KR20240060869A - 별개의 히트싱크 및 레퍼런싱 부분을 갖는 led 모듈, 헤드라이트 및 제조 방법 - Google Patents

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루미레즈 엘엘씨
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Abstract

LED 모듈이 본원에서 설명된다. LED 모듈은 LED 장착 영역을 갖는 히트싱크 및 히트싱크와 별개인 레퍼런싱 부분을 포함한다. 레퍼런싱 부분은 히트싱크에 고정되고 LED 정렬 피처 및 광학 구성요소 정렬 피처를 포함한다. 적어도 하나의 LED가 히트싱크의 LED 장착 영역 상에 제공되고 레퍼런싱 부분의 LED 정렬 피처와 정렬된다.

Description

별개의 히트싱크 및 레퍼런싱 부분을 갖는 LED 모듈, 헤드라이트 및 제조 방법
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 9월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/249,215호의 이익을 주장하고, 이로써, 그의 내용은 본원에 참조로 포함된다.
예컨대, 다이오드 레이저들을 포함하는 임의의 또는 모든 반도체 발광 디바이스들을 포함할 수 있는 발광 다이오드(LED)들은 에너지 효율 및 수명과 같은 우수한 기술적 특성들로 인해 구식 기술의 광 소스들을 점점 더 대체하고 있다. 이는, 예컨대, 휘도, 광도 및/또는 빔 성형과 관련하여, 덜 요구되는 애플리케이션들에 대한 것만큼 요구되는 애플리케이션들(예컨대, 차량 헤드라이팅)에 대해서도 마찬가지이다. 그러나, 그들의 에너지 효율에도 불구하고, LED들 및 특히 고전력 LED들은 여전히 상당한 열을 발생시킬 수 있는데, 이는 LED 접합부 온도들을 낮게 유지하기 위해 통상적으로는 LED를 히트싱크에 연결하는 것에 의해 이루어지는 냉각을 요구한다. LED들의 히트싱킹에 대한 그러한 필요성은 다수의 다른 고전력 반도체 구성요소들과 공유된다.
LED 모듈이 본원에서 설명된다. LED 모듈은 LED 장착 영역을 갖는 히트싱크 및 히트싱크와 별개인 레퍼런싱(referencing) 부분을 포함한다. 레퍼런싱 부분은 히트싱크에 고정되고 LED 정렬 피처(feature) 및 광학 구성요소 정렬 피처를 포함한다. 적어도 하나의 LED가 히트싱크의 LED 장착 영역 상에 제공되고 레퍼런싱 부분의 LED 정렬 피처와 정렬된다.
첨부 도면들과 함께 예로서 주어지는 이하의 설명으로부터 더 상세한 이해를 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 LED 모듈의 개략적인 사시도들이다.
도 2는 다른 예시적인 LED 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 예시적인 LED 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 5는 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템의 도면이다.
도 6은 LED 모듈을 제조하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
상이한 광 조명 시스템들 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이러한 예들은 상호 배타적이지 않고, 일 예에서 발견되는 피처들은 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예에서 발견되는 피처들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 도시된 예들은 단지 예시적인 목적들을 위해 제공되는 것일 뿐이고 그들은 본 개시내용을 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지칭한다.
제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들이 다양한 요소들을 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들이 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 제1 요소는 제2 요소로 지칭될 수 있고 제2 요소는 제1 요소로 지칭될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관된 열거된 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 임의의 및 모든 조합들을 포함할 수 있다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있거나 또는 다른 요소 "상으로" 연장되는 것으로 언급될 때, 그는 다른 요소 바로 위에 있을 수 있거나 또는 다른 요소 상으로 직접적으로 연장될 수 있거나 또는 개재 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 "바로 위에" 있거나 또는 다른 요소 "상으로 직접적으로" 연장되는 것으로 언급될 때, 개재 요소들이 존재하지 않을 수 있다. 요소가 다른 요소에 "연결" 또는 "커플링"되는 것으로 언급될 때, 그는 다른 요소에 직접 연결 또는 커플링될 수 있고/있거나 하나 이상의 개재 요소를 통해 다른 요소에 연결 또는 커플링될 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 "직접 연결" 또는 "직접 커플링"되는 것으로 언급될 때, 요소와 다른 요소 사이에 개재 요소들이 존재하지 않는다. 이러한 용어들은 도면들에 묘사된 임의의 배향 이외에도 요소의 상이한 배향들을 포함하는 것으로 의도된다는 것을 이해할 것이다.
"아래", "위", "상부", "하부", "수평" 또는 "수직"과 같은 상대적인 용어들은 도면들에 예시된 바와 같은 하나의 요소, 층 또는 영역과 다른 요소, 층 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면들에 도시된 배향 이외에도 디바이스의 상이한 배향들을 포함하는 것으로 의도된다는 것을 이해할 것이다.
