DE102007037820A1

DE102007037820A1 - LED-Lampe

Info

Publication number: DE102007037820A1
Application number: DE102007037820A
Authority: DE
Inventors: Robert Kraus; Bakuri Lanchava; Wolfgang Pabst
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-12
Also published as: EP2188566A1; CN101815894B; US20120188771A1; CN102620154A; WO2009021695A1; US8662712B2; EP2188566B1; CN101815894A; CN102620154B

Abstract

Die LED-Lampe weist ein LED-Modul mit einem Träger und einen mit dem Träger verbundenen Lampensockel auf, wobei der Träger mit mindestens einer LED und mindestens einer dem Lampensockel und der mindesonente zum Betreiben der LED bestückt ist, sowie einen Lampenkörper mit einer Ausnehmung zur Aufnahme zumindest des Teils des Trägers, der die mindestens eine LED trägt, wobei der Lampenkörper zur Kühlung der LED-Lampe durch Wärmekonvektion eine Oberflächenstrukturierung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdioden(LED)-Lampe und ein Verfahren zum Herstellen einer LED-Lampe.
Trotz bekannter Vorteile der LED im Vergleich zu anderen Lichtquellen bezüglich Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Robustheit und Effizienz können LED-basierte Lichtquellen die traditionellen Lichtquellen bisher noch nicht in allen Anwendungsbereichen ersetzen. Nicht zuletzt liegt dies am thermischen Verhalten der Leuchtdioden: beim Überschreiten der maximal zulässigen Temperatur, der sogenannten Junction-Temperatur, die typischerweise im Bereich von 120–160°C liegt, werden die LEDs zerstört. Auch die Lebensdauer der LEDs hängt stark von der Betriebstemperatur ab. Deswegen benötigt man zusätzliche Maßnahmen, um das thermische Verhalten der LED-Systeme in den Griff zu bekommen. Außerdem können LEDs in der Regel nicht ohne weiteres am Netz betrieben werden, sondern benötigen spezielle Treiber bzw. Stromregler, da LEDs an sich stromgesteuerte Element sind. Ferner weichen bekannte LED-Strahler stark von der der Form einer konventionellen Glühbirne ab, was für eine Kundenakzeptanz nachteilig ist. Bekannt ist beispielsweise eine LED-Lampe mit E27-Sockel zum Betrieb bei 230 V, bei der die LEDs zur ausreichenden Kühlung freiliegend ohne Abdeckung auf einem flachen Träger montiert sind.
Aufgrund dieser Probleme gibt es noch keinen vollwertigen Ersatz zu Glühbirnen durch LED-Retrofits.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einem Ersatz konventionellen Lampen, und speziell konventioneller Glühbirnen, durch Lampen auf LED-Basis näherzukommen.
Die Aufgabe wird durch eine LED-Lampe nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 47 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen einzeln oder in Kombination entnehmbar.
Die LED-Lampe weist mindestens einen mit mindestens einer LED bestückten Träger auf, sowie einen Lampensockel bzw. eine Fassung zum Stromanschluss, und weiter mindestens eine dem Lampensockel und der mindestens einen LED zwischengeschaltete Schaltungskomponente zum Betreiben der mindestens einen LED. Ferner weist die LED-Lampe einen Lampenkörper zur Aufnahme zumindest des Teils des Trägers, der die LED trägt, auf, wobei der Lampenkörper zur Kühlung der LED-Lampe durch Wärmekonvektion eine Oberflächenstrukturierung aufweist.
Durch die Oberflächenstrukturierung wird die Oberfläche der LED-Lampe bzw. Lampenkörpers vergrößert (je nach Form und Art der Strukturierung um bis zu mehr als das 100-fache im Vergleich zu einer Standardglühbirne vergleichbarer Leuchtstärke), so dass eine Kühlung durch Verstärkung des Wärmetransports zwischen der Lampenoberfläche und der Umgebung durch freie Konvektion begünstigt wird. Die LED-Lampe kann in einem weiten Leistungsbereich ohne Verwendung externer passiver Kühlkörper oder aktiver Kühlmittel betrieben werden, was den Einsatz solcher Lampen mit ausreichender Beleuchtung mit bereits vorhandenen Sockeln (z. B. Edison-Sockeln nach DIN 40400 wie E26/E27, E14 oder Bajonett-Sockeln wie B22d, und so weiter) erst möglich macht. Die Oberflächenvergrößerung durch die Oberflächenstrukturierung kann beispielsweise durch sog. 3D-Scanning mit nachfolgender Digitalisierung der Oberfläche des Objekts bestimmt werden.
Die Art und Zahl der LEDs ist nicht beschränkt. So können ein oder mehrere einfarbige (einschließlich weißer) LEDs verwendet werden, oder verschiedenfarbige LEDs, z. B. mindestens zwei LEDs unterschiedlicher Farben, vorzugsweise der RGB-Grundfarben, z. B. nach den Mustern RGB, RGGB, RRGB und so weiter. Auch können in Reihe geschaltete LEDs oder LED-Cluster verwendet werden, sog. LED-Ketten, oder parallel geschaltete LEDs.
