CN105143763B - 发光二极管模块 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种发光二极管模块，包括光源装置(11)和用于所述光源装置(11)的罩(10)，所述罩(10)设置成连接至光学装置(21)；其中所述罩(10)包括导热部件(24、34)，所述导热部件(24、34)具有比所述罩(10)的其余部分的导热率高至少一个数量级的导热率并且布置成将所述光源装置(11)与所述光学装置(21)热连接。本申请还涉及用于发光二极管模块(1)中的光源装置(11)的相应的罩。

Description

发光二极管模块
技术领域
本发明涉及照明装置，具体地，涉及改进的发光二极管模块。
背景技术
诸如呈点阵模块的形式的发光二极管(LED)模块之类的发光二极管模块是当前可用的众多照明装置类型中的一种。LED模块一般包括光源装置，例如一个或多个LED封装件、板上芯片(COB)模块或具有离散的LED封装件的印刷电路板(PCB)、以及用于光源装置的罩。设置该罩是为了例如保护光源装置，提供机械参照表面和/或与反射器的连接。
光源装置还可以包括在一些情况下远程地布置的磷光体元件，该磷光体元件用于改变由LED提供的光。例如，白光可以通过提供穿过磷光体元件的蓝光的LED实现，其中一些光被转化为黄光。因此，包括蓝色成分和黄色成分的输出光提供了总体白色印象。磷光体元件一般设置在光源装置的LED部件上方。在一些构型中，替代性地，磷光体元件可以设置为与光源装置的LED部件隔开一定距离布置的磷光体盘。
罩一般由塑料材料制成，该塑料材料具有相对低的导热率并且不适于用作热导体，并且罩适于布置在光源装置上，但是仍允许由光源提供的光通过。罩可以例如包括布置在光源装置的光源上的中心孔。
诸如反射器、准直器或透镜之类的光学装置一般连接至LED模块，例如用于设置所提供的光在特定方向上的聚焦。反射器的反射器基部可以例如布置在罩的凹入区域中。
光源装置从LED部件和磷光体元件(如果包括有磷光体元件的话)两者中产生热。为了不使LED模块过热，理想的是尽可能多地消除产生的热。对于光源装置的LED部件，过热可能导致LED的功效较低和寿命缩短。对于磷光体元件，过热可能导致淬灭(quenching)效应，从而导致光转化效率较差。为了将热量带走，将LED模块连接至安装在LED模块的背面的热沉。该热沉与光源装置的部件相邻地布置，使得由光源装置产生的热量经由热沉通过光源装置的背面消散至环境中。
为了增大散热区域，反射器形式的光学装置可以布置成直接连接至远程的磷光体元件。因此，由磷光体元件产生的热量可以经由反射器的外表面消散到环境中。可选地，热沉可以制造得较大，以提高其散热效率。然而，这些解决方案需要对LED模块、热沉和/或光学装置的设计进行改动。另外，当将热沉制造得较大时，LED模块与热沉的组合的总尺寸增大，这阻碍了保持结构较小的一般目标。
因此，需要具有改进的散热而没有上述缺点的LED模块。
发明内容
鉴于散热功能、特别是消散光源装置产生的热，本发明的目的是克服该问题并且提供改进的LED模块。本发明的另一个目的是提供对该问题的解决方案，同时保持设计较小的并且可以满足特定的标准、例如Zhaga标准的LED模块的可能性。
根据本发明的第一方面，该目的和其他目的通过包括光源装置和用于光源装置的罩的LED模块实现，该罩设置成连接至光学装置，其中该罩包括导热部件，该导热部件具有比罩的其余部分的导热率高至少一个数量级的导热率并且布置成将光源装置与光学装置热连接。光源装置包括远程的磷光体元件，并且所述导热部件布置成将所述远程的磷光体元件与所述光学装置热连接。
因此，附接至LED模块的光学装置用作散热构件。光学装置可以例如是反射器、准直器或透镜。
根据现有技术的罩通常由具有相对较低的导热率的材料制成，该材料因此不适合用于导热和高效的散热。通过向罩设置导热部件，LED模块不需要任何显著的改动以受益于通过罩的导热部件实现的散热的提高。导热部件将光源装置的一个或多个部件与光学装置热连接，从而鉴于设置了用于散热的热沉的已知方案，提供了附加的导热路径。
罩的导热部件的导热率比罩的其余部分的导热率高至少一个数量级，例如是其余部分的导热率的10倍。换言之，罩的导热部件适合用于导热和高效的散热，而罩的具有相对较低的导热率的其余部分不适合用于导热和高效的散热。在一些实施方式中，罩的导热部件的导热率比罩的其余部分的导热率高至少两个数量级，例如是其余部分的导热率的100倍。
