具有LED光源的前灯制造技术

本发明专利技术涉及一种具有LED光源的前灯，该前灯包括至少一个设置在电路板上的发光二极管并且该前灯被设置在包围LED光源的壳体中，该壳体具有至少一个光出射面，由LED光源发出的光通过该光出射面射出。根据本发明专利技术提出的是，壳体以液密或气密的方式包围LED光源并具有用于液体或气体冷却介质的冷却介质出口和至少一个冷却介质入口。

Headlight with LED light source

The present invention relates to a LED light source lamp, the lamp includes at least one light emitting diode arranged on the circuit board and the headlight is provided in the housing surrounding the LED light source, the housing has at least one light emitting surface, issued by the LED light source of light through the light emergent surface injection. According to the invention, the housing surrounds the LED light source in a liquid tight or airtight manner and has a cooling medium outlet for the liquid or gas cooling medium and at least one cooling medium inlet.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有LED光源的前灯本专利技术涉及一种如权利要求1的前序部分所述的、具有LED光源的前灯(Scheinwerfer)。LED的工作类似于诸如处理器、存储器模块之类的电子组件的工作，并且同样会涉及以热的形式散发的相当大的功率损耗。为了减小LED光源或电子装置的结构尺寸，LED或电子组件的组装密度(Packungsdichte)不断提高，因此会在有限的空间内散发大量热量，由此导致对LED或电子组件的功能和使用寿命的损害。当LED或电子器件在工作时被冷却得越好，则它们能够越高效地工作并且具有越长的使用寿命。然而由于LED和电子组件散发的热量无法总是使用空气冷却来应对，因此，可使用液体冷却系统以加强散热。最常见的形式是所谓的单相间接液体冷却，在此类单相间接液体冷却中，冷却介质不与热源接触。这种按照所谓的循环空气冷却系统形式的系统(其中，冷却介质可以被冷却降到大约环境空气的温度)也可作为成套装置(Komplettset)或作为单独部件用于个人计算机。其主要包括以下组件：-用于冷却介质的冷却介质贮存器或存储箱(Tank)；-用于冷却介质的运输的冷却介质泵；-具有风扇的散热器(Radiator)，所吸收的热量通过该散热器耗散到环境空气，以及-冷却器(Kühler)(例如，CPU冷却器)，其被冷却介质穿流(durchstromt)并且必须以尽可能小的热阻安装在发热组件上。冷却器也称为冷却板(Kühlerplatte)。一种具有较高热功率的可替换方案(其首先在工业中被使用)是所谓的(单相)浸入冷却(Eintauchkühlung)。发热部件被非导电冷却介质直接绕流(umstromt)并将其热量散发到冷却介质中。此处可省略两个材料层，即冷却板本身的壳体材料和例如导热膏(Warmeleitpaste)形式的热中间介质(该热中间介质被引入到冷却板与热源之间，以便补偿表面上较小的不平坦部分)。从而将热源与冷却介质之间的热阻极大地减小，所有表面被冷却并且以上冷却方式相较于间接液体冷却更加高效。一种更高效的方法是所谓的冲击冷却(Aufprallkühlung)和喷射冷却(Sprühkühlung)，其中，使用冷却介质直接喷射发热组件。针对间接冷却系统和直接冷却系统两者，也可使用双相设计。此处利用了更高的热功率，该热功率通过例如在水蒸发时冷却介质的相变而产生。这种冷却系统已知例如以沸水冷却(Siedewasserkühlung)或蒸发冷却(Verdampfungs-kühlung)命名。当需要将冷却器或冷却介质冷却到低于环境空气的温度时，必须使用双回路冷却系统。当冷却板或冷却介质的温度必须被精准控制时也可使用双回路冷却系统。通常使用的是再冷却系统(Rückkühlsystem)或水交换系统。