專利名稱：照明裝置的制作方法
照明裝置本申請是發(fā)明專利申請第200780038205.7號的分案申請，母案申請日為2007年10月10日，最早優(yōu)先權(quán)日為2006年10月12日，發(fā)明名稱為“照明裝置”。本發(fā)明涉及一種照明裝備(lighting armature),其包含殼體,所述殼體容納光源和用于驅(qū)動所述光源的驅(qū)動電子裝置。上述照明裝備本身是已知的。有時這些照明裝備也被稱為光裝備或光發(fā)生器。它們用于一般性的照明目的等，用于所謂的標識、輪廓照明以及用于信號照明，諸如用在交通燈或交通控制系統(tǒng)中，例如用在以動態(tài)方式或靜態(tài)方式控制交通流的道路標記系統(tǒng)中。上述光發(fā)生器進一步用在投影照明以及光纖照明中。由美國專利US-6402347-B1已知上述類型的照明裝備。已知照明裝備具有在操作過程中光通量為至少51m的LED光源以及定向由光源產(chǎn)生的輻射的塑料光學透鏡系統(tǒng)。根據(jù)US-6402347-B1，使用由合成樹脂材料制成的光學系統(tǒng)的可能性是基于這樣一個認識:發(fā)光二極管(LED)產(chǎn)生的輻射熱量和/或UV光遠遠低于由傳統(tǒng)光源諸如氣體放電燈或鹵素燈產(chǎn)生的輻射熱量和/或UV光。因為可以選擇發(fā)射較小或不發(fā)射UV輻射和/或IR輻射的LED，所以LED非常適合用在發(fā)光機(light engine)中。使用LED的另一優(yōu)點在于，這種光源很緊湊。這項優(yōu)點在實踐中被用于在燈源中組合多個LED并且/或者用于制造甚至更緊湊的照明裝備。這些優(yōu)點可用于制造具有多個LED的緊湊照明裝備，從而用于家用照明應用和辦公照明應用，其中所述殼體不僅起到電子部件的外罩的作用，還可以起到裝飾作用。盡管US-6402347-B1中提到了驅(qū)動電子裝置原則上還可以被布置到殼體以夕卜，但是應當注意到對于家用照明應用和辦公照明應用，驅(qū)動電子裝置通常必須插入殼體內(nèi)。包含用于控制光源的電子部件的電子燈(特別是多LED固態(tài)燈)存在光源生熱的問題，這些熱量如果未被充分除去那么會對光源和/或電子部件的性能造成影響，上述影響的結(jié)果是:對光源和光產(chǎn)生的控制造成干擾，以及縮短的光源壽命。盡管如US-6402347-B1所記載單個LED發(fā)出的熱量有限，但是在多LED系統(tǒng)中，這種熱量足以加熱LED和驅(qū)動電子裝置，從而對由驅(qū)動電子裝置驅(qū)動的光源的性能造成影響。包含在緊湊的照明裝備中的多個LED光源尤其是這樣的。而且，在其中殼體被設(shè)計為外殼(諸如由例如鋁或鋼的金屬制成的管狀外殼)的電子燈中，除熱率非常低。為了限制包含在殼體中的部件發(fā)熱，根據(jù)US-6402347-B1的已知照明裝備包括具有冷卻翅片的金屬殼體或者包括施加強迫風冷的裝置，例如被包含在殼體中、能夠產(chǎn)生空氣流的鼓風裝置。在后種情況下，殼體可以由合成樹脂制成。已知照明裝備的缺點在于，包含鼓風裝置使得照明裝備的結(jié)構(gòu)更復雜，除此以外，在緊湊的照明裝備中通常沒有容納這利鼓風裝置的空間。具有冷卻翅片的金屬殼體的缺點在于，這種殼體難以制造因而昂貴，重量較重，最重要的是這種殼體增加了短路和介質(zhì)擊穿的風險。這個問題甚至更重要，因為具有多LED系統(tǒng)的照明裝備主要用于家用照明目的，因而其必須符合最苛刻的安全標準，包括高的介質(zhì)擊穿閾值。本發(fā)明的目的在于提供一種電子燈，其不具有上述問題，或者至少在較少程度上具有上述問題。更具體地，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于家用照明的照明裝備，其在發(fā)熱控制性質(zhì)和重量之間具有改善平衡，不需施加內(nèi)部強迫風冷，并且具有更高的安全水平。根據(jù)本發(fā)明的照明裝備實現(xiàn)了上述目的，其中，所述殼體具有由方向平均熱導率(orientation averaged thermal conductivity)為至少 2.0ff/m.K 的塑料組合物制成的冷卻翅片。具有上述冷卻翅 片的本發(fā)明的照明裝備產(chǎn)生的效果在于，與由金屬制成的相應的照明裝備相比短路和介質(zhì)擊穿的閾值被提高了。而且，通過使用由具有上述較低熱導率的聚合物組合物制成的冷卻翅片，可以實現(xiàn)熱量明顯減少，從而無需使用內(nèi)部強迫風冷并且可以減輕重量。這種塑料冷卻翅片還有益于照明裝備的安全性能，因為它允許通過觸摸冷卻翅片而非觸摸導電的金屬防護罩來操縱照明裝備。在根據(jù)本發(fā)明的照明組件中，殼體可以容納光源和用于驅(qū)動所述光源的驅(qū)動電子裝置。適當?shù)?，所述殼體將所述光源以及驅(qū)動電子裝置容納作為所述殼體部件的壁內(nèi)。存在于所述殼體內(nèi)的冷卻翅片不適于容納光源和驅(qū)動電子裝置，因為它們通常沿著遠離熱源的方向伸出壁外。這利翅片也可以以大約垂直于所述壁面的方向伸出壁外，如上述W000/36336的

