專利名稱：發(fā)光燈泡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種燈具，且特別是關(guān)于一種發(fā)光燈泡。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)由于其發(fā)光效率已達(dá)1501m/w以上，而且不含水銀又環(huán)保，已逐漸被采用來作為照明的主要光源。然而，目前利用LED光源的LED燈泡，如果要做為取代“鎢絲燈泡”或所謂”省電燈泡“，其技術(shù)上尚有下列困難點(diǎn)
— .發(fā)光角太小發(fā)光角(Beam Angle)是指燈泡在空間內(nèi)的有效照明角度，一般“鎢絲燈泡”或所謂“省電燈泡”，其發(fā)光角皆可達(dá)300度以上。然而目前市場(chǎng)所見LED燈泡，其發(fā)光角皆在120度發(fā)光角左右，少有超過180度發(fā)光角。已知LED發(fā)光燈泡發(fā)光角較小的原因，其一為L(zhǎng)ED發(fā)光屬于半空間發(fā)光角，其類似朗伯(Lambertian)光源，其發(fā)光角只有120度(以其半亮度角計(jì)算，詳述如下)。不如“鎢絲燈泡”或“省電燈泡”具有全空間發(fā)光角。一般理想的Lambertian光源，其光亮度Iv隨與LED發(fā)光平面的法線間所夾發(fā)光角度Θ增加而減少(其中Itl為發(fā)光角度Θ為O度時(shí)的最高亮度)，其關(guān)系式為Ιν( Θ ) = I0Cos θ (I)其示意圖為圖I中所示。定義其可用的發(fā)光角亮度角ΘΗ(于此角度時(shí)，其売度Iy ( 9 h)売度為I。的一+)的兩倍，由式⑴可看出θρ = 2χθΗ = 2x60 = 120度。如圖2所示，另一原因?yàn)長(zhǎng)ED燈泡的外型結(jié)構(gòu)限制其發(fā)光角在180度內(nèi)。由于一般的LED燈泡，為了散熱，必須在其燈泡電源輸入端頭部21至LED 20間布滿散熱鰭片22做為散熱用。這些散熱鰭片22的材質(zhì)大都以散熱佳的金屬材料為主，如鋁、銅等或其合金，另外也有利用導(dǎo)熱尚佳的氮化鋁或氧化鋁陶瓷。但這些材料皆為不透光材質(zhì)，因此LED燈泡僅能于前端部23利用透光材質(zhì)做為光線輸出，導(dǎo)致光源LED 20所產(chǎn)生的光僅于前方180度內(nèi)有光線輸出。雖然目前一已知技術(shù)在LED發(fā)光燈泡內(nèi)利用二次光學(xué)結(jié)構(gòu)，而可以制造出300度發(fā)光角的LED燈泡，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出光效率低，均勻度不佳。其示意結(jié)構(gòu)如圖3所示。如圖3所示，LED 31分布在整個(gè)對(duì)應(yīng)圓周上，二次光學(xué)結(jié)構(gòu)30的材質(zhì)為白色反光體，第一層反射板32及第二層反射板33設(shè)置于已知LED發(fā)光燈泡中。如圖3中所不，LED31所發(fā)出的光線，部分經(jīng)第一層反射板32反射為燈頭方向光34，另一部分光線經(jīng)第二層反射板33反射為側(cè)面方向光35,另有大部分光線經(jīng)由其它方式直射為正面方向光36,藉此形成具有300度出光角的LED燈泡。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出光效率低，均勻度不佳。二 ·發(fā)光不均勻由于LED發(fā)光燈泡，其所需功率約在5W IOW左右，才能達(dá)到500 IOOOlm的光通亮，而單芯片LED的功率及導(dǎo)熱問題難以達(dá)到上述要求。因此，通常LED發(fā)光燈泡皆使用多個(gè)芯片來達(dá)到上述需求。然而，這些芯片的亮度及色度互有差異，因此造成LED發(fā)光燈泡上的光斑或黃圈等不勻現(xiàn)象，不像“鎢絲燈泡”或“省電燈泡”，其表面發(fā)光非常均勻。
