TW201309967A

TW201309967A - 具有熱傳導燈罩之燈泡

Info

Publication number: TW201309967A
Application number: TW101119521A
Authority: TW
Inventors: Chung Wai Paul Lo; Wa-Hing Leung; Tin Po Flavio Chu
Original assignee: Huizhou Light Engine Ltd
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-03-01
Also published as: US20120307498A1; WO2012163535A1

Abstract

一LED照明裝置包含：一具有一插座連接器的基座；一包含一主散熱器之外殼，該外殼係被耦接至該基座並具有一上環緣；一具有一周緣的板，至少該板之周緣係被熱耦接至該外殼的該上環緣；至少一LED照明光源，該至少一LED照明光源係被熱耦接至該板；一燈罩，其具有一包含一外表面之本體，該外表面有一組配為可傳送來自該LED照明光源的光至該照明裝置外的可傳送光表面；以及一副散熱器，其係熱耦接至該板及該外殼，並包含配置呈該燈罩形狀的導熱體。該外殼、板及散熱器共同將來自該至少一LED照明光源的熱傳導至周圍環境。

Description

具有熱傳導燈罩之燈泡

相關申請案之交叉參考

本申請案請求35 U.S.C.§ 119(e)規定下於2011年6月3日提申之美國申請案號61/492,862之利益，其全體併入本案作為參考。

在本申請案中所參考的公開案範圍內，該等參考文獻所揭露之全體藉此併入本申請案作為參考。

發明領域

本發明大致係關於諸如發光二極體(LED)燈泡的照明裝置之散熱改良。

發明背景

習知，LED燈泡產生相對地大量的熱，並包括一例如由玻璃製成之燈罩段，其目的為傳送及擴散來自LED元件的光，並防止燈泡使用者碰觸到LED顯示器本身。為了讓LED燈泡內的熱散逸，習知有提供一散熱器，其形成一下外殼圍繞於燈泡的基座部分。

雖然此種習知散熱器可散熱，但卻龐大且往往妨礙將光以一向下角度投射，及其所提供的散熱僅在外殼處，亦即燈泡的下部分，少許的熱可在燈泡的頂端部分散逸。再者，LED燈泡之熱性能主要取決於外殼段的尺寸及設計，燈罩段對熱性能的影響很小，這是由於用來製造燈罩諸如玻璃或塑膠的材料的熱傳導係數低。

因此，需要一種容許散熱發生遍及於裝置更大面積的改良型LED照明裝置。

發明概要

依據本發明之第一方面，一LED照明裝置包含：一具有一插座連接器的基座；一包含一主散熱器之外殼，該外殼係被耦接至該基座並具有一上環緣；一具有周緣的板，該板的至少周緣係被熱耦接至該外殼之上環緣；至少一LED照明光源，該至少一LED照明光源係被熱耦接至該板；一具有一包含外表面的本體之燈罩，該外表面有一組配為可傳送來自該LED照明光源的光至該照明裝置外的可傳送光表面；以及一副散熱器，其係被熱耦接至該板及該外殼，並包含配置呈該燈罩形狀的導熱體。該外殼、板及副散熱器共同將來自該至少一LED照明光源的熱傳導至周圍環境。

