DE102010030702A1

DE102010030702A1 - Halbleiterlampe

Info

Publication number: DE102010030702A1
Application number: DE102010030702A
Authority: DE
Inventors: Nicole Breidenassel; Guenter Hoetzl; Christoph Mahler; Thomas Preuschl; Steffen Tegethoff
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2011-10-13
Also published as: EP2510276A1; US20130020941A1; CN102822590A; WO2011124469A1

Abstract

Die Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) weist eine Treiberkavität (2) zur Aufnahme einer Treiberelektronik (3) und ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (4) bestücktes Lichtquellensubstrat (5) auf, wobei die Treiberkavität (2) durch das Lichtquellensubstrat (5) verschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlampe, welche eine Treiberkavität zur Aufnahme einer Treiberelektronik und ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Lichtquellensubstrat aufweist.
Wie in 1 gezeigt, weist eine bekannte LED-Retrofitlampe 101 einen Kühlkörper 102 auf, welcher eine Treiberkavität 103 zur Unterbringung einer Treiberelektronik 104 aufweist. Die Treiberkavität 103 weist eine rückwärtige Öffnung 103a auf, welche durch einen Sockel 105 verschlossen ist. Der Sockel 105 weist elektrische Kontakte 106 auf, um eine elektrische Verbindung zwischen einer Lampenfassung (o. Abb.) und der Treiberelektronik 104 herzustellen. An einem vorderen Bereich ist die Treiberkavität 103 mittels einer in den Kühlkörper 102 integrierten Basisplatte 107 abgeschlossen; die Rückseite der Basisplatte 107 stellt somit eine Wand der Treiberkavität 103 dar, während ihre Vorderseite ein LED-Modul trägt. Das LED-Modul weist ein Substrat 109 und mindestens eine Leuchtdiode, LED, 110 auf, wobei die mindestens eine Leuchtdiode 110 an der Vorderseite des Substrats 109 angeordnet ist und das Substrat 109 mit seiner Rückseite flächig auf der Basisplatte 107 aufliegt. Das Substrat 109 kann als eine Platine ausgestaltet sein. Zur elektrischen Versorgung der LEDs 110 ist eine Kabeldurchführung (o. Abb.) in der Basisplatte 107 vorhanden. Die Treiberelektronik 104 befindet sich also auf der bezüglich der LED(s) 110 anderen Seite der Basisplatte 107 im Inneren des gemeinsamen Kühlkörpers 102.
Die Treiberelektronik 104 kann nur von hinten h durch die Öffnung 103a in die Treiberkavität 103 eingebracht werden. Die Außenkontur von Retrofitlampen unterliegt ferner Vorschriften, die bedingen, dass die Retrofitlampen zum Sockel bzw. elektrischen Kontakt hin eine Verringerung ihrer Querschnittsfläche aufweisen. Legt man eine Trennebene zwischen einem oberen Lampenteil und einem unteren Lampenteil etwa aus ästhetischen, fertigungstechnischen oder thermischen Gründen möglichst tief (wie in dem hier gezeigten Beispiel zwischen dem Kühlkörper 102 und dem Sockel 105), muss die Fläche einer die Treiberelektronik 104 tragenden Treiberelektronik-Platine 111 entsprechend klein sein, damit sie stets von hinten h in die rückwärtige Öffnung 103a zur Montage eingeführt werden kann. Häufig muss dann entweder auf bestimmte Funktionalitäten der Treiberelektronik 104 verzichtet werden, oder die LED-Retrofitlampe 101 muss nach vorne v hin verlängert werden, um die Treiberelektronik 104 mit einer größeren Höhenausdehnung in dem Kühlkörper unterzubringen. Die vorgeschriebene Außenkontur der LED-Retrofitlampe 101 kann in letztem Fall unter Umständen nicht mehr eingehalten werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum Unterbringen auch eines vergleichsweise großen Treibers in einer kompakten Halbleiterlampe, insbesondere Retrofitlampe, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterlampe, aufweisend eine Treiberkavität zur Aufnahme eines Treibers und ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Lichtquellensubstrat, wobei die Treiberkavität durch das Lichtquellensubstrat verschlossen ist.
