[发明专利]发光灯泡

说明书

技术领域

本发明是关于一种灯具，且特别是关于一种发光灯泡。

背景技术

发光二极管(LED)由于其发光效率已达150lm/w以上，而且不含水银又环保，已逐渐被采用来作为照明的主要光源。然而，目前利用LED光源的LED灯泡，如果要做为取代“钨丝灯泡”或所谓”省电灯泡“，其技术上尚有下列困难点：

一.发光角太小：

发光角(Beam Angle)是指灯泡在空间内的有效照明角度，一般“钨丝灯泡”或所谓“省电灯泡”，其发光角皆可达300度以上。然而目前市场所见LED灯泡，其发光角皆在120度发光角左右，少有超过180度发光角。已知LED发光灯泡发光角较小的原因，其一为LED发光属于半空间发光角，其类似朗伯(Lambertian)光源，其发光角只有120度(以其半亮度角计算，详述如下)。不如“钨丝灯泡”或“省电灯泡”具有全空间发光角。一般理想的Lambertian光源，其光亮度I_V随与LED发光平面的法线间所夹发光角度θ增加而减少(其中I₀为发光角度θ为0度时的最高亮度)，其关系式为：

I_V(θ)＝I_OCosθ  (1)

其示意图为图1中所示。定义其可用的发光角θ_F为亮度角θ_H(于此角度时，其亮度I_V(θ_H)亮度为I₀的一半)的两倍，由式(1)可看出θ_F＝2xθ_H＝2x60＝120度。

如图2所示，另一原因为LED灯泡的外型结构限制其发光角在180度内。由于一般的LED灯泡，为了散热，必须在其灯泡电源输入端头部21至LED 20间布满散热鳍片22做为散热用。这些散热鳍片22的材质大都以散热佳的金属材料为主，如：铝、铜等或其合金，另外也有利用导热尚佳的氮化铝或氧化铝陶瓷。但这些材料皆为不透光材质，因此LED灯泡仅能于前端部23利用透光材质做为光线输出，导致光源LED 20所产生的光仅于前方180度内有光线输出。

虽然目前一已知技术在LED发光灯泡内利用二次光学结构，而可以制造出300度发光角的LED灯泡，但其结构复杂，出光效率低，均匀度不佳。其示意结构如图3所示。

如图3所示，LED 31分布在整个对应圆周上，二次光学结构30的材质为白色反光体，第一层反射板32及第二层反射板33设置于已知LED发光灯泡中。如图3中所示，LED 31所发出的光线，部分经第一层反射板32反射为灯头方向光34，另一部分光线经第二层反射板33反射为侧面方向光35，另有大部分光线经由其它方式直射为正面方向光36，藉此形成具有300度出光角的LED灯泡。但其结构复杂，出光效率低，均匀度不佳。

二.发光不均匀：

由于LED发光灯泡，其所需功率约在5W～10W左右，才能达到500～1000lm的光通亮，而单芯片LED的功率及导热问题难以达到上述要求。因此，通常LED发光灯泡皆使用多个芯片来达到上述需求。然而，这些芯片的亮度及色度互有差异，因此造成LED发光灯泡上的光斑或黄圈等不匀现象，不像“钨丝灯泡”或“省电灯泡”，其表面发光非常均匀。

三.出光效率不佳：

目前LED芯片，其发光效率虽已达150lm/W，未来更可达250lm/W，但是目前的灯泡整体发光效率约只有50％～60％的芯片效率，也就是说只有75lm/W～90lm/W而已。整体灯泡出光效率低的原因，主要有三个因素：(1)电子电路效率(目前已达80％，未来可达90％)；(2)温度因素(由于芯片发光效率随温度增加而递减，一般每增加10℃，其发光效率约降2％)；(3)灯泡结构出光率低(一般约为80％以下)。

四.散热效果不佳：

已知LED发光灯泡，其结构如图2中所示，其中散热鳍片22散热区部分的面积与前端部23出光区部分面积的总和为不变值。如果散热区增大，则出光区面积减少，反之散热区减少，出光区才能增加，因此其取舍皆困难。一般大都选择约各50％为主。因此出光区限制了散热区，结果为散热效果不佳，造成出光率减少，LED 20寿命缩短。另有一问题，如图4中所示，由于装置已知LED发光灯泡所使用的灯具的灯罩41，限制了其散热区42的空气对流，因而造成散热极差。如图4中所示，玻璃灯罩41造成热空气集中在已知LED发光灯泡的散热区42部分而无法散热。而已知LED发光灯泡的发光区43虽然空气对流较佳，却也无法帮助散热，因而造成LED芯片温度非常高。