WO2014063975A1 - Leuchtvorrichtung mit kühlkörper und mindestens einer halbleiterlichtquelle - Google Patents

Leuchtvorrichtung mit kühlkörper und mindestens einer halbleiterlichtquelle Download PDF

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WO2014063975A1
WO2014063975A1 PCT/EP2013/071667 EP2013071667W WO2014063975A1 WO 2014063975 A1 WO2014063975 A1 WO 2014063975A1 EP 2013071667 W EP2013071667 W EP 2013071667W WO 2014063975 A1 WO2014063975 A1 WO 2014063975A1
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semiconductor light
lighting device
light source
light sources
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PCT/EP2013/071667
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Bernhard Rieder
Thomas Klafta
Christian Kiefer
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Osram Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F21V29/77—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical diverging planar fins or blades, e.g. with fan-like or star-like cross-section
    • F21V29/773—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical diverging planar fins or blades, e.g. with fan-like or star-like cross-section the planes containing the fins or blades having the direction of the light emitting axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21V29/777—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical diverging planar fins or blades, e.g. with fan-like or star-like cross-section the planes containing the fins or blades having directions perpendicular to the light emitting axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2107/00—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting device, comprising a heat sink of a plurality of spaced, electrically conductive segments and at least one
  • the invention further relates to methods for producing such a lighting device.
  • the invention is particularly applicable to retrofit lamps.
  • DE 10 2007 055 133 A1 discloses a lighting device with at least one substrate plate, at least two light-emitting diodes (LEDs) arranged on the same side of the substrate plate and at least one electrically conductive one arranged on the opposite side of the substrate plate
  • Cooling device in particular a metallic heat sink, wherein at least two LEDs each formed by means of at least one of an electrically conductive material
  • Cooling device are thermally in operative connection.
  • Cooling device has at least two electrically separate regions, wherein a first region with
  • At least one LED thermally and electrically in
  • Active connection is and a second area with at least one second LED is thermally and electrically operatively connected.
  • a lighting device comprising a heat sink of a plurality of each other
  • These (at least two) segments of the heat sink thus also represent electrical conductors or connecting pieces of the at least one semiconductor light source.
  • these segments have a twofold function
  • the heat sink can continue to remain compact and needs, for example. not on
  • one of the segments may have a first one
  • an associated semiconductor light source may be connected, and a second electrical contact of the semiconductor light source may be connected to another, in particular adjacent, segment.
  • the at least one semiconductor light source is in this case connected to a contact point both mechanically and electrically with a segment.
  • the at least one semiconductor light source may be separated mechanically and electrically with a respective one
  • At least one semiconductor light source interconnected segments are in particular, except for their
  • Short circuit or shunt can form past the semiconductor light sources.
  • Two segments can each have at least one
  • Semiconductor light source i.e., one or more
  • At least two segments can be connected to an electrical
  • the voltage source may be a DC voltage source or an AC voltage source.
  • the voltage source can be any DC voltage source or an AC voltage source.
  • the driver may, for example, from a mains voltage suitable for operating the semiconductor light source (s)
  • the segments are preferably made of metal, in particular of copper, especially of (possibly selectively) tin-plated copper or of aluminum.
  • the segments are made of sheet metal. This provides the advantage of a simple formability, a low electrical resistance, a high thermal conductivity, a low weight and
  • the segments can be the same or in groups
  • the segments are not applied in particular as layers or webs on a substrate, but are self-supporting.
  • Lighting device on the segments is done. This is significantly higher than a previous, practical
  • Semiconductor light source at least one light emitting diode.
  • a color may be monochrome (e.g., red, green, blue, etc.) or multichrome (e.g., white). This can also be done by the at least one
  • LED emitted light is an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED).
  • Light emitting diodes can produce a mixed light; e.g. a white mixed light.
  • the at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor
  • the phosphor may alternatively or additionally be arranged away from the light-emitting diode
  • the at least one light-emitting diode can be in the form of at least one individually housed light-emitting diode or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate (“submount”) be.
  • the at least one light emitting diode may be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, eg at least one Fresnel lens,
  • organic LEDs can generally also be used.
  • the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser.
  • the lighting device may thus comprise one or more chains of serially connected semiconductor light sources, e.g. with the sequence
  • the at least one semiconductor light source is attached to tab-like projections of the two segments connected to it.
  • a tab-like projection can be understood in particular a bendable or abknickbarer, spatially limited projection, in particular of sheet metal. This facilitates one
  • Such adjacent segments can be easily connected to each other by the semiconductor light source (s).
  • the semiconductor light source may in particular be arranged on a front edge of the segments, e.g. two tabs, in particular at a respective
  • Semiconductor light sources annular (azimuthal) around a Longitudinal axis of the lighting device are arranged. As a result, it is possible to achieve a highly uniform spatial illumination around the longitudinal axis in the circumferential direction.
  • Semiconductor light sources may be in one or more
  • Substantially punctiform) semiconductor light sources formed rings may be perpendicular or oblique to the longitudinal axis, in particular concentric.