在另一方面，該LED照明裝置更包含一被熱耦接至該至少一LED照明光源及該板的熱傳導媒介體，其中該熱傳導媒介體從該板垂直延伸且大致與該板成垂直。

在另一方面，該外殼及該副散熱器係由具有高於5W/mK的熱傳導係數的至少一材料製成。

在另一方面，該外殼及該副散熱器係以選自由鋁、銅及鋁銅合金所構成的組群的材料所製成。

在另一方面，該副散熱器包含數條在該燈罩本體內的導線。

在另一方面，該等數條導線的厚度大約在1毫米至2毫米範圍內。

在另一方面，該燈罩包含多片被該等導線分別隔開的玻璃。

在另一方面，各導線在其邊緣具有凹面，該等凹面被固定至該等多片玻璃其邊緣的凸面以形成該燈罩。

在另一方面，各導線在其邊緣具有凸面，該等凸面被固定至該等多片玻璃其邊緣的凹面以形成該燈罩。

在另一方面，該等導線係以交叉線的方式配置，而一起形成該具有與該燈罩大致相同形狀的副散熱器。

在另一方面，該等導線係為垂直朝向，而一起形成該具有與該燈罩大致相同形狀的副散熱器。

在另一方面，該副散熱器係部分延伸至該燈罩的頂部。

在另一方面，該副散熱器係一直延伸至該燈罩的頂部。

在另一方面，該副散熱器包含一或更多熱管。

在另一方面，該燈罩為一玻璃燈罩。

在另一方面，該熱傳導媒介體為一熱管。

在另一方面，該熱傳導媒介體具有一圓形、三角形、正方形或橢圓形的横截面形狀。

圖式簡單說明

圖式僅作為例示用而未必按比例描繪。然而，本發明本身在參考以下詳細說明並配合附圖可最能被瞭解，其中：第1A、1B及1C圖為依據本發明一第一實施例之照明裝置的透視圖、仰視圖及橫截面圖；第2A、2B及2C圖為本發明第一實施例之方面的側視圖、橫截面圖及放大圖；第2D圖為依據本發明第一實施例之照明裝置的橫截面圖，但圖中該副散熱器係使用交叉線組配形成；第2E圖為依據本發明第一實施例之照明裝置的淺橫截面圖，圖中該副散熱器係使用交叉線組配形成，且可看見該外殼內的電源電路；第3圖為依據第一實施例之照明裝置的橫截面圖，顯示該照明裝置內的散熱；第4A至4F圖顯示依據本發明用來提供該副散熱器的不同組配；第5A至7圖為本發明之一第二實施例的第一、第二及第三變化圖；第8至10圖為本發明一第三實施例的淺橫截面圖。

較佳實施例之詳細說明

本為了克服先前技術中的困難，本發明之實施例將熱傳導材料/導線嵌入一諸如燈泡的照明裝置之燈罩部分內。由於熱傳導材料相較於玻璃(典型用作燈罩部分的材料)可攜帶熱至更遠的距離，以此方式設置熱傳導材料可容許裝置內諸如LED之照明元件所產生的熱從燈泡的燈罩部分以及從燈泡的外殼/散熱器下部分消散，而容許該裝置的整體散熱較佳。

第1A至1C圖為依據本發明一第一實施例之一LED 燈泡1的透視圖、仰視圖及切面圖。如可從該等圖觀之，該LED燈泡1包括一燈座10，其典型地藉由牆壁或天花板插座提供連接以供電給該LED燈泡1。雖然圖中所示之燈座10有一較平滑形狀的連接器，但本發明並不受限於該揭露之實施例，且該燈座10可被塑形呈一具有任何已知組配的連接器之形式，例如，如E26或E27的具螺紋愛迪生安裝座、雙卡口式安裝座等，以連接至多個本技藝中習知之牆壁或天花板插座中的任一個。

一作為主散熱器的外殼12係被提供及安裝入該燈座10的頂部。該外殼12較佳地由諸如，例如鋁、銅、其等之合金的熱傳導材料，或由其他諸如本技藝中已知的熱傳導塑膠之熱傳導材料所製成。該外殼12可由至少一具有高於5W/mK之熱傳導係數的材料製成。

一較佳地由金屬或其他熱傳導材料製成的熱傳導板14係被提供在該外殼12之上並靠置接觸該外殼12的一頂環緣，或被熱連接至該外殼12。在該第一實施例中，一熱傳導媒介體16，諸如一熱管，從該板14垂直延伸且大致與該板14成垂直。該熱傳導媒介體16較佳地藉由黏合劑、焊料或機械結構/接觸被固定至該板14。在此實施例中，4個LED18係分別安裝在遠離該燈泡1之基座處的該熱傳導媒介體16的四側，但使該熱傳導媒介體16熱耦接該等LED18至該板14。雖然例示實施例中所示的該熱傳導媒介體16具有一長方形橫截面，該熱傳導媒介體16的形狀並不受限於該例示實例。依據本發明的此方面，該熱傳導媒介體16 可具有其他形狀並有其他橫截面，諸如圓形、三角形、正方形、橢圓形等。再者，可有一或更多的LED放置在該熱傳導媒介體16的一側上。

