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照明装置.pdf

  • 上传人:Y0****01
  • 文档编号:1096538
  • 上传时间:2018-03-31
  • 格式:PDF
  • 页数:16
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN200810066829.6

    申请日:

    2008.04.18

    公开号:

    CN101561126A

    公开日:

    2009.10.21

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情:

    未缴年费专利权终止IPC(主分类):F21V 29/00申请日:20080418授权公告日:20120919终止日期:20130418|||专利权的转移IPC(主分类):F21V 29/00变更事项:专利权人变更前权利人:富准精密工业(深圳)有限公司变更后权利人:全亿大科技(佛山)有限公司变更事项:地址变更前权利人:518109 广东省深圳市宝安区龙华镇油松第十工业区东环二路2号变更后权利人:528051 广东省佛山市禅城区城西工业区华宝北路35号变更事项:专利权人变更前权利人:鸿准精密工业股份有限公司变更后权利人:鸿准精密工业股份有限公司登记生效日:20130322|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F21V 29/00申请日:20080418|||公开

    IPC分类号:

    F21V29/00; F21V15/02; F21V23/00; H01L23/467; H01L23/367; H01L23/427; F21Y101/02(2006.01)N

    主分类号:

    F21V29/00

    申请人:

    富准精密工业(深圳)有限公司; 鸿准精密工业股份有限公司

    发明人:

    刘泰健; 林雨利; 方彝群

    地址:

    518109广东省深圳市宝安区龙华镇油松第十工业区东环二路2号

    优先权:

    专利代理机构:

    代理人:

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    内容摘要

    一种照明装置,包括:一光学室,该光学室包括至少一光源及一出光通道,用以提供所需的照明分布、发光特性及光源保护;一电气室,用以提供光源所需的驱动电源、控制电路及电源管理,该电气室设有若干进气孔与若干出气孔;以及一散热室,设于该光学室与电气室之间,该散热室包括一散热件,该散热件至少包括一组鳍片,该光源与散热件紧密热连接,该照明装置中设有自然循环的气流通道,以通过热浮力驱动并导引气流进入鳍片间,并使所述气流经电气室的进气孔进入电气室内再经电气室的出气孔排出,以持续移除该光源发光时所释出的热量。

    权利要求书

    1.  一种照明装置,包括:
    一光学室,包括至少一光源及一出光通道,用以提供所需的照明分布、发光特性及光源保护;
    一电气室,用以提供光源所需的驱动电源、控制电路及电源管理,所述电气室设有若干进气孔及若干出气孔;以及
    一散热室,设于该光学室与电气室之间,该散热室包括一散热件,该散热件至少包括一组鳍片,该光源与所述散热件紧密热连接,该照明装置中设有自然循环的气流通道,以通过热浮力驱动并导引气流进入鳍片间,并使所述气流经电气室的进气孔进入电气室内再经电气室的出气孔排出,以持续移除该光源发光时所释出的热量。

    2.
      如权利要求1所述的照明装置,其特征在于:所述散热件还包括一实心体,所述鳍片呈放射状分布于该实心体的周面。

    3.
      如权利要求2所述的照明装置,其特征在于:该实心体背向光源的一端面向内凹陷形成一中空的腔体,所述实心体上于该腔体靠近光源的端部的周边设置有分别对应于所述鳍片之间的若干气孔,以形成自外界将冷却气流导入该腔体内的若干气流通道。

    4.
      如权利要求2或3所述的照明装置,其特征在于:所述散热室还包括至少一鞍座及至少一热管,所述鞍座用于接合光源与散热件的实心体,所述热管包括一蒸发段及至少一冷凝段,所述热管的蒸发设于鞍座上,所述热管的冷凝段插设于散热件的实心体内。

    5.
      如权利要求1所述的照明装置,其特征在于:该散热室还包括至少一鞍座及至少一热管,所述热管包括一蒸发段及至少一冷凝段,所述鞍座用于接合光源与热管的蒸发段,所述鳍片沿热管的冷凝段的轴向堆叠,热管的冷凝段穿设于所述鳍片内。

