CN101523113A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种照明装备或光发生器，其包括壳体、光源和用于驱动所述光源的驱动电子装置，其中，所具有的冷却翅片由方向平均热导率为至少2.0W/m·K的塑料组合物制成。

Description

照明装置
本发明涉及一种照明装备(lighting armature)，其包含壳体，所述壳体容纳光源和用于驱动所述光源的驱动电子装置。
上述照明装备本身是已知的。有时这些照明装备也被称为光装备或光发生器。它们用于一般性的照明目的等，用于所谓的标识、轮廓照明以及用于信号照明，诸如用在交通灯或交通控制系统中，例如用在以动态方式或静态方式控制交通流的道路标记系统中。上述光发生器进一步用在投影照明以及光纤照明中。
由美国专利US-6402347-B1已知上述类型的照明装备。已知照明装备具有在操作过程中光通量为至少5lm的LED光源以及定向由光源产生的辐射的塑料光学透镜系统。
根据US-6402347-B1，使用由合成树脂材料制成的光学系统的可能性是基于这样一个认识：发光二极管(LED)产生的辐射热量和/或UV光远远低于由传统光源诸如气体放电灯或卤素灯产生的辐射热量和/或UV光。因为可以选择发射较小或不发射UV辐射和/或IR辐射的LED，所以LED非常适合用在发光机(light engine)中。使用LED的另一优点在于，这种光源很紧凑。这项优点在实践中被用于在灯源中组合多个LED并且/或者用于制造甚至更紧凑的照明装备。这些优点可用于制造具有多个LED的紧凑照明装备，从而用于家用照明应用和办公照明应用，其中所述壳体不仅起到电子部件的外罩的作用，还可以起到装饰作用。尽管US-6402347-B1中提到了驱动电子装置原则上还可以被布置到壳体以外，但是应当注意到对于家用照明应用和办公照明应用，驱动电子装置通常必须插入壳体内。
包含用于控制光源的电子部件的电子灯(特别是多LED固态灯)存在光源生热的问题，这些热量如果未被充分除去那么会对光源和/或电子部件的性能造成影响，上述影响的结果是：对光源和光产生的控制造成干扰，以及缩短的光源寿命。
尽管如US-6402347-B1所记载单个LED发出的热量有限，但是在多LED系统中，这种热量足以加热LED和驱动电子装置，从而对由驱动电子装置驱动的光源的性能造成影响。包含在紧凑的照明装备中的多个LED光源尤其是这样的。而且，在其中壳体被设计为外壳(诸如由例如铝或钢的金属制成的管状外壳)的电子灯中，除热率非常低。为了限制包含在壳体中的部件发热，根据US-6402347-B1的已知照明装备包括具有冷却翅片的金属壳体或者包括施加强迫风冷的装置，例如被包含在壳体中、能够产生空气流的鼓风装置。在后种情况下，壳体可以由合成树脂制成。
已知照明装备的缺点在于，包含鼓风装置使得照明装备的结构更复杂，除此以外，在紧凑的照明装备中通常没有容纳这种鼓风装置的空间。具有冷却翅片的金属壳体的缺点在于，这种壳体难以制造因而昂贵，重量较重，最重要的是这种壳体增加了短路和介质击穿的风险。这个问题甚至更重要，因为具有多LED系统的照明装备主要用于家用照明目的，因而其必须符合最苛刻的安全标准，包括高的介质击穿阈值。
本发明的目的在于提供一种电子灯，其不具有上述问题，或者至少在较少程度上具有上述问题。更具体地，本发明的目的在于提供一种适用于家用照明的照明装备，其在发热控制性质和重量之间具有改善平衡，不需施加内部强迫风冷，并且具有更高的安全水平。
根据本发明的照明装备实现了上述目的，其中，所述壳体具有由方向平均热导率(orientation averaged thermal conductivity)为至少2.0W/m·K的塑料组合物制成的冷却翅片。
具有上述冷却翅片的本发明的照明装备产生的效果在于，与由金属制成的相应的照明装备相比短路和介质击穿的阈值被提高了。而且，通过使用由具有上述较低热导率的聚合物组合物制成的冷却翅片，可以实现热量明显减少，从而无需使用内部强迫风冷并且可以减轻重量。这种塑料冷却翅片还有益于照明装备的安全性能，因为它允许通过触摸冷却翅片而非触摸导电的金属防护罩来操纵照明装备。
在根据本发明的照明组件中，壳体可以容纳光源和用于驱动所述光源的驱动电子装置。适当地，所述壳体将所述光源以及驱动电子装置容纳作为所述壳体部件的壁内。存在于所述壳体内的冷却翅片不适于容纳光源和驱动电子装置，因为它们通常沿着远离热源的方向伸出壁外。这种翅片也可以以大约垂直于所述壁面的方向伸出壁外，如上述WO00/36336的图1中所示。因而冷却翅片不同于壳体内的其它结构元件，诸如壳体壁，不同之处在于，所述壁和其它结构元件的一侧被热源加热，而另一侧散热；然而冷却翅片由来自壳体的其它结构元件的热量通过翅片由其制成的材料本体传导来加热，并从所述冷却翅片的两个横向侧面散热。
