EP2324284A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit einer leuchtdiode - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung mit einer leuchtdiode

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EP2324284A1
EP2324284A1 EP09782842A EP09782842A EP2324284A1 EP 2324284 A1 EP2324284 A1 EP 2324284A1 EP 09782842 A EP09782842 A EP 09782842A EP 09782842 A EP09782842 A EP 09782842A EP 2324284 A1 EP2324284 A1 EP 2324284A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lighting device
layer
piston
carrier element
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09782842A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Florian Hockel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP2324284A1 publication Critical patent/EP2324284A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21Y2107/00—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting device having at least one carrier element and at least one light-emitting diode arranged on the carrier element.
  • Lighting devices with LEDs find due to the high efficiency and decreasing manufacturing costs increasingly used in general lighting.
  • the actual light-emitting diodes are usually arranged on a support element due to their small size, on which also other elements, such as other light-emitting diodes, leads or circuits, may be attached.
  • LED lamps which are preferably used to replace existing conventional lamps such as incandescent or fluorescent lamps, without having to make changes to the light or the socket.
  • the support element is mounted with one or more light emitting diodes on a conventional socket, wherein for the implementation of the mains voltage to the supply voltage of the LED usually still an electrical circuit is provided.
  • retrofit solutions should preferably be reminiscent of the known incandescent lamps in their appearance and therefore usually have a piston on, which surrounds the support element and the light emitting diodes and similar in shape to that known from conventional light bulbs designs.
  • a carrier element with high thermal conductivity is selected, for example made of copper or aluminum, to dissipate the heat directly from the LEDs, but in this case an insulating layer has to be arranged between the LED and the carrier element, which deteriorates the heat conduction and increases the manufacturing outlay ,
  • the object of the present invention is to provide an illumination device with at least one carrier element and at least one light-emitting diode arranged on the carrier element, in which the described disadvantages, in particular in the cooling of the LED, are avoided.
  • the layer with high thermal conductivity is, in particular, those layers which have a higher thermal conductivity than the underlying substrate, but in any case layers with a thermal conductivity which is greater than 20 W / mK under normal conditions, in particular greater than 200 W / mK, more preferably greater than 600 W / mK.
  • Electrically insulating materials are distinguished by a high specific resistance of typically more than 10 3 ⁇ m, in particular more than 10 5 ⁇ m, more preferably more than 10 8 ⁇ m.
  • the layer is at least partially formed of carbon, in particular of amorphous carbon, preferably tetrahedral amorphous carbon.
  • Carbon can occur in various modifications with different mechanical and electrical properties and can be well adapted to the requirements.
  • Amorphous carbon is characterized not only by a high level of wear resistance, but above all by a high specific resistance (> 10 3 ⁇ m) and a high thermal conductivity (about 1000 W / mK), so that it is particularly suitable for a coating according to the invention.
  • Amorphous carbon is also an integral part of diamond-like composites, which may include, for example, silicon as a further component to tailor the properties to the requirements.
  • Coatings can simply be applied to complicated geometries and the properties can be advantageously set, for example by selecting the layer thickness and the material.
  • the thermal conductivity in particular the electrical conductivity and the permeability to electromagnetic radiation of different wavelengths can be advantageously influenced.
  • a carrier element can be provided with a layer according to the invention, on which the light-emitting diodes can be arranged, so that a particularly good dissipation of heat from the light-emitting diodes is achieved by discharging them directly to the side as well as downwards.
  • the lateral removal of the heat is advantageous since it can be distributed over a large area.
  • the layer is additionally electrically insulating, the connection points of the LEDs are automatically isolated from one another, regardless of the material of the carrier element. It is thus also a particularly advantageous embodiment possible by a metallic and therefore good heat-conducting support element, such as a copper or aluminum support, can be used, with the heat removal from the LED can be accomplished particularly advantageous.
  • user-touchable parts such as housing or heat sink, they may be in contact with live parts, such as the socket, without any risk to the user when touched.
  • live parts such as the socket
  • Such layers can be applied in a simple way by means of various coating methods, for example by the PECVD method, to various substrates, in particular to metals and glass.
  • the layer is at least partially formed from a ceramic material, in particular aluminum nitride.
  • Ceramic materials are also dielectrics that meet the requirements for electrical resistivity and, especially when using aluminum nitride, thermal conductivity.
  • the layer has a preferably constant thickness of at least 1 ⁇ m and at most 3 ⁇ m, preferably of approximately 2 ⁇ m.
  • This layer thickness can be easily applied, but is also large enough to ensure that no unintentionally uncoated areas arise.
