CN201696901U - 具有纵向传热装置的发光二极管灯泡 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有纵向传热装置的发光二极管灯泡，主要包括壳体、发光二极管元件、纵向传热装置和驱动电路，该壳体至少在一个出光侧面形成有一个透光部；该纵向传热装置包括承载部和传热部，承载部具有一个对应上述透光部的承载平面，且承载部的导热系数远大于壳体并被容纳于壳体中；传热部延伸自承载部，且至少部分设置于壳体内部，传热部的纵向截面远小于壳体截面使得壳体内保有至少一个剩余空间；该发光二极管元件具有一个发光侧及一个非发光侧，且以该发光侧面对透光部，非发光侧被迫紧而以导热接触方式设置于承载平面上；该驱动电路至少部分设置于该剩余空间，用以致能发光二极管元件。

Description

具有纵向传热装置的发光二极管灯泡

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管灯泡，尤其是一种具有纵向传热装置的发光二极管灯泡。

背景技术

发光二极管(LED)灯泡目前正积极抢占既有照明市场，尤其因为使用LED灯泡反应速度较快、无须暖灯时间(idling time)、体积也较小、再加上电力消耗较低，相当比例地取代了传统灯泡的市场占有率。然而，一旦应用在照明领域中，LED灯泡的亮度有时尚嫌不足，而提高LED灯泡亮度的最直接方法就是增加驱动电流，亮度提升的同时，环境温度也同步升高，由于热量集中在尺寸很小的LED晶粒附近，此种温度非均匀地骤升，不仅会降低LED晶粒的光转换效率，更会对例如荧光粉及晶粒本身的使用寿命产生极度不良的影响。当多个LED晶粒或大面积的LED芯片被密集排列，组成照明系统时产生热量的问题将更严重。因此，如何提供良好的散热机制，无疑是LED灯泡机构设计中的重要问题。

如图1-2所示，常见的LED灯泡1主要包括一个透光罩11、一个外壳12及一个供电输入的基座13，其中外壳12系在一个塑料壳体18外包覆一层散热金属薄片120，并在两端形成大小不同的开口121、122，透光罩11即罩设结合于较大的开口121处；基座13则结合至外壳12的开口122处，并导接至设置于外壳12中之固定座17；而固定座17的另一端则设置有导热基板14，并透过固定片15将LED(发光二极管)芯片16固定于导热基板14上，再由透光罩11所罩覆。

一并参考如图3所示，由于导热基板14周缘系导热连接至散热金属薄片120，因此可将LED芯片16发光时同步产生的的热能传至外侧而发散至空气中，从而避免LED芯片16过热。但是，一方面散热金属薄片120恰为手持灯泡进行拆装作业所必然碰触到的地方，一旦灯泡使用后，势必无法于短时间内拆卸，造成使用上不便之处。加以，由于导热基板14与散热金属薄片120间，仅以一环窄小的截面导热接触，根据热传公式：

$\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{kA}\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dL}}$

其中，Q为热量、t为时间、k为热导系数、L表长度、A表面积、T表温度。亦即，在单位时间中热能传递量与传导截面积、及单位距离的温度差成正比。换言之，由于导热基板14与散热金属薄片120间的导热接触截面积甚小，虽然LED芯片16已经发热，但是传热途径受到局限，必须等LED芯片16与导热基板14持续升温，直到与外部空气间的温度差拉开至够大，才能驱动足够的热能传递至散热金属薄片120与空气中。因此，此种结构的灯泡无法运用于高功率场合。

为了解决散热问题，如图4-5所示，一常见的具有散热风扇及散热鳍片的LED灯泡2，主要包括一个可供透光的透光罩21、一组供散热并开设形成多个散热孔的上鳍片壳体29及下鳍片壳体22，于上鳍片壳体29及下鳍片壳体22组合形成的内部空间设有LED芯片26、导热基板24、散热片25及散热风扇20，当LED芯片26发光并发热时，藉由散热风扇20强制空气对流经过散热片25，使热量被导离，并从上鳍片壳体29及下鳍片壳体22的多个散热孔流出。

