專利名稱:利用具有熱異向性的材料的機動車用照明和/或發(fā)信號裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地涉及安裝于機動車輛的照明和/或發(fā)信號裝置。尤其是，本發(fā)明涉及機動車用照明和/或信號裝置，包括至少一個功率發(fā)光二極管光源和能夠組成一個或多個熱源的其它裝置，其特性能夠影響所述功率發(fā)光二極管光源的熱環(huán)境。
在白光功率發(fā)光二極管領(lǐng)域的最新技術(shù)發(fā)展使采用這些光源在車輛上執(zhí)行照明和發(fā)信號功能上越來越可能提升功率。
關(guān)于技術(shù)性能，功率發(fā)光二極管，表示為“功率LEDs”，具有不可否認的能量，使其在許多某些應用尤其有吸引力。關(guān)于其使用壽命，效率和形狀要素，功率LED二極管具有很大的優(yōu)勢，尤其是與更傳統(tǒng)的光源例如白熾燈相比。
然而在前燈和信號燈中功率發(fā)光二極管的結(jié)合在涉及由前燈和信號燈的內(nèi)容量表示的相對限定環(huán)境的有效熱調(diào)節(jié)必要性方面造成困難和新的限制。這些熱調(diào)節(jié)的限制在前燈中是難以克服的，尤其是因為其部分布置在車輛發(fā)動機艙中和與照明功率相關(guān)。
在使用功率發(fā)光二極管的情況下，該有效熱調(diào)節(jié)是必要的，是由于其連接溫度最大額定值，大約為150℃，在照明/信號應用環(huán)境中相對較低。這是因為內(nèi)部周圍的溫度經(jīng)常達到90℃到100℃。
現(xiàn)有技術(shù)方案包括設(shè)置基片(substrate)在一個或多個散熱器上支持功率發(fā)光二極管，緊密與它們熱連接。通過風扇一強制空氣循環(huán)有時被采用來改進散熱。這些已知的方案可能導致散熱器相當大的體積和重量，這就使設(shè)計安裝AFS型新功能的最新照明/信號裝置很棘手。AFS是英文術(shù)語先進前燈系統(tǒng)(Advanced Front Lighting System)的簡稱，在最近的歐洲規(guī)章中，一些新的功能例如彎曲近光束(bending dipped beam)，也可表示如英文DBL，代表“動態(tài)彎曲光”，或高速公路光束，在英文中指高速公路。
這些新功能可能導致附加構(gòu)成許多靠近的輔助光源，對功率發(fā)光二極管的連接溫度產(chǎn)生實質(zhì)的影響。
此外，這里不詳細探究關(guān)于安裝于車輛的設(shè)備重量通常的缺點，讓我們特別關(guān)注，包含散熱器實際上增加了支持發(fā)光二極管部件的力學慣量，了解到在彎曲近光功能作用下后者易于以動態(tài)轉(zhuǎn)動移動(DBL英語中(dynamic bendinglight)代表動態(tài)彎曲光)。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供機動車用照明和/或信號裝置，包括至少一個功率發(fā)光二極管光源和能夠組成一個或多個熱源的其它裝置，其特性能夠影響所述功率發(fā)光二極管光源的熱環(huán)境。
根據(jù)本發(fā)明，該照明和/或信號裝置，包括至少部分由各向異性石墨材料制成的支持件來支持所述功率發(fā)光二極管光源和對抗所述其它裝置對所述功率發(fā)光二極管光源的所述熱環(huán)境的影響。
這樣本發(fā)明涉及包括至少一個功率發(fā)光二極管光源和至少一個其它熱源的車用照明和/或信號系統(tǒng)，包括至少部分由各向異性石墨材料制成的支持件來支持所述功率發(fā)光二極管光源和對抗所述其它裝置對所述功率發(fā)光二極管光源的所述熱環(huán)境的影響。
有利的是，該支持件包括一將二極管光源與其它熱源隔開的壁，并且該壁具有比縱向更大的穿過其厚度方向的熱阻。該壁可在發(fā)光二極管(也由于簡明的原因稱為LED)，和車輛前燈的另一熱源(尤其是傳統(tǒng)白熾型燈或氙燈)之間用作熱屏障。該支持件，除石墨的各向異性之外至少部分彌補，并且通過其形狀，這樣能夠具有可調(diào)的導熱性在LED與其它熱源間具有盡可能小的導熱性，相反在LED與前燈或臨近前燈的“冷”區(qū)域之間盡可能導熱。
