CN101307893A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的照明装置包括发光单元(20)以及其上安装有发光单元(20)的主体(11),所述发光单元(20)包括安装于板上的发光元件。主体(11)包括具有各向异性的热导率的石墨,且该石墨的内壁(11c)与发光单元(20)热接触。所述石墨的各向异性包括具有第一热导率的方向(Z)和具有高于第一热导率的第二热导率的方向(X1)。从发光单元(20)产生的热量传递至石墨的内壁(11c),该内壁(11c)被形成为与方向(X1)交叉。
Description
本申请基于2007年5月16日提交的日本专利申请No.2007-130490,并要求该专利申请的优先权,其公开内容通过引用全部结合于此。
技术领域
本发明涉及一种包括LED(light-emitting diode,发光二极管)芯片的照明装置,其中,该LED芯片用作发光元件。
背景技术
在采用固体发光器件制造照明装置和背光单元时,需要足够的热散逸(heat dissipation),以防止降低固体发光器件的发光效率。
通常,固体发光器件被提供在金属芯印刷电路板上以用作发光单元。该发光单元通过用螺钉转紧(screw)而被固定在照明装置的金属主体(metal body)上。也就是说,就热散逸的结构而言,照明装置的金属主体一般用作散热器。
在如上所述而构造的热散逸结构中,当需要更多的热散逸时,可以考虑扩大金属主体的表面面积或增加其厚度的方法。
通常,一种照明装置的主体(body)由具有高热导率的诸如铁(热导率:80.3[Wm-1K-1])或铝(热导率:237[Wm-1K-1])的金属制成。然而,照明装置的主体所增加的厚度使其重量增加,从而导致了运输过程中的负效应。进而,当将此照明装置作为家用电器时,这种所增加的重量可能超过直接安装于天花板上的矩形天花板接线盒(rectangularceiling rosette)可容许的重量值,5[Kg]。
因此,为了改善热散逸的特性而不增加重量,可以想到选用石墨作为照明装置的主体的材料的方法。例如,当采用石墨和铝的复合材料,GC320(来自GELTEC有限公司,密度:2.17[g/cm3])时,重量可被减轻到采用具有相同体积的铁(密度:7.9[g/cm3])时的重量的四分之一。
图1是与本发明相关的采用石墨的照明装置的一个示例的侧剖视图。
LED芯片101暴露在由模制树脂105形成的开口中,并用封装树脂104封装。此外,LED芯片101设置于热沉(heat sink)106上,因此所述LED芯片101的下侧(underside)得以与热沉106接触。LED芯片101与引线框电极(lead frame electrode)102通过焊线(bondingwire)103彼此电连接。
引线框电极102和热沉106被设置在图案布线(pattern wiring)109上。引线框电极102用焊料(solder)112固定于图案布线109上。同样,热沉106用例如导热粘合剂固定在图案布线109上。图案布线109形成于金属芯印刷电路板107的绝缘层108上。
金属芯印刷电路板107用螺钉113固定在主体111的主表面111a上。主体111由石墨制成。即是说,图1所示的照明装置具有下述构造,在所述构造中,石墨整个安装于金属芯印刷电路板107的下侧。
LED芯片101所产生的热量通过图案布线109和绝缘层108而被传递到金属芯印刷电路板107。然后,传递到金属芯印刷电路板107的热量被进一步地传递到主体111的主表面111a。传递到主体111的热量在主体111内沿着朝表面的方向传导和扩散,并且最终从主体111的主表面111a散逸至大气。