Diese Halbleiterlampe weist den Vorteil auf, dass die Treiberplatine nun aufgrund des Fehlens der Basisplatte von vorne in die Treiberkavität eingeführt werden kann, wo insbesondere bei einem sich nach hinten verjüngenden Gehäuse eine größere Öffnung zur Verfügung steht als bei einer herkömmlichen Einführung im Bereich des hinteren Sockels. So kann auch ein nicht funktional eingeschränkter Treiber mit breiter Treiberplatine in einer kompakten Lampe untergebracht werden.
Der Treiber kann auch als Treiberelektronik, Treiberschaltung, Treiberlogik, Steuerschaltung usw. bezeichnet werden und dient insbesondere dazu, über den Sockel bereitgestellte elektrische Leistung in für die Ansteuerung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle geeignete elektrische Signale umzuwandeln. Die Treiberelektronik kann mehrere elektronische Bauelemente umfassen, welche insbesondere auf einer gemeinsamen Treiberplatine angeordnet sind.
Die Treiberkavität kann auch als ein Hohlraum zur Aufnahme des Treibers beschrieben werden.
Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Auch können z. B. Diodenlaser verwendet werden. Alternativ kann die mindestens eine Lichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
Das Lichtquellensubstrat kann insbesondere eine Leiterplatte oder Platine sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe zwei aufeinander aufsetzbare Gehäuseteile aufweist und mindestens eines der Gehäuseteile die Treiberkavität zumindest teilweise umschließt. Die Treiberkavität kann somit mittels nur eines Gehäuseteils oder mittels beider Gehäuseteile gebildet werden. Die Gehäuseteile können durch das Aufsetzen auf einfache Weise miteinander verbunden werden, und die Treiberkavität kann so entsprechend einfach verschlossen werden.
Anders dargestellt kann die Halbleiterlampe eine gemeinsame Kavität zur Aufnahme eines Treibers und eines mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestückten Lichtquellensubstrats aufweisen, wobei die gemeinsame Kavität durch zwei, insbesondere trennbare bzw. aufeinander aufsetzbare, Gehäuseteile, insbesondere als Kühlkörper ausgebildete Gehäuseteile, gebildet wird. Ein hinteres Gehäuseteil weist den Sockel auf, während ein vorderes Gehäuseteil eine Lichtdurchlassöffnung aufweist. Diese Halbleiterlampe löst die Aufgabe auch eigenständig.
Es ist besonders vorteilhaft, falls keiner der beiden Gehäuseteile eine Trennwand (z. B. die Basisplatte 8) aufweist, auf der das Lichtquellensubstrat mit seiner Rückseite vollflächig aufsitzt und welche Wärme von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle in den Kühlkörper leitet.
Es ist eine Weiterbildung, dass eine Trennebene senkrecht zu einer Hauptabstrahlrichtung des Lichtes oder zu einer Längsachse der Halbleiterlampe liegt, insbesondere parallel zur Ebene des Lichtquellensubstrats.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Gehäuseteile als Kühlkörper ausgestaltet sind, von denen ein vorderer Kühlkörper mindestens eine Lichtdurchlassöffnung aufweist und von denen ein hinterer Kühlkörper einen Sockelbereich) aufweist oder damit verbunden ist. Dadurch lässt sich eine besonders einfache Montage erreichen. Auch können so thermische Beeinflussungen des Treibers und der mindestens einen Halbleiterlichtquelle minimiert werden, da Wärme des sich stärker erwärmenden Kühlkörpers, insbesondere des vorderen Kühlkörpers, schlechter auf den sich weniger erwärmenden Kühlkörper übertragen wird und damit der im weniger erwärmenden Kühlkörper sitzende Treiber, zumindest auf seiner von der Lichtquelle abgewandten Seite, eine geringere Aufheizung durch die Lichtquelle erfährt.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass vor allem der hintere Kühlkörper die Treiberkavität zumindest teilweise umschließt. Der hintere Kühlkörper dient somit insbesondere hauptsächlich oder gänzlich der Aufnahme des Treibers, während der vordere Kühlkörper vor allem dem Verschluss der Treiberkavität und der Kühlung der Lichtquelle(n) dient.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass zumindest einer der Kühlkörper Vorsprünge, insbesondere Kühlrippen oder Kühlstreben usw., aufweist, welche über den anderen Kühlkörper reichen. Beispielsweise können insbesondere die Vorsprünge des vorderen Kühlkörpers, der maßgeblich die Lichtquelle kühlt, fingerartiq oder zinnenartig über den hinteren Kühlkörper, der maßgeblich den Treiber kühlt, hinausragen. Dies ermöglicht einen guten Kompromiss aus einer genügend großen, insbesondere elektrisch isolierten Treiberkavität und einer großen Kühloberfläche für den vorderen Kühlkörper, der häufig mehr Verlustleistung abführen muss als der hintere Kühlkörper. Es ist eine Weiterbildung, dass beide Kühlkörper in Richtung des jeweils anderen Kühlkörpers gerichtete Vorsprünge aufweisen, welche kammartig ineinandergreifen. So wird eine Wärmekonvektion von beiden Kühlkörpern verstärkt.
