CN101593803A - 发光二极管散热组件、组合式发光二极管及发光二极管灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管散热组件、组合式发光二极管及发光二极管灯。该散热组件包括上散热片、下散热片、导热支柱及底部盖板；上散热片位于导热支柱上部，与所述导热支柱机械连接或加工成一个整体；下散热片为一片以上，固定于所述上散热片的底部，与其紧密接触；底部盖板固定于所述导热支柱的底部。其还可以包括一可通风透气的保护罩，包裹在所述散热片、导热支柱和底部盖板的外部，与其成为一体。本发明提供是散热组件，整体是镂空的，便于空气流通带走热量及热辐射带走热量，所以散热效果非常好，且重量轻。采用本发明提供的散热组件制作的发光二极管及发光二极管灯，具有电光转换效率高、使用寿命长的特点。

Description

发光二极管散热组件、组合式发光二极管及发光二极管灯

技术领域

本发明涉及一种发光二极管组件及照明灯具，尤其涉及一种发光二极管散热组件和组合式发光二极管及发光二极管灯。

技术背景

随着半导体照明技术的发展，发光二极管逐渐从传统的小功率向单颗大功率和集成大功率发展，但是，发光二极管只有在一定的温度下才能正常工作。大功率发光二极管发热量大且集中，若无法有效地消散将降低发光二极管的电光转换效率，缩短发光二极管的使用寿命。因此如何将发光二极管产生的大量的热有效消散，已成为制造发光二极管和发光二极管灯的关键。专利号为200720024890.5的“一种能有效散热的大功率发光二极管灯具”，公开了一种组合式散热片，该组合式散热片由端散热片、连接件散热片、驱动散热片组成，端散热片、连接件散热片和驱动散热片依次连接，各散热片一侧均设置卡扣，发光二极管发光装置与组合式散热片之间设置有导热材料，发光二极管驱动装置设置在驱动散热片上，端散热片和驱动散热片由灯架固定。由于呈小齿突起状的组合式散热片增大了散热面积，提高了散热效率。但是，该组合式散热片与发光二极管发光装置之间通过导热材料连接，增加了热阻；同时，散热片数量的控制只能通过增加或减少一个或多个连接件散热片来实现，散热片的数量相对固定，不够灵活；且各散热片之间的卡扣连接也不够牢固。因此散热效果仍不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种散热性能良好、成本低、散热片数量灵活易控制的发光二极管散热组件；同时提供组合式发光二极管和发光二极管灯。

本发明的目的是这样实现的：

一种发光二极管散热组件，包括散热片，一根以上的导热支柱和一个底部盖板，所述散热片包括上散热片和下散热片，上散热片位于所述导热支柱上部，与该导热支柱固定连接或加工成一个整体；导热支柱位于所述上散热片的下方；下散热片为一片以上，固定于所述上散热片的底部和/或导热支柱的侧面，并与该上散热片紧密接触；底部盖板固定于所述导热支柱的底部。

作为本发明的一种改进，该散热组件还可以包括一可通风透气的保护罩，该保护罩包裹在所述散热片、导热支柱及底部盖板的外部，并与该散热片、导热支柱及底部盖板成为一体。

作为本发明的进一步改进，在所述上散热片的底部设置有凹槽，凹槽的形状及宽度与所述下散热片形状及厚度相适应。

作为本发明的进一步改进，所述下散热片为若干片，下散热片之间留有间距。

作为本发明的进一步改进，所述上散热片的厚度在1mm-10mm之间，所述下散热片的厚度在0.1mm-10mm之间。

作为本发明的再进一步改进，所述的下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板的连接方式可以是下述连接方式中的任意一种：

A.下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板均垂直；

B.下散热片与上散热片及底部盖板垂直，与导热支柱平行或相切；

C.下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板成一定角度相交，该角度为10°-80°之间的任意角度。

