CN106151933B - 一种led球泡灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED球泡灯，包括：外壳，所述外壳由左半部与右半部组成；LED驱动电源，插入所述外壳的底部；灯头，通过输入导线与所述LED驱动电源电气连接；散热器，位于所述外壳内部，所述散热器包括内部和外表面，所述内部具有鳍片，所述散热器外表面上部与外壳内部的间距为5～30mm；灯板，所述灯板包括基板与LED光源，所述灯板贴附于所述散热器的外表面上，灯板呈六面体圆周均匀分布且同时与竖直方向呈夹角。如此形成的LED球泡灯不仅发光照度均匀、光通量利用率高，而且散热效果显著改善。

Description

一种LED球泡灯

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种LED球泡灯。

背景技术

LED球泡灯具有使用寿命长、体积小、节能省电的优点，被大量运用于市场，代替现有白炽灯。但LED光源发热量大，光源性能及寿命与温度有直接关系，温度越高，性能越差，寿命越短。由于LED球泡灯体积小，使得LED球泡灯的热量难以散发。因此LED灯具的散热问题一直是业内人士关注的几大核心问题之一，这个问题如果处理不好，轻则产生光衰，重则迅速死灯，大幅缩短灯具寿命。为了解决散热的问题，一般的做法是将光源散热器做成导热较好的金属件，体积做大，金属件置于泡壳外面裸露于空气中，使热量传导至散热器外部，再通过外部辐射与外部对流而将热量散出去。但由于金属散热器外露，这样解决散热问题导致人可以较容易接触金属件，金属件为导体，容易发生触电事故，同时金属件较难通过高压测试，使得电源须做成隔离电源，而造成成本较高以及对电源安全性、一致性要求更严格。

也有不少公司将散热外壳做成塑包铝，这样可避免接触金属件发生触电安全事故。但塑包铝中塑料导热性能较差，热量很难由内部铝合金部位传导至塑料外表面，较难将热量散发出去。对于高流明的发热量较大的LED球泡灯难以将LED光源的温度降低。

有公司将外壳做成绝缘体，将LED基板面积增大，既为LED光源导电又起到导热的作用。微信公众传媒“中国LED在线”就有文章批露一款LED球泡灯(如图1和2所示)，此款LED球泡灯便是将外壳做成塑料绝缘材料，同时顶部和底部开孔，内部两块LED基板面积较大，垂直交叉安装，LED驱动电源集成位于其中一块LED基板底部。这样起到外壳隔离，内部LED热量传导至基板上，再通过外壳与基板形成的对流通道将热量散发出去。由于基板垂直安装，LED光源朝外圆周发光，又起到大角度发光的目的。这种LED灯泡为了解决散热的问题，必然将基板做大，而基板过大会与外壳内部距离很小甚至接触，这样产生的照明效果将与白炽灯存在较大差别。燃点LED球泡灯后，产生的视觉效果将有几段暗斑，同时LED光源出来的光线有较大部分不是直接照射至外壳内壁，而是照射至基板上再反射至外壳内壁，这样将损失部分光通量。另外，由于依靠基板作为散热体，基板面积增大，成本上升，同时形成的对流通道相当于外壳内部的全部空间，由于空间太大，内部对流的空气运动速度的增加效果不明显。此外，由于内部没有金属散热器，单纯地靠基板传导热量，再通过外壳开孔上下对流散发出去，由于基板的导热能力不高，需要将外壳对流孔的面积增大，上部开孔面积需要达到634平方毫米，下部开孔面积需要达到1500平方毫米，存在人较易接触到内部球泡灯带电部位的危险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种LED球泡灯。

