KR20230173208A

KR20230173208A - Led 모듈용 2-부분 히트싱크

Info

Publication number: KR20230173208A
Application number: KR1020237041730A
Authority: KR
Inventors: 다니 바스티안 요하네스 데 크라이이
Original assignee: 루미레즈 엘엘씨
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2023-12-26
Also published as: US11708968B2; EP4334638A1; US20220357029A1; CN117616228A; WO2022236084A1

Abstract

방법들 및 디바이스들이 설명된다. 디바이스는 광학 캐리어부 및 히트싱크 벌크부를 포함한다. 광학 캐리어부는 LED를 수용하도록 구성된 LED 장착 영역, 및 광학 구성요소와 정렬하도록 구성된 정렬 피처를 갖는다. 히트싱크 벌크부는 광학 캐리어부와 별개이고, 광학 캐리어부 및 히트싱크 벌크부가 공동으로, 동작 시에, LED를 포함하는 LED 모듈 및 히트싱크 벌크부의 열 관리를 수행하게끔 구성되도록 광학 캐리어부에 결합된다.

Description

LED 모듈용 2-부분 히트싱크

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2021년 5월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/185,767호의 이익을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

배경기술

발광 다이오드(LED)는 에너지 효율 및 수명과 같은 우수한 기술적 특성들로 인해 오래된 기술의 광원들을 점점 더 많이 대체하고 있다. 이것은 또한 차량 전조등과 같이, 예를 들어, 휘도, 광도, 및/또는 빔 성형의 관점에서, 까다로운 응용들에 대해 적용된다.

첨부된 도면들과 함께 예로서 주어지는 다음의 설명으로부터 더 상세한 이해가 이루어질 수 있다.
도 1은 예시적인 LED 모듈의 사시도이다;
도 2는 예시적인 2-부분 히트싱크의 사시도이다;
도 3은 도 2의 광학 정렬부를 포함하는 LED 모듈의 사시도로서, 그 위에 PCB가 장착되고 LED 장착 영역에 LED들이 장착되고 리본 본드들에 의해 PCB에 전기적으로 접속된다;
도 4는 2-부분 히트싱크를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도이다;
도 5는 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다;
도 6은 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.

상이한 광 조명 시스템들 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이러한 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나의 예에서 발견되는 특징들은 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예에서 발견되는 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부된 도면들에 도시된 예들은 단지 예시적인 목적들을 위해 제공되며, 이들은 어떠한 방식으로도 본 개시내용을 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지칭한다.

제1, 제2, 제3 등의 용어들이 다양한 요소들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 점이 이해될 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고 제2 요소는 제1 요소로 명명될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합들을 포함할 수 있다.

층, 영역, 또는 기판과 같은 한 요소가 다른 요소 "상에" 있거나 다른 요소 "상으로" 연장되는 것으로 언급될 때, 그것은 다른 요소 상에 직접 있거나 다른 요소 상으로 직접 연장될 수 있거나 개재 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대조적으로, 한 요소가 다른 요소 "상에 직접" 있거나 다른 요소 "상으로 직접" 연장되는 것으로 언급될 때, 개재 요소들이 존재하지 않을 수 있다. 한 요소가 다른 요소에 "접속" 또는 "결합"되는 것으로 지칭될 때, 그것은 다른 요소에 직접 접속 또는 결합될 수 있고/있거나 하나 이상의 개재 요소를 통해 다른 요소에 접속 또는 결합될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 대조적으로, 한 요소가 다른 요소에 "직접 접속" 또는 "직접 결합"되는 것으로 지칭될 때, 그 요소와 다른 요소 사이에 개재 요소들이 존재하지 않는다. 이들 용어는 도면들에 도시된 임의의 배향에 추가하여 요소의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.

"아래(below)", "위(above)", "상부(upper)", "하부(lower)", "수평(horizontal)" 또는 "수직(vertical)"과 같은 상대적인 용어들은 도면들에 예시된 바와 같이 하나의 요소, 층, 또는 영역과 다른 요소, 층, 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이들 용어는 도면들에 도시된 배향에 추가하여 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.

그들의 에너지 효율에도 불구하고, 특정 고출력 LED들과 같은 LED들은 여전히 상당한 열을 발생시킬 수 있으며, 이는 LED 접합 온도들을 낮게 유지하기 위해, 예를 들어 LED를 히트싱크에 접속하는 등의 냉각을 필요로 할 수 있다. 이와 같이 LED들을 히트싱크할 필요성은 많은 다른 고전력 반도체 컴포넌트들과 공유된다. 실시예들이 LED들과 관련하여 본 명세서에서 설명되지만, LED라는 용어는 예를 들어 다이오드 레이저들을 포함하는 임의의 또는 모든 적합한 반도체 발광 디바이스들을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다.