一方面，此种结构需要额外的风扇组件，无谓提升灯泡造价；另一方面，操作时需额外提供电能驱动散热风扇，对于LED的节能特性无疑是一种反讽；尤其使用灯泡时，风扇持续运转的嗡嗡声，将是另一种无谓的环境干扰。由此，该种结构的LED灯泡虽然可以采用高功率，但实际市场竞争力不强。

综合上述，如何架构一种结构简单、造价低廉、可运用于较高功率产品、且使用过程中易于拆卸的LED灯泡，将成为高竞争力产品的设计目标。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能增加LED灯泡散热效率，且结构简单，并大大减少导热金属使用，制造及组装成本显著降低，使用一段时间后仍可方便拆卸的具有纵向传热装置的发光二极管灯泡。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的具有纵向传热装置的发光二极管灯泡，包含壳体、发光二极管元件、纵向传热装置和驱动电路，其中：

该壳体至少在一个出光侧面形成有一个透光部；

该纵向传热装置包括承载部和传热部，承载部具有一个对应上述透光部的承载平面，且承载部的导热系数远大于壳体并被容纳于壳体中；传热部延伸自承载部，且至少部分设置于壳体内部，传热部的纵向截面远小于壳体截面使得壳体内保有至少一个剩余空间；

该发光二极管元件具有一个发光侧及一个非发光侧，且以该发光侧面对透光部，非发光侧被迫紧而以导热接触方式设置于承载平面上；

该驱动电路至少部分设置于该剩余空间，用以致能发光二极管元件。

优选地，本实用新型上述具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中，纵向传热装置进一步包括一个散热部，该散热部与壳体共同构成一个完整曲面，并沿纵向迫紧导热至传热部；且该散热部的纵向截面大于传热部，热传系数高于传热部。

优选地，本实用新型上述具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中，散热部上形成有复数贯穿该完整曲面的散热孔。

优选地，本实用新型上述具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中，传热部为一沿该纵向延伸的管状导热金属。

优选地，本实用新型上述具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中，剩余空间形成于管状导热金属内，且供驱动电路设置其中。

优选地，本实用新型上述具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中，壳体包括一个构成透光部的出光侧盖片，及一个透光率低于出光侧盖片的壳本体。

相对于现有技术，本实用新型发光二极管灯泡外表供拆卸部分的壳体是采用导热系数低较的例如塑料材质，即使在点亮一段时间后，仍可顺利供握持旋转；负责将LED芯片发热导出之承载部与传热部的金属系一体成形，且透过具有一定截面的传热部传热，不仅热能传导效果良好，此种被动方式也不需额外耗能；传热部并非完全实心的设计，也使得所耗费的金属材质有限；甚至传热部可采用圆桶状结构，并将驱动电路置放其中，从而可以采用单件式壳体，由壳体后侧开口装入所有内部结构，大幅简化结构设计与降低成本，顺利解决了本实用新型所要解决的技术问题。