圖1中所示。因而冷卻翅片不同于殼體內(nèi)的其它結(jié)構(gòu)元件，諸如殼體壁，不同之處在于，所述壁和其它結(jié)構(gòu)元件的一側(cè)被熱源加熱，而另一側(cè)散熱；然而冷卻翅片由來自殼體的其它結(jié)構(gòu)元件的熱量通過翅片由其制成的材料本體傳導來加熱，并從所述冷卻翅片的兩個橫向側(cè)面散熱。通過下述本發(fā)明的照明裝備的不同實施方式可以進一步增強所述冷卻翅片在本發(fā)明的照明裝備中的作用。塑料組合物的熱導率在本文中被理解為材料的性質(zhì)，其可以具有方向依賴性。為了測定塑料組合物的熱導率，該材料必須成型為適于進行熱導率測量的形狀。根據(jù)塑料組合物的組成、用于測量的形狀的類型、成型工藝以及成型工藝中使用的條件，塑料組合物可以具有各向同性熱導率或者各向異性熱導率，即具有方向依賴性的熱導率。在塑料組合物被成型成扁平矩形的情況下，方向依賴性熱導率通常可以采用如下三個參數(shù)來描述:Λ 1、Α"和 Λ±0 方向平均熱導率(orientationalIy averaged thermal conductivity Λ oa)在本文中根據(jù)式⑴定義:Aoa = 1/3X (Λ 丄+Α"+Λ±) (I)其中:.A ±是穿面(through-plane)熱導率,在本文中也指垂直熱導率；.Α〃是沿著最大面內(nèi)熱導率的方向的面內(nèi)(in-plane)熱導率，在本文中也指平行熱導率或徑向熱導率；.Λ±是沿著最小面內(nèi)熱導率方向的面內(nèi)(in-plane)熱導率，在本文中也指橫向熱導率。參數(shù)的個數(shù)可以縮減至兩個或甚至縮減至一個，這取決于熱導率是否在所有三個方向上都是各向異性的，還是僅在三個方向的其中一個上偏離，或甚至是各向同性的。在塑料組合物中沿一個方向具有占優(yōu)勢的單向定向的導熱纖維的情況下，A〃可遠遠高于Λ±，而Λ ±可能非常接近或者甚至等于Λ I。在這種情況下，方向平均熱導率(Am)的定義簡化為式(II):
Aoa = 1/3X (2.Λ 丄+A") (II)在塑料組合物中在具有片狀粒子的平面方向的平面中具有占優(yōu)勢的平行取向的片狀粒子的情況下，塑料組合物可以具有各向同性的面內(nèi)熱導率，即Λ〃等于Λ±。在這種情況下，A〃和人±可以由一個參數(shù)Ap表述，方向平均熱導率(Am)的定義簡化為式
(III):Aoa = 1/3Χ (Λ 丄+2.Ap) (III)在塑料組合物具有全面各向同性熱導率的情況下，Λ〃、Λ ±和Λ ±都相等，等于各向同性熱導率Λ。在這種情況下，方向平均熱導率(Am)的定義簡化為式(IV):Aoa = A (IV)通過測量具有方向依賴性的熱導率Α〃Λ ±和Λ ±可以確定方向平均熱導率。為了測量Α〃Λ±和Λ±，由待測材料采用注射模制機通過注射模制來制備尺寸為80X80Xlmm的樣品，所述注射模制機裝備有具有適當尺寸的方形模具以及被設(shè)置在所述方形模具一側(cè)上的寬80mm、高Imm的薄膜燒口。測定厚Imm的注塑片的熱擴散系數(shù)(D)、密度(P)和熱容(Cp)。根據(jù)ASTM 方法 E1461-01,采用 Netzsch LFA447 激光閃爍裝置(Iaserflashequipment)確定在如下方向上的本發(fā)明中所用的熱擴散系數(shù):面內(nèi)且平行(D〃)于模具填充過程中聚合物的流動方向；面內(nèi)且垂直于(D±)模具填充過程中聚合物的流動方向；以及穿過平面的方向(Di)。面內(nèi)熱擴散系數(shù)D〃和D±通過如下測定:首先從注塑片上切下寬度約為Imm的等寬小條帶。條帶的長度處于模具填充過程中聚合物的流動方向或垂直于該流動方向的方向。將若干條這種條帶疊放在一起，其中切割面朝外并被緊緊地夾在一起。測量從由一列切割面形成的堆疊的一側(cè)到具有切割面的堆疊的另一側(cè)穿過所述堆疊的熱擴散系數(shù)。板材的熱容(Cp)通過與具有已知熱容的參照樣品(Pyroceram9606)相比較來測定，其中采用相同的Netzsch LFA447激光閃爍裝置以及W.Nunes dos Santos> P.Mummery和 A.Wallwork 在 Polymer Testingl4 (2005)，628-634 中描述的過程。從熱擴散系數(shù)(D)、密度(P )和熱容(Cp)出發(fā)，根據(jù)下式(V)確定模制片在如下方向上的熱導率:平行(Λ〃)于模具填充過程中聚合物的流動方向；垂直于(Λ±)模具填充過程中聚合物的流動方向；以及垂直于模制片的平面(Λ ±):Ax = DxX P XCp其中，X分別為//、土和丄。本發(fā)明的照明裝備所使用的殼體的冷卻翅片或其任何其它部件由這樣的塑料組合物制成，所述塑料組合物的方向平均熱導率可以在寬范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，方向平均熱導率為至少2W/m.K，更優(yōu)選為至少5W/m.K，還要更優(yōu)選為至少10W/m.K。方向平均熱導率的最小值較大的優(yōu)點在于，可以進一步減少光源發(fā)熱的問題，最終可以進一步減少照明系統(tǒng)中內(nèi)部部件發(fā)熱的問題。 塑料組合物的方向平均熱導率可以高達50W/m.K，甚至可以更高，但是方向平均熱導率超過50W/m*K對散熱沒有明顯更多的益處。而且，具有上述高熱導率的塑料組合物通常具有較低的機械性質(zhì)和/或較差的流動性質(zhì)，這使得這種材料不適于制造殼體的冷卻翅片及其任何其它部件，至少不適于作為主要部件。因此，本發(fā)明或其優(yōu)選實施方式的殼體或其部件由這樣的塑料組合物制成，該組合物優(yōu)選具有至多50W/m.K、更優(yōu)選至多30W/m.K、還要更優(yōu)選至多25W/m.K的方向平均熱導率。適宜地，方向平均熱導率在10-25W/m.K的范圍內(nèi)，優(yōu)選在15-20W/m*K的范圍內(nèi)。其優(yōu)點在于，與完全由熱導率為約150W/m.K的金屬制成的殼體相比，當殼體的冷卻翅片由具有上述有限的方向平均熱導率的塑料材料制成時已纖顯著減少了驅(qū)動電子裝置發(fā)熱的問題。