CN108870116A - Led发光装置以及led灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明给出了一种LED发光装置(1)，其具有玻璃罩(20)，具有至少一个发光二极管芯片(11)的发光模块(100)，此发光二极管芯片借助板上芯片封装施加到电路板(12)上，以及发光模块(100)的驱动电子装置，其中，发光模块(100)和驱动电子装置容纳在玻璃罩(20)中。

Description

LED发光装置以及LED灯具
技术领域
本发明涉及一种LED发光装置以及具有此种LED发光装置的LED灯具。
背景技术
用于LED灯具中的、尤其用于LED改装灯中的LED发光装置由于其高能效,作为例如卤素灯泡或白炽灯泡等传统发光装置的替换装置越来越受欢迎。但是，相比于传统发光装置，LED发光装置具有多种缺点。
这样，LED发光装置具有明显较差的辐射特性和降低的发光质量。已知的LED发光装置例如在100Hz的频率下，光线会闪烁。此外，覆盖的空间角度通常明显小于传统发光装置的，和/或辐射光线在空间上严重不均匀。LED发光装置内部的发光二极管芯片的不良固定或调节也可能导致发光质量的降低。
另一缺点在于LED发光装置或LED灯具目前的大小。这样，在LED发光装置中需要额外的驱动电子装置，其多数安装在LED灯具的底座中和/或LED发光装置的接头区域中。由此，常见的LED灯具结构相对大。驱动电子装置和/或发光二极管芯片所需的散热体是导致LED发光装置体积大且昂贵的另一原因。但是，不良的散热降低LED灯具的寿命和发光质量。
文献WO 2012/031533 A1描述了一种LED灯具，其中，通过使用LED灯丝保证了全方向的辐射特性。此外，驱动电子装置布置在LED灯具的灯具底座中。由此，LED灯具结构整体相对大。
文献JP 2013-222782 A说明了一种LED发光装置，其中，发光二极管芯片借助所谓的板上芯封装(英文：chip-on-board assembly,COB)施加在电路板上。但是，LED发光装置的辐射特性与发光二极管芯片的单侧朗伯辐射一致，并因此非常不均匀。此外，出现前文已经提及的100Hz的闪烁。
发明内容
基于现有技术，本发明的目的在于，提供紧凑的而且可低成本制造的LED发光装置。此外，应提供具有此种LED发光装置的LED灯具。
此目的通过具有独立权利要求的特征的LED发光装置和LED灯具实现。有利的改进方案由从属权利要求、说明书、附图以及根据附图说明的实施例中可见。
相应地，提出一种LED发光装置，其具有玻璃罩、发光模块和用于发光模块的驱动电子装置。发光模块具有至少一个发光二极管芯片，其借助板上芯片封装施加在电路板上。发光模块和驱动电子装置容纳在玻璃罩中，尤其在玻璃罩的内部空间中。
此外，发光二极管芯片的板上芯片封装还实现了低成本地制造紧凑且小巧的电气模块。在此，下文中，“板上芯片封装”的定义理解为半导体芯片在电路板上、尤其在使用结合线的条件下的直接装配。板上芯片封装优选借助无壳体的半导体芯片和/或借助所谓的芯片级部件(chip-scale Bauteilen)完成，在芯片级部件中，壳体最多比裸半导体芯片的面积大20％。
因此，通过将驱动电子装置装入玻璃罩中以及结合发光二极管芯片的板上芯片封装，能够以低成本的方式提供紧凑的LED发光装置。
发光模块优选具有多个发光二极管芯片。发光二极管芯片例如可以彼此串联。此外，LED发光装置还可具有多个发光模块。在一种优选的实施形式中，LED发光装置含有唯一一个具有多个发光二极管芯片的发光模块。
根据LED发光装置的一种优选的实施形式，驱动电子装置的至少一部分、尤其整个驱动电子装置借助板上芯片封装安装在电路板上。驱动电子装置尤其具有电子元件。优选驱动电子装置的至少部分电子元件、尤其所有电子元件借助板上芯片封装安装在电路板上。替代地或额外地，可以使至少部分驱动电子装置安装在额外的电路板上。此外，至少部分电子元件可以借助表面贴装安装在载板或电路板上(英文：surface mounted device,SMD)和/或借助线结导电地与发光二极管芯片相连。
根据LED发光装置的一种优选的实施形式，驱动电子装置具有平滑电容，其与至少一个发光二极管芯片并联。如果存在多个发光二极管芯片，则每个发光二极管芯片优选都与平滑电容并联。通过平滑电容在系统中引入了能量存储装置。由此，可明显减少、或者甚至完全避免由至少一个发光二极管芯片发出的光的闪烁(也称为光颤)、尤其100Hz的闪烁，并如此明显地改善辐射特性。
平滑电容可尤其借助表面贴装安装在驱动电子装置的载板上和/或发光模块的电路板上。替代地，平滑电容可借助表面贴装或板上芯片封装安装在发光模块的电路板上或另一载板上。在表面贴装中，优选使用激光焊方法，由此可避免回流炉的使用。此外还可行的是，平滑电容作为简单的夹持电容安装在发光模块的电路板上。替代地，平滑电容也可借助导电的粘接剂和/或结合线安装。
如果平滑电容和/或驱动电子装置的其他电子部件借助表面贴装安装在载板(或电路板)上，那么，平滑电容和/或电子部件则优选在安装发光二极管芯片以及可能情况下用浇铸材料浇铸发光二极管芯片之前实施。替代地或额外地，表面贴装可与施加用于电接触发光模块的电气接头的同一步骤中完成，由此，进一步简化LED发光装置的制造。
平滑电容可为陶瓷多层(芯片)电容，其电容值例如在1μm范围内。替代地，可使用实现高电容值的电解质电容。
