包括具有弹簧区段的连接元件的照明设备的制作方法

1.本公开涉及包括布置在连接元件上的至少一个发光元件、诸如至少一个发光二极管（led）的照明设备。


背景技术：

2.诸如led的发光元件典型地布置在基板，该基板也用于到发光元件的电连接。例如，发光元件可以布置在包括导电轨迹的印刷电路板上，以向发光元件提供电能。然而，诸如印刷电路板的基板可能限制照明设备的形状，例如在简单板的情况下限制为基本上扁平的形状。
3.对于许多应用，合期望的是提供一种照明设备，其可以被制成各种形状并且具有例如柔性特性。柔性照明设备可以用于适应对象的形状。例如，在汽车应用中，柔性照明设备可以遵循车身或汽车内饰板的表面或线条。类似地，柔性照明设备可以用在建筑或内部装饰中，并且可以容易地集成到结构中。
4.在提供电连接的同时使照明设备获得柔性特性的一种可能方式是使用柔性连接元件而不是刚性基板。例如，诸如led的多个发光元件可以布置在引线上，该引线提供到led、以及led之间的电连接。为了获得照明设备的令人满意的机械特性以及对引线和led二者的保护，照明设备的至少部分可以利用柔性材料封装。
5.然而，特别是由于诸如led的发光元件在操作期间的高热输出，封装在柔性材料中的引线可能受到高热应力和温度梯度的影响。对应的柔性照明设备可能因此遭受机械损伤，并且可能在寿命方面成问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种特别是具有柔性特性的照明设备，其中关于热机械应力的机械鲁棒性得到改善。本发明进一步涉及一种用于生产这种照明设备的方法以及基于上述目的这种照明设备的用途。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种照明设备，包括：至少一个发光元件，其中所述至少一个发光元件被布置在用于到所述至少一个发光元件的电子连接的连接元件上；围绕连接元件的至少部分的至少一种封装材料，其中至少一个连接元件包括至少一个弹簧区段。
8.根据本发明的第二方面，提供了一种用于生产照明设备、特别是根据第一方面的照明设备的方法，所述方法包括：提供至少一个发光元件；提供连接元件并借助于连接元件建立到所述至少一个发光元件的电子连接，其中至少一个连接元件包括至少一个弹簧区段；以及利用至少一种封装材料围绕连接元件的至少部分、并且特别是所述至少一个弹簧区段。
9.根据本发明的第三方面，提供了根据第一方面的照明设备在汽车照明中的用途，特别是作为汽车内部灯。
10.本发明的第一、第二和第三方面的示例性实施例可以具有下面描述的特性中的一个或多个。
11.提供至少一个发光元件，其中所述至少一个发光元件特别地具有刚性。所述至少一个发光元件布置在用于到所述至少一个发光元件的电子连接的连接元件上。例如，连接元件包括导电材料或由导电材料组成，所述导电材料诸如 cu、ag、al和/或其合金。在一些实施例中，连接元件具有主延伸方向上的细长形状。特别地，连接元件可以沿着主延伸方向具有基本上恒定的横截面。连接元件可以被配置为提供从外部或内部电源到所述至少一个发光元件的连接。
12.至少一种封装材料围绕连接元件的至少部分。所述至少一种封装材料可以进一步围绕所述至少一个发光元件的至少部分。例如，封装材料可以为连接元件、并且特别是至少一个发光元件提供保护，使其免受诸如机械损伤和潮湿的环境影响。封装材料优选具有电绝缘特性，并向连接元件提供绝缘。在一些实施例中，所述至少一个发光元件和连接元件可以布置在外壳中，外壳可以例如限定照明设备的外部形状。外壳可以至少部分地被所述至少一种封装材料填充，以围绕连接元件的至少部分、并且特别是所述至少一个发光元件。所述至少一种封装材料可以进一步对于由所述至少一个发光设备发射的光是透明的，特别是当所述至少一个发光设备也至少部分地被所述封装材料围绕时。在一些实施例中，连接元件和所述至少一个发光设备被所述至少一种封装材料完全围绕（即彻底封装）。
