TWI525286B - 照明裝置及組裝照明裝置的方法 - Google Patents

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Description

照明裝置及組裝照明裝置的方法
本發明係關於一種照明裝置且係關於一種用於組裝一照明裝置之方法。
發光二極體(LED)燈在本技術中為吾人熟知。一LED燈係使用LED作為光源之燈。在該等燈中，可使用多個二極體來增加燈之輸出功率或因一單一LED以一窄波長帶發射而可使用多個二極體來提供白光。LED燈可用於一般照明，或因色彩及輸出功率係可調諧的而可用於甚至更特定之照明。
一般而言，一燈或照明裝置包括經配置以產生光且安裝於一電路板上或至少連接至一電路板的一光源。該光源係配置於通常具有一燈泡(bulb)形狀之一囊封外殼內。除提供最大光輸出及/或光之一特定色彩外，一照明裝置之設計需考慮由該(該等)光源及/或連接至該(該等)光源之電子器件產生之熱的驅散。
例如，美國專利申請案第US 2010/0008086號揭示一種基於白光LED之照明裝置，其包括一群組之固態發光二極體、用於啟動該等發光二極體的電子器件及一囊封外殼。為將該白光LED裝置內產生之熱向外傳導或傳遞，該囊封外殼包含氣孔及散熱組件。
一般而言，先前技術系統之一缺點可為該等系統需要包含用於熱驅散之特定細部的大量組件(例如一囊封外殼、(若干)光源、一電路板、氣孔及散熱組件)，藉此使該系統之組裝變得相當複雜。
因此，本發明之一目的係減輕上文所述之缺點，並且提供一種具有促進其組裝之一方便設計之照明裝置。
藉由如獨立技術方案所定義的一照明裝置及用於組裝一照明裝置之一方法而達成本發明之此目的及其他目的。本發明之其他有利實施例由附屬技術方案定義。
根據本發明之一第一態樣，提供一種如技術方案1中所定義的照明裝置。該照明裝置包括：經配置以產生光的一光源、經配置以支撐該光源之一載體及圍封該光源及該載體之一包封件。該光源與該載體處於熱接觸，且該包封件包括至少兩個包封部分，當其等接合在一起時形成該包封件。該載體經配置以與該等包封部分之至少一者處於熱接觸，以使熱消散出該照明裝置。
根據本發明之一第二態樣，提供一種如技術方案11中所定義的用於組裝包括經配置以產生光之一光源之一照明裝置的方法。該方法包括下列步驟：安裝該光源使其與一載體處於熱接觸；及藉由接合至少兩個包封部分而圍封該光源，藉此形成圍封該光源之一包封件。該載體係經配置為與該等包封部分之至少一者處於熱接觸，以使熱消散出該照明裝置。
本發明利用一見解，即：一照明裝置之包封件或燈泡可包括至少兩個包封部分，當該等包封部分接合在一起時形成該包封件(或該照明裝置之囊封外殼)。本發明之優點在於其提供促進一照明裝置(諸如一燈或聚光燈)之組裝的一方便設計。使用兩個包封部分，該光源及該載體可在該兩個包封部分係分離時方便地安裝在一起且接著藉由接合該兩個包封部分而圍封在該包封件中。應瞭解可利用多於兩個包封部分，且本發明不限制於包括僅由兩個包封部分組成之一包封件的一照明裝置。
本發明亦利用一見解，即：該照明裝置之該包封件(或燈泡)可充當一散熱器並且用於使熱(例如由該光源或連接至該光源之任何電子器件產生的熱)消散出該照明裝置。為此目的，該光源經配置以與一載體處於熱接觸，而該載體本身係與該包封件之該等包封部分的至少一者處於熱接觸。按照本發明，該照明裝置之整個表面，即該包封件作為一散熱器。因此，本發明之優點在於其使熱有效地傳遞至該照明裝置之外部環境。
根據一實施例，該載體及該包封件可由陶瓷材料製成，其優點在於該陶瓷材料係一種具有良好導熱率之材料，藉此允許相對有效地傳遞熱。例如，該陶瓷材料可為多晶氧化鋁(PCA)，其優點在於其為一半透明陶瓷材料。