Als Träger können eine gewöhnliche Platine, eine Metallkernplatine zur verbesserten Wärmeabfuhr oder andere geeignete Unterlagen verwendet werden. Die Metallkernplatine weist vorzugsweise eine strukturierten Kupferschicht auf einem Dielektrikum, z. B. aus Polyimid oder Epoxydharz, und ein Substrat, z. B. aus Aluminium-, Kupfer- oder einem anderen Metall, auf. Dabei wird die auf der Platine erzeugte Wärme über die Querschnittsfläche besonders effektiv abgegeben. Der Träger ist vorzugsweise daraufhin optimiert, dass die beim Betrieb generierte Wärme gut im Inneren des Lampenkörpers verteilt wird.
Die Schaltungskomponente zum Betreiben der LED(s) umfasst vorzugsweise eine Treiberschaltung zur Schaltung antiparallel geschalteter LEDs, aufweisend einen einfachen Gleichrichter mit einer LED bzw. einer LED-Kette in einem jeweiligen Ast des Gleichrichters, und ferner einen Strombegrenzer (z. B. einen Widerstand und/oder einen Stromregler), sowie ein Schaltnetzteil, vorzugsweise in Form eines Flyback-Converters.
Bevorzugt wird eine LED-Lampe, bei welcher sich der Umriss des Lampenkörpers in einen Umriss einer herkömmlichen Glühbirne einpasst. Trotz der Oberflächenstrukturierung behält die LED-Lampe somit im Wesentlichen die vertrauten Konturen und Abmessungen bzw. Form der konventionellen Glühbirne (z. B. Edison-Bulb) bei, was für die Kundenakzeptanz eine wichtige Rolle spielen kann. Jedoch kann es bevorzugt sein, wenn der Lampenkörper sich auch in andere geometrische Formen außer der Edison-Bulb im Rahmen anderer genormter Umrisse bzw. Konturen (sog. Outlines) einpasst, z. B. vom Typ A19.
Bevorzugt wird eine LED-Lampe, bei der die Oberflächenstrukurierung eine Vielzahl von Erhebungen bzw. Vertiefungen aufweist.
Vorzugsweise sind die Erhebungen jeweils in Form von Inseln ausgebildet.
Vorzugsweise weisen Inseln jeweils eine in Aufsicht runde oder viereckige Grundform auf, wobei die viereckige Grundform zur vereinfachten Reinigung insbesondere mit abgerundeten Ecken ausgebildet ist.
Die Erhebungen können alternativ vorzugsweise jeweils eine längliche Grundform aufweisen.
Bevorzugt laufen die Erhebungen bzw. Vertiefungen entlang gekrümmter Trajektorien und beinhalten insbesondere S-förmige Abschnitte.
Alternativ können die Erhebungen jeweils eine ringförmige Grundform aufweisen. Dabei kann es bevorzugt sein, wenn die Erhebungen jeweils bezüglich einer Symmetrieachse, insbesondere Längsachse, z. B. optischen Achse, der LED-Lampe geneigt sind, insbesondere in einem Bereich von bis zu 45°, speziell um 45°.
Es kann auch bevorzugt sein, wenn die Erhebungen in Form von Lamellen vorliegen.
Dann kann es bevorzugt sein, wenn die Lamellen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Alternativ kann es bevorzugt sein, wenn die Lamellen im Wesentlichen sternförmig ausgerichtet sind.
Es kann eine LED-Lampe bevorzugt sein, bei welcher der Träger flächig ausgebildet ist und eine Vielzahl von LEDs auf ihm verteilt montiert sind.
Es kann eine LED-Lampe bevorzugt sein, bei welcher die LEDs auf einer ebenen Oberfläche des LED-Trägers montiert sind, wobei der LED-Träger sich von dem Lampensockel weg erstreckt.
Es kann alternativ eine LED-Lampe bevorzugt sein, bei welcher der Träger eine zylindrische Grundform aufweist Es kann weiter alternativ eine LED-Lampe bevorzugt sein, bei welcher der Träger eine ebene, runde Grundform aufweist, von der sich ein gut wärmeleitender Kern entlang der Längsachse der LED-Lampe weg erstreckt.
Vorzugsweise weist der Kern Kohlenstoff, Aluminium und/oder Kupfer auf.
Vorzugsweise weist der Kern eine lichtreflektierende Oberfläche, insbesondere mit Bariumsulfat, auf.
Bevorzugt weist die reflektierende Oberfläche einen Leuchtstoff auf.
Es kann eine LED-Lampe bevorzugt sein, bei welcher der LED-Träger als Gerüst mit mehreren Verästelungen ausgebildet ist.
Es kann bevorzugt sein, wenn die Verästelungen zueinander parallel angeordnet sind.
Es kann alternativ bevorzugt sein, wenn die Verästelungen in Aufsicht sternförmig zueinander angeordnet sind.
Der Lampenkörper weist als Material vorzugsweise Thermoplast, Polycarbonat, Teflon und/oder Epoxy-Harz auf, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der Lampenkörper ist vorzugsweise als im sichtbaren Spektrum diffus streuendes optisches Medium ausgebildet. Dazu weist der Lampenkörper bevorzugt Streuzentren (z. B. Kügelchen und/oder Bläschen) auf. Die Streuzentren können sowohl im Lampenkörper als auch an dessen Oberfläche vorgesehen sein.
