光模塊的製作方法

2023-12-01 22:05:06

本發明涉及一種用於插入半導體燈的殼體中的光模塊，所述光模塊具有：驅動器、冷卻體、緊貼在冷卻體上的具有至少一個半導體光源的發光器，半導體光源與驅動器電連接，和至少一個覆蓋半導體光源的光學折射元件。本發明還涉及一種半導體燈，該半導體燈具有在前側開放的殼體和光模塊。此外，本發明還涉及一種用於製造半導體燈的方法。本發明特別能夠用於特別是具有燈管底座，特別是引腳底座的替換燈或改裝燈，例如用於代替滷素燈的、例如mr16或par16型的改裝燈。

背景技術：

led替換燈或者改裝燈迄今為止在許多加工步驟中由多個單個的部件組裝。通過單個的部件，在自動化生產線中的製造非常複雜或者不能實行。通過單個的部件的固定，取決於公差和製造問題，常常導致非常昂貴的後續加工和導致可能的製造故障。

例如，圖10中示出了單個的部件或者元件，其為了手動安裝mr16改裝燈100而互相組裝。也即提供一個前側開放的殼體101，該殼體具有(在此是gu10型的)後面的底座。隨後，將驅動器102插入殼體101中並且隨後由冷卻體103(也用於殼體的蓋部)在前側蓋住殼體101。將tim薄膜104放置到冷卻體103前側，tim薄膜上再放置led模塊105或者「光引擎」。led模塊105具有電路板106，該電路板在後側上位於tim薄膜上並且在前側上支承至少一個led107。至少一個led107由透鏡108覆蓋，透鏡由透鏡保持件109保持。透鏡保持件109可以在殼體101中卡合併且位於其與殼體101之間的部件保持壓配合。

技術實現要素：

本發明的目的在於，至少部分克服現有技術中的缺點。

該目的通過獨立權利要求的特徵實現。優選的實施方式特別地在從屬權利要求中給出。

該目的通過一種用於插入半導體燈的殼體中的模塊(下文稱為「光模塊」而不失去概括性)來實現，具有驅動器、冷卻體、緊貼在冷卻體上的具有至少一個半導體光源的發光器，半導體光源與驅動器電連接，和至少一個覆蓋半導體光源的光學的折射元件，其中光學的折射元件固定在冷卻體上並且將發光器壓緊到冷卻體上。

通過在引入半導體燈的殼體之前預製具有不同的部件或元件的光模塊，可以簡化半導體燈的組裝。特別地，光模塊可以與燈的製造分開地預製。由此，每小時能造更多燈，因為光模塊和殼體能夠平行地製造。已經存在的生產線也可以擴展。優點還在於，光模塊的功能測試在沒有殼體的條件下能夠立即進行。因為光模塊能夠獨立操縱和運輸，其也可以在託盤中運輸，由此有利地防止了運輸影響到焊接位置。製成的光模塊可以例如在託盤中運輸，隨後引入生產線並且全自動地引入殼體中。除此之外，可以降低部件的成本，因為公差可以較大。通過將製成的光模塊插入殼體中，有利地中斷了迄今為止通常的公差鏈。

驅動器可以設置用於將通過半導體燈的底座得到的電能轉換成用於驅動至少一個半導體光源的電驅動信號。可以通過底座以例如230v交流電的電源電壓或者用12伏直流電壓的電源電壓供給半導體燈。

冷卻體也可以稱為散熱器。其有利的由金屬，例如鋁組成。冷卻體可以用作前面開放的殼體的蓋部。

發光器可以具有電路板，該電路板裝配有至少一個半導體光源。特別地，發光器可以以電路板的背面平面地緊貼或放置在冷卻體上，也即直接或間接(例如經過tim薄膜)地放置。電路板於是例如只在前面裝配至少一個半導體光源。這種不具有其他電氣或電子部件的發光器也可以稱為光源模塊。特別地，如果電路板額外地裝配有至少一個電氣和/或電子的部件，例如電阻、線圈、電容等等，發光器也可稱為發光機或者「光引擎」。