三·出光效率不佳目前LED芯片，其發(fā)光效率雖已達(dá)1501m/W，未來更可達(dá)2501m/W，但是目前的燈泡整體發(fā)光效率約只有50% 60%的芯片效率，也就是說只有751m/W 901m/W而已。整體燈泡出光效率低的原因，主要有三個(gè)因素(I)電子電路效率(目前已達(dá)80%，未來可達(dá)90% ) ；(2)溫度因素(由于芯片發(fā)光效率隨溫度增加而遞減，一般每增加10°C，其發(fā)光效率約降2% ) ; (3)燈泡結(jié)構(gòu)出光率低(一般約為80%以下)。四·散熱效果不佳已知LED發(fā)光燈泡，其結(jié)構(gòu)如圖2中所示，其中散熱鰭片22散熱區(qū)部分的面積與前端部23出光區(qū)部分面積的總和為不變值。如果散熱區(qū)增大，則出光區(qū)面積減少，反之散熱區(qū)減少，出光區(qū)才能增加，因此其取舍皆困難。一般大都選擇約各50%為主。因此出光區(qū)限制了散熱區(qū)，結(jié)果為散熱效果不佳，造成出光率減少，LED 20壽命縮短。另有一問題，如圖4中所示，由于裝置已知LED發(fā)光燈泡所使用的燈具的燈罩41，限制了其散熱區(qū)42的空氣對(duì)流，因而造成散熱極差。如圖4中所示，玻璃燈罩41造成熱空氣集中在已知LED發(fā)光燈泡的散熱區(qū)42部分而無法散熱。而已知LED發(fā)光燈泡的發(fā)光區(qū)43雖然空氣對(duì)流較佳，卻也無法幫助散熱，因而造成LED芯片溫度非常高。五·重量太重已知LED發(fā)光燈泡，如圖2所示，由于必須設(shè)置散熱鰭片22以幫助散熱，造成其重量約在150g左右，相較于一般“鎢絲燈泡”約只有50g左右明顯重量太重。六.外觀不佳一般“鎢絲燈泡”或“省電燈泡”，其發(fā)光區(qū)為一個(gè)完整的球狀，外型美觀、順暢。然而如圖2所示的已知LED發(fā)光燈泡，其發(fā)光區(qū)外尚有一大部分的散熱區(qū)，造型奇特，不易為一般家庭照明所接受。七·金屬散熱區(qū)易造成觸電危險(xiǎn)已知LED發(fā)光燈泡正逐漸采用高壓直流LED或交流LED做為電源，但其輸入電源皆利用交流電整流后直接輸入。如果其散熱片為金屬材料，則易因接地端反插而觸電。因此必須利用隔離變壓器來防止，但也增加了功率損失及成本增加。八.價(jià)格太貴目前LED芯片價(jià)格已降到300 4001m/USD，即每一塊美金的流明數(shù)已達(dá)300 4001m，未來可達(dá)10001m/USD。雖然目前I個(gè)1000流明的燈泡芯片只需2. 5 3. 3美金，但是因?yàn)檎w效率只有50% 60%出光效率，因此實(shí)際使用LED芯片的成本仍要5 7美元，再加上散熱鰭片及電子電路，每個(gè)成本尚達(dá)10美元以上，因此無法普遍使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所欲解決的技術(shù)問題與目的綜合以上所述，本發(fā)明提出一個(gè)全新的發(fā)光燈泡結(jié)構(gòu)，具有發(fā)光均勻及散熱良好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明解決問題的技術(shù)手段本發(fā)明為解決已知技術(shù)的問題，所采用的技術(shù)手段是提供一種發(fā)光燈泡，包括光源以及罩體。光源用以發(fā)出光。罩體界定內(nèi)部空間，并且光源是設(shè)置于罩體內(nèi)并與所述罩體導(dǎo)熱連接。罩體由導(dǎo)熱材料所制成并可反射光源所發(fā)出的光至內(nèi)部空間。其中，罩體上形成多個(gè)穿孔，以使設(shè)置于罩體內(nèi)的光源所發(fā)出的光自穿孔射出。本發(fā)明所采用的具體實(shí)施例，將藉由以下的實(shí)施例及圖式作進(jìn)一步的說明。


圖I是理想Lambertian光源示意圖；圖2是一已知LED燈泡示意圖；圖3是具有二次光學(xué)結(jié)構(gòu)的另一已知LED燈泡示意圖；圖4是一已知LED燈泡裝配示意圖；圖5是本發(fā)明的發(fā)光燈泡第一較佳實(shí)施例示意圖；圖6是本發(fā)明的發(fā)光燈泡第一較佳實(shí)施例的光路徑示意圖；圖7是一已知LED燈泡的光路徑示意圖；圖8是本發(fā)明的發(fā)光燈泡罩體的開孔率示意圖；圖9是本發(fā)明的發(fā)光燈泡第二較佳實(shí)施例示意圖；圖10是本發(fā)明的發(fā)光燈泡第三較佳實(shí)施例示意圖；圖11是本發(fā)明的發(fā)光燈泡第四較佳實(shí)施例示意圖；圖12是本發(fā)明的發(fā)光燈泡第五較佳實(shí)施例示意圖；
圖13是已知LED燈泡的多個(gè)LED的光路徑示意圖；以及圖14是本發(fā)明發(fā)光燈泡的第六較佳實(shí)施例具多個(gè)LED的示意圖；以及圖15是本發(fā)明發(fā)光燈泡的第七較佳實(shí)施例應(yīng)用多色LED的示意圖。主要組件符號(hào)說明20LED21電源輸入端頭部22散熱鰭片23前端部30二次光學(xué)結(jié)構(gòu)31LED32第一層反射板33第二層反射板34燈頭方向光35側(cè)面方向光36正面方向光41燈罩42散熱區(qū)43發(fā)光區(qū)50電源輸入端頭51LED52電路板53殼體
54罩體55穿孔56反光涂料57電絕緣涂料61LED62罩體71LED