Die Vorsprünge können auch als Befestigungsvorsprünge dienen, z. B. indem sie als Klemmkontakte ausgelegt sind. Die Befestigungsfunktion der beiden Kühlkörper oder Gehäuseteile ist auch anders realisierbar, z. B. durch einen umlaufend überstehenden Rand.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der vordere Kühlkörper mindestens ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m·K) aufweist, z. B. mit Al, Cu oder Legierungen davon, mit Keramiken, oder thermisch leitfähigem Kunststoff.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der hintere Kühlkörper ein elektrisch isolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W/(m·K) aufweist. In diesem Fall muss der Treiber nicht durch eine zusätzliche Kunststoffhülse oder Folien elektrisch isoliert werden, was die Kühlung der Treiberbauteile verbessert. In einer Variante kann der hintere Kühlkörper aber auch aus einem einfachen Standardkunststoff gefertigt sein.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die zwei Gehäuseteile das Lichtquellensubstrat zwischen sich fixieren. So kann eine sichere und einfache Befestigung des Lichtquellensubstrats erreicht werden. Das Lichtquellensubstrat kann für eine einfache Befestigung insbesondere zwischen den beiden Gehäuseteilen eingeklemmt oder eingepresst sein. Die in einer Betrachtungsweise durch beide Gehäuseteile gemeinsam eingeschlossene Kavität wird dann durch das Lichtquellensubstrat in einen vorderen Bereich mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und in einen hinteren Bereich mit dem Treiber unterteilt.
Es ist eine zur effektiven Wärmeabfuhr bevorzugte spezielle Ausgestaltung, dass der vordere Kühlkörper in einem flächigen Kontakt mit dem Lichtquellensubstrat steht, insbesondere mit seiner die mindestens eine Halbleiterlichtquelle tragenden Vorderseite. Diese Kontaktfläche ist möglichst breitflächig um die mindestens eine Halbleiterlichtquelle und ggf. zugehörige optische Elemente herum konstruiert, um einen möglichst guten Wärmeübergang vom Lichtquellensubstrat zu dem vorderen Kühlkörper zu realisieren.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der vordere Kühlkörper über ein Wärmeleitmaterial (TIM; ”Thermal Interface Material”) in flächigem Kontakt mit dem Lichtquellensubstrat steht, um die Wärmeabgabe an den Kühlkörper weiter zu verstärken. Das TIM kann z. B. ein Phasenwechsel-TIM, ein wärmeleitfähiger Kleber, ein TIM-Tape und/oder eine Wärmeleitfolie sein. Alternativ kann das Lichtquellensubstrat auch ein flexibles Substrat sein, das auf den vorderen Kühlkörper auflaminiert wird.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass der hintere Kühlkörper in einem im Wesentlichen punkt- und/oder linienförmigen Kontakt mit dem Lichtquellensubstrat steht. Der Kontakt von dem Lichtquellensubstrat zu dem hinteren Kühlkörper wird so minimiert, um eine thermische Anbindung zwischen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und dem hinteren Kühlkörper und damit eine thermische Belastung für kritische Treiberbauteile (integrierte Bauelemente, Elektrolytkondensatoren usw.) aufgrund einer Aufheizung seitens der mindestens einen Halbleiterlichtquelle zu minimieren.