除了初级冷却介质回路之外，再冷却系统还具有次级制冷介质回路。当冷却介质通过蒸发器时，冷却介质(Kühlmittel)被制冷介质冷却。制冷介质吸收热能，蒸发并经由压缩机和冷凝器重新液化。在冷凝期间，热量经由具有风扇的散热器散发到环境空气。在水交换系统中，冷却介质从初级回路被引导通过热交换器，在热交换器中，冷却介质被较冷的工作用水(Betriebswasser)冷却。所述工作用水是从外部供应的。在工作室照明特别是专业电影照明中，存在对类似于当前使用的“日光聚光灯(Tageslichtscheinwefer)”的非常强功率的LED前灯的需求。这种前灯使用所谓的卤素金属蒸汽灯(Halogenmetalldampflampen)作为发光装置，所述卤素金属蒸汽灯具有575W或更大的功率、49000lm或更大的光通量。这些发光装置的光斑(也就是发光等离子体)的大小仅几毫米，从而实现了极高的发光密度。在作为“射灯(Spot-Scheinwefer)”的应用中，经常需要半散射角为10°或更小角度的光锥。根据光学法则，光源越大且半散射角越小，所需要的反射器或透镜越大。为了能够构建紧凑且可操作的LED射灯，需要比当前可用的LED光源更紧凑的LED光源。然而，从某一特定功率密度开始，需要有特定的冷却措施。因此在使用LED光源的专业照明领域中偶尔会使用到间接水冷却，以便对在LED前灯内具有大约25W至100W功率的紧凑LED阵列进行冷却。根据在图17至图20中的示意性示图，焊接到电路板2上的LED光源1被安装在冷却板3'上，冷却水经由入口31和出口32穿流该冷却板3'。当LED光源1被设置在菲涅耳透镜(Stufenlinse)前面并被安装成可沿着LED前灯的光轴移动时，可通过简单方式获得能够在从小于10°至大于60°的宽范围中聚焦的LED前灯。图20以示意性的功能图示出这种现有技术的冷却系统。LED光源1与连接到冷却介质管道8的冷却板3'热耦合。为了产生大的散热表面，冷却介质管道8与散热体71热耦合，其中，通风设备70产生冷却气流，其为了对在冷却介质管道8中流动的冷却介质进行再冷却而产生指向散热体71的冷却气流。此外，循环空气冷却装置7包括用于冷却介质的冷却介质贮存器72和产生冷却介质环流的冷却介质泵73。LED光源1的供电通过供电线缆14实现，该供电线缆14与电子控制器、电源或镇流器12连接，电子控制器、电源或镇流器12则通过电源线缆13与供电装置连接。上述间接水冷却的重要缺点在于，LED光源的功率密度受限于冷却板和容纳LED光源的电路板所使用材料的热导率。这种冷却系统不再适合于冷却功率密度高于约50W/cm2的紧凑LED光源。因此，本专利技术的目的在于提供一种具有如上所述类型的LED光源的前灯，所述前灯在具有紧凑的结构时，能够实现高功率密度而同时又能够实现较长的使用寿命。根据本专利技术，该目的可通过权利要求1所述的技术特征来解决。本专利技术所述的技术方案实现了一种具有紧凑LED光源的前灯，该前灯有可能实现例如超过约50W/cm2的高功率密度而不会限制LED前灯的使用寿命或光学特性，这是因为设置在电路板上的发光二极管位于将其液密或气密地包围的壳体中，该壳体包括至少一个光出射面，由LED光源发出的光通过所述光出射面射出；并且该壳体在壳壁上具有壳体开口，该壳体开口被形成为用于液体冷却介质或气体冷却介质的冷却介质入口和冷却介质出口。为了实现壳体的最佳穿流以及LED光源的冷却，冷却介质入口和冷却介质出口优选在电路板和光出射表面之间相对于彼此在壳体的侧壁上正好相对地(diametral)布置。然而作为可替代方案，该冷却介质入口和冷却介质出口也可被并非正好相对地布置在壳体的侧壁、后壁和前壁上，可能情况下还与导流网连接。可选地，壳体可包围LED光源和与电路板连接的、特别是由冷却肋(Kühlrippen)所形成的冷却元件，使得冷却介质绕流LED光源和冷却元件并将经由冷却系统吸收的热量散发到环境或吸热装置。可使用安装在电路板上的、在陶瓷壳体或塑料壳体中的成品发光二极管(“封装包”)作为LED。作为可替代方案，可使用经由“板上芯片(chip-on-board)”技术安装在电路板上的、没有壳体的LED芯片或“管芯(dies)”。LED芯片和成品LED可被覆盖有光学惰性材料(诸如，硅树脂)或被覆盖有光学活性材料(诸如，发光材料)。