具有集成的热和光扩散器的LED灯泡制造技术

一种发光二极管(LED)灯泡包括导热底座和设置在并热联接到底座的表面上的至少一个LED组件。LED组件包括构造成产生光的至少一个LED。热光扩散器限定内部空间，LED布置成发射光到所述内部空间中并穿过热光扩散器。热光扩散器设置在底座的表面上并且从底座延伸到发光侧上的末端。热光扩散器构造成包括一个或多个开口，所述开口允许在热光扩散器的内部空间和周围环境之间进行对流空气流动。

【技术实现步骤摘要】

本申请一般地涉及发光二极管(LED)灯泡。本申请还涉及与这种LED灯泡有关的部件、装置和系统。
技术实现思路
本文公开的某些实施例涉及一种发光二极管(LED)灯泡，发光二极管灯泡包括导热底座和设置在并热联接到底座的表面上的至少一个LED组件。LED组件包括构造成产生光的至少一个LED。热光扩散器限定内部空间，至少一个LED布置成发射光到内部空间中并穿过热光扩散器。热光扩散器设置在底座的表面上并且从底座延伸到发光侧上的末端。热光扩散器构造成包括一个或多个开口，开口允许在热光扩散器的内部空间和周围环境之间进行对流空气流动。本文公开的某些实施例涉及一种LED灯泡，LED灯泡包括导热底座和设置在并热联接到底座的表面上的至少一个LED组件。LED组件包括构造成产生光的至少一个LED。LED灯泡包括限定内部空间的热光扩散器，其中至少一个LED构造成发射光到内部空间中并穿过热光扩散器。热光扩散器与LED组件设置在底座的相同表面上，热光扩散器从底座的表面延伸到末端。热光扩散器包括具有大于约100W/(mK)的热导率的材料。另一实施例涉及一种LED灯泡，LED灯泡包括导热底座和设置在并热联接到底座的表面上的至少一个LED组件。热光扩散器联接到底座的表面并限定内部空间。LED组件包括布置成发射光到内部空间中并穿过热光扩散器的至少一个LED。热光扩散器包括具有不规则布置的光学特征和具有大于约100W/(mK)的热导率的材料。上面的概述并非意在描述每个实施例或每种实施方式。结合附图参考下面的详细描述和权利要求书，更全面理解将变得清楚且可以被领会。附图说明图1和图2分别是根据本文论述的实施例的包括热光扩散器(TOD)的LED灯泡的一部分的一种构造的透视图和横截面图；图3图解式地示出当灯泡定向成使得TOD沿着正z方向从底座延伸到末端(称为“灯泡向上”取向)时通过TOD的对流气流；图4图解式地示出当灯泡定向成使得TOD沿着负z方向从底座延伸到末端(称为“灯泡向下”取向)时通过TOD的对流气流；图5-图7示出TOD的结构元件的各种构造；图8-图10示出TOD和底座的机械和热连接的构造；图11示出包括TOD和壳体的LED灯泡子组件，壳体构造成容纳LED的驱动器电子器件；图12示出本文描述的LED灯泡，该LED灯泡设置成标准A型白炽灯泡形状因子，且具有爱迪生灯座1260；图13示出包括两个同心布置的半球状栅格的TOD；图14示出包括热栅格元件和设置在栅格元件之间的光学材料的基于栅格的TOD；图15A和图15B示出具有不规则光学特征的TOD；图16A和图16B示出基于栅格的TOD；图17和图18示出60We的LED灯泡组件的对比模拟；和图19和图20示出100We的LED灯泡组件的对比模拟。相同附图标记表示相同部件；并且除非另有说明，否则附图不需要按比例。具体实施方式如果发光二极管(LED)灯泡实现大量市场占有，则发光二极管灯泡可以大幅度提高住宅和商用能源效率。但是，商用设计目前限制到60瓦特当量(We)的亮度。缺少让消费者满意的能够替代通用75W和100W白炽灯泡的LED灯泡阻碍了市场占有。热管理是在当前LED灯泡设计中实现更高亮度的主要技术障碍。现有技术方法依赖于仅从LED灯泡后侧去除热量从而不干扰前侧上的光输出路径的散热器。这将排热区域限制到了LED后面的区域，导致高温、低效率和短寿命。限制LED灯泡广泛采用的因素是缺少能够替代最常用75W和100W白炽灯泡的单元。目前在白炽灯替代市场中的LED灯泡设计限制到最大60瓦特当量(We)的操作，仅覆盖潜在巨大改装市场的低端。热管理是在LED中实现更高亮度的主要技术障碍。保持白炽灯形状因子支持大规模应用而不需要全新的灯具，这强迫整个光源(包括驱动器电子器件、(多个)LED芯片、光扩散器和散热器)被紧凑地封装成小形状因子。