CN103261786B - 照明装置和组装该照明装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明装置(10)和组装该照明装置的方法。该照明装置包括：具有多个LED阵列的光源(101)，其中多个LED阵列中的至少两个LED阵列根据相应LED阵列的结温度而具有不同流明下降；以及散热单元(102)，被配置用于能够耗散光源生成的热，其中散热单元以这样的方式装配于光源的第一表面上，该方式是在光源未在操作中时有在第一表面与散热单元之间的间隙并且间隙在光源达到预设温度时变窄或者可以视为消失、从而提高散热单元的散热效率。

Description

照明装置和组装该照明装置的方法

技术领域

本发明涉及照明领域、具体地涉及一种具有短暂热稳定时间的照明装置和组装该照明装置的方法。

背景技术

磷光体涂覆的蓝色LED阵列、例如基于GaN的LED阵列与红色LED阵列、例如AlInGaPLED阵列一起在高效LED灯中广泛用来在例如从2500K到3000K的低CCT范围中生成暖白光以获得高发光效率以及良好CCT和CTI的益处。

蓝色LED阵列和红色LED阵列根据蓝色LED阵列和红色LED阵列的结温度而具有不同流明下降(degradation)、即红色LED阵列根据结温度而具有比蓝色LED阵列快得多的流明下降。因此，将控制蓝色LED阵列和红色LED阵列在激活LED灯之后的结温度达到称为热稳定温度的特定温度、例如80℃以保证LED灯生成所需暖白光。

LED灯在被激活之后生成的光起初更泛红、然后随着蓝色LED阵列和红色LED阵列的结温度增加而逐渐偏移到所需暖白色。一般而言，在被激活之后，LED灯将需要20分钟或者甚至更多时间来实现热稳定温度，并且用户可能察觉例如从泛红到所需暖白的色偏移并且在这一长久热稳定时间期间感觉不适。

发明内容

鉴于上述问题，实现一种具有比现有照明装置更短的热稳定时间的照明装置将是有利的，并且将希望实现一种组装该照明装置的方法。

为了更好地解决上述问题，根据本发明的一个实施例，提供一种照明装置，该照明装置包括：

-包括多个LED阵列的光源，其中多个LED阵列中的至少两个LED阵列根据相应LED阵列的结温度而具有不同的流明下降；

-散热单元，被配置用于能够耗散光源生成的热；

其中散热单元以这样的方式装配于光源的第一表面上，该方式是在光源未处于操作中时有在第一表面与散热单元之间的间隙并且间隙在光源达到预设温度时变窄或者可以视为消失、从而提高散热单元的散热效率。

有利地，该照明装置还包括：

-热变形材料，被配置用于变形以便使间隙在第一表面达到预设温度时变窄或者视为消失。

由于在光源的第一表面与散热单元之间设置间隙，所以在光源开始发光时用于光源的散热单元的散热效率差，并且作为结果，光源的温度迅速增加。在光源的温度达到例如比光源的热稳定温度略微更低的预设值时，间隙例如借助热变形材料而变窄或者可以视为消失以保证散热单元具有与光源的良好热交互以便更有效地耗散光源生成的热。利用这一配置，在激活光源之后，光源的温度迅速增加至预设温度、然后被散热单元控制到热稳定温度；因此显著缩短光源的热稳定时间，例如到约3分钟，并且用户很难可以察觉在这一短暂热稳定时间期间的色偏移。

有利地，该照明装置还包括：

-上盖，装配于与光源的第一表面相反的第二表面上并且被配置用于至少部分地包围多个LED阵列；

其中热变形材料布置于上盖与第二表面之间并且被配置用于膨胀以朝着散热单元按压光源以使间隙在第一表面达到预设温度时变窄或者视为消失。

有利地，热变形材料布置于第一表面与散热单元之间以在光源未处于操作中时在它们之间形成间隙并且被配置用于变形以便使间隙在第一表面达到预设温度时变窄或者视为消失。

根据本发明的另一实施例，提供一种组装照明装置的方法，其中该照明装置包括光源和散热器，其中光源包括多个LED阵列，并且多个LED阵列中的至少两个LED阵列根据结温度而具有不同的流明下降，该方法包括：

-以这样的方式在光源的第一表面上装配散热单元，该方式是在光源未处于操作中时有在第一表面与散热单元之间的间隙并且间隙在第一表面达到预设温度时变窄或者能够视为消失从而使散热单元的散热效率提高。