Das Lichtquellensubstrat kann beispielsweise als Metallkernplatine, Keramikplatine, geeignet ausgestaltete FR4-Platine und/oder flexible Platine (Flex) ausgestaltet sein. Zur thermischen Optimierung der Wärmeleitung von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle durch das Lichtquellensubstrat hinein in den vorderen Kühlkörper wird es im Falle der Verwendung eines FR4-Platinenmaterials bevorzugt, dass mindestens eine doppellagige, besser mehr als doppellagige, Platine als das Lichtquellensubstrat eingesetzt wird, wobei eine Kupferschicht vorzugsweise mindestens 75 μm dick ist und/oder durchgehende thermische Vias (Kontaktdurchführungen) um die Halbleiterlichtquelle(n) herum und/oder im gesamten Kontaktbereich zwischen der FR4-Platine und vorderen Kühlkörper aufweist. Im Falle der Verwendung einer Metallkernplatine kann insbesondere bei Verwendung eines elektrisch isolierenden TIM zur Optimierung der Wärmeleitung von der Metallkernplatine in den vorderen Kühlkörper hinein auch ein Lötstopplack im Bereich des Kontaktes weggelassen werden.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eines der Gehäuseteile die Treiberkavität zumindest teilweise umschließt und das Lichtquellensubstrat an dem anderen der Gehäuseteile (insbesondere dem vorderen Kühlkörper) befestigt ist, z. B. mittels eines Wärmeleitklebers oder eines TIM-Tapes geklebt ist. So kann das Lichtquellensubstrat an dem anderen Gehäuseteil vormontiert werden und braucht bei einem Zusammensetzen der Gehäuseteile nicht eigens ausgerichtet zu werden. Insbesondere kann so ein direkter Kontakt des Lichtquellensubstrats mit dem hinteren Kühlkörper o. ä. vermieden werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das das Lichtquellensubstrat gegen das die Treiberkavität umschließende Gehäuseteil thermisch isoliert ist, z. B. durch eine thermisch isolierende Lage und/oder durch einen Luftspalt. Dadurch kann der in der Treiberkavität untergebrachte Treiber gegen die von der mindestens einen Lichtquelle abgegebene Verlustwärme abgeschirmt werden, oder umgekehrt.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass eine mit zumindest einem Teil der Treiberelektronik bestückte Treiberplatine im Wesentlichen parallel zu dem Lichtquellensubstrat liegend in der Treiberkavität (bzw. in dem hinteren Bereich der gemeinsamen Kavität) untergebracht ist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, heißere Elektronikbauteile auf der von dem Lichtquellensubstrat weggerichteten Seite der Treiberplatine zu platzieren und damit lokale Wärmespitzen ('Hotspots') an dem Lichtquellensubstrat zu vermeiden. Auch ergibt sich die Möglichkeit, die thermisch empfindlichen Elektronikbauteile auf der von dem Lichtquellensubstrat weggerichteten Seite zu platzieren, und damit die Aufheizung dieser Bauteile durch die Halbleiterlichtquelle(n) zu minimieren.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass eine Vorderseite des Lichtquellensubstrats mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestückt ist und die Rückseite des Lichtquellensubstrats zumindest mit einem Teil der Treiberelektronik bestückt ist. Dadurch wird eine besonders kompakte Ausführung ermöglicht.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eine zumindest mit einem Teil der Treiberelektronik bestückte Treiberplatine eine zur Biegung vorgesehene Platine ist. Dadurch kann die Treiberplatine besonders kompakt in der Treiberkavität untergebracht werden, z. B. umlaufend auch an deren Seitenwänden.
Die Treiberplatine kann mit dem Lichtquellensubstrat einstückig ausgeführt sein, z. B. als eine mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und den Treiberbausteinen bestückte Leiterplatte. Die ergibt eine besonders kompakte und bauteilsparende Ausgestaltung. Vorzugsweise sind die mindestens eine Halbleiterlichtquelle und die Treiberbausteine auf unterschiedlichen Seiten der Leiterplatte angeordnet, was insbesondere bei einer flexiblen Leiterplatte eine besonders kompakte Bauform ergibt.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Anschlusskontakt der Halbleiterlampe über mindestens einen Einpressstecker (Pressfit-Stecker) mit einer zumindest mit einem Teil der Treiberelektronik bestückten Treiberplatine elektrisch verbunden ist.
Insbesondere können in einer Variante Kontaktpins oder Kontaktstifte in dem Sockel des hinteren Kühlkörpers linear herausgeführt sein und die Treiberplatine und/oder das Lichtquellensubstrat mittels einer Pressfitverbindung kontaktieren.
