CN101608757B - Led路灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED路灯。包括散热装置和LED光源，所述散热装置包括散热基体和散热片，所述LED光源包括导热梯台和梯台上的LED芯片；所述散热基体的内部为中空，所述LED光源位于所述中空散热基体的下端，所述散热基体中空部内壁轴向设有形成回路的导热通道，所述导热通道的下端部分位于中空散热基体具有LED光源的一端，所述导热通道内灌注有流体导热介质。本发明通过循环对流的方式将热量快速散发至散热片，并且液化后的导热介质是通过自身重力的作用回流，达到快速散热的散热效果，是一种全新的散热技术。

Description

LED路灯

技术领域

本发明涉及一种光源，特别是涉及一种LED路灯。

背景技术

现有技术的LED路灯多数是由多颗甚至上百颗的小功率LED分散排列组成，其存在以下缺点：1、发光面积较大，表面亮度较低，光线穿透力不足；2、看似很亮很刺眼，其实路面光照度不够；3、许多颗串并联组成，电源转换率较低；4、路面行人重影等。相反，集成封装式大功率LED发光面积较小表面亮度较高，因此在照射面上的指向性有一定的优势，使人们在浓雾天气中容易看到道路的延伸方向，在雾天照明中优势更明显。所以，集成封装式大功率LED路灯是今后发展的方向，但，该结构的LED路灯一是不能达到大范围均匀的发光效果；二是由于LED发光的同时其散发出的热量未能很好地散发出去，从而导致LED灯产生光衰及寿命缩短的问题。

目前，业界将大功率的LED光源结点温度控制在90度左右，而且单颗功率不能超过100w，否则必须分开排放。温度是LED生存的致命问题，也是LED引用在照明上的一大难题，LED光源结点的温度高低是衡量光通量衰减大小以及寿命长短的关键，温度的高低同样影响LED的发光效率。目前LED路灯的散热方式主要由：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。风扇散热方式系统复杂，可靠性低，经常是风扇的寿命比芯片还短；热管散热的速度不高；而散热片散热，因表面积有限，效果同样不好。

单颗大功率LED的最好散热结构是以发热体为中心向周围及向上散发的散热体结构，此结构即为放射性太阳花结构，其材质多为铝合金，所以称太阳花铝散热器。为了加大散热面积，必须将散热片高度延长。但单纯增加散热器的高度来增加散热面积并不能达到效果，因为热量并不能很快地导出，而是积聚在离热源较近的地方。对这类热源散热时，必须将热量快速地传导散热器的顶部，要达到这效果一般是在散热器内部增加导热性能较强的介质。现有的太阳花铝散热器的中心大多以塞铜以及塞热管作为导热性能较强的介质，但同铜与热管与散热器之间不可避免存在间隙，对传热有一定的影响，无法达到较高的散热要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光效果好、散热效果好、寿命长的LED路灯。

为达到上述目的，本发明提供一种LED路灯，其包括散热装置和LED光源，所述散热装置包括散热基体和散热片，所述LED光源包括导热基座和LED芯片，所述LED芯片位于所述导热基座上；所述散热基体内部为中空，所述LED光源位于所述中空散热基体的下端，所述散热基体中空部内侧轴向设有形成回路的导热通道，所述导热通道的下端部分位于中空散热基体具有LED光源的一端，所述导热通道内灌有流体导热介质，所述导热介质为多种金属元素与多种无机元素试剂组成的低沸点液体，所述导热介质在LED光源的一段的导热通道受热蒸发为气体，上升的气体在所述导热通道的下端进行循环散热；

所述LED芯片数量为三颗，所述导热基座为导热梯台，分别位于所述导热梯台的两侧腰部和梯台顶部，并且所述导热梯台两侧腰部的LED芯片发光亮度大于所述梯台顶部LED芯片的发光亮度。

其中，所述导热梯台两侧腰部的LED芯片发光亮度与梯台顶部LED芯片的发光亮度的比例在3∶1.5与3∶2.5之间，优选为3∶2。

其中，进一步包括围绕所述LED芯片的环形光源护罩、位于所述LED芯片光出射面的反光杯，所述环形光源护罩和所述散热装置构成火炬形路灯结构，并且所述散热装置与LED光源结合的表面为斜面。

