TWI555948B - Led球泡燈 - Google Patents

Description

LED球泡燈

本發明係關於一種發光二極體（LED）燈，特別是關於一種具大角度出光特性或稱作全周光的LED球泡燈（omni-directional LED bulb）。

當LED於60年代被使用後，過去因使用功率不高，只拿來作為顯示燈及訊號燈，不過但近年來其亮度、功率皆有顯著提升。LED燈具是目前的照明裝置中功耗最小的，因此為最符合綠能的電子照明產品。然而因為LED的光源與發射出的光形，相較於傳統的光源來說不但是點光源，而且具有指向性。雖然有著功耗極低的優點，但是要將點光源擴散並且可以適用於照明，還需要其他的設計與改良才可以達到。

如前述，由於LED指向性高，較難應用於需較廣照明範圍之場合。若需達到大發光角度或全周光型效果，需要利用反射、折射、散射LED光線，或由基本的出光面去延伸加長而實現全周光的構造，因此需要提高成本增加更多的零件。就幾何結構改良方面，目前若要達到全周光，通常是將LED發光模組設置於柱狀或錐狀散熱座的側面，也就是藉由將LED晶粒裝設於側面，藉此增加發光角度。通常LED晶粒所設置的側面與水平面的角度通常較大，約大於35度至90度，也因此柱狀或錐狀散熱座有相當的高度，使得LED球泡燈的整體高度欲小不易，而有尺寸過大的問題。

有鑑於此，本發明係提供一種LED球泡燈，通過結構設計改良，在不增加LED球泡燈的高度下，仍可達到大發光角度的效果。

本發明係提出一種LED球泡燈，其中利用具有傾斜平面的LED載台，搭配適合物理特性和幾何結構的燈罩，可以有效達到全周光（≧270度）的效果，且不至於大幅增加LED球泡燈的高度，符合小型化的設計趨勢。

根據本發明一實施例之LED球泡燈，其包括燈罩、電源連接座、LED發光模組、電源轉換模組以及散熱座(heat sink)。電源轉換模組電連接該電源連接座和LED發光模組，可將交流電轉換為直流電，以提供LED發光模組所需電源。散熱座包含上表面，該上表面包含至少二個傾斜平面的LED載台，用以承載該LED發光模組。當LED球泡燈的燈罩垂直朝上設置時，該傾斜平面和水平面形成的角度的範圍在10~25度，且該LED球泡燈的發光角度至少為270度。特而言之，本發明的LED球泡燈選用較小傾斜角度的LED載台，僅略微增加散熱座的高度，因此不會大幅增加LED球泡燈的整體高度，適合小型化的設計。

一實施例中，該燈罩的霧度至少90%，用以獲得LED球泡燈較大的LED發光角度。

一實施例中，燈罩相較於散熱座係橫向凸出，具體而言，該散熱座上表面的直徑和燈罩最寬處的直徑的比值在50-70%。

一實施例中，該散熱座另包含環形側壁，該環型側壁的上緣連接該上表面周緣，且該散熱座為上寬下窄的結構。

一實施例中，LED球泡燈另包含底座，該底座配合連接該燈罩開口的周緣。

一實施例中，該散熱座最高點高於燈罩和底座交界處，且散熱座最高點與燈罩和底座交界處的垂直距離約2.5~15mm。

一實施例中，該燈罩與底座交界處與燈罩外殼形成切線，該切線與垂直線的夾角在30至60度。

一實施例中，該底座為上寬下窄的中空結構，且其內側壁的斜度和該散熱座的環形側壁的斜度吻合，使得該散熱座的主要部分可容置於該底座內。

一實施例中，該燈罩的透光率至少75%。

一實施例中，散熱座的上表面包含3-8個傾斜平面，用以承載該LED發光模組。

本發明改良散熱座上LED發光模組的傾斜角度，並搭配適合的燈罩，可以有效達到大出光角度或全周光的效果。此外，因本發明散熱座上LED發光模組所在傾斜平面的角度不大於25度，不致於造成散熱座的高度過高。因此，根據本發明製作LED球泡燈的高度不會因為全周光的需求而製作的太高，而不符小型化的需求。

