CN104197219B - 一种led灯泡 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种LED灯泡,包括通过锁紧环连接的光电转换模块和散热光学模块,光电转换模块包括筒形外壳,筒形外壳内部容纳有电子驱动器,其下端面安装有标准灯头,其上端面安装有平面发光基板,在安装有平面发光基板一端的筒壳外周表面设置有机械接口,散热光学模块包括光输入透明的泡壳盖和光输出的泡壳,透明泡壳盖的外侧同样对应设置有机械接口,机械接口通过锁紧环与光电转换模块连接,透明泡壳盖的下端光输入的表面外部形状和平面发光基板的上端面相吻合,在透明泡壳盖的下端面、平面发光基板的上端面之间充填有透明导热胶,本发明能够有效散热和改善光分布。
Description
【技术领域】
本发明涉及LED照明领域,特别涉及一种LED灯泡。
【背景技术】
LED灯泡是被公认的高效光源,利用这种发光芯片制造的灯泡和灯具已经得到普遍的应用。在已有的LED灯泡中,都设置有各种各样的冷却结构来对LED发光芯片进行冷却降温,已有的技术方案包括以下四种类型:(a)将LED发光芯片的发光表面暴露在大气中利用空气进行自然降温,其缺点是:由于发光芯片发光面很小,通过空气界面的热交换能力很有限;(b)最为普遍的冷却方式是将LED发光芯片紧贴在一个金属或陶瓷表面上,利用发光芯片背面表面接触将热量传导到金属表面,导热效率不理想;(c)将发光发光芯片封闭在一个气密的透明泡壳内,然后在泡壳内充入导热性能良好的气体,通过导热气体(通常为氦气)将发光芯片表面的热量传导到泡壳表面,该方法虽然有效,但对氦气的密封工艺是十分困难的,可以用来封存氦气的泡壳材料目前所知也只有脆弱的玻璃,易产生漏气或破碎;(d)在灯泡内灌注冷却液,然后将LED发光芯片浸泡在冷却液中进行降温,其困难是对内部包含有电器元件和冷却液的灯泡进行封装,在实践中还要保证在温度反复剧烈变化的长期使用过程中,冷却液和浸入其中的电器的安全绝缘。
【发明内容】
为了解决以上的困难,本发明提出了一种将灯泡分解成两种功能独立的部件而利用统一接口连接组装的LED灯泡,其基本出发点是:本发明的产品便于模块化生产,产品便于实现多品种组合,同时改善了现有产品的技术性能。其技术方案如下:一种LED灯泡,包括光电转换模块和散热光学模块,所述光电转换模块和散热光学模块通过锁紧环连接,所述光电转换模块包括筒形外壳,筒形外壳内部容纳有电子驱动器,筒形外壳的下端面安装有连接外电源的标准灯头,筒形外壳的上端面安装有平面发光基板,LED发光元件安装在平面发光基板的上端面,在安装有平面发光基板的筒形外壳端面外周设置有机械接口,所述散热光学模块包括透明泡壳盖和泡壳,所述透明泡壳盖的下端外表面形状和平面发光基板的上端面相吻合;所述透明泡壳盖的外形尺寸和安装有平面发光基板的筒形外壳端面外周相匹配,所述透明泡壳盖的外周同样对应设置有机械接口,所述机械接口可以通过锁紧环与光电转换模块的接口连接。在透明泡壳盖的下端外表面和平面发光基板的上端面之间充填有透明导热胶。
进一步的改进在于,所述筒形外壳外周的机械接口和透明泡壳盖外周的机械接口,各自设置有两个以上沿圆周分布的径向突出的锁舌,所述锁舌上设置有斜楔面,所述锁舌斜楔面上设置有自锁齿槽;所述锁紧环其内壁设置有分别与筒形外壳外周和透明泡壳盖外周锁舌斜楔面相配匹的锁扣,所述锁扣上设置有斜楔面,所述锁扣斜楔面上设置有自锁齿槽,锁舌和锁扣斜楔面设置方向应使得通过旋转锁紧环,使锁舌斜楔面和锁扣斜楔面相互靠拢挤压,利用双向斜楔面将筒形外壳和透明泡壳盖同步施加压力,而不产生旋转方向切向位移应力,并最终使筒形外壳和透明泡壳盖双向靠拢紧密接。所述的自锁齿槽,可以防止旋转锁紧后的锁紧环方向旋转退出。
进一步的改进在于,所述散热光学模块的材质包括玻璃或透明导热塑料。
进一步的改进在于所述的LED灯泡,其特征在于:所述透明泡壳盖和泡壳的结合部密切吻合,两者通过超声波或热融胶合的方式结合,构成一个封闭的液体容器。
进一步的改进在于,所述透明泡壳盖上还设置有可封闭液体的灌注口。