根據一實施例，該包封件可具有一燈泡(或燈泡(lamp bulb))形狀。特定言之，該等包封部分可為兩個燈泡半體。
根據一實施例，一包封部分及該載體之至少一部分(或該載體之一第一部分或第一載體)可形成一單一整合部分，其優點在於組件之數目減少，藉此甚至進一步地促進該照明裝置的組裝。本實施例之優點亦在於該包封部分及該載體之該部分(例如一燈泡半體及該載體之半體)可由一單一模具而製造為一單一部分。用於形成該包封件及該載體之該(該等)對應之包封部分及該載體之部分亦可由一單一模具(較佳為相同之模具)製造。
根據另一實施例，該載體可配置於兩個包封部分之間之一接面處。在本實施例中，該載體及該等包封部分係分離式部分。
根據一實施例，該等包封部分可有利地經組態以彼此配合，藉此促進該照明裝置之組裝。
根據一實施例，該載體可沿著從該照明裝置之基部延伸至其頂部之一軸而配置。或者，該載體可沿著與從該照明裝置之基部延伸至其頂部之一軸交叉之一方向而配置。在該等實施例中，該載體將由該包封件界定之空間分為至少兩個隔室。接著可有利地使用複數個光源且將其等分佈於該載體之每一側上，使得提供一均勻照明。
根據一實施例，該包封件可包括一透射性區域，其經配置以透射由該光源產生之光之至少一部分(尤其當該光源以可見波長光譜範圍(即380 nm至780 nm)發射時)。該透射性區域可為半透明(透射且散射光)或為透明(大體上不受阻礙地透射)。有利地，該透射性區域為半透明，藉此防止一使用者感知到該包封件內之(諸)光源及選用之電子器件。如上文所提及，該包封件可由PCA製成，藉此提供一半透明包封件。因此，該照明裝置之該包封件或囊封外殼之優點在於其整合許多功能性，諸如一光學功能、一熱功能及一機械功能。
根據一實施例，該載體可包括一反射性區域，其經配置以反射由該(該等)光源產生之光之至少一部分。或者或另外，該載體可包括一透射性區域，其經配置以透射由該光源產生之光之至少一部分。
根據一實施例，該光源可為至少一個發光二極體(LED)或至少一個LED封裝。該光源可例如包括一RGB LED(紅綠藍發光二極體)，或複數個經配置以提供白光之二極體，諸如一RGB組合，或藍色及黃色之一組合，或藍色、黃色及紅色之一組合等等。可選擇地，該照明裝置可經配置以提供彩色光。
該光源亦可包括複數個光源(諸如複數個LED)，其(其等)可取決於驅動條件而提供不同之預定波長的光。因此，在一特定之實施例中，該照明裝置可進一步包括一控制器(其係附接至該照明裝置或在該照明裝置之外部)，該控制器經配置以回應於一感測器信號或一使用者輸入裝置信號而控制該照明裝置光之色彩。
在下文中，可參考作為該光源之較佳實施例之一LED而進一步描述本發明。因此，在下文中，除非另有指示或從背景內容中係明確的，術語「LED」一般亦可指一光源(或複數個光源)，但較佳地指一LED。此外，該術語「LED」尤其指固態照明(固態LED)。
根據一實施例，該光源可發射在可見範圍內之光，但在另一實施例中，該光源亦可或者或另外在UV範圍內發射。如上文所提及，該光源可包括一LED。在一另一實施例中，該光源為經配置以產生藍光之一LED。該藍光發光源可單獨地使用，或可與例如配置於該包封件或該等包封部分之至少一者處的發冷光材料組合使用，諸如以提供白光，或可與產生其他波長之光之一個或多個其他LED組合使用。亦可應用該等實施例之組合。
根據一實施例，該載體或該載體之一部分可經膠合至該包封件之一包封部分。有利地，膠具有良好之熱性質，使得熱可從該載體消散至該包封部分。
或者，可將該載體插入於兩個包封部分之間之一接面處。在本實例中，將該載體有利地按壓於兩個包封部分之間，使得在該載體與該等包封部分之間提供一良好的熱接觸以供熱消散。
