TWI579500B - 照明模組 - Google Patents

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TWI579500B
TWI579500B TW100116214A TW100116214A TWI579500B TW I579500 B TWI579500 B TW I579500B TW 100116214 A TW100116214 A TW 100116214A TW 100116214 A TW100116214 A TW 100116214A TW I579500 B TWI579500 B TW I579500B
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Martinus Petrus Creusen
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Koninklijke Philips Nv
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Description

照明模組
本發明係關於一種包括至少一發光裝置及用於驅動該至少一發光裝置之驅動電子器件之照明模組。
在關於發光二極體(LED)之應用中，從容易安裝及成本效率方面，期望在一單一照明模組中組合電子驅動電路及LED。此一照明模組之一實例先前從US 6,161,910得知，該案揭示一種包含一光學總成、一電力電路板及一外殼之LED閱讀光總成。該光學總成包含一全息透鏡及一LED總成，該LED總成包括一LED電路板及佈置在該LED電路板之面向外側上之複數個LED。該外殼包含一外殼板及一黑色陽極極化翼板。該LED閱讀光總成經設計使得該LED電路板與該電力電路板平行，其中該電力電路板位於該LED電路板下方，且該外殼板佈置在該LED電路板與該電力電路板之間。在操作中，由該等LED產生的熱藉由該外殼板輻射狀向外轉移且接著向後轉移至該黑色陽極極化翼板。
雖然US 6,161,910管理在一單一照明模組中組合電子驅動電路及LED，但期望達成一更小型照明模組及LED與散熱片之間之一較低總熱電阻。
本發明之一目標係克服此問題且提供一更小型照明模組及一熱最佳化熱路徑用於至少一發光裝置與驅動電子器件兩者。
根據本發明之一態樣，藉由一照明模組實現此目標及其他目標，該照明模組包括：至少一發光裝置，其配置在一第一載體上；驅動電子器件，其用於驅動配置在一第二載體上之該至少一發光裝置；及一光學介面，其用於輸出由該至少一發光裝置發射的光，其中該第二載體配置在大體平行於該第一載體之一平面中，該平面在遠離該光學介面之一方向上自該第一載體位移，其中該第一載體及該第二載體經組態使得該第一載體在該平面上之一投影與該第二載體大體不重疊，以便形成一不重疊區，其中該驅動電子器件至少部分配置在該不重疊區中。
本發明係基於理解：藉由將驅動電子器件至少部分配置在一不重疊區中，可更有效率地使用該照明模組中之空間。特定言之，可減小該第一載體與配置該第二載體之平面之間之距離，此係因為配置在該不重疊區中之該驅動電子器件不必配裝在該第一載體下方，但可延伸至其旁邊。此外，相較於利用重疊載體之先前技術解決方案，由於該(等)發光裝置與該散熱片之間之一較短熱路徑，可減小該等發光裝置之熱電阻。除此之外，不使用與該等發光裝置相同的載體散逸由該等驅動電子器件產生的熱。同時，不像該(等)發光裝置及該驅動電子器件配置在相同載體上之一配置，具有該驅動電子器件之載體此處可自該光學介面位移，恰好足以避免該驅動電子器件與該光學介面之設計干擾。
該照明模組可進一步包括具有一第一側之一導熱元件， 該第一側具有帶有一突起之一表面，其中該第一載體配置在該突起之頂部上，且該第二載體配置在圍繞該突起之表面之一部分上。因為該第一載體與該導熱元件之間之介面及該第二載體與該導熱元件之間之介面彼此位移，該(等)發光裝置將不加熱該驅動電子器件至其他情況可發生之程度，藉此增加電子組件(諸如電容器及二極體)之壽命。類似地，該驅動電子器件將不加熱該(等)發光裝置至其他情況可發生之程度，藉此減小該(等)發光裝置之溫度。
