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CN101828069A - 发光元件灯和照明设备 - Google Patents

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CN101828069A
CN101828069A CN200880112314A CN200880112314A CN101828069A CN 101828069 A CN101828069 A CN 101828069A CN 200880112314 A CN200880112314 A CN 200880112314A CN 200880112314 A CN200880112314 A CN 200880112314A CN 101828069 A CN101828069 A CN 101828069A
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CN
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reflector
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light emitting
substrate
element lamp
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CN200880112314A
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田中敏也
大泽滋
久安武志
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Toshiba Lighting and Technology Corp
Original Assignee
Toshiba Lighting and Technology Corp
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Publication date
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Abstract

本发明的目的是提供一种发光元件灯和能够通过使用反射器来有效抑制基板(发光元件安装在基板上)升温的照明设备。本发明提供的发光元件灯(1)包括：导热反射器(2)，其具有发射开口部分并形成为向发射开口部分变宽，并且具有设在内表面侧的反射表面(2a)和暴露在外的外周边表面；经过罩(3)连接到反射器(2)的基座(4)；导热散热构件(8)，其设在反射器(2)的内周边表面上并热连接到反射器(2)；基板(7)，其具有安装在其上的发光元件(6)并且附接到散热构件(8)，其中在表面接触状态下基板表面热连接到散热构件(8)；封装在罩(3)中以使发光元件(6)发光的照明电路(9)；以及半透明罩(5)，其覆盖反射器(2)的发射开口部分(2c)。

Description

发光元件灯和照明设备
技术领域
本发明涉及发光元件灯，其中例如LED(发光二极管)的发光元件用作光源，本发明还涉及使用发光元件灯的照明设备。
背景技术
例如LED的发光元件随着其温度的升高而降低了光输出性能。升温还影响了其工作寿命。因此，在例如LED或EL元件的固态发光元件用作光源的灯中，需要抑制发光元件的升温由此提高例如工作寿命和效率的各种特性。此类LED灯已知为一种LED灯，其中在设置LED的基板和基座之间提供圆柱形散热器，并且基板附接到圆柱形散热器的边缘，从而有效地散热(见专利文献1)。
专利文献1：日本专利申请公开特开No.2005-286267。
发明内容
然而，在专利文献1公开的LED灯中，散热器专为散热目的而提供，并且基板被放置成仅与散热器的边缘接触。换言之，散热器和基板仅为相互线接触。因此，难以获得足够的散热效果。