一种组合式发光二极管，包括至少一个发光二极管，还包括一散热组件，该散热组件包括散热片，一根以上的导热支柱和一个底部盖板，所述散热片包括上散热片和下散热片，上散热片位于所述导热支柱上部，与该导热支柱固定连接或加工成一个整体；导热支柱位于所述上散热片的下方；下散热片为一片以上，固定于所述上散热片的底部和/或导热支柱的侧面，并与该上散热片紧密接触；底部盖板固定于所述导热支柱的底部；所述发光二极管位于所述散热组件的顶部，在该发光二极管的底部设有导热基板，该导热基板紧贴于所述散热组件上散热片的上表面。

一种发光二极管灯，包括至少一组合式发光二极管，该组合式发光二极管包括至少一个发光二极管，还包括一散热组件，该散热组件包括散热片，一根以上的导热支柱和一个底部盖板，所述散热片包括上散热片和下散热片，上散热片位于所述导热支柱上部，与该导热固定连接或加工成一个整体；导热支柱位于所述上散热片的下方；下散热片为一片以上，固定于所述上散热片的底部和/或导热支柱的侧面，并与该上散热片紧密接触；底部盖固定于所述导热支柱的底部；所述发光二极管位于所述散热组件的顶部，在该发光二极管的底部设有导热基板，该导热基板紧贴于所述散热组件上散热片的上表面；在所述散热组件的上表面安装有一杯形的反光罩，它直接固定在上散热片上，围绕在发光二极管光源四周。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、散热效果好。本发明提供的散热组件，由于发光二极管通过导热基板紧贴固定在上散热片上，上散热片与下散热片及导热支柱接触紧密，热阻几乎为零；散热组件采用具有高导热率的材料制成，散热片和导热支柱组合成插片结构，整体上是镂空的；下散热片与下散热片之间留有适当的间距，让空气能充分的自由流通，发光二极管在工作时产生的热量首先是通过上散热片及导热支柱传递到所有的下散热片，这样就分散了热量，同时热量沿导热支柱及下散热片向下传递，在传递的过程中，热量会通过空气对流及热辐射逐渐散发到空气中。且下散热片、上散热片、导热支柱及底部盖板的连接关系灵活，在下散热片与上散热片、导热支柱、底部盖板成一定角度相交时，因符合使用时热气流上升的方向，更加利于空气流通带走热量。因此，该散热组件的散热效果非常好。

2、下散热片及导热支柱的数量可以根据不同散热量的需要进行调节。

3、本发明采用的散热片和导热支柱组合制成的散热组件，大大减少了整体材料用量，降低了成本。

4、采用本发明提供的散热组件制作的发光二极管及发光二极管灯，由于散热效果好，因此，电光转换效率提高、使用寿命延长。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的散热组件和发光二极管的一种安装方式的纵向截面示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3-5为本发明的保护罩的结构示意图；

图6为导热支柱、上散热片与底部带螺孔的发光二极管支架的连接示意图；

图7为导热支柱、上散热片与底部带螺杆的发光二极管支架的连接示意图；

图8为常规功率型发光二极管与上散热片的连接示意图；

图9为贴片型发光二极管与上散热片的连接示意图；

图10为下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板都垂直安装的结构示意图；

图11-12为下散热片与上散热片及底部盖板垂直，而与导热支柱平行或相交安装的结构示意图；

图13为下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板成一定角度安装的结构示意图；

图14-16为下散热片的形状示意图；

图17-19为上散热片底部凹槽的形状示意图；

图20-23为导热支柱的结构示意图；

图24为应用本发明的散热组件制作的以单颗发光二极管为光源的路灯结构示意图；

图25为应用本发明的散热组件制作的以多颗发光二极管为光源的路灯结构示意图；

图26是应用本发明散热组件制作的与白炽灯外形接近的发光二极管球泡灯；

图27是图26中发光二极管球泡灯的分解图；

其中，1′-上散热片，1-下散热片，2-导热支柱，3-保护罩，4-底部盖板，5-发光二极管(发光二极管)，6-导线，7-下散热片，8-散热组件，9-绝缘电路室，10-反光罩，11-透光泡壳，12-驱动电源，13-电连接器，14-路灯外壳，15-发光二极管安装方式，16-散热片的安装方式。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种发光二极管散热组件，包括上散热片1′，下散热片1，导热支柱2及底部盖板4。

