照明設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及照明設(shè)備。根據(jù)一個實施例，一種照明設(shè)備包括:構(gòu)造成產(chǎn)生熱的光源；位于所述光源附近并且具有透明性和熱導(dǎo)率的透明熱傳遞構(gòu)件；以及用于將來自所述光源的熱傳遞到所述透明熱傳遞構(gòu)件的裝置。
【專利說明】照明設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請基于2013年9月24日提交的在先日本專利申請No. 2013-197578并且要 求其優(yōu)先權(quán)，該在先申請的全部內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合在本申請中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 此處描述的實施例總體上涉及具有產(chǎn)生熱的光源的照明設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0004] -些使用LED光源的照明設(shè)備包括透光光學(xué)構(gòu)件以便控制來自LED光源的光的光 分布特性。光學(xué)構(gòu)件的使用通常降低光輸出比（光輸出比是指照明設(shè)備發(fā)射的總光通量與 來自光源的總光通量之比）。為了防止這種降低，優(yōu)選使用具有高透射率的光學(xué)構(gòu)件。
[0005] 此外，這種類型的照明設(shè)備包括傳熱構(gòu)件，所述傳熱構(gòu)件用于接收來自LED光源 的熱從而將所述熱散發(fā)到LED光源外部。例如，所述傳熱構(gòu)件是與襯底的背表面接觸的主 體，LED光源安裝在所述襯底上。為了增加散熱效率，優(yōu)選熱不僅傳遞到所述傳熱構(gòu)件，也 傳遞到光學(xué)構(gòu)件，以便熱也從光學(xué)構(gòu)件的表面輻射。在這種情況下，優(yōu)選所述光學(xué)構(gòu)件的耐 熱溫度等于LED光源的耐熱溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 用作一般光學(xué)構(gòu)件的丙烯酸具有高的光透射率，但是其耐熱溫度低于LED并且導(dǎo) 熱系數(shù)小。類似地，一般的聚碳酸酯具有高的耐熱溫度，但是其導(dǎo)熱系數(shù)小并且透明度低于 丙烯酸。透明陶瓷具有高耐熱溫度和大的導(dǎo)熱系數(shù)，但是其光透射率低于丙烯酸并且很昂 貴。
[0007] 換而言之，沒有具有極佳耐熱并且具有高光透射率和大導(dǎo)熱系數(shù)的適當(dāng)光學(xué)構(gòu)件 可用。這阻礙實現(xiàn)滿意的光輸出比和呈現(xiàn)滿意的散熱性能。
[0008] 因此，期望開發(fā)一種具有高光輸出比并且具有極佳散熱和耐熱的照明設(shè)備。
[0009] 根據(jù)一個實施例，一種照明設(shè)備包括：構(gòu)造成產(chǎn)生熱的光源；位于所述光源附近 并且具有透明性和熱導(dǎo)率的透明熱傳遞構(gòu)件；以及用于將來自所述光源的熱傳遞到所述透 明熱傳遞構(gòu)件的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖IA是根據(jù)第一實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0011] 圖IB是根據(jù)第一實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0012] 圖2A是根據(jù)第二實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0013] 圖2B是根據(jù)第二實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0014] 圖3A是根據(jù)第三實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0015] 圖3B是根據(jù)第三實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0016] 