集成到紧凑型荧光灯中的LED的热学管理

摘要

一种光源组件，包括具有冷点温度并辐射白光的低压荧光放电管装置和辐射红光的至少一个发光二极管。工作回路向放电管装置和发光二极管供应电流。外玻壳至少包围放电管装置并提供由放电管装置发出的光和由发光二极管发出的光的混合物导致的大致均质的光。基座至少将外玻壳中的放电管装置机械地且电气地连接到灯座上。

权利要求

1.一种照明组件，包括：

辐射光的低压放电灯；

发光的至少一个发光二极管(LED)；

从所述LED接收光并将LED光与放电灯光混合的光导；

用来至少向所述放电灯供电的工作回路；

用来至少将所述放电灯机械和电气地连接到相关灯座上的金属基座；且所述至少一个LED与该基座成热传导关系；

其中所述光导包括第一段以及第二段，所述第一段设置在壳体和所述基座内，且所述第一段是不透光的，以防止来自所述LED的光的辐射穿过所述光导的侧壁。

2.如权利要求1所述的照明组件，其特征在于，所述照明组件还包括置于所述发光二极管和所述基座之间的热沉。

3.如权利要求2所述的照明组件，其特征在于，所述LED邻近地接触所述热沉，且所述热沉邻近地接触所述基座。

4.如权利要求2所述的照明组件，其特征在于，所述热沉是金属部件。

5.如权利要求2所述的照明组件，其特征在于，所述热沉支承所述光导。

6.如权利要求5所述的照明组件，其特征在于，所述热沉在第一和第二隔开的位置处支承所述光导。

7.如权利要求1所述的照明组件，其特征在于，所述工作回路还向所述发光二极管供电。

8.一种照明组件，包括：

辐射光的低压放电灯；

用来与相关的灯座机械地且电气地连接的具有第一端和第二端的基座，该放电灯从所述第一端延伸，所述第二端从所述基座隔开；

至少一个发光二极管(LED)，其在用于将所述LED和所述放电灯热学地隔离的所述第二端附近发光；

伸长的光导，其从LED附近经过所述基座延伸并从所述LED接收光，且经过所述基座的第一端沿所述放电灯的主要部分延伸，以将LED光与放电灯光混合；以及至少向所述放电灯供电的工作回路。

9.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述光导完全通过所述基座延伸。

10.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述LED设置在所述基座中。

11.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述LED设置在插座中，所述插座选择性地连接到所述基座上。

12.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述照明组件还包括与所述发光二极管以及所述基座成热传导关系的热沉。

13.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述光导是直线形的，且其第一端设置在所述基座中，而第二端在所述放电灯的远端附近终止。

14.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述基座容纳用于可操作地驱动所述放电灯的镇流器。

15.如权利要求14所述的照明组件，其特征在于，所述镇流器通过屏障与所述放电灯分开。

16.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述LED位于所述光导的第二端处并邻近所述基座的所述第二端。

17.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述LED发射红光，而所述放电灯发射白光。

18.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述照明组件还包括所述LED和所述光导之间的光学接口。

19.如权利要求18所述的照明组件，其特征在于，所述光学接口包括具有和所述光导相同折射率的材料。

20.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述光导包括在仅邻近所述放电灯的区域中沿所述光导的长度用来散射LED光的装置。

21.如权利要求8所述的照明组件，其特征在于，所述照明组件还包括在所述放电灯上以包围关系从所述基座延伸的玻壳。

说明书

集成到紧凑型荧光灯中的LED的热学管理

技术领域

[0001] 本发明涉及一种紧凑型荧光灯组件，且更特别地，涉及到一种集成LED的紧凑型荧光灯组件。

背景技术

[0002] 对紧凑型荧光灯(CFL)的低显色性的现有技术解决方案集中于光学特性、荧光粉、CRI等。尽管存在全光谱荧光灯，但这些灯具有较低的每瓦流明(LPW)，较差的颜色和流明保持性，或较低的红色显色性。因此，与白炽灯或自然太阳光相比，当由常规CFL照明时，包含红色的颜色似乎明显不同。例如，对于常规的CFL光源，某些颜色缺少鲜艳的、很明显的红色。市场上有使用荧光粉来解决所需显色性问题的CFL。

