專利名稱:Led照明裝置的制作方法
LED照明裝置本發(fā)明涉及一種LED照明裝置,更具體是包含散熱器、LED、反射器或透鏡、插座、電子驅(qū)動(dòng)部件、電引線或?qū)Ь€系統(tǒng)和殼體的LED照明裝置(LLD)。發(fā)光二極管(被稱為L(zhǎng)ED或LED燈)被用作固態(tài)照明(SSL)的光源。通常基于反射器(MR,PAR,R,A)的形狀和插座基底(GU,E,刺刀),對(duì)LED照明或燈分類。SSL通常包含在適當(dāng)殼體中的LED集群,其具有電子驅(qū)動(dòng)器和含有反射器的光學(xué)器件。燈能傳送光輸出(通常用流明表示),同時(shí)消耗能量(用瓦特表示)。燈的效率或?qū)嶋H上光效率可以用流明/瓦特表示。無(wú)效率主要是由下列事實(shí)導(dǎo)致即LED和電子驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生熱。LED照明的問(wèn)題在于,LED產(chǎn)生的光和LED的壽命受到由LED接線和LED照明裝置中電子產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量的不利影響。由于熱量對(duì)光輸出和燈的壽命有消極作用,LED需要被冷卻。在本文中LED的壽命與其說(shuō)是LED損壞或開(kāi)始發(fā)生故障的時(shí)刻,不如說(shuō)是在其有效使用期間LED的效率減小的時(shí)刻。壽命可以表示為例如效率降低至原始效率的70%時(shí)的有 效使用時(shí)間。熱量產(chǎn)生和過(guò)熱問(wèn)題通常通過(guò)使用散熱器和導(dǎo)熱材料(特別是金屬)的殼體來(lái)克服。金屬提供合適的熱量管理解決方案,但是在設(shè)計(jì)、制造和安全分離領(lǐng)域具有明顯的缺點(diǎn)。因此,LED燈制造商開(kāi)始考慮替換金屬??紤]過(guò)陶瓷,但其使用仍很有限,因?yàn)樵谝恍┣闆r下陶瓷好像太脆。塑料(特別是導(dǎo)熱級(jí)塑料)被引入有關(guān)的LED燈的殼體部分。例如在EP-1691130-A1和W0-2006/094346-A1中,描述了 LED照明裝置,該裝置包含散熱器、安裝在PCB上的LED、反射器、插座和殼體。該殼體由導(dǎo)熱的塑料材料制成。這些塑料或者其熱導(dǎo)率有限,或者在使用熱導(dǎo)率高的塑料材料時(shí)產(chǎn)生與金屬所觀察到的相同的問(wèn)題。然而,對(duì)于一般的工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用來(lái)說(shuō),對(duì)安全的要求日益增加。特別是由金屬和高導(dǎo)電材料制成、引入電路短路危險(xiǎn)的部件,安全是一個(gè)問(wèn)題。因此,LED照明裝置的制造商使用具有絕緣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全電子產(chǎn)品。然而,為了產(chǎn)生相同量的光,絕緣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要更高的能量輸入,因而不僅導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)效率過(guò)低,還導(dǎo)致較高的熱量產(chǎn)生。熱效應(yīng)還限制了 LED燈的最大功率,如今為約11W。或者,LED照明裝置包含內(nèi)部絕緣屏蔽,保護(hù)電子部件不與外部部件接觸。然而,這種保護(hù)也使得電子產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量消散復(fù)雜化或加強(qiáng)。