驱动电子装置可包含整流电路(英文：rectifier circuit)，其设置用于，将交流电网电压转化为LED发光装置的直流工作电压。可行的是，将发光二极管芯片、尤其仅将发光二极管芯片作为整流元件用于整流电路。此外，驱动电子装置还可包含晶体管，其设置用于流过发光二极管芯片的电流的通量调节和/或通量限制。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，电路板的厚度为最高400μm。厚度优选为最高300μm，尤其优选最高200μm。低厚度尤其对均匀的辐射特性有利。在此，下文中，电路板的厚度为其沿着电路板的垂直方向的延伸。此垂直方向垂直于电路板的侧面方向延伸，电路板沿着此侧面方向延伸。
在侧面方向中，电路板具有宽度和垂直于宽度的长度，长度优选大于宽度。电路板优选如此固定在玻璃罩中，使得长度沿着玻璃罩的对称轴延伸。侧面方向构成电路板的正面和背面。发光二极管芯片装配在正面和/或背面上。
根据LED发光装置的一种优选的实施形式，电路板构造为透光的。也就是说，由至少一个发光二极管芯片发出的、并射到电路板上的光的至少50％、优选至少70％传递通过电路板。
例如，石英玻璃(SiO2，导热系数1.0W/mK)、蓝宝石(Al2O3，导热系数25W/mK)、莫来石陶瓷(硅酸盐陶瓷C610/620型，导热系数10W/mK)和/或氮化铝(AlN，导热系数200W/mK)适合用作电路板的材料。在括号内给出的导热系数基于工业常用成份的在20℃的条件下的测量值。在使用不导电的、尤其透光的材料用于电路板时，在发光二极管芯片和/或电路板上的其他电子元件下面可能需要另外的金属镀层，从而实现电接触。为了更加美观，在非发光二极管芯片的电子元件下面施加半透明的和/或透光的材料，从而这样降低此电子元件的可视性。
尤其结合低厚度，构造为透光的电路板实现了LED发光装置的辐射特性的改善。在此，可提高LED发光装置发出的光的覆盖空间角度，从而使发光二极管芯片的典型的朗伯辐射特性均匀化，直至达到在整个2π的空间角度范围内的全方位辐射。
辐射特性的进一步改善可通过在电路板的两面上、即在电路板的正面和背面上都布置发光二极管芯片实现。在此，两个正面安装有发光二极管芯片的电路板可分别在其未装配的背面上彼此相连。在电路板的不同面上的发光二极管芯片之间的导电连接可例如借助夹子、尤其金属夹、和/或丝线、尤其金属线提供。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，玻璃罩的内部空间以导热气体填充。导热气体理解为良好传导热量的气体。导热气体可尤其具有高于空气的导热系数。导热气体在室温下、即在20℃(293.15K)的参考温度下具有至少0.05W/mK、优选至少0.10W/mK并特别优选至少0.13W/mK的导热系数。例如氦气(导热系数0.16W/mK)和/或氢气(导热系数0.18W/mK)适合作为导热气体。此外，也可考虑将氦气与氧气的混合气体用作导热气体。在内部空间中的导热气体的绝对压力可高至10bar，优选最高5bar。绝对压力优选至少为1bar，优选至少2bar。绝对压力的数值理解为在室温下的。导热气体高压的应用实现了在LED发光装置内部的改善的散热。
玻璃罩优选构造为真空密封的。换而言之，玻璃罩可封闭和/或熔闭，使得玻璃罩内部的绝对压力无须例如真空泵等外部设备即可得到保持。玻璃罩可因此围绕形成构成内部空间的密封的或封闭的体积。玻璃罩尤其构造为气密的。
玻璃罩可由硬质玻璃、柔性玻璃和/或石英玻璃构成。玻璃罩优选由石英玻璃和/或硬质玻璃构成，或者由这些材料中的至少一种制成。在此以及在下文中，“制成”的概念理解为在制造误差范围内；也就是说，玻璃罩可具有制造引起的杂质。例如，玻璃罩含有至少99％的二氧化硅。通过使用石英玻璃或硬质玻璃可提供能够以直至30bar的气压填充的玻璃罩。与之相反，柔性玻璃不能以高气压填充(大约高至最大1bar)。此外，石英玻璃和/或硬质玻璃具有此优点，即这些材料极其耐高温，并且还具有很好的光学特性。此外，硬质玻璃或石英玻璃的导热系数足够高，可实现良好地导出在LED发光装置运行期间产生的热量。
例如考虑杜兰玻璃、铝硅酸盐玻璃和/或硼硅酸盐玻璃作为硬质玻璃。也用于传统卤素灯具制造中的玻璃尤其适合用作硬质玻璃。玻璃罩可根据传统卤素灯具的玻璃罩的形式构造。在使用柔性玻璃的情况下，在100K的温度突变时已经可能导致玻璃的开裂或崩裂，与此不同，石英玻璃以及硬质玻璃施可承受高的、例如直至1000K的温度突变，而不产生开裂或崩裂。
此外，玻璃罩可含有用于结合(所谓的除气)挥发性有机化合物(英文：volatileorganic compounds,VOC)和/或挥发性的含硫的、含磷的和/或含氯的化合物的除气材料。挥发性有机化合物可尤其具有氧、氮、氢和/或碳。除气材料能够以固体和/或气体状态装入玻璃罩中。挥发性的有机和/或含硫的、含磷的和/或含氯的化合物在下文中可统称为“挥发性化合物”。
在封闭的玻璃罩中，在具有发光二极管芯片和/或其他元件的LED发光装置中可能严重地出现析出挥发性有机化合物气体的问题。这部分地由此引起，即基于由于高压产生的较高的机械应力，LED发光装置的玻璃罩构造得相对小。在传统卤素灯具技术中，能够通过卤素化合物除去因为较小的灯罩而可能挥发的钨化合物，与此类似，其也可在具有发光二极管芯片的LED发光装置的小的、封闭的玻璃罩中用于除去挥发性化合物。
挥发性化合物可例如由焊接过程中的助焊剂残余或阻焊剂产生。此外，挥发性化合物还可能来自发光二极管芯片、粘接剂和/或导热膏的聚合物的气体析出。此外，挥发性化合物可能由电路板产生。