Der Lampenkörper weist vorzugsweise einen Leuchtstoff auf. Der Leuchtstoff weist vorzugsweise durchsichtige organische Leuchtstoffe und/oder Selten-Erd-Komplexe mit organischem Phosphor, und so weiter, auf.
Bevorzugt wird ferner eine LED-Lampe, die einen Wärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Träger und dem Lampenkörper aufweist. Der Wärmeaustauscher weist zur guten Wärmeleitung bevorzugt Metall, eine Metallverbindung, Graphit und/ oder Nanoröhrchen auf.
Der Wärmeaustauscher kann zumindest bis zur Oberfläche des Lampenkörpers reichen, kann also auch aus dem Lampenkörper zumindest teilweise herausragen. Dabei sollten vorzugsweise genormte maximal zulässige Lampen-Outlines eingehalten werden (z. B. A19).
Bevorzugt wird eine LED-Lampe, welche ein fluidisches Kühlmedium zwischen dem Lampenkörper und dem Träger aufweist, insbesondere ein gut wärmeleitendes Kühlmedium.
Das Fluid kann in unmittelbaren Kontakt mit der mindestens einen LED (gehäust oder ungehäust) stehen.
Als Kühlmedium wird vorzugsweise Wasser, Ethanol, oder eine Ethanol-Wasser-Mischung verwendet, ist aber nicht darauf beschränkt. Alkohol ist ungiftig, niedrigviskos, transparent, hat eine verhältnismäßig hohe Wärmekapazität und einen niedrigen Gefrierpunkt. Glykol-, Ethylenglykol- und/oder Glyzerin-Zusätze können ebenfalls vorteilhaft verwendet werden.
Vorzugsweise ist das Kühlmedium diffus lichtstreuend und/oder milchig weiß und/oder teilweise transparent.
Vorzugsweise enthält das Kühlmedium einen Leuchtstoffzusatz, insbesondere eine Phosphor-Verbindung, und so weiter.
Vorzugsweise ist das Kühlmedium niedrigviskos, um den Wärmeaustausch zwischen dem Lampenkörper und dem LED-Modul durch Konvektion zu begünstigen. Es weist vorzugsweise eine hohe Wärmekapazität und/oder eine hohe Umwandlungswärme bei einem Übergang von einer Phase in eine andere Phase auf.
Das LED-Modul bzw. LED-Träger kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass je nach Orientierung der LED-Lampe die Wärme-Quelle(n) eine für die Konvektion des Fluids günstige Position einnehmen. Dies kann dadurch gewährleistet sein, dass der LED-Träger ausreichende Flexibilität besitzt, somit er bei einer Änderung der Orientierung der LED-Lampe der Schwerkraft nachgibt und auf diese Weise die ggf. räumlich verteilte Wärmequelle(n), typischerweise die LEDs und ggf. Schaltungskomponenten, nach unten versetzt.
Es kann auch bevorzugt sein, wenn die LED-Lampe zusätzlich oder alternativ als Oberflächenstrukturierung mindestens einen Luftdurchlass zwischen der Ausnehmung zur Aufnahme des LED-Moduls und der Außenseite des Lampenkörpers ermöglicht; der Lampenkörper also luftdurchlässig ist.
Vorzugsweise sind in der Ausnehmung Kühlrippen angeordnet, die thermisch zumindest an die LEDs gut angekoppelt sind, vorzugsweise auch an Elektronikkomponenten. Die Ankopplung geschieht vorzugsweise unter Verwendung gut wärmeleitender Materialien und/oder durch Wärmerohre ("Heat Pipes"), es sind aber auch andere Ankopplungsarten möglich. Die Kühlrippen sind bevorzugt so angeordnet, dass sie oder jeweils einige von ihnen in jeder Brennlage der Lampe ausreichend wirksam sind.
Vorzugsweise weist die Oberflächenstrukturierung zumindest eine Öffnung durch den Lampenkörper auf.
Bevorzugt kann eine LED-Lampe sein, die ein Drahtnetz aufweist, dessen Zwischenräume zumindest teilweise offen sind.
Bevorzugt kann die mindestens eine Schaltungskomponente so eingerichtet ist, dass die LED-Lampe mittels Phasenanschnitt- und/oder Phasenabschnitt-Dimmern dimmbar ist.
Vorzugsweise kann die LED-Lampe über eine Steuerung verfügen, die Dimming und/oder eine Steuerung der Farbtemperatur ermöglicht. Beispielsweise kann dies durch spezielle Knöpfe bzw. Schalter an oder in der LED-Lampe geschehen, die z. B. durch Wippen des Lampenkörpers in Bezug auf den Sockel aktiviert werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann die LED-Lampe über Schall, Ultraschall, Funkwellen und/oder Infrarotstrahlung ferngesteuert werden.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Schaltungskomponente so eingerichtet, dass über sie eine Farbtemperatur steuerbar ist.