根據一實施例，該包封件(或照明裝置)之一基部係插入於充當一固持器的一插座中。該插座亦可經組態以對該光源提供電。
在本申請案中，術語「至少」在實施例中亦可指示「所有」或「全部」。
應注意本發明係關於申請專利範圍中所敘述之特徵之所有可行組合。
現將參考顯示本發明之多種例示性實施例之附圖而更詳細地描述本發明之此態樣及其他態樣。
參考圖1，其描述本發明之一第一實施例。
圖1顯示根據本發明之一實施例之一照明裝置100之一分解圖。該照明裝置包括經配置以產生光之一光源110。在本實例中，該光源110對應於複數個LED封裝111、112、113及114。儘管圖1顯示複數個LED封裝以形成該光源110，但是亦可使用一單一光源。
該照明裝置100進一步包括兩個載體部分121及122(或一第一載體121及一第二載體122)，其等經配置以支撐該光源110或LED封裝111至114。在下文中，當該兩個載體部分121及122意欲接合在一起時，該兩個部分亦可被稱為一單一載體，且將整體上稱為一載體120。
該照明裝置100亦包括兩個包封部分131及132，當其等接合在一起時形成一包封件或囊封外殼，在下文中整體標示為一單一包封件130。該包封件130圍封該等光源111至114及該等載體121及122。該等光源111至114(或光源110)經配置以與該等載體121及122處於熱接觸。該載體120經配置以分別與該等包封部分131及132處於熱接觸。
使用此一設計，當該照明裝置通電時，可由該(該等)光源111至114產生熱，且可經由該等載體121及122及該等包封部分131及132而使熱消散出該照明裝置100。
在本實施例中，該等第一及第二載體121及122將該照明裝置100分為兩個隔室。有利地，該照明裝置之該(該等)光源111至114可分佈於該等第一及第二載體121及122之每一側上，以改良從該照明裝置100處發射之光的均勻度。
該包封件130可尤其經配置以接收來自該(該等)光源111至114之所有光。此外，該包封件130可尤其經配置以允許該(該等)光源111至114之光逸出。
當使用複數個光源且該等光源發射不同波長之光時，該包封件130亦可因此被指示為一混合腔室。當使用遠離一光源而配置(例如，配置於該包封件處或該包封件之一部分處)之一發冷光材料時(該發冷光材料吸收來自該光源之光的一部分以提供發冷光材料之光)，混合亦可具相關性。
有利地，該包封件130可包括一透射性區域，其經配置以透射由該等光源111至114產生之光的至少一部分。
根據一實施例，該載體120亦可包括一透射性區域，其優點在於：從該包封件之一隔室往該載體之方向而來的光可透射穿過該載體，且接著經由該包封件130而透射出該照明裝置。特定言之，該包封件130可由具有光透射性質之一材料製成，使得可達成光有效地透射穿過該包封件。
或者，或另外，該載體120可包括一反射性區域，其經配置以反射由該(該等)光源產生之光的至少一部分，該反射性區域的優點在於：在該包封件之一隔室內發射且經引導朝向該載體之光可對著該載體而反射，且經由該包封件之相同隔室而透射出該照明裝置。應瞭解該載體可經設計為具有許多呈透射性或呈反射性之多種區域，使得可達成例如一所期望之光分佈。
在圖1中所顯示之實施例中，該包封件130為燈泡形狀且該等包封部分131及132為兩個燈泡半體，藉此提供具有一標準燈形狀之一照明裝置。
根據一實施例，該包封件及該載體兩者包括陶瓷材料，其優點在於其改良來自該照明裝置之熱的傳遞。
