照明设备的制作方法

本发明一般涉及照明设备的领域，特别地，包括用于将光源定位在外壳内的定位构件的照明设备，以及制造这种设备的方法。

背景技术：

固态光源(例如，发光二极管(LED))的光学性能和寿命长度已知依赖于例如它们的操作温度。太高的操作温度增加了光源的退化和寿命降低的风险。因此，对于冷却和散热光源(特别地，大功率LED和LED)具有很大的兴趣，以替代传统的能量消耗光源(例如，白炽灯)。所产生的热量可以例如通过自由对流消散到周围气氛(atmosphere)中，以及通过经由例如布置成与光源热接触的散热器的热传导。

在US2013/0257261中，公开了一种照明装置，其中，光源由布置在光源下方的散热单元进行冷却。在光源和散热单元之间形成可调间隙，并且可以通过热变形材料来控制可调间隙，使得在更高温度下间隙减小。从而，当光源的温度升高时，可以提高冷却效率。

尽管不同的照明设备和散热技术是已知的，但是需要易于制造并且能够在操作期间充分冷却光源的紧凑型照明设备。

技术实现要素：

为了更好地解决上文所提及的问题中的一个或多个问题，提供了一种具有在独立权利要求中定义的特征的照明设备，以及一种用于制造这种设备的方法。在从属权利要求中定义优选的实施例。

因此，根据一方面，提供了一种照明设备，包括适于发射光的光源、适于至少部分地围封光源的外壳、以及适于将光源定位在外壳内的定位构件。定位构件可以被布置成呈现第一状态和第二状态，在第一状态中，光源位于距外壳的内表面部分第一距离处，在第二状态中，光源位于距内表面部分第二距离处，并且其中，第二距离小于第一距离。更进一步地，定位构件包括形状记忆材料，其适于移位或使得当形状记忆材料暴露于触发或外部刺激时，定位构件从第一状态转换为第二状态。

根据第二方面，提供了一种用于制造照明设备的方法。该方法包括以下步骤：将定位构件布置在适于至少部分地围封光源的外壳内。定位构件适于将光源定位在距外壳的内表面部分第一距离处。进一步地，该方法包括：暴露定位构件的形状记忆材料，使得形状记忆材料将定位构件转换为第二状态，在第二状态中，光源位于距内表面第二距离处，其中，第二距离小于第一距离。

形状记忆材料应当被理解为具有从第一(变形或临时)状态返回到其原始状态的能力的材料，在本申请的内容中其也被称为第二状态。状态的转换可以由外部刺激或触发引起，诸如温度的改变或暴露于磁场、电场或光。形状记忆材料的示例可以包括形状记忆合金(SMA)、磁性形状记忆合金(MSMA)(诸如铁磁形状记忆合金(FSMA))和形状记忆聚合物。

本发明基于这样的认识：照明设备的冷却(即，来自光源的热传递)可以通过减小光源和通过其实现散热的外壳之间的距离来提高。经由外壳从光源到环境的热传递可以通过三种机制(热对流、热传导和热辐射)来描述。对流应当被理解为通过外壳内的流体的运动的热传递，诸如例如，空气(air)流或氦气流，而传导应当被理解为由相邻原子和分子的直接相互作用引起的热传递，因此不一定需要流体流动。热辐射是第三种机制，其中热量可以通过电磁辐射而不是与相邻原子或分子的相互作用来传递。据信热辐射对在诸如LED之类的光源的相对低的温度下的总热传递具有相对小的贡献。由于通过环境介质的传导的热传递可以随着到外壳的内表面部分的相互距离而增加，因此通过传导的热传递可以被认为是在光源和外壳的内表面部分之间的相对小的距离处的主导机制。从而，通过对流的热传递可以是较大距离处的主导机制。在本申请的上下文中，相对小的距离应当被认为分别等于或小于光源和外壳的热边界层的累积厚度的距离。

本方面的优点在于，可以减小光源和内表面部分之间的距离，以便减小照明设备的热阻，从而提高热传递的效率。重要的是，可以从第一状态转换为第二状态的定位构件允许光源在安装之后(即，在光源和定位构件已经与外壳组装之后)，进一步朝向外壳移动。换句话说，光源可以在一个时间点插入到外壳中，并且在稍后的时间点位于更靠近外壳的内表面部分，即，通过使用诸如热源之类的外部触发，或借助于在操作期间由光源产生的热。触发还可以通过光、磁场、或超过预先确定的场强的电场来实现。