进一步的改进在于,所述泡壳,其内部充灌透光的热传导液体。
进一步的改进在于,所述透光的热传导液体中含有光散射性的悬浮颗粒,所述悬浮颗粒的平均直径小于1微米。
进一步的改进在于,所述透光的热传导液体光折射率和制造泡壳的透明材料的光折射率之比大于0.9。
进一步的改进在于,所述透光的热传导液体包括水或添加了防冻剂的水基溶液,所述防冻剂包括醇类有机物,氯化钠或无机盐,其冻结温度低于零下5摄氏度。
进一步的改进在于,所述透光的热传导液体包括硅油。
进一步的改进在于,所述透光的热传导液体是能最终固化的透明硅胶、或树脂。
进一步的改进在于,所述泡壳的光输出端面是聚光透镜。
进一步的改进在于,所述泡壳是碗型的反光散热罩。
本发明的优点:创造性地提出了用固体接触传导的方式对于LED发光元件的正反二面进行冷却,从而改变了传统的仅依赖以LED发光元件背面散热的局限性,可以使直接接触传导面积增加了三倍,大大提高了LED发光元件的降温效果;本发明的导热结构,通过光电转换模块和散热光学模块大面积直接接触,既保留了LED平面贴片工艺的所有热传导优点,而且扩大了基板的热扩散通道,相当于通过增加了并联热通道,降低了LED芯片和灯泡外表面之间的热阻。和全液体浸没式冷却方法相比,本方法避免开了LED发光芯片和电器元件与冷却液体之间的接触可能性,显著改进了安全性,而且保留的LED贴片部分优于液体接触的高效热导出能力,同样也降低了热通道上的热阻。总而言之,本发明的导热方式是创造性地综合了已知技术,取长补短,从而对LED降温达到前所未有的良好效果。
本发明的光电转换模块和散热光学模块直接接触,取消了二者之间的空气间隙,这就减少了空气界面的光学反射损失,提高了光传输的效率。
普通的LED灯泡设计还空间光辐射分布和高亮度发光表面产生的剌眼眩光问题。制造商们为使LED灯泡达到全方位发光的标准要求采用了多种技术方法,但是在效益、经济成本上都不理想。
本发明的另一个优点是在散热光学部件内的导热液体中添加了悬浮的散光微粒,利用悬浮微粒的光散热作用消除LED眩光,使灯泡产生均匀的光分布。
本发明同时改善了LED灯泡冷却和光散射两大问题,在制造方面简单易行,低成本但可以极大地提升产品的效率和改进灯泡的光分布。用本发明制造的LED灯泡,完全满足全方位灯泡的光分布要求标准,其综合性能达到并超过目前价格昂贵的的LED灯泡的光效和光分布,因此可以产生显著的经济效益和节能环保的社会效益。实际测得的数据表明,由于冷却效果的改善,用同一个现成的装有透明灯壳的LED灯泡,将现有的灯罩换用本发明的散热光学模块后,由于LED发光元件结温下降,光学反射损失的减少,它的发光效率可以提高百分之5到10(取决于原有设计的优劣)。
本发明的泡壳光输出面设置成聚光透镜时,可以起到聚光作用,增强了灯泡的定向照明功能。
本发明的另一个优点是,可以采用反射器来制造光学散热部件,反射器的光学设计可以满足不同灯泡的投光性能,而通过锁紧圈连接到光电转换模块反射器还同时起到增强对LED降温的作用。
本发明的另一个优点是:创造性将LED灯泡的内部功能,从结构上清晰地分离,而通过一个可以标准化的简易机械接口装置连接构成整体,散热光学模块和光电转换模块,可以使LED灯泡产品的生产的部件化,扩大了部件多样化的独立改进空间。散热光学模块和光电转换模块的生产完全可以在分别在不同工厂加工,优化制造成本。然后按照对最终产品性能要求的选择相应部件,组合装配成产品,锁紧结构简化了最终产品的组合装配工序,使得最终产品可以在合适的中间用户端完成,这可以大幅度减少部件库存降低成本提高经济效益,同时又能满足市场对产品的多样化要求。本发明实际上为应对LED技术迅速发展提供了一种产品更新的经济而快速有效途径。
【附图说明】
图1、图2是本发明的一种LED灯泡的总体结构示意图;
图3是本发明的锁紧环、透明泡壳盖和筒形外壳的分解结构示意图;
图4是本发明的锁紧环、透明泡壳盖和筒形外壳的锁紧原理示意图;
图5是本发明的另一具体实施方式结构示意图;
