照明设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及照明设备。根据一个实施例，一种照明设备包括:构造成产生热的光源；位于所述光源附近并且具有透明性和热导率的透明热传递构件；以及用于将来自所述光源的热传递到所述透明热传递构件的装置。
【专利说明】照明设备
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于2013年9月24日提交的在先日本专利申请No. 2013-197578并且要 求其优先权，该在先申请的全部内容通过引用的方式结合在本申请中。
【技术领域】
[0003] 此处描述的实施例总体上涉及具有产生热的光源的照明设备。
【背景技术】
[0004] -些使用LED光源的照明设备包括透光光学构件以便控制来自LED光源的光的光 分布特性。光学构件的使用通常降低光输出比（光输出比是指照明设备发射的总光通量与 来自光源的总光通量之比）。为了防止这种降低，优选使用具有高透射率的光学构件。
[0005] 此外，这种类型的照明设备包括传热构件，所述传热构件用于接收来自LED光源 的热从而将所述热散发到LED光源外部。例如，所述传热构件是与衬底的背表面接触的主 体，LED光源安装在所述衬底上。为了增加散热效率，优选热不仅传递到所述传热构件，也 传递到光学构件，以便热也从光学构件的表面辐射。在这种情况下，优选所述光学构件的耐 热温度等于LED光源的耐热温度。
【发明内容】
[0006] 用作一般光学构件的丙烯酸具有高的光透射率，但是其耐热温度低于LED并且导 热系数小。类似地，一般的聚碳酸酯具有高的耐热温度，但是其导热系数小并且透明度低于 丙烯酸。透明陶瓷具有高耐热温度和大的导热系数，但是其光透射率低于丙烯酸并且很昂 贵。
[0007] 换而言之，没有具有极佳耐热并且具有高光透射率和大导热系数的适当光学构件 可用。这阻碍实现满意的光输出比和呈现满意的散热性能。
[0008] 因此，期望开发一种具有高光输出比并且具有极佳散热和耐热的照明设备。
[0009] 根据一个实施例，一种照明设备包括：构造成产生热的光源；位于所述光源附近 并且具有透明性和热导率的透明热传递构件；以及用于将来自所述光源的热传递到所述透 明热传递构件的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图IA是根据第一实施例的照明设备的外观的图示；
[0011] 图IB是根据第一实施例的照明设备的横截面视图；
[0012] 图2A是根据第二实施例的照明设备的外观的图示；
[0013] 图2B是根据第二实施例的照明设备的横截面视图；
[0014] 图3A是根据第三实施例的照明设备的外观的图示；
[0015] 图3B是根据第三实施例的照明设备的横截面视图；
[0016] 图4A是根据第四实施例的照明设备的外观的图示；
[0017] 图4B是根据第四实施例的照明设备的横截面视图；
[0018] 图5A是根据第五实施例的照明设备的外观的图示；
[0019] 图5B是根据第五实施例的照明设备的横截面视图；
[0020] 图6A是根据第六实施例的照明设备的外观的图示；
[0021] 图6B是根据第六实施例的照明设备的横截面视图；
[0022] 图7A是根据第七实施例的照明设备的外观的图示；
[0023] 图7B是根据第七实施例的照明设备的横截面视图；
[0024] 图8A是根据第八实施例的照明设备的外观的图示；
[0025] 图8B是根据第八实施例的照明设备的横截面视图；
[0026] 图9是示出球体的厚度和热阻之间的关系的曲线图；
[0027] 图10的曲线图示出了空气隙的厚度和热阻之间的关系以及保护构件的厚度和热 阻之间的关系；
[0028] 图11是示出外壳的厚度和热阻之间的关系的曲线图；并且
[0029] 图12是示出d/λ和反射率的曲线图。
【具体实施方式】
[0030] 在下文中将参考附图描述各种实施例。
[0031] 现在，作为照明设备的几个实施例，将描述LED灯泡101、102、103、104、105、106、 107和108,它们可拆卸地附着于设于房间中的天花板等上的插座。
[0032] (第一实施例）