存在于玻璃罩中的挥发性有机化合物可能沉积在玻璃罩的材料上并导致此处变色。这在玻璃罩“发雾”(英文：“Fogging”)的概念中已知并可导致直至10％的光通量损失。可能更加严重的是挥发性有机化合物扩散到发光二极管芯片的可能存在的硅制壳中。由此，烃类可能出现在硅制壳中并且硅制壳可能颜色变暗。这可能导致高于50％的光通量损失。此光通量损失往往造成额外的色彩空间推移。这两种现象在“光通量衰减”以及“改变色彩色度”的概念中已知。此外，含硫的、含磷的和/或含氯的化合物可能导致在可能存在于发光二极管芯片的发光层下面的银镜处的反光损耗。
除气材料优选至少部分地作为气体装入玻璃罩中。例如，气态的除气材料为富氢和/或富氧的化合物，其优选结合挥发性的含碳化合物，并例如反应形成CH4或CO/CO2。通过此结合可避免与硅制壳发生反应和/或在玻璃罩上沉积。除气材料尤其可含有氧气和/或硅烷，例如甲硅烷(SiH4)。在此，由于玻璃罩内的高压，硅烷能够以在燃点或爆炸极限以下的最大浓度装入。例如，可以以8体积％的硅烷填充玻璃罩。尤其气态除气材料的量可以与必要时装在玻璃罩内的导热气体的绝对压力直接成正比地提高。
替代地或额外地，除气材料可至少部分地作为固体材料装入玻璃罩中。例如，如锆Zr、钽Ta、钛Ti、钯Pd、钒V、铝Al、铜Cu、银Ag、镁Mg、镍Ni、铁Fe、钙Ca、锶Sr和钡Ba等纯金属，或者如ZrAl、ZrTi、ZrFe、ZrNi、ZrPd和/或BaAl4等纯金属的合金适合作为固态除气材料。在此，优选使用ZrAl合金。此外，纯金属的氧化物和氢化物适合作为除气材料。尤其考虑将金属氢氧化物、例如氢氧化镁或者氢氧化铝用作玻璃罩内的固态除气材料。金属氢氧化物例如适合用于消除玻璃罩的封闭体积内的挥发性碳化合物。
固态除气材料优选施加得使其具有大的反应表面，例如作为涂层和/或作为烧结材料施加。替代地或额外地，除气材料可作为实心金属、例如以丝线形式装入玻璃罩中。
在此可行的是，通过额外装入的气态除气物质而优化固态除气材料的除气行为。例如，除气材料可在泵除过程和在炉中的煅烧(退火)之后活化。由此，例如可形成金属除气材料的反应性氧化物。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，电路板与玻璃罩热连接。替代地或额外地，平滑电容热连接在玻璃罩上。优选地，平滑电容安装在电路板上并且与电路板一同热连接在玻璃罩上。“热连接”在此和在下文中表示电路板或平滑电容导热地与玻璃罩相连。电路板和/或平滑电容尤其能够部分地与玻璃罩进行直接接触。这实现了安装在电路板上的至少一个的发光二极管芯片或平滑电容的有效冷却，并由此实现了在提高工作寿命的同时保持一致的发光质量。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，玻璃罩具有凹处(英文：dimple)，优选多个凹处。凹处伸入玻璃罩的内部空间中。换而言之，凹处相对于内部空间构造为凹形。凹处与电路板和/或平滑电容形成热力接触。凹处优选直接与电路板和/或平滑电容邻接。凹处可例如在制造LED发光装置时通过压入和/或挤压玻璃罩尚为柔软的材料而形成。
借助凹处可进一步改善玻璃罩与具有发光二极管芯片和/或平滑电容的电路板之间的导热。在此有利的是，凹处与温度敏感的(光)电子元件形成热力接触。此外，凹处还可遮挡对玻璃罩内部空间中的电子元件的直接可视性，并由此改善LED发光装置的美学外观。如果凹处直接邻接平滑电容，这则尤其有利，因为平滑电容例如由于其尺寸可能影响美观。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，玻璃罩具有两个彼此相对的凹处，并且电路板夹持在两个凹处之间。凹处因此将电路板固定在玻璃罩之内。那么，凹处之间的距离则优选与电路板的厚度一致。但是，也可将其它元件布置在电路板与凹处之间，从而凹处之间的距离可大于电路板的厚度。
凹处可尤其相对于玻璃罩的对称轴彼此镜像对称地构造。在此情况下，凹处将电路板居中地定位在玻璃罩中。电路板则沿着对称轴延伸。在此以及在下文中，玻璃罩的对称轴可沿着玻璃罩的主伸展方向延伸。例如，玻璃罩具有圆柱类的或者拉长的、尤其倒圆角的长方体类的形状，其中，对称轴则为圆柱的高或长方体的长。
由此，通过两侧的、与电路板热力接触的凹处，一方面可改善和均匀散热，另一方面可强化电路板、尤其沉重的电路板在玻璃罩内的机械固定。尤其在通过玻璃罩居中定位电路板的情况下，可从而进一步改善美学外观。此外，还可改善灯具在根据DIN ISO 2206或DIN ISO 2248(本申请的时间的相应版本)的所谓的邮寄跌落测试中的力学稳定性。邮寄跌落测试模拟在灯具运输期间的最大力学负载。如果没有凹处，运输时，在固定件的丝线区段上相应的弯曲力矩和/或玻璃挤压可能很高。
凹处优选位于玻璃罩与发光模块的固定件相对的顶侧上。发光模块的固定件尤其与发光模块的电气接头一同位于玻璃罩的底侧。固定件可尤其与电气接头一致。电气接头可例如为线接脚。线接脚可焊接和/或夹持在电路板上。在背离电路板的一侧上，线接脚可与玻璃罩熔接在一起，由此保证电路板的机械固定。如果凹处位于顶侧上，那么，可通过夹住电路板而降低固定件上的机械负载、尤其机械应力，并且还能避免由于LED发光装置的晃动而导致的发光模块的弯曲或折断。在只有一个凹处的情况下，其可同样位于玻璃罩背离固定件的顶侧上。
为了从外部电气接触发光模块，电气接头可通过导电的连接区域与至少部分布置于玻璃罩之外的触针相连。连接区域可与玻璃罩熔合或焊接。熔合可尤其如此进行，使得玻璃罩依旧真空密封。例如，在玻璃罩和连接区域之间、尤其在接头的熔化区域中施加钼箔或钼丝，从而这样简化熔合。钼箔或钼丝用钼构成或由钼组成。钼箔或钼丝还可含有除气材料，例如以涂层的形式。
