TW201309962A - 散熱結構、具備其散熱結構的發光二極體燈具以及散熱結構製造方法 - Google Patents

散熱結構、具備其散熱結構的發光二極體燈具以及散熱結構製造方法 Download PDF

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Li-Wei Tseng
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Abstract

本發明提供一種散熱結構,至少包含一金屬支架以及一絕緣件。金屬支架係包含:形成於金屬支架一端的載置台;以及圍成管狀通道,從載置台向金屬支架另一端延伸並於另一端形成開口的通道部,其中,一貫通孔自金屬支架的外側連通管狀通道。絕緣件係被覆通道部的內側面以及至少一部分的通道部的外側面。此外,本發明亦提供一種具備前述散熱結構的發光二極體燈具及其製造方法。

Description

散熱結構、具備其散熱結構的發光二極體燈具以及散熱結構製造方法
本發明係關於一種散熱結構,特別係關於一種用於發光二極體燈具的散熱結構,以及具備其散熱結構的發光二極體燈具與製造方法。
因具有節能、壽命長等的優點,發光二極體燈具已漸漸地普及於世。然而發光二極體燈具工作中產生的高熱,除了會影響其壽命,亦有安全性的顧慮,對此,市售的發光二極體燈具通常具有散熱結構。習用發光二極體燈具中的散熱結構,通常係針對發光二極體晶片或發光二極體模組的設置型態,形成平板狀或反光面鏡狀而與發光二極體晶片或發光二極體模組導熱性連結地設置,將其產生的熱量散熱,但並未對於將外部電源變換為驅動發光二極體晶片的電力之驅動電路模組工作中產生的熱量進行散熱。並且,因金屬製的散熱結構呈平板狀或反光面鏡狀之故,對於電磁干擾等的雜訊屏蔽效果有限。
另外,此等散熱結構通常係以鋁等的金屬材料獨自完成散熱結構的製作之後,再與發光二極體燈具的其他元件進行組裝。製造的過程中,為了使金屬製的散熱結構與後製程的元件能匹配,金屬的表面需經過多道加工處理,另外,金屬製的散熱結構與發光二極體模組、驅動電路模組之間的絕緣亦須費神注意。
再者,若散熱結構外露的情況時,散熱結構直接成為產品的外觀。雖亦可對於金屬製的散熱結構進行表面的塗裝,造型變化,花紋等的加工,以應付求新求變的消費市場,但對於金屬進行如此的加工,須花費較高的成本,製成的產品單價將會提高,如此的發光二極體燈具的普及化將行困難。
對此,本發明的目的係提供一種散熱結構,其係用於發光二極體燈具,不但可提供發光二極體晶片的散熱,亦可提供驅動電路模組的散熱,並且提供良好的電磁干擾等的雜訊屏蔽效果。
另外,本發明的目的係提供一種具備上述散熱結構的發光二極體燈具,於組裝時無須另外費神注意散熱結構與發光二極體模組、驅動電路模組之間的絕緣。
再者,本發明的目的係提供一種散熱結構製造方法,省除金屬表面的多道處理加工,利用加工成本較低的材料被覆於散熱結構成為產品的外觀,利於產品外觀的加工,可降低成本,以期容易地達成發光二極體燈具的普及化。
為了達成上述目的,本發明係提供一種散熱結構,至少包含一金屬支架以及一絕緣件。金屬支架係包含:形成於金屬支架一端的載置台;以及圍成一管狀通道,從載置台向金屬支架另一端延伸並於另一端形成開口的通道部,其中,一貫通孔自金屬支架的外側連通管狀通道。絕緣件係被覆通道部的內側面以及至少一部分的通道部的外側面。
另外,本發明係提供一種發光二極體燈具,其係包含上述的散熱結構;設於散熱結構的通道部的開口一端的導電接頭;設於通道部的管狀通道內,並與導電接頭電性連接的驅動電路模組;以及導熱性連結地設於載置台,並通過散熱結構的貫通孔與驅動電路模組電性連接的發光二極體模組。
再者,本發明提供一種散熱結構製造方法,其係至少包含製作金屬支架;以及被覆絕緣件的步驟。該金屬支架係包含:形成於金屬支架一端的載置台;以及圍成管狀通道,從載置台向金屬支架另一端延伸並於另一端形成開口的通道部,其中,一貫通孔自金屬支架的外側連通管狀通道。被覆絕緣件時,於通道部的內側面、以及至少一部分的通道部的外側面被覆絕緣件。
圖1係本發明之散熱結構一實施型態的剖面圖,圖2係圖1之散熱結構的分解圖。本發明的散熱結構100係可用於發光二極體燈具,如圖1、圖2所示,其係包含金屬支架110、以及絕緣件120。在不同的實施型態中,散熱結構100亦可用於其他類型的燈具。