LED 모듈들을 위한 히트싱크들은 전형적으로 여러 기능들을 충족시킬 수 있고, 또한 다양한 제약들을 준수하도록 요구될 수 있다. 첫째, 물론, 히트싱크는 동작 중일 때 LED 모듈의 열 관리를 제공해야 한다. 다시 말해서, 히트싱크는 LED를 동작시킴으로써 발생되는 열을 LED가 장착되는 히트싱크의 부분(본 명세서에서 LED 장착 영역이라고도 지칭됨)으로부터 히트싱크의 다른 부분들로 확산시켜야 하며, 그 히트싱크의 다른 부분들에서 열은 최종적으로 히트싱크의 환경으로 전달될 수 있다.

이러한 열 확산은 히트싱크가 LED 장착 영역에서 및/또는 그 근처에서, 구리, 구리 합금들, 고밀도 알루미늄, 또는 알루미늄 또는 Al 합금들을 압출함으로써 생성되는 것과 같은 알루미늄 합금들과 같은 높은 열 전도율을 갖는 재료로 만들어질 것을 요구할 수 있다. LED 장착 영역으로부터 더 멀리 떨어진 히트싱크의 부분들은 예를 들어 재료 비용을 절약하고/하거나 더 유연한 제조 방법들을 허용하기 위해 더 낮은 열 전도율을 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 다이 캐스팅(die casting)에 의해 만들어진 것과 같은 덜 조밀한 알루미늄 또는 Al 합금들이 사용될 수 있으며, 이는 압출에 의해 달성가능한 것보다 더 풍부한 3차원 형상들이 만들어지는 것을 허용할 수 있다. 이러한 2-부분 히트싱크들의 예는 US8476645B2 및 US10914539B2에 제공되어 있으며, 이들 둘 다는 본 명세서에 참조로 포함된다.

환경으로의 열 전달은 열 전도, 대류(예를 들어, 팬을 사용하는 강제 대류에 의해 향상될 수 있음), 및 복사 열 전달에 의해 수행될 수 있다. 이러한 모든 프로세스들은 히트싱크의 표면적의 크기에 크게 의존할 수 있다. 따라서, 높은 루멘(lumen) LED 모듈들을 위한 히트싱크들은 상당히 부피가 커질 수 있고, LED 모듈에 의해 차지되는 공간을 큰 정도로 매우 잘 결정할 수 있다. LED 모듈이 조명기구의 제한된 설치 공간에 맞도록 하기 위해, 종종 히트싱크들은 특정 조명기구를 위해 맞춤 제작될 필요가 있다. 이것은 큰 루멘 패키지들을 요구하는 차량 헤드라이트들을 위한 LED 모듈들에 대해 특히 그러할 수 있다.

차량 헤드라이트들뿐만 아니라, 빔 성형을 요구하는 다른 응용들의 경우, LED 모듈의 LED들은 동작 중인 LED들에 의해 방출되는 광을 처리하는 광학 컴포넌트들에 정렬될 필요가 있을 수 있다. 그러한 응용들에서, LED들에 의해 방출된 광을 직접 수신하는 제1 광학 컴포넌트(예를 들어, LED들에 가까운 반사기)에 대한 정렬은 예를 들어 원하는 빔 프로파일(beam profile) 외부의 눈부심을 피하기 위해 특히 민감할 수 있다. 따라서, LED 모듈은 그러한 제1 광학 컴포넌트에 대한 정렬 피처들(alignment features)을 포함할 수 있고, 그러한 정렬 피처들의 배치 및 그러한 정렬 피처들에 대한 LED들의 배치는 높은 정밀도로 수행되어야 한다.

제한된 설치 공간에 LED 모듈들을 맞추기 위한 요건과 함께 LED 모듈들을 위한 히트싱크들의 큰 부피(bulkiness)는 각각의 조명기구 타입에 특정한 다수의 복잡한 3차원 히트싱크 형상들로 이어질 수 있다. 각각의 이러한 형상에 요구되는 히트싱크들의 제한된 개수는 대량 제조를 방지할 수 있고, 따라서 제조 비용을 증가시킨다. 추가적으로, 복잡한 3D 형상들은 표준 반도체 산업 기계류에 의해 처리되지 못할 수 있다. 다시 말해서, LED들은 그러한 복잡한 3D 물체들 상에 표준 SMD 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 로봇들에 의해 배치되지 않을 수 있으며, 이는 제조 비용을 추가로 증가시킬 수 있다. 이것은 LED 모듈들의 광학 정렬 피처들, 및 정렬 피처들에 대한 LED들의 배치가 (예를 들어, 복잡한 3D 물체 상에서) 높은 정밀도로 수행되어야 하기 때문일 수 있다. 나아가, 부피가 큰 히트싱크들을 갖는 LED 모듈들은 비교적 큰 부피를 차지할 수 있고, 비교적 무거울 수 있으며, 따라서 배송 비용들을 증가시킨다.

