DE102011084795A1

DE102011084795A1 - Halbleiterleuchtvorrichtung mit galvanisch nicht-isoliertem Treiber

Info

Publication number: DE102011084795A1
Application number: DE102011084795A
Authority: DE
Inventors: Markus Hofmann; Thomas Preuschl; Klaus Eckert; Christoph Strauss
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: US20140291707A1; DE102011084795B4; CN103890481A; CN103890481B; WO2013056932A1; US9287244B2

Abstract

Die Halbleiterleuchtvorrichtung (11, 11a) weist mehrere Halbleiterlichtquellen (16) und einen galvanisch nicht-isolierten Treiber (14) zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen (16) auf, wobei die Halbleiterlichtquellen (16) auf mindestens zwei Träger (22a1, 22b1) aufgeteilt sind, die Träger (22a1, 22b1) auf einer elektrisch leitfähigen Unterlage (12) aufgebracht sind und der Treiber (14) als auch an einer Oberfläche des Trägers (22a1, 22b1) vorhandene stromführende Bereiche (24, 25) gegenüber der Unterlage (12) elektrisch isoliert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterleuchtvorrichtung, aufweisend mehrere Halbleiterlichtquellen und einen galvanisch nicht-isolierten Treiber zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen.
WO 2010/092110 A1 offenbart eine Leuchtvorrichtung, die einen Kühlkörper mit mindestens einem an seiner Außenseite aufgebrachten Träger für mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere Leuchtdiode, aufweist, sowie eine Aussparung zur Aufnahme eines Treibers und mindestens eine elektrisch isolierende Zuführung, welche die Aussparung mit der Außenseite des Kühlkörpers verbindet, wobei die Zuführung eine an der Außenseite des Kühlkörpers flächenbündig anschließende Auflagefläche aufweist, die zumindest teilweise von dem Träger überdeckt ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise auszuräumen und insbesondere eine preiswertere und energiesparendere Halbleiterleuchtvorrichtung 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 Halbleiterleuchtvorrichtung, aufweisend mehrere Halbleiterlichtquellen und einen galvanisch nicht-isolierten Treiber zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen. Ferner sind die Halbleiterlichtquellen auf mindestens zwei Träger aufgeteilt, die Träger auf einer elektrisch leitfähigen Unterlage aufgebracht und der Treiber sowie an einer Oberfläche des Trägers vorhandene stromführende Bereiche gegenüber der Unterlage elektrisch isoliert.
Die Halbleiterlichtquellen sind durch die Aufteilung auf die mindestens zwei Träger besonders vielgestaltig anordenbar und ausrichtbar. Dadurch kann insbesondere eine gewünschte Lichtabstrahlcharakteristik bzw. ein Lichtabstrahlmuster vergleichsweise einfach bereitgestellt werden. Dies ermöglicht eine preiswerte und energiesparende Halbleiterleuchtvorrichtung. Durch die elektrische Isolierung des Treibers (als einer allgemeinen Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Halbleiterlichtquellen) sowie der stromführenden Bereiche lässt sich auch ein galvanisch nicht-isolierter Treiber ohne Sicherheitsprobleme bei einer Berührung der elektrisch leitfähigen Unterlage (z.B. eines Kühlkörpers) einsetzen. Da ein galvanisch nicht-isolierter Treiber üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad aufweist als ein galvanisch Primärseite und Sekundärseite gegeneinander isolierender Treiber, nämlich von typischerweise mehr als 90%, und zudem kostengünstiger aufgebaut werden kann, wird hierdurch eine Bereitstellung einer besonders preiswerten und energiesparenden Halbleiterleuchtvorrichtung unterstützt. So werden beispielsweise keine Sicherheitsabstände im Treiber von der Primärseite zur Sekundärseite benötigt, so wie es bei einem eine Schutzspannung ausgebenden Treiber unter Verwendung eines Transformators häufig vorgeschrieben ist. Eine Trennung zwischen Primärseite und Sekundärseite kann vielmehr vornehmlich zwischen Träger und elektrisch leitender Unterlage (z.B. einem Kühlkörper) stattfinden.
Falls der Treiber als ein trafoloser Treiber ausgestaltet ist, kann der Transformator vorteilhafterweise durch eine Spule oder eine Buck-Konfiguration / einen Stepdown-Konverter ersetzt werden.
