体图；
图5示出根据本发明的第二实施例的照明装置的光学元件的立体图；
图6示出贯穿在图3中描绘的压配合在包括承载件的情况下的横截面。
具体实施方式
在图1中示意地示出根据本发明的第一实施例的照明装置。所述照明装置具有半导体光源装置1和承载件2，半导体光源装置1借助于压配合固定在所述承载件上。半导体光源装置1具有：五个发光二极管芯片11，所述发光二极管芯片成排设置在基底12上；和由塑料制成的固持部件10，具有发光二极管芯片11的基底12借助于注塑技术嵌入到所述固持部件中。具有发光二极管芯片11的基底12设置在固持部件10的窗部中，使得发光二极管芯片11的光发射几乎不受固持部件10妨碍。此外，在固持部件10中安置有用于运行发光二极管芯片11的运行设备13的部件。半导体光源装置1还具有金属的接触弹簧14，所述接触弹簧用于五个发光二极管芯片11的接触部和运行设备13的接触部之间的电连接。此外，半导体光源装置1具有电端子15，所述电端子与电连接线缆16连接以用于供电和操控发光二极管芯片11以及其运行设备13。在半导体光源装置1的固持部件10的三个侧部上设置有各一个连接板17、18、19。所述连接板17、18、19分别设有钻孔170、180、190，所述钻孔分别用于建立与承载件2的压配合。在每个钻孔170、180、190中为了建立与承载件2的压配合而设置有铆钉21、22、23，其中铆钉21、22、23的设置在相应的钻孔170、180或190中的部段的直径略微大于相应的钻孔170、180或190的直径。
在图4中示出钻孔170、180、190在半导体光源装置1的塑料壳体10中布置和形状。钻孔170、180、190形成虚拟三角形的角。两个彼此相对置的钻孔170、180分别设有缝隙171、181，所述缝隙分别从相应的钻孔170或180的边缘延伸至所属的连接板17或18的外棱边。这就是说，通过缝隙171、181，钻孔170、180延伸直至连接板17、18的外棱边。由此，所述连接板17、18得到夹子的效果，所述夹子在周围夹紧相应的、构造有关于相应的钻孔170或180的过盈的铆钉21或22。设置在连接板19中的第三钻孔190具有两个缝隙191、192，这两个缝隙关于直径彼此相对置并且分别设置在钻孔190的边缘上，但是没有延伸至第三连接板19的外棱边。两个关于直径相对置的缝隙191、192和钻孔190给予第三连接板19夹紧件的效果。第三连接板19根据夹紧件的类型固定构造有关于钻孔190的过盈的第三铆钉23。在第三连接板19中的设有缝隙191、192的钻孔190能够实现半导体光源装置1在承载件2上的准确的定位，其中由第三铆钉23的过盈造成的机械力由两个缝隙191、192补偿。具有所属的钻孔170、180和相应的缝隙171、181的其他的两个夹子状的连接板17、18能够实现补偿通过半导体光源装置1和承载件2的不同的热膨胀或通过铆钉21、22、23关于钻孔170、180、190不准确定位造成的机械力。即使在铆钉21、22、23关于钻孔170、180、190非常准确定位并且在冷状态下(在22℃的室温下)，通过借助于上述钻孔和铆钉的压配合来确保半导体光源装置1在承载件2上的无间隙的固定。
承载件2构成为冷却体并且由高导热性的材料构成，例如由铝或铜构成。铆钉21、22、23借助压配合分别设置在承载件2的钻孔200中。用于铆钉21、22、23的三个钻孔200以虚拟三角形设置在承载件2的平坦的表面上并且形成用于半导体光源装置1的空间位置和定向的基准。
在图2和3中绘出根据本发明的第二实施例的照明装置。根据本发明的第二实施例的照明装置在很大程度上与根据本发明的上述第一实施例的照明装置相同。其与根据本发明的上述第一实施例的照明装置的不同之处仅在于，根据本发明的第二实施例的照明装置除了半导体光源装置1和承载件2之外还具有光学元件3，所述光学元件设置在半导体光源装置1的下游。尤其地，半导体光源装置1和承载件2在本发明的两个实施例中构成为是相同的。因此，对根据本发明的第二实施例的半导体光源装置1和承载件2的描述参照对根据本发明的第一实施例的半导体光源装置1和承载件2的相应的描述。光学元件3由透明的塑料材料构成并且具有截锥形的部段31以及扁平的基本部段30。承载件2、半导体光源装置1和光学元件3根据夹层结构的类型相叠设置，其中半导体光源装置1设置在承载件2和光学元件3之间，使得由发光二极管芯片11发射的光耦合输入到光学元件3的截锥形的部段31中。光学元件3的基本部段30设有三个钻孔32、33、34，所述钻孔与半导体光源装置1的塑料壳体10中的钻孔170、180、190相符。光学元件3的基本部段30中的钻孔32、33、34与半导体光源装置1的塑料壳体10中的钻孔170、180、190具有相同的形状和定向。