圖4A是根據(jù)第四實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0017] 圖4B是根據(jù)第四實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0018] 圖5A是根據(jù)第五實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0019] 圖5B是根據(jù)第五實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0020] 圖6A是根據(jù)第六實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0021] 圖6B是根據(jù)第六實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0022] 圖7A是根據(jù)第七實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0023] 圖7B是根據(jù)第七實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0024] 圖8A是根據(jù)第八實施例的照明設(shè)備的外觀的圖示；
[0025] 圖8B是根據(jù)第八實施例的照明設(shè)備的橫截面視圖；
[0026] 圖9是示出球體的厚度和熱阻之間的關(guān)系的曲線圖；
[0027] 圖10的曲線圖示出了空氣隙的厚度和熱阻之間的關(guān)系以及保護構(gòu)件的厚度和熱 阻之間的關(guān)系；
[0028] 圖11是示出外殼的厚度和熱阻之間的關(guān)系的曲線圖；并且
[0029] 圖12是示出d/λ和反射率的曲線圖。

【具體實施方式】
[0030] 在下文中將參考附圖描述各種實施例。
[0031] 現(xiàn)在，作為照明設(shè)備的幾個實施例，將描述LED燈泡101、102、103、104、105、106、 107和108,它們可拆卸地附著于設(shè)于房間中的天花板等上的插座。
[0032] (第一實施例）
[0033] 圖IA是根據(jù)第一實施例的LED燈泡101的外觀的圖示。圖IB是沿著穿過LED燈 泡101的管軸的面被垂直地分成兩個部分的LED燈泡101的橫截面視圖。
[0034] 如圖IA中所示,LED燈泡101包括旋入天花板上的插座（圖中未示出）中的底座 2、形狀大體上像球形殼的中空透明球4 (透明熱傳遞構(gòu)件）、以及覆蓋球4的表面4a的保護 構(gòu)件5。底座2將LED燈泡101電連接并且機械連接到插座。
[0035] 在所示出的LED燈泡101附著于插座的狀態(tài)下，底座2在垂直上方上位于球4上 方。如圖IB中所示，底座2是圓柱形底部金屬并且在底座2的下端包括圓形開口 2a。當(dāng)通 過使用房間內(nèi)的電源等的插座為LED燈泡101供電時，連接到底座2的光源10發(fā)射光。然 后光穿過設(shè)于底座2下方的球4的表面4a出射，如圖IA所示。之后光穿過保護構(gòu)件5來 照亮房間內(nèi)部。
[0036] 如圖IB中所示，LED燈泡101內(nèi)部設(shè)有電源電路6、基板8(背表面?zhèn)葻醾鬟f構(gòu)件）、 光源10和透鏡12。
[0037] 電源電路6被容納于且位于底座2內(nèi)部。電源電路6將通過天花板上的插座供給 的電力饋送至光源10。具體地，AC電壓通過插座被施加到底座2,并且電源電路6將所述 AC電壓（例如100V)轉(zhuǎn)換成DC電壓。然后電源電路6將所述DC電壓施加到光源10。底 座2和電源電路6使用導(dǎo)線（圖中未示出）電連接到一起。電源電路6和光源10使用導(dǎo) 線（圖中未示出）電連接到一起。
[0038] 基板8的形狀像盤并且在基板8的正表面8a上包括光源10。基板8與底座2相 接觸地安裝以便封閉底座2的開口 2a。電源電路6位于基板8的背表面8b側(cè)?；?通 過結(jié)合構(gòu)件（圖中未示出）在基板8的外圍部分與底座2的開口 2a相結(jié)合。所述結(jié)合構(gòu) 件優(yōu)選是具有絕緣屬性、耐熱且阻燃的材料，例如PBS或PEEK。