根據(jù)本發(fā)明各向異性石墨的應用，尤其是薄層狀結(jié)構(gòu)石墨，可用于緊密和輕質(zhì)照明和/或信號裝置的制造，同時滿足功率發(fā)光二極管的熱限制。由于各向異性石墨比鋁在密度和導熱性方面更優(yōu)越的性能，并通過該材料呈現(xiàn)的高熱異向性，該結(jié)果是能夠達到的。該熱異向性就可以實現(xiàn)熱屏蔽面對緊靠二極管布置的熱源(例如白熾燈)的設(shè)計，。
根據(jù)本發(fā)明的裝置還可包括一個或多個的以下特征-支持件包括至少一個消除熱量的散熱器，-該裝置提供一風扇，能夠強制進行通過消除熱量的散熱器的空氣循環(huán)，-該散熱器包括至少一個由各向異性石墨材料制成的部件，該部件具有平行于所述散熱器上散熱片的優(yōu)越熱傳導方向，
-該消除熱量的散熱器包括至少一個由鋁制成的部件，-該裝置提供一在該支持件上提供機械強度的部件，-該機械強度的部件包括至少一個電基片，功率發(fā)光二極管光源布置在其上，-該機械強度的部件包括至少兩個硬質(zhì)板以三明治結(jié)構(gòu)布置在基于各向異性石墨的每一側(cè)的至少部分材料，-至少一個硬質(zhì)板由電基片組成，功率發(fā)光二極管光源布置在其上，-至少一個硬質(zhì)板是形成接地平面的板，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁屏蔽功能，-該裝置提供與支持件相協(xié)作的裝置，沿至少一個特定軸來實現(xiàn)支持件的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的照明和/或信號裝置，能夠組成一個或多個熱源的其它裝置包括以下之中的至少一個光源功率發(fā)光二極管光源，白熾燈和放電燈，也可提到氙燈。
有利的是，該支持件包括多個壁，尤其是傾斜或垂直地互相布置。
支持件的多個壁可以是單一或多種成分其可由不同材料制成(例如各向異性石墨，機械地強化的或沒有機械強化的，)和/或單獨制成，并且隨后在一個步驟中裝配或制成。
根據(jù)其它方面，本發(fā)明還涉及一種如上簡述包括至少兩個照明和/或信號裝置的機動車用照明和/或信號系統(tǒng)，和安裝有至少一個本發(fā)明的裝置的機動車。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將在隨后特定實施例論述的閱讀中更清楚地展現(xiàn)，該論述通過非限定性例子來進行，并參照附圖，其中附圖1是根據(jù)本發(fā)明包含功率發(fā)光二極管照明模塊前燈的整個前視圖；附圖2是包含于附圖1前燈中的功率發(fā)光二極管照明模塊縱斷面的局部剖視圖；附圖3是包含于附圖1前燈中的由各向異性石墨制成的支持部件的局部剖視圖，其作為支持功率發(fā)光二極管的該部件的一個部分；附圖4和5由各向異性石墨構(gòu)成的支持部件的另外兩個實施例。
具體實施方式主要參照附圖1-3，現(xiàn)對第一特定實施例進行說明，根據(jù)本發(fā)明的照明和/或發(fā)送信號裝置例如前燈，整個指示為1。
在該特定實施例中，前燈1包括各種類型的光源，即功率發(fā)光二極管和白熾燈。這些多種光源被包含于前燈1的照明和發(fā)送信號模塊10到16中，模塊表示在附圖1的前視圖中。
在該實施例中，照明模塊10是一近光束(dipped)/主光束發(fā)光模塊，，其包括9個發(fā)白光的功率發(fā)光二極管。
該模塊11到16為照明模塊和發(fā)送信號模塊，來實現(xiàn)諸如霧中照明，方向改變閃爍指示，白天照明(DRL在英語中代表白天運行照明)功能和AFS功能例如固定彎曲近光束，公路照明等。
在一個不同的形式中，該模塊11到16也可包括功率發(fā)光二極管作為光源。在另一種形式中，該模塊11到16之一提供一個氙型放電燈，來實現(xiàn)主光束發(fā)光的功能。
現(xiàn)在尤其參照附圖2，前燈1包括具有水平臺階部101a，101b和101c的支持件100，在水平臺階部上安裝有功率發(fā)光二極管102a，102b和102c。每一臺階部101a，101b和101c支持3個互相緊湊安裝在同一水平面的發(fā)光二極管。附圖2為穿過照明模塊100的縱斷面的視圖，在每一臺階部101b和101c只有一個發(fā)光二極管出現(xiàn)在該圖中。