Bevorzugt wird ferner zur einfachen Herstellung und zum einfachen Zusammenbau eine LED-Lampe, bei welcher der Träger und der Lampensockel ein LED-Modul bilden.
Bevorzugt wird für eine kompakte Bauweise ferner eine LED-Lampe, bei welcher der Träger sowohl mit mindestens einer LED als auch mit mindestens einer Schaltungskomponente bestückt ist. Alternativ können die Schaltungskomponenten z. B. auch auf einem separaten Trägen montiert sein.
Bevorzugt wird insbesondere eine LED-Lampe bei welcher durch die Oberflächenstrukturierung die Oberfläche des Lampenkör pers um bis zu mehr als das 100-fache im Vergleich zu einem nicht oberflächenstrukturierten Lampenkörper entsprechenden Umrisses vergrößert wird, insbesondere bis zu 20-fach, speziell zwei- bis zehnfach.
Die Aufgabe wird auch gelöst mittels eines Verfahrens zum Herstellen von LED-Leuchtmodulen bzw. LED-Lampen, insbesondere von LED-Lampen wie hierin beschrieben, das die folgenden Schritte aufweist: Bestücken eines Trägers mit mindestens einer LED; Eintauchen des Trägers mindestens teilweise in ein Bad mit einer Umhüllmasse und Aushärtenlassen der Umhüllmasse.
Diesem geht vorzugsweise ein Bereitstellen eines Trägers/Trägersystems/Gerüsts aus (Teil-)Trägern, z. B. in Form einer üblichen Leiterplatte, z. B. mit Metall, z. B. als Metallkernplatine, aber auch aus Kunststoff oder Keramik, voran.
Bevorzugt weist das Verfahren nach dem Schritt des Bestückens des Trägers einen Schritt eines Formens des Trägers auf.
Bevorzugt weist das Verfahren nach dem Schritt des Bestückens des Trägers einen Schritt eines Aufsetzens eines Sockels auf den Träger auf.
Vorzugsweise wird der Träger mit LEDs unterschiedlicher Farben bestückt.
Vorzugsweise wird der Träger mit mindestens einer Schaltungskomponente (Treiber- und/oder Steuerkomponente) zum Betreiben der mindestens einen LED bestückt.
Bevorzugt weist die Umhüllmasse ein Thermoplast und/oder ein Epoxymaterial auf.
Die Umhüllmasse kann vorzugsweise diffus lichtstreuend, milchig weiß und/oder mit Streuzentren (z. B. Kügelchen/Bläschen) versehen sein und/oder Leuchtstoffe (z. B. grünen Phosphor und oder gelben Phosphor) aufweisen.
Bevorzugt wird ein thermisches, chemisches oder durch UV-Licht hervorgerufenes Aushärten der Umhüllmasse. Der Sockel kann sowohl vor als auch nach dem Aushärten aufgesetzt werden.
Das Verfahren ergibt unter anderem die folgenden Vorteile:
Die optischen Eigenschaften des Lampenkörpers können leicht modifiziert werden, indem man der sich im flüssigen Zustand befindlichen Umhüllmasse entsprechende Zusätze beimischt. Die gewünschte Form der LED-Lampe mit vergrößerter Oberfläche kann ferner durch die Anpassung der Viskosität der Benetzbarkeit der Umhüllmasse bezüglich des mit den LED bestückten Gerüsts erreicht werden. Wärmequellen können nah an der Oberfläche des Lampenkörpers platziert werden, wodurch der Wärmeaustausch mit der Umgebung begünstigt wird.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung schematisch genauer dargelegt. Gleiche oder gleichwirkende Bauelemente können über mehrere Figuren hinweg mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1–2 zeigen in Seitenansicht jeweils eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lampe;
3 zeigt in Schrägansicht noch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lampe;
4 zeigt in Seitenansicht noch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lampe;
5 zeigen in Schrägansicht noch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lampe;
6 zeigt in Aufsicht die LED-Lampe aus 5;
7 zeigt in perspektivischer Ansicht noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lampe;
8 zeigt in Vorderansicht einen Querschnitt durch die LED-Lampe aus 7;
9–11 zeigen jeweils unterschiedliche Ausführungsformen eines LED-Moduls;
12–13 zeigen als Schnittdarstellung in Vorderansicht jeweils noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lampe.
1 zeigt eine LED-Lampe 1 mit einem LED-Modul mit einem Träger (ohne Abb.) und einer mit dem Träger verbundenen Lampenfassung bzw. Lampensockel 2 in Form eines Edisonsockels, aufweisend einen Außenkontakt 3 und einen Fußkontakt 4. Der Träger ist mit mindestens einer LED und mindestens einer dem Lampensockel und der mindestens einen LED zwischengeschalteten Schaltungskomponente zum Betreiben der LED bestückt (ohne Abb.). Die LED-Lampe 1 weist ferner einen Lampenkörper 5 mit einer Ausnehmung zur Aufnahme zumindest des Teils des Trägers, der die mindestens eine LED trägt, auf (ohne Abb.). Der Lampenkörper 5 weist zur Kühlung der LED-Lampe 1 durch Wärmekonvektion eine Oberflächenstrukturierung auf. Die Oberflächenstrukturierung umfasst eine Vielzahl von in Aufsicht runden Erhebungen 6 bzw. Vertiefungen 7 auf. Diese sind weitgehend über die Oberfläche gleichverteilt.