[0039] 基板8可以由例如包括鋁、銅或鐵的金屬或由陶瓷形成?；?優(yōu)選由導(dǎo)熱系數(shù) 至少大于球4和保護構(gòu)件5的材料形成；例如，高度耐熱的樹脂。
[0040] 光源10例如具有安裝在基板8的正表面8a上的LED芯片以及由樹脂形成并且密 封基板8的正表面8a上的LED芯片的透明密封構(gòu)件?；蛘?，光源10可以是LED元件，所述 LED元件與襯底8分開并且包括附著到且密封在基座材料上的LED芯片。從電源電路6為 光源10供電以發(fā)射可見光。在這種情況下，密封LED芯片的密封構(gòu)件的表面用作發(fā)光表面。
[0041] -個或多個光源10設(shè)于基板8的正表面8a上以發(fā)射可見光，例如，白光。光源 10向著背離基板8的正表面8a的方向發(fā)光。作為一個例子，將產(chǎn)生波長為450nm的藍光 的LED芯片用作光源。所述LED芯片用包含磷光體的樹脂材料密封，所述磷光體吸收藍光 從而產(chǎn)生波長在560nm附近的黃光。
[0042] 具體地，當(dāng)與基板8分開的LED元件用作光源10時，該LED元件通過具有極佳熱 傳導(dǎo)的片、膠帶、粘合劑或熱脂（圖中未示出）附著到基板8的正表面8a。這允許光源10 產(chǎn)生的熱充分傳遞到基板8,使得能夠減小光源10與基板8之間的接觸熱阻。當(dāng)基板8的 正表面8a與LED元件之間需要電絕緣時，光源10通過電絕緣材料（絕緣片等）與基板8 的正表面8a相接觸地設(shè)置。
[0043] 透鏡12包括形狀大體上像環(huán)并且與基板8的正表面相接觸地設(shè)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容納并設(shè)置在 凹陷12b中以便不接觸透鏡12。凹陷12b的內(nèi)表面用作位于光源10的發(fā)光表面附近并且 與所述發(fā)光表面相對的光接收表面。透鏡12的正表面12c提供彎曲表面，所述彎曲表面折 射并且傳播穿過該正表面的光以在期望的方向上分布所述光。此處不詳細描述正表面12c 的形狀。
[0044] 透鏡12不必如圖IB中所示那樣與光源10不接觸地設(shè)置，而是可以與光源10的 發(fā)光表面緊密接觸地設(shè)置。根據(jù)第一實施例，凹陷12b的形狀和尺寸被設(shè)計成使得透鏡12 與光源10的發(fā)光表面隔著不到Imm的間隙相對放置。在任何情況下，透鏡12的表面都設(shè)有 位于光源10的發(fā)光表面附近并且與所述發(fā)光表面相對的區(qū)域（在第一實施例中，凹陷12b 的內(nèi)表面），以允許透鏡12靠近光源10的發(fā)光表面放置。這使得能夠增加透鏡12上的光 入射率。
[0045] 透鏡12由對于可見光是透明的材料形成，并且該材料的耐熱溫度（100°C或更高） 等于光源10的耐熱溫度并且導(dǎo)熱系數(shù)（I. OW/mK或更高）大于一般樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)，該材 料例如為玻璃。透鏡12附著于球4以便側(cè)表面12d與球4的內(nèi)表面4b緊密接觸。
[0046] 具體地，透鏡12通過具有極佳導(dǎo)熱性的片、膠帶、粘合劑、熱脂、螺絲等（圖中未示 出）附著于基板8的正表面8a。這允許熱從基板8的正表面8a充分傳遞到透鏡12的背表 面12a，使得能夠減小基板8的正表面8a與透鏡12的背表面12a之間的接觸熱阻。
[0047] 此外，透鏡12通過具有極佳導(dǎo)熱性的透明片或膠帶、透明粘合劑、熱脂等與球4的 內(nèi)表面4b緊密接觸地放置。這允許熱從光源10直接傳遞到透鏡12并且經(jīng)由基板8的正 表面8a充分傳遞到球4的內(nèi)表面4b，使得能夠減小透鏡12的側(cè)表面12d與球4的內(nèi)表面 4b之間的接觸熱阻。
[0048] 球4的形狀形成為有圓形開口 4c，開口 4c是通過使中空球殼的上端向著底座2凸 起而形成的。球4對于可見光是透明的（透射率為92%或更高），其耐熱溫度（100°C或更 高）等于光源10的耐熱溫度并且導(dǎo)熱系數(shù)（1.0W/mK或更高）大于一般樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)， 其例如為玻璃。
[0049] 球4的內(nèi)表面4b與光源10和透鏡12相對布置。保護構(gòu)件5與球4的外表面隔 著窄的氣隙7設(shè)于球4的外表面上。保護構(gòu)件5覆蓋球4的整個表面4a。然而，保護構(gòu)件 5并不是本發(fā)明必不可少的部件。