  • a constant is considered to be a layer in which the maximum deviation from the average layer thickness does not exceed 5%. If translucent components, such as a light-guiding optics or the bulb of an LED lamp, are to be coated, the visible light transmittance at these layer thicknesses is not reduced too much.
  • the invention comes into play when the lighting device has at least one base and / or at least one enveloping the light emitting diode and the support member piston and thus formed as an LED lamp.
  • These lamps are the carrier element and the LEDs surrounded by base and piston, whereby the delivery of heat is difficult.
  • the additional or alternative use of an externally visible heat sink and the provision of the piston with vents to dissipate the heat, is disadvantageous because these measures affect the appearance of the lamp undesirably and favor the deposition of dust and dirt.
  • the piston is at least partially provided with the layer of high thermal conductivity.
  • heat introduced into the piston can be distributed over the entire surface of the piston, where it can be released particularly well to the environment.
  • the piston is thermally in operative connection with the LED and / or the carrier element, since thus the heat of the LED can be dissipated via the piston.
  • the layer is arranged on the outside of the piston, since it is exposed to the ambient air and can deliver the heat to them.
  • the piston is at least partially coated with a conversion layer for at least partially converting at least one wavelength of the radiation emitted by the LED to another wavelength.
  • a conversion layer for at least partially converting at least one wavelength of the radiation emitted by the LED to another wavelength.
  • the light color of the LED lamp can be adjusted.
  • a conversion layer arranged on the piston is subjected to lower loads, in particular of a thermal type.
  • the conversion layer is arranged on the inside of the piston, since it is protected there from environmental influences.
  • the layer with high thermal conductivity is formed as a layer substantially impermeable to UV radiation, emanating from the LED for the User reliably shielded harmful UV light.
  • the UV radiation can continue to be directed back to the conversion layer further inside, thereby increasing the efficiency of the LED lamp.
  • a glass bulb can be provided with a heat-conducting layer particularly well, since this is largely insensitive to the heat generated during the production of the layer as well as during operation of the LED lamp.
  • the wavelength of the radiation emitted by at least one light-emitting diode lies in a range between 410 nm and 540 nm, preferably between 440 nm and 510 nm, in particular at approximately 470 nm.
  • Such wavelength ranges are particularly advantageous in conjunction with a conversion layer, since this makes it particularly easy to generate white light.
  • the support member is thermally in operative connection with the base of the LED lamp. As a result, the heat can be released from the carrier element to the base and distributed further from there, for example to a suitable socket or to the piston.
  • the carrier element is in operative connection with the base of the lighting device via at least one, preferably designed as a heat pipe, connecting element, a particularly good heat transfer is achieved and at the same time the carrier element freely positionable within the piston.
  • the carrier element can be designed to be particularly simple as a three-dimensional body, which can also be equipped on all sides with light-emitting diodes and thus an all-round light output can be realized with simple means.
  • the carrier element and / or at least one connecting element between the carrier element and the base of the lighting device is provided with the layer with high thermal conductivity.
  • the heat is distributed particularly well on the carrier element or removed from it.
  • electronic components for controlling the at least one light-emitting diode in the region of the base of the lighting device are arranged. In this position, the components are located as far away from the LED as possible and thus subjected to a lower thermal load. In addition, especially when using a metal base, the components can be easily shielded, whereby a good EMC compatibility is ensured.
  • FIG. 1 As an example of a lighting device 1 according to the invention, the figure shows an LED lamp 1 with a base 2, a piston 3 and a carrier element 4, on which light-emitting diodes (LED) 5 are arranged.
  • LED light-emitting diodes
  • the support element 4 is formed of aluminum and coated with a non-conductive layer 6 of tetrahedral amorphous carbon (so-called diamond-like carbon, DLC) of approximately 2 microns thickness.
  • This layer is both electrically insulating and excellent heat-conducting (more than 600 W / mK, typically about 1000 W / mK).
  • the LEDs 5 are thermally excellently connected to the carrier element 4 as well as electrically isolated from this.
  • the high thermal conductivity of the DLC layer 6 causes the heat emanating from the LEDs 5 to be distributed along the surface of the carrier element 4 and thus good heat emission to the environment as well as into the interior of the carrier element 4 is made possible.
  • the carrier element 4 is connected via a so-called heat pipe 7 (heat pipe) to the base 2, so that the heat of the LEDs 5 can be dissipated via the carrier element 4 and the heat pipe 7 to the base 2.