該發(fā)光二極管102a，102b和102c，與反射鏡103a，103b和103c和各自的透鏡104a，104b和104c相關(guān)聯(lián)，形成包含于照明模塊10中照明子模塊10a，10b和10c。以這樣的方式來產(chǎn)生一球狀光束，其由這些照明子模塊10a，10b和10c提供的多種光輸出構(gòu)成。
除安裝支持功率發(fā)光二極管、透鏡和反射鏡的功能外，部件100還參與前燈1的熱調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，通過利用至少在兩軸上具有不同導熱性的各向異性材料制成的部件100來實現(xiàn)最佳熱調(diào)節(jié)。該部件100的各向異性將在說明書中隨后詳述。
如附圖2所示，該部件100包括多個冷卻散熱片105a，105b和105c，其從安裝發(fā)光二極管102a，102b和102c處朝相反方向向下延伸。在該特定實施例中，通過與前燈1的外罩形成一體的風扇106強制散熱片105a，105b和105c上的空氣進行傳導。
在已知的方式中，可提供部件100與安裝于車體的前燈1的外罩間的機械連接，以允許限制其轉(zhuǎn)動。通過部件100繞垂直于車輛縱軸的水平軸的轉(zhuǎn)動，該部件100的轉(zhuǎn)動可以調(diào)節(jié)前燈1的仰角。在前燈1中提供形成樞軸107和致動器108的組件，如附圖2所示，來實現(xiàn)該限制的轉(zhuǎn)動機械連接。
參照附圖3，現(xiàn)詳細論述部件100，尤其是其各向異性。
在如附圖3所示實施例中，部件100為組合型，其由兩個部分100A與100B結(jié)合組成一單件組合件而形成。
部分100A與100B由一種或多種各向異性材料形成。最好采用由美國俄亥俄州克利夫蘭Graftech國際有限公司銷售的各向異性石墨制成，其記載于美國專利US-2002/0142165和US-6482520，這些公開可考慮被包含到本申請中以作為參考。可獲得這種石墨熱異向性比為5到50。
各向異性石墨，例如由Graftech銷售的并具有適合的熱性能可能在某些情形，如其所具有，確定為并不很適合機械地制造部件100。這樣，例如，具有適當各向異性的石墨證實為過于柔軟，由于光學系統(tǒng)的各功能部件上精確的位置要求，所以這是有害的。
根據(jù)本發(fā)明，通過多種方式例如表面安裝一硬質(zhì)盤(例如一電基片)或在制造石墨材料過程中加入一個或多個硬質(zhì)成分嵌入主體材料，硬度和適當?shù)臋C械性能能夠被提供到部件100。
然而各向異性石墨的彈性有利于實現(xiàn)在導電層和散熱部件間的熱界面功能。具有注冊商標GRAFOIL的石墨例如能夠用于界面。
如附圖3所清楚表示，該部分100a形成一嚴格說散熱器并用于散熱，尤其是發(fā)光二極管102產(chǎn)生的熱量。
該部分100A包括形成基體101A的部分，其具有第一表面，在第一表面上安裝支持發(fā)光二極管102的電基片102A，和第二表面，從該表面垂直延伸出散熱片105。當然，除發(fā)光二極管102之外，安裝于部件108A第一表面的導電層包括許多電連接導軌來提供發(fā)光二極管，和電路的其它電子部件。
在該實施例中，部件100A由一塊具有良好機械硬度的各向異性石墨機加工制成。在一個不同的形式中，部件100A可以是混合型，例如由不同材料制成的基體101A和散熱片105組成，例如天然石墨/各向異性石墨，陶瓷/各向異性石墨，鋁/各向異性石墨或其它組分。
這里制成的部件100A是為了具有平行于散熱片105并沿基體101A的厚度方向的優(yōu)越的熱傳導方向。在該優(yōu)越的方向，相對于在垂直于優(yōu)越方向的材料平面中的RtA2，該部件100A提供一低值熱阻RtA1。
在該實施例中，由各向異性石墨制成的部件100B實現(xiàn)一熱屏功能，防止由于如附圖3所示白熾燈104產(chǎn)生熱的散發(fā)導致發(fā)光二極管102的環(huán)境溫度上升。
這里部件100B包括兩個成直角的平面部件101B和102B，在厚度方向具有高值熱阻RtB1。在部件101B和102B的平面和材料上，該各向異性石墨具有優(yōu)越的熱傳導方向，其熱阻RtB2遠低于RtB1值。
