CN101614329A - 发光二极管灯具及其光引擎 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管灯具,包括:一光学部,包括至少一发光二极管光源及一出光通道,用以提供所需的照明亮度与发光特性及光源保护;一电气部,包括至少一电路板、两护罩及设于所述护罩外端的接头,用以提供光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理;及一散热部,设于电气部的两护罩之间,包括一长条形的散热基座及自该散热基座的一侧面延伸分布的若干鳍片,该散热基座的另一相对侧面为一吸热面,所述光源设于该吸热面上并与该吸热面紧密热接触,所述吸热面为一凹面或凸面用以对所述光源进行汇聚式或扩散式配光。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明装置,特别是关于一种发光二极管灯具及其光引擎。
背景技术
人们由于长期过度依赖石化燃料,除造成能源短缺及石油价格高涨而牵动经济发展,更使全球二氧化碳与有害气体的排放浓度日益增加,导致地球暖化所引起的气候反常、生态环境的破坏、以及对人类生存的危害日益显现,为永续经营人类赖以生存的地球生态环境,必须同时解决能源危机与环境污染问题,开发新能源及再生能源是推动节约能源及高效率使用能源最重要的策略,而传统照明所消耗的能源极为可观,发展照明节能将是最重要的新能源科技,而半导体照明采用高功率高亮度的发光二极管(light-emitting diode,LED)为光源,该新光源以其高发光效率、节能、长寿、环保(不含汞)、启动快、指向性等优点,具有广泛取代传统照明光源的潜力。
LED由于输入电能的80%~90%转变成为热量,只有10%~20%转化为光能,且由于LED芯片面积小,因此芯片散热是LED封装必须解决的关键问题;优良的散热系统可在同等输入功率下得到较低的工作温度,延长LED的使用寿命,或在同样的温度限制范围内,增加输入功率或芯片密度,从而增加LED灯的亮度;结点温度(Junction temperature)是衡量LED封装散热性能的重要技术指标,由于散热不良导致的结点温度升高,将严重影响到发光波长、光强、光效和使用寿命。
应用高功率高亮度LED在照明的新光源上,必须配合高效率的散热机构以尽量降低LED的结点温度,才能发挥上述诸多优点,否则照明装置的发光亮度、使用寿命将大打折扣,影响所及将使该照明装置的节能效果不彰,并直接冲击该照明装置的可靠度,引发严重的光衰甚至使照明装置失效。
现有日光灯主要由灯管、整流器和启动器组成,因发光效率约为钨丝灯泡的两倍,已成为目前最普遍使用的照明装置,其发光是利用密闭的气体放电原理,具体结构包括于真空的玻璃管内壁镀以荧光物质,并于其内充入惰性气体(例如氩(Argon)、氖(Neon)或氪(Krypton))及汞蒸汽,通过能产生高电压的整流器使管内导通的电流激发汞原子产生气体放电,并在放电过程中释放出紫外光及热量,通过所述荧光物质吸收紫外光后释放出可见光;不同的荧光物质会发出不同的可见光;然而,现有日光灯的主要气体放电物质为具有毒性的汞及荧光物质,长年大量使用日光灯所累积的废弃物将使环境受到严重污染。
现有半导体照明装置中虽已见应用于日光灯的产品,然而由于光源采用平面式配置,使有效照明范围受到限制,在要变更照明范围或作不同配光的状况下,必需针对每一光源作繁复的个别导光调配,从而影响照明品质的稳定性与无法达到预期的配光效果。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种具有高散热效率并兼顾配光的发光二极管灯具,并提供一种该发光二极管灯具所采用的光引擎。