Trotz der Strukturierung entspricht die Form des Leucht- bzw. Lampenkörpers 5 bzw. LED-Lampe im Wesentlichen der Form einer konventionellen Glühbirne. Zur Verdeutlichung ist der Umriss 8 eingezeichnet, der im Wesentlichen die Form einer konventionellen Glühbirne wiedergibt.
Auf diese Weise kann die Oberfläche des Lampenkörpers 5 um ein Mehrfaches vergrößert werden. Außerdem ist der Leuchtkörper 5 leicht zu reinigen. Durch die gezeigte Strukturierung 6 bzw. 7 kann die Oberfläche je nach Anzahl und Höhe der Erhebungen 6 bzw. Vertiefungen 7 zwei- bis zehnmal ohne weiteres vergrößert werden. Bei einer stärkeren Strukturierung kann sogar eine mehr als zwanzigfache Oberflächenvergrößerung erreicht werden.
2 zeigt eine weitere LED-Lampe 9 mit dem Lampenkörper 10, der Erhebungen 11 in Form von in viereckigen abgeflachten Inseln und Vertiefungen 12 in Form von die Inseln voneinander trennenden Kanälen aufweist. Auch eine solche Oberflächenstrukturierung kann eine mehrfache Vergrößerung der Oberfläche im Vergleich mit einer glatten Oberfläche bewirken. Um die Handhabung und Reinigung solcher Lampenkörper 10 zu erleichtern, können die viereckigen Strukturen 11 an den Ecken abgerundet sein
3 zeigt eine weitere LED-Lampe 13 mit einem Lampenkörper 14, der längliche Erhebungen 15 und längliche Vertiefungen 16 an seiner Oberfläche aufweist. Die länglichen Erhebungen 15 und Vertiefung 16 verlaufen entlang gekrümmter Trajektorien, sodass sie S-förmige Abschnitte aufweisen. Diese Anordnung ist besonders gut geeignet, um einen ausreichenden Wärmeaustausch mit der Umgebung unabhängig von der Orientierung der LED-Lampe 13 zu ermöglichen.
4 zeigt eine weitere LED-Lampe 17 mit einem Lampenkörper 18, der ringförmige Strukturen ausweist. Die ringförmigen Erhebungen 19 bzw. Vertiefungen 20 sind bezüglich der Längsachse der LED-Lampe 17 um ca. 45° geneigt. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlung durch die Konvektion bei waagerechter oder senkrechter Anordnung der LED-Lampe 17 gleichermaßen gut funktioniert.
5 zeigt eine weitere LED-Lampe 21 mit einem Lampenkörper 22, bei dem für eine besonders gute Kühlung die Strukturierung der Oberfläche eine lamellenartige Struktur ergibt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lamellen 23 zueinander parallel angeordnet.
6 zeigt die LED-Lampe 21 aus 5 in Aufsicht. Zusätzlich zu den Merkmalen aus 5 sind in dieser Darstellung die Durchgangslöcher 24 im Lampenkörper 22 erkennbar.
7 und 8 zeigen eine weitere LED-Lampe 25 mit einem Lampenkörper 26, bei dem die Strukturierung der Oberfläche ebenfalls eine lamellenartige Struktur ergibt. 8 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Lampenkörper ungefähr in der mittleren Höhe. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Lamellen 27 allerdings sternförmig angeordnet. Wie aus 7 zu erkennen, entspricht der Umriss in Seitenansicht dem einer herkömmlichen Glühbirne.
Die Einkopplung des LED-Lichts in den Lampenkörper kann auf verschiedene Weise erfolgen. Dazu zeigen 9 bis 11 Beispiele von LED-Modulen, die in den obigen Lampenkörper eingesetzt werden können. Die LED-Module weisen einen mit Leuchtdioden bestückten Träger auf. Als Träger kann eine übliche Leiterplatte, eine Metallkernplatine, oder jede andere geeignete Unterlage benutzt werden. Eine Metallkernplatine weist bevorzugt eine strukturierte Kupferschicht auf einem Dielektrikum, z. B. aus Polyimid oder Epoxydharz, auf sowie ein Substrat, z. B. aus Aluminium-, Kupfer- oder einem anderen Metall, auf. Dabei wird die auf der Platine erzeugte Wärme über die Querschnittsfläche besonders effektiv abgegeben.
Im Einzelnen zeigt 9 ein LED-Modul 28 mit einem flachen LED-Träger 29, der sich weg von der Gewindefassung bzw. Lam pensockel 2 erstreckt. LEDs 30 sind beidseitig auf dem Träger 29 angebracht.
10 zeigt ein LED-Modul 31 mit einem zylindrischen Träger 32, an dessen Umfang LEDs 30 regelmäßig angebracht sind.
