本发明涉及灯丝和制造这样的灯丝的方法。此外，本发明还涉及照明装置和制造这样的照明装置的方法。
背景技术：
新的且更加能量高效的照明装置每天都在发展着。它们常常基于利用诸如发光二极管(led)等的固态光源的常见技术。大多数(如果不是全部)具有高效率的市售固态光源发射出例如uv、蓝、紫等的不期望波长的光。因此，常常存在有在高度透明的发光材料中将较短波长的光转换成较长波长的光的波长转换器。波长转换器于是产生与例如自然白光相似的令人愉悦的、给人以美感的波长的光。
对于用以替代当前形势的白炽电灯泡的新型能量高效的照明装置，如果这样的装置作为白炽灯泡的改型工作，则将是有益的。当今市售的改型例如具有其中固态光源被安装在某种灯泡形状的盖体结构内的类似的外部形式因子，由此提供了白炽灯泡的外貌、即美感。然而，只是白炽灯泡的美感特性可能不能完全取悦所有消费者。来自改型灯泡的光分布也应该是均匀的。当前可用的替代电灯泡最常包括布置在平坦的电路板上并且置于灯泡内的固态光源。因此、这些灯泡的光分布、即亮度不像来自普通白炽灯泡的光分布一样均匀。
美国专利申请us2004/0008525尝试通过引入一种led灯链来补救不均匀光分布的问题，该led灯链在其上布置有多个发光二极管并且被置于灯泡内，并且其中灯泡材料中可以包括荧光材料。然而，该解决方案可能无法提供期望波长的均匀的光分布，并且荧光材料可能经受不均匀的亮度并且来自灯泡的光可能被感知到有斑。
us2004/0007980a1公开了一种通过将多个led经由柔性构件连接而形成的并且被插入到透明或半透明的管内的led链。wo2012/085736a1公开了一种呈连续的光学元件形式的光导，其中布置有多个led的串并且其中led可以以连续的光学元件在小的柔性pcb上面或者将其包封的状态被安装在该小的柔性pcb上。
因此，存在有对于替代白炽灯泡的照明装置的需要，有利地是这样的照明装置是当前设计的改型并因此能够装配到当今正在使用的当前照明器具中。此外，期望这样的装置简单、价廉且被配置成使得当前的大批量制造技术容易应用于制造它。
技术实现要素：
关于照明装置的在上面提到的期望的性质，本发明的总体目的是提供一种简单、价廉且容易制造和/或可大批量制造的照明装置。
根据本发明的第一方面，这些及其他目的通过用于照明装置的灯丝来获得，该灯丝包括透光的管状构件，其中发光组件布置在管状构件内并且波长转换器布置在管状构件的表面处并且配置成将光从第一波长范围转换成第二波长范围。发光组件包括以交替的方式布置的多个固态光源和互连元件，以形成经连接的固态光源与互连元件的串。互连元件是引线框架的部分，其中多个固态光源中的至少一部分以交替的方式布置在引线框架的相对侧上。
灯丝的目的是提供照明，并且可以是发光二极管(led)或其他固态光源的固态光源是提供该功能的主要部件。发光二极管应该理解为led管芯、led子组件或封装的led。波长转换器被配置成将光从第一波长范围转换成第二波长范围。应该注意的是，该转换通常是从较短波长至较长波长。此外，波长转换器典型地以包括磷光体的发光结构的形式提供。
互连元件理解成导电的以便允许光源发射光。此外，互连元件提供各光源之间的距离以便沿着灯丝的长度发射出均匀的亮度。
透光的管状构件在使用中将用作光导并由此提供了来自管状构件的均匀的光分布。因此，作为光由透光的管状构件被引导至波长转换器的结果，光源可以被以高功率驱动而在波长转换器上的温度负荷是均匀的。由此，从灯丝发射出的光将具有均匀的亮度并且感知到的灯丝的斑点将被减小。透光的管状构件理解为中空的，并且在各端部处包括开口。
“灯丝”在这里总体上应该解释为用于当电流通过它时发射出光的发光器件的线状或长形物体。
本发明基于如下实现：通过提供容易装配并且在美感上相似且因此被感知为白炽灯泡的灯丝，可以生产出用于白炽灯泡的能量高效的替代物或改型。因此，灯丝允许了处于低成本的也在美感上令人愉悦且被习惯白炽灯泡的消费者赏识的改型照明装置。通过将多个固态光源中的一部分以交替的方式布置在引线框架的相对侧上，能量可以在使用期间被保存，而仍然提供了均匀的虽然较低的亮度。
在一个实施例中，透光的管状构件可以由玻璃形成。在玻璃中形成透光管状构件将有利地允许关于玻璃的常见制造技术的使用。此外，玻璃的光学性质也是已知的，因此提供了调谐被引导的光的量和直接透过中空的透光管状构件的光的量、即在中空的透光管状构件与灯丝的其他部件之间的界面中反射或折射的光的量的可能性。
在另一实施例中，中空的透光管状构件可以由硅树脂形成。由硅树脂形成中空的透光管状构件使得灯丝容易握持，并且由于硅树脂是软材料所以允许了灯丝是可弯折的。可弯折的灯丝允许了不同的形状和设计，这或者增加某一方向上的光的量、即提供了光的方向性，或者只是在美感上令人愉悦的设计是可能的。这样的设计于是也可以在制造之后通过将其中利用硅树脂形成管状构件的灯丝弯折来实现。
根据本发明的各种实施例，透光的中空管状构件可以具有小于3.3mm、优选小于2.4mm并且最优选小于1.5mm的外径。充分小的透光管状构件将进一步增强本灯丝的美感外貌以及与白炽灯泡的灯丝的相似度。此外，较小的透光管状构件将需要较少材料并因此在制造期间节省成本和/或能量。甚至进一步地，用于组装根据本发明的灯丝的并行工艺可以变得更加高效，因为透光管状构件变得较小，即因为可以并行地生产出更多的灯丝。
在一个实施例中，波长转换器可以置于管状构件外。
在一个实施例中，灯丝可以被填充有硅树脂。填充管状构件内的未被互连元件或光源占据的空间的硅树脂将改善光提取。硅树脂可以处于液态，或者被固化至某一粘度或柔性。
在另一实施例中，灯丝可以进一步包括布置在管状构件的一个端部处的第一密封帽和布置在管状构件的相对端部处的第二密封帽，以用于密封管状构件的内部，其中波长转换器布置在被密封的透光管状构件的内部。密封帽将密封和保护透光的中空管状构件的内部并确保不存在杂质和/或不会发生光源和/或互连元件的污染。密封帽也将有利地反射光，否则光会通过透光的中空管状构件的端部处的开口被发射出。正常情况下会逸出的光可以因此被反射并被引导通过透光的中空管状构件并接着通过波长转换器被波长转换成期望的波长。在该实施例中，波长转换器可以是有机磷光体。密封帽也可以确保有机磷光体不暴露于灯丝的外部。
互连元件可以从由压力触点、焊接球、胶水和部分引线框架以及它们的组合构成的组中选择。所有上述互连元件提供或者在使用中或者在制造灯丝时的优点。例如，压力触点将使得装置能够容易组装并且即使当灯丝被弯折、例如在透光的中空管状构件以硅树脂形成或者利用弯折的玻璃管作为中空的透光管状构件的情况下也提供牢固的接触。焊接球将允许在布置了固态光源和焊接球的交替的串之后通过加热整个灯丝的快速固定。焊接球可以是具有塑料芯的焊料球，以便进一步提供使它们与压力触点一起使用或自身用作压力触点的可能性。为了将压力施加至压力触点或焊料球，可以使用外部弹簧或者可以将附加的机械弹簧放置在灯丝中。备选地，管状构件的热膨胀系数(cet)和发光组件的cet被配置成使得它们在使用中会将压力提供至互连元件。引线框架和/或胶水将为灯丝提供刚性和/或热传导性，归因于降低的操作温度，这将使得灯丝能够具有较长的寿命。此外，如果未使用焊料，则光源的操作温度普通情况下仅由结温(junctiontemperature)确定或限制。
根据实施例，固态光源以彼此背离的配对布置在部分引线框架上。通过将至少两个光源设置在引线框架的相对侧上，在这些相反方向上来自灯丝的亮度将更加均匀。灯丝的外观因此被改善。
根据本发明的第二方面，照明装置可以包括具有灯泡部分和基部部分的照明装置壳体，基部部分能够电连接至电网。根据第一方面的灯丝通过灯泡部分内的连接结构被电地且机械地连接至基部部分，并且照明装置壳体被密封。该将灯丝布置在呈灯泡形状的照明装置壳体内提供了白炽灯泡的改型，其归因于该灯丝与白炽灯丝之间的相似性而近似于白炽灯泡的美感和亮度、即外貌和感觉。应该注意的是，可电连接至电网意味着基部部分可以被成形为普通的爱迪生螺纹基部或卡口装配或任何其他合适的形状以能够被固定在当今使用的照明器具中。此外，通过可电连接，基部部分也可以包括用于将来自电网的电力转换成适于驱动光源的形式的电子器件、即驱动器电子器件。连接基部部分和灯丝的支撑结构应该被理解成还将来自基部部分的电力连接至灯丝。因此，支撑结构是导电的支撑结构。照明装置被密封以便保护灯丝和照明装置的内部不被污染等。灯泡部分是透光的以便增加由照明装置提供的光的量。