优选在石英玻璃玻璃罩的情况下使用钼箔，并且在硬质玻璃玻璃罩的情况下使用钼丝。这通过石英玻璃和硬质玻璃不同的热膨胀系数决定。这样，钼的热膨胀系数为5.1·10-6K-1，石英玻璃的为0.6·10-6K-1并且硬质玻璃的为4.7·10-6K-1。因此，硬质玻璃具有与钼相近的热膨胀系数(差值小于10％)，因此，与石英玻璃不同，其可实现直接的熔合。替代地，在硬质玻璃的情况下，可使用具有铁-镍-钴-合金(所谓的KOVAR)的丝线和/或钨丝。
此外，在玻璃罩和连接区域之间可安装过渡玻璃。此外还可能的是，接头和/或必要时存在的用于电路板的固定线由除气材料制成或以除气材料覆涂。为此，例如上文所述的固体除气材料适用。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，玻璃罩具有向玻璃罩内部凸出的凹口，其沿着玻璃罩的对称轴延伸并且设置用于发光模块在玻璃罩内部的中心定位。该凹口例如用于在电路板与该电路板的固定件相对的边棱上夹持该电路板。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，电路板具有与玻璃罩的最大内径基本一致的宽度。在此，“基本”理解为宽度与最大内径的偏差可至并包含+/-20％，优选+/-10％。不仅最大内径、而且电路板的宽度都垂直于玻璃罩的对称轴延伸。优选玻璃罩有具有椭圆形或圆形截面的柱体形状；在此情况下，最大内径为椭圆形的长轴或圆形的直径。替代地，玻璃罩可具有尤其有倒圆角的矩形截面的倒圆角的长方体形状；在此情况下，最大内径为矩形截面较长的边。通过玻璃罩的最大内径与电路板的宽度相似的尺寸，电路板可借助玻璃罩的壁夹住并固定。在此，在电路板和玻璃罩之间可放置其他材料，从而实现电路板到玻璃罩上的热连接和/或对制造造成的尺寸偏差的补偿。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，玻璃罩具有相对于玻璃罩的内腔凸形构造的隆起。电路板和/或平滑电容至少部分地容纳在隆起中。隆起可为由传统的卤素灯已知的玻璃凸起，其可用于以导热气体填充玻璃罩。通过隆起可使LED发光装置的设计与传统卤素灯接近，从而提高美感和客户接受度。此外，隆起还可用于发光模块在玻璃罩内的居中定位和/或至少部分的固定。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，电路板和/或平滑电容至少部分地嵌入机械柔性的浇铸体中。浇铸体可尤其为硅铸件。例如当浇铸体能够无损坏地压缩其长度的至少30％和/或浇铸体弹性地构造时，则出现了机械柔性。浇铸体可尤其安装在电路板和/或平滑电容的、位于凹处和/或凹口上的位置处。整体上，浇铸体实现了对电路板、平滑电容和/或玻璃罩的制造引起的尺寸误差的补偿。例如，相比于较薄的电路板，在较厚电路板的情况下，浇铸体在夹持在两个凹处之间时更强烈地压缩，即弹性变形。类似地，玻璃罩最大内径的减小可通过以浇铸材料浇铸电路板的边缘补偿，因为其在电路板夹持在玻璃罩中时被压缩。
浇铸体可替代地或额外地安装在至少一个发光二极管芯片上。由此，能够调整发光二极管芯片的辐射特性。为此，浇铸体例如含有散射颗粒和/或转换波长的颗粒。此外，浇铸体能够以镜片形式构造。尤其当浇铸体含有转换波长的颗粒时，平滑电容可同样安装在浇铸体之下，从而遮挡对平滑电容的直视。由此，可进一步改善LED发光装置的美学外观。
根据LED发光装置的至少一种实施形式，玻璃罩以乳白玻璃构成和/或磨砂地构造。优选玻璃罩由乳白玻璃和/或由磨砂处理的玻璃制成。例如，为此玻璃罩进行喷砂处理。通过使用乳白玻璃可进一步提高由LED发光装置覆盖的空间角度范围并改善辐射特性。
为了改善LED发光装置的美感，还可以使发光模块包含不同的区段，其中，发光模块的多个区段可发出彼此不同色温的光。替代地或额外地，LED发光装置可包含多个发光模块，其发出彼此不同色温的光。
例如，LED发光装置含有第一区段，其发出尤其白色的、第一色温的光，并且LED发光装置含有第二区段，其发出尤其白色的、高于第一色温的第二色温的光。LED发光装置发出的光的色温或色位则通过相应的由单独的区段和/或发光模块发出的光的色温或色位设定。
例如，第一区段和第二区段可分别包含至少一个发出蓝光的发光二极管芯片，其中，蓝光借助波长转换元件转换为白光，此波长转换元件含有转换波长的颗粒，尤其磷。第一区段的波长转换元件可包含与第二区段的波长转换元件不同的转换波长的颗粒，和/或转换波长的颗粒的不同成份，从而在第一区段中发出与第二区段中不同的另一色温的光。使用不同的波长转换元件也可类似地用于多个发光模块的情况。此外，也可使用多于两个的区段，其分别具有不同的波长转换元件。
相比于第一区段，第二区段可位于距玻璃罩顶侧更近的位置。此外，还可使多个区段可电隔离地控制和/或变暗。尤其在变暗时，可使一个区段的发光二极管芯片变暗(也就是说，其相比于其他区段中发出更少的光)，由此改变由LED发光装置整体发出的光的色位。通过此种布置，在LED发光装置变暗时，尤其借助相位控制变暗时，可获得与白炽灯类似的变暗效果。
电路板可具有触点，借助电气接头可电接触此触点，其中，触点可优选通过高温材料构造，尤其优选通过无涂层的或者例如具有镍、铂、钌、锡、锌、铜涂层的钼、铌、钽和/或优质钢构造。
在此，电接头可通过金属夹构造，其中，金属夹可具有开口，电路板可夹在此开口中，其中，金属夹的接触区域与电路板的触点形成直接接触。
由此方式可实现电路板与电气接头的快速并简单的接触和连接。通过夹持也同时建立了机械连接，此机械连接可省却之后的焊接或者其他材料配合的连接。
金属夹可通过两个在连接点处彼此焊接的线带构成。
如此构造的金属夹可尤其低成本地并且精确匹配地制造，并提供快速且简单的电接触。
