具有發光二極體的照明裝置的製作方法

2023-06-11 19:58:31 1

專利名稱：具有發光二極體的照明裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種照明裝置，該照明裝置具有至少一個支撐件和至少一個布置在支撐件上的發光二極體。
背景技術：
具有發光二極體的照明裝置由於高效率和降低的製造成本而越來越多地應用於日常照明中。實際的發光二極體由於其較小的尺寸大多情況下布置在支撐件上，此外在該支撐件上還可以安裝另外的元件，例如其它的發光二極體、引線或電路。照明裝置的特別的形式表現為LED燈，其優選地被使用，以便代替現有的常規的燈，例如白熾燈或發光材料燈，而不必對光源或邊框進行改變。在LED燈中，具有一個或多個發光二極體的支撐件安裝在常規的插座上，其中為了將電源電壓轉換成LED的供給電壓而至少還設置了電路。這樣的所謂的變型-解決方法應在其外觀方面優選地考慮到已知的白熾燈並且因此大多情況下還具有燈殼，該燈殼包圍支撐件和發光二極體並且在其形狀方面類似於由常規的白熾燈已知的結構形狀。但是在根據現有技術的照明裝置中並且這裡特別是在LED燈中的缺點是，在LED 工作時產生的熱量不能充分地導出。通常儘管選擇了具有高導熱性的、例如由銅或鋁製成的支撐件，以便直接從LED將熱量導出，然而在此情況下必須在LED和支撐件之間布置絕緣層，該絕緣層使熱傳導變差並且增大製造成本。

發明內容
本發明的目的在於，提出一種照明裝置，其具有至少一個支撐件和至少一個布置在支撐件上的發光二極體，在該照明裝置中避免了所述的、特別是在冷卻LED時產生的缺
點ο該目的通過權利要求1所述的特徵來實現。特別有利的設計方案在從屬權利要求中得出。當照明裝置的至少一個設置用於從發光二極體散熱的組件、特別是支撐件至少部分地配有具有高導熱性的電絕緣層時，可以以簡單的方式將由LED排出的熱量導出並且同時獲得被塗層的部件的良好的電絕緣性能。在該專利申請的範疇中，特別將這個層視為具有高導熱性的層，其具有比在其下方放置的基底更高的導熱性，但在任何情況下，該層具有的導熱性在正常條件下大於20W/mK，特別大於200W/mK，特別優選地大於600W/mK。電絕緣的材料的特徵在於典型地大於103Ωπι、特別是大於105Ωπι、特別優選的是大於108Ωπι的高電阻率。該層至少部分地由碳、特別是由無定形碳、優選的是四面體-無定形碳構成。碳可以出現在具有不同的機械和電性能的不同變型中，並且良好地和需求相匹配。除了較高的耐磨損強度以外，無定形碳的特徵還首先在於高電阻率(> 103Ωπι)和高導熱性(大約1000W/mK)，從而使其特別良好地適於根據本發明的塗層。無定形碳也是鑽石形的複合材料的主要成分，其中作為另外的成分例如可以包括矽，以便使性能和需求相匹配。塗層也可以簡單地塗覆在複雜的幾何構型上並且例如通過對層厚度和材料的選擇來有利地調節性能，其中除了導熱性以外，還可以特別地影響導電性以及不同波長的電磁射束的穿透性。根據本發明，支撐件例如可以配有根據本發明的層，在該層上可以布置發光二極體，從而通過將熱量向側面和向下方直接地排出來實現將熱量特別良好地從發光二極體導出。特別地，在具有相對較小的導熱性的支撐件、例如塑料電路板中，在側面排出熱量是有利的，這是因為熱量可以因此分布在較大的面積上。由於該層附加地是電絕緣的，因此LED 的連接位置和支撐件的材料無關地自動相互絕緣。因此特別有利的實施方式也可以通過使用金屬的並且進而可良好導熱的支撐件、例如銅支撐件或鋁支撐件來實現，利用該支撐件可以特別有利地實現從LED的熱量輸出。如果對可以由使用者接觸的部件、例如殼體或冷卻體進行塗層，則這些部件和導電部件、例如插座相接觸，而不會在接觸時給使用者帶來危險。這樣的層可以以簡單的方式利用不同的塗層方法、例如利用PECVD方法塗覆在不同的底座上、例如金屬和玻璃上。