[0033] 图IA是根据第一实施例的LED灯泡101的外观的图示。图IB是沿着穿过LED灯 泡101的管轴的面被垂直地分成两个部分的LED灯泡101的横截面视图。
[0034] 如图IA中所示,LED灯泡101包括旋入天花板上的插座（图中未示出）中的底座 2、形状大体上像球形壳的中空透明球4 (透明热传递构件）、以及覆盖球4的表面4a的保护 构件5。底座2将LED灯泡101电连接并且机械连接到插座。
[0035] 在所示出的LED灯泡101附着于插座的状态下，底座2在垂直上方上位于球4上 方。如图IB中所示，底座2是圆柱形底部金属并且在底座2的下端包括圆形开口 2a。当通 过使用房间内的电源等的插座为LED灯泡101供电时，连接到底座2的光源10发射光。然 后光穿过设于底座2下方的球4的表面4a出射，如图IA所示。之后光穿过保护构件5来 照亮房间内部。
[0036] 如图IB中所示，LED灯泡101内部设有电源电路6、基板8(背表面侧热传递构件）、 光源10和透镜12。
[0037] 电源电路6被容纳于且位于底座2内部。电源电路6将通过天花板上的插座供给 的电力馈送至光源10。具体地，AC电压通过插座被施加到底座2,并且电源电路6将所述 AC电压（例如100V)转换成DC电压。然后电源电路6将所述DC电压施加到光源10。底 座2和电源电路6使用导线（图中未示出）电连接到一起。电源电路6和光源10使用导 线（图中未示出）电连接到一起。
[0038] 基板8的形状像盘并且在基板8的正表面8a上包括光源10。基板8与底座2相 接触地安装以便封闭底座2的开口 2a。电源电路6位于基板8的背表面8b侧。基板8通 过结合构件（图中未示出）在基板8的外围部分与底座2的开口 2a相结合。所述结合构 件优选是具有绝缘属性、耐热且阻燃的材料，例如PBS或PEEK。
[0039] 基板8可以由例如包括铝、铜或铁的金属或由陶瓷形成。基板8优选由导热系数 至少大于球4和保护构件5的材料形成；例如，高度耐热的树脂。
[0040] 光源10例如具有安装在基板8的正表面8a上的LED芯片以及由树脂形成并且密 封基板8的正表面8a上的LED芯片的透明密封构件。或者，光源10可以是LED元件，所述 LED元件与衬底8分开并且包括附着到且密封在基座材料上的LED芯片。从电源电路6为 光源10供电以发射可见光。在这种情况下，密封LED芯片的密封构件的表面用作发光表面。
[0041] -个或多个光源10设于基板8的正表面8a上以发射可见光，例如，白光。光源 10向着背离基板8的正表面8a的方向发光。作为一个例子，将产生波长为450nm的蓝光 的LED芯片用作光源。所述LED芯片用包含磷光体的树脂材料密封，所述磷光体吸收蓝光 从而产生波长在560nm附近的黄光。
[0042] 具体地，当与基板8分开的LED元件用作光源10时，该LED元件通过具有极佳热 传导的片、胶带、粘合剂或热脂（图中未示出）附着到基板8的正表面8a。这允许光源10 产生的热充分传递到基板8,使得能够减小光源10与基板8之间的接触热阻。当基板8的 正表面8a与LED元件之间需要电绝缘时，光源10通过电绝缘材料（绝缘片等）与基板8 的正表面8a相接触地设置。
[0043] 透镜12包括形状大体上像环并且与基板8的正表面相接触地设置的背表面12a。 背表面12a包括凹陷12b，凹陷12b形成在背表面12a中的中心并且光源10容纳并设置在 凹陷12b中以便不接触透镜12。凹陷12b的内表面用作位于光源10的发光表面附近并且 与所述发光表面相对的光接收表面。透镜12的正表面12c提供弯曲表面，所述弯曲表面折 射并且传播穿过该正表面的光以在期望的方向上分布所述光。此处不详细描述正表面12c 的形状。
[0044] 透镜12不必如图IB中所示那样与光源10不接触地设置，而是可以与光源10的 发光表面紧密接触地设置。根据第一实施例，凹陷12b的形状和尺寸被设计成使得透镜12 与光源10的发光表面隔着不到Imm的间隙相对放置。在任何情况下，透镜12的表面都设有 位于光源10的发光表面附近并且与所述发光表面相对的区域（在第一实施例中，凹陷12b 的内表面），以允许透镜12靠近光源10的发光表面放置。这使得能够增加透镜12上的光 入射率。