優(yōu)選地，冷卻翅片由穿面熱導率在I至10W/mk范圍內(nèi)的熱塑料材料制成，該冷卻翅片具有高度(H)和厚度(T)尺寸，其中Η/T比為至少3:1。盡管在大多數(shù)情況下較高的冷卻翅片的Η/T比值會改善散熱效果，但是根據(jù)實際考慮需要限制Η/T的比率。過高的翅片不會進一步改善散熱效果，而且本發(fā)明的材料的導熱性也不足以使得非常高的翅片總是吸熱至頂部。從機械穩(wěn)定性和制造難易方面考慮，冷卻翅片的優(yōu)選Η/T比在3: I至10: I的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的Η/T比在5: I至8: I的范圍內(nèi)。出于考慮制造技術(shù)以及機械穩(wěn)定性，冷卻翅片的最小厚度優(yōu)選為0.2mm,更優(yōu)選為
0.3mm,甚至更優(yōu)選為0.5mm。最優(yōu)選地,冷卻翅片的厚度為約1mm。根據(jù)照明裝備的用途，冷卻翅片的最高高度優(yōu)選為20mm。限制絕對尺寸使得單位表面積具有較多的冷卻翅片(致密堆積的翅片)，因而單位重量的殼體具有較高的冷卻表面積；而殼體的總尺寸保持有限。這對于如下應用特別有益，這利應用中，用于設(shè)置照明裝備的空間有限。為了使散熱效果最大化，優(yōu)選盡可能緊密地堆積翅片；然而翅片之間的最小距離由這樣的數(shù)值來確定，低于該數(shù)值，熱對流可能會被擾亂并且流動的冷空氣不易接近翅片的表面區(qū)域。冷卻翅片通常從殼體主體的外表面伸出。不需將它們均一地分布在殼體上。以如下方式設(shè)計本發(fā)明的照明裝備的殼體相當有利:冷卻翅片主要位于它們所起作用最有效的位置上，即接近發(fā)出要被消散的熱量的光源。殼體的冷卻翅片的位置、數(shù)量和實際尺寸(包括厚度、高度和長度)可由塑料產(chǎn)品制造領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員根據(jù)他們的經(jīng)驗以及常規(guī)測試來確定。通過所需散熱效果以及殼體的制造方法和材料來控制對這些變量的精細調(diào)節(jié)。請注意，原則上光源可以是任何具有電子驅(qū)動系統(tǒng)的光源，適當?shù)乜梢允莻鹘y(tǒng)的光源，但優(yōu)選包括一個或多個LED。優(yōu)選地，光源由多個安裝在印刷電路板上的LED構(gòu)成，更優(yōu)選地由多個安裝在金屬芯印刷電路板(MC-PCB)上的LED構(gòu)成。可以制造具有單個LED的單色光發(fā)生器。實踐中，在許多情況下可以采用具有多個LED的基板作為光發(fā)生器的光源。具體地，對于可以僅僅通過混合不同類型LED的不同顏色來獲得光發(fā)生器的所需顏色的情況下就是這樣的。使用LED的另一優(yōu)點在于，這種光源緊湊、使用壽命相對非常長并且含有LED的發(fā)光機產(chǎn)生的能量成本以及該發(fā)光機的維修成本相對較低。使用LED還具有如下優(yōu)點:獲得動態(tài)照明的可能性。如果組合不同類型的LED并且/或者使用不同顏色的LED，那么可以根據(jù)所需方式混色，并且可以實現(xiàn)顏色變化，而無需使用所謂必需的色輪(color wheel)。所需顏色效果通過使用適當?shù)尿?qū)動電子裝置來實現(xiàn)。另外，適當?shù)腖ED組合能夠獲得白光，從而驅(qū)動電子裝置能夠調(diào)節(jié)所需的色溫，并且該色溫在光發(fā)生器的操作過程中保持恒定。LED優(yōu)選被安裝在金屬芯印刷電路板(MC-PCB)上。當LED被設(shè)置在上述金屬芯的印刷電路板上時，由LED產(chǎn)生的熱量易于通過熱傳導方式經(jīng)由PCB從LED消散。盡管這不能阻止照明裝備所包含的內(nèi)部部件在某一程度上發(fā)熱，但是使用MC-PCB有利于通過本發(fā)明的殼體散熱。本發(fā)明的照明裝備中的驅(qū)動電子裝置可以包括用于改變LED的光通量的裝置。通過使用這種措施，可以例如使光通量變小。在本發(fā)明的有利實施方式中，照明裝備包括由多個LED組成的光源，其可以產(chǎn)生具有不同波長的輻射，并且在所述照明裝備中，驅(qū)動電子裝置包括調(diào)節(jié)各LED光通量之間的比率的裝置。這個措施能夠改變由光發(fā)生器發(fā)射的光線的顏色和色溫。通過使用合適的驅(qū)動電子裝置，還可以產(chǎn)生例如具有恒定色溫的白光。包含在本發(fā)明的照明裝備中的殼體可以由不同的部件和結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在優(yōu)選的實施方式中，殼體包含金屬護罩，其具有第一表面，即朝著驅(qū)動電子裝置方向的表面，和第二表面，即指向冷卻翅片的表面，并且所述殼體中，金屬板和冷卻翅片處于直接導熱接觸。例如可以通過如下實現(xiàn)上述直接導熱接觸:將冷卻翅片直接模制在金屬護罩的第二表面上；或者采用導熱粘合劑將冷卻翅片粘著在所述第二表面上。這種塑料冷卻翅片有益于照明裝備的安全性能，因為它們保護金屬護罩免于被觸摸，并且允許通過觸摸冷卻翅片而非觸摸導電的金屬護罩來操縱照明裝備。當冷卻翅片由導熱、電絕緣的塑料材料制成時這種效應會被加強。用于實現(xiàn)直接導熱接觸的另一種技術(shù)方案是:采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中殼體包括由導熱塑料材料制成的塑料層或護罩，所述塑料護罩具有第一表面，所述第一表面面向所述金屬護罩并且與所述金屬護罩直接導熱接觸；和第二表面，所述第二表面背向所述金屬護罩并且具有塑料冷卻翅片。