13.至少一个连接元件包括至少一个弹簧区段。已经发现，照明设备的稳定性问题可能主要是由热应力引起的，特别是由于当设备被打开和关闭时的快速加热和冷却序列。已经发现连接元件和封装材料的组合由于热膨胀的典型大差异而特别成问题，这是因为连接元件典型地基于金属材料，而绝缘材料（如塑料和聚合物）可以用作封装材料。热膨胀的差异可能导致连接元件与发光元件之间的接触（例如，焊接片）以及连接元件本身的材料的损伤。利用所述至少一个弹簧区段，连接元件可以在加热和冷却期间弯曲，以补偿特别是在到封装材料的界面处引发的热应力的至少部分。
14.连接元件可以在弹簧区段中具有一形状，所述形状可以至少部分地通过将连接元件缠绕在对象周围而获得，例如缠绕在诸如心轴或辊的成形工具周围。例如，连接元件可以在弹簧区段中包括环或环的至少部分的形状。在将连接元件缠绕在对象周围之后，弹簧区段可以可选地进一步变形为连接元件的最终形状。所述至少一个连接元件包括弹簧区段特别地可以进一步理解为连接元件具有偏离连接元件延伸方向的形状。
15.此外，由于弹簧区段，连接元件可以具有弹性特性。特别地，弹簧区段可以被配置为具有对应于所述至少一种封装材料的热膨胀的弹性特性（即，弹簧区段可以在基本上没有塑性变形的情况下变形）。作为引起热膨胀的温度差异，可以考虑由照明设备的操作出现的温度差异，特别是由于所述至少一个发光元件的废热。
16.连接元件在弹簧区段中可以具有“三维”形状，因为所述形状从延伸方向（其表示第一维度）偏离到其他两个维度中。因此，与仅包括简单弯曲区段（例如具有基本上二维形状的弯曲区段）的连接元件相比，根据本发明的照明设备中的连接元件的弹簧区段可以提供多个方向上的弯曲，并且因此提供在连接元件与封装材料之间的热膨胀差异的改善补偿。结果，增强了照明设备的热稳定性和机械稳定性以及寿命。
17.在本发明的示例性实施例中，连接元件被配置成引线。因此，照明设备可以基于布
置在引线上的至少一个发光元件。引线可以具有柔性特性，并且允许成本有效地生产照明设备。引线也可以有不同的横截面和材料，使得通过相应地配置引线可以满足照明设备的机械和电气特性的要求。特别地，可以使用具有基本上圆形横截面的引线。
18.在本发明的另一个示例性实施例中，提供了多个发光元件。特别地，连接元件可以在多个发光元件之间提供电子连接。例如，发光元件之一借助于连接元件连接到下一个相邻的发光元件。至少一个弹簧区段可以布置在多个发光元件之间，例如，相邻的发光元件之间。因此，弹簧区段可以补偿布置在发光元件之间的连接元件和封装材料的热膨胀差异。
19.在本发明的另一个示例性实施例中，多个发光元件沿着照明设备的纵向方向布置。例如，照明设备可以具有特别对应于照明设备的最长尺寸的纵向方向。发光元件至少部分地沿着相对于彼此的纵向方向布置。发光元件可以例如以规则或不规则的间隔沿着纵向方向间隔布置。例如，照明设备可以基本上包括例如具有基本上恒定的横截面的条带形状。利用发光元件的该布置，照明设备可以以“环形”或“一维”的方式被基本配置成半成品，从而显著降低了生产成本，并且允许在半成品生产之后选择照明设备的长度。在一些实施例中，柔性材料用于照明设备，使得照明设备可以被制成各种形状。