Vorzugsweise ist der Treiber als ein Treiber ausgestaltet, welcher eine (Betriebs-)Spannung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen ausgibt, die höher als eine Sicherheitskleinspannung („Safety Extra Low Voltage“, SELV), eine Schutzkleinspannung („Protective Extra Low Voltage“, PELV) oder eine Funktionskleinspannung („Functional Extra Low Voltage“, FELV). Jedoch ist grundsätzlich als eine Betriebsspannung auch eine Kleinspannung denkbar.
Die Betriebsspannung kann vorteilhafterweise eine Gleichspannung sein, die größer oder gleich 25 Volt ist, insbesondere größer oder gleich 50 Volt ist. Jedoch sind grundsätzlich auch eine Gleichspannung mit einem geringeren Wert sowie eine Wechselspannung als eine Betriebsspannung nutzbar.
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). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein ("Remote Phosphor"). 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. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest zwei der Träger angewinkelt zueinander angeordnet sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Unterlage oder Auflagebereiche der Unterlage für die Träger zueinander angewinkelt sind. So lässt sich eine vielgestaltige Winkelausrichtung der Halbleiterlichtquellen auf eine einfache Weise erzeugen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Träger über mindestens eine freistehende Verbindungsleitung elektrisch miteinander verbunden sind. Unter einer freistehenden Verbindungsleitung kann insbesondere eine Verbindungsleitung verstanden werden, welche über ihre Länge nicht an eine feste Unterlage gebunden ist (z.B. eine Leiterbahn), sondern zumindest grundsätzlich zumindest abschnittsweise frei verlegbar ist (wie z.B. ein Draht oder ein Kabel). Eine freistehende Verbindungsleitung weist den Vorteil auf, dass sie eine elektrische Verbindung flexibel anordenbarer Träger mit einfachen Mitteln ermöglicht. Dies ist insbesondere der Fall, falls die Unterlage Kanten oder Spalte aufweist, wie es insbesondere bei zueinander angewinkelten und/oder abgestuften Auflagebereichen der Unterlage auftreten kann. Zudem sind so zumeist geringere ohmsche Widerstände und/oder höhere Stromstärken erreichbar. Darüber hinaus ist eine freistehende Verbindungsleitung besonders effektiv elektrisch isolierbar. Jedoch kann grundsätzlich auch mindestens eine fest verlegte (nicht freistehende) Verbindungsleitung, z.B. eine Leiterbahn, verwendet werden.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine freistehende Verbindungsleitung, insbesondere Kabel, eine dreifach isolierte Verbindungsleitung ist. Dies vereinfacht ihre Verlegung, da sie dann gefahrlos auch die elektrisch leitfähige Unterlage berühren kann, und zwar auch für Spannungen, welche höher sind als Sicherheitsspannungen, insbesondere höher sind als eine Sicherheitskleinspannung (SELV), eine Schutzkleinspannung (PELV) oder eine Funktionskleinspannung (FELV).
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass in einem Bereich zwischen zwei Trägern unterhalb der diese verbindenden mindestens einen elektrischen Verbindungsleitung ein Isolierungselement vorhanden ist. Das Isolierungselement kann beispielsweise eine Auflage sein, die lokal zwischen zwei Trägern auf die Unterlage(n) aufgelegt ist und insbesondere einen Bereich der elektrisch leitfähigen Unterlage abdeckt, welcher durch die mindestens eine Verbindungsleitung berührbar ist (z.B. wenn die Verbindungsleitung gewollt oder ungewollt auf die Unterlage gebogen wird). So kann eine Anforderung an die elektrische Isolierung der mindestens einen Verbindungsleitung herabgesetzt werden. Insbesondere mag die mindestens eine Verbindungsleitung dann nur noch einfach isoliert sein, z.B. ein Kabel. Das Isolierungselement kann beispielsweise ein Kunststoffelement sein.
Es ist eine zur Bereitstellung langer Kriechstrecken und einer ausreichend hohen Durchschlagsfestigkeit bevorzugte Weiterbildung, dass zumindest einer der Träger ein elektrisch isolierender Träger ist. Der Träger kann ein oder mehrere Verdrahtungslagen aufweisen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass zumindest einer der Träger ein (insbesondere kompakter) Keramikträger ist. Ein Keramikträger weist eine besonders hohe elektrische Isolierfähigkeit auf und ist zudem typischerweise gut wärmeleitend, so dass eine effektive Wärmeableitung von der Halbleiterlichtquelle unterstützt wird. Die Keramik kann beispielsweise Al2O3, AlN, BN oder SiC aufweisen. Der Keramikträger kann auch als ein Mehrlagen-Keramikträger ausgestaltet sein, z.B. in LTCC-Technik. Dabei können beispielsweise auch Lagen mit unterschiedlichen Materialien verwendet werden, z.B. mit unterschiedlichen Keramiken. Diese können beispielsweise abwechselnd hochgradig dielektrisch und niedrig dielektrisch ausgestaltet sein.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass zumindest einer der Träger ein Leiterplatten-Grundmaterial (z.B. FR4) aufweist oder eine Leiterplatte ist, was im Vergleich zu einem Keramikträger sehr kostengünstig ist. Insbesondere ist auch die Verwendung eines isolierten Metall-Substrats (IMS) oder einer Metallkernplatine (MCPCB) als Träger möglich.
Zur Erreichung eines besonders vorteilhaften Kompromisses zwischen einerseits einer Maximierung der Isolationsstrecke und andererseits einer Minimierung des thermischen Pfads zwischen Lichtquelle und Unterlage kann eine Dicke des Trägers vorteilhafterweise im Bereich zwischen 0,15 mm und 1 mm liegen.
Der Träger weist vorteilhafterweise eine Durchschlagsfestigkeit von mindestens 4 KV auf, damit Überspannungspulse mindestens dieser Größenordnung nicht durch den Träger schlagen.
Vorteilhafterweise kann der Träger mittels einer elektrisch isolierenden und insbesondere thermisch leitfähigen Übergangslage an der Unterlage befestigt sein. Die zusätzliche elektrische Isolierung ermöglicht eine weiter erhöhte Durchschlagfestigkeit und verlängerte Kriechstrecken.
Die elektrisch isolierende Übergangslage kann zur zuverlässigen Verbindung zwischen Träger und Unterlage vorteilhafterweise beidseitig haftfähig sein. Die Übergangslage ist vorteilhafterweise ein thermisches Übergangsmaterial (TIM, "Thermal Interface Material") wie eine Wärmeleitpaste (z.B. Silikonöl mit Zusätzen von Aluminiumoxid, Zinkoxid, Bornitrid oder Silberpulver), eine Folie oder ein Kleber. Die Folie kann beispielsweise auch in Art eines doppelseitigen Klebebands vorliegen. Der Kleber kann beispielsweise mittels eines Dispergiervorgangs und eines folgenden Rakelns beidseitig aufgebracht worden sein. Insbesondere eine TIM-Übergangslage mag insbesondere die Vorteile einer hohen Durchschlagsfestigkeit und einer Verlängerung des Kriechpfades bei einer guten thermischen Durchlässigkeit aufweisen. Auch kann durch die Übergangslage ein schraubenloser Aufbau erreicht werden, durch den ein ansonsten benötigter Isolationsbereich am Träger um die Schraubendurchführungen zum Kühlkörper herum entfallen kann. Dies unterstützt einen kompakten Aufbau der Leuchtvorrichtung. Jedoch kann der Träger grundsätzlich auch auf andere Weise an dem Kühlkörper befestigt werden. So kann der Träger auch mittels einer oder mehrerer Kunststoffschrauben mit der Unterlage verschraubt sein.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Träger über die elektrisch isolierende Übergangslage auf der Unterlage aufgebracht ist und die Übergangslage seitlich über den Träger hinaussteht. Dadurch kann eine Kriechstrecke am jeweiligen Rand um diejenige Länge verlängert werden, um welche die elektrisch isolierende Übergangslage seitlich oder lateral über den jeweiligen Rand hinaussteht.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Unterlage eine Oberfläche eines Kühlkörpers ist. Dadurch wird eine kompakte Bauweise und effektive Kühlung der Halbleiterlichtquellen ermöglicht. Der Kühlkörper kann vorteilhafterweise aus einem gut wärmeleitenden Material mit λ > 10 W/(m·K), besonders bevorzugt λ·> 100 W/(m·K), bestehen, insbesondere aus einem Metall wie Aluminium, Kupfer oder einer Legierung davon. Der Kühlkörper kann aber auch vollständig oder teilweise aus einem Kunststoff bestehen; besonders vorteilhaft zur elektrischen Isolierung und Verlängerung der Kriechstrecken ist ein gut wärmeleitender und elektrisch isolierender Kunststoff, es ist aber auch die Verwendung eines gut wärmeleitenden und elektrisch leitenden Kunststoffs möglich. Der Kühlkörper kann vorzugsweise symmetrisch sein, insbesondere rotationssymmetrisch, z.B. um eine Längsachse.