[0045] 透镜12由对于可见光是透明的材料形成，并且该材料的耐热温度（100°C或更高） 等于光源10的耐热温度并且导热系数（I. OW/mK或更高）大于一般树脂的导热系数，该材 料例如为玻璃。透镜12附着于球4以便侧表面12d与球4的内表面4b紧密接触。
[0046] 具体地，透镜12通过具有极佳导热性的片、胶带、粘合剂、热脂、螺丝等（图中未示 出）附着于基板8的正表面8a。这允许热从基板8的正表面8a充分传递到透镜12的背表 面12a，使得能够减小基板8的正表面8a与透镜12的背表面12a之间的接触热阻。
[0047] 此外，透镜12通过具有极佳导热性的透明片或胶带、透明粘合剂、热脂等与球4的 内表面4b紧密接触地放置。这允许热从光源10直接传递到透镜12并且经由基板8的正 表面8a充分传递到球4的内表面4b，使得能够减小透镜12的侧表面12d与球4的内表面 4b之间的接触热阻。
[0048] 球4的形状形成为有圆形开口 4c，开口 4c是通过使中空球壳的上端向着底座2凸 起而形成的。球4对于可见光是透明的（透射率为92%或更高），其耐热温度（100°C或更 高）等于光源10的耐热温度并且导热系数（1.0W/mK或更高）大于一般树脂的导热系数， 其例如为玻璃。
[0049] 球4的内表面4b与光源10和透镜12相对布置。保护构件5与球4的外表面隔 着窄的气隙7设于球4的外表面上。保护构件5覆盖球4的整个表面4a。然而，保护构件 5并不是本发明必不可少的部件。
[0050] 球4的开口 4c侧端表面4d不仅与基板8的正表面8a接触，也与底座2的开口 2a 侧端表面接触。具体地，球4的端表面4d设置成隔着具有极佳热传导性的片、胶带、粘合剂、 热脂等（图中未示出）与基板8的正表面8a和底座2的端表面紧密接触。
[0051] 根据第一实施例，透镜12和球4彼此分开。然而，第一实施例不限于此，透镜12 和球4可以彼此是整体的。在这种情况下，透镜12的侧表面12d与球4的内表面4b之间 的结合部分不提供热阻，这允许LED灯泡101的散热性能相应地提高。
[0052] 优选地，保护构件5对于可见光是透明或半透明的（透射率为85%或更高），耐热 温度（l〇〇°C或更高）等于光源10的耐热温度，机械强度足以耐受掉落时的冲击，并且由阻 燃材料形成。例如使用聚碳酸酯形成保护构件5。
[0053] 保护构件5的内表面与球4的表面4a隔着气隙7相对布置。保护构件5可以包 括光学漫射材料。在这种情况下，穿过所述内表面进入保护构件5的光在经过保护构件5 时被漫射，并且通过保护构件5的外表面被发射到外部空间。这使光散开。
[0054] 保护构件5提供了 ：透射光的功能、保护球4免受冲击的功能以及当球4破裂时防 止球4破碎的功能。保护构件5也用于将从球4传递的热辐射到外部空间。
[0055] 当如上所述构造的LED灯泡101开启时，透过光源10的发光表面发射的光穿过透 镜12、球4、以及保护构件5,并且辐照在LED灯泡101的外部上。
[0056] 此时，光的一部分以光分布角被透镜12的正表面12c反射，得到广泛分布的光。由 此，即使球4和保护构件5未能通过在球4和保护构件5中包含漫射材料或者通过向球4 和保护构件5应用喷沙而具有光漫射属性，也能够产生在一定程度上散开的光。当球4和 保护构件5由不包含漫射材料等的透明材料形成时，LED灯泡101是清澈灯泡。
[0057] 透射经过透镜12的光穿过球4和保护构件5而不受影响并且遍布球4和保护构 件5散开。在这种情况下，当在球4和/或保护构件5中包含漫射材料、或者向球4和/或 保护构件5应用喷沙以便光漫射通过球4和/或保护构件5时，光更广泛地散开，得到均匀 的量度。根据第一实施例，在保护构件5中包含漫射材料从而为保护构件5提供光漫射属 性。因此，当球4和保护构件5中的至少一个包含漫射材料时，LED灯泡101是磨砂灯泡。
[0058] 如上所述，根据第一实施例，透镜12靠近光源10的发光表面放置并且与所述发光 表面相对，相对厚的球4与透镜12的侧表面12d紧密接触地放置。这使得光源10发射的 光充分传播到球4,这允许光经由球4高效地传播。由此，可以获得适当的照明光。