由于在罩中结合导热部件作为其一部分或单独的部件以实现发热光学装置的导热，所以LED模块提高了其散热效率而不需要较大的热沉。因此，可以在不需要增加LED模块连同热沉的尺寸的情况下提高散热效率。
另外，导热部件可以在不需要改变罩的尺寸的情况下集成在罩中。因此，罩和LED模块仍然可以满足LED模块设计时所遵循的任何标准。这种标准的一个示例为Zhaga标准，该Zhaga标准包括罩的最大高度和宽度的限定。
光源装置可以例如包括LED芯片或布置在印刷电路板(PCB)上的一个或多个LED封装件。光源装置还包括磷光体元件，该磷光体元件可以远程地布置。导热部件布置成将LED芯片或一个或多个LED元件和/或磷光体元件与光学装置热连接。
光源装置包括远程的磷光体元件，并且该磷光体元件可以布置在导热部件与罩之间，使得磷光体元件被固定。导热部件因此可以用作磷光体元件的安装器件。磷光体元件可以在后期构造中添加至LED模块。在这种构造中，形成罩的可分开的部件的导热部件然后也被添加至LED模块。
LED模块可以包括用来将罩紧固至热沉的导热的紧固器件。导热部件可以布置成通过紧固器件将光源装置与热沉热连接。因此，除了通向光学装置的附加的导热路径之外，导热部件还提供了光源装置与热沉之间的增强的导热路径。紧固器件可以例如包括螺钉或卡口联接器件，并且优选地由金属、导热塑料、导热陶瓷等制成，用于提供良好的导热率。
导热部件可以布置成围绕导热的紧固器件。导热部件可以由具有与导热的紧固器件的材料的导热性能相当的导热性能的材料例如金属制成。在这种实施方式中，可以消除蠕变，其中蠕变是在将紧固器件安装在塑料材料中时的常见问题。
根据本发明的第二方面，通过用于发光二极管模块中的光源装置的罩实现了前面提到的目的和其他目的，其中该罩设置成连接至光学装置，其中该罩包括导热部件，该导热部件设置成将光源装置与光学装置热连接。
当应用时，前面提到的特征同样应用于该第二方面。为了避免过度的反复描述，请参照前述内容。
注意，本发明涉及在权利要求中述及的特征的所有可能的组合。
附图说明
现在将参照示出了本发明的实施方式的附图对本发明的该方面和其他方面进行更详细的描述。
图1示出了发光二极管模块的总体结构。
图2和图3是根据本发明的不同实施方式的发光二极管模块的截面图。
图4是根据本发明的实施方式的发光二极管模块的分解图。
如图所示，为了说明性的目的，层和区域的尺寸被放大并因此设置成示出了本发明的实施方式的总体结构。在所有附图中，相同的附图标记指代相同的元件。
具体实施方式
将在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选的实施方式。然而，本发明可以以多种不同的形式实施，并且不应被理解为局限于本文阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本发明透彻而完整，并且向本领域技术人员全面地阐释本发明的范围。
在图1中示出了呈点阵模块的形式的发光二极管(LED)模块1的基本设计。LED模块1包括罩10和光源装置11。光源装置11在本实施方式中包括多个LED封装件12。LED封装件12可以布置在印刷电路板(PCB)上。
这种类型的常规的罩一般由导热率相对较低并且因此不适于高效导热的材料例如塑料制成。然而，如将显而易见的，根据本发明的罩10可以包括由其他材料、特别是导热材料制成的一个或多个部件；与常规的罩材料相比，这些材料具有相对较高的导热率。导热材料的导热率比常规罩的材料的导热率高至少一个数量级(例如为常规罩的材料的导热率的10倍)；在其他实施方式中，导热材料的导热率比常规罩的材料的导热率高至少两个数量级(例如为常规罩的材料的导热率的100倍)
罩10布置在光源装置11上。罩10包括中心孔；当罩10布置在光源装置11上时，光源装置11位于该中心孔中。罩10因此保护光源装置11免受周围影响，反之亦然，同时仍通过中心孔而允许光源装置产生的光通过。罩10还用作光源装置11和任何其他部件的壳体。例如，LED模块1在图1中设置有连接器件15，连接器件15用于将电子控制装置连接至光源装置11。
罩10设置有边缘部分16，使得形成了中心凹部。边缘部分16适于连接至光学装置，光学装置在本示例中为反射器。在这种情况下，边缘部分16布置成接收反射器的反射器基部。在图1中，边缘部分16具有用于接收半球形设计的反射器基部的倾斜的内表面。
