TWM504912U - 具散熱塗層之照明燈具 - Google Patents

Description

具散熱塗層之照明燈具

本創作係關於一種照明燈具，特別地指一種在照明燈具之各相關構件分別塗佈有第一散熱塗料層或第二散熱塗料層之具散熱塗層之照明燈具。

一般照明燈諸如：水銀燈、金屬鹵化燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、高壓水銀燈等，其所需瓦數很高耗電量大，燈具作功所產生的熱量相對地也大，這些熱如無法適時排出至外界環境中，將使得燈具的界面溫度過高而影響其發光強度及使用壽命。習知對於此類燈具之散熱，大多採用含有金屬成分之材料，將該熱源之熱能快速地傳遞至燈具表面，且藉由多數散熱孔所構成之擴大散熱的表面積與外界空氣接觸，而進行散熱者。

再者，隨著高功率高亮度發光二極體(HB LED)的發展，高亮度LED燈的光輸出效率已有超越傳統燈具的趨勢，足以取代高壓放電燈HID燈泡的亮度。惟，由於發光二極體LED輸入的功率祇有一小部分轉換成光源，其他絕大部分都轉換成熱；因此，LED燈具之散熱問題，如何做到有效率和低廉的散熱設計，攸關系統能否成功商品化的關鍵因素。

習知散熱技術解決之道，通常僅是對電路板之發熱電子元件做散熱處理，例如加裝散熱片或風扇，或是直接於電路板上之預定位置加裝散熱片，以達到更好的散熱效果。然而，上述習知技術無論是加裝散熱片或風扇，都使得燈具的體積及重量大幅增加，成本相對地提高。

此外，以發光二極體模組作為發光元件之一般結構，透過封裝表層將熱先導引至高傳熱特性的金屬基板上，然後藉由熱管的作用將熱導出再透過散熱裝置(例如鰭片等)將熱排放至外界。惟，可以理解的是，熱不斷的在不同材料界面之間互傳，其熱阻抗必然隨著增高，散熱效率相對會降低，且造成散熱成本相當高。

已知有許多有關”燈具散熱”的相關文獻被提出，例如台灣新型專利第M341309、M377697及M245730等。

本創作之主要目的在於提供一種具散熱塗層之照明燈具，用以提升基材散熱的效果，減少高溫對元件功能性破壞的壓力，並延長元件使用及維修的年限，充分降低各項維修成本。

本創作之另一目的在於提供一種具散熱塗層之照明燈具，相較於傳統燈具之散熱機構，可使燈具的體積及重量大幅減少。

為了達成上述目的及其他目的，根據本創作具散熱塗層之照明燈具，該燈具至少包括外殼、燈罩變 壓器、燈座、燈管、透光罩、及電路。其中，該外殼具有一內部空間；該燈罩位在該內部空間內側，用以將光源聚焦及投射，及一變壓器室介於該燈罩與該外殼之間；該變壓器設置於該變壓器室內，用以將電源電壓轉變後輸出；該燈座設置在該燈罩中心，用以支持光源；該燈管固接至該燈座，用以產生光源；該透光罩覆設在該燈罩外側，用以將光線擴散；及該電路與該變壓器、燈座及燈管成電性連接。

根據本創作，主要特點在於：至少在該外殼、變壓器、燈座、燈罩、透光罩的外側塗佈有一第一散熱塗料層或一第二散熱塗料層；該第一散熱塗料層其材料成份包括：重量百分比為32~47%之聚矽烷混合物(Polysilane mixture)、重量百分比為14~20%之異烷烴碳氫化合物(Isoparaffinic Hydrocarbons)、及重量百分比為38~42%之乙酸丁酯(Butyl Acetate)等；該第二散熱塗料層其材料成份包括：重量百分比為3~20%之聚甲基矽烷(Poly methyl-silane)、重量百分比為70~80%之異烷烴碳氫化合物(Isoparaffinic Hydrocarbons)、重量百分比為1~3%之碳黑(Carbon Black)、及重量百分比為2~8%之庚烷(Heptane)等。