도 1은 예시적인 LED 모듈(200)의 사시도이다. (a)로 표시된 도면의 상부 부분에서, 히트싱크(1)의 복잡한 형상은 전방 날개들(11), 측면 날개들(12), 후방 날개들(13), 정렬 피처들(15, 16), 고정 피처들(17), 및 장착 피처들(19)로 도시되어 있다. LED 블록(20)(개략적으로만 도시됨)은 히트싱크(1) 상에 장착되고 인쇄 회로 기판(PCB)(30)에 전기적으로 접속될 수 있는데, 인쇄 회로 기판(PCB) 자체는 고정 피처들(17)(예를 들어, 리벳들)에 의해 히트싱크(1)에 장착될 수 있다. PCB(30)는 전기 커넥터(40)(개략적으로만 도시됨)를 지닐 수 있다. 히트싱크(1)의 장착 피처들(19)은 절결부들(cutouts)로서 도시되어 있고, 조명 기구의 리셉터클 내에 히트싱크를 접속하기 위해 또는 히트싱크에 추가 구성요소들을 장착하기 위해 사용될 수 있다. 히트싱크(1) 및 PCB(30) 내의 관통 홀(18)은, 예를 들어 관통 홀(18)을 관통하는 스크류 또는 리벳에 의해, 반사기와 같은 광학 컴포넌트(50)를 히트싱크(1)에 고정하는 역할을 할 수 있다. 반사기는 히트싱크(1)의 정렬 피처들(15, 16)을 터치함으로써 정렬될 수 있다.

도 1의 하부 부분(b)은 반사기(50)의 카브-아웃들(51)이 히트싱크(1)의 정렬 피처들(15)(예를 들어, 히트싱크의 평면 또는 PCB(30)의 평면으로부터 직립 돌출하는 원통형 핀들)을 이러한 평면 내에서의 정렬을 위해 어떻게 둘러쌀 수 있는지를 도시한다. 그러한 평면에 대해 횡방향으로, 정렬은 반사기(50)가 히트싱크의 평면으로부터 약간 상승된 평면 스트라이프들(하부 부분(b)에서는 보이지 않음)과 같은 히트싱크(1)의 정렬 피처들(16)을 터치하는 것에 수행될 수 있다. 반사기(50)가 추가된 상부 부분(a)의 LED 모듈(200)을 약 90° 회전된 도면으로 도시하는 하부 부분(b)은 LED 모듈(200)의 환경으로의 전기적 접속을 위한 전기 커넥터(40), 및 리본 본드들(22)에 의해 PCB(30)에 전기적으로 접속되는 LED들(21)을 갖는 LED 블록(10)의 더 많은 세부사항을 도시한다.

도 1의 히트싱크(1)는 위에서 논의된 문제들을 가질 수 있다. 그것의 날개들(11, 12, 13)은 히트싱크에 복잡하고, 부피가 크고, 무거운 3D 형상을 제공할 수 있다. 정렬 피처들(15, 16)은 높은 정밀도로 만들어져야 할 수 있고, LED들(21)은 그러한 정렬 피처들(15, 16)에 대해 높은 정밀도로 배치될 필요가 있을 수 있다. 그의 돌출된 날개들(11 내지 13)과 함께 히트싱크(1)는 평면 형상을 갖지 않을 수 있고, 따라서 (예를 들어, PCB들 상에서 사용가능한 바와 같은) LED 배치를 위한 표준 반도체 픽-앤-플레이스 프로세스들과 호환가능하지 않을 수 있다. 히트싱크(1)가 많은 조명기구들에 맞을 수 있지만, 그렇지 않은 것들은 날개들(11, 12)의, 특히 후방 날개(13)의, 히트싱크 평면에 대한 상이한 연장들 또는 각도들과 같은 히트싱크(1)에 대한 수정들을 요구할 수 있다. 이는 그러한 히트싱크들의 대량 제조를 동반한 규모의 경제를 손상시킬 수 있다.

본 명세서에 설명된 실시예들은 히트싱크를 2개의 부분들로 분할하고 제조에 요구되는 정밀도의 정도에 기초하여 2개의 부분들 각각에 어느 컴포넌트들을 위치시킬지를 선택하는 것을 제공할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예들에서, 고정밀 부분 및 덜 정밀한 부분을 포함하는 2-부분 히트싱크가 제공될 수 있다. 이는 제조 프로세스들의 복잡성을 감소시키고, 이에 의해 히트싱크들을 제조하는 데 수반되는 시간 및 비용을 감소시킴으로써, 그 정도로 많은 정밀도를 요구하지 않는 부품들의 제조를 더 효율적으로 만들면서 히트싱크의 부분들이 높은 정밀도로 제조되는 것을 가능하게 할 수 있다.