如图1所示，上散热片1′位于导热支柱2的上部，略低于导热支柱2的上表面，其中心有一通孔，其形状及大小与导热支柱上部的形状及大小相适应，通过该通孔与导热支柱2的上部固定连接；该上散热片1′也可以通过机械挤压或热压与导热支柱2的上部进行固定连接，还可以将这两部分直接加工成一个整体。下散热片1为若干片，此处以八片为例进行说明，如图10-13所示。该下散热片1固定于所述上散热片1′的底部，也可以固定于所述导热支柱2的侧面，当然，还可以同时固定于上散热片1′的底部和导热支柱2的侧面，不管采用何种方式固定，都应保证下散热片1与上散热片1′紧密接触；下散热片与下散热片之间留有间距7。导热支柱2一根以上，以一根为例，位于上散热片1′与底部盖板4之间，且与上散热片1′和底部盖板4垂直。底部盖板4位于导热支柱2及下导热片1的底部，其中心有一通孔，以螺丝固定于导热支柱上，以压紧下散热片1和导热支柱2，使下散热片1、导热支柱2与上散热片1′之间接触紧密，减少热阻，提高导热效率。作为本发明的一种改进，该散热组件还可以包括一保护罩3。如图3-5所示，保护罩3为一多孔或网状或其它便于通风透气的外壳，包裹在散热片、导热支柱2及底部盖板4的外部，与该散热片、导热支柱2及底部盖板4成为一体。

其中，上散热片1′是由高导热率的金属，如：银、铜、铝等，或其它有一定机械强度的高导热材料或高导热复合材料制成，其形状可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形或其它形状。作为本发明的一种改进，在该上散热片1′的底部可开有凹槽，其宽度及形状与下散热片厚度及形状相适应，凹槽的排列形状可以是太阳散射形、正多边形、圆弧形等多种形状，图17-19示出了几种常见的排列形状，以增加下散热片与上散热片的接触面积，便于导热、散热为准；凹槽的深度根据上散热片1′的厚度及导热、散热和安装方便与否进行自行调节。上散热片1′的中心开有通孔，该通孔的大小可根据导热支柱2的直径、发光二极管支架的固定方式及上散热片1′与导热支柱2的连接方式来确定。该上散热片1′的厚度为1mm-10mm之间，大小视发光二极管所需导热接触面积及散热功率而定。

下散热片1由高导热率的金属，如：银、铜、铝等，或其它高导热率材料，如：纳米碳管、提纯石墨等，或其它高导热复合材料制作而成，该材料必须有很好的导热、散热特性；如图14-16所示，下散热片1的形状可以是长方形、正方形、直角梯形等各种形状，以安装在所述的上散热片1′、导热支柱2及底部盖板4形成的腔内相适宜为准，视上散热片1′、导热支柱2及底部盖板4的结构而定；其厚度为0.1mm-10mm之间，大小视发光二极管所需导热、散热功率而定。

在以纳米碳管或提纯石墨为原料制成的上散热片1′或下散热片上1时，为了增强其强度，可以在其表面设置加强筋，数量根据所需强度来定。加强筋的形状可以是任何形状，常见的有“×”、“*”、“≡”、“#”、“+”等。

导热支柱2由高导热材料制成，该材料可以是高导热金属，如：银、铜、铝等，或其它高导热材料，如：热超导管、纳米碳管、提纯石墨等，或高导热复合材料；如图20-23所示，该导热支柱2可以是实心的，也可以是空心的，其横截面形状可以为圆形、方形、太阳花形或其它顶部为平的多面体。导热支柱2的顶部是平的，该导热支柱2的顶部固定所述的上散热片1′，在上散热片1′上开有一与导热支柱2上部外径或发光二极管支架导热基板底部螺杆外径相同的通孔，在导热支柱2的顶部制作一与发光二极管支架导热基板底部螺孔或螺杆相配的螺丝或螺孔。当下散热片1固定于导热支柱2上时，在导热支柱2的侧面可以开有凹槽。