通过下述本发明的照明装备的不同实施方式可以进一步增强所述冷却翅片在本发明的照明装备中的作用。
塑料组合物的热导率在本文中被理解为材料的性质，其可以具有方向依赖性。为了测定塑料组合物的热导率，该材料必须成型为适于进行热导率测量的形状。根据塑料组合物的组成、用于测量的形状的类型、成型工艺以及成型工艺中使用的条件，塑料组合物可以具有各向同性热导率或者各向异性热导率，即具有方向依赖性的热导率。在塑料组合物被成型成扁平矩形的情况下，方向依赖性热导率通常可以采用如下三个参数来描述：Λ⊥、A和Λ±。方向平均热导率(orientationally averaged thermalconductivityΛoa)在本文中根据式(I)定义：
Λoa＝1/3×(Λ⊥+A+Λ±)         (I)
其中：
·Λ⊥是穿面(through-plane)热导率，在本文中也指垂直热导率；
·A是沿着最大面内热导率的方向的面内(in-plane)热导率，在本文中也指平行热导率或径向热导率；
·Λ±是沿着最小面内热导率方向的面内(in-plane)热导率，在本文中也指横向热导率。
参数的个数可以缩减至两个或甚至缩减至一个，这取决于热导率是否在所有三个方向上都是各向异性的，还是仅在三个方向的其中一个上偏离，或甚至是各向同性的。在塑料组合物中沿一个方向具有占优势的单向定向的导热纤维的情况下，A可远远高于Λ±，而Λ±可能非常接近或者甚至等于Λ⊥。在这种情况下，方向平均热导率(Λoa)的定义简化为式(II)：
Λoa＝1/3×(2·Λ⊥+A)     (II)
在塑料组合物中在具有片状粒子的平面方向的平面中具有占优势的平行取向的片状粒子的情况下，塑料组合物可以具有各向同性的面内热导率，即Λ等于Λ±。在这种情况下，A和Λ±可以由一个参数ΛP□表述，方向平均热导率(Λoa)的定义简化为式(III)：
Λoa＝1/3×(Λ⊥+2·ΛP□□)         (III)
在塑料组合物具有全面各向同性热导率的情况下，Λ、Λ⊥和Λ±都相等，等于各向同性热导率Λ。在这种情况下，方向平均热导率(Λoa)的定义简化为式(IV)：
Λoa＝Λ        (IV)
通过测量具有方向依赖性的热导率A、Λ⊥和Λ±可以确定方向平均热导率。为了测量A、Λ±和Λ±，由待测材料采用注射模制机通过注射模制来制备尺寸为80×80×1mm的样品，所述注射模制机装备有具有适当尺寸的方形模具以及被设置在所述方形模具一侧上的宽80mm、高1mm的薄膜浇口。测定厚1mm的注塑片的热扩散系数(D)、密度(ρ)和热容(Cp)。
根据ASTM方法E1461-01，采用Netzsch LFA 447激光闪烁装置(laserflash equipment)确定在如下方向上的本发明中所用的热扩散系数：面内且平行(D)于模具填充过程中聚合物的流动方向；面内且垂直于(D±)模具填充过程中聚合物的流动方向；以及穿过平面的方向(D⊥)。面内热扩散系数D和D±通过如下测定：首先从注塑片上切下宽度约为1mm的等宽小条带。条带的长度处于模具填充过程中聚合物的流动方向或垂直于该流动方向的方向。将若干条这种条带叠放在一起，其中切割面朝外并被紧紧地夹在一起。测量从由一列切割面形成的堆叠的一侧到具有切割面的堆叠的另一侧穿过所述堆叠的热扩散系数。
板材的热容(Cp)通过与具有已知热容的参照样品(Pyroceram9606)相比较来测定，其中采用相同的Netzsch LFA 447激光闪烁装置以及W.Nunes dos Santos、P.Mummery和A.Wallwork在Polymer Testing 14(2005)，628-634中描述的过程。
从热扩散系数(D)、密度(ρ)和热容(Cp)出发，根据下式(V)确定模制片在如下方向上的热导率：平行(Λ)于模具填充过程中聚合物的流动方向；垂直于(Λ±)模具填充过程中聚合物的流动方向；以及垂直于模制片的平面(Λ⊥)：
Λx＝Dx×ρ×Cp
其中，X分别为、±和⊥。
本发明的照明装备所使用的壳体的冷却翅片或其任何其它部件由这样的塑料组合物制成，所述塑料组合物的方向平均热导率可以在宽范围内变化。优选地，方向平均热导率为至少2W/m·K，更优选为至少5W/m·K，还要更优选为至少10W/m·K。方向平均热导率的最小值较大的优点在于，可以进一步减少光源发热的问题，最终可以进一步减少照明系统中内部部件发热的问题。