도 2는 예시적인 2-부분 히트싱크(1)의 사시도이다. 도 2에 예시된 예에서, 2-부분 히트싱크(1)는 광학 캐리어부(101) 및 히트싱크 벌크부(102)를 포함한다. 광학 캐리어부(101)는 적어도 LED 장착 영역(14) 및 LED 장착 영역(14)에 배치된 LED에 의해 방출된 광을 처리하는 광학 컴포넌트를 위한 정렬 피처들(15, 16)을 포함할 수 있는 고정밀 광학 캐리어부일 수 있다. 이러한 정렬 피처들(15, 16)을 제조하고 이러한 정렬 피처들(15, 16)에 대해 LED 장착 영역(14) 상에 LED를 장착하는 것은 높은 정밀도로 수행되어야 한다. 그러나, 광학 캐리어부(101)의 다른 부분들은 그 정도의 정밀도를 요구하지 않을 수 있지만, 여전히 광학 캐리어부(101) 상에 제공될 수 있다. 도 2의 실시예에서, 예를 들어, 히트싱크 벌크부(102)의 PCB 고정 피처들(17)에 대응하는 관통 홀들(17') 및 히트싱크 벌크부 및 PCB 내의 각각의 관통 홀들에 대응하는 관통 홀(18)은, 제조 시에 이들이 어떠한 특정 정밀도도 요구하지 않을 수 있음에도, (예를 들어, 히트싱크의 2개의 부분들을 함께 결합하기 위해) 필요하거나 요구될 수 있다.

히트싱크 벌크부(102)는 덜 정밀한 히트싱크 벌크부일 수 있다. 벌크 히트싱크부(102)는 어떠한 광학적으로 관련된 부분들도 지니지 않을 수 있기 때문에 제조에서 낮은 정밀도만을 필요로 할 수 있다. 다시 말해서, LED 또는 LED들 및 광학 컴포넌트들은 모두 광학 캐리어부(101)에 장착될 수 있다. 벌크 히트싱크부(102)는, 도 2에서, 히트싱크 날개들(11 내지 13), PCB 고정 피처들(17), (반사기 고정을 위한) 관통 홀(18), 및 히트싱크 장착 피처들(19)과 같은, 낮은 정밀도를 요구하는 피처들만을 지닐 수 있다.

적어도, LED 장착 영역(14)에 장착된 LED들이 동작하기 전에 광학 캐리어부(101)와 히트싱크 벌크부(102)가 함께 결합될 수 있고, 따라서 2개의 히트싱크부(101, 102)가 공동으로 LED들에 필요한 열 소산을 제공할 수 있기 때문에, 광학 캐리어부(101) 자체에 대한 열 요건들은 특별히 까다롭지 않을 수 있다. 전형적으로, 광학 캐리어부(101)와 히트싱크 벌크부(102) 사이의 접속은 낮은 열 저항을 가져야 하고, LED들을 위한 충분한 열 확산 기능을 제공하기 위해 광학 캐리어부(101)를 위한 높은 열 전도성 재료를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 접속은 스크류 결합, 리벳 결합, 크림핑 또는 임의의 다른 기계적 고정에 의해 수행될 수 있으며, 여기서 열 그리스(grease)는 불완전하게 매끄러운 표면들의 경우에 열 저항을 낮추기 위해 계면 재료로서 추가될 수 있고, 그렇지 않으면 히트싱크부들 사이의 접촉 면적이 제한된다. 그러나, 접합은 또한 글루접착에 의해 수행될 수 있거나, 히트싱크 벌크부(102)가 광학 캐리어부(101)의 부분들에 오버몰딩될 수 있다. 이러한 오버몰딩에 대한 세부사항들은 본 명세서에서 위에 참조로 포함됐던 US 10,914,539에 설명되어 있다.

실시예들에서, 광학 캐리어부(101)는, 도 2의 예에 도시된 바와 같이, 판과 같은 형상을 가질 수 있다. 이러한 평면 베이스 형상을 사용하는 것은, 한편으로는, 정렬 피처들(15, 16)을 플레이트로부터의 융기부들로서 성형함 등으로써 제조를 용이하게 할 수 있는데, 이는, 예를 들어, 평면 베이스 형상으로서의 시트 금속으로부터 시작한 후에 스탬핑 또는 딥 드로잉에 의해 수행될 수 있다. 다른 한편으로는, 이러한 평면 베이스 형상은 또한 표준 SMD 배치 기술(예를 들어, 정밀한 LED 배치 대 정렬 피처들(15, 16)을 위한 정렬 피처들(15, 16) 상의 기준 마킹들 및 픽-앤-플레이스 머신들)을 사용하는 것을 허용할 수 있다.

