CN113508259B - 照明设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明设备（2、100），包括至少两个发光元件（8、10、12、14、16、18），其中发光元件（8、10、12、14、16、18）通过连接元件（20、22、26、28、108、112）彼此连接成模块（24、30），其中连接元件（20，22，26，28，108，112）具有至少一个区域，该至少一个区域与至少两个发光元件（8、10、12、14、16、18）间隔开，并且其中至少两个模块（24、30）彼此并联连接。该照明设备的特征在于，连接元件（20、22、26、28、108、112）的至少一个区域具有特定电阻，其中连接元件（20、22、26、28、108、112）的该至少一个区域的电阻被配置为补偿至少两个发光元件（8、10、12、14、16、18）的电气特征之间的差异。还描述了一种用于制造照明设备（2、100）的方法，特别是根据本发明的照明设备（2、100）。

Description

照明设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种包括至少两个发光元件的照明设备，其中发光元件通过连接元件彼此连接成模块，其中连接元件具有至少一个区域，该至少一个区域与至少两个发光元件间隔开，并且其中至少两个模块彼此并联连接。本发明还涉及一种用于制造照明设备的方法。

背景技术

发光二极管（LED）如今被制造用于广泛的应用，并且由于低功耗、多种可能的光色以及关于照明设备的设计并且特别是几何形状的高度灵活性，已经越来越多地取代传统的灯泡。各个LED可以被看作是精确光源，并且，为了实现具有更大尺寸和更高强度的光源，可以将几个LED组合在一起。然而，即使LED可以在精确控制的制造条件下以工业规模大量制造，但是，即使以相同的方式制造，各个LED之间的细微差异仍然会持续存在。

在LED制造中，通常测量各个LED的电子特性，以便之后集成成为成品照明设备。通用术语“装箱（binning）”通常用于将LED分类成组，各组中的LED具有相似的参数值，或者至少包括在预定容差范围内的参数。用于定义组的参数例如可以是正向电压、电气特征的阈值、发射光的颜色等。通过组合相同组的LED，可以实现更高的发光均匀水平。然而，各个LED之间的细微差异可能仍然可见。

通常，各个LED被布置在相应的印刷电路板上或中介层上，其被配置为耗散由LED产生的热量。众所周知，为了补偿各个LED之间的电压差（诸如不同的正向电压）或不同的LED温度，例如在这样的中介层上集成电阻器作为表面安装器件。然而，电阻器通过焦耳加热产生热量，并且由于电阻器安装在与LED相同的载体上，各个LED附近的温度升高。

在LED发光期间，不受控制的温度升高可能干扰发光，例如，出现颜色偏移和强度变化，使得电阻器可能导致各个LED之间的不均匀性。而且，电阻器产生的附加热量可能干扰中介层的散热功能。此外，电阻器被布置在LED附近，并因此吸收LED发射的部分光，从而损害整个照明设备的光学特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种照明设备和一种用于制造照明设备的方法，该照明设备具有改进的光学和电气特征，特别是具有更均匀的发光。

根据本发明的第一教导，该目的通过包括至少两个发光元件的照明设备来实现，其中发光元件通过连接元件彼此连接成模块，其中连接元件具有至少一个区域，该至少一个区域与至少两个发光元件间隔开，并且其中至少两个模块彼此并联连接。根据本发明的照明设备的特征在于，连接元件的至少一个区域具有特定电阻，其中连接元件的至少一个区域的电阻被配置为补偿至少两个发光元件的电气特征之间的差异。

作为第一个优点，根据本发明的照明设备允许通过与至少两个发光元件间隔开的连接元件的区域进行电压调节，作为发光元件电压调节的替代或补充。因此，电压调节固有的热量产生被移动远离连接的发光元件的直接附近，并且电压调节和由此导致的热量产生对发光的影响可以被最小化。特别地，可以优化可能由LED的直接附近中的温度升高引起的发光干扰。

作为本发明的第二个优点，集成在各个照明元件中的专用电阻不再是必需的。由此，可能提供具有更紧凑的设计的照明设备，特别是将各个LED布置得彼此更靠近。因此，可以制造每单位长度或每单位表面更高密度的发光元件或LED。这有助于提供具有增强的均匀外观的照明设备。