Der Kühlkörper kann vorteilhafterweise Kühlelemente aufweisen, z. B. Kühlrippen oder Kühlstifte.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens zwei Träger als Leiterplattenbereiche einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte ausgestaltet sind. Dadurch kann auf eine separate Verbindungsleitung verzichtet werden und vielmehr ein Teilbereich der flexiblen Leiterplatte als elektrische Verbindung verwendet werden. Eine solche Leuchtvorrichtung ist besonders einfach zusammenbaubar und zuverlässig.
Es ist eine zur Vereinfachung einer Montage und zur Wahrung eines Abstands des als elektrische Verbindung verwendeten Teilbereichs der flexiblen Leiterplatte von der Unterlage vorteilhafte Ausgestaltung, dass die mindestens zwei Leiterplattenbereiche auf jeweils einem (thermisch gut leitenden) Wärmespreizelement angeordnet sind, das auf der elektrisch leitfähigen Unterlage angeordnet ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Wärmespreizelement elektrisch leitfähig ist, z.B. aus Metall besteht, insbesondere aus Aluminium. Ein solches Wärmespreizelement ist einfach formbar, hochgradig wärmeleitfähig und preiswert. Jedoch mag das Wärmespreizelement auch aus einer elektrisch leitfähigen Keramik bestehen.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Wärmespreizelement elektrisch isolierend ist, was Durchschlagfestigkeit und eine Länge von Kriechstrecken erhöht. Ein solches Wärmespreizelement kann insbesondere gut wärmeleitfähig sein, insbesondere aus Keramik bestehen.
Das Wärmespreizelement und die Unterlage können auch einstückig ausgebildet sein.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine freistehende Verbindungsleitung zwischen zwei Leiterplattenbereichen durch mindestens einen verschmälerten, mindestens eine Leiterbahn aufweisenden Verbindungsbereich der flexiblen Leiterplatte gebildet ist. Die Verschmälerung erleichtert eine Biegung des Verbindungsbereichs. Die Verschmälerung kann bereits bei der Herstellung der flexiblen Leiterplatte oder durch einen nachträglichen Materialabtrag (z.B. eine Abfräsung oder ein Abschneiden) umgesetzt werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Halbleiterleuchtvorrichtung eine Retrofitlampe oder als ein Modul dafür ausgestaltet ist. Die Retrofitlampe kann insgesamt eine Glühlampen-Retrofitlampe oder eine Halogenlampen-Retrofitlampe sein.
Der Treiber kann insbesondere in einer Aussparung oder Kavität eines Kühlkörpers untergebracht sein. Die Aussparung weist bevorzugt eine Einführöffnung zum Einführen des Treibers auf, z.B. einer Treiberplatine. Die Einführöffnung der Aussparung kann sich vorteilhafterweise an einer Rückseite des Kühlkörpers befinden. Die Einführöffnung und die Zuführung befinden sich vorteilhafterweise an gegenüberliegenden Seiten der Aussparung. Die Aussparung kann beispielsweise zylinderförmig ausgestaltet sein. Die Aussparung kann vorteilhafterweise gegenüber dem Kühlkörper elektrisch isoliert sein, um direkte Kriechstrecken zu vermeiden, z.B. mittels einer elektrisch isolierenden Auskleidung (auch Gehäuse der Treiberkavität, GTK, genannt), z. B. in Form eines durch die Einführöffnung in die Aussparung eingesteckten Kunststoffrohrs. Die Auskleidung kann ein oder mehrere Befestigungselemente zur Befestigung des Treibers aufweisen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Aussparung mittels einer elektrisch isolierenden Zuführung mit der Außenseite des Kühlkörpers verbunden ist. Die Zuführung dient insbesondere zur Zuführung bzw. Durchführung mindestens einer elektrischen Leitung zwischen dem in der Aussparung befindlichen Treiber und mindestens einer Halbleiterlichtquelle bzw. dem damit bestückten Träger. Die Zuführung und die Auskleidung können einstückig als ein einziges Element ausgestaltet sein. Mit dem Einführen der Auskleidung in die Aussparung wird dann gleichzeitig auch die Zuführung durch eine Durchgangsöffnung des Kühlkörpers geschoben.