[0003] 不幸的是，荧光粉解决方案对于增强颜色质量是不够的，因为放电会使这些灯的荧光粉和流明保持性以及色彩稳定性劣化，不满足用户需求。

[0004] 向CFL提供的白光中添加一小部分(约由CFL所产生的白光的5-10％)由基于发光二极管(LED)的光源产生的红光是增强红色显色性的另一种方案。

[0005] 另一方面，由于目前可用的高效红色LED是温度敏感的，通过LED加入红色会遇到问题。随着升高的环境温度，LED的流明输出显著降低。例如，加热至80℃时，LED的效率和流明输出下降至在25℃下测量值的大约一半。不幸的是，低压荧光放电管即CFL的工作温度为大约80-110℃，而周围的部件(如外灯泡和镇流器)由热传导和对流加热到大约60-70℃。因此，LED必须与CFL热学上隔离，且由LED产生的热(约1-3瓦)必须被消散，以便最大化LED的效率和流明输出。

[0006] 因此，存在着对一种灯组件的需求，其提供与CFL光源结合的LED光源的光混合和热学管理解决方案，以便以期望的使用寿命改善光质量和显色性。

发明内容

[0007] 一种光源组件，包括辐射白光的低压荧光放电管装置和辐射与白色光混杂的红光的至少一个LED，且该组件有效地解决了热学管理特性的问题，从而提高了LED的效率和流明输出。

[0008] 该组件还包括基座，该基座包括金属部分，该金属部分至少将放电管装置机械地且电气地连接到灯座上。

[0009] 在一个实施例中，该发光二极管设置在基座中，并且由LED二极管辐射的光通过至少一个光导被导向外玻壳中的放电管装置的附近。

[0010] 在另一实施例中，热沉将由LED产生的热消散。LED优选地接触热沉，且热沉接触基座的金属部分，以有效地传送来自LED的热。

[0011] 在另一实施例中，LED设置在灯座中。LED光通过伸过基座的光导组件被导向放电管装置的附近。

[0012] 本公开的一个主要好处涉及与CFL光源有关的改善的显色性。

[0013] 本公开的另一个优点在于改善的热学管理。

[0014] 又另一个好处与集成LED的CFL的改善的集成度有关。

[0015] 由对以下详细说明的阅读和理解，本公开的又其它的好处和优点将变得明显。

附图说明

[0016] 图1是根据本公开的一个方面的集成LED的荧光灯组件的示意图。

[0017] 图2是图1的局部放大图。

[0018] 图3是图1的局部放大图。

[0019] 图4是为便于说明，去除选定部分的集成LED的荧光灯组件的透视图。

[0020] 图5是LED位于荧光灯的基座部分中的放大视图。

[0021] 图6是LED位于基座部分中的进一步放大视图。

[0022] 图7是去除选定部分的集成LED的荧光灯组件的另一实施例的正视图。

[0023] 图8是根据本公开的另一个方面的集成LED的荧光灯组件的示意图。

[0024] 图9是图8的局部放大图。

具体实施方式

[0025] 现在参见附图，其中贯穿若干视图相似的数字代表相似的零件，图1-3图示了是根据本公开的一个方面的集成LED的紧凑型荧光灯(“CFL”)组件10。该组件通常包括低压荧光放电灯装置12，该装置包括附接到典型地由塑料形成的外壳或壳体16上的至少一个低压放电管14。在所描绘的实施例中，CFL组件包括两个通常为U形的低压放电管14，每个放电管均辐射白光(3000K-4000K，480-1200lm)。当然，将会意识到，可以使用其它荧光灯装置如具有伸长的路径的螺旋形放电管，并且以本领域通常众所周知的方式使用，如本文描述的其它实施例中将会明显可见的那样。该放电管装置12和壳体16可以组装在一起形成单一的元件。

