CN105580500A - 具有衬底本体的照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明设备(1)，具有由塑料材料构成的衬底本体(2)，其中所述衬底本体是能导电的进而其导热能力也得以改进；光电子器件(5)经由电绝缘的覆层(4)与所述衬底本体间隔开地设置在所述衬底本体(2)上，其中所述覆层厚度不大于0.5mm，使得不阻挡到所述衬底本体(2)中的散热。

Description

具有衬底本体的照明设备

技术领域

本发明涉及一种具有衬底本体和光电子器件的照明设备。

背景技术

目前研发的光电子光源相对于传统的白炽灯或者还有荧光灯能够通过改进的能效来表征。术语“光电子器件”和“LED”在本公开文本的范围中涉及一种由半传导的材料构成的、发射辐射的光电子器件，例如涉及一种无机的或者有机的发光二极管。

发明内容

本发明基于如下技术问题：提出一种具有光电子器件的尤其有利的照明设备。

根据本发明，所述目的通过一种具有带有表面的成形的衬底本体和光电子器件的照明设备实现，其中衬底本体在覆层表面区域中设有覆层，所述光电子器件设置在覆层表面区域中，其中衬底本体由衬底本体塑料材料提供，并且所述衬底本体在此是能导电的并且具有至少5W/mK的热导率，并且其中设有由覆层塑料材料构成的覆层并且所述覆层在此是电绝缘的并且具有至多0.5mm的覆层厚度，以便不阻挡从器件到衬底本体中的散热。

根据本发明的照明设备的衬底本体由塑料材料“成形”(详见下文)，也就是说，其例如能够是挤出件或者注塑成型件。相比于金属材料，塑料材料的使用在此例如能够具有如下优点：所述塑料材料简单来说能够更容易地成形。与用于制造金属熔融物相比例如能够耗费更少的能量或者更多的形状样式是可供使用的。另外，塑料材料也能够在成本方面提供优势。

当然，在照明设备运行时会引起损耗功率的耗散，使得器件变热。就此而言，塑料材料的缺点能够在于其相对低的热导率。因此发明人的第一次试验是：通过填充物质提高衬底本体的热导率，所述填充物质应当不影响衬底本体的电绝缘特性。

就此而言例如可以考虑六方氮化硼作为添加物；然而其制造会是耗费的并且其作为填充物质的使用由此是成本密集的，这尤其在批量生产中意味着不可承受的额外成本。

发明人已经确认：另一附加物由此在全局中提供优势，即使其最终需要附加的绝缘覆层。也就是说，能导电的填充物质，例如能导电的、由例如碳构成的填充颗粒被嵌入到衬底本体的塑料材料中。由此能导电的衬底本体(相对于基体材料)在其热特性方面也得以改进并且应具有至少1W/mK的热导率，以如下顺序递增优选地具有至少3W/mK、5W/mK、7W/mK、9W/mK、10W/mK、11W/mK、12W/mK、13W/mK、13W/mK、14W/mK、15W/mK的热导率。

在此存在不同的能导电的填充物质，所述填充物质相对而言例如是可易于制造的或者是广泛的进而能够低成本地获得的，尤其是基于碳的结构。

(至少局部地)设置在衬底本体上的覆层用于器件的电绝缘，使得在所述覆层上例如能够设有用于电接触器件的印制导线结构。覆层厚度相对薄地选择为，使得不阻挡(完全中断)到衬底本体中的散热，而是在理想情况下仅轻微变差。与此相应地，覆层厚度至多为0.5mm，以如下顺序递增优选地为至多0.45mm、0.4mm、0.35mm、0.3mm、0.25mm、0.2mm或0.15mm。

覆层厚度分别沿着到衬底本体表面上的法线(在厚度方向上)并且优选在覆层表面区域之上是恒定的；在其它情况下，“覆层厚度”涉及覆层的在覆层表面区域之上形成的层厚度的平均值。沿垂直于厚度方向的面方向确定覆层的面扩展。