發光器緊貼在冷卻體上可以包含發光器(例如，在主要的光照射方向上)緊貼在冷卻體的前面或者冷卻體(例如在底座一側)緊貼在發光器的背面。替換性地，發光器可以緊貼在冷卻體的(例如底座一側的)背面或者冷卻體緊貼在發光器的(例如在主要的光照射方向上定向的)前面。後一種情況下，冷卻體可以具有至少一個用於使至少一個半導體光源穿過或者用於使能夠從至少一個半導體光源發射的光穿透的凹口。

擴展方案在於，至少一個半導體光源包含或具有至少一個發光二極體。在存在多個發光二極體的條件下，這些發光二極體可以以相同顏色或者不同顏色發光。一個顏色可以是單色的(例如，紅、綠、藍等等)或者多色的(例如白)。由至少一個發光二極體照射出的光也可以是紅外光(ir-led)或者紫外光(uv-led)。多個發光二極體可以產生混合光；例如白色的混合光。至少一個發光二極體可以含有至少一個波長轉換的發光材料(轉換led)。發光材料可以替換性地或額外地為與發光二極體遠離地設置(遠程磷光體)。至少一個發光二極體可以以至少一個單個的封閉的發光二極體的形式或者以至少一個led晶片的形式而存在。多個led晶片可以裝配在共同的基體(「基板(submount)」)上。至少一個發光二極體可以裝有至少一個獨自的和/或共同的用於光束導向的光學元件，例如至少一個菲涅耳-透鏡、準直儀等等。對於無機的發光二極體(例如基於ingan或者alingap)而言代替地或額外地，一般也可以使用有機的leds(oleds，例如聚合物oleds)。替換性地該至少一個半導體光源可以具有例如至少一個二極體雷射器。

光學的折射元件可以是透明的部件，該部件可以使光通過折射而在其表面上轉向並且該部件也可稱為透鏡。透鏡可以例如是菲涅爾透鏡。通過光學的折射元件將發光器擠壓到冷卻體上，發光器可能甚至不用其他措施就可以保持在冷卻體上。

折射元件固定在冷卻體上可以包括，光學的折射元件例如通過起固定效果的直接的機械接觸和/或材料配合直接地在冷卻體上固定。例如，光學的折射元件的固定區域可以與冷卻體的對應固定區域形狀配合和/或力配合的接合和/或與之材料配合地連接。發光器於是可以在冷卻體和光學的折射元件之間夾緊或壓緊。

折射元件固定在冷卻體上還可以包括，光學的折射元件間接地固定在冷卻體上，例如通過與光模塊的另一部件的機械接觸和/或材料配合，冷卻體在它們之間機械地插入。例如，光學的折射元件的固定區域與設置在冷卻體的背面上的發光器的對應固定區域接合。冷卻體可以於是在發光器和光學的折射元件之間夾緊，並且將發光器擠壓到冷卻體的背面上。

設計方案在於，折射元件在冷卻體上固定並且在發光器上支承。這樣，可以用簡單的方法實現這些部件的可靠的固定，特別是在冷卻體和光學的折射元件之間的壓配合中的發光器的可靠的固定。折射元件固定在冷卻體上可以例如通過粘合或者螺旋進行。特別廉價和可以緊湊實施的擴展方案在於，折射元件與冷卻體咬合或者卡合。

能夠非常特別簡單實施和安裝的設計方案在於，透鏡具有至少一個背面上突出的咬合或者卡合鉤，卡合鉤與冷卻體卡合，並且透鏡具有至少一個背面上突出的(「支承」)腳，其在發光器上支承。為了卡合鉤的接合，冷卻體可以具有相應的卡合凹口。至少一個腳可以將發光器擠壓到冷卻體上並且此外用作距離保持件。卡合鉤產生所屬的反壓力。在替換性的擴展方案中，將冷卻體和發光器的設置反過來，從而於是至少一個背面突出的咬合或卡合鉤與發光器卡合併且透鏡的至少一個背面突出的腳在冷卻體上支承。