  • the heat pipe 7 serves for at least one polarity at the same time as a power supply to the carrier element 4, wherein by suitable design via the inner tube 8, a polarity and the outer tube 9, the second polarity are transmitted.
  • the power supply to the carrier element 4 for a polarity takes place by means of the heat pipe 7, which is likewise coated on its outside with tetrahedral amorphous carbon, and the second polarity via a conductor track on the DLC layer the support element 4 is guided.
  • the heat pipe 7 in turn is thermally in operative connection with the piston 3, in the exemplary embodiment via a cylindrical aluminum plate 10, on which the piston 3 rests.
  • the piston 3 is made of glass and also coated on the outside with a layer 11 of tetrahedral amorphous carbon.
  • the heat is transferred from the aluminum plate 10 to the layer 11 and so distributed due to the excellent thermal conductivity of the layer 11 on the surface of the piston 3 and discharged to the environment.
  • the thickness of the layer 11 is chosen to be about 2 microns so that a good heat dissipation is ensured and yet the light transmission of the piston 3 is not significantly affected for the relevant wavelengths.
  • the LEDs 5 emit light having a wavelength of approximately 470 nm.
  • the piston 3 is coated with a conversion layer 12, which partially converts the radiation emitted by the LED 5 into a different wavelength range and thus serves to produce white light.
  • the selection of a suitable conversion substance is within the skill of the artisan. Possibilities for this are also described in the use of blue LEDs 5, for example in EP1206802.
  • the base 2 comprises in the present embodiment, a standard E27 Edison threaded portion 13 and a cylindrical portion 14, which contains the electronic components not shown here for supplying power and driving the LED 5.
  • the size of the cylindrical part 14 depends on the space required for the electronic components.
  • the outer wall 15 of the cylindrical part 14 is made of a polymer material, in particular to meet safety requirements and to allow easy production of the base 2.
  • a metal is used for this purpose, for example to dissipate heat to the threaded part 13 and thus to the socket.
  • LED lamp 1 instead of an LED lamp 1, another lighting device 1 based on LEDs 5 may be provided, for example, a single LED module, which consists practically only of LED 1 and support member 4 and possibly a heat sink and / or electrical components.
  • a complete LED luminaire it is also possible for a complete LED luminaire to be designed according to the invention, for example by coating parts of the housing, a diffuser or other optical element.
  • the high wear resistance of both DLC layers and ceramic layers as well as their insensitivity to corrosion are also advantageous, since the illumination device can also be used under unfavorable ambient conditions.
  • the piston 3 can be made of plastic, for example, which allows a simple and cost-effective production.
  • the shape of the piston 3 may differ from the shape shown here and an incandescent incandescent lamp and, for example, similar to a reflector lamp.
  • a coating of piston 3 and carrier element 4 instead of a coating of piston 3 and carrier element 4, of course, embodiments are possible in which only one of the components is coated.
  • the person skilled in the art knows a large number of embodiments, and in particular those with other prevailing wavelengths can be used instead of the blue LEDs 5 shown.
  • the use of UV LEDs to mention, in which when using the LED lamp 1 for lighting purposes, the use of a conversion layer 12 and a piston material or a coating that prevents the escape of UV radiation in harmful dose is imperative ,
  • the piston 3 can also be used as a diffusion element to mix the colors of the individual LEDs 5 and thus to produce a white light color.
  • DLC coating 6 instead of the DLC coating 6, 11, other coating materials are also conceivable, in particular aluminum nitride and carbon-based diamond-like nanocoatings, which in addition to carbon contain further constituents in appreciable amount.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung (1) mit mindestens einem Trägerelement (4) und mindestens einer auf dem Trägerelement (4) angeordneten Leuchtdiode (5). Es ist mindestens eine der zur Wärmeabfuhr von der Leuchtdiode (5) vorgesehenen Komponenten (2, 3, 4, 7, 10) der Beleuchtungsvorrichtung (1), insbesondere das Trägerelement (4), zumindest teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht (6, 11) mit hoher Wärmeleitfähigkeit versehen.

Description

Beschreibung
Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtdiode
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einem Trägerelement und mindestens einer auf dem Trägerelement angeordneten Leuchtdiode.
Stand der Technik
Beleuchtungsvorrichtungen mit Leuchtdioden finden aufgrund des hohen Wirkungsgrades und sinkender Herstellkosten zunehmend Verwendung in der Allgemeinbeleuchtung. Die eigentlichen Leuchtdioden sind aufgrund ihrer geringen Größe dabei zumeist auf einem Trägerelement angeordnet, auf dem außerdem noch weitere Elemente, wie beispielsweise andere Leuchtdioden, Zuleitungen oder Schaltungen, angebracht sein können.