전술된 바와 같은 열적 이유들로, 광학 정렬부(101)는 주로 금속과 같은 양호한 열전도성 재료, 특히 구리 또는 압출된 알루미늄으로 구성될 수 있다. 열 관리는 히트싱크(1)의 환경으로의 복사 열 전달을 개선하기 위해 높은 방사율로 광학 정렬부(101)의 코어 재료에(그러나 히트싱크 벌크부(102)의 코어 재료에도) 표면 층들을 도포함으로써 더 개선될 수 있다. 이러한 표면 층들을 도포하기 위한 잠재적인 기술들은, 예를 들어, 알루미늄으로 만들어진 히트싱크들을 양극 산화하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 양극 산화 층들은 전기적으로 절연성일 수 있으며, 이는 양극 산화 층의 바로 위에 전기 전도성 트레이스들을 배치하는 것을 허용할 수 있다. 이것은 심지어 완전한 전기 회로 패턴이 양극 산화 층 상에 적용된 경우 PCB를 불필요하게 할 수 있다. 양극 산화 층 대신에, 코팅 기술에 의해 도포된 임의의 전기적 절연 층이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 회로부는 또한 광학 캐리어부(101) 상에 장착된 PCB 상에 배치될 수 있으며, 이 PCB는, 도 1에서와 같이, 외부 전원을 위한 전기 커넥터를 지닐 수 있다.

도 3은 그 위에 PCB(30)가 장착된 도 2의 광학 정렬부(101) 및 LED 장착 영역(14)에 장착되고 리본 본드들(22)에 의해 PCB(30)에 전기적으로 접속된 LED들(21)을 포함하는 LED 모듈(200)의 사시도이다. 도 3에서 관통 홀들은 광학 캐리어부(101) 및 PCB(30) 둘 다를 통해서 연장될 뿐만 아니라 도 3에서 이들에 대해 참조 부호들(17' 및 18)이 유지되었다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 히트싱크를 고정밀 부분 및 저정밀 부분으로 분할하는 것은 빌딩 블록 시스템에 관한 추가적인 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 광학 캐리어부는 예를 들어 차량 헤드라이트로서의 조명기구의 광학 셋업에 주로 의존할 수 있는 반면, 벌크 히트싱크부를 차지하는 더 큰 부피는 예를 들어 차체 설계 고려사항들로부터 결정되는 바와 같은 조명기구의 하우징 형상에 주로 의존할 수 있다. 따라서, 시장에서 사용되는 다양한 광학 시스템들에 따라, 예를 들어, 반사 및 투영 차량 헤드라이트들의 다양한 반사기 및 렌즈 설계들에 따라, 상이한 광학 캐리어부들의 컬렉션을 설계하고, 시장에서의 다양한 조명기구 하우징 형상들에 따라, 예를 들어, 다양한 차체 형상들에 따라, 상이한 히트싱크 벌크부들의 컬렉션을 설계하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 설계 절차들은 일부 또는 심지어 상당 부분 서로 독립적일 수 있다. 다수의 가능한 조합들에 의해, 광학 정렬부 컬렉션의 대표를 히트싱크 벌크부 컬렉션의 대표와 조합하는 것은 2개의 컬렉션들에 단일 히트싱크부들이 있는 것보다 훨씬 더 큰 세트의 조명기구들에 본 개시내용에 따른 적절한 히트싱크를 구비하는 것을 허용할 수 있다. 각각의 조명기구 유형에 대한 단일-부분 히트싱크의 맞춤형 설계와 비교하여, 이는 설계 시간을 절약할 뿐만 아니라 대량 제조 기술들의 이익을 취할 수 있게 한다는 데에 있어서 상당한 비용 이득을 산출할 수 있다. 추가적으로, 다양한 부품들의 제조 현장들을 그들의 최종 조립 현장들에 가깝게 함으로써, 배송 비용과 같은 물류의 절감이 실현가능할 수 있다. 그러나, 비교적 작은 크기 및 낮은 중량의 광학 정렬부들의 제조를 몇몇 공장에만 집중시키는 것이 유용한 것으로 입증될 수 있다. 다시 말해서, 그러한 작고 가벼운 부품들의 운송으로서 비교적 먼 운송 거리들을 수용하는 것은 저렴할 수 있고, 대량 제조에서의 규모의 경제로 인한 비용 절감이 우세할 수 있다. 다른 한편으로, 최종 조립 현장들 가까이에서 크고 무거운 히트싱크 벌크부들을 제조하는 것(예를 들어, 로컬-포-로컬 제조)은 제조 비용에 대한 운송 비용의 절충을 허용할 수 있다.