塑料组合物的方向平均热导率可以高达50W/m·K，甚至可以更高，但是方向平均热导率超过50W/m·K对散热没有明显更多的益处。而且，具有上述高热导率的塑料组合物通常具有较低的机械性质和/或较差的流动性质，这使得这种材料不适于制造壳体的冷却翅片及其任何其它部件，至少不适于作为主要部件。因此，本发明或其优选实施方式的壳体或其部件由这样的塑料组合物制成，该组合物优选具有至多50W/m·K、更优选至多30W/m·K、还要更优选至多25W/m·K的方向平均热导率。适宜地，方向平均热导率在10-25W/m·K的范围内，优选在15-20W/m·K的范围内。其优点在于，与完全由热导率为约150W/m·K的金属制成的壳体相比，当壳体的冷却翅片由具有上述有限的方向平均热导率的塑料材料制成时已经显著减少了驱动电子装置发热的问题。
优选地，冷却翅片由穿面热导率在1至10W/mk范围内的热塑料材料制成，该冷却翅片具有高度(H)和厚度(T)尺寸，其中H/T比为至少3：1。
尽管在大多数情况下较高的冷却翅片的H/T比值会改善散热效果，但是根据实际考虑需要限制H/T的比率。过高的翅片不会进一步改善散热效果，而且本发明的材料的导热性也不足以使得非常高的翅片总是吸热至顶部。从机械稳定性和制造难易方面考虑，冷却翅片的优选H/T比在3：1至10：1的范围内，更优选的H/T比在5：1至8：1的范围内。
出于考虑制造技术以及机械稳定性，冷却翅片的最小厚度优选为0.2mm，更优选为0.3mm，甚至更优选为0.5mm。最优选地，冷却翅片的厚度为约1mm。
根据照明装备的用途，冷却翅片的最高高度优选为20mm。
限制绝对尺寸使得单位表面积具有较多的冷却翅片(致密堆积的翅片)，因而单位重量的壳体具有较高的冷却表面积；而壳体的总尺寸保持有限。这对于如下应用特别有益，这种应用中，用于设置照明装备的空间有限。为了使散热效果最大化，优选尽可能紧密地堆积翅片；然而翅片之间的最小距离由这样的数值来确定，低于该数值，热对流可能会被扰乱并且流动的冷空气不易接近翅片的表面区域。
冷却翅片通常从壳体主体的外表面伸出。不需将它们均一地分布在壳体上。以如下方式设计本发明的照明装备的壳体相当有利：冷却翅片主要位于它们所起作用最有效的位置上，即接近发出要被消散的热量的光源。
壳体的冷却翅片的位置、数量和实际尺寸(包括厚度、高度和长度)可由塑料产品制造领域中的普通技术人员根据他们的经验以及常规测试来确定。通过所需散热效果以及壳体的制造方法和材料来控制对这些变量的精细调节。
请注意，原则上光源可以是任何具有电子驱动系统的光源，适当地可以是传统的光源，但优选包括一个或多个LED。优选地，光源由多个安装在印刷电路板上的LED构成，更优选地由多个安装在金属芯印刷电路板(MC-PCB)上的LED构成。
可以制造具有单个LED的单色光发生器。实践中，在许多情况下可以采用具有多个LED的基板作为光发生器的光源。具体地，对于可以仅仅通过混合不同类型LED的不同颜色来获得光发生器的所需颜色的情况下就是这样的。
使用LED的另一优点在于，这种光源紧凑、使用寿命相对非常长并且含有LED的发光机产生的能量成本以及该发光机的维修成本相对较低。使用LED还具有如下优点：获得动态照明的可能性。如果组合不同类型的LED并且/或者使用不同颜色的LED，那么可以根据所需方式混色，并且可以实现颜色变化，而无需使用所谓必需的色轮(color wheel)。所需颜色效果通过使用适当的驱动电子装置来实现。另外，适当的LED组合能够获得白光，从而驱动电子装置能够调节所需的色温，并且该色温在光发生器的操作过程中保持恒定。
LED优选被安装在金属芯印刷电路板(MC-PCB)上。当LED被设置在上述金属芯的印刷电路板上时，由LED产生的热量易于通过热传导方式经由PCB从LED消散。尽管这不能阻止照明装备所包含的内部部件在某一程度上发热，但是使用MC-PCB有利于通过本发明的壳体散热。
本发明的照明装备中的驱动电子装置可以包括用于改变LED的光通量的装置。通过使用这种措施，可以例如使光通量变小。
在本发明的有利实施方式中，照明装备包括由多个LED组成的光源，其可以产生具有不同波长的辐射，并且在所述照明装备中，驱动电子装置包括调节各LED光通量之间的比率的装置。这个措施能够改变由光发生器发射的光线的颜色和色温。通过使用合适的驱动电子装置，还可以产生例如具有恒定色温的白光。
包含在本发明的照明装备中的壳体可以由不同的部件和结构构成。
在优选的实施方式中，壳体包含金属护罩，其具有第一表面，即朝着驱动电子装置方向的表面，和第二表面，即指向冷却翅片的表面，并且所述壳体中，金属板和冷却翅片处于直接导热接触。
例如可以通过如下实现上述直接导热接触：将冷却翅片直接模制在金属护罩的第二表面上；或者采用导热粘合剂将冷却翅片粘着在所述第二表面上。这种塑料冷却翅片有益于照明装备的安全性能，因为它们保护金属护罩免于被触摸，并且允许通过触摸冷却翅片而非触摸导电的金属护罩来操纵照明装备。当冷却翅片由导热、电绝缘的塑料材料制成时这种效应会被加强。
用于实现直接导热接触的另一种技术方案是：采用这样的结构，其中壳体包括由导热塑料材料制成的塑料层或护罩，所述塑料护罩具有第一表面，所述第一表面面向所述金属护罩并且与所述金属护罩直接导热接触；和第二表面，所述第二表面背向所述金属护罩并且具有塑料冷却翅片。