考虑到上述情况制造了本发明，并且本发明的目的在于提供发光元件灯和照明设备或装置，其能够通过使用反射器来有效抑制基板(发光元件安装在基板上)升温。
本发明的发光元件灯包括：导热反射器，其设有发射开口部分并形成为向发射开口部分变宽，并且具有设在内表面侧的反射表面和暴露在外的外周边表面；经过罩连接到反射器的基座；导热散热构件，其设在反射器的内周边表面上并热连接到反射器；基板，其具有安装在其上的发光元件并且附接到散热构件，其中基板表面在表面接触状态下热连接到散热构件；封装在罩中以使发光元件发光的照明电路；以及半透明罩，其覆盖反射器的发射开口部分。
发光元件包括LED或有机(organic)EL元件等。罩部分可与反射器整体或分开地提供。发光元件优选地由板载芯片(chip-on-board)技术或表面安装技术安装。然而因为本发明的性质，安装方法不做特别限制。例如，子弹形LED也可安装在基板上。被安装的发光元件数量也不做特别限制。照明电路例如可整个封装在罩部分内，或者可部分封装在罩部分内而其余部分封装在基座内。反射表面可不设在反射器的内表面侧上，而可设在其发光元件侧上。而且，反射器可在发光方向上连续变宽或逐级变宽，即以不连续的形状。具有螺纹外壳的E型基座最优选作为基座。然而，也可使用针型基座。“基板表面在表面接触状态下热连接到散热构件”的公开不仅意味着基板表面与散热构件直接接触，还意味着基板表面经过导热构件与散热构件间接连接。
根据本发明，因为基板由于使发光元件发光所生成的热量能够通过使用具有向发射开口部分变宽的形状的反射器的较大外周边表面而有效地散发，发光元件灯的升温能够被有效地抑制。
在上述结构的本发明中，可优选的是散热构件具有与反射器的内周边表面连续的表面。于是，因为散热构件形成了与反射器的内周边表面连续的表面，增加了接触表面积，不会使反射功能退化。
此外，在本发明中，理想的是可使散热构件与反射器整体形成。于是，因为散热构件与反射器整体形成，所以能够获得良好的导热性。
根据本发明的照明设备由具有插座的设备本体和装入设备本体的插座中的如权利要求1所述的发光元件灯组成。
根据本发明，提供了由相应权利要求的特征实现了效果的照明设备。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的发光元件灯的立体图。
图2是图1所示的发光元件灯的部分的剖视图。
图3是图1所示的发光元件灯的部分的示意性俯视图。
图4是根据本发明的第二实施例的发光元件灯的示意性俯视图。
图5是对应于图2的部分的根据第三实施例的发光元件灯的剖视图。
图6是对应于图2的部分的根据第四实施例的发光元件灯的剖视图。
图7是对应于图2的部分的根据第五实施例的发光元件灯的剖视图。
图8是根据第六实施例的发光元件灯的剖视图(例子1)。
图9是图8的发光元件灯的平面图，其中第一反射器被从中移走。
图10是图8的发光元件灯的第二反射器的立体图。
图11是根据第六实施例的发光元件灯的剖视图(例子2)。
图12是根据本发明的照明设备的实施例的立体图，其中可应用上述实施例的发光元件灯的每一个。
具体实施方式
在下面，将参照图1-3描述根据本发明的第一实施例的发光元件灯。图1是发光元件灯的立体图。图2是发光元件灯的一部分的剖视图。图3是发光元件灯的示意性俯视图，其中半透明罩被从中移走。
首先注意到下面的描述是基于以下假设：根据本实施例的发光元件灯可代替现有反射白炽灯泡(指的是所谓的光束灯)安装，并且具有基本上等同于光束灯的外观和尺寸。
光束灯适合于在各种仓库使用的聚光灯、用于照明建筑物或标志的泛光灯、以及建筑工地用灯，等等。
如图1和2所示，发光元件灯1具有类似于现有光束灯的外观。发光元件灯1包括反射器2、罩部分3、基座4和作为半透明罩的前透镜5。例如，反射器2形成为整体模制的铝制品。反射器2形成为碗形从而从基座部分2b向发射开口部分2c变宽，其中反射表面2a设在内表面侧且外周边表面暴露在外。反射器2可不仅由铝制成，还可由具有良好导热性的金属材料或树脂材料制成。
