WO2014001483A1

WO2014001483A1 - Halbleiter-leuchtvorrichtung mit wärmerohr

Info

Publication number: WO2014001483A1
Application number: PCT/EP2013/063586
Authority: WO
Inventors: Christian Kiefer; Michael Rosenauer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-01-03
Anticipated expiration: 2014-12-29
Also published as: DE102012211279A1

Description

Beschreibung

Halbleiter-Leuchtvorrichtung mit Wärmerohr Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle und eine lichtdurchlässige Abdeckung für die mindestens eine

Halbleiterlichtquelle. Die Erfindung ist insbesondere

anwendbar auf Lampen, insbesondere Ersatzmittel- oder

Retrofit-Lampen .

WO 2011/095616 A2 betrifft eine LED-Lampe mit mindestens einer LED, die auf einem Träger montiert ist, ein den Träger überspannendes Gehäuse, das einen die LED beherbergenden Hohlraum bildet und einen der Abstrahlfläche der LED

gegenüberliegenden transparenten Wandteil aufweist, und ein Wärmerohr zur Abführung der durch den Betrieb der LED erzeugten Wärme, wobei das Wärmerohr durch den Hohlraum gebildet ist, dieser gegenüber der Umgebung hermetisch abgeschlossen ist und ein Arbeitsmedium enthält, welches bei der Betriebstemperatur der LED gasförmig und bei der

Betriebstemperatur des Gehäuses flüssig vorliegt.

DE 10 2007 041 852 AI offenbart ein LED-Modul, das einen transparenten Träger aufweist, auf dem Elektrodenstrukturen aufgebracht sind. Wenigstens eine LED ist mittels der

Elektrodenstrukturen kontaktiert. Über dem Träger ist ein Hohlkörper angeordnet, wobei der Hohlkörper den Träger auf der Seite der LEDs überspannt und ein durch den Hohlkörper und den Träger gebildeter Hohlraum verdampfbares Kältemittel beinhaltet .

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit zur effektiven Wärmeabfuhr von einer Halbleiter-Leuchtvorrichtung bereitzustellen, welche einfach und vielseitig umsetzbar ist. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen

Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind

insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiter- Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine

Halbleiterlichtquelle und mindestens eine lichtdurchlässige Abdeckung für die mindestens eine Halbleiterlichtquelle, wobei die Abdeckung ein Wärmerohr ist oder darstellt und wobei die Abdeckung als ein Hohlkörper mit mindestens einem darin eingebrachten abgeschlossenen, mit Kältemittel

gefüllten Hohlraum ausgebildet ist.

Im Gegensatz zu bekannten Halbleiter-Leuchtvorrichtungen ist die mindestens eine Halbleiterlichtquelle nun nicht in dem Hohlraum angeordnet. Der Hohlraum ist vielmehr insbesondere hermetisch abgedichtet in der Abdeckung vorhanden. Dadurch kann die Abdeckung ohne weitere Anpassungen, beispielsweise des Kältemittels an die Halbleiterlichtquellen, eingesetzt werden, was eine vielseitigere Auswahl an Kältemitteln ermöglicht. Auch braucht die Abdeckung nun nicht mehr

hermetisch aufgesetzt zu werden, was eine einfachere Montage bewirkt und größere Vielfalt an Befestigungsmethoden erlaubt. Zudem tritt bei einem versehentlichen Ablösen der Abdeckung kein Kältemittel aus. Gleichzeitig wird eine sehr gute

Wärmeleitung erreicht. Die Abdeckung entspricht also

insbesondere allein schon einem Wärmerohr, wobei insbesondere die freie äußere Oberfläche der Abdeckung als kühle Seite oder Kühlfläche verwendbar ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Halbleiter-Leuchtvorrichtungen nach WO 2011/095616 A2 oder DE 10 2007 041 852 AI wird der als Wärmerohr dienende Hohlkörper bei der vorliegenden

Halbleiter-Leuchtvorrichtung nicht nur als Wärmeleitkörper zum Ableiten der Wärme an einen dedizierten Kühlkörper, sondern selbst auch als Kühlkörper verwendet. ^

Dies ist insbesondere möglich, da sich durch den

Wärmetransport (Wärmerohr-Effekt) die Temperatur an der freien Oberfläche nur geringfügig von der Temperatur an oder nahe der Wärmequelle (Halbleiterlichtquelle (n) usw.) oder deren Kühlkörper unterscheidet. Je nach Ausführung der

Leuchtvorrichtung lässt sich die gesamte Kühlfläche fast verdoppeln .

Das Kältemittel mag auch als Arbeitsmittel bezeichnet werden und insbesondere eine Wärmeleitung unter Nutzung seiner Verdampfungswärme erlauben. Allgemein sind Wärmerohre grundsätzlich gut bekannt, so dass deren Arbeitsweise hier nicht näher beschrieben zu werden braucht. Unter einem

Wärmerohr kann hier insbesondere die Variante verstanden werden, bei welcher das flüssige Kältemittel durch

Kapillarkraft zu seiner wärmeren Seite oder Bereich

(Verdampferbereich) zurückkehrt. Jedoch kann das Wärmerohr grundsätzlich als ein Thermosiphon ausgestaltet sein, bei welcher das flüssige Kältemittel durch Schwerkraft zu seiner wärmeren Seite oder Bereich zurückkehrt.