一种发光二极管灯具,包括:一光学部,包括至少一发光二极管光源及一出光通道,用以提供所需的照明亮度与发光特性及光源保护;一电气部,包括至少一电路板、两护罩及设于所述护罩外端的接头,用以提供光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理;及一散热部,设于电气部的两护罩之间,包括一长条形的散热基座及自该散热基座的一侧面延伸分布的若干鳍片,该散热基座的另一相对侧面为一吸热面,所述光源设于该吸热面上并与该吸热面紧密热接触,以传输及移除光源发光时所释放的热量,所述吸热面为一凹面或凸面用以对所述光源进行汇聚式或扩散式配光。
一种发光二极管灯具,包括一壳体、至少一光引擎及一电气部,该壳体包括一顶板及自该顶板周缘延伸的一侧壁;所述光引擎设于该壳体上,包括一长条形的散热基座、若干呈间隔设置的鳍片及至少一发光二极管光源,这些鳍片是自该散热基座的一侧面向外延伸形成,该散热基座的另一相对侧面为一吸热面,所述光源设于散热基座的吸热面上并与该吸热面紧密热接触,以传输及移除光源发光时所释放的热量,该吸热面为一凹面或凸面用以对所述光源进行汇聚式或扩散式配光;该电气部设于该壳体上,包括一护罩及设于该护罩内的一电路板,用以提供光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理。
一种光引擎,包括一长条形的散热基座、若干呈间隔设置的鳍片及若干发光二极管光源;所述鳍片是自该散热基座的一侧面向外延伸形成,该散热基座的另一相对侧面为一吸热面,所述光源设于散热基座的吸热面上并与该吸热面紧密热接触,以传输及移除光源发光时所释放的热量,所述吸热面为一凹面或凸面用以对所述光源进行汇聚式或扩散式配光。
本发明具有如下优点:
提供一种具日光灯外观特性的发光二极管照明装置,特别是在不需整流器和启动器的电连接特性下,提供一种较现有日光灯供电需求更为简单实用的发光二极管灯具及其光引擎,达到方便更换及安装的功效。
提供一种具日光灯外观特性的发光二极管照明装置,特别是包括一散热基座以及由该散热基座向外延伸分布的若干鳍片,该长条状的一体成型件不仅具降低界面热阻及均匀散热的高效率热传功效,更因适用于量产工艺而具降低制造成本的功效。
提供一种能延伸照明容量的发光二极管灯具,可单支使用亦可通过一壳体整合若干支光引擎成一模块,依不同照明的应用需求,将光引擎及该模组的数量及配置作弹性的组合,达到降低制造成本并发挥发光二极管灯具在设计上的多样化及应用的灵活性。
提供一种具高散热效率并兼顾配光的发光二极管灯具,通过自然循环、发光二极管灯具的壳体结构以及散热基座的吸热面曲度,达到高可靠度、长寿命、高光效及节能的功效。
通过不同的光引擎形状搭配均一的光源配置方式以简化发光二极管灯具的配光工程,从而避免现有发光二极管灯具必需针对其中的每一光源作繁复的个别导光调配,且使光源获致更准确的定位而优化光学性能。
附图说明
下面参照附图,结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明发光二极管灯具及其光引擎第一实施例的立体组装图。
图2是图1中光引擎的部分立体图。
图3是本发明发光二极管灯具第二实施例中光引擎的部分立体图。
图4是本发明发光二极管灯具第三实施例中光引擎的部分立体图。
图5是本发明发光二极管灯具第四实施例的立体组装图。
图6是图5的仰视图。
图7是图6中壳体的立体图。
图8是图6中光引擎的立体组装图。
图9是本发明发光二极管灯具又一实施例的组装图。
具体实施方式
图1是本发明发光二极管灯具100及其光引擎21第一实施例的立体组装图,图2是图1中光引擎21的部分立体图;该发光二极管灯具100主要包括一光学部10、一散热部20及一电气部30。其中:
光学部10是设置于散热部20前方,包括若干发光二极管光源11及至少一出光通道12。所述光源11是由一长条状的散热基板111、沿散热基板111纵向设置于散热基板111上的若干发光体112(Emitter)、以及设于该散热基板111两端的若干电极113所构成的一体成型件,其中所述发光体112是由至少一发光二极管芯片所组成的透明封装体。所述光源11的散热基板111与散热部20的散热基座22上的吸热面221之间的紧密热接触可先在其间涂抹一层热界面材料(TIM),再将已套装电绝缘垫片的若干螺丝(图未示)分别通过散热基板111上的若干固定孔(图未示),以便锁固于散热基座22的吸热面221所设螺孔(图未示)达成,亦可通过回焊方式将散热基板111直接黏贴(SMT)于该散热基座22的吸热面221上达成,以传输及移除光源11发光时释出的热量;所述光源11的发光可通过电线(图未示)连接光源11的电极113与电气部30中的电路板31以及通过电线连接电路板31与外部电源达成;所述光学部10的光源11与散热基座22上的吸热面221之间的紧密热接触还可通过其它方式达成,例如先对散热基座22上的吸热面221进行电绝缘处理,然后在该经电绝缘处理的吸热面221上铺设金属基板电路如铜铂基板电路,再将发光二极管芯片与所述金属基板电路电连接并于发光二极管芯片外包覆一透明封装体而达成,采用此种方式的光源不包含散热基板111,从而避免散热基板111与散热基座22之间接触热阻的产生,光源所产生的热量可直接由散热基座22吸收并予以快速散发,可进一步提升散热效率。为方便叙述,本实施例及以下实施例皆仅以包含有散热基板111及若干发光体112的长条形的光源11予以说明,实际上,各实施例中的光源还可以是由若干包含有散热基板及单个发光体的个别光源组成,亦皆可用上述不含散热基板111的光源替代。
出光通道12为导引光源11向外射出光线的通道,以提供发光二极管灯具100所需的照明分布、发光特性及光源保护的功能。本实施例中,出光通道12包括一罩设于这些光源11的导光罩121,该导光罩121为具光源保护功能的一透光罩盖,亦可以为包括至少一光学镜片的透光罩盖;所述出光通道12亦可为其它形式,如为包括至少一导引光源11向外射出光线的光杯(图未示),所述光杯底部设有对应于光源11的发光体112的通孔以供所述发光体穿设并凸伸至该光杯内,或者为包括至少一光杯及一导光罩,还可为不包括光杯与导光罩,即依光源11的排列直接将光线射出。
上述导光罩121中的光学镜片亦可以在光源11的封装过程中直接与该光源11的发光体112一体成型,又可将该导光罩121中的光学镜片直接罩盖于个别的光源11的发光体112上,以避免二次光学造成的光损耗。
散热部20由导热性佳的材质制成并与光源11紧密热接触,为配合发光二极管灯具100的外观,所述散热部20为细长形的一体成型件,包括一散热基座22及自该散热基座22的一侧面向外一体延伸分布的若干呈间隔设置的鳍片23,该散热基座22相对的另一侧面为传输光源11热量的吸热面221,通过光源11的散热基板111与所述吸热面221的紧密热接触,以传输及移除光源11发光时所释放的热量;本实施例中,该散热基座22为一横截面呈V形的板体,所述散热基座22于相对的两侧分别形成一V形的凸面及一V形的凹面222,该V形的凸面即为与光源11的发热面紧密热接触的吸热面221,以实现较平面式散热基座更大面积的照明配光,所述鳍片23设于该散热基座22另一侧的V形的凹面222上,这些鳍片23是沿散热基座22的横向排列且鳍片23的高度沿横向由中心向两侧逐渐缩短,并由这些鳍片23的自由端形成一弧形凸面,以配合所述散热基座22的吸热面221沿纵向的中心区所设较高的热负荷及其边缘区所设较低的热负荷;这些鳍片23亦可以为其它形式,例如由散热基座22凸伸的若干柱状体或沿散热基座22纵向排列的若干板状体组成;上述结合光源11与包括吸热面221的散热基座22及延伸分布的若干鳍片23构成一灯管状的光引擎21。
该光引擎21的散热是透过气流温差导致的密度差而产生热浮力,并通过热空气向上漂浮的惯性趋势引导鳍片23外的冷空气进入相邻鳍片23之间;使进入相邻鳍片23之间的冷空气吸收由光源11传至鳍片23的热量而升温并上浮,同时,新的冷空气会自动填补已上浮的热空气空间,并同样经吸热升温上浮而发挥鳍片23局部散热的效果;上述冷热气流交替进出鳍片23之间形成对自然循环最有利于低流阻的垂直冷却气流通道,从而使所述光引擎21具有高散热效率,达到有效移除光源11发光时释出的热量。