72罩體81LED82罩體83穿孔90LED91透光層92罩體93穿孔101LED102光線103罩體104穿孔111LED112罩體113穿孔121LED122罩體123穿孔131罩體141罩體LEDlLEDLED2LEDR紅光 LEDG綠光 LEDB藍(lán)光 LEDW白光 LED
具體實(shí)施例方式本說明書中所提及的一數(shù)目以上或以下，是包含數(shù)目本身。且應(yīng)了解的是，本說明書揭示執(zhí)行所揭示功能的某些方法、流程，存在多種可執(zhí)行相同功能的與所揭示結(jié)構(gòu)有關(guān)的結(jié)構(gòu)，且上述的結(jié)構(gòu)通?？蛇_(dá)成相同結(jié)果。本發(fā)明的一實(shí)施例，其如圖5中所示的結(jié)構(gòu)，其中本發(fā)明的發(fā)光燈泡包含燈泡電源輸入端頭50、光源、電路板52、殼體53、以及與殼體53連結(jié)并可結(jié)合為一體裝置的罩體54。光源用以發(fā)出光，并包含至少一個(gè)發(fā)光二極管(LED) 51、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)或其它例如激光等發(fā)光光源。罩體54界定內(nèi)部空間,光源是設(shè)置于罩體54內(nèi)并與罩體54導(dǎo)熱連接。罩體54由導(dǎo)熱材料所制成并可反射光源所發(fā)出的光至內(nèi)部空間。其中，罩體54上形成多個(gè)穿孔55，以使設(shè)置于所述罩體54內(nèi)的光源所發(fā)出的光自穿孔55射出。如LED 51等的光源是裝置于電路板52上，只要電路板52與罩體54之間具良好的導(dǎo)熱連接(含直接及間接)，電路板52無論設(shè)置于罩體54內(nèi)側(cè)或罩體54外側(cè)皆可透過罩體54而經(jīng)由空氣散熱。詳細(xì)而言，若電路板52置于罩體54內(nèi)側(cè),光源的LED 51及電路板52所產(chǎn)生的熱 是直接透過罩體54而經(jīng)由空氣散熱。若電路板52置于罩體54外側(cè)(如圖5的實(shí)施例所示)，一方面，光源的LED 51及電路板52所產(chǎn)生的熱可直接透過罩體54而經(jīng)由空氣散熱，另一方面，由于電路板52裝置于殼體53內(nèi)并與殼體53導(dǎo)熱連接,而殼體53與罩體54導(dǎo)熱連接，光源的LED 51所產(chǎn)生的熱亦可以經(jīng)由電路板52所包含的鋁基板導(dǎo)熱到殼體53，再傳導(dǎo)至發(fā)光燈泡罩體54，最后經(jīng)由空氣散熱。在某些實(shí)施例中，若電路板52與罩體54之間無直接的導(dǎo)熱連接，光源的LED 51及電路板52所產(chǎn)生的熱亦可僅經(jīng)由電路板52所包含的鋁基板導(dǎo)熱到殼體53，再傳導(dǎo)至發(fā)光燈泡罩體54,最后經(jīng)由空氣散熱。另外，所述用以提供電源輸入的電源輸入端頭50與發(fā)光燈泡的殼體53銜接，并用以提供光源所需的點(diǎn)亮驅(qū)動(dòng)，亦作為支撐整個(gè)燈泡之用。罩體54界定一內(nèi)部空間，如LED 51的光源是設(shè)置于罩體54內(nèi)。發(fā)光燈泡罩體54可反射LED 51所發(fā)出的光。于本實(shí)施例中，罩體54實(shí)質(zhì)上為球殼狀。燈泡罩體54由導(dǎo)熱材料所制成且較佳為導(dǎo)熱性良好的金屬為主，如鋁、銅等或其合金。球殼狀罩體54亦做為發(fā)光燈泡的發(fā)光面，因此其上布置有非常眾多的多個(gè)穿孔55，以使設(shè)置于罩體54內(nèi)的光源所發(fā)出的光自穿孔55射出。發(fā)光燈泡的球殼狀罩體54的內(nèi)側(cè)較佳涂覆有白色反光涂料56，以反射(或稱漫射)所述光源所發(fā)出的光至內(nèi)部空間。白色反光涂料56必須選擇反射率佳及白度高的涂料。目前常用的白色反光涂料56包含反射特性較佳的硫酸鋇(Ba2S04)、聚四氟乙烯(Teflon)或二氧化鈦(Ti02)，其反射率可達(dá)98%，白度也可達(dá)99%。反光涂料56是一種漫射性反光材料，因此光線由LED 51發(fā)射到球殼狀罩體54內(nèi)壁后，經(jīng)過白色反光涂料56后，幾乎全部漫射回到罩體54的內(nèi)部空間內(nèi)，其光吸收損失非常小。為了增加發(fā)光燈泡罩體54的美觀及防止觸電，發(fā)光燈泡球殼狀罩體54的外側(cè)亦涂覆有白色電絕緣涂料57。