类似地，罩部分3为整体模制的铝制品，例如其可形成为基本上圆柱形状。反射器2的基座部分2b固定到罩部分3的一端，基座4固定到其另一端。基座4为标准的E26基座。当发光元件灯1安装在照明设备中时，基座4拧入照明设备或装置的灯座。前透镜5通过密封件附接到反射器2从而密封地覆盖反射器2的开口部分2c。聚光透镜或漫射透镜可根据预期使用而选择，如用作前透镜5。基本上，现有光束灯的部件直接用作上述部件(反射器2、罩部分3、基座4和前透镜5)。
随后，作为光源的发光元件设在反射器2的基座部分2b中。发光元件为LED芯片6。LED芯片6使用板载芯片技术安装到印刷基板7上。即，100个LED芯片6以10行10列的阵列置于印刷基板7的前表面上。涂覆材料应用到LED芯片6表面。印刷基板7为金属或绝缘材料的基本上方形的平板(见图3)。
当印刷基板7由金属制成时，优选使用具有良好导热性和极佳散热性的材料，例如铝。当印刷基板7由绝缘材料制成时，可使用具有较好散热性和极佳耐久性的陶瓷材料或合成树脂材料。在使用合成树脂材料的情况下，例如可采用玻璃环氧树脂等。
基板7用粘结剂结合到散热构件8。通过将金属氧化物等混合到硅树脂粘结剂而获得的具有良好导热性的材料优选地用作粘结剂。散热构件8为整体模制的铝制品，并且形成为基本上圆盘形状。散热构件8具有扁平安装表面8a，基板7安装到该安装表面上。
凸缘部分8b从安装表面8a在外圆周方向上形成。为了将基板7安装到散热构件8上，粘结剂首先应用到散热构件8的安装表面8a，然后基板7的后表面附接到其上，使得基板7与散热构件8表面接触。
散热构件8的凸缘部分8b形成在反射器2的内表面侧(即呈沿反射表面2a的形状)，并且由此以与其的紧密表面接触安装到反射器2上。如上所述的具有良好导热性的粘结剂还优选地用于将凸缘部分8b安装到反射器2上。即，散热构件8与反射器2的反射表面2a形成连续表面。
照明电路9封装在罩部分3中。照明电路9用于使LED芯片6发光。例如电容器和晶体管的部件(如开关元件)安装在照明电路9的电路板上。导线从照明电路9延伸从而电连接到印刷基板7和基座，其未示出。
用于使照明电路9电绝缘的绝缘保护管10围绕照明电路9布置。照明电路9可整个封装在罩部分3内，或者可部分封装在罩部分3内而其余部分封装在基座4内。
具有上述部件和结构的发光元件灯1的操作将在下面描述。
当发光元件灯1通过将基座4装入发光设备的插座而通电时，照明电路9被激活以向基板7提供功率。LED芯片6由此发光。从LED芯片6发射的光大部分直接透过向前突出的前透镜5。光由反射器2的反射表面2a部分反射并透过向前突出的前透镜5。同时，由LED芯片6生成的与其相关联的热量主要经过粘结剂从基板7的基本上整个后表面被传导至散热构件8。
热量经过散热构件8的凸缘部分8b被进一步传导至具有与凸缘部分8b表面接触的较大散热面积的反射器2，并且热量从其中散发。相应的构件如上所述相互热连接，使得基板7的升温能够通过将热量经过导热路径散发而被抑制。
根据本实施例，基板7(LED芯片6安装在其上)的升温能够通过使用反射器2而被有效抑制。因为基板7与散热构件8表面接触，所以将获得良好的导热性。因为散热构件8还与反射器2表面接触，所以也将获得良好的导热性。因此，能够提高散热性能。此外，因为反射器2在发光方向上展开，所以起到散热作用的外周边表面具有较大面积并且远离照明电路9(其为另一个热量生成源并且需要热保护)提供。因此，利用反射器2作为散热元件来抑制基板7升温是有效的。
而且，因为散热构件8，尤其是凸缘部分8b具有沿反射表面2a的形状，从而与反射器2的反射表面2a形成连续表面，所以散热构件8不太可能使反射表面2a的反射效果退化。另外，因为能够使用现有的所谓光束灯的部件，所以能够在发光元件灯和现有光束灯之间共用部件，使得发光元件灯能够以低成本提供。
下面，将参照图4描述根据本发明的第二实施例的发光元件灯，图4是发光元件灯的示意性俯视图并且与第一实施例的图3相对应，其中半透明罩被从中移走。与第一实施例相同或相应的部分使用相同的附图标记表示，并在此处省去重复描述。
印刷基板7-2是圆形平板。LED芯片6规则地安装在该圆形板上。圆形印刷基板7-2基本上与散热构件8和反射器2同心地放置，如图所示。
