热稳定柔性照明设备的制作方法

本发明涉及一种照明设备。更具体地，本发明涉及一种照明设备，该照明设备包括一个或多个led元件和被布置成引导从led元件发射的光的光导。

背景技术：

包括led元件的照明设备被用于越来越多的照明应用。照明设备可以包括光导，光导被布置成引导从led元件发射的光。光导可以起到不同的光学功能，例如准直、漫射、混合或导向所发射的光。

技术实现要素：

可以认为一个目的是提供一种具有至少一个led元件和光导的照明设备，其可在变化的环境条件下操作。

该目的可以通过根据权利要求1的照明设备来实现。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

本发明人已经考虑了包括一个或多个led元件和布置在led元件处的可弯曲光导的照明设备。用于可弯曲光导的一种可能的材料是硅树脂，它是一种弹性的透光材料，便宜且易于加工。然而，发明人已经观察到，例如与连接到led元件的电导体的热膨胀相比，硅树脂或其他类似光导材料的热膨胀可能相对较高。发明人已经得出结论，温度变化可能导致显著的机械应力，并且从而增加机械故障的风险。

体积部件（volumetricpart）的热膨胀总量取决于体积。因此，为了减少温度变化和热膨胀系数(cte)不匹配的不利影响，发明人提议减少与led元件接触的光导材料的体积。

根据本发明，提供至少一个led元件用于向发射方向发射光。术语“led元件”指任何固态照明元件，包括任何类型的发光二极管、有机发光二极管等。一个led元件可以包括紧密布置在一起的多个发光二极管。术语“发射方向”表示led元件操作期间光被发射向的任何方向。通常，led元件将向多个方向发射光。在本上下文中优选使用的未封装led管芯是朗伯发射器。封装的led元件可能具有更有限的发射角度，但仍将包括不同的发射方向。优选地，在本发明的上下文中考虑的发射方向是主发射方向，即最大强度的方向，对于朗伯发射器来说，该方向垂直于管芯表面。

虽然本发明的一般概念适用于仅包括单个led元件的照明设备，但是照明设备的优选实施例将包括多个led元件，优选间隔开布置，特别是沿公共轴线或公共平面布置在至少一条线上。特别地，本发明的有利效果适用于具有高纵横比(长度除以宽度或高度)的照明设备，例如具有沿其长度间隔开的led元件的细长形状的照明设备。例如，优选实施例的纵横比可以是2或更大，优选5或更大。

根据本发明的照明设备还包括可弯曲的光导，该光导被布置成引导从led元件发射的光。光导被理解为透光材料的固体元件，其在内部引导光。虽然该材料优选是透明的，但是也可以包括例如具有光学漫射性质的半透明材料。在某些情况下，穿过光导内部的光可能在边界表面经历全内反射，然而这不是必需的。光导是可弯曲的，即光导以及优选整个照明设备可以弯曲，例如以符合上面安装了光导和/或照明设备的部件的轮廓。优选地，光导被设置成使得它可以至少在一个弯曲方向上弯曲到小于5米、优选小于3米、最优选为1米或更小的弯曲半径。为了实现可弯曲的光导，它至少部分由（一种或多种）弹性材料制成。术语“弹性”可以例如理解为表示弹性模量(杨氏模量)低于5gpa、优选等于或低于1gpa、特别优选为0.3gpa或更低的材料。第一光导的优选材料是硅树脂，例如具有低于0.1gpa的杨氏模量。

根据本发明，光导包括至少两个分离的部分。光导的第一部分由弹性透光光导材料形成，并且至少覆盖led元件的发射方向。优选地，光导的第一部分在发射方向上接触led元件。这允许良好的光学耦合。特别优选地，led元件至少部分嵌入第一光导部分的光导材料内，这确保了良好的光学耦合和机械稳定的连接，特别是在未封装led元件的优选情况下。

根据本发明，照明设备还包括光导的第二部分，其可以由与第一部分相同的弹性透光材料、特别是硅树脂制成，或者由不同的材料制成。光导的第二部分被布置成在发射方向上与第一部分以分隔空间间隔开。布置在第一光导部分与第二光导部分之间的分隔空间可以填充有光学性质不同于光导材料的固体或液体材料，但是优选为自由空间，即抽空或填充有气体，特别是空气。

从led元件发射并由光导的第一部分引导的光可以穿过分隔空间，以进一步由光导的第二部分引导。

分隔空间用于机械解耦光导的第一部分和第二部分。根据两个部分各自的体积，这两个部分都分别受到温度变化引起的收缩或膨胀的影响。由于布置在led元件处的第一光导部分仅构成光导总体积的一小部分，所以这两个部分的分离可以限制作用在led元件上的热变化的影响。通常，虽然照明设备可以具有小的厚度(或高度)，但是光路的特定长度（即led元件与光发射表面之间的距离）是优选以允许光在光发射表面上扩展和均匀的。

在优选实施例中，光导的第一部分和第二部分通过可变形弹簧结构连接。弹簧结构可以用于机械地连接第一光导部分和第二光导部分，然而不是以刚性方式，而是允许这两个部分的相对布置随着弹簧结构的变形而变化。这可以例如包括两个光导部分的不同类型的相对移动，例如倾斜、转移等。优选地，通过弹簧结构的变形，第一光导部分与第二光导部分之间的距离以及因此分隔空间的宽度可以变化。特别地，优选的是，弹簧结构是可变形的，以实现发射方向上的可变长度。

在优选实施例中，可变形弹簧结构包括至少第一弹簧元件和第二弹簧元件，第一弹簧元件和第二弹簧元件在垂直于发射方向的方向上彼此间隔开布置。分隔空间可以布置在第一弹簧元件与第二弹簧元件之间。通过提供两个间隔开的弹簧元件，特别有可能实现分隔空间的可变宽度，同时保持第一光导部分和第二光导部分的对准取向(即，特别避免两个部分的相对倾斜，例如，将它们保持在平行取向)。

弹簧结构可以形成为不同的形状和/或由不同的合适材料制成。例如，使结构可变形的弹簧功能可以通过弹性材料实现，该弹性材料可以由于施加的外力而膨胀或收缩。此外，弹簧功能可以通过弹簧形状来实现，特别是包括弯曲或折叠的形状，该形状优选形成至少一个环。

在优选实施例中，弹簧结构可以包括壁部分，特别是平坦构件，其可以具有至少一个折叠或弯曲的壁部分。例如，折叠或弯曲的壁部分可以包括至少在第一折叠或弯曲方向上的第一折叠或弯曲和在相反的第二折叠或弯曲方向上的第二折叠或弯曲。优选地，可以形成环结构，该环结构包括在连续相反的折叠/弯曲方向上的至少三个弯曲或折叠。弯曲或折叠可以具有例如至少30°、优选至少60°、特别优选至少85°的弯曲/折叠角度。

弹簧结构可以形成为使得其至少一部分突出到分隔空间中。

在一个优选实施例中，折叠壁部分可以具有至少基本上(例如在+/-25%、优选+/-10%内)恒定的壁厚。如果光导的第一部分和第二部分由壁厚至少四倍的距离分离，则可以特别形成允许较大程度相对运动的第一光导部分与第二光导部分之间的弹簧耦合。这允许例如具有至少基本上90°(例如+/-15°)的四个连续弯曲的弹簧结构，例如，如优选实施例的附图所示。

可能形成与第一光导部分和/或第二光导部分相同材料的可变形弹簧结构。特别地，弹簧结构可以形成为光导的整体部分，例如与第一光导部分和第二光导部分两者形成为一体。然而，根据优选实施例，光导可以布置在封壳内，并且可变形弹簧结构可以由该封壳的一部分形成。

在一个特别优选的实施例中，封壳可以由高反射材料形成，例如至少在定向光导和/或分隔空间的内表面上具有90%或更多的反射率。这防止了光的损失。例如，封壳可以由柔性材料制成，例如具有分散的无机颗粒的硅树脂。

在一些实施例中，led元件可以是安装在导体结构上的第一led元件。至少一个、优选多个另外的led元件也可以以间隔开的布置设置在导体结构上。特别地，优选提供引线框，一个或多个封装的led或未封装的led管芯安装在该引线框上。led元件的另一个电接触部可以例如由接合线提供。led元件可以布置在例如朝向垂直于发射方向的至少一条线上。

在特别优选的实施例中，led元件和导体结构可以至少部分嵌入光导的第一部分中。这允许实现良好的机械稳定性以及高度的光学耦合。

为了允许照明设备弯曲，导体结构优选是可弯曲的。例如，导体结构可以包括薄的金属（例如铜或含铜合金）线路。导体结构可以例如具有小于2mm、优选1mm或更小的厚度。

如上所述，光导的总体积被分成至少第一光导部分和第二光导部分。在不同的实施例中，两个部分以及它们之间的分隔空间的相对体积和/或厚度可以变化。通常，优选限制与led元件接触布置的第一部分的体积和/或厚度。在优选实施例中，第一光导部分的厚度可以选择为等于或小于第二光导部分的厚度。为了进行比较的目的，可以在(主)发射方向上测量厚度。分隔空间可以具有在发射方向上测量的为第一光导部分和第二光导部分的第一厚度和第二厚度之和的至少20%的厚度。

在优选实施例中，面向分隔空间的第一光导部分和/或第二光导部分的至少一个表面包括调制的表面形状，即该表面不是平面，而是可以包括凸起部分和/或凹陷。这种经调制的表面形状可用于获得从第一光导部分穿过分隔空间进入第二光导部分的光透射的期望光学性质。由于光导部分的内表面(即，面向分隔空间的那些表面)构成通常填充有空气的分隔空间的边界表面，所以透射光的至少部分可能经历折射，或者在第一光导部分的内表面的情况下甚至经历全内反射。表面形状可用于获得期望的光分布，例如，使光输出表面处的光输出均匀化、或者有意获得包括光输出表面上的期望亮点的不均匀分布。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且被阐明。

附图说明

图1示出了照明设备的实施例的透视图；

图2示出了图1的照明设备的局部截面图，截面沿着图1中的线a..a；

图3示出了图1、图2的照明设备的截面图，截面沿着图2中的线b..b；

图3a示出了图3中表示为c的区域的放大部分；

图4示出了变形的照明设备的侧视图；

图5示出了图4的变形的照明设备的截面图，截面沿着图4中的线d..d截取；

图6a-6d示出了照明设备的替代实施例的截面图；

图7a-7c示出了照明设备的又一替代实施例的截面图。

具体实施方式

图1-3示出了照明设备10的第一实施例。照明设备10是具有高纵横比的细长形状，即，与宽度w和高度h相比，在长度方向l上具有长延伸部。

如图2所示，照明设备10包括多个间隔开的led元件12，这些led元件12被设置为安装在引线框的导体元件14上的未封装的led管芯，并且进一步被接合线16接触。led元件12布置在沿纵向方向l延伸的线上。它们的主发射方向x沿着照明设备10的高度方向h定向。

照明设备10还包括光导，该光导包括第一光导部分20和第二光导部分22。光导和安装在引线框14上的led元件12包含在封壳24内。

光导部分20、22是由透明硅树脂制成的固体。封壳24是中空体，其形状从图3、3a的截面图中可见。封壳24包括底壁26和相对的侧壁28，除了照明设备10顶部的光发射表面30，底壁26和相对的侧壁28封闭光导部分20、22。

在优选实施例中，封壳24的壁26、28由具有分散的tio2颗粒的硅树脂制成，从而封壳24的表面是漫反射的，具有大于90%的高反射率。因此，封壳24形成封闭照明设备10的光产生和透射元件的“白盒”。由于高反射率，从led元件12发射的大量光通过光发射表面30发射。

在优选实施例中，光导部分20、22的硅树脂材料非常有弹性，弹性模量约为3mpa。封壳24的填充硅树脂材料也是弹性的，弹性模量约为20mpa。引线框导体14是薄的，在这个示例中具有0.25毫米的厚度。

由于光导部分20、22和封壳24以及薄引线框导体14的这些机械柔性性质，整个照明设备10是柔性的，并且可以根据不同照明目的的需要弯曲和成形。特别地，照明设备10可以被弯曲以遵循上面安装有照明设备的部件的轮廓。在优选的示例中，照明设备可以弯曲到至多25cm的弯曲半径。虽然光导部分20、22和封壳24可以弯曲到甚至更小的弯曲半径，但是引线框导体14、led元件12和接合线16的机械故障的风险随着更强的弯曲而增加。

特别从图2的截面图中可见，引线框导体14、led元件12和接合线16嵌入第一光导部分20内。因此，敏感的未封装的led管芯12和接合线16被周围的光导材料很好地保护和机械保持。此外，实现了良好的光学耦合，使得从led元件12发射的光耦合到第一光导部分20中。

第一光导部分和第二光导部分20在也是主光发射方向x的高度方向h上被分隔空间32分离，在优选示例中，分隔空间32是填充有空气的腔。从led元件12发射的光首先在第一光导部分20的内部被引导，然后通过分隔空间32透射到第二光导部分22中，之后从光发射表面30发射。

光导部分20、22以距离h2(图3)平行布置，以形成分隔空间32。如图3的截面图所示，第一光导部分20在高度方向h上具有厚度h1，并且第二光导部分22在高度方向h上具有厚度h3。因此，设备10的总高度由两个光导部分20、22的厚度h1、h3和分隔空间32的厚度h2确定(除了封壳24的底壁26的壁厚)。在所示的示例中，第一光导部分的厚度h1略小于第三光导部分的厚度h3。分隔空间的厚度小于两个光导部分20、22的厚度h1+h3之和。