根据本发明的实施例，照明装置壳体的灯泡部分可以被填充有氦气。氦气具有比空气的导热性高的导热性。通过将热从灯丝上传导离开，氦气将为灯丝提供较低的温度并因此增加了光源的寿命。此外，光源可以被保持在提供长寿命而仍然被以高的功率输出驱动的温度。
根据本发明的第三方面，目的还通过用于制造灯丝的方法来获得。方法包括提供互连元件和固态光源、将所述互连元件与固态光源以形成串的交替的方式布置的步骤。方法进一步包括将串放置在管状构件内并将波长转换器布置在所述中空管状构件的表面处。通过以交替的方式形成互连元件和固态光源的串并将串放置在管内并且将波长转换器布置在管的表面上，提供了用于白炽灯泡的白炽灯丝的合适的替代物。此外，由于灯丝容易制造，所以也价廉并导致成本且能量高效的灯丝。提供互连元件和光源的步骤包括激光切割引线框架、将粘性焊剂施加至引线框架、将固态光源布置在引线框架上、将引线框架与光源回流焊接以便使固态光源固定至引线框架和使引线框架与任何支撑件或邻近的引线框架分开。利用薄的引线框架、例如大约100微米厚度允许了激光切割引线框架并以并行的方式同时生产出大量灯丝。用于将焊接回流的合适的焊料类型可以或者是sac或者是au/sn焊料。au/sn焊料具有比sac焊料高的熔点。
本发明的第三方面的进一步的效果和特征与在上面与本发明的第一和第二方面有关地描述的那些效果和特征很大程度上类似。
在示例中，提供互连元件和光源的步骤可以包括提供包括配置成接收光源的孔的第一摇动模具，以及提供包括被配置成接收互连元件的孔的第二摇动模具。步骤可以进一步包括将固态光源和互连元件供给至摇动模具。将串放置在透光管状构件内可以包括将第一和第二摇动模具以交替的方式布置在保持着管状构件的基体上，以将固态光源和互连元件从摇动模具供给至管状构件。直径小于3.3mm的灯丝使得能够利用摇动模具在各批或生产周期中制造成百或者甚至成千个灯丝。以该方式生产的灯丝将归因于灯丝的大数量而固有地制造价廉。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于制造照明装置的方法，该方法包括提供包括灯泡部分和基部部分的照明装置壳体，基部部分能够电连接至电网。借助于将灯丝电地且机械地连接至基部部分的连接结构在照明装置壳体内布置和连接根据第三方面制造的灯丝，并且将照明装置壳体密封。
根据实施例，方法可以包括在密封照明装置壳体之前用氦气填充照明装置壳体的灯泡部分的步骤。
本发明的进一步特征以及利用本发明的优点将在研究随附权利要求和下面的描述时变得显而易见。本领域技术人员认识到的是，本发明的不同特征可以组合以创建除了在下面所描述的那些以外的实施例，而不脱离本发明的范围。例如，光源可以是不同的光发生器，如，例如激光二极管、激光器、闪光灯、氙气灯或者甚至x射线源。本领域技术人员认识到的是，本领域技术人员认识到的是，本发明的不同特征可以组合以创建除了在下面所描述的那些以外的实施例，而不脱离本发明的范围。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施例的附图更加详细地描述本发明的这些和其他方面。
图1a至图1d是灯丝的部件的示意性侧视图；
图2是根据本发明的另一实施例的照明装置的立体图；
图3a至图3h是根据本发明的灯丝的不同实施例的示意图；
图4a至图4c是根据本发明的实施例的照明组件的不同实施例的示意图；
图5是照明组件的示意性侧视图；以及
图6a至图6c是用于制造灯丝的方法的示意性立体图。
具体实施方式