LED 모듈들을 위한 히트싱크들은 여러 기능들을 이행할 수 있고, 동시에, 다양한 제약들을 준수해야 할 수 있다. 첫 번째로, 히트싱크는 동작 시에 LED 모듈의 열 관리를 제공해야 한다. 다시 말하면, 히트싱크는 동작 LED에 의해 입력되는 열을 LED가 장착되는 히트싱크의 부분(본원에서 LED 장착 영역으로 또한 지칭됨) 내로 최종적으로 열이 히트싱크의 환경으로 전달되어야 하는 히트싱크의 다른 부분들로 확산시켜야 한다.
환경으로의 열 전달은 열 전도, 대류(이는, 예컨대, 팬을 사용하는 강제 대류에 의해 향상될 수 있음) 및/또는 복사 열 전달에 의해 수행될 수 있다. 모든 이러한 프로세스들은 히트싱크의 표면적의 크기에 크게 의존한다. 따라서, 종래에, 높은 루멘의 LED 모듈들을 위한 히트싱크들은 상당히 부피가 커질 수 있고, LED 모듈에 의해 점유되는 공간을 상당 부분 매우 양호하게 결정할 수 있다. LED 모듈이 조명기구의 제한된 설치 공간에 피팅되기 위해, 종종, 히트싱크들은 특정 조명기구에 대해 맞춤 제조될 필요가 있다. 이는 특히 큰 루멘 패키지들을 요구하는 차량 헤드라이트들을 위한 LED 모듈들의 경우에 해당된다.
그러나, 차량 헤드라이트들 및 또한 빔 성형을 요구하는 다른 애플리케이션들의 경우, LED 모듈의 LED들은 동작 중에 LED들에 의해 방출되는 광을 프로세싱하는 광학 구성요소(들)에 정렬될 필요가 있다. 그 점에서, LED들에 근접한 반사기일 수 있는, LED들에 의해 방출되는 광을 직접 수신하는 제1 광학 구성요소에 대한 정렬은, 예컨대, 원하는 빔 프로파일 외부에서의 글레어(glare)를 방지하기 위해 특히 민감할 수 있다. 따라서, LED 모듈은 이러한 제1 광학 구성요소 및 LED들을 위한 정렬 피처들을 포함할 수 있고, 이러한 정렬 피처들 및 이러한 정렬 피처들에 대한 LED들의 배치는 높은 정밀도로 수행되어야 한다.
LED 모듈들을 위한 히트싱크들의 부피가 큰 것은 제한된 설치 공간에 그들을 피팅하기 위한 요건과 함께 각각의 조명기구 타입에 대해 특정적인 다수의 복잡한 3차원 히트싱크 형상들을 초래한다. 각각의 그러한 형상에 대해 요구되는 제한된 수의 히트싱크는 대량 제조를 방지하고, 그에 따라, 제조 비용을 증가시킨다. 이는 심지어 히트싱크가 높은 정밀도로 제조될 것을 요구하는 히트싱크 내의 정렬 피처들의 포함(이는 최적의 열 관리를 위해 LED들이 히트싱크 상에 배치될 때 이루어짐)에 의해 악화될 수 있다. 게다가, 부피가 큰 히트싱크들을 갖는 LED 모듈들은 비교적 큰 부피들을 점유할 수 있고 비교적 무겁고, 그에 따라, 배송 비용들이 또한 매우 고가이게 한다.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 LED 모듈의 개략적인 사시도들이다. 더 구체적으로, 도 1a는 전방, 측부 및 후방 윙(wing)들(11, 12 및 13), 정렬 피처들(15, 16), 고정 피처들(17) 및 장착 피처들(19)을 갖는 히트싱크(1)의 복잡한 형상을 도시한다. LED 블록(20)(개략적으로만 예시됨)은 히트싱크(1) 상에 장착되고 인쇄 회로 보드(PCB)(30)에 전기적으로 연결될 수 있는데, 인쇄 회로 보드(PCB)(30) 자체가 고정 피처들(17)(예컨대, 리벳(rivet)들)에 의해 히트싱크(1)에 장착될 수 있다. PCB(30)는 전기 커넥터(40)(개략적으로만 예시됨)를 보유할 수 있다. 히트싱크(1)의 장착 피처들(19)은 컷아웃(cutout)들로서 도시되고, LED 모듈(200)의 원하지 않는 미광을 차단하기 위한 광 차폐부와 같은 추가의 구성요소들을 히트싱크에 장착하기 위해 사용될 수 있다. PCB(30) 및 히트싱크(1) 내의 관통 홀(18)은 반사기일 수 있는 광학 구성요소(50)(도 1b 참조)를, 이를테면, 관통 홀(18)을 관통하는 스크루(screw) 또는 리벳에 의해, 히트싱크(1)에 고정하는 역할을 할 수 있다. 반사기는 히트싱크(1)의 정렬 피처들(15, 16)과 터치함으로써 정렬될 수 있다.