在所示的优选实施例中，连接光导部分20、22的封壳24的相对侧壁28设置有弹簧结构34，弹簧结构34设置在分隔空间32的两侧，并且在宽度方向w上间隔分离。

在所示的示例中，弹簧结构34形成为折叠壁部分。具有至少基本恒定厚度w的侧壁28被折叠成四个连续的90°弯曲36a、36b、36c、36d，以形成环38，该环突出到分隔空间32中。

如图3、3a所示，根据本发明优选实施例的弹簧结构34包括壁部分40a-e，每个壁部分彼此成90°布置。壁部分40a、40c、40e在高度方向h上延伸，而壁部分40b、40d在宽度方向w上延伸。为了在高度方向h上保持足够的空间，特别是在平行表面之间，环34的平行壁部分40b、40d被布置在至少等于壁厚w的距离处。而且，壁部分40b、40d被布置在平行于光导部分20、22的一定距离处以留有充分的空间供弹簧结构34在高度方向h上膨胀或收缩。

将光导分成由弹簧结构34连接的分离的光导部分20、22的目的是减少在温度变化的情况下由硅树脂的相对大的热膨胀系数(cte)相比于引线框导体材料的cte之间的不匹配引起的机械应力。

为了示出热膨胀引起的效果的示例，图4示出了温度升高时照明设备10的侧视图。由于不同的热膨胀，照明设备10呈现弯曲。然而，施加在引线框14上的机械应力仅局限于与引线框14和led元件12直接接触的第一光导部分20的膨胀。第二光导部分20通过分隔空间32与第一光导部分20和引线框14机械解耦。因此，由于第二光导部分22的热膨胀引起的膨胀和随后的弯曲不会导致作用在引线框14上的显著机械应力。

图5还示出了封壳24的两个侧壁28中的弹簧结构34的机械功能。通过弹簧结构34的变形，在通过环38加宽所示的示例中，弹簧结构34保持第一光导部分20与第二光导部分22之间的连接，同时允许这些部分20、22相对移动。元件在温度升高的影响下不同地膨胀所产生的力使弹簧结构34弹性变形，从而将任何机械应力从第一光导部分20和嵌入其中的引线框14解耦。

虽然图1-5所示和上面讨论的截面形状对应于当前的优选实施例，但是限制热膨胀对引线框14的影响的有利效果可以替代地通过不同的结构来实现。替代实施例的一些示例在图6a-6d中示出。

在图6a中，封壳24的侧壁28在高度方向h上笔直延伸，即没有折叠的壁部分。可能仅通过分隔空间32两侧的侧壁28的弹性性质来获得机械解耦效果，而不形成环。此外，即使没有弹簧结构，图6a的实施例也示出了光导部分20、22的分离，这限制了第二光导部分22的热膨胀对引线框14的影响。

图6b、6c示出了侧壁28中形成的不同形状的弹簧结构的示例。从这些实施例中可见，折叠壁部分34可以形成为具有不同于优选第一实施例的形状。

在根据图6d的实施例中，弹簧结构34与第一光导部分20和第二光导部分22一起形成为一体。

图7a-7c示出了进一步不同的实施例。在图7a的实施例中，第一光导部分20的内表面42不是平面，而是具有带凹陷和凸起部分的调制表面形状。通过选择特定表面形状，可以改变从led元件12发射并通过第一光导部分20被引导到分隔空间32中的光的透射/折射的光学性质。例如，由于调制表面42的不同部分以不同的角度布置，所以从led元件12发射的、将在平面表面处经历全内反射的一些光部分可以透射到分隔空间32中。在图7b的实施例中，第二光导部分22的内表面44是调制表面，而第一光导部分的内表面42是平面。在图7c的实施例中，第二光导部分22的内表面44和第一光导部分20的内表面42都具有调制的表面形状。

应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离权利要求的范围的情况下设计许多进一步的替代实施例。

特别地，照明设备10可以具有不同的形状和纵横比，其中本发明的有利效果对于更高的纵横比最为显著。当然，在不同的实施例中，led元件12的类型和布置以及经由导体14的电互连可以变化。

在权利要求中，任何附图标记不应被解释为限制权利要求。单词“包括”不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。任何元件之前的不定冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在相互不同的从属权利要求中列举了某些措施、或者仅针对相互不同的实施例示出了元件的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。