11 zeigt ein LED-Modul 33 mit einem flachen, runden (scheibenförmigen) Träger 34, auf dem LEDs 30 ringförmig montiert sind, und mit einem gut wärmeleitenden, zylinderförmigen Kern 35. Der Kern 35 erstreckt sich entlang der Längsachse der LED-Lampe. Der Kern 35 kann beispielsweise Kohlenstoff, Aluminium und/oder Kupfer aufweisen. Der Kern 35 ist mit einer lichtreflektierenden Oberfläche (z. B. Schicht bzw. Folie [ohne Bezugszeichen]) versehen, um die Lichtausbeute zu verbessern. Diese reflektierende Schicht kann Bariumsulfat, Leuchtstoffe oder andere geeignete Inhaltsstoff aufweisen. Der Kern 35 ist so dimensioniert, dass er in die dafür vorgesehene Ausnehmung in einen Lampenkörper eingesetzt werden kann.
In einigen Ausführungsformen können LED-Träger Verästelungen aufweisen. Dies kann vorteilhaft sowohl für die Wärmeverteilung als auch für die Verteilung des von den LEDs emittierten Lichtes innerhalb des Lampenkörpers sein.
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine solche LED-Lampe 36. Der Träger liegt in Form eines Gerüsts 37 vor, das im Wesentlichen die Konturen der LED-Lampe 36 aufweist, jedoch streng die genormten Outlines einhält. Das Gerüst weist einen senkrechten, mit LEDs 30 bestückten Abschnitt auf, von dem hier seitlich Verästelungen 38 abgehen. Das Gerüst 37 ist mit LEDs 30 und ggf. mit der nötigen Treiber- und Steuerelektronik (ohne Abb.) versehen. Das Gerüst 37 ist in dem Lampenkörper 39 der LED-Lampe 36 eingebettet. Der Lampenkörper 39 bildet im Bereich der Verästelungen 38 Lamellen, die sich in die Ebene senkrecht zur Blattrichtung erstrecken.
13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer LED-Lampe 40 mit einem Lampenkörper 41 mit einem Träger in Form eines sternförmigen Gerüsts bzw. mit sternförmig abgehenden Verästelungen 42. Der Lampenkörper 40 bildet auch hier im Bereich der Verästelungen 42 Lamellen, die sich in die Ebene senkrecht zur Blattrichtung erstrecken.
Die LED-Lampen nach 12 und 13 können so hergestellt werden, dass zunächst der Träger mit mindestens den LEDs bestückt wird, danach der Träger mindestens teilweise für eine bestimmte Zeit in ein Bad mit einer den Lampenkörper bildenen Umhüllmasse eingetaucht wird und dann die Umhüllmasse ausgehärtet wird. Der Lampensockel wird dem Bestücken des Trägers aufgesetzt. Die Umhüllmasse ist aus Thermoplast und/oder einem Epoxymaterial. Die Umhüllmasse streut Licht diffus, indem gezielt Streuzentren eingebracht werden. Die Umhüllmasse ist ferner milchig weiß. Das Aushärten geschieht thermisch, chemisch und/oder unter Einsatz von UV-Licht.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das LED-Modul beispielsweise passgenau in eine entsprechende Ausnehmung im Lampenkörper eingesetzt werden.
Optional oder zusätzlich kann das LED-Modul mittels eines Gewindes mit dem Lampenkörper verbunden sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können LEDs auf einem flexiblen Träger (z. B. einer sogenannten Flex-Platine) angeordnet sein.
Vorzugsweise weisen die Träger eine gut lichtreflektierende Oberfläche auf. Die Oberfläche des Trägers kann allgemein BaSO₄, Leuchtstoffe, eine Metallisierung und vieles mehr aufweisen. Die LEDs können flächig angeordnet sein.

1: LED-Lampe
2: Lampensockel
3: Außenkontakt
4: Fußkontakt
5: Lampenkörper
6: Erhebung
7: Vertiefung
8: Umriss
9: LED-Lampe
10: Lampenkörper
11: Erhebung
12: Vertiefung
13: LED-Lampe
14: Lampenkörper
15: Erhebung
16: Vertiefung
17: LED-Lampe
18: Lampenkörper
19: Erhebung
20: Vertiefung
21: LED-Lampe
22: Lampenkörper
23: Lamelle
24: Durchgangsloch
25: LED-Lampe
26: Lampenkörper
27: Lamelle
28: LED-Modul
29: Träger
30: LED
31: LED-Modul
32: Träger
33: LED-Modul
34: Träger
35: Kern
36: LED-Lampe
37: Gerüst
38: Verästelung
39: Lampenkörper
40: LED-Lampe
41: Lampenkörper
42: Verästelung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 40400 [0007]

Claims

LED-Lampe (1; 9; 13; 17; 21; 25; 36; 40), aufweisend – mindestens einen mit mindestens einer LED (30) bestückten Träger (29; 32; 34), – einen Lampensockel (2), – mindestens eine dem Lampensockel (2) und der mindestens einen LED (30) zwischengeschaltete Schaltungskomponente zum Betreiben der mindestens einen LED (30), und – einen Lampenkörper (5; 10; 14; 18; 22; 26; 39; 41) mit einer Ausnehmung zur Aufnahme zumindest des Teils des Trägers (29; 32; 34), der die mindestens eine LED (30) trägt, – wobei der Lampenkörper (5; 10; 14; 18; 22; 26; 39; 41) zur Kühlung durch Wärmekonvektion eine Oberflächenstrukturierung (6, 7; 11, 12; 15, 16; 19, 20; 23; 24; 27; 38; 42) aufweist.