[0050] 球4的開口 4c側(cè)端表面4d不僅與基板8的正表面8a接觸，也與底座2的開口 2a 側(cè)端表面接觸。具體地，球4的端表面4d設(shè)置成隔著具有極佳熱傳導(dǎo)性的片、膠帶、粘合劑、 熱脂等（圖中未示出）與基板8的正表面8a和底座2的端表面緊密接觸。
[0051] 根據(jù)第一實施例，透鏡12和球4彼此分開。然而，第一實施例不限于此，透鏡12 和球4可以彼此是整體的。在這種情況下，透鏡12的側(cè)表面12d與球4的內(nèi)表面4b之間 的結(jié)合部分不提供熱阻，這允許LED燈泡101的散熱性能相應(yīng)地提高。
[0052] 優(yōu)選地，保護構(gòu)件5對于可見光是透明或半透明的（透射率為85%或更高），耐熱 溫度（l〇〇°C或更高）等于光源10的耐熱溫度，機械強度足以耐受掉落時的沖擊，并且由阻 燃材料形成。例如使用聚碳酸酯形成保護構(gòu)件5。
[0053] 保護構(gòu)件5的內(nèi)表面與球4的表面4a隔著氣隙7相對布置。保護構(gòu)件5可以包 括光學(xué)漫射材料。在這種情況下，穿過所述內(nèi)表面進入保護構(gòu)件5的光在經(jīng)過保護構(gòu)件5 時被漫射，并且通過保護構(gòu)件5的外表面被發(fā)射到外部空間。這使光散開。
[0054] 保護構(gòu)件5提供了 ：透射光的功能、保護球4免受沖擊的功能以及當(dāng)球4破裂時防 止球4破碎的功能。保護構(gòu)件5也用于將從球4傳遞的熱輻射到外部空間。
[0055] 當(dāng)如上所述構(gòu)造的LED燈泡101開啟時，透過光源10的發(fā)光表面發(fā)射的光穿過透 鏡12、球4、以及保護構(gòu)件5,并且輻照在LED燈泡101的外部上。
[0056] 此時，光的一部分以光分布角被透鏡12的正表面12c反射，得到廣泛分布的光。由 此，即使球4和保護構(gòu)件5未能通過在球4和保護構(gòu)件5中包含漫射材料或者通過向球4 和保護構(gòu)件5應(yīng)用噴沙而具有光漫射屬性，也能夠產(chǎn)生在一定程度上散開的光。當(dāng)球4和 保護構(gòu)件5由不包含漫射材料等的透明材料形成時，LED燈泡101是清澈燈泡。
[0057] 透射經(jīng)過透鏡12的光穿過球4和保護構(gòu)件5而不受影響并且遍布球4和保護構(gòu) 件5散開。在這種情況下，當(dāng)在球4和/或保護構(gòu)件5中包含漫射材料、或者向球4和/或 保護構(gòu)件5應(yīng)用噴沙以便光漫射通過球4和/或保護構(gòu)件5時，光更廣泛地散開，得到均勻 的量度。根據(jù)第一實施例，在保護構(gòu)件5中包含漫射材料從而為保護構(gòu)件5提供光漫射屬 性。因此，當(dāng)球4和保護構(gòu)件5中的至少一個包含漫射材料時，LED燈泡101是磨砂燈泡。
[0058] 如上所述，根據(jù)第一實施例，透鏡12靠近光源10的發(fā)光表面放置并且與所述發(fā)光 表面相對，相對厚的球4與透鏡12的側(cè)表面12d緊密接觸地放置。這使得光源10發(fā)射的 光充分傳播到球4,這允許光經(jīng)由球4高效地傳播。由此，可以獲得適當(dāng)?shù)恼彰鞴狻?br> [0059] 另一方面，光源10產(chǎn)生的熱被如下所述地傳遞并且輻射到LED燈泡101外部。
[0060] 首先，來自光源10的熱通過光源10的背表面?zhèn)缺粋鬟f到基板8,并且然后通過與 基板8的正表面8a接觸的球4傳遍LED燈泡101的發(fā)光部分。此外，基板8的熱經(jīng)由與正 表面8a接觸的透鏡12傳遞到球4,并且經(jīng)由透鏡12傳遞到球4中的空間（空氣）。此外， 光源10的熱通過凹陷12b直接傳遞到透鏡12,然后傳遞到球4以及球4內(nèi)的空間。由此傳 遞到球4的熱通過空氣隙7被進一步傳遞到保護構(gòu)件5,并且通過保護構(gòu)件5的整個外表面 輻照到外部。
[0061] 第二，光源10的熱通過基板8傳遞到底座2。傳遞到底座2的熱被進一步傳送到 天花板上的插座（圖中未示出）并且散發(fā)。在上文的描述中，舉例而言，光源10是熱源。此 夕卜，電源電路6也是熱源。電源電路6產(chǎn)生的熱被傳遞到基板8的背表面8b以及底座2。
