CN110506182A - 照明设备、照明器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种照明设备(10)，其包括界定光学腔室(21)的玻璃壳体(20)，其中至少一个固态照明(SSL)元件(30)被安装在光学腔室内。光学腔室(21)还包括光出射窗口(50)，光出射窗口(50)被安装在光学腔室的与至少一个固态照明元件相对的孔径(23)中，光出射窗口包括通过玻璃密封件(51)被密封到玻璃壳体的密封板；透光热屏障(40)在密封板与至少一个固态照明元件之间跨光学腔室延伸，其在形成玻璃密封件(51)期间保护该至少一个SSL元件(30)免受热损害。还公开了一种包括这种照明设备的照明器以及制造这种照明设备的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明设备，该照明设备包括界定光学腔室的玻璃壳体，其中至少一个固态照明元件被安装在光学腔室中，该光学腔室还包括光出射窗口，该光出射窗口被安装在光学腔室的与至少一个固态照明元件相对的孔径中。
本发明还涉及一种包括这种照明设备的照明器，并且涉及一种制造这种照明设备的方法。
背景技术
诸如LED照明的固态照明由于这种照明的绿色凭证而迅速获得普及。通常，固态照明(SSL)设备以白炽灯或卤素灯照明设备能耗的一小部分产生其发光输出。另外，与白炽灯和卤素灯照明设备相比，固态照明设备具有更长的使用寿命，这至少部分是由于与这种更传统的光源相比，SSL设备抵御冲击的鲁棒性得到增强。
许多基于SSL元件的照明设备将SSL元件包含在例如玻璃壳体的壳体中(诸如，在金属反射器(MR)灯泡的情况中)，以便保护SSL元件以及防止最终用户能够接触SSL元件，这可能会因电击而造成严重伤害。为此，这种壳体通常由盖板密封，使得SSL元件位于密封空间内部，密封空间例如是由壳体和盖板界定的光学腔室。如本身众所周知的那样，可以使用诸如胶水或黏固粉的粘合剂将盖板附接到壳体上。
在这种照明设备用于存在腐蚀性气态化合物的恶劣环境中的情况下，会出现问题。这种恶劣环境的一个示例是动物养殖，尤其是家禽养殖，其中诸如氨、有机酸和氢氧化钠(NaOH)的废物被释放到环境中。由于用于将盖板附接到壳体的粘合剂通常不是气密的，因此腐蚀性气体化合物会进入照明设备的光学腔室，在这种情况下，此类化合物会与光学腔室中的SSL元件或反射金属涂层发生反应，从而使照明设备的光学性能劣化。在存在反射银涂层的情况下，从例如US 6773141 B2可知，将诸如二氧化硅的稳定的保护性氧化物的保护层施加到银涂层上，但是这种保护性涂层不能免于受到这种恶劣环境的损害。因此，期望完全防止这种恶劣环境进入这种照明设备的光学腔室。
发明内容
本发明寻求提供一种具有可以用在这种恶劣环境中的气密密封的光学腔室的照明设备。
本发明还寻求提供一种包括至少一个这种照明设备的照明器。
本发明还寻求提供一种制造这种照明设备的方法。
根据一个方面，提供了一种照明设备，该照明设备包括界定光学腔室的玻璃壳体，其中至少一个固态照明元件被安装在光学腔室内，光学腔室还包括光出射窗口，该光出射窗口被安装在光学腔室的与至少一个固态照明元件相对的孔径中，该光出射窗口包括通过玻璃密封件密封到玻璃壳体的密封板；以及透光热屏障，其在密封板和所述至少一个固态照明元件之间跨光学腔室延伸。
本发明基于以下见解，照明设备的光学腔室可以通过利用玻璃密封件将盖板或密封板密封到壳体上而被气密密封。如将在下面进一步详细解释的，这例如可以通过熔化玻璃粉末以形成这种密封件来实现。但是，这种密封过程中所要求的热量通常从光出射窗口热传导到至少一个SSL元件的安装区域，导致将SSL元件加热到SSL元件可能过热的程度，从而造成SSL元件的损坏，这可能会减少照明设备的使用寿命，甚至使照明设备无法使用，从而降低照明设备的制造过程的良率。为了防止这种过度加热，照明设备还包括在光学腔室中的密封板和SSL元件之间的透光热屏障，使得向至少一个SSL元件传输的热能(在熔化玻璃粉末以便对密封板进行密封期间生成)显著减少。
密封板优选地是玻璃板，因为这种玻璃板通常是气密的，从而防止腐蚀性气态化合物进入光学腔室，同时能够承受熔化玻璃粉末以在玻璃板和壳体之间形成密封所要求的温度。通常，密封板和透光热屏障均位于垂直于照明设备的光轴的平面中。