此外，还给出了一种LED灯具。此LED灯具包含壳体和布置在壳体内部的LED发光装置。LED灯具的LED发光装置优选为前述LED发光装置。也就是说，所有对LED发光装置所述的特征也适用于LED灯具，反之亦然。LED灯具可例如为LED改装灯或LED灯。
壳体可为玻璃壳和/或至少部分透光的壳体。尤其壳体由具有至少与石英玻璃的导热系数相等的高导热系数的材料构成。
LED灯具的壳体优选为玻璃壳。在玻璃壳和玻璃罩之间的间隙中可存在导热气体。玻璃壳内的导热气体的压力优选低于玻璃罩中的导热气体的压力。例如，玻璃壳内的压力比玻璃罩内的压力低至少0.5bar，优选至少1bar。玻璃壳内的压力优选为1bar。替代地或额外地，在玻璃罩与壳体之间的间隙中可装入导热材料，例如硅铸体和/或玻璃-散射体。
玻璃壳优选以柔性玻璃、尤其碱石灰玻璃构成或由其组成。柔性玻璃的特征为其低制造成本和易加工性。
壳体可替代地或额外地包含反光件，其构造用于反射由LED发光装置发出的光。LED灯具则尤其可构造为用于传统卤素反射灯具的改装灯。
在此所述的LED发光装置尤其紧凑地构造并可低成本地制造。相比于已知的LED发光装置，辐射特性明显改善。
附图说明
本发明的其他优选实施形式通过下面对附图的描述进一步阐述。
图1A，1B，1C，2A，2B，2C，3A和3B示出了在此所述的LED发光装置以及用于在此所述的LED发光装置的发光模块的实施例。
图4A，4B和4C示出了在此所述的LED灯具的实施例。
图5A，5B，5C，5D和5E示出了在此所述的LED发光装置的实施例。
图6A，6B和6C示出了在此所述的LED发光装置的金属夹的实施例。
图7A，7B，7C，7D，7E，8A，8B，9A，9B，10A，10B示出了在此所述的LED发光装置的实施例。
图11A，11B，12A和12B示出了测得的在此所述的LED发光装置的实施例的照明强度和辐射特性。
具体实施方式
下面根据实施例和对应的附图进一步阐述在此所述的发光装置以及在此所述的LED灯具。在此，相同的、同类的、类似的或功能相同的元件以同样的附图标记标明。为了避免赘述，部分地省略了对这些元件重复的说明。
附图和在附图中所示的元件彼此之间的尺寸比例不视作实际比例。此外，为了改善可视性和/或为了便于理解，个别元件可能夸大地示出。
根据图1A，1B和1C的示例性的视图进一步阐述在此所述的LED发光装置1的第一种实施例。所示的LED发光装置1可例如在所谓的平头灯中，尤其能够以230V运行的G9平头灯中用作LED灯具。在此，图1A示出了用于LED发光装置1的发光模块100的电路图，图1B示出了用于LED发光装置1的发光模块100的示意性简图，并且图1C示出了LED发光装置1的示意性简图。
发光模块100包含多个发光二极管芯片11。具体来说，在此示例中示出了四个发光二极管芯片11。但是，与图1A中所示的不同，发光模块100也可具有更多或更少的发光二极管芯片11。发光二极管芯片11与晶体管31串联。晶体管31可例如用于调节通过串联的发光二极管芯片11的电流。平滑电容30与发光二极管芯片11并联。
平滑电容30用于调制滤波，尤其在100Hz、发光二极管芯片11的工作电压下。工作电压通过电压源33提供。位于电压源33和发光二极管芯片11之间的整流电路32在此由四个二极管321构成。整流电路32和晶体管31可为驱动电子装置的一部分，此驱动电子装置可安装在LED发光装置1的玻璃罩20内部。
图1B中示意性地示出了共同处于电路板12上的图1A的电子元件。替代地，也可将发光模块100的至少部分元件安装在一个单独的电路板上。优选至少发光模块100的发光二极管芯片11借助板上芯片封装安装到电路板12上。借助位于电路板12上的触点44实现发光模块100的电气接触。
在G9平头灯的情况下，电路板12优选具有至少5mm、最高11mm的宽度。长度优选至少为10mm、最高为30mm。触点44彼此间隔6mm。
图1C示出了LED发光装置1，其可包含根据图1A和1B描述的发光模块100。LED发光装置1的发光模块100纯示例性地以传统卤素灯的灯丝的形式示出。在此，LED发光装置1包含两个发光模块100。然而，与图1C所示的不同，在LED发光装置1一种优选的实施形式中，也可仅设置一个发光模块100。发光模块100位于玻璃罩20中。玻璃罩20还包含电气接头43，其与发光模块100的触点44导电地相连。电气接头43所在的位置为玻璃罩20的底侧。
在与底侧相对的顶侧上，玻璃罩20具有隆起21。隆起21布置在玻璃罩20的对称轴上。发光模块100的局部101伸入隆起21中并能够由此借助隆起21定位在中心。
电气接头43通过连接区域42与触针41导电地连接。钼箔位于连接区域42中，通过使用此钼箔，可补偿电气接头43或触针41的材料与玻璃罩20的材料不同的热膨胀系数。在所示的示例中玻璃罩20尤其可由石英玻璃构成。在硬质玻璃的情况下，可替代地使连接区域42仅包含一根丝线，例如钼丝、钨丝或铁-镍-钴丝，因为在硬质玻璃与上述导电材料相连的情况下不需要对热膨胀系数进行匹配。
根据图2A，2B和2C的示意性的示图，进一步阐述在此所述的LED发光装置1的另一实施例。所示的LED发光装置1可同样作为LED灯泡用于平头灯，尤其能够以12V运行的G4平头灯。在此，图2A示出了用于LED发光装置1的发光模块100的电路图，图2B示出了用于LED发光装置1的发光模块100的示意性简图，并且图1C示出了LED发光装置1的示意性简图。
与图1A中的发光模块100不同，图2A中的发光模块100仅包含三个发光二极管芯片11。其它配置与图1A中的发光模块100没有区别。通过减少发光二极管芯片11的数量，使得发光模块100在低压下、尤其在12V的情况下能够运行。