在本详细描述中，主要参照包括多个led光源的灯丝讨论了根据本发明的发光器件的实施例。应该注意的是，这绝不限制本发明的范围，本发明也在其他情况下适用，例如用于与其他类型的光源一起使用。此外，附图中示出的led的量仅是示意性代表。在使用中，数量、集中度及其他这样的细节将由各应用决定。一般情况下，每个灯丝的led的数量将由灯丝的所需长度决定。led应该广泛地解释为led管芯、led子组件、封装的led等类似物。
现在将参照首先将注意力放到灯丝和照明装置的结构并其次描述其功能的附图来描述本发明。
图1a至图1d示出灯丝100的部件的示意性侧视图。最下侧图、即图1d示出完整的灯丝100，而其他视图示出组装的各种阶段期间的灯丝100和部件。灯丝100包括光源102，其常见的是led，包括led芯片或管芯或者另一类型的固态光源。光源102与图1a中示出为销104的互连元件104以交替的方式布置。led102和销104将形成发光组件106，其通过图1a至图1d中示出为接线108的连接结构在各端部处被电连接。发光组件106将被布置在图1b中示出为玻璃管110的透光管状构件110内。呈波长转换材料的层112的形式的波长转换器112如图1c所示布置在玻璃管110外的外表面上。层112有利地将被调谐成用于各灯丝100的led102的类型。请注意，层112可以在一些应用中布置在玻璃管110的内部。玻璃管110的内部也可以被填充有硅树脂(未示出)，这改善了来自光源的光至玻璃管110的提取。硅树脂(未示出)可以处于液态或者被固化至某一黏度/柔性以有助于灯丝100的弯折。
在使用中，电力通过接线108被提供至发光组件106，并且光源102朝向玻璃管110内发射光。光会在与玻璃管110的界面中折射，并且通过玻璃管110被引导至层112，并且作为折射的结果而具有入射在层112上的更加均匀的分布。发光波长转换层112会将光转换成期望的第二波长或者波长光谱，并因此由灯丝100提供白炽接线的美感的外貌和感觉。请注意，由led102发射出的总的光中的被转换的一部分、例如与来自波长转换器112的黄光混合的常常由高效率的led发射出的蓝光将提供白光。
图2是其中以电灯泡的形状体现的根据本发明的照明装置200的立体图。照明装置200包括灯泡部分202和基部部分204。通过基部部分204，照明装置200可以被装配到用于电灯泡的普通照明器具例如e14或e27爱迪生螺纹基部内。基部部分204被连接至照明装置的如果存在的话的驱动器电子器件(未示出)，并且由此能够将照明装置200连接至诸如电网等的电源。接线108将灯丝100与基部部分204机械地且电地连接，并且灯丝通过接线108被悬置在灯泡部分202中。图2的基部部分204被成形为螺纹基部，然而其中照明装置200可以被连接至电源的任何形状或配置都在本发明的范围内，如具有一个或几个插头的卡口固定。基部部分204被覆盖，但是普通情况下在基部部分内有空间，使得驱动器电子器件、例如常见的是电压转换器和/或ac/dc转换器以将电网的ac电流转换成适合于led的电压或频率。图2中的照明装置200进一步包括布置在灯丝100的各端部处的密封帽210。密封帽210被配置成反射光，确保了尚未被波长转换器转换的光不会从灯丝逸出，并且不会使从灯丝发射出的期望的波长并因此使期望的颜色扭曲。此外，密封帽210被布置成将灯丝100的内部从外部密封，在图2中示出的实施例中，密封帽210因此使灯丝100内的环境与灯泡部分202内的环境分开。利用密封帽210，诸如有机磷光体化合物等的波长转换器可以置于管110的内部。密封帽210确保有机磷光体化合物不会暴露于灯丝100的外部。灯泡部分202也可以被填充有氦气(未示出)。氦气具有比空气高的热导率，因此在使用中由灯丝产生的热将更加高效地消散在灯泡部分中。氦气是归因于高的热导率而提出的，然而归因于价格或其他因素使用混合有空气或也具有相对高的热导率的另一气体的氦气也是合适的。