為讓本發明之上述和其他技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

參照圖1和圖2，圖1顯示一LED球泡燈10的立體外觀示意圖，圖2顯示LED球泡燈10的立體分解圖。LED球泡燈10包含燈罩11、散熱座12、電源轉換模組13、底座14、電源連接座15以及LED發光模組16。本實施例中，燈罩11下緣設置有螺紋連接結構，可搭配設置於底座14上緣的相對應螺紋結構，亦即底座14的下緣結構配合燈罩11開口的周緣結構，以將兩者進行結合。燈罩11和底座14的結合方式亦可採用其他扣接方式或黏合方式，而不以本實施例為限。燈罩11的形狀可為但不限於球形，其他類似橢圓、方形等其他形狀亦可使用。散熱座12的上表面17包含二個傾斜平面的LED載台18和19，用以承載該LED發光模組16，並提供散熱功效。LED發光模組的數量並無一定限制，不過通常會依照傾斜平面的數量而定，以方便製作。此外，散熱座12另包含連接該上表面17周緣的環狀側壁20，該環狀側壁20為上寬下窄的結構。從整體而言，該散熱座11也是上寬下窄的結構。環狀側壁20和上表面17之間形成中空容室。底座14為上寬下窄的環狀中空結構，且其環狀中空結構的內側壁斜度和散熱座12的環狀側壁20外圍的斜度吻合，如此使得散熱座12可配置於該底座14之中。電源轉換模組13設置於該散熱座12和底座14共同形成的中空空間中，兩端分別以電線連接LED發光模組16和電源連接座15，可將交流電轉換為直流電，以提供LED發光模組16發光所需電源。電源連接座15的上端連接並結合於該底座14的下緣。

圖3則顯示LED球泡燈10的剖視圖，為了清楚顯示個構件間的位置和關係，其中省略了電源轉換模組13。燈罩11可為透明或半透明的霧面形式，以達到接近90%以上透光率或半透光的效果。本實施例中，燈罩11大致成圓形或橢圓形，且燈罩11底部和底座14交界處不能超過LED發光模組16中LED晶粒的高度，以免阻礙光線的發射。散熱座12的環狀側壁20和上表面17之間形成中空容室21，其可結合底座14的下半部中空部分，以容納電源轉換模組13設置。

圖4顯示散熱座12的側面剖視圖。當散熱座12平放時，也就是LED球泡燈10的燈罩垂直朝上設置時，散熱座12上表面17上的LED載台18和19所處的平面與水平面的角度θ介於10~25度，或特別是12度、15度或20度。

為了取得更大的LED出光角度，例如達到全周光（≧270度）的效果，優選使用光擴散率較高的燈罩。照明的「光擴散」是對多光源的光、因干涉而重影讓視覺難分辨有不均勻現象，一般只要是可以干涉光前進的物質對光均有擴散作用，對於光的擴散性能則取決於干涉物質的折射率與基材折射率的比值，比值越大擴散越好，但同時必須考量良好的透光率。高擴散率的燈罩可在生產過程中，可添加光擴散劑成份並均勻分佈在燈罩板材內，當光線經過板材時，與擴散顆粒的相遇時發生折射、反射、散射等光學效果，而達到高擴散率或大發光角度的效果。通常而言，光擴散率或稱霧度（haze）愈高，具有愈高的光散射角度（wide angle scattering）。本發明的燈罩11即必須同時具有高透光率和高光擴散率，例如透光率需達到75%或以上，如特別是80%或85%，霧度達到90%或以上，或特別是92%或95%，以上透光率和霧度係根據ASTM D1003進行測試的數據，亦即以平板形式進行燈罩原材料的測量。也就是說本發明選用燈罩11時，在確保高透光率的同時，也必須同時考量以獲得最理想的光線擴散效果。某些高霧度的燈罩有時的透光率會有不足的現象，有賴於目前高功率或高流明的LED愈來愈普及，可使用較高功率的LED發光模組，例如大於等於8W，補償透光率不足所造成LED球泡燈流明數較低的問題。

復參圖3，除了使用高霧度的燈罩11來增加全周光效果，燈罩11和底座14的結構設計亦是必須考量的重點。本實施例中，底座14採上寬下窄的設計，提供光線無阻礙的發射空間，該底座14側壁與垂直線的角度ϕ1約在15~45度之間，或特別是20度或30度。另外，燈罩11最寬處的寬度或直徑大於散熱座12的上表面17的寬度或直徑，通過較寬的燈罩11橫向凸出於散熱座12而產生較大的發光散射效果。一實施例中，燈罩11最寬處的直徑A和散熱座12上表面的直徑B具有較佳的比值範圍，B/A比值在50%~70%之間，或特別是55%、60%或65%。從另一觀點來看，因底座14不透光，燈罩11與底座14交界處即表示可透光的最低點，而該交界處與燈罩11外殼的切線與垂直線的夾角ϕ2的大小亦可表示燈罩11寬度的大小，ϕ2角度愈大，表示燈罩11更橫向凸出，因此產生更大的發光角度。一實施例中，ϕ2的範圍在30~60度，亦可特別為35度、40度、45度、50度或55度。此外，LED發光模組16愈高，其與燈罩11與底座14交界處之可透光的最低點的角大愈大，因而也能獲得較大的發光角度。因此，該散熱座12的最高點必須高於燈罩11和底座14交界處，且散熱座12中上表面17的頂點與燈罩11與底座14交界處的距離H愈高，可獲得的發光角度愈大。例如在不改變傾斜角度θ的前提下將散熱座12向上位移，從而獲得較大的發光角度。一實施例中，H約在2.5-15mm的範圍，亦可特別為3mm、6mm、9mm或12mm。前述尺寸係針對一般大小球泡燈而言，若底座14較為寬大，散熱座12最高點與燈罩11和底座14交界處的垂直距離可達30mm。

綜上，如何獲得較佳的全周光效果（發光角度大於等於270度），在幾何結構部分最主要取決於LED載台18和19所處的傾斜平面與水平面的角度θ、燈罩11與底座14交界處與燈罩11外殼的切線與垂直線的夾角ϕ2、以及散熱座12中上表面17的頂點與燈罩11與底座14交界處的距離H等因素。另外，在物理特性或材質部份，燈罩11需選用霧度大於等於90%，而得以提供較大的發光角度。以下表1係不同的θ、ϕ2和H條件下所對應的發光角度實施例，其中θ=10 ^o或20 ^o，ϕ2=30 ^o或60 ^o，H=3、5或8mm。另外，較大傾斜角度或橫向凸出的燈罩的發光角度記載於表2，其中ϕ2=60 ^o，θ=10 ^o、15 ^o或20 ^o，H=3、5或8mm。表1和表2中的實施例燈罩的透光率為80%，以及霧度為92%。全周光的發光角度或發光強度分佈(luminous intensity distribution)量測符合能源之星的規範(Energy Star Lamps V1.1) ，其中規定在球泡燈背面的在135~180 ^o區域的流明數不得小於總流明數的5%。由表1和表2可以歸納出散熱座位置愈高、散熱座中LED載台的傾斜角度愈大、以及燈罩愈橫向凸出，愈能獲得較大的發光角度。LED球泡燈的發光角度可達270~320 ^o，例如特別是280 ^o、290 ^o。

表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0003"><TBODY><tr><td>   </td><td> H=3mm </td><td> H=8mm </td><td> H=13mm </td></tr><tr><td> θ=10^o; ϕ2=30^o</td><td> 270^o</td><td> 284^o</td><td> 297^o</td></tr><tr><td> θ=20^o; ϕ2=30^o</td><td> 286^o</td><td> 290^o</td><td> 299^o</td></tr><tr><td> θ=10^o; ϕ2=60^o</td><td> 284^o</td><td> 299^o</td><td> 310^o</td></tr><tr><td> θ=20^o; ϕ2=60^o</td><td> 291^o</td><td> 310^o</td><td> 318^o</td></tr></TBODY></TABLE>

表2 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0004"><TBODY><tr><td>   </td><td> θ=10^o</td><td> θ=15^o</td><td> θ=20^o</td></tr><tr><td> ϕ2=60^o; H=3mm </td><td> 285^o</td><td> 288^o</td><td> 291^o</td></tr><tr><td> ϕ2=60^o; H=8mm </td><td> 299^o</td><td> 305^o</td><td> 310^o</td></tr><tr><td> ϕ2=60^o; H=13mm </td><td> 310^o</td><td> 315^o</td><td> 318^o</td></tr></TBODY></TABLE>