覆层是“电绝缘的”，即例如应具有至少10¹⁰Ω·mm²/m的比电阻，以如下顺序递增优选地为至少10¹¹Ω·mm²/m、10¹²Ω·mm²/m、10¹³Ω·mm²/m或10¹⁴Ω·mm²/m；与此不相关地，可能的上限例如能够为至多10²⁵Ω·mm²/m，以如下顺序递增优选地为至多10²⁴Ω·mm²/m、10²³Ω·mm²/m、10²²Ω·mm²/m、10²¹Ω·mm²/m或10²⁰Ω·mm²/m。

在衬底本体的情况下，“能导电的”另一方面能够具有例如至多10⁶Ω·mm²/m、10⁵Ω·mm²/m、10⁴Ω·mm²/m、10³Ω·mm²/m、10²Ω·mm²/m或10¹Ω·mm²/m的比电阻(可能的下限：5·10^-2Ω·mm²/m或10^-1Ω·mm²/m)。衬底本体的“导电性”涉及所述衬底本体的整体、即涉及体积材料(Volumenmaterial)。

由于根据本发明的衬底本体/覆层组合，能够放弃成本密集的电绝缘的且同时良好导热的填充物质；由于电绝缘的覆层，这在设置/接触器件时不引起任何限制。

通常也能够在衬底本体上设置多个器件，例如至少2、3、4、5、6、7、8、9或10个器件。这样的多个器件随后优选设置在关于面方向连续的、即不中断的覆层上。一个或多个器件“设置”在覆层表面区域中，也就是说，器件的沿着厚度方向落到衬底本体表面上的投影应完全地由覆层覆盖。器件关于厚度方向不是强制性地直接设置在覆层上，而是能够在器件和覆层之间例如也设置有附加的、用于安装器件的面状的层和/或印制导线结构(参见下文)。

作为(衬底本体的和/或覆层的)“塑料材料”，例如能够提供聚丙烯(PP，尤其是辐射交联的)、聚酰胺(例如PA6、PA66、PA10、PA11、PA12)、尤其耐高温的聚酰胺如PPA或PA46、聚酯(例如PBT、PET、PBT/PET、PCT、ABS、ABS/PC)、聚苯硫醚、LCP和/或PEEK。塑料材料尤其能够在衬底本体作为基体材料的情况下提供，填充物质嵌入到所述基体材料中(使得衬底本体变得能导电)。

只要在本公开文本的范围中涉及辐射或光的传播，这显然不应意味着：为了满足所述目标也必须进行相应的传播；照明设备仅应针对相应的传播而设计。术语“辐射”和“光”在本公开文本的范围中同义地使用并且通常例如也能够包括紫外或者红外光；优选地，所述术语涉及光谱的可见范围。

其它优选的设计方案在从属权利要求和接下来的描述中得到，其中此外也不在不同的权利要求类别之间进行详细区分并且本公开文本在照明设备方面而且在其制造或使用方面能够相关地阅读。

一个优选的实施方式涉及通过覆层来覆盖衬底本体表面的程度、即衬底本体表面(总面积)和覆层表面区域的面积比值。在此，覆层表面区域的面积应确定为总面积的至少30％，以如下顺序递增优选地为至少40％、50％、60％、70％、80％或90；尤其优选地，衬底本体表面完全用覆层覆盖，这必要时能够简化覆层的施加，例如在浸在池中时(参见下文)。

在另一优选的实施方式中，覆层厚度为至少5μm，以如下顺序递增优选地为至少7.5μm、10μm、12.5μm、15μm、17.5μm、20μm、22.5μm、25μm、27.5μm或30μm。只要覆层厚度由于热力学原因向上受限，那么由于电绝缘的原因最小厚度是优选的。

同样地，在该方面感兴趣的是覆层材料的击穿强度，所述击穿强度优选应为至少30kV/mm，以如下顺序递增优选地为至少40kV/mm、50kV/mm、60kV/mm、70kV/mm、80kV/mm、90kV/mm或95kV/mm。作为具有相应的击穿强度的覆层材料，例如能够提供之前公开的“塑料材料”中的一种。

