具有减小的体积的发光模块的制作方法

文档序号:15266049发布日期:2018-08-28 21:42阅读:158来源:国知局

本发明涉及特别是用于机动车辆的照明和/或信号指示的领域。

它特别地应用于机动车辆的前灯或后灯、车身或车厢。



背景技术:

机动车辆中用于照明和信号指示的发光模块中使用的光源越来越普遍地由发光二极管组成,与传统的光源相比,特别地在体积和独立性方面获得优势。在照明和/或信号指示模块中使用发光二极管还使得市场参与者(机动车辆制造商和照明和/或信号指示模块设计者)在设计这些模块时增加创意,特别是通过使用不断增加这些发光二极管的数量以产生光学效应。

然而,必须消散发光二极管发出的热量。

为此,现有技术公开了smd(“表面安装装置”)发光二极管,其安装在印刷电路板或ims(绝缘金属衬底)类型的衬底上,该衬底本身安装在设计成用于散热的散热器上。

各种发光二极管经由连接器电连接,该连接器被增加到包括全部电路径的印刷电路板。

然而,使用连接器和整个印刷电路板导致显著的体积,并且散热受到发光二极管和散热器之间存在的印刷电路板的限制。

另外,这种解决方案在安装反射镜时需要考虑印刷电路板,并且存在反射镜可见地反射印刷电路板的风险。

另一种已知的解决方案包括使用导热粘合剂将发光二极管直接粘合到散热器上,电流通过焊接在发光二极管上方并经由印刷电路板连接的两个导线流通。将注意的是,这种粘合剂在很小的程度上是导电的,或甚至是绝缘的。

这种解决方案仍然需要具有多个电连接件的复杂的印刷电路板,以及由此光模块需要显著的体积。



技术实现要素:

本发明改善了这种情况。

本发明的第一方面涉及一种发光模块,特别地用于机动车辆,特别地用于照明和/或信号指示,包括:

光源,包括多个亚毫米尺寸的发光单元,至少第一发光单元组从第一衬底的第一表面突出;

第一载体,被设计成消散来自于第一发光单元组的热量,该第一载体连接到第一衬底的第二表面。第一载体还被设计成形成第一发光单元组的第一电极,以将电流传导到第一发光单元组。

“将第一电流传导到第一发光单元组”的行为覆盖了根据本发明的负极的操作和正极的操作。因此,第一载体对第一发光单元组执行负极功能或正极功能。

通过使用包括亚毫米尺寸的发光单元的光源,使得可以在光源的基部上生产电极,该技术也被称为单片光源。这些发光单元可以是亚毫米尺寸的棒或亚毫米尺寸的钉的形式。特别地,根据这种技术,负极直接位于光源的基部上,因此光源可以经由其载体被连接。

因此,通过结合使用所要求的载体和单片光源,大大减小了发光模块产生的体积。

根据本发明的一个实施例,多个发光单元还可以包括从第二衬底的第一表面突出的第二发光单元组。

使用多个发光单元组使得可以实现更复杂的发光功能。

另外,第一载体还可以被连接到第二衬底的第二表面,并且还可以被设计成形成第二发光单元组的第一电极,以将电流传导到第二发光单元组,第一衬底和第二衬底也可以被连接到相应的第二电极。

第一和第二发光单元组由此可以并联地电连接,同时使用同一载体,由此减小发光模块的复杂性和体积。

另外,第二电极可以电连接到同一印刷电路板。

每个发光单元组由此只需要一个有线连接件,有线连接件连接到同一印刷电路板,从而使得可以减小发光模块的复杂性和体积。

另外,印刷电路板和第一载体可以机械连接。

由此有助于将发光模块安装在机动车辆中。

例如,印刷电路板可以被二次成型在第一载体上。

作为一种变型,发光模块还可以包括连接到第二衬底的第二表面的第二载体,该第二载体还被设计成构成第二发光单元组的第一电极,以将电流传导到第二发光单元组,第一载体还可以连接到第二发光单元组的第二电极。