可以使用诸如硼硅酸盐玻璃的硬质玻璃形成玻璃密封件，其具有相对较低的热膨胀系数的优点，但是要求相对较高的温度(例如，超过1000℃)来熔化玻璃。在本申请的上下文中，在提及玻璃熔点时，应当理解，这是指玻璃达到其流动点或可延展特性时的温度。
然而，在至少一些实施例中，玻璃密封件由熔点低于500℃的玻璃制成，其具有要求较低的温度来熔化玻璃的优点，从而进一步降低了对照明设备中内的至少一个SSL元件过度加热的风险。这种玻璃本身是众所周知的。例如，玻璃密封件(51)可以由软玻璃制成，例如钠钙玻璃或氧化铅玻璃(水晶玻璃)。在一个实施例中，密封件由焊料玻璃(例如用于将玻璃陶瓷形成为金属密封的玻璃)制成，诸如，例如基于***PbO-ZnO-B2O3的焊料玻璃，以及例如在US 2889952中描述的其他合适的焊料玻璃。
透光热屏障优选地是另外的玻璃板，因为这确保了热屏障具有优异的透光性质，同时能够承受和吸收在利用玻璃粉末密封照明设备期间朝着至少一个SSL元件行进的热能。可以以任何适当的方式将透光热屏障附接到壳体，诸如通过螺钉、粘合剂或黏固粉。
在至少一些实施例中，玻璃壳体包括围绕光学腔室的反射涂层，诸如在玻璃壳体的内表面上，以便将由至少一个SSL元件产生的光重定向到光出射窗口，从而实现具有良好的光学效率的照明设备。这种反射涂层可以由任何合适的反射材料制成，例如，诸如银涂层、铝涂层等的金属涂层。
照明设备可以是诸如金属反射器(MR)型或抛物线镀铝反射器(PAR)型的灯泡。灯泡可以具有任何合适类型的底座，例如GU型底座、爱迪生型底座、卡口型底座等。
根据另一方面，提供了一种照明器，包括本文描述的实施例中的任一个实施例的照明设备。这种照明器可以有利地用在照明器暴露于腐蚀性气态化合物的环境中，因为照明设备可以承受如前所述的这种化合物。例如，该照明器可以是家禽养殖照明器，因为这种腐蚀性气态化合物(例如，氨)通常在家禽养殖中以高浓度释放。
根据又一方面，提供了一种制造照明设备的方法，方法包括提供界定光学腔室的玻璃壳体，其中至少一个固态照明元件被安装在光学腔室中，光学腔室还包括与至少一个固态照明元件相对的光出射孔径；在光出射孔径和至少一个固态照明元件之间，将透光热屏障附接在玻璃壳体上，使得透光热屏障跨光学腔室延伸；将密封板放置在光出射孔径中，以定义照明设备的光出射窗口；以及通过在密封板和壳体之间沉积玻璃粉末并用火焰熔化玻璃粉末，将密封板密封到玻璃壳体。在密封板和至少一个SSL元件之间的玻璃壳体内包括透光热屏障，基本上阻挡了热能(热量)(在熔化玻璃粉末以形成玻璃密封件期间，由火焰生成)到达该至少一个SSL元件，从而防止该至少一个SSL元件被过度加热并因此而损坏。
优选地，利用火焰熔化玻璃粉末包括在低于500℃的温度下熔化玻璃粉末以限制在熔化过程期间生成的热能的量，从而进一步防止该至少一个SSL元件被过度加热。例如，这可以使用作为软玻璃粉末(优选地，焊料玻璃粉末)的玻璃粉末来实现，因为焊料玻璃粉末特别适合于在不同类型的材料(例如不同类型的玻璃)之间形成玻璃密封。
可以以任何合适的方式实现将透光热屏障附接在玻璃壳体上。例如，这种附接可以包括利用螺钉、粘合剂或黏固粉将透光热屏障紧固到玻璃壳体。
附图说明
参考附图，通过非限制性示例更详细地描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明设备的分解图。
图2示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明设备的截面图。
图3示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的照明设备的截面图；以及
图4-图6示意性地描绘了利用根据本发明的一个实施例的方法制造这种照明设备的步骤。
具体实施方式
应当理解，附图仅是示意性的，并且没有按比例绘制。还应当理解，贯穿附图，使用相同的附图标记指示相同或相似的部分。
图1示意性地描绘了分解图，而图2示意性地描绘了根据本发明的一个示例实施例的照明设备10的截面图。照明设备10包括玻璃壳体20和底座22，该底座22通常包括用于将照明设备10连接到的电源的连接器，例如一对插销、卡口配件、爱迪生配件等。底座22可以形成玻璃壳体20的组成部分，或备选地可以是潜在地由与玻璃壳体20不同的材料(通常是电绝缘材料)制成的分离组件，该分离组件以本身公知的任何合适方式被附接到玻璃壳体20。
