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CN102159886A - 具有发光二极管的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种照明装置(1)，该照明装置具有至少一个支撑件(4)和至少一个布置在支撑件(4)上的发光二极管(5)。照明装置(1)的至少一个设置用于从发光二极管(5)散热的组件(2，3，4，7，10)、特别是支撑件(4)至少部分地配有具有高导热性的电绝缘层(6，11)。

Description

具有发光二极管的照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置，该照明装置具有至少一个支撑件和至少一个布置在支撑件上的发光二极管。
背景技术
具有发光二极管的照明装置由于高效率和降低的制造成本而越来越多地应用于日常照明中。实际的发光二极管由于其较小的尺寸大多情况下布置在支撑件上，此外在该支撑件上还可以安装另外的元件，例如其它的发光二极管、引线或电路。
照明装置的特别的形式表现为LED灯，其优选地被使用，以便代替现有的常规的灯，例如白炽灯或发光材料灯，而不必对光源或边框进行改变。在LED灯中，具有一个或多个发光二极管的支撑件安装在常规的插座上，其中为了将电源电压转换成LED的供给电压而至少还设置了电路。
这样的所谓的变型-解决方法应在其外观方面优选地考虑到已知的白炽灯并且因此大多情况下还具有灯壳，该灯壳包围支撑件和发光二极管并且在其形状方面类似于由常规的白炽灯已知的结构形状。
但是在根据现有技术的照明装置中并且这里特别是在LED灯中的缺点是，在LED工作时产生的热量不能充分地导出。通常尽管选择了具有高导热性的、例如由铜或铝制成的支撑件，以便直接从LED将热量导出，然而在此情况下必须在LED和支撑件之间布置绝缘层，该绝缘层使热传导变差并且增大制造成本。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种照明装置，其具有至少一个支撑件和至少一个布置在支撑件上的发光二极管，在该照明装置中避免了所述的、特别是在冷却LED时产生的缺点。
该目的通过权利要求1所述的特征来实现。
特别有利的设计方案在从属权利要求中得出。
当照明装置的至少一个设置用于从发光二极管散热的组件、特别是支撑件至少部分地配有具有高导热性的电绝缘层时，可以以简单的方式将由LED排出的热量导出并且同时获得被涂层的部件的良好的电绝缘性能。在该专利申请的范畴中，特别将这个层视为具有高导热性的层，其具有比在其下方放置的基底更高的导热性，但在任何情况下，该层具有的导热性在正常条件下大于20W/mK，特别大于200W/mK，特别优选地大于600W/mK。电绝缘的材料的特征在于典型地大于103Ωm、特别是大于105Ωm、特别优选的是大于108Ωm的高电阻率。
该层至少部分地由碳、特别是由无定形碳、优选的是四面体-无定形碳构成。碳可以出现在具有不同的机械和电性能的不同变型中，并且良好地和需求相匹配。除了较高的耐磨损强度以外，无定形碳的特征还首先在于高电阻率(＞103Ωm)和高导热性(大约1000W/mK)，从而使其特别良好地适于根据本发明的涂层。无定形碳也是钻石形的复合材料的主要成分，其中作为另外的成分例如可以包括硅，以便使性能和需求相匹配。
涂层也可以简单地涂覆在复杂的几何构型上并且例如通过对层厚度和材料的选择来有利地调节性能，其中除了导热性以外，还可以特别地影响导电性以及不同波长的电磁射束的穿透性。
根据本发明，支撑件例如可以配有根据本发明的层，在该层上可以布置发光二极管，从而通过将热量向侧面和向下方直接地排出来实现将热量特别良好地从发光二极管导出。特别地，在具有相对较小的导热性的支撑件、例如塑料电路板中，在侧面排出热量是有利的，这是因为热量可以因此分布在较大的面积上。由于该层附加地是电绝缘的，因此LED的连接位置和支撑件的材料无关地自动相互绝缘。因此特别有利的实施方式也可以通过使用金属的并且进而可良好导热的支撑件、例如铜支撑件或铝支撑件来实现，利用该支撑件可以特别有利地实现从LED的热量输出。
如果对可以由使用者接触的部件、例如壳体或冷却体进行涂层，则这些部件和导电部件、例如插座相接触，而不会在接触时给使用者带来危险。
这样的层可以以简单的方式利用不同的涂层方法、例如利用PECVD方法涂覆在不同的底座上、例如金属和玻璃上。
在本发明的另一个适合的实施方式中，该层至少部分地由陶瓷材料、特别是氮化铝构成。陶瓷材料同样是电介质，其在电阻率方面并且特别是在使用氮化铝时的导热性方面满足了需求。
适合地，该层具有至少是1μm并且最高是3μm、优选的是大约2μm的优选是恒定的厚度。这种层厚度可以实现简单的涂覆，但也是足够大的，以便确保不出现无意的未涂层的区域。因此涂层可以视为是恒定的，其中和平均层厚度的最大偏差不多于5％。如果对可透光的组件、例如用于引导光线的光学部件或LED灯的灯壳进行涂层，则可见光的穿透性在该层厚度中不会非常过度地降低。