因此，罩10布置成连接至反射器基部。用于实现连接特征的罩10的设计可以在不同的构造之间变化。例如呈反射器形式的光学装置可以例如连接至罩10的周侧而非如上面公开的示例中那样连接至上部。在这种情况下，光学装置布置成围绕罩10。
一般地，罩10布置成连接具有标准化设计的特定类型的光学装置。
罩10设置由安装孔14。通过安装孔14，罩10可以安装至热沉，现在将参照图2对热沉进行描述。
图2是根据本发明的LED模块1的一个实施方式的截面图。热沉22设置在罩10和光源装置的背面上并且面对该背面，其中光源装置在本实施方式中设置为LED芯片20的形式。在其他实施方式中，光源装置可以设置为其他形式，例如具有一个或多个离散的LED的印刷电路板(PCB)。
在其他实施方式中，LED芯片20或类似的光源装置元件可以具有不同的延伸范围，甚至可以延伸到罩10和LED模块1的外面。
设置热沉22是为了散发由LED芯片20产生的热量。罩10通过呈螺钉23的形式的一个或多个紧固器件安装在热沉22上。螺钉23由导热材料例如金属、导热塑料或导热陶瓷制成。
由于对应于图1的安装孔14的安装孔的非相对的定位，螺钉23在图2中仅在图2的右侧可见。然而，LED模块1可以包括另外的螺钉。安装孔的数量可以在不同的实施方式之间变化。
在替代性实施方式中，一个或多个紧固器件可以部分地或全部地被罩10与热沉22之间的一次性固定代替。在这种实施方式中，罩10和热沉22可以例如通过压配或胶合被一次性固定。
在替代性实施方式中，可以在光源装置与热沉22之间设置导热材料层，用于改善这些元件之间的导热。例如，可以在LED芯片20与热沉22之间设置导热材料层。
如前面公开的，LED芯片20提供了穿过罩10中的中心孔的光。应当注意的是，光源装置可以包括另外的元件，或者可以由替代的元件形成，这些元件例如为布置在印刷电路板(PCB)上的一个或多个LED封装件。
通过将呈反射器21的形式的光学装置的基部接收在罩10的中心凹部中，罩10被连接至该基部。如前面所公开的，光学装置可以例如通过连接至罩10的周缘部分而以不同的方式布置。
罩10包括导热部件24，并且罩10的其余部分由具有相对较低的导热率并且不适合用作热导体或用作高效的热导体的材料制成；例如，罩10的其余部分的导热率比罩10的导热部件24的导热率低一个数量级。导热部件24布置成使得其将LED芯片20热连接至反射器基部。通过罩10的导热部件24，在LED模块1中布置了另外的导热路径。该另外的导热路径是除LED芯片20与热沉22之间的导热路径之外而设置的。
导热部件24进一步布置成使得其将LED芯片20连接至导热螺钉23。螺钉23将热量从导热部件24输送至热沉22。通过这种连接，增强了LED芯片20与热沉之间的导热路径。
在本实施方式中，导热部件24设置为罩10的一部分。导热部件24由具有良好且较高的导热率的金属制成。
因此，罩10在本实施方式中是混合材料罩，其包括导热材料和不适于导热的材料，例如金属和塑料。罩10的在使用期间可以访问的上部用不导热的塑料或另外的具有低导热率的材料制成。该特征减轻了在与该部分接触时的灼烧风险。
在另一个实施方式中，导热部件24可以用导热塑料或导热陶瓷制成。因此，罩10在这种实施方式中是混合材料罩，其由导热塑料和不适于导热的具有相对较低的导热率(例如比导热部件24的导热率低一个数量级或者甚至两个数量级)的塑料制成，或者由导热陶瓷和不适于导热的具有相对较低的导热率(例如比导热部件24的导热率低一个数量级或者甚至两个数量级)的塑料制成。
图3示出了根据本发明的LED模块1的另一个实施方式。如前面所公开的，LED模块1包括罩10并且连接至热沉22。罩10通过导热螺钉23固定至热沉22。如前面公开的，罩10布置成接收呈反射器21的形式的光学装置。在本实施方式中，光源装置包括磷光体元件30。应当注意的是，光源装置可以包括另外的元件，例如LED芯片或者一个或多个LED封装件。这种元件没有在图3中示出，但是本领域技术人员熟知如何在构造时添加这种元件。
设置磷光体30是为了通过对穿透光进行转换而改变从LED模块1输出的光的特性。例如，适于将穿透光转换为黄光的磷光体元件30可以与产生蓝光的光源装置11组合使用以提供白色输出光。白色输出光通过使用一些蓝光作为激励源由从光源装置发射的蓝光与从磷光体元件30发射的黄光的组合形成。