图2B示出了安装在电路板12上的、图2A中的电子元件的示意图。其它元件的结构与图1B中的一致。电路板12在G4平头灯的情况下优选具有至少5mm、最高10mm的宽度，并且具有至少5mm、最高20mm的长度。触点44彼此间隔5mm。
图2C示出了LED发光装置1，其可包含根据图2A和2B说明的发光模块100。LED发光装置1的发光模块100纯示例性地示出为螺旋形灯丝。但是，发光模块100包含借助板上封装在电路板12上的、图2A和2B中的发光二极管芯片11。此LED发光装置1与图1C中的LED发光装置1的区别尤其在于玻璃罩20的部分球状的结构以及明显的隆起21。由此，LED发光装置1更加接近传统的卤素灯或白炽灯。
图1C的LED发光装置1当然也可装配有图2A和2B的发光模块100，反之亦然。
根据图3A和3B示例性的视图进一步阐述在此所述的LED发光装置1的另一实施例。所示的LED发光装置1可例如构造为卤素管形灯。LED发光装置1具有长形的、类似杆状的形状。作为发光模块100，既可使用根据图1A说明的、又可使用根据图2A说明的发光模块100。由于长形的形状，电路板12应同样构造为长形的。电路板12优选具有5mm的宽度和至少50mm、最高100mm的长度。
与图1A至2C中的、其中触针41布置在玻璃罩20的同一侧上的LED发光装置1不同，在此，触针41布置在玻璃罩20的彼此相对的两侧上。优选触点44也设置在电路板12的彼此相对的两面上(参见图3B)。
根据图4A，4B和4C的示意图进一步阐述在此所述的LED灯的实施例。LED灯分别构造为LED改装灯。每个LED灯都包含一个LED发光装置1以及一个壳体60。此外，设置底座62用于将LED灯装入灯座中并且为了使LED灯电接触。
在图4A中的LED灯中，壳体60为玻璃壳，其优选与传统灯泡的玻璃壳一致。在图4A中，壳体60构造为梨形。替代地，壳体60也可构造为圆柱形。在壳体60与LED发光装置1的玻璃罩20之间优选装入导热气体。LED发光装置1借助两个装配线61与底座62相连。装配线61一方面用于固定LED发光装置1，另一方面用于提供底座62与LED发光装置1的触针41之间的导电连接。
图4B中的LED灯包含壳体60，其构造为(卤素)反射灯的反光罩。LED发光装置1(图4B中未示出)位于壳体60的空穴中。图4C中的LED灯的壳体60为玻璃壳，其局部具有用于构成反光罩的反射性涂层。图4B和4C中的LED灯的壳体60可同样在位于壳体60与LED发光装置1之间的中间区域中具有导热气体。
根据图5A至5E中的示意图进一步阐述用于在此所述的LED发光装置1的发光模块100的实施例。在图5A至5E中分别简略地示出了具有触点44的电路板12以及与这些触点导电连接的电气接头43。电路板12上有发光二极管芯片11以及发光模块100(图5A至5E中未示出)的电子元件、尤其平滑电容30。图5A至5E中的发光模块100之间的区别在于触点44的电气接触。
在图5A中的实施例中，电气接头43构造为焊接在触点44上的金属线。优选使用高温焊料(熔点高于400℃)结合分别具有高熔点的金属线和触点进行焊接。焊料、金属线以及触点44的材料的熔点尤其为至少1800℃。例如，镀层的或未镀层的钼、铌、钽和/或优质钢适合用作此类高熔点材料。通过选择此类材料可保证，在环绕电气接头43的玻璃罩20熔化的情况下，不会由于由此出现的放热而使电气接头43与触点44之间的机械连接脱开。
在图5B中的实施例中，构造为金属线的电气接头43借助铆钉连接441与触点44相连。为了进行铆钉连接441，在触点44中打孔，并且将电气接头43借助铆接工具与触点44铆接。触点44和电气接头43优选由前述高温材料制成。
不同于前述发光模块100，图5C中的发光模块100不具有电气接头43。替代地，构造为钼箔的连接区域42直接与触点44相连。钼箔尤其直接焊在触点44上，由此能够节约材料。为了使薄的箔机械稳定和/或为了改善钎焊或焊接特性，箔可例如以钌镀层。替代金属线使用钼箔尤其使用石英玻璃时有利。
在图5D所示的实施例中，电气接头43具有第一接头区域431和第二接头区域432。在此，电气接头43可构造为焊接在触点44上的金属线。第二接头区域432双重弯曲地构造。由此实现了，安装在图5D中所示的电路板12的正面上的触点44与(在图5D中未示出的)安装在电路板12的背离正面的背面上的其它触点导电连接。当电路板12的两面上都装有发光二极管芯片11时，这尤其有利，因为在正面上的发光二极管芯片11以及在背面上的发光二极管芯片11能够分别利用一条作为电气接头43的金属丝电接触。
图5E示出了发光模块100的一个实施例，其中，触点44安装在电路板12的正面上，并且第二触点44安装在电路板12的与背离正面的背面(在图5中不可见)上。此种布置例如在电路板12的两面都安装有发光二极管芯片11的情况下为有利的。电气接头43可例如焊接在触点44上。
图5A至5E的实施例可彼此结合。例如，在图5C中示出的连接区域42可与图5A，5B，5D或5E中的其中一种电气接头43结合使用，和/或图5D中的两个接头区域431，432可借助图5B中的铆钉连接441与触点44相连。
图6A，6B和6C分别示出了用于将电接触从电路板12的正面传递到电路板12的背面上的金属夹444。
此类金属夹444可与图5A至5E中所示的发光模块100结合使用，尤其当在电路板12的正面和背面上都安装有触点44的情况下。其也可仅用于与位于电路板12的两面中的一面上的触点接触。
金属夹444分别由导电材料制成，例如优质钢。
