專利名稱：用發(fā)光二極管模塊的光在反射體上的回射照亮目標(biāo)區(qū)域的燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用在反射體上的回射來照亮目標(biāo)區(qū)域的燈具，其具有帶有至少一個發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光二極管模塊，以及用于該發(fā)光二極管模塊的冷卻裝置，其中冷卻裝置包括作為冷卻劑的、對于發(fā)光二極管模塊的光線而言透明的液體和用于容納冷卻劑的透明的冷卻劑容器。
背景技術(shù)：
使用此類燈具的照明系統(tǒng)由US 2007/0253733A1已知。該文件描述了這種照明系統(tǒng)在熒光顯微鏡上的應(yīng)用。LED-光源被放置在橢圓形鏡子的焦點上并且向面對鏡子的半空 間發(fā)射它的光線。鏡子將接受到的光線反射回去并將其聚焦在后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)上。基于在反射體上的回射，即入射角小于45°的光線的反射，LED-光源和用于其固定的必需的機械結(jié)構(gòu)不可避免地給被反射的光線本身造成障礙。由于LED的光輸出隨著溫度上升而下降，必須確保在其操作過程中產(chǎn)生熱量被導(dǎo)出，以便減小LED在工作中的升溫。在LED-模塊被安排在回射的反射體的焦點時，LED-模塊不能經(jīng)由在一般情況下常用的散熱器降溫，因為這種散熱器會遮蔽更大的一部分在反射體上被反射的光線。代替這種情況，熱量必須經(jīng)支架被向外導(dǎo)出。即使它們?yōu)榱藢⒈环瓷涞墓饩€的損失盡量保持在低水平而可以被布置得非常緊湊，但是它們與LED獨自相比會占據(jù)更多空間并且因此導(dǎo)致被反射的光線的遮暗。就算支架被設(shè)計成透明的，射到支架上的被反射的光線也會被影響并且降低這種布置的光學(xué)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種這種類型的燈具，其中能高效地實現(xiàn)光傳輸及LED-模塊的降溫，其中該使偽影、如遮蔽的產(chǎn)生最小化。該目的通過一種具有根據(jù)權(quán)利要求I所述特征的燈具實現(xiàn)。特別有利的設(shè)計方案可在從屬權(quán)利要求中得到。本發(fā)明是基于這一認(rèn)知，即可以這樣設(shè)計對LED-模塊的液態(tài)冷卻，即由LED發(fā)射并從反射體上被反射的光線在落在冷卻劑容器上時以確定的方式被影響。為此，冷卻劑容器包括透明的第一壁和第二壁，冷卻劑位于第一壁和第二壁之間而且這兩個壁大體上垂直于反射體的光軸延伸，并且第一壁和第二壁具有這樣的表面，即在LED-模塊和反射體結(jié)合的裝配的狀態(tài)下，被反射體反射并落入目標(biāo)區(qū)域的發(fā)光二極管的幾乎全部、即至少90%的光線穿過冷卻劑容器。所以冷卻劑容器具有兩個與彼此平行的壁并且覆蓋從發(fā)光二極管發(fā)出的和被反射體反射的光線的整個橫截面。冷卻劑容器的壁可以由玻璃或塑料制成。冷卻劑例如可以是水，其數(shù)值為I. 33的折射率與低折射率的玻璃或者透明的塑料的折射率(大約I. 5)相差很小，冷卻劑或者是透明的油。在選擇冷卻劑和冷卻劑容器的材料時無論如何有利的是，第一壁和第二壁的折射率和冷卻劑的折射率這樣相近，使得在壁和冷卻劑之間的界面上的反射損失非常小。冷卻劑容器的第一壁和第二壁可以是長方形、特別是正方形，或者它們的邊緣可以匹配于反射體的邊緣。在此有利的是，冷卻劑容器的外緣處于從燈具發(fā)出的光線被反射的區(qū)域之外，以便排除對被反射的光線的損失。那么邊緣本身是否透明也就不重要了。在理想情況下，發(fā)光二極管的全部在反射體上反射并落入目標(biāo)區(qū)域的光線穿過冷卻劑容器。LED-模塊被優(yōu)選地這樣設(shè)計，即至少一個發(fā)光二極管最多照亮一個半空間。以這種方式，LED-模塊可以這樣被布置，即全部發(fā)出的光線擊中反射體并由其向目標(biāo)區(qū)域的方向被反射，由此落入目標(biāo)區(qū)域 的光具有確定的特征。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案，冷卻裝置此外還用作發(fā)光二極管模塊的支架。由此，兩個功能被結(jié)合在一個組件上，在此避免經(jīng)由額外的支架引起的遮蔽。