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. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen .

Die lichtdurchlässige Abdeckung kann insbesondere eine

Abdeckung sein, welche mindestens teilweise oder

bereichsweise lichtdurchlässig ist. Insbesondere mag die Abdeckung Teilbereiche aufweisen, welche nicht

lichtdurchlässig sind. Die Abdeckung mag transparent oder transluzent (opak) lichtdurchlässig sein. Die

lichtdurchlässige Abdeckung mag insbesondere vollständig lichtdurchlässig sein und also aus lichtdurchlässigen

Materialien bestehen.

Die Abdeckung kann beispielsweise aus (diffusem oder

transparentem) Glas oder Kunststoff bestehen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Hohlraum eine vollvolumige Grundform aufweist. Unter einer vollvolumigen Grundform wird insbesondere eine Form verstanden, welche sich zumindest bereichsweise in allen drei Dimensionen signifikant bzw. in der gleichen Größenordnung ausdehnt. Die vollvolumige Grundform kann also auch als eine (praktisch)

dreidimensionale Grundform bezeichnet werden. Diese

Ausgestaltung ermöglicht eine Bereitstellung eines besonders großen und/oder vielgestaltigen Hohlraums.

Es ist eine Weiterbildung, dass die vollvolumige Grundform eine kugelkalottenförmige Grundform ist, welche ein großes Volumen für gekrümmte Abdeckungen bereitstellt, z.B. für Glühlampen-Retrofitlampen . Alternativ mag die vollvolumige Grundform z.B. eine quaderförmige Grundform sein. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Hohlraum eine flache Grundform aufweist. Unter einer flachen Grundform wird insbesondere eine (gekrümmte und/oder plane) Form verstanden, welche sich nur in zwei Dimensionen signifikant bzw. in der gleichen Größenordnung ausdehnt, aber in ihrer Höhenausdehnung geringer ist. Eine solche Grundform umfasst insbesondere den Fall, dass die maximale Höhenausdehnung nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10 ~6 , einer maximalen Ausdehnung in den anderen Dimensionen (der

gekrümmte und/oder planen "Ebene") ausmacht. Die flache

Grundform kann also auch als eine (praktisch)

zweidimensionale Grundform bezeichnet werden. Diese

Ausgestaltung ermöglicht eine Bereitstellung eines besonders dünnen Hohlraums.

Es ist eine Weiterbildung, dass die flache Grundform eine kugelschalenförmige Grundform ist, welche einen für gekrümmte flache Abdeckungen geeigneten Hohlraum oder Volumen

bereitstellt, z.B. für Glühlampen-Retrofitlampen . In einer Alternative mag die flache Grundform eine röhrenförmige

Grundform sein, z.B. für Röhrenlampen-Retrofitlampen . In noch einer Alternative mag die flache Grundform eine ebene

Grundform (mit einer Ausdehnung in der Ebene, die signifikant größer ist als eine Ausdehnung senkrecht dazu) aufweisen und z.B. mit einer Halogenlampen-Retrofitlampe einsetzbar sein.

Es ist eine Ausgestaltung davon, dass die Abdeckung eine flache Grundform aufweist und mit ihrer konkaven Seite die mindestens eine Halbleiterlichtquelle überwölbt. Folglich sind die Abdeckung und die davon überwölbte mindestens eine Halbleiterlichtquelle voneinander beabstandet. Dies ergibt als einen Vorteil, dass die Abdeckung leichter sein kann. Zudem kann so ein mechanischer Kontakt der

Halbleiterlichtquelle sicher vermieden werden.

Diese Ausführung z.B. als Doppelwandkolben (wobei an der inneren Wandung der Leuchtstoffbereich angeordnet ist und an der äußeren Wandung sich z.B. ein Kapillarstruktur befinden kann) , reduziert außerdem den unerwünschten Farbeindruck (z.B. Gelbeindruck) des Leuchtstoffbereichs im

ausgeschalteten Zustand, ohne die positiven Eigenschaften der Wärmeentkopplung des Leuchtstoffbereichs und der

Halbleiterlichtquelle zu beeinträchtigen.

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein Hohlraum an seiner Wandung mindestens eine Kapillarstruktur aufweist. Mittels der durch die Kapillarstruktur bewirkten Kapillarwirkung kann ein Strom flüssigen Kältemittels

verstärkt werden (z.B. ein Rückstrom von an der kälteren Seite kondensiertem Kältemittel zu einer wärmeren, zu

kühlenden Seite) . Dies verstärkt eine Zirkulation des

Kältemittels und folglich einen Wärmetransport. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein für den Fall, dass das

Leuchtmittel im Betrieb so orientiert ist, dass seine zu kühlende Seite keine in Bezug auf die Gravitation untere Seite ist, das flüssige Kältemittel also ohne Hilfe oder sogar gegen die Schwerkraft dorthin fließen muss. Die

Kapillarstruktur ist zur Verhinderung, dass es zu einer starken Lichtabschwächung (Lichtabsorption) oder zu einer starken Lichtrückstreuung zu der mindestens einen

Halbleiterlichtquelle kommt, insbesondere eine transparente Kapillarstruktur .