玻璃壳体20界定照明设备10的光学腔室21，该光学腔室21终止在孔径23处，该孔径23用作在玻璃壳体20相对于底座22的远端处的光出射窗口。玻璃壳体20或者在底座22和孔径23之间延伸的玻璃壳体20的至少一部分可以具有任何合适的形状。在至少一些实施例中，玻璃壳体20在从底座22到孔径23的方向上向外锥化。例如，在一些实施例中，玻璃壳体20可以具有抛物线形状，尽管应当理解，其他锥形形状同样适当。
玻璃壳体20可以由任何合适类型的玻璃制成。例如，玻璃壳体20可以是铝硅酸盐玻璃，其包括二氧化硅、氧化铝、石灰、氧化镁、氧化钡(BaO)和氧化硼(B2O3)，但是可以预期其他类型的玻璃，例如熔结石英玻璃或硼硅酸钠玻璃。限定光学腔室21的玻璃壳体20的表面(例如，玻璃壳体20的内表面)可以进一步承载诸如金属涂层的反射涂层25。用于这种涂层的合适的金属包括银和铝，但是可以预期其他合适的涂层材料，例如其他合适的金属涂层。
在光学腔室21内，一个或多个SSL元件30被安装在安装表面24上，该安装表面24例如可以形成底座22的一部分。一个或多个SSL元件30可以被直接安装到安装表面24上，或者可以被安装在诸如印刷电路板等的公共载体31上，该公共载体31被安装到安装表面24上。备选地，可以将这种公共载体31悬挂在光学腔室21内，在这种情况下，安装表面24可以不存在。一个或多个SSL元件30通常被布置成：例如在反射涂层25辅助下，使得它们的发光输出被定向到光学腔室21的孔径23，反射涂层25可以将由入射在其上的由一个或多个SSL元件30生成的任何光重定向到孔径23。任何合适类型的SSL元件都可以用于该目的。例如，一个或多个SSL元件30可以是LED，例如，可以是可调光的白光LED。备选地，一个或多个SSL元件30可以被配置成生成具有特定频谱成分(例如，特定的色温或颜色)的光。
由一个或多个SSL元件30生成的频谱成分可以是可配置的，例如，以改变照明设备10的色温或颜色输出。为此，照明设备10可以进一步包括控制器(未示出)，该控制器被配置成控制一个或多个SSL元件30，以便改变照明设备10的发光输出的频谱成分。可以以任何合适的方式来控制这种控制器，例如通过嵌入电源信号中的控制信号，或通过专用控制信号(例如无线控制信号)，在这种情况下，控制器可以包括用于接收控制信号的无线通信模块。控制器可以适于通过改变单个SSL元件30的发光输出的频谱成分或通过改变一组SSL元件30的成分，来改变照明设备10的发光输出的频谱成分。例如，在照明设备30包括多个SSL元件30，该多个SSL元件30产生具有不同的固定频谱成分的相应发光输出的情况下，后者可适用，其中从所述多个SSL元件30中选择特定的SSL元件30能够通过所选择的SSL元件30的相应的单独的发光输出的颜色混合，来生成照明设备10的整体发光输出的期望频谱成分。
照明设备10还包括在孔径23内的密封板50，该密封板50通过玻璃密封件51对玻璃壳体20进行密封。密封板50由光学透光材料制成，该材料可以承受形成玻璃密封件51所要求的温度。例如，密封板50可以由诸如玻璃的光学透明或光学半透明的材料制成。在玻璃密封板50的情况下，密封板50的玻璃成分可以与玻璃壳体20的玻璃成分相同，但这不是严格必须的。与玻璃壳体20一样，密封板50可以由任何合适类型的玻璃制成。例如，密封板50可以是铝硅酸盐玻璃，其包括二氧化硅、氧化铝、石灰、氧化镁、氧化钡(BaO)和氧化硼(B2O3)，但是可以预期其他类型的玻璃，例如熔结石英玻璃或硼硅酸钠玻璃。
同样地，玻璃密封件51可以由任何合适类型的玻璃制成，尽管优选地，玻璃密封件51的玻璃成分使得玻璃密封件51的熔点低于密封板50或玻璃壳体20的熔点，使得在熔化玻璃以便形成玻璃密封件51时，密封板50或玻璃壳体20不被损坏。在一个特别有利的实施例中，玻璃密封件51的玻璃成分具有低于1000℃的熔点，更优选具有低于500℃的熔点。例如，玻璃密封件51可以由诸如钠钙玻璃的软玻璃制成，或者甚至更优选地由诸如焊料玻璃的氧化铅玻璃制成，该玻璃可以被专门设计成在两个不同的实体(例如由不同类型的材料制成的实体)之间形成密封件。