  • the number of semiconductor light sources can in particular
  • a large solid angle range can be highly uniformly illuminated, e.g. with a deviation of a maximum light intensity of 20% from its mean.
  • This solid angle range can in particular be a (polar)
  • Incident angle to a forward direction of the longitudinal axis of up to 135 °. It is also an embodiment that a
  • Incidental angle to the longitudinal axis of 50 ° and 135 °. This allows a particularly effective lighting.
  • Semiconductor light sources in particular 8, 10 or 12
  • Semiconductor light sources have been found to be particularly effective lighting angle of attack of 55 ° and 130 ° to be advantageous. Alternatively or in addition to a different one
  • Alignment of the semiconductor light sources can do this
  • At least one optical element, or at least one optical element can at least one
  • At least one optical element deflects the radiated from the associated at least one semiconductor light source light and / or changes in its beam width, e.g.
  • the at least one optical element may in particular comprise a reflector and / or a full-material lens.
  • Semiconductor light sources for example, a first
  • the angle of attack can in particular, correspond alternately to the above values, eg 60 ° and 145 °, 50 ° and 135 ° or 55 ° and 130 °.
  • Fuser or holding device are used. This allows their fixation without or with only a very small loss of light.
  • a rear insert in particular, an insert in a rear side (against the direction of the longitudinal axis) of the segments arranged
  • the fixing unit or holding device is in particular in the area with which it holds or fixed the respective segments, electrically insulating. In other areas, it can be designed differently.
  • the fixing unit may be one-piece or multi-piece
  • the fixing unit may be a socket or a part of a socket, which in particular for use in a
  • the fuser may like one holding the segments
  • the socket likes
  • Halogen lamp correspond, e.g. a bayonet socket, a bipin (e.g., GU) socket, or an Edison socket.
  • the socket typically constitutes a rear end of the lighting device.
  • the segment-holding, electrically-insulating region of the fixing unit e.g. an insert, for example, likes
  • Semiconductor light sources are covered by a translucent piston, which piston is attached to the front side of the segments. Thus, the semiconductor light sources can be protected.
  • the piston may be transparent or translucent (opaque). In the case of a translucent piston, an even further (spatially and / or chromatically) homogenized light distribution is achieved.
  • the lighting device may basically be a lighting module, a lamp or a lamp.
  • the lighting device is a retrofit lamp, that is designed to replace a conventional lamp.
  • the lighting device likes
  • Lighting device and can be configured analog.
  • the use of initially interconnected segments provides the advantage of ease of handling during manufacture.
  • the production of the workpiece can be achieved in particular by punching and optionally subsequent forming, in particular bending.
  • punching and possibly forming injection molding, deep-drawing, extrusion, etc. can also be used, if necessary with the following forming.
  • the segments can be connected to each other in particular by connecting webs, which are separated or removed by the separation.
  • the assembly with the at least one semiconductor light source can be carried out before or after singulation.
  • the object is further achieved by a method for
  • Lighting device and can be configured analog.
  • Separation of the segments can be dispensed with. In addition, an even more complex shaping of the individual segments is possible.
  • fixing the segments may include securing the segments in a fuser unit.
  • the fixing of the segments may be done by bending around a body.
  • the body may be formed, for example, frustoconical.
  • the body can be a part of
  • Assembly in one level can be facilitated with a standard placement machine.
  • a standard placement machine In particular, if the
  • semiconductor light sources are attached to tabs of the segments, the semiconductor light sources may first be placed on located in a common plane tabs and subsequently the tabs are bent to the desired orientation of the semiconductor light source (s).
  • the segments can already be reshaped at areas outside the tabs.
  • the assembly may then be e.g. be made by means of a 3D placement.
  • Fig.l shows an oblique view of a lighting device in the form of a LED retrofit lamp 1 with a longitudinal axis L.
  • the LED retrofit lamp 1 On the front side, the LED retrofit lamp 1 has a
  • the heat sink 4 has several, here: sixteen, segments 5, 6, which are arranged in a ring-like manner about the longitudinal axis L, as shown in FIG. 2 and FIG.
  • the segments 5, 6 are differently shaped sheet metal parts of tinned copper or aluminum. Namely, circumferentially around the longitudinal axis L, first segments 5 and second segments 6 alternate.
  • the segments 5, 6 in this case form a frustoconical, widening towards the front heat sink 4.
  • Figure 4 shows a single first segment 5.
  • the first segment 5 is a flat, elongated element, which in
  • the first segment 5 is angled twice along its forward direction. Further, the segments 5, 6 at its upper edge 7 each have two (only indicated by dashed lines) tab-like projections or (contact) tabs 8, in each case a tab 8 at one of the two side edges 9. The tabs 8 can also be used as the front side Extensions of the margins 9 can be understood.
  • the second segments 6 are mirror-inverted to the first segments 5.