金屬支架110較佳係由導熱性良好的銅、鋁等金屬材料所構成,其係包含形成於金屬支架110一端的載置台111;以及圍成管狀通道118,從載置台111向下延伸並於金屬支架110另一端形成開口113的通道部112。另外,貫通孔115係自金屬支架110的外側連通管狀通道118。以本實施型態而言,載置台111係用以載置發光二極體燈具的發光二極體模組。通道部112的管狀通道118內可容納發光二極體燈具中的驅動電路模組。將發光二極體模組設於載置台111並將驅動電路模組設於通道部112的管狀通道118內時,發光二極體模組與驅動電路模組之間可經由貫通孔115電性連接。
絕緣件120較佳係由耐熱性及加工性良好的材料,例如可由塑膠材料或陶瓷材料等所構成。再者,更可採用於塑膠材料或陶瓷材料中摻雜鋁粉、銅粉等熱良導體所成的散熱塑膠材料或散熱陶瓷材料。
絕緣件120係直接被覆通道部112的內側面以及至少一部分的通道部112的外側面。雖然絕緣件120的被覆厚度係因材料的被覆性、強度等因素而異,但為了顧及散熱效果,絕緣件120的被覆厚度以薄層為佳。
以絕緣件120被覆金屬支架110時,如圖1與圖3所示,絕緣件120並未被覆作為載置台111的部分,藉此,以載置台111載置發光二極體模組時可有較佳的導熱性連結,但不限於此,如圖6所示,絕緣層120亦可部分地被覆於載置台111。
因通道部112的管狀通道118內可配設發光二極體燈具的驅動電路模組,藉由絕緣件120被覆通道部112的內側面,使金屬支架110與通道部112的管狀通道118內部空間絕緣,若為如此的構成,組裝發光二極體燈具時,驅動電路模組就無須再施以絕緣加工而可直接置入通道部112的管狀通道118內部空間。並且,因驅動電路模組配設於通道部112的管狀通道118內,藉由金屬的通道部112環繞於驅動電路模組,可提供驅動電路模組良好的電磁干擾等的雜訊屏蔽效果。以絕緣件120被覆通道部112的外側面時係可被覆於其外側面的整體;但若顧慮到散熱效果,除了上述薄層地被覆絕緣件120之外,絕緣件120亦可於通道部112的外側面形成鏤空121(參照圖7),使金屬支架110的露出部分可直接向大氣散熱。另外,以絕緣件120被覆金屬支架110時除了上述通道部112的內側面以及至少一部分的通道部112的外側面之外,絕緣件120亦可被覆於開口113的邊緣114。藉此,使金屬支架110開口113的邊緣114亦電性絕緣。
圖3至圖5係本發明之散熱結構的其他實施型態的示意圖。如圖3所示,當載置台111的外緣輪廓大於通道部112的管狀通道118輪廓時,可於載置面111承載較大型的發光二極體模組,製作發光面較大的發光二極體燈具。圖3所示的散熱結構100中,載置台111的反面(即非載置發光二極體模組的一面)係一部分外露於通道部112外側,此外露的部分可自由地選擇被覆或不被覆絕緣件120(圖3係表示未被覆的情況)。另外,為了有更佳的散熱效果,亦可於通道部112的外側面設置散熱鰭片,例如,如圖4所示,可於通道部112的外側面設置呈輻射狀排列的複數個散熱鰭片116,另外,如圖5所示,亦可於通道部112的外側面,沿著通道部112的延伸方向,設置互不接觸而層狀排列的複數個散熱鰭片117。又,上述散熱鰭片係可如圖8所示,通過上述鏤空121外露於大氣,亦可被絕緣件120所包覆。
以下,說明本發明的散熱結構製造方法。
製作本發明的散熱結構100時,首先,製作金屬支架110。此時,於金屬支架110一端形成載置台111,從載置台111向下延伸管狀通道118而於金屬支架110另一端形成開口113,以形成通道部112,並且,形成自金屬支架110外側連通管狀通道118的貫通孔115。此步驟中,可採用例如模鑄、削切、研磨、沖壓等習用的加工法,製作預定型態的金屬支架。
之後,被覆絕緣件120於通道部112的內側面、以及至少一部分的通道部112的外側面。如上所述,絕緣件120係可由例如塑膠材料或陶瓷材料等所構成。此時,被覆絕緣件120的步驟係可採用埋入成形法。絕緣件120由塑膠材料構成時,將已製作完成的金屬支架110置於塑膠射出成形用的模具中,以溶融狀態的塑膠材料注入模具中,一次性地被覆於通道部112的內側面、以及至少一部分的通道部112的外側面,經冷卻、脫模之後,製成本發明的散熱結構100。再者,絕緣件120由陶瓷材料構成時,將已製作完成的金屬支架110置於填漿用的模具中,以均勻混合的泥狀陶瓷材料填入模具中,一次性地被覆於通道部112的內側面、以及至少一部分的通道部112的外側面,經乾燥、脫模、燒結、冷卻等步驟之後,製成本發明的散熱結構100。
