CN107152609B - 光模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于插入半导体灯(24)壳体(23)中的光模块(1)并具有:驱动器(3)、冷却体(10)、紧贴在冷却体上具有至少一个半导体光源的发光器(15),半导体光源与驱动器(2)电连接,和至少一个覆盖半导体光源的光学折射元件(18),折射元件固定在冷却体上并且发光器(15)压紧到冷却体上。半导体灯(24)具有前侧开放的壳体,光模块从前侧插入壳体并且光模块固定到壳体上。一种用于制造半导体灯的方法,至少一个驱动器、冷却体、发光器和折射元件组装成能独立操纵的光模块并且将光模块插入壳体中。本发明特别能够用于特别具有销底座,特别是引脚底座的替换灯或改装灯,例如用于代替卤素灯特别是MR16型的改装灯。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及一种用于插入半导体灯的壳体中的光模块,所述光模块具有:驱动器、冷却体、紧贴在冷却体上的具有至少一个半导体光源的发光器,半导体光源与驱动器电连接,和至少一个覆盖半导体光源的光学折射元件。本发明还涉及一种半导体灯,该半导体灯具有在前侧开放的壳体和光模块。此外,本发明还涉及一种用于制造半导体灯的方法。本发明特别能够用于特别是具有灯管底座,特别是引脚底座的替换灯或改装灯,例如用于代替卤素灯的、例如MR16或PAR16型的改装灯。
背景技术
LED替换灯或者改装灯迄今为止在许多加工步骤中由多个单个的部件组装。通过单个的部件,在自动化生产线中的制造非常复杂或者不能实行。通过单个的部件的固定,取决于公差和制造问题,常常导致非常昂贵的后续加工和导致可能的制造故障。
例如,图10中示出了单个的部件或者元件,其为了手动安装MR16改装灯100而互相组装。也即提供一个前侧开放的壳体101,该壳体具有(在此是GU10型的)后面的底座。随后,将驱动器102插入壳体101中并且随后由冷却体103(也用于壳体的盖部)在前侧盖住壳体101。将TIM薄膜104放置到冷却体103前侧,TIM薄膜上再放置LED模块105或者“光引擎”。LED模块105具有电路板106,该电路板在后侧上位于TIM薄膜上并且在前侧上支承至少一个LED107。至少一个LED107由透镜108覆盖,透镜由透镜保持件109保持。透镜保持件109可以在壳体101中卡合并且位于其与壳体101之间的部件保持压配合。
发明内容
本发明的目的在于,至少部分克服现有技术中的缺点。
该目的通过独立权利要求的特征实现。优选的实施方式特别地在从属权利要求中给出。
该目的通过一种用于插入半导体灯的壳体中的模块(下文称为“光模块”而不失去概括性)来实现,具有驱动器、冷却体、紧贴在冷却体上的具有至少一个半导体光源的发光器,半导体光源与驱动器电连接,和至少一个覆盖半导体光源的光学的折射元件,其中光学的折射元件固定在冷却体上并且将发光器压紧到冷却体上。
通过在引入半导体灯的壳体之前预制具有不同的部件或元件的光模块,可以简化半导体灯的组装。特别地,光模块可以与灯的制造分开地预制。由此,每小时能造更多灯,因为光模块和壳体能够平行地制造。已经存在的生产线也可以扩展。优点还在于,光模块的功能测试在没有壳体的条件下能够立即进行。因为光模块能够独立操纵和运输,其也可以在托盘中运输,由此有利地防止了运输影响到焊接位置。制成的光模块可以例如在托盘中运输,随后引入生产线并且全自动地引入壳体中。除此之外,可以降低部件的成本,因为公差可以较大。通过将制成的光模块插入壳体中,有利地中断了迄今为止通常的公差链。
驱动器可以设置用于将通过半导体灯的底座得到的电能转换成用于驱动至少一个半导体光源的电驱动信号。可以通过底座以例如230V交流电的电源电压或者用12伏直流电压的电源电压供给半导体灯。
冷却体也可以称为散热器。其有利的由金属,例如铝组成。冷却体可以用作前面开放的壳体的盖部。
发光器可以具有电路板,该电路板装配有至少一个半导体光源。特别地,发光器可以以电路板的背面平面地紧贴或放置在冷却体上,也即直接或间接(例如经过TIM薄膜)地放置。电路板于是例如只在前面装配至少一个半导体光源。这种不具有其他电气或电子部件的发光器也可以称为光源模块。特别地,如果电路板额外地装配有至少一个电气和/或电子的部件,例如电阻、线圈、电容等等,发光器也可称为发光机或者“光引擎”。