在这个技术方案中存在由导热、电绝缘的塑料材料制成的所述塑料护罩，进一步增强了照明装备的安全性能。
含有金属护罩的壳体适于与金属芯印刷电路板(MC-PCB)多LED系统组合，其中所述金属芯印刷电路板(MC-PCB)多LED系统通过导热连接方式与金属护罩接触。上述导热连接优选通过如下实现：将MC-PCB安装在连接到金属护罩的金属板上。在这个实施方式中，LED中产生的热量经由MC-PCB和金属板通过(热)传导消散到壳体和冷却翅片上，然后消散到环境中。
更优选地，通过由导热、电绝缘材料制成的连接元件来实现导热连接。这具有如下优点：减少了电路短路的风险，或者在灯的电子系统发生短路的情况下不会使壳体中的任何导电部件带电。
适当地，导热、电绝缘材料被设置在MC-PCB和MC-PCB连接到其上的金属板之间。
对上述技术方案中的其中之一进行进一步地详细描述，由导热塑料制成的冷却翅片除了被安装或者粘合到金属护罩上以外，所述冷却翅片还可以构成塑料体细长元件，其包括所述细长元件从其表面伸出的塑料护罩。塑料体适于为由导热塑料组合物制成的一体化模制部件。如上所述，这种塑料体有利地与金属护罩组合。
在优选的实施方式中，塑料体是由方向平均热导率大于20W/m·K的塑料组合物制成的一体化模制部件。这个实施方式的优点在于，由照明装备消散的热量如此巨大，以致于在具体案例中可以省略上述金属护罩。含有冷却翅片的一体化模制塑料体由其制成的塑料组合物的热导率越高，照明装备可以产生的热量越大而不需上述金属护罩作为壳体的部件。
在本发明的另一优选实施方式中，塑料体是2K模制部件，其包括由方向平均热导率大于20W/m·K的第一塑料组合物制成的层和由方向平均热导率为2.0-20W/m·K的第二塑料组合物制成的翅片。
这个实施方式的优点在于，所述壳体具有改善的机械性质，同时保持良好的散热性质。
同样优选地，如上所述的由2K模制部件或一体化模制部件制成的壳体适于与金属芯印刷电路板(MC-PCM)多LED系统组合，其中，由方向平均热导率大于20W/m·K的第一塑料组合物制成的层或者由这种塑料组合物制成的一体化模制部件分别通过导热连接与金属护罩接触。具有这种结构的照明装备与上述金属护罩和MC-PCB多LED系统以导热连接方式构成的结构具有相同的优点。
根据本发明的照明装备优选包括多个LED，并且可选与含有准直透镜(collimator lens)和/或聚焦透镜(focusing lens)的光学系统组合。
准直透镜适于由多个子透镜(sub-lens)组成或者由多个准直元件组成，每个LED与一个子透镜或准直元件关联，每个子透镜或准直元件的光轴分别与LED的其中之一的光轴重合。
采用这种光学结构，来自多个LED的光线以令人满意的方式会聚。适当地，准直透镜的子透镜或准直元件由透明的合成树脂材料(例如PMMA)制成。
聚焦透镜是Fresnel透镜。这使光发生器紧凑。这种Fresnel透镜适于由合成材料例如PMMA制成，其中通过注射模制获得所需的光学Fresnel结构。
除了壳体、光源、驱动电子装置和可选的光学系统以外，照明装备通常包含电源装置的各部件。这种电源装置是对于短路问题的危险来源，从而构成安全隐患源。
在本发明的优选实施方式中，照明装备包含由电绝缘材料制成的电绝缘塑料护罩，其中电绝缘塑料护罩被设置在电源装置的各部件(一侧)和具有由导热材料制成的部件的壳体(另一侧)之间。
这个实施方式的优点在于，进一步提高了介质击穿的阈值电压，并且可以使用具有更好导热材料的壳体以及可选完全由导电材料制成的壳体。进一步的优点在于，减少了照明装备为了满足电子封壳技术中各种国际标准所必需进行的测试。
电绝缘材料在本文中被理解为电阻率为至少104Ohm.m的材料。优选地，电绝缘材料具有至少105Ohm.m、更优选至少107Ohm.m、甚至至少1010Ohm.m的电阻率。电阻率可以高达105Ohm.m或甚至更高。
适当地，电绝缘材料是一种耐热聚合材料。适当的耐热聚合材料由耐热聚合物组成或包括耐热聚合物，诸如具有高熔点(Tm)的半结晶聚合物或具有高玻璃化转变温度(Tg)的无定型聚合物。优选地，Tg和Tm分别为至少180℃、200℃或甚至220℃。
可用在电绝缘材料中的适当聚合物例如为半结晶聚酯，诸如PBT。
电绝缘塑料护罩适于接近或者背靠壳体的表面区域，所述表面区域是面向驱动电子装置和电源装置各部件的表面区域。
在本发明的优选实施方式中，电绝缘塑料护罩构成壳体的主体部分。这个实施例可以通过2K模制部件的壳体来实现，其中，所述2K模制部件包括护罩和从所述护罩伸出的冷却翅片，其中，所述护罩包括2层：翅片从其中伸出的第一层，所述第一层和所述冷却翅片由导热塑料材料一体化模制而成；背对所述冷却翅片的第二层，其由电绝缘材料模制而成。