[0026] 在此图示的实施例中，玻壳如玻璃壳或外灯泡20包围荧光放电灯装置12，但是，将会意识到，在本公开的所有意向最终用途中，外玻壳并不存在。外玻壳优选由光导材料，如玻璃或光透射塑料材料制成。外玻壳20包围物理容量22，该容量例如可排空或供给气体填充物。如图所示，外玻壳通过塑料卡圈30固定在壳体16上，尽管设想了用来将外玻壳附接到壳体上的备选方式。卡圈又附接到壳体16的第一尾段32上并从壳体向外延伸以限定环形空间34从而在其中容纳外玻壳的开口端部36。外玻壳固定地紧固在塑料壳体和卡圈上。壳体16的第二开口尾段40附接到传导性金属基座42上，该基座显示为呈传统的爱迪生式螺丝灯座的形式。该基座用于机械夹持的目的，并用作到相关灯安装件或灯座(未示出)的电气连接。

[0027] 灯电子器件如电子镇流器50优选地位于图1-3的实施例的壳体16内。众所周知，镇流器50供应必需的功率电子器件、电源和电路条件(电压、电流和波形)以驱动荧光放电管14或向其提供动力。此外，在镇流器50和壳体之间可以安置热反射体/绝缘体(未示出)。热反射器将镇流器的热敏电子部件与由低压放电灯产生的热量屏蔽开，并从而延长了灯的使用寿命。

[0028] 再参见图2，至少一个发光二极管(“LED”)光源60通过和基座的壁接触的支承件62安装在基座42上。在此特定情况下，支承件62优选为导热材料，如金属，以便高效且有效地将热量从LED光源传输到周围环境。LED 60优选为红光发射LED(620-650nm，25-60lm)。
伸长的光导70安装成和LED的发光表面成光连通。在所描绘的实施例中，支承件62包括用于容纳LED的第一部分或臂64和用于支承该至少一个光导70的第二部分或隔开的臂66。
支承件位于基座中，并和基座的内表面72及壳体16的第二尾段40接合，从而将支承件轴向地定位在灯组件中。支承件的第二部分66从螺纹基座轴向向外延伸并进入该壳体。以此方式，光导70被支承在轴向隔开的位置，从而当其伸进玻壳时，沿光导的一端有利地提供多个支承点。

[0029] 如之前所指出，辐射红光的高效LED对温度敏感。因此，控制LED的温度是LED系统的最佳性能的一个重要方面。通常，环境越冷，来自LED的光输出就越高。较高的温度通常会降低光输出。在更温暖的环境和更高的电流下，LED半导元件的温度升高。对于恒定的电流LED的光输出作为其结温的函数而变化。较高的环境温度导致较高的结温，这会增加LED结点元件(junction element)的退化率，有可能导致LED的光输出在长时期内比在低温下以更快的速度不可逆转地降低。将LED定位在隔热且相对小的空间如基座42中，将可能导致在迅速升高的结温和次优的性能。然而，通过将LED 60安装在和基座42成物理接触的支承件62上，可通过热传导有利地将热从LED去除。

[0030] 参见图3，由LED 60辐射的红光通过伸长的光导70向外灯泡20中的放电管装置引导。光导纵向地从LED伸入外灯泡20的容积22内，光导的轴线大致平行于组件10的轴线。在所描绘的实施例中，光导通常为圆柱状，尽管设想了备选形状。光耦合材料(如硅凝胶)位于LED和光导之间，以有效地将从LED发出的光耦联至光导，以传输到容积22中。设置在壳体16和基座42内的光导的第一段80包括杯状构件82，其尺寸设置为至少部分地环绕LED 60。该第一段80附接到支承件62上且延伸穿过分别位于第一和第二部分64，66上的开口84，86。第一段80包括涂层以阻止穿过光导的侧壁的光传输，或者该涂层是不透光的，以防止来自LED的红光的辐射穿过光导的侧壁。这确保了在第一段80中发生很少的辐射损失以便向第二段90提供最大的LED光。