照明设备1还在光学腔室21中在密封板50和一个或多个SSL元件30之间包括透光热屏障40。透光热屏障40可以是透明的或半透明的。透光热屏障40和密封板50通常被布置成使得它们均位于垂直于照明设备10的光轴15(在存在这种光轴15的情况下)的平面中。透光热屏障40可以由任何合适的材料制成，并且优选地由与密封板50具有相同成分的玻璃制成，但是备选地，透光热屏障可以由具有与密封板50不同的成分的玻璃制成。透光热屏障40可以由任何合适类型的玻璃制成。例如，透光热屏障40可以是铝硅酸盐玻璃，其包括二氧化硅、氧化铝、石灰、氧化镁、氧化钡(BaO)和氧化硼(B2O3)，但是可以预期其他类型的玻璃，例如熔结石英玻璃或硼硅酸钠玻璃。透光热屏障40可以以任何合适的方式附接到玻璃壳体20。在图2中，透光热屏障40通过一组螺钉41附接到玻璃壳体20。而在图3中，透光热屏障40通过诸如粘合剂或黏固粉的附接材料附接到玻璃壳体20。
透光热屏障40的目的是保护一个或多个SSL元件30免于直接暴露于在制造照明设备10期间中生成的任何热辐射，如将在图4-图6的帮助下更详细地说明的那样，图4-图6示意性地描绘了根据本发明的示例实施例的这种照明设备10的制造方法的关键步骤。如图4中示意性地描绘的，这种制造方法通常包括提供玻璃壳体20，该玻璃壳体20如前所述地界定光学腔室21，其中至少一个SSL元件30已经被安装在光学腔室21内，使得至少一个SSL元件30与光学腔室21的孔径23相对地被安装。提供这种中间结构对于本领域技术人员而言非常简单，并且因此，为了简洁起见将不再进一步详细说明。
如图5中示意性地描绘的，在下一步骤中，透光热屏障40被附接到在光出射孔径23与至少一个固态照明元件30之间的玻璃壳体20，使得透光热屏障40跨光学腔室21延伸。如前所述，透光热屏障40可以以任何合适的方式附接在玻璃壳体上，例如使用诸如螺丝的附接装置或诸如粘合剂或黏固粉的附接材料。
可以通过将密封板50放置在光出射孔径23中以定义照明设备10的光出射窗口，然后通过将玻璃粉末53沉积在密封板50和玻璃壳体20之间并且利用火焰55熔化玻璃粉末53，而将密封板50密封到玻璃壳体20来完成照明设备10的制造。在本申请的上下文中，火焰55表示任何合适的热源，其能够将玻璃粉末53暴露于使玻璃粉末53熔化的足够高的能量通量，从而在玻璃壳体20和密封板50之间形成玻璃密封件51。如前所述，玻璃粉末53优选具有允许玻璃粉末53在低于500℃温度下熔化的成分，以限制朝向至少一个SSL元件30的热辐射通量，这可以使用玻璃复合物来实现，诸如钠钙玻璃复合物或焊料玻璃复合物(例如氧化铅玻璃复合物)。
玻璃密封件51确保光学腔室21被气密密封，特别是气态化合物不可渗透，使得照明设备10可以用在诸如氨的腐蚀性气态化合物可能很普遍的环境中。例如，这种腐蚀性气体化合物通常存在于其中存在牲畜的封闭养殖环境中，特别是但不仅限于在家禽养殖环境中。因此，玻璃密封件51确保光学腔室21的内部(诸如反射涂层25(如果存在))和至少一个SSL元件30不暴露于这种腐蚀性气态化合物，从而至少在维持照明设备10的光学性能方面，延长照明设备10的寿命。
在利用玻璃粉末53将密封板50密封到玻璃壳体20期间，必须注意，由玻璃粉末53暴露于火焰55而产生的热辐射通量不会使至少一个SSL元件30被过度加热，过度加热可能会导致这种SSL元件的失效，特别是如果SSL元件被加热到超过100℃的温度。通过在光出射孔径23和至少一个SSL元件30之间的透光热屏障40防止了在密封板50和玻璃壳体20之间形成玻璃密封件51期间的这种过度加热，该透光热屏障40反射和/或吸收在玻璃粉末53的熔化过程期间生成的热辐射，从而至少暂时减少到达至少一个SSL元件30的热辐射通量，并且因此防止至少一个SSL元件30被过度加热。透光热屏障40的热容量通常使得透光热屏障40可以吸收在利用玻璃粉末53将密封板50密封到玻璃壳体20的过程期间生成的大部分热辐射，使得至少一个SSL元件30仅暴露于适度的温度上升，即达到远低于100℃的温度，从而保护至少一个SSL元件30免受热辐射损害以及过度加热，从而改进了制造照明设备10的良率。
在至少一些实施例中，照明设备10是灯泡，该灯泡可以具有任何合适的形状。例如，灯泡可以是具有任何合适类型和尺寸的连接器的MR型或PAR型灯泡，但是应当理解，本发明的照明设备10的实施例不限于这种灯泡。照明设备10(例如一个或多个灯泡)可以构成照明器(例如天花板安装式照明器，诸如天花板凹槽式或天花板悬吊式照明器)的一部分，其中在示例性实施例中，照明器专门被设计成用于照明封闭的畜牧养殖空间，诸如家禽养殖空间。