還有一個設計方案在於，卡合鉤具有(例如朝向冷卻體)傾斜的接觸面。卡合鉤和冷卻體之間的接觸點位於接觸面上。這樣以能夠簡單實施的方式良好地調節了作用到發光器上的擠壓力。

另一設計方案在於，發光器的電路板直接放置在冷卻體上，也即，無需位於之間的tim薄膜。這通過作用到發光器上的擠壓力而可能。該設計方案特別能夠有利地用於具有小的光功率的光模塊。然而，如果光功率和因此由至少一個半導體光源產生的餘熱特別高，使得擠壓的發光器和冷卻體之間的熱電阻特別高以至於不能確保了至少一個半導體光源的足夠的散熱，則發光器和冷卻體之間可以額外地設置tim(「熱接口材料」thermalinterfacematerial)薄膜或類似物。tim薄膜也可以用作用於發光器和冷卻體連接的保持薄膜。

又一另外的設計方案在於，驅動器通過至少一個突出穿過冷卻體的焊接腳或者焊接銷與發光器電連接。這樣可以實現例如光模塊的特別平的結構。在此，特別是驅動器的電路板(驅動電路板)可以平行於冷卻體設置。通過使用多個(例如兩個、三個、四個等等)焊接腳可以實現特別高穩定性的連接。焊接腳這樣提供了機械連接和電連接。替換性地，在冷卻體和發光器相反的設置中，可以不引導穿過冷卻體。

此外，設計方案在於，驅動器壓入冷卻體中。這樣，以特別簡單的方式實現了高的機械穩定性。驅動器於是可以，特別在其插入區段上與發光器焊接並且這樣電連接。通過壓入進一步避免了(例如在運輸過程中的)驅動電路板的機械的應力對所屬的焊接連接的影響。驅動器可以特別設置為豎立的。這可以理解為，驅動電路板垂直於冷卻體。

擴展方案在於，光模塊與殼體粘合。這樣做的優點在於，可以通過可調節的粘合厚度實施光模塊和殼體之間的公差補償。這樣，可以不用待粘合的部件的非常微小的公差。

設計方案還在於，冷卻體具有待放置在殼體上的、特別是傾斜的側壁，其前面邊緣向外倒圓。由此，在光模塊插入殼體中時，殼體內側的粘合劑可以帶走並且這樣過量的粘合劑向下或者推移到殼體中。這允許了關於粘合劑厚度的特別微小的公差補償。

額外地或替換性地，光模塊可以以另一方式固定在殼體上，例如通過卡合、螺旋等等。

該目的也通過一種半導體燈實現，該半導體燈具有前面開放的殼體，上述光模塊從前面插入殼體中並且光模塊固定在殼體上。這樣，以幾個步驟就實現了針對製成的半導體燈的配合。殼體可以由玻璃或塑料組成。這種半導體燈特別廉價並且能夠以高的生產量製造。該半導體燈可以類似於光模塊成型並且具有相同的優點。

殼體在背面可以具有底座，例如銷底座。銷底座可以是例如gu4、gu5.3或gu10型的引腳底座。

設計方案在於，光模塊與殼體粘合併且為此在光模塊的冷卻體、特別是其側壁和殼體之間存在粘合劑。

還有一設計方案在於，半導體燈是mr11-、mr16-或par16-改裝燈。然而，半導體燈例如也可以是白熾燈-改裝燈等等。

此外，該目的通過一種用於製造上述的半導體燈的方法實現，其中將至少一個驅動器、冷卻體、發光器和光學的折射元件組裝成能夠獨立操縱的光模塊並且隨後將光模塊插入殼體中。該方法可以類似於光模塊和/或半導體燈成型並且具有相同的優點。

這樣，設計方案在於，將粘合劑施加到殼體的內側上並且光模塊隨後這樣插入殼體中，即，光模塊的冷卻體以其倒圓的前面的邊緣在其移動的過程中至少部分地帶出粘合劑。

附圖說明

本發明的上述特性、特徵和優點以及其實施的類型和方式結合實施例的下面示意性的描述中將會理解得更清楚且更明白，實施例結合附圖詳細闡述。在此，為了一目了然，相同的和相同作用的部件用相同的附圖標記。