Es ist auch eine Weiterbildung, dass der vordere Kühlkörper im Bereich seiner Lichtdurchlassöffnung(en) bzw. Aussparung(en) zumindest teilweise reflektierend ausgestaltet ist, z. B. reflektierend beschichtet ist. So können ein optisches Bauteil und dessen Montage eingespart werden.
Alternativ kann mindestens ein optisches Element (Linse, Reflektor usw.) irreversibel in den vorderen Kühlkörper eingebracht, insbesondere eingeklemmt, werden und z. B. zum Zusammenschrauben der beiden Kühlkörper verwendete Schrauben verdecken, um beispielsweise ein zerstörungsfreies Öffnen der Lampe durch einen Nutzer zu verhindern.
In einer Variante kann ganz auf Schrauben zum Zusammenbau der Halbleiterlampe verzichtet werden, wobei z. B. der vordere Kühlkörper, der hintere Kühlkörper und das Lichtquellensubstrat nur durch eine Klebung und/oder eine Klemmung miteinander verbunden sind.
Die Halbleiterlampe ist vorzugsweise eine Retrofitlampe, insbesondere Glühlampen-Retrofitlampe oder Halogenlampen-Retrofitlampe.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Halbleiterlampe gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 zeigt in Schrägansicht einen vorderen Kühlkörper der Halbleiterlampe gemäß der ersten Ausführungsform;
4 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Halbleiterlampe gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Halbleiterlampe gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Halbleiterlampe gemäß einer vierten Ausführungsform; und
7 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Halbleiterlampe gemäß einer fünften Ausführungsform.
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 1 gemäß einer ersten Ausführungsform in Form einer Halogenlampen-Retrofitlampe. Die Halbleiterlampe 1 weist eine Treiberkavität 2 zur Aufnahme einer Treiberelektronik 3 und ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle in Form mehrerer LEDs 4 bestücktes Lichtquellensubstrat 5 (hier eine Metallkernplatine) auf. Die Treiberkavität 2 wird innerhalb eines hinteren Kühlkörpers 6 gebildet bzw. davon umgeben. Die Treiberkavität 2 wird nach hinten h durch einen Sockelbereich 7 des hinteren Kühlkörpers 6 begrenzt und nach vorne v durch das Lichtquellensubstrat 5 verschlossen. An dem Sockelbereich 7 sind zwei Stiftkontakte 7a vorhanden, welche zu der Treiberelektronik 3 führen und diese mit einer Versorgungsspannung speisen. Die Treiberelektronik 3 treibt wiederum die LEDs 4 an.
Auf den hinteren Kühlkörper 6 ist von vorne v ein vorderer Kühlkörper 8 aufgesteckt, so dass das Lichtquellensubstrat 5 zwischen dem vorderen Kühlkörper 8 und dem hinteren Kühlkörper 6 eingeklemmt und so fixiert ist. Zur effektiven Kühlung und zur Erlangung eines festen Sitzes an dem hinteren Kühlkörper 6 weist der vordere Kühlkörper 8 an seiner Umfangsseite gleichbeabstandet mehrere Kühlrippen 9 auf, welche nach hinten h überstehen und bezüglich des hinteren Kühlkörpers 6 als Klemmelemente dienen. Der hintere Kühlkörper 6 und der vordere Kühlkörper 8 können zusätzlich oder alternativ z. B. auch miteinander verklebt, verrastet und/oder verschraubt sein.
Der vordere Kühlkörper 8, der in 3 in Schrägansicht dargestellt ist, liegt mit seinem Randbereich 10 großflächig auf der Vorderseite des Lichtquellensubstrats 5 auf, um zur Kühlung der LEDs 4 einen hohen Wärmeübertrag davon zu ermöglichen, ggf. über ein Wärmeleitmaterial (o. Abb.). Der hintere Kühlkörper 6 kontaktiert die Rückseite des Lichtquellensubstrats 5 jedoch nur mit seinem schmalen oberen Rand (entsprechend im Wesentlichen einem linienförmigen Kontakt), um eine Wärmeübertragung auf sich und damit auf die Treiberkavität 2 zu minimieren.