較佳地，該燈罩內側包含一光反射面，在該光反射面上設有複數個具有一內直徑之球型凸面，且該球型凸面與球型凸面彼此之間相隔有一預定距離。

較佳地，該燈座為陶瓷燈座，更加耐高溫；另外，又包括一電容器設置在該變壓器室中，以充電儲存電量及瞬間放電激發點燃光源等。

較佳地，該第一散熱塗料為透明塗料，在該燈罩內外側表面、變壓器室之外蓋、變壓器、電容器、陶瓷燈座、透光罩的外側表面塗佈有該第一散熱塗料。

較佳地，該第二散熱塗料為不透明塗料，在該外殼內外側表面塗佈有該第二散熱塗料。

據此，燈具在使用散熱塗料後得到良好的散熱效果，亦即產生熱的相關構件(熱源)的溫度很快的就被散熱塗料給帶離到外面的環境空間中，等待對流或輻射給散發出去，降低相關構件發生熱當機(thermal shock)、熱腐蝕(thermal corrosion)，及熱噪音(thermal noise)等各項由於熱無法快速排出，而留置在構件中加速老化的情形發生，這種延長構件使用壽命的現象，也相對顯著地降低了構件維修、汰換的成本，而提升構件的可靠性。

1‧‧‧照明燈具

10‧‧‧外殼

11‧‧‧燈罩

111‧‧‧球形凸面

12‧‧‧外蓋

121‧‧‧變壓器

122‧‧‧電容器

13‧‧‧燈座

14‧‧‧燈管

15‧‧‧玻璃透光罩

第1圖係繪示涉及本創作具散熱塗層之照明燈具之一較佳實施例示意圖；第2圖為顯示第1圖照明燈具之燈罩之平面示意圖；第3圖為顯示第1圖照明燈具在第一時間測試之溫度曲線變化圖，其中該燈具之相關構件未經任何處理；第4圖為顯示第1圖照明燈具在第二時間測試之溫度曲線變化圖，其中該燈具之特定構件已經散熱塗料處理； 第5圖為顯示第1圖照明燈具在第三時間測試之溫度曲線變化圖，其中該燈具之特定構件已經散熱塗料處理；第6圖為顯示第1圖照明燈具之變壓器測試之溫度曲線變化之比較圖；第7圖為顯示第1圖照明燈具之變壓器及變壓器室(燈罩表面)測試之溫度曲線變化之比較圖；第8圖為顯示第1圖照明燈具之燈管及燈座測試之溫度曲線變化之比較圖第9圖為顯示第1圖照明燈具之燈罩測試之溫度曲線變化之比較圖；第10圖為顯示第1圖照明燈具之玻璃透光罩測試之溫度曲線變化之比較圖。

首先說明，由於新的散熱塗料不斷地被開發，相對於燈具傳統的散熱裝置，新的散熱塗料使得燈具的體積及重量大幅減少而散熱效果相對地更佳。例如一種自然散熱透明滑溜塗料(以下稱第一散熱塗料)，該第一散熱塗料其材料成份基本上包括：重量百分比為32~47%之聚矽烷混合物(Polysilane mixture)、重量百分比為14~20%之異烷烴碳氫化合物(Isoparaffinic Hydrocarbons)、及重量百分比為38~42%之乙酸丁酯(Butyl Acetate)等，其係運用奈米分散技術研製的高性能優質密封環保塗料，使用在油漆、金屬或塑膠材質等相容的基材表面上，可提供持久耐用的滑溜散熱保護層，增加塗件的美觀及其使用壽命。

該第一散熱塗料之特性，對於表面滑溜亮麗的玻璃、金、銀、銅等器皿或飾品等可強化其拋光的保護效果，並減少重新拋光的維護工序及成本。它具有易潔的功能，可以迅速疏散雨水、粉塵、油污的沾黏，不留紋印痕跡，且在高硬度的保護下，除了可減少表面刮傷及塗鴉的傷害外，還可在超強勞度的塗層保護下，不易剝離脫落損及基材；獨具的散熱及抗紫外線的功能，讓基材不易黃化、脆化，延緩老化時間，提升基材的使用壽命，並可隨熱源的溫度，提升基材散熱的效果；應用在玻璃基材上，還可以增加明晰的視覺效益。

