电灯的制作方法
【专利摘要】一种灯泡型LED灯(1)，具有装配在插口(5)上的灯泡(3)。光源(7)包括装配在PCB(9)上的多个LED，该光源(7)布置在灯泡(3)内部。PCB(9)充当冷却装置(21)和／或连接到冷却装置(21)。灯泡的外表面(15)由光可透射表面(22)和／或它的子区域(23)以及冷却装置(21)构成，该冷却装置从灯泡内部延伸至灯泡的外表面中。表面在灯泡的外表面上在冷却装置和光可透射子区域二者的所述表面相互毗邻的位置处相互齐平。本发明的灯的空间光强分布显著地优于现有技术的灯泡型LED灯。
【专利说明】电灯
[0001]本申请是申请号为200980145939.4、申请日为2009年11月12日、发明名称为“电灯”的中国专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及电灯，包括:灯泡，装配在插口上，冷却装置，用于在操作时对灯进行冷却，半导体光源，布置在灯泡内部，灯轴，其延伸通过插口的中央末端和灯泡的中央最远端，该灯泡具有外表面，该外表面包括用于在灯的操作期间透射源自光源的光的光可透射表面。
【背景技术】
[0003]从US-5806965可以获知这样的灯。在已知的灯中，多个单独的LED的基本上全方向的群集电装配在印刷电路板(PCB)上。所述LED的群集能够以标准白炽灯泡(GLS)的小部分耗电量生成与标准GLS相同强度的光。为了使已知的灯对消费者安全，为其提供了保护灯泡，即，穹顶，以保护消费者免于暴露给所述穹顶中的电子电路。因此，已知的灯具有供穹顶在其上装配的底座(下壁)妨碍所希望的全方向光分布的劣势。此外，在PCB和LED上提供保护穹顶导致已知的灯具有降低的/不足的冷却效率的劣势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供在开始段落中所描述的类型的灯泡型LED灯，其中消除了至少一个劣势。为了对此进行实现，灯的特征在于，冷却装置和光可透射表面二者覆盖灯泡外表面，从而使得针对其中第一平面平行于轴延伸并且第二平面垂直于轴延伸的两个平面的假想集合，可以找到所述平面的位置，在该位置处所述两个平面中的至少一个至少两次穿过冷却装置和光可透射表面之间的边界。“灯泡”在这个方面将被理解为包括各种形状，例如，圆球面形状、管状形状或多面体形状，例如十二面体、六面体或八面体。半导体光源应当被理解为包括0LED、LED、光电设备。假想平面至少两次穿过冷却装置和光可透射表面之间的边界是所述冷却装置和光可透射表面齐平的指示。为了将灯高效地冷却，即，具有足够的冷却能力以及足够的光发射，发明人洞察到冷却装置和光可透射表面二者应当构成灯泡外表面并且应当覆盖在灯泡外表面上，例如成补丁状。将冷却装置覆盖在灯泡外表面上增大了冷却装置暴露给环境大气的表面积，并且因此增强/改进了灯的冷却能力，然而，其并未或仅仅极少地增加了灯的尺寸。在已知的灯中，冷却装置的增加将会导致庞大、笨重的灯。将光可透射表面覆盖在灯泡外表面上使得全方向光分布得到改进从而超过已知灯。在已知的灯中，其上装配穹顶的底座(下壁)妨碍所希望的全方向光分布。这种现象在本发明的灯中得到了消除。
[0005]为了进一步改进灯的冷却能力，该电灯的实施方式的特征在于，冷却装置从灯泡内部延伸到灯泡的外表面，从而构成灯泡外表面的一部分。因此，灯泡的外表面不需要是封闭表面，而是可以由可区别的部件(例如，在灯泡的外表面齐平的部件)构成。可选地，可以为灯泡外表面提供涂层，例如出于装饰的目的以改进冷却装置的辐射性能，或使灯泡的外表面平滑。光源可以包括LED的群集，在本发明的灯中该LED群集可以由冷却装置分布成LED的子组。技术方法包含改进灯的冷却效率，这是因为冷却装置具有显著增大的冷却表面并且冷却表面直接暴露给环境大气而无需(隔热)保护层，从而允许自由流动的空气沿着冷却区域流动(例如由于对流)。优选地，冷却装置均匀分布在整个灯泡外表面上，在操作期间提供独立于灯方向的热性能。为了促进灯的冷却，冷却装置优选地具有至少IW /mK的导热系数，其更优选地为IOW / mK或者甚至更优选地为20W / mK或更高，高达100或500W / mK。适合的用于冷却装置的材料为金属，诸如铝、铜、它们的合金或导热塑料，例