模块内的发光元件可以串联连接。串联连接的发光元件可以形成组，这些组并联连接，并且几个组形成模块。因此，当LED组在模块内并联连接时，也可以设想对单个模块内LED之间的正向电压或温度行为的差异的补偿。

可以选择连接元件的电气特征，以便补偿制造所固有的LED之间的差异和/或在工作时LED之间的差异，诸如例如温度升高。例如，制造所固有的差异可以通过装箱效应或正向电压的差异表现出来。电线长度上的电压降也可以是选择连接元件或连接元件的至少一个区域的电阻的标准的示例。当照明元件通过供应线供电时，情况尤其如此，其中供应线的尺寸使得不可忽略的电压降可能发生，该电压降影响所发射光的强度。

根据照明设备的第一示例性实施例，每个模块的至少两个发光元件彼此串联连接，并且连接元件的至少一个区域的电阻被配置为补偿第一模块的发光元件的电气特征和第二模块的发光元件的电气特征之间的差异。

通过这种方式，例如属于相邻模块的LED之间的正向电压差异可以通过适配相应模块内的连接元件的电阻来补偿。还可想到的是补偿几个模块之间和/或彼此远离放置或被另外的模块分开的模块之间的电气特征差异。

根据照明设备的另一示例性实施例，每个发光元件包括布置在散热元件上的至少一个发光二极管，并且连接元件连接模块的至少两个发光元件的相应散热元件。然后，连接元件的至少一个区域也与散热元件间隔开。

通过发光元件的LED通过它们相应的散热元件的间接连接，最终由连接元件的至少一个区域产生的热量然后位于远离LED和散热元件的位置。因此，可以在要被连接的各个LED的直接附近实现更稳定的温度，从而改善模块的整体发光。

例如，散热元件可以采取载体结构的形式，诸如印刷电路板或中介层。中介层可以包括阳极接触部、阴极接触部和耦合焊盘。耦合焊盘允许阳极接触部相对于阴极接触部的电气绝缘。每个具有发光二极管的模块的一个阳极接触部电连接到阳极轨道。每个具有发光二极管的模块的一个阴极接触部电连接到阴极轨道。耦合结构被结合到附接到第一模块的最后的发光二极管的中介层的耦合焊盘和附接到第二模块的第一个发光二极管的中介层的耦合焊盘。每个具有发光二极管的模块的一个阳极接触部可以通过阳极互连电连接到阳极轨道。每个具有发光二极管的模块的一个阴极接触部可以通过阴极互连电连接到阴极轨道。

本发明的框架中的散热元件的另一个示例可以是与具有较高热传导的部件的连接。照明设备的其他部件也可以理解为散热元件，特别是由适于散热的材料制成的或者具有适于散热的几何形状的部件。

根据照明设备的另一示例性实施例，选择连接元件的电阻以补偿第一发光元件的发光二极管的正向电压和第二发光元件的发光二极管的正向电压之间的差异。作为示例，第一发光元件可以属于第一模块，并且第二发光元件可以属于第二模块，其中第一模块和第二模块并联连接。

以这种方式，可以避免由连接的LED发射的光强度的差异，特别是当相应LED的正向电压已知时。可以预先测量每个LED的正向电压，并作为用于制造照明设备的部件特征给出。

例如，在具有几个照明元件的模块的情况下，连接元件的电阻可以被选择为对应于相应LED的正向电压的平均值。

根据照明设备的另一示例性实施例，选择连接元件的至少一个区域的电阻，以便影响具有至少一个发光二极管的模块的总电压，特别是影响模块的总电压-电流特征曲线的陡度。

特别地，具有至少两个LED和连接元件的模块的总电压-电流特征曲线可以被修改，以便降低在至少两个LED的工作电压范围内电压和电流之间关系的陡度。因此，在至少两个LED的工作范围内，针对从一个电压到另一个电压的变化可以获得较小的电流差异。这样，可以补偿并联连接的LED之间的正向电压差异，特别是模块内并联连接的LED和/或属于并联连接的相应模块的LED。