  • the segments 5, 6 are
  • adjacent tabs 8 of adjacent segments 5, 6 are above respective ones
  • LED chips 10 Semiconductor light sources in the form of LED chips 10 mechanically and electrically connected to each other. These are herein.
  • the LED chips 10 are thereby electrically connected in series, and the electrically conductive segments 5, 6 serve as electrical interconnects between the LED chips 10. At the same time serve the segments 5, 6 of a heat dissipation to the environment, so have a dual function.
  • the LED chips 10 are thus arranged annularly about the longitudinal axis L, which is a highly uniform
  • Circumferential direction adjacent (adjacent) LED chips 10 have different orientations in (azimuthal) circumferential direction about the longitudinal axis L, but also with respect to their (polar) angle of attack to the longitudinal axis L. Namely, the LED chips 10 have an alternating
  • the LED chips 10 are overarched by the piston 2, which piston 2 at an upper portion of the
  • the base 3 has a thin, electrically insulating plastic insert 11. At least two of the Segments 5, 6 are electrically connectable to a voltage source through the plastic insert 11 to achieve current flow through the LED chips and segments 5, 6.
  • the remaining base 3 has, for example, an Edison thread 12 (Edison socket). Should the LED chips 10 not directly with the Edison thread 12 with eg
  • a driver o.Abb. Be present, which on the input side to the Edison thread 12 and the output side to the segments 5, 6 and LED chips 10 is connected.
  • the LED chips 10 like, for example, with a extra-low voltage (ELV) of a safety extra-low voltage (Safety Extra Low
  • the segments 5, 6 may be surrounded by a contact protection.
  • the lighting device 1 except for the front and rear short areas, ie a large part of the area of the segments 5, 6 exposed directly to the environment, which allows effective heat dissipation to the environment via the segments 5, 6, in particular of more than 50% , in particular more than 90% of the total heat output of the lighting device 1.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

Die Leuchtvorrichtung (1) weist einen Kühlkörper (4) aus mehreren voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Segmenten (5, 6) und mindestens eine Halbleiterlichtquelle (10) auf, wobei die Segmente (5, 6) mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (10) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung
Leuchtvorrichtung mit Kühlkörper und mindestens einer
HalbleiterIichtquelle
Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, aufweisend einen Kühlkörper aus mehreren voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Segmenten und mindestens eine
Halbleiterlichtquelle, insbesondere Leuchtdiode (LED) . Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung einer solchen Leuchtvorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Retrofitlampen .
DE 10 2007 055 133 AI offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einer Substratplatte, mindestens zwei auf derselben Seite der Substratplatte angeordneten Leuchtdioden (LEDs) und mindestens einer auf der gegenüberliegenden Seite der Substratplatte angeordneten, elektrisch leitfähigen
Kühlvorrichtung, insbesondere einem metallischen Kühlkörper, wobei mindestens zwei LEDs mittels jeweils mindestens einer aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildeten
Vorrichtung zur thermischen Ankopplung mit der
Kühlvorrichtung thermisch in Wirkverbindung stehen. Die
Kühlvorrichtung weist mindestens zwei elektrisch voneinander getrennte Bereiche auf, wobei ein erster Bereich mit
mindestens einer LED thermisch und elektrisch in
Wirkverbindung steht und ein zweiter Bereich mit mindestens einer zweiten LED thermisch und elektrisch in Wirkverbindung steht .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche kompakt aufgebaut ist und bei welcher die Halbleiterlichtquellen besonders einfach
elektrisch kontaktierbar ist. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend einen Kühlkörper aus mehreren voneinander
beabstandeten, elektrisch leitfähigen Segmenten und
aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, wobei die Segmente mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.
Diese (mindestens zwei) Segmente des Kühlkörpers stellen also gleichzeitig elektrische Leiter oder Verbindungsstücke der mindestens einen Halbleiterlichtquelle dar. Diese Segmente weisen in anderen Worten eine zweifache Funktion als
dedizierte Wärmeleitkörper und als elektrische Leiter auf. Dadurch brauchen keine gesonderten Leiterbahnen mehr verlegt zu werden, was eine erhebliche Vereinfachung in der
Herstellung erbringt. Zudem kann der Kühlkörper weiterhin kompakt aufgebaut bleiben und braucht z.B. nicht an
gesonderte Leiterbahnen angepasst zu werden.
Insbesondere mag eines der Segmente mit einem ersten
elektrischen Kontakt einer zugehörigen Halbleiterlichtquelle verbunden sein, und ein zweiter elektrischer Kontakt der Halbleiterlichtquelle mag mit einem anderen, insbesondere benachbarten, Segment verbunden sein. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ist hierbei an einer Kontaktstelle sowohl mechanisch als auch elektrisch mit einem Segment verbunden.