Eine Treiberplatine 11, welche mit der Treiberelektronik 3 bestückt ist, liegt im Wesentlichen parallel zu dem Lichtquellensubstrat 5 in der Treiberkavität 2. Dadurch kann die Treiberelektronik 3 so angeordnet werden, dass Treiberbausteine 3a, welche weder empfindlich sind noch selbst eine hohe Wärmeabstrahlung erzeugen, an einer dem Lichtquellensubstrat 5 zugewandten Seite der Treiberplatine 11 angeordnet sind. Dies vermeidet eine Überhitzung der empfindlichen Treiberbausteine durch die LEDs 4 bzw. das Lichtquellensubstrat 5 als auch eine Überhitzung des Lichtquellensubstrats 5 lokal im Bereich eines stark wärmeabstrahlenden Treiberbausteins. Die empfindlichen und/oder stark wärmeverlustbehafteten Treiberbausteine 3b können an der dem Lichtquellensubstrat 5 abgewandten Rückseite der Treiberplatine 11 angeordnet sein.
Der vordere Kühlkörper 8 weist mindestens eine Lichtdurchlassöffnung 14 auf, in welche die LEDs 4 von unten eingeführt sind. In die Lichtdurchlassöffnung 14 ist wiederum von vorne ein Reflektor 12 mit mehreren LED 4-spezifischen Reflektorbereichen 13 eingesetzt, um eine Lichtabstrahlung der Halbleiterlampe 1 gezielt formen zu können. Hier ergibt sich daraus eine optische Achse bzw. Hauptabstrahlrichtung entlang einer Längsachse L der Halbleiterlampe 1. Der vordere Kühlkörper 8 und der Reflektor 12 können mittels einer lichtdurchlässigen Abdeckplatte 15 mit oder ohne eine optische Funktion (Linsenfunktion, Diffusor usw.) abgedeckt sein.
Der vordere Kühlkörper 8 besteht im Wesentlichen aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m·K). Dieses Material kann elektrisch leitend sein und z. B. eine Aluminiumlegierung sein. Der hintere Kühlkörper 6 kann aufgrund der geringeren Wärmeentwicklung der Treiberelektronik 3 insbesondere ein elektrisch isolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W/(m·K) sein, z. B. Kunststoff.
Bei einem Zusammenbau der Halbleiterlampe 1 kann der Treiber 3, 11 über die großflächige Vorderseite in die Treiberkavität 2 eingeführt werden, so dass der Treiber 3, 11 nicht deshalb in seiner Größe beschränkt zu werden braucht und vergleichsweise frei gestaltbar ist. So kann insbesondere ein leistungsfähiger Treiber 3, 11 bereitgestellt werden. Durch diesen Zusammenbau entfällt also die Baugrößenbeschränkung, welche sich bisher aus einer Einführung durch den hinteren Sockelbereich ergibt.
Im Folgenden kann das bestückte Lichtquellensubstrat 5 auf die vordere Öffnung des hinteren Kühlkörpers 6 aufgesetzt werden, gefolgt von einen Aufstecken des vorderen Kühlkörpers 8 auf den hinteren Kühlkörper 6. Alternativ kann das bestückte Lichtquellensubstrat 5 auf den vorderen Kühlkörper 8 aufgeklebt und dann zusammen mit diesem auf den hinteren Kühlkörper 6 aufgesetzt werden.
Die Halbleiterlampe 1 kann auch so beschrieben werden, dass der vordere Kühlkörper 8 und der hintere Kühlkörper 6 eine gemeinsame Kavität bilden, welche nach vorne hin die Lichtdurchlassöffnungen 14 aufweist. In der gemeinsamen Kavität sind sowohl das bestückte Lichtquellensubstrat 5 als auch der Treiber 3, 11 untergebracht, wobei die Treiberplatine 11 die gemeinsame Kavität in einen hinteren Bereich und einen vorderen Bereich unterteilt.
4 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Halbleiterlampe 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Halbleiterlampe 21 weist einen ähnlichen Grundaufbau auf wie die Halbleiterlampe 1. Jedoch sind nun als elektrische Verbindungsleitungen (z. B. alternativ zu Drähten o. ä.) zwischen dem Sockelbereich 7 und der Treiberplatine 11 Presspassungsstifte 22 vorgesehen, welche selbsttragend von dem Sockelbereich 7 nach vorne stehen. Bei einem Einsetzen der Treiberplatine 11 wird diese mit entsprechenden hohlen Durchkontaktierungen auf die Presspassungsstifte 22 aufgesetzt. Die Treiberplatine 11 kann analog davon nach oben abstehende Presspassungsstifte 23 aufweisen, welche in einen Presssitz mit einer hohlen Durchkontaktierung des Lichtquellensubstrats 5 gebracht werden, wenn das Lichtquellensubstrat 5 auf den hinteren Kühlkörper 6 aufgesetzt wird. Die Presspassungsverbindung erlaubt eine besonders einfache Montage.