图6是本发明的另一具体实施方式结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1、图2是本发明的LED灯泡的总体结构示意图,包括散热光学模块、光电转换模块和锁紧环3,所述散热光学模块包括透明泡壳盖2和泡壳1,透明泡壳盖2和泡壳1封合构成密封空腔,密封空腔内部充有透明液体;所述光电转换模块包括筒形外壳5,筒形外壳5的下端面安装有连接外电源的标准灯头6,筒形外壳5内部容纳有电子驱动器(未图示),筒形外壳5的上端面安装有平面发光基板4,LED发光元件安装在平面发光基板4的上端面,在安装有平面发光基板4的筒形外壳5的外表面设置有机械接口,所述机械接口通过锁紧环3与散热光学模块连接;锁紧环3将散热光学模块、光电转换模块连接在一起。
本发明的透明泡壳盖结构如图2所示,透明泡壳盖2的下端面形状和平面发光基板4的上端面相吻合,在透明泡壳盖2的下端面、平面发光基板4的上端面之间充填有透明导热胶9,透明泡壳盖2的外形尺寸和安装有平面发光基板4的筒形外壳5的外表面相对应,透明泡壳盖2的外表面设置有机械接口,机械接口通过锁紧环3与光电转换模块连接;透明泡壳盖2的外表面的机械接口,设置有一组两个以上沿圆周分布的径向突出的锁舌23,锁舌23上设置有斜楔面,所述锁舌斜楔面上设置有自锁齿槽24;同样,筒形外壳5的外表面的机械接口也设置有一组两个以上沿圆周分布的径向突出的锁舌51,锁舌51上设置有斜楔面,所述锁舌斜楔面上设置有自锁齿槽52(如图3所示)。
图3是本发明的锁紧环、透明泡壳盖和筒形外壳的分解结构示意图;图4是本发明的锁紧环、透明泡壳盖和筒形外壳的锁紧原理示意图,筒形外壳5外周的机械接口和透明泡壳盖2外周的机械接口,各自设置有两个以上沿圆周分布的突出的锁舌51和锁舌23,所述锁舌51和锁舌23上设置有斜楔面,锁舌51和23的斜楔面上分别设置有自锁齿槽52和24;所述锁紧环3其内壁设置有分别与筒形外壳5外周、透明泡壳盖2外周锁舌51和23相配匹的锁扣33,所述锁扣33上设置有斜楔面,所述锁扣斜楔面上设置有自锁齿槽34,锁舌51、锁舌23和锁扣33斜楔面设置方向应使得通过旋转锁紧环3,通过锁舌斜楔面和锁扣斜楔面相互靠拢挤压,利用双向斜楔面和斜楔面上的自锁齿槽将筒形外壳5和透明泡壳盖2同步施加压力,而不产生旋转方向切向位移应力,并最终使筒形外壳5和透明泡壳盖2双向靠拢紧密。
结合图2,本发明是在已有的技术方案(B)的冷却结构基础上,保留了利用LED发光元件背面接触传导的冷却结构,但是在紧贴发光元件的发光面增加设置了一个有良好散热作用的散热光学模块,散热光学模块的透明泡壳盖2的下端面形状和平面发光基板4的上端面及LED发光元件相吻合,在透明泡壳盖2的下端面、平面发光基板4的上端面及LED发光元件之间充填有透明导热胶9,LED发光元件发出的光线可透过透明泡壳盖2、透明导热胶9、透明液体及泡壳1,向外界散发;透明导热胶9的材质:例如硅胶或环氧胶,其作用是将LED发光元件表面的热量迅速传导到散热光学部件上,为了与空气界面有充分的热交换取得良好的降温效果,散热光学模块要保证有足够大的表面积,与空气接触界面的面积取决于LED发光元件的功率,合理的设计是在每瓦8-15平方厘米左右。表面积太小,散热光学模块表面温度过高达不到要求的降温效果,表面积过大会使LED灯泡的体积过大,使LED灯泡的功率和标准尺寸不相适应,而且重量过高,透光度降低。
本发明的透明泡壳盖2和泡壳1的结合部通过超声波或热融胶合的方式结合,构成一个封闭的液体容器,在透明泡壳盖上还设置有可封闭液体的灌注口,灌注口向泡壳1内充灌透光的热传导液体,透光的热传导液体包括水或添加了防冻剂的水溶液,防冻剂包括醇类有机物,氯化钠求或无机盐,当然,透光的热传导液体是硅油或沸点高于摄氏98度的油类,或者是能最终固化的透明硅胶、或树脂。透光的热传导液体可以快速的将透明泡壳盖2的热量转移到表面积较大的泡壳1,然后向外界空气散发热量,同时,所以,本发明为了改善LED灯泡光散射的问题,利用透光的热传导液体中添加光散射性的悬浮微粒,可以折射或者漫射LED发出的光线,使得最终发出泡壳1的光线无眩光而且柔和,满足了对LED灯泡的全方位光分布要求。