術語「陶瓷」在本技術中已知，且可尤其指由熱作用及後續冷卻作用而製備之一無機非金屬固體。陶瓷材料可具有一結晶或部分結晶之結構，或可為非晶的，即一玻璃。大多數普通陶瓷為結晶的。該術語陶瓷尤其指已燒結在一起且形成塊狀(與粉末相比)之材料。在本文中使用之陶瓷較佳地為多晶陶瓷。
例如，陶瓷材料可基於從由下列組成之群組中選擇之一個或多個材料：Al2O3、AlN、SiO2、Y3Al5O12(YAG)、Y3Al5O12類似物、Y2O3及TiO2及ZrO2。術語Y3Al5O12類似物係指具有與YAG大體上相同之晶格結構之石榴石體系，但其中Y及/或Al及/或O(尤其Y及/或Al)係至少部分地由另一離子取代，諸如分別由Sc、La、Lu及G之一者或多者取代。
根據一實施例，該陶瓷材料可為Al2O3，其為一半透明材料。當在約1300℃至約1700℃範圍內，諸如在約1300℃至約1500℃(例如1300℃至1450℃)範圍內的一溫度下燒結Al2O3時，亦可將Al2O3製為具高反射性。該材料在本技術中亦被稱為「棕色」PCA(多晶氧化鋁)。
術語「基於」指示用於製造該陶瓷材料之起始材料係大體上由本文中所指示之材料的一者或多者(舉例而言，諸如Al2O3或Y3Al5O12(YAG))組成。然而此不排除存在少量(剩餘的)黏結劑材料或摻雜物，諸如對於Al2O3而言摻雜物為Ti，或在一實施例中，對於YAG而言摻雜物為Ce。
該陶瓷材料可具有一相對良好之導熱率。該導熱率較佳為至少約5 W/mK，諸如至少約15 W/mK，甚至更佳為至少約100 W/mK。YAG具有在約6 W/mK範圍內的一導熱率，多晶氧化鋁(PCA)具有在約20 W/mK範圍內的一導熱率，而AlN(氮化鋁)則具有在約150 W/mK或更大之範圍內的一導熱率。
再次參考圖1，該照明裝置100亦可包括一插座180，其用於固持該等包封部分131及132，並且用於經由一連接板183而對該等LED封裝111至114提供電。
根據一實施例，參考例如圖1及圖4a，一包封部分131及該載體之一部分121形成一單一整合部分。此一實施例之優點在於其進一步減少用於組裝該照明裝置之組件數目，藉此甚至更加促進該照明裝置之組裝。
參考圖2，其描述本發明之另一實施例。
圖2係一照明裝置200之一示意圖，其包括：一光源210，其可為經配置以產生光之一LED；一載體220，其經配置以支撐該光源210；及兩個包封部分231及232，當該等包封部分接合在一起時形成一包封件或囊封外殼230。該載體220經配置以與該光源210處於熱接觸，且該載體220係配置於該兩個包封部分231與232之間之一接面250處。該接面250在該載體220與該等包封部分231及232之間提供一機械介面及一熱介面。如同對於參考圖1所描述之實施例，由該光源210產生之熱係藉由經由該載體220及透過該包封件230的熱傳遞而消散於該照明裝置200之外。
參考在上文中參考圖1及圖2所描述之任何實施例，照明裝置100及200之包封件130或230之包封部分係分別經組態以彼此配合。
參考圖3，其描述本發明之另一實施例。
圖3係包括兩個光源311及312(例如經配置以產生光之兩個LED)之一照明裝置300之一示意性俯視圖。該兩個LED 311及312係安裝於兩個載體321及322(或一載體之兩個部分)上，該兩個載體321及322經配置以分別支撐該等LED 311及312。在本實施例中，將一單一LED封裝安裝於一載體上或附接至一載體。或者，可將複數個LED封裝安裝於一第一載體上。
如圖3中所繪示，當兩個包封部分接合在一起時，附接至該包封件之一第一包封部分331之第一載體321可延伸於由該包封件之第二包封部分332界定之體積中。類似地，當兩個包封部分接合在一起時，附接至該包封件之該第二包封部分332之第二載體322可延伸於由該包封件之該第一包封部分331界定之體積中。換句話說，該第一載體321及該第二載體322可能並不是確切地配置於彼此之前端，但代替地可略微地移位。