Die Wandung weist die Kapillarstruktur insbesondere

vollflächig auf, was eine besonders starke und/oder

unterschiedlich gerichtete Strömungsrichtung des Kältemittels ermöglicht. In anderen Worten ist der Hohlraum dann an seiner Oberfläche oder Wandung vollflächig mit der Kapillarstruktur ausgestattet .

Es ist eine Ausgestaltung davon, dass mindestens eine

Kapillarstruktur mindestens einen in der Wandung

eingebrachten länglichen Graben (auch als Längsnut, Rille oder Kanal bezeichenbar) aufweist. Durch mindestens eine solche Grabenstruktur kann der flüssige Kältemittelanteil effektiv und hochgradig gerichtet transportiert werden. Der mindestens eine Graben kann beispielsweise durch Heißprägen erzeugt werden, z.B. mittels eines Stempels, z.B. in

Kunststoff oder Glas. Es ist eine Weiterbildung davon, dass die in der Wandung eingebrachte Grabenstruktur mehrere längliche Gräben

aufweist. Dies kann eine Kapillarwirkung verstärken.

Es ist noch eine Weiterbildung davon, dass die in der Wandung eingebrachte Grabenstruktur mehrere parallel zueinander verlaufende längliche Gräben aufweist. Dies verstärkt eine Kapillarwirkung in eine durch die Orientierung der Gräben vorgegebene Richtung. Insbesondere mögen die länglichen

Gräben dann zwischen der kälteren Seite und der wärmeren Seite verlaufen. Beispielsweise mögen die länglichen Gräben zwischen einer (kälteren) äußeren freien Oberfläche der

Abdeckung (welche einer Außenluft ausgesetzt ist) und einem (wärmeren) in Kontakt mit einem zu entwärmenden Körper oder Teil der Leuchtvorrichtung stehenden Bereich oder Seite der Abdeckung verlaufen.

Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens eine

Kapillarstruktur mindestens eine in der Wandung eingebrachte Grabenstruktur mit mindestens einem länglichen Graben

aufweist, dessen Seitenwände zumindest annähernd parallel zueinander ausgebildet sind. Dadurch kann in einen Graben eindringendes Licht durch Totalreflektion an den Seitenwänden ungehindert die Abdeckung verlassen. Dieser Effekt lässt sich auch dazu verwenden, durch gezieltes Einstellen eines Winkels der Seitenwände (z.B. in Bezug auf einen gemeinsamen Boden oder auch zueinander) oder durch gezieltes Einstellen der Form der Seitenwände eine Teilreflexion und folglich einen diffusen Lichteindruck zu erhalten bzw. das einfallende Licht so umzulenken, dass sich eine omnidirektionale Abstrahlung (z.B. auch nach hinten oder in rückwärtige Richtung) aus der Abdeckung ergibt. Es ist noch eine Weiterbildung, dass die in der Wandung eingebrachte Grabenstruktur sich kreuzende längliche Gräben aufweist. Sich kreuzende Gräben können insbesondere senkrecht zueinander verlaufend ausgebildet sein. Eine solche

Grabenstruktur weist den Vorteil auf, dass ein gerichteter

Flüssigkeitstransport aufgrund der Kapillarwirkung in mehrere Richtungen möglich ist. Dies kann eine Wärmeabfuhr

beispielsweise sowohl bei einer senkrechten Ausrichtung als auch bei einer waagerechten Ausrichtung der Leuchtvorrichtung unterstützen.

Es ist noch eine Weiterbildung, dass die in der Wandung eingebrachte Grabenstruktur eine wabenförmige Grabenstruktur ist, was einen noch stärker von einer Orientierung oder

Einbaurichtung der Leuchtvorrichtung unabhängigen Rückfluss des flüssigen Anteils des Kältemittels ermöglicht.

Es wird für eine effektive Kühlwirkung durch die Abdeckung allgemein bevorzugt, dass die mindestens eine

Kapillarstruktur einen Rückfluss des flüssigen Anteils des Kältemittels zumindest weitgehend unabhängig von einer

Einbaurichtung (horizontal, vertikal aufrecht stehend, vertikal hängend bzw. auf dem Kopf stehend usw.)

gewährleistet ist.

Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Kapillarstruktur einen porösen Bereich aufweist. Der poröse Bereich unterstützt ebenfalls einen kapillaren Transport des flüssigen Anteils des Kältemittels. Dies kann

vorteilhafterweise ohne eine Vorzugsrichtung geschehen, so dass die Wärmeabfuhr zumindest im Wesentlichen unabhängig von einer Montagerichtung der Leuchtvorrichtung verstärkt werden kann. Der poröse Bereich kann beispielsweise durch eine

Oberflächenbehandlung der Wandung eingebracht werden, beispielsweise durch Ätzen der Wandung, insbesondere falls die Abdeckung aus Glas besteht. Alternativ ist es z.B.

möglich, auf die Wandung des Hohlraums eine poröse

transparente KunststoffSchicht aufzubringen. „

Eine weitere Alternative ist es, transparentes Kunststoff-, Keramik- oder Glasgranulat (einschließlich Puder) auf die Wandung des Hohlraums aufzubringen. Dazu kann es so gesintert oder verklebt werden, dass es dort haftet und dennoch porös bleibt. Das Granulat weist bevorzugt einen Brechungsindex ähnlich zu dem flüssigen Kältemittel auf. Je nach Dicke der so erzeugten Kapillarschicht wird deren Streueigenschaft (Diffusität) beeinflusst und kann insbesondere auch gezielt eingestellt werden.

