CN103244852A - 一种浸没透镜led聚光灯泡 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浸没透镜LED聚光灯泡，其LED固定在热沉顶部，热沉上半部分置于玻壳内部，玻壳内充满散热光学液体，散热光学液体与LED直接接触，热沉上设置有散热光学液体膨胀通道。本发明简化了聚光灯结构，利用浸没透镜代替了专门的外部反射聚光系统，光源浸入液体中既起到封装作用又加强了散热效果，本发明可用于制造普通照明LED灯泡、汽车前大灯、射灯等。

Description

一种浸没透镜LED聚光灯泡
技术领域
本发明涉及一种LED聚光灯泡，属于照明光源技术领域。
背景技术
LED由于光效高，已广泛应用在节能照明领域。
现有白光LED光源通常采用芯片发出的蓝光照射到发黄光的荧光粉上，部分透过的蓝光与荧光粉发出的黄光混合后形成白光。荧光粉发光通常表现为类似郎伯辐射体，即空间强度分布不均匀，法线方向光强最大，对于LED发光体其光强空间分布中，光强下降到最强光强的一半所在方向之间的夹角可达120o至140°。这样大的发散度在普通照明中可以直接使用，但是在要求更小的光束时就需聚光，例如在各类投射灯中所遇到的问题。
另外，输入LED芯片中的电能部分用于发光器件，其余主要转变为热能。由于LED芯片的集成度很高，因此芯片温度会随输入功率而升高。高的工作温度会降低发光效率，因而功率型LED必须考虑到对芯片采取有效降温。
图2给出了光效为197 lm/w的LED各环节能量损失分布，可以预计当光效低于此值时热能所占的比例会更高，在LED工作时的热损失会占到总输入能量的一半以上。
发明内容
本发明的目的是提供一种散热性能良好的浸没透镜LED聚光灯泡，以克服现有技术在解决LED光源光束发散度的控制与散热一体化设计上的不足。
本发明实现过程如下：
一种浸没透镜LED聚光灯泡，包括LED、引线和电极，LED（1）固定在热沉（2）顶部，热沉（2）上半部分置于玻壳（3）内部，玻壳（3）内充满散热光学液体（4），散热光学液体（4）与LED（1）直接接触，热沉（2）上设置有散热光学液体（4）膨胀通道（8）。
所述的散热光学液体（4）要具备良好的透明度、适当的折射率、高导热率、良好的化学稳定性和光化学稳定性、流动性好、沸点高、凝固点低、不易挥发、易除气等，最优选的为硅油，如选自甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油。
本发明填充在玻壳（3）内的散热光学液体（4）与玻壳（3）曲面共同构成透镜。
本发明玻壳（3）与热沉（2）通过金属环固定连接，固定连接方式选用玻璃和匹配金属烧结，或采用粘接方式；热沉（2）下半部分与散热器（7）固定连接；玻壳（3）下部套有橡皮垫圈（9），散热器（7）上端通过金属压环（10）和橡皮垫圈（9）与玻壳（3）密封。
本发明将LED发光体及热沉都浸在散热光学液体中，能够将产生的热量通过传导及对流有效传到较冷的部位。散热光学液体所处的空间应密封良好，在光源寿命期间散热光学液体不应逸出。考虑到液体被加热后引起的膨胀，应给散热光学液体留有可伸缩的空间，本发明在膨胀通道（8）内设置有可上下移动的活塞（6）。
LED器件可以使用普通封装产品，也可不用凝固的透明胶体材料封装。本发明是直接将LED模块浸在可流动的散热光学液体中，这样散热效果则更好。散热光学液体起到控制光源发散角的光学作用以及导热材料的作用。LED所发出的光线穿过散热光学液体和玻璃外壳后光线发生折射，起到光学透镜的作用，对充有散热光学液体的玻璃外壳通光部位的形状进行设计，可以达到控制光束发散角和空间光束强度空间分布的目的。
本发明的优点与积极效果：1、本发明将LED发光元件浸入特定形状的散热光学液体内形成浸没透镜光学系统，达到控制光源的光学特性和散热的目的，散热光学液体既是光学介质又是散热介质；2、填充的散热光学液体可作为透镜，在LED后期封装过程不需要额外装配聚光透镜或反射型聚光器；3、可以根据不同照明目的设计不同的光束特性，可广泛用于各类照明，如家用照明光源、投影光源、射灯和各种汽车照明光源等。
附图说明
图1为浸没透镜聚光灯示意图；
图2为LED197 lm/w能量损失分布图；
图3为中等功率固定式连接聚光灯结构参考方案；
图4为大功率固定式联连接聚光灯结构参考方案；
图5为利用橡皮垫圈实现玻璃与金属可拆卸连接示意图；
图6为玻璃与金属可拆卸连接方案示意图。
上图中附图标记代表：1—LED，2—热沉，3—玻壳，4—散热光学液体（硅油），5—封接环，6—活塞，7—散热器，8—膨胀通道（注油管），9—（可拆卸连接用）橡皮垫圈，10—（固定橡皮垫圈的）金属压环，11—电极线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明LED（1）固定在热沉（2）顶部，热沉（2）上半部分置于玻壳（3）内部，玻壳（3）内充满散热光学液体（4），散热光学液体（4）与LED（1）直接接触。
图3为用于十瓦或稍大功率金属与玻璃固定式连接的聚光灯结构方案。LED（1）安装在热沉（2）上，外浸散热光学液体（4），玻壳（3）通光部分（上顶面）形状根据需要设计。内热沉与灯头连接以加强散热，这类结构可考虑用于投射灯等。
具体设计时，本发明先根据光源发散度的要求设计玻璃外壳的形状，如通光部分设计为椭球面。在玻壳下部适当位置高温熔封上具有内螺纹的金属环，如果玻壳材料为电真空DW308号，那么这金属环可选用可伐材料以便与玻璃的热胀系数一致达到匹配封接。内热沉可选用导热性能良好的铜或铝等，外部有适当长度的螺纹以便同玻璃壳上封接的金属环固定时使用。将LED固定到内热沉顶部，一根电极线（11）是要同热沉绝缘的，另一电极线（11）可接到热沉（2）上。将内热沉拧进灯内，使LED的位置满足光学设计的需要。
封装时，将灯置于槽内，玻壳向上，槽中盛放一种甲基硅油，放进真空箱内，等真空度达到1帕以上时停止抽气，缓慢放气，油注入灯中。为了解决油的热胀问题，在上述过程完成后用一小段如3-4毫米长的金属小棒充当活塞（6）堵塞油口密封，该小棒可在注油管内活动（注意：油管或膨胀通道管径应较小，注油完成后保证油不漏出）。装上外散热器即全部完成。
 玻璃与金属连接方式也可采用可拆卸式机械连接方式。这种机械连接方案在真空技术中是很容易找到。如图4-6所示，LED（1）仍然装配到热沉（2）上，不同的是这个与灯直接接触的内热沉要安装在散热器（7）上，玻壳（3）通光部分（上顶面）的形状根据需要设计，玻壳（3）下部套有橡皮垫圈（9），散热器（7）上端通过金属压环（10）和橡皮垫圈（9）与玻壳（3）密封。本发明采用了玻璃与匹配金属烧结的封接技术，也可以采用玻壳和热沉直接胶粘在一起的粘接连接方式。