这种小形状因子导致挑战性的热管理问题。在具有60We亮度的通常11到12W(电力)LED灯泡中，总电量的约15％(～2W)作为热量被浪费在驱动器电子器件中，且在剩余的85％(～10W)中，至少一半(～5至6W)作为热量被耗散在LED芯片自身中。通过灯泡后侧上可用的有限表面积低效地排放所有这些热量，导致在超过当今可用的60We的操作水平下过热。与依赖于仅从LED灯泡后侧去除大量热量的传统方法不同，本文讨论的实施例涉及用于还能够从发光侧去除大量热量的LED灯泡的热和光管理的方法，而不会损害光透射。该方案利用工程元件形式的集成热光扩散器，其提供向环境空气散热的大表面积并同时有效地将光反射和/或透射出结构以外。在某些实施方式中，集成热光扩散器可以包括多个开口，开口支持从周围环境到热光扩散器内部中的对流气流。在某些构造中，空气流动路径布置成使得环境空气进入热光扩散器的内部空间并且空气流过LED的发光表面。本文描述的方法具有使实际LED灯泡达到并超过100We的可能性，提供对白炽灯市场的覆盖，增加LED使用，并减小近期电力需求。本文公开的集成热光扩散器使用工程元件，该工程元件增大散热表面积和灯泡内部空间内的空气流动，并且使用高导热的光学反射/透射材料来增加散热并同时维持或提高光的受控扩散。例如，集成热光扩散器的热阻可以小于约4℃/W，集成热光扩散器可以使用对可见光的光学反射率大于约70％和/或对可见光的光学透射率大于约50％的材料。图1和图2分别是LED灯泡100的一部分的一种构造的透视图和横截面图，LED灯泡100包括在由相互正交的轴x、y和z表示的笛卡尔坐标系内被定向的热光扩散器(本文中称作TOD)210。灯泡100包括热传导底座230和至少一个LED组件220，LED组件220包括组装到封装221中的一个或多个LED222，该封装221是例如为LED222提供一定环境保护并且为LED222提供支撑以便于握持的密封封装。LED组件220包括有助于将LED222电联接到位于LED灯泡100内(通常位于灯泡的非发光侧内)的驱动器电子器件(图1或图2中未示出)的电触头223。LED组件220设置在底座230的表面231上并且热联接到底座230。底座230可以包括热传导材料，例如金属或金属合金，其中纯的或合金形式的铜或铝是可以用于底座230的代表性材料。底座230可以具有任意形状，包括圆形、椭圆形、矩形等，并且底座2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.11.07 US 13/671,3721.一种发光二极管(LED)灯泡，包括：
导热的底座；
设置在并热联接到所述底座的表面上的至少一个LED组件，所述至
少一个LED组件包括构造成产生光的至少一个LED；和
限定内部空间的热光扩散器，所述至少一个LED布置成发射光到所
述内部空间中并穿过所述热光扩散器，所述热光扩散器设置在所述底座的
表面上并且从所述底座延伸到所述LED组件的发光侧上的末端，所述热
光扩散器构造成包括一个或多个开口，所述开口布置成允许在所述热光扩
散器的所述内部空间和周围环境之间进行对流空气流动。
2.根据权利要求1所述的LED灯泡，其中，所述热光扩散器包括取向
成朝向所述周围环境的外表面，并且每约1cm3的所述内部空间具有大于4
cm2的表面积。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的LED灯泡，其中，所述热光
扩散器具有大于约100W/(mK)的热导率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED灯泡，其中：
所述一个或多个开口中的第一开口定位在距发光表面小于约8mm的
距离处；并且
所述一个或多个开口中的第二开口定位在距所述热光扩散器...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·帕特卡，C·保尔森，R·阿比谢克，P·Y·玛尔达，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：