도 1b는 반사기(50)의 카브아웃(carve-out)들(51)이 히트싱크(1)의 정렬 피처들(15)(예컨대, 히트싱크의 평면(PCB(30)의 평면)으로부터 직립하여 돌출된 원통형 핀들)을 그러한 평면 내의 정렬을 위해 어떻게 에워쌀 수 있는지를 도시한다. 이러한 평면에 대해 횡방향으로, 반사기(50)가 히트싱크(1)의 정렬 피처들(16)(예컨대, 히트싱크의 평면으로부터 약간 상승된 평면형 스트라이프들(도 1b에서는 보이지 않음))과 터치함으로써 정렬이 수행될 수 있다. 약 90°만큼 회전된 뷰로 반사기(50)가 추가된 도 1a의 LED 모듈(200)을 도시하는 도 1b는 PCB(30)에 리본 본드들(22)에 의해 전기적으로 연결된 LED들(21)을 갖는 LED 블록(10) 및 LED 모듈(200)의 환경에 전기적으로 연결하기 위한 전기 커넥터(40)의 더 상세한 사항을 도시한다.
히트싱크(1)는 위에서 설명된 문제들을 가질 수 있다. 그러한 히트싱크(1)는 이미 대안적인 다이 캐스팅된 히트싱크들보다 더 얇고 더 가벼울 수 있지만, 윙들(11, 12, 13)은 복잡하고 부피가 크고 비교적 무거운 3D 형상을 히트싱크에 제공한다. 정렬 피처들(15, 16)은 높은 정밀도로 제조되어야 한다. 종래 기술의 히트싱크(1)는 일부 조명기구들에 피팅될 수 있지만, 다른 조명기구들은 윙들(11, 12), 특히, 후방 윙(13)의 히트싱크 평면에 대한 상이한 연장부들 또는 각도들과 같은 수정들을 요구할 수 있다. 이는 정렬 피처들을 포함하기 때문에 높은 정밀도로 이루어질 필요가 있을 수 있는 그러한 히트싱크들의 대량 제조로 인해 규모의 경제를 손상시킬 수 있다.
도 2는 다른 예시적인 LED 모듈(200)의 개략적인 사시도이다. 도 1a 및 도 1b와 유사하게, 커넥터(40), 반사기를 위한 광학 구성요소 정렬 피처들(15, 16), (반사기 고정을 위한) 관통 홀(18), 3개의 LED(21) 및 리본 본드들(22)이 보인다. 단일 히트싱크(1) 대신에, 추가의 히트싱크(1')가 추가로 사용될 수 있고, 여기서, 히트싱크들(1, 1')의 후방 윙들(13, 13')은 서로 인터트와이닝(intertwine)될 수 있다. 게다가, 전기 트레이스들 또는 라인들(41), 추가의 전기 구성요소들(42)(예컨대, TVS(Transition Voltage Suppression) 다이오드), LED들(21)을 연결하는 리본 본드들(22)을 수용하기 위한 접촉 패드들(5), 히트싱크들(1, 1')을 서로 고정하는 스크루들 또는 리벳들을 위한 보어들(3), 및 LED들(21)의 배치를 레퍼런싱하기 위한 LED 정렬 피처들(25)(기점 마크들)이 도시된다.
도 1a 및 도 1b의 LED 모듈(200)과 비교할 때, 정렬 피처들(15, 16, 25)은 히트싱크들(1, 1') 중 임의의 것의 일부가 아니라 대신에 LED 모듈(200)의 레퍼런싱 부분(2)의 일부이다. 이는 도 3에서 볼 수 있고, 도 3에서, 가시성을 위해, 분해도에서 히트싱크들(1, 1')이 레퍼런싱 부분(2)으로부터 분리되었다. 높은 정밀도의 정렬 피처들(15, 16, 25) 이외에, 레퍼런싱 부분(2)은 접촉 패드들(5), 커넥터(40), 전기 트레이스들(41) 및 추가의 전기 구성요소들(41)과 같은 전기 회로부를 또한 포함할 수 있다.
레퍼런싱 부분(2)은 히트싱크들(1, 1') 사이에 샌드위치될 수 있다. 하부 히트싱크(1')는, 예컨대, 피팅 방식으로 레퍼런싱 부분(2)을 수용하는 공동(2')을 가질 수 있다. 하부 히트싱크(1')는 피팅 방식으로 레퍼런싱 부분(2) 내의 컷아웃(4')과 맞물리는 상승부(4)를 추가로 가질 수 있다. 구현에 따라, 상부 히트싱크(1)는 하부 히트싱크(1')에 대한 미러 대칭 부분들을 가질 수 있거나 또는 하부 히트싱크(1') 상에 놓이도록 단지 평탄할 수 있고, 2개의 히트싱크들(1, 1')은 레퍼런싱 부분(2)을 샌드위치하고 고정한다.