更进一步地，定位构件的第一状态和第二状态可以适于适合不同的条件或目的。第一状态可以例如适于便于光源的安装或制造过程，而第二状态可以适于改善照明设备的热操作。在安装期间，定位构件可以相对较小和紧凑，以便便于经由所述外壳的颈部或开口端而将其居中地插入到外壳中。在第二状态下，定位构件可以扩展，使得与第一状态下的第一距离相比，光源被布置成更靠近外壳的内表面部分。因此，照明设备可以有利地适于热传递非常受关注的操作条件，以及其中安装和处理的便利集中的制造过程。

定位构件适于响应于诸如温度阈值或场强度的阈值之类的触发而从第一状态转换为第二状态，有利地允许光源朝向外壳的表面部分移动，而无需任何机械干预。因此，在光源定位在第二距离处之前(即，朝向外壳的内表面部分移动之前)，外壳可以被密封或被气密封闭。

从第一状态转换为第二状态还允许借助于外壳而冷却照明设备，并且因此不使用任何附加的散热器或散热单元。经由已经存在的外壳来散热允许相对小且紧凑的照明设备，特别地，与经由外部和/或附加散热器的具有单独热路径的照明设备相比。

定位构件可以被实现为用于光源的机械支撑件，其可以直接或间接连接到该光源。定位构件可以例如固定地安装到外壳或至少相对于外壳，以便提供光源在外壳内的精确和可靠定位。定位构件可以安装在诸如玻璃杆之类的杆中，该杆借助于例如胶合或熔化的方式而固定地附接到外壳。

在本说明书中，术语“状态”应当被理解为具有特定形状或构成的定位构件，其中，光源定位在距外壳的内表面部分一定距离处。第一状态可以例如是指通过弯曲、卷绕或扭结来压缩的定位构件。因此，第二状态可以是指解压缩的定位构件，或至少是指较少压缩的定位构件。

进一步地，术语“转换”是指从第一状态到第二状态的转换，或反之亦然。换句话说，解压缩、扩展、展开或拉直定位构件的动作使得光源更靠近外壳的壁移动应当被理解为状态转换。转换的动作可以在转变温度或预先确定的磁场强度下发起，和/或在所述温度或场强度下完成。

外壳可以包括透明和/或半透明材料，诸如例如，聚合物材料或陶瓷材料，并且可以例如被注塑成型。附加地或可替代地，外壳可以包括Ga-La-S(GAL)玻璃。外壳可以进一步是气闭的(不透气体(gas))，或者至少具有相对低的气体透过率。外壳可以进一步被气密地密封，以便在外壳内保持期望的气氛和/或保护光源免受环境影响。外壳可以通过各种接合方法而联接到定位构件，其中例如金属被接合到金属或陶瓷，或者其中陶瓷被接合到陶瓷，以便获得定位构件和外壳之间的气密的(即，相对气闭的)密封。这可以通过在接头或接合处涂覆添加剂来实现，其中，添加剂例如包括金属(例如，焊料)、陶瓷或玻璃(例如，玻璃料)。

进一步地，外壳可以具有相对高的热导率，其有利地可以实现围封的气氛和/或光源的良好的散热或冷却。进一步地，外壳可以包括被布置成反射由光源产生的光的至少一部分光的光反射区域、和/或被布置成将所产生的光的至少一部分光转换成其它颜色的磷光体层(或体积)。

根据实施例，处于其第一状态的定位构件可以经由所述外壳的开口端或颈部而引入到外壳中。开口端可以具有比在外壳的内表面部分处测量的宽度更小的宽度，诸如直径。换句话说，在照明设备的制造或组装期间，光源可以在距外壳的内表面部分第一(较大)距离处可能居中地位于外壳内。光源和外壳的相对位置可以例如通过将定位构件刚性地紧固到外壳上来维持。定位构件在插入到外壳中之后可以转换为其第二状态，在该第二状态中，定位构件可能太宽或太大而不能穿过外壳的颈部。

根据实施例，外壳具有符合传统灯泡的形状的形状。灯泡形外壳可以例如用于提供改型的照明设备，用于更换特别地，已经使用的照明器的白炽光源或其它光源，诸如荧光或高强度放电光源。

根据实施例，定位构件适于通过在垂直于其长度方向的外壳的横向方向上扩展而从第一状态转换为第二状态。长度方向可以与定位构件的插入方向相对应，即，长度从外壳的开口端朝向其顶部部分的延伸，而横向方向应当被理解为从外壳的一侧到另一侧的方向，而非纵向。在本实施例中，光源和定位构件可以在其第一相对紧凑的状态下插入。然后，一旦安装在外壳中，当定位构件处于其第二扩张状态时，光源可以朝向内表面部分横向地移动。