    6.
      如权利要求5所述的照明装置,其特征在于:所述鳍片上分别设有向外浮凸的若干气孔,这些鳍片的中心设有与电气室的进气孔相对的中心气孔以将鳍片间的热空气向上排出以引进冷空气。

    7.
      如权利要求5所述的照明装置,其特征在于:所述鳍片为平直形或伞形。

    8.
      如权利要求5所述的照明装置,其特征在于:所述热管呈U形或直形。

    9.
      如权利要求1所述的照明装置,其特征在于:所述电气室包括一电路板及一护罩,所述电路板收容在护罩内,所述电气室的出气孔设于护罩顶部的壁面上。

    10.
      如权利要求9所述的照明装置,其特征在于:该护罩靠近散热室的一端固设有一底座,所述电气室的进气孔设于该底座上。

    11.
      如权利要求9所述的照明装置,其特征在于:该护罩上设置有一围设于所述出气孔的防尘盖以防止外部的灰尘进入电气室内。

    12.
      如权利要求9所述的照明装置,其特征在于:所述电路板上设有若干定位柱,该护罩的内壁对应设有若干定位座,通过所述定位柱与定位座的接合以固定电路板。

    说明书

    照明装置
    技术领域
    本发明涉及一种照明装置,特别是关于一种具有高散热效率的半导体照明装置。
    背景技术
    人们由于长期过度依赖石化燃料,除造成能源短缺及石油价格高涨而牵动经济发展,更使全球二氧化碳与有害气体的排放浓度日益增加,导致地球暖化所引起的气候反常、生态环境的破坏、以及对人类生存的危害日益显现,为永续经营人类赖以生存的地球生态环境,必须同时解决能源危机与环境污染问题,开发新能源及再生能源是推动节约能源及高效率使用能源最重要的策略,而传统照明所消耗的能源极为可观,发展照明节能将是最重要的新能源科技,而半导体照明采用高功率高亮度的发光二极管(LED)为光源,该新光源以其高发光效率、节能、长寿、环保(不含汞)、启动快、指向性等优点,具有广泛取代传统照明光源的潜力。
    LED由于输入电能的80%~90%转变成为热量,只有10%~20%转化为光能,且由于LED芯片面积小,因此芯片散热是LED封装必须解决的关键问题;优良的散热系统可在同等输入功率下得到较低的工作温度,延长LED的使用寿命,或在同样的温度限制范围内,增加输入功率或芯片密度,从而增加LED灯的亮度;结点温度(Junction temperature)是衡量LED封装散热性能的重要技术指标,由于散热不良导致的结点温度升高,将严重影响到发光波长、光强、光效和使用寿命。
    应用高功率高亮度LED在照明的新光源上,必须配合高效率的散热机构以尽量降低LED的结点温度,才能发挥上述诸多优点,否则照明装置的发光亮度、使用寿命将大打折扣,影响所及将使该照明装置的节能效果不彰,并直接冲击该照明装置的可靠度,引发严重的光衰甚至使照明装置失效。
    目前广为各产业应用的现有散热方法是用风扇将气流强制送至各鳍片之间,以直接冷却由热源传至鳍片的热量,从而达到良好的散热效果;然而在半导体照明装置的应用中,基于可靠度与成本的考虑以及空间的限制,通常尽量不使用风扇,而是透过气流温度差导致的密度差所产生的热浮力,来驱动并导引气流进入各鳍片之间发挥散热效果;欲使该半导体照明装置能持续自外界引进较低温气流,必需在照明装置中建立一低流阻的冷却气流通道,使冷却气流通过该照明装置吸热后再由顶端出气口将该热量排出;唯现有的半导体照明装置由于只在鳍片端开设与外界较低温空气的大面积接触,无法充分发挥引进自然气流循环的散热效果,终因长期结点温度过高而导致光衰及影响照明装置的稳定性。
    发明内容
    有鉴于此,有必要提供一种具有高散热效率的照明装置。