도 4는 2-부분 히트싱크를 제조하는 예시적인 방법(400)의 흐름도이다. 도 4에 예시된 예에서, 방법은 광학 캐리어 히트싱크부를 제공하는 단계(402)를 포함한다. 광학 캐리어 히트싱크부는 LED 장착 영역 및 광학 컴포넌트와 정렬하도록 구성된 정렬 피처를 포함할 수 있다. 광학 캐리어부(404)로부터 분리된 히트싱크 벌크부가 또한 제공될 수 있다. 광학 캐리어 히트싱크부와 히트싱크 벌크부는 기계적 및 열적으로 결합될 수 있다(406). 광학 캐리어 히트싱크부 및 히트싱크 벌크부는 공동으로, 동작 시에, LED를 포함하는 LED 모듈 및 히트싱크 벌크부의 열 관리를 수행하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 광학 캐리어 히트싱크부 및 히트싱크 벌크부는 히트싱크 벌크부를 광학 캐리어부에 스크류 결합, 리벳 결합, 크림핑, 글루 접착, 또는 오버몰딩하는 것 중 하나 이상에 의해 기계적으로 그리고 열적으로 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 캐리어 히트싱크부는 상이한 광학 캐리어 히트싱크부들의 컬렉션으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 히트싱크 벌크부는 상이한 히트싱크 벌크부들의 컬렉션으로부터 선택될 수 있다.

도 5는 본 명세서에 설명된 실시예들 및 예들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)의 도면이다. 도 5에 도시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)은 전력 라인들(502), 데이터 버스(504), 입력 필터 및 보호 모듈(506), 버스 송수신기(508), 센서 모듈(510), LED DC/DC(direct current to direct current) 모듈(512), LDO(logic low-dropout) 모듈(514), 마이크로-제어기(516) 및 능동 헤드 램프(518)를 포함한다.

전력 라인들(502)은 차량으로부터 전력을 수신하는 입력들을 가질 수 있고, 데이터 버스(504)는 그를 통해 차량과 차량 헤드램프 시스템(500) 사이에서 데이터가 교환될 수 있는 입력들/출력들을 가질 수 있다. 예를 들어, 차량 헤드램프 시스템(500)은 차량 내의 다른 위치들로부터, 방향 지시등을 켜거나 헤드램프들을 켜기 위한 명령어들과 같은 명령어들을 수신할 수 있고, 원하는 경우 차량 내의 다른 위치들에 피드백을 전송할 수 있다. 센서 모듈(510)은 데이터 버스(504)에 통신가능하게 결합될 수 있고, 예를 들어, 환경 조건들(예를 들어, 시각, 비, 안개, 또는 주변 광 레벨들), 차량 상태(예를 들어, 주차됨, 이동 중, 이동의 속도, 또는 이동의 방향), 및 다른 물체들(예를 들어, 차량들 또는 보행자들)의 존재/위치와 관련된 추가적인 데이터를 차량 헤드램프 시스템(500) 또는 차량 내의 다른 위치들에 제공할 수 있다. 차량 데이터 버스에 통신가능하게 결합된 임의의 차량 제어기와 별개인 헤드램프 제어기가 또한 차량 헤드램프 시스템(500)에 포함될 수 있다. 도 5에서, 헤드램프 제어기는 마이크로-제어기(μc)(516)와 같은 마이크로-제어기일 수 있다. 마이크로-제어기(516)는 데이터 버스(504)에 통신가능하게 결합될 수 있다.

입력 필터 및 보호 모듈(706)은 전력 라인들(502)에 전기적으로 결합될 수 있고, 예를 들어, 전도된 방출들을 감소시키고 전력 내성을 제공하기 위해 다양한 필터들을 지원할 수 있다. 추가적으로, 입력 필터 및 보호 모듈(506)은 정전기 방전(ESD) 보호, 로드-덤프 보호, 교류 발전기 필드 감쇠 보호, 및/또는 역 극성 보호를 제공할 수 있다.

LED DC/DC 모듈(512)은 필터링된 전력을 수신하고 능동 헤드램프(518) 내의 LED 어레이 내의 LED들에 전력을 공급하기 위한 구동 전류를 제공하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(106)과 능동 헤드램프(518) 사이에 결합될 수 있다. LED DC/DC 모듈(512)은 대략 13.2 볼트의 공칭 전압을 갖는 7 내지 18 볼트의 입력 전압 및 (예를 들어, 부하, 온도 또는 다른 인자들로 인한 인자 또는 로컬 교정 및 동작 조건 조정들에 의해 결정되는 바와 같이) LED 어레이에 대한 최대 전압보다 약간 더 높을 수 있는(예를 들어, 0.3 볼트) 출력 전압을 가질 수 있다.

로직 LDO 모듈(514)은 필터링된 전력을 수신하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(506)에 결합될 수 있다. 로직 LDO 모듈(514)은 또한 마이크로-제어기(516) 및 능동 헤드램프(518)에 결합되어 마이크로-제어기(516), 및/또는 CMOS 로직과 같은 능동 헤드램프(518) 내의 전자 장치들에 전력을 제공할 수 있다.