[0059] 另一方面，光源10产生的热被如下所述地传递并且辐射到LED灯泡101外部。
[0060] 首先，来自光源10的热通过光源10的背表面侧被传递到基板8,并且然后通过与 基板8的正表面8a接触的球4传遍LED灯泡101的发光部分。此外，基板8的热经由与正 表面8a接触的透镜12传递到球4,并且经由透镜12传递到球4中的空间（空气）。此外， 光源10的热通过凹陷12b直接传递到透镜12,然后传递到球4以及球4内的空间。由此传 递到球4的热通过空气隙7被进一步传递到保护构件5,并且通过保护构件5的整个外表面 辐照到外部。
[0061] 第二，光源10的热通过基板8传递到底座2。传递到底座2的热被进一步传送到 天花板上的插座（图中未示出）并且散发。在上文的描述中，举例而言，光源10是热源。此 夕卜，电源电路6也是热源。电源电路6产生的热被传递到基板8的背表面8b以及底座2。
[0062] 如上所述，根据第一实施例，光源10的热可以通过构造成引导来自光源10的光的 光引导构件（球4、保护构件5以及透镜12)遍布LED灯泡101传递。这允许散热性能提 商。
[0063] 下文中将讨论根据第一实施例适于允许LED灯泡101呈现极佳散热性能的球4、保 护构件5和空气隙7的厚度。
[0064] 当球4的形状大致像球形壳并且灯泡轴设定为对应于中心轴时，纵向热阻Rtl由下 式表不：
[0065] [公式 1]
[0066]
【权利要求】
1. 一种照明设备，包括： 光源，其被构造成产生热； 透明热传递构件，其位于所述光源附近并且具有透明性和热导率；以及 热传递装置，其用于将来自所述光源的热传递到所述透明热传递构件。
2. 根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述热传递装置是具有位于所述光源的发 光表面附近并且与所述发光表面相对的光接收表面的透明构件，并且所述透明构件与所述 透明热传递构件紧密接触并且向所述透明热传递构件传递热。
3. 根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述透明热传递构件是玻璃球。
4. 根据权利要求2所述的照明设备，其中，所述透明热传递构件是玻璃球，并且所述热 传递装置是玻璃透镜。
5. 根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述透明热传递构件具有位于所述光源的 发光表面附近并且与所述发光表面相对的光接收表面。
6. 根据权利要求1所述的照明设备，还包括：电源电路，其构造成向所述光源供给电 力。
7. 根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述光源是LED，并且所述透明热传递构件 和用于向所述透明热传递构件传递热的所述热传递装置的热阻至少等于所述LED的热阻。
8. 根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述透明热传递装置和用于向所述透明热 传递构件传递热的所述热传递装置具有1. 〇W/mk或更大的导热系数。
9. 根据权利要求1所述的照明设备，还包括：背表面侧热传递构件，其具有热导率并且 所述光源附着于其上。
10. 根据权利要求9所述的照明设备，其中，所述背表面侧热传递构件是金属外壳。
11. 根据权利要求9所述的照明设备，其中，所述背表面侧热传递构件是上面安装有所 述光源的基板。
12. 根据权利要求3所述的照明设备，其中，所述球具有用于漫射光的装置。
13. 根据权利要求3所述的照明设备，还包括：透明保护构件，其用于覆盖所述球的表 面。
14. 根据权利要求3所述的照明设备，其中，所述光源设于所述球的内表面上，并且用 于所述用于传递热的装置是具有透明性和热导率并将所述光源结合到所述球的内表面的 粘合剂。
【文档编号】F21Y101/02GK104456175SQ201410493518
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】加藤光章, 大野博司, 久野胜美, 白土昌孝 申请人:株式会社 东芝