히트싱크들(1, 1')은 조립 후에 레퍼런싱 부분(2)의 상승된 접촉 패드들(5)에 의해 관통되는 컷아웃들(5')을 가질 수 있고, 그에 따라, 접촉 패드들(5)은 히트싱크들(1, 1')의 외측 표면들로부터 접근가능할 수 있다. 도 2 및 도 3은 이중 기능 LED 모듈(200)을 도시한다. 그러한 실시예들에서, 도면들에서 보이고 상부 히트싱크(1)의 장착 영역(14) 상에 장착된 LED들(21) 이외에, 도면들에서 보이지 않는 하부 히트싱크(1')의 하부 표면 상의 LED들(21)이 또한 있을 수 있다. 이러한 하부 LED들(21)은 하부 히트싱크(1')의 컷아웃들(5')을 관통하는 레퍼런싱 부분(2)의 하부 면 상의 접촉 패드들(5)을 통해 접촉될 수 있다(도면들에서 보이지 않음). 레퍼런싱 부분(2) 상의 정렬 피처들(15, 16, 25)은 조립 후에 상부 히트싱크(1) 내의 컷아웃들(15', 16')을 관통할 수 있고, 그에 따라, 광학 구성요소(50)를 정렬하고 상부 히트싱크(1)의 LED 장착 영역(14) 상의 LED들(21)의 장착을 레퍼런싱하기 위해(참조. 도 1b의 광학 구성요소(50)의 배치를 위해) 접근가능하게 될 수 있다.
상부 히트싱크(1)의 LED 장착 영역(14) 상의 LED들(21)은, 광학 구성요소(50) 및 가능하게는 차량 헤드라이트 내의 추가의 광학 구성요소들과 함께 차량에서 조립된 후에, 로우 빔과 같은 이중 기능 LED 모듈(200)의 제1 기능을 실현할 수 있다. 유사한 방식으로, 하부 히트싱크(1')의 하부 표면 상의 LED들(21)은, 그의 하부 면 상에서 LED 모듈(200)에 부착된 다른 광학 구성요소 및 가능하게는 차량 헤드라이트 내의 추가의 광학 구성요소들과 함께 차량에서 조립된 후에, 하이 빔과 같은 이중 기능 LED 모듈(200)의 제2 기능을 실현할 수 있다.
도 2 및 도 3의 이중 기능 LED 모듈(200)은 상부 및 하부 히트싱크들(1, 1')로 구성된 2-부분 히트싱크를 도시하지만, 이중 기능 LED 모듈(200)은 또한 단일 히트싱크로 실현될 수 있다. 예컨대, 제1 기능을 위한 LED들(21)은 단일 히트싱크의 상부 표면에 장착될 수 있고, 제2 기능을 위한 LED들(21)은 단일 히트싱크의 하부 표면 상에 장착될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 단일 히트싱크는 단일 히트싱크의 상부 및 하부 표면들 상의 LED들(21)의 전기적 접촉을 허용하기 위해 레퍼런싱 부분(2)의 접촉 패드들(5)을 위한 필요한 컷아웃들(5')이 포함되는 것을 보장하도록 조정될 필요가 있을 수 있다. 추가적으로, 2개의 히트싱크(1, 1') 또는 단일 히트싱크의 상부 및 하부 표면들 상에서 LED 모듈(200)에 부착되는 2개의 별개의 광학 구성요소는 요구되지 않을 수 있다. 이러한 실시예들에서, LED 모듈(200)은, 예컨대, LED 모듈(200)의 2개의 기능에 대해 공통적인 단일 광학 구성요소로서의 단일 반사기 바로 앞에 배치될 수 있다.
정렬 피처들(15, 16, 25)을 히트싱크들(1, 1')로부터 별개의 레퍼런싱 부분(2)으로 이동시키는 것은 레퍼런싱 부분(2)만을 높은 정밀도의 구성요소로서 남길 수 있는 한편 히트싱크들(1, 1')은 더 조악하게 제조될 수 있다. 이는 레퍼런싱 부분(2)과 히트싱크들(1, 1') 사이의 고정이 히트싱크들(1, 1')에서 높은 정밀도를 요구하지 않으면서 밀착될 수 있기 때문에 가능하다. 이는, 예컨대, 클램핑 영역들에서 탄성 재료를 사용하거나 또는 클램핑 힘에 대해 치명적이지 않은 레퍼런싱 부분(2)의 일부에 클램핑 힘을 가하여, 히트싱크들(1, 1') 사이에 레퍼런싱 부분(2)을 클램핑함으로써 이루어질 수 있다. LED들(21)은 레퍼런싱 부분(2)과 히트싱크들(1, 1')이 서로 밀착하여 고정된 후에 히트싱크들(1, 1')의 장착 영역들(14)에 장착될 수 있다. 따라서, LED들(21)의 이러한 장착은 레퍼런싱 부분(2) 상의 LED 정렬 피처들(25)을 참조하여 수행될 수 있다. 동일한 방식으로, 예컨대, 레퍼런싱 부분(2)을 히트싱크들(1, 1')에 고정한 후에, 광학 구성요소(50)(도 1 참조)가 광학 구성요소 정렬 피처들(15, 16)을 참조하여 장착될 수 있다. 따라서, 히트싱크들(1, 1')에 대해 높은 정밀도가 요구되지 않을 수 있다.
