专利名称：Led照明装置的制作方法
LED照明装置本发明涉及一种LED照明装置，更具体是包含散热器、LED、反射器或透镜、插座、电子驱动部件、电引线或导线系统和壳体的LED照明装置(LLD)。发光二极管(被称为LED或LED灯)被用作固态照明(SSL)的光源。通常基于反射器(MR，PAR，R，A)的形状和插座基底(GU，E，刺刀)，对LED照明或灯分类。SSL通常包含在适当壳体中的LED集群,其具有电子驱动器和含有反射器的光学器件。灯能传送光输出(通常用流明表示)，同时消耗能量(用瓦特表示)。灯的效率或实际上光效率可以用流明/瓦特表示。无效率主要是由下列事实导致即LED和电子驱动器产生热。LED照明的问题在于，LED产生的光和LED的寿命受到由LED接线和LED照明装置中电子产品产生的热量的不利影响。由于热量对光输出和灯的寿命有消极作用，LED需要被冷却。在本文中LED的寿命与其说是LED损坏或开始发生故障的时刻，不如说是在其有效使用期间LED的效率减小的时刻。寿命可以表示为例如效率降低至原始效率的70%时的有 效使用时间。热量产生和过热问题通常通过使用散热器和导热材料(特别是金属)的壳体来克服。金属提供合适的热量管理解决方案，但是在设计、制造和安全分离领域具有明显的缺点。因此，LED灯制造商开始考虑替换金属。考虑过陶瓷，但其使用仍很有限，因为在一些情况下陶瓷好像太脆。塑料(特别是导热级塑料)被引入有关的LED灯的壳体部分。例如在EP-1691130-A1和W0-2006/094346-A1中，描述了 LED照明装置，该装置包含散热器、安装在PCB上的LED、反射器、插座和壳体。该壳体由导热的塑料材料制成。这些塑料或者其热导率有限，或者在使用热导率高的塑料材料时产生与金属所观察到的相同的问题。然而，对于一般的工业和消费应用来说，对安全的要求日益增加。特别是由金属和高导电材料制成、引入电路短路危险的部件，安全是一个问题。因此，LED照明装置的制造商使用具有绝缘驱动系统的安全电子产品。然而，为了产生相同量的光，绝缘驱动系统需要更高的能量输入，因而不仅导致驱动效率过低，还导致较高的热量产生。热效应还限制了 LED灯的最大功率，如今为约11W。或者，LED照明装置包含内部绝缘屏蔽，保护电子部件不与外部部件接触。然而，这种保护也使得电子产品产生的热量消散复杂化或加强。因此，需要一种高能效的、可以与不安全(即，非绝缘)的电子驱动系统一起使用，却符合安全管理规则并优选可被设计为高功率灯的LED照明装置。本发明的目标是提供一种能经济且有效地产生光、使LED的寿命长、易于生产且安全的LED照明装置。此外，由于这种灯越来越多地用于消费领域，优选地，LED照明装置的生产和组装应该很简单，允许大规模生产。该目标已通过根据本发明的LED照明装置(LLD)实现，其中该LLD包含-散热器,具有前侧和后侧；-位于散热器前侧的安装在PCB上的LED；-反射器或透镜，覆盖在LED上；-用于被供电系统接收的插座；-任选的基体部件；-安装在散热器后侧或插座内或基体部件内的电子驱动部件；
-连接插座、电子驱动部件和散热器的电引线或导线系统；以及-壳体，任选地包封电子部件和电引线或导线系统，与散热器热传导接触；其中壳体由导热、导电的塑料材料制成(TC/EC-材料-A)，在壳体的外部包覆有由电绝缘材料(EI-材料-B)组成的保护层。本发明的效果在于，LED照明装置显示出非常好的散热，同时电绝缘保护层的存在几乎对热量管理和灯的光效率没有任何影响，即使保护层使由电绝缘和不导热的材料制成。同时，LLD的安全性增大。这表示根据本发明的LED照明装置可以与在110或220伏下工作的非绝缘或非安全的驱动系统组合使用，同时仍提供安全结构而不需要内部屏蔽。同样地，本发明的LLD中的电子部件是“非安全的”电子部件。该新颖且具有创造性的LLD也可以与绝缘的驱动系统组合使用，从而提供增大的安全性。根据本发明的解决方案在热量管理方面比其他可选的解决方案更有效，其他可选的解决方案为例如壳体和散热器之间的 电阻挡层，或壳体内的隔离层。此外，在壳体外部提供有电绝缘保护层的壳体可以通过简单的制造方法来生产，例如粉末涂料的静电喷涂，而这对于内部层来说将更加复杂。