Alternativ mag die mindestens eine Halbleiterlichtquelle getrennt mechanisch und elektrisch mit einem jeweiligen
Segment verbunden sein. Dies kann beispielsweise durch mechanisches Befestigen an einer Kontaktstelle und folgendes elektrisches Verbinden mittels eines Bonddrahts o.ä.
geschehen . Durch mindestens eine Halbleiterlichtquelle miteinander verbundene Segmente sind insbesondere, bis auf ihre
elektrische Verbindung über die Halbleiterlichtquellen, voneinander elektrisch isoliert, so dass sich kein
Kurzschluss oder Nebenschluss an den Halbleiterlichtquellen vorbei bilden kann.
Jeweils zwei Segmente können über mindestens eine
Halbleiterlichtquelle (d.h., eine oder mehrere
Halbleiterlichtquellen) miteinander verbunden sein. So lassen sich auf einfache Weise elektrische Serienschaltungen
und/oder Parallelschaltungen erreichen.
Mindestens zwei Segmente können an eine elektrische
Spannungsquelle der Leuchtvorrichtung angeschlossen sein. Die Spannungsquelle kann eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle sein. Die Spannungsquelle kann
beispielsweise ein Treiber der Leuchtvorrichtung sein. Der Treiber mag beispielsweise aus einer Netzspannung ein zum Betreiben der Halbleiterlichtquelle (n) geeignetes
elektrisches Signal erzeugen, z.B. auch ein gleichgerichtetes Signal .
Die Segmente bestehen bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Kupfer, speziell aus (ggf. selektiv) verzinntem Kupfer oder aus Aluminium.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Segmente aus Metallblech hergestellt sind. Dies ergibt den Vorteil einer einfachen Formbarkeit, eines geringen elektrischen Widerstands, einer hohen Wärmeleitfähigkeit, eines geringen Gewichts und
geringer Kosten.
Die Segmente können ganz oder gruppenweise eine gleiche
Grundform aufweisen oder sogar gleichförmig ausgebildet sein, was eine preiswerte Herstellung unterstützt. Beispielsweise können die Segmente für eine vereinfachte Anordnung
spiegelbildlich ausgebildet sein. Allgemein sind die Segmente also insbesondere nicht als Schichten oder Bahnen auf einem Substrat aufgebracht, sondern sind selbsttragend.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass mehr als 10%,
insbesondere mehr als 25%, insbesondere mehr als 50%, insbesondere mehr als 90% einer Wärmeabgabe der
Leuchtvorrichtung über die Segmente erfolgt. Dies ist signifikant höher als eine bisherige, praktisch
vernachlässigbare, Wärmeabgabe von Leuchtvorrichtungen über deren Leiterbahnen.
Es ist ferner eine Weiterbildung, dass die Segmente
außenseitig zu mindestens 50%, insbesondere mindestens 75%, insbesondere mindestens 85%, insbesondere mindestens 90%, freiliegen, also direkt mit einer Umgebungsluft in Kontakt kommen, z.B. indem die Segmente zu diesem Anteil als
Außenwand der Leuchtvorrichtung vorliegen. Dies unterstützt eine effektive Wärmeabfuhr.
Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine
Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei
Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen
Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere
Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten
(Konversions-LED) . Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein
("Remote Phosphor") . Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse,
Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen .
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Kühlkörper mehrere
Halbleiterlichtquellen aufweist, welche durch die Segmente elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Leuchtvorrichtung kann also eine oder mehrere Ketten aus seriell geschalteten Halbleiterlichtquellen aufweisen, z.B. mit der Abfolge
(Segment-Halbleiterlichtquelle-Segment ...). Es können auch mehrere solcher Ketten elektrisch parallel geschaltet sein. Die Ketten können insbesondere Licht unterschiedlicher Farbe abstrahlen .