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens eine Kapillarstruktur, insbesondere poröse Struktur, ein Gewebe oder eine Gewebestruktur aufweist. Dies ist eine

vergleichsweise einfache Möglichkeit, einen kapillaren

Transport des flüssigen Anteils des Kältemittels ohne eine Vorzugsrichtung vorzusehen. Denn das Gewebe kann sich, z.B. ähnlich einem Docht, mit dem flüssigen Kältemittel vollsaugen und es transportieren.

Das Gewebe ist vorzugsweise lichtdurchlässig, z.B. ähnlich wie bei einem transparenten Heftpflaster. Um die

erforderliche Transparenz zu erhalten, können insbesondere als Fasern Kunststoffe verwendet werden, die einen

Brechungsindex nahe dem Brechungsindex des verwendeten flüssigen Kältemittels besitzen. Aufgrund der ähnlichen

Brechungsindizes können die Übergänge der Fasern zu der

Flüssigkeit optisch nahezu unterdrückt werden und somit für das durchzudringende Licht praktisch unsichtbar werden. Es ist eine Weiterbildung, dass das Gewebe bzw. dessen Fasern aus Fluorkohlenstoff (Fluorcarbon) bestehen, welches einen ähnlichen Brechungsindex aufweist wie Wasser.

Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass mindestens eine

Kapillarstruktur einen mit einer lichtdurchlässigen,

insbesondere transparenten, Schicht belegten Bereich

aufweist, wobei an zumindest zwei Stellen der Schicht eine Durchführung von einer Grenzfläche der Schicht zu einer freien Oberfläche der Schicht vorhanden ist. Die Kapillarwirkung kann hier durch die typischerweise nicht hermetisch dicht aufeinanderliegende, sondern zumindest bereichsweise für das Kältemittel durchlässige

(spaltbehaftete) Grenzfläche der Schicht mit ihrer Unterlage (z.B. der Wandung oder einer anderen Schicht) bereitgestellt werden. Dieser Spalt kann wegen seiner geringen Breite hohe Kapillarkräfte erzeugen. Die Durchführungen dienen dazu, das flüssige Kältemittel aus dem Hohlraum zu der Grenzfläche gelangen zu lassen, und umgekehrt. Zumindest zwei der

(mindestens zwei) Durchführungen sind bevorzugt an der kälteren Seite bzw. an der wärmeren Seite des Hohlraums angeordnet . Die oben beschriebenen Kapillarstrukturen können kombiniert werden. So kann auf einer mikrogeprägten Grabenstruktur zusätzlich ein Granulat aufgesintert werden, um die

Kapillarwirkung zu erhöhen. Speziell in einer Kombination von Kapillarstrukturen lässt sich zudem der diffuse Eindruck (das Erscheinungsbild der Abdeckung) besonders vielseitig

einstellen und anpassen.

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass an der Abdeckung mindestens ein Leuchtstoffbereich vorhanden ist. Unter einem Leuchtstoffbereich kann insbesondere ein Bereich verstanden werden, welcher mindestens einen von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle beabstandeten Leuchtstoff (auch „Remote Phosphor" genannt) aufweist. Der Leuchtstoff kann von

mindestens einer Halbleiterlichtquelle auf ihn einfallendes (Anregungs- oder Primär- ) Licht zumindest teilweise in

( Sekundär- ) Licht unterschiedlicher, insbesondere größerer, Wellenlänge umwandeln. Dadurch kann ein durch die

Leuchtvorrichtung einstellbarer ( Summen- ) Farbort vergrößert werden. Durch die beabstandete Anordnung kann eine Aufwärmung des Leuchtstoffs in Form der sog. Stokes-Wärme gering

gehalten werden, welche ansonsten zu einer verringerten

Umwandlungseffizienz und zu einer Verschiebung der

Wellenlänge des konvertierten Lichts (sog. „Stokes-Shift" ) führen würde. Die Aufbringung an der als Wärmerohr dienenden Abdeckung ermöglicht eine weitere Wärmeabführung und folglich Kühlung des (mindestens einen) Leuchtstoff des (mindestens einen) Leuchtstoffbereichs .

Der Leuchtstoff kann z.B. ein auf den Grundkörper

aufgeklebter Körper, z.B. ein keramisches

Leuchtstoffplättchen oder ein Plättchen mit Leuchtstoff als Füllmaterial eines transparenten Matrixmaterials (z.B.

Silikon), sein. Der Leuchtstoff mag auch ein Metallphosphat sein oder aufweisen. Der Leuchtstoff kann beispielweise auch auf die Abdeckung aufgesintert , aufgesprengt, mittels

Wasserstoffbrückenverbindungen aufgebracht, mittels EPD- Verfahren (beispielsweise unter Verwendung einer optisch transparenten, leitfähigen Zwischenschicht wie einer ITO- Schicht) aufgebracht, aufgesprüht, aufgedruckt (z.B. durch Aufrakeln) usw. werden.

