CN102661491A - 高效散热发光二极管 - Google Patents

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CN102661491A CN201110332416XA CN201110332416A CN102661491A CN 102661491 A CN102661491 A CN 102661491A CN 201110332416X A CN201110332416X A CN 201110332416XA CN 201110332416 A CN201110332416 A CN 201110332416A CN 102661491 A CN102661491 A CN 102661491A
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傅学弘
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Abstract

本公开涉及一种LED器件和其制造方法。LED器件包括一个壳体，可将散热片与均热板进行结合，以组成一个介于其间的封闭空间。该LED器件包含LED模块，该模块与壳体连接并接近均热板。均热板可在封闭空间内均匀地分散LED模块散发的热量，并在散热片上形成一个温度场，以便高效散热。

Description

高效散热发光二极管
技术领域
本发明涉及一种高效散热发光二极管。
背景技术
一般来说，常见的发光二极管(LED)根据不同的应用需要，包括多个封装类型的组件。一种常用部件是用以散发在工作过程中产生热的散热片。LED的集中热流量和高热流密度需要一种具有较大热交换面积的散热片来散热。另一种常用部件是防水壳体(waterproof housing)，用来防止内部电源收到浸水损害。这种壳体的组装比较困难，如果壳体受损或者电源出现问题，维修工作就具有相当难度。还有另一种常用部件是反射镜，用于将LED发出的光线(放射线)导向穿过中心透镜区域。一般情况下，光密度在该部件的作用下会降低。
LED器件需要持续不断的改进，包括制造方面和工序方面。这种改进包括但不限于改进以上所列的封装类型组件中的一个或多个。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管器件，包括：壳体，具有散热片和均热板，壳体用于将散热片与均热板进行结合，以组成介于散热片与均热板之间的封闭空间；以及一个或多个发光二极管模块，与壳体连接，与均热板相邻，一个或多个发光二极管模块用于在工作过程中发光发热，其中，均热板用于在封闭空间中分散由发光二极管模块散发的热量，从而在散热片上形成温度场，以便散热。
其中，壳体还包括：控制盒，具有散热片，壳体用于连接至防水组件的控制盒；以及盒盖，用于封装控制器和电源，其中，控制器和电源用于连接至控制盒并由防水组件的盒盖封装，以及其中，控制盒的散热片用于分散控制器和电源发出的热量。
其中，发光二极管是防水的，以及其中，每个发光二极管模块均包含一个或多个发光二极管部件，用于在电源向其施加电压时发光，以及其中，发光二极管模块通过一个或多个紧固件连接至壳体。
其中，壳体还包括一个或多个电连接件，以及其中，每个发光二极管模块均包含至少一个电连接件，与壳体的至少一个电连接件相对应，从而使壳体电连接至发光二极管模块。
其中，电连接件用于向每个发光二极管模块提供到控制盒内的控制器和电源的电连接，以使发光二极管模块工作。
其中，均热板用于将发光二极管模块发出的热量传递至散热片。
其中，均热板的封闭空间的内部区域包含填充有流体的空间，流体包括水和酒精中的至少一种。
其中，均热板的封闭空间的内部区域包含填充有流体的多孔材料，流体包括水和酒精中的至少一种，其中，多孔材料利用毛细原理循环均热板的封闭空间内部的流体。
此外，还提供了一种器件，包括：一个或多个发光二极管模块，用于在工作过程中发光发热；均热板，用于分散发光二极管模块产生的热量；散热片，用于散发从均热板传来的热量；以及壳体，用于将散热片与均热板进行结合，以组成封闭空间来分散均热板内的热量，并在散热片上形成一个温度场，以便散热。
其中，壳体还包括：控制盒，具有散热片，壳体用于连接至防水组件的控制盒；以及盒盖，用于封装控制器和电源，其中，控制器和电源用于连接至控制盒并由防水组件的盒盖封装，以及其中，控制盒的散热片用于分散控制器和电源发出的热量。
其中，发光二极管模块是防水的，以及其中，发光二极管模块通过一个或多个紧固件连接至壳体，并与均热板相邻，以及其中，每个发光二极管模块均包含一个或多个发光二极管部件，用于在电源向其施加电压时发光。
其中，壳体还包括一个或多个电连接件，以及其中，每个发光二极管模块均包含至少一个电连接件，与壳体的至少一个电连接件相对应，从而使壳体电连接至发光二极管模块，以及其中，电连接件用于向每个发光二极管模块提供到控制盒内的控制器和电源的电连接，以使发光二极管模块工作。
其中，均热板用于将发光二极管模块发出的热量传递至散热片。
其中，均热板的封闭空间的内部区域包含填充有流体的空间，流体包括水和酒精中的至少一种。
其中，均热板的封闭空间的内部区域包含填充有流体的多孔材料，多孔材料包括水和酒精中的至少一种，其中，多孔材料利用毛细原理循环均热板的封闭空间内部的流体。
此外，还提供了一种发光二极管传热的方法，该方法包括：操控一个或多个发光二极管模块发光，发光二极管模块在工作过程中发热；将发光二极管模块散发的热量传递至均热板；在均热板的整个封闭空间中分散发光二极管模块传来的热量；将热量从均热板传递至散热片；以及分散散热片上的热量，其中，均热板用于分散由发光二极管模块散发的热量，从而在散热片上形成温度场，以便散热。
其中：发光二极管器件包括壳体，用于将散热片与均热板进行结合，以形成封闭空间来分散均热板中的热量，并在散热片上形成温度场，以便散热，以及发光二极管模块与壳体相连，并均热板相邻，且每个发光二极管模块均包含一个或多个发光二极管部件，用于发光。
其中：发光二极管模块是防水的，以及散热片是防水的。
其中，均热板的封闭空间的内部区域包含填充有流体的空间，流体包括水和酒精中的至少一种。
其中，均热板的封闭空间的内部区域包含填充有流体的多孔材料，流体包括水和酒精中的至少一种，其中，多孔材料利用毛细原理循环均热板的封闭空间内部的流体。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的数量和尺寸可以被任意增加或减少。应注意，相同的参考标记用于标识一个或多个示图中示出的相同的元件。
图1A-1D示出了根据本公开的实施例的一种带有光源箱(luminairehousing)的发光二极管(LED)器件。
图2示出了根据本公开的实施例的一种带有光源箱的LED器件的传热的方法。
图3A和3B示出了根据本公开的实施例的LED器件的采样仿真结果。
具体实施方式
应理解，本公开提供了多种不同的实施例，这些实施例只是受益于本发明的系统、器件和方法的实例。本发明本身不应局限于任何一个实施例。此外，为使描述清晰，图中的层和区域的尺寸和相对尺寸会被放大。另外，应理解，当文中提到某一元件或层在另一元件或层“之上”或者“与其连接”时，可以是该元件或层直接处于另一元件或层之上，或直接与其连接，或者其间可以有插入元件或层。
此外，为了便于描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件之间的关系，本文可使用诸如“在...之下”、“在...下面”、“下部”、“在...上面”、以及“上部”等空间关系术语。应理解，除图中所示的方位之外，空间关系术语可以包括使用或操作中的装置的各种不同的方位。例如，如果翻转图中所示的装置，则被描述为在其他元件或部件“下面”或“之下”的元件将被定位为在其他元件或部件的“上面”。因此，示例性术语“在...下面”可以包括在上面和在下面的方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其他方位)，从而本文使用的空间关系描述符可以进行相应地解释。
在下文中，将参照附图对本公开的实施例作详细解释。
本公开的实施例涉及一种发光二极管(LED)器件，该器件包括一个改进的光源箱，可高效散热。一方面，光源箱将散热片和均热板(vaporchamber)结合起来，通过降低热阻和提高传热率来高效散热。另一方面，均热板的应用降低了散热片的体积，同时还具有其它诸多优势，下面将进行详述。
图1A-1D示出了根据本公开的实施例的一种发光二极管(LED)器件100，带有一个光源箱110。
图1A示出了LED器件100，包括：光源箱110，具有散热片112和均热板114；控制盒120，具有散热片122；盒盖130；以及一个或多个LED模块140。图1B示出了连接至光源箱110的多个LED模块140。图1C是LED器件的分解图。如图1C所示，LED器件100包括一个控制器和电源150。
如附图1B所示，光源箱110包括一组照明结构，用于容纳与其连接的一个或多个LED模块140。一方面，每一个LED模块140都符合防水要求。控制盒120可用于容纳与之连接的壳体110。一方面，壳体110用于连接至防水组件的控制盒120。控制箱120用于容纳与之连接的控制器和电源150。控制箱120用于容纳与之连接的盒盖130。一方面，如图1C所示，控制器和电源150用于连接至控制盒120并由防水组件的盒盖130封装。另一方面，在LED模块140和控制盒120(安装有控制器和电源150)具有防水功能时，LED模块140可以直接安装至壳体110。因此，由于其每个元件在组装前都具备了防水性能，LED器件100的装配得以简化。
图1D示出了将LED模块140装配于光源箱110上。图1D所示，壳体包括一个或多个电连接件142，用于接收每一个对应的LED模块140的电连接件144。一方面，每个LED模块140都包含至少一个电连接件144，可与光源箱110上的电连接件142相对应，从而使得如图1B所示的壳体与多个LED模块140的电连接。另一方面，电连接件142、144可用于向LED模块140提供至控制盒120内的控制器和电源150的电连接，以使LED模块140工作。
如图1D所示，LED模块140可通过一个或多个紧固件146(如螺丝钉、铆钉等)与壳体110连接。一方面，LED模块140可以通过连接件142和/或紧固件146直接且稳固地安装至壳体110。另一方面，LED模块140可通过粘合剂(如胶水、树脂、环氧材料等)与光源箱110连接，这并没有超出本公开的范围。
关于壳体110，均热板114用于迅速并均匀地将LED模块140的热量传递至散热片112。散热片112用于散热。一方面，LED模块140可发生一些对流冷却，这并没有超出本公开的范围。
关于控制盒120，散热片122用于散发控制器和电源150发出的热量。一方面，由控制器和电源150产生的热量，其温度可能低于LED模块140所产生的热量。另一方面，控制器和电源150具备防水性能。
在一个实施例中，LED模块140包括一个或多个LED部件148，用于在电源150施加电压时发光。例如，如图1B所示，每个LED模块140可包含多个LED部件148，比如包含6个LED部件。一方面，所有LED模块140可产生大量热量，该热量可经由壳体110的散热片112散发。另一方面，LED模块140具备防水性能。
图2示出了根据本公开的实施例的一种LED器件100的光源箱110的传热方法200。一方面，如图2所示，光源箱110将散热片112及均热板114结合在一起，构成一个插入其中的封闭空间220。由此，即，均热板114可在LED模块140及散热片112之间构成光源箱110中的封闭空间220。另一方面，光源箱110可用于通过均热板114从LED模块140向散热片112传递热量。
一方面，LED模块140作为热源，可在运转中产热，其所产生的热量从LED模块140传递至均热板112的封闭空间220。均热板114包含封闭空间220，封闭空间220用作分散(distributed)热源，均匀地分散整个封闭空间220中从LED模块140发出的热量。均热板112的封闭空间220中均匀分散的热量均匀地传递至散热片112。散热片112均匀地散发从均热板114的封闭空间220中传递的热量。