因此，可使整個(gè)發(fā)光燈泡罩體54如已知省電燈泡呈現(xiàn)均勻粉白色，而且因?yàn)殡娊^緣涂料57的電氣絕緣性，也防止了觸電的危險(xiǎn)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，采用光學(xué)積分球(Integrating Sphere)的原理為出發(fā)點(diǎn)。光學(xué)積分球的原理中最重要者是利用球面型結(jié)構(gòu)特性，藉由光線在球殼狀罩體54內(nèi)側(cè)多次反射，藉此將光線完全均勻化。換句話說，如果一個(gè)點(diǎn)光源置于球面上的任一點(diǎn)，則球面上任一單位面積上的光通量(light flux)皆相同。換句話說，所述點(diǎn)光源的光通量被平均分配到整個(gè)球面上，因此其單位面積光通量幾乎相同。如果各點(diǎn)的光漫射角度也相同，則各點(diǎn)的光亮度(每單位立體角內(nèi)的光通量)也相同。由于罩體54內(nèi)側(cè)涂布有白色反光涂料56，其漫射程度非常良好，因此可以符合上述的條件，即燈殼內(nèi)側(cè)各點(diǎn)的光亮度將非常均勻。以上所述的理論，可以利用圖6來說明。如圖6中所不，半徑為RO的積分球,光源LED 61置于球殼狀罩體62的球面上任一點(diǎn)位置，則球殼狀罩體62的所述點(diǎn)位置上，其dA面積所受到LED 61的光通量可由下述數(shù)學(xué)式導(dǎo)出。假設(shè)LED為L(zhǎng)ambertiam點(diǎn)光源，因此其光亮度為角度Θ的函數(shù)，其大小可假設(shè)為I ( Θ ) = I0Cos Θ，則由所述點(diǎn)光源LED 61照射到球殼狀罩體62的所述點(diǎn)位置上的光通量dL=I(0)cm，其中(1Ω為由LED 61到球殼狀罩體62的所述點(diǎn)位置的dA面積所張開的立體角，且R為發(fā)光點(diǎn)61到點(diǎn)62dA面積的距離。其中
「 於 dACosO
dO. ^~
R2
dACosOVR = 2R0Cos(6),.^ = ^-^以上述公式代入dL = Ι(Θ)(1Ω，可推導(dǎo)出dL = {θ) Ω = I0CosO ·=合dA …· (2)因此可得出H…⑶透過運(yùn)算推導(dǎo)，可得知在球面上任何單位面積上的光通量皆相同。因此，如果所述小面積dA為微細(xì)穿孔，則不論所述微細(xì)穿孔的位置，其光輸出光通量皆相同。但已知LED發(fā)光燈泡結(jié)構(gòu)中，如圖7所示，LED 71是置于發(fā)光燈泡罩體72的半球的中心點(diǎn)Ro。若考慮球面上任一點(diǎn)面積dA，其光通量為
JdL = (θ) Ω. = IoCos0· — = 0 2 CosO
rO因此可得出
/ \— = -^7 CosO .…(4)
dA \Ro J由式(4)可看出，所述球面上單位面積的光通量^將隨角度Θ而變化，而其關(guān)系
dA
為CosQ關(guān)系。當(dāng)Θ = 60時(shí)，所述球面上單位面積的光通量$已減為50%，一般稱此角
dA
為半亮度角ΘΗ。所述半亮度角ΘΗ的兩倍，通常稱為發(fā)光角θρ = 2θΗ。由此可知，其發(fā)光角為120度。然而本發(fā)明發(fā)光燈泡的發(fā)光角，由式(3)可看出，與角度Θ無關(guān)，因此其發(fā)光角為全方位，也可說是發(fā)光角為360度。比較(3)式與(4)式可看出，本發(fā)明發(fā)光燈泡為完全均勻發(fā)光，而已知LED發(fā)光燈泡為不均勻發(fā)光。如圖6中所示，如果所述點(diǎn)dA不是穿孔，而是罩體的殼壁，則所述光通量dL將因殼壁上的白色反射物質(zhì)而產(chǎn)生漫射反射(Scattering)。由于涂覆殼壁上的反射物質(zhì)為白色反光涂料，例如硫酸鋇(Ba2S04)、聚四氟乙烯(Teflon)或二氧化鈦(Ti02)等白色反射物質(zhì)，因這些白色反射體，在可見光范圍的反射率(reflection)!·非常高，且其頻譜反射率(Spectra-reflectivity)R( λ )非常平坦,所以其反射光幾乎維持原來的色度。也就是說，其白度非常高，一般白度可達(dá)99%，而其反射率r也可達(dá)98%左右。反射率r的高低，會(huì)影響燈泡的出光效率。如果反射率r為理想100%，則燈泡的光效率也可達(dá)100%，但如果反射率r< 100%，則燈泡的出光率將會(huì)下降，其關(guān)系將以圖8來說明。如圖8所示，假設(shè)LED 81為L(zhǎng)ambertian點(diǎn)光源，其發(fā)出的光通量為L(zhǎng)i。罩體82上布有多個(gè)細(xì)微穿孔83。假設(shè)細(xì)微穿孔83的直徑大小為d，其分布密度的間距(pitch)為P，則定義全部穿孔83的開孔率