这种材料可比如通过“施加荧光体(appliedphosphor)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有LED光源的前灯，所述前灯包括至少一个设置在电路板上的发光二极管并且所述前灯被设置在包围所述LED光源的壳体中，所述壳体具有至少一个光出射面，由所述LED光源发出的光通过所述光出射面射出，其特征在于，所述壳体(4、40)以液密或气密的方式包围所述LED光源(1)，并且所述壳体(4、40)具有用于液体冷却介质或气体冷却介质的冷却介质出口(42)和至少一个冷却介质入口(41)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.18 DE 202014103329.71.一种具有LED光源的前灯，所述前灯包括至少一个设置在电路板上的发光二极管并且所述前灯被设置在包围所述LED光源的壳体中，所述壳体具有至少一个光出射面，由所述LED光源发出的光通过所述光出射面射出，其特征在于，所述壳体(4、40)以液密或气密的方式包围所述LED光源(1)，并且所述壳体(4、40)具有用于液体冷却介质或气体冷却介质的冷却介质出口(42)和至少一个冷却介质入口(41)。2.如权利要求1所述的前灯，其特征在于，所述壳体(4、4')包围所述LED光源(1)和与所述电路板(2)连接的冷却元件(30)，所述冷却元件(30)特别包括冷却肋。3.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述光出射面(5)形成为光学元件或光学窗口片(5)。4.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)以液密或气密的方式与所述壳体(4、4')连接。5.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)包括透明的光学塑料或玻璃。6.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)包括面平行的玻璃板或塑料板(50)。7.如前述权利要求1至5中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)对于波束形成和/或颜色混合是光学活性的。8.如前述权利要求1至7中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)具有用于光引导的弯曲光学表面或阶梯式光学表面。9.如权利要求8所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)包括透镜(51)、透镜阵列、散射板(52)或混光棒。10.如权利要求8所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)涂覆有发光材料。11.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，为了对通过所述LED光源(1)中的至少一个LED发出的光进行动态波束形成，所述光学元件、光学窗口片(5)或所述壳体(4、4')相对于所述LED光源(1)的位置的距离和/或方位是可改变的。12.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述光学元件或光学窗口片(5)、所述LED光源(1)的表面、所述LED光源(1)的主要光学元件以及所述冷却介质的折射率以及光谱透射和反射被谐调，以实现预定的照明技术方面的结果，特别是预定的辐射角或预定的发光量。13.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，在所述壳体(4、4')内或在所述壳体(4、4')的壳壁表面上还有设置有诸如反射器或透镜的其它光学元件。14.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述电路板(2)被形成为冷却板或与冷却器(3)连接。15.如权利要求13所述的前灯，其特征在于，所述冷却介质穿流被形成为冷却板的所述电路板(2)和/或所述冷却器(3)和/或所述壳体(4、40)。16.如前述权利要求中的至少一项所述的前灯，其特征在于，包括所述冷却介质的冷却系统(7；7a至7e)，所述冷却系统(7；7a至7e)使所述冷却介质冷却降到预定的工作温度。17.如权利要求15所述的前灯，其特征在于，所述冷却系统(7；7a至7e)被设置在所述前灯内。18.如前述权利要求1至15中的至少一项所述的前灯，其特征在于，所述冷却系统(7；7a至7e)被设置在所述前灯外。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·梅尔茨纳，
申请(专利权)人：阿诺尔德和里希特奇纳技术有限公司及企业两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE