CN102449374B - 陶瓷照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种照明设备(100)，该照明设备包括：被布置为生成光的光源(110)，被布置为支撑所述光源的载体(120)，以及包围所述光源和所述载体的外壳(130)。进一步地，所述载体被布置为与所述外壳热接触，并且所述外壳和所述载体两者都由陶瓷材料制成。本发明的优点在于，它提供了一种提供有效热传递的照明设备。

Description

陶瓷照明设备
技术领域
本发明涉及照明设备，并且具体地涉及由陶瓷材料制成的照明设备。
背景技术
本领域中已知发光二极管(LED)灯。LED灯是使用LED作为光源的灯。在这样的灯中，可以使用多个二极管以增加灯的输出功率或提供白光(由于单个LED在波长的窄带中发射)。由于颜色和输出功率可以调节，LED灯可以用于一般照明乃至更特殊的照明。
一般地，灯或照明设备包括被布置为生成光并且安装在电路板上或至少连接到电路板的光源。光源被布置在通常具有灯泡形状的密封壳内。除了提供最大光输出和/或特殊的光颜色之外，照明设备的设计需要考虑到由光源和/或连接到光源的电子电路生成的热量的排出。
例如，美国专利申请US2010/0008086公开了一种基于白光LED的照明设备，其包括一组固态发光二极管、激活发光二极管的电子电路以及密封壳。为了将在白光LED设备内生成的热量向外传导或传递，密封壳包括排气口和散热组件。
发明内容
一般地，现有技术系统的一个缺点可能是它们要求用于热量的排出的特殊组件(例如排气口和散热组件的布置)，从而使得系统的设计非常复杂或导致昂贵的系统。
因此，本发明的目的是减轻上述缺点，并且提供一种照明设备，其提供有效的热传递并且具有更简单的设计。
通过如独立权利要求所定义的照明设备来实现本发明的该目的和其他目的。由从属权利要求定义本发明的其他有利实施例。
根据本发明的第一方面，提供了如权利要求1中所定义的照明设备。该照明设备包括：被布置为生成光的光源、被布置为支撑所述光源的载体以及包围所述光源和所述载体的外壳。所述光源与所述载体热接触并且所述载体被布置为与所述外壳热接触以将热量耗散出照明设备。外壳和载体两者都由陶瓷材料制成。
本发明利用以下理解：照明设备的外壳(或灯泡)可以充当散热器并且用于将热量(例如由光源或连接到光源的任何电子电路生成的)耗散出照明设备。为此，光源被布置为与载体热接触，载体自身与外壳热接触，并且载体和外壳两者包括陶瓷材料(一种具有良好热导率的材料)。本发明的优点在于，它不需要用于热传递的任何附加(或特殊)组件，这是因为该功能由照明设备的主要部件(即光源、载体以及尤其是外壳)的特殊布置来提供。进一步地，利用本发明，照明设备的整个表面(即外壳)充当散热器，从而提供用于热传递的相对大的表面。从而，本发明的优点还在于，提供了向照明设备的外部环境的有效的热传递。
根据一个实施例，外壳可以包括被布置为(特别是在光源在波长谱的可见范围(即380nm-780nm)中发射时)透射由光源生成的光的至少部分的透射区。透射区可以是半透明的(光的透射和散射)或透明的(基本不受阻碍的透射)。有利地，透射区是半透明的，从而防止用户感知外壳内的光源和可选电子电路。从而，照明设备的外壳或密封壳的优点在于其集成多个功能，诸如光学功能、热功能和机械功能。
根据一个实施例，所述载体可以包括被布置为透射由所述光源生成的光的至少部分的透射区。可替代地或另外，所述载体可以包括被布置为反射由所述光源生成的光的至少部分的反射区。这些实施例的优点在于可以利用透射的或反射的多个区来设计载体，从而例如实现期望的光分布。
根据一个实施例，所述陶瓷材料可以是多晶氧化铝(PCA)，其优点在于，它是具有良好热导率(在约20W/mK的范围中)的半透明陶瓷材料。
根据一个实施例，所述陶瓷材料可以具有至少约5W/mK的热导率。
根据一个实施例，所述外壳可以包括至少两个外壳部件，所述至少两个外壳部件当被结合在一起时形成照明设备的外壳或密封壳。本实施例的优点在于其提供使照明设备(诸如灯或聚光灯)的组装便利的便利的设计。使用两个外壳部件，光源和载体可以在两个外壳部件分离时便利地被安装在一起，然后通过将两个外壳部件结合而使光源和载体被包围在外壳中。将理解，可以采用多于两个外壳部件，并且本实施例不限于包括仅由两个外壳部件组成的外壳的照明设备。
根据一个实施例，所述外壳可以具有灯泡(或电灯泡)的形状。具体地，如以上实施例中所定义的外壳的外壳部件可以是两个半个灯泡。
根据一个实施例，外壳部件和所述载体的至少部分(或载体的第一部件或第一载体)可以形成单个集成部件，其优点在于减少了组件的数目，从而更进一步使照明设备的组装便利。本实施例的优点还在于，外壳部件和载体的部分(例如半个灯泡和载体的一半)可以作为单个部件从单个模具来制造。用于形成外壳和载体的对应的外壳部件和载体的部分也可以从单个模具(优选地相同的模具)制造。
根据另一实施例，所述载体可以被布置在两个外壳部件之间的结合部。在本实施例中，载体和外壳部件是单独的部件。
根据一个实施例，所述外壳部件可以有利地被配置为彼此适配，从而使照明设备的组装便利。
根据一个实施例，所述载体可以沿从照明设备的底部向其顶部延伸的轴而布置。可替代地，载体可以沿与从照明设备的底部向其顶部延伸的轴相交的方向布置。在这些实施例中，载体将由外壳限定的空间划分为至少两个隔室。然后多个光源可以被有利地使用并且被分布在载体的每侧，从而提供均匀的照明。
根据一个实施例，所述光源可以是至少一个发光二极管(LED)或至少一个LED封装。光源例如可以包括RGBLED(红绿蓝发光二极管)，或被布置为提供白光的多个二极管(诸如RGB组合、或蓝和黄的组合、或蓝、黄和红的组合等)。可选地，照明设备可以被布置为提供有色光。
光源还可以包括能够取决于驱动条件而提供不同的预定波长的光的多个光源(诸如多个LED)。因此，在特定实施例中，照明设备可以进一步包括控制器(附接到照明设备或在照明设备外部)，其被布置为响应于传感器信号或用户输入设备信号而控制照明设备的颜色。
以下将参考作为光源的优选实施例的LED来进一步描述本发明。因此，在以下，除非相反指示或从上下文中清楚，术语“LED”还可以一般地指光源(或多个光源)，但优选地指LED。进一步地，术语“LED”特别地指固态发光(固态LED)。
根据一个实施例，光源可以发射可见范围中的光，但在另一实施例中也可以可替代地或另外在UV范围中发射。如上所述，光源可以包括LED。在进一步的实施例中，光源是被布置为生成蓝光的LED。蓝色发光源可以自身被使用，或可以与发光材料(例如布置在外壳或外壳部件中的至少一个处)组合使用从而提供白光，或可以与在其他波长发光的一个或多个其他LED组合使用。也可以应用这样的实施例的组合。
在本申请中，术语“至少”可以在实施例中也指示“全部”或“完全”。
应当注意，本发明涉及权利要求书中所陈述的特征的全部可能的组合。
附图说明
将参考附图更详细地描述本发明的该方面和其他方面，附图示出了本发明的多个示例实施例。
图1为根据本发明的示例实施例的照明设备的分解图；
图2为根据本发明的另一示例实施例的照明设备的示意图；
图3为根据本发明的另一示例实施例的照明设备的示意图；以及
图4a-图4c以示意方式图示了根据本发明的示例实施例的照明设备的组装的处理流程。
具体实施方式
参考图1，描述了本发明的第一实施例。
图1示出了根据本发明的实施例的照明设备100的分解图。照明设备包括被布置为生成光的光源110。在本例子中，光源110对应于多个LED封装111、112、113和114。虽然图1示出了多个LED封装以形成光源110，但也可以使用单个LED或LED封装。
照明设备100包括由图1中的两个载体部件121和122(或第一载体121和第二载体122)表示的载体120(见图4c)。载体120被布置为支撑光源110或LED封装111-114。以下，当两个载体部件121和122实际上被结合在一起时(诸如图4c中那样)，两个载体部件也可以被称作单个载体120。