其中，所述导热梯台底部内凹，凹部表面分布有突起的多根导热柱，所述凹部表面是所述导热通道下端的内壁。

其中，所述散热基体的中空内部具有两端分别设有导孔的空心筒，散热基体中空内部的内壁具有轴向的牙纹齿；还包括上密封盖和下密封盖，所述上密封盖和下密封盖分别盖设于所述中空散热基体的两端；所述导热通道由位于散热基体内壁的牙纹齿、所述空心筒的外壁、上密封盖、下密封盖以及导热基座配合而成。

其中，所述导热通道位于所述散热基体内侧内。

其中，所述导热通道内侧和导热柱表面经喷沙处理。

其中，所述上密封盖上具有抽气孔，所述抽气孔是抽取散热基体的内部中空部分及减压空心筒内部的空气使其达到真空状态的通道。

本发明有益效果：本发明为克服现有技术大功率路灯散热不良而导致限制LED芯片功率和寿命的情况，本发明设计一种不同于热管及其他散热结构的散热装置，一起利用流体蒸发的上升力与冷凝后流体重力的作用通过循环对流的方式将热量迅速地散发至散热片，并且冷凝后的导热介质是通过循环对流的方式将热量迅速地散发至散热片，并且冷凝后的导热介质是通过自身重力的作用回流至热源区域的方式散热，回流速度大大快于热管中流体的回流速度，因此热源产生的热量可以快速通过本发明散热装置散发到散热片和外界空间，而且，整个循环对流的速度会由于热源温度的升高而加快，可达到散热速率随热源温度改变而改变的动态散热效果，是一种全新的散热技术；

另，多个内部带牙纹的导热通道的结构以及喷砂处理设计增加了流体导热介质与散热基体之间的传热面积，使所述导热介质可以尽可能地与导热通道内壁接触，大大提高散热性能，本发明尤其适合用于大功率半导体器件的散热。

附图说明

图1为本发明LED路灯实施例一的正面示图；

图2为图1中LED路灯的立体分解示意图；

图3为图1中导热梯台与LED芯片的组合正面示图；

图4为图3中组合的俯视图；

图5为图1中导热梯台与反光杯的组合正面示图；

图6为图5中导热梯台的底面示图；

图7为图1中导热梯台及其内部导热柱的示意图；

图8为图1中LED路灯的竖截面示意图，并示意了导热通道内导热介质的循环过程；

图9为本发明LED路灯实施例二中导热梯台与反光杯的组合正面示图；

图10为本发明LED路灯实施例三中导热梯台与反光杯的组合正面示图；

图11为本发明LED路灯实施例四中散热装置的横截面图；

图12为本发明LED路灯实施例四的立体分解示意图；

图13为本发明LED路灯实施例五中散热装置的横截面图；

图14为本发明LED路灯实施例五中下密封盖的立体示意图。

具体实施方式

请参考图1至图6所示，本发明公开LED路灯实施例一的结构。所述LED路灯包括散热装置30和LED光源。

参阅图1和图2，所述散热装置30包括散热基体31和散热片32；

参阅图2、图3、图4、图5，所述LED光源包括导热梯台80和三颗LED芯片100，所述三颗LED芯片100分别位于所述导热梯台80的两侧腰部和梯台顶部，并且所述导热梯台80两侧腰部的LED芯片100发光亮度大于所述梯台顶部LED芯片100的发光亮度；

参阅图6，所述散热基体31的内部为中空，所述LED光源位于所述中空散热基体31的下端，所述散热基体31中空部内侧轴向设有形成回路的导热通道33，所述导热通道33的下端部分位于中空散热基体31具有LED光源的一段，所述导热通道33内灌注有流体导热介质34，所述导热介质34在LED光源的一端的导热通道33受热蒸发为气体，上升的气体在所述导热通道33流动，散热后冷凝产生的流体导热介质34由重力作用回流至所述导热通道33的下端进行循环散热。

工作时，所述导热介质34在导热通道33的导热梯台80区域受热蒸发，在流动时气体充分接触导热通道33的内壁，将热量导至散热基体31与散热片32，损失热能的气体变回流体导热介质34，并由自身重力作用而回流至导热梯台80区域。如此不断进行循环散热，达到散热的效果。

本发明为克服现有技术大功率路灯不能达到大范围均匀发光的情况，将三颗LED芯片100分别设于所述导热梯台80的两侧腰部和梯台顶部，并且所述导热梯台80两侧腰部的LED芯片100发光亮度大于所述梯台顶部LED芯片100的发光亮度，由于梯台的多面结构，因此三颗LED芯片100发出的光线可以朝不同方向发射，增大发光范围；同时由于中间LED芯片100的亮度较低，因此不会由于中间区域亮度叠加的效应导致中间发光太亮的情况，而中间区域在较低亮度的基础上增加两侧LED芯片100发出的光线，使得本发明LED路灯在整个发光角度的亮度均匀，也降低整个LED路灯的功率消耗和元件成本；

另外，本发明设计一种不同于热管及其他散热结构的散热装置30，而是针对一般路灯的光源在下散热器在上的设计，一起利用流体蒸发的上升力与冷凝后流体重力的作用通过循环对流的方式将热量迅速地散发至散热片32，并且冷凝后的导热介质34是通过自身重力的作用回流至热源区域的方式散热，回流速度大大快于热管中流体的回流速度，因此热源产生的热量可以快速通过本发明散热装置30散发到散热片32和外界空间，而且，整个循环对流的速度会由于热源温度的升高而加快，可达到散热速率随热源温度改变而改变的动态散热效果，是一种全新的散热技术。

所述LED芯片100发光亮度可根据实际情况设计，比如，所述导热梯台80两侧腰部的LED芯片100发光亮度与梯台顶部LED芯片100的发光亮度的比例在3∶1.5与3∶2.5之间，优选为3∶2。

再参阅图2和图5，还可以增加围绕所述LED芯片100的环形光源护罩90、位于所述LED芯片100光出射面的反光杯110，所述环形光源护罩90和所述散热装置30构成火炬形路灯结构，并且所述散热装置30与LED光源结合的表面为斜面。

再参阅图6和图7，所述导热梯台80底部内凹，凹部表面分布有突起的多根导热柱81，所述凹部表面是所述导热通道33下端的内壁。

一起参阅图2和图8，还可以包括上密封盖20和下密封盖60，所述上密封盖20和下密封盖60分别盖设于所述中空散热基体31的两端，上密封盖20还连接灯尾10。

为了达到密封效果，还可以包括一或二密封圈40、50，所述密封圈40、50固定于所述散热基体31和上密封盖20之间或散热基体31和下密封盖60之间。

为了达到更好的密封效果，提高真空密封度，于本发明的实施例中，所述上密封盖20和散热基体31之间、下密封盖60和散热基体31之间都采用两条具高密封性能的密封圈40、50。

所述下密封盖60由高纯度无氧铜或其它高传热材料制成，于本发明实施例中，所述下密封盖60为铝，所述铝材质的下密封盖60可通过焊接的方式与所述散热基体31的一端焊接。

为提高散热效果和避免导热通道33压力过大，所述散热基体31的中空内部可设有两端分别设有导孔181的空心筒180，散热基体31中空内部的内壁具有轴向的牙纹齿，所述导热通道33由位于散热基体31内壁的牙纹齿和所述空心筒180外壁配合而成。

所述空心筒180两端的导热孔181分别为第一导热孔131和第二导热孔181，是为了便于进入空心筒180内的冷凝液体流出而特别设计。本实施例中，空心筒180的主要作用之一是减压，当导热通道33内流体导热介质34蒸发而导致通道内压力过大时，蒸发的气体在压力下可以通过空心筒180的导热孔181进入空心筒180，有效降低导热通道33的内压；在压力降低时，空心筒180内的冷凝液体可以流出至导热通道33内，重新进入对流循环的导热介质34中。

本实施例中，所述封闭的导热通道33是由位于散热基体31内壁的牙纹齿、所述空心筒180外壁、上密封盖20、下密封盖60以及导热梯台80配合而成。为实现更好的循环散热效果，所述导热通道33的内径可以大于1mm，比如1.5mm、1.8mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm或以上。