Die mindestens eine elektrische Leitung, die beispielsweise als ein Draht, ein Kabel oder Verbinder jeglicher Art ausgestaltet sein kann, kann mittels jeglicher geeigneten Methode kontaktiert werden, z.B. mittels Lötens, Widerstandsschweißens, Laserschweißens usw.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterleuchtvorrichtung mit einem galvanisch nicht-isolierten Treiber in Form einer Glühlampen-Retrofitlampe;
2 bis 7 zeigen als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt mit einer ersten bis sechsten möglichen Ausgestaltung der Halbleiterleuchtvorrichtung im Bereich ihrer mit Halbleiterlichtquellen bestückten Vorderseite.
1 zeigt eine Halbleiterleuchtvorrichtung 11 in Form einer Glühlampen-Retrofitlampe. Die Halbleiterleuchtvorrichtung 11 weist einen Kühlkörper 12 aus Aluminium auf, welcher eine Aussparung 13 (Treiberkavität) zur Aufnahme eines Treibers 14 besitzt. Der Treiber 14 dient dazu, über einen Lampensockel 15 verfügbare elektrische Versorgungsignale in elektrische Betriebssignale zu einem Betrieb von mehreren Halbleiterlichtquellen in Form von Leuchtdioden 16 umzuwandeln.
Der Lampensockel 15 liegt hier beispielhaft in Form eines Edison-Sockels vor, der insbesondere in eine mit einer Netzspannung beaufschlagbaren Fassung eingesetzt werden kann. Der Lampensockel 15 verschließt eine rückwärtige Einführungsöffnung 13a der Aussparung 13 und stellt ein rückwärtiges Ende der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 dar.
Demgegenüber sind die Leuchtdioden 16 an einer Vorderseite 17 des Kühlkörpers 12 angebracht und können z.B. von einem lichtdurchlässigen (transparenten oder diffusen) Kolben 18 überdeckt sein. Die Leuchtdioden 16 können insbesondere als LED-Chips vorliegen.
Der Treiber 14 ist als ein galvanisch nicht-isolierter Treiber ausgestaltet, d.h., dass seine an den Lampensockel 15 elektrisch angeschlossene Primärseite und seine an die Leuchtdioden 16 elektrisch angeschlossene Sekundärseite nicht galvanisch voneinander getrennt sind, was einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Zur elektrischen Isolierung des Treibers 14 gegen den Kühlkörper 12 ist die Aussparung 13 mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung 19 in Form eines in die Aussparung 13 eingesteckten Kunststoffrohrs verkleidet. Die Aussparung 13 ist mittels einer elektrisch isolierenden Zuführung 20 mit der Vorderseite 17 des Kühlkörpers 12 verbunden und ist über durch die Zuführung 20 laufende elektrische Leitungen 21 mit den Leuchtdioden 16 elektrisch verbunden.
2 zeigt einen Ausschnitt aus der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer ersten möglichen Ausgestaltung 11a im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17.
Die Leuchtdioden 16 sind auf mindestens zwei Träger 22 aufgeteilt, von denen hier ein erster Träger 22a1 und ein zweiter Träger 22b1 dargestellt sind. Beide Träger 22 bzw. 22a1 und 22b1 sind auf dem elektrisch leitfähigen Kühlkörper 12 auf der Unterlage aufgebracht, und zwar auf aneinander angrenzenden, zueinander angewinkelten Auflagebereichen 23a bzw. 23b.
Der Treiber 14 ist über mindestens eine der elektrischen Leitungen 21 mit dem Träger 22a1 elektrisch verbunden (siehe 1) und (da der Träger 22a1 eine oberseitige Verdrahtungslage 24 aufweist, welche einen Kontaktpunkt 25 der elektrischen Leitung 21 mit der Leuchtdiode 16 elektrisch verbindet) deshalb auch mit der Leuchtdiode 16. Ferner sind die Träger 22a1 und 22b1 miteinander über eine freistehende Verbindungsleitung 26 elektrisch miteinander verbunden, z.B. um eine elektrische Reihenschaltung oder Parallelschaltung der Träger 22a1 und 22b1 bzw. der darauf angebrachten Leuchtdioden 16 zu realisieren.