    一种照明装置,包括:一光学室,包括至少一光源及一出光通道,用以提供所需的照明分布、发光特性及光源保护;一电气室,用以提供光源所需的驱动电源、控制电路及电源管理,该电气室设有若干进气孔与若干出气孔;以及一散热室,设于该光学室与电气室之间,该散热室包括一散热件,该散热件至少包括一组鳍片,该光源与散热件紧密热连接,该照明装置中设有自然循环的气流通道,以通过热浮力驱动并导引气流进入鳍片间,并使所述气流经电气室的进气孔进入电气室内再经电气室的出气孔排出,以持续移除该光源发光时所释出的热量。
    作为该照明装置的进一步改进,该散热件还包括一实心体,所述鳍片呈放射状分布于该实心体的周面,该实心体背向光源的一端面向内凹陷形成一中空的腔体,所述实心体上于该腔体靠近光源的端部的周边设置有分别对应于这些鳍片之间的若干气孔,以形成自外界将冷却气流导入该腔体内的若干气流通道。
    作为该照明装置的进一步改进,该散热室还包括至少一鞍座及至少一热管,所述热管包括一蒸发段及至少一冷凝段,所述鞍座用于接合光源与热管的蒸发段,并由所述光源、散热件、鞍座及热管组成一光引擎。
    本发明具有如下优点:
    本发明运用在照明装置中建立一低流阻冷却气流流径的技术手段,透过气流温差导致的密度差所产生的热浮力,来驱动并导引气流进入鳍片之间,并使该气流通过该照明装置吸热升温后再由上端出气口将热量散出,发挥持续自外界引进较低温气流的高效率散热功效。
    本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎,在该实心体背向光源的一端面内凹陷形成一中空的腔体,以增加光引擎的散热面积而强化散热效果,并达轻化光引擎的目的。
    本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎,又在该实心体上于腔体靠近光源的端部的周边设置有分别对应于这些鳍片之间的若干气孔,进一步在该腔体内形成自外界持续导入冷却气流的气孔通道,进而自实心体的腔体朝上的开口排出,从而额外自这些气孔持续驱动外部低温气流导入腔体中,进一步强化光引擎的散热效果。
    本发明提供一种具有鞍座的光引擎,以强化光源与鳍片的紧密热接触及增加吸热与散热面积,该鞍座可为散热件的实心体的延伸也可单独设置,并可配合热管的最佳应用方位,进一步强化对光源的吸热效率,及提升鳍片的均匀散热效率,使该光引擎应用在半导体照明上获致低结点温度的高效率照明效果。
    本发明以模块化的高效率光引擎为核心,结合同步降低吸热热阻与散热热阻的技术手段,提供一种整合光学室、散热室及电气室的通用照明装置结构,以达半导体照明装置在设计及制造工艺上的系统化。
    附图说明
    下面参照附图,结合实施例对本发明作进一步描述。
    图1是本发明照明装置第一实施例的组装剖面示意图。
    图2是本发明照明装置第二实施例的组装剖面示意图。
    图3是本发明照明装置第三实施例的组装剖面示意图。
    图4是本发明照明装置第四实施例的组装剖面示意图。
    具体实施方式
    图1是本发明照明装置第一实施例的组装剖面示意图;该照明装置100主要包括一光学室10、一散热室20及一电气室30。其中:
    光学室10设置于散热室20前方,包括至少一由半导体发光元件所组成的光源11及至少一出光通道12,该光源11与散热件23上的吸热面221之间的紧密热接触可先在其间涂抹一层热界面材料(TIM),再将已套装电绝缘垫片的若干螺丝(图未示)分别穿过光源11上的若干固定孔(图未示),以便锁固于散热件23上所设对应螺孔(图未示)达成,也可通过回焊方式将光源11直接黏贴(SMT)于该散热件23的吸热面221上达成,以使光源11的发热部与散热件23的吸热面221紧密热接触;该光源11的发光可通过电线111电性连接光源11的电极(图未示)与电气室30中的电路板31以及通过电线312电性连接该电路板31与外部电源(图未示)达成。