本发明提供了一种LED球泡灯，该LED球泡灯包括：

外壳，所述外壳由左半部与右半部组成；

LED驱动电源，插入所述外壳的底部；

灯头，通过输入导线与所述LED驱动电源电气连接；

散热器，位于所述外壳内部，所述散热器包括内部和外表面，所述内部具有鳍片，所述散热器外表面上部与外壳内部的间距为5～30mm；由于LED球泡热量主要是靠内对流散发，散热器内部鳍片增加了内部散热面积，有利于热量通过散热器内部辐射与对流散发；所述散热器外表面上部与外壳内部的间距为5～30mm，避免人眼看见颗粒状的LED光源而感到不适。

灯板，所述灯板包括基板与LED光源，所述灯板贴附于所述散热器的外表面上，灯板呈六面体圆周均匀分布且同时与竖直方向呈夹角。理论上而言LED光源整体的光通量可以超越1000lm，但是受到散热阻碍与组件光吸收效应的影响，其光通量的表现值会偏低，然而整颗球泡灯最后实际量得的数据仍可达到800lm以上。

进一步地，所述散热器外表面包括上部和下部，所述上部与所述下部呈0～90度夹角。优选10～30度，最优选15度。LED灯板安装于散热器外表面上部后，多个LED灯板上的LED光源发光光线会朝圆周各个方向发射，同时由于散热器外表面上部多面体与竖直方向呈夹角，也调整了LED光源发光光线朝竖直方向发射角度，这样在不使用反光杯或透镜情况下也可以使得LED球泡灯空间立体发光满足或超过标准要求，同时照度均匀分布，不会出现照度亮暗不均匀过渡的状态。当夹角b为0度时，LED光源向垂直于竖直方向发射光线，也可以使得照度均匀分布；当夹角b逐渐增加时，可增加LED光源向上发射光线的照度。

进一步地，所述散热器的表面镀有石墨烯。优选为可透光的石墨烯。

进一步地，所述灯板表面镀有石墨烯。优选为可透光的石墨烯。

让LED光源在灯板表面产生的热可以迅速的被传导到散热器表面而快速疏散。石墨烯是一种由碳原子组成的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，它是目前世上最薄却也是最坚硬的奈米材料，几乎是完全透明的，只会吸收2.3％的光，它的导热系数高达5300W/m·K，因此非常适合用来帮助发光组件散热。

进一步地，所述散热器外表面上部高度不超过LED光源的发光面。产生的照明效果将类似于白炽灯，燃点LED球泡灯后，不会产生视觉效果有几段暗斑的缺陷，同时LED光源出来的光线直接照射至外壳内壁，不会先照射至散热器上再反射至外壳内壁，这样不会损失部分光通量。

进一步地，所述散热器的顶部设有外壳内顶部疏通道。当散热器内部的热气汇集到其顶端之后，即可藉由此通道传送到灯壳的上部对流孔位，然后排出灯壳之外而达到散热的目的。

进一步地，所述散热器的内部形成散热器内部通道，所述外壳设有下部对流孔位与上部对流孔位，所述下部对流孔位、所述散热器内部通道、所述外壳内顶部疏通道、与所述上部对流孔位形成一个对流通道。空气从外壳下部或上部对流孔位的一端进入，通过散热器内部通道和外壳内顶部疏通道，再从外壳下部或上部对流孔位的另一端出来，这种形成的内对流通道，类似于烟囱效果，空气对流时加快空气运动速度，起加强对流作用，使得热量更快的散发出去。

进一步地，所述外壳内顶部疏通道为透明材质。优选可透光的透明材质，以避免遮蔽了LED光源向上照射的光，其材质可选择PC塑料或透光度佳的光学基板，特别优选为与灯壳具有相同的材质。外壳材料为但不仅限于塑料，颜色为全透明、全扩散、上部透明下部扩散，塑料材料为绝缘材料，人不会轻易接触到内部带电体而发生安全事故。

进一步地，以散热器中心点为圆心，所述圆心到所述鳍片交错的距离为2～12mm。由鳍片的长度来决定，搭配散热器的高度形成一圆柱型空间，此为散热器内部让热量可以辐射对流散发的空间。

进一步地，所述鳍片厚度为0.5～1.5mm,所述鳍片长度1～10mm。优选长度为3～7mm。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明包括以下任一效果或其任意组合：