附图说明

图1为常见的具有金属薄片外壳的发光二极管灯泡以其外部金属薄片散热示意图；

图2为图1所示之灯泡内部架构的爆炸图；

图3为图1所示之灯泡导热结构示意图(以说明其导热之局限)；

图4为常见的具有散热风扇及散热鳍片的发光二极管灯泡的立体示意图；

图5为图4所示之灯泡内部结构爆炸图；

图6为本实用新型第一较佳实施例之具有纵向传热装置的发光二极管灯泡外观立体示意图；

图7为图6所示之灯泡的内部架构爆炸图；

图8为图6所示之灯泡的导热结构示意图(用以说明热传过程)；

图9为本实用新型第二较佳实施例之具有纵向传热装置的发光二极管灯泡之爆炸图(说明前侧壳体系一体成形，且散热部与传热部亦一体化之简单设计)；

图10为本实用新型第三较佳实施例之发光二极管灯泡爆炸图；

图11为图10所示之灯泡之传热装置放大示意图(说明传热部、绝缘壳与散热部之间结构对应)。

其中：1、2为LED灯泡；11、21为透光罩；12为外壳；13为基座；18为塑料壳体；120为散热金属薄片；121、122为开口；17为固定座；15为固定片；14、24为导热基板；16、26、46为LED芯片；29为上鳍片壳体；22为下鳍片壳体；25为散热片；20为散热风扇；3为壳体；31、31”为出光侧盖片；32、32”为壳本体；33’为穿孔；4、4’为传热装置；42、42’、42”为散热部；422为固定孔；423为散热孔；43、43’为基座；44、44’为承载部；441为承载平面；45为固定件；47、47”为驱动电路；48、48’、48”为传热部；480、480”为凹凸表面；481为固定扣；482”为截面；49”为绝缘壳；491”为通气凹槽；424”为散热凹孔；425”为导热凸缘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本实用新型。这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型记载的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。

如图6-8所示，本实用新型第一较佳实施例提供的具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中：

壳体3包括一个透明塑料成形的出光侧盖片31及一个非透明塑料成形的壳本体32，由两者共同组合成一个具有光滑曲面的外壳。

纵向传热装置4则主要包括由挤型铝所成形的一个支撑架，为便于说明，该支撑架用以供LED芯片46设置的平面部分称为承载部44，承载部面向出光侧盖片31的部分称为承载平面441，而由承载部44向后侧延伸的中空管状部分称为传热部48。并于传热部48的外层表面顺着延伸方向形成可增加接触表面积的凹凸表面480，由于铝的导热性远优于壳体3的塑料，由LED芯片46所发热能主要会经由铝质的支撑架向后侧传递。

为降低LED芯片46与承载部44间的热阻，LED芯片46以例如以固定件45固定LED芯片46并用螺丝锁固等方式迫紧，而将LED芯片46的非发光侧以导热接触方式设置于承载部44的承载平面441上，而LED芯片46的发光侧面将面向出光侧盖片31。本实施例中，中空管状的传热部48由于具有一定厚度，故可以提供足够导热截面供热能传递，且导热的纵向截面远小于壳体3的截面尺寸，使得中空管状内部保有一个剩余空间，供驱动电路47置放其中。

为提供更佳的散热效果，本实施例中，传热部48朝向后侧方向设有固定扣481，并在一块铜质的散热部上挖空形成有复数贯穿孔，部分对应于固定扣481的位置而形成固定孔422，部分则未对应固定扣481而构成单纯散热孔423；藉由固定扣481与固定孔422之机制，将散热部42纵向迫紧于传热部48后侧。且散热部42外型被设计成与壳体3共同构成一个完整曲面，使其外廓大于传热部48，从而提供一个覆盖于外壳后侧部分的散热表面。并因该散热部42是设置于接近基座43部分，并非一般装设时手部易于接触部分，可藉此确保使用者拆装之安全。加以，铜质散热部42的热传系数高于铝质的传热部48，使得传热部48所传来的热能，在导引热至散热部42阶段可以更快速度被导离。

当然，正如本领域技术人员所能轻易理解的，由于本实用新型的支撑架结构是例释为圆桶状，因此与现有技术不同的是，可以让壳体为两种不同透光度材质而一体成型。如图9所示，本实用新型第二较佳实施例提供的具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中，仅需在后侧对应基座43’部分保留一个截面积大于传热装置4’之支撑架部份的穿孔33’即可；另一方面，当所制造的LED灯泡非高功率产品时，LED芯片所发热能较低，散热部42’亦可采用例如同样是铝质，只要在与基座43’结合部分保留一个供驱动电路穿设的开孔，并与承载部44’、传热部48’均一体成型，如此，灯泡结构将被大幅简化，制造成本与组装成本均大幅降低。