又如，另一種高溫釋熱保護塗料(以下稱第二散熱塗料)，該第二散熱塗料其材料成份基本上包括：重量百分比為3~20%之聚甲基矽烷(Poly methyl-silane)、重量百分比為70~80%之異烷烴碳氫化合物(Isoparaffinic Hydrocarbons)、重量百分比為1~3%之碳黑(Carbon Black)、及重量百分比為2~8%之庚烷(Heptane)等。該第二散熱塗料係特別為在高溫惡劣環境運轉的元件提供保護的塗料，以左右均勻噴塗一次，再上下均勻噴塗一次，形成6~18μm的薄膜，就可以提供元件快速散熱(係提升基材/substrate的散熱效果，非改變基材/substrate的散熱本質)，減除高溫對元件功能性破壞的壓力，並延長元件使用及維修的年限，充分降低各項維修成本。

該第二散熱塗料之特性，使用一般傳統的噴塗設備，噴嘴大小調整為0.8~0.15mm噴槍出氣壓力為 25~30psi，即可進行噴塗，並可在環境溫度下約經35分鐘的時間，就可以加以碰觸而不留紋印(時間長短，需視操作環境當下的溫度、溼度的影響，而略有增減)，此時只要避免劇烈碰撞就可以搬運移動，如要加速乾燥，亦可送進已預熱溫度至180℃的烤箱，烘烤60分鐘，即可達到快速乾燥，並提升塗料物性的效果。

以下將配合實施例對本創作技術特點作進一步地說明，該實施例僅為較佳代表的範例並非用來限定本創作之實施範圍，謹藉由參考附圖結合下列詳細說明而獲致最好的理解。第1及2圖所示，即用來說明涉及本創作具散熱塗層之照明燈具之一較佳的實施例，該燈具1例如一習知150W的照明燈諸如：水銀燈、金屬鹵化燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、高壓水銀燈...等，如圖所示，該一般燈具1基本上包括，外殼10、燈罩11、外蓋12、變壓器121、燈座13、燈管14、玻璃透光罩15、及電路等。

該外殼10具有一內部空間；該燈罩11位在該內部空間的內側，用以將光源聚焦及投射；該外蓋12介於該燈罩11與該外殼10之間，以在兩者之間形成一變壓器室；該變壓器121設置於該變壓器室內，用以將電源電壓轉變後輸出；該燈座13設置在該燈罩11的約中心部，用以支持光源；該燈管14固接至該燈座13，用以產生光源；該玻璃透光罩15覆設在該燈罩11的外側，用以保護該燈管14及將光線擴散；及該電路係與該變壓器121、燈座13及燈管14成電性連接。

較佳地，該燈罩11內側包含一光反射面，在該光反射面上設有複數個具有一內直徑之球型凸面111，且該球型凸面111與球型凸面111彼此之間相隔有一預定距離；該燈座13為一種陶瓷燈座；又，包括一電容器122，設置在該變壓器室中，以充電儲存電量及瞬間放電激發點燃光源等。

根據本創作，上述第一散熱塗料為透明塗料，諸如在該燈罩11內外側表面、變壓器室之外蓋12、變壓器121、電容器122、陶瓷燈座13、玻璃透光罩15外側表面等塗佈有該第一散熱塗料；該第二散熱塗料為不透明塗料，諸如在該外殼10內外側表面塗佈有該第二散熱塗料。為了驗證上述散熱塗料應用在一般燈具上能達到預期的效果，謹藉由下列一連串的測試數據進一步地說明。

首先，使用DTM319型數位式溫度記錄器，分別就上述燈具1所屬部件(變壓器121、陶瓷燈座13、燈管14、燈罩11)，進行接觸或不接觸測試並作成記錄，接觸測試係使用紙膠帶直接黏貼在測試部件上面，作為檢測測試部件本身的發熱情形，不接觸測試則是不用任何膠帶黏貼，只將測試線就近懸空在測試部件旁邊，進行部件所產生的熱散發到環境中，增加環境溫度的情形；由於該DTM319型溫度記錄器為四條紀錄線之測試記錄器，所以測試必須採取分次測試，每次測試以四個點T1、T2、T3及T4的方式進行。測試分別在第一、第二及第三時間在室內進行測試，所選用的三個測試期間 其環境溫度皆落在31℃~29℃，且測試環境皆有外在空氣自然對流產生。

第3圖所示者，為第一時間2014/09/17/22：49~2014/09/18/16：47所測得，測試點包括：(1)以燈具1內部為測試對象，測試變壓器121係採用接觸式以測試機體溫度的改變，測試燈管14/燈座13則採用非接觸式以測試環境溫度的改變；(2)以燈具1外部為測試對象，該外殼10內外側表面已包含一鐵灰色塗層，其為第二散熱塗料層，而非一般烤漆塗層，因此該外殼10已具有極佳的散熱效果。如第3圖中T1、T2、T3及T4之曲線圖所示，本次測試並未對於燈具1機構做任何處理，僅就燈罩11內部之相關部件，諸如變壓器121(接觸)，陶瓷燈座13(非接觸)，電容器122(接觸)，及燈管14前端側面(非接觸)等四種部件進行檢測，以作為對照組數據。

然而，第4圖所示者，為第二時間2014/09/18/21：57~2014/09/19/16：16所測得，本測試係就燈罩11之外部表面、燈罩11內側緣、燈罩11外側緣、變壓器室外蓋12、玻璃透光罩11外四個點進行檢測(接觸檢測)，燈罩11表面除玻璃透光罩15外，皆有經過第一散熱塗料處理，所以在測試前只要有些許的空氣自然對流，即可隨時產生溫度升降的擺動現象，T4曲線的前段溫度偏高，係測試進行時玻璃透光罩15預先用大理石蓋住，未有空氣對流所產生，經瞬間斷電後移開大理石蓋板使其能夠有些許的自然對流後，即獲得顯著的下降，並很快的再進入熱平衡狀況，此即有顯著的散熱效果。

再如，第5圖所示者，為第三時間2014/09/19/22：27~2014/0920/19：42所測得，本次測試主要是在檢測燈具1相關構件經過散熱塗料處理過後的效果，做處理的構件包括變壓器室內之相關構件如變壓器121、電容器122及其基座、陶磁燈座13、玻璃透光罩15外部等刷塗第一散熱塗料後，待塗料乾燥可碰觸後再進行檢測，除陶瓷燈座13測點採用非接觸檢測法外，其他三個測點均採接觸檢測法進行檢測。

比較分析一：變壓器121有經散熱塗料處理或未經散熱塗料處理，相較於變壓器室之溫度變化可從第6及7圖明顯看出，變壓器121在使用第一散熱塗料後的溫度顯然比未使用前低，主要是散熱塗料將變壓器121產生的熱很快的散發到周圍環境中，等待自然對流將熱帶走(熱往冷端走)，惟變壓器室為密閉式環境，只有靠變壓器室外蓋12的散熱塗料，由外蓋12外部的自然對流帶走所產生的熱，因此，縱使變壓室內的變壓器121及其電容器122等有熱產生，但變壓器室的外蓋12有散熱塗料及外在自然對流的協助，依然可以低於構件所產生的熱(如第7圖所示)。

比較分析二：燈座13有經散熱塗料處理或未經散熱塗料處理，相較於燈管14之溫度變化可從第8圖明顯看出，由於燈管14及燈座13無法黏貼固定接觸測試，僅能將測試線以懸空方式取最近距離，固定在燈管14後端，所以測得溫度可視為其散發到環境中的溫度，從測試中發現，燈管14本身因無法用散熱塗料進行處 理，但燈座13則可以用散熱塗料進行處理，所以可以比較其處理前處理後的環境溫度變化，其結果如第8圖所示，處理後的環境溫度高於處理前的環境溫度，顯見散熱塗料確有將構件的熱帶出到環境中等待對流以進行熱往冷端走的效應。

比較分析三：第9圖所示者係顯示燈罩11之各測試點之溫度變化曲線。本測試中，測試點T1係燈罩11向內的小緣、測試點T2為燈罩11向內之上緣、測試點T3為變壓器室的上背及測試點T4為燈罩11向外之小緣，測試結果除T3變壓器室的上背溫度最高之外，相較於前述之變壓器室之相關構件溫度確實低了許多，顯示不同塗料有不同的拉熱效果，也驗證了散熱與散熱面積成正比，及走熱的過程中對流是很重要的。

比較分析四：第10圖所示者係顯示玻璃透光罩15有經散熱塗料處理或未經散熱塗料處理之溫度變化曲線。從第10圖中可以進一步瞭解玻璃透光罩15未使用散熱塗料前的溫度高於使用後的溫度，也就是說走熱的時候，需要善用導、容、散的熱學基礎，加速傳導的速度，縮小熱容的量，使導體儘速釋放熱到環境中，讓環境中的對流效應很快的把熱帶走，才能正確的達到快速散熱的目的。