20.在本发明的另一个示例性实施例中，连接元件中的至少两个连接元件包括弹簧区段，其中所述至少两个连接元件的弹簧区段相对于彼此交错布置。由于连接元件包括弹簧区段，所以连接元件在弹簧区段处的宽度增加。当连接元件的弹簧区段相对于彼此交错布置时，例如基本上彼此平行伸展的连接元件的总宽度可以减小。当沿着照明设备的纵向方向布置多个发光元件时，可以特别地优化照明设备的尺寸。
21.在本发明的另一个示例性实施例中，所述至少一个弹簧区段包括从半次缠绕到200次缠绕。一次缠绕可以理解为表示连接元件绕360
°
的一圈或一环。因此，半次缠绕可以表示180
°
的环、并且特别是半圆形的形状。更多数量的缠绕可以改善热膨胀差异的补偿，因为弹簧区段的（弹性）变形增强。然而，更多数量的缠绕也可能需要增加每个弹簧区段的长度。特别地，可以提供从1次缠绕到10次缠绕，从而优化弹簧区段的尺寸和变形特性。
22.在本发明的另一个示例性实施例中，弹簧区段包括螺旋形状。螺旋形状可以具有基本上圆形的横截面。特别地，弹簧区段的至少部分可以包括圆柱形和/或圆锥形形状。因此，可以使用包括类似圈状弹簧的弹簧区段的连接元件，诸如引线。弹簧区段可以至少部分地通过将连接元件缠绕在心轴周围而形成，其中心轴包括圆柱形和/或圆锥形形状。在一些实施例中，弹簧区段也可以通过无心轴缠绕获得。
23.在本发明的另一个示例性实施例中，所述至少一个弹簧区段具有扁平化形状，该扁平化形状具有较短尺寸和较长尺寸。如上所述，连接元件的尺寸（例如，连接元件的横截面，诸如引线的直径）和弹簧区段的配置（例如，用于形成弹簧区段的心轴的形状）可以依据导电性和热稳定性的要求进行优化。然而，对于一些应用，在弹簧区段中使用简单的圆形螺旋形状将导致螺旋形状的更大直径，这可以阻挡由（多个）发光元件发射的部分光。当使用具有弹簧区段的较短尺寸和较长尺寸的扁平化形状时，可以避免对发光元件发射的光的不合期望的阻挡。弹簧区段的扁平化形状在弹簧区段靠近发光元件布置时是特别有利的，从而允许照明设备的紧凑尺寸。
24.在一些实施例中，扁平化形状基本上是矩形形状和/或椭圆形形状。例如，具有矩形横截面的心轴可以用于形成弹簧区段的形状。作为替代，弹簧区段的螺旋形状因为它可
以借助于具有圆形横截面的缠绕来获得，因此可以变形或扁平化以获得例如椭圆形形状。缠绕可以例如借助于心轴或辊来执行。在一些实施例中，弹簧区段也可以通过无心轴缠绕获得。
25.在优选实施例中，扁平化形状的较短尺寸对应于所述至少一个发光元件的发光方向。例如，发光元件可以具有发光面，所述发光面具有表示最大光强度发射方向的发光方向。在发光元件包括led的情况下，led管芯的主面可以对应于发光面，其中发光方向垂直于发光面。通过将扁平化形状的较短尺寸的方向与发光方向对准，弹簧区段对光的阻挡被最小化，从而使照明设备的光输出最大化。
26.最短尺寸的长度可以被配置为使得被阻挡的光量最小化，同时提供足够的连接元件横截面，用于到发光元件的电传导。特别地，在一些实施例中，弹簧区段沿着最短尺寸的端部可以与发光设备的发光面对准，以避免阻挡光。
27.在本发明的另一个示例性实施例中，所述至少一个发光元件包括至少一个发光二极管、特别是布置在插入物上的至少一个发光二极管。led可以包括至少一个半导体元件，诸如p
‑
n结、二极管和/或晶体管。led可以例如与基板、导线框和/或（多个）引线接合结合而作为led封装来提供。插入物可以提供一个led或多个led到连接元件的电连接。插入物特别地被配置成印刷电路板，其允许从连接元件到led的电接口布线，以向led提供电力。例如，插入物可以包括扁平或板状形状，其中扁平形状的led或led封装与发光面相对的一侧布置在插入物上。特别地，插入物可以包括用于到连接元件的电连接的焊接片。