如可以从Coolpoly?获得的,例如具有1.5W / mK的导热系数的白/黑Coolpoly?D3606，或者具有5W / mK的导热系数的白Coolpoly? D1202。
[0006]在一个实施方式中，电灯的特征在于，通过冷却装置将光可透射表面分成子区域。因此，灯具有可以对光分布进行调谐的优点，例如通过设置子区域的方向以及来自LED的群集的LED的相关子组。在备选实施方式中，可以通过控制LED的子组的强度来控制光分布，和/或甚至可以在子组之中控制单一 LED的强度。通过设置子区域的方向和/或强度，可以支持灯向在300°的空间角之中的观察者显示相等的发光强度，即，从除了围绕插口的圆锥体(其顶点在灯泡之中的轴上，该圆锥体具有60°的顶角)内以外的所有方向观察到相等的发光强度。“相等的发光强度”在这一点上意指具有正或负15%的变化量的平均光强。
[0007]在进一步的实施方式中，电灯的特征在于，子区域具有相同的形状和/或尺寸。因此，灯由于不同的灯部件数量的减少而具有制造相对容易的优点。
[0008]在再进一步的实施方式中，电灯的特征在于，子区域构成整体的光可透射表面，并且子区域和冷却装置按照相间错杂的/叉子状/交替的配置进行布置。这使得灯具有光可透射表面和/或冷却装置各自仅仅构成一个整体灯部件以及灯部件的数量因而显著减少的优点。
[0009]在另一个实施方式中，电灯的特征在于，每个子区域由冷却装置的相应的部分围绕。因此，灯具有获得了相对非常高效的冷却的优点；例如，在光源包括LED的子组的情况下，LED的每个子组最接近于它的相关联的冷却装置。在其中子区域由至少两个轴向延伸的冷却拱形物(例如，2、3、4、5、6或8个拱形物)分开的电灯是优选实施方式。特别地，在冷却拱形物均匀分布在灯泡外表面的圆周上并且光可透射子区域具有相同形状的情况下，获得了具有例如4-重或7-重旋转轴对称的旋转对称的灯泡。在其中子区域由围绕轴的至少一个环状或环形(例如，2、3或4个环)冷却装置分开的电灯是备选实施方式。灯泡继而具有有利的旋转对称，其具有例如2-重、3-重或4-重旋转轴。在上述实施方式中，子区域的数量在2至8的范围之内，但可以轻易地选择不同的所述数量，例如，多于8个并且多达36个或144个子区域，或更高数量的子区域。
[0010]在进一步的优选实施方式中，电灯的特征在于，每个子区域是可释放地固定在冷却装置上的光可透射部件。在其中可释放固定通过支持将光可透射部件容易地调换的掣子/咬合连接而发生的电灯是特别方便的实施方式。由于可替换性特征，灯具有可以选择光可透射部件的优选性能以及可以随意调整灯光束特性的优点。可以提供光可透射部件，其具有例如可选地被提供反射图案的漫射透明或半透明部件，或具有例如被提供经挑选的远程荧光材料的混合物以设置灯的颜色或色温的透明部件。如果光可透射部件是经过其控制光射线的方向的光学元件，那么光束特性或光分布可以相对容易地调整。
[0011]电灯中的冷却装置可以实施为大的、实心的、大块结构，在其中完全通过大量材料发生从灯泡内部向冷却装置的外表面以及向灯泡的外表面的热传导。然而，备选地，冷却装置可以形成为凹陷，其向内部延伸，即，从灯泡的外表面朝向轴延伸。在这个实施方式中，冷却装置具有相对大的外表面，热传导仅仅在热到达可供随后的热可以向自由流通环境大气消散的冷却装置的外表面之前，在穿过大量冷却装置材料的相对短距离上发生。因此，获得了灯的高效冷却。