在本發明的另一個適合的實施方式中，該層至少部分地由陶瓷材料、特別是氮化鋁構成。陶瓷材料同樣是電介質，其在電阻率方面並且特別是在使用氮化鋁時的導熱性方面滿足了需求。適合地，該層具有至少是1 μ m並且最高是3 μ m、優選的是大約2 μ m的優選是恆定的厚度。這種層厚度可以實現簡單的塗覆，但也是足夠大的，以便確保不出現無意的未塗層的區域。因此塗層可以視為是恆定的，其中和平均層厚度的最大偏差不多於5%。如果對可透光的組件、例如用於引導光線的光學部件或LED燈的燈殼進行塗層，則可見光的穿透性在該層厚度中不會非常過度地降低。根據本發明特別有利的是，照明裝置具有至少一個插座和/或至少一個發光二極體和包圍支撐件的燈殼，並且進而設計為LED燈。在這種燈中，支撐件和發光二極體被插座和燈殼圍繞，由此難於釋放熱量。不利的是，附加地或可替換地應用從外部可視的冷卻體並且為燈殼配有通風孔以便排除熱量，這是因為這種措施以不期望的方式對燈的外觀產生了不利影響並且導致灰塵和髒物沉積。通過應用根據本發明的塗層可以實現熱量在LED燈中的更加簡單和有效的分布，這使得熱量更容易排出。特別適合的是，燈殼至少部分地配有具有高導熱性的層。因此引入燈殼中的熱量可以分布到燈殼的整個表面上，在此可以將熱量特別良好地排出至外界環境。適合地，燈殼和LED和/或支撐件熱作用連接，這是因為因此LED的熱量可以通過燈殼導出。特別有利的是，該層布置在燈殼的外側面上，這是因為該層暴露於外界環境空氣中並且可以將熱量排出至外界環境空氣。有利地，燈殼至少部分地塗覆上轉換層，以用於至少部分地將由發光二極體發出的射束的至少一個波長轉換成另一個波長。由此可以調節LED燈的光色。與直接布置在 LED的區域中的轉換層相反，布置在燈殼上的轉換層承受較小的、特別是熱類型的負載。有利地，轉換層布置在燈殼的內側面上，這是因為在此對轉換層進行保護以防止外界環境影響。如果在燈殼上設置至少一個用於很大程度上防紫外線穿透的、特別是吸收和/或反射紫外線的層，特別地，具有高導熱性的層設計為很大程度上防紫外線穿透的層，則可靠地屏蔽了由LED發出的對使用者有傷害的紫外光。此外在設有反射層的情況下，紫外線反射到另一個位於內部的轉換層上，由此提高了 LED燈的效率。由玻璃製成的燈殼可以特別良好地配有導熱層，這是因為該燈殼相對於在製造該層時和在LED燈工作時所產生的熱量在很大程度上不敏感。適合地，至少一個發光二極體發出的射束的波長在410nm和MOnm之間的範圍中， 優選的是在440nm和510nm之間，特別是大約470nm。有利的是，這樣的波長範圍特別是在和轉換層共同作用時是有利的，這是因為由此可以特別簡單地產生白光。適合地，支撐件和LED燈的插座熱作用連接。由此熱量可以從支撐件發出到插座上並且從該處例如進一步分布到適合的框架或燈殼上。當支撐件和照明裝置的插座通過至少一個、優選地設計為熱管的連接件作用連接時，獲得特別良好的熱傳遞並且同時可將支撐件自由地定位在燈殼內部。由此支撐件可以特別簡單地設計為三維物體，其可在多側面上裝配上發光二極體並且因此利用簡單的裝置實現多側面的發光。有利地，支撐件和/或在支撐件和照明裝置的插座之間的至少一個連接件配有具有高導熱性的層。由此使熱量特別良好地分布到支撐件上或者從支撐件導出。適合地，用於控制至少一個發光二極體的電子組件布置在照明裝置的插座的區域中。在此位置上，組件儘可能遠離LED地布置並且由此承受較小的熱負載。此外特別在使用金屬插座時可以容易地屏蔽組件，由此確保良好的電磁兼容性。


以下應根據實施例詳細說明本發明。附圖示出作為根據本發明的照明裝置1的實例具有插座2的LED燈1、燈殼3和在其上布置了發光二極體(LED) 5的支撐件4。