此外，所述上密封盖20还接灯柄，所述导热梯台80内凹处还设置导液块70，用于更好将导热梯台80中所盛的导热介质34液体或气体往散热基体31内壁方向引导。所述保护罩90上还依次设有上垫片120、反光板130、玻璃罩150、下垫片160以及压条170。所述反光板开有对应LED芯片100的窗口，所述窗口固定有反光杯固定板140。

一起参阅图2和图8，为了使导热通道33内部的流体导热介质34能够在较低温度下蒸发，使热源温度的上升被最大程度地化解，本发明特别设计了低压导热通道33。为使导热通道33气压减小，上密封盖20上具有抽气孔21，所述抽气孔21采用滴胶密封后有螺丝锁紧，所述抽气孔21是抽取散热基体31的内部中空部分及减压空心筒180内部的空气使其达到真空状态的通道。可以采用外部设备抽取散热基体31以及空心筒180内部的空气使其真空或低压，或直接在制造散热装置30的过程中之间做成真空或低压，使导热通道33内部为真空或低压状态，流体导热介质34在真空空间中可以以较低沸点蒸发，大幅提高散热效果。

所述上密封盖20可通过焊接的方式与所述散热基体31的另一端焊接。所述上密封盖20由铝合金制成。本发明还可以不采用密封圈40、50，使上密封盖20和下密封盖60无需密封圈即与所述散热装置30上端、下端通过焊接密封。

所述散热片32为以基体为中心向外辐射状布置，于本发明的实施例中，所述散热片32为高传热材料制成的铝合金散热片32。

为了增加传热面积，所述下密封盖60朝向散热基体31的一侧具有导热柱81，所述导热柱81经喷沙处理形成粗糙面；而散热基体31内壁的牙纹齿、所述空心筒180外壁也可以经喷沙处理形成粗糙面。

如前述，多个内部带牙纹的导热通道33的结构以及喷砂处理设计增加了流体导热介质34与散热基体31之间的传热面积，使所述导热介质34可以尽可能地与导热通道33内壁接触，大大提高散热性能，本发明尤其适合用于大功率半导体器件的散热。

为进一步增加传热面积使得气体能够充分冷却，所述导热通道33的内壁具有小牙纹；为达到更好地散热效果，可以设计多条轴向的导热通道33，多条导热通道33分布于散热体的内侧一圈，均匀分布。

于本发明的其它实施例中，所述导热通道33还可根据具体情况排列成方形或其它形状。

上述各种实施例中的导热介质34，可以为多种金属元素与多种无机元素试剂组成的低沸点液体，其中金属元素包括锶、铍、钠、钛、铬、钾、铹等；无机元素试剂包括EF-44、CH-104、ZH-104、HTM、TX-206、X-301等，关于金属元素与无机元素试剂的具体成分和参数值可参考美国专利第6132823号。

其中，一种导热介质34的导热率为9％IACS，导热率220w/m·k，其在散热方面的应用具有很大的优势，其与普通导热介质34相比可提高12％导热率，换算成重量也就是可以减轻12％以上的重量。

本发明所述的导热介质34是由许多种无机物混合而成的低沸点无腐蚀材料，其与普通导热液相比具沸点较低、导热速度快且对铝材无腐蚀及渗透的优点。

当然，本发明的流体导热介质34可以采用其他物质组成，可以采用一些低沸点、高热容的流体，还可以简单采用水作为流体导热介质34。

当然，本发明路灯中的LED芯片数量不限于3个，可以是如图9或图10所示的2个或1个，相对应地反光杯数量也分别为2个或1个。此时固定LED芯片的元件由导热梯台变为截面为三角形的导热基座或平面形等形状的导热基座。

请参考图11所示，在本发明的其它实施例中，所述导热通道33可以位于所述散热基体31内壁内，即直接在散热基体31内壁形成封闭的导热通道33，代替由位于散热基体31内壁的牙纹齿、所述空心筒180外壁、上密封盖20、下密封盖60以及导热梯台80配合而成的导热通道33结构。在这样的实施例中，可以省略空心筒180。

为增加气体的传热面积及吸附气体的能力，所述导热通道33进一步还可以经喷沙处理；为增加与散热片32的传热面积及传热速度，所述导热通道33也可以尽可能地贴近散热片32。

本发明的工作原理是通过在导热通道33内灌注流体导热介质34，通过所述导热介质34在导热通道33的热源区域受热蒸发、导热至散热基体31与散热片32后变为流体导热介质34、并由重力作用将流体导热介质34回流至热源区域的方式进行散热，热量经过这样不断的循环过程被带走。此外，利用抽真空使得导热通道33内的液体沸点降低，进一步提高散热效果。

其具体工作原理如下：

本发明所述实施例的LED芯片100经导热梯台80直接和导热通道33内的流体导热介质34接触，LED芯片100产生的热量经导热梯台80迅速传至下密封盖60内的导热介质34使其沸腾。液体沸腾转变成气体，经过散热基体31的许多导热通道33迅速把热量传至所有导热通道33内表面及散热基体31上端，再将热量传至外部散热片32由空气将热量带走。

参阅图12、图13和图14，是本发明采用另外形状散热装置的路灯。所述散热装置为杯状结构。

所述散热装置包括基体1，以及以基体1为中心向外呈辐射状布置的散热片11。所述基体1为封闭的空心状，内部设有空心筒6。散热装置上下两端分别由上密封盖2和下密封盖3密封，所述下密封盖3内盛有导热介质，所述散热装置内部具有若干导热通道4，所述导热通道4由加工在所述基体1内壁上的牙纹齿与所述空心筒6配合而形成。其中，所述导热通道4内壁经喷沙处理。其中，所述下密封盖3由高纯度无氧铜或者其他高传热材料制成，为了增加传热面积，在所属下密封盖3的内部加工有多个导热柱7，如果必要时还可以经过喷沙处理。可以理解，结合本实施例和以上各实施例，导热梯台可以和下密封盖一体结构，或一种元件两种名称，即导热梯台就是下密封盖。

为了提高真空密封度，采用两条高性能的密封圈9，如图10所示。当所述下密封盖3的材料选择铝时，所述下密封盖3可以通过焊接的方式与所述散热体下端焊接。其中，所述上密封盖2由铝合金加工而成，同样采用两条高性能的密封圈9，所述上密封盖2中心具有一抽气孔8，所述抽气孔8采用滴胶密封后有螺丝锁紧。所述上密封盖也可以通过焊接的方式与所述散热体上端连接。

所述散热片11为高传热材料制成的铝合金散热片。其中，所述导热通道4由散热片11内部带牙纹的齿及筒状基体1配合组成。为了增大传热面积使得气体能充分得到冷却，导热孔2内壁有许多小牙纹，如果必要，还可以进行喷沙处理。为了增加与散热鳍片传热面积及传热速度，导热孔2尽可能地贴近散热鳍片，如图所示，所有导热通道4围绕散热鳍片根部一圈均匀分布。导热通道4除了可以排列成圆形外，还可以根据情况具体选择排列成方形或者其他形状。如图9所示为所述散热结构的横断面视图。由该视图可以清晰地看出所述散热片内壁上的牙纹齿与基体1配合所形成的导热通道4。

本发明将热传导的技术和太阳花铝散热基体的技术很好地结合起来。在制作时，太阳花铝散热基体中心的导热通道由多个带牙纹的牙纹齿配合空心筒组成，上下两端加工好气体对流空隙后封闭加流体导热介质，之后抽真空密封，下端(下密封盖)由铜或铝板加工成小散热片，经喷沙处理然后密封，上端(上密封盖)由铝或其他金属加工好抽气孔后密封。

本发明所述的散热装置够将热源所产生的热量从散热通道温度相对较高的一端向温度较低的一端迅速转移，将热量传遍整个散热基体内表面再由散热片和空气交换把热量带走，此装置还可以通过增加散热基体的长短和大小来控制LED芯片工作温度。采用本发明散热技术，能够将大功率(60w-300w)LED及超大功率(300w-800w以上)的温度控制在50度以下；而采用美国专利第6132823号中所记载的导热介质，可以将大功率及超大功率LED的工作温度控制在37度甚至接近常温，且可真正把光衰寿命做到十年以上甚至由于LED没有光衰使其寿命可以无限延长；通过增加散热基体的长度，该散热装置还可以应用在1000瓦以上的投射灯上。