該導熱元件之一第二側(較佳位於相對於該導熱元件之該第一側)可界定用於將該導熱元件熱連接至一散熱片之一熱介面。該熱介面較佳可係本質上平坦以提供可容易連接至該散熱片之一介面。該散熱片可整合在該照明模組中，或可係可連接至該照明模組之一外部散熱片。根據一替代實施例，該導熱元件自身可係一散熱片。
該光學介面可包含一反射結構，該反射結構經配置以反射由該至少一發光裝置發射的光，此反射結構可具有一開口，該開口包圍配置該至少一發光裝置之該第一載體之一區域。此外，該第二載體可配置在該反射結構外面。因此，配置在該第二載體上之該驅動電子器件可延伸至反射結構與該照明模組之一外殼之間可用之任何空間中，藉此達成有效使用該照明模組中可用之空間。
該第一載體較佳可係一第一印刷電路板(PCB)且該第二載體較佳可係一第二印刷電路板。此外，該至少一發光裝置可係一發光二極體(LED)。可利用表面黏著技術將該發 光二極體黏著至該第一印刷電路板。關於使用表面黏著技術取代穿孔技術之一優點在於表面黏著技術有助於允許較好熱轉移之PCB技術。
該第一印刷電路板可經組態以電隔離該至少一發光裝置與該導熱元件，同時將該至少一發光裝置熱連接至該導熱元件。此可藉由(例如)使用一陶瓷PCB、一金屬芯PCB或具有熱通孔之一PCB實現。
可利用穿孔技術將該驅動電子器件至少部分黏著至該第二印刷電路板。此外，一電絕緣但導熱層可配置在該第二載體與該導熱元件之間。
注意本發明係關於申請專利範圍中列舉的特徵之所有可能組合。
現在將參考展示本發明之實施例之隨附圖式更詳細描述本發明之此態樣及其他態樣。
現在將參考圖1及圖2描述本發明之一較佳實施例。
在圖1中繪示的實施例中，一照明模組1具有一圓柱外殼2，其容納複數個發光裝置3；驅動電子器件4(用於驅動該等發光裝置)；一光學介面5(用於輸出由該等發光裝置3發射的光)；及一熱介面6(用於將該等發光裝置3及該驅動電子器件4連接至一外部散熱片7)。可以該技術中熟知的多種方式將該照明模組1連接至該外部散熱片。舉例而言，可利用公布為WO 2010/146509之歐洲專利申請案09167919.1中描述的連接器將該照明模組可鬆開連接至該 散熱片，該案以引用方式併入本文中。
此處藉由一導熱元件8之一底面界定該照明模組之熱介面6。該導熱元件較佳係呈具有一同心圓柱突起9之一圓柱鋁板之形式之一散熱器。然而，如熟習此項技術者所認知，可改變該導熱元件及其之突起之形狀。此外，亦可使用具有一高熱導率之其他材料，諸如銅、碳、導熱塑膠或陶瓷。一散熱器此處穩固黏著至該圓柱外殼2。
該等發光裝置3較佳係配置在該散熱器之該突起9之頂部上黏著之一第一載體10上之發光二極體(LED)。該第一載體之形狀較佳對應於該突起之頂面之形狀，且此處係圓形。此外，該第一載體較佳具有大約與該突起之該頂面面積相同大小或稍微大之一面積。
該驅動電子器件4配置在該圓柱突起9周圍放置之一第二(較佳環狀)載體11上，使得該第二載體11之底面與圍繞該突起9之該散熱器之一表面13熱接觸。因此，該第二載體11配置在大體平行於該第一載體10之一平面中，但該平面在遠離該光學介面5之一方向上自該第一載體10位移。詞大體平行應解釋為使得配置該第二載體11之平面與該第一載體10之間之角度小於20度。該位移此處由該突起9之高度決定，且較佳可經選擇使得驅動電子器件之電子組件不與該光學介面之設計干擾。該驅動電子器件可藉由一內部電力源(諸如，一整合可再充電電池，例如，Ni-Cd或Li離子電池(未展示))及/或藉由一外部電力源或直接連接至主電源而供電。該照明模組可包含該驅動電子器件之電路之 全部。然而，如熟習此項技術者所認知，亦可能將該驅動電子器件之電路之一部分配置在該照明模組中且外部提供該驅動電子器件之電路之一部分。