因此,需要一種高能效的、可以與不安全(即,非絕緣)的電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一起使用,卻符合安全管理規(guī)則并優(yōu)選可被設(shè)計(jì)為高功率燈的LED照明裝置。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種能經(jīng)濟(jì)且有效地產(chǎn)生光、使LED的壽命長(zhǎng)、易于生產(chǎn)且安全的LED照明裝置。此外,由于這種燈越來(lái)越多地用于消費(fèi)領(lǐng)域,優(yōu)選地,LED照明裝置的生產(chǎn)和組裝應(yīng)該很簡(jiǎn)單,允許大規(guī)模生產(chǎn)。該目標(biāo)已通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的LED照明裝置(LLD)實(shí)現(xiàn),其中該LLD包含-散熱器,具有前側(cè)和后側(cè);-位于散熱器前側(cè)的安裝在PCB上的LED;-反射器或透鏡,覆蓋在LED上;-用于被供電系統(tǒng)接收的插座;-任選的基體部件;-安裝在散熱器后側(cè)或插座內(nèi)或基體部件內(nèi)的電子驅(qū)動(dòng)部件;
-連接插座、電子驅(qū)動(dòng)部件和散熱器的電引線或?qū)Ь€系統(tǒng);以及-殼體,任選地包封電子部件和電引線或?qū)Ь€系統(tǒng),與散熱器熱傳導(dǎo)接觸;其中殼體由導(dǎo)熱、導(dǎo)電的塑料材料制成(TC/EC-材料-A),在殼體的外部包覆有由電絕緣材料(EI-材料-B)組成的保護(hù)層。本發(fā)明的效果在于,LED照明裝置顯示出非常好的散熱,同時(shí)電絕緣保護(hù)層的存在幾乎對(duì)熱量管理和燈的光效率沒(méi)有任何影響,即使保護(hù)層使由電絕緣和不導(dǎo)熱的材料制成。同時(shí),LLD的安全性增大。這表示根據(jù)本發(fā)明的LED照明裝置可以與在110或220伏下工作的非絕緣或非安全的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組合使用,同時(shí)仍提供安全結(jié)構(gòu)而不需要內(nèi)部屏蔽。同樣地,本發(fā)明的LLD中的電子部件是“非安全的”電子部件。該新穎且具有創(chuàng)造性的LLD也可以與絕緣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組合使用,從而提供增大的安全性。根據(jù)本發(fā)明的解決方案在熱量管理方面比其他可選的解決方案更有效,其他可選的解決方案為例如殼體和散熱器之間的 電阻擋層,或殼體內(nèi)的隔離層。此外,在殼體外部提供有電絕緣保護(hù)層的殼體可以通過(guò)簡(jiǎn)單的制造方法來(lái)生產(chǎn),例如粉末涂料的靜電噴涂,而這對(duì)于內(nèi)部層來(lái)說(shuō)將更加復(fù)雜。通過(guò)靜電噴涂用粉末涂料來(lái)涂刷金屬是本領(lǐng)域已知的。這種涂漆通常用于提供顏色或保護(hù)金屬不生銹。通過(guò)靜電噴涂用粉末涂料來(lái)涂刷導(dǎo)電聚合物也是本領(lǐng)域已知的。業(yè)已發(fā)現(xiàn),導(dǎo)電聚合物用在從汽車部件到電子家電、建筑和結(jié)構(gòu)應(yīng)用中。在這些應(yīng)用中,涂漆通常被用于能為塑料部件提供金屬部件的外觀和外貌。涂層也可以用于改善表面質(zhì)量。例如,TO-2004/036114-A1描述了一種照明燈用的反射器。TO-2004/036114-A1的反射器由導(dǎo)熱材料制成,其故意被弄成導(dǎo)電的,從而反射器可以通過(guò)使用靜電粉末沉積技術(shù)涂漆。之后,涂漆的反射器涂有薄的反射層。LLD中的透鏡通常由透明或半透明的材料制成。透鏡也可以由含有多個(gè)透鏡(例如各單獨(dú)LED用的透鏡)的透明罩組成。任選地,LLD包括基體部件。基體部件被視為在插座和殼體之間的部件?;w部件本身可以視為殼體的延伸。