CN101680605A - 发光器件 - Google Patents

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CN101680605A CN200880011858A CN200880011858A CN101680605A CN 101680605 A CN101680605 A CN 101680605A CN 200880011858 A CN200880011858 A CN 200880011858A CN 200880011858 A CN200880011858 A CN 200880011858A CN 101680605 A CN101680605 A CN 101680605A
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G·迪亚曼蒂迪斯
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NOCTRON SOPARFI SA
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NOCTRON HOLDING (LU) SA
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Abstract

本发明涉及一种具有灯管(14)的发光器件(10)。该灯管(14)具有灯管轴线(20)和由可透光材料制成的灯管壁(16)，该灯管壁至少部分地界定了灯管(14)的内腔(22)。第一接触元件(24)和第二接触元件(26)可被施加电压，并布置在灯管(14)的内腔(22)中。至少一个在施加有电压时发光的半导体光芯片(28，28’)与该第一和第二接触元件(24，26)连接。灯管壁(16)在外部与对流冷却结构(36，44)导热地连接。

Description

发光器件
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的发光器件。
背景技术
在这种发光器件的工作中，半导体发光芯片发热，所以必须将热从该半导体发光芯片中散出，以避免过热的危险，该过热的可能的后果是发光器件完全损坏。
发明内容
因此，本发明的目的在于，实现一种开头所述类型的发光器件，在该发光器件中保证了半导体发光芯片或灯管/灯泡的可靠的散热。
该目的通过一种开头所述类型的发光器件这样实现，使得灯管壁/灯泡壁在外部导热地与一对流冷却结构连接。
对流冷却结构吸收由半导体发光芯片产生的热并将热向外导出。在这种情况下，该对流冷却结构首先自己发热。此热量被传递给该对流冷却结构的周围环境，大多数是空气。随后，所述这样被加热的空气从该对流冷却结构向上流走，其中较冷的外界空气随后流入，这导致了从该对流冷却结构向周围环境的均匀的热传递。
在从属权利要求中给出有利的改进方案。
根据权利要求2和3的对流冷却结构的设计方案实现了对流冷却结构的大的表面积，由此改善了向周围环境的热传递。
形成至少一个如权利要求4或5给出的散热片是有利的。
根据发光器件的使用场所，至少一个散热片如权利要求6描述的那样延伸是有利的。
当对流冷却结构如权利要求7描述的那样设计时，实现了对流冷却结构的对许多应用来说有利的均匀的外部轮廓。
通过根据权利要求8的对流冷却结构的可选的设计方案，可使发光体以其形状个体地匹配特定的使用环境。
有利的是，散热片具有一如权利要求10所述的、相对于灯管的灯管轴线的径向伸展长度。
为实现尽可能大的表面积以用于通过对流冷却结构进行令人满意的热传递，有利的是，该对流冷却结构包括在权利要求11中描述的数目的散热片。
在此，有利的是，散热片具有如权利要求12中所述的厚度。
当至少一个散热片由权利要求13中所述的材料制成时，这种散热片也用作光导体，由此可影响发光器件的放射特性。通过根据权利要求14的措施，可补充地调节发光器件的发光效应。
通过根据权利要求15和16的措施，实现了从半导体发光芯片通过发光器件的内腔向外至对流冷却结构的良好的散热。
如果由半导体发光芯片发出的光的波长与所期望的波长不一致，则可通过根据权利要求17的措施对该由半导体发光芯片发出的光的波长进行调节。荧光体颗粒吸收射到其上的辐射，并至少以另一波长发射辐射。在合适地选择荧光体颗粒或荧光体颗粒混合物的情况下，由半导体发光芯片发出的辐射也可转化为具有不同光谱的辐射。
通过根据权利要求18的措施能以简单的方式保证荧光体颗粒的均匀分布。通过根据权利要求19和20的措施，补充地可靠保证了从半导体发光芯片经由第一接触元件的散热。
根据权利要求21的措施确保了发光器件可与标准化的灯座共同工作。
附图说明
下面借助附图进一步对实施例加以说明。在附图中示出了：