1)由于LED球泡热量主要是靠内对流散发，散热器内部鳍片增加了内部散热面积，有利于热量通过散热器内部辐射与对流散发；所述散热器外表面上部与外壳内部的间距为5～30mm，避免人眼看见颗粒状的LED光源而感到不适；

2)LED灯板安装于散热器外表面上部后，多个LED灯板上的LED光源发光光线会朝圆周各个方向发射，同时由于散热器外表面上部多面体与竖直方向呈夹角，也调整了LED光源发光光线朝竖直方向发射角度，这样在不使用反光杯或透镜情况下也可以使得LED球泡灯空间立体发光满足或超过标准要求，同时照度均匀分布，不会出现照度亮暗不均匀过渡的状态；

3)灯板或散热器表面镀有石墨烯，可让LED光源在灯板表面产生的热可以迅速的被传导到散热器表面而快速疏散。

4)产生的照明效果将类似于白炽灯，燃点LED球泡灯后，不会产生视觉效果有几段暗斑的缺陷，同时LED光源出来的光线直接照射至外壳内壁，不会先照射至散热器上再反射至外壳内壁，这样不会损失部分光通量。

5)空气从外壳下部或上部对流孔位的一端进入，通过散热器内部通道和外壳内顶部疏通道，再从外壳下部或上部对流孔位的另一端出来，这种形成的内对流通道，类似于烟囱效果，空气对流时加快空气运动速度，起加强对流作用，使得热量更快的散发出去。

6)球泡灯的光通量可达到800lm以上。附图说明

下面结合附图对本发明一种LED球泡灯作进一步说明：

图1是文章批露的CREE新设计球泡灯的立体示意图；

图2是文章批露的CREE新设计球泡灯的内部立体示意图；

图3是本发明一种LED球泡灯正面示意图；

图4是本发明一种LED球泡灯立体结构剖面示意图；

图5是本发明一种LED球泡灯爆炸图；

图6是散热器结构示意图；

图7是外壳立体结构示意图；

图8是沿图1中A-A线的剖视图；

图9是沿图1中B-B线的剖视图；

图10是图4夹角b为0度时第一实施方式结构示意图；

图11是图8第一实施方式中反光杯示意图；

图12是图4夹角b为0度时第二实施方式结构示意图；

图13是图10第二实施方式中反光杯示意图；

图14是外壳与灯头一体成形的球泡灯示意图；

图15是图14中LED球泡灯的爆炸图。

图1-图2所示CREE球泡灯中：23为外壳，其中2303为外壳下部对流孔位；2304为外壳上部对流孔位，25为LED灯板，其中2501为LED基板；2502为LED光源。

图3-图9所示为本发明一种LED球泡灯中：1为散热器其中101为内部，102为外表面，103为外表面上部，104为外表面下部，105为内部鳍片，2为LED驱动电源，3为外壳，其中301为左半部，302为右半部，303为外壳下部对流孔位，304为外壳上部对流孔位，4为灯头，5为LED灯板，其中501为基板，502为LED光源，7为外壳内顶部疏通道。

图10-图13中：6为反光杯。

图14-图15所示为本发明一种外壳与灯头一体成形的LED球泡灯中：13为外壳，其中1301为上半部，1302为下半部，1303为外壳下部对流孔位，1304为外壳上部对流孔位，1305为灯头接触孔位，14为灯头。

具体实施方式

一种LED球泡灯,包括：散热器1、LED驱动电源2、外壳3、灯头4和LED灯板5。其中散热器分内部101和外表面102，内部101形成一个通道。外壳3由左半部301与右半部302两部分组成，两部分合并组装成外壳3，另外壳还包含外壳下部对流孔位303与外壳上部对流孔位304。LED灯板5由LED基板501与LED光源502组成，安装于散热器1外表面102上。LED驱动电源2插入外壳3底部，输入导线与灯头4形成电气连接。输出导线可由散热器1内部的顶端绕出或是从散热器1内部的中段穿孔而出与LED灯板5进行电气连接。这样，电流是经过灯头4导通到LED驱动电源2输入导线，再通过LED驱动电源2变压后导通到LED灯板5，使LED灯板5上的LED光源502点亮发光，这样便组装成一种LED球泡灯。