电气部30包括至少一电路板31、两护罩32及两对接头33,所述电路板31设于护罩32内,该电路板31是通过电线与光源11的电极113及电源连接,上述电源除可为电池或电瓶等直流电源外,亦可透过电源转换器将交流市电转换为适合光源11的直流电源,并提供光源11的驱动电源及发光二极管灯具100的电源管理;该两护罩32分别设于所述光引擎21的两端,并在该两护罩32与光引擎21的两端部之间分别设有一隔板34,以将护罩32朝向光引擎21的一端密封。所述隔板34为导热性良好的金属制成,通过该隔板34与鳍片23端部的热接触以移除电路板31产生的热量;该两护罩32的外端分别设置与传统日光灯相同的一对杆状接头33,提供一种能匹配现有日光灯的插座达到即插即用方便换装的功效。
图3是本发明发光二极管灯具第二实施例中光引擎41的部分立体图;本实施例与第一实施例的主要区别在于:本实施例中光引擎41的散热基座42为一横截面呈弧形的板体,其相对的两侧分别形成一弧形的凸面即吸热面421与一弧形的凹面422,所述鳍片43设于该散热基座42的弧形的凹面422上;光源44的散热基板441设于散热基座42的吸热面421上并紧密热接触,所述散热基板441也相应地呈弧形,发光体112均匀分布于散热基板441的一弧形的凸面上,当采用不具散热基板441的光源时,光源可直接设于散热基座42的弧形的凸面即吸热面421上。该光引擎41可以达到较第一实施例中具V形散热基座22的光引擎21更均匀的扩散式配光。
图4是本发明发光二极管灯具第三实施例中光引擎51的部分立体图;本实施例中光引擎51的散热基座52同样为一横截面呈弧形的板体,与第二实施例的主要区别在于:本实施例中鳍片53设于该散热基座52的弧形的凸面522上,光源54的散热基板541设于散热基座52的弧形的凹面即吸热面521上并紧密热接触,发光体112均匀分布于散热基板541的一弧形的凹面上,该光引擎51可以达到均匀的汇聚式配光。
上述实施例中,通过不同的光引擎形状以简化发光二极管灯具的配光工程,从而避免现有发光二极管灯具必需针对其中的每一光源作繁复的个别导光调配,且使光源获致更准确的定位而优化光学性能。
图5是本发明发光二极管灯具600第四实施例的立体组装图,图6是图5的仰视图,图7是图6中壳体65的立体图,图8是图6中光引擎61的立体组装图;本实施例与前述实施例的主要区别在于:本实施例提供一种能延伸照明容量的模块化发光二极管灯具600,通过一壳体65整合若干支光引擎61成一模块,依不同照明的应用需求,将该模块中光引擎61的数量与配置以及所述模块的数量与配置作弹性的组合,达到降低制造成本并发挥发光二极管灯具600在设计上的多样化及应用的灵活性。
该发光二极管灯具600包括壳体65及若干光引擎61。该壳体65包括一顶板651及自顶板651周缘延伸的一矩形的侧壁652,并由所述顶板651与侧壁652围成一收容空间653。所述光引擎61与第一实施例中的光引擎21的结构基本相同,同样包括散热基座22、鳍片23及若干光源11,差别在于本实施例中光引擎61的散热基座22纵向的两侧边缘还分别沿水平向外延伸设有一凸缘613,所述凸缘613上设有若干固定孔614。
为使这些光引擎61稳固安装于壳体65上,该壳体65的顶板651上设有与光引擎61的散热基座22同宽的若干长条形的开口654,用以容置光引擎61的光源11及散热基座22,该壳体65的顶板651于开口654的纵向的两侧对应光引擎61的凸缘613上的固定孔614设有若干固定孔655;所述光引擎61组装于壳体65的方式,是将光源11及散热基座22自壳体65的顶面伸入开口654并使光源11凸伸至壳体65的收容空间653内,从而在壳体65内形成一光学部;散热基座22两侧的凸缘613支撑于壳体65所设开口654的外缘,以便用螺丝将散热基座22锁固于壳体65的顶板651,并使所述光引擎61的鳍片23凸出于壳体65的顶板651的顶面而形成一散热部。