버스 송수신기(508)는, 예를 들어, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 또는 SPI(serial peripheral interface) 인터페이스를 가질 수 있고, 마이크로-제어기(516)에 결합될 수 있다. 마이크로-제어기(516)는 센서 모듈(710)로부터의 데이터에 기초하여, 또는 이를 포함하여, 차량 입력을 변환할 수 있다. 변환된 차량 입력은 능동 헤드램프(518) 내의 이미지 버퍼로 전송가능한 비디오 신호를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로-제어기(516)는 시동 동안 디폴트 이미지 프레임들을 로딩하고 개방/단락 픽셀들에 대해 테스트할 수 있다. 실시예들에서, SPI 인터페이스는 CMOS에 이미지 버퍼를 로딩할 수 있다. 이미지 프레임들은 전체 프레임, 차동 또는 부분 프레임들일 수 있다. 마이크로-제어기(516)의 다른 피처들은 로직 LDO 출력뿐만 아니라 다이 온도를 포함하는 CMOS 상태의 제어 인터페이스 모니터링을 포함할 수 있다. 실시예들에서, LED DC/DC 출력은 헤드룸을 최소화하도록 동적으로 제어될 수 있다. 이미지 프레임 데이터를 제공하는 것에 더하여, 사이드 마커 또는 방향 지시등들과 연동되는 상보적 사용, 및/또는 주간 주행등들의 활성화와 같은 다른 헤드램프 기능들이 또한 제어될 수 있다.

도 6은 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템(600)의 도면이다. 도 6에 도시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(600)은 응용 플랫폼(602), 2개의 LED 조명 시스템들(606 및 608), 및 보조 광학계들(610 및 612)을 포함한다.

LED 조명 시스템(608)은 광 빔들(614)(도 6에서 화살표들(614a 및 614b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. LED 조명 시스템(606)은 광 빔들(616)(도 6에서 화살표들(616a 및 616b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 보조 광학계(610)는 LED 조명 시스템(608)에 인접하고, LED 조명 시스템(608)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(610)를 통과한다. 유사하게, 보조 광학계(612)는 LED 조명 시스템(606)에 인접하고, LED 조명 시스템(606)으로부터 방출된 광은 보조 광학계(612)를 통과한다. 대안적인 실시예들에서, 보조 광학계들(610/612)은 차량 헤드램프 시스템에 제공되지 않는다.

포함되는 경우, 보조 광학계들(610/612)은 하나 이상의 광 가이드이거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 에지(edge) 조명될 수 있거나 광 가이드의 내부 에지를 정의하는 내부 개구를 가질 수 있다. LED 조명 시스템들(608 및 606)은 그것들이 하나 이상의 광 가이드의 내부 에지(내부 개구 광 가이드) 또는 외부 에지(에지 조명된 광 가이드) 내로 광을 주입하도록 하나 이상의 광 가이드의 내부 개구들에 삽입될 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 광 가이드는 LED 조명 시스템들(608 및 606)에 의해 방출된 광을 원하는 방식으로, 예를 들어, 구배(gradient), 모따기된(chamfered) 분포, 좁은 분포, 넓은 분포, 또는 각도 분포 등으로 성형할 수 있다.

응용 플랫폼(602)은 도 5의 전력 라인들(502) 및 데이터 버스(504) 중 하나 이상 또는 일부를 포함할 수 있는 라인들(604)을 통해 LED 조명 시스템들(606 및/또는 608)에 전력 및/또는 데이터를 제공할 수 있다. 하나 이상의 센서(차량 헤드램프 시스템(600) 내의 센서들 또는 다른 추가적인 센서들일 수 있음)는 응용 플랫폼(602)의 하우징의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 도 5의 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 조명 시스템(608 및 606)은 그 자신의 센서 모듈, 접속 및 제어 모듈, 전력 모듈, 및/또는 LED 어레이를 포함할 수 있다.

실시예들에서, 차량 헤드램프 시스템(600)은 조향가능한 광 빔들을 갖는 자동차를 나타낼 수 있으며, 여기서 LED들은 조향가능한 광을 제공하기 위해 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, LED들 또는 방출기들의 어레이는 형상 또는 패턴을 정의 또는 투영하거나 도로의 선택된 섹션들만을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 조명 시스템들(606 및 608) 내의 적외선 카메라들 또는 검출기 픽셀들은 조명을 요구하는 장면(예를 들어, 도로 또는 보행자 횡단)의 부분들을 식별하는 센서들(예를 들어, 도 5의 센서 모듈(510) 내의 센서들과 유사함)일 수 있다.