附加地或可替代地，通过适配至少一个连接元件的电阻，可以补偿相邻模块的LED在工作时对温度的行为差异。

10%或更小的正向电压差异可视为覆盖了最常遇到的情况。因此，当在大约10%的容差范围内影响模块的电压-电流曲线时，利用由公共电源供给的多个LED可以实现更均匀的发光。

根据照明设备的另一示例性实施例，连接元件的至少一个区域包括电线，并且连接元件的至少一个区域的电阻通过电线的长度、直径和/或材料来适配。

类似几何形状的变化是适配连接元件的电阻的简单且成本有效的方式。可替代地或附加地，可以选择具有期望特征的电阻的材料来制造连接元件或其至少一部分。这种材料的一个示例是康铜。此外，可替代地或附加地，连接元件可以包括至少一个引线电阻器，并且然后根据至少一个发光元件的特性来选择其特征电阻。

根据照明设备的另一示例性实施例，对于每个发光元件，至少一个发光二极管被布置在散热元件的第一侧上，并且连接元件的至少一个区域至少部分地被布置在散热元件的第二侧上，其中第二侧被布置成与第一侧相对。

该示例性布置的第一个优点是连接元件的区域和发光二极管之间的距离更大。可能由于特定电阻而发出焦耳热量的连接元件和连接元件的区域至少部分地与位于散热元件的相对面上的LED热隔离。换句话说，通过散热元件，可以在LED和连接元件之间实现特定的间隔或至少空间距离。

由于LED之间通过相应散热元件的连接是通过连接元件实现的，该连接元件不一定位于中介层之间，而是位于散热元件的背侧，该示例性实施例还提供了将LED定位成彼此更靠近的可能性。

第三个优点是改进的外观和较少的发射光吸收，因为连接元件至少部分地隐藏在散热元件后面。

可替代地，连接元件可以与LED布置在散热元件的相同侧。然后，可以通过使LED和连接元件在相应中介层的相同面上接触来制造照明设备，从而简化了整个制造过程。

根据照明设备的另一示例性实施例，发光元件被封装。这样，由连接元件发射的热量可以从发光元件被排斥，特别是当连接元件不包括或至少大部分不包括在各个发光元件的封装中时。这可以例如通过在散热元件的一个面上封装LED来实现，其中连接元件被布置在散热元件的另一个（相对的）面上。附加地，照明设备的其他元件也可以被封装。例如，连接元件可以与发光元件封装在一起。在一个实施例中，整个照明设备被封装。

通过至少封装发光元件，可以控制和增强热量扩散以及光透射和/或反射，特别是取决于封装的材料和几何形状。

发光元件可以用半透明材料封装，例如用硅树脂聚合物。半透明材料可以被布置成在照明设备的操作期间实现均匀光照。半透明材料可以例如包括散射颗粒或结构，以支持均匀的光分布。散射颗粒或结构可以被布置成在工作时遮蔽发光二极管在照明设备内的位置。

半透明材料可以例如由光导结构包括。光导结构可以被框架结构包围，使得由发光二极管发射的光经由框架结构的开口离开光导结构。框架结构可以被布置成反射和重新分布在光导结构内引导的光。框架结构尤其可以包括支持均匀光分布的漫反射表面。

根据照明设备的另一示例性实施例，每个模块被配置为连接到外部电源设备。这样，每个模块可以独立用于发光，或者作为一串模块的电气端部。当照明设备被配置为一串模块并在制造后被切割成一定长度时，这尤其令人感兴趣。然后，可以通过将第一和/或最后的模块与电源连接来供给模块串。

根据照明设备的另一示例性实施例，发光元件主要沿着照明设备的纵向方向布置。模块的纵向布置允许制造具有多个模块的长串，其例如可以在之后被切割成期望的长度，因此导致提高的制造效率和响应定制订单的灵活性。