Zur Gewährleistung einer elektrischen Isolierung der an einer Oberfläche der Träger 22a1 und 22b1 vorhandenen stromführenden Bereiche (d.h. der Verdrahtungslage 24 und des Kontaktpunkts 25) gegenüber dem Kühlkörper 12 bestehen die Träger 22a1, 22b1 hier aus einem elektrisch isolierenden Material, nämlich kompakter Keramik. Während die Vorderseite der (Keramik-)Träger 22a1, 22b1 mit den Leuchtdioden 16 bestückt ist, sind die Träger 22a1, 22b1 mit seiner Rückseite über ein als elektrisch isolierende Übergangslage und TIM-Lage dienendes doppelseitiges Klebeband 27 auf dem jeweiligen Auflagebereich 23a bzw. 23b befestigt.
Eine Kriechstrecke k1 erstreckt sich beispielsweise am Träger 22b1 von dem Kontaktpunkt 25 bis zum nächsten Seitenrand (zuzüglich der Dicke des Trägers 22b1 und des Klebebands 27).
Um sicherzustellen, dass die freistehende Verbindungsleitung 26 von dem Kühlkörper 12 ausreichend elektrisch isoliert ist, und zwar auch dann, wenn die Verbindungsleitung 26 den Kühlkörper 12 berühren sollte, ist die Verbindungsleitung 26 dreifach isoliert, z.B. in Form eines dreifach isolierten Kabels ausgeführt.
3 zeigt einen Ausschnitt aus der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer zweiten möglichen Ausgestaltung 11b im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17.
Im Gegensatz zu der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 in ihrer ersten möglichen Ausgestaltung 11a sind, steht das doppelseitige Klebeband 27 nun seitlich über den jeweiligen Träger 22a1, 22b1 hinaus. Die Kriechstrecke k1 wird also um den seitlichen Überstand k2 des als Zusatzisolierung dienenden doppelseitigen Klebebands 27 verlängert, was eine Schutzwirkung verbessert.
4 zeigt einen Ausschnitt aus der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer dritten möglichen Ausgestaltung 11c im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17. Diese Ausgestaltung 11c unterscheidet sich von der zweiten Ausgestaltung 11b dadurch, dass die Träger 22a2 und 22b2 nun im Wesentlichen mit einem Leiterplatten-Grundmaterial als dem elektrisch isolierenden Material hergestellt, insbesondere mit oder aus FR4. Dies ermöglicht einen kostengünstigeren Aufbau.
5 zeigt einen Ausschnitt aus der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer vierten möglichen Ausgestaltung 11d im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17. Diese Ausgestaltung 11d unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausgestaltungen 11a–c (gezeigt beispielhaft in Bezug auf die erste mögliche Ausgestaltung 11a) dadurch, dass in einem Bereich zwischen den zwei Trägern 22a1 und 22b1 unterhalb der Verbindungsleitung 30 ein elektrisch isolierendes Isolierungselement 31 vorhanden ist. Das Isolierungselement 31 ist hier eine Auflage aus Kunststoff und deckt insbesondere einen Bereich der Vorderseite 17 des Kühlkörpers 12 ab, welcher durch die Verbindungsleitung 30 berührbar sein könnte, z.B. wenn die Verbindungsleitung 30 gewollt oder ungewollt auf dem Kühlkörper 12 aufliegt. So kann eine Anforderung an die elektrische Isolierung der mindestens einen Verbindungsleitung 30 herabgesetzt werden und diese dann z.B. nur noch einfach isoliert sein.
6 zeigt einen Ausschnitt aus der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer fünften möglichen Ausgestaltung 11e im Bereich ihrer mit den Leuchtdioden 16 bestückten Vorderseite 17. Hier sind die Träger als Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3 einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte 32 ausgestaltet. Die flexible Leiterplatte 32 weist ein flexibles, elektrisch isolierendes Substrat 33 mit einer metallischen Verdrahtungslage 34 auf. Die gezeigten zwei Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3 sind auf jeweils einem Wärmespreizelement 35 aus Aluminium angeordnet, welches über das seitlich hinausstehende doppelseitige Klebeband 27 aus dem Kühlkörper 12 befestigt ist.