具體實施例方式支撐件4由鋁製成並且塗覆了由四面體-無定形碳(所謂的diamond-like carbon, DLC)構成的、厚度為大約2 μ m的非導電層6。該層不僅電絕緣而且導熱性能突出 (多於600W/mK，典型地大約為1000W/mK)。由此LED5突出地熱連接在支撐件4上並且與支撐件電絕緣。DLC層6的高導熱性同時實現了，即從LED5出發的熱量沿著支撐件4的表面分布並且因此實現將熱量良好地發出至外界環境和發出至支撐件4的內部。支撐件4通過所謂的熱管7 (Heatpipe)和插座2連接，從而可以使LED5的熱量通過支撐件4和熱管7發出至插座2。熱管7用於至少一個極性並且同時也用於給支撐件4 供電，其中通過適合的設計通過內管8傳輸一個極性並且通過外管9傳輸第二極性。但是也可以考慮這種實施方式，在該實施方式中藉助於熱管7給支撐件4供電以用於極性，熱管在其外側面上同樣塗覆上四面體-無定形碳，並且第二極性通過DLC層上的導線線路傳導至支撐件4。熱管7在實施例中通過圓柱形鋁板10又和燈殼3熱作用連接，在該鋁板上安裝了燈殼3。燈殼3由玻璃製成並且在外側面上同樣塗覆上由四面體-無定形碳構成的層11。 熱量由鋁板10傳遞到層11上並且因此基於層11的突出的導熱性而分布到燈殼3的表面上並且發出至外界環境。層11的厚度選擇為大約2 μ m，從而確保良好的散熱並且儘管如此對於相關的波長來說基本上也並不妨礙燈殼3的光穿透性。LED5發出具有大約為470nm的波長的光。在燈殼3的內側面上塗覆了轉換層12， 該轉換層將由LED5發出的射束部分地轉換到另一個波長範圍中並且因此用於產生白光。 本領域技術人員可以在能力範圍內選擇適合的轉換材料。對此可能是使用藍色的LED5，也例如如同在EP1206802中描述的那樣。插座2在當前的實施例中包括標準化的E27-EdiSOn-螺紋件13以及圓柱形部件 14，該圓柱形部件包括在此未示出的電子組件，以用於供電和控制LED5。圓柱形部件14的大小取決於電子組件的位置需求。在當前的實施例中，圓柱形部件14的外壁15由聚合物材料製成，特別用於滿足安全性要求，並且可以實現簡單地製造插座2。但也可以考慮這樣的實施方式，在該實施方式中為此應用了金屬，以便例如將熱量導出至螺紋件13並且進而導出至框架。顯而易見地也可以考慮本發明的其它的實施方式。因此也可以特別地代替LED燈 1，基於發光二極體5而設置其它的照明裝置1，例如單獨的LED模塊，其實際上僅僅由LED 燈1和支撐件4以及在一定條件下由冷卻體和/或電元件組成。但根據本發明也可以通過對例如一部分的殼體、漫射體或其它光學元件進行塗層來實現完整的LED發光體。在殼體部件的塗層中，DLC層和陶瓷層的高的耐磨損強度以及它們的相對於腐蝕的不敏感性是有利的，這是因為照明裝置也可以在不利的外界環境條件下使用。此外在根據本發明的LED燈1中，燈殼3例如還可以由塑料製成，這使製造簡單並且成本低廉。燈殼3的形狀也可以與這裡示出的和形狀相同的所有使用的白熾燈不同，並且也例如類似於反射燈。代替對燈殼3和支撐體4進行塗覆，在其中僅僅塗覆一個組件的實施方法當然也是可能的。本領域技術人員對於支撐件4上的LED5的類型和布置以及支撐體4的形狀知曉大量的實施方式，其中特別代替示出的藍色LED5也可以使用這種具有其它主導的波長的燈。特別地，這裡可以列舉紫外線LED的應用，其中在為了照明目的應用LED燈1時，強制性地需要使用轉換層12以及燈殼材料或避免射出有害量的紫外線的塗層。在使用不同顏色的LED5時，燈殼3也可以用作為漫射件，以便混合單個的LED5的顏色並且因此產生白色燈光。代替DLC層6，11，也可以考慮其它塗層材料，特別是氮化鋁以及基於碳的鑽石形納米塗層，其除了碳以外還包括多種其它組成部分。
權利要求
1.一種照明裝置(1)，所述照明裝置具有至少一個支撐件(4)和至少一個布置在所述支撐件(4)上的發光二極體(5)，其特徵在於，所述照明裝置(1)的至少一個設置用於從所述發光二極體( 散熱的組件(2，3，4，7，10)、特別是所述支撐件(4)至少部分地配有具有高導熱性的電絕緣層(6，11)，所述電絕緣層至少部分地由碳化合物、特別是由無定形碳、特別是四面體-無定形碳構成。