可替代地，也可想到的是将模块布置成二维或三维矩阵。相应地，可以制造模块的表面或体积，从而扩大照明设备的可能应用领域。

在另一个实施例中，照明设备可以配备有至少一个耦合结构，用于将各个模块彼此连接。这样，可以适配照明设备的机械特性，诸如刚度。可替代地或附加地，至少一个耦合结构可以与照明设备的热量分布轨道连接，以便增强散热。通过将具有适配电阻的连接元件与耦合结构或散热结构的效果相结合，可以优化各个模块内部和之间的散热。

热量分布轨道例如可以是附接到照明设备的外表面或表面之一的金属箔或石墨箔。耦合结构可以包括具有高导热性的材料，以便实现有效的照明设备的整体冷却。

根据本发明的第二教导，上述目的也通过一种用于制造照明设备的方法来实现，特别是根据本发明的第一教导的照明设备。该方法包括：

提供至少两个具有相应电气特征的发光元件；

根据发光元件中的至少一个发光元件的至少一个电气特征，选择具有至少一个具有电阻的区域的至少一个连接元件；

通过连接元件串联连接至少两个发光元件，以形成模块；和

并联连接至少两个模块。

因此，连接元件的至少一个区域的电阻可以精确地适配于在制造照明设备期间当前要连接的发光元件的每个组合。以这种方式，可以以有针对性的方式补偿发光元件的各个电气特征之间的差异，并且可以实现制造质量的整体提高。

根据预先确定的要连接的各个发光元件的特征，可以自动执行对具有适配特征的连接元件的选择。通过这样做，不仅可以提高制造质量，还可以提高制造速度和可靠性。

并联连接模块允许确保通常通过单个电源供给的几个发光元件之间的提高的均匀性。

连接发光元件成为模块和模块彼此的连接可以同时或相继实现。

根据该方法的第一示例性实施例，每个发光元件包括发光二极管，并且选择连接元件的电阻以便补偿相应模块的发光二极管之间的装箱效应。由此，可以补偿LED之间的差异，特别是关于电气和/或光学特征的差异，使得不完全相似的LED可以用于制造照明设备。因此，可以提高制造的成本效益。

电气和/或光学特征的示例是电气值的特征阈值、正向电压、对温度的行为、何时起作用和/或类似特性的差异。

根据该方法的另一示例性实施例，选择连接元件的至少一个区域的电阻，以便补偿导线长度上的电压降。

这样，可以制造具有大尺寸和/或大量发光元件或模块的照明设备，并为客户保持可接受的发光。可替代地或附加地，可以提供专用部件来补偿在相当长的导线长度上的较大电压降。

根据该方法的另一示例性实施例，每个所提供的发光元件包括布置在散热元件的第一侧上的发光二极管，并且在连接至少两个发光元件时，连接元件的至少一个区域被布置在相应发光元件的散热元件的第二侧上，其中对于每个发光元件，第二侧被布置成与第一侧相对。

通过这样做，LED和连接元件可以在相应散热元件的各个面上同时接触，并因此可以提高制造的时间效率。

这种制造方法所固有的其他优点类似于照明设备的上述优点。

根据该方法的可替代示例性实施例，每个所提供的发光元件包括布置在散热元件的第一侧上的发光二极管，并且在连接至少两个发光元件时，连接元件的至少一个区域被布置在散热元件的第一侧上，与相应的发光元件一样。对于每个发光元件，与第一侧相对布置的第二侧可以被配置用于热量扩散和/或散热。

这样，可以仅使用照明设备的一个面来安装发光二极管和连接元件，从而简化制造过程。

上述实施例可以单独应用于照明设备和方法，并且可以进一步彼此组合。

附图说明

下面，将通过附图更详细地解释本发明。其中：

图1示出了根据本发明的照明设备的示意图；以及

图2以侧视图示意性示出了照明设备的第一实施例的纵向截面。

具体实施方式

在下文中，相同的附图标记用于表示照明设备的相似部分或具有相似功能的照明设备的部分。这并不排除所表示的各个部分的可能的不同配置。

图1示出了根据本发明的照明设备2的示意图。照明设备2配置有阳极轨道4、阴极轨道6和六个发光元件8、10、12、14、16、18，其中三个发光元件8、10、12通过两个连接元件20、22彼此串联连接成第一模块24，并且其中另外三个发光元件14、16、18通过两个连接元件26、28彼此串联连接成第二模块30。第一模块24和第二模块30通过阳极轨道4和阴极轨道6彼此并联连接。