应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下，设计许多替代实施例。在权利要求中，放在括号之间的任何附图标记不应当被解释为对权利要求的限制。单词“包括”不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。可以借助于包括几个不同元件的硬件来实施本发明。在列举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以由一个相同的硬件项目来实施。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的单纯的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
Claims (15)
1.一种照明设备(10)，包括界定光学腔室(21)的玻璃壳体(20)，其中至少一个固态照明元件(30)被安装在所述光学腔室内，所述光学腔室还包括：
光出射窗口(50)，被安装在所述光学腔室的与所述至少一个固态照明元件相对的孔径(23)中，所述光出射窗口包括通过玻璃密封件(51)密封到所述玻璃壳体的密封板；以及
透光热屏障(40)，在所述密封板与所述至少一个固态照明元件之间跨所述光学腔室延伸。
2.根据权利要求1所述的照明设备(10)，其中所述密封板(50)是玻璃板。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备(10)，其中所述玻璃密封件(51)由具有低于500℃的熔点的玻璃制成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的照明设备(10)，其中所述玻璃密封件(51)由软玻璃制成，优选地由焊料玻璃制成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的照明设备(10)，其中所述透光热屏障(40)是另外的玻璃板。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的照明设备(10)，其中所述透光热屏障(40)通过螺钉(41)、粘合剂或黏固粉而被附接到所述壳体(20)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的照明设备(10)，其中所述密封板(50)和所述透光热屏障(40)各自位于垂直于所述照明设备(10)的光轴(15)的平面中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明设备(10)，其中所述玻璃壳体(20)包括围绕所述光学腔室(21)的反射涂层(25)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的照明设备(10)，其中所述照明设备是灯泡。
10.一种照明器，包括根据权利要求1至9中任一项所述的照明设备(10)。
11.根据权利要求10所述的照明器，其中所述照明器是家禽养殖照明器。
12.一种制造照明设备(1)的方法，所述方法包括：
提供玻璃壳体(20)，所述玻璃壳体(20)界定光学腔室(21)，其中至少一个固态照明元件(30)被安装在所述光学腔室内，所述光学腔室还包括与所述至少一个固态照明元件相对的光出射孔径(23)；
在所述光出射孔径和所述至少一个固态照明元件之间，将透光热屏障(40)附接到所述玻璃壳体，使得所述透光热屏障跨所述光学腔室延伸；
在光出射孔径中放置密封板(50)，以限定所述照明设备的光出射窗口；以及
通过在所述密封板和所述壳体之间沉积玻璃粉末(53)、并且通过利用火焰(55)熔化所述玻璃粉末，将所述密封板密封到所述玻璃壳体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中利用火焰(55)熔化所述玻璃粉末(53)包括：在低于500℃的温度下熔化所述玻璃粉末。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述玻璃粉末(53)是软玻璃粉末，优选地是焊料玻璃粉末。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中将所述透光热屏障(40)附接到所述玻璃壳体(20)包括：利用螺钉、粘合剂或黏固粉将所述透光热屏障紧固到所述玻璃壳体。
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