[0012]电灯的再进一步的实施方式的特征在于，冷却装置包括被动冷却装置和主动冷却装置二者。被动冷却装置在基本上没有功率消耗的情况下执行冷却，通常依靠自然对流。主动冷却装置通过热传送流体(例如，空气、油或水)的强制流动控制散热，并因此消耗功率。然而，主动冷却装置提供更多、更好的受控冷却的优点。
[0013]电灯的再进一步的实施方式的特征在于，灯为直流(DC)-驱动灯并且该灯具有中央轴向延伸的腔，在该腔中布置有灯驱动器，由于所述腔毗邻灯的冷却装置，因此它是供驱动器容纳在灯内部的方便的位置。备选地，灯为交流(AC)-驱动灯，在这种情况下可以省略驱动器并且可以为灯提供标准Edison-接头，支持其作为针对标准GLS灯的改进灯而适合地使用。为了消费者的方便，灯泡形状优选地符合传统GLS灯泡的形状，尽管备选灯泡形状同样是可能的。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]本发明的这些方面以及其他方面现在将依靠示意图进行进一步解释，其中:
[0015]图1A示出了根据现有技术的电灯；
[0016]图1B示出了根据现有技术的另一种灯；
[0017]图1C示出了图1B的现有技术灯的光分布；
[0018]图2A示出了根据本发明的电灯的第一实施方式的侧视图；
[0019]图2B示出了图2A的灯的顶视图；
[0020]图2C示出了由图2A的灯获得的光分布；
[0021]图2D示出了根据本发明的灯的第二实施方式的部分拆开的透视图；
[0022]图3A示出了根据本发明的灯的第三实施方式的侧视图；
[0023]图3B示出了图3A的灯的垂直截面；
[0024]图4示出了根据本发明的灯的第四实施方式；
[0025]图5示出了根据本发明的灯的第五实施方式；
[0026]图6示出了根据本发明的灯的第六实施方式；
[0027]图7示出了根据本发明的灯的第七实施方式；
[0028]图8示出了根据本发明的灯的第八实施方式；
[0029]图9示出了根据本发明的灯的第九实施方式；
【具体实施方式】[0030]在图1中示出了根据现有技术的灯泡型LED灯。灯I具有装配在插口 5上的灯泡
3。在灯泡3内布置包括装配在PCB9上的多个LED的光源7。为PCB9提供充当冷却装置的通气孔(未示出)。将PCB的一部分构成底座13，在底座13上装配实施为保护穹顶的灯泡3，所述穹顶围绕光源以及PCB和冷却装置的部分。穹顶具有用于在灯的操作期间透射源自光源的光的半透明外表面15。灯轴11贯穿插口的中央末端17以及灯泡的中央最远端19。
[0031]图1B示出了根据现有技术的另一灯泡型LED灯I的侧视图。在这个现有技术灯中，灯泡3装配在冷却装置21上，该冷却装置21与灯泡外表面15的光可透射表面22分离。通过插口 5中的冷却装置装配灯泡3。冷却装置相当大，但需要这样以获得适量的冷却能力。冷却装置妨碍由光源通过光可透射表面22发射的光的分布，产生大约220°的发射空间角α。图1B的灯的空间光强分布作为角β的函数在图1C中示出。在图1C中示出的绘图中，角β =0°指的是沿着从插口 5朝向灯泡3的方向上的轴11所测量的光强。如图1C中清楚示出的，光强仅仅在角β超过70°处才处于所要求的水平；在较小的角β处光强过小，即，比平均光强输出低超过15%。在图1B中还示出了，就与轴11平行的第一平面Pl和与轴11垂直的第二平面Ρ2而言，不存在所述平面Pl和Ρ2中的至少一个至少两次穿过冷却装置和光可透射表面之间的边界10的位置。平面Pl穿过边界10仅仅一次，而平面Ρ2不穿过任何边界。