金属夹444分别具有接触区域446和构造用于装入电路板12的开口445。开口445的直径基本与电路板12的厚度一致。电路板12夹在开口445中，并且接触区域446与触点44形成直接接触，由此制造在电路板12的正面上的触点44与在其背面上的触点44之间的电气接触。
图6A中的金属夹444构成为弹簧状并且具有弓形区域，这简化了夹持。图6B中的金属夹444在其背离开口445的外侧上构造为平的，由此，金属夹445能够构造得格外的窄。
在图6C所示的金属夹444中，两个能够尤其构造为保护导体的线带彼此成角度地布置，并且在连接点447处彼此焊接。由此能够以简单的方式提供金属夹444。
根据图7A至7E的视图进一步阐述在此所述的LED发光装置1的其它实施例。
图7A和7B分别示出了LED发光装置1的图片，其中，LED发光装置1的顶侧分别在左侧示出，并且具有电气接头43和触针41的底侧单独在右侧示出。图7A以侧视图示出了LED发光装置1，并且图7B以俯视图示出了LED发光装置1。
LED发光装置1包含两个在玻璃罩20中的凹处22。布置在玻璃罩20中的发光模块20借助凹处22固定并定位在中心。电气接触借助连接区域42(也可参见图1C)实现。
图7C和7D示出了在玻璃罩20中的凹处22的放大视图。凹处22构造为玻璃罩中的空穴。在凹处22之间构成自由空间，电路板12可夹持在此空间中。
图7E示出了LED发光装置1的示意性简图。仅示出了玻璃罩20以及LED发光装置1的触针41和连接区域42。玻璃罩20具有凹口23，其用于使电路板12在玻璃罩20中定位在中心。例如，电路板12可借助于凹口23夹持固定在玻璃罩20的内腔中。
根据图8A和8B的示意性简图进一步阐述在此所述的LED发光装置1的实施例。图8A和8B分别示出了在玻璃罩20中凹处22周围区域(也可参见图7A至7D)的放大图。
在图8A和8B所示的凹处22之间分别存在一个中间空间，电路板12位于此中间空间中。此外，安装在电路板12上的平滑电容30位于凹处22之间，由此，平滑电容30在一定程度上为隐藏的。在图8A中，平滑电容30仅安装在电路板12的一面上，例如正面上，而在图8B中的电路板12两面、即电路板12的正面和背面上都具有一个平滑电容30。
电路板12与平滑电容30一同嵌入机械柔性的浇铸体122中。浇铸体122可由硅构成。此外，浇铸体122可具有转换波长的颗粒，由此额外地遮蔽了平滑电容30的可视性。
通过浇铸体122，能够补偿由于制造工艺引起的电路板12的厚度d的和/或凹处22之间的中间空间的大小的偏差。如此，浇铸体122在或多或少的程度上根据此偏差压缩，由此，在与最佳尺寸偏差的情况下也能实现夹紧。
根据图9A和9B的示意性视图进一步阐述在此所述的LED发光装置1的其他实施例。具体地示出了用于玻璃罩20的可行的形状。在图9A中，玻璃罩20具有传统卤素灯玻璃罩的形状，即具有沿着玻璃罩20的对称轴的隆起21的圆柱状。LED发光装置1的电路板12的一部分可布置在此隆起21中并且在隆起21的区域内热连接在玻璃罩20上，由此散热得以改善，并且不会对LED发光装置1的外观产生负面影响。
如图9B中所示，玻璃罩20也可选择构造为方形并且与电路板12的矩形形状相协调。一般地，可通过选择与电路板12的形状相近的玻璃罩20的形状而改善从电路板12的散热。
根据图10A和10B的示意性视图进一步阐述在此所述的LED发光装置1的其它实施例。在所示的实施例中，电路板12的宽度b基本与玻璃罩20的最大内径r一致。由此，电路板12可通过玻璃罩20的壁固定。可以将电路板12嵌入机械柔性的浇铸件122中，由此能够补偿电路板12的宽度b和/或玻璃罩20的最大内径r的制造误差。
图10A中的玻璃罩20具有椭圆形截面，并且图10B中的玻璃罩20具有圆形截面，其中，截面分别垂直于对称轴，并且玻璃罩20分别具有圆柱形形状。为了使辐射面积最大化，在椭圆形截面的情况下，电路板的宽度b优选与椭圆形的大的半轴一致，由此，当电路板12借助玻璃罩20的壁夹紧时，能够完全利用玻璃罩20的最大宽度。
根据图11A和11B或者12A和12C中测量的照明强度71，72(以勒克斯为单位)以及辐射特性711，722(也称作配光曲线)进一步阐述在此所述的LED发光装置1的实施例。测量分别借助类似于图1A至1C中的LED发光装置的LED发光装置1实施。图11A和12A示出了在具有正常玻璃罩20的LED发光装置1的情况下的测量，而针对图11B和12B的测量，借助喷砂对LED发光装置1的玻璃罩20进行了磨砂处理。
图11A和11B分别示出了第一照明强度21，其在通过电路板12的侧面方向构成的平面中(即在对发光二极管芯片11的俯视图中)测得，并且示出了第二照明强度72，其在通过垂直方向和沿着电路板12的长度延伸的电路板12的侧面方向构成的平面中(即侧视图中)测得。测量在该平面上与垂线呈角度α进行。图12A和12B示出了在第一照明强度71的测量平面中测得的第一辐射特性711，以及在第二照明强度72的测量平面中测得的第二辐射特性722。
通过磨砂，整体照明强度71，72降低(在图11A和12A中共211流明，并且在图11B和12B中共191流明，分别在1.9瓦的功率下测得)。但是，辐射特性明显地均匀化并改善。这样，在图11A中，第一照明强度71的左侧最大值为约250勒克斯，并且第一照明强度71的右侧最大值为约53勒克斯，也就是说，仅为左侧最大值的约20％。在图11A中，第二照明强度72平均明显低于第一照明强度71(最大约51勒克斯)。在图11B中，第一照明强度71的左侧最大值约为215勒克斯，并且右侧最大值约为73勒克斯，也就是说，约为左侧最大值的30％。第二照明强度72相比于图11A明显提高(最大约为83勒克斯).