在本實施例中，如同對於參考圖1及圖2所描述之實施例，該等載體321及322係沿著從該照明裝置之基部延伸至其頂部之一軸170(參見圖1)而配置。
或者，該載體可沿著與從該照明裝置之基部延伸至其頂部之軸170交叉之一方向而配置。
在任一情況下，該等載體界定該照明裝置之該包封件內之隔室。
參考圖4a至圖4c，其描述一程序流程4000，該程序流程4000描述用於組裝一照明裝置之一方法。
圖4a至圖4c示意性地繪示一照明裝置之組裝，該照明裝置包括：具有一第一載體121(在其上安裝一第一光源111)之一第一燈泡半體131，及具有一第二載體122(在其上安裝一第二光源112)之一第二燈泡半體132。
圖4a顯示包括該第一載體121之第一包封部分或第一燈泡半體131。該第一燈泡半體131及該第一載體121可為一單一整合部分，例如由一單一模具製成。或者，該第一載體121及該第一燈泡半體為兩個分離式部分，且該第一載體121可膠合至該第一燈泡半體131之內部。有利地，膠具有良好之導熱性質，使得熱可有效地從該第一載體121傳遞至該第一燈泡半體131。
在一第一步驟4100中，安裝一光源111使其與該第一載體121處於熱接觸。該光源111可例如藉由一夾具而附接至該載體。
接著可對該第二載體122應用一類似步驟，一第二光源112係安裝為與該第二載體122處於熱接觸。
在一第二步驟4200中，諸如圖4b中所繪示，藉由接合該兩個包封部分131及132而圍封該第一光源111、該第一載體121、該第二光源112及該第二載體122。
結果，形成諸如圖4c中所顯示之一包封件130。接著可將該包封件130插入於用於固持該兩個包封部分131及132的一插座180中。該插座180亦可經組態以對該照明裝置提供電，使得電力可傳輸至該等光源111及112。
在此方面，該光源可有利地為高電壓(HV)LED，其優點在於：因為HV LED不需要任何驅動器，故可進一步減少用於形成該照明裝置所需要之組件之數目。
甚至更有利地，可使用相移HV LED，且將其等分佈於該載體120(或該等載體121及122)上，用於防止任何頻閃效應。
本發明對於任何種類之燈(諸如一聚光燈或一標準燈)可為有用的。本發明可應用於家庭、醫院、戶外、辦公室、工業及零售業中所使用之照明裝置。
雖然已參考其特定例示性實施例而描述本發明，但是對於熟習此項技術者而言許多不同之變更、修改及類似者將變得顯而易見。因此所描述之實施例並非意欲限制如由隨附申請專利範圍所定義的本發明之範圍。
例如，儘管上文描述之實施例係關於具有一標準燈泡形狀之一照明裝置，但是亦可設想任何其他適宜形狀。此外，儘管上文所描述之實施例包括一第一載體及一第二載體，但是應瞭解該照明裝置可包括與該等包封部分之至少一者處於熱接觸之唯一一個載體。此外，該照明裝置亦可包括多於兩個載體或載體部分。
此外，儘管已參考用於形成該包封件或囊封外殼(或燈泡)之兩個包封部分而描述本發明，但是本發明並非限制於此一實施例，且可使用多於兩個包封部分以形成該照明裝置之包封件。
亦應瞭解LED或光源之數目及其等各自之波長將根據所期望之應用而選擇。
100．．．照明裝置
110．．．光源
111．．．LED封裝/光源
112．．．LED封裝/光源
113．．．LED封裝/光源
114．．．LED封裝/光源
121．．．第一載體
122．．．第二載體
130．．．包封件
131．．．包封部分
132．．．包封部分
170．．．軸
180．．．插座