一較佳地由玻璃製成的燈罩部分20形成該燈泡1的頂端部分。該玻璃燈罩部分20較佳地藉由例如磨砂又或呈光擴散來執行其其中之一光擴散功能。一形成副散熱器的金屬導熱體22係被提供以與該燈罩之玻璃相關聯，例如係被設置依循該燈罩部分20的輪廓從該外殼12朝該燈罩部分20的頂部垂直延伸。該導熱體22及該燈罩部分20之間的確切關聯方式將討論於下。

接下來參考第2A至2C圖說明一顯示依據較佳實施例的該副散熱器22之位置的較佳實施例。如可從第2B圖之橫截面圖及第2C圖之放大詳細部分觀之，在該第一實施例的一較佳實例中，該導熱體22係較佳地形成為至少有一部分位在該玻璃燈罩部分20內。如以下所詳細討論，該導體22可被全部嵌入在該玻璃燈罩部分20內、部分嵌入在該玻璃燈罩部分20內，或者完全位在該玻璃燈罩部分20的外部或內部。第2D圖為該第一實施例之變化例的橫截面圖，其中該導熱體22係由垂直元件22a及水平元件22b形成，以形成具有一交叉線組配的導熱元件。在此例示實例中，該等元件22a及22b係大致相互垂直而形成一網格。該交叉線組配不限於該等元件相互垂直的組配，且本發明的此方面也不限於藉由該等元件22a及22b的運作來提供相等形狀/大小區塊的可傳送光表面的方面。該網格或交叉線組配可提供該燈罩上之相等形狀/大小區塊的可傳送光表面，或不同形狀/大小區塊的可傳送光表面。

第2E圖為第2D圖中所示之該實施例的淺橫截面圖，顯示被嵌入該外殼12內的電源電路11。該電源電路11係以示意圖形式顯示，因為其細節不形成本發明之一部分。該電源電路11的作用係從該插座供給電力至該等LED18，且可以任何習知方式實施。可思及到，類似的電源電路11可包括在第1A至第2C圖的實施例中，雖然其並未顯示在該等圖中。

接下來參考第3圖討論第1A至第2C圖之實施例中散熱的運作。該等LED18被點亮時會產生大量的熱。在該第一實施例中，藉由提供該熱傳導媒介體16，將該等LED18所產生的熱從該等LED18朝該板14往下傳導。該板14為熱傳導性者，如箭頭所示，來自該等LED18的熱接著更進一步地朝該板14之周緣徑向傳導並進入該外殼12所形成的散熱器，再向外傳導至外部環境，其中該板14係靠置在該外殼12並與其熱耦接。該板14也與該等個別副散熱器22的底部熱接觸，使熱，如箭頭所示，可經由該等副散熱器22向上傳導並向外至環境中。

該散熱器12及該副散熱器22的組合容許熱不僅可從該裝置1的下部分，也可從該裝置1的燈罩部分20消散，使得散熱不限於只在該裝置的底部。在如第2D圖中該燈泡具有一網格組配的情況，該等垂直及水平元件22a及22b的組合分別與該散熱器12結合以容許散熱。

雖然不見於所有圖中，但如以下所說明，電氣組件，亦即電源電路，一般係被提供在該外殼12內，並連接至供給該等LED電力及控制的PCB電路。

該等副散熱器22可用多種方式相對於該燈罩部分20之玻璃組配。例如，第一種組配係顯示在第4A圖該燈罩之一部分的水平橫截面圖，其中各導熱體22係位於兩片玻璃之間，使得該燈罩由許多片分離的玻璃所組成，每一片玻璃具有一斜凹面，其與該導熱體22各側的斜凸面相配接。在一較佳實施例中，可使用合適的黏合劑將各導熱體各側與相鄰玻璃片相固定，而將該燈罩固持在一起。

顯示在第4B圖中的第二種組配，如同第一種組配，係利用分離的玻璃片且使導熱體位於該等玻璃片之間。然而，在第二種組配中，該等導體在其各邊緣並非具有凸面，而是在其各邊緣具有凹面，其較佳地使用黏合劑以與相鄰玻璃片的凸面相配接。

顯示在第4C圖中的第三種組配，如同第一及第二種組配，係利用分離的玻璃片且使導熱體位於該等玻璃片之間。然而，在第三種組配中，該等導體在其各邊緣並非具有凸面或凹面，該等導體係為梯形形狀並具有角緣，其較佳地使用黏合劑以與具有相對角緣的相鄰玻璃片相配接。