在一个实施例中，形状记忆材料包括形状记忆合金(SMA)或磁性形状记忆合金(MSMA)(诸如铁磁形状记忆合金(FSMA))。FSMA的示例包括Ni₂MnGa，SMA的示例包括铜-铝-镍和镍-钛(NiTi)合金。

定位构件例如可由线状、棒状或板状材料或带状条形成。进一步地，定位构件可以形成为弹簧，诸如例如，盘绕弹簧、螺旋弹簧或平板弹簧。弹簧状定位构件可以有利地变形成压缩状态，在暴露于外部刺激(诸如温度或磁场的改变)时，弹簧状定位构件可以从压缩状态返回到解压缩的第二状态。形状记忆材料可以例如具有室温(通常为15℃至25℃、或约20℃)至200℃的转变温度，优选地，50℃至150℃(最优选地，70℃至100℃)范围内的转变温度。形状记忆材料也可以是导电的，其允许定位构件用于向光源供应电力。

外壳可以有利地围封惰性气体或气氛，包括例如，氦、氢、氖或氮，其可以保护光源免受退化，并且因此增加照明设备的寿命。可替代地或附加地，围封的气氛可以进一步包含氧气，其例如可以与上文所提及的惰性气体中的一种或几种混合。本发明人已经进行了研究，其指示包括氧气的气氛可以进一步增加诸如LED之类的光源的冷却，并因此进一步增加寿命。氦气和其它低密度气体(诸如例如，氢气)的另一优点是它们相对高的热导率，其因此可以提高照明设备的热性能，特别地，通过传导的热传递。

在一个实施例中，外壳填充有空气气氛。因为安装可以在环境空气中执行，所以这种气氛可以便于定位构件的安装。因为可以接受通过外壳的气体传输，所以在外壳内使用空气气氛可以进一步降低气闭的外壳的要求。从而，可以降低材料成本并且便于制造过程。

根据实施例，定位构件适于使得第二距离小于外壳的内表面部分处的热边界层的累积厚度和光源处的热边界层的厚度。这有利地允许热量主要通过传导来传递。热边界层应当被理解为与热辐射表面相邻的层，诸如内表面部分或光源，其中，在热辐射表面和环境介质(或围封的气氛)之间存在温度梯度。换句话说，热边界层可以被定义为介于自由流动介质和待冷却表面之间的介质层。

在一个实施例中，第二距离为20mm或更小。在外壳内部的空气气氛的情况下，第二距离可以有利地为5mm至8mm或更小，其可以进一步改善热传递。本发明人已经进行了研究，其指示光源处的有效热边界层对于空气气氛可以为1mm至4mm，对于氦气气氛可以为3mm至10mm，其可以呈现较低的热阻。在外壳的内表面部分处，对于空气气氛，有效热边界层可以为至少3mm，对于氦气气氛，有效热边界层可以为至少8mm。因此，15mm或更小的第二距离可以有利地与氦气气氛一起使用，而5mm或更小的第二距离可以与空气气氛一起使用。热传递的效率可以随着第二距离的减小而增加，而在插入期间由光源和外壳的内表面部分之间的机械接触引起的损坏的风险可以随着相对较大的第一距离而减小。

光源通常是固态光源，并且可以包括一个或多个发光二极管(LED)。然而，术语“光源”可以是指能够当例如通过在其两端施加电势差或使电流通过它来激活时，在电磁谱的任何区域或区域的组合(例如，可见光区域、红外区域和/或紫外区域)中发射辐射的任何设备或元件。因此，光源可以具有单色、准单色、多色或宽带光谱发射特点。光源的示例包括本领域技术人员容易理解的半导体、有机或聚合物/聚合物LED、蓝色LED、光学泵浦磷光体涂覆的LED、光学泵浦纳米晶体LED、或任何其它类似的设备。

术语“光源”(或“LED灯丝”)可以进一步是指基板(substrate)，诸如玻璃或半透明陶瓷基板，其上的LED可以以阵列进行布置。LED可以通过电迹线和接合线而电连接到基板。磷光体层可以沉积在LED的顶部上，以便将发射的光中的至少一些光转换成期望的颜色，诸如例如，黄色。还可以在基板上(诸如例如，基板的背面)提供磷光体层，从而允许通过基板透射的光被颜色转换。

应当指出，本发明的实施例涉及权利要求中所阐述的特征的所有可能的组合。进一步地，应当理解，针对照明组件描述的各种实施例都可以与如按照第二方面定义的方法的实施例进行组合。

