CN101968181B - 一种高效率led灯泡 - Google Patents
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Abstract
一种高效率LED灯泡，它包括一个透光泡壳，一个带有排气管、电引出线和支架的芯柱，至少一条LED发光条，一个驱动器，一个电连接器；LED发光条固定在芯柱上，其电极经芯柱的电引出线与驱动器、电连接器相连，以连接外电源；透光泡壳和芯柱真空密封，泡壳内充有高导热率气体；LED发光条包括一个透明基板条，其上有至少一串、串联的、相同或不同发光色的LED芯片，并密封在一个玻璃管内，LED的电极由玻璃管二端引出，引出线与玻璃管真空密封，玻璃管内充有高导热率高透光率材料；LED芯片4π出光；玻璃管的内或外壁上、或透光泡壳内壁上可有发光材料；所述至少一条LED发光条连接成单向DC工作或双向AC工作；本发明的LED灯泡具有LED芯片4π出光、无需笨重的散热器、驱动器无需变压器、整灯效率高成本低、安全可靠等优点，用于照明。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种LED灯泡，特别是一种LED芯片4π出光、被密封在一充气的真空密封泡壳内的高效率低成本LED灯泡，用于照明。
背景技术
现有技术中，可替代白炽灯的灯泡形LED灯大多由多个LED、一块金属基PCB(MPCB)、一个带有一系列散热鳍片的散热器、一个包括有开关电源和恒流装置的驱动器及其外壳、一个防炫光泡壳和一个电连接器组成。目前，这类灯的光电参数已经达到一般家庭使用并可接受的水平，但其价格还太高；其高成本主要不是LED本身，而是因为笨重的铝合金散热器和包括有变压器开关电源和恒流装置的驱动器；这种带变压器开关电源和恒流装置的驱动器不仅成本高，而且效率低，使得这类LED灯的整灯效率低、成本高。
LED的发光来源于LED的P-N结，它原本是4π发光体，现有技术的LED为了聚光或与散热器连接，P-N结的一面有反射层、反射碗和散热器，即原本是4π发光的发光体被制成2π发光体；这就使射向反射面的2π的光要经过反射、多次反射和各种吸收后才能出射，大大降低了P-N结发光的出光率，即降低了LED的效率。
现有技术的功率型LED大多是直流低压大电流工作的，例如几伏、几百mA，而通用的市电却为110-230V的交流高压电，因而需要一个AC/DC变换器，把高压交流电变换成低压大电流的直流电。这种AC/DC变换器通常包括有一个带有变压器的开关电源和一个恒流电路，由于替代白炽灯的LED灯的体积不能太大，变换器的体积要尽量小，变压器也要尽量小，这就使得其电变换效率低，一般为70-80％。这也降低了整灯的发光效率。
为了避免使用这种变换器，一种称为ACLED的技术正在发展中，例如AX3221等，它把一系列LED芯片串接成类似于桥式整流电路、安装在一个MPCB上，再加上散热器就可直接用交流市电工作，其驱动电路很简单。但目前这类LED的效率还比较低，同时它需要与一个必须暴露在空气中的散热器密切热连接，而ACLED上有高压交流电，不安全。
此外，LED是一种点光源，100lm左右的光集中在约1mm2的面积上，其光亮度高达几千万尼特，若人眼直视它，会产生强烈的炫光、在视野中留下一个黑影，短时间内会严重影响视力。因此，对于家用类灯、必须加上防炫光泡壳或其它分散光的装置；为了得到良好的光感觉，防炫光泡壳的光漫射层需要有足够的厚度，但这同时也降低了泡壳的透过率，通常它要损失15％左右的光。这又降低了整灯的发光效率。
进一步提高LED灯的发光效率和进一步降低其成本，是目前LED照明的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述之不足，而提供一种LED芯片4π出光、无需笨重的散热器、无需成本高而效率低的带有变压器的AC/DC转换器的高效率LED灯泡。它包括有一个透光泡壳，一个带有排气管、电引出线和支架的芯柱，至少一条LED发光条，一个驱动器，一个电连接器；LED发光条被固定在芯柱上，其电极经芯柱的电引出线与驱动器、电连接器相连，以连接外电源，接通外电源、即可点亮LED；透光泡壳和芯柱真空密封，腔内充有高导热率气体。
所述LED发光条、包括一个透明基板条，透明基板条上有至少一串、串联的LED芯片，二端为其电极引出线。