在這個技術(shù)方案中存在由導熱、電絕緣的塑料材料制成的所述塑料護罩，進一步增強了照明裝備的安全性能。含有金屬護罩的殼體適于與金屬芯印刷電路板(MC-PCB)多LED系統(tǒng)組合,其中所述金屬芯印刷電路板(MC-PCB)多LED系統(tǒng)通過導熱連接方式與金屬護罩接觸。上述導熱連接優(yōu)選通過如下實現(xiàn):將MC-PCB安裝在連接到金屬護罩的金屬板上。在這個實施方式中，LED中產(chǎn)生的熱量經(jīng)由MC-PCB和金屬板通過(熱)傳導消散到殼體和冷卻翅片上，然后消散到環(huán)境中。更優(yōu)選地，通過由導熱、電絕緣材料制成的連接元件來實現(xiàn)導熱連接。這具有如下優(yōu)點:減少了電路短路的風險，或者在燈的電子系統(tǒng)發(fā)生短路的情況下不會使殼體中的任何導電部件帶電。適當?shù)?，導熱、電絕緣材料被設(shè)置在MC-PCB和MC-PCB連接到其上的金屬板之間。對上述技術(shù)方案中的其中之一進行進一步地詳細描述，由導熱塑料制成的冷卻翅片除了被安裝或者粘合到金屬護罩上以外，所述冷卻翅片還可以構(gòu)成塑料體細長元件，其包括所述細長元件從其表面伸出的塑料護罩。塑料體適于為由導熱塑料組合物制成的一體化模制部件。如上所述，這種塑料體有利地與金屬護罩組合。在優(yōu)選的實施方式中，塑料體是由方向平均熱導率大于20W/m.Κ的塑料組合物制成的一體化模制部件。這個實施方式的優(yōu)點在于，由照明裝備消散的熱量如此巨大，以致于在具體案例中可以省略上述金屬護罩。含有冷卻翅片的一體化模制塑料體由其制成的塑料組合物的熱導率越高，照明裝備可以產(chǎn)生的熱量越大而不需上述金屬護罩作為殼體的部件。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式中，塑料體是2K模制部件，其包括由方向平均熱導率大于20W/m.K的第一塑料組合物制成的層和由方向平均熱導率為2.0-20ff/m.K的第二塑料組合物制成的翅片。這個實施方式的優(yōu)點在于，所述殼體具有改善的機械性質(zhì)，同時保持良好的散熱性質(zhì)。同樣優(yōu)選地，如上所述的由2K模制部件或一體化模制部件制成的殼體適于與金屬芯印刷電路板(MC-PCM)多LED系統(tǒng)組合，其中，由方向平均熱導率大于20W/m-K的第一塑料組合物制成的層或者由這種塑料組合物制成的一體化模制部件分別通過導熱連接與金屬護罩接觸。具有這種結(jié)構(gòu)的照明裝備與上述金屬護罩和MC-PCB多LED系統(tǒng)以導熱連接方式構(gòu)成的結(jié)構(gòu)具有相同的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的照明裝備優(yōu)選包括多個LED，并且可選與含有準直透鏡(collimatorlens)和/或聚焦透鏡(focusing lens)的光學系統(tǒng)組合。準直透鏡適于由多個子透鏡(sub-lens)組成或者由多個準直元件組成，每個LED與一個子透鏡或準直元件關(guān)聯(lián)，每個子透鏡或準直元件的光軸分別與LED的其中之一的光
軸重合。采用這種光學結(jié)構(gòu)，來自多個LED的光線以令人滿意的方式會聚。適當?shù)?，準直透鏡的子透鏡或準直元件由透明的合成樹脂材料(例如PMMA)制成。聚焦透鏡是Fresnel透鏡。這使光發(fā)生器緊湊。這種Fresnel透鏡適于由合成材料例如PMMA制成，其中通過注射模制獲得所需的光學Fresnel結(jié)構(gòu)。除了殼體、光源、驅(qū)動電子裝置和可選的光學系統(tǒng)以外，照明裝備通常包含電源裝置的各部件。這種電源裝置是對于短路問題的危險來源，從而構(gòu)成安全隱患源。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，照明裝備包含由電絕緣材料制成的電絕緣塑料護罩，其中電絕緣塑料護罩被設(shè)置在電源裝置的各部件(一側(cè))和具有由導熱材料制成的部件的殼體(另一側(cè))之間。這個實施方式的優(yōu)點在于，進一步提高了介質(zhì)擊穿的閾值電壓，并且可以使用具有更好導熱材料的殼體以及可選完全由導電材料制成的殼體。進一步的優(yōu)點在于，減少了照明裝備為了滿足電子封殼技術(shù)中各種國際標準所必需進行的測試。電絕緣材料在本文中被理解為電阻率為至少IO4Ohm.m的材料。優(yōu)選地，電絕緣材料具有至少IO5Ohm.m、更優(yōu)選至少IO7Ohm.m、甚至至少IOiciOhm.m的電阻率。電阻率可以高達IO5Ohm.m或甚至更高。適當?shù)?，電絕緣材料是一種耐熱聚合材料。適當?shù)哪蜔峋酆喜牧嫌赡蜔峋酆衔锝M成或包括耐熱聚合物，諸如具有高熔點(Tm)的半結(jié)晶聚合物或具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的無定型聚合物。優(yōu)選地，Tg和Tm分別為至少180°C、200C或甚至220°C?？捎迷陔娊^緣材料中的適當聚合物例如為半結(jié)晶聚酯，諸如PBT。電絕緣塑料護罩適于接近或者背靠殼體的表面區(qū)域，所述表面區(qū)域是面向驅(qū)動電子裝置和電源裝置各部件的表面區(qū)域。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，電絕緣塑料護罩構(gòu)成殼體的主體部分。