CN102893073B - 带有双重漫射器的led模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED模块(7)，其具有：至少一个安装在载体上的LED芯片(20，21)；第一漫射元件(10)，其以漫射的方式散射所述至少一个LED芯片(20，21)的光，以及第二漫射元件(8)，当在光辐射方向上观看时其在第一漫射元件(10)之外并且与第一漫射元件分离，优选地形成气隙。

Description

带有双重漫射器的LED模块

技术领域

本发明涉及一种LED模块，其例如可被用在设计成卤素灯或白炽灯的替代品的改型LED灯中。

背景技术

越来越多地应用LED灯用于照明。LED灯由于其高发光效率及其耐久性而出众。此外，由于其极其小的尺寸，可非常灵活地应用LED灯。LED大多被制成LED模块。在此，设想由至少一个蓝色LED构成的LED模块，其通过布置在LED上的波长转换器件而产生白光。借助于RGB-LED模块可产生任意的颜色，其中，可通过对单个颜色通道的PWM操控实现调光。

可通过所谓的改型LED灯的形式应用LED灯。在此，该LED灯具有例如传统的白炽灯的形状和功能，然而其中，其作为照明器件包括一个或多个LED或一个或多个LED模块。为了适应供给电流，该改型LED灯还具有合适的驱动电路，其基于例如通过管座被输送的电网电压使供给电流与LED的运行条件相匹配。由此，该LED改型白炽灯与传统的白炽灯一样可被旋入通常的灯座中并且可借助于被输送的电网电流运行。

同时，对于将LED芯片集成到共同的载体上的LED模块出现的问题为，必须尽可能均匀地混合由至少两个(或更多个)带有不同辐射光谱的LED芯片的放射光，以用于产生带有可调整的色温的白光。

用于光混合的已知光学元件为漫射器、透镜、反射器等及其组合。

同时应用例如作为带有所提出的解决方案的LED灯的上部件的漫射器产生的问题为，在被构造成漫射器的上部件的边缘区域中可得到负面的遮蔽效应(Abschattungseffekt)。换句话说，当以人眼观察被构造成漫射器的上部件的该边缘区域时，不利地可出现这样的情况，即看不到至少两个LED芯片的混合光谱，而是以背后发光的灯罩的形式可看到局部地分离的光谱或颜色。

发明内容

为了补救该问题，本发明总地提出，提供一种带有初级漫射元件和用作为次级漫射元件的上部件的至少双层构造的漫射元件。

当在本文的范围中参考例如构造成蜡烛式的改型LED灯元件而描述本发明时，明显地，本发明也可普遍地用于LED模块，尤其地用于这种、在其中带有不同放射光谱的至少两个LED芯片被布置在相同平面上的LED模块。该解决方案可被集成在LED光源中，例如在顶棚光源、点光源或餐桌光源中。

因此，本发明的目的为，提出带有辐射特性的改进颜色均匀性的LED模块。

根据本发明，该目的通过独立权利要求所述的特征实现。从属权利要求示出了本发明的有利的改进方案。

本发明的一个方面提供这样的LED模块，即其具有：

-至少一个安装在载体上的LED芯片，

-第一(“初级”)漫射元件，其以漫射的方式散射至少一个LED芯片的光，以及

-第二(“次级”)漫射元件，其在光辐射方向上观看在第一漫射元件之外并且优选地在形成气隙的情况下与该第一漫射元件分离。

该LED模块可具有带有不同放射光谱的至少两个LED芯片。

在此可利用颜色转换器件遮盖至少一个LED芯片。

至少一个LED芯片可在发光物质转换的情况下产生白色、白绿色或绿色光。

至少一个LED芯片产生单色的、例如在红色光谱中的光。

漫射元件中的一个或两个可由塑料材料和/或玻璃制成。

第一漫射元件可构造成罩形。

可如此构造该第一漫射元件，即，该罩的边缘区域至少侧向地完全包围一个或多个LED芯片。

该第一漫射元件的壁厚在该至少一个LED芯片之上的区域中比在罩形的漫射元件的边缘区域中更小，该边缘区域以漫射的方式散射该至少一个LED芯片的侧向放射的光。

该第一漫射元件可安装在LED载体上或安装在布置在LED载体之下的元件上，该元件优选地构造成散热的。

该第一漫射元件可机械地，例如通过卡入装配。

该第一漫射元件可在形成气隙的情况下与至少一个LED芯片间隔开。

该第一漫射元件可与该LED芯片间隔至少1mm，优选地至少2mm。

漫射元件中的一个或两个可具有均匀的或不均匀的壁厚，在0.1mm和5mm之间，优选地在1mm和3mm之间。

该第一漫射元件可与用于该至少一个LED芯片的载体的侧面重叠。

第一漫射元件可具有颜色转换器件(“远程颜色转换”)，该颜色转换器件替代颜色转换层可直接位于LED芯片的一个或多个的上面，或者所述颜色转换器件和颜色转换层二者可都直接位于LED芯片的一个或多个的上面。