    出光通道12包括至少一光杯121及一导光罩122,其中该光杯121为导引该光源11向外射出光线的锥面,该光杯121底部设有供该光源11凸伸至该光杯121内的通孔(未标示),导光罩122为包括至少一光学镜片123的罩盖,以提供照明装置100所需的照明分布、发光特性及光源保护的功能。
    上述导光罩122中的光学镜片123也可在封装过程中直接与这些光源一体成型,又可将该导光罩122中的光学镜片123直接罩盖于个别的光源上,以避免二次光学造成的光损耗。
    在实际应用时,上述光源11也可由若干分离的个别光源组合而成,此时出光通道12中的光杯121及导光罩122可以是对应于这些分离的光源分开设置,也可以只用一个光杯121及导光罩122的配置。
    散热室20包括一散热件23,并由光源11与该散热件23组成一光引擎21;其中该散热件23包括一位于中央的实心体231及呈放射状分布于该实心体231周面的的若干鳍片232,散热件23由导热性佳的材质制成并与光源11紧密热接触,以传输及移除该光源11发光时释出的热量;为使该照明装置100发挥高效率与稳定的光输出效率,光引擎21必须具有良好的散热性能,为达此目的,本实施例的光源11是直接设置于散热件23的实心体231的一端面上,以便直接将光源11的热量传递给散热件23;上述光源11与实心体231之间的紧密热接触,除可通过涂布锡膏于其间的接触面后,再经由回焊处理达成黏贴(SMT)外,也可于其间的接触面上涂布导热膏或其它导热界面材料(TIM)后,以锁固方式达成。
    在该散热件23的实心体231背向光源11一端面向内凹陷形成一中空的腔体233,以增加光引擎21的散热面积而强化散热效果,并达轻化光引擎21的目的。
    本发明的光引擎21的散热效果是透过气流温度差导致的密度差所产生的热浮力,使进入各鳍片232之间的冷空气吸收由光源11传至鳍片232的热量而升温并上浮,并通过热空气向上漂浮的惯性趋势使鳍片232外与鳍片232垂直的冷空气进入鳍片232之间的流阻降低;在此同时,新的冷空气会自动填补该已上浮的热空气空间,并同样经吸热升温上浮而发挥鳍片232局部散热的效果;当这些上浮的较热气流继续顺利通过设有若干大面积进气孔341的底座34,并由电气室30的护罩32的顶端壁面所设若干大面积出气孔322排出,来持续导引较低温冷却气流进入鳍片232之间,以在该照明装置100中形成对自然循环最有利于低流阻的气流通道;即通过热浮力由该气流通道持续驱动并导引较低温的冷却气流进入鳍片232之间,经吸热上浮并由所述进气孔341进入电气室30再通过出气孔322排出,达到有效移除该光源11发光时释出的热量。
    为进一步强化本发明的光引擎21的散热效果,实心体231上于该腔体233靠近光源11的端部的周边设置有分别对应于这些鳍片232之间的若干气孔234,以形成自外界将冷却气流导入该腔体233内的若干气流通道;由于导引光源11释出的热量而使该散热件23的腔体233内壁呈现较高的温度,并加热腔体233中的空气,致该腔体233内的热空气的密度降低而上浮,进而自实心体231的腔体233朝上的开口排出离开腔体233,并同样继续顺利通过设有若干大面积进气孔341的底座34,再由电气室30顶端壁面所设若干大面积出气孔322排出,从而驱动外界较低温的空气持续自所述气孔234导入腔体233中,形成腔体233内的自然冷却循环,达到进一步强化光引擎21的散热效果,从而确保该照明装置100发挥高效率与稳定的光输出效果。
    电气室30包括一电路板31、一护罩32及一灯头33,该电路板31是与光源11的电极(图未示)及与电源电连接,上述电气室30中的电源除可为电池或电瓶等直流电源外,也可透过电源转换器将交流市电转换为适合该光源11的直流电源,本实施例仅以灯头33与市电连接的方式说明,以搭配该电路板31提供该光源11的驱动电源及照明装置100的电源管理;该护罩32是罩盖该电路板31的一壳体,该护罩32底部锁固一底座34,该底座34设有与散热室20气流顺畅相通的若干进气孔341,该护罩32内壁设有若干定位座321以便与电路板31上所设对应的定位柱311接合以固定电路板31;该护罩32顶部的壁面上设有若干出气孔322,以便将通过散热件23的腔体233及鳍片232间的气流导入电气室30,并将电路板31产生的热量一并散出;另外,该护罩32上还设置有一围设于所述出气孔322的防尘盖35,以防止外部的灰尘进入电气室30内。