顯示在第4D圖中的第四種組配，係利用被全部嵌入一玻璃燈罩中的導體22，而該玻璃燈罩較佳地係由一單片玻璃所形成。該組配避免了使用黏合劑之需要，因為該等導體22可藉由被形成在玻璃內而被固定位置。

第五種組配也利用一由單片玻璃所形成的燈罩，而玻璃在該燈罩的一內部表面上具有凹槽，該等導體22係位於其內。如同在第一至第三種組配中，較佳地使用黏合劑來固定該等導體22在該玻璃燈罩內。或者，該等導體22可藉由與該凹槽間之壓力配合而被卡接在該燈罩上。

第六種組配也利用一由單片玻璃所形成的燈罩，而玻璃在該燈罩的一外部表面上具有凹槽，該等導體22係位於其內。如同在第一至第三種及第五種組配中，較佳地使用黏合劑來固定該等導體22在該玻璃燈罩內。或者，該等導體22可藉由與該凹槽間之壓力配合而卡接在該燈罩上。

在第一至第三種組配中，位於該等玻璃片之間的該熱傳導材料，除了導熱外，也作為該燈罩之強化。較佳地，該熱傳導材料係為薄的，例如，約1毫米至2毫米寬之內，使其不會明顯遮蔽從該等LED18發出的光。

本發明之燈泡的第二實施例之變化例係顯示在第5A至第7圖中。概略上，第1A至第3圖所顯示的第一實施例與第二實施例之間的差異在於第二實施例中的該等LED18係直接耦接至該板14，並非藉由一熱管而間接耦接。第一及第二實施例在其他所有方面皆相同，包括如第4A至第4F圖所示之使該等導體22關聯的方式。

在第二實施例中，該等LED18係直接熱耦接至該板14，如在第一實施例中，該板14將該等LED所產生的熱朝該板14之周緣徑向傳導。在顯示於第5A至第5C圖之第二實施例的一變化例中，該副散熱器22由配置呈一網格組配的元件22a及22b所組成，使元件水平及垂直地分佈，就如同第2D圖所示之第一實施例的變化例。第5B及第5C圖顯示該電源電路11，如以上所討論，其係以任何習知方式從該插座供給電力至該等LED18。

在顯示於第6圖之第二實施例的一第二變化例中，該等LED18也是直接熱耦接至該板14，該板14將該等LED所產生的熱朝該板14之周緣徑向傳導。不過，在此變化例中，該副散熱器僅由垂直元件22所組成。在第一及第二變化例二者中，該等副散熱器的底部係個別熱耦接至該外殼12，以容許熱向上繞該裝置的燈罩部分傳導。

第7圖顯示該第二實施例的一第三變化例。在第二實施例中，該等LED係固定在該裝置1的下部分，大部分的熱係在該副散熱器22的下部分消散。亦即，該上部分較為冷卻，且其貢獻並不如該下部分那麼多。有鑑於此發現，且為了使該副散熱器22所造成的光遮蔽降至最低，該副散熱器，如第7圖所示，可只沿該燈罩部分20往上部分設置，但仍對該裝置1之散熱有明顯貢獻。

依據該等揭露之實施例，使用有嵌入銅導線的玻璃燈罩可改善整體熱性能35%以上。改善的確切量取決於許多因素，包括該主散熱器及該玻璃燈罩之間的高度比、該等副散熱器的網絡密度、該等副散熱器的熱傳導係數及該等副散熱器之元件的厚度。應注意，第4A至第4F圖所示之使該副散熱器與該燈罩相關聯的各種方式可相等應用至第二實施例中的燈泡，如同在該第一實施例中。

第8至第10圖顯示本發明的一第三實施例，如同該第一實施例，係使用一有LED安裝在其上的副散熱器。在此實施例中，如圖所示，係提供一呈柱狀組配的熱傳導媒介體(可為一熱管)160，其從該板14一直延伸至該燈泡的頂部以熱耦接至該等副散熱器22a的頂端部分。該熱傳導媒介體160從該板14垂直延伸且大致與該板14成垂直。該熱傳導媒介體160的底係以如以上所討論有關於第一實施例的相同方式被固定至該板14。該熱傳導媒介體160的頂部較佳地以類似的方式被固定至一設在該燈泡1之頂部的蓋21。該蓋21係藉由，例如，焊接或用一單片金屬來製造該等副散熱器22a及該蓋21，而被熱耦接至該等垂直的副散熱器22a的端點及該熱傳導媒介體160的頂部。