通过静电喷涂用粉末涂料来涂刷金属是本领域已知的。这种涂漆通常用于提供颜色或保护金属不生锈。通过静电喷涂用粉末涂料来涂刷导电聚合物也是本领域已知的。业已发现，导电聚合物用在从汽车部件到电子家电、建筑和结构应用中。在这些应用中，涂漆通常被用于能为塑料部件提供金属部件的外观和外貌。涂层也可以用于改善表面质量。例如，TO-2004/036114-A1描述了一种照明灯用的反射器。TO-2004/036114-A1的反射器由导热材料制成，其故意被弄成导电的，从而反射器可以通过使用静电粉末沉积技术涂漆。之后，涂漆的反射器涂有薄的反射层。LLD中的透镜通常由透明或半透明的材料制成。透镜也可以由含有多个透镜(例如各单独LED用的透镜)的透明罩组成。任选地，LLD包括基体部件。基体部件被视为在插座和壳体之间的部件。基体部件本身可以视为壳体的延伸。在LLD不包含单独的基体部件的情况下，壳体可能包含用于完成与基体部件相同功能的集成的延伸部。用于制备壳体的导热、导电的塑料材料在下文中也被记为TC/EC-材料-A。用作TC/EC-材料-A的材料可以是导热又导电的任何塑料材料。这些配方通常包含聚合物和一般相对较高量的导热也导电的填料。这类填料的实例包括金属和石墨。本发明中所用的TC/EC-材料-A可以具有在宽范围内变化的热导率。适宜地，TC/EC-材料-A的穿面(through-plane)热导率为至少lW/mK,更优选至少I. 5W/m/K，最优选至少2W/mK。尽管穿面热导率不存在真正的最大值，一般为至多6W/mK。同样适宜地，TC/EC-材料-A的平行面内热导率为至少2. 5ff/mK,更优选至少5W/m/K，最优选至少10W/mK。尽管穿面热导率不存在真正的最大值，一般为至多20W/mK。由于导热材料的电导率一般将增大，所以限制热导率很有利。优选地，TC/EC-材料-A的穿面热导率在
I.5-4ff/mK的范围内，和/或平行面内热导率在5-15W/mK的范围内。本文中提到的热电率是通过下面进一步描述的方法测量。要指出的是，本文中提到的材料性能都是在室温(即，20°C )下测量。TC/EC-材料-A也可以具有在宽范围内变化的电导率。适宜地，通过根据IS069003的方法在样品的穿面方向上测量，TC/EC-材料-A的体积电阻率为至多1060hm。这样的体积电阻率对于在含有非安全电子产品而不使用电绝缘保护层的壳体内使用来说不够安全。然而，该体积电阻率足够低，能为壳体提供通过粉末涂料的静电喷涂法的方式得到的电绝缘保护层。尽管在本发明的范围内，不需要为TC/EC-材料-A的体积电阻率设定最小值，出于安全原因，通常优选地，材料的电导率是有限的。在这方面，适宜地，TC/EC-材料-A的体积电阻率为至少10_20hm，优选至少10hm。更优选地，体积电阻率在IO1-IO5Ohm的范围内。适宜地，TC/EC-材料-A的热变形温度(通过ISO 75测量)(HDT-A)为至少160°C，优选至少180°C，更优选至少20(TC。通过静电喷涂涂覆之后，粉末涂料通常在允许其流动并形成膜的热量下固化。较高的HDT有利于更好的固化过程，从而在电绝缘保护层和制备壳体基体部件的TC/EC-材料-A之间得到更好的粘附性。电绝缘保护层的厚度可以在非常宽的范围内变化，该范围可能受到EI-材料-B的导热性和LLD的热性能要求的影响。当然该厚度应该不能过大以至于使壳体阻碍热量消散，也不能过小而不能提供足够的保护。适宜地，保护层的厚度在25-250 y m的范围内，然·而取决于层的电绝缘性有多好，层的厚度可能甚至低于下限，或者取决于层的导热性有多好，层的厚度可能甚至高于上限。优选地，厚度在50-150 u m的范围内。用于制备保护层的电绝缘材料本文中缩写为EI-材料-B，该材料的介电强度可以在较大的范围内变化，其中很清楚的是，介电强度越高，保护层的电绝缘性能越好，或者保护层可以越薄。适宜地，EI-材料-B的介电强度(根据ASTM D 149测量)为至少lkV/mm。优选地，介电强度为至少5kV/mm，还要更优选至少10kV/mm。对于电绝缘保护层来说，可以使用能被加工成粉末涂料且具有介电性能的任何材料。所述材料可以是热固性材料和热塑性材料。或者，对于电绝缘保护层来说，可以使用模制组合物。