    图2是本发明照明装置第二实施例的组装剖面示意图;本实施例与第一实施例的主要区别在于光引擎41还包括至少一U形热管24及一鞍座42,该U形热管24的蒸发段241设于鞍座42上,该U形热管24的冷凝段242插设于散热件23的实心体231内,通过该U形热管24将光源11的热量均匀传至散热件23,以提升整体散热效率;其中鞍座42采用两块分别设有圆弧凹槽的座体421、422,以夹紧U形热管24的蒸发段241的壁面并紧密热接触,以便自U形热管24取得最大的吸热面积,其中该鞍座42的一座体421背向另一座体422的一端面固定于散热件23中央的实心体231,以便快速地将U形热管24的蒸发段241的吸热传递给鳍片232,鞍座42的另一座体422背向所述一座体421的一端面提供一吸热面423,以便与光源11紧密热接触,其中所述一座体421也可由该散热件23的实心体231一体延伸形成,该一座体421与散热件23中央的实心体231制成一体成形件的方法之一为:先将铝挤成形的散热件自径向切割一段所需的鳍片232及座体421长度的总和,再自该散热件的端部将座体421长度的轴向鳍片铣去,然后将外凸的实心体成形为座体421;由于座体421与实心体231为一体成形件,因此可减少一界面热阻,从而使光源11释出的热量可更有效率的传导至散热件23的实心体231,并使鞍座22获致更准确的定位而优化光学性能。
    鞍座42的凹槽尺寸是配合光引擎21中U形热管24的蒸发段241的位置及尺寸,为使光引擎21达到优良的散热性能,该U形热管24的圆直形蒸发段241底部经由事先的压平处理,使蒸发段241底部的平面区与鞍座42上所开凹槽底部的平面有较大的吸热面积,并于鞍座42抵紧该U形热管24底部平面区时具有较佳的热接触条件;上述鞍座42的功能也可以由其它的方式达成,例如只用一座体紧密热接触在U形热管24底部的蒸发段241的圆直管壁面,或用开设一直通形凹槽的鞍座。
    图3是本发明照明装置第三实施例的组装剖面示意图;本实施例与前述实施例的主要区别在于:本实施例所提供的光引擎51中的散热件包括若干沿U形热管24的冷凝段242的轴向堆叠的平直形鳍片53,鞍座42用于接合光源11与U形热管24的蒸发段241,U形热管24的冷凝段242穿设于这些平直形鳍片53内;通过这些鳍片53加热空气形成的热浮力驱动并导引外界的冷空气进入鳍片53之间,以驱动自然循环的气流使这些鳍片53之间形成冷却气流路径;以及在这些鳍片53上分别设有与U形热管24的冷凝段242呈辐射向外浮凸的若干侧开气孔531,使冷凝段242沿鳍片53导出的热量不致被这些气孔531阻断,也使外界的冷空气进入鳍片53之间后因受热而上浮的较热气流与相邻鳍片53之间的下沉较冷气流通过在鳍片53上的这些气孔531交流达到紊流的强化热交换效果,再由这些气孔531及贯穿各鳍片53的中心气孔532将鳍片53间的热空气向上排出以引进冷空气;并同样将该热空气继续顺利通过设有大面积进气孔341的底座34,再由电气室30顶端壁面所设大面积的出气孔322排出,从而驱动外界较低温的空气持续导入鳍片53中,形成照明装置内的自然冷却循环通道,达到强化光引擎51的散热效果,从而确保该照明装置发挥高效率与稳定的光输出效果。