183．．．連接板
200．．．照明裝置
210．．．光源
220．．．載體
230．．．包封件/囊封外殼
231．．．包封部分
232．．．包封部分
250．．．接面
300．．．照明裝置
311．．．光源
312．．．光源
321．．．第一載體
322．．．第二載體
331．．．第一包封部分
332．．．第二包封部分
4000．．．程序流程
圖1係根據本發明之一例示性實施例之一照明裝置之一分解圖；
圖2係根據本發明之另一例示性實施例之一照明裝置之一示意圖；
圖3係根據本發明之另一例示性實施例之一照明裝置之一示意圖；及
圖4a至圖4c以一示意性方式繪示用於組裝根據本發明之一例示性實施例之一照明裝置之方法的一程序流程。
100．．．照明裝置
110．．．光源
111．．．LED封裝/光源
112．．．LED封裝/光源
113．．．LED封裝/光源
114．．．LED封裝/光源
121．．．第一載體
122．．．第二載體
131．．．包封部分
132．．．包封部分
170．．．軸
180．．．插座
183．．．連接板

Claims (11)

  1. 一種照明裝置(100)，其包括：經配置以產生光之一光源(110)，經配置以支撐該光源之一載體(120)，該光源係與該載體處於熱接觸，及圍封(enclosing)該光源及該載體之一包封件(envelope)(130)，其中該包封件包括至少兩個包封部分(131、132)，當其等接合在一起時形成該包封件，且至少一包封部分(131、132)及該載體之至少一部分(121、122)形成一單一整合部分，其中該載體係經配置為與該等包封部分之至少一者處於熱接觸，以使熱消散出該照明裝置，且其中該包封件及該載體兩者皆包括陶瓷材料。
  2. 如請求項1之照明裝置，其中該包封件為燈泡形狀。
  3. 如請求項1或2之照明裝置，其中該等包封部分為兩個燈泡半體(bulb halves)。
  4. 如請求項1或2之照明裝置，其中該載體係配置於兩個包封部分之間之一接面(250)處。
  5. 如請求項1或2之照明裝置，其中該等包封部分經組態以彼此配合。
  6. 如請求項1或2之照明裝置，其中該載體係沿著從該照明裝置之基部延伸至其頂部之一軸(170)而配置，或沿著與從該照明裝置之該基部延伸至其頂部之一軸(170)交叉之 一方向而配置。
  7. 如請求項1或2之照明裝置，其中該包封件包括：經配置以透射由該光源產生之該光之至少一部分的一透射性區域。
  8. 如請求項1或2之照明裝置，其中該載體包括：經配置以透射由該光源產生之該光之至少一部分的一透射性區域；及/或經配置以反射由該光源產生之該光之至少一部分的一反射性區域。
  9. 如請求項1或2之照明裝置，其中該光源包括至少一個發光二極體(LED)或至少一個LED封裝。
  10. 一種用於組裝包括經配置以產生光之一光源(110)之一照明裝置(100)之方法(4000)，該方法包括以下步驟：安裝(4100)該光源使其與一載體處於熱接觸，及藉由接合至少兩個包封部分而圍封(4200)該光源，藉此形成圍封該光源之一包封件，其中一包封部分及該載體之至少一部分為一單一整合部分，其中該包封件及該載體兩者皆包括陶瓷材料，該載體經配置以與該等包封部分之至少一者處於熱接觸，以使熱消散出該照明裝置。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括將該載體膠合至一包封部分之步驟，或將該載體插入至兩個包封部分之間之一接面處之步驟。
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