圖5顯示另一實施例的散熱座30的示意圖，其為具有3個LED載台的實施例。散熱座30的上表面31包含3個傾斜平面的LED載台33、34和35，用以承載LED發光模組，並提供散熱功效。此外，散熱座30另包含連接該上表面31周緣的環狀側壁32。該環狀側壁32和上表面31形成具有下方開口的中空容室。相較於第一實施例的2個傾斜平面，本實施例採用3個傾斜平面，LED的發光將更為均勻。本發明的散熱座除了前述實施例的2或3個傾斜平面外，其他包含4~8個傾斜平面的散熱座亦可依不同需要進行設計。特而言之，本發明的散熱座包含大於等於2個傾斜平面，用以承載LED發光模組，並提供散熱功能。

本發明利用小角度的傾斜平面可達成發光角度至少達到270度的全周光的效果，且因為小角度的傾斜平面設計，可以有效降低散熱座的高度，進而降低LED球泡燈的整體高度，故可以作為LED球泡燈的小型化設計技術基礎。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域具有通常知識之技術人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧LED球泡燈
11‧‧‧燈罩
12‧‧‧散熱座
13‧‧‧電源轉換模組
14‧‧‧底座
15‧‧‧電源連接座
16‧‧‧LED發光模組
17‧‧‧上表面
18、19‧‧‧LED載台
20‧‧‧環狀側壁
21‧‧‧中空容室
30‧‧‧散熱座
31‧‧‧上表面
32‧‧‧環狀側壁
33、34、35‧‧‧LED載台

圖1為本發明一實施例的LED球泡燈的立體外觀示意圖； 圖2為本發明一實施例的LED球泡燈的分解示意圖； 圖3為本發明一實施例的LED球泡燈的側面剖視圖； 圖4為本發明一實施例的LED球泡燈的散熱座側面示意圖；以及 圖5為本發明另一實施例的LED球泡燈的散熱座立體示意圖。

10‧‧‧LED球泡燈

11‧‧‧燈罩

12‧‧‧散熱座

13‧‧‧電源轉換模組

14‧‧‧底座

15‧‧‧電源連接座

16‧‧‧LED發光模組

17‧‧‧上表面

18、19‧‧‧LED載台

20‧‧‧環狀側壁

Claims (9)

1. 一種LED球泡燈，包括：燈罩；電源連接座；LED發光模組；電源轉換模組，電連接該電源連接座和該LED發光模組，提供該LED發光模組所需電源；以及散熱座，該散熱座包含上表面，該上表面包含至少二個傾斜平面的LED載台，用以承載該LED發光模組；其中該散熱座另包含環形側壁，該環型側壁的上緣連接該上表面周緣，且該散熱座為上寬下窄的結構；其中當該LED球泡燈的燈罩垂直朝上設置時，該傾斜平面和水平面形成的角度的範圍在10~25度，且該LED球泡燈的發光角度至少為270度。
2. 根據請求項1所述之LED球泡燈，其中該燈罩的霧度至少90%。
3. 根據請求項1所述之LED球泡燈，其中該散熱座上表面的直徑和該燈罩最寬處的直徑的比值在50~70%。
4. 根據請求項1所述之LED球泡燈，其另包含一底座，該底座配合連接該燈罩開口的周緣。
5. 根據請求項4所述之LED球泡燈，其中該散熱座最高點高於該燈罩和該底座交界處，且該散熱座最高點與該燈罩和該底座交界處的垂直距離在2.5至15mm。
6. 根據請求項4所述之LED球泡燈，其中該燈罩與該底座交界處與該燈罩外殼形成切線，該切線與垂直線的夾角在30至60度。
7. 根據請求項4所述之LED球泡燈，其中該底座為上寬下窄的中空結構，且其內側壁的斜度和該散熱座的環形側壁的斜度吻合，使得該散熱座的主要部分可容置於該底座內。
8. 根據請求項1所述之LED球泡燈，其中該燈罩的透光率至少75%。
9. 根據請求項1所述之LED球泡燈，其中該散熱座的上表面包含3-8個傾斜平面，用以承載該LED發光模組。