LED-Lampe (1; 9; 13; 17; 21; 25; 36; 40) nach Anspruch 1, bei welcher sich der Umriss des Lampenkörpers in einen Umriss einer herkömmlichen Glühbirne einpasst.
LED-Lampe (1; 9; 13; 17; 21; 25; 36; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Oberflächenstrukurierung eine Vielzahl von Erhebungen (6; 11; 15; 19; 23; 27; 38; 42) aufweist.
LED-Lampe (1; 9) nach Anspruch 3, bei der die Erhebungen (6; 11; 15) jeweils in Form von Inseln ausgebildet sind.
LED-Lampe (1; 9) nach Anspruch 3, bei der die Inseln jeweils eine in Aufsicht runde Grundform (6) oder viereckige Grundform (11) aufweisen, wobei die viereckige Grundform (11) insbesondere mit abgerundeten Ecken ausgebildet ist.
LED-Lampe (13; 17; 21; 25) nach Anspruch 3, bei der die Erhebungen (15; 19; 23; 27) jeweils eine längliche Grundform aufweisen.
LED-Lampe (13) nach Anspruch 6, bei der die Erhebungen (15) entlang gekrümmter Trajektorien laufen und insbesondere S-förmige Abschnitte beinhalten.
LED-Lampe (17) nach Anspruch 6, bei der die Erhebungen (19) jeweils eine ringförmige Grundform aufweisen.
LED-Lampe (17) nach Anspruch 8, bei der die Erhebungen (19) jeweils bezüglich einer Symmetrieachse, insbesondere Längsachse, der LED-Lampe geneigt sind, insbesondere in einem Bereich von bis zu 45°, speziell um 45°.
LED-Lampe (21; 25) nach Anspruch 6, bei der die Erhebungen (23; 27) in Form von Lamellen vorliegen.
LED-Lampe (21) nach Anspruch 10, bei der die Lamellen (23) im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
LED-Lampe (25) nach Anspruch 10, bei der die Lamellen (27) im Wesentlichen sternförmig ausgerichtet sind.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Träger (29; 32; 34) flächig ausgebildet ist und eine Vielzahl von LEDs (30) auf ihm verteilt montiert sind.
LED-Lampe nach Anspruch 13, bei welcher die LEDs (30) auf einer ebenen Oberfläche des Trägers (29) montiert sind, wobei der Träger (29) sich von dem Lampensockel (2) weg erstreckt.
LED-Lampe nach Anspruch 13, bei welcher der Träger (32) eine zylindrische Grundform aufweist
LED-Lampe nach Anspruch 13, bei welcher der Träger (34) eine ebenen, runden Grundform aufweist, von der sich ein gut wärmeleitender Kern (35) entlang der Längsachse der LED-Lampe weg erstreckt.
LED-Lampe nach Anspruch 16, bei welcher der Kern (35) Kohlenstoff, Aluminium und/oder Kupfer aufweisen kann.
LED-Lampe nach Anspruch 16 oder 17, bei welcher der Kern (35) ist eine lichtreflektierende Oberfläche, insbesondere mit Bariumsulfat, aufweist.
LED-Lampe nach Anspruch 18, bei der die reflektierende Oberfläche einen Leuchtstoff aufweist.
LED-Lampe (36; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Träger als Gerüst mit mehreren Verästelungen (38; 42) ausgebildet ist.
LED-Lampe (36) nach Anspruch 20, bei der die Verästelungen (38) zueinander parallel angeordnet sind.
LED-Lampe (40) nach Anspruch 20, bei der die Verästelungen (42) in Aufsicht sternförmig zueinander angeordnet sind.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Lampenkörper (5; 10; 14; 18; 22; 26; 39; 41) Thermoplast, Polycarbonat, Teflon und/oder Epoxy-Harz aufweist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Lampenkörper (5; 10; 14; 18; 22; 26; 39; 41) als im sichtbaren Spektrum diffus streuendes optisches Medium ausgebildet ist.
LED-Lampe nach Anspruch 24, bei welcher der Lampenkörper (5; 10; 14; 18; 22; 26; 39; 41) Streuzentren aufweist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Lampenkörper (5; 10; 14; 18; 22; 26; 39; 41) einen Leuchtstoff aufweisen.
LED-Lampe nach Anspruch 26, bei welcher der Leuchtstoff durchsichtige organische Leuchtstoffe und/oder Selten-Erd-Komplexe mit organischem Phosphor aufweist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Wärmeaustauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Träger und dem Lampenkörper.
LED-Lampe nach Anspruch 28, bei welcher der Wärmeaustauscher Metall, eine Metallverbindung, Graphit und/oder Nanoröhrchen aufweist.
LED-Lampe nach Anspruch 28 oder 29, bei welcher der Wärmeaustauscher zumindest bis zur Oberfläche des Lampenkörpers reicht.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein fluidisches Kühlmedium zwischen dem Lampenkörper und dem Träger.