本发明的另一具体实施例如附图5所示,是一种半定向灯或者聚光灯。其主要特点是将泡壳1的结构改为开放式的碗型,可以称之为反光散热罩,材质是易于散热的铝或者合金,反光散热罩内壁涂有反光涂层,LED发光元件发出的光线可透过透明泡壳盖2、透明导热胶9,经过金属反光散热罩的聚光,向外界散发,同样,LED发光元件发出的热量可透过透明泡壳盖2、透明导热胶9及反光散热罩,向外界散发。
图6是另外一种实施制造半定向或聚光灯泡的方案。本实施方案中的散热光学模块的泡壳光反射表面是一种聚光透镜。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式,本发明的保护范围并不以上述实施方式为限,但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化,皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (13)
1.一种LED灯泡,其特征在于:包括光电转换模块和散热光学模块,所述光电转换模块和散热光学模块通过锁紧环连接,所述光电转换模块包括筒形外壳,筒形外壳的下端面安装有连接外电源的标准灯头,筒形外壳内部容纳有电子驱动器,筒形外壳的上端面安装有平面发光基板,LED发光元件安装在平面发光基板的上端面,在安装有平面发光基板的筒形外壳端面外周设置有机械接口,所述机械接口通过锁紧环与散热光学模块连接;所述散热光学模块包括透明泡壳盖和泡壳,所述透明泡壳盖的下端面形状和平面发光基板的上端面相吻合;所述透明泡壳盖的外形尺寸和安装有平面发光基板的筒形外壳端面外周相匹配,所述透明泡壳盖的外周同样对应设置有机械接口,所述机械接口通过锁紧环与光电转换模块连接,在透明泡壳盖的下端面和平面发光基板的上端面之间充填有透明导热胶,所述LED发光元件发出的光线可透过透明泡壳盖、透明导热胶及泡壳,向外界散发。
2.根据权利要求1所述的LED灯泡,其特征在于:所述筒形外壳外周的机械接口和透明泡壳盖外周的机械接口,各自设置有两个以上沿圆周分布的径向突出的锁舌,所述锁舌上设置有斜楔面,所述锁舌斜楔面上设置有自锁齿槽;所述锁紧环其内壁设置有分别与筒形外壳外周和透明泡壳盖外周锁舌斜楔面相配匹的锁扣,所述锁扣上设置有斜楔面,所述锁扣斜楔面上设置有自锁齿槽,锁舌和锁扣斜楔面设置方向应使得通过旋转锁紧环,通过锁舌斜楔面和锁扣斜楔面相互靠拢挤压,利用双向斜楔面和斜楔面上的自锁齿槽将筒形外壳和透明泡壳盖同步施加压力,而不产生旋转方向切向位移应力,并最终使筒形外壳和透明泡壳盖双向靠拢紧密接。
3.根据权利要求1所述的LED灯泡,其特征在于:所述散热光学模块的材质包括玻璃或透明导热塑料。
4.根据权利要求1所述的LED灯泡,其特征在于:所述透明泡壳盖和泡壳的结合部密切吻合,两者通过超声波或热融胶合的方式结合,构成一个封闭的液体容器。
5.根据权利要求4所述的LED灯泡,其特征在于:所述透明泡壳盖上还设置有可封闭液体的灌注口。
6.根据权利要求4所述的LED灯泡,其特征在于:所述泡壳,其内部充灌透光的热传导液体。
7.根据权利要求6所述的LED灯泡,其特征在于:所述透光的热传导液体中含有光散射性的悬浮颗粒,所述悬浮颗粒的平均直径小于1微米。
8.根据权利要求6所述的LED灯泡,其特征在于:所述透光的热传导液体光折射率和制造泡壳的透明材料的光折射率之比大于0.9。
9.根据权利要求6所述的LED灯泡,其特征在于:所述透光的热传导液体包括水或添加了防冻剂的水基溶液,所述防冻剂包括醇类有机物,氯化钠,其冻结温度低于零下5摄氏度。
10.根据权利要求6所述的LED灯泡,其特征在于:所述透光的热传导液体包括硅油。
11.根据权利要求6所述的LED灯泡,其特征在于:所述透光的热传导液体是能最终固化的透明硅胶或树脂。
12.根据权利要求1所述的LED灯泡,其特征在于:所述泡壳的光输出端面是聚光透镜。
13.根据权利要求1所述的LED灯泡,其特征在于:所述泡壳是碗型的反光散热罩。
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