부피가 큰 히트싱크들(1, 1')이 더 이상 높은 정밀도를 요구하지 않으므로, 그들의 제조는 실질적으로 단순화될 수 있고, 그에 따라, 제조 비용이 감소될 수 있다. 추가적으로, 높은 정밀도의 레퍼런싱 부분(2) 및 부피가 큰 히트싱크들(1, 1')의 제조는 상이한 팩토리들로 분리될 수 있다. 훨씬 더 중요한 점은 단지 히트싱크에 대한 고정을 요구하는 구성요소인 레퍼런싱 부분(2)은 형상이 상당히 단순하고 보편적으로 유지될 수 있다는 것이다. 따라서, 히트싱크들(1, 1')이 각각의 특정 조명기구 형상에 적응될 수 있으면서, 레퍼런싱 부분(2)의 단일 형상이 다수의 상이한 조명기구들에서 사용가능할 수 있다. 이는 히트싱크들(1, 1')을 맞춤 제조하면서 레퍼런싱 부분(2)을 대량 제조할 시에 상당한 규모의 경제를 가능하게 할 수 있다. 레퍼런싱 부분들은 비교적 작고, 그에 따라, 경량의 구성요소들이고 배송 비용이 사소할 수 있는데, 이는 히트싱크들(1, 1')을 로컬을 위해 로컬로 제조하면서, 소수의 또는 심지어 단일 팩토리에서의 중앙집중식 대량 제조를 허용한다.
이에 의해, 레퍼런싱 부분들(2) 및 히트싱크들(1, 1')을 위한 빌딩 블록 시스템이 가능할 수 있다. 예컨대, 상이한 레퍼런싱 부분 형상들의 시리즈 또는 집합은 레퍼런싱 부분들과 히트싱크(들) 사이의 고정을 표준화함으로써 히트싱크 형상들의 시리즈 또는 집합과 조합될 수 있다. 그러한 고정은 임의의 적합한 방법에 의해, 이를테면, 기계적으로(예컨대, 레퍼런싱 부분이 열 생성 전기 구성요소들을 보유하는 경우, 열 전달을 개선하기 위한 개재 열 그리스를 이용하여 또는 이용하지 않으면서 스크루잉, 리벳팅 또는 크림핑(crimping)에 의해) 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 연결은 글루잉(gluing) 또는 열 스테이킹(heat staking)에 의해 또한 수행될 수 있는데, 후자는 레퍼런싱 부분이 플라스틱들과 같은 열 변형가능 재료로 제조될 때 특히 적합하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 레퍼런싱 부분은 또한 히트싱크에 몰딩될 수 있다.
레퍼런싱 부분(2)은 광학 구성요소 및 LED 레퍼런싱을 위한 정렬 피처들(15, 16, 25)만을 포함할 필요가 있을 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 모든 다른 피처들은 LED 모듈(200)의 다른 구성요소들로, 이를테면, 별개의 PCB(도 1a 및 도 1b의 PCB(30) 참조)로 또는 히트싱크들(1, 1') 상으로 이동될 수 있다. 그러나, 이러한 구성요소들 중 적어도 일부를 레퍼런싱 부분(2)에 포함시킴으로써 이점이 취해질 수 있다. 예컨대, 레퍼런싱 부분(2) 내에 접촉 패드들(5) 및 전기 트레이스들(41)을 포함시키는 것은 표준화된 제조에 유익한 기능을 추가로 집중화할 수 있다. 이는 TVS 다이오드들, LED 빈 저항기들 또는 심지어 LED들(21)을 위한 구동기 구성요소들과 같은 추가의 전기 구성요소들(42)을 포함함으로써 계속될 수 있다. 커넥터(40)는 또한 원하는 경우 레퍼런싱 부분(2)과 일체로 제조될 수 있다.
레퍼런싱 부분(2)은 주로 플라스틱들로 제조되고, 예컨대, 인서트 몰딩에 의해 제작될 수 있다. 전기 트레이스들(41)은 리드 프레임의 스트립들로서 형성된 후에 플라스틱들에 의해 오버몰딩될 수 있고, 예컨대, 리드 프레임 단부들 및 플라스틱들은 또한 커넥터(40)를 형성한다. 대안적으로, 전기 연결부들 및 구성요소들 및 또한 전기 커넥터가 PCB 상에 배치되고 구성요소로서 레퍼런싱 부분(2)에 접합될 수 있다. 대안적으로, 전기 트레이스들은, 예컨대, 레퍼런싱 부분(2)의 플라스틱들의 표면 상에 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 레퍼런싱 부분(2)은 임의의 적합한 방법에 의해, 이를테면, 하우징에 별개의 구성요소들을 조립하는 것에 의해 제조될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 레퍼런싱 부분(2)의 플레이트형 형상은 특히 2개의 히트싱크(1, 1') 사이에 샌드위치하는 데 유리할 수 있다. 이는 그러한 히트싱크(1) 자체가 플레이트형인 경우와 같이 단일 히트싱크(1)만을 사용하는 경우에도 또한 유지될 수 있다. 그러나, 몰딩에 의해, 레퍼런싱 부분이 부착될 히트싱크의 형상에 적응될 수 있는 레퍼런싱 부분에 대해 더 복잡한 형상들이 쉽게 실현될 수 있다.