照明设备100还包括用于包围光源110和载体120的外壳130。在图1中，外壳130由两个外壳部件131和132表示，当两个外壳部件131和132被结合在一起时形成外壳或密封壳130，诸如图4c中所示。虽然外壳可以由两个外壳部件组成，但本发明不限于这样的设计，并且也可以设想由单个部件或多于两个部件组成的外壳。
光源111-114(或光源110)被布置为与载体120(或图1中的载体部件121和122)热接触，并且载体120被布置为与外壳130(或分别为图1中的外壳部件131和132)热接触。
一般地，载体120可以被插入到外壳130中，载体可以具有任何形状。在图1中，外壳130具有标准灯泡形状并且然后载体120可以优选地具有盘或盘的部分的形状。
进一步地，载体120和外壳130之间的接触表面可以有利地不是确切的而是沿外壳130的内部的部分延伸。接触表面可以例如沿外壳的圆周(或圆周的部分)延伸从而提供有效的热传递。
使用这样的设计，当照明设备通电时，热量可以由光源111-114生成并且经由载体120和外壳130耗散出照明设备100。外壳和载体两者都包括陶瓷材料以改进从照明设备向外的热传递。
术语“陶瓷”在本领域中已知并且可以特别地指通过加热动作和后继的冷却来制备的无机、非金属固体。陶瓷材料可以具有晶体或部分晶体结构，或可以是非晶体的(即玻璃)。最常见的陶瓷是晶体的。术语陶瓷特别地涉及烧结在一起并且形成片(与粉末对比)的材料。这里所使用的陶瓷优选地是多晶陶瓷。
陶瓷材料例如可以基于从以下组中选择的一种或多种材料，所述组包括Al2O3、AlN、SiO2、Y3Al5O12(YAG)、Y3Al5O12类似物、Y2O3和TiO2、和ZrO2。术语Y3Al5O12类似物指具有与YAG基本上相同的晶格结构的石榴石系统，但其中Y和/或Al和/或O、特别是Y和/或Al至少部分分别由诸如Sc、La、Lu和G中的一个或多个的另一离子替换。
根据一个实施例，陶瓷材料可以是Al2O3，其为半透明材料。当Al2O3被在约1300℃-1700℃的范围中(诸如约1300℃-1500℃、如1300℃-1450℃的范围中)的温度烧结时，其也可以被制成高度反射的。该材料在本领域中也被称作“褐色”PCA(多晶氧化铝)。
术语“基于”指示制作陶瓷材料的起始材料基本上由一个或多个这里所指示的材料(例如Al2O3或Y3Al5O12(YAG))组成。然而这不排除小量(剩余)粘接剂材料或掺杂剂(诸如对于Al2O3的Ti、或在一个实施例中对于YAG的Ce)的存在。
陶瓷材料可以具有相对良好的热导率。优选地，热导率至少在约5W/mK，诸如至少约15W/mK、更优选地至少约100W/mK。YAG具有约6W/mK的范围中的热导率，多晶氧化铝(PCA)在约20W/mK的范围中，并且AlN(氮化铝)在约150W/mK或更大的范围中。
外壳130可以特别地被布置为接收来自光源111-114的全部光。进一步地，外壳130可以特别地被布置为允许光源111-114的光离开。
当使用多个光源并且光源发射不同波长的光时，外壳130从而也可以被指示为混合腔。当使用布置于远离光源(例如布置在外壳或外壳的部分处)的发光材料(发光材料从光源吸收光的部分以提供发光材料光)时，混合也可以是相关的。
有利地，外壳130可以包括被布置为透射由光源111-114生成的光的至少部分的透射区。具体地，外壳130可以由具有光透射属性的材料制成，从而实现通过外壳的高效的光透射。
根据一个实施例，载体120也可以包括透射区，其优点在于，来自外壳的隔室的、沿到载体的方向的光可以透射过载体，然后经由外壳130透射出照明设备。可替代地，或另外，载体120可以包括被布置为反射由光源生成的光的至少部分的反射区，其优点在于在外壳的隔室中发射并且指向载体的光可以被载体反射并且经由外壳的相同的隔室透射出照明设备。将理解，可以利用多个透射或反射的区来设计载体，从而例如实现期望的光分布。
有利地，陶瓷材料可以是多晶氧化铝(PCA)，其优点在于，它是具有良好热导率(约20W/mK)的半透明陶瓷材料。