本发明涉及一种LED灯，其具有以上所述类型的LED模块。

在此，本发明尤其地涉及一种改型LED灯，其具有用于卤素灯或白炽灯的灯座以及以上所述类型的LED模块。

附图说明

现在，参考附图解释本发明的其它优点、特性和特征。附图中：

图1a以分解视图显示了改型LED灯的根据本发明的实施形式，

图1b以装配的方式显示了图1a所示的实施形式，以及

图2和3显示了根据本发明的初级漫射器的其它实施例。

具体实施方式

图1a和1b显示了根据本发明的带有LED模块7的LED灯的实施形式。

在此，该LED灯为用于插入传统的灯插座中的改型LED灯1。为此，灯泡1具有传统的例如带有E14、E17或E27螺纹的管座2。备选地，也可设想设计用于低压联接的管座，例如G4、G5或G6销式管座。同样可设想BA9或BA15插入式管座。

当通过相应的灯座给该改型LED灯1提供电网交变电压或低压电压时，需要电流匹配以用于LED模块7的正确的运行。为此，灯泡具有驱动电路5。该驱动电路5可具有任意可设想用于其应用的操控电路，例如从现有技术中已知该操控电路。因此，例如可设想用于整流电网交变电压的AC-DC转换器。有利地，在其后联接有DC-DC转换器或其它转换器，其减小电压或电流或功率。在此，可应用借助于脉宽调制(PWM)通断的开关。也可设想联接在其后的例如借助于晶体管电路的限流电路。

LED模块7可具有一个或多个LED和/或OLED。在此，尤其地可应用发光物质转换的蓝色LED、RGB-LED模块或其可设想的组合。发光物质转换的LED尤其地可为至少一个这样的蓝色LED，即，在其中通过颜色转换器件(例如发光物质)将被射出的蓝光的一部分转换成黄色、黄绿色光。也可设想应用发光物质转换的绿色和/或白绿色LED。附加地，优选地还应用一个或多个红色LED(或其它单色的LED)，其导致更高的颜色反映值(Farbwiedergabewert)并且发出更暖的光。在此，该红色LED可分离于发光物质转换的蓝色LED而布置，或者其也可位于该蓝色LED旁边，从而其射出的红色光的一部分同样被发光物质转换。

该LED模块可被实现为COB(“板上芯片(Chip-on-Board)”)模块。

可利用构造成球冠形(例如球顶)的填料遮盖LED芯片20、21。

现在，根据本发明，LED模块7位于冷却体组件的内部层上。由此，该LED模块和内部层6以面的方式相连接。在此，该内部层在LED模块贴靠在其中的区域中尽可能为平的，由此该内部层和LED模块具有尽可能大的接触面，也就是说，其以整面的方式相连接。在此，该内部层可由上部件6和下部件4组成。由此，该内部层可至少部分地包围驱动电路5。有利地，下部件4具有在下侧上的孔，由此该驱动电路可伸出或者建立与电流供给部电接触的导体可穿过该孔伸出。上部件6此外具有向外弯出的形状，从而在其内侧上得到足够用于驱动电路的空间。在其外侧上、优选地在弯出部的中心中，其具有平的区域，LED模块7安装在该区域上。因此，上部件6可具有在其上侧上被展平的几乎半球形的形状。

上部件6和下部件4尽可能以面的方式相连接，并且因此具有在部件之间的热传递以及强机械固定。为此，作为连接部可使用插接式接头、螺纹或线性的、锥形的或成阶梯形的连接。同样可设想，以卡入的方式将一个部件接合到另一个中。此外，通过内部层的该两件式的实施方案可更轻易地进行LED模块7在该内部层上的安装，因为为此可与下侧分离地使用上侧，也可更轻易地插入驱动电路。该上侧6可附加地在LED模块的区域中具有光学器件，例如LED模块被安装在其中的空腔。然而在此有利的是，所产生的光可大角度地离开。

该内部层由导电材料制成，例如金属(例如铝)或塑料。由此，该内部层同样具有高的导热性。

此外，冷却体组件具有外部层，其包围该内部层，其中，该外部层具有尽可能大的表面积。同样，该层由上部件8和下部件3组成。其优选地可通过螺纹相连接，其中，由此通过在这两个部件之间的大共同表面保证高机械固定性以及高热传递性。优选地，该外部层由不导电的材料例如塑料或至少由几乎不导电的材料制成，该材料具有绝缘性能。此外，与内部层相比该外部层具有更小的导热能力。