附图说明

现在参照附图进一步具体并且通过例子说明本发明，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的示例照明装置10的截面图；

图2a是在图1的照明装置10中使用的示例双金属103的俯视图；

图2b是在图1的照明装置10中使用的另一示例双金属103的俯视图；

图3是图1的示例照明装置10在操作中的截面图；

图4是根据本发明的另一实施例的示例照明装置40的截面图；

图5a是在图4的照明装置40中使用的示例热变形材料403的示意图；

图5b是在图4的照明装置40中使用的另一示例热变形材料403的示意图；

图6是图4的示例照明装置40在操作中的截面图；

图7是根据本发明的又一实施例的示例照明装置70的截面图；

图8是图7的示例照明装置70在操作中的截面图。

贯穿上述附图，将理解相似标号指代相似、类似或者对应特征或者功能。

具体实施方式

现在将参照本发明的实施例，在图中图示这些实施例的一个或者多个例子。通过说明本发明来提供实施例而并非意味着限制本发明。例如作为一个实施例的部分而图示或者描述的特征可以与另一实施例一起用来产生又一实施例。本发明旨在于涵盖落入本发明的范围和精神实质内的这些以及其它修改和变化。

本发明的照明装置包括具有多个LED阵列的光源，其中多个LED阵列中的至少两个LED阵列具有根据相应LED阵列的结温度而不同的流明下降。例如本发明的光源可以包括磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列或者包括红色LED阵列、绿色LED阵列和蓝色LED阵列。

本发明的照明装置还包括被配置用于能够耗散光源生成的热的散热单元，其中散热单元以这样的方式装配于光源的第一表面上，该方式是在光源未在操作中时有在第一表面与散热单元之间的间隙并且间隙在光源达到预设温度时变窄或者可以视为消失从而使散热单元的散热效率提高。

有利地，本发明的照明装置还可以包括被配置用于变形以便使间隙在光源达到预设温度时变窄或者视为消失的热变形材料。

下文仅出于示例目的，将通过将磷光体涂覆的蓝色LED阵列与红色LED阵列一起用作光源的示例来具体描述本发明的照明装置的实现方式/配置。将理解本领域技术人员然后可以通过将红色LED阵列与绿色LED阵列和蓝色LED阵列一起用作光源的例子来完全理解照明装置的实现方式/操作。

图1是根据本发明的一个实施例的示例照明装置10的截面图。图1的照明装置10包括光源101、散热单元102、热变形材料103和上盖104。

光源101包括磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列。磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列可以被封装到载体衬底、例如带有一个硅树脂透镜封装在所述两个LED阵列上以构成光源101的陶瓷衬底。备选地，磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列可以被封装到载体衬底上而硅树脂透镜封装在每个个别LED阵列上以构成光源101。

蓝色LED阵列可以例如包括一个或者多个基于GaN的LED、比如GaN LED、GaAlNLED、InGaN LED或者InAlGaN LED或者适合于生成蓝光的任何其它LED。红色LED阵列可以包括一个或者多个AlInGaP LED或者适合于生成红光的任何其它LED。在蓝色LED阵列上涂覆的磷光体可以例如是钇铝石榴石(YAG)或者铽铝石榴石(TAG)。

由于红色LED阵列根据结温度具有比蓝色LED阵列快得多的流明下降，所以例如散热单元102将控制红色LED阵列和蓝色LED阵列的结温度、即光源101的温度达到光源101的称为热稳定温度的特定温度以保证光源101生成所需暖白光。

散热单元102例如借助未完全旋拧的螺丝或者弹簧来装配于光源101的第一表面1011上，从而在光源101未在操作中时在光源101的第一表面1011与散热单元102之间形成间隙。散热单元102可以包括散热器，该散热器备选地具有冷却扇或者耗散光源101生成的热的任何其它方式以便控制光源101的温度达到热稳定温度。

有利地，照明装置10还可以包括PCB板(在图1中未示出)。磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列装配于PCB的第一表面上以通过PCB板电耦合到电源。散热单元102在这一情况下装配于与PCB板的第一表面相反的第二表面上。

上盖104装配于与光源101的第一表面1011相反的第二表面1012、即发光表面上以至少部分包围磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列。上盖104可以采用任何配置、但是一般包括用于分布光源101生成的光的光学部件。光学部件可以是用于收集光源101生成的光的光收集部件、例如LED透镜，但是其它光学部件、如例如光扩散部件也是可能的。

