CN101566326B - 照明装置及其光引擎 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置包括一光学室、一电气室及一设于光学室与电气室之间的散热室；光学室包括至少一光源及一出光通道；散热室包括一散热器及一风扇，该散热器具有一实心体及呈放射状分布于实心体的周面的若干鳍片，该实心体靠近光学室的一端与光源热接触，该实心体于靠近电气室的一端向内凹陷形成一腔体，该腔体靠近电气室的一端开口，而靠近光源的一端封闭，该腔体内靠近光源的一端的周边对应于各鳍片之间设置有若干气孔，以形成一导引冷却气流流经该空腔的气流通道，该风扇设于散热器与电气室之间，该风扇的扇叶于该散热器的实心体的径向上超出该实心体，以使该风扇导引的气流一部分流经该散热器的鳍片间，另一部分流经由腔体及气孔所形成的气流通道。

Description

照明装置及其光引擎
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及其光引擎。
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。
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；在不使用风扇的状况下，低输出功率的照明应用除利用低气流驱动力的自然循环散热外，也能通过大的散热面积达成；然而，在高功率高亮度的照明应用中，常因空间或重量的限制及成本的考虑下，使用风扇冷却对轻化与缩小照明装置、降低成本及提升散热效率具有显著的效益；现有半导体照明装置虽已见使用风扇的产品，但由于只在鳍片侧导引冷却气流，无法充分发挥缩小与轻化照明装置的效益，且无法充分显现强制气流的散热效果而影响照明装置的稳定性与使用的寿命。
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，并提供一种该照明装置所采用的光引擎。
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亮度与发光特性及光源保护；一电气室，用以提供该光源所需的驱动电源、控制电路及电源管理；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器及一风扇，该散热器具有一实心体及呈放射状分布于实心体的周面的若干鳍片，该实心体靠近光学室的一端与光源热接触，以传输该光源发光时所释放的热量，该实心体于靠近电气室的一端向内凹陷形成一腔体，该腔体靠近电气室的一端开口，而靠近光源的一端封闭，该腔体内靠近光源的一端的周边对应于各鳍片之间设置有若干气孔，以形成一导引冷却气流流经该空腔的气流通道，该风扇设于散热器与电气室之间，该风扇的扇叶于该散热器的实心体的径向上超出该实心体，以使该风扇导引的气流一部分流经该散热器的鳍片间，另一部分流经由腔体及气孔所形成的气流通道。
一种光引擎，包括至少一光源、一散热器及一风扇，该散热器具有一实心体及呈放射状分布于实心体的周面的若干鳍片，该实心体的一端与光源热接触，以传输光源发光时所释放的热量，该实心体于另一端向内凹陷形成一腔体，该腔体靠近光源的一端封闭，而远离光源的另一端开口，该腔体内靠近光源的一端的周边对应于各鳍片之间设置有若干气孔，以形成一导引冷却气流流经该腔体的气流通道，该风扇设于散热器上，该风扇的扇叶于该散热器的实心体的径向上超出该实心体，以使该风扇导引的气流一部分流经该散热器的鳍片间，另一部分流经由腔体及气孔所形成的气流通道。
本发明具有如下优点：
本发明运用在照明装置中建立一新的低流阻冷却气流通道的技术手段，除导引气流强制通过各鳍片外，并通过该腔体形成另一新的气流通道，进一步大幅强化光引擎的散热效率。
本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎，该实心体于靠近电气室的一端面向内凹陷形成一腔体，达到轻化光引擎的目的，且同时扩增散热面积达到强化光引擎的散热功效。
本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎，通过在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，导引气流强制通过该腔体形成一新的气流通道，进一步强化光引擎的散热效果。
本发明结合在腔体内壁所扩增的散热面积，及由其中的若干气孔导引气流强制通过该扩增的散热面积所形成一新增的气流通道，使本发明光引擎的散热效果远优于现有技术，从而确保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是本发明照明装置及其光引擎第一实施例的组装剖面示意图。
图2是图1所示光引擎的仰视图。
图3是图1所示光引擎的立体图。
图4是本发明照明装置及其光引擎第二实施例的组装剖面示意图。
具体实施方式