2.根據權利要求1所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述層(6，11)具有至少是Iym 並且最高是3 μ m、優選的是大約2 μ m的優選是恆定的厚度。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述照明裝置(1) 具有至少一個插座( 和/或至少一個發光二極體( 和包圍所述支撐件(4)的燈殼(3)。
4.根據權利要求3所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述燈殼(3)至少部分地配有具有高導熱性的所述層(11)。
5.根據權利要求3或4中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述層(11)布置在所述燈殼(3)外側面上。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述燈殼(3)至少部分地塗覆上轉換層(12)，以用於至少部分地將由所述發光二極體( 發出的射束的至少一個波長轉換成另一個波長。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述轉換層(12) 布置在所述燈殼(3)的內側面上。
8.根據權利要求3至7中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，在所述燈殼(3)上設置至少一個用於很大程度上防紫外線穿透的、特別是吸收和/或反射紫外線的層(11)， 特別地，具有高導熱性的所述層(11)設計為很大程度上防紫外線穿透的層(11)。
9.根據權利要求3至8中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述燈殼(3)由玻璃製成。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，由至少一個發光二極體(5)發出的射束的波長在410nm和MOnm之間的範圍中，優選的是在440nm和510nm 之間，特別優選的是大約470nm。
11.根據權利要求3至10中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述支撐件(4) 和所述照明裝置(1)的所述插座(2)熱作用連接。
12.根據權利要求3至11中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述支撐件(4) 和所述照明裝置(1)的所述插座(2)通過至少一個、優選地設計為熱管(7)的連接件(7) 作用連接。
13.根據權利要求3至12中任一項所述的照明裝置(1)，其特徵在於，所述支撐件(4) 和/或在所述支撐件(4)和所述照明裝置(1)的所述插座( 之間的至少一個連接件(7) 配有具有高導熱性的層。
全文摘要
本發明涉及一種照明裝置(1)，該照明裝置具有至少一個支撐件(4)和至少一個布置在支撐件(4)上的發光二極體(5)。照明裝置(1)的至少一個設置用於從發光二極體(5)散熱的組件(2，3，4，7，10)、特別是支撐件(4)至少部分地配有具有高導熱性的電絕緣層(6，11)。
文檔編號F21V29/00GK102159886SQ200980136690
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月10日 優先權日2008年9月19日
發明者延斯·弗洛裡安·霍克爾 申請人:歐司朗有限公司