根据一个实施例，陶瓷材料可以具有至少约150W/mK的热导率，从而提供有效的热传递。
参考图1，外壳130可以是灯泡形的，并且外壳部件131和132可以是灯泡的两半，从而提供具有标准灯形状的照明设备。
由于载体120将照明设备100划分为两个隔室，所以照明设备的光源111-114可以有利地被分布在载体120的每侧(或图1中的第一载体121和第二载体122)以改进从照明设备100发射的光的均匀性。
再次参考图1，照明设备100也可以包括插座180，其用于保持外壳部件131和132并且用于经由连接板183向LED封装111-114提供电力。
根据一个实施例，例如参考图1和图4a，外壳部件131和载体的部件121可以形成单个集成部件。这样的实施例的优点在于其进一步减少用于组装照明设备的组件的数目，从而更进一步地使其组装便利。
参考图2，描述了本发明的另一实施例。
图2为照明设备200的示意图，照明设备200包括被布置为生成光的光源210(可以是LED)、被布置为支撑光源210的载体220、以及包围光源210和载体220的外壳230。载体220被布置为与光源210以及与外壳230热接触。载体和外壳由陶瓷材料制成，从而由光源210生成的热量可以通过经由载体220并且通过外壳230的热传递被耗散出照明设备200。
仍然参考图2，根据另一实施例，外壳可以包括两个外壳部件231和232，当两个外壳部件231和232被结合在一起时形成外壳或密封壳230。然后载体220可以被布置在两个外壳部件231和232之间的结合部250，从而提供载体220和外壳部件231和232之间的在结合部250的机械和热接口。
参考以上参考图1和图2描述的、其中外壳包括多于一个部件的任何实施例，照明设备100和200的外壳130或230的外壳部件分别可以被配置为彼此适配。
参考图3，描述了本发明的另一实施例。
图3为照明设备300的示意顶视图，照明设备300包括被布置为生成光的光源311和312(例如两个LED)。两个LED311和312分别被安装在被布置为支撑LED311和312的两个载体321和322(或载体的两个部件)上。在本实施例中，单个LED封装被安装在载体上或附接到载体。可替代地，多个LED封装可以被安装在第一载体上。
如图3中所图示，当两个外壳部件被结合在一起时，附接到外壳的第一外壳部件331的第一载体321可以在由外壳的第二外壳部件332限定的空间中延伸。类似地，当两个外壳部件被结合在一起时，附接到外壳的第二外壳部件332的第二载体322可以在由外壳的第一外壳部件331限定的空间中延伸。换言之，第一载体321和第二载体322可以不被精确地布置在彼此的前面，而是稍微偏移。
在本实施例中，如同对于参考图1和图2描述的实施例那样，载体321和322沿从照明设备的底部向其顶部延伸的轴170(见图1)而布置。可替代地，载体可以沿与从照明设备的底部向其顶部延伸的轴170相交的方向布置。在任一情况下，载体限定照明设备的外壳内的隔室。
参考图4a-图4c，公开了用于组装根据本发明的实施例的照明设备的处理流程4000。
图4a-图4c示意地图示了照明设备的组装，照明设备包括具有在其上安装第一光源111的第一载体121的第一半个灯泡131、以及在其上安装第二光源112的第二载体122的第二半个灯泡132。
图4a示出了包括第一载体121的第一外壳部件或半个灯泡131。第一半个灯泡131和第一载体121可以是单个集成的部件，例如由单个模具制成。可替代地，第一载体121和第一半个灯泡是两个单独的部件，并且第一载体121可以粘结到第一半个灯泡131的内部。有利地，粘接剂具有良好的热导率性质，从而热量可以有效地从第一载体121传递到第一半个灯泡131。
在第一步骤4100中，光源111被安装为与第一载体121热接触。光源111例如可以通过夹具附接到载体。
然后可以对第二载体122应用类似的步骤，第二光源112被安装为与第二载体122热接触。
在第二步骤4200中，通过将两个外壳部件131和132结合而包围第一光源111、第一载体121、第二光源112和第二载体122，诸如图4b中所图示的那样。