除了减少安全隐患以外，这个实施方式具有如下优点：壳体的导热部件可以由具有较高热导率的导热材料制成，从而保持了良好的机械性质和完整性。
电绝缘塑料护罩以及由导热塑料体构成的壳体的部件(包含导热塑料冷却翅片和其中可选使用的金属护罩)可以具有适合照明装备的任何形状。适合所有这些部件的形状例如为扁平形、凹面形、凸面形、圆柱形、漏斗形、泡形或其任意组合。圆柱形部件、漏斗形部件、梯形部件或泡形部件适于具有圆形横截面、椭圆形横截面或多边形横截面或其任意组合。适当的多边形横截面例如为矩形、五边形、六边形和梯形。壳体还可被成型为任何装饰形状或颜色。而且，散热部件制造领域中的普通技术人员根据他们的经验并且通过系统研究和常规测试可以确定壳体中冷却翅片的尺寸，包括厚度、长度和高度。注射模制部件制造领域中的普通技术人员根据他们的经验并且通过系统研究和常规测试可以对这些尺寸进行精细调节，从而能够制成含有冷却翅片的壳体部件。
在根据本发明的照明装备的具体实施方式中，壳体由两部分组成：由金属制成的内部管状部件和设置有由导热聚合物制成的冷却翅片的外部部件。所述外部部件适于包括被安装在一部分内部管状部件上的圆柱孔，或者所述外部部件由多个被围绕内部管状部件的一部分安装的较小的单个部件组成。
本发明还涉及一种用于照明装备的壳体。根据本发明的壳体包括由方向平均热导率为至少2.0W/m·K的塑料组合物制成的冷却翅片以及上述优选实施方式。
本发明还涉及一种组装照明装备的方法。本发明的方法包括组装光源、用于驱动所述光源的驱动电子装置、电源装置和塑料部件以及可选的金属护罩和/或电绝缘塑料护罩，所述塑料部件由方向平均热导率为至少2.0W/m·K的塑料组合物制成并且含有细长元件从其表面伸出的塑料护罩，结果所述塑料部件构成壳体或其部件，用于容纳所述光源和所述驱动电子装置。
有利地，本发明包括这样的步骤，其中，使具有内表面和外表面的金属护罩定位，使得内表面朝着驱动电子装置定向，并且外表面以与所述塑料部件的与细长元件从其突出的表面相反的表面导热接触的方式固定。
还要有利地，由上述方法制成的照明装备是根据上述任意一个优选实施方式的照明装备。
为了制备冷却翅片和用于本发明的照明装备的壳体的可选其它部件，使用导热的塑料组合物。尽管对于导热塑料组合物可以使用导热聚合物，但是这种材料不是普遍可得的而且通常非常昂贵。适当地，导热塑料组合物包括聚合物和分散在所述聚合物中的导热材料。所述塑料组合物除了聚合物材料和导热材料以外还可以包含其它组分。作为其它组分，导热材料可以包含任何用在制备模制塑料部件的常规塑料组合物中的辅助添加剂。
在被用在本发明的照明装备中的导热塑料组合物中，聚合物原则上可以是任何适于制备导热塑料组合物的聚合物。适当地，在预期照明装备的使用温度下，聚合物具有良好的耐热性。所用聚合物可以是任何热塑性聚合物，其与导热材料以及可选其它组分组合能够在高温下工作，而不会出现塑料明显变软或降解，并且能够符合壳体的机械要求和热要求。这些要求取决于壳体的具体应用和设计。模制塑料部件制造领域中的普通技术人员通过系统研究和常规测试可以确定上述要求。
优选地，在本发明的壳体中，导热塑料组合物具有至少140℃、更优选至少180℃、200℃、220℃、240℃、260℃或甚至至少280℃的热变形温度(HDT-B)，所述热变形温度在施加名义0.45MPa应力的条件下根据ISO75-2测定。塑料组合物具有较高HDT的优点在于，壳体在高温下具有良好的机械性质保持性，并且所述壳体可用于对机械性能和耐热性能要求更高的应用。
可用的适当聚合物包括热塑性聚合物和热固性聚合物，诸如热固性聚酯树脂和热固性环氧树脂。
优选地，所述聚合物包括热塑性聚合物。所述热塑性聚合物适于为无定型聚合物、半结晶聚合物或液晶聚合物、弹性体或其组合。液晶聚合物由于其高度结晶性质以及为填料材料提供良好基质的能力而被优选。液晶聚合物的实例包括热塑性芳族聚酯。
可用作基质的适当热塑性聚合物例如为聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸树脂、丙烯腈树脂、乙烯基树脂、聚碳酸酯、聚酯、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚芳酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮(polyethertherketones)和聚醚酰亚胺及其混合物和共聚物。
适当的弹性体包括例如苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氯丁烯、腈橡胶(nitrite rubber)、丁基橡胶、聚硫橡胶、乙烯-丙烯三元聚合物、聚硅氧烷(硅酮)和聚氨酯。