所述LED发光条还可包括有一个玻璃管，安装有LED芯片的透明基板条被密封在玻璃管内，LED的电极由玻璃管二端引出，其引出线与玻璃管真空密封，玻璃管内充有高导热率高透光率材料。
所述LED发光条的透明基板条为透明玻璃条，LED芯片为基板是透明的芯片，被用透明胶固定在透明基板条上，所述透明胶例如为环氧树脂或硅胶；所述玻璃管内充有高导热率、高透光率材料，例如透明硅胶或环氧树脂；由于LED芯片四周都是透明介质、LED芯片所发的光4π出光，而且由于所述玻璃基板条、透明胶和玻璃管的折射率相近，LED出射光在各介质界面上的光损失少，因而LED芯片的出光率高、即发光效率高。
所述LED发光条上串联的LED芯片有足够的数量，其驱动电压高，例如为所用交流电峰值的20％-100％，驱动器无需变压器，电路简单、效率高、成本低。
所述发光条被密封在透光泡壳内，高工作电压被隔离在泡壳内，安全、可靠。
所述至少一条LED发光条可连接成双向AC工作或单向DC工作。
双向AC工作时，可以是至少一条LED发光条正方向导通、另至少一条反向导通，交流电的正反向依次交替导通发光；也可有至少5条LED发光条、构成类似桥式整流电路，交流电的正反向依次交替导通发光。
所述双向AC工作时，可直接用交流市电工作，或仅需串接限流电阻、PTC或NTC电阻；这样的驱动方法、还可用普通的调导通角的调光器调节光亮度，制成调光灯。
所述至少一条LED发光条连接成单向DC工作时，可用外DC电源或交流电源工作；在用外交流电源时、所述驱动器可以由一电容和电阻并联的限流电路和整流滤波电路构成；也可以是不带变压器的开关电源和恒流装置。
所述透光泡壳和芯柱构成的真空密封腔内，充有高导热率低粘度气体，例如氦、氢或氦氢混合气，其气体压力为在室温下50-1520Torr，LED条工作时产生的热可经所述气体的热传导和对流再经泡壳散发掉。
所述安装在透明基板上的串联的芯片可以是相同或不同发光色的LED芯片，例如为相同的蓝光、紫外光或其它单色光；也可以是不同发光色的，以得到不同色的混合光；选用不同数量的多种发光色的LED还可得到高显色指数的白光。
当LED芯片为发蓝光或紫外光、并需要用发光粉将其转变成白光时，其发光粉可混合在LED发光条的玻璃管内的透明介质内、或涂覆在玻璃管的内或外壁上、或涂覆在透光泡壳的内壁上。
所述透光泡壳为透明的、或为乳白、磨沙、有色的泡壳，也可为部分有反射层的，或部分有一系列小棱镜、小透镜的泡壳。
所述透光泡壳的形状可为A-型、G-型、R-型、PAR-型、T-型、烛型或其它现有灯泡的泡壳中的一种。
所述电连接器为E40、E27、E26、E14、GU等现有灯泡的电连接器中的一种。
本发明与现有技术相比，具有LED芯片4π出光、无需笨重的散热器、驱动电路成本低效率高、可调光、整灯效率高成本低、寿命长、安全可靠等优点，其发光效率可提高20％以上，其成本可降低一半以上；可用于家庭、办公室、商场等照明。
附图说明
图1为本发明的高效率LED灯泡的一个实施例的结构示意图。
图2为本发明的高效率LED灯泡的又一个实施例的结构示意图。
图3为本发明的高效率LED灯泡的又一个实施例的结构示意图。
图4a为本发明的高效率LED灯泡的LED发光条的一个实施例的结构示意图。
图4b是图4a中B-B剖视图。
图5a为本发明的高效率LED灯泡的LED发光条的又一个实施例的结构示意图。
图5b是图5a中D-D剖视图。
图中：1、透光泡壳；2、排气管；3、电引出线；4、4a支架；5、芯柱；6、LED发光条；7、驱动器；8、电连接器；9、LED灯泡；10、固定用金属丝；11、固定用金属丝；12、引线；13、真空密封腔体；14、反射层；15、透明基板条；16、LED芯片；17、芯片之间的连接线；18、基板二端电极引出用导电体；19、电连接线；20、透明胶；21、出射光；22、玻璃管；23、电连接线；24、真空密封；25、高导热率、高透光率材料；26、发光粉层；27、发光粉层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细介绍。图1为本发明的高效率LED灯泡的一个实施例的结构示意图。所述高效率LED灯泡包括有一个透光泡壳1，一个带有排气管2、电引出线3和支架4的芯柱5，至少一条LED发光条6，一个驱动器7，一个电连接器8；所述透光泡壳1、芯柱5、LED发光条6、驱动器7和电连接器8相互连接成一个整灯9。所述LED发光条6被用金属丝3、10、11固定在芯柱5上，其电极经芯柱的电引出线3、驱动器7、连接线12与电连接器8相连，以连接外电源，接通外电源、即可点亮LED发光条6；透光泡壳1和芯柱5真空密封，构成一个真空密封的腔体13，所述腔体13内充有高导热率低粘度气体，可把LED发光条6工作时产生的热经所述气体的热传导和对流再经泡壳1散发掉。