Eine besondere Form der Beleuchtungsvorrichtungen stellen dabei die LED-Lampen dar, die bevorzugt eingesetzt wer- den, um vorhandene herkömmliche Lampen wie beispielsweise Glühlampen oder Leuchtstofflampen zu ersetzten, ohne dabei Änderungen an der Leuchte oder der Fassung vornehmen zu müssen. Bei LED-Lampen ist das Trägerelement mit einer oder mehreren Leuchtdioden an einem herkömmlichen Sockel angebracht, wobei zur Umsetzung der Netzspannung auf die Versorgungsspannung der LED zumeist noch eine elektrische Schaltung vorgesehen ist.
Derartige so genannte Retrofit-Lösungen sollen in ihrem Erscheinungsbild bevorzugt an die bekannten Glühlampen erinnern und weisen daher zumeist noch einen Kolben auf, der das Trägerelement und die Leuchtdioden umschließt und in seiner Form den von herkömmlichen Glühlampen bekannten Bauformen ähnelt.
Nachteilig bei Beleuchtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik und hier insbesondere bei LED-Lampen ist jedoch, dass die beim Betrieb der LED entstehende Wärme nur unzureichend abgeführt werden kann. Häufig wird zwar ein Trägerelement mit hoher Wärmeleitfähigkeit gewählt, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, um die Wärme di- rekt von den LEDs abzuführen, jedoch muss in diesem Fall zwischen LED und Trägerelement eine isolierende Schicht angeordnet werden, die die Wärmeleitung verschlechtert und den Herstellaufwand vergrößert.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Be- leuchtungsvorrichtung mit mindestens einem Trägerelement und mindestens einer auf dem Trägerelement angeordneten Leuchtdiode zu schaffen, bei der die geschilderten Nachteile, insbesondere bei der Kühlung der LED, vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Indem mindestens eine der zur Wärmeabfuhr von der Leucht- diode vorgesehenen Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere das Trägerelement, zumindest teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht mit hoher War- meleitfähigkeit versehen ist, wird die Ableitung der von den LED abgegebenen Wärme auf einfache Weise ermöglicht und gleichzeitig eine gute elektrische Isolation des beschichteten Bauteils erreicht. Als Schicht mit hoher Wär- meleitfähigkeit sind dabei im Rahmen dieser Patentanmeldung insbesondere diejenigen Schichten anzusehen, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das darunterliegende Substrat aufweisen, in jedem Fall aber Schichten mit einer Wärmeleitfähigkeit, die unter Normbedingungen größer als 20 W/mK, insbesondere größer als 200 W/mK ist, besonders bevorzugt größer als 600 W/mK ist. Elektrisch isolierende Werkstoffe zeichnen sich durch einen hohen spezifischen Widerstand von typischerweise mehr als 103 Ωm, insbesondere von mehr als 105Ωm, besonders bevorzugt von mehr als 108 Ωm auf.
Die Schicht ist zumindest teilweise aus Kohlenstoff, insbesondere aus amorphem Kohlenstoff, vorzugsweise tetraedrisch-amorphem Kohlenstoff gebildet. Kohlenstoff kann in verschiedenen Modifikationen mit unterschiedli- chen mechanischen und elektrischen Eigenschaften auftreten und gut an die Erfordernisse angepasst werden. Amorpher Kohlenstoff zeichnet sich neben einer hohen Verschleißfestigkeit vor allem durch einen hohen spezifischen Widerstand (>103 Ωm) und eine hohe Wärmeleitfähig- keit (ca. 1000 W/mK) aus, so dass dieser sich besonders gut für eine erfindungsgemäße Beschichtung eignet. Amorpher Kohlenstoff ist auch ein wesentlicher Bestandteil von diamantartigen Verbundwerkstoffen, bei denen als weitere Komponente beispielsweise Silizium enthalten sein kann, um die Eigenschaften an die Anforderungen anzupassen . Beschichtungen können einfach auch auf komplizierte Geometrien aufgebracht und die Eigenschaften, beispielsweise durch Wahl der Schichtdicke und des Werkstoffs, vorteilhaft eingestellt werden, wobei neben der Wärmeleitfähig- keit insbesondere die elektrische Leitfähigkeit sowie die Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge vorteilhaft beeinflussbar sind.