结合之前所提到的最小厚度，覆层因此例如能够直至至少0.5kV、0.6kV、0.7kV、0.8kV、0.9kV或1kV抗击穿。

在优选的设计方案中，覆层具有不大于2W/mK的热导率，以如下顺序递增优选地为不大于1.8W/mK、1.6W/mK、1.4W/mK、1.2W/mK或1.1W/mK。也就是说，在这种情况下，对于覆层而言不必特意设定提高的导热率，而是根据覆层塑料材料本身的特性确定所述导热率。换句话说，因此能够弃用用于提高导热能力的附加的填充物质，这在成本方面提供优势(并且由于小的层厚度散热不会显著恶化)。

根据本发明设置的衬底本体是“成形”的或被“成形”，即是固体，所述固体由之前通常至少暂时无形状的物质形成并且在成形的过程中基本上已进入/进入其最终形状，例如作为挤出件或者优选作为注塑成型件。“最终形状”例如不因去除毛边而改变；“基本上”大致是指：形状90％、95％或98％保持不变。

在优选的设计方案中，覆层设置为电路载体，也就是说，在覆层上设置有印制导线结构。

印制导线结构例如能够在多组分注塑成型期间施加，其中将覆层作为一个组分并且例如将可金属化的塑料作为另一组分注塑成型，所述可金属化的塑料随后电子地和/或无电流地在池中覆层。也能够将具有印制导线结构的载体置入到注塑成型工具中并且与覆层和优选衬底本体一起以双组分注塑成型法或优选三组分注塑成型法进行后注塑。

印制导线结构在这种模内工艺中例如也能够通过冲压或喷涂被引入到注塑成型工具中。通常优选不仅覆层而且衬底本体被注塑成型，也就是说这两者模制在一起。

印制导线结构例如也能够以热压印法压印到之前施加(参见下文)/注塑成型到衬底本体上的覆层上，大致从在冲压机中同时被冲压的金属薄膜起来压印。

也可行的是，通过激光直接结构化来施加印制导线结构，其中激光射束在覆层的表面上“写”印制导线结构并且在此露出嵌入在覆层中的、用于后续的金属化的种子。

另一方面，印制导线结构也能够借助于从半导体制造中已知的方法来施加，即通过相应的掩模，其中在大面积施加的(漆)掩模的露出的区域中例如能够生长印制导线结构或者能够去除之前沉积的金属层(在(漆)掩模下方)，例如通过刻蚀去除。同样可行的是，再与掩模结合的等离子沉积。

在任何情况下印制导线结构优选直接施加到覆层上或是施加到覆层上的，即例如直接沉积或生长到覆层上。也就是说，没有其它材料要预先施加到覆层上，这能够帮助简化制造并且降低成本。

印制导线结构例如能够具有沿着厚度方向为至少1μm的印制导线结构厚度，以如下顺序递增优选为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm或12μm；可能的(与下限无关的)上限例如能够为100μm、80μm、60μm、40μm、30μm或20μm。

在一个优选的实施方式中，衬底本体具有外表面区域，所述外表面区域与器件相反、即位于衬底本体的另一侧上；在多个器件的情况下，这些器件优选设置在衬底本体的一侧上并且另一侧是相应的外表面区域。在任何情况下，相应的外表面区域在优选的设计方案中设置为灯具的外表面。也就是说，根据本发明的照明设备因此必须在背侧上(关于光放射方向的背侧)不通过灯具的壳体元件遮盖，而是露出。这提高了集成度。

外表面区域在此显然也能够是被覆层的，也就是说，覆层表面区域的一部分也能够同时是外表面区域。通常也与作为灯具外表面的设计方案无关的是，优选在与其组合，也能够将填充物质嵌入到覆层和/或衬底本体的塑料材料中，所述填充物质用于调整照明设备的色彩外观。

此外，填充物质例如也能够嵌入到衬底本体的和/或覆层的塑料材料中，以便赋予表面漫射的和/或有定向反射的或者有针对性地进行吸收的特性；为此尤其优选的是，将颜料例如二氧化钛颗粒嵌入到衬底本体的塑料材料中。光谱的可见范围中的反射率就此而言例如能够以如下顺序递增优选为至少30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％，尤其优选关于均匀的漫反射。