在LLD不包含單獨(dú)的基體部件的情況下,殼體可能包含用于完成與基體部件相同功能的集成的延伸部。用于制備殼體的導(dǎo)熱、導(dǎo)電的塑料材料在下文中也被記為T(mén)C/EC-材料-A。用作TC/EC-材料-A的材料可以是導(dǎo)熱又導(dǎo)電的任何塑料材料。這些配方通常包含聚合物和一般相對(duì)較高量的導(dǎo)熱也導(dǎo)電的填料。這類填料的實(shí)例包括金屬和石墨。本發(fā)明中所用的TC/EC-材料-A可以具有在寬范圍內(nèi)變化的熱導(dǎo)率。適宜地,TC/EC-材料-A的穿面(through-plane)熱導(dǎo)率為至少lW/mK,更優(yōu)選至少I(mǎi). 5W/m/K,最優(yōu)選至少2W/mK。盡管穿面熱導(dǎo)率不存在真正的最大值,一般為至多6W/mK。同樣適宜地,TC/EC-材料-A的平行面內(nèi)熱導(dǎo)率為至少2. 5ff/mK,更優(yōu)選至少5W/m/K,最優(yōu)選至少10W/mK。盡管穿面熱導(dǎo)率不存在真正的最大值,一般為至多20W/mK。由于導(dǎo)熱材料的電導(dǎo)率一般將增大,所以限制熱導(dǎo)率很有利。優(yōu)選地,TC/EC-材料-A的穿面熱導(dǎo)率在
I.5-4ff/mK的范圍內(nèi),和/或平行面內(nèi)熱導(dǎo)率在5-15W/mK的范圍內(nèi)。本文中提到的熱電率是通過(guò)下面進(jìn)一步描述的方法測(cè)量。要指出的是,本文中提到的材料性能都是在室溫(即,20°C )下測(cè)量。TC/EC-材料-A也可以具有在寬范圍內(nèi)變化的電導(dǎo)率。適宜地,通過(guò)根據(jù)IS069003的方法在樣品的穿面方向上測(cè)量,TC/EC-材料-A的體積電阻率為至多1060hm。這樣的體積電阻率對(duì)于在含有非安全電子產(chǎn)品而不使用電絕緣保護(hù)層的殼體內(nèi)使用來(lái)說(shuō)不夠安全。然而,該體積電阻率足夠低,能為殼體提供通過(guò)粉末涂料的靜電噴涂法的方式得到的電絕緣保護(hù)層。盡管在本發(fā)明的范圍內(nèi),不需要為T(mén)C/EC-材料-A的體積電阻率設(shè)定最小值,出于安全原因,通常優(yōu)選地,材料的電導(dǎo)率是有限的。在這方面,適宜地,TC/EC-材料-A的體積電阻率為至少10_20hm,優(yōu)選至少10hm。更優(yōu)選地,體積電阻率在IO1-IO5Ohm的范圍內(nèi)。適宜地,TC/EC-材料-A的熱變形溫度(通過(guò)ISO 75測(cè)量)(HDT-A)為至少160°C,優(yōu)選至少180°C,更優(yōu)選至少20(TC。通過(guò)靜電噴涂涂覆之后,粉末涂料通常在允許其流動(dòng)并形成膜的熱量下固化。較高的HDT有利于更好的固化過(guò)程,從而在電絕緣保護(hù)層和制備殼體基體部件的TC/EC-材料-A之間得到更好的粘附性。電絕緣保護(hù)層的厚度可以在非常寬的范圍內(nèi)變化,該范圍可能受到EI-材料-B的導(dǎo)熱性和LLD的熱性能要求的影響。當(dāng)然該厚度應(yīng)該不能過(guò)大以至于使殼體阻礙熱量消散,也不能過(guò)小而不能提供足夠的保護(hù)。適宜地,保護(hù)層的厚度在25-250 y m的范圍內(nèi),然·而取決于層的電絕緣性有多好,層的厚度可能甚至低于下限,或者取決于層的導(dǎo)熱性有多好,層的厚度可能甚至高于上限。優(yōu)選地,厚度在50-150 u m的范圍內(nèi)。用于制備保護(hù)層的電絕緣材料本文中縮寫(xiě)為EI-材料-B,該材料的介電強(qiáng)度可以在較大的范圍內(nèi)變化,其中很清楚的是,介電強(qiáng)度越高,保護(hù)層的電絕緣性能越好,或者保護(hù)層可以越薄。適宜地,EI-材料-B的介電強(qiáng)度(根據(jù)ASTM D 149測(cè)量)為至少lkV/mm。