28.如上面已经指出的，连接元件和所述至少一种封装材料可以具有不同的热膨胀系数。特别地，连接元件和所述至少一种封装材料的热膨胀系数可以相差至少一个数量级或至少两个数量级。在根据本发明的示例性实施例中，封装材料包括硅树脂。硅树脂向封装材料并且因此向照明设备提供高度柔性特性，而硅树脂可以通过诸如挤压和/或模制的方法容易地成形。特别地，硅树脂可以具有透明特性，并且因此可以用于至少部分围绕发光元件。基于硅树脂的材料例如当颗粒嵌入硅树脂中时也可以具有反射和/或不透明的特性。例如，通过在硅树脂（诸如“白色硅树脂”）中使用反射颗粒（诸如tio
x
颗粒），可以获得由具有非常高的反射率和高度柔性特性的硅树脂制成的元件。此外，与透明硅树脂相比，白色硅树脂可能示出显著改善的导热性。
29.连接元件和所述至少一个发光元件的电子连接可以借助于例如焊接来建立。在本发明的实施例中，连接元件可以以直线配置来布置，其中特别地，连接元件被布置成基本上彼此平行，并且至少一个发光元件被设置在连接元件上并且被焊接到连接元件，例如利用为连接元件提供接触表面的插入物。因此，多个发光元件可以以简单的方式沿着照明设备的纵向方向布置，所述纵向方向对应于连接元件的延伸方向。封装材料可以例如借助于模制或挤压来设置，以围绕连接元件的至少部分、并且特别是所述至少一个弹簧区段。
30.可以在将连接元件连接到（多个）发光元件之前提供所述至少一个弹簧区段。特别地，连接元件可以作为具有弹簧区段的半成品提供。
31.在本发明的示例性实施例中，根据本发明的照明设备用在汽车照明中，特别是作为汽车内部灯。利用照明设备的柔性特性，照明设备还可以根据汽车照明中的设计要求被制成不同的形状。
32.上述本发明的特征和示例实施例同样可以属于根据本发明的不同方面。特别地，
随着与根据第一方面的照明设备相关的特征的公开，还公开了与根据第二方面的用于生产的方法和根据第三方面的用途相关的对应特征。
33.应理解，本章节中对本发明实施例的呈现仅仅是示例性的而非限制性的。
34.从以下结合附图考虑的详细描述中，本发明的其他特征将变得清楚。然而，要理解，附图仅仅是为了说明的目的而不是作为对本发明的限制的定义而设计的，对于本发明的限制的定义应当参考所附权利要求。应当进一步理解，附图不是按比例绘制的，并且它们仅仅旨在概念性地图示本文中描述的结构和过程。
附图说明
35.图1以俯视图示出了照明设备的第一实施例的示意性表示；
36.图2以俯视图示出了照明设备的第二实施例的示意性表示；
37.图3a
‑
c以透视图示出了具有弹簧区段的连接元件的示意性表示；以及
38.图4以侧视图示出了照明设备的实施例的示意性表示；
39.图5以透视图示出了根据本发明的照明设备的实施例。
具体实施方式
40.图1以俯视图示出了照明设备2的第一实施例的示意性表示。照明设备2包括发光元件4，发光元件4具有布置在插入物8上的led 6。发光元件4被布置在用于到发光元件4以及在发光元件4之间的电子连接的连接元件10a
‑
c上。
41.多个发光元件4沿着照明设备2的纵向方向12布置，使得照明设备2具有基本上条带形状。虽然为了清楚起见，在图1中仅示出了两个发光元件4，但是照明设备2可以以“环形”或“一维”的方式配置，其中大量的发光元件4沿着纵向方向12布置。例如，在生产以条带形状的照明设备2之后，可以将条带切割成一定长度，以获得可以可选地变形的照明设备2。
42.封装材料14围绕连接元件10a
‑
c和发光元件4。封装材料14基于硅树脂，并且为连接元件10a
‑
c和发光元件4提供保护以及向连接元件10a
‑
c提供电绝缘
43.连接元件10a
‑