當然，就通常而言，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在由各向異性石墨部件制成的部件的許多部分中作用于厚度和長度，來調(diào)節(jié)熱阻到所需值。
這里部件100B的硬度通過嵌入材料中的硬質(zhì)成分102B來獲得。部件100B例如通過加壓模制技術(shù)來制造。
參考附圖4和5，現(xiàn)論述在根據(jù)本發(fā)明的照明和/或發(fā)送信號裝置的不同實施例中，另外兩個實施例的部件100’和100”的結(jié)構(gòu)，是與部件100相同的類型。
如附圖4所示的部件100’例如通過加壓模制操作并對單塊的各向異性石墨機加工而獲得。
該部件100’包括形成消除熱量的散熱器的部件101’和形成屏的部件102’。電基片103’和104’以類三明治型結(jié)構(gòu)安裝于部件102’的相反面。
部件100’的優(yōu)越熱傳導方向適于位于垂直于后者的厚度并平行于散熱器101’的散熱片的材料平面102’中。部件100’在優(yōu)越方向的熱阻值為Rt’1，其大大小于存在于部件102’厚度方向上的Rt’2。
該較高熱阻Rt’2使能在安裝于基片103’的二極管105’與位于基片104’的熱源(未表示出)之間的該結(jié)構(gòu)中獲得熱屏效果。
該結(jié)構(gòu)的硬度由基片103’和104’提供。由各向異性石墨構(gòu)成的熱界面層106’和107’這里位于103’和104’及部件102’的相應面之間。
如附圖3所示的部件100”是組合型，這里表示其由第一和第二獨立的元件構(gòu)成，兩元件剛性地互相固定，例如粘性結(jié)合。
該第一元件由陽極氧化鋁101”制成的散熱器形成。該第二元件是一基片支持件/熱屏102”，包括夾在電基片104”和金屬電磁屏蔽板或金屬化層105”之間的各向異性石墨板103”。
該基片104”和板105”固定于板103”的相反表面。
具有功率LED的光源安裝于基片104”上位于散熱器101”的部分上。這里除了層104”能夠提供機械剛度之外，通過安裝散熱器101”到盤103”也能為該結(jié)構(gòu)提供額外的機械剛度。
在該結(jié)構(gòu)中，電磁屏蔽105”的主要功能是為了提高根據(jù)本發(fā)明照明和/或信號裝置的電磁相容(EMC)性能。但是，以剛性金屬層的形式，屏蔽105”也能夠?qū)M件的機械剛度起作用。
這里能夠獲得熱屏蔽效果，是由于在盤103”厚度方向具有較高熱阻值Rt1。
雖然，在這里論述的多個實施例中，希望部件100，100’，100”的整個機械強度，但是這里要注意，在其它實施例中，各向異性石墨的柔性也構(gòu)成優(yōu)點。這樣例如，在機動車用具有LED二極管的信號燈中，與已知基于柔性基片例如“彈性”和鋁散熱器的解決方案相比，在某些應用中，由各向異性石墨制成的彈性件的制造經(jīng)證實是一種技術(shù)的和經(jīng)濟有效的解決方案，其中該彈性件包括形成散熱器部件和允許安裝支撐LED二極管光源的電基片的部件。
當然，本發(fā)明并不限于這里通過舉例論述實施例的細節(jié)，而是相反地擴展到本領(lǐng)域技術(shù)人員能力范圍內(nèi)的多種改進，通過本發(fā)明的前景應用對其進行啟示。本發(fā)明由此可具有大量不同的實施例，其中只有一些例子在本說明書中詳述。
權(quán)利要求
1.一種用于機動車的照明和/或發(fā)送信號裝置，包括至少一個功率發(fā)光二極管光源(102)和至少一個其它熱源(142)，其特征在于還包括至少部分由基于各向異性石墨的材料制成的支持件(100)，用于支持所述功率發(fā)光二極管光源和對抗所述其它裝置對所述功率發(fā)光二極管光源的所述熱環(huán)境的影響。
2.如前述權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于該支持件包括將二極管光源(102)與其它熱源(142)隔開的壁(101B)。
3.如前述權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于該壁(101B)在穿過厚度方向具有比縱向(RtB2)更高的熱阻(RtB1)。