優(yōu)選地,介電強(qiáng)度為至少5kV/mm,還要更優(yōu)選至少10kV/mm。對(duì)于電絕緣保護(hù)層來(lái)說(shuō),可以使用能被加工成粉末涂料且具有介電性能的任何材料。所述材料可以是熱固性材料和熱塑性材料?;蛘?,對(duì)于電絕緣保護(hù)層來(lái)說(shuō),可以使用模制組合物。為此,通常使用熱塑性材料。除了熱固性和/或熱塑性聚合物材料之外,所述材料可以包含其他組分,例如填料、顏料、穩(wěn)定劑和用于粉末涂料的其他輔助添加劑,以及阻燃劑和導(dǎo)熱填料,只要材料中所用的各組分具有高介電強(qiáng)度即可。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)使用一般的常識(shí)可以選擇適用于EI-材料-B的組分。EI-材料-B可以是包含導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱、電隔離的材料。適宜地,這種材料的穿面熱導(dǎo)率可以在0. 5-1. 5ff/mK的范圍內(nèi),優(yōu)選在0. 5-1. Off/mK的范圍內(nèi)。或者,EI-材料-B可以是熱隔離材料。后者似乎不影響(至少不是在很大程度上)本發(fā)明的LLD的熱量管理性能。是熱隔離材料的EI-材料-B的優(yōu)點(diǎn)為,LLD的安全性能通常進(jìn)一步增強(qiáng)。適宜地,EI-材料-B的穿面熱導(dǎo)率小于0. 5W/mK。優(yōu)選地,EI-材料-B包含阻燃劑。其優(yōu)點(diǎn)為,LLD在阻燃方面的安全性能更好地保
持或甚至進(jìn)一步增強(qiáng)。為了在殼體和散熱器之間產(chǎn)生良好的熱導(dǎo)接觸,殼體適應(yīng)通過(guò)下列方法生產(chǎn)用模制材料使一個(gè)或更多個(gè)金屬部件二次成型(overmoulding),從而使殼體成形。金屬部件可以是散熱器,或者安裝在散熱器上組裝的LLD內(nèi)的金屬元件。通過(guò)所述二次成型,可以在殼體和散熱器之間實(shí)現(xiàn)最好的熱導(dǎo)接觸,而相互直接接觸的不同金屬間的導(dǎo)熱性通常很好。在根據(jù)本發(fā)明的LLD的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中,保護(hù)層是一個(gè)涂層。優(yōu)選地,該涂層是通過(guò)靜電噴涂涂覆的粉末涂料。具有足夠高的熱變形溫度(HDT)的導(dǎo)熱、導(dǎo)電的塑料材料的使用不僅允許涂覆這種靜電噴涂的涂料,還允許粉末涂料固化。優(yōu)選地,導(dǎo)熱、導(dǎo)電的塑料材料的HDT為至少160°C,更優(yōu)選至少180°C,還要更優(yōu)選至少200°C。在根據(jù)本發(fā)明的LLD的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中,殼體在2K成型法中生產(chǎn),其中用EC/TC-材料-A進(jìn)行第一次成型,然后用EI-材料-B的層進(jìn)行二次成型。本發(fā)明還涉及一種用于制造LLD用的殼體的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法包括下列步驟
a.提供具有使殼體成形的型腔的模具;b.將導(dǎo)熱和導(dǎo)電的塑料材料注射模制進(jìn)入型腔中,從而形成模制的部件;c.從型腔中取出所形成的模制部件;d.在殼體的外表面通過(guò)靜電噴涂涂覆粉末涂料;e.固化任選涂覆的粉末涂料。一種用于制造本發(fā)明的LLD用的殼體的替代方法,包括下列步驟a.提供具有使殼體成形的型腔的模具;b. (i)將導(dǎo)熱和導(dǎo)電的塑料材料注射模制進(jìn)入型腔中,從而形成模制的部件;(ii)將電絕緣材料注射模制進(jìn)入型腔中,從而在模制部件的外表面上形成電絕緣層;c.