在上盖104与光源101的第二表面1012之间布置的热变形材料103可以例如是双金属(bimetal)、形状记忆合金或者硅橡胶间隔物。

由于热变形材料103在光源101处于操作中并且达到预设温度时变形，所以上盖104可移动地装配于光源101的第二表面1012上以便容许热变形材料103的变形。

下文仅出于示例目的，将通过使用所述双金属作为热变形材料103的示例来描述图1的照明装置10的配置/实现方式。

图2a是在图1的照明装置10中使用的示例双金属103的俯视图。双金属103的低膨胀层可以例如是Ni-Fe合金，并且双金属103的高膨胀层可以例如是Ni-Mn-Cu合金或者Fe-Ni-Cr合金。

将注意双金属103不限于如图2a中所示环形状并且允许光源101生成的光通过的任何其它形状也是可能的，例如双金属103可以如图2b中所示包括分别在光源101的第一表面1011与散热单元102之间的不同位置放置的多个双金属段。

在光源101未在操作中时，如图1中所示在光源101的第一表面与散热单元102之间形成间隙。在激活光源101之后，光源101的温度开始增加，并且双金属103逐渐变形、即在高膨胀层的方向上弯曲。由于间隙在光源101开始发光时将散热单元102保持于从光源101起一距离，所以用于光源101的散热单元102的散热效率差，因此光源101的温度迅速增加。在光源101的温度达到预设温度时，双金属103变形、由此向散热单元102上按压光源101，从而在光源101的第一表面1011与散热单元102之间的间隙变窄或者可以视为消失，如图3中所示，其结果是散热单元102具有与光源101的良好热交互并且相应地提高散热单元102的散热效率以便更有效地耗散光源101生成的热以控制光源101达到热稳定温度。

可以设置预设温度低于光源101的热稳定温度以便保证间隙在光源101达到热稳定温度之前变窄或者可以视为消失。设置预设温度越接近光源101的热稳定温度，光源101需要的热稳定时间就越短。例如，如果光源101的热稳定温度是80℃，则优选地在范围[60℃，70℃]中设置预设温度。

可以根据双金属103在预设温度的变形来设置在光源101的第一表面1011与散热单元102之间的间隙。优选地，可以设置间隙的尺寸基本上等于双金属103在预设温度的变形尺寸。

为了有助于在光源101的第一表面1011与散热单元102之间的间隙变窄或者可以视为消失之后在光源101与散热单元102之间的热传递，照明装置10可以有利地还包括在光源101的第一表面1011与散热单元102之间布置的热界面材料。热界面材料可以例如是热垫、热油脂或者热膏。

利用图1的照明装置10的配置，光源101的温度在已经激活光源101之后迅速增加至预设温度、然后被散热单元102控制到热稳定温度。因此，显著缩短光源101的热稳定时间至例如约3分钟，并且用户很难可以察觉在这一短暂热稳定时间期间的色偏移。

图4是根据本发明的另一实施例的示例照明装置40的截面图。图4的照明装置40包括光源401、散热单元402、热变形材料403和上盖404。光源401、散热单元402和上盖404的配置可以与图1的对应模块的配置相同并且这里为了简化而将不加以描述。

如图4中所示，散热单元402装配于光源401的第一表面4011上，并且热变形材料403布置于光源401的第一表面4011与散热单元402之间以在光源401未在操作中时在它们之间形成间隙。热变形材料403可以例如是形状记忆合金或者双金属。

在环境温度对热变形材料403成形，从而在光源401未在操作中时在光源401的第一表面4011与散热单元402之间形成间隙。在光源401在操作中并且达到预设温度时，热变形材料403恢复它的变形前形状、例如基本上平面形状，从而在光源401的第一表面4011与散热单元402之间的间隙变窄或者可以视为消失。

为了进一步减少在光源401开始发光时在光源401与散热单元402之间的热交互，优选地可以对热变形材料403成形，使得它具有与散热单元402的更小接触面积、例如点接触或者线接触。例如可以如图5a中所示对热变形材料403成形为弓形。备选地，可以如图5b中所示对热变形材料403成形为波浪形。

下文仅出于示例目的，将通过使用形状记忆合金作为热变形材料403的示例来描述图4的照明装置40的配置/实现方式。

形状记忆合金403可以是本征双向形状记忆合金，该本征双向形状记忆合金可以记住它的低温形状、例如在环境温度的形状和它的高温形状、例如在预设温度的形状二者。备选地，形状记忆合金403可以是非本征单向形状记忆合金。照明装置40在这一情况下还可以包括用于在非本征单向形状记忆合金冷却至环境温度时再次对非本征单向形状记忆合金成形的外力生成单元。

在光源401未在操作中时，如图4中所示在光源401的第一表面4011与散热单元402之间形成间隙。在光源401已经变成操作时，光源401的温度开始增加。由于间隙在光源401开始发光时将散热单元402保持于从光源401起的一距离，所以用于光源401的散热单元402的散热效率差、由此使光源401的温度迅速增加。在光源401的温度达到预设温度时，形状记忆合金403如图6中所示恢复它的变形前形状、例如基本上平面形状，从而在光源401的第一表面4011与散热单元402之间的间隙变窄或者可以视为消失、由此允许散热单元402与光源401的良好热交互以便更有效地耗散光源401生成的热并且控制光源401达到热稳定温度。

可以设置预设温度低于光源401的热稳定温度以便保证间隙在光源401达到热稳定温度之前变窄或者可以视为消失。设置预设温度越接近光源401的热稳定温度，光源401需要的热稳定时间就越短。选择形状记忆合金403，从而它的转变温度低于或者基本上等于预设温度。

为了有助于在光源401的第一表面4011与散热单元402之间的间隙变窄或者可以视为消失之后在光源401与散热单元402之间的热传递，照明装置40有利地还可以包括在光源401的第一表面4011与散热单元402之间布置的热界面材料。热界面材料的配置/材料可以与图1的配置/材料相同并且这里为了简化而将不加以描述。

有利地，照明装置40还可以包括在第二表面4012、即与光源401的第一表面4011相反的发光表面上装配的用于至少部分包围磷光体覆盖的蓝色LED阵列和红色LED阵列的上盖404。上盖404的配置可以与图1的上盖104的配置相同并且这里为了简化而将不加以描述。

图7是根据本发明的又一实施例的示例照明装置70的截面图。图7的照明装置70包括光源701、散热单元702、热变形材料703和上盖704。光源701、散热单元702和上盖704的配置可以与图1或者图4的对应模块的配置相同并且这里为了简化而将不加以描述。

如图7中所示，散热单元702装配于光源701的第一表面7011上，并且热变形材料703布置于光源701的第一表面7011与散热单元702之间以在光源701未在操作中时在它们之间形成间隙。热变形材料703在这一实施例中可以是热收缩材料，该热收缩材料在环境温度具有大尺寸以在光源701的第一表面7011与散热单元702之间形成间隙并且在光源701处于操作中并且达到预设温度时收缩。

在光源701未在操作中时，如图7中所示在光源701的第一表面7011与散热单元702之间形成间隙。在已经激活光源701之后，光源701的温度开始增加。由于间隙在光源701开始发光时将散热单元702保持于从光源701起的一距离，所以用于光源701的散热单元702的散热效率差、由此使光源701的温度迅速增加。在光源701的温度达到预设温度时，热变形材料如图8中所示收缩，从而在光源701的第一表面7011与散热单元702之间的间隙变窄或者可以视为消失、由此允许在散热单元702与光源701之间的良好热交互以便更有效地耗散光源701生成的热并且控制光源701达到热稳定温度。

可以设置预设温度低于光源701的热稳定温度以便保证间隙在光源701达到热稳定温度之前变窄或者可以视为消失。设置预设温度越接近光源701的热稳定温度，光源701需要的热稳定时间就越短。

为了有助于在光源701的第一表面7011与散热单元702之间的间隙变窄或者可以视为消失之后在光源701与散热单元702之间的热传递，照明装置70有利地还可以包括在光源701的第一表面7011与散热单元702之间布置的热界面材料。热界面材料的配置/材料可以与图1或者图4的配置/材料相同并且这里为了简化而将不加以描述。

有利地，照明装置70还可以包括在第二表面7012、即与光源701的第一表面7011相反的发光表面上装配的用于至少部分包围磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列的上盖704。上盖704的配置可以与图1的上盖104或者图4的上盖404相同并且这里为了简化而将不加以描述。

本发明还提供给一种组装照明装置的方法。该照明装置包括光源和散热器，其中光源包括多个LED阵列，并且多个LED阵列中的至少两个LED阵列根据结温度而具有不同流明下降。

该方法包括以下步骤：以如下方式在光源的第一表面上装配散热单元，该方式是在光源未在操作中时有在第一表面与散热单元之间的间隙并且间隙在光源达到预设温度时变窄或者可以视为消失、从而提高散热单元的散热效率。