這個實施例可以通過2K模制部件的殼體來實現(xiàn)，其中，所述2K模制部件包括護罩和從所述護罩伸出的冷卻翅片，其中，所述護罩包括2層:翅片從其中伸出的第一層，所述第一層和所述冷卻翅片由導熱塑料材料一體化模制而成；背對所述冷卻翅片的第二層，其由電絕緣材料模制而成。除了減少安全隱患以外，這個實施方式具有如下優(yōu)點:殼體的導熱部件可以由具有較高熱導率的導熱材料制成，從而保持了良好的機械性質(zhì)和完整性。電絕緣塑料護罩以及由導熱塑料體構(gòu)成的殼體的部件(包含導熱塑料冷卻翅片和其中可選使用的金屬護罩)可以具有適合照明裝備的任何形狀。適合所有這些部件的形狀例如為扁平形、凹面形、凸面形、圓柱形、漏斗形、泡形或其任意組合。圓柱形部件、漏斗形部件、梯形部件或泡形部件適于具有圓形橫截面、橢圓形橫截面或多邊形橫截面或其任意組合。適當?shù)亩噙呅螜M截面例如為矩形、五邊形、六邊形和梯形。殼體還可被成型為任何裝飾形狀或顏色。而且，散熱部件制造領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員根據(jù)他們的經(jīng)驗并且通過系統(tǒng)研究和常規(guī)測試可以確定殼體中冷卻翅片的尺寸，包括厚度、長度和高度。注射模制部件制造領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員根據(jù)他們的經(jīng)驗并且通過系統(tǒng)研究和常規(guī)測試可以對這些尺寸進行精細調(diào)節(jié)，從而能夠制成含有冷卻翅片的殼體部件。在根據(jù)本發(fā)明的照明裝備的具體實施方式
中，殼體由兩部分組成:由金屬制成的內(nèi)部管狀部件和設(shè)置有由導熱聚合物制成的冷卻翅片的外部部件。所述外部部件適于包括被安裝在一部分內(nèi)部管狀部件上的圓柱孔，或者所述外部部件由多個被圍繞內(nèi)部管狀部件的一部分安裝的較小的單個部件組成。本發(fā)明還涉及一種用于照明裝備的殼體。根據(jù)本發(fā)明的殼體包括由方向平均熱導率為至少2.0ff/m.K的塑料組合物制成的冷卻翅片以及上述優(yōu)選實施方式。本發(fā)明還涉及一種組裝照明裝備的方法。本發(fā)明的方法包括組裝光源、用于驅(qū)動所述光源的驅(qū)動電子裝置、電源裝置和塑料部件以及可選的金屬護罩和/或電絕緣塑料護罩，所述塑料部件由方向平均熱導率為至少2.0ff/m.K的塑料組合物制成并且含有細長元件從其表面伸出的塑料護罩，結(jié)果所述塑料部件構(gòu)成殼體或其部件，用于容納所述光源和所述驅(qū)動電子裝置。有利地，本發(fā)明包括這樣的步驟，其中，使具有內(nèi)表面和外表面的金屬護罩定位，使得內(nèi)表面朝著驅(qū)動電子裝置定向，并且外表面以與所述塑料部件的與細長元件從其突出的表面相反的表面導熱接觸的方式固定。還要有利地，由上述方法制成的照明裝備是根據(jù)上述任意一個優(yōu)選實施方式的照明裝備。為了制備冷卻翅片和用于本發(fā)明的照明裝備的殼體的可選其它部件，使用導熱的塑料組合物。盡管對于導熱塑料組合物可以使用導熱聚合物，但是這種材料不是普遍可得的而且通常非常昂貴。適當?shù)兀瑢崴芰辖M合物包括聚合物和分散在所述聚合物中的導熱材料。所述塑料組合物除了聚合物材料和導熱材料以外還可以包含其它組分。作為其它組分，導熱材料可以包含任何用在制備模制塑料部件的常規(guī)塑料組合物中的輔助添加劑。在被用在本發(fā)明的照明裝備中的導熱塑料組合物中，聚合物原則上可以是任何適于制備導熱塑料組合物的聚合物。適當?shù)?，在預期照明裝備的使用溫度下，聚合物具有良好的耐熱性。所用聚合物可以是任何熱塑性聚合物，其與導熱材料以及可選其它組分組合能夠在高溫下工作，而不會出現(xiàn)塑料明顯變軟或降解，并且能夠符合殼體的機械要求和熱要求。這些要求取決于殼體的具體應用和設(shè)計。模制塑料部件制造領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通過系統(tǒng)研究和常規(guī)測試可以確定上述要求。優(yōu)選地，在本發(fā)明的殼體中，導熱塑料組合物具有至少140°C、更優(yōu)選至少180°C、200°C、22(TC、24(rC、26(rC或甚至至少280°C的熱變形溫度(HDT-B)，所述熱變形溫度在施加名義0.45MPa應力的條件下根據(jù)IS075-2測定。塑料組合物具有較高HDT的優(yōu)點在于，殼體在高溫下具有良好的機械性質(zhì)保持性，并且所述殼體可用于對機械性能和耐熱性能要求更高的應用?？捎玫倪m當聚合物包括熱塑性聚合物和熱固性聚合物，諸如熱固性聚酯樹脂和熱固性環(huán)氧樹脂。優(yōu)選地，所述聚合物包括熱塑性聚合物。所述熱塑性聚合物適于為無定型聚合物、半結(jié)晶聚合物或液晶聚合物、彈性體或其組合。液晶聚合物由于其高度結(jié)晶性質(zhì)以及為填料材料提供良好基質(zhì)的能力而被優(yōu)選。液晶聚合物的實例包括熱塑性芳族聚酯。可用作基質(zhì)的適當熱塑性聚合物例如為聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸樹脂、丙烯腈樹月旨、乙烯基樹脂、聚碳酸酯、聚酯、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚芳酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮(polyethertherketones)和聚醚酰亞胺及其混合物和共聚物。