Erfindungsgemäß kann beispielsweise ein Trägerelement mit einer erfindungsgemäßen Schicht versehen werden, auf der die Leuchtdioden angeordnet werden können, so dass eine besonders gute Ableitung der Wärme von den Leuchtdioden erreicht wird, indem diese direkt sowohl zur Seite als auch nach unten abgeführt wird. Insbesondere bei einem Trägerelement mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einer Kunststoffplatine, ist die seitliche Abführung der Wärme vorteilhaft, da diese so auf eine große Fläche verteilt werden kann. Da die Schicht zusätzlich elektrisch isolierend ist, sind die Anschlussstellen der LED unabhängig vom Material des Trägerelemenmts auto- matisch gegeneinander isoliert. Es wird damit auch eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung möglich, indem ein metallisches und damit gut wärmeleitendes Trägerelement, beispielsweise ein Kupfer- oder Aluminiumträger, verwendet werden kann, mit dem der Wärmeabtransport von der LED besonders vorteilhaft bewerkstelligt werden kann.
Werden vom Benutzer berührbare Teile beschichtet, beispielsweise Gehäuse oder Kühlkörper, können diese mit spannungsführenden Teilen, beispielsweise des Sockels, in Kontakt stehen, ohne dass beim Berühren eine Gefahr für den Benutzer besteht. Derartige Schichten können auf einfachem Wege mit verschiedenen Beschichtungsverfahren, beispielsweise mit dem PECVD-Verfahren, auf verschiedene Untergründe, insbesondere auf Metalle und Glas, aufgebracht werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die Schicht zumindest teilweise aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere Aluminiumnitrid, gebildet. Keramische Werkstoffe sind ebenfalls Dielektrika, die die Anforderungen hinsichtlich des spezifischen elektrischen Widerstandes und, insbesondere bei Verwendung von Aluminiumnitrid, der Wärmeleitfähigkeit erfüllen .
Es ist zweckmäßig, wenn die Schicht eine vorzugsweise konstante Dicke von mindestens 1 μm und höchstens 3 μm, vorzugsweise von annähernd 2 μm, aufweist. Diese Schichtdicke kann einfach aufgebracht werden, ist aber auch groß genug, um sicherzustellen, dass keine unbeabsichtigt unbeschichteten Bereiche entstehen. Als konstant wird dabei eine Schicht angesehen, bei der die maximale Abweichung von der durchschnittlichen Schichtdicke nicht mehr als 5 % aufweist. Sollen lichtdurchlässige Komponenten, wie beispielsweise eine Optik zur Lichtführung oder der Kolben einer LED-Lampe, beschichtet werden, wird die Durchlässigkeit für sichtbares Licht bei diesen Schichtdicken nicht zu sehr herabgesetzt.
Besonders vorteilhaft kommt die Erfindung zum Tragen, wenn die Beleuchtungsvorrichtung mindestens einen Sockel und/oder mindestens einen die Leuchtdiode und das Trägerelement umhüllenden Kolben aufweist und damit als LED- Lampe ausgebildet ist. Bei diesen Lampen sind das Träger- element und die Leuchtdioden von Sockel und Kolben umgeben, wodurch die Abgabe der Wärme erschwert wird. Die zusätzliche oder alternative Verwendung eines von außen sichtbaren Kühlkörpers und das Versehen des Kolbens mit Lüftungsschlitzen, um die Wärme abzuführen, ist nachteilig, da diese Maßnahmen das Erscheinungsbild der Lampe in unerwünschter Weise beeinträchtigen und die Ablagerung von Staub und Schmutz begünstigen. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtung kann eine einfachere und effektivere Verteilung der Wärme in der LED-Lampe bewerkstelligt werden, was deren Abführung erleichtert.
Dies gilt insbesondere dann, wenn der Kolben zumindest teilweise mit der Schicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit versehen ist. Damit kann in den Kolben eingebrachte Wärme auf die Gesamtfläche des Kolbens verteilt werden, wo sie besonders gut an die Umgebung abgegeben werden kann. Zweckmäßigerweise steht dabei der Kolben mit der LED und/oder dem Trägerelement thermisch in Wirkverbindung, da somit die Wärme der LED über den Kolben abgeleitet werden kann.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Schicht auf der Außenseite des Kolbens angeordnet ist, da diese der Umgebungsluft ausgesetzt ist und die Wärme an diese abgeben kann.
Vorteilhafterweise ist der Kolben zumindest teilweise mit einer Konversionsschicht zur zumindest teilweisen Umwandlung mindestens einer Wellenlänge der von der LED abgegebenen Strahlung in eine andere Wellenlänge beschichtet. Dadurch kann die Lichtfarbe der LED-Lampe eingestellt werden. Im Gegensatz zu einer Konversionsschicht, die di- rekt im Bereich der LED angeordnet ist, ist eine am Kolben angeordnete Konversionsschicht geringeren Belastungen, insbesondere thermischer Art, ausgesetzt.