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle an laschenartigen Vorsprüngen der zwei mit ihr verbundenen Segmente befestigt ist. Unter einem laschenartigen Vorsprung kann insbesondere ein umbiegbarer oder abknickbarer, räumlich begrenzter Vorsprung verstanden werden, insbesondere aus Blech. Dies erleichtert eine
Positionierung und Befestigung der Halbleiterlichtquelle. Insbesondere können so benachbarte Segmente einfach durch die Halbleiterlichtquelle (n) miteinander verbunden werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass für die Befestigung der Halbleiterlichtquelle die Grundform der Segmente nicht geändert zu werden braucht. Die Laschen können insbesondere an einen vorderseitigen Rand der Segmente angeordnet sein, z.B. zwei Laschen, insbesondere an einem jeweiligen
Seitenrand.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die
Halbleiterlichtquellen ringförmig (azimutal) um eine Längsachse der Leuchtvorrichtung angeordnet sind. Dadurch kann eine in Umfangsrichtung um die Längsachse hochgradig gleichmäßige Raumausleuchtung erreicht werden. Die
Halbleiterlichtquellen können in einem oder in mehreren
Ringen angeordnet sein. Die durch die (insbesondere im
Wesentlichen punktförmigen) Halbleiterlichtquellen gebildeten Ringe können senkrecht oder schräg zu der Längsachse stehen, insbesondere konzentrisch. Die Zahl der Halbleiterlichtquellen kann insbesondere ein
Vielfaches von zwei betragen. Insbesondere hat sich gezeigt, dass eine Zahl von 8, 12 oder 16 Halbleiterlichtquellen eine ausreichend gleichmäßige Raumausleuchtung erlaubt. Es ist eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlichtquellen in (azimutaler) Umfangsrichtung zumindest im Wesentlichen gleichbeabstandet angeordnet sind. Dies unterstützt eine gleichmäßige Raumbeleuchtung weiter. Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Segmente ringförmig in Umfangsrichtung angeordnet sind, was eine ringförmige Anordnung der Halbleiterlichtquellen erleichtert und eine in Umfangsrichtung gleichmäßige Wärmeabgabe ermöglicht. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die
Halbleiterlichtquellen unterschiedliche (polare)
Ausrichtungen bzw. Anstellwinkel zu der Längsachse aufweisen. Dadurch lässt sich ein großer Raumwinkelbereich hochgradig gleichmäßig ausleuchten, z.B. mit einer Abweichung einer Lichtintensität von maximal 20% von ihrem Mittelwert. Dieser Raumwinkelbereich kann insbesondere einen (polaren)
Anstellwinkel zu einer Vorwärtsrichtung der Längsachse von bis zu 135° aufweisen. Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass eine
Hauptabstrahlrichtung der Halbleiterlichtquellen einen
Anstellwinkel zu der Längsachse von 60° und 145° aufweist. Dadurch lässt sich eine besonders homogene Lichtverteilung erreichen, bei welcher zudem vergleichsweise wenig Licht auf den Lampenkörper trifft.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass eine
Hauptabstrahlrichtung der Halbleiterlichtquellen einen
Anstellwinkel zu der Längsachse von 50° und 135° aufweist. Diese ermöglicht eine besonders effektive Beleuchtung.
Für eine vergleichsweise geringe Zahl an
Halbleiterlichtquellen, insbesondere von 8, 10 oder 12
Halbleiterlichtquellen, haben sich zur besonders effektiven Beleuchtung Anstellwinkel von 55° und 130° als vorteilhaft erwiesen . Alternativ oder zusätzlich zu einer unterschiedlichen
Ausrichtung der Halbleiterlichtquellen können diese
mindestens ein optisches Element aufweisen, oder mindestens ein optisches Element kann mindestens einer
Halbleiterlichtquelle optisch nachgeschaltet sein, welches mindestens eine optische Element das von der zugehörigen mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Licht ablenkt und/oder in seiner Strahlbreite ändert, z.B.
aufweitet. Dadurch kann eine Bestückung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle vereinfacht werden. Das mindestens eine optische Element mag insbesondere einen Reflektor und/oder eine Vollmateriallinse umfassen.
Es ist eine Ausgestaltung davon, dass mehrere
Halbleiterlichtquellen einen alternierend unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen. In Umfangsrichtung können die
Halbleiterlichtquellen also beispielsweise einen ersten
Anstellwinkel, einen zweiten Anstellwinkel, wieder einen ersten Anstellwinkel usw. aufweisen, oder auch einen ersten Anstellwinkel, einen zweiten Anstellwinkel, einen dritten Anstellwinkel, wieder einen ersten Anstellwinkel usw.
aufweisen. Dies unterstützt eine in Umfangsrichtung
(azimutaler Richtung) und in polarer Richtung und hochgradig homogene Lichtverteilung. Die Anstellwinkel können insbesondere abwechselnd den obigen Werten entsprechen, z.B. 60° und 145°, 50° und 135° bzw. 55° und 130°.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Segmente
rückseitig in mindestens eine elektrisch isolierende
Fixiereinheit oder Haltevorrichtung eingesetzt sind. Dadurch wird ihre Fixierung ohne oder mit einem nur sehr geringen Lichtverlust ermöglicht. Unter einem rückseitigen Einsatz kann insbesondere ein Einsatz in eine rückseitig (gegen die Richtung der Längsachse) der Segmente angeordnete
Fixiereinheit verstanden werden.
Die Fixiereinheit oder Haltevorrichtung ist insbesondere in dem Bereich, mit welchem sie die jeweiligen Segmente hält oder fixiert, elektrisch isolierend. In anderen Bereichen kann sie anders ausgestaltet sein.
Die Fixiereinheit kann einstückig oder mehrstückig
ausgebildet sein.
Die Fixiereinheit kann ein Sockel oder ein Teil eines Sockels sein, welche (r) insbesondere zum Einsatz in eine
entsprechende Lampenfassung ausgebildet ist. Beispielsweise mag die Fixiereinheit ein die Segmente haltender
Kunststoffeinsätz des Sockels sein. Der Sockel mag
insbesondere ein Sockel für eine Glühlampe oder eine
Halogenlampe entsprechen, z.B. ein Bajonettsockel, ein Bipin (z.B. GU) -Sockel oder ein Edison-Sockel . Der Sockel stellt typischerweise ein rückwärtiges Ende der Leuchtvorrichtung dar.