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光燈泡，包括 光源，用以發(fā)出光；以及 罩體，界定內(nèi)部空間，其中所述光源是設(shè)置于所述罩體內(nèi)并與所述罩體導(dǎo)熱連接，并且所述罩體由導(dǎo)熱材料所制成并反射所述光源所發(fā)出的光至所述內(nèi)部空間； 其中所述罩體上形成多個(gè)穿孔，以使設(shè)置于所述罩體內(nèi)的所述光源所發(fā)出的光自所述多個(gè)穿孔射出。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述光源包含至少一個(gè)發(fā)光二極管LED。
3.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述罩體為鋁、銅或其合金材料所制成。
4.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體為陶瓷材料所制成。
5.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體的內(nèi)側(cè)涂覆反光涂料。
6.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體的外側(cè)涂覆有電絕緣涂料。
7.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體上形成的所述多個(gè)穿孔為均勻分布。
8.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體上形成的所述多個(gè)穿孔為非均勻分布。
9.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體實(shí)質(zhì)上為球殼狀。
10.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體實(shí)質(zhì)上為橢圓球殼狀。
11.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述罩體的外側(cè)覆蓋有透光層。
12.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光燈泡，其中所述光源包含多個(gè)所述LED。
13.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡的所述光源可包含白光LED或至少包含紅光、綠光、藍(lán)光LED的組合。
14.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡包含電路板，所述光源是裝置于所述電路板上，且所述電路板與所述罩體導(dǎo)熱連接。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光燈泡，其中所述發(fā)光燈泡更包含殼體，所述電路板裝置于所述殼體內(nèi)并與所述殼體導(dǎo)熱連接，并且所述殼體與所述罩體導(dǎo)熱連接。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光燈泡，其中所述殼體與所述罩體結(jié)合為一體。
17.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光燈泡，其中所述電路板包含鋁基板。
18.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光燈泡，其中所述反光涂料包含硫酸鋇Ba2S04、聚四氟乙烯Teflon或二氧化鈦Ti02。
19.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光燈泡，其中所述光源包含至少一個(gè)有機(jī)發(fā)光二極管0LED。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光燈泡，包括光源以及罩體。光源用以發(fā)出光。罩體界定內(nèi)部空間，并且光源是設(shè)置于罩體內(nèi)并與所述罩體導(dǎo)熱連接。罩體由導(dǎo)熱材料所制成并可反射光源所發(fā)出的光至內(nèi)部空間。其中，罩體上形成多個(gè)穿孔，以使設(shè)置于罩體內(nèi)的光源所發(fā)出的光自穿孔射出。
文檔編號(hào)F21S2/00GK102865468SQ20111037522
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者王遵義 申請(qǐng)人:光遠(yuǎn)科技股份有限公司