Vorteilhafterweise ist die Konversionsschicht auf der In- nenseite des Kolbens angeordnet, da Sie dort vor Umwelteinflüssen geschützt ist.
Indem auf dem Kolben mindestens eine für UV-Strahlung weitgehend undurchlässige, insbesondere diese absorbierende und/oder reflektierende, Schicht vorgesehen, insbe- sondere die Schicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit als für UV-Strahlung weitgehend undurchlässige Schicht ausgebildet ist, wird von der LED ausgehendes für den Benutzer schädliches UV-Licht zuverlässig abgeschirmt. Im Falle einer reflektierenden Schicht kann weiterhin die UV- Strahlung auf die weiter innen liegende Konversionsschicht zurückgelenkt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der LED-Lampe erhöht.
Ein Kolben aus Glas kann besonders gut mit einer wärmeleitenden Schicht versehen werden, da dieser gegenüber der bei der Herstellung der Schicht wie auch beim Betrieb der LED-Lampe entstehenden Wärme weitgehend unempfindlich ist .
Zweckmäßigerweise liegt die Wellenlänge der von mindestens einer Leuchtdiode abgegebenen Strahlung in einem Be- reich zwischen 410 nm und 540 nm, bevorzugt zwischen 440 nm und 510 nm, insbesondere bei annähernd 470 nm liegt. Derartige Wellenlängenbereiche sind besonders im Zusammenwirken mit einer Konversionsschicht von Vorteil, da sich dadurch besonders einfach weißes Licht erzeugen lässt. Zweckmäßigerweise steht das Trägerelement mit dem Sockel der LED-Lampe thermisch in Wirkverbindung. Dadurch kann die Wärme von dem Trägerelement an den Sockel abgegeben und von dort weiterverteilt werden, beispielsweise an ei- ne geeignete Fassung oder an den Kolben.
Indem das Trägerelement mit dem Sockel der Beleuchtungsvorrichtung über mindestens ein, vorzugsweise als Wärmerohr ausgebildetes, Verbindungselement in Wirkverbindung steht, wird ein besonders guter Wärmeübergang erzielt und gleichzeitig das Trägerelement frei innerhalb des Kolbens positionierbar. Dadurch kann das Trägerelement besonders einfach als dreidimensionaler Körper ausgeführt werden, der auch allseitig mit Leuchtdioden bestückbar ist und somit eine allseitige Lichtabgabe mit einfachen Mitteln realisiert werden.
Vorteilhafterweise ist das Trägerelement und/oder mindestens ein Verbindungselement zwischen dem Trägerelement und dem Sockel der Beleuchtungsvorrichtung mit der Schicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit versehen. Dadurch wird die Wärme besonders gut auf dem Trägerelement verteilt bzw. von diesem abgeführt.
Zweckmäßigerweise sind elektronische Komponenten zur Ansteuerung der mindestens einen Leuchtdiode im Bereich des Sockels der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet. In dieser Position sind die Komponenten möglichst weit von der LED entfernt angeordnet und dadurch einer geringeren thermischen Belastung unterworfen. Zudem können insbesondere bei Verwendung eines metallischen Sockels die Komponenten leicht abgeschirmt werden, wodurch eine gute EMV- Verträglichkeit sichergestellt wird. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figur zeigt als Beispiel für eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 eine LED-Lampe 1 mit einem Sockel 2, einem Kolben 3 und einem Trägerelement 4, auf dem Leuchtdioden (LED) 5 angeordnet sind.
Das Trägerelement 4 ist aus Aluminium gebildet und mit einer nichtleitenden Schicht 6 aus tetraedrisch-amorphem Kohlenstoff (so genanntem diamond-like carbon, DLC) von annähernd 2 μm Dicke beschichtet. Diese Schicht ist sowohl elektrisch isolierend als auch hervorragend wärmeleitend (mehr als 600 W/mK, typischerweise ca. 1000 W/mK) . Dadurch sind die LEDs 5 thermisch hervorragend an das Trägerelement 4 angebunden als auch elektrisch von diesem isoliert. Die hohe Wärmeleitfähigkeit der DLC- Schicht 6 bewirkt zugleich, dass die von den LEDs 5 ausgehende Wärme entlang der Oberfläche des Trägerelements 4 verteilt wird und somit eine gute Wärmeabgabe sowohl an die Umgebung als auch ins Innere des Trägerelements 4 er- möglicht wird.