本发明也涉及一种具有根据本发明的照明设备的灯具，所述灯具尤其具有刚刚所描述的、提供所述灯具的外表面的照明设备。“灯具”例如能够指经由插座或者夹紧/螺旋/焊接接触直接与电网连接的设备，在所述设备中于是能够设置和保持有一个或多个照明设备(并且经由灯具电接触)。

如一开始已经提到的那样，本发明也涉及相应的照明设备的制造，并且之前关于施加印制导线结构所提到的可行性尤其也应关于此方面公开。

衬底本体在任何情况下都成形、即例如注塑成型或者挤出。

“注塑成型”在此涉及一种衬底本体，从如下腔中释放出所述衬底本体：至少在一定限度内能流动的材料被预先输送给所述腔，所述材料在所述腔中至少部分地硬化。优选地，在提高的压强下进行输送、例如在至少100bar、500bar或1000bar的压强下；可能的上限例如能够为3000bar、2500bar或者2250bar。硬化例如能够在相对于输送温度不同的硬化温度下进行，在热塑性材料的情况下例如在较低的温度下进行而在热固性材料的情况下例如在较高的温度下进行。

通常与衬底本体的特定制造无关的是，覆层例如能够通过将衬底本体(至少部分地)浸入到覆层塑料材料的池中来施加；此外覆层塑料材料例如也能够被喷涂。覆层塑料材料也能够作为粉末覆层施加到衬底本体上。

在优选的设计方案中，覆层注塑成型，并且之前针对衬底本体的注塑成型所公开的说明关于此方面也应是公开的。尤其优选的是，衬底本体和覆层以多组分注塑成型法模制在一起。

也就是说，至少部分地能流动的塑料材料例如能够被输送给第一腔并且至少部分地在其中硬化，其中然后在腔中成形的部分共同对第二腔进行限界，至少部分地能流动的塑料材料又输送给第二腔，所述塑料材料在所述第二腔中至少部分地硬化。衬底本体塑料材料例如能够被输送给第一腔，使得第一腔释放衬底本体；衬底本体的表面(或其相应的部分)随后共同对第二腔进行限界，覆层塑料材料被输送给所述第二腔，以便在其中硬化为模制到衬底本体上的覆层，至少是部分地硬化为模制到衬底本体上的覆层(脱模在完全地凝固或交联之前就已经是可行的)。

尤其优选的是，以多组分注塑成型法制造衬底本体和覆层与之前提到的用于施加印制导线结构的可行性中的一个进行组合。

本发明也涉及照明设备或者具有这种照明设备的灯具的用于通用照明的应用，尤其用于借助于位置固定的灯具进行照明、优选用于照明建筑物、例如其周围环境或者优选其内部。

附图说明

在下文中根据实施例详细阐述本发明，其中各个特征在其它组合中也能够是对本发明重要的并且应以这种形式公开。

详细示出：

图1示出根据本发明的照明设备的剖视图；

图2示出器件的散热的示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的具有注塑成型的衬底本体2的照明设备1。衬底本体2的表面覆层区域3设有由电绝缘的覆层塑料材料(PA6)构成的覆层4。在覆层4上设置有LED5，更确切地说，已经完成封装的、即本身预先分别用灌封料包覆的LED芯片。LED5设置为所谓的表面安装器件、即设置为SMD构件。

在LED5的朝向覆层表面6的下侧上，所述LED具有面状的接触元件，所述LED经由所述接触元件与设置在覆层表面6上的(未示出的)印制导线结构导电连接。在接触面和印制导线结构之间的导电连接在此经由能传导的粘胶建立。

对于每个LED5，印制导线结构提供阳极接触部和阴极接触部，使得LED5因此能够仅经由印制导线结构运行。为了运行LED5，在衬底本体2或覆层4上此外也能够设有驱动/控制电子装置并且同样经由印制导线结构与LED5接线。

为了制造根据图1的照明设备1，首先将印制导线结构置入模具中，使得在随后将覆层4注塑成型时该覆层模制到印制导线结构上。在另一注塑成型步骤中，随后成形衬底本体，更确切地说，模制到覆层4的背离印制导线结构的表面上。借助于相应的制造方法也能够实现高的生产率，这尤其在批量生产中提供优势。