磷光体元件30在本实施方式中设置为远程的磷光体元件，这意味着磷光体元件30分离地设置于光源装置的一些或所有其他部分(即不与这些部分直接连接)，例如LED芯片或包括一个或多个离散的LED封装件的PCB。当磷光体元件30以远程的方式布置时，与布置成紧密地连接至热沉22的图2的LED芯片20之间的导热路径相比，从磷光体元件30到热沉22的常规导热路径相对较弱。由于远程的磷光体元件30产生热量，所以当远程的磷光体元件布置在具有常规的罩的常规LED模块中时存在过热的风险。磷光体元件30的过热导致磷光体淬灭效应，这导致了光转换效率较差。
然而，根据本发明，通过导热部件34提供了另外的导热路径。在本实施方式中，导热部件34形成罩10的一部分，这意味着导热部件34是罩10的可分离的部分。导热部件34布置成使得其将磷光体元件30与反射器21的反射器基部热连接。
导热部件34可以形成为适于布置在罩10的中心凹部中的金属环。
对于前面公开的实施方式，导热部件34由具有相对较高的导热率的材料例如金属制成。
导热部件34被进一步布置成延伸至导热螺钉23中的一个或多个。因此，磷光体元件30不但热连接至反射器21的反射器基部，而且还通过导热螺钉23热连接至热沉22。因此，提高了关于由磷光体元件30产生的热量的散热能力。
导热部件34还布置成使得其围绕螺钉23。罩10可以设置有安装孔，导热部件34设置成当布置在罩10上时滑入安装孔中。在这种实施方式中，用于螺钉23的孔部分地或全部地形成在导热部件34中。
常规地，螺钉23布置在罩的塑料部分中的安装孔中。这种类型的安装可能导致由于蠕变而产生的可靠性问题。然而，通过在导热部件34中安装螺钉23(导热部件34和螺钉23均由导热良好的材料制成)，可以减轻这些蠕变效应。例如，在由金属制成的导热部件34中安装由金属制成的螺钉23可以减轻蠕变效应。
因此，导热部件34提供了磷光体元件30与呈反射器21的形式的光学装置之间的另外的导热路径并且增强了磷光体元件30与热沉22之间的导热路径。另外，在一个实施方式中，取而代之的是，导热部件34可以设置成使得通过将由金属制成的螺钉23安装在同样由金属制成的导热部件34中而减轻由于螺钉23在塑料部分中的安装导致的蠕变。
磷光体元件30在罩中安装成使得磷光体元件30的下表面面向罩10的一部分而上表面背离罩10。磷光体元件30的下表面的边缘部分布置成连接至罩10的下部。导热部件34布置成连接至远程磷光体元件30的上表面的边缘部分。因此，磷光体元件30固定在罩10的下部与同样构成罩10的一部分的导热部件34之间。导热部件34因此用作磷光体元件30的安装器件，其既将磷光体元件30固定至LED模块1，又提供了对在磷光体元件30中产生的热量的散热功能。
构成罩10的可分离部件的导热部件34可以作为LED模块1的后期构造的一部分添加至LED模块1。在这种构造中，为了构建例如相关色温(CCT)或显色指数(CRI)，将磷光体元件布置在罩10上。随后，将导热部件34布置在罩10上，从而形成罩10的一部分，并且与磷光体元件30的上表面连接。因此，磷光体元件30的边缘部分通过夹在罩10的下部与罩10的上部(即导热部件34)之间而被固定。
图4示出了根据本发明的LED模块的另一个实施方式。如前面公开的，LED模块包括罩10、光源装置11、以及呈螺钉23的形式的导热的紧固器件，其中螺钉23用于将罩10固定至热沉22。罩10包括上部40和下部，其中上部由不适于用作热导体的具有相对较低的导热率的材料制成，下部为前面关于图2公开的导热部件24。导热部件24形成罩10的一部分，即为上部40和导热部件24形成复合单元。与图2的实施方式相比，导热部件24在本实施方式中具有不同的形状，然而功能保持相同。
光源装置11包括如前面公开的磷光体元件30。磷光体元件30布置在设置于印刷电路板(PCB)上的一个或多个离散的LED封装件(未示出)上。
LED模块通过如下地组装：将光源装置11布置在热沉22上；将罩10设置在热沉22和光源装置11上；以及通过螺钉23将罩10固定至热沉22。光源装置11因此被固定在罩10与热沉22之间。可选地，光源装置11可以通过另外的紧固器件固定至热沉。
罩10布置有边缘部分16。边缘部分16提供了罩10的中心凹部，呈反射器(未示出)的形式的光学装置可以布置在该中心凹部中。导热部件24提供了如关于图2所公开的散热功能，即光源装置11与反射器的反射器之间的散热功能。导热部件24还通过螺钉23提供了光源装置11与热沉22之间的增强的散热路径。罩10的边缘部分16例如由不适于高效导热的具有相对较低的导热率的材料制成。