In noch einer Weiterbildung kann sich der Leuchtstoff in der Wand bzw. in mindestens einem Bereich davon befinden bzw. darin integriert sein. In diesem Bereich mag der Leuchtstoff als Beimengung vorhanden sein, was beispielsweise mittels eines Sol/Gel-Verfahrens durchgeführt werden kann. Dies ergibt den Vorteil, dass der Leuchtstoff gut gegenüber äußeren Einflüssen geschützt ist. Zudem werden weniger

Bauteile benötigt. Auch ist so eine besonders gute thermische Anbindung an die Wandung bereitgestellt.

Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein

Leuchtstoffbereich an einer Außenseite der Abdeckung

vorhanden ist. Dies ermöglicht eine einfache Anbringung des (mindestens einen) Leuchtstoffs des Leuchtstoffbereichs .

Zudem braucht so der Leuchtstoff nicht kompatibel zu dem Kältemittel zu sein.

Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass mindestens ein Leuchtstoffbereich in dem (d.h., mindestens einem) Hohlraum der Abdeckung vorhanden ist. Dies ermöglicht eine besonders effektive Kühlung und einen Schutz vor äußeren Beeinflussungen .

Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass sowohl die mindestens eine Halbleiterlichtquelle als auch die lichtdurchlässige Abdeckung auf einem gemeinsamen Kühlkörper aufliegen. Dadurch kann ein effektiver Wärmetransport von der mindestens einen Halbleiterquelle über den Kühlkörper zur der Auflagefläche der Abdeckung erreicht werden, was wiederum eine an der

Auflagefläche gut definiert lokalisierte Wärmeseite mit hoher Temperatur bedingt. Darüber hinaus ist so auf einfache Weise auch eine verstärkte Wärmeabfuhr von anderen mit dem

Kühlkörper thermisch verbundenen Wärmequellen (z.B. eines Treibers, welcher z.B. in einer Treiberkavität des

Kühlkörpers untergebracht sein mag) möglich.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine Lampe ist. Die Lampe kann insbesondere ein Ersatzleuchtmittel oder Retrofit (Retrofitlampe) sein. Speziell bei

Retrofitlampen der gewohnten Standards, z.B. mit E27-Sockeln, sind ein Einbauraum und ein dadurch nutzbarer Platz für

Elektronik, Halbleiterlichtquelle und Kühlung stark begrenzt.

Ganz besonders mag die Retrofitlampe eine zum Ersatz einer herkömmlichen Glühlampe vorgesehene Lampe (Glühlampen- Retrofitlampe) sein. Glühlampen-Retrofitlampe werden

bezüglich ihres Aussehens oftmals den klassischen Glühbirnen nachempfunden, welche zumeist eine birnenförmige Bauform und einen kuppeiförmigen Kolben als Lichtaustrittsfläche

besitzen. Bei Glühlampen-Retrofitlampen wird für den Kolben meist ein einfacher Kunststoff- oder Glasschirm verwendet, der noch zusätzlich als Diffusor und Streumittel dient. Das hieraus resultierende Problem ist, dass der Kolben in der Regel eine nur schlechte thermische Kopplung an die

Halbleiterlichtquelle besitzt und demnach als Kühlfläche verloren geht. Dieses Problem kann durch die nunmehr

bereitgestellte Abdeckung und Leuchtvorrichtung überwunden werden. Die nunmehr bereitgestellte Abdeckung weist als weiteren Vorteil auf, dass sie ein ähnliches (gläsernes) Erscheinungsbild wie ein Kolben einer herkömmlichen Glühlampe ermöglicht. Durch den Einsatz der Abdeckung als Kühlfläche lässt sich zudem die Größe des Kühlkörpers reduzieren und die Glühlampen-Retrofitlampe mehrheitlich als Glaskörper

ausführen .

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.

Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine

LED-Glühlampen-Retrofitlampe gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel ;

Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine

LED-Glühlampen-Retrofitlampe gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel ;

Fig.3 zeigt in Draufsicht eine linear parallel

verlaufende grabenförmige Kapillarstruktur;

Fig.4 zeigt die linear parallel verlaufende grabenförmige

Kapillarstruktur als Schnittdarstellung in

Seitenansicht ;

Fig.5 zeigt in Draufsicht eine kreuzförmig verlaufende grabenförmige Kapillarstruktur; und

Fig.6 zeigt in Draufsicht eine wabenförmig verlaufende grabenförmige Kapillarstruktur.

Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung in Form einer LED-Glühlampen- Retrofitlampe 11 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die LED-Glühlampen-Retrofitlampe 11 ist zum Ersatz einer

herkömmlichen Glühlampe vorgesehen und weist zur

Stromversorgung an ihrem hinteren oder rückwärtigen Ende einen Sockel 12 zum Anschluss an eine Fassung einer Leuchte o.a. auf. Der Sockel 12 kann z.B. ein Bipin-Sockel oder ein Edison-Sockel sein. An den Sockel 12 schließt sich ein

Kühlkörper 13, z.B. aus Aluminium, an. Der Kühlkörper 13 weist eine Treiberkavität 14 mit einem darin aufgenommenen Treiber 15 auf. Der Treiber 15 weist eine oder mehrere elektrische und/oder elektronische Bausteine auf, welche dazu dienen, über den Sockel 12 eingespeiste elektrische Signale in zum Betrieb mindestens einer als Halbleiterlichtquelle dienenden Leuchtdiode 16 umzuwandeln. Die mindestens eine

Leuchtdiode 16 ist an einer Vorderseite 17 des Kühlkörpers 13 angeordnet, und zwar hier in einer Vertiefung 18.