5 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 31 in Form einer Glühlampen-Retrofitlampe. Die Halbleiterlampe 31 kann dazu insbesondere einen Formfaktor einer Glühlampe einhalten und z. B. einen im Wesentlichen kugelschnittförmigen Kolben 36 aufweisen. Der Sockelbereich oder Sockel 32 ist hier als ein Edison-Sockel ausgebildet mit einem zentralen elektrischen Kontakt 33 an einer hinteren Spitze und einem Schraubengewinde 34 als dem zweiten elektrischen Kontakt. Von dem zentralen elektrischen Kontakt 33 als auch seitlich von dem Schraubengewinde 34 geht jeweils ein Presspassungsstift 22 ab, welcher nach vorne aus dem Sockel 32 hervorsteht. Die Presspassungsstifte 22 können z. B. zu der Treiberplatine 11 geführt werden, welche wiederum über weitere Presspassungsstifte oder auf andere Weise, z. B. durch Kabel 38, mit dem Lichtquellensubstrat 5 elektrisch verbunden ist. Der gezeigte Sockel 32 ist optional durch eine elektrisch isolierende Vergussmasse 35 gefüllt, um ihm eine höhere mechanische Stabilität zu verleihen. In der Vergussmasse 35 können optional elektrische und/oder elektronische Bauelemente 39 wie Kondensatoren, Widerstände, ICs usw. eingebettet sein, was eine noch kompaktere Bauweise ermöglicht. Die Vergussmasse 35 kann auch dazu verwendet werden, einen nach vorne vorstehenden Führungsbolzen 37 zu bilden, um einen korrekte Positionierung zu der Treiberplatine 11 zu erleichtern.
6 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 41 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Lichtquellensubstrat 5 und die Treiberplatine 11 liegen nun in Form einer einzigen, hier: flexiblen, Leiterplatte 42 vor. Die Leiterplatte 42 ist an ihrer Außenseite oder Vorderseite 43 mit den LEDs 4 bestückt und an ihrer Innenseite oder Rückseite 44 mit den Treiberbausteinen 3. Die flexible Leiterplatte 42 ist um eine Achse senkrecht zur Längsachse L so gebogen, dass die LEDs 4 nach oben in die Lichtdurchlassöffnung 14 ragen und die Treiberbausteine 3 nach Innen in Richtung der Treiberkavität 2 gerichtet sind. Die durch den Sockelbereich 7 reichenden Kontaktstifte 7a können direkt mit der Leiterplatte 42 verbunden sein. Eine solche Ausgestaltung ist besonders kompakt und mit vergleichsweise wenig Bauteilen realisierbar. So können eigene Verbindungselemente zwischen der Treiberplatine und dem Lichtquellensubstrat entfallen.
7 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 51 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Halbleiterlampe 51 weist das Lichtquellensubstrat 5 und die Treiberplatine 52 als getrennte Bauteile auf. Dabei ist die Treiberplatine 52 als eine flexible Platine ausgestaltet und um die Längsachse L gedreht in der Treiberkavität 2 angeordnet, wobei sie für eine effektive Wärmeabfuhr flächig an den Wänden der Treiberkavität 2 aufliegt. Mittels einer unteren Lasche 53 kann sie direkt mit den Kontaktstiften 7a verbunden werden, und mittels einer oberen Lasche 54 mit dem Lichtquellensubstrat 5, z. B. über Löthöcker 55. Hierdurch wird ebenfalls eine kompakte und preiswerte Ausgestaltung erreicht, bei der nun die Positionierung des Lichtquellensubstrats 5 und der Treiberplatine 52 getrennt durchgeführt werden kann.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Beispielsweise können Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen auch zusätzlich oder alternativ ausgetauscht werden.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterlampe
2: Treiberkavität
3: Treiberelektronik/Treiberbaustein
4: LED
5: Lichtquellensubstrat
6: hinterer Kühlkörper
7: Sockelbereich
7a: Stiftkontakt
8: vorderer Kühlkörper
9: Kühlrippe
10: Randbereich
11: Treiberplatine
12: Reflektor
13: Reflektorbereich
14: Lichtdurchlassöffnung
15: Abdeckplatte
21: Halbleiterlampe
22: Presspassungsstift
23: Presspassungsstift
31: Halbleiterlampe
32: Sockel/Sockelbereich
33: Kontakt
34: Schraubengewinde
35: Vergussmasse
36: Kolben
37: Führungsbolzen
38: Kabel
39: Bauelement
41: Halbleiterlampe