图1是具有一灯管的发光体的侧视图，该灯管支承一对流冷却结构；
图2是图1的发光体从上方看的视图；
图3示出了图2的发光体沿着图2的剖切线剖开的剖面；
图4示出了具有改变了的对流冷却结构的发光体的、对应于图3的剖面；
图5示出了具有另一改变了的对流冷却结构的发光体的、对应于图3的剖面；
图6示出了具有又一改变了的对流冷却结构的发光体的、对应于图3的剖面；
图7示出了具有另一改变了的对流冷却结构的发光体的、对应于图3的剖面；
图8示出了具有又一改变了的对流冷却结构的发光体的、对应于图3的剖面；
图9示出了具有一对流冷却结构的发光体的、对应于图3的剖面，该对流冷却结构与图5中示出的对流冷却结构相当，其中该发光体包括两个半导体发光芯片；
图10是具有对流冷却结构的另一实施例的发光体的侧视图；
图11是图10的发光体从上方看的视图；
图12是具有另一改变了的对流冷却结构的发光体的、对应于图11的视图；以及
图13是具有又一改变了的对流冷却结构的发光体的侧视图。
具体实施方式
图1至图3示出一具有连接灯头12的发光体10，该连接灯头示出为标准化的爱迪生螺旋灯头。也可设置其它的标准化的连接灯头，如卡口灯头、插式灯头、楔形灯头等。
连接灯头12支承有一由可透光材料例如环氧树脂或玻璃制成的、形成为空心圆柱体的灯管14，该灯管具有周向壁16和端壁18。灯管14在其邻近连接灯头12的端部是开口的。灯管14的灯管轴线20在图1中以虚线示出。灯管14的周向壁16和端壁18连同连接灯头12一起界定了灯管14的内腔22。
如尤其可从图3的剖面图中看到的，在灯管14的内腔22中延伸有第一馈电线24以及第二馈电线26，该第一馈电线24以及第二馈电线26局部地在连接灯头12的看不到的内部延伸，并与连接灯头12的、在这里未特意用附图标记标识出的、本身已知的外部的连接区域导电地连接。
馈电线24和26在灯管14的内腔22中触点接通一半导体发光芯片28。为此，该半导体发光芯片具有第一接触面30和第二接触面32，它们分别与发光体10的第一馈电线24和第二馈电线26连接。
如其本身已知的，半导体发光芯片28可例如包括由n-GaN或n-InGaN制成的n型层，以及由III-V型半导体材料如p-GaN制成的p型层。在这样的n型层和这样的p型层之间可布置有一MQW层。MQW是“MultipleQuantum Well(多量子阱)”的缩写。MQW材料为超晶格，所述超晶格具有一根据超晶格结构改变的电子能带结构并相应地在不同波长时发射光。通过选择MQW层可影响由pn型半导体发光芯片28发出的辐射的光谱。
灯管14的内腔22由硅油34形式的导热液体填充，所述硅油34在附图中以圆圈的形式表示。通过硅油34将由半导体发光芯片28产生的热导出至灯管14的周向壁16，并进而导出至在外部与该周向壁16导热连接的对流冷却结构36，对该对流冷却结构还要进一步地说明。
在施加有电压时，由p-GaN/n-InGaN制成的半导体发光芯片28放射出紫外光以及在420nm至480nm波长范围内的蓝光。为利用该半导体发光芯片28得到发出白光的发光体10，在硅油34中均匀地分布有荧光体颗粒38，该荧光体颗粒由具有色心的透明固体材料制成。为将由半导体发光芯片28发出的紫外光和蓝光转变为白光，使用三种类型的荧光体颗粒38，这三种类型的荧光体颗粒部分地吸收紫外光和蓝光，而本身发射黄光和红光。如果希望的话，还可额外地混入发射蓝光的荧光体颗粒。荧光体颗粒38在附图中表示为比那些代表硅油34的圆圈小的圆圈。
可选地，荧光体颗粒也可涂覆在灯管14的内壁上。
对流冷却结构36起被动散热体的作用，并在图1到图3所示的实施例中包括多个彼此间隔开布置的散热片，这些散热片分别以附图标记40附加连续的小写字母来标注。散热片40具有中心通孔42，其中在图2中可看到散热片40a的通孔42a。散热片40设计为环形盘，其中发光体10的灯管14在散热片40的各个通孔42中延伸。灯管的周向壁16可与各个散热片40一体地连接。然而，该周向壁16也可借助导热的粘接剂与各个散热片40粘接。
在图1到图3所示的实施例中，散热片40的相对于灯管14的灯管轴线20的径向伸展长度对于所有散热片40来说大小相同，从而使对流冷却结构36的外部净轮廓是圆柱体。
在图4、5、6、7和8中示出了各种发光体10，其中这些发光体的区别仅在于它们分别具有变化了的对流冷却结构36。在图4、5、6、7和8中，与图1至图3中的部件相应的部件具有如图1至图3中同样的附图标记。
在如图4和图5所示的变化了的对流冷却结构36中，多个散热片40的相对于灯管14的灯管轴线20的各个径向伸展长度大小不同。