根據(jù)本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的設(shè)計方案，發(fā)光二極管模塊包括與發(fā)光二極管結(jié)合的導(dǎo)熱元件，其被這樣嵌入冷卻劑容器，即它與冷卻劑接觸。以這種方式，LED-模塊被固定在冷卻裝置上并且同時保障了在操作過程中產(chǎn)生的熱量被有效導(dǎo)出。從導(dǎo)熱元件到冷卻劑的特別有效的熱傳遞例如可以由此實現(xiàn)，即導(dǎo)熱元件被設(shè)計成實心圓柱體，實心圓柱體帶有從其上突起的鰭狀散熱片，或者具有由冷卻劑穿流過的孔洞。此外，導(dǎo)熱元件可以具有粗糙的或者結(jié)構(gòu)化的表面。根據(jù)本發(fā)明的另一個特別優(yōu)選的設(shè)計方案，發(fā)光二極管包括電路板，在其頂側(cè)上裝配有一個或多個發(fā)光二極管并且其底側(cè)特別借助導(dǎo)熱材料與導(dǎo)熱元件相連接，其中導(dǎo)熱元件在垂直于發(fā)光二極管模塊的光軸的方向上的尺寸小于或者等于電路板的相應(yīng)的尺寸。以這種方式，LED-模塊上的遮蔽僅僅降低了到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的光量。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的設(shè)計方案，冷卻劑容器的第一壁、即在裝配好的狀態(tài)下朝向反射體的那壁具有用于電接觸發(fā)光二極管模塊的導(dǎo)電涂層，其可以設(shè)計為透明的。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的設(shè)計方案，冷卻劑容器的第一壁和第二壁可以被設(shè)計成平面的彼此平行的板。以這種方式，經(jīng)冷卻劑容器穿過的光線被盡可能小地影響。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的設(shè)計方案，冷卻劑容器的第一壁和/或第二壁的外側(cè)面為了實現(xiàn)特殊的光學(xué)功能被設(shè)計成彎曲的。由此冷卻劑容器可以同時承擔(dān)光學(xué)元件、例如是透鏡的作用，這樣可以節(jié)省額外的組件并由此節(jié)約成本。特別有利地，在冷卻劑容器的第一壁和/或第二壁的外側(cè)面形成有二維的透鏡陣列。特別地，冷卻劑容器可以有蜂窩冷凝器的形狀，如此促使穿過冷卻劑容器的光線的均一化。


以下結(jié)合實施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行說明。附圖示出圖I是根據(jù)本發(fā)明的燈具的第一實施例的剖面示意圖；和圖2是根據(jù)本發(fā)明的燈具的第二實施例的剖面示意圖。
具體實施例方式圖中互相對應(yīng)的組成部分用同樣的參考標(biāo)記標(biāo)注。示出的組成部分以及組成部分之間的大小比例并不遵照比例尺。圖I中示出了根據(jù)本發(fā)明的燈具的第一實施例。燈具包括與反射體30這樣組合的LED-模塊12，即從一個或多個發(fā)光二極管14發(fā)出的光被反射體30在反方向上反射，并且包括用于冷卻LED-模塊的冷卻裝置10，其同時用作LED-模塊12的支架。LED-模塊12包括一個或多個以半圓形示出的LED 14和導(dǎo)熱元件16。一個LED-模塊12可以具有多個而并非一個LED 14?！獋€LED或者多個LED 14位于電路板上,其底側(cè)布置有導(dǎo)熱兀件16。導(dǎo)熱兀件16優(yōu)選地是銅塊。它的輪廓匹配于電路板的形狀，其中其在垂直于LED-模塊的光軸的方向上的尺寸小于或者等于電路板的相應(yīng)尺寸。以這種方式，由遮蔽引起的光損失被降到最低。特別是導(dǎo)熱元件16被設(shè)計成實心圓柱體并且具有從其上突起的鰭狀或肋狀散熱片，以便能將操作過程中吸收的熱量特別好地傳遞給冷卻裝置10。冷卻裝置包括帶有第一壁22和第二壁24的通流的冷卻劑容器20，冷卻劑26處于兩個壁之間。導(dǎo)熱元件16通過第一壁22上相應(yīng)的開口被這樣嵌入冷卻劑容器20，即它與 冷卻劑26接觸并且LED-模塊12由此被固定在冷卻劑容器20上。在第一壁22的外側(cè)面設(shè)計有電接觸LED-模塊12的、圖中未示出的透明導(dǎo)電涂層，其與LED-模塊12的電路板連接。但可替換地，電接觸也可以通過細(xì)導(dǎo)線實現(xiàn)。如從圖I可見，冷卻劑容器20在上緣和下緣具有輸入管道27，28，冷卻劑26能通過它們流入冷卻劑容器20或從其中流出。例如冷卻劑26經(jīng)上方的輸入管道27流入冷卻劑容器20并通過下方的輸入管道28再度流出冷卻劑容器20，如此導(dǎo)熱元件16被冷卻劑環(huán)流。但也可以設(shè)想的是，冷卻劑容器在填充冷卻劑以后被封閉，并且在運行期間冷卻劑并不主動循環(huán)。透明的液體被作為冷卻劑26使用。在此它可以是折射率為I. 33的水，該折射率與適合用作冷卻劑容器20的器壁的透明材料的折射率相差不大，例如玻璃的折射率為1.41。冷卻劑容器20的壁22和24彼此平行并且垂直于LED-模塊12的光軸36取向。它們的面積大于被反射體30反射的光束的面積。在圖I中為了說明光徑標(biāo)出了從LED-模塊12出射的光線的兩條邊界。壁22和24是長方形或者從其輪廓上看匹配于反射體30。在它們的邊緣，壁通過合適的方式、特別是通過側(cè)壁互相連接。這些邊緣區(qū)域優(yōu)選地處于被反射的光線的范圍之外，以避免被反射的光線受到干擾。冷卻劑容器20的壁的內(nèi)側(cè)面被設(shè)計成平坦的，以避免冷卻劑26在壁上流過時產(chǎn)生旋渦。根據(jù)圖I示出的本發(fā)明的第一實施例，特別是冷卻劑容器20的第一壁22和第二壁24的外側(cè)面也被設(shè)計成平坦的，這樣兩個壁22和24是平面的彼此平行的板。以這種方式，整個冷卻劑容器20像一塊平面的彼此平行的板一樣對接收到的光線起作用。在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的燈具的第二實施例。根據(jù)圖2的實施例的特征在于，冷卻劑溶劑20除了起冷卻和支撐LED-模塊12的作用之外還承擔(dān)光學(xué)作用。否則根據(jù)第二實施例的冷卻裝置10符合聯(lián)系根據(jù)圖I的第一實施例而給出的描述。在圖2中示出的冷卻劑容器20被設(shè)計為蜂窩冷凝器。為此在冷卻劑容器20的第一壁22和第二壁24的外側(cè)面上設(shè)計有透鏡陣列。由此促使經(jīng)由冷卻劑容器20穿過的光線的均一化。沿著光線的傳播方向可看到，在冷卻劑容器20之后還設(shè)置有用來將光束集中到目標(biāo)區(qū)域34的菲涅爾透鏡32。通過將蜂窩冷凝器的光學(xué)功能集成到冷卻劑容器20內(nèi)，不僅可以節(jié)省空間還可以節(jié)省材料并由此節(jié)約成本。以類似的方式，通過適合地設(shè)計冷卻劑容器20的壁22和24可以實現(xiàn)其它希望的光學(xué)功能。
在兩個實施例中，冷卻劑容器20在燈具內(nèi)這樣被布置，即LED-模塊12位于反射體的焦點附近，它的一個LED或多個LED最多照亮一個半空間。因此反射體30聚集全部的LED-光線并能將其發(fā)送出通過冷卻劑容器。特別是錐形截面，如拋物面或橢圓面被用作反射體。由此，使用反射體回射促使光線在簡單的構(gòu)造中被良好地充分利用。根據(jù)本發(fā)明的燈具這樣被構(gòu)造，即它可以被裝入現(xiàn)有的帶有反射體的燈具中，這 樣可以實現(xiàn)對迄今為止的鹵素?zé)暨M(jìn)行改造。根據(jù)本發(fā)明的解決方案的優(yōu)選應(yīng)用是醫(yī)學(xué)照明、小的光學(xué)徑角性的應(yīng)用(如投影儀)或者高的軸向光強的應(yīng)用(如探照燈)。當(dāng)需要大直徑的光學(xué)器件時，根據(jù)本發(fā)明的燈具特別有效并成本低廉。
權(quán)利要求
1.ー種利用在反射體(30)上的回射來照亮目標(biāo)區(qū)域(34)的燈具，所述燈具具有 -帶有至少ー個發(fā)光二極管(14)的發(fā)光二極管模塊(12)和 -用于所述發(fā)光二極管模塊(12)的冷卻裝置(10)，其中所述冷卻裝置包括作為冷卻劑的對于所述發(fā)光二極管模塊的光線而言透明的液體(26)以及用于容納所述冷卻劑(26)的透明的冷卻劑容器(20)， 其特征在于，所述冷卻劑容器(20)包括透明的第一壁(22)和第二壁(24)，所述冷卻劑(26 )位于所述第一壁和第二壁之間，而且所述第一壁和所述第二壁大體上垂直于所述反射體(30 )的光軸(36 )延伸，并且所述第一壁和所述第二壁具有這種表面，即在所述發(fā)光二極管模塊(12)和所述冷卻裝置(10)與所述反射體(30)連接的裝配狀態(tài)下，被所述反射體(30)反射并落入所述目標(biāo)區(qū)域(34)的所述發(fā)光二極管模塊(12)的至少90%的光線穿過所述冷卻劑容器(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燈具，其特征在于，所述冷卻劑容器(20)的所述第一壁(22)和所述第二壁(24)具有這樣的表面，即所述發(fā)光二極管模塊(12)的、全部被所述反射體(30)反射到所述目標(biāo)區(qū)域(34)的光線穿過所述冷卻劑容器(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燈具，其特征在干，至少ー個所述發(fā)光二極管(14)被這樣設(shè)計，即所述發(fā)光二極管最多照亮半空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的燈具，其特征在于，所述冷卻裝置還用作所述發(fā)光二極管模塊(12)的支架。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燈具，其特征在于，所述發(fā)光二極管模塊(12)包括與至少ー個所述發(fā)光二極管(14)連接的導(dǎo)熱元件(16)，所述導(dǎo)熱元件被這樣嵌入所述冷卻劑容器(20)，即所述導(dǎo)熱元件與所述冷卻劑(26)接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燈具，其特征在于，所述導(dǎo)熱元件(16)被設(shè)計成實心圓柱體，所述實心圓柱體帶有從所述實心圓柱體上突起的鰭狀散熱片。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的燈具，其特征在于，所述發(fā)光二極管模塊(12)包括電路板，在所述電路板的頂側(cè)上裝配有ー個或多個所述發(fā)光二極管(14)并且所述電路板的底側(cè)特別借助于導(dǎo)熱材料與所述導(dǎo)熱元件(16)連接，其中所述導(dǎo)熱元件(16)在垂直于所述發(fā)光二極管模塊(12)的光軸的方向上的尺寸小于或者等于所述電路板相應(yīng)的尺寸。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燈具，其特征在于，所述冷卻劑容器(20)的所述第一壁(22)具有用于電接觸所述發(fā)光二極管模塊(12)的導(dǎo)電涂層。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燈具，其特征在于，所述冷卻劑容器(20)的所述第一壁(22 )和所述第二壁(24)被設(shè)計成平面的彼此平行的板。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項所述的燈具，其特征在于，所述冷卻劑容器(20)的所述第一壁(22)和/或所述第二壁(24)的外側(cè)面為了實現(xiàn)光學(xué)功能被設(shè)計成彎曲的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燈具，其特征在于，在所述冷卻劑容器(20)的所述第一壁(22)和/或所述第二壁(24)的外側(cè)面上形成有ニ維透鏡陣列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用在反射體(30)上的回射來照亮目標(biāo)區(qū)域(34)的燈具，其具有帶有至少一個發(fā)光二極管(14)的發(fā)光二極管模塊(12)和用于發(fā)光二極管模塊(12)的冷卻裝置(10)，其中冷卻裝置包括作為冷卻劑的透明液體(26)和用于容納冷卻劑(26)的透明的冷卻劑容器(20)，冷卻劑容器(20)包括透明的第一壁(22)和第二壁(24)，冷卻劑(26)處于第一壁和第二壁之間而且兩個壁大體上垂直于反射體(30)的光軸(36)延伸，并且第一壁和第二壁具有這種表面，即在發(fā)光二極管模塊(12)和冷卻裝置(10)與反射體(30)連接的裝配狀態(tài)下，被反射體(30)反射并落入目標(biāo)區(qū)域(34)的發(fā)光二極管模塊(12)的至少90%的光線穿過冷卻劑容器(20)。
文檔編號F21Y101/02GK102713431SQ201080061910
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者亨寧·倫恩 申請人:歐司朗股份有限公司