適當?shù)膹椥泽w包括例如苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氯丁烯、腈橡膠(nitriterubber)、丁基橡膠、聚硫橡膠、乙烯-丙烯三元聚合物、聚硅氧烷(硅酮)和聚氨酯。優(yōu)選地，熱塑性聚合物選自如下組成的組:聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚芳酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺及其混合物和共聚物。適當?shù)木埘０钒o定型聚酰胺和半結(jié)晶聚酰胺。適當?shù)木埘０肥潜绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的所有聚酰胺，包括可熔融加工的半結(jié)晶聚酰胺和無定型聚酰胺。根據(jù)本發(fā)明的適當聚酰胺的實例是脂族聚酰胺，例如PA-6，PA-1I, PA-12，PA-4,6, PA-4,8, PA-4,10，PA-4,12，PA-6,6, PA-6,9, PA-6,10，PA-6,12，PA-10,10，PA-12,12，PA-6/6,6-共聚酰胺，PA-6/12-共聚酰胺，PA-6/11-共聚酰胺，PA-6,6/11-共聚酰胺，PA-6,6/12-共聚酰胺，PA-6/6，10-共聚酰胺，PA-6，6/6，10-共聚酰胺，PA-4，6/6-共聚酰胺，PA-6/6，6/6，10-三元共聚酰胺和由1，4_環(huán)己烷二元羧酸以及2，2，4_和2，4，4_三甲基六亞甲基二胺得到共聚酰胺；芳族聚酰胺，例如PA-6，1、PA-6，1/6，6-共聚酰胺，PA-6, T，PA-6, T/6-共聚酰胺，PA-6, T/6，6-共聚酰胺，ΡΑ-6, 1/6，T-共聚酰胺，PA-6,6/6, T/6，1-共聚酰胺，PA-6,T/2-MPMDT-共聚酰胺(2-MPMDT = 2-甲基五亞甲基二胺)，PA_9，T，由對苯二甲酸以及2，2，4-和2，4，4_三甲基六亞甲基二胺得到的共聚酰胺，由間苯二甲酸、十二內(nèi)酰胺以及3，5_二甲基-4，4-二氨基-二環(huán)己基甲烷得到的共聚酰胺，由間苯二甲酸、壬二酸和/或癸二酸以及4，4_ 二氨基二環(huán)己基甲烷得到的共聚酰胺，由己內(nèi)酰胺、間苯二甲酸和/或?qū)Ρ蕉姿岷?，4_ 二氨基二環(huán)己基甲烷得到的共聚酰胺，由己內(nèi)酰胺、間苯二甲酸和/或?qū)Ρ蕉姿嵋约爱惙馉柾返玫降墓簿埘０罚砷g苯二甲酸和/或?qū)Ρ蕉姿岷?或其它芳族二羧酸或脂族二羧酸、可選被烷基取代的六亞甲基二胺以及被烷基取代的4，4-二氨基二環(huán)己基胺組成的共聚酰胺以及上述聚酰胺的共聚酰胺和混合物。更優(yōu)選地， 熱塑性聚合物包括半結(jié)晶聚酰胺。半結(jié)晶聚酰胺具有如下優(yōu)點:良好的熱性質(zhì)以及良好的模具填充特性。還要更優(yōu)選地，熱塑性聚合物包括熔點為至少200°C、更優(yōu)選為至少220C、240°C或甚至260°C、最優(yōu)選至少280°C的半結(jié)晶聚酰胺。半結(jié)晶聚酰胺具有較高熔點的優(yōu)點在于，進一步改善了熱性質(zhì)。術(shù)語熔點在本文中被理解為通過DSC以5°C的加熱速率測定的落在熔融范圍內(nèi)并具有最高熔融速率的溫度。優(yōu)選地，半結(jié)晶聚酰胺選自含有如下的組:PA-6、PA-6，6、PA-6，IO、PA_4，6、PA-11、PA-12、PA-12，12、PA-6，I, PA-6, T、PA_6，T/6,6-共聚酰胺、PA-6，T/6-共聚酰胺、PA-6/6，6-共聚酰胺、PA-6,6/6, T/6, 1-共聚酰胺、PA-6, T/2-MPMDT-共聚酰胺、PA-9, T、PA-4,6/6-共聚酰胺以及上述聚酰胺的混合物和共聚酰胺。更優(yōu)選地，選擇PA-6，1、PA-6，T、PA-6，6、PA-6，6/6，T、PA-6,6/6, T/6, 1-共聚酰胺、PA-6, T/2-MPMDT-共聚酰胺、PA-9，T 或PA-4，6或其混合物或共聚酰胺作為聚酰胺。還要更優(yōu)選地，半結(jié)晶聚酰胺包括PA-4，6。對于導熱塑料組合物中的導熱材料，可以使用任何可以分散在熱塑性聚合物中并且會改善塑料組合物的導熱性的材料。適當?shù)膶岵牧习ɡ玟X、氧化鋁、銅、鎂、黃銅、碳、氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氧化鋅、玻璃、云母、石墨等。上述導熱材料的混合物也是合適的。導熱材料可以是粒狀粉末形式、粒子形式、須(whisker)形式、短纖維形式或任何其它適當?shù)男问?。所述粒子可以具有各種結(jié)構(gòu)。例如，所述粒子可以具有薄片形狀、平板形狀、米狀、條狀、六邊形或球狀。導熱材料適于為導熱填料、導熱纖維材料或其組合。填料在本文中被理解為由長徑比小于10: I的粒子組成的材料。適當?shù)?，填料材料具有約5: I或更小的長徑比。例如，可以使用長徑比為約4: I的氮化硼粒狀粒子。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，導熱填料包括氮化硼。氮化硼在殼體由其制成的塑料組合物中作為導熱填料的優(yōu)點在于，它具有較高的熱導率同時保持良好的電絕緣性質(zhì)。纖維在本文中被理解為由長徑比為至少10: I的粒子組成的材料。更優(yōu)選地，導熱纖維由長徑比為至少15: 1，更優(yōu)選至少25: I的粒子組成。對于導熱塑料組合物中的導熱纖維，可以使用任何會改善塑料組合物的導熱性的纖維。適當?shù)?，導熱纖維包括玻璃纖維、金屬纖維和/或碳纖維。