请参照图1-图2，微信公众传媒“中国LED在线”文章批露CREE公司新设计一款LED球泡灯.此款LED球泡灯将外壳23作成塑料绝缘材料，同时上部和下部都开孔洞作为对流孔位，包含外壳下部对流孔位2303与外壳上部对流孔位2304。内部两块LED基板2501面积较大，垂直交叉安装。这样外壳23由于绝缘材料起隔离作用，内部LED热量传导至LED基板2501上，再通过外壳23与LED基板形成的对流通道将热量散发出去，由于LED基板2501垂直安装，LED光源2502朝外圆周发光，又起到大角度发光的目的。这种LED灯泡为了解决热的问题，必然将LED基板2501面积作大，而LED基板2501过大与外壳23内部距离很小甚至接触，这样产生的照明效果将存在与白炽灯较大差别，燃点LED球泡灯后，将产生视觉效果有几段暗斑的缺陷，同时LED光源出来的光线有较大部分不是直接照射至外壳内壁，是照射至LED基板2501上再反射至外壳内壁，这样将损失部分光通量。另由于依靠LED基板2501作为散热体，面积作大，成本上升，同时形成的对流通道外壳内部太大，增大内部对流的空气运动速度效果不明显。同时，由于内部没有金属散热器，单纯地靠LED基板2501传导热量，再通过外壳开孔上下对流散发出去，基板的导热能力不高，必须要将外壳对流孔位的面积增大，上部对流孔位2304开孔面积为634平方毫米，下部对流孔位2303开孔面积1500平方毫米。对流孔位面积较大，会有容易接触到球泡灯内部带电部位的危险。

进一步的，请参照图3-图5，在本发明的LED球泡灯中，外壳下部对流孔位303，散热器内部101通道、外壳内顶部疏通道7、外壳上部对流孔位304形成一个对流通道。外壳内顶部疏通道7本体最佳为可透光的透明材质，以避免遮蔽了LED光源向上照射的光，其材质可选择PC塑料或透光度佳的光学基板，优选为与灯壳具有相同的材质。

进一步的，请参照图7，球泡灯的外壳由两部分组成，两部分合并组装成外壳，另外壳下部与上部含对流孔位，上部对流孔位304开孔面积可为100～500平方毫米，下部对流孔位303开孔面积可为200～1200平方毫米。相较于图1CREE公司所设计的LED球泡灯，本案的对流孔位面积较小，可避免人员接触到球泡灯内部带电部位的危险。

进一步的，请参照图4，散热器的材质可为金属或是具有高导热系数的塑料，散热器内部101结构为多个鳍片105，由于LED灯板5是安装于散热器外表面102，LED光源502产生热量传导于散热器1，由于此LED球泡热量主要是靠内对流散发，散热器内部鳍片105增加了内部散热面积，更利于热量通过散热器内部101辐射与对流散发。

进一步的，请参照图4至图6，LED灯板5安装于散热器外表面上部103，散热器外表面上部103呈多面体均匀分布圆周，同时与竖直方向呈夹角，散热器外表面下部104建议为竖直，即散热器外表面上部103与散热器下部104呈夹角b，夹角b大小可落在0-90度区间，较佳的范围建议落在10-30度区间，以15度最为理想。当夹角b为0度时，LED光源502向垂直于竖直方向发射光线，也可以使得照度均匀分布。当夹角b逐渐增加时，可增加LED光源502向上发射光线的照度。当夹角为90度时，LED光源502竖直向上发射光线，较难调整照度均匀度，此时我们会采用但不仅限于两种配套反光杯配光实施方式。