도 4는 본원에서 설명되는 실시예들 및 예들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(400)의 도면이다. 도 4에 예시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(400)은 전력 라인들(402), 데이터 버스(404), 입력 필터 및 보호 모듈(406), 버스 트랜시버(408), 센서 모듈(410), LED 직류 대 직류(DC/DC) 모듈(412), 로직 저-드롭아웃(LDO) 모듈(414), 마이크로제어기(416) 및 액티브 헤드 램프(418)를 포함한다.
전력 라인들(402)은 차량으로부터 전력을 수신하는 입력들을 가질 수 있고, 데이터 버스(404)는 데이터가 차량과 차량 헤드램프 시스템(400) 사이에서 교환될 수 있는 입력들/출력들을 가질 수 있다. 예컨대, 차량 헤드램프 시스템(400)은 턴 시그널링을 턴 온하거나 또는 헤드램프들을 턴 온하기 위한 명령들과 같은 명령들을 차량 내의 다른 위치들로부터 수신할 수 있고, 원하는 경우 피드백을 차량 내의 다른 위치들로 전송할 수 있다. 센서 모듈(410)은 데이터 버스(404)에 통신가능하게 커플링될 수 있고, 예컨대, 환경 조건들(예컨대, 하루 중 시간, 비, 안개 또는 주변 광 레벨들), 차량 상태(예컨대, 주차, 운동 중, 운동의 속도, 또는 운동의 방향), 및 다른 물체들(예컨대, 차량들 또는 보행자들)의 존재/포지션과 관련된 추가적인 데이터를 차량 헤드램프 시스템(400) 또는 차량 내의 다른 위치들에 제공할 수 있다. 차량 데이터 버스에 통신가능하게 커플링된 임의의 차량 제어기와 별개인 헤드램프 제어기가 차량 헤드램프 시스템(400)에 또한 포함될 수 있다. 도 4에서, 헤드램프 제어기는 마이크로제어기(μc)(416)와 같은 마이크로제어기일 수 있다. 마이크로제어기(416)는 데이터 버스(404)에 통신가능하게 커플링될 수 있다.
입력 필터 및 보호 모듈(406)은 전력 라인들(402)에 전기적으로 커플링될 수 있고, 예컨대, 전도 방출들을 감소시키고 전력 내성을 제공하기 위해 다양한 필터들을 지원할 수 있다. 추가적으로, 입력 필터 및 보호 모듈(406)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(412)은 입력 필터 및 보호 모듈(406)과 액티브 헤드램프(418) 사이에 커플링되어, 필터링된 전력을 수신하고, 액티브 헤드램프(418) 내의 LED 어레이 내의 LED들에 전력을 공급하기 위한 구동 전류를 제공할 수 있다. LED DC/DC 모듈(412)은 대략 13.2 볼트의 공칭 전압을 갖는 7 볼트 내지 18 볼트의 입력 전압, 및 (예컨대, 인자 또는 로컬 교정, 및 부하, 온도 또는 다른 인자들로 인한 동작 조건 조정들에 의해 결정된 바와 같은) LED 어레이에 대한 최대 전압보다 약간 더 높을 수 있는(예컨대, 0.3 볼트) 출력 전압을 가질 수 있다.
로직 LDO 모듈(414)은 필터링된 전력을 수신하기 위해 입력 필터 및 보호 모듈(406)에 커플링될 수 있다. 로직 LDO 모듈(414)은 또한 마이크로제어기(416) 및 액티브 헤드램프(418)에 커플링되어, CMOS 로직과 같은 액티브 헤드램프(418) 내의 전자기기들 및/또는 마이크로제어기(416)에 전력을 제공할 수 있다.
버스 트랜시버(408)는, 예컨대, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 또는 SPI(serial peripheral interface) 인터페이스를 가질 수 있고, 마이크로제어기(416)에 커플링될 수 있다. 마이크로제어기(416)는 센서 모듈(410)로부터의 데이터에 기초하여 차량 입력을 변환할 수 있거나 또는 그 데이터를 포함하는 차량 입력을 변환할 수 있다. 변환된 차량 입력은 액티브 헤드램프(418) 내의 이미지 버퍼로 전달가능한 비디오 신호를 포함할 수 있다. 추가하여, 마이크로제어기(416)는 디폴트 이미지 프레임들을 로딩하고, 시동 동안 개방/단락 픽셀들을 테스트할 수 있다. 실시예들에서, SPI 인터페이스는 CMOS에 이미지 버퍼를 로딩할 수 있다. 이미지 프레임들은 풀 프레임, 차등 또는 부분 프레임들일 수 있다. 마이크로제어기(416)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 추가하여, 사이드 마커 또는 턴 시그널 라이트들과 함께 상보적으로 사용하는 것 및/또는 주간 주행 라이트들의 활성화와 같은 다른 헤드램프 기능들이 또한 제어될 수 있다.