如上所述,以絕緣件120作為產品外觀被覆金屬支架110,可利用成本較低的加工法對於絕緣件120進行加工,且可省除對於金屬支架110的金屬表面的多道處理加工,降低成本,以期容易地達成發光二極體燈具的普及化。
接著,說明具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具。圖6係具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具一實施型態的剖面圖,圖7係具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具一實施型態的分解圖。如圖6、圖7所示,發光二極體燈具係包含上述的散熱結構100、導電接頭200、驅動電路模組300、以及發光二極體模組400。導電接頭200係設於散熱結構100的通道部112的開口一端,用以與外部電路電性連接。導電接頭200可為例如習用的E12、E14、E27等規格的燈泡接頭,或者為PL、FML、FPL等規格的燈管接頭。驅動電路模組300係設於散熱結構100的通道部112管狀通道118內,並與導電接頭200電性連接。發光二極體模組400係導熱性連結地設於散熱結構100的載置台111,並通過貫通孔115與驅動電路模組300電性連接。
將此發光二極體燈具裝設於對應的外部電路並導通電源時,導電接頭200接受來自外部電路的供電,將該供電傳送至驅動電路模組300。驅動電路模組300係將該供電變換為使發光二極體模組400工作用的電力,傳送至發光二極體模組400。發光二極體模組400接受來自驅動電路模組300的電力,開始工作(發光),此時,伴隨發光二極體模組400的工作產生的熱量係藉由與發光二極體模組400導熱連結的載置台111,傳熱至散熱結構100整體,之後,藉由散熱結構100將熱量散熱至外部。
另外,因驅動電路模組300工作中亦會產生熱量,因此,驅動電路模組300設於通道部112的管狀通道118內時,驅動電路模組300亦可導熱連結於被覆通道部112的內側面的薄層絕緣件120,透過絕緣件120將驅動電路模組300工作產生的熱量傳達至通道部112再傳熱至散熱結構100整體,之後,藉由散熱結構100將熱量散熱至外部。如上所述,即驅動電路模組300亦可與散熱結構100導熱性連結。
具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具中更可於發光二極體模組400上配置一燈罩500,以保護發光二極體模組400不因水氣、灰塵等而受損,另外,燈罩500亦可改變發光二極體模組400發出的光線態樣,例如利用凸透鏡的燈罩使發出的光線聚光、利用霧面燈罩使發出的光線散光、利用混有螢光體或染色劑的燈罩使發出的光線改變顏色等。
製作本發明的散熱結構100時,開口113的端緣114可選擇被覆或不被覆絕緣件120。若端緣114未被覆絕緣件120的情況下,組裝發光二極體燈具的導電接頭200時,可選擇如圖9A所示,將導電接頭200嵌於通道部112內側面被覆的絕緣件120,或者如圖9B所示,將導電接頭200套於通道部112外側面被覆的絕緣件120。
再者,若已顧慮到金屬支架110整體與驅動電路模組300及發光二極體模組400之間的絕緣性,並且,貫通孔115的大小足以將驅動電路模組300組裝至通道部112內的情況時,如圖10所示,可直接於金屬支架110中異於載置台111的一端,一體地形成導電接頭200。
上述的說明以及圖式的各圖中,主要以圓管狀的管狀通道之通道部112為例進行說明,但如將本發明應用於PL、FML、FPL等規格的燈管之燈具時,對應燈具的型態,通道部112可為扁管狀的管狀通道,載置台111亦可為從金屬支架110一端延伸出的片狀型態。
上述各實施型態中,貫通孔115係設於載置台111以貫通通道部112的內側與外側,但不限於此,例如,如圖11所示,貫通孔115亦可設於通道部112,對應貫通孔115的位置,形成絕緣件120時,亦預留走線的空間,如此,發光二極體模組400即可藉由導線通過貫通孔115與驅動電路模組300電性連接。再者,驅動電路模組300亦可經由開口113與發光二極體模組400電性連接,亦即開口113亦可直接作為貫通孔的功能。