根据本发明特别有利的是，照明装置具有至少一个插座和/或至少一个发光二极管和包围支撑件的灯壳，并且进而设计为LED灯。在这种灯中，支撑件和发光二极管被插座和灯壳围绕，由此难于释放热量。不利的是，附加地或可替换地应用从外部可视的冷却体并且为灯壳配有通风孔以便排除热量，这是因为这种措施以不期望的方式对灯的外观产生了不利影响并且导致灰尘和脏物沉积。通过应用根据本发明的涂层可以实现热量在LED灯中的更加简单和有效的分布，这使得热量更容易排出。
特别适合的是，灯壳至少部分地配有具有高导热性的层。因此引入灯壳中的热量可以分布到灯壳的整个表面上，在此可以将热量特别良好地排出至外界环境。适合地，灯壳和LED和/或支撑件热作用连接，这是因为因此LED的热量可以通过灯壳导出。
特别有利的是，该层布置在灯壳的外侧面上，这是因为该层暴露于外界环境空气中并且可以将热量排出至外界环境空气。
有利地，灯壳至少部分地涂覆上转换层，以用于至少部分地将由发光二极管发出的射束的至少一个波长转换成另一个波长。由此可以调节LED灯的光色。与直接布置在LED的区域中的转换层相反，布置在灯壳上的转换层承受较小的、特别是热类型的负载。
有利地，转换层布置在灯壳的内侧面上，这是因为在此对转换层进行保护以防止外界环境影响。
如果在灯壳上设置至少一个用于很大程度上防紫外线穿透的、特别是吸收和/或反射紫外线的层，特别地，具有高导热性的层设计为很大程度上防紫外线穿透的层，则可靠地屏蔽了由LED发出的对使用者有伤害的紫外光。此外在设有反射层的情况下，紫外线反射到另一个位于内部的转换层上，由此提高了LED灯的效率。
由玻璃制成的灯壳可以特别良好地配有导热层，这是因为该灯壳相对于在制造该层时和在LED灯工作时所产生的热量在很大程度上不敏感。
适合地，至少一个发光二极管发出的射束的波长在410nm和540nm之间的范围中，优选的是在440nm和510nm之间，特别是大约470nm。有利的是，这样的波长范围特别是在和转换层共同作用时是有利的，这是因为由此可以特别简单地产生白光。
适合地，支撑件和LED灯的插座热作用连接。由此热量可以从支撑件发出到插座上并且从该处例如进一步分布到适合的框架或灯壳上。
当支撑件和照明装置的插座通过至少一个、优选地设计为热管的连接件作用连接时，获得特别良好的热传递并且同时可将支撑件自由地定位在灯壳内部。由此支撑件可以特别简单地设计为三维物体，其可在多侧面上装配上发光二极管并且因此利用简单的装置实现多侧面的发光。
有利地，支撑件和/或在支撑件和照明装置的插座之间的至少一个连接件配有具有高导热性的层。由此使热量特别良好地分布到支撑件上或者从支撑件导出。
适合地，用于控制至少一个发光二极管的电子组件布置在照明装置的插座的区域中。在此位置上，组件尽可能远离LED地布置并且由此承受较小的热负载。此外特别在使用金属插座时可以容易地屏蔽组件，由此确保良好的电磁兼容性。
附图说明
以下应根据实施例详细说明本发明。附图示出作为根据本发明的照明装置1的实例：具有插座2的LED灯1、灯壳3和在其上布置了发光二极管(LED)5的支撑件4。
具体实施方式
支撑件4由铝制成并且涂覆了由四面体-无定形碳(所谓的diamond-like carbon，DLC)构成的、厚度为大约2μm的非导电层6。该层不仅电绝缘而且导热性能突出(多于600W/mK，典型地大约为1000W/mK)。由此LED5突出地热连接在支撑件4上并且与支撑件电绝缘。DLC层6的高导热性同时实现了，即从LED5出发的热量沿着支撑件4的表面分布并且因此实现将热量良好地发出至外界环境和发出至支撑件4的内部。
支撑件4通过所谓的热管7(Heatpipe)和插座2连接，从而可以使LED5的热量通过支撑件4和热管7发出至插座2。热管7用于至少一个极性并且同时也用于给支撑件4供电，其中通过适合的设计通过内管8传输一个极性并且通过外管9传输第二极性。
但是也可以考虑这种实施方式，在该实施方式中借助于热管7给支撑件4供电以用于极性，热管在其外侧面上同样涂覆上四面体-无定形碳，并且第二极性通过DLC层上的导线线路传导至支撑件4。
热管7在实施例中通过圆柱形铝板10又和灯壳3热作用连接，在该铝板上安装了灯壳3。灯壳3由玻璃制成并且在外侧面上同样涂覆上由四面体-无定形碳构成的层11。热量由铝板10传递到层11上并且因此基于层11的突出的导热性而分布到灯壳3的表面上并且发出至外界环境。层11的厚度选择为大约2μm，从而确保良好的散热并且尽管如此对于相关的波长来说基本上也并不妨碍灯壳3的光穿透性。
LED5发出具有大约为470nm的波长的光。在灯壳3的内侧面上涂覆了转换层12，该转换层将由LED5发出的射束部分地转换到另一个波长范围中并且因此用于产生白光。本领域技术人员可以在能力范围内选择适合的转换材料。对此可能是使用蓝色的LED5，也例如如同在EP1206802中描述的那样。