[0031] 光导的第二段90延伸通过位于塑料壳体16的壁94上的开口92。第二段90是光可透光的，且至少部分地包括用于混合由放电管14发出的白光和由LED发出的红光的散射图案96。应该意识到的是，外灯泡20呈扩散器的形式，其也具有混合光的功能。由放电管装置12辐射的光和由LED 60辐射的红光的此混合提供了组件10的大致上同质的亮度分布。期望光沿放电管装置的纵向范围分布从而导致沿纵向范围的良好颜色混合。

[0032] LED优选地设计成位于整个灯组件最冷的部位。优选地，此位置也比放电管的冷点更冷。再一次，当前可用的高效红色LED对温度是敏感的。由于LED的流明输出在升高的环境温度下明显下降，因此将LED定位在灯组件的最冷点对本公开的期望热学管理解决方案有益。

[0033] 类似上述的实施例，在图4-6中显示了根据本公开另一方面的集成LED的CFL组件200。组件200包括附接到壳体或基座204上的螺旋低压荧光灯或放电管装置202。玻璃玻壳或外灯泡206包围荧光灯。类似于图1的实施例，外玻壳优选地为光导材料。外玻壳通过塑料卡圈210固定在壳体204上，塑料卡圈210荧光放电管与容纳在壳体204中的灯镇流器组件物理地隔开。爱迪生式的螺纹金属基座214附接到壳体上，用于至少将放电管装置机械和电气地连接到灯座上(未示出)。灯电子器件如电子镇流器220优选地位于壳体204内，以控制光源即LED 230和紧凑型荧光灯的工作。

[0034] LED 230辐射红光并可操作地连接到热沉上。在此实施例中，带232与金属壳体214配合用作LED的热沉，并有利地将热从LED传导至到外壳体，以便从LED产生的热可通过传导消散。将来自LED230的热导出的任何合适的导热材料都可用作热沉的一部分。通过将热沉定位在基座的较低的里侧上，保护LED免受紧凑型荧光灯的工作温度的影响。塑料卡圈204和镇流器组件被置于CFL和LED之间以进一步将LED与升高的温度隔开。

[0035] 此组件中的光导240被用于将由LED辐射的红光的光输出传输至发射白光的CFL。这里，光导由镇流器组件220和塑料卡圈210支承在轴向隔开的位置242，244处。当红光从位于基座中的LED前行通过第一或较低部分242并通过外壳时，光导优选地通过内部反射包含红光。光导在卡圈210上延伸预定的尺寸并邻近CFL，在此处红光离开光导的第二部分或上部244，以和CFL的白光混合。

[0036] 如图5和图6中所见，LED经由第一和第二导电引线或导线250接收电源，导线从镇流器组件220延伸，以和位于光导的第一部分242的终端处的LED连接。带232可周向地环绕LED的至少一部分以提供从LED到金属基座的有效热传递。因此，除了用作从LED到基座热学地传导热的装置外，该带还为LED和光导的端部提供了支承点。

[0037] 图7的实施例类似于图4-6的实施例(且因此相似的编号代表相似的部件)，除非另外特别地指出。例如，尽管LED在此位于基座中，但热沉包括附加物质如黄铜支承环270。黄铜支承环优选为环形构件，其可用作该热沉组件的主要部件或作为带和金属壳体之间的中间部件。在任一种布置中，热都可有效地从LED传输。此外，光导具有大致延伸与CFL的高度相同的高度。因此，将会意识到，伸长的光导通过基座从LED附近延伸(在此处光导从LED接收红光)，经过基座的第一部分或上端，并沿用于混合LED光和CFL的放电灯的主要部分延伸。还可能理想的是将光导的远端或终端278安装在相对于CFL来说远离LED的位置。在此实施例中，硅橡胶280将光导的远端278固定在CFL 202上。以此方式，将灯制造得更坚固，因为它相对可能的运动使光导固定，具有更好的热传导，且更容易组装。