为此，通常使用热塑性材料。除了热固性和/或热塑性聚合物材料之外，所述材料可以包含其他组分，例如填料、颜料、稳定剂和用于粉末涂料的其他辅助添加剂，以及阻燃剂和导热填料，只要材料中所用的各组分具有高介电强度即可。本领域技术人员通过使用一般的常识可以选择适用于EI-材料-B的组分。EI-材料-B可以是包含导热填料的导热、电隔离的材料。适宜地，这种材料的穿面热导率可以在0. 5-1. 5ff/mK的范围内，优选在0. 5-1. Off/mK的范围内。或者，EI-材料-B可以是热隔离材料。后者似乎不影响(至少不是在很大程度上)本发明的LLD的热量管理性能。是热隔离材料的EI-材料-B的优点为，LLD的安全性能通常进一步增强。适宜地，EI-材料-B的穿面热导率小于0. 5W/mK。优选地，EI-材料-B包含阻燃剂。其优点为，LLD在阻燃方面的安全性能更好地保
持或甚至进一步增强。为了在壳体和散热器之间产生良好的热导接触，壳体适应通过下列方法生产用模制材料使一个或更多个金属部件二次成型(overmoulding),从而使壳体成形。金属部件可以是散热器，或者安装在散热器上组装的LLD内的金属元件。通过所述二次成型，可以在壳体和散热器之间实现最好的热导接触，而相互直接接触的不同金属间的导热性通常很好。在根据本发明的LLD的一个优选的实施方式中，保护层是一个涂层。优选地，该涂层是通过静电喷涂涂覆的粉末涂料。具有足够高的热变形温度(HDT)的导热、导电的塑料材料的使用不仅允许涂覆这种静电喷涂的涂料，还允许粉末涂料固化。优选地，导热、导电的塑料材料的HDT为至少160°C，更优选至少180°C，还要更优选至少200°C。在根据本发明的LLD的一个优选的实施方式中，壳体在2K成型法中生产，其中用EC/TC-材料-A进行第一次成型，然后用EI-材料-B的层进行二次成型。本发明还涉及一种用于制造LLD用的壳体的方法。根据本发明的方法包括下列步骤
a.提供具有使壳体成形的型腔的模具；b.将导热和导电的塑料材料注射模制进入型腔中，从而形成模制的部件；c.从型腔中取出所形成的模制部件；d.在壳体的外表面通过静电喷涂涂覆粉末涂料；e.固化任选涂覆的粉末涂料。一种用于制造本发明的LLD用的壳体的替代方法，包括下列步骤a.提供具有使壳体成形的型腔的模具；b. (i)将导热和导电的塑料材料注射模制进入型腔中，从而形成模制的部件；(ii)将电绝缘材料注射模制进入型腔中，从而在模制部件的外表面上形成电绝缘层；c.从型腔中取出所形成的具有电绝缘层的模制部件。在本发明一个优选的实施方式中，所述方法在步骤(a)之后和步骤(b)之前包括步骤(a_l)，其中一个或更多个金属部件被置于型腔内，在步骤(b)期间(分别为(b) (i))用导电的塑料材料(TC/EC材料)使金属部件部分进行二次成型。通过用导热的塑料材料使金属散热器或其他金属部件二次成型而制造的壳体可以如之前涂有涂层。任选地，金属散热器或其部件也可以同时用电隔离的涂层涂布。需要时，不应被涂布的金属散热器或其部件在涂布过程中可以被遮护。通过下列实施例和对比实验进一步说明本发明。对实施例和对比实验的说明方法为了说明，使用了具有金属散热器和金属壳体的传统LED照明装置，其中用由石墨填充的导热且导电的塑料材料(体积电阻率为约IO2Ohm,面内热导率为约15W/mK，穿面热导率为约15W/mK为约I. 75ff/mK)制成的类似壳体来代替金属壳体热导率使用激光闪烁和探针法进行穿面热导率测试。根据ASTM标准E1461，使用Nettzsch TM Nanoflash Instrument进行激光闪烁测试。用于激光闪烁的测试样品尺寸为2mm(厚)X 12. 5mm(直径)。使用Elmer Pyris热传导探针测量热导率,并报告为瓦特/米-开尔文(W/mK)。所有测试均是在室温(20°C)下在注射模制的板上进行。实施例I所提供的塑料壳体具有由透明热隔离材料(X-涂层=0. 2ff/mK)制成的厚度为lOOym的涂层。对照明装置内电子部件温度的影响是约1°C的温度上升。实施例II重复实施例I，不同之处在于，所用的塑料壳体具有显示出导热性(X-涂层=I. Off/mK)的经填充的涂层。对照明装置内电子部件温度的影响是约0.2°C的温度上升。