在如图6所示的发光体10的对流冷却结构36的实施例中，散热片40的相对于灯管14的灯管轴线20的径向伸展长度在灯管轴线20的朝向连接灯头12的方向上逐渐变大。根据图6的对流冷却结构36的外部净轮廓相当于锥体。在从灯管14朝向连接灯头12的方向上观察，距连接灯头12较近的散热片40的相对于灯管14的灯管轴线20的径向伸展长度大于与该散热片紧相邻的、然而离连接灯头12较远的散热片40的相应伸展长度，例如参见图6中的散热片40e和40f。
在如图7和图8所示的对流冷却结构36的两种另外的实施例中，与在图1至图6中示出的对流冷却结构36的实施例不同，散热片40不是基本上沿着灯管14的整个纵向伸展长度布置，而是仅在其部分区域上布置。在根据图7的对流冷却结构36的实施例中，灯管14的支承对流冷却结构36的区域与连接灯头12相邻。与此相对，在根据图8的对流冷却结构36的实施例中，灯管14的具有散热片40的区域与灯管14的端壁18相邻。
图9示出一变化了的发光体10，在该发光体中设置有两个串联的半导体发光芯片28、28’。在另一个变化方案中，也可在灯管14的内腔22中设置两个以上的半导体发光芯片28、28’。也可考虑使多个半导体发光芯片28、28’并联。
在如图1至图9所示的对流冷却结构36的不同的实施例中，散热片40分别与灯管14的灯管轴线22呈90°角布置。
在图10、11、12和13中示出了各种发光体10，这些发光体与图1至图9中示出的发光体10的区别仅在于它们分别具有变化了的对流冷却结构44。在图10、11、12和13中，与图1至图9中的部件相应的部件具有如图1至图9中同样的附图标记。
除了未示出的可能性——即散热片40以大于0°、小于90°的角度，也就是说倾斜于灯管14的灯管轴线22地布置——之外，图10示出一对流冷却结构44，在该对流冷却结构中，散热片46平行于灯管14的灯管轴线22如此布置，使得散热片46从灯管14的周向壁16开始径向伸出并分别在灯管14的灯管轴线22所在的一平面内延伸。这些散热片46不是设计为环形盘，而是设计为从上面看为布置成放射状的冷却壁/散热板。此外，散热片46附加/配备有连续的小写字母。
散热片46的放射状的布置在图11的俯视图中可很好地看出。在图10和11示出的对流冷却结构44中，散热片46的相对于灯管14的灯管轴线20的径向伸展长度大小相同。然而，在对流冷却结构44中也可如在如图4至图8所示的对流冷却结构36的实施例中那样，多个散热片46的相对于灯管14的灯管轴线20的径向伸展长度大小不同。
在根据图12的对流冷却结构44的实施例中，这通过以虚线表示的在径向上位于外部的端部区域46’来表示。此外，从该图还可看出，也可设置比图10和11中示出的多的散热片46。这通过另外的以虚线表示的散热片来表示，然而这些散热片没有特意配上附图标记。
在根据图10至12的对流冷却结构44的实施例中，散热片46的在径向上位于外部的边缘分别平行于灯管14的灯管轴线20延伸。
图13示出了对流冷却结构44的另一变化方案。在该图中，多个在灯管14的周向方向上顺续布置的散热片46的相对于灯管14的灯管轴线20的径向伸展长度在灯管14的灯管轴线20的朝向连接灯头12的方向上逐渐变大。换言之，每个散热片46的外边缘倾斜于灯管14的灯管轴线20地延伸。
下面的说明同样适用于所有在图1至13中示出的实施例。
散热片的相对于灯管14的灯管轴线20的径向伸展长度在5.0mm和500.0mm之间，优选在10.0mm和250.0mm之间，优选在100.0mm和200.0mm之间，特别优选为150.0mm。不言而喻，灯管14的直径必须分别与散热片40或46的所选的径向延伸长度相匹配。
在对流冷却结构36或44中，分别设置有2到100个、优选20个散热片。为了清楚起见，在附图中仅分别示出少许散热片40或46。
在对流冷却结构36或44中，散热片40或46的厚度在0.5mm和5.0mm之间，优选在1.0mm和3.0mm之间，优选为2.0mm。
散热片40或46由可透光材料、特别是由环氧树脂或玻璃制成。由此，散热片40或46不仅起散热片的作用，还起光导体的作用，由此可赋予各个发光体10特殊的发光特性。这一点还可通过使对流冷却结构36的散热片40或对流冷却结构44的散热片46具有反射表面而额外地加强。
第一和第二馈电线24和26由铜或铝制成。第一馈电线24形成第一电极并具有从1.0mm至3.0mm，尤其是2.0mm的净直径。在图1到图13中第一馈电线24示出为具有矩形横截面，然而也可使用具有圆形横截面的馈电线24。相应地，第二馈电线26相应地形成第二电极，然而其净直径小于第一馈电线24的净直径。第二馈电线26的净直径仅在0.1mm和1.0mm之间。
通过设计得比较厚的第一馈电线24，可从半导体发光芯片28或28’经由该第一馈电线24朝向连接灯头12的方向补充地进行散热。

Claims (21)

1.一种发光器件，具有：