第一和第二发光单元组由此可以串联地电连接,由此与并联连接相比减小体积,特别是有线连接件的数量。

另外,第一载体和第二载体可以通过电绝缘的结构部件机械连接。

由此有助于将发光模块安装在机动车辆中。

例如,该结构部件可以是热塑性的。

另外,该结构部件还包括穿孔以消散热量。

由此改善发光模块的散热。

作为一种变型,发光模块还可以包括光学元件,第一载体和第二载体通过该光学元件机械地连接,该光学元件能够使来自于第一发光单元组和/或来自于第二发光单元组的光线偏转。

因此,光学元件执行光学和机械功能,从而减小发光模块的体积。

另外,发光模块还可以包括开关,该开关将第一载体连接到第二发光单元组的第二电极,并且能够选择性地使第一载体与第二发光单元组的第二电极电连接或分离。

这种实施例使得可以使用单个发光模块来实现不同的发光功能。

作为一种变型,第一载体还可以被实施成使来自于第一发光单元组的光线偏转。

因此,载体同时执行载体功能、散热器功能和光学功能,由此减小光模块的体积和复杂性。

本发明的第二方面涉及一种用于机动车辆的发光装置,其包括根据本发明的第一方面的发光模块。发光装置可以是车辆前大灯、车辆后灯或车辆的内部照明元件。

根据一个实施例,发光装置还可以包括外透镜,发光装置可以位于外透镜附近。

本发明的第三方面涉及一种机动车辆,其包括根据本发明的第一方面的发光模块和/或根据本发明的第二方面的发光装置。

附图说明

本发明的其它特征和优点将在研究以下详细描述和附图时显现出来,其中:

图1示出根据本发明的一个实施例的发光模块;

图2示出根据本发明的一个实施例的光源;

图3示出根据本发明的一个实施例的发光模块;

图4示出根据本发明的一个实施例的发光模块;

图5示出根据本发明的一个实施例的发光模块;

图6示出根据本发明的一个实施例的发光模块;

图7示出根据本发明的一个实施例的发光模块。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的特别地用于机动车辆的用于照明和/或信号指示的发光模块2。

参考图1,模块2包括电致发光光源,其包括多个亚毫米尺寸的发光单元8。这些发光单元采用棒的形式,后文将其称为发光棒。可选择地,发光单元可以采用钉的形式。

在图2中,发光棒被分组为第一发光棒组。然而,如下所述,光源可以包括多个发光棒组。“发光棒组”是给予能够单独地编址并由此独立于其它组的一组发光棒的名称。

第一组的发光棒8源于同一衬底10。各发光棒,在该情况下使用氮化镓gan构成,垂直地或基本上垂直地延伸,突出于在该情况下基于硅与能够被用于衬底的其它材料(例如碳化硅)制成的衬底,而不背离本发明的上下文。例如,发光棒可以由基于氮化铝和氮化镓的化合物algan制成,或由基于铝、铟和镓的化合物制成。

在图1中,衬底10具有下表面12和上表面16,第一电极14被施加在该下表面12上,发光棒8从该上表面16突出,第二电极18施加在该上表面16上。

特别是在发光棒已经从衬底上生长出之后,在上表面16上堆叠各种材料层,该堆叠在这种情况下通过自下而上的方式实现。

第一电极14有利地是被设计成消散来自于第一发光棒组的热量的第一载体。

在这些各种层中可以发现至少一个导电材料层,以允许对发光棒供电。该层被蚀刻成使电致发光光源3的棒彼此连接。

亚毫米尺寸的发光棒从衬底延伸,并且可以如图1所示,每个发光棒包括:由氮化镓制成的芯部19;布置在该芯部19周围的量子阱20,通过不同材料(在这种情况下是氮化镓和镓-铟氮化物或铝-镓-铟氮化物)的层的径向堆叠形成;和包围量子阱的外壳21,也由氮化镓制成。

每个发光棒沿着定义其高度的纵轴22延伸,每个发光棒的基部23布置在衬底10的上表面16的平面24中。

第一组的发光棒8有利地具有相同的形状。这些棒各自由端面26和沿着纵轴延伸的周向壁部28界定。当发光棒被掺杂并经受极化时,在电致发光光源的输出处产生的光主要从周向壁部28发射,应当理解的是,可以设置成使至少少量的光线也从端面26离开。其结果是,各棒起到单个发光二极管的作用,并且发光棒8的密度增加了电致发光光源的亮度。

发光棒8的与氮化镓外壳相对应的周向壁部28被一层透明导电氧化物(tco)29覆盖,该透明导电氧化物29构成各棒的正极,与由衬底构成的负极互补。

该周向壁部28沿着纵轴22从衬底10延伸直到端面26,从端面26到发光棒8所源自的衬底的上表面16的距离限定了各发光棒的高度。例如,发光棒8的高度可以被设置为1至10微米之间,而可以设置垂直于上述发光棒的纵轴22的端面的最大横向尺寸可以被设置为小于2微米。也可以设置将棒在与纵轴22垂直的横截面上的表面积定义在限定值的范围内,特别地在1.96和4平方微米之间。