附图说明

现在将参照示出实施例的附图对这些和其它方面进行更详细地描述。

图1a和图1b示出了根据实施例的照明设备的横截面侧视图。

图2a和图2b示出了如图1a和1b所示的类似实施例的横截面俯视图。

图3a和3b示出了根据实施例的定位构件的俯视图。

图4a和图4b示出了根据另一实施例的定位构件的俯视图。

图5示意性地概述了根据实施例的用于制造照明设备的方法。

所有附图是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出为了阐明实施例所必需的部分，其中，可以省略或仅仅建议其它部分。贯穿本说明书，相同的附图标记是指相同的元件。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更全面地描述本方面，附图中示出了当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并且将本方面的范围完全传达给本领域技术人员。

图1a和图1b示出了根据本发明的照明设备。在图1a中，定位构件以其第一状态布置，而在图1b中，定位构件以其第二状态布置。

照明设备包括光源(诸如LED 110)、外壳120和定位构件130。根据图1a和图1b的实施例的照明设备还包括外壳120的保持器140、杆143和开口125。

LED 110可以安装在支撑件上，例如，安装在印刷电路板PCB上，其可以向LED 110提供电力供应和机械支撑。图1a和图1b中所示的实施例包括两个相对布置的PCB 113，其具有多个LED 110并且借助于定位构件130而附接到保持器140。该保持器140可以安装在诸如玻璃杆143之类的杆143上，并且可以在与外壳的长度轴线平行的垂直方向上延伸，即，在从外壳的底部开口125朝向与所述外壳120的顶部相对的顶部延伸的方向上。保持器140、定位构件130和光源110可以居中地布置在外壳120内，即，沿着外壳120的长度轴线而被布置。

定位构件130可以在结构上布置在PCB 113和保持器140之间，并且适于将PCB 113以及因此的LED 110定位在外壳120内的期望位置处。在定位构件130的第一状态中，光源110可以被布置成与其已经被移动得更靠近外壳120的内表面部分123的第二状态相比较而言相对靠近中心长度轴线。图1a图示了LED 110在距外壳120的相应内表面部分123第一距离d₁处的位置，而图1b图示了位于距所述内表面部分123第二距离d₂的LED 110。

该外壳可以例如被形成为适于至少部分地围封LED 110的玻璃泡。内表面部分123被布置成面对它们的安装位置中的各个LED 110。附接有LED 110和PCB 113的定位构件130可以呈现第一压缩状态和第二膨胀状态。在第一状态中，与它们在第二状态中的位置相比较，LED 110可以被定位成相对靠近保持器。从而，当定位构件从第一状态转换为第二状态时，LED 110和外壳120的相应内表面部分123之间的第一距离d₁可以减小到第二距离d₂。

在该实施例中，LED 110、PCB 113和定位构件130在第一状态下的总横向延伸可以小于外壳120的开口或颈部125，并且因此这些部件可以在照明设备100的组装期间通过所述开口125插入。距离d₁可以进一步降低LED 110或定位构件130在插入期间接触外壳120的风险，并且因此降低了在插入期间对外壳120、LED 110中的任一个LED/或定位构件130造成机械损坏的风险。

一旦LED 110、PCB 113和定位构件130已经插入，外壳120的开口125就可以被密封，例如，通过焊接或胶合到保持器140或玻璃杆143，以便在外壳120内提供和保持所需的气氛。气氛可以例如包括惰性气体(诸如氦、氖或氮)、或氧和/或气体混合物(诸如空气)。

在图1b中，定位构件130被图示处于第二状态。LED 110和内表面部分123之间的距离减小到小于d₁的第二距离d₂。因此，在从定位构件130的第一状态转换为第二状态期间，LED 110横向地朝向外壳120的内表面部分123移动。从而，LED 110定位成在第二状态下比在定位构件130的第一状态下更靠近外壳120的内表面部分123，从而可以提高散热效率。

根据本实施例，定位构件130可以包括由形状记忆材料(诸如形状记忆合金(SMA)或铁磁形状记忆合金(FSMA))形成的线130。线130可以在其第一状态中沿一个或几个方向弯曲或弯折，其将在下文更详细地讨论。SMA可以具有转变温度，高于该转变温度，SMA可以开始从其变形的第一状态转换为其初始状态，即，未变形状态。类似地，在使用FSMA的情况下，线130在暴露于场强超过预先确定的阈值的磁场时可以恢复其第二未变形的初始状态。SMA的示例包括铜-铝-镍和镍-钛(NiTi)合金。

图2a和图2b是参照图1a和图1b所描述的类似照明设备的一部分的横截面俯视图。横截面是沿着外壳120的横向宽度截取的，并且图示了外壳120、LED 110和定位器件130的相对位置。根据本实施例，定位构件130可以由已经被弯折成图2a所图示的第一压缩状态的扁平材料带形成。因此，定位构件130相对紧凑，即具有相对小的横向延伸，并且LED 110因此定位在距离外壳120的内表面部分123的第一距离d₁处。