电气部62设于壳体65的顶板651的顶面,包括一护罩621及设于该护罩621内的一电路板622。该护罩621为罩盖于该电路板622的一密封壳体,以提供该电路板622的保护。该电路板622是通过电线623与光源11的电极113及电源(图未示)电连接,以提供发光二极管灯具600的电源管理;所述电源除可为直流电源外,亦可透过电源转换器将交流市电转换为适合光源11的直流电源。所述光引擎61与电气部62的电连接方式,是将各光源11的电极113以电线623分别连接至设于壳体65上的一接线盒63内相对应的接线通道,所述接线盒63的各接线通道分别连接至电气部62中的电路板622,以将这些光引擎61的光源11串接或并接,并通过一共同的插座64将电路板622与市电电连接以提供各光源11的驱动电源。
上述发光二极管灯具600设有壳体65,用以整合发光二极管灯具600的光学部、电气部62及散热部,达到方便光引擎61的更换与安装。另外,通过在第二、第三实施例中的光引擎41、51的散热基座42、52两侧设置凸缘,同样可以应用于本实施例的发光二极管灯具600中。
图9是本发明发光二极管灯具700又一实施例的组装图,该发光二极管灯具700包括如图8所示的光引擎61及分别固设于该光引擎61的两端部的两支撑架72(图中仅示出其中之一),所述支撑架72包括一呈三角形的支撑板721及与该支撑板721的一条边相连接的一固定板722,该支撑板721的另外两条边的相交处设有一固定孔723,散热基座22的端部的中心对应设有固定孔(未示出)以便通过螺丝将支撑架72的支撑板721锁固于散热基座22的端部上,所述支撑架72的固定板722上亦设有固定孔724以便将发光二极管灯具700固定于屋顶或墙壁等位置。
由上述的实施方式已进一步清楚说明本发明的技术特征及达成的功效,包括:
1)本发明提供一种具日光灯外观特性的发光二极管照明装置,特别是在不需整流器和启动器的电连接特性下,提供一种较现有日光灯供电需求更为简单实用的发光二极管灯具及其光引擎,达到方便更换及安装的功效。
2)本发明提供一种具日光灯外观特性的发光二极管照明装置,特别是包括一散热基座以及由该散热基座向外延伸分布的若干鳍片,该长条状的一体成型件不仅具降低界面热阻及均匀散热的高效率热传功效,更因适用于量产工艺而具降低制造成本的功效。
3)本发明提供一种能延伸照明容量的发光二极管灯具,可单支使用亦可通过一壳体整合若干支光引擎成一模块,依不同照明的应用需求,将光引擎及该模块的数量与配置作弹性的组合,达到降低制造成本并发挥发光二极管灯具在设计上的多样化及应用的灵活性。
4)本发明提供一种具高散热效率并兼顾配光的发光二极管灯具,通过自然循环、发光二极管灯具的壳体结构以及散热基座的吸热面曲度,达到高可靠度、长寿命、高光效及节能的功效。
5)本发明通过不同的光引擎形状搭配均一的光源配置方式以简化发光二极管灯具的配光工程,从而避免现有发光二极管灯具必需针对其中的每一光源作繁复的个别导光调配,且使光源获致更准确的定位而优化光学性能。
另外,本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化,只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围的内。
Claims (20)
1.一种发光二极管灯具,包括:
一光学部,包括至少一发光二极管光源及一出光通道,用以提供所需的照明亮度与发光特性及光源保护;
一电气部,包括至少一电路板、两护罩及设于所述护罩外端的接头,用以提供光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理;及
一散热部,设于电气部的两护罩之间,包括一长条形的散热基座及自该散热基座的一侧面延伸分布的若干鳍片,该散热基座的另一相对侧面为一吸热面,所述光源设于该吸热面上并与该吸热面紧密热接触,以传输及移除光源发光时所释放的热量,所述吸热面为一凹面或凸面用以对所述光源进行汇聚式或扩散式配光。