发光器紧贴在冷却体上可以包含发光器(例如,在主要的光照射方向上)紧贴在冷却体的前面或者冷却体(例如在底座一侧)紧贴在发光器的背面。替换性地,发光器可以紧贴在冷却体的(例如底座一侧的)背面或者冷却体紧贴在发光器的(例如在主要的光照射方向上定向的)前面。后一种情况下,冷却体可以具有至少一个用于使至少一个半导体光源穿过或者用于使能够从至少一个半导体光源发射的光穿透的凹口。
扩展方案在于,至少一个半导体光源包含或具有至少一个发光二极管。在存在多个发光二极管的条件下,这些发光二极管可以以相同颜色或者不同颜色发光。一个颜色可以是单色的(例如,红、绿、蓝等等)或者多色的(例如白)。由至少一个发光二极管照射出的光也可以是红外光(IR-LED)或者紫外光(UV-LED)。多个发光二极管可以产生混合光;例如白色的混合光。至少一个发光二极管可以含有至少一个波长转换的发光材料(转换LED)。发光材料可以替换性地或额外地为与发光二极管远离地设置(远程磷光体)。至少一个发光二极管可以以至少一个单个的封闭的发光二极管的形式或者以至少一个LED芯片的形式而存在。多个LED芯片可以装配在共同的基体(“基板(Submount)”)上。至少一个发光二极管可以装有至少一个独自的和/或共同的用于光束导向的光学元件,例如至少一个菲涅耳-透镜、准直仪等等。对于无机的发光二极管(例如基于InGaN或者AlInGaP)而言代替地或额外地,一般也可以使用有机的LEDs(OLEDs,例如聚合物OLEDs)。替换性地该至少一个半导体光源可以具有例如至少一个二极管激光器。
光学的折射元件可以是透明的部件,该部件可以使光通过折射而在其表面上转向并且该部件也可称为透镜。透镜可以例如是菲涅尔透镜。通过光学的折射元件将发光器挤压到冷却体上,发光器可能甚至不用其他措施就可以保持在冷却体上。
折射元件固定在冷却体上可以包括,光学的折射元件例如通过起固定效果的直接的机械接触和/或材料配合直接地在冷却体上固定。例如,光学的折射元件的固定区域可以与冷却体的对应固定区域形状配合和/或力配合的接合和/或与之材料配合地连接。发光器于是可以在冷却体和光学的折射元件之间夹紧或压紧。
折射元件固定在冷却体上还可以包括,光学的折射元件间接地固定在冷却体上,例如通过与光模块的另一部件的机械接触和/或材料配合,冷却体在它们之间机械地插入。例如,光学的折射元件的固定区域与设置在冷却体的背面上的发光器的对应固定区域接合。冷却体可以于是在发光器和光学的折射元件之间夹紧,并且将发光器挤压到冷却体的背面上。
设计方案在于,折射元件在冷却体上固定并且在发光器上支承。这样,可以用简单的方法实现这些部件的可靠的固定,特别是在冷却体和光学的折射元件之间的压配合中的发光器的可靠的固定。折射元件固定在冷却体上可以例如通过粘合或者螺旋进行。特别廉价和可以紧凑实施的扩展方案在于,折射元件与冷却体咬合或者卡合。
能够非常特别简单实施和安装的设计方案在于,透镜具有至少一个背面上突出的咬合或者卡合钩,卡合钩与冷却体卡合,并且透镜具有至少一个背面上突出的(“支承”)脚,其在发光器上支承。为了卡合钩的接合,冷却体可以具有相应的卡合凹口。至少一个脚可以将发光器挤压到冷却体上并且此外用作距离保持件。卡合钩产生所属的反压力。在替换性的扩展方案中,将冷却体和发光器的设置反过来,从而于是至少一个背面突出的咬合或卡合钩与发光器卡合并且透镜的至少一个背面突出的脚在冷却体上支承。
还有一个设计方案在于,卡合钩具有(例如朝向冷却体)倾斜的接触面。卡合钩和冷却体之间的接触点位于接触面上。这样以能够简单实施的方式良好地调节了作用到发光器上的挤压力。
另一设计方案在于,发光器的电路板直接放置在冷却体上,也即,无需位于之间的TIM薄膜。这通过作用到发光器上的挤压力而可能。该设计方案特别能够有利地用于具有小的光功率的光模块。然而,如果光功率和因此由至少一个半导体光源产生的余热特别高,使得挤压的发光器和冷却体之间的热电阻特别高以至于不能确保了至少一个半导体光源的足够的散热,则发光器和冷却体之间可以额外地设置TIM(“热接口材料”ThermalInterface Material)薄膜或类似物。TIM薄膜也可以用作用于发光器和冷却体连接的保持薄膜。