a)具有一灯管轴线(20)的灯管(14)，所述灯管包括由可透光材料制成的灯管壁(16)，所述灯管壁至少部分地界定所述灯管(14)的内腔(22)；
b)第一接触元件(24)和第二接触元件(26)，所述第一接触元件和第二接触元件能被施加电压，并布置在所述灯管(14)的所述内腔(22)中；
c)至少一个半导体发光芯片(28，28’)，所述半导体发光芯片在施加有电压时发出光并与所述第一和第二接触元件(24，26)连接，
其特征在于，
d)所述灯管壁(16)在外部与一对流冷却结构(36，44)导热连接。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述对流冷却结构(36，44)包括至少一个散热片(40，46)，所述至少一个散热片从所述灯管壁(16)径向向外伸出。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其特征在于，所述对流冷却结构(36，44)包括多个散热片(40，46)，所述多个散热片彼此间隔开并从所述灯管壁(16)径向向外伸出。
4.根据权利要求2或3所述的发光器件，其特征在于，至少一个散热片(40，46)在周向方向上围绕所述灯管壁(16)延伸。
5.根据权利要求2到4中的一项所述的发光器件，其特征在于，至少一个散热片(40)设计为环形盘(40)。
6.根据权利要求2到5中的一项所述的发光器件，其特征在于，至少一个散热片(46)在一所述灯管(14)的灯管轴线(20)所在的平面内延伸。
7.根据权利要求2到6中的一项所述的发光器件，其特征在于，所述对流冷却结构(36，44)包括多个散热片(40，46)，所述多个散热片的相对于所述灯管(14)的所述灯管轴线(20)的径向伸展长度大小相同。
8.根据权利要求2到7中的一项所述的发光器件，其特征在于，所述对流冷却结构(36，44)包括多个散热片(40，46)，所述多个散热片的相对于所述灯管(14)的所述灯管轴线(20)的径向伸展长度大小不同。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述多个顺序设置的散热片(40，46)的相对于所述灯管(14)的所述灯管轴线(20)的径向伸展长度在所述灯管(14)的所述灯管轴线(20)的方向上增加。
10.根据权利要求2到9中的一项所述的发光器件，其特征在于，至少一个散热片(40，46)的相对于所述灯管(14)的所述灯管轴线(20)的径向伸展长度在5.0mm和500.0mm之间，优选在10.0mm和250.0mm之间，优选在100.0mm和200.0mm之间，特别优选为150.0mm。
11.根据权利要求2到10中的一项所述的发光器件，其特征在于，所述对流冷却结构(36，44)包括2到100个散热片(40，46)，优选包括20个散热片(40，46)。
12.根据权利要求2到11中的一项所述的发光器件，其特征在于，至少一个散热片(40，46)的厚度在0.5mm和5.0mm之间，优选在1.0mm和3.0mm之间，优选为2.0mm。
13.根据权利要求2到12中的一项所述的发光器件，其特征在于，至少一个散热片(40，46)——优选所有散热片——由可透光材料制成，特别是由环氧树脂或玻璃制成。
14.根据权利要求2到13中的一项所述的发光器件，其特征在于，至少一个散热片(40，46)的外表面是反射表面。
15.根据权利要求1到15中的一项所述的发光器件，其特征在于，所述灯管(14)的所述内腔(22)用导热的液体(34)填充。
16.根据权利要求15所述的发光器件，其特征在于，所述导热的液体(34)是硅油(34)。
17.根据权利要求1到16中的一项所述的发光器件，其特征在于，所述半导体发光芯片(28，28’)至少局部地由基本均匀分布的荧光体颗粒(38)包围，所述荧光体颗粒这样吸收由所述半导体发光芯片(28，28’)发出的光并部分转化为互补光，使得所述发光器件(10)总体基本上发出白光。
18.在引用权利要求15或16的情况下根据权利要求17所述的发光器件，其特征在于，所述荧光体颗粒(38)在所述导热的液体(34)中基本上均匀地分布。
19.根据权利要求1到18中的一项所述的发光器件，其特征在于，所述接触元件(24，26)中的至少一个是电极(24)，尤其是由铜或铝制成的电极(24)。
20.根据权利要求19所述的发光器件，其特征在于，所述第一电极(24)的直径为1.0mm至3.0mm，尤其为2.0mm。
21.根据权利要求1到20中的一项所述的发光器件，其特征在于，所述第一接触元件(24)和所述第二接触元件(26)与连接灯头(12)连接。
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