CN102089577A - 光输出器件和装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光输出器件(10),其包括:散热器(12);衬底(14),具有至少一个发光元件(24)布置于其上;以及光学组件(16),其中光学组件借助于卡口型机构安装到散热器,并且其中衬底固定于散热器与光学组件之间。本发明还涉及一种装配这样的光输出器件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种光输出器件,具体而言,涉及一种包括至少一个发光二极管(LED)的光输出器件,以及一种装配这样的光输出器件的方法。
背景技术
一般而言,具有LED的印刷电路板(PCB)通常被粘合、旋拧或夹紧到散热器,以确保热接触并且确保充分的热传导离开LED。并且,通常在LED上会放置光学器件,以提供期望的辐射图案或者保护LED。
美国专利号7,348,604(Matheson)公开了一种发光模块,其包括:散热元件;衬底,其耦合到一个或多个发光元件;以及壳体元件,其包括用于将壳体元件耦合到散热元件的紧固装置,衬底据称被包绕在散热元件与壳体元件之间。壳体元件装备有光学元件,其可以灵活地在散热元件上滑动,并且随着其恢复其未应变的形状而将后者紧扣。
Matheson所提供的解决方案所带来的缺点在于,壳体元件的柔软特性在材料和形状选择方面对壳体元件施加了设计限制。
发明内容
本发明的一个目的是至少部分地克服这一缺点,并且提供改进的光输出器件。
将从以下描述中呈现的这一目的和其它目的是通过根据随附独立权利要求的光输出器件以及装配这样的光输出器件的方法来实现的。
根据本发明的一方面,提供一种光输出器件,其包括:散热器;衬底,其具有至少一个发光元件布置于其上;以及光学组件,其中光学组件借助于卡口型机构安装到散热器,并且其中衬底固定在散热器与光学组件之间。
卡口型机构一般可以定义为一种这样的布置,其用于通过短的旋转运动将旋转对称特性的两个连接部分互相紧固在一起。通过使用卡口型机构,只需扭转光学组件就可以将光学组件固定到正确的位置,并且还将衬底固定到散热器。后者确保了衬底与散热器之间的热接触。因此,衬底到散热器的固定有利地在无需使用弹性元件或者螺丝、胶或者其他额外的组件的情况下进行。并且,衬底可以在需要的地方(亦即,在至少一个LED周围)被迫压向散热器。
在一个实施方式中,卡口型机构包括从光学组件中突出的两个相对的横向构件,以及在散热器中的两个相对的凹槽,其被适配成,在光学组件适当地旋转时,接纳所述突出构件。光学元件例如可以包括基板,其具有矩形的形状,且在其上有两个对角线相对的圆化角,并且散热器可形成为具有两个纵向内部凹槽的异形(profiled)通道。因此,将衬底固定到散热器的功能主要集成在光学元件中。
优选地,衬底为印刷电路板,光学组件为准直透镜,并且至少一个发光元件为至少一个发光二极管(芯片或封装)。LED的好处包括效率高、使用寿命长等。备选的衬底包括但不限于接线电路板。备选的光学组件包括但不限于保护性透明或半透明罩、漫射罩、透镜、反射器等。备选的发光元件包括但不限于有机发光二极管(OLED)、激光二极管等。
根据本发明的另一方面,提供了一种装配光输出器件的方法,该方法包括:提供散热器;将具有至少一个发光元件布置于其上的衬底放置在散热器上;以及,借助于卡口型机构将光学组件安装到散热器,使得衬底固定在散热器与光学组件之间。在一个实施方式中,卡口型机构包括从光学组件突出的两个相对的横向构件以及散热器中的两个相对的凹槽,其中将光学组件安装到散热器包括相对于散热器旋转光学组件,使得突出构件被接纳于凹槽之中。特别是,优选地,光学组件通过如下安装到散热器:将其旋转大约30-150度,优选地大约45度,即,相对于例如为了类似的功能需要较长旋转移动的螺丝固定而言的较短旋转移动。另外,该方面表现出类似于上述方面的优点,并且可以表现出类似于上述方面的特征。
附图说明
现在将要参考随附的示出本发明的当前优选实施方式的附图来更为详细地描述本发明的这些方面和其他方面。