能够用于波长转换器的另一波长转换材料是量子点，量子点是总体上具有仅几纳米的宽度或直径的半导体材料的小晶体。这样的量子点可以被并入诸如聚合物(硅树脂、pmma、pet)或陶瓷/玻璃类型的材料等的基体材料内。当被入射光激发时，量子点发射出由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。因此可以通过调节点的尺寸而产生特定颜色的光。具有可见范围内的发射的大多数已知量子点是基于具有诸如硫化镉(cds)和硫化锌(zns)的壳的硒化镉(cdse)。也可以使用诸如磷化铟(inp)以及铜铟硫化物(cuins2)和/或银铟硫化物(agins2)等的无镉量子点。量子点显示出非常窄的发射带，并因此它们显示出饱和的颜色。此外，发射颜色可以通过调节量子点的尺寸而容易被调谐。本发明中可以使用现有技术中已知的任何类型的量子点。然而，处于环境安全和关注的原因，优选的是使用无镉量子点或至少具有非常低的镉含量的量子点。有机磷光体也可用于波长转换器112。有机磷光体可以被分子溶解/分散在诸如聚合物(例如，硅树脂、pmma、pet)等的基体材料中。合适的有机磷光体材料的示例是基于苝衍生物的有机发光材料，例如由basf在名称为
参见图3a至图3h，示出有灯丝100的变型和将一个或多个灯丝100布置在照明装置的灯泡部分202内的变型。在没有特定顺序的相关性时，请注意：本发明允许处于不同布置的弯曲的或直的灯丝100、循环的灯丝100或直的灯丝100。此外，注意在图3a和图3b中示出的实施例中有多个灯丝100。具有多于一个的灯丝100将自然提供更多的光被发射并因此提供由照明装置200提供的较高的明亮度。通过使灯泡部分内的灯丝100弯曲，从照明装置200发射出的光可以被沿预定方向引导以具有较高亮度。弯曲的外观也可以被看作用于预期消费者的更加有趣的设计。可以利用弯曲的灯丝100和直的灯丝100两者获得均匀的亮度。
图4a至图4c示出具有其中示出为发光二极管管芯102和引线框架104的片的光源102和互连元件104的发光组件106的三个变型。在图4a中示出的第一组件401中，led管芯以彼此背离(即彼此相对)的配对布置在引线框架104的片上。第一发光组件401将被放置在其上布置有波长转换器的第一玻璃管402内。彼此背离的led管芯的布置将提供高且均匀的亮度。在图4b中示出的第二组件403中，比第一组件中的led管芯大的led管芯以交替的方式一个接一个地布置在引线框架104的片的各侧或相对侧上，即，led管芯被布置成使得相邻或邻近的led管芯在基本相反的方向上发射光。例如，第一led管芯在操作中向上发射光，并且作为被布置在该片引线框架104上的挨着或邻近的led管芯的第二led管芯在操作中向下发光。将led管芯以交替的方式布置在引线框架104的片的各侧或相对侧上仍然会提供均匀亮度，然而由于节距较长所以组件403将需要较少能量以从led102发射光。第二发光组件403将被放置在第二玻璃管404内。在图4c中示出的第三组件405中，较大的led管芯以与第一组件中相似的方式布置。第三发光组件405将被放置在第三玻璃管406内。请注意，玻璃管402、404和406的增加的尺寸。第一玻璃管402具有1.5mm的外径和近似0.9mm的内径、第二玻璃管具有2.4mm的外径并且第三玻璃管具有3.3mm的外径。
现在参见其中示出发光组件500的细节图的图5。发光组件500包括以与呈焊料球502形式的互连元件交替的方式布置的led102。焊料球502可以镀有例如银或金以增加导电性。图5中示出的交替方式包括彼此挨着的两个焊料球502以及接着一个led102。具有彼此挨着的两个或多个焊料球502使得能够实现各led102之间的较大距离并因此能够实现光源的较低的集中度。因此，通过配置关于各led102之间的焊料球502的数量的布置，可以调谐亮度和能量效率。