Der die Segmente haltende, elektrisch isolierende Bereich der Fixiereinheit, z.B. ein Einsatz, mag beispielsweise aus
Keramik bestehen, was eine gute Wärmeleitung und damit
Wärmeübertrag von den Segmenten erlaubt.
Um auch für einen die Segmente haltenden, elektrisch
isolierenden Bereich aus Kunststoff einen geringen Wärmewiderstand zu erlangen, wird es bevorzugt, diesen
Bereich so dünn wie möglich (z.B. unter Einhaltung
elektrischer Normen und einer Prozessfähigkeit) auszulegen. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die
Halbleiterlichtquellen von einem lichtdurchlässigen Kolben überdeckt sind, welcher Kolben vorderseitig an den Segmenten befestigt ist. So können die Halbleiterlichtquellen geschützt werden .
Der Kolben mag transparent oder transluzent (opak) sein. Für den Fall eines transluzenten Kolbens wird eine noch weiter (räumlich und/oder farblich) homogenisierte Lichtverteilung erreicht .
Die Leuchtvorrichtung mag grundsätzlich ein Leuchtmodul, eine Lampe oder eine Leuchte sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine Retrofitlampe ist, also zum Ersatz einer herkömmlichen Lampe ausgestaltet ist. Die Leuchtvorrichtung mag
insbesondere eine Glühlampen-Retrofitlampe oder eine
Halogenlampen-Retrofitlampe sein . Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur
Herstellung einer Leuchtvorrichtung wie oben beschrieben, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte
aufweist: Herstellen eines Werkstücks aus noch miteinander verbundenen Segmenten; Fixieren der Segmente; Vereinzeln der Segmente; und Verbinden der Segmente mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle.
Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die
Leuchtvorrichtung und kann analog ausgestaltet werden.
Insbesondere ergibt sich durch die Verwendung von anfänglich noch miteinander verbundenen Segmenten der Vorteil einer einfachen Handhabung während der Herstellung. Das Herstellen des Werkstücks kann insbesondere durch Stanzen und ggf. folgendes Umformen, insbesondere Biegen, erreicht werden. Alternativ zum Stanzen und ggf. Umformen kann auch ein Spritzgießen, Tiefziehen, Strangpressen usw. verwendet werden, ggf. mit folgendem Umformen.
Die Segmente können insbesondere durch Verbindungsstege miteinander verbunden sein, welche durch das Vereinzeln aufgetrennt oder entfernt werden. Die Bestückung mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle kann vor oder nach dem Vereinzeln durchgeführt werden.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur
Herstellung einer Leuchtvorrichtung wie oben beschrieben, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte
aufweist: Herstellen von vereinzelten Segmenten; Fixieren der Segmente; und Verbinden der Segmente mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle. Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die
Leuchtvorrichtung und kann analog ausgestaltet werden.
Insbesondere ergibt sich so der Vorteil, dass auf eine
Vereinzelung der Segmente verzichtet werden kann. Zudem ist so eine noch komplexere Formgebung der einzelnen Segmente möglich.
Beispielsweise mag das Fixieren der Segmente ein Befestigen der Segmente in einer Fixiereinheit umfassen. Insbesondere mag das Fixieren der Segmente erfolgen durch Biegen um einen Körper. Der Körper mag beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Der Körper kann einen Teil der
Fixiereinheit bilden, welche die Segmente hält. Anschließend kann eine äußere Isolierung angebracht werden, beispielsweise durch teilweises Umspritzen oder Einschieben in einen zweiten Körper, z.B. Keramik- oder Kunststoffkörper . Die Segmente können dann insbesondere zwischen den beiden Körpern
Stoffschlüssig und/oder formschlüssig gehalten werden, insbesondere nur mit an einem (vergleichsweise kurzen) rückwärtigen Bereich der Segmente.
Es kann dann z.B. eine elektrische Trennung der Segmente erfolgen, falls diese bisher verbunden vorgelegen haben. Dann kann z.B. eine Bestückung mit der mindestens einen
Halbleiterlichtquelle erfolgen.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Verbinden der Segmente mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ein
Befestigen der Halbleiterlichtquellen mit den Segmenten vor einem Umformen der Segmente umfasst. Dadurch mag eine
Bestückung in einer Ebene mit einer Standard-Bestückmaschine erleichtert werden. Insbesondere falls die
Halbleiterlichtquellen an Laschen der Segmente befestigt werden, mögen die Halbleiterlichtquellen zunächst auf in einer gemeinsamen Ebene befindliche Laschen aufgesetzt werden und folgend die Laschen zur gewünschten Orientierung der Halbleiterlichtquelle (n) umgebogen werden. Die Segmente können dabei an Bereichen außerhalb der Laschen bereits umgeformt sein.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Verbinden der
Segmente mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ein Befestigen der Halbleiterlichtquellen an bereits
vollständig umgeformten Segmenten umfasst. Insbesondere mögen Laschen bereits abgebogen sein. Die Bestückung mag dann z.B. mittels eines 3D-Bestückautomaten vorgenommen werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur
Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. Fig.1 zeigt in Schrägansicht eine erfindungsgemäße
Leucht orrichtung,·
Fig.2 zeigt in Schrägansicht einen Kühlkörper der
erfindungsgemäßen LeuchtVorrichtung;
Fig.3 zeigt den Kühlkörper in Draufsicht; und
Fig.4 zeigt in Schrägansicht ein Segment des Kühlkörpers.