在图2b中，定位构件130以第二状态布置，其中扁平带被拉直，使得LED 110被定位成更靠近外壳120的内表面部分123。因此，定位构件130的横向延伸大于在第一状态下的横向延伸，并且LED 110位于距外壳120的内表面部分123距离d₂处。

然而，应当认识到，定位构件130不一定由线形材料形成。定位构件130例如由至少一个板、杆、棒、线、管等形成，其可以变形成第一解压缩状态并且可以恢复扩展的原始的第二状态。定位构件可以例如通过弯折、折叠、卷绕、扭结或扭曲而变形为压缩状态。还应当理解，定位设备可以形成为支撑一个或多个光源110和/或PCB 113。

在图3a和图3b中，示出了根据本发明的定位构件130的另一示例。定位构件130可以例如由附接到保持器140并且在照明设备100的侧向平面中在相应的正交方向上延伸的四个盘绕弹簧形成。图3a示出了处于其第一状态的定位构件，其中盘绕弹簧130被压缩使得光源110位于距外壳的内表面部分123第一距离d₁处。

定位构件130可以在第一状态下被充分压缩以允许定位构件130通过外壳120的开口端或颈部125(未示出)而插入。换句话说，定位构件130可以形成为以便允许LED 110被布置成彼此充分靠近，使得它们的总最大横向延伸不超过颈部125的宽度。在定位构件130以及因此的LED 110被定位在外壳120内之后，定位构件可以暴露于外部触发，以便使其能够从其第一状态返回到其初始的第二状态。在定位构件130由SMA形成的情况下，其可以被加热到超过转变温度的温度。转变温度可以例如包括在室温和200℃或更低之间的间隔中，诸如在70℃和100℃的范围内。在定位构件130由FSMA形成的情况下，其可以暴露于磁场。

图3b示出了处于第二状态的定位构件130，其中LED 110被布置在距外壳120的相应内表面部分123第二较小距离d₂处。即使图3b中所描绘的所有四个LED 110似乎被布置在相同的距离d₂处，然而将认识到，它们可以被布置在距外壳120的相应的内表面部分123不同的距离处。在本申请的上下文中，第一距离d₁和第二距离d₂应当是被理解为至少一个光源110与位于最靠近所述光源110的内表面部分123之间的距离。

图4a和图4b图示了类似于参照前述附图所描述的实施例的照明设备100的另一实施例的横截面俯视图。然而，本照明设备100的定位构件130由在与照明设备100的长度轴平行的平面中延伸的两个板状结构形成。板状结构处于弯曲的它们的第一状态，使得它们形成如图4a所图示的俯视图所示的两个相交的S形横截面。在图4b所示的其第二状态中，定位构件130可以被拉直，使得两个板状结构符合相应的线性平面的形状，而非图4a的弯曲平面。因此，由定位构件130支撑的光源110(诸如LED 110)可以朝向外壳120移动，使得它们在第二状态中被布置成与第一状态下的第一距离d₁相比较而言距相应的内表面部分123更小的距离d₂处。

图5示意性地图示了用于制造照明设备的方法，包括在外壳内布置210定位构件的步骤，其中，外壳适于至少部分地围封光源，并且定位构件适于将光源定位在距外壳的内表面部分第一距离处；以及将定位构件的形状记忆材料暴露220于外部刺激(诸如超过预先确定的阈值的温度或磁场)的步骤，使得定位构件转换为第二状态，其中，光源位于距内表面第二距离处，其中，第二距离小于第一距离。

总之，提供一种照明设备。照明设备包括至少部分地由外壳围封的光源，其可以借助于定位构件而定位在外壳内。定位构件可布置成呈现第一状态和第二状态，在第一状态中，光源位于距外壳的内表面部分第一距离处，在第二状态中，光源位于距内表面部分第二距离处。第二距离小于第一距离，以便允许增加来自光源的热量的传递。定位构件包括形状记忆材料，其适于在暴露于外部刺激(诸如超过预先确定的阈值的温度或磁场)时将定位构件从第一状态转换为第二状态。因此，在组装照明源之后，光源可以朝向外壳的内表面部分而被移动。

本领域技术人员认识到，本发明决不限于上文所描述的优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变型是可能的。例如，定位构件可以是导电的，以便向光源提供电功率；或者定位构件可以是电绝缘的，以防止光源和/或照明设备电短路。光源可以例如借助于由定位设备和/或保持器单独形成的电连接器来供应电力。

附加地，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括(comprising)”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。