Die freistehende Verbindungsleitung 36 zwischen den Leiterplattenbereichen 22a3 und 22b3 wird durch einen (hier senkrecht zur Bildebene) verschmälerten, mindestens eine Leiterbahn der Verdrahtungslage 34 aufweisenden Bereich („Verbindungsbereich“) der flexiblen Leiterplatte 32 gebildet. Die Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3 und die Verbindungsleitung 36 sind also integrale Bestandteile der flexiblen Leiterplatte 32. Diese Ausgestaltung 11e ist dadurch besonders zuverlässig und einfach montierbar. Die einfache Montierbarkeit sowie eine elektrische Isolierung der Verbindungsleitung 36 / des Verbindungsbereichs gegenüber dem Kühlkörper 12 wird durch das Vorsehen der Wärmespreizelemente 35 unterstützt.
7 zeigt einen Ausschnitt aus der Halbleiterleuchtvorrichtung 11 mit einer sechsten möglichen Ausgestaltung 11f ähnlich zu der fünften Ausgestaltung.
Hierbei bestehen nun die Wärmespreizelemente 37 aus Keramik. Dies verlängert eine Kriechstrecke und ermöglicht dadurch eine vielseitigere Gestaltung der Leiterplattenbereiche 22a3 und 22b3
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So können Merkmale der gezeigten möglichen Ausgestaltungen auch gemischt und/oder ausgetauscht werden, z.B. durch ein Vorsehen eines seitlich vorstehenden doppelseitigen Klebebands.
Auch mag ein Träger eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/092110 A1 [0002]

Claims

Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a–f), aufweisend – mehrere Halbleiterlichtquellen (16) und – einen galvanisch nicht-isolierten Treiber (14) zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen (16), wobei – die Halbleiterlichtquellen (16) auf mindestens zwei Träger (22; 22a1, 22b1; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) aufgeteilt sind, – die Träger (22; 22a1, 22b1; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) auf einer elektrisch leitfähigen Unterlage (12) aufgebracht sind – und der Treiber (14) als auch an einer Oberfläche des Trägers (22; 22a1, 22b1; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) vorhandene stromführende Bereiche (24, 25; 34) gegenüber der Unterlage (12) elektrisch isoliert sind.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a–f) nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei der Träger (22; 22a1, 22b1; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) angewinkelt zueinander angeordnet sind.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a–f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Träger (22; 22a1, 22b1; 22a2, 22b2; 22a3, 22b3) über mindestens eine freistehende Verbindungsleitung (26; 30; 36) elektrisch miteinander verbunden sind.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a–c) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine freistehende Verbindungsleitung (26) eine dreifach isolierte Verbindungsleitung ist.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Bereich zwischen zwei Trägern (22a1, 22b1) unterhalb der diese verbindenden mindestens einen elektrischen Verbindungsleitung (30) ein Isolierungselement (31) vorhanden ist.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a; 11b; 11d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Träger (22a1, 22b1) ein Keramikträger ist. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11c; 11e–f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Träger (22a2, 22b2) ein Leiterplatten-Grundmaterial aufweist.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11b; 11c; 11e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (22a2, 22b2; 22a3, 22b3) über eine elektrisch isolierende Übergangslage (27) auf der Unterlage (12) aufgebracht ist und die Übergangslage (27) seitlich über den Träger (22a2, 22b2; 22a3, 22b3) hinaussteht. Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a–f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterlage eine Oberfläche (17) eines Kühlkörpers (12) ist.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11e–f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Träger (22a3, 22b3) als Leiterplattenbereiche einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte (32) ausgestaltet sind.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11e–f) nach Anspruch 10, wobei die mindestens zwei Leiterplattenbereiche (22a3, 22b3) auf jeweils einem Wärmespreizelement (35; 38) angeordnet sind, das auf der elektrisch leitfähigen Unterlage (12, 17) angeordnet ist.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11e–f) nach Anspruch 3 in Kombination mit einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die mindestens eine freistehende Verbindungsleitung (36) zwischen zwei Leiterplattenbereichen (22a3, 22b3) durch mindestens einen verschmälerten, mindestens eine Leiterbahn aufweisenden Verbindungsbereich (36) der flexiblen Leiterplatte (32) gebildet ist.
Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a–f), wobei die Halbleiterleuchtvorrichtung (11; 11a–f) eine Retrofitlampe ist.