2.如权利要求1所述的发光二极管灯具,其特征在于:所述散热基座为一横截面呈V形或弧形的板体。
3.如权利要求1所述的发光二极管灯具,其特征在于:所述散热基座的吸热面及与该吸热面相对的侧面其中之一为凹面,其中之另一为凸面,所述光源与鳍片两者其中之一设于散热基座的凸面上,所述光源与鳍片两者其中之另一设于散热基座的凹面上。
4.如权利要求1所述的发光二极管灯具,其特征在于:所述鳍片的高度沿横向由中心向两侧逐渐缩短。
5.如权利要求4所述的发光二极管灯具,其特征在于:这些鳍片的自由端构成一弧形凸面。
6.如权利要求1所述的发光二极管灯具,其特征在于:该两护罩与散热部的两端部之间分别设有一隔板,所述隔板将护罩朝向散热部的一端密封,所述电路板设于护罩内,所述隔板由金属制成,以通过隔板与散热部的热接触将电路板所产生的热量移除。
7.一种发光二极管灯具,包括:
一壳体,包括一顶板及自该顶板周缘延伸的一侧壁;
至少一光引擎,设于该壳体上,包括:
一长条形的散热基座;
若干呈间隔设置的鳍片,所述鳍片是自该散热基座的一侧面向外延伸形成,该散热基座的另一相对侧面为一吸热面;及
若干发光二极管光源,所述光源设于散热基座的吸热面上并与该吸热面紧密热接触,以传输及移除光源发光时所释放的热量,所述吸热面为一凹面或凸面用以对所述光源进行汇聚式或扩散式配光;以及
一电气部,设于该壳体上,包括一护罩及设于该护罩内的一电路板,用以提供光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理。
8.如权利要求7所述的发光二极管灯具,其特征在于:该壳体的顶板对应光引擎的散热基座设有长条形的开口,所述光引擎的散热基座沿纵向的两侧边缘分别设有一凸缘,光引擎设于壳体的开口内并通过所述凸缘与壳体的顶板固定。
9.如权利要求8所述的发光二极管灯具,其特征在于:该壳体的顶板与侧壁围成一收容空间,该光引擎的光源凸伸至壳体的收容空间内,该光引擎的鳍片凸出于壳体的顶板的顶面。
10.如权利要求7所述的发光二极管灯具,其特征在于:所述散热基座为一横截面呈V形或弧形的板体。
11.如权利要求7所述的发光二极管灯具,其特征在于:所述散热基座的吸热面及与该吸热面相对的侧面其中之一为凹面,其中之另一为凸面,所述光源与鳍片两者中之一设于散热基座的凸面上,所述光源与鳍片两者中之另一设于散热基座的凹面上。
12.如权利要求7所述的发光二极管灯具,其特征在于:所述鳍片的高度沿横向由中心向两侧逐渐缩短。
13.如权利要求12所述的发光二极管灯具,其特征在于:这些鳍片的自由端构成一弧形凸面。
14.一种光引擎,包括:
一长条形的散热基座;
若干呈间隔设置的鳍片,所述鳍片是自该散热基座的一侧面向外延伸形成,该散热基座的另一相对侧面为一吸热面;及
若干发光二极管光源,所述光源设于散热基座的吸热面上并与该吸热面紧密热接触,以传输及移除该光源发光时所释放的热量,所述吸热面为一凹面或凸面用以对所述光源进行汇聚式或扩散式配光。
15.如权利要求14所述的光引擎,其特征在于:所述散热基座为一横截面呈V形或弧形的板体。
16.如权利要求14所述的光引擎,其特征在于:所述散热基座的吸热面及与该吸热面相对的侧面其中之一为凹面,其中之另一为凸面,所述光源与鳍片两者中之一设于散热基座的凸面上,所述光源与鳍片两者中之另一设于散热基座的凹面上。
17.如权利要求14所述的光引擎,其特征在于:所述鳍片的高度沿横向由中心向两侧逐渐缩短。
18.如权利要求17所述的光引擎,其特征在于:这些鳍片的自由端构成一弧形凸面。
19.如权利要求14所述的光引擎,其特征在于:该散热基座的两端还分别设有一用于固定光引擎的支撑架。
20.如权利要求19所述的光引擎,其特征在于:所述支撑架包括一呈三角形的支撑板及与该支撑板的一条边相连接的一固定板,该支撑板的另外两条边的相交处与散热基座的端部相连接。
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