图1a-图5b分别为示出装配根据本发明的一个实施方式的光输出器件的步骤的透视图和侧视图。
图6a和图6b为本发明光输出器件的光学元件的透视图和横截面图。
具体实施方式
现在将参考随附的附图来描述根据本发明的一个实施方式的光输出器件10。
光输出器件10包括散热器12、PCB 14和光学组件16。
散热器12优选地由具有高热导率的材料(比如金属,特别是铝)制成。本发明的散热器12是具有基部18和两个侧壁部分20a、20b的异形通道。两个相对的凹槽22a、22b沿着壁部分20a、20b的内部向着基部18附近延伸,例如如图1a-图1b所示。散热器12可以可选地包括多个散热片用于增强散热。
PCB 14包括至少一个与其热连接的LED 24。LED 24可以是LED封装,或者是直接安装在PCB 14上的芯片或者管芯。PCB 14还包括导电迹线26等,用于将一个或多个LED 24电连接到电源(未示出),用于一个或多个LED 24的激活。PCB 14居于,优选地直接居于散热器12的两个壁部分20a、20b之间的基部18上。并且,PCB14的相对边缘28a、28b可以邻接壁部分20a、20b的内部,例如如图2b中所示,从而防止PCB 14相对于壁部分20a、20b的横向移动。
光学组件16包括例如由聚碳酸酯或者PMMA制成的主体部分,其具有圆柱形外部30和倾斜的内部32(见图6a-图6b),后者充当基于全内反射(TIR)的准直反射器。光学组件16还包括中心开口34,在此放置有至少一个LED 14。并且,光学组件16包括基板36,其面向散热器12的基部18。基板36基本上是刚性的,并且包括基板36的光学组件16可以集成地成为单件。如图所示,基板36具有矩形的整体形状,且具有两个圆化角38a、38b。矩形基板36的较短边40a、40b之间的(垂直)距离d1基本上等于凹槽22a、22b的底部之间的距离d2,而矩形基板34的其他两边之间的相应距离则较短。此外,基板36的厚度被优选地这样选择:使得其可以卡在凹槽22a、22b中。备选地,为了这一目的可以在较短边40a、40b上提供楔42a、42b。
在图5a和图5b中所示的状态中,光学组件16被放置在PCB 14上方并被旋转,使得矩形基板36的较短边40a、40b的至少一部分被接纳于凹槽22a、22b之中。这防止了光学组件16相对于散热器的基部18的横向移动。此外,防止了光学组件16对于壁部分20a、20b的横向移动。光学组件16a与散热器12之间的连接额外地向PCB14施加压力或者力,该PCB 14镶嵌或者机械地夹在光学组件16与散热器12之间,使得PCB 14压在散热器12上,从而将PCB 14固定到散热器12并且在PCB 14与散热器12之间建立期望的热接触水平。这可以通过就散热器12的基部18与凹槽22a、22b之间的距离适当地选择PCB 14的厚度而实现。除了光学组件16以外,不需要任何额外的组件来将PCB 14固定到散热器12。并且,如上述那样设计的光学组件16可以从外部将LED 24密封起来。这有益地允许用填充/灌封材料(未示出)来填充光学组件16外部的器件或模块10以保护LED 24免受水或湿气侵害,而不用让填充/灌封材料从下侧进入中心开口或者光腔34。
由于基板34部分地卡在凹槽22a、22b中,所以避免了PCB 14和光学组件16沿壁部分20a、20b的纵向移动。可以可选地使用端盖。
在光输出器件10工作时,电流经由PCB 14的导电迹线26供应到一个或多个LED 24,由此至少一个LED 24发光。所发出的光的辐射图案可由光学组件16塑形。在这里,所发出的光被准直。此外,由一个或多个LED 24所产生的热通过直接热接触有效地从PCB 14传递到散热器12,从而对一个或多个LED 24进行冷却。
现在将要描述一种根据本发明的一个实施方式的装配光输出器件10的方法。
首先,在步骤S1中(图1a-图1b),提供散热器12。
随后,在步骤S2中(图2a-图2b),将PCB 14放置在散热器12的侧壁部分20a、20b之间的基部18之上。优选地,在PCB 14被放置在散热器12上之前将至少一个LED 24安装到PCB 14,但备选地,其也可以在PCB 14被放置在散热器12上之后安装到PCB 14。