尤其地，光学元件3的基本部段30的钻孔32、33、34构造成具有与半导体光源装置1的塑料壳体10中的钻孔170、180、190相同构成的缝隙321、331、341和342。由此，在根据本发明的第二实施例的照明装置中，铆钉21’、22’、23’借助压配合分别设置在半导体光源装置1的固持部件10的钻孔170、180或190和光学元件3的基本部段30中的钻孔32、33或34中。铆钉21’、22’、23’的插到半导体光源装置1的钻孔170、180或190和光学元件3的钻孔32、33或34中的部段的直径稍微大于这些钻孔170、180、190、32、33或34的直径。以这种方式，实现半导体光源装置1和光学元件3在承载件2上的共同的压配合。铆钉21’、22’、23’分别借助压配合设置在承载件2的钻孔200中。用于铆钉21’、22’、23’的三个钻孔200以虚拟三角形设置在承载件2的平坦的表面上并且形成用于半导体光源装置1和光学元件3的空间位置和定向的基准。
光学元件3的细节、尤其是钻孔32、33、34的形状和布置在图5中示意示出。
钻孔32、33、34形成虚拟三角形的角。两个彼此相对置的钻孔32、33分别设有缝隙321、331，所述缝隙分别从相应的钻孔32或33的边缘延伸至光学元件3的基本部段30的外棱边。这就是说，通过缝隙321、331，钻孔32、33延伸直至光学元件3的基本部段30的外棱边。由此，基本部段30的设有钻孔和缝隙的该区域得到夹子的效果，所述夹子在周围夹紧相应的、构造有关于相应的钻孔31或32的过盈的铆钉21’或22’。设置在光学元件3的基本部段30中的第三钻孔34具有两个缝隙341、342，这两个缝隙关于直径彼此相对置并且分别设置在钻孔34的边缘上，但是没有延伸至基本部段30的外棱边。两个关于直径相对置的缝隙341、342和钻孔34给予光学元件3的基本部段30的所述设有第三钻孔和两个缝隙的区域夹紧件的效果以用于固定构造有关于钻孔34的过盈的第三铆钉23’。在光学元件3的基本部段30中的设有缝隙341、342的钻孔34能够实现光学元件3在承载件2上的准确的定位，其中由第三铆钉23’的过盈造成的对光学元件3的机械力由两个缝隙341、342补偿。另外两个钻孔32、33和相应的缝隙321、331能够实现补偿通过光学元件3、半导体光源装置1和承载件2的不同的热膨胀或通过铆钉21’、22’、23’关于钻孔32、33、34不准确定位造成的机械力。即使在铆钉21’、22’、23’关于钻孔32、33、34非常准确定位并且在冷状态下(在22℃的室温下)，也通过借助于上述钻孔和铆钉的压配合来确保光学元件3在承载件2上的无间隙的固定。
在光学元件3的基本部段30中的钻孔32、33、34和缝隙321、331、341、342准确地安置在钻孔170、180、190和缝隙171、181、191、192上方并且铆钉21’、22’、23’分别借助压配合插在光学元件3的基本部段30中的钻孔32、33或34还有半导体光源装置1的塑料壳体10中的钻孔170、180或190中。由此，在三个不同的位置上实现光学元件3和半导体光源装置1在承载件2上的共同的压配合。铆钉21、22、23或21’、22’、23’在两个实施例中由金属、例如由铜或铝构成。铆钉21、22、23或21’、22’、23’关于半导体光源装置1或光学元件3中的钻孔170、180、190或32、33、34的过盈位于0.02mm至0.06mm的范围中。这就是说，铆钉的插在上述钻孔中的部段的直径比上述钻孔的直径大0.02mm至0.06mm。铆钉21、22、23或21’、22’、23’在一个端部上渐缩，以便能够将所述铆钉更好地引入到钻孔中。在图6中根据铆钉23’示意地示出这种状况。
本发明不局限于本发明的在上文中详细阐述的实施例。例如，半导体光源装置1不仅包括发光二极管芯片11，而且也包括任意的其他半导体光源，例如任意类型的发光二极管和激光二极管，所述发光二极管和激光二极管必要时借助于发光材料在其运行期间发射白光或彩色光，以及半导体光源装置也包括有机发光二极管(OLED)。在承载件2上还能够安装多个半导体光源装置。此外，光学元件3包括任意其他的实施方式，例如光学透镜、具有全反射的光学元件(TIR光学元件)、光导体和反射器。光学元件3因此能够由透明材料、例如玻璃、蓝宝石和塑料构成或者在反射器的情况下构成为是金属的或二向色的。此外，光学元件能够在光入射面或光出射面上或在光反射面上具有发光材料，所述发光材料引起光的波长转换。光学元件3能够设置在一个或多个半导体光源装置1的下游。此外，承载件2不必一定由铜或铝构成，而是能够由其他良好导热的金属或由具有良好导热性的陶瓷构成，例如由氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷构成。

Claims (15)