根据本实施例，因为印刷基板7-2的圆形外周边与反射器2之间的导热距离是恒定的，所以除了第一实施例所述的效果以外，印刷基板7-2的升温能够基本上均匀地抑制。
分别将参照图5-7描述根据本发明的第三至五实施例的发光元件灯。
与第一实施例相同或相应的部分使用相同的附图标记表示，并在此处省去重复描述。
第三至五实施例与第一实施例不同之处在于散热构件8的配置和结构。
首先，图5是根据第三实施例的发光元件灯的基本部分的剖视图。散热构件8-2具有帽形。散热构件8-2以粘结剂结合到反射器2的基座部分2b，其中外周边表面8-2b与基座部分2b紧密表面接触。
根据本实施例，以类似于第一实施例的方式，由LED芯片6生成的热量经过粘结剂从基板7的基本上整个后表面被传导至散热构件8-2。热量经过散热构件8-2的外周边表面8-2b被进一步传导至具有与外周边表面8-2b表面接触的较大散热面积的反射器2，并且热量从其中散发。因此能够抑制基板7的升温。此外，因为散热构件8-2与反射器2的反射表面2a形成连续表面而没有从其中突出，所以散热构件8-2不会使反射表面2a的反射效果退化。
图6是根据第四实施例的发光元件灯的剖视图。散热构件8-3以与反射器2基本上相同的形状形成并且安装到其上，从而在表面接触状态下从内侧向外侧封闭反射器2的发射开口部分2c的边缘。在本实施例中，由LED芯片6生成的热量也经过粘结剂从基板7的基本上整个后表面被传导至散热构件8-3。热量经过散热构件8-3的开口边缘8-3b被进一步传导至具有与开口边缘8-3b表面接触的反射器2的发射开口部分2c，并被传导至具有较大散热面积的反射器2的外周边表面，并且热量从其中有效散发。因此能够抑制基板7的升温。
图7是根据第五实施例的发光元件灯的剖视图。散热构件8-4与反射器2的基座部分2b整体形成。根据本实施例，由LED芯片6生成的热量也经过粘结剂从基板7的基本上整个后表面被传导至散热构件8-4。热量被进一步传导至具有较大散热面积的反射器2，并且热量从其中散发。因此能够抑制基板7的升温。因为散热构件8-4与反射器2的反射表面2a整体形成并与反射表面2a形成连续表面而没有从其中突出，所以散热构件8-4不会使反射表面2a的反射效果退化。
接下来，将参照图8-11描述根据本发明的第六实施例的发光元件灯。图8是发光元件灯的剖视图(例子1)。图9是发光元件灯的平面图，其中第一反射器被从中移走。图10是第二反射器的立体图。图11是发光元件灯的剖视图(例子2)。
根据本实施例的发光元件灯为与第一实施例方式类似的所谓光束灯。散热构件以与第五实施例类似的方式与反射器整体形成。
例子1：
如图8所示，发光元件灯1具有类似于现有光束灯的外观，并且具有适当地在室外使用的防水功能。发光元件灯包括导热第一反射器2、光源部分3、第二反射器3a、发光元件4、导热罩5、绝缘罩6、基座7和作为半透明罩的前透镜8。
例如，第一反射器2为整体模制的铝制品，并且在其上涂覆白色丙烯酸烤漆。第一反射器2形成为底部碗形从而从基座部分2a向发射开口部分2b展开(变宽)，其中外周边表面暴露在外。内周边表面的底壁具有平面，散热构件2c与其整体形成。同时，外周边表面的底壁边缘形成了连接到导热罩5的环形连接部分2d，如下所述。三个螺纹通孔相互之间相隔大约120度地形成在底壁中。
第一反射器2可不仅由铝制成，还可由具有良好导热性的金属材料或树脂材料制成。此外，氧化铝膜处理优选地应用到第一反射器2的内周边表面。通过应用氧化铝膜处理，能够提高第一反射器2的散热效果。当应用氧化铝膜处理时，尽管减小第一反射器2的内周边表面的反射效果，反射效果的减小不会使发光元件灯的性能退化，因为如下所述的第二反射器3a是单独提供的。此外，为了提高第一反射器2的反射效果，内周边表面可被镜面抛光等。
光源部分3设在第一反射器2的底壁上。光源部分(单元或部段)3包括基板9和安装在基板9上的发光元件4。发光元件4为LED芯片，其使用板载芯片技术安装到基板9上。即，多个LED芯片以阵列置于基板9的前表面上。涂覆材料涂覆到LED芯片表面。基板9为金属(例如具有良好导热性和极佳散热性的材料，如铝)制成的基本上圆形的平板。当基板9由绝缘材料制成时，可应用具有较好散热性和极佳耐久性的陶瓷材料或合成树脂材料。在使用合成树脂材料的情况下，例如可采用玻璃环氧树脂等。
基板9与其紧密表面接触地安装到形成在第一反射器2底壁的散热构件2c上。为了安装基板9，可使用粘结剂。当使用粘结剂时，通过将金属氧化物等混合到硅树脂粘结剂而获得的具有良好导热性的材料被优选地使用。基板9和散热构件2c可不是完全表面接触，而是可相互部分表面接触。
由白色聚碳酸酯、ASA树脂等制成的第二反射器3a安装到基板9的前表面上。通过控制从每个LED芯片发出的光的分布，第二反射器3a使其能够有效发光。第二反射器3a具有圆盘形状。多个入射开口3b由将在第二反射器3a中形成的脊线限定。第二反射器3a的每个入射开口3b放置成面对基板9的每个LED芯片。即，基本上碗形的反射表面3c在发射方向上(即向脊线)从每个入射开口3b展开，所述基本上碗形的反射表面3c相对于每个入射开口3b形成在第二反射器3a中。三个切去部3d(螺钉插入并接合到其上)相互之间相隔大约120度地形成在第二反射器3a的外周边部分中。
导热罩5由铝模铸制成。在其上涂覆白色丙烯酸烤漆。导热罩5形成为从第一反射器2的外周边表面向远端连续变细的基本上圆柱形状。罩5的长度和厚度可考虑散热效果等适当地确定。罩5与第一反射器2的连接部分5a具有预定宽度的环形(见图2)。因此第一反射器2的连接部分2d形成为面对连接部分5a。连接部分2a和5a在表面接触状态下相互热连接。环形槽形成在连接部分5a中。由合成橡胶等制成的O形环10装配到槽中。三个螺纹孔11相互之间相隔大约120度地形成在O形环10的内侧上。
由PBT树脂模制的绝缘罩6沿导热罩5的形状在导热罩5的内侧提供。绝缘罩6在一端侧连接到导热罩5从而在另一端侧从导热罩5突出。基座7固定到突出部分6a。基座7为标准的E26基座。当发光元件灯1安装在照明设备中时，基座7拧入照明设备的灯座。出气口6b形成在突出部分6a中。出气口6b为小孔，用于在绝缘罩6的内压升高时减小压力。
照明电路12封装在绝缘罩6中。照明电路12用于控制LED芯片发光，并且包括例如电容器和晶体管的部件(如开关元件)。照明电路12安装在电路板上。电路板具有基本上T形形状并且被纵向封装在绝缘罩6中。因此能够有效利用狭窄空间将电路板安装在其中。导线从照明电路12延伸从而经过形成在散热构件2c中的导线插孔12b电连接到光源部分3的基板9。照明电路12还电连接到基座7。照明电路12可整个封装在绝缘罩6内，或者可部分封装在绝缘罩6内而其余部分封装在基座7内。
填充材料13填充绝缘罩6从而覆盖照明电路12。填充材料13由硅树脂制成并具有弹性、绝缘性和导热性。为了填充绝缘罩6，液体填充材料13首先从上注入绝缘罩6。填充材料13被注入以达到绝缘罩6的顶端部分的水平。填充材料13然后在高温环境中硬化并稳定化。
前透镜8经过硅树脂封装或密封附接到第一反射器2从而密封地覆盖第一反射器2的发射开口部分2b。聚光透镜或漫射透镜可根据预期使用而适当选择，如前透镜8。
导热第一反射器2和导热罩5将以下面的方式连接。
第一反射器2的连接部分2d放置成面对导热罩的连接部分5a。基板9布置在第一反射器2的散热构件2c上，第二反射器3a重叠在其上。随后，螺钉14经过第二反射器3a的切去部分3d和第一反射器2的螺纹通孔拧入导热罩5的螺纹孔11。导热第一反射器2由此固定到导热罩5。然后，第二反射器3a的底端压基板9的前表面，使得第二反射器3a和基板9固定到第一反射器2的底壁。在这种状态下，O形环10在连接部分5a和连接部分2d之间弹性形变，从而以气密方式使连接部分5a和2d连接。即，O形环10的内侧保持气密状态。
用于照明电路12和基板9(LED芯片由导线12a安装到其上)之间电连接的导线连接在O形环10的内侧完成。
具有上述结构和部件的发光元件灯1的操作将在下面描述。
当发光元件灯1通过将基座7装入发光设备的插座而通电时，照明电路12被激活以向基板9提供功率。LED芯片由此发光。从每个LED芯片发出的光的分布由第二反射器3a的每个反射表面3c控制。光还由第一反射器2反射并透过向前突出的前透镜8。由LED芯片生成的与其相关联的热量从基板9的基本上整个后表面被传导至散热构件2c。热量被进一步传导至具有较大散热面积的第一反射器2。此外，热量从第一反射器2的连接部分2d传导至导热罩5的连接部分5a，并且传导至整个导热罩5。