실시예들을 상세히 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 본 설명이 주어지면, 본 발명의 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 실시예들에 대해 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 예시되고 설명된 특정 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims

디바이스로서,
광학 캐리어부(optical carrier part) - 상기 광학 캐리어부는:
LED를 수용하도록 구성된 LED 장착 영역, 및
광학 구성요소와 정렬하도록 구성된 정렬 피처(alignment feature)
를 포함함 -; 및
상기 광학 캐리어부와 별개인 히트싱크 벌크부(heatsink bulk part) - 상기 히트싱크 벌크부는 상기 광학 캐리어부와 상기 히트싱크 벌크부가 공동으로, 동작 시에, 상기 LED를 포함하는 LED 모듈 및 상기 히트싱크 벌크부의 열 관리를 수행하게끔 구성되도록 상기 광학 캐리어부에 결합됨 -
를 포함하는, 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 히트싱크 벌크부는 상기 광학 캐리어부에 대한 상기 히트싱크 벌크부의 스크류 결합, 또는 리벳 결합, 크림핑, 글루 접착, 또는 오버몰딩 중 하나 이상에 의해 상기 광학 캐리어부에 결합되는, 디바이스.
디바이스로서,
광학 캐리어부
를 포함하고, 상기 광학 캐리어부는:
LED를 수용하도록 구성된 LED 장착 영역,
광학 구성요소와 정렬하도록 구성된 정렬 피처, 및
동작 시에, LED를 포함하는 LED 모듈의 열 관리를 완료하기 위해 히트싱크 벌크부와의 기계적 및 열적 결합을 위해 구성된 적어도 하나의 기계적 커넥터
를 포함하는, 디바이스.
제3항에 있어서, 상기 광학 캐리어부는 상기 LED에 전력을 제공하도록 구성된 전기 트레이스들을 더 포함하는, 디바이스.
제4항에 있어서, 상기 광학 캐리어부에 장착된 PCB를 더 포함하고, 상기 PCB는 상기 전기 트레이스들을 포함하는, 디바이스.
제5항에 있어서, 상기 광학 캐리어부는 상기 PCB 상에 장착되고 외부 플러그를 수용하도록 구성된 전기 커넥터를 더 포함하고, 상기 전기 트레이스들은 상기 LED를 상기 전기 커넥터에 전기적으로 결합하는, 디바이스.
제3항에 있어서, 상기 광학 캐리어부는 판 형상인, 디바이스.
제3항에 있어서, 상기 정렬 피처는 금속판으로 형성되는, 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 금속판 상의 전기적 절연 층; 및
상기 전기적 절연 층 상의, 상기 LED에 전력을 제공하도록 구성된 전기 트레이스들
을 더 포함하는, 디바이스.
제3항에 있어서, 상기 LED 장착 영역 상에 장착된 LED를 더 포함하는, 디바이스.
제10항에 있어서, 상기 광학 캐리어부와 별개이고, 상기 광학 캐리어부와 상기 히트싱크 벌크부가 공동으로, 동작 시에, 상기 LED 포함하는 LED 모듈 및 상기 히트싱크 벌크부의 열 관리를 수행하게끔 구성되도록 상기 광학 캐리어부에 결합되는 히트싱크 벌크부를 더 포함하는, 디바이스.
제11항에 있어서, 상기 히트싱크 벌크부는 상기 LED 모듈을 리셉터클에 장착하도록 구성된 장착 피처들을 더 포함하는, 디바이스.
제11항에 있어서, 상기 히트싱크 벌크부는 상기 광학 캐리어부에 대한 상기 히트싱크 벌크부의 스크류 결합, 또는 리벳 결합, 크림핑, 글루 접착, 또는 오버몰딩 중 하나 이상에 의해 상기 광학 캐리어부에 결합되는, 디바이스.
LED 모듈을 제조하는 방법으로서,
LED 장착 영역, 및 광학 구성요소와 정렬하도록 구성된 정렬 피처를 포함하는 광학 캐리어 히트싱크부를 제공하는 단계;
상기 광학 캐리어부와 별개인 히트싱크 벌크부를 제공하는 단계; 및
상기 광학 캐리어부 및 상기 히트싱크 벌크부가 공동으로, 동작 시에, 상기 LED를 포함하는 LED 모듈 및 상기 히트싱크 벌크부의 열 관리를 수행하게끔 구성되도록 상기 광학 캐리어 히트싱크부 및 상기 히트싱크 벌크부를 기계적 및 열적으로 결합하는 단계
를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 기계적 및 열적으로 결합하는 단계는 상기 히트싱크 벌크부를 상기 광학 캐리어부에 스크류 결합하는 단계, 리벳 결합하는 단계, 크림핑하는 단계, 글루접착하는 단계, 또는 오버몰딩하는 단계 중 하나 이상을 더 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 광학 캐리어 히트싱크부를 제공하는 단계는 상이한 광학 캐리어 히트싱크부들의 컬렉션으로부터 상기 광학 캐리어 히트싱크부를 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 히트싱크 벌크부를 제공하는 단계는 상이한 히트싱크 벌크부들의 컬렉션으로부터 상기 히트싱크 벌크부를 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 광학 캐리어 히트싱크부의 상기 LED 장착 영역에 LED를 장착하는 단계를 더 포함하는, 방법.