就此而言，注塑成型是有利的；然而，如果仅将塑料提供作为载体材料，那么这关于热学特性是不利的。也就是说，在照明设备1运行时，损耗功率作为热量落在LED5上。

根据本发明因此为衬底本体2提供在其中嵌入有碳颗粒7的塑料材料。能导电的碳颗粒7提高衬底本体的导热能力，使得所述导热能力大于15W/mK。

由PA6构成的电绝缘的覆层4不设有填充物质并且与此相应地仅具有大约1W/mK的热导率。当然，因为覆层厚度仅为10μm，所以几乎不妨碍到衬底本体2中的散热。在假设LED面积为1mm²时，能够估算经由覆层4而出现的温度差。在热功率为1W的情况下，所述温度差在根据本发明的照明设备1中大约为10℃。

而如果衬底本体2完全地由设置用于覆层4的不具有填充物质的塑料材料包围，那么在衬底本体厚度为1mm时可能出现大约1000℃的温度差。

也就是说，借助于根据本发明的照明设备1实现LED5的良好的热连接并且同时确保其电绝缘，更确切地说，无需使用耗费的能导热并且在此电绝缘的填充物质。

图2图解说明刚刚提到的比较，即在右半边图中示出具有能导电的(从而能良好导热的)衬底本体2和位于其上的电绝缘的覆层4的照明设备1。在左半边图中为了比较而示出具有相同的总厚度的衬底，该衬底连续地由覆层4的电绝缘和热绝缘的塑料材料提供。与此相反，在根据本发明的衬底本体2中，热量良好地朝向侧面传播进而整体上更有效地导出。

Claims (14)

1.一种照明设备(1)，具有：

成形的衬底本体(2)，所述衬底本体具有表面，其中所述衬底本体在覆层表面区域(3)中设有覆层(4)；和

光电子器件(5)，所述光电子器件设置在所述覆层表面区域(3)中，其中所述衬底本体(2)由衬底本体塑料材料提供并且在此是能导电的以及具有至少5W/mK的热导率，

并且其中所述覆层(4)由覆层塑料材料提供并且在此是电绝缘的以及具有至多0.5mm的覆层厚度，以便不阻挡从器件(5)到所述衬底本体(2)中的散热。

2.根据权利要求1所述的照明设备(1)，其中所述衬底本体表面具有总面积并且所述覆层表面区域(3)具有覆层表面区域面积，其中所述覆层表面区域面积被确定为所述总面积的至少30％。

3.根据权利要求1或2所述的照明设备(1)，其中所述覆层厚度为至少5μm。

4.根据上述权利要求中任一项所述的照明设备(1)，其中所述覆层材料具有至少30kV/mm的击穿强度。

5.根据上述权利要求中任一项所述的照明设备(1)，其中所述覆层具有不大于2W/mK的导热率。

6.根据上述权利要求中任一项所述的照明设备(1)，其中所述覆层(4)设置为电路载体，即在所述覆层上设置有印制导线结构。

7.根据上述权利要求中任一项所述的照明设备(1)，其中所述衬底本体(2)和所述覆层(4)以多组分注塑成型法模制在一起。

8.根据上述权利要求中任一项所述的照明设备(1)，其中所述衬底本体(2)具有外表面区域，所述外表面区域与所述器件(5)相反，其中所述外表面区域设置为灯具的外表面。

9.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的照明设备(1)的灯具。

10.一种用于制造根据上述权利要求中任一项所述的照明设备(1)的方法，其中从衬底本体塑料材料中将衬底本体(2)成形。

11.根据权利要求10所述的方法，其中通过浸渍、喷涂或者粉末覆层中的至少一种来施加覆层。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中将所述覆层注塑成型。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述衬底本体(2)是注塑成型的衬底本体(2)，其中所述衬底本体(2)和所述覆层(4)以多组分注塑成型法模制在一起。

14.一种根据权利要求1至8中任一项所述的照明设备(1)的用于灯具、尤其用于通用照明、尤其用于借助于位置固定的灯具进行照明、尤其用于照明建筑物、尤其用于建筑物的内部照明的应用。