本发明LED路灯可采用集成封装式大功率LED芯片作为路灯光源，其发光效率高，如集成封装式光源的照明功率在100W时，其光输出可达9000lm以上。

例如，可以采用目前世界上光效最高的LED光源。用市面上普通功率的LED芯片为90-100lm/W，而采用目前世界上光效最高的LED光源，如欧司朗的571mW@350mA芯片，光效可达到190lm/W的光效，而采用本发明新技术散热技术，可以保证实现高光效LED芯片正常工作。

尽管集成封装式LED光源发展时间相对较短，在行业内的认知度有待提高，但该种光源在光源、灯具生产效率上远远高于1W的LED光源，组装过程中比1W光源的可操作性强、组装简便，光源和灯具的可靠性高；更为重要的是，在灯具和照明设计过程中，集成封装式LED光源可以真正体现LED光源在设计灵活性和产品丰富性方面的优势，为照明设计师提供了更为广阔的设计空间。

在光色和照明质量上，集成封装式LED光源更表现出独特的优势：同一个灯具中不会出现光色不均匀的现象，光源发射出的光在照射平面内均匀透彻，具有很好的视觉舒适性；不会出现困扰组合式灯具的重影现象。

在装饰照明方面，集成封装式LED光源可以实现RGB组合变幻出绚丽多彩的颜色，加之较高的功率，将LED的应用扩展到舞台、彩色投光等照明，扩大了LED的实用领域，集成式LED光源的优势也将越来越广泛的应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种LED路灯，包括散热装置和LED光源，所述散热装置包括散热基体和散热片，所述LED光源包括导热基座和LED芯片，所述LED芯片位于所述导热基座上；

所述散热基体内部为中空，所述LED光源位于所述中空散热基体的下端，所述散热基体中空部内侧轴向设有形成回路的导热通道，所述导热通道的下端部分位于中空散热基体具有LED光源的一端；

其特征在于：

所述导热通道内灌注有流体导热介质，所述导热介质为多种金属元素与多种无机元素试剂组成的低沸点液体；

所述导热介质在LED光源的一端的导热通道受热蒸发为气体，上升的气体在所述导热通道流动，散热后冷凝产生的流体导热介质由重力作用回流至所述导热通道的下端进行循环散热；

所述LED芯片数量为三颗，所述导热基座为导热梯台，分别位于所述导热梯台的两侧腰部和梯台顶部，并且所述导热梯台两侧腰部的LED芯片发光亮度大于所述梯台顶部LED芯片的发光亮度。

2.根据权利要求1所述的LED路灯，其特征在于：所述导热梯台两侧腰部的LED芯片发光亮度与梯台顶部LED芯片的发光亮度的比例在3∶1.5与3∶2.5之间。

3.根据权利要求2所述的LED路灯，其特征在于：进一步包括围绕所述LED芯片的环形光源护罩、位于所述LED芯片光出射面的反光杯，所述环形光源护罩和所述散热装置构成火炬形路灯结构，并且所述散热装置与LED光源结合的表面为斜面。

4.根据权利要求3所述的LED路灯，其特征在于：所述导热梯台底部内凹，凹部表面分布有突起的多根导热柱，所述凹部表面是所述导热通道下端的内壁。

5.根据权利要求1至4任一项所述的LED路灯，其特征在于：

所述散热基体的中空内部具有两端分别设有导孔的空心筒，散热基体 中空内部的内壁具有轴向的牙纹齿；

还包括上密封盖和下密封盖，所述上密封盖和下密封盖分别盖设于所述中空散热基体的两端；

所述导热通道由位于散热基体内壁的牙纹齿、所述空心筒的外壁、上密封盖、下密封盖以及导热基座配合而成。

6.根据权利要求1至4任一项所述的LED路灯，其特征在于：所述导热通道位于所述散热基体内侧内。

7.根据权利要求4所述的LED路灯，其特征在于：所述导热通道内侧和导热柱表面经喷沙处理。

8.根据权利要求5所述的LED路灯，其特征在于：所述上密封盖上具有抽气孔，所述抽气孔是抽取散热基体的内部中空部分及减压空心筒内部的空气使其达到真空状态的通道。 

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