從型腔中取出所形成的具有電絕緣層的模制部件。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述方法在步驟(a)之后和步驟(b)之前包括步驟(a_l),其中一個(gè)或更多個(gè)金屬部件被置于型腔內(nèi),在步驟(b)期間(分別為(b) (i))用導(dǎo)電的塑料材料(TC/EC材料)使金屬部件部分進(jìn)行二次成型。通過(guò)用導(dǎo)熱的塑料材料使金屬散熱器或其他金屬部件二次成型而制造的殼體可以如之前涂有涂層。任選地,金屬散熱器或其部件也可以同時(shí)用電隔離的涂層涂布。需要時(shí),不應(yīng)被涂布的金屬散熱器或其部件在涂布過(guò)程中可以被遮護(hù)。通過(guò)下列實(shí)施例和對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。對(duì)實(shí)施例和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的說(shuō)明方法為了說(shuō)明,使用了具有金屬散熱器和金屬殼體的傳統(tǒng)LED照明裝置,其中用由石墨填充的導(dǎo)熱且導(dǎo)電的塑料材料(體積電阻率為約IO2Ohm,面內(nèi)熱導(dǎo)率為約15W/mK,穿面熱導(dǎo)率為約15W/mK為約I. 75ff/mK)制成的類似殼體來(lái)代替金屬殼體熱導(dǎo)率使用激光閃爍和探針?lè)ㄟM(jìn)行穿面熱導(dǎo)率測(cè)試。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E1461,使用Nettzsch TM Nanoflash Instrument進(jìn)行激光閃爍測(cè)試。用于激光閃爍的測(cè)試樣品尺寸為2mm(厚)X 12. 5mm(直徑)。使用Elmer Pyris熱傳導(dǎo)探針測(cè)量熱導(dǎo)率,并報(bào)告為瓦特/米-開(kāi)爾文(W/mK)。所有測(cè)試均是在室溫(20°C)下在注射模制的板上進(jìn)行。實(shí)施例I所提供的塑料殼體具有由透明熱隔離材料(X-涂層=0. 2ff/mK)制成的厚度為lOOym的涂層。對(duì)照明裝置內(nèi)電子部件溫度的影響是約1°C的溫度上升。實(shí)施例II重復(fù)實(shí)施例I,不同之處在于,所用的塑料殼體具有顯示出導(dǎo)熱性(X-涂層=I. Off/mK)的經(jīng)填充的涂層。對(duì)照明裝置內(nèi)電子部件溫度的影響是約0.2°C的溫度上升。
實(shí)施例m用實(shí)施例I中所用的材料來(lái)制備測(cè)試樣品。首先,將石墨填充的導(dǎo)熱且導(dǎo)電的塑料材料注射模制為80X80mm、厚度為2mm的板。脫模并冷卻之后,涂覆透明熱隔離材料,以提供厚度為約IOOym的涂層。測(cè)試板顯示出具有超過(guò)IOkV的擊穿電壓。對(duì)比例A所提供的散熱器在散熱器與殼體接觸的位置有由透明熱隔離材料(X-涂層=0. 2ff/mK)制成的厚度為lOOym的涂層。對(duì)照明裝置內(nèi)電子部件溫度的影響是約10°C的溫
度上升。對(duì)比例B
重復(fù)對(duì)比例A,不同之處在于,所用的散熱器具有如實(shí)施例II的透明熱隔離材料(入-涂層=I. Off/mK) 0對(duì)照明裝置內(nèi)電子部件溫度的影響降低至約2°C的溫度上升。令人驚訝地,隔離涂層的使用僅對(duì)照明裝置的熱量管理具有有限的影響。殼體上涂層的影響遠(yuǎn)小于散熱器和殼體間類似的隔離層的使用的影響。