每个发光元件8、10、12、14、16、18包括布置在被配置为散热元件的中介层34上的LED 32、36。LED 32、36被布置在相应中介层34的顶侧40上，并且连接元件20、22、24、26以及与阳极轨道4和阴极轨道6的接触部被布置在相应中介层34的后侧42上。

模块24、30的LED具有单独的特征正向电压，这些特征正向电压彼此相比存在差异。每个连接元件20、22、26、28形成为电线，并且与相同模块24、30的两个相邻发光元件8、10、12或14、16、18的相应中介层34连接。每个连接元件20、22、26、28具有带有电阻的区域，其被配置为补偿属于第一模块24的第一发光元件8的发光二极管32的正向电压和属于第二模块30的第二发光元件10的发光二极管36的正向电压之间的差异。在本实施例中，连接元件20、22、26和28的电阻的组合被配置为补偿模块24的发光二极管的正向电压之和与相邻模块30的发光二极管的相应正向电压之和之间的差异。

这里，具有适配电阻的连接元件20、22、26、28的区域基本上对应于整个相应连接元件20、22、26、28。然而，与连接元件的整个长度相比，根据本发明的连接元件的区域可以对应于连接元件的缩小部分。例如，在连接元件中提供包括具有特定电阻的电阻区域的引线电阻器。

第一模块24和第二模块30通过耦合结构38机械耦合。耦合结构38提供了具有附加刚度的照明设备2，从而使得照明设备2能够均匀弯曲。

在工作期间，模块24、30被提供有施加到阴极轨道6和阳极轨道4的电压。通过经由连接元件20、22、26、28的区域的特定电阻的配置降低LED 32、36中的至少一个的入口处的电压来补偿各个LED 32、36之间的正向电压差异，从而使发光均匀化。

图2以示意性侧视图示出了照明设备100的纵向截面。照明设备100包括两个模块24、30，每个模块具有三个发光元件8、10、12或14、16、18，分别具有LED 32和中介层34。类似于图1中的照明设备，模块24、30的发光元件8、10、12、14、16、18串联连接，其中模块24、30并联连接并且与阴极轨道6和阳极轨道4连接。

各个中介层106、110、114、118具有至少两个互连102、104，用于与照明设备100的其他部件接触。在第一模块24内，第一中介层106与阴极轨道6和第一连接元件108接触。在相同模块24内，第二中介层110与第一连接元件108和第二连接元件112接触，而第三中介层114与第二连接元件112和阳极轨道4接触。第二模块30具有类似的用于连接的装置。

类似于图1的照明设备，各个连接元件108、112是电线，每个电线具有针对布置在中介层106、110、114上的相应LED之间的正向电压差异适配的电阻。第一模块24的第三中介层114和第二模块30的第一中介层118通过耦合结构38机械耦合。

Claims (19)

1.一种照明设备，包括：

彼此并联连接的至少两个模块，所述至少两个模块中的每一个模块包括：

多个发光元件，至少包括第一发光元件和第二发光元件，每个发光元件包括散热元件和在散热元件上的发光二极管，以及

至少一个连接元件，将所述至少两个模块中的每一个模块的多个发光元件中的至少两个发光元件的散热元件彼此连接，所述至少一个连接元件具有与所述多个发光元件间隔开的至少一个区域，并且所述至少一个区域具有补偿所述第一发光元件的发光二极管的第一正向电压和所述第二发光元件的发光二极管的第二正向电压之间的差异的特定电阻。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中：

所述至少两个模块中的每一个模块的多个发光元件彼此串联连接，并且

所述至少一个连接元件的所述至少一个区域的特定电阻进一步补偿所述至少两个模块中的第一模块的多个发光元件的第一电气特征和所述至少两个模块中的第二模块的多个发光元件的第二电气特征之间的差异。