c被配置成引线。每个连接元件4包括弹簧区段16，在弹簧区段16中，其中例如引线以螺旋形状形成。弹簧区段16布置在发光元件4之间。利用弹簧区段16，连接元件10a
‑
c可以在照明设备2的加热和冷却期间弯曲，以补偿特别是在到封装材料14的界面处引发的热应力的至少部分。
44.连接元件10a
‑
c的弹簧区段16相对于彼此交错布置，因为连接元件10b的弹簧区段16在照明设备2的纵向方向12上布置在与连接元件10a、c的弹簧区段16不同的位置处。因此，照明设备2可以以紧凑的方式配置，因为弹簧区段16可以沿着纵向方向12重叠，如从图1中明显可见的。
45.图2以俯视图示出了照明设备2的第二实施例的示意性表示。图2的照明设备2包括弹簧区段16的替代交错布置。连接元件10a
‑
c中的每个的弹簧区段沿着纵向方向12相对于彼此布置在不同的位置处。同样利用该配置，照明设备2可以以紧凑的方式配置。
46.图3a
‑
c以透视图示出了具有弹簧区段16的连接元件10的示意性表示。示出了弹簧区段16的不同配置，其可以在根据本发明的照明设备中单独地或者组合使用。
47.在图3a中，连接元件10在弹簧区段16中以螺旋形状形成，即弹簧区段16具有基本
上圆形或圆柱形的圆周，诸如圈状弹簧或螺旋式弹簧。螺旋形状可以例如通过将用于连接元件10的引线缠绕在圆柱形心轴或辊周围而获得。缠绕的数量，即以螺旋形状的完整环的数量，以及弹簧区段的直径可以取决于引线的直径、引线的材料和/或发光元件的尺寸和布置来选择。
48.例如，弹簧区段16可以包括从半次缠绕到200次缠绕，特别是从1次缠绕到10次缠绕。图3a示出了具有3.5次缠绕的示例。在图3b中，连接元件10也在弹簧区段16中以螺旋形状形成，但是仅具有半次缠绕，即引线包括180
°
的环，并且在弹簧区段16中具有基本上半圆形的圆周。弹簧区段16的该配置可能是有利的，因为该配置是非对称的，并且可以避免对发光元件发射的光的阻挡。
49.图3c以透视图示出了具有弹簧区段16的连接元件10的另一种配置的示意性表示。弹簧区段16具有扁平化形状，该形状具有较短尺寸18和较长尺寸20。扁平化形状基本上是矩形形状，该形状例如可以通过将引线缠绕在包括矩形横截面的心轴周围而获得。较短尺寸18可以被布置成对应于照明设备中的至少一个发光元件的发光方向，以减少被弹簧区段16阻挡的光量。同时，扁平化的形状允许连接元件10的大横截面以提供高的导电性，并且允许弹簧区段16的配置足以补偿照明设备中的热应力。
50.图4以侧视图示出了根据本发明的照明设备2的实施例，其中弹簧区段16具有扁平化形状，例如图3c中所描绘的弹簧区段16。从图4中可以看出，连接元件10被配置成连续引线，其中发光元件4被布置在连接元件10上。借助于焊接片22在发光元件4和连接元件10之间进行电连接和机械连接。
51.发光元件4被配置成插入物8上的led 6，其中led 6也朝向侧面并且近似在纵向方向12上发光。弹簧区段16具有扁平化形状，其中较短尺寸对应于发光元件4的发光方向。因此，例如与圆形螺旋形状相比，避免了光被弹簧区段16阻挡。具有圆形螺旋形状的弹簧区段的对应尺寸被指示为虚线24。
52.图5以示意性透视图示出了根据本发明的照明设备2的实施例。发光元件4沿着照明设备2的外壳26的纵向方向布置。外壳26可以例如包括柔性且高反射性的材料，诸如白色硅树脂。封装材料14可以例如包括透明硅树脂，并且围绕发光元件4和具有弹簧区段16的连接元件10a
‑
c。照明设备2被配置成柔性条带。特别地，照明设备2可以用在汽车照明中，诸如汽车内部灯，其中照明设备2由于其柔性特性可以适应各种形状。