[0032]在图2Α中示出了根据本发明的灯I的第一实施方式的侧视图。该灯具有插口5(便捷E27Edison接头)，其中装配有包括冷却装置21的灯泡3。灯泡3的外表面15由光可透射表面子区域23、四个拱形物25 (仅仅示出其中两个)以及冷却装置的邻接顶27构成，该特征在图2B中示出的沿着轴11的顶视图中更为清楚地可见。冷却装置从灯泡内部延伸到灯泡的外表面并且构成实心拱形物。在图2A的实施方式中，表面在灯泡的外表面的位置上相互齐平，在那里冷却装置和光可透射子区域二者的所述表面相互毗邻。冷却装置仅仅在很小的程度上妨碍由光源(未示出)通过光可透射表面15发射的光的分布，并且该妨碍显著低于图1B中示出的现有技术灯的程度。图2A的灯的空间光强分布作为角β的函数在图2C中示出。在图2C中示出的绘图中，角β =0°指的是沿着从插口 5朝向灯泡3的方向上的轴11所测量的光强。如图2C中所清楚示出的，光强在角β位于30°处已经处于所要求的水平，即，超过比平均光强输出低15%，产生大约300°的发射空间角α ;其他角α，例如α = 280°或α =310°，通过选择适合的光可透射子区域或通过调整光源的子组的方向也是同样可能的。角β构成了围绕插口 5的圆锥6的顶点8的角的一半角度(见图2Α)。
[0033]在图2D中示出了根据本发明的灯I的第二实施方式的部分拆开的透视图，即，光可透射子区域由可释放地固定的光可透射部件(其中两个被省略)构成，为该光可透射部件提供掣子/咬合元件，该掣子/咬合元件支持通过与在冷却装置21上提供的卡扣元件32相互连接而容易地组装到灯上。灯泡3内部的某些组件是可见的，包括由装配在PCB9上的多个LED7a、7b组成的光源7，以及从灯泡内部的PCB延伸到灯泡的外表面15的冷却装置21。围绕轴11布置PCB。冷却装置被塑造成从灯泡外表面朝向轴延伸的凹陷，并且在面对LED的侧面29上被覆盖有反射覆盖层31以对抗由于冷却装置对光的吸收而引起的光损失，并且因而增加灯的效率。每个PCB以及LED的子组接近于它的各自的冷却装置，并且因此获得了相对非常高效的冷却。LED可以包括以下的组合:红、绿、蓝、白(RGBW)LED，RGBW-琥珀色LED，不同色温的LED，全部是相同颜色的LED或者与在光可透射部件之上或之中提供的远程荧光物质相结合的蓝/ UV-LED0在图2D的灯中，LED的色温不同，即，2500K和7000K，可以对它们的发射强度进行独立控制，以调整灯的所发射的色温。
[0034]图3A示出了根据本发明的灯I的第三实施方式的侧视图。灯具有插口 5(便捷E27Edison接头)，其中装配有包括冷却装置21的灯泡3。灯泡的外表面15由相同形状的六个光可透射表面子区域23、六个波状拱形物25 (仅示出了其中的四个)以及冷却装置的邻接顶27构成。在图3A的灯中，每个光可透射子区域由各自的冷却装置包围。冷却装置不与光可透射表面齐平，而是部分地覆盖所述表面，使得冷却装置连同光可透射表面构成波形灯泡外表面。这个灯中的冷却装置并不从灯泡之中延伸到灯泡的外表面15中并超过灯泡的外表面15，而是仅仅构成部分灯泡外表面。图3B示出了图3A的灯I的垂直截面。由于该灯是直流(DC)灯，因此在灯泡3中的腔35内部提供了电子驱动器电路33，该电子驱动器电路33将交流电源电压转换为适合的DC电压。腔35具有由围绕轴11的导热材料的PCB9构成的环状外壁，并且因此充当冷却装置，在该PCB上(将要)装配LED (未示出)，在灯泡外表面该六个拱形物热连接至所述壁，并且电绝缘壁36将驱动器从PCB屏蔽。因此，获得了对LED和驱动器电路二者的高效冷却。图3B的灯包括蓝-LED，该蓝-LED的辐射由在光可透射子区域23的内表面24上提供的远程荧光YAG-Ce涂层37转换为可见光。