保护罩3是以金属材料或绝缘材料或其它有一定机械强度的材料制成的外壳。保护罩3的形状可以是圆形、方形、圆台形等形状，依上散热片1′、下散热片1及底部盖板4的形状而定，以与上散热片1′、下散热片1及底部盖板4相配为准。如图3-5所示，该保护罩3的侧面四周都开有很多孔或做成网状，该孔可以是圆形、方形、三角形或其它形状，以便于气体流通、散热为准。

底部盖板4以金属材料、绝缘材料或其它有一定机械强度的材料制成，形状可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形或其它形状，以与保护罩3及绝缘电路室9相配为准。

如图10-13所示，本发明中上散热片1′、下散热片1、导热支柱2及底部盖板4的连接方式灵活。在图10中，下散热片1与上散热片1′、导热支柱2及底部盖板4都垂直；在图13中，下散热片1与上散热片1′导热盖板2及底部盖板4成一定角度相交，该角度可以是10°-80°之间的任意角度，以符合使用时热气流上升的方向为准，这样将更加有利于空气流通，带走热量。在这两种连接方式中，下散热片1近间距端的反向延长线交于导热支柱2的中心轴，下散热片1靠近导热支柱端2的间距为0.3mm-10mm之间。在图11、图12中，下散热片1与上散热片1′及底部盖板4都垂直，而与导热支柱2平行或相切。

以下是对该导热组件的举例说明：导热支柱2为一太阳花状的铜棒，上散热片1′以铜质镀银材料制作；上散热片1′位于导热支柱2的上部，与导热支柱2的上表面加工成一个整体；在导热支柱2四周等间距地固定一组用纳米碳管或提纯石墨材料制作的下散热片1，并且下散热片1与下散热片1之间留有间距7；下散热片1与上散热片1′导热盖板2及底部盖板4成一定角度相交，该角度为40°，其中，上散热片1′的厚度为1.5mm，下散热片的厚度为0.4mm。

图1示出了应用本发明提供的散热组件8制作的组合式发光二极管。该组合式发光二极管包括至少一发光二极管5及至少一前述散热组件8；该发光二极管底部设有导热基板。发光二极管使用如图6、图7所示的支架封装，发光二极管支架的导热基板底部设有螺孔或螺杆，其形状及大小与导热支柱2顶部的螺杆或螺孔相配。导热基板的底部紧贴安装在散热组件8的上散热片1′的上表面上，通过螺丝结构与导热支柱2的顶部进行机械连接。所述发光二极管5通过导线6与驱动电源12电连接，于是组成了本发明的组合式发光二极管。

该组合式发光二极管也可以用3个以上的发光二极管5组合安装，如图9所示；也可用集成封装的发光二极管，该发光二极管5紧贴安装在本发明提供的散热组件8的上散热片1′的上表面上，如图8所示。

图26、图27示出了应用本发明提供的组合式发光二极管制作的发光二极管灯，即室内照明使用的球泡灯。这种灯一般功率都不大，以3W、5W、7W、9W居多。图26是一种外形和白炽灯接近的发光二极管球泡灯，其泡壳可以有多种形状。该发光二极管灯利用本发明提供组合式发光二极管，其余部分结构与已有的发光二极管灯泡相同，即还包括一个透光泡壳11，它可以是透明的或磨砂的或乳白的或其它颜色的，也可以是二次光学系统。透光泡壳11安装在所述组合式发光二极管的上散热片1′的上表面。发光二极管5四周有发光罩10，用以调节光强分布，与发光二极管相匹配的驱动电路12安装在绝缘电路室9内，绝缘电路室9的下端安装一和传统灯具通用的电连接器13，电连接器13通常采用E27或E14等型号的接口，也可以是和传统灯具兼容的接口。所述的发光二极管可以是白光发光二极管，也可以是各种单色可见光发光二极管，或是各种波长组合的发光二极管，它们可以是直流驱动，也可以是交流驱动。