相应的构件如上所述相互热连接，使得基板9的升温能够通过将热量经过导热路径散发而被抑制。同时，由照明电路12生成的热量经过填充材料13传导至第一反射器2并从中散发。热量然后被传递至基座7，其然后传导至照明设备等的灯座，并从其中散发。
此外，在根据本例子的发光元件灯1中，前透镜8经过封装附接到第一反射器2的发射开口部分2b。O形环10在第一反射器2的连接部分2d和导热罩5的连接部分5a之间提供。另外，照明电路12由填充材料覆盖。另外，保持了电绝缘性质，并且提供了耐气候性和防雨功能。发光元件灯1由此适当地在室外使用。如果照明电路部件不正常地运作并且电容器被损坏或烧断而增加了绝缘罩6的内压，由于采用了用于上述目的的密封结构，会导致二次损坏。
然而，绝缘罩6内增大的压力能够经过出气口6b排放。
如上所述，根据本例子，基板9(发光元件4安装在其上)的升温能够通过使用导热第一反射器2和导热罩而被有效抑制。因为第一反射器2向发射开口部分2b展开，所以起到散热作用的外周边表面具有较大面积，从而有效地提高了散热效果。因为导热第一反射器2与导热罩5表面接触，所以获得了良好的导热性。
此外，光分布能够相对于每个LED芯片通过第二反射器3a的每个反射表面3c控制，使得可实现所需的光学处理。而且，因为O形环10在第一反射器2的连接部分2d和导热罩5的连接部分5a之间以保持密封性，能够保持防水功能，并且还能够以简单的配置确保到光源部分3的功率供给路径。另外，因为能够使用现有的所谓光束灯的部件，所以将在发光元件灯和现有光束灯之间共用部件。于是，发光元件灯能够以低成本提供。
例子2：
图11示出了一种配置，其中根据本例子，不提供第一例子中的第二反射器。与第一例子相同的部分使用相同的附图标记表示，并在此处省去重复描述。
在该第二例子中，以与第一例子类似的方式，由LED芯片生成的热量也从基板9的基本上整个后表面被传导至散热构件2c，并且热量被进一步传导至具有较大散热面积的第一反射器2，由此实现了有效散热。
在下面，将参照图12描述具有上述结构和特性的使用发光元件灯作为光源的照明设备或装置的实施例。
花园灯作为照明设备20示出。照明设备20包括装置本体21和装置本体21安装到其上的基座22。插座23设在装置本体21中。发光元件灯1的基座4拧入插座23。照明设备或装置20通过将基座22固定到接地等而安装。装置本体21能够相对于基座22改变方向，使得发光方向能够改变到任何方向。通过采用上述结构照明设备20，可提供能够通过使用反射器来有效抑制基板升温的照明设备。
尽管上述相应的实施例在应用现有光束灯部件的假设上描述，在本发明中并不是必须使用现有光束灯的部件。
工业应用
根据本发明，因为基板由于使发光元件发光所生成的热量能够通过使用具有向发射开口部分展开的形状的反射器的较大外周边表面而有效地散发。于是，发光元件灯的升温能够被有效地抑制。

Claims (4)

1.一种发光元件灯，包括：
导热的反射器，所述反射器设有发射开口部分并形成为向所述发射开口部分变宽，并且具有设在内表面侧的反射表面和暴露在外的外周边表面；
基座，所述基座经过罩连接到所述反射器；
导热的散热构件，所述散热构件设在所述反射器的内周边表面上并热连接到所述反射器；
基板，所述基板具有安装在其上的发光元件并且附接到所述散热构件，其中基板表面在表面接触状态下热连接到所述散热构件；
照明电路，所述照明电路封装在所述罩中以使所述发光元件发光；以及
半透明罩，所述半透明罩覆盖所述反射器的发射开口部分。
2.如权利要求1所述的发光元件灯，其特征在于，所述散热构件具有与所述反射器的内周边表面连续的表面。
3.如权利要求1所述的发光元件灯，其特征在于，所述散热构件与所述反射器整体形成。
4.一种照明设备，包括：
设有插座的设备本体；以及
装入所述设备本体的插座中的如权利要求1所述的发光元件灯。
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