优选地，热塑性聚合物选自如下组成的组：聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚芳酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺及其混合物和共聚物。
适当的聚酰胺包括无定型聚酰胺和半结晶聚酰胺。适当的聚酰胺是本领域普通技术人员已知的所有聚酰胺，包括可熔融加工的半结晶聚酰胺和无定型聚酰胺。根据本发明的适当聚酰胺的实例是脂族聚酰胺，例如PA-6，PA-11，PA-12，PA-4，6，PA-4，8，PA-4，10，PA-4，12，PA-6，6，PA-6，9，PA-6，10，PA-6，12，PA-10，10，PA-12，12，PA-6/6，6-共聚酰胺，PA-6/12-共聚酰胺，PA-6/11-共聚酰胺，PA-6，6/11-共聚酰胺，PA-6，6/12-共聚酰胺，PA-6/6，10-共聚酰胺，PA-6，6/6，10-共聚酰胺，PA-4，6/6-共聚酰胺，PA-6/6，6/6，10-三元共聚酰胺和由1，4-环己烷二元羧酸以及2，2，4-和2，4，4-三甲基六亚甲基二胺得到共聚酰胺；芳族聚酰胺，例如PA-6，I、PA-6，I/6，6-共聚酰胺，PA-6，T，PA-6，T/6-共聚酰胺，PA-6，T/6，6-共聚酰胺，PA-6，I/6，T-共聚酰胺，PA-6，6/6，T/6，I-共聚酰胺，PA-6，T/2-MPMDT-共聚酰胺(2-MPMDT＝2-甲基五亚甲基二胺)，PA-9，T，由对苯二甲酸以及2，2，4-和2，4，4-三甲基六亚甲基二胺得到的共聚酰胺，由间苯二甲酸、十二内酰胺以及3，5-二甲基-4，4-二氨基-二环己基甲烷得到的共聚酰胺，由间苯二甲酸、壬二酸和/或癸二酸以及4，4-二氨基二环己基甲烷得到的共聚酰胺，由己内酰胺、间苯二甲酸和/或对苯二甲酸和4，4-二氨基二环己基甲烷得到的共聚酰胺，由己内酰胺、间苯二甲酸和/或对苯二甲酸以及异佛尔酮二胺得到的共聚酰胺，由间苯二甲酸和/或对苯二甲酸和/或其它芳族二羧酸或脂族二羧酸、可选被烷基取代的六亚甲基二胺以及被烷基取代的4，4-二氨基二环己基胺组成的共聚酰胺以及上述聚酰胺的共聚酰胺和混合物。
更优选地，热塑性聚合物包括半结晶聚酰胺。半结晶聚酰胺具有如下优点：良好的热性质以及良好的模具填充特性。
还要更优选地，热塑性聚合物包括熔点为至少200℃、更优选为至少220℃、240℃或甚至260℃、最优选至少280℃的半结晶聚酰胺。半结晶聚酰胺具有较高熔点的优点在于，进一步改善了热性质。
术语熔点在本文中被理解为通过DSC以5℃的加热速率测定的落在熔融范围内并具有最高熔融速率的温度。
优选地，半结晶聚酰胺选自含有如下的组：PA-6、PA-6，6、PA-6，10、PA-4，6、PA-11、PA-12、PA-12，12、PA-6，I、PA-6，T、PA-6，T/6，6-共聚酰胺、PA-6，T/6-共聚酰胺、PA-6/6，6-共聚酰胺、PA-6，6/6，T/6，I-共聚酰胺、PA-6，T/2-MPMDT-共聚酰胺、PA-9，T、PA-4，6/6-共聚酰胺以及上述聚酰胺的混合物和共聚酰胺。更优选地，选择PA-6，I、PA-6，T、PA-6，6、PA-6，6/6，T、PA-6，6/6，T/6，I-共聚酰胺、PA-6，T/2-MPMDT-共聚酰胺、PA-9，T或PA-4，6或其混合物或共聚酰胺作为聚酰胺。还要更优选地，半结晶聚酰胺包括PA-4，6。
对于导热塑料组合物中的导热材料，可以使用任何可以分散在热塑性聚合物中并且会改善塑料组合物的导热性的材料。适当的导热材料包括例如铝、氧化铝、铜、镁、黄铜、碳、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化锌、玻璃、云母、石墨等。上述导热材料的混合物也是合适的。
导热材料可以是粒状粉末形式、粒子形式、须(whisker)形式、短纤维形式或任何其它适当的形式。所述粒子可以具有各种结构。例如，所述粒子可以具有薄片形状、平板形状、米状、条状、六边形或球状。
导热材料适于为导热填料、导热纤维材料或其组合。填料在本文中被理解为由长径比小于10：1的粒子组成的材料。适当地，填料材料具有约5：1或更小的长径比。例如，可以使用长径比为约4：1的氮化硼粒状粒子。
在本发明的优选实施方式中，导热填料包括氮化硼。氮化硼在壳体由其制成的塑料组合物中作为导热填料的优点在于，它具有较高的热导率同时保持良好的电绝缘性质。