请参照图10-图11，为第一种配套反光杯6配光实施方式。夹角b为90度，则LED光源502竖直向上发射光线，需安装反光杯6进行配光调节，反光杯6通过螺丝安装于散热器上。

请参照图12-图13，为第二种配套反光杯6配光实施方式，为使人员不易产生触电风险。所述反光杯6底部为多个孔位，孔位大小约略与LED光源502相当或略大，深度也与LED光源502相当或略大。另反光杯6带卡扣位，安装反光杯6时，反光杯6卡扣位透过LED灯板501孔位与散热器孔位，卡入散热器，从而与散热器固定。

进一步的，请参照图8，散热器置于外壳内部，LED灯板5安装于散热器外表面上部，散热器外表面上部高度不会超过LED光源发光面，避免遮蔽了LED光源，其中散热器外表面上部与外壳内部之间有一定间距，会但不仅限于在5至30mm之间，避免人眼看见颗粒状的LED光源而感到不适。由于LED灯板5表面具有较不易散热的介电层做成电路绝缘保护，因此可以考虑在LED灯板5表面和散热器表面镀上一层可透光的石墨烯，让LED光源在灯板表面产生的热可以迅速的被传导到散热器表面而快速疏散。石墨烯是一种由碳原子组成的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，它是目前世上最薄却也是最坚硬的奈米材料，几乎是完全透明的，只会吸收2.3％的光，它的导热系数高达5300W/m·K，因此非常适合用来帮助发光组件散热。

以一般亮度要求达800lm以上的球泡灯而言，LED灯板5上的LED光源502可以选用规格为28×35的小功率LED灯珠多颗排列，灯珠之间的间距因散热问题宜设定在5～10mm，如此对于人眼的视觉效果也较无颗粒状光源的感觉。此外，也可采用30×30的中功率1WLED灯珠2颗排列在同一片LED灯板5上，灯珠之间的间距须考虑到散热的问题，宜调整为10mm以上。选用6片此一相同结构的LED灯板依前述方式安置在散热器外表面上部103而呈六面体圆周均匀分布，且同时与竖直方向呈夹角，理论上而言LED光源502整体的光通量可以超越1000lm，但是受到散热阻碍与组件光吸收效应的影响，其光通量的表现值会偏低，然而整颗球泡灯最后实际量得的数据仍可达到800lm以上。

进一步的，请参照图9，散热器内部结构为但不仅限于含多个鳍片，散热器内部结构多个鳍片增加了内部散热面积，更利于热量通过散热器内部辐射与对流散发。在图9所示的示意图中，多个鳍片厚度设计可为0.5～1.5mm，长度设计可为1～10mm，优选的长度可为3～7mm，以中心点为圆心到与鳍片交错的距离虚拟一圆，其半径为r，半径r的大小可为2至12mm，由鳍片的长度来决定，搭配散热器的高度形成一圆柱型空间，此为散热器内部让热量可以辐射对流散发的空间。进一步的，请参照图4与图6，散热器1的形状大致类似中空圆柱型，就像传统烟囱的结构，根据烟囱效应的原理，结构体的高宽比必须大于2.5。在本实施例中散热器的底部内径r可为10～12mm，而散热器的头部有12个内部鳍片105会集交错，其实质内径r可为1.2～1.8mm，而依市面上最常见的A19,A20与A67球泡灯之标准，从底部到头部的距离H可为40～80mm，如此下宽上窄的结构可加强烟囱效应的效果，对于推动散热器内部的空气流动帮助散热有正面的帮助。在散热器1的顶端为外壳内顶部疏通道7，当散热器1内部的热气汇集到其顶端之后，即可藉由此通道传送到灯壳的上部对流孔位304，然后排出灯壳之外而达到散热的目的。此外，考虑到外壳内顶部疏通道7位于球泡灯的顶部，会有遮蔽LED光源向上照射的问题，因此可考虑采用透光材质来制作外壳内顶部疏通道7，即可克服此问题。此外应当指出，以上所述的散热器1规格大小仅表示此实施应用中的一种方式，不能作为限定欲主张的范围。