該第一載體10及該第二載體11較佳係印刷電路板(PCB)。通常利用穿孔技術將該驅動電子器件黏著至該PCB。為電隔離該驅動電子器件4與該散熱器8，在該第二載體11與該散熱器8之間配置一層電隔離但導熱材料22(例如，一薄片之聚碳酸酯材料或熱縫隙墊材料)。較佳藉由表面黏著技術將該等LED黏著至該PCB。因為該等LED不受限於穿孔要求，所以可選擇一熱最佳化PCB技術用於該等LED。此處使用一陶瓷PCB，此係因為此提供LED與熱散熱器8之間之一低熱電阻。對於該等LED使用一陶瓷PCB之另一優點係減小的焊料疲勞風險，尤其對於高於攝氏85度之LED焊料溫度。此係因為該陶瓷PCB與其上放置該等LED之陶瓷基台不具有熱膨脹不匹配。然而，亦可使用其他PCB技術，諸如提供LED與熱散熱器之間之一極低熱電阻之一基於Cu的IMS載體。PCB技術之又另一實例係FR4及MCPCB。對使用一PCB之一替代係直接在該散熱器之突起之頂部上焊接一單一多晶粒封裝，視情況具有在該多晶粒封裝與該散熱器之間配置之一額外電隔離層(例如，Kapton)。又另一替代係直接在該散熱器上黏著該等LED，而不具有一分開載體，以進一步改良LED與散熱器之間之熱接觸。在此情況中，該散熱器自身充當一載體，且可藉由氧化該散熱器之表面而與該等LED電隔離。
在繪示的實施例中，該光學介面5包含：一反射結構16，其用於反射由該等LED發射的光；及一光學玻璃板17，其允許光逸出。該反射結構16(此處其係具有一反射表面之一(抛物面)反射器)具有相鄰該第一載體10之一光輸入端及相鄰該玻璃板17之一光輸出端。該反射器之光輸入端具有一圓形開口，該圓形開口經配置使得該開口包圍配置該等LED之該第一載體10之一部分。該反射器進一步包含配置在該突起周圍且自該第一載體10延伸至該散熱器8之一環狀延伸部分28。該環狀延伸部分28較佳可具有自其之內表面突起之一軸向延伸肋26，該軸向延伸肋26收納在該突起之一對應凹部(或溝槽)27中以阻止該反射器16與該散熱器8之間之相對旋轉。此外，電連接器24、25附接至該反射器之該環狀延伸部分28以提供該第一載體10與該第二載體11之間之電接觸。藉由將該光學玻璃板17穩固黏著至該圓柱外殼2且在該光學玻璃板17與該反射器16之間配置一波環23(或凹彈簧)，向下壓該反射器(即，在朝向該熱介面6之一方向上)使得在該等載體10、11上方延伸之該等電連接器24、25之部分抵靠該第一載體10及該第二載體11壓，藉此提供該驅動電子器件4與該等LED之間之一可靠電接觸。此外，該第一載體10及該第二載體11將抵靠該散熱器8壓以確保該等載體10、11與該散熱器8之間之良好熱接觸。
在操作中，由該等LED產生的熱及由該驅動電子器件4產生的熱被轉移至該散熱器8且接著經由該散熱片7散逸。 然而，因為驅動電子器件此處經配置低於該等LED，所以該等LED將不加熱驅動電子器件，且驅動電子器件將不加熱該等LED。因此，可大體減小電子組件之溫度。同時，增加自LED至該散熱片7之熱電阻之損失相對小。舉例而言，假使高度之差係10mm，則額外熱電阻通常係5至10W/K，對於一種15W LED應用導致最大3℃之一額外溫度增加。
圖3及圖4繪示本發明之一替代實施例。此處，該散熱器8在該突起9之頂部處具備一凸緣18，且該反射結構16具有配置在該反射器之一開口15處之一收納結構19。包圍該開口之該收納結構19具有一凹部，該凹部經調適以收納該突起之該凸緣18及該第一載體10之一周邊部分。該收納結構經組態使得當該凸緣18及該第一載體10之該周邊部分配置在該收納結構之該凹部中時，該導熱元件8緊固至該反射器，其中該第一載體穩固保持在該突起之頂部上。此外，該凸緣18及/或該收納結構19較佳可經切角使得可藉由將散熱器之該突起9壓至該收納結構19中，直到該凸緣18鎖扣至該收納結構19中之該凹部裏面的地方而總成該照明模組。此外，將該等LED電連接至該驅動電子器件4之該等電連接器20較佳整合於該反射器16中且經組態以抵靠該散熱器8壓該第一載體10以促進該等LED與該散熱器8之間之一良好熱接觸。