由此得到的有利效果为，来自热源的，即来自LED模块的以及同样来自驱动电路的热量借助于内部层快速地被导出并且之后由外部层吸收。为了该目的，内部层和外部层至少部分地彼此齐平贴靠。在图1b的实施例中对于两个下部件4和3为这种情况。由此，两个层具有尽可能大的彼此贴靠的表面，并且由此保证在这两个层之间尽可能大的热传递。为此，同样使这两个下部件4和3这样成形，即，其尽可能无气隙地彼此贴靠。其例如可具有带有小公差的锥形形状。同样可设想，为了提高外部层和内部层的彼此贴靠的表面积，这些层具有彼此相应的、彼此作用的结构，例如肋部或波浪。

在内部层和外部层的上部件6和8之间存在LED模块7位于其中的空间。该空间可具有光学的器件，例如透镜10。此外可能的是，例如利用透明材料至少部分地填充该空间，从而同样可实现在两个上部件之间的散热。

外部层的下部件如此与灯管座2相连接，即，这两个部件具有大的共同表面。由此保证在外部层和灯管座之间高的热传递。

此外，该外部层至少部分地，尤其地在上部件8的区域中为半透明的或透明的，从而由LED模块7产生的光由此射出。此外该上部件8可具有与透镜、漫射颗粒或类似物相同的光学特性。

下部件3的厚度为至少100μm，优选地为至少200μm，且更优选地为至少500μm，然而最优选地为至少1000μm。

在内部层和驱动电路之间可存在间隙。可利用空气填充该间隙。也可设想，利用填料填充该间隙。在此，该填料也可建立冷却组件的所有部件、灯管座2以及驱动电路的连接。由此有利于在部件之间的机械固定以及热传递。

也可通过以下方式建立在内部层和外部层之间的接触，即，该内部层表示在通过模制方法制造的外部层中的金属嵌入件。在此，通过标准方法产生机械固定，例如在金属嵌入件中的肋部或空腔。该外部层和金属嵌入件即内部层也可借助于连接器件，例如胶、润滑脂、粘合剂或弹性体相连接。也可设想使用塑料嵌入件。

内部层可在其内表面上至少部分地具有附加的第三层。该第三层具有绝缘的特性。由此还可保护驱动电路防止短路。在此可设想，该绝缘层在LED模块之下的区域中具有凹口，从而可通过内部导电层建立在驱动电路和LED模块之间的电连接。然而也可设想，该第三层被构造成连续的，并且内部层以及第三层在LED模块的区域中被钻孔以用于其与导体的接触。

如在图1a和1b中示意性地显示的那样，LED模块7可具有电路板30，在其上安装有至少两个LED芯片20、21。在此，该LED芯片20、21优选发射带有不同光谱的光。例如，LED芯片20可在发光材料转换的情况下发射白光，而该LED芯片21例如可在红色的区域中发射单色的光。在此，一种特别的实施形式涉及，通过相应地独立地操控带有不同光谱的LED芯片20、21可调整LED灯的混合光谱，例如白光的色温。

由于LED芯片20、21布置在共同的电路板30上或基本布置在相同的水平面上，同时出现的问题为，在被构造成漫射器的上部件8的边缘区域中可得到负面的屏蔽效应。换句话说，当利用人眼观察该被构造成漫射器的上部件8的该边缘区域40时，不利地可出现这样的情况，即，不可看到两个LED芯片20，21的混合光谱，而是以背后发光的灯罩的形式可看到局部地分离的光谱或颜色。

为了弥补该问题，本发明总地提出，提供带有初级漫射元件10和用作为次级漫射元件的上部件8的至少双层构造的漫射元件。当在本描述的范围中参考例如被构造成蜡烛式的改型LED灯元件描述本发明时，还可得到的是，本发明也可普遍地用于LED模块，尤其地用于这种、在其中布置在相同平面上的带有不同放射光谱的至少两个LED芯片的LED模块。

如可在图1a中看到的那样，初级漫射元件10罩形地包围LED芯片20、21。在此，该初级漫射元件10可为成圆形的罩(例如带有U形的或箱形的横截面)。

如可在图1a和1b中看出的那样，在此，该罩形的初级漫射元件10如此构造，即，该罩的边缘区域至少侧向地完全包围LED芯片20、21。在所示出的图1a、1b的示例中，该罩形的初级漫射元件10甚至还可被继续向下拉，即，被安装到散热体6上，另一方面在散热体6上以热接触的方式安装有LED模块7的电路板30。

不仅上部件8而且初级漫射元件10可由塑料材料制成，例如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯或其共聚物。该漫射元件可包含塑料颗粒，其中，参考标号优选地不表示颗粒芯和颗粒壳。该塑料颗粒可被分布在聚合物基质中。