纤维在本文中被理解为由长径比为至少10：1的粒子组成的材料。更优选地，导热纤维由长径比为至少15：1，更优选至少25：1的粒子组成。对于导热塑料组合物中的导热纤维，可以使用任何会改善塑料组合物的导热性的纤维。适当地，导热纤维包括玻璃纤维、金属纤维和/或碳纤维。适当的碳纤维(也被称为石墨纤维)包括PITCH基碳纤维和PAN基碳纤维。例如，可以使用长径比为约50：1的PITCH基碳纤维。PITCH基碳纤维对热导率起主要作用。另一方面，PAN基碳纤维对机械强度起较大作用。最优选地，导热纤维包括玻璃纤维或甚至由玻璃纤维组成。在壳体或其部件由其制成的导热塑料组合物中，玻璃纤维的优点在于，所述壳体具有良好的导热性和增强的机械性质，并且保持良好的电绝缘性。
在根据本发明的壳体中，导热塑料组合物适于包含30-90wt％的热塑性聚合物和10-70wt％的导热材料，优选包含40-80wt％的热塑性聚合物和20-60wt％的导热材料，其中wt％相对于所述热塑料组合物的总重。
优选地，塑料组合物具有低长径比和高长径比的导热材料二者，即导热填料和纤维二者，如McCullough的美国专利6,251,978和6,048,919所述，上述专利文献公开的内容通过引用插入本文。
更优选地，导热塑料组合物包括玻璃纤维与氮化硼和/或石墨的组合，更优选包括玻璃纤维与石墨的组合。石墨的优点在于，得到甚至更高的热导率。为了获得较好的电绝缘性优选氮化硼。
还要更优选地，玻璃纤维、氮化硼和石墨的总量相对于塑料组合物的总重为10-70wt％，更优选为20-60wt％。
并且更优选地，玻璃纤维与氮化硼和石墨的总和的重量比介于5：1和1：5之间，优选介于2.5：1和1：2.5之间。
本发明的壳体由其制成的塑料组合物除了热塑性聚合物和导热材料以外还可以包含其它组分，其在本文中被称为添加剂。作为添加剂，导热材料可以包括任何本领域技术人员已知常用在聚合组合物中的辅助添加剂。优选地，这些其它添加剂不应或者不会在显著程度上损害本发明。导热聚合组合物制造领域中的普通技术人员通过常规实验和简单测试可以确定添加剂是否适于用在聚合组合物中。上述其它添加剂具体包括非传导性填料和非传导性增强剂、颜料、分散助剂、加工助剂(例如润滑剂和脱模剂)、冲击改进剂、增塑剂、结晶促进剂、成核剂、UV稳定剂、抗氧剂和热稳定剂等。具体地，导热塑料组合物包含非传导性无机填料和/或非传导性增强剂。适于作为非传导性无机填料或增强剂的是本领域技术人员已知的所有填料和增强剂，更具体地是辅助填料，但并不考虑导热填料。适当的非传导性填料例如为石棉、云母、粘土、煅烧粘土和滑石。
这些填料(如果存在)的总量相对于塑料组合物的总重适当地为0-50wt％，优选为0.5-25wt％，更优选为1-12.5wt％。
非传导性填料和纤维(如果存在)的总量相对于组合物的总重优选为0-40wt％，优选为0.5-20wt％，更优选为1-10wt％；而其它添加剂(如果存在)的总量相对于塑料组合物的总重优选为0-10wt％，优选为0.25-5wt％，更优选为0.5-2.5wt％。
在本发明的优选实施方式中，壳体或其部件由如下组成的塑料组合物制成：
a)30-90wt％的热塑性聚合物；
b)10-70wt％的导热材料；
c)0-50wt％的添加剂，
其中，(a)、(b)和(c)的wt％是相对于塑料组合物的总重，(a)、(b)和(c)的总和为100wt％。
更优选地，塑料组合物由如下组成：
a)30-90wt％的热塑性聚合物，
b)10-70wt％的导热材料，其中的至少50wt％由重量比介于5：1和1：5之间的玻璃纤维和氮化硼组成；以及
c)(i)0-40wt％的非传导性填料和/或非传导性纤维，和
(ii)0-10wt％的其它添加剂，
其中，(a)、(b)、(c)(i)和(c)(ii)的wt％是相对于塑料组合物的总重，(a)、(b)、(c)(i)和(c)(ii)的总和为100wt％。
还要更优选地，塑料组合物由如下组成：
a)30-90wt％的熔点为至少200℃的半结晶聚酰胺，
b)10-70wt％的导热材料，其中的至少50wt％由重量比介于5：1和1：5之间的玻璃纤维和石墨组成；以及
c)(i)0-20wt％的非传导性填料和/或非传导性纤维，和
(ii)0-5wt％的其它添加剂，
其中，(a)、(b)、(c)(i)和(c)(ii)的wt％是相对于塑料组合物的总重，(a)、(b)、(c)(i)和(c)(ii)的总和为100wt％。
用于本发明的导热塑料组合物可以由任何适于制备塑料组合物的方法来制成，所述方法包括塑料组合物制造领域中普通技术人员已知常规用于混合应用的方法。
导热塑料组合物适于由这样的方法制成，所述方法中，导热材料与非传导性聚合物基质紧密混合，从而形成导热组合物。加载导热材料使聚合物组合物具有导热性。如果需要，混合物可以包含一种或多种其它添加剂。可以采用本领域已知的技术制备混合物。优选地，将各成分在低剪切条件下混合，从而避免导热填料的结构受损。
本发明的壳体可由导热塑料组合物通过任何适于制造模制塑料部件的方法制成，所述方法包括模制塑料组合物制造领域中普通技术人员已知的常规方法。