又一另外的设计方案在于,驱动器通过至少一个突出穿过冷却体的焊接脚或者焊接销与发光器电连接。这样可以实现例如光模块的特别平的结构。在此,特别是驱动器的电路板(驱动电路板)可以平行于冷却体设置。通过使用多个(例如两个、三个、四个等等)焊接脚可以实现特别高稳定性的连接。焊接脚这样提供了机械连接和电连接。替换性地,在冷却体和发光器相反的设置中,可以不引导穿过冷却体。
此外,设计方案在于,驱动器压入冷却体中。这样,以特别简单的方式实现了高的机械稳定性。驱动器于是可以,特别在其插入区段上与发光器焊接并且这样电连接。通过压入进一步避免了(例如在运输过程中的)驱动电路板的机械的应力对所属的焊接连接的影响。驱动器可以特别设置为竖立的。这可以理解为,驱动电路板垂直于冷却体。
扩展方案在于,光模块与壳体粘合。这样做的优点在于,可以通过可调节的粘合厚度实施光模块和壳体之间的公差补偿。这样,可以不用待粘合的部件的非常微小的公差。
设计方案还在于,冷却体具有待放置在壳体上的、特别是倾斜的侧壁,其前面边缘向外倒圆。由此,在光模块插入壳体中时,壳体内侧的粘合剂可以带走并且这样过量的粘合剂向下或者推移到壳体中。这允许了关于粘合剂厚度的特别微小的公差补偿。
额外地或替换性地,光模块可以以另一方式固定在壳体上,例如通过卡合、螺旋等等。
该目的也通过一种半导体灯实现,该半导体灯具有前面开放的壳体,上述光模块从前面插入壳体中并且光模块固定在壳体上。这样,以几个步骤就实现了针对制成的半导体灯的配合。壳体可以由玻璃或塑料组成。这种半导体灯特别廉价并且能够以高的生产量制造。该半导体灯可以类似于光模块成型并且具有相同的优点。
壳体在背面可以具有底座,例如销底座。销底座可以是例如GU4、GU5.3或GU10型的引脚底座。
设计方案在于,光模块与壳体粘合并且为此在光模块的冷却体、特别是其侧壁和壳体之间存在粘合剂。
还有一设计方案在于,半导体灯是MR11-、MR16-或PAR16-改装灯。然而,半导体灯例如也可以是白炽灯-改装灯等等。
此外,该目的通过一种用于制造上述的半导体灯的方法实现,其中将至少一个驱动器、冷却体、发光器和光学的折射元件组装成能够独立操纵的光模块并且随后将光模块插入壳体中。该方法可以类似于光模块和/或半导体灯成型并且具有相同的优点。
这样,设计方案在于,将粘合剂施加到壳体的内侧上并且光模块随后这样插入壳体中,即,光模块的冷却体以其倒圆的前面的边缘在其移动的过程中至少部分地带出粘合剂。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及其实施的类型和方式结合实施例的下面示意性的描述中将会理解得更清楚且更明白,实施例结合附图详细阐述。在此,为了一目了然,相同的和相同作用的部件用相同的附图标记。
图1以剖开的分解图示出了待组装成根据第一实施例的光模块的单个元件的侧视图;
图2以从斜上方看的截面图示出了由根据图1的元件组装的根据第一实施例的光模块;
图3示出了从斜上方看的根据第一实施例的光模块;
图4A示出了图2中的第一部分;
图4B示出了图2中的第二部分;
图5以从斜上方看的截面图示出了根据第一实施例的组装的光模块和半导体灯的壳体;
图6以从斜上方看的截面图示出了根据第二实施例的组装的光模块;
图7示出了从斜上方看的根据第二实施例的光模块;
图8示出了从斜上方看的根据第二实施例的光模块的驱动器和冷却体;
图9A示出了根据第二实施例的光模块中的部分,该部分插入另一半导体灯的壳体中;并且
图9B示出了图9A中的部分;
图10以立体图示出了常规的MR16-改装灯。
具体实施方式
图1以剖开的分解图示出了待组装成光模块1(参见图2或图3)的单个元件的侧视图。这些元件包含具有垂直于纵轴L的驱动电路板3的驱动器2。在驱动电路板上,也即特别在背面5上设置电气和/或电子的部件4。从背面5伸出导电的接触线缆6,也即在朝向接触销7的接触部(参见图5)的方向上。驱动电路板3的正面8装配有向前(在纵向方向L)突出的焊接销或者焊接脚9。
另一部件是壳形的冷却体10,冷却体具有垂直于纵轴L定向的圆盘形的平面的底部11和横向地向前连接的侧壁12。
在底部11的前面13上设置TIM薄膜14。
在TIM薄膜14前面设置发光器15,该发光器具有垂直于纵轴L的电路板16以及在前面和中间设置的成型为LED17的半导体光源。