圖1以剖開的分解圖示出了待組裝成根據第一實施例的光模塊的單個元件的側視圖；

圖2以從斜上方看的截面圖示出了由根據圖1的元件組裝的根據第一實施例的光模塊；

圖3示出了從斜上方看的根據第一實施例的光模塊；

圖4a示出了圖2中的第一部分；

圖4b示出了圖2中的第二部分；

圖5以從斜上方看的截面圖示出了根據第一實施例的組裝的光模塊和半導體燈的殼體；

圖6以從斜上方看的截面圖示出了根據第二實施例的組裝的光模塊；

圖7示出了從斜上方看的根據第二實施例的光模塊；

圖8示出了從斜上方看的根據第二實施例的光模塊的驅動器和冷卻體；

圖9a示出了根據第二實施例的光模塊中的部分，該部分插入另一半導體燈的殼體中；並且

圖9b示出了圖9a中的部分；

圖10以立體圖示出了常規的mr16-改裝燈。

具體實施方式

圖1以剖開的分解圖示出了待組裝成光模塊1(參見圖2或圖3)的單個元件的側視圖。這些元件包含具有垂直於縱軸l的驅動電路板3的驅動器2。在驅動電路板上，也即特別在背面5上設置電氣和/或電子的部件4。從背面5伸出導電的接觸線纜6，也即在朝向接觸銷7的接觸部(參見圖5)的方向上。驅動電路板3的正面8裝配有向前(在縱向方向l)突出的焊接銷或者焊接腳9。

另一部件是殼形的冷卻體10，冷卻體具有垂直於縱軸l定向的圓盤形的平面的底部11和橫向地向前連接的側壁12。

在底部11的前面13上設置tim薄膜14。

在tim薄膜14前面設置發光器15，該發光器具有垂直於縱軸l的電路板16以及在前面和中間設置的成型為led17的半導體光源。

最前的元件是成型為透鏡18的透明的折射元件。透鏡18在背面或者後面具有卡合鉤19和至少一個向後突出的(支承)腳20。

圖2以從斜上方看的截面圖示出了由元件2，10，14，15和18組裝的光模塊1。圖3示出了從斜上方看的經組裝的光模塊1。接合的光模塊1可以獨立地操縱，例如單獨地製造和運輸。

光模塊1這樣構造，即，驅動器2通過焊接腳9與發光器15的電路板16電連接並且由此也固定在發光器15上。焊接腳9為此穿過冷卻體10中的相應的洞。相對於冷卻體10，驅動器2設置在後面並且發光器15設置在前面。發光器15以其電路板16的背面經過tim薄膜14放置在冷卻體10的底部的前面13上。

透鏡18覆蓋led17並且通過卡合鉤19在冷卻體10上卡合地固定，卡合鉤在冷卻體10的相應的位於底部11的卡合口21(參見圖1)中卡合。至少一個腳20在此位於發光器15的電路板16的前側上並且在冷卻體10的方向上擠壓電路板。透鏡18或者其腳20這樣在發光器15上支承。

如圖4a放大地示出的，卡合鉤19成型為在朝向其冷卻體10的接觸面22上微微傾斜。這簡化了自動調節到期望的壓緊力。

圖4b放大地示出了，腳20放置到發光器15的電路板16的前側並且其在冷卻體10的方向上擠壓電路板。透鏡18或者其腳20這樣在發光器15上支承。

圖5以從斜上方看的截面圖示出了光模塊1和半導體燈24的殼體23。半導體燈24在此是用於代替具有gu5.3型底座25的mr16滷素燈的改裝燈。為了半導體燈24的最後的製造，將光模塊1從前面插入殼體23中，如箭頭所表示的，並且例如通過粘合固定。特別地，在此光模塊1的冷卻體10和殼體23之間存在粘合劑。在此，接觸線纜6插入接觸銷7中並且在那例如通過接觸銷7的捲曲、通過焊接和、或熔焊而固定。接觸銷7為此可以是內部空心的。

