本发明专利技术涉及LED球泡灯及改善其散热性能的方法，该LED球泡灯包括灯头、散热器、电源变换器、LED光源、透光装置、及绝缘座，电源变换器安装腔是棱柱形腔体，LED光源基板与散热器的接触面积为散热器各散热鳍片表面积之和的0.83%～1.13%，散热鳍片底部厚、顶部薄，相邻散热鳍片之间的夹角为8.5～10度；散热器的表面具有纳米涂料层；透光装置为实心平凸透镜，且与LED光源的出光面紧密贴合。该方法包括：将散热器的电源变换器安装腔做成与电源变换器相适配的棱柱形腔体，提高散热鳍片基座的比热容量；采用实心透镜作为配光和透光装置。本LED球泡灯散热效果好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及LED照明用灯具，特别是LED球泡灯，以及一种改善LED球泡灯散热性能的方法。其有别于一般传统所熟知的思维，即在自然散热的情况下，发热端的温度应高于散热端的温度。
技术介绍
传统室内照明常使用球泡型节能灯、白炽灯等，它们存在寿命短、能耗大、汞污染、闪烁、发热量大等缺点，因此人们开发出了固态照明用LED球泡灯。要让LED球泡灯走入家庭，取代传统的白炽灯泡，其形状、大小、电源接口需要和传统白炽灯泡相同或近似，照明效果和使用寿命要能够得到保障。 目前，已有的LED球泡灯包括用于和灯口连接的灯头，太阳花挤型铝散热器(即由环状体和其外表面的若干散热鳍片组成的散热器，由于断面呈太阳花状，所以业界称为太阳花挤型铝散热器)，用于连接灯头和所述散热器的绝缘座，设置在太阳花挤型铝散热器一端的LED光源和透光装置，以及用于将市电转换成LED工作所需恒定电流的电源变换器，电源变换器安装在太阳花挤型铝散热器内，两个输入端与灯头上的接触电极连接，两个输出端分别与LED光源的两个电极片连接。这些LED球泡灯的外形、电源接口已与传统白炽灯泡相同或近似，但是存在严重的散热问题，导致其使用寿命无法保障，发光效率降低，尤其是大功率LED球泡灯。这是因为散热不好，LED结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10°C寿命会延长2倍。图17是Cree公司发布的LED光衰和结温的关系图，可以看出，结温假如能够控制在65°C，那么其光衰至70%时的寿命可以高达10万小时，遗憾的是，现在实际的LED灯的散热性能和这个要求相距甚远，以致LED灯具的寿命变成了一个影响其性能的主要问题。图18为Cree公司的XLamp7090XR_E的发光量和结温的关系图，可以看出，以结温25°C时LED的发光量为100%，那么结温上升至60°C时，其发光量就只有90%，结温为100°C时发光量就下降到80%，140°C发光量就只有70%，可见LED结温不但影寿命，还直接影响发光效率。此外LED的发热还会使得其光谱移动，色温升高，正向电流增大(恒压供电时)，热应力增高，荧光粉环氧树脂老化加速等种种问题，所以说，LED的散热是LED灯具设计中最为重要的一个问题。现有LED球泡灯最大流明数只能达到800流明，无法取代传统75W和100W白炽灯泡，随着各国禁用与禁产白炽灯的时间日渐逼近，国际LED照明大厂正积极研发1000流明以上球泡灯。最大问题在于要使形状、大小和传统白炽灯相同或近似，这样散热是一大考验。众所周知，散热器的散热能力与散热面积有关，散热面积越大，散热效果越好，因此为了达到较好的散热效果，通常将LED球泡灯的散热器做成太阳花状，通过设置众多的散热鳍片来增大散热面积。同时为了减轻散热器的重量，通常采用以下手段缩小散热鳍片基座的厚度，将散热器内的电源变换器安装腔做成圆柱形。但是，在采用上述诸多技术手段后，目前仍未解决大功率LED球泡灯的散热问题。此外，现有LED球泡灯还存在以下技术缺陷1.其透光装置均采用玻璃或塑料的透光罩(或者称为空心透镜)，LED光源发出的光的光路为从LED到荧光硅胶、再到透光罩内的空气、再到透光罩、再到照明场所，需要经过多次折射，配光效果不好。2.其LED光源是用多个单颗封装好的LED以贴片方式贴于电路基板上，有些电路基板还要通过散热铝板与散热器连接，LED芯片和散热器之间有至少三层以上的热阻界面。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种散热效果好的LED球泡灯。 本专利技术的专利技术人通过深入的理论分析和不断的实践，认为现有LED球泡灯的主要散热问题并非是散热面积不足，而是LED芯片的热量不能高效地传导到散热面积的每个地方，即，热量从LED芯片到散热鳍片的传导过程中存在瓶颈，主要包括1.散热鳍片基座的比热容量不足，不能及时有效将LED光源产生的热量传导给散热鳍片辐射热能到空气中。