通过非限制性示例给出的这些尺寸使得可以将包括发光棒的光源区别于具有平面发光二极管的光源。

也可以设置根据本发明的电致发光光源的其它特定尺寸。可以特别地计算棒的密度和发光表面的表面积,使得由多个发光棒实现的亮度例如是至少60cd/mm2。可以理解的是,当形成棒8时,一个发光棒组与另一发光棒组的高度可以不同,以在高度增加时增加电致发光光源的亮度。同一发光棒组中棒的高度也可以被改变,使得一组棒可以具有与另一发光棒组的另一组棒不同的高度。

一个发光棒组与另一发光棒组的发光棒8的形状也可以不同,特别是棒的横截面和端面26的形状。图1示出的发光棒具有圆柱形的大体形状,特别地具有多边形的横截面,在这种情况下更具体地是六边形。应当理解的是,周向壁部例如具有多边形或圆形的形状对于光能够通过周向壁部发出很重要。

另外,端面26可以具有基本上平面形且垂直于周向壁部的形状,使得其基本上平行于衬底10的上表面16延伸,如图1所示,或它可以在其中心具有弯曲的或尖锐的形状,以增加离开该端面的光的发射方向,如图2所示。

第一组的发光棒8在图1中布置成二维矩阵。这种布置可以为发光棒8以五点形排列。本发明覆盖了发光棒的其它分布,特别是具有可以从一个棒组到另一个棒组变化以及可以在同一棒组的不同区域中变化的棒密度。

如图2所示,第一发光棒8组还可以包括聚合物材料层30,发光棒8至少部分地嵌入该层30中。层30由此可以在衬底的整个范围上延伸,或仅在给定的一组发光棒8周围延伸。聚合物材料(特别地可以基于硅树脂),使得可以保护发光棒8,而不削弱光线的传播。另外,可以在聚合物材料层30中集成波长转换装置,例如发光体,该波长转换装置能够吸收由棒中的一个发出的光线的至少一部分,并将所述吸收的激发光的至少一部分转换为具有与激发光的波长不同的波长的光发射。

光源还可以包括布置在发光棒8之间的光反射材料的涂层32,以使最初朝着衬底取向的光线向发光棒8的端面26偏转。换句话说,衬底10的上表面16可以包括反射装置,该反射装置使最初朝着上表面16取向的光线返回到光源的输出面。由此恢复本来会被损失的光线。该涂层32在透明导电氧化物29层上被布置在发光棒8之间。

图3示出根据本发明的一个实施例的发光模块。

根据该实施例,光源包括多个发光棒组,特别是第一发光棒组300.1和第二发光棒组300.2。

第一载体301被设计成消散来自于第一发光棒组300.1的热量,第一载体连接到第一衬底的第二表面,诸如图1中所示的下表面12。第一载体301还被设计成形成第一发光棒组300的第一电极,以将电流传导到第一发光棒组。

第一载体301由此对应于参考图1所示的第一电极14。

根据图3的实施例,第一载体301还被设计成形成第二发光棒组300.2的第一电极,以将电流传导到第二发光棒组300.2。

第一载体301由此形成光源的多个发光棒组的共同的负极。第一载体301还使得可以消散来自于发光棒组的热量,而不增加发光模块的体积。

发光模块还可以包括第二电极302.1和302.2,其分别连接到第一发光棒组300.1的第一衬底和第二发光棒组300.2的第二衬底。

第二电极302.1和302.2然后可以电连接到同一印刷电路板,图3未示出。印刷电路板和第一载体301可以机械地连接。例如,印刷电路板可以二次成型在第一载体301上,或印刷电路板和第一载体301可以二次成型在另一共享载体上。

图3的实施例由此使得可以并联地对发光棒组300.1和300.2供电,其与现有技术解决方案相比具有较小的体积。

发光模块还可以包括至少一个第一光学元件303.1。光学元件303.1能够使源自于第一发光棒组300.1和/或来自于第二发光棒组300.2的光线偏转。第一光学元件303.1可以机械连接到第一载体301,从而使得可以提高与光学元件302.1的功能相关的精度。例如,第一光学元件303.1可以简单地安装在第一载体301上,例如通过使用任何传统的固定方法,包括卷曲、夹持、螺纹连接、激光焊接等。

作为一种变型,第一光学元件303.1与第一载体301不可分离。它特别地可以与载体301成为一体。例如,第一载体301可以被实施成使源自于第一发光棒组301.1和/或源自于第二发光棒组301.2的光线偏转。