图1是本发明照明装置及其光引擎第一实施例的组装剖面示意图，图2是图1所示光引擎的仰视图，图3是图1所示光引擎的立体图；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包括一光源11及一出光通道12，其设置于散热室20前方，该光源11包括由至少一半导体发光芯片所组成的透明封装发光体111(Emitter)、若干电极112及位于发光体111底部的至少一散热基板113的一体成型件(图2所示)，可经由电线115将设于电气室30中的驱动电源与该光源11的电极112之间电连接而发光，并使该散热基板113与散热室20中散热器22的实心体221的吸热面223紧密热接触，以传输及移除该光源11发光时释出的热量；在本实施例中，该散热基板113与实心体221的吸热面223之间的紧密热接触可先在两者之间涂抹一层热界面材料(TIM)，再将已套装电绝缘片的若干螺丝(图未示)分别通过散热基板113上的若干固定孔114，以便锁固于实心体221的吸热面223所设螺孔达成，也可通过回焊方式将散热基板113直接黏贴(SMT)于该吸热面223上达成；所述光源11与实心体221的吸热面223之间的紧密热接触还可通过先对实心体221的吸热面223进行电绝缘处理，然后在该经电绝缘处理的吸热面223上铺设基板电路如铜铂基板电路，再将半导体发光芯片与所述基板电路电连接并于半导体发光芯片外包覆一透明封装体而达成，采用此种方式的光源不包含散热基板113，从而避免散热基板113与吸热面223之间接触热阻的产生，光源11所产生的热量可直接由吸热面223吸收并予以快速散发，可进一步提升散热效率。为方便叙述，本实施例及以下的实施例皆仅以包含有散热基板113的光源11予以说明，实际上，各实施例中的光源11皆可用上述不合散热基板113的光源替代。
出光通道12包括一光杯121及一导光罩122，其中光杯121为由光源11向外扩散的一锥形反射面，设在光杯121中央的通孔(未标示)供透明封装发光体111凸伸至光杯121，导光罩122为包括至少一光学透镜123的罩盖，以提供照明装置100所需的照明亮度与发光特性及光源保护功能。
在实际应用时，上述光源11有可能由若干分离的单一光源组合而成，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设于该光学室10与电气室30之间，包括一散热器22及一风扇23；其中该风扇23设置于散热器22与电气室30之间，并由该散热器22、风扇23及光源11组成一光引擎21，该散热器22包括一位于中央的实心体221及呈放射状分布于该实心体221的周面的若干鳍片222，该实心体221靠近光学室10一端的吸热面223与光源11紧密热接触，以发挥高效率传输该光源11发光时释出的热量。
该散热器22的若干鳍片222之中有部分鳍片222的端部沿实心体221的轴向分别设置有一固定槽224，在所述固定槽224中可插入一支撑杆或螺杆(图未示)用以将散热室20、扇框231、电气室30、光学室10结合成一照明灯具，并在风扇23的扇框231与电气室30的底座34之间形成有透气间隔232以作为风扇23运作时的进风或排风口，其中该支撑杆的一端螺锁于电气室30周边所设对应的定位孔(图未示)中，另一端则螺锁于光学室10周边所设对应的定位孔(图未示)中达成。
该散热器22的实心体221于靠近电气室30的一端面向内凹陷形成一腔体225，该腔体225靠近光源11的一端封闭，而远离光源11的另一端开口，除可达到轻化光引擎21的目的外，也可使该散热器22的散热面积由原有的若干鳍片222扩增至腔体225的内壁，达到强化光引擎21的散热效果。
为进一步强化本发明的光引擎21的散热效果，实心体221上于该腔体225靠近光源11的端部的周边设置有分别对应于这些鳍片222之间的若干气孔226，该风扇23的扇叶于该散热器22的实心体221的径向上超出该实心体221，不论通过风扇23朝该光引擎21吹风或吸风，均能导引外界冷却气流通过该腔体225，形成冷却气流通过既有鳍片222外的另一新的气流通道，以使该风扇23所导引的气流一部分流经散热器22的鳍片222间，另一部分流经由腔体225及气孔226所形成的气流通道，以进一步强化光引擎21的散热效果，从而可获致低结点温度的高效率照明。
该散热器22结合所述腔体225内壁所扩增的散热面积，并通过风扇23使实心体221的若干气孔226导引气流强制通过该扩增的散热面积，不但使该光引擎21的导热距离显著缩短，且结合扩增的散热面积与新气流通道的散热效益，使该光引擎21散热能力远优于现有技术，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112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的底部锁固一底座34，该底座34设有若干通孔(图未示)供电线115穿设以电连接光源11的电极112及电路板31，本实施例的电气室30与散热室20通过该底座34形成气流隔离并相隔一段距离，因此在风扇23及电气室30之间留有一透气间隔232，作为风扇23运作时的进风或排风口；该护罩32的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顶部设有若干气孔322，以便将电路板31产生的热量散出。