Die Vorderseite 17 des Kühlkörpers 13 ist von einer

lichtdurchlässigen Abdeckung 20 abgedeckt, welche auf dem Kühlkörper 13 flächig aufsitzt und mit diesem z.B. mittels einer Verklebung, Verrastung, Verschraubung und/oder

Verklemmung usw. verbunden sein kann. Die Abdeckung 20 ist mit dem Kühlkörper 13 thermisch gut leitend verbunden, z.B. verstärkt durch ein dazwischen eingebrachtes thermisches Übergangsmaterial (TIM; „Thermal Interface Material") wie einen Wärmeleitkleber, eine Wärmeleitpaste usw. Die Abdeckung 20 weist hier eine Grundform bzw. Außenkontur einer

Kugelkalotte auf, so dass die LED-Glühlampen-Retrofitlampe 11 in ihrer Form einer herkömmlichen Glühlampe ähnelt. Die

Abdeckung 20 mag beispielsweise aus lichtdurchlässigem

(transparentem oder opaken) Glas, Kunststoff oder Keramik usw. bestehen und ist als ein Hohlkörper mit einem hermetisch abgeschlossenen Hohlraum 21 ausgebildet. Ein durch das

Material der Abdeckung 20 gebildeter Grundkörper 19

entspricht also einem kugelkalottenförmigen, schalenartigen Körper .

Der Hohlraum 21 weist eine vollvolumige, kugelkalottenförmige Grundform auf und ist mit Kältemittel K (teil) gefüllt, das zur Ausbildung der Abdeckung 20 als Wärmerohr geeignet ist. Die Abdeckung 20 als solche ist also ein Wärmerohr bzw. weist dessen Funktion auf. Die rückwärtige, den Kühlkörper 13 überdeckende Seite 22 entspricht dabei der (zu kühlenden) warmen/wärmeren Seite der Abdeckung 20 bzw. des Grundkörpers 19, während die vorderseitige freie Oberfläche 23 der

Abdeckung 20 der kühlen/kühleren Seite entspricht. Folglich kann sich in Hohlraum 21 gegenüber bzw. im Bereich

(Verdampferbereich 24) der rückwärtigen Seite 22 befindliches Kältemittel K verdampfen und gegenüber bzw. im Bereich

(Kondensationsbereich 25) der freien Oberfläche 23

befindliches Kältemittel K kondensieren. Das kondensierte Kältemittel K kann zurück zu der wärmeren rückwärtigen Seite 22 fließen und dort wieder verdampft werden usw. Die

mindestens eine Leuchtdiode 16 ist also nicht in dem Hohlraum 21 angeordnet. Zur effektiven Ermöglichung des Rückflusses des Kältemittels K von dem Kondensationsbereich 25 des Hohlraums 21 zu dessen Verdampferbereich 24 in verschiedenen Einbauorientierungen weist der Hohlraum 21 an seiner Wandung 27, insbesondere zumindest an seinem Kondensationsbereich 25, eine

Kapillarstruktur 26 auf. Die Kapillarstruktur 26 ist zur Verhinderung, dass es zu einer starken Lichtabschwächung (Lichtabsorption) oder zu einer starken Lichtrückstreuung zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle kommt, eine transparente Kapillarstruktur und mag insbesondere durch eine Oberflächenformung der Wandung 27 zustande kommen.

An der Außenseite der rückwärtigen Seite 22 der Abdeckung 20 bzw. des Grundkörpers 19 oberhalb der Vertiefung 18 ist ein mindestens einen Leuchtstoff aufweisender Leuchtstoffbereich 28 vorhanden. Der Leuchtstoffbereich 28 kann z.B. ein auf die Abdeckung 20 aufgeklebtes keramisches Leuchtstoffplättchen sein. Durch die Abdeckung 20 kann auch die während einer Wellenlängenkonversion in dem Leuchtstoffbereich 28 erzeugte Stokes-Wärme effektiv abgeführt werden. Zur Erlangung einer hohen Lichtausbeute kann die Vertiefung 18 (diffus oder spekular) reflektierend ausgebildet sein. Die Abdeckung 20 dient neben dem Kühlkörper 13 als zusätzlicher Kühlkörper.

Die LED-Glühlampen-Retrofitlampe 11 kann beispielsweise aus einer Halbschale und einer kreisförmigen Platte, die getrennt hergestellt worden sind und dann an ihrem freien Rand dicht miteinander verbunden werden, hergestellt werden.

Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine LED- Glühlampen-Retrofitlampe 31 gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel. Die LED-Glühlampen-Retrofitlampe 31 ist ähnlich wie die LED-Glühlampen-Retrofitlampe 11 aufgebaut, weist jedoch einen unterschiedlichen Kühlkörper 32 ohne eine dedizierte Vertiefung als auch eine unterschiedliche

Abdeckung 33 auf. Um zu vermeiden, dass die Abdeckung 33 direkt auf der mindestens einen Leuchtdiode 16 aufliegt, weist die Abdeckung 33 eine kugelschalenförmige Grundform auf, welche einen flachen (praktisch zweidimensionalen) , kugelschalenförmigen Hohlraum 34 aufweist. Eine Höhe des Hohlraums 34 misst insbesondere nicht mehr als 10 ~6 seiner Ausdehnung in der gekrümmten ( kugelschaligen) Ebene.

Der Hohlraum 34 kann ansonsten ähnlich zu dem Hohlraum 21 ausgestaltet sein und insbesondere mit Kältemittel K

(teil) gefüllt sein und eine Kapillarstruktur aufweisen. Die Abdeckung 33 überwölbt mit ihrer konkaven Unterseite 35 die mindestens eine Leuchtdiode 16 und liegt mit ihrem Rand 36 auf dem Kühlkörper 32 auf. Folglich sind die Abdeckung 33 und die mindestens eine Leuchtdiode 16 voneinander beabstandet. Die warme Seite 24 der Abdeckung 33 kann insbesondere den

Rand 36 als auch die konkaven Unterseite 35 umfassen, während die konvexe freie Oberfläche 23 weiterhin die kalte Seite darstellt . Ein Leuchtstoffbereich 37 kann sich insbesondere auf der konkaven Unterseite 35 befinden, dort insbesondere

vollflächig . Die LED-Glühlampen-Retrofitlampe 31 kann beispielsweise aus zwei separat hergestellten Halbschalen hergestellt werden, welche an ihrem freien Rand dicht miteinander verbunden werden .

Auch hier dient die Abdeckung 33 neben dem Kühlkörper 32 als zusätzlicher Kühlkörper.

Fig.3 zeigt in Draufsicht eine mögliche Kapillarstruktur 26 in Form einer Kapillarstruktur 41 mit mehreren linear und parallel zueinander verlaufenden Gräben 42 (oder Längsnuten,

Rillen o.a.). Diese Kapillarstruktur 41 kann beispielsweise durch Heißprägen, Mikrozerspanung usw. eingebracht werden.

Insbesondere mag die Abdeckung mehrteilig und/oder in

mehreren Schritten hergestellt werden, so dass beispielsweise die Kapillarstruktur 41 vor einem Verschluss des Hohlraums eingebracht werden kann.

Beispielsweise bei der Abdeckung 20 oder 33 mögen die Gräben 42 vertikal (von einer rückwärtigen Position zu einer vorderseitigen Position) verlaufen. Die Gräben 42 mögen in Umfangsrichtung gleichverteilt in der Wandung 27 eingebracht sein und an einem vordersten Punkt des Hohlraums 21 bzw. des Kondensationsbereichs 25 zusammenlaufen. Auch der

Verdampferbereich 24 mag zur verbesserten Verteilung des Kältemittels K mit Gräben 42 ausgestattet sein. Diese

wärmeseitigen Gräben 42 mögen beispielsweise von einer Mitte des Verdampferbereichs 24 sternförmig oder radial abgehen und z.B. an die Gräben 42 des Kondensationsbereichs 25

anschließen.

Eine solche Anordnung der Gräben 42 ist insbesondere für eine (wie gezeigt) senkrecht-aufrechte Ausrichtung oder für eine dazu um 180° gedrehte, senkrecht-hängende Ausrichtung der Glühlampen-Retrofitlampe 11 oder 31 geeignet.

Fig.4 zeigt die linear parallel verlaufenden Gräben 42 als Schnittdarstellung in Seitenansicht. Seitenwände 43 der Gräben 42 sind zumindest annähernd parallel zueinander ausgebildet. Dadurch kann in einen Graben eindringendes Licht L durch Totalreflektion an den Seitenwänden 43 ungehindert die Abdeckung 20 oder 33 verlassen. Dieser Effekt lässt sich auch gezielt dazu verwenden, durch Einstellen eines Winkels der Seitenwände 43 zu einem zugehörigen Boden 44 oder

alternativ zueinander oder durch gezieltes Einstellen der Form der Seitenwände 43 eine Teilreflexion und folglich einen diffusen Lichteindruck zu erhalten bzw. das einfallende Licht L für eine omnidirektionale Abstrahlung aus der Abdeckung 20 oder 33 heraus umzulenken.

Fig.5 zeigt in Draufsicht eine mögliche Kapillarstruktur 26 in Form einer Kapillarstruktur 51 mit länglichen, kreuzförmig verlaufenden Gräben 52.