进一步的，请参照图14，在本发明的LED球泡灯中，其外壳13亦可分为上半部1301与下半部1302两部分组成，外壳上半部与下半部如前面所述均含透气孔位。灯壳的制程技术可选用塑料射出成型来制作，而为了简化制程步骤，金属灯头14的制作可与灯壳13一体成形同时制作。在制作灯壳之前，先选用一个制作灯头的金属环置于灯壳成型的模具之内模上，此金属环的外型类似瓶盖而正圆面中间开孔，仅留下宽约3mm的外圆周面。模具之内模顶端配置多个凸起将金属环的外圆周面顶高而让出金属环与内模的间隙，以预留灯壳底部射出成型的空间。金属环的大小必须符合一般球泡灯的灯头标准规格，在本发明所选用的铝合金金属环内径为26mm，长度为20mm，厚度为0.27mm，符合一般E27灯头的标准规格。一般此厚度的金属环在室温底下无法承受太大的压力，当压力值达到50kgw即会被挤压破裂。然而塑料射出成型会先以高达105℃的高温来熔解塑料，当塑料射出到模具内与金属环接触时，金属环亦会被加热达到50℃以上，在此温底下金属会有比室温下更佳的延展性。当塑料在模具内射出量达到饱和之后，逐渐成形的塑料灯壳会开始挤压金属环，金属环因而在具有螺纹设计的模具内挤压出螺纹，此压力数值经量测约略介于50～80kgw，最终即完成了与金属灯头一体成形的灯壳制作。考虑到金属灯头与LED驱动电源2必须形成电气连接，所以灯壳底部侧边与金属灯头接触的部位必须先预留灯头接触孔位1305。以此方法制作灯头不需要额外使用胶体来黏合灯头14与灯壳13，因此不会有溢胶需要清理的问题，同时灯头14与灯壳13是在制作过程中即已紧密结合在一起，其黏合力道强化而不会轻易脱落损坏。此外，制程步骤的减少亦对于球泡灯的制作成本与良率有所贡献。

最后应当说明的是，以上所述的仅为本发明的实施范例,当不能依此限定本发明所欲主张的范围,任何在本发明被授权的权利范围内以及基于等同原则下所做的变化或修改,都应视为实施本发明。

Claims (4)

1.一种LED球泡灯，其特征在于，所述LED球泡灯包括：

外壳，所述外壳由左半部与右半部组成；

LED驱动电源，插入所述外壳的底部；

灯头，通过输入导线与所述LED驱动电源电气连接；

散热器，位于所述外壳内，所述散热器包括内部和外表面，所述内部具有鳍片，所述散热器外表面上部与外壳内部的间距为5～30mm；

灯板，所述灯板包括基板与LED光源，所述灯板贴附于所述散热器的外表面上，灯板呈六面体圆周均匀分布且同时与竖直方向呈夹角，所述散热器包括上部和下部，所述上部与所述下部呈0～90度夹角，所述散热器的表面镀有石墨烯，所述灯板表面镀有石墨烯，所述散热器外表面上部高度不超过LED光源的发光面，所述散热器上部的内径小于所述散热器下部的内径，所述散热器的顶部设有外壳内顶部疏通道，所述散热器的内部形成散热器内部通道，所述外壳设有下部对流孔位与上部对流孔位，所述下部对流孔位、所述散热器内部通道、所述外壳内顶部疏通道、与所述上部对流孔位形成对流通道。

2.如权利要求1所述的一种LED球泡灯，其特征在于，所述外壳内顶部疏通道为透光材质。

3.如权利要求2所述的一种LED球泡灯，其特征在于，以散热器中心点为圆心，所述圆心到所述鳍片交错的距离为2～12mm。

4.如权利要求3所 述的一种LED球泡灯，其特征在于，所述鳍片厚度为0.5～1.5mm,所述鳍片长度1～10mm。

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