3.根据权利要求1所述的照明设备，其中，选择所述至少一个连接元件的所述至少一个区域的特定电阻，以便影响施加到所述至少两个模块中的至少一个模块的电压。

4.根据权利要求3所述的照明设备，其中，选择所述至少一个连接元件的所述至少一个区域的特定电阻，以便影响所述至少两个模块中的至少一个模块的电流-电压特征曲线的陡度。

5.根据权利要求1所述的照明设备，其中：

所述至少一个连接元件的所述至少一个区域包括电线，并且

所述至少一个连接元件的所述至少一个区域的特定电阻通过所述电线的长度、直径或材料中的至少一个来适配。

6.根据权利要求1所述的照明设备，其中：

对于所述多个发光元件中的每一个发光元件，所述发光二极管被布置在所述散热元件的第一侧上，并且

所述连接元件至少部分地布置在所述散热元件的与所述散热元件的所述第一侧相对的第二侧上。

7.根据权利要求1所述的照明设备，其中，至少所述多个发光元件被封装。

8.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述至少两个模块中的每一个模块被配置为连接到外部电源设备。

9.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述多个发光元件基本上沿着所述照明设备的纵向方向布置。

10.一种用于制造照明设备的方法，包括：

提供多个发光元件，每个发光元件包括散热元件和在所述散热元件上的发光二极管；

选择多个连接元件，所述连接元件具有至少一个区域，所述至少一个区域具有补偿所述多个发光元件中的一个发光元件的发光二极管的正向电压和所述多个发光元件中的另一个发光元件的发光二极管的正向电压之间的差异的电阻；

通过所述多个连接元件中的至少一个连接元件串联连接所述多个发光元件中的至少两个发光元件的散热元件，以形成第一模块；

通过所述多个连接元件中的至少另一个连接元件串联连接所述多个发光元件中的至少另两个发光元件，以形成第二模块；和

并联连接所述第一模块和所述第二模块。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多个连接元件被进一步选择成使得所述至少一个区域的电阻补偿所述第一模块和所述第二模块的发光二极管之间的装箱效应。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多个连接元件被进一步选择成使得所述至少一个区域的电阻补偿导线长度上的电压降。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，对于所述多个发光元件中的每一个发光元件，所述发光二极管布置在所述散热元件的第一侧上，并且串联连接所述发光元件中的至少两个发光元件包括将所述多个连接元件中的至少一个连接元件的至少一个区域布置在所述发光元件中的所述至少两个发光元件的散热元件的第二侧上，所述散热元件的第二侧与所述散热元件的第一侧相对。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，对于所述多个发光元件中的每一个发光元件，所述发光二极管被布置在所述散热元件的第一侧上，并且串联连接所述发光元件中的至少另两个发光元件包括将所述多个连接元件中的至少另一个连接元件的至少一个区域布置在所述发光元件中的所述至少另两个发光元件的散热元件的第二侧上，所述散热元件的第二侧与所述散热元件的第一侧相对。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，对于所述多个发光元件中的每一个发光元件，所述发光二极管被布置在所述散热元件的第一侧上，并且串联连接所述发光元件中的至少两个发光元件包括将所述多个连接元件中的至少一个连接元件的至少一个区域布置在所述发光元件中的所述至少两个发光元件的散热元件的第一侧上。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，对于所述多个发光元件中的每一个发光元件，所述发光二极管被布置在所述散热元件的第一侧上，并且串联连接所述发光元件中的至少另两个发光元件包括将所述多个连接元件中的至少另一个连接元件的至少一个区域布置在所述发光元件中的所述至少另两个发光元件的散热元件的第一侧上。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述多个连接元件被进一步选择，使得所述至少一个区域的电阻补偿所述第一模块的多个发光元件的第一电气特征和所述第二模块的多个发光元件的第二电气特征之间的差异。

18.根据权利要求10所述的方法，进一步包括封装所述多个发光元件。

19.根据权利要求10所述的方法，进一步包括基本上沿着所述照明设备的纵向方向布置所述多个发光元件。

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