Das Trägerelement 4 ist über ein so genanntes Wärmerohr 7 (Heatpipe) mit dem Sockel 2 verbunden, so dass die Wärme der LEDs 5 über das Trägerelement 4 und das Wärmerohr 7 an den Sockel 2 abgeführt werden kann. Das Wärmerohr 7 dient für zumindest eine Polarität zugleich auch als Stromzuführung zum Trägerelement 4, wobei durch geeignete Gestaltung über das innere Rohr 8 eine Polarität und das äußere Rohr 9 die zweite Polarität übertragen werden. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Stromzuführung zum Trägerelement 4 für eine Polariät mittels des Wärmerohrs 7 erfolgt, das auf seiner Außenseite ebenfalls mit tetraedrisch amorphem Kohlenstoff be- schichtet ist, und die zweite Polarität über eine Leiterbahn auf der DLC-Schicht zu dem Trägerelement 4 geführt wird.
Das Wärmerohr 7 wiederum steht thermisch mit dem Kolben 3 in Wirkverbindung, im Ausführungsbeispiel über eine zy- lindrische Aluminiumplatte 10, auf der der Kolben 3 aufsitzt. Der Kolben 3 ist aus Glas gefertigt und an der Außenseite ebenfalls mit einer Schicht 11 aus tetraedrisch- amorphem Kohlenstoff beschichtet. Die Wärme wird von der Aluminiumplatte 10 auf die Schicht 11 übertragen und so aufgrund der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit der Schicht 11 auf der Oberfläche des Kolbens 3 verteilt und an die Umgebung abgegeben. Die Dicke der Schicht 11 ist mit ca. 2 μm so gewählt, dass eine gute Wärmeabführung gewährleistet ist und dennoch die Lichtdurchlässigkeit des Kolbens 3 für die relevanten Wellenlängen nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Die LED 5 geben Licht mit einer Wellenlänge von annähernd 470 nm ab. Auf der Innenseite ist der Kolben 3 mit einer Konversionsschicht 12 beschichtet, die die von den LED 5 ausgehende Strahlung teilweise in einen anderen Wellenlängenbereich umsetzt und so zur Erzeugung von weißem Licht dient. Die Auswahl eines geeigneten Konversionsstoffs liegt im Können des Fachmanns. Möglichkeiten hierfür sind bei der Verwendung von blauen LEDs 5 beispiels- weise auch in der EP1206802 geschildert. Der Sockel 2 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen genormten E27-Edison-Gewindeteil 13 sowie einen zylindrischen Teil 14, der die hier nicht dargestellten elektronischen Komponenten zur Spannungsversorgung und Ansteuerung der LED 5 enthält. Die Größe des zylindrischen Teils 14 hängt von dem Platzbedarf für die elektronischen Komponenten ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Außenwand 15 des zylindrischen Teils 14 aus einem Polymerwerkstoff gefertigt, insbesondere um Sicher- heitsanforderungen zu erfüllen und eine einfache Herstellung des Sockels 2 zu ermöglichen. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen hierfür ein Metall verwendet wird, um beispielsweise Wärme zum Gewindeteil 13 und damit zur Fassung abzuführen.
Selbstverständlich sind auch noch andere Ausführungsformen der Erfindung denkbar. So kann insbesondere anstelle einer LED-Lampe 1 auch eine andere Beleuchtungsvorrichtung 1 auf Basis von Leuchtdioden 5 vorgesehen sein, beispielsweise ein einzelnes LED-Modul, das praktisch nur aus LED 1 und Trägerelement 4 sowie ggf. einem Kühlkörper und/oder elektrischen Bauelementen besteht. Es kann aber auch eine komplette LED-Leuchte erfindungsgemäß ausgeführt sein, indem beispielsweise Teile des Gehäuses, eines Diffusors oder sonstigen optischen Elements beschich- tet sind. Bei der Beschichtung von Gehäusebauteilen ist auch die hohe Verschleißfestigkeit sowohl von DLC- Schichten als auch von keramischen Schichten sowie deren Unempfindlichkeit gegenüber Korrosion von Vorteil, da die Beleuchtungsvorrichtung auch unter ungünstigen Umgebungs- bedingungen eingesetzt werden kann. Bei einer erfindungsgemäßen LED-Lampe 1 kann weiterhin beispielsweise der Kolben 3 aus Kunststoff gefertigt sein, was eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht. Auch die Form des Kolbens 3 kann von der hier gezeigten und einer Allgebrauchsglühlampe nachempfundenen Form abweichen und beispielsweise auch einer Reflektorlampe ähneln. Anstelle einer Beschichtung von Kolben 3 und Trägerelement 4 sind selbstverständlich auch Ausführungsformen möglich, bei denen nur eine der Komponenten beschichtet ist.