插座2在当前的实施例中包括标准化的E27-Edison-螺纹件13以及圆柱形部件14，该圆柱形部件包括在此未示出的电子组件，以用于供电和控制LED5。圆柱形部件14的大小取决于电子组件的位置需求。在当前的实施例中，圆柱形部件14的外壁15由聚合物材料制成，特别用于满足安全性要求，并且可以实现简单地制造插座2。但也可以考虑这样的实施方式，在该实施方式中为此应用了金属，以便例如将热量导出至螺纹件13并且进而导出至框架。
显而易见地也可以考虑本发明的其它的实施方式。因此也可以特别地代替LED灯1，基于发光二极管5而设置其它的照明装置1，例如单独的LED模块，其实际上仅仅由LED灯1和支撑件4以及在一定条件下由冷却体和/或电元件组成。但根据本发明也可以通过对例如一部分的壳体、漫射体或其它光学元件进行涂层来实现完整的LED发光体。在壳体部件的涂层中，DLC层和陶瓷层的高的耐磨损强度以及它们的相对于腐蚀的不敏感性是有利的，这是因为照明装置也可以在不利的外界环境条件下使用。
此外在根据本发明的LED灯1中，灯壳3例如还可以由塑料制成，这使制造简单并且成本低廉。灯壳3的形状也可以与这里示出的和形状相同的所有使用的白炽灯不同，并且也例如类似于反射灯。代替对灯壳3和支撑体4进行涂覆，在其中仅仅涂覆一个组件的实施方法当然也是可能的。
本领域技术人员对于支撑件4上的LED5的类型和布置以及支撑体4的形状知晓大量的实施方式，其中特别代替示出的蓝色LED5也可以使用这种具有其它主导的波长的灯。特别地，这里可以列举紫外线LED的应用，其中在为了照明目的应用LED灯1时，强制性地需要使用转换层12以及灯壳材料或避免射出有害量的紫外线的涂层。在使用不同颜色的LED5时，灯壳3也可以用作为漫射件，以便混合单个的LED5的颜色并且因此产生白色灯光。
代替DLC层6，11，也可以考虑其它涂层材料，特别是氮化铝以及基于碳的钻石形纳米涂层，其除了碳以外还包括多种其它组成部分。

Claims (13)

1.一种照明装置(1)，所述照明装置具有至少一个支撑件(4)和至少一个布置在所述支撑件(4)上的发光二极管(5)，其特征在于，所述照明装置(1)的至少一个设置用于从所述发光二极管(5)散热的组件(2，3，4，7，10)、特别是所述支撑件(4)至少部分地配有具有高导热性的电绝缘层(6，11)，所述电绝缘层至少部分地由碳化合物、特别是由无定形碳、特别是四面体-无定形碳构成。
2.根据权利要求1所述的照明装置(1)，其特征在于，所述层(6，11)具有至少是1μm并且最高是3μm、优选的是大约2μm的优选是恒定的厚度。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述照明装置(1)具有至少一个插座(2)和/或至少一个发光二极管(5)和包围所述支撑件(4)的灯壳(3)。
4.根据权利要求3所述的照明装置(1)，其特征在于，所述灯壳(3)至少部分地配有具有高导热性的所述层(11)。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述层(11)布置在所述灯壳(3)外侧面上。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述灯壳(3)至少部分地涂覆上转换层(12)，以用于至少部分地将由所述发光二极管(5)发出的射束的至少一个波长转换成另一个波长。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述转换层(12)布置在所述灯壳(3)的内侧面上。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，在所述灯壳(3)上设置至少一个用于很大程度上防紫外线穿透的、特别是吸收和/或反射紫外线的层(11)，特别地，具有高导热性的所述层(11)设计为很大程度上防紫外线穿透的层(11)。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述灯壳(3)由玻璃制成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，由至少一个发光二极管(5)发出的射束的波长在410nm和540nm之间的范围中，优选的是在440nm和510nm之间，特别优选的是大约470nm。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述支撑件(4)和所述照明装置(1)的所述插座(2)热作用连接。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述支撑件(4)和所述照明装置(1)的所述插座(2)通过至少一个、优选地设计为热管(7)的连接件(7)作用连接。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的照明装置(1)，其特征在于，所述支撑件(4)和/或在所述支撑件(4)和所述照明装置(1)的所述插座(2)之间的至少一个连接件(7)配有具有高导热性的层。
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