再者，为避免驱动电路直接触及例如金属制的传热部，并受热老化甚至损坏，如图10-11所示，本实用新型第三较佳实施例提供的具有纵向传热装置的发光二极管灯泡中，除与前述实施例相对应之结构外，更另设有一个供驱动电路47”装设于内的绝缘壳49”，并同样留有一个供驱动电路47”置放及供热气流出之开口，且绝缘壳49”于开口处内壁切面形成有通气凹槽491”，在将绝缘壳49”以开口与支撑架结构的开口朝同一方向放入支撑架结构后，并于开口位置以例如螺栓将例如为铜质的散热部42”锁固至壳本体32”，以将散热部42”与包括传热部48”的支撑架结构迫紧而导热连接，并固定所有内部结构。

而该散热部42”的内缘及外缘处分别形成有散热凹孔424”及导热凸缘425”，散热部42”散热凹孔424”的形状系对应于绝缘壳49”的通气凹槽491”，而导热凸缘425”的轮廓则对应于传热部48”的凹凸表面480”，使传热部48”与绝缘壳49”附近被加热的空气可由散热凹孔424”及通气凹槽491”导出，而传热部48”后侧的截面482”则受到上述螺栓之迫紧，以绝佳的导热状态接触传热部48”而使热被导离，热能因而同时可藉由传导与对流之管道输出。而且在本实施例中壳本体32”与出光侧盖片31”可结合成蛋形的外形，或依照市场需求，改变为各种不同的造形设计。

如上所述，本实用新型具有纵向传热装置的发光二极管灯泡与现有技术相互比较时，因为透过热传导的方式使热被导引远离LED芯片位置，且传热部保留有相当的导热截面，因此可以有效提升散热的效率；而且相较于需另设复杂结构及风扇等装置散热的方式，本实用新型也有效简化结构设计，同时符合LED芯片的低耗能目的；更进一步将导热金属埋藏在壳体内，不仅不需要耗费大量材料成本开发实心的导热金属基座，从而节约材料成本，更可以容许使用者轻易拆卸开启一段时间已经发热的灯泡，确保灯泡使用的安全性与便利性；尤其一旦将壳体一体化、支撑架一体化制造，不仅结构简便、成本与组装价格都益发低廉，大幅提升产品之市场竞争力。

Claims (6)

1.一种具有纵向传热装置的发光二极管灯泡，其特征是，其包含壳体、发光二极管元件、纵向传热装置和驱动电路，其中：

该壳体至少在一个出光侧面形成有一个透光部；

该纵向传热装置包括承载部和传热部，承载部具有一个对应上述透光部的承载平面，且承载部的导热系数远大于壳体并被容纳于壳体中；传热部延伸自承载部，且至少部分设置于壳体内部，传热部的纵向截面远小于壳体截面使得壳体内保有至少一个剩余空间；

该发光二极管元件具有一个发光侧及一个非发光侧，且以该发光侧面对透光部，非发光侧被迫紧而以导热接触方式设置于承载平面上；

该驱动电路至少部分设置于该剩余空间，用以致能发光二极管元件。

2.如权利要求1所述的发光二极管灯泡，其特征是，该纵向传热装置进一步包括一个散热部，该散热部与壳体共同构成一个完整曲面，并沿纵向迫紧导热至传热部；且该散热部的纵向截面大于传热部，热传系数高于传热部。

3.如权利要求2所述的发光二极管灯泡，其特征是，该散热部上形成有复数贯穿该完整曲面的散热孔。

4.如权利要求1或2或3所述的发光二极管灯泡，其特征是，该传热部为一沿该纵向延伸的管状导热金属。

5.如权利要求4所述的发光二极管灯泡，其特征是，剩余空间形成于管状导热金属内，且供驱动电路设置其中。

6.如权利要求1或2或3所述的发光二极管灯泡，其特征是，该壳体包括一个构成透光部的出光侧盖片，及一个透光率低于出光侧盖片的壳本体。

Images