[0035]图4至图8分别示出了根据本发明的灯I的第四、第五、第六、第七和第八实施方式，其中在灯泡3的外表面15上示出了冷却装置21和光可透射子区域23的备选布置。所有实施方式都具有卓越的冷却性能。图4中的灯具有平行环状环的冷却装置；图5中的灯具有冷却装置21与光可透射子区域23相间错杂的结构(手指状或梳子状结构)。三个手指状冷却区域与光可透射表面的三个子区域构成相间错杂结构。图6中的灯I示出了一种实施方式，其中冷却装置21被布置在邻近插口 5处以及灯的顶部27，该灯包括一个整体的光可透射表面22，即，没有中间的子区域。图7和图8示出了灯泡形状的备选实施方式，即，在图7中灯泡为管状而在图8中灯泡是六面多面体(六面体)并具有由冷却装置和光可透射表面22的子区域23构成的补丁结构。此外，在所述图4至图8中的每一个中，示出了平行于轴11的平面Pl以及与所述轴垂直的平面P2。轴11贯穿插口 5的末端17以及灯泡3的最远端19。在图4至图8中示出的所有实施方式中，至少一个平面，即平面Pl或平面P2中的一个、或者平面Pl和平面P2两者，两次或更多次地穿过冷却装置21和光可透射表面22或它的子区域23之间的边界10。在图4中，平面Pl三次穿过所述边界，而平面P2不穿过边界10。在图5中，平面Pl不穿过边界而平面P2六次穿过所述边界10。在图6中，平面Pl两次穿过所述边界，而平面P2不穿过边界10。在图7中，平面Pl —次穿过所述边界10，而平面P2六次穿过所述边界。在图8中，平面Pl和平面P2都八次穿过所述边界10。在图7的灯中，灯泡外表面15具有冷却装置21与光可透射表面22的子区域23的相间错杂结构。该相间错杂结构在灯泡外表面15上沿着轴方向延伸超过长度L。优选地，长度L应当至少为灯泡3的轴向高度H的I / 4。
[0036]图9示出了根据本发明的灯I的第九实施方式的垂直截面。灯I为同时主动冷却和被动冷却的灯。在灯泡3中的腔35内部提供了主动冷却装置41 (在图中为在两个横向方向上工作的双风扇)，其为冷却能力添加了更好的灯冷却控制。提供了格栅43以支持穿过该腔的强制空气流动(由箭头45指示)。腔35具有由导热材料的PCB9构成的外壁，其因此充当被动冷却装置，在该PCB上装配LED7a、7b、7c作为光源7。因此，获得了灯的高效冷却。
【权利要求】
1.一种电灯，包括: 灯泡，装配在插口上； 冷却装置，用于在运作期间对所述灯进行冷却； 半导体光源，布置在所述灯泡内部；和 冷却拱形物，沿着从所述插口到所述灯泡的中央最远端的方向延伸， 其中，所述灯泡具有光可透射表面，用于在所述灯运作期间透射来自所述光源的光，且所述冷却拱形物从所述灯泡内部延伸到所述灯泡的外表面。
2.根据权利要求1所述的电灯，其特征在于，所述冷却装置从所述灯泡的内部延伸到所述灯泡的外表面。
3.根据权利要求1所述的电灯，其特征在于，所述光可透射表面由所述冷却拱形物分为子区域。
4.根据权利要求3所述的电灯，其特征在于，所述子区域具有相同的形状和/或尺寸。
5.根据权利要求3所述的电灯，其特征在于，所述子区域构成一个整体的光可透射表面，并且按照相间错杂配置对所述子区域和所述冷却拱形物进行布置。
6.根据权利要求4所述的电灯，其特征在于，每个子区域由至少两个所述冷却拱形物分开。
7.根据权利要求4所述的电灯，其特征在于，每个子区域是可释放地固定在所述冷却装置上的光可透射部件。
8.根据权利要求7所述的电灯，其特征在于，所述部件通过掣子、咬合连接而可释放地固定。
【文档编号】F21S2/00GK103939768SQ201410110815
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2009年11月12日 优先权日:2008年11月18日
【发明者】V·S·D·吉埃伦, J·P·M·安塞姆斯, B·J·W·特韦梅 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司