2. LED芯片到散热鳍片的热阻界面太多，降低了热量的传输效率。此外，散热鳍片的形状、大小、间距对散热效果也有重要影响。在此基础上，设计了以下的技术方案。本专利技术LED球泡灯，包括灯头、太阳花挤型铝散热器、设置于所述散热器内的电源变换器、设置于所述散热器一端的LED光源和透光装置、以及连接灯头和所述散热器的绝缘座，其特征在于所述散热器的电源变换器安装腔是与所述电源变换器相适配的棱柱形腔体，散热器一端设置LED光源安装腔，LED光源基板的底面和侧面与LED光源安装腔紧密贴合，所述基板与散热器的接触面积为散热器各散热鳍片表面积之和的O. 83% I. 13%，散热鳍片底部厚、顶部薄，相邻散热鳍片之间的夹角为8. 5 10度；散热器的表面具有含MnO2的高辐射散热率纳米涂料层；所述透光装置为实心平凸透镜，厚度为所述散热器高度的1/12 1/8，平凸透镜与所述LED光源的出光面紧密贴合。其中，LED光源优选以下LED光源LED光源含铜基板、若干LED芯片、两个电极片及两条电源引线，LED芯片通过固晶胶固晶在铜基板上，并通过金线与所述两个电极片连接，两个电极片分别由两条电源引线引出，LED芯片和金线上面覆盖荧光硅胶层。一种优选方案中，LED球泡灯的输入功率为3 5W，光通量为310 450流明，体积为70. 6立方厘米，没有调光功能的重量为82克，带调光功能的重量为91克。调光是指当灯光太亮时调暗的功能，即可以调亮和暗的变化。工作状态下，LED光源的芯片温度低于45 °C，且比散热器表面的温度低3 15°C。另一种优选方案中，LED球泡灯的输入功率为5 20W，光通量为510 1750流明，体积为177. 4立方厘米，没有调光功能的重量为201 210克，带调光功能的重量为208 217克。由于功率大时，电源变换器的重量会增加，所以灯的重量不同。工作状态下，LED光源的芯片温度低于61°C，且比散热器表面的温度低3 15°C。一种改善LED球泡灯散热性能的方法，该方法包括将散热器的电源变换器安装腔做成与电源变换器相适配的棱柱形腔体，以增大散热鳍片基座的厚度，提高散热鳍片基座的比热容量；以及，采用实心透镜作为配光和透光装置，以减小透光装置的厚度，使得在不改变灯体积的前提下增大散热器的体积。本专利技术改善LED球泡灯散热性能的方法，还包括采用底部厚、顶部薄的散热鳍片，并通过设置散热器上散热鳍片的密度和散热面积，实现高效热传递；并在散热器的表面涂覆含MnO2的高辐射散热率纳米涂料。本专利技术改善LED球泡灯散热性能的方法，还包括用LED芯片固晶在铜基板上制成LED光源，并将铜基板直接与散热器贴合，减少LED芯片和散热器之间的热阻界面。采用上述任何一种方法，在工作状态下，LED球泡灯光源的芯片温度比所述散热器的表面温度低3 15 °C。本专利技术通过将散热器的电源变换器安装腔做成与电源变换器相适配的棱柱形腔体，以增大散热鳍片基座的厚度，提高散热鳍片基座比热容量的方法来改善LED球泡灯的散热性能，该方法与传统减小散热鳍片基座厚度的做法相反，克服了传统只是一味通过增大散热面积来改善散热效果的技术偏见，同时结合其它改善散热性能的方法，成功地解决了大功率LED球泡灯的散热问题，可以生产出符合使用寿命、功率达20W、光通量达1750流明的LED球泡灯。经测试，输入功率为3 7W时，LED芯片本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种LED球泡灯，包括灯头（1）、太阳花挤型铝散热器（4）、设置于所述散热器（4）内的电源变换器（3）、设置于所述散热器（4）一端的LED光源（5）和透光装置、以及连接灯头（1）和所述散热器（4）的绝缘座（2），其特征在于：所述散热器（4）的电源变换器安装腔（41）是与所述电源变换器（3）相适配的棱柱形腔体，散热器（4）一端设置LED光源安装腔（42），LED光源（5）基板（51）的底面和侧面与LED光源安装腔（42）紧密贴合，所述基板（51）与散热器（4）的接触面积为散热器（4）各散热鳍片表面积之和的0.83%～1.13%，散热鳍片底部厚、顶部薄，相邻散热鳍片之间的夹角为8.5～10度；散热器（4）的表面具有含MnO2的高辐射散热率纳米涂料层；所述透光装置为实心平凸透镜（6），厚度为所述散热器（4）高度的1/12～1/8，平凸透镜（6）与所述LED光源（5）的出光面紧密贴合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨然森，
申请(专利权)人：杨然森，张毓鋆，
类型：发明
国别省市：
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