实施例m用实施例I中所用的材料来制备测试样品。首先，将石墨填充的导热且导电的塑料材料注射模制为80X80mm、厚度为2mm的板。脱模并冷却之后，涂覆透明热隔离材料，以提供厚度为约IOOym的涂层。测试板显示出具有超过IOkV的击穿电压。对比例A所提供的散热器在散热器与壳体接触的位置有由透明热隔离材料(X-涂层=0. 2ff/mK)制成的厚度为lOOym的涂层。对照明装置内电子部件温度的影响是约10°C的温
度上升。对比例B
重复对比例A，不同之处在于，所用的散热器具有如实施例II的透明热隔离材料(入-涂层=I. Off/mK) 0对照明装置内电子部件温度的影响降低至约2°C的温度上升。令人惊讶地，隔离涂层的使用仅对照明装置的热量管理具有有限的影响。壳体上涂层的影响远小于散热器和壳体间类似的隔离层的使用的影响。此外，与散热器上的隔离层相比，壳体上的层也提供了更好的保护以抵抗电击穿，特别是如果这种击穿将直接从电子部件穿过壳体而发生。
权利要求
1.一种LED照明装置(LLD)，其包含 -散热器，具有前侧和后侧； -位于所述散热器前侧的安装在PCB上的LED ； -反射器或透镜，覆盖在所述LED上； -用于被供电系统接收的插座； -任选的基体部件； -安装在所述散热器后侧或所述插座内或所述基体部件内的电子驱动部件； -连接所述插座、所述电子驱动部件和所述散热器的电引线或导线系统；以及 -壳体，任选地包封所述电子部件和所述电引线或导线系统，与所述散热器热传导接触； 其中所述壳体由导热、导电的塑料材料制成(TC/EC-材料-A)，在所述壳体的外部包覆有由电绝缘材料(EI-材料-B)组成的保护层。
2.如权利要求I或2所述的LLD，其中，通过根据“方法”部分的方法测量，所述TC/EC-材料-A的穿面热导率在l_6W/mK的范围内。
3.如权利要求I或2所述的LLD，其中，通过根据IS069003的方法在穿面方向测量，所述TC/EC-材料-A的体积电阻率在KT2-IO6欧姆的范围内。
4.如权利要求I或2所述的LLD，其中，所述TC/EC-材料-A的热变形温度(通过ISO75测量)(HDT-A)为至少160°C，更优选至少180°C，还要更优选至少200°C。
5.如权利要求I所述的LLD，其中，所述保护层是通过静电喷涂法涂覆的涂层。
6.如权利要求I或2所述的LLD，其中，所述保护层的厚度为25-250μ m。
7.一种用于制造权利要求1-6所述的LLD用的壳体的方法，其包括下列步骤 a.提供具有使所述壳体成形的型腔的模具； b.将导热和导电的塑料材料注射模制进入所述型腔中，从而形成模制的部件； c.从型腔中取出所形成的模制部件； d.在壳体的外表面通过静电喷涂涂覆粉末涂料； e.固化所述任选涂覆的粉末涂料。
8.一种用于制造权利要求1-6所述的LLD用的壳体的方法，其包括下列步骤 a.提供具有使所述壳体成形的型腔的模具； b.(i)将导热和导电的塑料材料注射模制进入所述型腔中，从而形成模制的部件； ( )将电绝缘材料注射模制进入所述型腔中，从而在模制部件的外表面上形成电绝缘层； c.从所述型腔中取出所形成的具有电绝缘层的模制部件。
全文摘要
本发明涉及一种LED照明装置(LLD)，其包含散热器，具有前侧和后侧；位于散热器前侧的安装在PCB上的LED；反射器或透镜，覆盖在LED上；用于被供电系统接收的插座；任选的基体部件；安装在散热器后侧或插座内或基体部件内的电子驱动部件；连接插座、电子驱动部件和散热器的电引线或导线系统；以及壳体，任选地包封电子部件和电引线或导线系统，与散热器热传导接触；其中所述壳体由导热、导电的塑料材料制成(TC/EC-材料-A)，在所述壳体的外部包覆有由电绝缘材料(EI-材料-B)组成的保护层。
文档编号F21V29/00GK102762920SQ201180009423
公开日2012年10月31日 申请日期2011年2月9日 优先权日2010年2月11日
发明者汉斯·克拉斯·迪克·范, 罗伯特·翰德里克·凯萨琳娜·简瑟恩 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司