結論：燈具在使用上述散熱塗料後，藉由熱傳導(Conduction)、熱對流(Convection)及熱輻射(Radiation)等三種傳遞的方式，而得到良好的散熱效果，即產生熱的構件(熱源)之溫度降低，但環境中的溫 度(環溫)升高了，也就是說構件所產生的熱，很快的就被散熱塗料給帶離到外面的環境空間中，等待對流或輻射給散發出去，降低部件發生熱當機(thermal shock)、熱腐蝕(thermal corrosion)及熱噪音(thermal noise)等各項由於熱無法快速排出，而留置在構件中加速老化的情形發生，這種延長構件使用壽命的現象，也相對顯著地降低了構件維修、汰換的成本，而提升構件的可靠性。

以上，雖然僅以照明燈的實施例進行示範說明，惟並不侷限本創作之實施範圍，應了解的是本創作技術同樣可適用在其他類型的燈具，例如高功率高亮度發光二極體(HB LED)燈具等，亦即不偏離本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾，應仍屬本創作之涵蓋範圍。

1‧‧‧照明燈具

10‧‧‧外殼

11‧‧‧燈罩

12‧‧‧外蓋

121‧‧‧變壓器

122‧‧‧電容器

13‧‧‧燈座

14‧‧‧燈管

15‧‧‧玻璃透光罩

Claims (10)

1. 一種具散熱塗層之照明燈具，該燈具至少包括外殼、燈罩變壓器、燈座、燈管、透光罩、及電路；該外殼具有一內部空間；該燈罩位在該內部空間內側，用以將光源聚焦及投射，及一變壓器室介於該燈罩與該外殼之間；該變壓器設置於該變壓器室內，用以將電源電壓轉變後輸出；該燈座設置在該燈罩中心，用以支持光源；該燈管固接至該燈座，用以產生光源；該透光罩覆設在該燈罩外側，用以將光線擴散；該電路與該變壓器、該燈座及該燈管成電性連接；其中，在該外殼、該變壓器、該燈座、該燈罩、及該透光罩中至少其一的表面包括有一散熱塗料層，以加快熱散逸。
2. 如請求項1之具散熱塗層之照明燈具，其中該散熱塗料層包含：重量百分比為32~47%之聚矽烷混合物(Polysilane mixture)、重量百分比為14~20%之異烷烴碳氫化合物(Isoparaffinic Hydrocarbons)、及重量百分比為38~42%之乙酸丁酯(Butyl Acetate)。
3. 如請求項1之具散熱塗層之照明燈具，其中該散熱塗料層包含：重量百分比為3~20%之聚甲基矽烷(Poly methyl-silane)、重量百分比為70~80%之異烷烴碳氫化合物(Isoparaffinic Hydrocarbons)、重量百分比為1~3% 之碳黑(Carbon Black)、及重量百分比為2~8%之庚烷(Heptane)。
4. 如請求項1之具散熱塗層之照明燈具，其中該燈罩內側包含一光反射面，在該光反射面上設有複數個具有一內直徑之球型凸面，且該球型凸面與球型凸面彼此之間相隔有一預定距離。
5. 如請求項1之具散熱塗層之照明燈具，其中該燈座為陶瓷燈座。
6. 如請求項1之具散熱塗層之照明燈具，其中又包括一電容器設置在該變壓器室中，以充電儲存電量及瞬間放電。
7. 如請求項2之具散熱塗層之照明燈具，其中該散熱塗料為透明塗料，在該燈罩內外側表面、該變壓器室之外蓋、該變壓器、該電容器、該陶瓷燈座、及該透光罩外側表面塗佈有該散熱塗料。
8. 如請求項3之具散熱塗層之照明燈具，其中該散熱塗料為不透明塗料，在該外殼內外側表面塗佈有該散熱塗料。
9. 如請求項1之具散熱塗層之照明燈具，其中該燈具為水銀燈、金屬鹵化燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、及高壓水銀燈其中一種。
10. 如請求項1之具散熱塗層之照明燈具，其中該燈具為高功率高亮度發光二極體(HB LED)燈。