此外,與散熱器上的隔離層相比,殼體上的層也提供了更好的保護(hù)以抵抗電擊穿,特別是如果這種擊穿將直接從電子部件穿過(guò)殼體而發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種LED照明裝置(LLD),其包含 -散熱器,具有前側(cè)和后側(cè); -位于所述散熱器前側(cè)的安裝在PCB上的LED ; -反射器或透鏡,覆蓋在所述LED上; -用于被供電系統(tǒng)接收的插座; -任選的基體部件; -安裝在所述散熱器后側(cè)或所述插座內(nèi)或所述基體部件內(nèi)的電子驅(qū)動(dòng)部件; -連接所述插座、所述電子驅(qū)動(dòng)部件和所述散熱器的電引線或?qū)Ь€系統(tǒng);以及 -殼體,任選地包封所述電子部件和所述電引線或?qū)Ь€系統(tǒng),與所述散熱器熱傳導(dǎo)接觸; 其中所述殼體由導(dǎo)熱、導(dǎo)電的塑料材料制成(TC/EC-材料-A),在所述殼體的外部包覆有由電絕緣材料(EI-材料-B)組成的保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求I或2所述的LLD,其中,通過(guò)根據(jù)“方法”部分的方法測(cè)量,所述TC/EC-材料-A的穿面熱導(dǎo)率在l_6W/mK的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的LLD,其中,通過(guò)根據(jù)IS069003的方法在穿面方向測(cè)量,所述TC/EC-材料-A的體積電阻率在KT2-IO6歐姆的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的LLD,其中,所述TC/EC-材料-A的熱變形溫度(通過(guò)ISO75測(cè)量)(HDT-A)為至少160°C,更優(yōu)選至少180°C,還要更優(yōu)選至少200°C。
5.如權(quán)利要求I所述的LLD,其中,所述保護(hù)層是通過(guò)靜電噴涂法涂覆的涂層。
6.如權(quán)利要求I或2所述的LLD,其中,所述保護(hù)層的厚度為25-250μ m。
7.一種用于制造權(quán)利要求1-6所述的LLD用的殼體的方法,其包括下列步驟 a.提供具有使所述殼體成形的型腔的模具; b.將導(dǎo)熱和導(dǎo)電的塑料材料注射模制進(jìn)入所述型腔中,從而形成模制的部件; c.從型腔中取出所形成的模制部件; d.在殼體的外表面通過(guò)靜電噴涂涂覆粉末涂料; e.固化所述任選涂覆的粉末涂料。
8.一種用于制造權(quán)利要求1-6所述的LLD用的殼體的方法,其包括下列步驟 a.提供具有使所述殼體成形的型腔的模具; b.(i)將導(dǎo)熱和導(dǎo)電的塑料材料注射模制進(jìn)入所述型腔中,從而形成模制的部件; ( )將電絕緣材料注射模制進(jìn)入所述型腔中,從而在模制部件的外表面上形成電絕緣層; c.從所述型腔中取出所形成的具有電絕緣層的模制部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED照明裝置(LLD),其包含散熱器,具有前側(cè)和后側(cè);位于散熱器前側(cè)的安裝在PCB上的LED;反射器或透鏡,覆蓋在LED上;用于被供電系統(tǒng)接收的插座;任選的基體部件;安裝在散熱器后側(cè)或插座內(nèi)或基體部件內(nèi)的電子驅(qū)動(dòng)部件;連接插座、電子驅(qū)動(dòng)部件和散熱器的電引線或?qū)Ь€系統(tǒng);以及殼體,任選地包封電子部件和電引線或?qū)Ь€系統(tǒng),與散熱器熱傳導(dǎo)接觸;其中所述殼體由導(dǎo)熱、導(dǎo)電的塑料材料制成(TC/EC-材料-A),在所述殼體的外部包覆有由電絕緣材料(EI-材料-B)組成的保護(hù)層。
文檔編號(hào)F21V29/00GK102762920SQ201180009423
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者漢斯·克拉斯·迪克·范, 羅伯特·翰德里克·凱薩琳娜·簡(jiǎn)瑟恩 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司