Eine solche Kapillarstruktur 51 weist den Vorteil auf, dass ein gerichteter Flüssigkeitstransport aufgrund der

Kapillarwirkung in hier zwei unterschiedlichen Richtungen möglich ist. Dies kann eine effektive Wärmeabfuhr

beispielsweise auch bei einer schrägen oder sogar

waagerechten Ausrichtung der LED-Glühlampen-Retrofitlampe 11 oder 31 unterstützen. Fig.6 zeigt in Draufsicht einen mögliche Kapillarstruktur 26 in Form einer Kapillarstruktur 61 mit wabenförmig

verlaufenden Gräben 62. Dies ermöglicht eine noch stärker von einer Orientierung oder Einbaurichtung der LED-Glühlampen- Retrofitlampe 11 oder 31 unabhängigen Rückfluss des

kondensierten Kältemittels.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten

Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So mag die Kapillarstruktur 26 gebogene oder gekrümmte, parallel oder nicht parallel zueinander verlaufende Gräben aufweisen. Ferner mag die Kapillarstruktur 26 porös sein bzw. mindestens einen porösen Bereich aufweisen. Eine weitere Alternative ist es, als Kapillarstruktur 26 transparentes Kunststoff-, Keramik- oder Glasgranulat (einschließlich

Puder) auf der Wandung des Hohlraums aufzubringen. Die

Kapillarstruktur 26 mag zudem Gewebe oder eine Gewebestruktur aufweisen. Es ist zudem möglich, dass die Kapillarstruktur 26 einen mit einer lichtdurchlässigen, insbesondere

transparenten, Schicht belegten Bereich aufweist, wobei an zumindest zwei Stellen der Schicht eine Durchführung von einer Grenzfläche der Schicht zu einer freien Oberfläche der Schicht vorhanden ist. Die unterschiedlichen Arten der

Kapillarstruktur 26 können kombiniert werden.

Auch mag alternativ oder zusätzlich zu dem außenseitigen Leuchtstoffbereich mindestens ein Leuchtstoffbereich in dem (d.h., mindestens einen) Hohlraum der Abdeckung vorhanden sein.

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Bezugs zeichenliste

11 Halbleiter-Leucht orrichtung

12 Sockel

13 Kühlkörper

14 Treiberkavitat

15 Treiber

16 HalbleiterIichtquelle

17 Vorderseite

18 Vertiefung

19 Grundkörper

20 lichtdurchlässige Abdeckung

21 Hohlraum

22 Seite

23 Oberfläche

24 Verdampferbereich

25 Kondensationsbereich

26 Kapillarstruktur

27 Wandung

28 Leuchtstoffbereich

31 Halbleiter-LeuchtVorrichtung

32 Kühlkörper

33 Abdeckung

34 Hohlraum

35 konkave Unterseite

36 Rand

37 LuftStoffbereich

41 Kapillarstruktur

42 Graben

43 Seitenwand

44 Boden

51 Kapillarstruktur

52 Graben

61 Kapillarstruktur Graben

Kältemittel Licht

Claims

Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31), aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle (16) und

mindestens eine lichtdurchlässige Abdeckung (20; 33) für die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (16), wobei die Abdeckung (20; 33) ein Wärmerohr ist und als ein Hohlkörper mit mindestens einem darin eingebrachten abgeschlossenen, mit Kältemittel (K) gefüllten Hohlraum (21; 34) ausgebildet ist.

Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Hohlraum (21) eine vollvolumige,

insbesondere kugelkalottenförmige, Grundform aufweist.

Halbleiter-Leuchtvorrichtung (31) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Hohlraum (34) eine flache, insbesondere kugelschalenförmige, Grundform aufweist.

Halbleiter-Leuchtvorrichtung (31) nach Anspruch 3, wobei die Abdeckung (33) eine flache, insbesondere

kugelschalenförmige, Grundform aufweist und mit ihrer konkaven Unterseite (37) die mindestens eine

Halbleiterlichtquelle (16) überwölbt.

Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Hohlraum (21; 34) an seiner Wandung (27) mindestens eine

Kapillarstruktur (26) aufweist, insbesondere

vollflächig .

Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach Anspruch 5, wobei mindestens eine Kapillarstruktur (26, 41)

mindestens eine in der Wandung (27) eingebrachte

Grabenstruktur mit mehreren parallel zueinander

verlaufenden, länglichen Gräben (42) aufweist.

7. Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei mindestens eine

Kapillarstruktur (26, 41; 26, 51; 26, 61) mindestens eine in der Wandung eingebrachte Grabenstruktur mit mindestens einem länglichen Graben (42; 52; 62)

aufweist, dessen Seitenwände (43) parallel zueinander ausgebildet sind.

8. Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem der

Ansprüche 5 bis 7, wobei mindestens eine

Kapillarstruktur (26) einen porösen Bereich aufweist.

9. Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem der

Ansprüche 5 bis 8, wobei mindestens eine

Kapillarstruktur (26) ein Gewebe aufweist.

10. Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem der

Ansprüche 5 bis 9, wobei mindestens eine

Kapillarstruktur (26) einen mit einer lichtdurchlässigen Schicht belegten Bereich aufweist, wobei an zumindest zwei Stellen der Schicht eine Durchführung von einer Grenzfläche der Schicht zu einer freien Oberfläche der Schicht vorhanden ist. 11. Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Abdeckung (20; 33) mindestens ein Leuchtstoffbereich (28; 37) vorhanden ist . 12. Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem

Anspruch 11, wobei mindestens ein Leuchtstoffbereich (28; 37) an einer Außenseite (17; 35) der Abdeckung (20; 33) vorhanden ist. 13. Halbleiter-Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei mindestens ein Leuchtstoffbereich in dem Hohlraum der Abdeckung vorhanden ist. Halbleiter-Leuchtvorrichtung (11; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (16) als auch die

lichtdurchlässige Abdeckung (20; 33) auf einem gemeinsamen Kühlkörper (13) aufliegen.