最前的元件是成型为透镜18的透明的折射元件。透镜18在背面或者后面具有卡合钩19和至少一个向后突出的(支承)脚20。
图2以从斜上方看的截面图示出了由元件2,10,14,15和18组装的光模块1。图3示出了从斜上方看的经组装的光模块1。接合的光模块1可以独立地操纵,例如单独地制造和运输。
光模块1这样构造,即,驱动器2通过焊接脚9与发光器15的电路板16电连接并且由此也固定在发光器15上。焊接脚9为此穿过冷却体10中的相应的洞。相对于冷却体10,驱动器2设置在后面并且发光器15设置在前面。发光器15以其电路板16的背面经过TIM薄膜14放置在冷却体10的底部的前面13上。
透镜18覆盖LED 17并且通过卡合钩19在冷却体10上卡合地固定,卡合钩在冷却体10的相应的位于底部11的卡合口21(参见图1)中卡合。至少一个脚20在此位于发光器15的电路板16的前侧上并且在冷却体10的方向上挤压电路板。透镜18或者其脚20这样在发光器15上支承。
如图4A放大地示出的,卡合钩19成型为在朝向其冷却体10的接触面22上微微倾斜。这简化了自动调节到期望的压紧力。
图4B放大地示出了,脚20放置到发光器15的电路板16的前侧并且其在冷却体10的方向上挤压电路板。透镜18或者其脚20这样在发光器15上支承。
图5以从斜上方看的截面图示出了光模块1和半导体灯24的壳体23。半导体灯24在此是用于代替具有GU5.3型底座25的MR 16卤素灯的改装灯。为了半导体灯24的最后的制造,将光模块1从前面插入壳体23中,如箭头所表示的,并且例如通过粘合固定。特别地,在此光模块1的冷却体10和壳体23之间存在粘合剂。在此,接触线缆6插入接触销7中并且在那例如通过接触销7的卷曲、通过焊接和、或熔焊而固定。接触销7为此可以是内部空心的。
图6以从斜上方看的截面图示出了根据第二实施例的组装的光模块26。光模块26构造上类似于光模块1,然而具有一个垂直于冷却体27的驱动器28。更详细地说,所属的驱动电路板29垂直于冷却体27的底部11并且因此平行于纵轴L。图7示出了从斜上方看的根据第二实施例的光模块26。
图8示出了从斜上方看的驱动器28和冷却体27。在冷却体27的底部11中存在两个裂口状的穿口30,从驱动电路板29的端面突出的接触片31分别突出通过穿口。接触片31上存在与冷却体27间隔的导电迹线32。为了在穿口30中机械地固定将接触片31压紧,并且将其导电迹线32与发光器15(参见附图)焊接,以便于至少制造相对于发光器15的电连接。
图9A示出了光模块26中的部分,该部分插入壳体33中,以便于形成另一半导体灯34。图9B示出了图9A中在冷却体27的侧壁12的区域中的放大部分。
冷却体27以及冷却体10的侧壁12在其前面的边缘35处是横向向外倒圆的并且因此构成了向外弯曲的凸缘。侧壁12直到前面的边缘35在外侧上相对于纵轴L具有比壳体33的相对的内壁稍微小的倾斜。因此,其间形成了缝隙36。
为了制造半导体灯33,可以将粘合剂37施加到壳体33的内侧,也即在也可以与侧壁12相对的前面的区段上。如果光模块26或1插入壳体33或23中,前面的边缘35可以至少部分地带走粘合剂37。由此,去除多余的粘合剂37,否则其将留在冷却体10的侧壁12的前面。该粘合剂37可以聚集在缝隙36中并且由此额外地得到了公差补偿。
尽管本发明详细地通过所示实施例展示和阐述了细节,本发明并不限于此并且专业人员可以由此推导出其他变体,而不会离开本发明的保护范围。
这样,驱动电路板3可以不必与冷却体10间隔(例如在图2中所示,其中焊接脚9用作距离保持件),而是也可以以其前面平面地紧贴或者放置在冷却体10上。
发光器也可以——例如作为光模块1的变体——从后面平面地这样紧贴在冷却体上,例如,发光器的电路板的前面以直接的或间接的(例如通过薄的TIM薄膜的)方式平面地与冷却体的背面接触。冷却体为此可以具有用于LED的中间凹口。特别地在这种情况下,卡勾可以卡合在电路板的卡合口中并且这样将发光器从下或者在后面挤压到冷却体上。冷却体可以具有各个用于使卡合钩穿过的凹口。至少一个脚可以在冷却体的顶面上支承。
一般而言,“一个”(ein,eine)可以理解为单数或者复数,特别是“至少一个”或“一个或多个”等等的意思,只要这个意思不是明确地排除掉的,例如通过“恰好一个”等来表达。