適當?shù)奶祭w維(也被稱為石墨纖維)包括PITCH基碳纖維和PAN基碳纖維。例如，可以使用長徑比為約50: I的PITCH基碳纖維。PITCH基碳纖維對熱導率起主要作用。另一方面，PAN基碳纖維對機械強度起較大作用。最優(yōu)選地，導熱纖維包括玻璃纖維或甚至由玻璃纖維組成。在殼體或其部件由其制成的導熱塑料組合物中，玻璃纖維的優(yōu)點在于，所述殼體具有良好的導熱性和增強的機械性質(zhì)，并且保持良好的電絕緣性。在根據(jù)本發(fā)明的殼體中，導熱塑料組合物適于包含30_90wt%的熱塑性聚合物和10-70wt%的導熱材料，優(yōu)選包含40-80wt%的熱塑性聚合物和20-60wt%的導熱材料，其中wt%相對于所述熱塑料組合物的總重。優(yōu)選地，塑料組合物具有低長徑比和高長徑比的導熱材料二者，即導熱填料和纖維二者，如McCullough的美國專利6，251，978和6，048, 919所述，上述專利文獻公開的內(nèi)容通過引用插入本文。
更優(yōu)選地，導熱塑料組合物包括玻璃纖維與氮化硼和/或石墨的組合，更優(yōu)選包括玻璃纖維與石墨的組合。石墨的優(yōu)點在于，得到甚至更高的熱導率。為了獲得較好的電絕緣性優(yōu)選氮化硼。還要更優(yōu)選地，玻璃纖維、氮化硼和石墨的總量相對于塑料組合物的總重為10-70wt %，更優(yōu)選為 20_60wt %。并且更優(yōu)選地，玻璃纖維與氮化硼和石墨的總和的重量比介于5:1和1: 5之間，優(yōu)選介于2.5: I和1: 2.5之間。本發(fā)明的殼體由其制成的塑料組合物除了熱塑性聚合物和導熱材料以外還可以包含其它組分，其在本文中被稱為添加劑。作為添加劑，導熱材料可以包括任何本領(lǐng)域技術(shù)人員已知常用在聚合組合物中的輔助添加劑。優(yōu)選地，這些其它添加劑不應或者不會在顯著程度上損害本發(fā)明。導熱聚合組合物制造領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通過常規(guī)實驗和簡單測試可以確定添加劑是否適于用在聚合組合物中。上述其它添加劑具體包括非傳導性填料和非傳導性增強劑、顏料、分散助劑、加工助劑(例如潤滑劑和脫模劑)、沖擊改進劑、增塑劑、結(jié)晶促進劑、成核劑、UV穩(wěn)定劑、抗氧劑和熱穩(wěn)定劑等。具體地，導熱塑料組合物包含非傳導性無機填料和/或非傳導性增強劑。適于作為非傳導性無機填料或增強劑的是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有填料和增強劑，更具體地是輔助填料，但并不考慮導熱填料。適當?shù)姆莻鲗蕴盍侠鐬槭?、云母、粘土、煅燒粘土和滑石。這些填料(如果存在)的總量相對于塑料組合物的總重適當?shù)貫?-50wt%，優(yōu)選為 0.5-25wt%，更優(yōu)選為 1-12.5wt%o非傳導性填料和纖維(如果存在)的總量相對于組合物的總重優(yōu)選為0-40wt%，優(yōu)選為0.5-20wt%，更優(yōu)選為l-10wt% ;而其它添加劑(如果存在)的總量相對于塑料組合物的總重優(yōu)選為O-1Owt%，優(yōu)選為0.25-5wt%，更優(yōu)選為0.5-2.5wt%。在本發(fā)明的 優(yōu)選實施方式中，殼體或其部件由如下組成的塑料組合物制成:a) 30-90wt %的熱塑性聚合物；b) 10_70wt% 的導熱材料；c)0_50wt% 的添加劑，其中，(a)、(b)和(C)的￥七％是相對于塑料組合物的總重，(a)、(b)和(C)的總和為 IOOwt % ο更優(yōu)選地，塑料組合物由如下組成:a)30-90wt%的熱塑性聚合物，b)10_70wt%的導熱材料，其中的至少50wt%由重量比介于5:1和1: 5之間的玻璃纖維和氮化硼組成；以及c) (i) 0_40wt%的非傳導性填料和/或非傳導性纖維，和出)0_1(^%的其它添加劑，其中，(a)、(b)、(c)⑴和(c) (ii)的wt%是相對于塑料組合物的總重,(a)、(b)、(c)⑴和(c) (ii)的總和為IOOwt % ο還要更優(yōu)選地，塑料組合物由如下組成:a)30_90wt%的熔點為至少200°C的半結(jié)晶聚酰胺，b)10_70wt%的導熱材料，其中的至少50wt%由重量比介于5:1和1: 5之間的玻璃纖維和石墨組成；以及c) (i)0-20Wt%的非傳導性填料和/或非傳導性纖維，和出)0_5￥七％的其它添加劑，其中，(a)、(b)、(C)⑴和(c) (ii)的是相對于塑料組合物的總重，(a)、(b)、(c)⑴和(c) (ii)的總和為IOOwt % ο用于本發(fā)明的導熱塑料組合物可以由任何適于制備塑料組合物的方法來制成，所述方法包括塑料組合物制造領(lǐng)域中普通技術(shù)人員已知常規(guī)用于混合應用的方法。導熱塑料組合物適于由這 樣的方法制成，所述方法中，導熱材料與非傳導性聚合物基質(zhì)緊密混合，從而形成導熱組合物。加載導熱材料使聚合物組合物具有導熱性。如果需要，混合物可以包含一種或多種其它添加劑?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域已知的技術(shù)制備混合物。優(yōu)選地，將各成分在低剪切條件下混合，從而避免導熱填料的結(jié)構(gòu)受損。本發(fā)明的殼體可由導熱塑料組合物通過任何適于制造模制塑料部件的方法制成，所述方法包括模制塑料組合物制造領(lǐng)域中普通技術(shù)人員已知的常規(guī)方法?？梢圆捎萌廴跀D出、注射模制、澆鑄或其它適當?shù)姆椒▽⒕酆衔锝M合物模制成殼體的部件。