圖6以從斜上方看的截面圖示出了根據第二實施例的組裝的光模塊26。光模塊26構造上類似於光模塊1，然而具有一個垂直於冷卻體27的驅動器28。更詳細地說，所屬的驅動電路板29垂直於冷卻體27的底部11並且因此平行於縱軸l。圖7示出了從斜上方看的根據第二實施例的光模塊26。

圖8示出了從斜上方看的驅動器28和冷卻體27。在冷卻體27的底部11中存在兩個裂口狀的穿口30，從驅動電路板29的端面突出的接觸片31分別突出通過穿口。接觸片31上存在與冷卻體27間隔的導電跡線32。為了在穿口30中機械地固定將接觸片31壓緊，並且將其導電跡線32與發光器15(參見附圖)焊接，以便於至少製造相對於發光器15的電連接。

圖9a示出了光模塊26中的部分，該部分插入殼體33中，以便於形成另一半導體燈34。圖9b示出了圖9a中在冷卻體27的側壁12的區域中的放大部分。

冷卻體27以及冷卻體10的側壁12在其前面的邊緣35處是橫向向外倒圓的並且因此構成了向外彎曲的凸緣。側壁12直到前面的邊緣35在外側上相對於縱軸l具有比殼體33的相對的內壁稍微小的傾斜。因此，其間形成了縫隙36。

為了製造半導體燈33，可以將粘合劑37施加到殼體33的內側，也即在也可以與側壁12相對的前面的區段上。如果光模塊26或1插入殼體33或23中，前面的邊緣35可以至少部分地帶走粘合劑37。由此，去除多餘的粘合劑37，否則其將留在冷卻體10的側壁12的前面。該粘合劑37可以聚集在縫隙36中並且由此額外地得到了公差補償。

儘管本發明詳細地通過所示實施例展示和闡述了細節，本發明並不限於此並且專業人員可以由此推導出其他變體，而不會離開本發明的保護範圍。

這樣，驅動電路板3可以不必與冷卻體10間隔(例如在圖2中所示，其中焊接腳9用作距離保持件)，而是也可以以其前面平面地緊貼或者放置在冷卻體10上。

發光器也可以——例如作為光模塊1的變體——從後面平面地這樣緊貼在冷卻體上，例如，發光器的電路板的前面以直接的或間接的(例如通過薄的tim薄膜的)方式平面地與冷卻體的背面接觸。冷卻體為此可以具有用於led的中間凹口。特別地在這種情況下，卡勾可以卡合在電路板的卡合口中並且這樣將發光器從下或者在後面擠壓到冷卻體上。冷卻體可以具有各個用於使卡合鉤穿過的凹口。至少一個腳可以在冷卻體的頂面上支承。

一般而言，「一個」(ein，eine)可以理解為單數或者複數,特別是「至少一個」或「一個或多個」等等的意思，只要這個意思不是明確地排除掉的，例如通過「恰好一個」等來表達。

數字說明既可以準確地包括給出的數字也可以包括通常的公差範圍，只要這不是明確地排除的。

附圖標記說明

1光模塊

2驅動器

3驅動電路板

4部件

5驅動電路板的背面

6接觸線纜

7接觸銷

8驅動電路板的前面

9焊接腳

10冷卻體

11底部

12側壁

13底部的前面

14tim薄膜

15發光器

16發光器的電路板

17led

18透鏡

19卡合鉤

20腳

21卡合開口

22接觸面

23殼體

24半導體燈

25底座

26光模塊

27冷卻體

28驅動器

29驅動電路板

30穿口

31接觸片

32導電跡線

33殼體

34半導體燈

35前面邊緣

36縫隙

37粘合劑

100常規的mr16-改裝燈

101殼體

102驅動器

103冷卻體

104tim薄膜

105led模塊

106電路板

107led

108透鏡

109透鏡保持件

l縱軸