熟習此項技術者認識到本發明絕不限於上文描述的較佳實施例。相反，在隨附申請專利範圍之範圍內之許多修改 及變更係可能。舉例而言，雖然該反射結構此處繪示為一抛物面反射器，但反射結構可採取其他形式且可係(例如)一混合腔室。此外，取代描述的反射結構，該光學介面可包含使用總內部反射(TIR)之一反射器。亦可使用其他類型的光束成形光學元件(諸如在出口窗上結合一(Fresnel)透鏡之一準直器)。此外，取代使用一外部散熱片，可使用一整合散熱片。此外，在不使用一散熱器情況下，可將載體直接黏著至該照明模組中整合之一散熱片上。
1‧‧‧照明模組
2‧‧‧圓柱外殼
3‧‧‧發光裝置
4‧‧‧驅動電子器件
5‧‧‧光學介面
6‧‧‧熱介面
7‧‧‧散熱片
8‧‧‧散熱器
9‧‧‧突起
10‧‧‧第一載體
11‧‧‧第二載體
13‧‧‧散熱器之一表面
15‧‧‧開口
16‧‧‧反射結構
17‧‧‧玻璃板
18‧‧‧凸緣
19‧‧‧收納結構
20‧‧‧電連接器
22‧‧‧導熱材料
23‧‧‧波環
24‧‧‧電連接器
25‧‧‧電連接器
26‧‧‧軸向延伸肋
27‧‧‧凹部
28‧‧‧環狀延伸部分
圖1係示意性繪示根據本發明之一實施例之一照明模組之一分解透視圖；圖2展示圖1中之照明模組之一橫截面；圖3係示意性繪示根據本發明之一替代實施例之一照明模組之一分解透視圖；圖4展示圖3中之照明模組之一橫截面。
1‧‧‧照明模組
2‧‧‧圓柱外殼
3‧‧‧發光裝置
4‧‧‧驅動電子器件
5‧‧‧光學介面
6‧‧‧熱介面
7‧‧‧散熱片
8‧‧‧散熱器
9‧‧‧突起
10‧‧‧第一載體
11‧‧‧第二載體
15‧‧‧開口
16‧‧‧反射結構
17‧‧‧玻璃板
22‧‧‧導熱材料
23‧‧‧波環
24‧‧‧電連接器
25‧‧‧電連接器
26‧‧‧軸向延伸肋
27‧‧‧凹部
28‧‧‧環狀延伸部分

Claims (10)

  1. 一種照明模組(1)，其包括：至少一發光裝置(3)，其配置在一第一載體(10)上；驅動電子器件(4)，其用於驅動該至少一發光裝置(3)，該驅動電子器件(4)係配置在一第二載體(11)上；及一光學介面(5)，其用於輸出由該至少一發光裝置(3)發射的光，其中該第二載體(11)配置在實質平行於該第一載體(10)之一平面中，其中該第一載體(10)及該第二載體(11)經組態使得該第一載體(10)在該平面上之一投影與該第二載體(11)實質上不重疊，以便形成一不重疊區，其中該驅動電子器件至少部分配置在該不重疊區中，該照明模組(1)進一步包括具有一第一側之一導熱元件(8)，該第一側具有帶有一突起(9)之一表面(13)，其中該第一載體(10)配置在該突起之頂部上，且該第二載體(11)配置在圍繞該突起(9)之該表面(13)之一部分上，其中該導熱元件(8)之一第二側(6)界定一熱介面(6)，該熱介面用於將該第一載體(10)及該第二載體(11)熱連接至一散熱片(heat sink,7)。
  2. 如請求項1之照明模組，其中配置該第二載體(11)之該平面在遠離該光學介面(5)之一方向上自該第一載體(10)位移。
  3. 如請求項1或2之照明模組，其中該光學介面(5)包含一反 射結構(16)，該反射結構(16)經配置以反射由該至少一發光裝置(3)發射的光，該反射結構(16)具有一開口(15)，該開口包圍配置該至少一發光裝置(3)之該第一載體(10)之一區域。
  4. 如請求項3之照明模組，其中該第二載體(11)配置在該反射結構(16)外面。
  5. 如請求項1或2之照明模組，其中該第一載體(10)及該第二載體(11)之至少一者係一印刷電路板。
  6. 如請求項5之照明模組，其中該至少一發光裝置係一發光二極體(LED)。
  7. 如請求項6之照明模組，其中利用表面黏著技術將該發光二極體黏著至該印刷電路板。
  8. 如請求項5之照明模組，其中該印刷電路板經組態以電隔離該至少一發光裝置(3)與該導熱元件(8)，同時將該至少一發光裝置(3)熱連接至該導熱元件(8)。
  9. 如請求項5之照明模組，其中利用穿孔技術將該驅動電子器件至少部分黏著至該印刷電路板。
  10. 如請求項9之照明模組，其中一電絕緣但導熱層配置在該第二載體(11)與該導熱元件(8)之間。
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