随后,在步骤S3中(图3a-图3b),例如从上方将光学组件16引入壁部分20a、20b之间的空间,并且将其放置在PCB 14上,其具有与至少一个LED 24对齐的开口34。在这里,光学组件16被这样定向:使得基板36的边相对于散热器12的侧壁部分20a、20b约45度进行定向,如图所示。
此后,围绕光学组件16的中轴44旋转光学组件16(步骤S4),该轴44与散热器12的基部18的平面垂直。可以手动地或者借助于机械而自动地旋转光学组件16。
在图4a-图4b中,光学元件16从其初始位置顺时针旋转大约22.5度,而在图5a-图5b中,光学元件16在其最终位置上,在此它从其初始位置被顺时针旋转大约45度。在该最终位置或状态中,如以上所讨论,矩形基板36的较短边40a、40b的至少一部分被接纳于凹槽22a、22b中,由此光学元件16被锁定在散热器12中,并且PCB14固定在散热器12与光学组件16之间。
如所理解的那样,基板36的尺寸应当被调整为:首先,允许将光学组件16引入壁部分20a、20b之间的空间;并且随后允许其在基板36与凹槽22a、22b在同一水平面时旋转整45度。此外,光学元件16可以提供有与PCB 14中的至少一个缝隙相配的突出物,或者反之,用于在PCB 14上导引光学元件16,从而确保光学元件16在PCB 14上的正确对齐,并且还从而控制光学元件16在PCB 14上的旋转运动。突出物例如可以是从光学元件的下侧延伸出的两个直接的销钉46a、46b(见图6a),而至少一个缝隙可以是被提供在PCB 14中LED 24周围的两个弯曲缝隙48a、48b(见图2a)。相比于其中PCB具有销钉而光学元件具有一个或多个凹口的解决方案,该解决方案在生产中更为容易。弯曲缝隙48a、48b的长度应当优选地匹配在光学元件16的初始状态与最终状态之间所需的旋转角度。在如上的等于大约45度的旋转角度上,两个弯曲缝隙48a、48b可以足够短,以允许在PCB 14上有一些空间用于迹线26,并且维持PCB 14的足够的机械刚度。
上述器件和方法可以有益地与光学组件结合起来用于在PCB上使用LED的所有应用。
本领域中技术人员认识到,本发明决不仅限于上述优选实施方式。恰恰相反,在随附权利要求书的范围内许多修改和变形都是可能的。例如,可以将几个PCB和光学组件布置在单个散热器上。
Claims (8)
1.一种光输出器件(10),其包括:
散热器(12);
衬底(14),其上布置有至少一个发光元件(24);以及
光学组件(16),
其中所述光学组件借助于卡口型机构安装到所述散热器,并且其中所述衬底固定在所述散热器与所述光学组件之间。
2.根据权利要求1的光输出器件,其中所述卡口型机构包括从所述光学组件突出的两个相对的横向构件(40a、40b),以及所述散热器中的两个相对的凹槽(22a、22b),所述凹槽(22a、22b)被适配成接纳所述突出构件。
3.根据权利要求1或2的光输出器件,其中所述衬底为印刷电路板。
4.根据任一前述权利要求的光输出器件,其中所述光学组件为准直透镜。
5.根据任一前述权利要求的光输出器件,其中所述至少一个发光元件为至少一个发光二极管。
6.一种装配光输出器件(10)的方法,所述方法包括:
提供散热器(12);
将具有至少一个发光元件(24)布置于其上的衬底(14)放置在所述散热器上;以及
借助于卡口型机构将光学组件(16)安装到所述散热器,使得所述衬底固定于所述散热器与所述光学组件之间。
7.根据权利要求6的方法,其中所述卡口型机构包括从所述光学组件突出的两个相对的横向构件(40a、40b)以及所述散热器中的两个相对的凹槽(22a、22b),并且其中将所述光学组件安装到所述散热器包括相对于所述散热器旋转所述光学组件,使得所述突出构件被接纳于所述凹槽之中。
8.根据权利要求7的方法,其中所述光学组件通过将其旋转大约30度到150度而被安装到所述散热器。
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