有利地，该方法还可以包括以下步骤：在与光源的第一表面相反的第二表面上装配上盖；并且在上盖与第二表面之间放置热变形材料，其中热变形材料被配置用于膨胀、由此朝着散热单元按压光源以便使间隙在光源达到预设温度时变窄或者视为消失。

有利地，该方法还可以包括以下步骤：在第一表面与散热单元之间放置热变形材料以在光源未在操作中时在它们之间形成间隙，其中热变形材料被配置用于变形以便使间隙在光源达到预设温度时变窄或者视为消失。

有利地，该方法还可以包括以下步骤：在第一表面与散热单元之间放置热界面材料以有助于在光源与散热单元之间的热传递。

应当注意，给出上文描述的实施例用于描述而不是限制本发明，并且将理解可以如本领域技术人员容易理解的那样求助于修改和变化而未脱离本发明的精神实质和范围。认为这样的修改和变化在本发明和所附权利要求的范围内。所附权利要求限定本发明的保护范围。此外，不应解释权利要求中的任何标号为对权利要求的限制。使用动词“包括”及其变形未排除存在除了在权利要求中声明的单元或者步骤之外的单元或者步骤。在单元或者步骤之前的不定冠词“一个”未排除存在多个这样的单元或者步骤。

Claims (12)

1.一种照明装置，包括：

-包括PCB板和多个LED阵列的光源，所述多个LED阵列装配在所述PCB板上，其中所述多个LED阵列中的至少两个LED阵列根据相应LED阵列的结温度而具有不同的流明下降；

-单个散热单元，被配置用于能够耗散所述光源产生的热并且以如下方式被装配于所述光源的第一表面上，使得在所述光源未处于操作中时在所述第一表面与所述散热单元之间有间隙；以及

-热变形材料，安装在所述光源的光发射表面上，所述光发射表面是与所述光源的所述第一表面相反的第二表面；其中所述间隙在所述光源达到预设温度时变窄或者能够视为消失，从而提高所述散热单元的散热效率；

其中所述热变形材料的形状被配置为允许所述光源所产生的光通过。

2.根据权利要求1所述的照明装置，还包括：

-上盖，装配于所述第二表面上并且被配置用于至少部分地包围所述多个LED阵列；

其中所述热变形材料布置于所述上盖与所述第二表面之间，并且被配置成膨胀以朝着所述散热单元按压所述光源，以便使所述间隙在所述光源达到所述预设温度时变窄或者视为消失。

3.根据权利要求1所述的照明装置，还包括：

-热界面材料，布置于所述第一表面与所述散热单元之间并且被配置成有助于在所述光源与所述散热单元之间的热传递。

4.根据权利要求3所述的照明装置，其中所述热界面材料包括以下各项中的任一项：

-热垫；

-热油脂；

-热膏。

5.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述热变形材料包括以下各项中的任一项：

-双金属；

-形状记忆合金；

-硅橡胶间隔物。

6.根据权利要求2所述的照明装置，其中所述上盖包括被配置用于分布所述光源产生的光的光学部件。

7.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述多个LED阵列封装于载体衬底上。

8.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述预设温度低于所述光源的热稳定温度。

9.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述多个LED阵列包括磷光体涂覆的蓝色LED阵列和红色LED阵列。

10.一种组装照明装置的方法，其中所述照明装置包括光源和单个散热单元，其中所述光源包括PCB板和多个LED阵列，所述多个LED阵列装配在所述PCB板上，其中所述多个LED阵列中的至少两个LED阵列根据结温度而具有不同的流明下降，所述方法包括：

-以这样的方式在所述光源的第一表面上装配所述散热单元，所述方式是在所述光源未处于操作中时在所述第一表面与所述散热单元之间有间隙；

-将热变形材料安装在所述光源的光发射表面上，所述光发射表面是与所述光源的所述第一表面相对的第二表面；其中所述间隙在所述光源达到预设温度时变窄或者能够视为消失，从而提高所述散热单元的散热效率；其中所述热变形材料的形状被配置为允许所述光源所产生的光通过。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

-在所述第二表面上装配上盖；

-在所述上盖与所述第二表面之间放置所述热变形材料；

其中所述热变形材料被配置成膨胀以朝着所述散热单元按压所述光源，以便使所述间隙在所述光源达到所述预设温度时变窄或者视为消失。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

-在所述第一表面与所述散热单元之间放置热界面材料以有助于在所述光源与所述散热单元之间的热传递。