在本实施方式中，导热部件24提供了光源装置11的所有部分(即磷光体元件30与一个或多个发光元件之间)的散热路径。在其他实施方式中，导热部件(其为罩10的一部分或与罩10独立的部件)可以布置成提供通向光源装置11的仅仅一部分的散热路径；如前面所公开的，光源装置11可以包括远程的部件。
由于根据本发明的实施方式的导热部件形成罩10的一部分或部件而不必影响罩10的尺寸，所以导热部件可以构成标准化尺寸的罩10的一部分。一个广泛使用的标准是Zhaga标准，该标准限定了罩10在其高度H和宽度W方面的尺寸。因此，满足Zhaga标准或任何其他类似地限定的标准的罩10在配备有根据本发明的导热部件时仍可以满足该标准。
为了满足Zhaga标准，罩10具有50mm的最大宽度W以及7.2mm的最大高度。
本领域技术人员将认识到，本发明绝不局限于上述优选实施方式。相反，在所附权利要求的范围内，很多修改和变型都是可能的。例如，导热部件可以具有很多不同的形式，同时仍满足其提供另外的导热路径的目的。这种形式的非限制性示例由前文的描述提供，并且本领域技术人员知道如何在保持效果的同时改变构造。导热部件还可以设置在不同构造的LED模块中，不是必须遵循任何特定的标准。还将认识到，光源装置可以具有不同的形式并且可以包括不同于前面公开的非限制性示例的元件或除前面公开的非限制性示例以外的附加元件。另外，紧固器件不限于螺钉；替代地，紧固器件可以例如为卡口联接器件。
另外，根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施本发明时可以理解和实现对所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中述及的特定特征并不说明这些特征不能够有利地组合。

Claims (11)

1.一种发光二极管模块，包括：
光源装置(11)；
用于所述光源装置(11)的罩(10)，所述罩(10)设置成连接至光学装置(21)；
其中，所述罩(10)包括导热部件(24、34)，所述导热部件(24、34)具有比所述罩(10)的其余部分的导热率高至少一个数量级的导热率并且布置成将所述光源装置(11)与所述光学装置(21)热连接；
其中，所述光源装置(11)包括远程的磷光体元件(30)，并且其中所述导热部件(24、34)布置成将所述远程的磷光体元件(30)与所述光学装置(21)热连接。
2.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其中，所述导热部件(24)形成所述罩(10)的一部分。
3.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其中，所述导热部件(34)是所述罩(10)的可分开部件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光二极管模块，其中，所述光源装置(11)包括发光二极管芯片(20)或具有一个或多个发光二极管的印刷电路板，并且其中所述导热部件(24、34)布置成将所述发光二极管芯片(20)或具有一个或多个发光二极管的所述印刷电路板与所述光学装置(21)热连接。
5.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其中，所述远程的磷光体元件(30)布置在所述导热部件(24、34)与所述罩(10)之间，使得所述磷光体元件(30)被固定。
6.根据权利要求1-3和5中任一项所述的发光二极管模块，还包括用于将所述罩(10)紧固至热沉(22)的导热的紧固器件(23)，其中所述导热部件(24、34)布置成通过所述紧固器件(23)将所述光源装置(11)与所述热沉(22)热连接。
7.根据权利要求6所述的发光二极管模块，其中，所述紧固器件(23)从包括螺钉和卡口联接器件的组中选择。
8.根据权利要求6所述的发光二极管模块，其中，所述导热部件(24、34)围绕所述导热的紧固器件(23)。
9.根据权利要求1-3、5、7和8中任一项所述的发光二极管模块，其中，所述导热部件(24、34)包括金属、导热塑料或导热陶瓷。
10.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其中，所述光学装置(21)是反射器、准直器和透镜中的一种。
11.根据权利要求1所述的发光二极管模块，其中，所述罩具有50mm的最大宽度以及7.2mm的最大高度。
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