此种光强分布的均匀化也可在图12A和12B中明显地看出。尤其在0°平面中发出更多的光，并且发光二极管芯片11的朗伯辐射特性扩张。在图12A中明显可见，发光二极管芯片11仅安装在电路板12的正面上(左侧区域中辐射强度更高)，而在图12B中的辐射不仅单面进行。
本发明不由于根据实施例进行的说明而限制于此。而是本发明还包含各种新的特征以及特征的各种结合，这尤其包含权利要求中的多个特征的各种结合，即使此特征或此结合本身没有在权利要求或实施例中详细给出。
附图标记说明
1 LED发光装置
11 发光二极管芯片
12 电路板
122 浇铸体
100 发光模块
20 玻璃罩
21 隆起
22 凹处
23 凹口
30 平滑电容
31 晶体管
32 整流电路
321 二极管
33 电压源
41 触针
42 连接区域
43 电气接头
431 第一接头区域
432 第二接头区域
44 触点
441 铆钉连接
444 金属夹
445 开口
446 接触区域
447 连接点
23 凹口
60 壳体
61 装配线
62 底座
71 第一照明强度
72 第二照明强度
711 第一辐射特性
722 第二辐射特性
d 电路板厚度
r 玻璃罩的最大内径

Claims (15)

1.LED发光装置(1)，所述LED发光装置具有玻璃罩(20)，具有至少一个发光二极管芯片(11)的发光模块(100)，所述发光二极管芯片借助板上芯片封装安装在电路板(12)上，以及所述发光模块(100)的驱动电子装置，其中，所述发光模块(100)和所述驱动电子装置容纳在所述玻璃罩(20)中。
2.根据前述权利要求所述的LED发光装置(1)，其中，所述驱动电子装置的至少一部分、尤其整个所述驱动电子装置借助板上芯片封装安装到电路板(12)上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述驱动电子装置包含平滑电容(30)，所述平滑电容与至少一个的所述发光二极管芯片(11)并联。
4.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述电路板(12)的厚度(d)为最大400μm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述电路板(12)构造为透光的，和/或其中，所述玻璃罩(20)的内腔以导热气体填充，和/或其中，所述玻璃罩(20)以乳白玻璃构成和/或磨砂地构造。
6.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述电路板(12)和/或所述平滑电容(30)热连接到玻璃罩(20)上，和/或其中，所述电路板(12)和/或平滑电容至少部分地嵌入机械柔性的浇铸体(122)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述玻璃罩(20)具有凹处(222)，所述凹处向玻璃罩(20)的内腔中凸出并与所述电路板(12)和/或平滑电容(30)热接触。
8.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述玻璃罩(20)具有两个彼此相对的凹处(222)，并且所述电路板(12)夹在两个所述凹处(222)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述玻璃罩(2)具有两个向所述玻璃罩(20)内腔中凸出的凹口(23)，所述凹口沿着所述玻璃罩(20)的对称轴延伸，并设置用于将所述发光模块(100)在玻璃罩(20)内定位在中心。
10.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述电路板(12)具有基本与所述玻璃罩(20)的最大内径(r)相等的宽度(b)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，所述玻璃罩(20)具有相对于所述玻璃罩(20)的内腔凸出构造的隆起(21)，并且其中，所述电路板(12)和/或平滑电容(30)至少部分地容纳于所述隆起(21)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)，其中，在所述电路板(12)上设置触点(44)，借助电气接头(43)电接触所述触点，其中，所述触点(44)优选通过高温材料构造，尤其优选通过无涂层的或者例如具有镍、铂、钌、锡、锌、铜涂层的钼、铌、钽和/或优质钢构造。
13.根据权利要求12所述的LED发光装置(1)，其中，所述电气接头(43)通过金属夹(444)构造，其中，所述金属夹(444)具有开口(445)，所述电路板(12)夹在所述开口中，其中，所述金属夹(444)的接触区域(446)与所述电路板(12)的触点(44)形成直接接触。
14.根据权利要求13所述的LED发光装置(1)，其中，所述金属夹(444)通过两个在连接点(447)处彼此焊接的线带构成。
15.LED灯具，所述LED灯具包含壳体(60)和布置在所述壳体(60)中的、根据前述权利要求中任一项所述的LED发光装置(1)。
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