도 5는 다른 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)의 도면이다. 도 5에 예시된 예시적인 차량 헤드램프 시스템(500)은 애플리케이션 플랫폼(502), 2개의 LED 조명 시스템(506 및 508) 및 이차 광학기들(510 및 512)을 포함한다.
LED 조명 시스템(508)은 광 빔들(514)(도 5에서 화살표들(514a 및 514b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. LED 조명 시스템(506)은 광 빔들(516)(도 5에서 화살표들(516a 및 516b) 사이에 도시됨)을 방출할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서, 이차 광학기(510)는 LED 조명 시스템(508)에 인접해 있고, LED 조명 시스템(508)으로부터 방출된 광은 이차 광학기(510)를 통과한다. 유사하게, 이차 광학기(512)는 LED 조명 시스템(506)에 인접해 있고, LED 조명 시스템(506)으로부터 방출된 광은 이차 광학기(512)를 통과한다. 대안적인 실시예들에서, 이차 광학기들(810/812)이 차량 헤드램프 시스템에 제공되지 않는다.
포함되는 경우, 이차 광학기들(510/512)은 하나 이상의 광 가이드일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 에지 조명될 수 있거나 또는 광 가이드의 내부 에지를 정의하는 내부 개구를 가질 수 있다. LED 조명 시스템들(508 및 506)은 하나 이상의 광 가이드의 내부 개구들에 삽입될 수 있고, 그에 따라, 그들은 하나 이상의 광 가이드의 내부 에지(내부 개구 광 가이드) 또는 외부 에지(에지 조명 광 가이드) 내로 광을 주입한다. 실시예들에서, 하나 이상의 광 가이드는 LED 조명 시스템들(508 및 506)에 의해 방출된 광을 원하는 방식으로, 이를테면, 예컨대, 기울기, 챔퍼링된 분포, 좁은 분포, 넓은 분포 또는 각도 분포로 성형할 수 있다.
애플리케이션 플랫폼(502)은 도 4의 데이터 버스(404)와 전력 라인들(402) 중 하나 이상 또는 일부를 포함할 수 있는 라인들(504)을 통해 LED 조명 시스템들(506 및/또는 508)에 전력 및/또는 데이터를 제공할 수 있다. (차량 헤드램프 시스템(500) 내의 센서들 또는 다른 추가적인 센서들일 수 있는) 하나 이상의 센서가 애플리케이션 플랫폼(502)의 하우징 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 도 4의 예시적인 차량 헤드램프 시스템(400)에서 도시된 바와 같이, 각각의 LED 조명 시스템(508 및 506)은 자신 고유의 센서 모듈, 연결 및 제어 모듈, 전력 모듈 및/또는 LED 어레이를 포함할 수 있다.
도 6은 LED 모듈을 제조하는 예시적인 방법의 흐름도(600)이다. 도 6에 예시된 예에서, 방법은 LED 장착 영역을 포함하는 히트싱크를 제공하는 단계(602) 및 히트싱크와 별개인 레퍼런싱 부분을 제공하는 단계(604)를 포함한다. 레퍼런싱 부분은 LED 정렬 피처 및 광학 구성요소 정렬 피처를 포함할 수 있다. 히트싱크는 레퍼런싱 부분에 기계적으로 커플링될 수 있다(606). 레퍼런싱 부분의 LED 정렬 피처에 의해 고정된 위치에서 광학 요소가 히트싱크에 기계적으로 커플링될 수 있다(608).
일부 실시예들에서, 레퍼런싱 부분에 히트싱크를 기계적으로 커플링하는 것은 레퍼런싱 부분에 히트싱크를 스크루잉하는 것, 리벳팅하는 것, 크림핑하는 것, 글루잉하는 것 및/또는 몰딩하는 하는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 레퍼런싱 부분은 상이한 레퍼런싱 부분의 집합으로부터 선택될 수 있고, 유사하게, 히트싱크는 상이한 레퍼런싱 부분들의 집합으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레퍼런싱 부분은 적어도 LED 정렬 피처 및 광학 구성요소 정렬 피처를 형성하기 위해 리드 프레임을 오버몰딩함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 또는 다른 히트싱크가 제공될 수 있고, 레퍼런싱 부분은 그들을 함께 기계적으로 커플링하기 위해 2개의 히트싱크 사이에 클램핑될 수 있다.
본원의 설명에 기초하여, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이, 본 발명의 실시예들은, 예컨대, Verilog 또는 VHDL과 같은 하드웨어 설명 언어(HDL)를 사용하는 소프트웨어로 설계될 수 있다. HDL 설계는 전자 시스템의 거동을 모델링할 수 있고, 여기서, 설계는 합성되어 궁극적으로 하드웨어 디바이스로 제작될 수 있다. 추가하여, HDL 설계는 컴퓨터 제품에 저장되고 하드웨어 제조 전에 컴퓨터 시스템에 로딩될 수 있다.