可以采用熔融挤出、注射模制、浇铸或其它适当的方法将聚合物组合物模制成壳体的部件。特别优选的是注射模制方法。该方法通常包括，将组合物小球加载到加料斗里。加料斗中的小球通过漏斗进入挤出机，其中，小球被加热，然后形成熔融组合物。挤出机将熔融的组合物加入含有注射柱塞(injection piston)的腔中。柱塞迫使熔融组合物进入模具。通常，模具含有两个模制部分，它们以使得模腔位于上述两个部分之间的方式排列在一起。将材料在高压下保持在模具中直到其冷却。然后从模具中取出成型的部件。
优选地，壳体部件由含有导热纤维和导热填料的导热塑料组合物通过注射模制工艺制成。
而且，本发明的壳体优选是净形成型模制的。这意味着注射物的最终形状由模制部分的形状决定。不需额外的工艺或加工来制成最终形状的壳体。这种模制方法能够使散热元件直接嵌入壳体。
本发明还涉及上述本发明或其任意优选实施方式的照明装备在汽车灯组件中或者在办公楼中的用途。所述汽车灯组件优选用于汽车外部照明，例如用于前部照明或后部照明。

Claims (16)

1.一种照明装备或光发生器，其包括具有冷却翅片并且容纳光源和用于驱动所述光源的驱动电子装置的壳体，其特征在于，所述冷却翅片由塑料组合物制成，所述塑料组合物包含聚合物和分散在所述聚合物中的导热材料，所述塑料组合物具有至少2.0W/m·K的方向平均热导率。
2.如权利要求1所述的照明装备，其中，所述方向平均热导率为2.0-15W/m·K。
3.如权利要求1或2所述的照明装备，其中，所述光源由被安装在金属芯印刷电路板(MC-PCB)上的LED组成。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的照明装备，其中，所述壳体包括金属护罩，所述金属护罩具有朝着所述驱动电子装置定向的第一表面以及朝向所述冷却翅片的第二表面，并且其中所述金属板和所述冷却翅片处于直接导热接触。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的照明装备，其中，所述冷却翅片构成包含塑料护罩的塑料体细长元件，所述塑料护罩具有所述细长元件从其伸出的表面。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的照明装备，其中，所述塑料体是由方向平均热导率大于20W/m.K的塑料组合物制成的一体化模制部件。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的照明装备，其中，所述塑料体是2K模制部件，其包括由方向平均热导率大于20W/m·K的第一塑料组合物制成的层和由方向平均热导率为2.0-20W/m.K的第二塑料组合物制成的翅片。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的照明装备，其中，所述照明装备容纳电源装置的部件和由电绝缘材料制成的电绝缘塑料护罩，从而所述电绝缘护罩位于所述电源装置和所述壳体之间。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的照明装备，其中，所述金属板或一体化模制部件与所述光源通过导热电绝缘材料连接。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的照明装备，其中，所述冷却翅片由穿面传导率在1-10W/mK范围内的热塑性材料制成，并且所述冷却翅片具有其中H/T比为至少3：1的高度(H)和厚度(T)尺寸。
11.一种用于照明装备的壳体，所述壳体具有冷却翅片，并且适于容纳光源和用于驱动所述光源的驱动电子装置，其特征在于，所述冷却翅片由方向平均热导率为至少2.0W/mK的塑料组合物制成。
12.如权利要求11所述的壳体，其中，所述壳体为权利要求1-10中任意一项所述的壳体。
13.一种组装照明装备的方法，所述方法包括组装光源、用于驱动所述光源的驱动电子装置、电源装置和塑料部件以及可选的金属护罩和/或电绝缘塑料护罩，所述塑料部件由方向平均热导率为至少2.0W/mK的塑料组合物制成并且包含具有细长元件从其伸出的表面的塑料护罩，使得所述塑料部件构成壳体或其部件，容纳所述光源和所述驱动电子装置。
14.如权利要求13所述的方法，其中，具有内表面和外表面的所述金属护罩被定位成使得所述内表面朝着所述驱动电子装置定向，并且所述外表面以与所述塑料部件的与细长元件从其伸出的所述表面相反的表面导热接触的方式固定。
15.如权利要求13或14的方法，其中，所述照明装备是权利要求1-10中任意一项所述的照明装备。
16.如权利要求1-10中任意一项所述的照明装备在汽车灯组件或办公楼中的用途。
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