    图4是本发明照明装置第四实施例的组装剖面示意图;本实施例与前述实施例的主要区别在于:光引擎61包括至少一直形热管64、穿设于该直形热管64的冷凝段642周边的具有大散热面积的若干伞形鳍片63以及一鞍座62,该鞍座62用于接合光源11与该热管64的圆直形蒸发段641及其端部,该蒸发段641是经过端部整平及内部壁面设有毛细结构的中空管体,该鞍座62的外形与尺寸是与光源11的发热部及热管64的蒸发段241的接触面相匹配并紧密热接触,以使光源11的热量充分且迅速被热管64吸收;可以理解地,本实施例中也可以采用上述第三实施中的U形热管24与鞍座42,上述第三实施例中也可以采用本实施例中的直形热管64及鞍座62。
    本实施例中,散热件采用若干伞形鳍片63,通过热空气向上漂浮的惯性趋势使伞形鳍片63外的冷空气进入伞形鳍片63之间的流阻降低,伞形鳍片63加热空气形成的热浮力驱动并导引外界的冷空气进入伞形鳍片63之间,以驱动自然循环的气流使伞形鳍片63之间形成冷却气流路径,以及在这些伞形鳍片63上分别设有与热管64的冷凝段642呈辐射向外浮凸的若干侧开气孔631,使热管64的冷凝段642沿伞形鳍片63导出的热量不致被这些气孔631阻断,也使外界的冷空气进入伞形鳍片63之间后因受热而上浮的较热气流与相邻伞形鳍片63之间的下沉较冷气流通过在伞形鳍片63上的这些气孔631交流达到紊流的强化热交换效果,再由这些气孔631将伞形鳍片63间的热空气向上排出以引进冷空气;并同样将该热空气继续顺利通过设有若干大面积的进气孔341的底座34,再由电气室30顶端壁面所设若干大面积出气孔322排出,从而驱动外界较低温的空气持续导入这些伞形鳍片63中,形成照明装置内的自然冷却循环的气流通道,达到强化光引擎61的散热效果,从而确保该照明装置发挥高效率与稳定的光输出效果。
    由上述的实施方式已进一步清楚说明本发明的技术特征及达成的功效,包括:
    (1)本发明运用热空气向上漂浮的物理惯性趋势,在照明装置中建立一低流阻的垂直冷却的气流通道,透过气流温差导致的密度差所产生的热浮力,来驱动并导引气流进入各鳍片之间,并使该气流通过该照明装置吸热升温后再由上端出气口将热量散出,发挥持续自外界引进较低温气流的高效率散热功效。
    (2)本发明提供一种能充分利用自然循环散热的光引擎,特别是在照明装置内建立有利于持续引入较低温气流并导出较高温气流的自然循环低流阻气流通道,使其在不使用风扇的状况下仍能在各鳍片之间建立冷却气流足够的流量,从而使该照明装置发挥高效率的照明及稳定的光输出功效。
    (3)本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎,在该实心体背向光源的一端面向内凹陷形成一中空的腔体,以增加光引擎的散热面积而强化散热效果,并达轻化光引擎的目的。
    (4)本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎,又在该实心体上于腔体接近光源端部的周边对应若干鳍片之间设置若干气孔,进一步在该腔体内形成自外界持续导入冷却气流的通道,进而自实心体的腔体朝上的开口排出,从而额外自这些气孔持续驱动外部低温气流导入腔体中,进一步强化光引擎的散热效果。
    (5)本发明提供一种具有鞍座的光引擎,以强化光源与散热件的紧密热接触及增加吸热与散热面积,该鞍座可为散热件的实心体的延伸也可单独设置,并可配合热管的最佳应用方位,进一步强化对光源的吸热效率,及提升鳍片的均匀散热效率,使该光引擎应用在半导体照明上获致低结点温度的高效率照明效果。
    (6)本发明以模块化的高效率光引擎为核心,结合同步降低吸热热阻与散热热阻的技术手段,提供一种整合光学室、散热室及电气室的通用照明装置结构,以达半导体照明装置在设计及制造工艺上的系统化。
    另外,本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化,只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围的内。

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