圖12所示的發光二極體燈具中,散熱結構100更可包含至少一通氣部119,連通管狀通道與外部大氣。圖12所示的實施型態中,通氣部119係透過絕緣件120的鏤空121並穿過金屬支架110使管狀通道與外部大氣連通,但絕緣件120未設有鏤空121的情況時,通氣部119係可直接穿過絕緣件120與金屬支架110,連通管狀通道與外部大氣。藉此,管狀通道內的受熱空氣可與外部大氣換氣。
於散熱結構100僅設置一個如此的通氣部119即可產生上述換氣的效果,但如圖12所示,發光二極體燈具設有二通氣部119時,如圖所示地安裝發光二極體燈具於天花板的燈座的狀態下,二通氣部119係呈上下方向地配置。發光二極體燈具於此狀態下工作中,管狀通道內的空氣係受到發光二極體工作中產生的熱量加熱而上升,從上方的通氣部119排出外部大氣,使得管狀通道中成為擬真空的狀態。藉此,未受熱的外部空氣即從下方的通氣部119被引入管狀通道中,受熱之後上升從上方的通氣部119排出外部大氣,即發生煙囪效應。如此不斷地循環,更有助益於散熱效果的改善。
如上所述,依據本發明的散熱結構,不但可提供發光二極體晶片的散熱,因散熱結構亦提供通道部之容置空間以容置驅動電路模組,因此亦可提供驅動電路模組的散熱。另外,驅動電路模組容置於管狀的通道部中,可有良好的電磁干擾等的雜訊屏蔽效果。
另外,依據本發明的發光二極體燈具,因通道部的內側面已被覆絕緣件,於組裝發光二極體燈具時,無須另外費神注意散熱結構與發光二極體模組、驅動電路模組之間的絕緣,作業性良好。
再者,依據本發明的散熱結構製造方法,即可省除金屬表面的多道處理加工,並利用加工成本較低的材料被覆於散熱結構成為產品的外觀,利於產品外觀的加工,可降低成本,以期容易地達成發光二極體燈具的普及化。
100...散熱結構
110...金屬支架
111...載置台
112...通道部
113...開口
114...端緣
115...貫通孔
116...輻射狀散熱鰭片
117...層狀散熱鰭片
118...管狀通道
119...通氣部
120...絕緣件
121...鏤空
200...導電接頭
300...驅動電路模組
400...發光二極體模組
500...燈罩
圖1係本發明之散熱結構一實施型態的剖面圖。
圖2係圖1之散熱結構的分解圖。
圖3係本發明之散熱結構的其他實施型態的示意圖。
圖4係本發明之散熱結構的其他實施型態的示意圖。
圖5係本發明之散熱結構的其他實施型態的示意圖。
圖6係具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具一實施型態的剖面圖。
圖7係具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具一實施型態的分解圖。
圖8係具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具的其他實施型態的示意圖。
圖9A係導電接頭與散熱結構的連結的實施型態的示意圖。
圖9B係導電接頭與散熱結構的連結的實施型態的示意圖。
圖10係本發明之散熱結構的其他實施型態的示意圖。
圖11係具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具的其他實施型態的示意圖。
圖12係具備本發明之散熱結構的發光二極體燈具的其他實施型態的示意圖。
100...散熱結構
110...金屬支架
111...載置台
112...通道部
113...開口
114...端緣
115...貫通孔
118...管狀通道
120...絕緣件

Claims (23)

  1. 一種散熱結構,其係用於發光二極體燈具,至少包含:一金屬支架,其係包含:一載置台,形成於該金屬支架一端;以及一通道部,圍成一管狀通道,該通道部從該載置台向該金屬支架另一端延伸並於該另一端形成一開口,其中一貫通孔自該金屬支架的外側連通該管狀通道;以及一絕緣件,被覆該通道部的內側面以及至少一部分的該通道部的外側面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構,其中該絕緣件係由塑膠材料所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構,其中該絕緣件係由陶瓷材料所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構,其中該載置台的外緣輪廓係大於該管狀通道輪廓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構,其中該絕緣件於該通道部的外側面形成鏤空。