本发明也可用于制作路灯光源模块。可用本发明提供的散热组件8与常规的功率型发光二极管光源相结合制成，或者利用本发明提供的组合式发光二极管制成，如图24及图25所示。

以下是对该路灯光源模块的具体说明：用一颗本发明提供的组合式发光二极管作光源，其中，导热支柱2是一根太阳花形铜棒，顶端制成一螺丝，其规格与发光二极管导热基板底部的螺孔规格一样，带螺丝的导热支柱2拧入发光二极管导热基板底部的螺孔中固定，上散热片1′紧贴安装在发光二极管导热基板的下表面。下散热片1用厚度为0.5mm的纳米碳管或提纯石墨材料制成，也可以用厚度为0.2mm-1.0mm的铝片或铜片制成，下散热片1与下散热片1之间留有间距。根据导热支柱2及下散热片1上温度分布情况，下散热片1可做成一直角梯形，因而整个散热组件8的外形呈圆台形，这样可以降低一些成本。发光二极管的电极用导线引出到模块外。路灯外壳14有通风防水功能。

也可以使用多个组合式发光二极管作光源，如图25所示，此时，可先将多个发光二极管组合后再引出至路灯中的驱动电源12。

当然，本发明还可以有其它实施方式，在不背离本发明精神及其实质内容的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变型都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管散热组件，包括散热片，其特征在于：还包括一根以上的导热支柱和一个底部盖板，所述散热片包括上散热片和下散热片，上散热片位于所述导热支柱上部，与导热支柱固定连接或加工成一个整体；下散热片为一片以上，固定于所述上散热片的底部和/或导热支柱的侧面，并与该上散热片紧密接触；底部盖板固定于所述导热支柱的底部。

2.根据权利要求1所述的发光二极管散热组件，其特征在于：其还包括一可通风透气的保护罩，包裹在所述散热片、导热支柱及底部盖板的外部，并与该散热片、导热支柱及底部盖板成为一体。

3.根据权利要求1所述的发光二极管散热组件，其特征在于：在所述上散热片的底部设置有凹槽，该凹槽的形状及宽度与所述下散热片的形状及厚度相适应。

4.根据权利要求1所述的发光二极管散热组件，其特征在于：所述下散热片为若干片，下散热片之间留有间距。

5.根据权利要求1所述的发光二极管散热组件，其特征在于：所述上散热片的厚度在1mm-10mm之间，下散热片的厚度在0.1mm-10mm之间。

6.根据权利要求1至5任一所述的发光二极管散热组件，其特征在于：所述的下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板的连接方式可以是下述连接方式中的任意一种：

A.下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板均垂直；

B.下散热片与上散热片及底部盖板垂直，并与导热支柱平行或相切；

C.下散热片与上散热片、导热支柱及底部盖板成一定角度相交，该角度为10°-80°之间的任意角度。

7.根据权利要求1至5任一所述的发光二极管散热组件，其特征在于：所述的上散热片中心开有通孔，通孔的大小与导热支柱上部的外径或发光二极管支架底部螺杆的外径相同；所述导热支柱的顶部为螺丝或螺孔，其规格与安装在散热组件上部的发光二极管导热基板底部的螺孔或螺丝相配合。

8.一种含有权利要求1所述发光二极管散热组件的组合式发光二极管，包括至少一个发光二极管，该发光二极管通过导线与驱动电源电连接，其特征在于：所述发光二极管位于散热组件的顶部，在该发光二极管的底部设有导热基板，该导热基板紧贴于所述散热组件上散热片的上表面。

9.一种应用权利要求8所述组合式发光二极管制作的发光二极管灯，其特征在于：所述散热组件的上表面安装有一杯形的反光罩，它直接固定在上散热片上，围绕在发光二极管光源四周。

10.根据权利要求9所述的发光二极管灯，其特征在于：所述组合式发光二极管为白光发光二极管或是单色可见光发光二极管或是各种单色可见波长芯片组合封装的发光二极管，并且可以是直流驱动，也可以是交流驱动。

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