실시예들을 상세히 설명하였지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본 설명을 고려하여 본 발명의 개념의 사상으로부터 벗어남 없이 본원에서 설명되는 실시예들에 대해 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 예시 및 설명된 특정 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (20)

  1. 발광 다이오드(LED) 모듈로서,
    LED 장착 영역을 포함하는 히트싱크;
    상기 히트싱크와 별개이고, 상기 히트싱크에 고정되고, LED 정렬 피처(feature) 및 광학 구성요소 정렬 피처를 포함하는 레퍼런싱(referencing) 부분; 및
    상기 히트싱크의 상기 LED 장착 영역 상에 있고 상기 레퍼런싱 부분의 상기 LED 정렬 피처와 정렬된 적어도 하나의 LED
    를 포함하는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크에 장착되고, 상기 광학 구성요소 정렬 피처와 정렬된 광학 구성요소를 더 포함하는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 LED 모듈에 추가의 구성요소들을 장착하도록 구성된 장착 피처들을 더 포함하는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    다른 히트싱크를 더 포함하고,
    상기 레퍼런싱 부분은 상기 히트싱크와 상기 다른 히트싱크 사이에 고정되는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 LED 장착 영역이 위치된 표면 반대편에 있는 상기 히트싱크의 표면 상에 다른 LED 장착 영역을 더 포함하는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    다른 LED 장착 영역 상의 적어도 하나의 다른 LED를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 LED는 상기 LED 모듈의 제1 조명 기능을 위해 구성되고, 상기 적어도 하나의 다른 LED는 상기 LED 모듈의 제2 조명 기능을 위해 구성되는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분은 상기 적어도 하나의 LED에 연결가능한 전기 트레이스들을 더 포함하는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분은 상기 전기 트레이스들을 포함하는 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 리드 프레임 중 하나인, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분은 상기 전기 트레이스들에 전기적으로 커플링된 추가의 전기 구성요소들과 전기 커넥터 중 하나 이상을 더 포함하는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분은 플레이트형인, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분은 몰딩된 플라스틱 부분인, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분은 상기 몰딩된 플라스틱 부분 상에서 상기 LED 모듈의 상기 LED에 연결가능한 전기 트레이스들을 더 포함하는, 발광 다이오드(LED) 모듈.
  13. 차량 헤드라이트로서,
    LED 모듈; 및
    광학 요소
    를 포함하고,
    상기 LED 모듈은,
    LED 장착 영역을 포함하는 히트싱크;
    상기 히트싱크와 별개이고, 상기 히트싱크에 고정되고, LED 정렬 피처 및 광학 구성요소 정렬 피처를 포함하는 레퍼런싱 부분; 및
    상기 히트싱크의 상기 LED 장착 영역 상에 있고 상기 레퍼런싱 부분의 상기 LED 정렬 피처와 정렬된 적어도 하나의 LED
    를 포함하고,
    상기 광학 요소는 상기 히트싱크에 장착되고, 상기 광학 구성요소 정렬 피처와 정렬되는, 차량 헤드라이트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광학 요소는 반사기인, 차량 헤드라이트.
  15. LED 모듈을 제조하는 방법으로서,
    LED 장착 영역을 포함하는 히트싱크를 제공하는 단계;
    상기 히트싱크와 별개이고, LED 정렬 피처 및 광학 구성요소 정렬 피처를 포함하는 레퍼런싱 부분을 제공하는 단계;
    상기 레퍼런싱 부분에 상기 히트싱크를 기계적으로 커플링하는 단계; 및
    상기 레퍼런싱 부분의 상기 LED 정렬 피처에 의해 고정된 위치에서 상기 히트싱크에 광학 요소를 기계적으로 커플링하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분에 상기 히트싱크를 기계적으로 커플링하는 단계는 상기 레퍼런싱 부분에 상기 히트싱크를 스크루잉(screwing)하는 단계, 리벳팅(riveting)하는 단계, 크림핑(crimping)하는 단계, 글루잉(gluing)하는 단계 및/또는 몰딩하는 하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분을 제공하는 단계는 상이한 레퍼런싱 부분들의 집합으로부터 상기 레퍼런싱 부분을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 히트싱크를 제공하는 단계는 상이한 히트싱크들의 집합으로부터 상기 히트싱크를 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 레퍼런싱 부분을 제공하는 단계는 적어도 상기 LED 정렬 피처 및 상기 광학 구성요소 정렬 피처를 형성하기 위해 리드 프레임을 오버몰딩하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    다른 히트싱크를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 레퍼런싱 부분에 상기 히트싱크를 기계적으로 커플링하는 단계는 상기 히트싱크와 상기 다른 히트싱크 사이에 상기 레퍼런싱 부분을 클램핑하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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