数字说明既可以准确地包括给出的数字也可以包括通常的公差范围,只要这不是明确地排除的。
附图标记说明
1 光模块
2 驱动器
3 驱动电路板
4 部件
5 驱动电路板的背面
6 接触线缆
7 接触销
8 驱动电路板的前面
9 焊接脚
10 冷却体
11 底部
12 侧壁
13 底部的前面
14TIM薄膜
15 发光器
16 发光器的电路板
17LED
18 透镜
19 卡合钩
20 脚
21 卡合开口
22 接触面
23 壳体
24 半导体灯
25 底座
26 光模块
27 冷却体
28 驱动器
29 驱动电路板
30 穿口
31 接触片
32 导电迹线
33 壳体
34 半导体灯
35 前面边缘
36 缝隙
37 粘合剂
100 常规的MR16-改装灯
101 壳体
102 驱动器
103 冷却体
104TIM薄膜
105LED模块
106 电路板
107LED
108 透镜
109 透镜保持件
L 纵轴

Claims (12)

1.一种具有前侧开放的壳体(23;33)和光模块(1;26)的半导体灯(24;34),所述光模块(1;26)具有:
-驱动器(2;28)、
-冷却体(10;27)、
-紧贴在冷却体(10;27)上的具有至少一个半导体光源(17)的发光器(15),所述半导体光源与驱动器(2)电连接,和
-至少一个覆盖半导体光源(17)的光学的折射元件(18),
其中折射元件(18)
-固定在冷却体(10;27)上并且将发光器(15)压紧到冷却体(10;27)上,
其中光模块(1;26)在插入壳体(23;33)之前完成组装并且在壳体(23;33)上固定,以使得光学的折射元件(18)覆盖壳体(23;33)的开放的前侧。
2.根据权利要求1所述的半导体灯(24;34),其中光学的折射元件(18)固定在冷却体(10;27)上并且在发光器(15)上支承。
3.根据权利要求1所述的半导体灯(24;34),其中
-光学的折射元件(18)具有至少一个在背面上突出的卡合钩(19),所述卡合钩与冷却体(10;27)卡合,并且
-光学的折射元件(18)具有至少一个在背面上突出的脚(20),所述脚在发光器(15)上支承。
4.根据权利要求3所述的半导体灯(24;34),其中所述卡合钩(19)具有倾斜的接触面(22)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的半导体灯(24;34),其中发光器(15)的电路板(16)直接地紧贴在冷却体(10;27)上。
6.根据权利要求1所述的半导体灯(24;34),其中驱动器(2)通过焊接脚(9)与发光器(15)连接。
7.根据权利要求1所述的半导体灯(24;34),其中驱动器(28)压入冷却体(27)中并且与发光器(15)焊接。
8.根据权利要求1所述的半导体灯(24;34),其中冷却体(10;27)具有待放置在壳体(23;33)上的、倾斜的侧壁(12),其前面的边缘(35)向外倒圆。
9.根据权利要求8所述的半导体灯(24;34),所述半导体灯具有根据权利要求8所述的光模块(1;26),其中光模块(1;26)与壳体(23;33)粘合并且为此光模块(1;26)的冷却体(10;27)和壳体(23;33)之间存在粘合剂(37)。
10.根据权利要求1所述的半导体灯(24;34),其中半导体灯(24;34)是MR16或PAR16型改装灯。
11.一种用于制造根据权利要求1到10中任一项所述的半导体灯(24;34)的方法,其中将至少一个驱动器(2;28)、冷却体(10;27)、发光器(15)和光学的折射元件(18)组装成能够独立操纵的光模块(1;26)并且随后将光模块(1;26)插入壳体(23;33)中。
12.根据权利要求11所述的用于制造根据权利要求9所述的半导体灯(24;34)的方法,其中将粘合剂(37)施加到壳体(23;33)的内侧上并且光模块(1;26)随后这样插入壳体(23;33)中,即,光模块(1;26)的冷却体(10;27)以其倒圆的前面的边缘(35)在其移动的过程中至少部分地带出粘合剂(37)。
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