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構,其中該金屬支架更包含散熱鰭片,其設於該通道部的外側面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的散熱結構,其中該散熱鰭片外露於該絕緣件。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的散熱結構,其中複數個該散熱鰭片係呈輻射狀地設於該通道部的外側面。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的散熱結構,其中複數個該散熱鰭片係以彼此不接觸的層狀,沿著該通道部的延伸方向設於該通道部的外側面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構,其中更包含一通氣部,連通該管狀通道與外部大氣。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的散熱結構,其中該絕緣件係被覆該開口邊緣。
  12. 一種發光二極體燈具,其係包含:申請專利範圍第1至10項之任一項所述之散熱結構;一導電接頭,設於該通道部的該開口一端;一驅動電路模組,設於該管狀通道內,並與該導電接頭電性連接;一發光二極體模組,導熱性連結地設於該載置台,並通過該貫通孔與該驅動電路模組電性連接。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的發光二極體燈具,其中該導電接頭與該通道部係一體地形成,該驅動電路模組係可通過該貫通孔。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的發光二極體燈具,其中該驅動電路模組係與該散熱結構導熱性連結。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的發光二極體燈具,其中更包含一燈罩,配置於該發光二極體模組上。
  16. 一種發光二極體燈具,其係包含:申請專利範圍第11項所述之散熱結構;一導電接頭,設於該通道部的該開口一端;一驅動電路模組,設於該通道部的該管狀通道內,並與該導電接頭電性連接;一發光二極體模組,導熱性連結地設於該載置台,並通過該貫通孔與該驅動電路模組電性連接。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的發光二極體燈具,其中該驅動電路模組係與該散熱結構導熱性連結。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的發光二極體燈具,其中更包含一燈罩,配置於該發光二極體模組上。
  19. 一種散熱結構製造方法,其係至少包含下述步驟:製作一金屬支架,該金屬支架係包含:一載置台,形成於該金屬支架一端;以及一通道部,圍成一管狀通道,該通道部從該載置台向該金屬支架另一端延伸並於該另一端形成一開口,其中一貫通孔自該金屬支架的外側連通該管狀通道;以及被覆一絕緣件於該通道部的內側面以及至少一部分的該通道部的外側面。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的散熱結構製造方法,其中該絕緣件係由塑膠材料所構成,被覆該絕緣件的步驟係以埋入成形法,一次性地被覆該塑膠材料於該通道部的內側面以及至少一部分的該通道部的外側面。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的散熱結構製造方法,其中該絕緣件係由陶瓷材料所構成,被覆該絕緣件的步驟係以泥狀的該陶瓷材料一次性地被覆於該通道部的內側面以及至少一部分的該通道部的外側面,之後經燒結而製成。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的散熱結構製造方法,其中製作金屬支架的步驟更包含形成散熱鰭片於該通道部的外側面。
  23. 如申請專利範圍第19至22項之任一項所述的散熱結構製造方法,其中被覆該絕緣件的步驟係包含於該開口邊緣被覆絕緣件。
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