Für Art und Anordnung der LEDs 5 auf dem Trägerelement 4 sowie die Form des Trägerelements 4 kennt der Fachmann eine Vielzahl von Ausführungsformen, wobei insbesondere anstelle der gezeigten blauen LEDs 5 auch solche mit an- deren vorherrschenden Wellenlängen verwendet werden können. Insbesondere ist hier die Verwendung von UV-LEDs zu nennen, bei denen bei Verwendung der LED-Lampe 1 für Beleuchtungszwecke die Verwendung einer Konversionsschicht 12 sowie eines Kolbenmaterials oder einer Beschichtung, die das Austreten von UV-Strahlung in schädlicher Dosis verhindert, zwingend erforderlich ist. Bei Verwendung von verschiedenfarbigen LEDs 5 kann der Kolben 3 auch als Diffusionselement verwendet werden, um die Farben der einzelnen LEDs 5 zu mischen und so eine weiße Lichtfarbe zu erzeugen.
Anstelle der DLC-Beschichtung 6, 11 sind auch andere Be- schichtungswerkstoffe denkbar, insbesondere Aluminiumnitrid sowie kohlenstoffbasierte diamantartige Nanobeschich- tungen, die neben Kohlenstoff weitere Bestandteile in nennenswerter Menge enthalten.

Claims

Ansprüche
1. Beleuchtungsvorrichtung (1) mit mindestens einem Trägerelement (4) und mindestens einer auf dem Trägerelement (4) angeordneten Leuchtdiode (5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zur Wärmeab- fuhr von der Leuchtdiode (5) vorgesehenen Komponenten (2, 3, 4, 7, 10) der Beleuchtungsvorrichtung (1) , insbesondere das Trägerelement (4) , zumindest teilweise mit einer zumindest teilweise aus einer Kohlen- stoffVerbindung, insbesondere aus amorphem Kohlen- stoff, insbesondere tetraedrisch-amorphem Kohlenstoff gebildeten elektrisch isolierenden Schicht (6, 11) mit hoher Wärmeleitfähigkeit versehen ist.
2. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6, 11) eine vor- zugsweise konstante Dicke von mindestens 1 μm und höchstens 3 μm, vorzugsweise von annähernd 2 μm, aufweist .
3. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuch- tungsvorrichtung (1) mindestens einen Sockel (2) und/oder mindestens einen die Leuchtdiode (5) und das Trägerelement (4) umhüllenden Kolben (3) aufweist.
4. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) zumindest teil- weise mit der Schicht (11) mit hoher Wärmeleitfähigkeit versehen ist.
5. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (11) auf der Außenseite des Kolbens (3) angeordnet ist .
6. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) zumindest teilweise mit einer Konversionsschicht (12) zur zumindest teilweisen Umwandlung mindestens einer Wellenlänge der von der Leuchtdiode (5) abgegebenen Strahlung in eine andere Wellenlänge beschichtet ist.
7. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsschicht (12) auf der Innenseite des Kolbens (3) angeordnet ist.
8. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kolben (3) mindestens eine für UV-Strahlung weitgehend undurchlässige, insbesondere diese absorbierende und/oder reflektierende, Schicht (11) vorgesehen, insbesondere die Schicht (11) mit hoher Wärmeleitfähigkeit als für UV-Strahlung weitgehend undurchlässige Schicht (11) ausgebildet ist.
9. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) aus Glas gebildet ist.
10. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der von mindestens einer Leuchtdiode (5) abgegebenen Strahlung in einem Bereich zwischen 410 nm und 540 nm, bevorzugt zwischen 440 nm und 510 nm, insbesondere bei annähernd 470 nm liegt.
11. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) mit dem Sockel (2) der Beleuchtungsvorrich- tung (1) thermisch in Wirkverbindung steht
12. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) mit dem Sockel (2) der Beleuchtungsvorrichtung (1) über mindestens ein, vorzugsweise als Wärme- röhr (7) ausgebildetes, Verbindungselement (7) in Wirkverbindung steht.
13. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4) und/oder mindestens ein Verbindungselement (7) zwischen dem Trägerelement (4) und dem Sockel (2) der Beleuchtungsvorrichtung (1) mit einer Schicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit versehen ist.
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