[0038] 类似上述实施例，在图8和9中显示了根据本公开的又另一方面的集成LED的CFL组件300。组件300包括附接到壳体304上的低压荧光灯或放电管装置302。光透射的玻璃或塑料外玻壳306包围该荧光灯。外玻壳通过卡圈310固定到壳体上。插入式基座314附接在壳体上，用于将该组件机械和电气地连接到插座或灯座316上。灯座又连接到电源(未示出)上。在此实施例中，如电子镇流器(未示出)的电气元件无需位于壳体内，而是结合到灯座中。设于基座上的接片330与放电管装置成操作性连接。如本领域内已知的那样，双接片连接(未示出)与镇流器电气地联接，以便与接片配合，并向荧光灯302提供电源。插座限定空腔340，其尺寸设置成容纳基座314和接片330。

[0039] 在插座316中设置至少一个红光发射LED 350。由LED辐射的红光通过光导组件352(图8)被传导至外灯泡306中的放电管装置302附近。光导组件通过插座基座314纵向地延伸以接收来自LED的光，完全穿过壳体304延伸，并将红光引入外玻壳的容积354。光导组件可包括设置于插座316中的第一部分360，并至少包括延伸通过基座314和壳体304的部分362，和伸入外玻壳的第三部分364，例如，优选地沿CFL的大致高度(和/或此CFL装置的放电管之间)。第一部分和第二部分通过位于第二部分的末端上的联接器370连接，该第二部分尺寸设置成用来稳固地容纳第一部分的末端。光耦合材料(如硅凝胶)位于第一和第二部分之间，以增强两者之间的光的传输。第一和第二部分构造成或包括涂层以限制由LED 350发出的红光通过第一和第二光导部分的侧壁的传输。这确保了在第一和第二部分发生最小的辐射损失，以便向第三部分提供最大的LED光。另一方面，第三部分364是可透光的，且至少部分地包括用于混合由放电管装置发出的白光和由LED 350发出的红光的散射图案370。

[0040] 本公开提供了不同的解决方案以调节LED的散热要求。如图1-3中所示，一个解决方案是将LED 60至少部分地置于基座42中并将LED热学地连接到基座上。来自LED的光通过光导70传导至放电管4。图4-7包括此相同总体布置的不同变化。如图8和9中所示，又另一种解决方案通过将LED定位在灯固定装置的插座316中而将LED350与CFL隔离。光导组件352在基座314中有开口的端部，将从LED辐射的红光引向荧光灯302。这通常是插入式解决方案，其中LED和荧光灯由外部镇流器驱动。

[0041] 如前所述，用LED增强色彩质量的传统CFL具有较差的流明维持和颜色稳定性。本公开提供了创新的解决方案，以产生鲜艳的光，并在灯的整个寿命期间展现出非常好的红色显色性。因此，当通电后，本CFL组件10能轻易地区分于常规的CFL。例如，相比原来的CFL光源，获得鲜艳的、非常明显的天然色。

[0042] 将会意识到的是，各种以上公开的及其它特征和功能，或者它们的替代品，可理想地结合到许多其它不同的系统或应用中。同样可由本领域的熟练人员随后做出其中许多当前未预见或意料到的替代、修改、变更或改善，它们也意在由所附权利要求书包括。例如，尽管说明书中提及一个LED，但将会意识到的是，至少一个LED(即，多个LED)可被结合到修改的装置中，位于光导的第二末端附近以便将LED与放电灯管热隔离。LED不一定如图8和9的实施例中所示位于插座中或直接连接到光导上，而是可以置于灯外，插座中，在供电电子器件的壳体中，热学地与外部热沉联接，或位于公用热沉中的一组LED具有共用电源，且此处光被导向插座，并最终邻近CFL或通过光导进入灯泡。此外，可能没有必要使用包覆或涂层来限制从光导逸出的光量，因为围绕光导的空气介质可足以最小化逸出的光量。