图3示出第二光学元件303.2。

对光学元件303.1和303.2没有限制,该光学元件303.1和303.2可以是简单的光学元件或具有多个凹腔、反射镜、透镜等的光学元件。

图4示出根据本发明的一个实施例的发光模块。

与图3的实施例相比,图4提出将多个发光棒组串联连接。

如图3那样,图4所示的发光模块包括多个发光棒组,即第一发光棒组400.1和第二发光棒组400.2。

第一载体401.1被设计成消散来自于第一发光棒组的热量,第一载体连接到第一发光棒组400.1的第一衬底的第二表面,例如图1所示的下表面12。

第一载体401.1还被设计成形成第一发光棒组400.1的第一电极,以将电流传导到第一发光棒组400.1。

以与第一载体401.1相似的方式,第二载体401.2专用于第二发光棒组400.2。

结构部件403可以机械连接第一载体401.1和第二载体401.2。结构部件403是电绝缘的,还可以是绝热的。结构部件403可以由热塑性材料制成,并且可以包括穿孔以用于消散热量。

如图4所示,每个载体将一个发光棒组的正极连接到下一个发光棒组的负极。为此,连接元件402可以用作第一载体401.1和第二发光棒组400.2的正极之间的电接合点。

这种组件使得可以避免使用任何有线电连接件,由此减小发光模块的体积。

对于图3的实施例,图4的发光模块可以包含光学元件,图4未示出。

图5示出根据本发明的一个实施例的发光模块。

发光模块包括第一发光棒组500和被设计成消散来自第一发光棒组的热量的第一载体501,第一载体被连接到第一发光棒组的衬底的第二表面。第一载体501还被设计成形成第一发光棒组500的第一电极,以将电流传导到第一发光棒组。第二电极连接到有线连接件502。

第一载体501还被实施成使源自于第一发光棒组的光线偏转。因此,第一载体501除了其作为电极或散热器的作用之外还具有反射镜的作用,从而使得可以显著减小发光模块的体积和复杂性。

图5的实施例可以与图3或图4的实施例结合,以将多个发光棒组合并到发光模块的光源中。

图6示出根据本发明的一个实施例的发光模块。

发光模块包括至少第一发光棒组600.1和第二发光棒组600.2。

对于图4所示的实施例,第一载体601.1被设计成消散来自于第一发光棒组600.1的热量,第一载体601.1连接到第一发光棒组600.1的衬底的第二表面,第二载体601.2被设计成消散来自于第二发光棒组600.2的热量,第二载体601.2连接到第二发光棒组600.2的衬底的第二表面。第一载体601.1还被设计成构成第一发光棒组600.1的第一电极,以将电流传导到第一发光棒组600.1,第二载体601.2还被设计成构成第二发光棒组600.2的第一电极,以将电流传导到第二发光棒组600.2。在发光棒组串联连接的情况下,第一载体601.1还连接到第二发光棒组601.2的正极。

发光模块还包括光学元件602。根据图6的实施例,光学元件602将第一载体601.1机械连接到第二载体601.2,由此使得可以避免增加图4所示的结构部件403。例如,光学元件602可以简单地安装在第一载体601.1和第二载体601.2上,例如通过使用任何传统的固定方法,包括卷曲、夹持、螺纹连接、激光焊接等。

图7示出根据本发明的一个实施例的发光模块。

发光模块包括第一发光棒组700.1和第二发光棒组700.2、第一载体701.1、第二载体701.2和光学元件702,它们以与参考图6所示的方式相同的方式连接。然而,与参考图6所示的实施例不同,开关703将第一载体701.1连接到第二发光棒组700.2的第二电极,并且能够选择性地使第一载体701.1和第二发光棒组700.2的第二电极电连接或分离。

例如,开关703可以由基于晶体管的组件形成。当通过发光模块实现多个发光功能时,或为了独立地控制多个发光棒组而尽管它们串联连接,使用开关是特别有利的。开关703由此使得可以将由发光模块执行的各种功能分开。作为使用开关的替代方案,本发明可以在执行不同功能的发光棒组之间提供电绝缘。为选择发光功能制造的电路对于本领域的技术人员是众所周知的,并且不再进一步描述。

上面公开的用于光模块的载体可以有利地位于前照灯或车头灯的外透镜附近,以产生较暖的区域,并由此减少该前照灯上的冷凝效应。

另外,使用诸如参考附图描述的载体使得可以使用这种载体作为电磁接地,特别是在使用脉冲式led的情况下。载体因此可以执行屏蔽功能,以保护车辆免受源的辐射,该源固定于其上,并且可能具有破坏性,特别是在该源用脉冲电流供电的情况下。

当然,本发明不局限于上述实施例,并且仅通过示例提供。它包括该领域的技术人员能够在本发明的上下文中设想到的多种修改、替代形式和其它变型,特别是上述各种实施例的任何组合。

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