[0062] 如上所述，根據(jù)第一實施例，光源10的熱可以通過構(gòu)造成引導(dǎo)來自光源10的光的 光引導(dǎo)構(gòu)件（球4、保護構(gòu)件5以及透鏡12)遍布LED燈泡101傳遞。這允許散熱性能提 商。
[0063] 下文中將討論根據(jù)第一實施例適于允許LED燈泡101呈現(xiàn)極佳散熱性能的球4、保 護構(gòu)件5和空氣隙7的厚度。
[0064] 當(dāng)球4的形狀大致像球形殼并且燈泡軸設(shè)定為對應(yīng)于中心軸時，縱向熱阻Rtl由下 式表不：
[0065] [公式 1]
[0066]

【權(quán)利要求】
1. 一種照明設(shè)備，包括： 光源，其被構(gòu)造成產(chǎn)生熱； 透明熱傳遞構(gòu)件，其位于所述光源附近并且具有透明性和熱導(dǎo)率；以及 熱傳遞裝置，其用于將來自所述光源的熱傳遞到所述透明熱傳遞構(gòu)件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述熱傳遞裝置是具有位于所述光源的發(fā) 光表面附近并且與所述發(fā)光表面相對的光接收表面的透明構(gòu)件，并且所述透明構(gòu)件與所述 透明熱傳遞構(gòu)件緊密接觸并且向所述透明熱傳遞構(gòu)件傳遞熱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述透明熱傳遞構(gòu)件是玻璃球。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明設(shè)備，其中，所述透明熱傳遞構(gòu)件是玻璃球，并且所述熱 傳遞裝置是玻璃透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述透明熱傳遞構(gòu)件具有位于所述光源的 發(fā)光表面附近并且與所述發(fā)光表面相對的光接收表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，還包括：電源電路，其構(gòu)造成向所述光源供給電 力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述光源是LED，并且所述透明熱傳遞構(gòu)件 和用于向所述透明熱傳遞構(gòu)件傳遞熱的所述熱傳遞裝置的熱阻至少等于所述LED的熱阻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述透明熱傳遞裝置和用于向所述透明熱 傳遞構(gòu)件傳遞熱的所述熱傳遞裝置具有1. 〇W/mk或更大的導(dǎo)熱系數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，還包括：背表面?zhèn)葻醾鬟f構(gòu)件，其具有熱導(dǎo)率并且 所述光源附著于其上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明設(shè)備，其中，所述背表面?zhèn)葻醾鬟f構(gòu)件是金屬外殼。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明設(shè)備，其中，所述背表面?zhèn)葻醾鬟f構(gòu)件是上面安裝有所 述光源的基板。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明設(shè)備，其中，所述球具有用于漫射光的裝置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明設(shè)備，還包括：透明保護構(gòu)件，其用于覆蓋所述球的表 面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明設(shè)備，其中，所述光源設(shè)于所述球的內(nèi)表面上，并且用 于所述用于傳遞熱的裝置是具有透明性和熱導(dǎo)率并將所述光源結(jié)合到所述球的內(nèi)表面的 粘合劑。
【文檔編號】F21Y101/02GK104456175SQ201410493518
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】加藤光章, 大野博司, 久野勝美, 白土昌孝 申請人:株式會社 東芝