特別優(yōu)選的是注射模制方法。該方法通常包括，將組合物小球加載到加料斗里。加料斗中的小球通過漏斗進入擠出機，其中，小球被加熱，然后形成熔融組合物。擠出機將熔融的組合物加入含有注射柱塞(injection piston)的腔中。柱塞迫使熔融組合物進入模具。通常，模具含有兩個模制部分，它們以使得模腔位于上述兩個部分之間的方式排列在一起。將材料在高壓下保持在模具中直到其冷卻。然后從模具中取出成型的部件。優(yōu)選地，殼體部件由含有導熱纖維和導熱填料的導熱塑料組合物通過注射模制工藝制成。而且，本發(fā)明的殼體優(yōu)選是凈形成型模制的。這意味著注射物的最終形狀由模制部分的形狀決定。不需額外的工藝或加工來制成最終形狀的殼體。這種模制方法能夠使散熱元件直接嵌入殼體。本發(fā)明還涉及上述本發(fā)明或其任意優(yōu)選實施方式的照明裝備在汽車燈組件中或者在辦公樓中的用途。所述汽車燈組件優(yōu)選用于汽車外部照明，例如用于前部照明或后部照明。
權(quán)利要求
1.一種照明裝備或光發(fā)生器，其包括具有冷卻翅片并且容納光源和用于驅(qū)動所述光源的驅(qū)動電子裝置的殼體，其特征在于，所述冷卻翅片由塑料組合物制成，所述塑料組合物包含聚合物和分散在所述聚合物中的導熱材料，所述塑料組合物具有至少2.0ff/m.K的方向平均熱導率。
2.如權(quán)利要求1所述的照明裝備，其中，所述方向平均熱導率為2.0-15ff/m.K。
3.如權(quán)利要求1或2所述的照明裝備，其中，所述光源由被安裝在金屬芯印刷電路板(MC-PCB)上的LED組成。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的照明裝備，其中，所述殼體包括金屬護罩，所述金屬護罩具有朝著所述驅(qū)動電子裝置定向的第一表面以及朝向所述冷卻翅片的第二表面，并且其中所述金屬板和所述冷卻翅片處于直接導熱接觸。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的照明裝備，其中，所述冷卻翅片構(gòu)成包含塑料護罩的塑料體細長元件，所述塑料護罩具有所述細長元件從其伸出的表面。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的照明裝備，其中，所述塑料體是由方向平均熱導率大于20W/m.K的塑料組合物制成的一體化模制部件。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的照明裝備，其中，所述塑料體是2K模制部件，其包括由方向平均熱導率大于20W/m.K的第一塑料組合物制成的層和由方向平均熱導率為2.0-20ff/m.K的第二塑料組合物制成的翅片。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的照明裝備，其中，所述照明裝備容納電源裝置的部件和由電絕緣材料制成的電絕緣塑料護罩，從而所述電絕緣護罩位于所述電源裝置和所述殼體之間。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一項所述的照明裝備，其中，所述金屬板或一體化模制部件與所述光源通過導熱電絕緣材料連接。
10.如權(quán)利要求1-9中任意一項所述的照明裝備，其中，所述冷卻翅片由穿面?zhèn)鲗试?-lOff/mK范圍內(nèi)的熱塑性材料制成，并且所述冷卻翅片具有其中Η/T比為至少3:1的高度⑶和厚度⑴尺寸。
11.一種用于照明裝備的殼體，所述殼體具有冷卻翅片，并且適于容納光源和用于驅(qū)動所述光源的驅(qū)動電子裝置，其特征在于，所述冷卻翅片由方向平均熱導率為至少2.0ff/mK的塑料組合物制成。
12.如權(quán)利要求11所述的殼體,其中,所述殼體為權(quán)利要求1-10中任意一項所述的殼體。
13.—種組裝照明裝備的方法，所述方法包括組裝光源、用于驅(qū)動所述光源的驅(qū)動電子裝置、電源裝置和塑料部件以及可選的金屬護罩和/或電絕緣塑料護罩，所述塑料部件由方向平均熱導率為至少2.0ff/mK的塑料組合物制成并且包含具有細長元件從其伸出的表面的塑料護罩，使得所述塑料部件構(gòu)成殼體或其部件，容納所述光源和所述驅(qū)動電子裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其中，具有內(nèi)表面和外表面的所述金屬護罩被定位成使得所述內(nèi)表面朝著所述驅(qū)動電子裝置定向，并且所述外表面以與所述塑料部件的與細長元件從其伸出的所述表面相反的表面導熱接觸的方式固定。
15.如權(quán)利要求13或14的方法，其中，所述照明裝備是權(quán)利要求1-10中任意一項所述的照明裝備。
16.如權(quán)利要求1-1 0中任意一項所述的照明裝備在汽車燈組件或辦公樓中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種照明裝備或光發(fā)生器，其包括殼體、光源和用于驅(qū)動所述光源的驅(qū)動電子裝置，其中，所具有的冷卻翅片由方向平均熱導率為至少2.0W/m·K的塑料組合物制成。
文檔編號F21V29/00GK103216801SQ20131007127
公開日2013年7月24日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者漢斯·克拉斯·范迪克, 弗拉其蘇斯·范維門達奧, 羅伯特·翰德里克·凱薩琳娜·簡瑟恩 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司