LED-Lampe nach Anspruch 31, bei welcher das Kühlmedium Wasser, Ethanol oder eine Ethanol-Wasser-Mischung umfasst.
LED-Lampe nach Anspruch 31 oder 32, bei welcher das Kühlmedium Glykol-, Ethylenglykol- und/oder Glycerin-Zusätze aufweist.
LED-Lampe nach einem der Ansprüche 31 bis 33, bei welcher das Kühlmedium diffus lichtstreuend ist.
LED-Lampe nach einem der Ansprüche 31 bis 34, bei welcher das Kühlmedium einen Leuchtstoffzusatz, insbesondere eine Phosphor-Verbindung, enthält.
LED-Lampe nach einem der Ansprüche 31 bis 35, bei welcher das Kühlmedium niedrigviskos und/oder eine hohe Wärmekapazität und/oder eine hohe Umwandlungswärme bei einem Übergang von einer Phase in eine andere Phase aufweist.
LED-Lampe nach einem der Ansprüche 31 bis 36, bei welcher der Träger derart ausgebildet ist, dass er nach Orientierung der LED-Lampe eine für die Konvektion des Kühlmittels günstige Position einnimmt.
LED-Lampe nach Anspruch 37, bei welcher der Träger dergestalt flexibel ausgestaltet ist, dass er bei einer Änderung der Orientierung der LED-Lampe der Schwerkraft nachgibt und dadurch die LEDs nach unten versetzt.
LED-Lampe (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Oberflächenstrukturierung einen Luftdurchlass (24) zwischen der Ausnehmung und der Außenseite ermöglicht Umhüllung, wobei in der Ausnehmung Kühlrippen angeordnet sind, die thermisch an die LEDs angekoppelt sind.
LED-Lampe nach Anspruch 39, bei welcher die Oberflächenstrukturierung zumindest eine Öffnung (24) durch den Lampenkörper aufweist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Drahtnetz.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Schaltungskomponente so eingerichtet ist, dass die LED-Lampe mittels Phasenanschnitt- und/oder Phasenabschnitt-Dimmern dimmbar ist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Schaltungskomponente so eingerichtet ist, dass über sie eine Farbtemperatur steuerbar ist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend Betätigungselemente zum Einstellen mindestens eines Betriebsparameters der LED-Lampe.
LED-Lampe nach Anspruch 44, bei welcher durch spezielle Knöpfe/Schalter an/in der LED-Lampe, die ggf. durch Wippen des Lampenkörpers in Bezug auf den Sockel aktiviert werden können.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Betrieb fernsteuerbar ist, insbesondere mittels Schall, Ultraschall, Funkwellen und/oder Infrarotstrahlung.
LED-Lampe (1; 9; 13; 17; 21; 25; 36; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Träger (29; 32; 34) und der Lampensockel (2) ein LED-Modul bilden.
LED-Lampe (1; 9; 13; 17; 21; 25; 36; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Träger sowohl mit mindestens einer LED (30) als auch mit mindestens einer Schaltungskomponente bestückt ist.
LED-Lampe (1; 9; 13; 17; 21; 25; 36; 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher durch die Oberflächenstrukturierung (6, 7; 11, 12; 15, 16; 19, 20; 23; 24; 27; 38; 42) die Oberfläche des Lampenkörpers (5; 10; 14; 18; 22; 26; 39; 41) um bis zu mehr als das 100-fache im Vergleich zu einem nicht oberflächenstrukturierten Lampenkörper entsprechenden Umrisses vergrößert wird, insbesondere bis zu 20-fach, speziell zwei- bis zehnfach.
Verfahren zur Herstellung von LED-Lampen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die folgenden Schritte aufweist: – Bestücken eines Trägers mit mindestens einer LED; – Eintauchen des Trägers mindestens teilweise in ein Bad mit einer Umhüllmasse; – Aushärtenlassen der Umhüllmasse.
Verfahren nach Anspruch 50, das nach dem Schritt des Bestückens des Trägers einen Schritt eines Formens des Trägers aufweist.
Verfahren nach Anspruch 50 oder 51, das nach dem Schritt des Bestückens des Trägers einen Schritt eines Aufsetzens eines Sockels auf den Träger aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 52, bei dem der Träger mit LEDs unterschiedlicher Farben bestückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 53, bei dem der Träger mit mindestens einer Schaltungskomponente zum Betreiben der mindestens einen LED bestückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 53, bei dem die Umhüllmasse ein Thermoplast und/oder ein Epoxymaterial aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 55, bei dem die Umhüllmasse Licht diffus streut.
Verfahren nach Anspruch 56, bei dem in die diffus streuende Umhüllmasse mit Streuzentren eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 57, bei dem die Umhüllmasse milchig weiß ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 58, bei dem die Umhüllmasse einen Leuchtstoff, insbesondere einen Phosphor und/oder eine Phosphorverbindung, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 59, bei dem das Aushärtenlassen der Umhüllmasse thermisch, chemisch und/oder unter Einsatz von UV-Licht durchgeführt wird.