所述真空密封腔体13内的高导热率低粘度气体，例如为氦、氢或氦氢混合气，其气压为在室温下50-1520 Torr。
所述至少一条LED发光条6可连接成双向AC工作或单向DC工作。图1所示为有二条LED发光条6、构成单向DC工作的例子。
在所述至少一条LED发光条6连接成单向DC工作时，其外电源可为DC电源或交流电源；在用外交流电源时、所述驱动器7可以由一电容和电阻并联的限流电路和整流滤波电路构成；也可以是不带变压器的开关电源和恒流装置。
在所述至少一条LED发光条6连接成双向AC工作时，可以是至少一条LED发光条6正方向导通、另至少一条LED发光条6反向导通，交流电的正反向依次交替导通发光；也可有至少5条LED发光条6、构成类似桥式整流电路，交流电的正反向依次交替导通发光。
所述双向AC工作时，可直接用交流市电工作，或所述驱动器7仅为串接的限流电阻、PTC或NTC电阻；这样的驱动方法、还可用普通的调导通角的调光器调节光亮度，制成调光灯。
所述透光泡壳1为透明的、或为乳白、磨沙、有色的泡壳，也可为部分有反射层的，或部分有一系列小棱镜、小透镜的泡壳。
所述透光泡壳1的形状可为A-型、G-型、R-型、PAR-型、T-型、烛型或其它现有灯泡的泡壳中的一种。
所述电连接器8为E40、E27、E26、E14、GU等现有灯泡的电连接器中的一种，以适合于安装在不同灯座或灯具上。图1所示为E型灯头的例子。
图2为本发明的高效率LED灯泡的又一个实施例的结构示意图。其特征在于所述泡壳1为PAR型，14为在泡壳内壁上的光反射层，芯柱5上的支架4a为一金属丝，15为位于泡壳1底部的光反射板，用于把LED发光条射向底部的光反射向前方、以提高光出射效率。图2中其它数字所代表的意义与图1中的相同。
图3为本发明的高效率LED灯泡的又一个实施例的结构示意图。其特征在于所述泡壳1为T型泡壳，LED发光条6被直接固定在芯柱5的电引出线3上。图3中其它数字所代表的意义与图1中的相同。
图4a、4b为本发明的高效率LED灯泡的LED发光条的一个实施例的结构示意图，图4a中为LED发光条的正视图，图4b为其截面B-B的示意图。如图4a所示，所述LED发光条6包括一个透明基板条15，透明基板条15上有至少一串、串联的LED芯片16，图4a、4b所示为一串的例子；17为芯片之间的连接线，基板条15的二端为其电极引出用导电体18及其电引出线19。
图4b为图4a截面B-B的示意图，所述LED发光条6的透明基板条15为透明玻璃条，LED芯片16为基板是透明的芯片，被用透明胶20固定在透明基板条15上，LED芯片16所发的光4π出光，如图4b中21所示，出光率高、即发光效率高。所述透明胶20例如为环氧树脂或硅胶。
所述安装在透明基板条15上的串联的芯片16可以是相同或不同发光色的LED芯片，例如为相同的蓝光、紫外光或其它单色光；也可以是不同发光色的，以得到不同色的混合光；选用不同数量的多种发光色的LED还可得到高显色指数的白光。
所述LED发光条6上串联的LED芯片16有足够的数量，使其驱动电压较高，例如为所用的外交流电源的交流电峰值的20％-100％，驱动器7无需变压器，电路简单、效率高、成本低。
所述LED发光条6被密封在透光泡壳腔体13内(如图1、2、3所示)，高工作电压被隔离在泡壳内，安全、可靠。
图5a、图5b为本发明的高效率LED灯泡的LED发光条的又一个实施例的结构示意图。图5a为LED发光条6的正视图，图5b为其截面D-D的示意图。如图5a所示，所述LED发光条6还可包括有一个玻璃管22，安装有LED芯片16的基板条15被密封在玻璃管22内，LED的电极由玻璃管22二端引出，其引出线23与玻璃管真空密封24。
图5b为图5a截面D-D的示意图，所述LED发光条6的透明基板条15为透明玻璃条，LED芯片16为基板是透明的芯片，被用透明胶20固定在透明基板条15上，玻璃管22内充有高导热率高透光率材料25，例如透明硅胶或环氧树脂；由于LED芯片四周都是透明介质、LED芯片所发的光4π出光(如图5b中21所示)，而且由于所述玻璃基板、透明胶和玻璃管的光折射率相近，LED出射光在各介质界面上的光损失很少，因而LED芯片的出光率高、即发光效率高。
当LED芯片16为发蓝光或紫外光、并需要用发光粉将其转变成白光时，其发光粉可混合在LED发光条6的玻璃管22内的透明介质25内、或涂覆在玻璃管22的内壁上(如图5b中26所示)或外壁上、或涂覆在透光泡壳的内壁上(如图1中27所示)。
本发明要求保护的范围不限于本文中介绍的各实施例，凡基于本发明申请专利范围和说明书内容所作的各种形式的变换和代换、皆属本发明专利涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种高效率LED灯泡，它包括有一个透光泡壳，一个带有排气管、电引出线和支架的芯柱，至少一个发光源，一个电连接器，一个驱动器；其特征在于，所述的至少一个发光源为至少一条被固定在支架上的LED发光条，所述支架由排气管支撑用以固定LED发光条；该LED发光条的二端电极引出线经所述电引出线与驱动器相连，驱动器与电连接器相连，电连接器连接外电源；所述透光泡壳和芯柱的排气管真空密封，透光泡壳内充有可把LED发光条工作时产生的热经传导和对流再经泡壳散发掉的高导热率低粘度气体，所述气体为氦、氢或氦氢混合气，其气体压力为在室温下50-1520Torr；所述LED发光条包括有一个透明基板条，所述透明基板条上安装有至少一串串联的LED 芯片，所述LED芯片为基板条是透明的芯片，所述LED 芯片通过透明胶固定在透明基板条上，LED芯片4π出光；所述LED发光条被连接成单向DC工作或双向AC工作。
2.根据权利要求1所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述的LED发光条还包括有一个玻璃管，所述透明基板条为透明玻璃条，安装所述芯片的固定胶为环氧树脂或硅胶，安装有LED 芯片的透明基板条被密封在玻璃管内，LED芯片的电极由玻璃管二端引出，引出线与玻璃管真空密封，玻璃管内充有硅胶或环氧树脂高导热率高透光率材料。
3.根据权利要求1或和2所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述透明基板条上安装的串联在一起LED芯片的驱动电压为各LED芯片工作电压之和，为所述驱动器外交流电源电压峰值的20%-100%，所述驱动器为无变压器的驱动器。
4.根据权利要求3所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述透明基板条上安装的串联在一起LED芯片为相同发光色的芯片、不同发光色的芯片或为不同发光色而组成的发混合光的芯片。
5.根据权利要求4所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述的LED芯片发蓝光或发紫外光，并用发光粉将其转变成白光；所述的发光粉混合在LED发光条的玻璃管内的透光介质内、涂覆在玻璃管的内壁上、涂覆在玻璃管的外壁上或涂覆在透光泡壳的内壁上。
6.根据权利要求1或2所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述的LED发光条被连接成双向AC工作，其中至少一条正方向导通，另至少一条反向导通，交流电的正反向依次交替导通发光。
7.根据权利要求1或2所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述至少一条LED发光条连接成单向DC工作时，用外DC电源或交流电源工作；在用外交流电源时、所述驱动器是由一电容与电阻并联的限流电路和整流滤波电路构成；或是不带变压器的开关电源和恒流装置。
8.根据权利要求1所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述透光泡壳为透明的泡壳，或为乳白磨沙有色的泡壳,或为部分有反射层的泡壳，或为部分有一系列小棱镜泡壳，或为部分有一系列小透镜的泡壳；所述透光泡壳的形状为A-型、G-型、R-型、PAR-型、T-型或烛型灯泡泡壳；所述电连接器为E40、E27、E26、E14或GU灯泡电连接器。
9.根据权利要求8所述高效率LED灯泡，其特征在于，所述透光泡壳的接近电连接器的一端附加有一个光反射板。
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