如同有關於先前實施例所討論的熱傳導媒介體16，雖然該熱傳導媒介體160係顯示為具有一長方形橫截面，但該熱傳導媒介體160的形狀並不受限於該例示實例。依據本發明之此方面，該熱傳導媒介體160可具有其他形狀並有其他橫截面，諸如圓形、三角形、正方形、橢圓形等。再者，可有一或更多的LED放置在該熱傳導媒介體160的一側上。

如第10圖所示，來自該等LED18的熱在第三實施例中被該熱傳導媒介體160依第10圖所示之箭頭方向向上及向下帶離該等LED18。然後，又如該等箭頭所示，熱被傳導經過該板14再經由該外殼12及該等副散熱器22a及22b導向外。在此實施例中，熱也依該等箭頭方向經由該燈泡之頂部、經由該蓋21導向外並向下以及從該等副散熱器22a及22b導向外。使熱在該熱傳導媒介體160向上及向下流動的設置，可容許熱更均勻地分佈整個該燈罩，並可進一步改善整體之熱性能。

雖然該等例示實施例中所示之燈泡的整體形狀為具有一圓的輪廓，但本發明並不受限於此形狀。該燈泡的形狀可為任何適合於燈泡的形狀，包括但不限於管狀、圓柱形或長方形。應注意的是，該燈罩部分被該副散熱器覆蓋的比例以不大於該燈罩部分之面積的約10%為較佳，以避免負面影響到來自該等LED的光量。此外，雖然該燈罩已在較佳組配中描述為由玻璃製成，本發明並不限於使用玻璃。其他適合用於燈泡的材料，諸如塑膠，也可使用。

除了使用該等由諸如金屬的特定物質所製成的副散熱器外，在上述任何的實施例中之該等副散熱器也可包含熱管，以更佳地用本技藝中所熟知之方式將熱導離該等LED。例如，具有一約1.5毫米或更小之横截面的熱管即可被使用作此目的。

雖然已在本文例示及描述特定實施例，但熟悉此技藝者會瞭解到，在不背離本發明的範圍，該等所示及描述的特定實施例可被許多替代及/或相同實施例所取代。例如，上述任何的實施例可使用一網格或交叉線組配於該等副散熱器上，或只用垂直的副散熱器。此外，也可利用諸如具有斜交叉線的副散熱器的變化例。本臨時申請案意圖涵蓋在此所討論之特定實施例的任何修改或變化。因此，本發明意圖僅受限於本發明的申請專利範圍及其等相等物。

1‧‧‧LED燈泡

10‧‧‧燈座

11‧‧‧電源電路

12‧‧‧外殼/主散熱器

14‧‧‧熱傳導板

16‧‧‧熱傳導媒介體

18‧‧‧發光二極體

20‧‧‧燈罩部分

21‧‧‧蓋

22‧‧‧導熱體/副散熱器

22a‧‧‧垂直元件

22b‧‧‧水平元件

160‧‧‧熱傳導媒介體

第1A、1B及1C圖為依據本發明一第一實施例之照明裝置的透視圖、仰視圖及橫截面圖；第2A、2B及2C圖為本發明第一實施例之方面的側視圖、橫截面圖及放大圖；第2D圖為依據本發明第一實施例之照明裝置的橫截面圖，但圖中該副散熱器係使用交叉線組配形成；第2E圖為依據本發明第一實施例之照明裝置的淺橫截面圖，圖中該副散熱器係使用交叉線組配形成，且可看見該外殼內的電源電路；第3圖為依據第一實施例之照明裝置的橫截面圖，顯示該照明裝置內的散熱；第4A至4F圖顯示依據本發明用來提供該副散熱器的不同組配；第5A至7圖為本發明之一第二實施例的第一、第二及第三變化圖；第8至10圖為本發明一第三實施例的淺橫截面圖。