这两个漫射元件也可由玻璃或玻璃塑料混合物制成。

优选地，该次级漫射元件(上部件)8在形成气隙的情况下以例如至少1mm、优选地至少3mm的平均最小间距与初级漫射元件10间隔开。

该初级漫射元件和次级漫射元件可被制成集成的外观为双层的件。

另一方面，初级漫射元件10优选地以均匀或不均匀的至少1mm、更为优选地至少2mm、进而优选地在形成气隙(利用气体的介质填充的间隙)的情况下与相应的随后LED芯片20、21间隔开。

初级漫射元件10和/或作为次级漫射器作用的上部件8的壁厚可分别为均匀的或非均匀的。该均匀的或不均匀的壁厚可在0.1mm和5mm之间，优选地在1mm和3mm之间。

在初级漫射元件10方面，例如初级漫射元件10的位于LED芯片20、21之上的区域50可具有相对于罩形的初级漫射元件10的区域60减小的壁厚。

该初级漫射元件10可机械地安装在载体上，例如同样在LED模块7的电路板30上(通过夹子、卡锁部或胶等)。

如在图2中可看出的那样，与在图1a、1b中的初级漫射元件的箱形状不同地，初级漫射元件11也可被构造成球冠形。

在图3中显示了这样的实施例，即，在其中该初级漫射元件12直接被布置在LED模块7的电路板30上并且也载有LED芯片20，21。

因此，通过初级漫射元件7、11、12以漫射的方式散射LED芯片20、21的光。由于在已装配的LED灯中人眼不可直接看向初级漫射元件10、11、12，而是仅仅可看到上部件8形式的位于外部的次级漫射元件，有利地不再可感觉到颜色分离。由此，在直接观察次级漫射元件8的边缘区域40时，人眼也可看到LED芯片20、21的混合光谱，但是不可看到空间上分离的颜色效果。

该第一漫射元件可具有颜色转换器件(“远程颜色转换”)，该颜色转换器件替代颜色转换层直接即没有气隙地在LED芯片20、21的一个或多个的上面，或者所述颜色转换器件和颜色转换层二者都直接即没有气隙地在LED芯片20、21的一个或多个的上面。

Claims (20)

1.一种LED模块，其具有：

-至少一个安装在载体上的LED芯片，

-第一漫射元件，其以漫射的方式散射所述至少一个LED芯片的光，以及

-第二漫射元件，当在光辐射方向上观看时所述第二漫射元件在所述第一漫射元件之外并且与所述第一漫射元件分离，

其中，所述LED模块带有不同放射光谱的至少两个LED芯片，

利用颜色转换器件遮盖所述至少一个LED芯片，

所述第一漫射元件具有不均匀的壁厚，

所述第一漫射元件的壁厚在所述至少一个LED芯片之上的区域中比在构造成罩形的所述第一漫射元件的边缘区域中更小，所述边缘区域以漫射的方式散射所述至少一个LED芯片侧向地放射的光，以及

所述第一漫射元件(10)以不均匀的距离与相应的随后LED芯片(20、21)间隔开。

2.根据权利要求1所述的LED模块，其特征在于，所述LED芯片在发光物质转换的情况下产生白色、白绿色或绿色光。

3.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述至少一个LED芯片产生单色的光。

4.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述漫射元件中的一个或两个由塑料材料和/或玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的LED模块，其特征在于，如此构造所述第一漫射元件，即，所构成的罩的边缘区域至少侧向地完全包围所述LED芯片。

6.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件安装在LED载体上或安装在布置在LED载体之下的元件上。

7.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件机械地装配。

8.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件在形成气隙的情况下与所述至少一个LED芯片间隔开。

9.根据权利要求8所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件与所述LED芯片间隔至少1mm。

10.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述第二漫射元件具有均匀的或不均匀的壁厚，壁厚在0.1mm和5mm之间。

11.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件与用于所述至少一个LED芯片的载体的侧面重叠。

12.根据权利要求1或2所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件具有颜色转换器件，所述颜色转换器件替代颜色转换层直接位于所述LED芯片的一个或多个的上面，或者所述颜色转换器件和颜色转换层二者都直接位于所述LED芯片的一个或多个的上面。

13.根据权利要求1所述的LED模块，其特征在于，所述第二漫射元件在形成气隙的情况下与所述第一漫射元件分离。

14.根据权利要求3所述的LED模块，其特征在于，所述至少一个LED芯片产生在红色光谱中的光。

15.根据权利要求6所述的LED模块，其特征在于，所述布置在LED载体之下的元件构造成散热的。

16.根据权利要求7所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件通过卡入装配。

17.根据权利要求9所述的LED模块，其特征在于，所述第一漫射元件与所述LED芯片间隔至少2mm。

18.根据权利要求10所述的LED模块，其特征在于，所述壁厚在1mm和3mm之间。

19.一种LED灯，其具有根据权利要求1至18中任一项所述的LED模块。

20.一种改型LED灯，其具有用于卤素灯或白炽灯的灯座以及根据权利要求1至18中任一项所述的LED模块。