图4是本发明照明装置及其光引擎第二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：电气室30与风扇23之间不需设置透气间隔，电气室30的底座44设有与散热室20气流顺畅相通的若干大面积气孔441，并在该护罩32顶部设有与外界气流顺畅相通的若干大面积气孔322，以及罩盖于所述气孔322的防尘罩45，以便当风扇23启动时将流经散热器22的气流导入电气室30并连同电路板31产生的少量热量一并散出；同理，当风扇23朝光引擎21吹拂时也可透过护罩32顶部所设置的该若干气孔322将外界的冷空气引入照明装置100；由以上所述可知本实施例的照明装置因具有顺畅相通的低流阻气流通道，可进一步优化本发明光引擎21的散热效果，从而确保应用在半导体照明上获致低结点温度的高效率照明效果。
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)本发明运用在照明装置中建立一新的低流阻冷却气流通道的技术手段，除导引气流强制通过各既有鳍片外，并通过该腔体形成一新的气流通道，进一步大幅强化散热效率。
(2)本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎，在该实心体于靠近电气室的一端面向内凹陷形成一腔体，达到轻化光引擎的目的，且同时因扩增散热面积达到强化光引擎的散热效果。
(3)本发明提供一种具有散热鳍片及实心体的光引擎，通过在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，导引气流强制通过该腔体形成一新的气流通道，进一步强化光引擎的散热效果。
(4)本发明结合在腔体内壁所扩增的散热面积，及由其中的若干气孔导引气流强制通过该扩增的散热面积所形成一新增的冷却气流通道，使本发明光引擎的散热效果远优于现有技术，从而确保应用在半导体照明上获致低结点温度的高效率照明效果。
(5)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。

Claims (10)

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亮度与发光特性及光源保护；
一电气室，用以提供该光源所需的驱动电源、控制电路及电源管理；及
一散热室，设于该光学室与电气室之间，包括：
一散热器，该散热器具有一实心体及呈放射状分布于实心体的周面的若干鳍片，该实心体靠近光学室的一端与光源热接触，以传输该光源发光时所释放的热量，该实心体于靠近电气室的一端向内凹陷形成一腔体，该腔体靠近电气室的一端开口，而靠近光源的一端封闭，该腔体内靠近光源的一端的周边对应于各鳍片之间设置有若干气孔，以形成一导引冷却气流流经该空腔的气流通道；及
一风扇，设于散热器与电气室之间，该风扇的扇叶于该散热器的实心体的径向上超出该实心体，以使该风扇导引的气流一部分流经该散热器的鳍片间，另一部分流经由腔体及气孔所形成的气流通道。
2.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、一护罩及一底座，所述电路板收容在护罩内，该底座设于护罩靠近散热室的一端。
3.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：所述电气室与散热室之间相隔一段距离，于所述风扇与底座之间形成有一透气间隔，以作为风扇运作时的进风或排风口。
4.如权利要求3所述的照明装置，其特征在于：该护罩顶部设有若干气孔，以便将电路板产生的热量散出。
5.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：所述底座设有与散热室气流顺畅相通的若干气孔，该护罩顶部也设有与外界气流顺畅相通的若干气孔。
6.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于：该护罩上还设有罩盖于护罩顶部所设气孔的一防尘罩。
7.如权利要求2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。
8.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：所述散热器的一部分鳍片的端部沿实心体的轴向设置有固定槽。
9.一种光引擎，包括：
至少一光源；
一散热器，该散热器具有一实心体及呈放射状分布于实心体的周面的若干鳍片，该实心体的一端与光源热接触，以传输光源发光时所释放的热量，该实心体于另一端向内凹陷形成一腔体，该腔体靠近光源的一端封闭，而远离光源的另一端开口，该腔体内靠近光源的一端的周边对应于各鳍片之间设置有若干气孔，以形成一导引冷却气流流经该腔体的气流通道；及一风扇，设于散热器上，该风扇的扇叶于该散热器的实心体的径向上超出该实心体，以使该风扇导引的气流一部分流经该散热器的鳍片间，另一部分流经由腔体及气孔所形成的气流通道。
10.如权利要求9所述的光引擎，其特征在于：所述散热器的一部分鳍片的端部沿实心体的轴向设置有固定槽。
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