1.一种照明装置，所述照明装置具有至少一个半导体光源装置(1)，所述半导体光源装置固定在承载件(2)上，其特征在于，至少一个所述半导体光源装置(1)在多个位置借助于压配合固定在所述承载件(2)上。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中至少一个所述半导体光源装置(1)在至少三个位置上借助于压配合固定在所述承载件(2)上。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其中在所述承载件(2)上的三个位置中的至少两个位置上，所述压配合构成为夹子状的固持装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明装置，其中所述压配合由在所述半导体光源装置(1)的固持部件(10)中的孔(170，180，190)和设置在所述孔(170，180，190)中的、棒状的并且固定在所述承载件(2)中或固定在所述承载件(2)上的固定元件(21，22，23)形成。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其中所述固持部件(10)由塑料制成。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的照明装置，其中夹子状的所述固持装置分别由所述固持部件(10)和所述固持部件(10)中的延伸至所述固持部件(10)的外棱边的孔(170，180)和设置在所述孔中的固定在所述承载件(2)中或固定在所述承载件(2)上的棒状的固定元件(21，22)形成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明装置，其中所述照明装置具有至少一个光学元件(3)，所述光学元件设置在至少一个所述半导体光源装置(1)的下游，并且其中至少一个所述光学元件(3)和至少一个所述半导体光源装置(1)借助于共同的压配合固定在所述承载件(2)上。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其中至少一个所述光学元件(3)具有基本部段(30)，所述基本部段设有用于所述压配合的孔(32，33，34)，其中至少一个所述光学元件(3)的所述基本部段(30)中的孔(32，33，34)中的至少一些孔与至少一个所述半导体光源装置(1)的所述固持部件(10)中的孔(170，180，190)相符。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其中至少一个所述光学元件(3)的所述基本部段(30)具有至少两个夹子状的固持元件(32，33)，所述固持元件分别由所述基本部段(30)和延伸至所述光学元件(3)的所述基本部段(30)的外棱边的孔(32，33)形成。
10.根据权利要求8或9所述的照明装置，其中为了形成所述压配合，固定在所述承载件(2)中或固定在所述承载件(2)上的棒状的固定元件(21’，22’，23’)不仅设置在至少一个所述半导体光源装置(1)的所述固持部件(10)中的孔(170，180，190)中、而且也设置在至少一个所述光学元件(3)的所述基本部段(30)中的孔(32，33，34)中。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的照明装置，其中至少一个所述光学元件(3)的所述基本部段(30)中的孔(32，33，34)和至少一个所述半导体光源装置(1)的所述固持部件(10)中的孔(170，180，190)以同样的方式构成。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的照明装置，其中所述孔(32，33，34，170，180，190)构成为钻孔，所述钻孔在其边缘上具有至少一个缝隙(321，331，341，342，171，181，191，192)。
13.根据权利要求12所述的照明装置，其中在至少两个钻孔(32，33，170，180)中，所述缝隙(321，331，171，181)从相应的钻孔(32，33，170，180)的边缘延伸至至少一个所述半导体光源装置(1)的所述固持部件(10)的外棱边或者延伸至至少一个所述光学元件(3)的所述基本部段(30)的外棱边。
14.根据权利要求4或10所述的照明装置，其中棒状的所述固定元件(21，22，23；21’，22’，23’)是选自销、铆钉和螺钉的元件。
15.根据权利要求14所述的照明装置，其中棒状的所述固定元件(21，22，23；21’，22’，23’)分别设置在所述承载件(2)的钻孔(200)中。
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