4.如前述權(quán)利要求
之一所述的裝置，其特征在于所述支持件(100)包括至少一個消除熱量的散熱器(105)。
5.如前述權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于其還包括一風扇(106)，能夠強迫通過消除熱量的散熱器(105)的空氣循環(huán)。
6.如權(quán)利要求
4或5所述的裝置，其特征在于所述散熱器(105)包括至少一個由基于各向異性石墨的材料制成的部件(101A)，該部件具有平行于所述散熱器上散熱片的優(yōu)越熱傳導方向(Rta1)。
7.如權(quán)利要求
4到6中任一項所述的裝置，其特征在于所述消除熱量的散熱器(105)包括至少一個由鋁制成的部件(101”)。
8.如前述任一權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于該裝置包括在該支持件(100)上提供機械強度的部件(103B，101”，103’，104’)。
9.如前述權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于所述部件包括至少一個電基片(103’)，功率發(fā)光二極管光源(102)布置在其上。
10.如權(quán)利要求
8或9所述的裝置，其特征在于所述部件包括至少兩個硬質(zhì)板(104”，105”；103’，104’)，以三明治結(jié)構(gòu)布置在基于各向異性石墨的材料的至少部分的每一側(cè)。
11.如前述權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于至少一個所述硬質(zhì)板由電基片(103’)組成，功率發(fā)光二極管光源(102)布置在其上。
12.如權(quán)利要求
10或11所述的裝置，其特征在于至少一個所述硬質(zhì)板是形成接地平面(105”)的板，它能夠?qū)崿F(xiàn)電磁屏蔽功能。
13.如前述任一權(quán)要求所述的裝置，其特征在于包括與所述支持件(100)協(xié)作的部件(107，108)，使其沿支持件(100)的至少一個特定軸來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。
14.如前述任一權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于其它熱源包括以下之中至少一個光源功率發(fā)光二極管光源(102)，白熾燈(142)和放電燈。
15.如前述任一權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于該支持件包括多個壁(100A，100B)，尤其是互相傾斜或垂直地布置。
16.如前述任一權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于該支持件的多個壁(100A，100B)可以是單一或多種成分。
17.一種機動車，其特征在于包括如前述任一權(quán)利要求
所述的至少一個照明和/或發(fā)送信號裝置。
專利摘要
本裝置包括至少一個功率發(fā)光二極管光源(102)和能夠組成一個或多個熱源的其它裝置(142)，其特性能夠影響所述功率發(fā)光二極管光源的熱環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明，該裝置還包括至少部分由各向異性石墨材料制成的支持件(100)來支持所述功率發(fā)光二極管光源和對抗其它裝置對所述功率發(fā)光二極管光源的所述熱環(huán)境的影響。根據(jù)其它特征，該支持件包括至少一個消除熱量的散熱器(105)，并且該裝置包括一風扇，能夠強迫通過消除熱量的散熱器的空氣循環(huán)。
文檔編號F21V29/02GK1991241SQ200610172372
公開日2007年7月4日 申請日期2006年9月29日
發(fā)明者讓-馬克·尼古萊 申請人:瓦雷歐·維申公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan