[发明专利]用于发光装置的透镜、相应的发光装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于发光装置的透镜。

一个或多个实施方式可以涉及利用固态光源如LED光源作为光辐射源的发光装置。

背景技术

发光装置如室外使用的LED模块可以满足下述要求，例如：

-高光通量(例如大于10,000流明(lm))；

-高功率效率(例如大于110流明/瓦(lm/W))，这在一方面可能需要低热阻，以及在另一方面需要光学系统的高效率(大于90％)；

-高电气绝缘(例如大于2kVAC)；

-在高额定流明维持寿命(例如60,000小时)和低毁灭性故障率(例如焊点接头在经历至少5000次热循环之后还存在)方面的高可靠性；

-模块化；

-在材料清单(BoM)和制造过程两方面的低成本。

满足这些要求可能是一个挑战。

为了实现高光学效率，可以使用光学器件如透镜。

在印刷电路板组件(PBA)方面，可以采用当满足一些先前所概述的要求时另一方面可能危及其他必要特征的各种实现方式。

例如，第一解决方案在于焊接在绝缘金属基板(IMS)上的光辐射源的分布式阵列例如采用陶瓷封装(AlN或Al₂O₃)的高功率LED的使用。然后，单元经由导热胶或螺钉装配在散热器(或散热壳体如金属散热壳体，例如铝壳体)上。

这种解决方案有一些限制，例如由于光辐射源(例如LED源)的陶瓷封装与板的基本金属(例如铝)之间可能高的热膨胀系数(CTE)的失配而导致的焊点接头的可靠性降低。

这种解决方案的另一个限制是需要达到影响电气绝缘的介电击穿与热阻之间的平衡。实际上，具有低热阻的IMS板有相当低的介质击穿。

另一PBA实现方式可以在于使用焊接在陶瓷板(AlN或Al₂O₃)上的光辐射源的分布式阵列(例如采用陶瓷封装的功率LED)。所得到的单元随后可以经由导热粘合剂装配在散热器(或散热壳体，例如金属散热壳体，如铝散热壳体)上。

在这种情况下，与IMS板相比，热阻可以相似或者甚至更低，同时因为在膜厚度大于0.3mm的情况下介电绝缘可以大于20kV/mm，所以介电绝缘不是关键的问题。

此外，因为这个实现方式可以大大地减小光辐射源的封装与板之间的CTE失配，所以这个实现方式可以显示出焊点接头的较高的可靠性。

然而，因为可以实现的板面积有限以及因为相当高的成本(多于)，所以这种解决方案不能用于具有高数量LED的分布式LED阵列和/或大的LED至LED间距的情况。

另一PBA实现方式可以在于使用在IMS或陶瓷基板上制造的板上芯片(CoB)部件。CoB可以经由导热胶或螺钉装配在散热器(或散热壳体，例如由金属如铝制成的散热壳体)上。

在基于IMS的CoB的情况下，相对于焊接在IMS板上的封装的LED，介电绝缘更易于管理。与插入到CoB部件中的封装件中并且焊接在IMS板上的LED相比，省略CoB部件中的封装件的可能性可以导致更低的热阻。

因此，在CoB部件的情况下，可以使用具有较高的介质击穿但是具有至少较低的导热率的电介质。

在基于陶瓷的CoB的情况下，因为缺少LED封装，所以可以使用具有低的导热率的陶瓷(例如Al₂O₃)。

此外，与针对陶瓷板所描述的原因相同，介质击穿可以不构成重要问题。

此外，不论使用哪种类型的板，因为焊点接头不再存在，所以焊点接头的可靠性不是问题。

CoB解决方案还由于成本原因而是有吸引力的。事实上，在一些实现方式中，相对于使用焊接在IMS板上的封装的LED的PBA解决方案，CoB解决方案可以实现高达35％的成本节约。

然而，CoB解决方案可能有一些约束。

例如，第一约束可能涉及到大透镜的使用，而大透镜是不容易制造的；这可能需要光学透镜的大小、CoB的大小以及成本间的折衷。

另一个约束关于不同的CoB之间的互连。可以通过手动焊接从一个CoB延伸到另一个CoB的导线来产生这种互连；然而，存在下述风险：这种行为可能影响基于IMS的CoB的介质击穿特性，导致电气绝缘的可能减小。

另一种可能性在于使用附加的板(例如，FR4单层板)作为电源总线线路，使用用于与若干个CoB互连的连接器；然而，若干个连接器的使用会产生额外的成本，并且产生在成本方面不具有竞争力的解决方案。

发明内容