此外,日本专利特许公开No.2003-324214中公开了一种与上述结构相似地进行构造的发光模块。日本专利特许公开No.2003-324214的图26中所示的发光模块49具有散热器板(radiator plate)50,该散热器板50由整个地结合到绝缘板32的下侧上的石墨片(graphite sheet)等组成。
顺便提及,石墨具有各向异性的热导率。例如,GC320在预定方向上的热导率为320[Wm-1K-1],相反地,在垂直于该预定方向的方向上的热导率为172[Wm-1K-1]。
因而,当石墨用作散热器板时,必须考虑热导率的各向异性。
在此,将参考图1中的照明装置来研究通过石墨的热散逸。
首先,将研究一种情况,在此情况中,主体111由石墨制成,并且具有较高热导率的方向为图1中的方向X。即是说,将研究其中具有较高热导率的方向与传递由LED芯片101所产生的热量的方向近似垂直的情况。
在这种情况下,LED芯片101所产生的热量在主体111的方向X上得以良好传导。另一方面,热量在主体111的方向Z上不容易传导。因此,石墨(主体111)只有其在LED芯片101侧的表面近旁的那部分起到了热传导作用,而主体111的整个厚度不能被有效地利用。也就是说,在该结构中,虽然为了在方向X上传导更多的热量而增加石墨的厚度,却并不能获得良好的效果。
与此相反,将研究另一种情况,在该情况中,主体111由石墨制成,并且具有较高热导率的方向为图1中的方向Z。即是说,将研究其中具有较高热导率的方向与传递由LED芯片101所产生的热量的方向相同的情况。在该情况下,LED芯片101所产生的热量在主体111的方向Z上得以良好传导。另一方面,热量在主体111的方向X上不容易传导。因此,热量不易于传导至石墨(主体111)的整个表面。也就是说,在该结构中,主表面111a的整个表面不能有效地用作热散逸表面。
综上所述,在具有与本发明相关的构造的照明装置中,石墨的热扩散特性难以得到良好利用。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种照明装置,该照明装置能良好地利用具有各向异性的热导率的热导构件的热扩散(heat diffusion)特性。
为了达到上述目的,本发明的照明装置包括:发光单元,具有安装在板上的发光元件;和主体,具有安装在其上的发光单元,其中,所述主体包括具有各向异性的热导率的热导构件,该热导构件具有与发光单元热接触的传热面,所述各向异性包括第一方向和第二方向,其中在第二方向上的热导率高于第一方向上的热导率。
根据本发明,发光单元所产生的热量从传热面,沿着与具有较高热导率的第二方向交叉的方向传递到热导构件。即是说,在本发明中,由于热量在具有较高热导率的方向上传递,所以,在抑制低于第二热导率的第一热导率的影响的同时,热量可以在第二方向上传递。因此,本发明能充分地利用具有各向异性的热导率的热导构件的热扩散特性。
通过以下参考附图的描述,本发明的上述和其他目的、特征以及优点将显而易见,所述附图示出了本发明的示例。
附图说明
图1为与本发明相关的照明装置的示意性侧剖视图;
图2为根据本发明第一示例性实施例的照明装置的示意性侧剖视图;
图3为根据本发明第二示例性实施例的照明装置的示意性侧剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图对根据本发明的示例性实施例进行描述。
(第一示例性实施例)
图2为本示例性实施例的照明装置的示意性侧剖视图。
本发明的照明装置30包括发光单元20和主体11。发光单元20具有LED芯片1。位于金属芯印刷电路板7上的该发光单元20被安装于主体11上。主体11采用石墨。石墨具有各向异性的热导率。各向异性具有第一方向和第二方向,所述第一方向具有第一热导率,所述第二方向具有高于所述第一热导率的第二热导率。本示例性实施例的主体11的厚度方向(thickness direction)被定向到所述第一方向(方向Z)。同样,在本示例性实施例的主体11中,平行于用作热散逸表面的主表面11a的方向被设置到所述第二方向(方向X,其中热导率很高的方向X1)。即是说,本示例性实施例的主体11采用石墨以加强在表面方向上的热扩散特性。
LED芯片1,即发光元件,被设置于由模制树脂5形成的开口中,并用封装树脂4封装。LED芯片1和引线框电极2通过焊线3彼此电连接。引线框电极2内部也形成有开口。LED芯片1设置于引线框电极2的开口中。此外,热沉6也设置于引线框电极2的开口中。即是说,LED芯片1设置在热沉6上。因此,大部分由LED芯片1产生的热量,从LED芯片1的下侧而不是从封装树脂4侧,传递至热沉6。热沉6采用的材料包括铜合金、铜锆合金、铜铁合金、加入了另一元素的上述合金、铝等。进而,为了降低LED芯片1与热沉6之间的传热阻抗,例如,优选用Au-20Sn、Sn-3Ag-0.5Cu等焊料将LED芯片1与热沉6彼此接合。
金属芯印刷电路板7主要由具有良好热导率的金属制成。在该金属芯印刷电路板7上形成有绝缘层8。绝缘层8可以采用例如浸渍有环氧树脂的玻璃纤维。在绝缘层8上形成有由铜组成的图案布线9。引线框电极2用焊料12固定到图案布线9上。
如上所述,本示例性实施例的主体11采用具有各向异性的热导率的石墨。例如,就主体11而言,可采用石墨和铝的复合材料,GC320(来自GELTEC有限公司,密度:2.17[g/cm3])。所述GC320的密度大约是铁的密度7.9[g/cm3]的四分之一,从而可使主体11更轻。
GC320在预定方向上的热导率是320[Wm-1K-1],在垂直于该预定方向的方向上的热导率为172[Wm-1K-1]。在本示例性实施例,热导率172[Wm-1K-1]为第一热导率,热导率320[Wm-1K-1]为第二热导率。
主体11被构造成使得热导率较高的方向平行于主表面11a(其中热导率较高的图2中的方向X1)。主表面11a用作热散逸表面。
主体11内形成有孔11b,且金属芯印刷电路板7通过压配合而被插入到该孔11b中。即是说,使得主体11的内壁11c与金属芯印刷电路板7的侧壁7a接触。内壁11c形成在与方向X1交叉的方向上,所述方向X1上具有高的热导率。在本示例性实施例中,内壁11c与具有高的热导率的方向X1垂直。另外,在侧壁7a与内壁11c之间施加传热剂13。所施加的传热剂13可以是例如导热润滑脂、导热粘合剂等。传热剂13也可施加在绝缘层8与金属芯印刷电路板7之间。
接下来,在如本示例性实施例的上述描述一样进行构造的照明装置中,将描述LED芯片1所产生的热量的传递。
LED芯片1所产生的热量依次传递至热沉6、图案布线9、绝缘层8以及传热剂13。该热量被进一步从传热剂13传递至金属芯印刷电路板7。传递至金属芯印刷电路板7上的热量从所述金属芯印刷电路板7的下侧7b散逸到大气,并在方向X上通过金属芯印刷电路板7传导。在方向X上传导的热量从金属芯印刷电路板7的侧壁7a传递至传热剂13,进而从传热剂13传递至主体11的内壁11c。传递到主体11的热量主要在高热导率的方向X1上传导。当在具有较高的热导率的方向X1上传导时,热量从主表面11a散逸到大气。
在本示例性实施例的结构中,将要从金属芯印刷电路板7传递的热量从垂直于具有高热导率的方向X1的内壁11c而非从主体11的主表面11a传递。即是说,由于热量朝具有高热导率的方向X1传递,所以能够防止厚度方向(方向X)上的热导率对方向X上的主体11的热传导产生任何影响。
然后,根据本示例性实施例的构造,即使主体11被构造成使得石墨的厚度方向上的热导率低,主体11的全部厚度也能被有效地用以在方向X上传导热。而且,本示例性实施例的构造允许方向X上传导的热量与主体11的厚度成比例地增加。
此外,在本示例性实施例的构造中,因为相比于厚度方向上,平行于主表面11a的方向上的热扩散特性较强,所以主表面11a能有效地用于热散逸。
另外,在本示例性实施例中,提供了一示例,其中主体11采用石墨与铝的复合材料。即是说,提供了一示例,其中主体11使用通过结合具有各向异性的热导率的材料和具有各向同性的热导率的材料而形成的热导构件。然而,本发明不限于此。即是说,对于主体11,可以使用具有各向异性的热导率的石墨与树脂的复合材料。在此情况下,能提供重量更轻的照明装置。
本示例性实施例示出了在其中提供有LED芯片的照明装置的示例。假定该LED芯片例如是通过将蓝色LED与荧光物质结合而形成的白色LED,其中作为光源的蓝色LED使荧光物质感光(excite)而转化成可见光。通过使用蓝色LED、绿色LED以及红色LED,可以提供一种全色的背光模块。
(第二示例性实施例)
图3为本示例性实施例的照明装置的示意性侧剖视图。
本示例性实施例的照明装置的基本构造与第一示例性实施例中所示的照明装置的基本构造相似。即是说,与第一示例性实施例相似,主体11被构造成使得具有高热导率的方向X1设置成与主表面11a平行,但不同的是,金属芯印刷电路板7是螺纹旋入到孔11b内,而不是通过压配合而插入到孔11b内的。另外,具有相同构造的其它部件由相同的符号来表示,并且将省略重复的描述。
金属芯印刷电路板7的侧壁通过攻螺纹而形成公螺纹(malethread)7c,且主体11上的孔11b的内壁也通过攻螺纹而形成母螺纹(female thread)11d。然后,金属芯印刷电路板7螺纹旋入到主体11上的孔11b内而附接。另外,优选公螺纹7c和母螺纹11d的螺距要尽量小。因为使螺距尽可能小,宏观上与第一实施例相似,将要从金属芯印刷电路板7传递的热量可以沿着具有较高热导率的方向X1传递。
同样,在本示例性实施例中,类似于所述第一示例性实施例,将要从金属芯印刷电路板7传递的热量是从内壁11c而不是从主体11的主表面11a传递的。因此,即使主体11被构造成使得在石墨的厚度方向上的热导率低,与第一示例性实施例相似,在本示例性实施例中,主体11的全部厚度也能有效地用以在方向X上传导热量。
而且,本示例性实施例的构造,与第一实施例相似,能有效地利用主表面11a来散逸热量,这是因为与厚度方向上相比,平行于主表面11a的方向上的热扩散特性更强。
虽然已经通过使用特定术语描述了本发明的优选实施例,但此描述仅出于示例性目的,并且应该被理解为在不脱离权利要求的精神或范围的情况下可做出变化和改变。
Claims (9)
1.一种照明装置,包括:
发光单元,具有安装于板上的发光元件;和
主体,具有安装于其上的所述发光单元,其中
所述主体包括具有各向异性的热导率的热导构件,
所述热导构件具有与所述发光单元热接触的传热面;
所述各向异性包括第一方向和第二方向,其中所述第二方向上的热导率高于所述第一方向上的热导率,并且
所述热导构件被形成为使得所述传热面与所述第二方向交叉。
2.根据权利要求1所述的照明装置,其中
所述热导构件被形成为使得所述传热面垂直于所述第二方向。
3.根据权利要求1所述的照明装置,其中
所述热导构件具有用作热散逸表面的主表面,所述主表面被形成在与所述传热面交叉的方向上,并且
所述热导构件被构造成使得所述主表面和所述第二方向彼此平行。
4.根据权利要求1所述的照明装置,其中
在所述热导构件中,形成一孔,使得所述孔的内壁为所述传热面,并且
所述发光单元的所述板被插入到所述孔中。
5.根据权利要求4所述的照明装置,其中
所述板通过压配合而被插入到所述孔中。
6.根据权利要求4所述的照明装置,其中
所述板被螺纹旋入到所述孔中。
7.根据权利要求1所述的照明装置,其中
在所述板与所述传热面之间施加导热润滑脂或者导热粘合剂。
8.根据权利要求1所述的照明装置,其中
所述热导构件为石墨。
9.根据权利要求1所述的照明装置,其中
所述发光元件为LED芯片。
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