图6a至图6c示出在受控环境中利用通过摇动模具的自组装的制造方法。第一摇动模具602示出在图6a中，在该情况下，对于光源102提供具有与光源102的形状对应的通孔、凹坑、通道或空腔603或者相似形状的中心特征的第一摇动模具602。接着，将光源102提供至第一摇动模具602并且在模具602的底侧施加欠压。接着摇动第一模具602以便迫使光源102在第一模具602上来回移动，直到光源102被以使得它们在重力和所施加的欠压的作用下纳入到第一模具602的孔603内的方式定位。以该方式，在充分量的时间过去之后，所有孔603会被用光源102填充。当所有孔603都已经被填充时，第一模具602的顶侧或者被扫过或者被转动离开以去除多余的光源102。接着使第一模具602转动离开、如果尚未这样做的话，并且定位在保持着图6c中示出的管状构件110的基体或模具606上方。使第一模具602的孔603在管状构件110的基体606上方对齐并将欠压释放，并且备选地还施加过压，由此将来自各孔603的光源102传送、即供给到基体606中的相应的管状构件110内。接着提供图6b中示出的其中设置有与互连元件104对应的凹坑、孔、通道或空腔605或相似形状的特征的第二摇动模具604。接着，将互连元件104提供至第二摇动模具604并且在模具604的底侧施加欠压。接着摇动第二模具604以便允许互连元件104在重力和所施加的欠压的作用下纳入到孔内。以该方式，在充分量的时间过去之后，所有孔605会被用互连元件605填充。当所有孔605被填充时，第二模具604的顶侧或者被扫过或者被转动离开以去除多余的互连元件605。接着将第二模具604转动离开、如果尚未这样做的话，并且定位在保持着管状构件110的基体或模具606上方。使第二模具606的孔605在管状构件110的基体606的上方对齐并将欠压释放，并且备选地还施加过压，由此将互连元件104从各孔605传送至基体606中的相应的管状构件110内。使提供用于光源102的第一模具602和用于互连元件104的第二模具604的这两个步骤交替并重复以生产出发光组件106。发光组件106于是包括已经供给到被保持在基体606中的管状构件110内的多个交替的光源102和互连元件104。因此，应该理解的是，第一模具602和第二模具604的孔603、605将与布置在基体606中的管状构件110对齐。管状构件110可以设置有波长转换器112，或者可以在将发光组件放置在管状构件110内之后将波长转换器112布置在表面上。通过使用用于利用摇动模具制造灯丝100的上述方法，可以同时生产出非常大量的灯丝100。作为示例，使用150mm长且150mm宽的摇动模具、具有1.5mm外径的管状构件提供了每个生产周期中制造出像10000个灯丝一样多的可能性。因此，提供了固有价廉的灯丝100，这不仅对生产期间经济有益而且最终也对消费者经济有益。
在布置于管状构件110内部的波长转换器的情况下，第一密封帽210可以布置在管状构件110的一个端部处并且第二密封帽210可以布置在管状构件的相对端部处。密封帽210将管状构件的内部密封。密封帽210因此通过诸如胶合、攻丝(threading)或者被牢固地压到管状构件内等的合适的装配被装配至管状构件。密封帽210可以是导电的以便将发光组件106连接至金属线108，否则它们围绕金属线108装配。密封帽210也将反射来自光源102的光，使得它穿过波长转换器112而不是通过灯丝端部处的开口逸出。
尽管已经参照本发明的具体举例的实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，很多不同的改变、修改等等将变得显而易见。例如，光源优选固态光发射器。固态光发射器的示例是发光二极管(led)、有机发光二极管oled或者例如激光二极管。使用固态光发射器因为它们是相对成本效应的光源，并且一般情况下不贵、具有相对大的效率和长的寿命。所使用的固态光源优选uv、紫或蓝光源，归因于它们的高效率。另外，本领域技术人员能够在实践所要求保护的本发明时从对附图、公开和随附权利要求的研究中理解和影响对所公开的实施例做出的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载特定措施这个纯粹的事实不表示不能有利地使用组合。