42: Leiterplatte
43: Vorderseite
44: Rückseite
51: Halbleiterlampe
52: Treiberplatine
53: untere Lasche
54: obere Lasche
55: Löthöcker
101: LED-Retrofitlampe
102: Kühlkörper
103: Treiberkavität
103a: Öffnung
104: Treiberelektronik
105: Sockel
106: Kontakt
107: Basisplatte
109: Substrat
110: LED
111: Treiberelektronik-Platine
L: Längsachse
h: hinten
v: vorne

Claims

Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51), aufweisend eine Treiberkavität (2) zur Aufnahme einer Treiberelektronik (3) und ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (4) bestücktes Lichtquellensubstrat (5), wobei die Treiberkavität (2) durch das Lichtquellensubstrat (5) verschlossen ist.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) zwei aufeinander aufsetzbare Gehäuseteile (6, 8) aufweist und mindestens eines der Gehäuseteile (6, 8) die Treiberkavität (2) zumindest teilweise umschließt.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach Anspruch 2, wobei die Gehäuseteile als Kühlkörper (6; 8) ausgestaltet sind, von denen ein vorderer Kühlkörper (8) mindestens eine Lichtdurchlassöffnung (14) aufweist und von denen ein hinterer (8) Kühlkörper einen Sockel (7; 32) aufweist oder damit verbunden ist.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach den Anspruch 3, wobei der hintere Kühlkörper (6) die Treiberkavität (2) zumindest teilweise umschließt.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei zumindest einer der Kühlkörper (6; 8) Vorsprünge, insbesondere Kühlrippen (9), aufweist, welche über den anderen Kühlkörper (6; 8) reichen.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der vordere Kühlkörper (8) mindestens ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/(m·K) und der hintere Kühlkörper (6) ein elektrisch isolierendes Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,5 W/(m·K) aufweist.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die zwei Gehäuseteile (6, 8) das Lichtquellensubstrat (5) zwischen sich fixieren.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach Anspruch 7 in Kombination mit einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der vordere Kühlkörper (8) in flächigem Kontakt mit dem Lichtquellensubstrat (5) steht und der hintere Kühlkörper (6) in einem im Wesentlichen punkt- und/oder linienförmigen Kontakt mit dem Lichtquellensubstrat (5) steht.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach Anspruch 8, wobei der vordere Kühlkörper (8) über ein Wärmeleitmaterial in flächigem Kontakt mit dem Lichtquellensubstrat (5) steht.
Halbleiterlampe (1; 21; 31; 41; 51) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei eines der Gehäuseteile (6, 8) die Treiberkavität (2) zumindest teilweise umschließt und das Lichtquellensubstrat (5) an dem anderen der Gehäuseteile (8, 6) befestigt ist und gegen das die Treiberkavität (2) umschließende Gehäuseteil (6, 8) thermisch isoliert ist.
Halbleiterlampe (1; 21; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mit zumindest einem Teil der Treiberelektronik (3) bestückte Treiberplatine (11) im Wesentlichen parallel zu dem Lichtquellensubstrat (5) liegend in der Treiberkavität (2) untergebracht ist.
Halbleiterlampe (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Vorderseite (43) des Lichtquellensubstrats (42) mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (4) bestückt ist und die Rückseite (44) des Lichtquellensubstrats (42) zumindest mit einem Teil der Treiberelektronik (3) bestückt ist.
Halbleiterlampe (41; 51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zumindest mit einem Teil der Treiberelektronik (3) bestückte Treiberplatine (42; 52) eine zur Biegung vorgesehene Platine (42; 52) ist.
Halbleiterlampe (21; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Anschlusskontakt (33) der Halbleiterlampe (21; 31) über mindestens einen Einpressstecker (22) mit einer zumindest mit einem Teil der Treiberelektronik (3) bestückten Treiberplatine (52) elektrisch verbunden ist.