可替代地，载体可以被插入在两个外壳部件之间的结合部并且通过机械压力被固定在两个外壳部件之间，从而在载体和外壳部件之间提供良好的热接触以进行热量耗散。
作为结果，形成诸如图4c中所示的外壳130。然后外壳130(或外壳130的底部)可以被插入插座180中用于保持两个外壳部件131和132。插座180还可以被配置为向照明设备提供电力，从而可以向光源111和112传输电力。
对此，光源可以有利地为高压(HV)LED，其优点在于，形成照明设备所需的组件的数目被进一步减少，这是因为HVLED不需要任何驱动器。
更进一步有利地，相移HVLED可以被使用并且被分布在载体130(或载体131和132)上以避免任何频闪效应。
本发明可以对诸如聚光灯或标准灯之类的任何种类的灯有用。本发明可以应用于在家庭、医院、户外、办公室、工业和零售店中使用的照明设备。
虽然已经参考本发明的具体示例实施例来描述了本发明，但对于本领域技术人员来说，许多不同的变更、修改等将是明显的。因此所描述的实施例不意图限制如所附权利要求书所定义的本发明的范围。
例如，虽然上述实施例涉及具有标准灯泡形状的照明设备，但可以设想任何其他合适的形状。
进一步地，虽然上述实施例中的一些包括第一和第二载体，但将理解，照明设备可以仅包括与外壳或外壳部件的至少一个热接触的一个载体。进一步地，照明设备还可以包括多于两个载体或载体部件。
还将理解，将根据期望的应用选择LED或光源的数目及其相应的波长。

Claims (12)

1.一种照明设备(100)，该照明设备包括：
被布置为生成光的光源(110)，
被布置为支撑所述光源的载体(120)，所述光源与所述载体热接触，以及
包围所述光源和所述载体的外壳(130)，
其中所述外壳和所述载体包括陶瓷材料，并且所述载体被布置成沿着接触表面与所述外壳直接热接触，从而使得所述外壳的整个表面被用于将热散出所述照明设备，
其中所述载体沿从所述照明设备的底部到其顶部延伸的轴而布置，并且所述载体和所述外壳之间的所述接触表面沿所述外壳的圆周延伸。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述外壳包括被布置为透射由所述光源生成的光的至少部分的透射区。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其中所述载体包括被布置为透射由所述光源生成的光的至少部分的透射区和/或被布置为反射由所述光源生成的光的至少部分的反射区。
4.根据权利要求1或2所述的照明设备，其中所述陶瓷材料是半透明多晶氧化铝。
5.根据权利要求1或2所述的照明设备，其中所述陶瓷材料具有至少5W/mK的热导率。
6.根据权利要求1或2所述的照明设备，其中所述外壳是灯泡形的。
7.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述外壳包括至少两个外壳部件(131，132)，所述至少两个外壳部件(131，132)当被结合在一起时形成所述外壳。
8.根据权利要求7所述的照明设备，其中所述外壳部件是两个半个灯泡。
9.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中外壳部件(131，132)和所述载体的至少部分形成单个集成部件。
10.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中所述载体被布置在两个外壳部件之间的结合部(250)。
11.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中所述外壳部件被配置为彼此适配。
12.根据权利要求7或8所述的照明设备，其中所述光源包括至少一个发光二极管(LED)或至少一个LED封装。
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