Fig.l zeigt in Schrägansicht eine Leuchtvorrichtung in Form einer LED-Retrofitlampe 1 mit einer Längsachse L.
Vorderseitig weist die LED-Retrofitlampe 1 einen
lichtdurchlässigen (transparenten oder transluzenten) Kolben 2 auf, und rückseitig einen Sockel 3. Zwischen Kolben und Sockel 3 befindet sich ein Kühlkörper 4.
Der Kühlkörper 4 weist mehrere, hier: sechzehn, Segmente 5, 6 auf, welche ringartig um die Längsachse L angeordnet sind, wie in Fig.2 und Fig.3 gezeigt. Die Segmente 5, 6 sind unterschiedlich geformte Blechteile aus verzinntem Kupfer oder Aluminium. Und zwar wechseln sich in Umfangsrichtung um die Längsachse L erste Segmente 5 und zweite Segmente 6 ab. Die Segmente 5, 6 bilden dabei einen kegelstumpfförmigen, sich nach vorne verbreiternden Kühlkörper 4. Fig.4 zeigt ein einzelnes erstes Segment 5. Das erste Segment 5 ist ein flaches, längliches Element, das sich in
vorderseitiger Richtung verbreitert. Das erste Segment 5 ist zweimal entlang seiner Vorwärtsrichtung angewinkelt. Ferner weisen die Segmente 5, 6 an ihrem oberen Rand 7 jeweils zwei (nur gestrichelt angedeutete) laschenartige Vorsprünge oder (Kontakt- ) Laschen 8 auf, und zwar jeweils eine Lasche 8 an einem der beiden Seitenränder 9. Die Laschen 8 können auch als vorderseitige Erweiterungen der Seitenränder 9 aufgefasst werden. Die zweiten Segmente 6 sind zu den ersten Segmenten 5 spiegelbildlich ausgeformt. Die Segmente 5, 6 sind
voneinander beabstandet und stehen somit in keinem direkten mechanischen oder elektrischen Kontakt. Wie in Fig.l bis 3 gezeigt, sind benachbarte Laschen 8 benachbarter Segmente 5, 6 über jeweilige
Halbleiterlichtquellen in Form von LED-Chips 10 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Dazu sind hier
Kontaktfelder der LED-Chips 10 an den jeweiligen Laschen 8 befestigt. Die LED-Chips 10 sind dadurch elektrisch in Reihe geschaltet, und die elektrisch leitfähigen Segmente 5, 6 dienen als elektrische Leiterbahnen zwischen den LED-Chips 10. Gleichzeitig dienen die Segmente 5, 6 einer Wärmeabfuhr an die Umgebung, weisen also eine Doppelfunktion auf.
Die LED-Chips 10 sind folglich ringförmig um die Längsachse L angeordnet, was eine hochgradig gleichförmige
Lichtabstrahlung in Umfangsrichtung erlaubt. In
Umfangsrichtung aufeinander folgende (benachbarte) LED-Chips 10 weisen unterschiedliche Ausrichtungen in (azimutaler) Umfangsrichtung um die Längsachse L, aber auch in Bezug auf ihren (polaren) Anstellwinkel zu der Längsachse L auf. Und zwar weisen die LED-Chips 10 einen alternierend
unterschiedlichen Anstellwinkel von l = 60° und 2 = 145° auf, wie in Fig.2 gezeigt. Der Anstellwinkel ist bei den hier verwendeten LED-Chips 10, deren Hauptabstrahlrichtung H normal zu ihrer lichtemittierenden Oberseite steht, als der Winkel der Längsachse L in Vorwärtsrichtung und der
jeweiligen Hauptabstrahlrichtung H definiert. Unter der
Hauptabstrahlrichtung H kann insbesondere die Richtung der Lichtabstrahlung mit der höchsten Lichtstärke verstanden werden. Die unterschiedlichen Anstellwinkel ermöglichen eine hochgradig homogene Raumausleuchtung (Abweichung von weniger als 20% zu einem Mittelwert) bis zu einem Raumwinkel zu der Längsachse L in Vorwärtsrichtung von 135°.