Claims (8)

1.一种浸没透镜LED聚光灯泡，包括LED、引线和电极，其特征在于：LED（1）固定在热沉（2）顶部，热沉（2）上半部分置于玻壳（3）内部，玻壳（3）内充满散热光学液体（4），散热光学液体（4）与LED（1）直接接触，热沉（2）上设置有散热光学液体（4）膨胀通道（8）。
2.根据权利要求1所述的浸没透镜LED聚光灯泡，其特征在于：所述的散热光学液体（4）为硅油。
3.根据权利要求2所述的浸没透镜LED聚光灯泡，其特征在于：所述硅油选自甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油。
4.根据权利要求1所述的浸没透镜LED聚光灯泡，其特征在于：填充在玻壳（3）内的散热光学液体（4）与玻壳（3）曲面共同构成透镜。
5.根据权利要求1所述的浸没透镜LED聚光灯泡，其特征在于：玻壳（3）与热沉（2）通过封接环（5）固定连接，固定连接方式选用玻璃和匹配金属烧结，或采用粘接方式。
6.根据权利要求1所述的浸没透镜LED聚光灯泡，其特征在于：热沉（2）下半部分与散热器（7）固定连接。
7.根据权利要求6所述的浸没透镜LED聚光灯泡，其特征在于：玻壳（3）下部套有橡皮垫圈（9），散热器（7）上端通过金属压环（10）和橡皮垫圈（9）与玻壳（3）密封。
8.根据权利要求1至7任意之一所述的浸没透镜LED聚光灯泡，其特征在于：膨胀通道（8）内设置有可上下移动的活塞（6）。
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