Wie in Fig.l gezeigt, sind die LED-Chips 10 von dem Kolben 2 überwölbt, welcher Kolben 2 an einem oberen Bereich der
Segmente 5, 6 hinter den Laschen 8 befestigt ist. Die
Segmente 5, 6 werden rückwärtig an dem Sockel 3 gehalten bzw. fixiert. Dazu weist der Sockel 3 einen dünnen, elektrisch isolierenden Kunststoffeinsätz 11 auf. Zumindest zwei der Segmente 5, 6 sind durch den Kunststoffeinsätz 11 hindurch elektrisch an eine Spannungsquelle elektrisch anschließbar, um einen Stromfluss durch die LED-Chips und Segmente 5, 6 zu erreichen. Der restliche Sockel 3 weist beispielsweise ein Edison-Gewinde 12 auf (Edison-Sockel ) . Sollen die LED-Chips 10 nicht direkt mit über das Edison-Gewinde 12 mit z.B.
Wechselspannung betrieben werden, mag in dem Sockel 3
und/oder an anderer Stelle in der Leuchtvorrichtung 1 ein Treiber (o.Abb.) vorhanden sein, welcher eingangsseitig an das Edison-Gewinde 12 und ausgangsseitig an die Segmenten 5, 6 bzw. LED-Chips 10 angeschlossen ist. Die LED-Chips 10 mögen beispielsweise mit einer Kleinspannung (Extra Low Voltage, ELV) einer Sicherheitskleinspannung (Safety Extra Low
Voltage, SELV) , einer Schutzkleinspannung (Protective Extra Low Voltage, PELV) oder Funktionskleinspannung (Functional
Extra Low Voltage, FELV) betrieben werden. Die Segmente 5, 6 können von einem Berührschutz umgeben sein.
Bei der Leuchtvorrichtung 1 ist, bis auf vorderseitige und rückwärtige kurze Bereiche, also ein Großteil der Fläche der Segmente 5, 6 direkt der Umgebung ausgesetzt, was eine effektive Wärmeableitung an die Umgebung über die Segmente 5, 6 ermöglicht, insbesondere von mehr als 50%, insbesondere mehr als 90% der gesamten Wärmeabgabe der Leuchtvorrichtung 1.
Zudem brauchen keine gesonderten elektrischen Zuleitungen, Durchleitungen o.ä. vorgesehen werden, um die LED-Chips 10 zu bestromen .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte
Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom
Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. , n
15
Bezugs zeichenliste
1 LED-Retrofitlampe
2 Kolben
3 Sockel
4 Kühlkörper
5 erstes Segment
6 zweites Segment
7 oberer Rand eines Segments
8 Lasche eines Segments
9 Seitenrand eines Segments
10 LED-Chip
11 Kunststoffeinsätz
12 Edison-Gewinde
Anstellwinkel
L Längsachse
H Hauptabstrahlrichtung

Claims

Leuchtvorrichtung (1), aufweisend
- einen Kühlkörper (4) aus mehreren voneinander
beabstandeten, elektrisch leitfähigen Segmenten (5, 6) und
- mindestens eine Halbleiterlichtquelle (10),
wobei
- die Segmente (5, 6) mittels der mindestens einen
Halbleiterlichtquelle (10) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der
Kühlkörper (4) mehrere Halbleiterlichtquellen (10) aufweist, welche durch die Segmente (5, 6) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine
Halbleiterlichtquelle (10) an laschenartigen Vorsprüngen (8) der zwei mit ihr verbundenen Segmente (5, 6) befestigt ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei die Halbleiterlichtquellen (10) ringförmig um eine
Längsachse (L) der Leuchtvorrichtung (1) angeordnet sind .
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die
Halbleiterlichtquellen (10) unterschiedliche
Ausrichtungen ( ) zu der Längsachse (L) aufweisen.
Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei eine
Hauptabstrahlrichtung (H) der Halbleiterlichtquellen (10) einen Anstellwinkel ( ) zu der Längsachse (L) zwischen 60° und 145° aufweist.
7. Leuchtvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei eine
Hauptabstrahlrichtung (H) der Halbleiterlichtquellen (10) einen Anstellwinkel ( ) zu der Längsachse (L) zwischen 50° und 135° aufweist.
8. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei welchem mehrere Halbleiterlichtquellen (10) einen alternierend unterschiedlichen Anstellwinkel ( )
aufweisen .
9. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Segmente (5, 6) rückseitig in mindestens eine elektrisch isolierende Fixiereinheit (3, 11) eingesetzt sind.
10. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Halbleiterlichtquellen (10) von einem lichtdurchlässigen Kolben (2) überdeckt sind, welcher Kolben (2) vorderseitig an den Segmenten (5, 6) befestigt ist.
11. Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (1) eine
Retrofitlampe ist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
- Herstellen eines Werkstücks aus noch miteinander
verbundenen Segmenten (5, 6) ;
- Fixieren der Segmente (5, 6) ;
- Vereinzeln der Segmente (5, 6) ; und
- Verbinden der Segmente (5, 6) mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (10).
13. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: - Herstellen von vereinzelten Segmenten (5, 6) ;
- Fixieren der Segmente (5, 6) ; und
- Verbinden der Segmente (5, 6) mittels der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Fixieren der Segmente (5, 6) ein Befestigen der Segmente (5, 6) in einer Fixiereinheit (3, 11) umfasst.
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