一方面，均热板114迅速分散热流，从而在散热片112上形成一个温度更为均匀的区域，以便其高效散热。通过均热板114更加均匀地向散热片112分散温度，整体上改善了散热片112的散热。传统的散热片只在一块很小的区域内提供非均匀的分散温度，结果是散热片上一小块区域温度高，而大块区域温度低，这样是低效的。
在一个实施例中，均热板112的封闭空间220的内部区域可包含一个空间，其中可充满工作流体，比如水、酒精等。一方面，该流体能充满均热板112的封闭空间220界定的内部区域。另一方面，该流体能在均热板112的封闭空间220中循环，从而更加均匀地分散整个封闭空间220的热量。另一方面，在不同的压力下，传递的热量能使均热板112的封闭空间220中的流体蒸发，之后可经冷却得以冷凝(condense)。
在另一个实施例中，均热板112的封闭空间220的内部区域可包括某种多孔材料，该材料可充满一种工作流体，比如水、酒精等。一方面，该多孔材料可能充满均热板112的封闭空间220界定的内部区域。多空材料能通过毛细作用循环经过其中的流体。另一方面，在不同的压力下，传递的热量能使均热板112的封闭空间220中的流体蒸发，之后可经冷却得以冷凝。多空材料能加快流体小液滴的冷凝速度。
图3A示出了根据本公开的一个实施例的采样仿真结果300，其为带有散热片112和均热板114的光源箱110的摄氏温度(℃)与时间(秒)的关系图。
如图3A所示，据显示，带有均热板114的光源箱110在仿真300期间保持凉爽，温度在大约3600秒(即60分钟)内至少低于大约32摄氏度。一方面，据显示，带有均热板114的光源箱110在仿真300期间温度缓慢上升。
由此，如图3A所示，LED光源箱110具有显著的散热功效。一方面，光源箱110将散热片112和均热板112结合在一起，构成封闭空间200，具有显著的散热功效。同样地，光源箱110用于通过降低热阻和提高传热率而更加有效地散热。
图3B示出了根据本公开的实施例的另一个采样仿真结果302，其为只带有散热片112而不带有均热板114的光源箱110的摄氏温度(℃)和时间(秒)的关系图。
如图3B所示，据显示，不带有均热板114的光源箱110在仿真期间温度显著升高，在大约1000秒(即大约16.5分钟)之后甚至高达约70摄氏度。一方面，据显示，相比于图3A所示的仿真300，不带有均热板114的光源箱110在仿真302期间以更快的速率迅速上升至更高的温度。
因此，如图3B所示，不带有均热板114的LED光源箱110散热效率较低。一方面，在仿真中光源箱110只含有散热片112，散热效率较低。同样地，不带有均热板114的光源箱110因提高热阻并且抑制热传输率，散热效率较低。
综上所述，本公开的实施率所涉及的带有光源箱的LED器件散热效率较高。光源箱将散热片和均热板结合在一起，通过降低热阻和提高传热率来高效散热。一方面，均热板的应用可以减小散热片的体积，还具备其它优势。
在一个实施例中，提出了一种发光二极管(LED)器件，包含一个壳体，带有散热片和均热板。壳体用于将散热片和均热板结合在一起，构成一个介于其间的封闭空间。该LED装置包括一个或多个连接至壳体的LED模块，位置接近均热板。LED模块在运转过程中可以发光发热。均热板用于在密闭空间中均匀地分散LED模块产生的热量，在散热片上构成一个温度均匀的区域，以便高效散热。
在不同的实施例中，壳体可包含一个控制盒，带有散热片和用于封装控制器和电源的盒盖。壳体可与防水组件的控制盒连接。控制器和电源可与控制盒连接，并由防水组件的盒盖封装。控制盒的散热片用于散发控制器和电源产生的热量。LED模块可以是防水的。每一个LED模块可包含一个或多个LED部件，用于在电源向其施加电压时发光。LED模块可通过一个或多个紧固件(包含一个或多个螺钉)与壳体相连。
在不同的实施例中，壳体包含一个或多个电连接件，且每个LED模块均包含至少一个电连接件，其与壳体的至少一个电连接件连接，使壳体能够与LED模块实现电连接。电连接件可以用于向LED模块提供到控制盒中的控制器和电源的电连接，以使LED模块工作，壳体的均热板可将LED模块的热量传递至散热片。壳体的散热片可以用于散发热量。
在一个实施例中，均热板的封闭空间内部区域可包含一个空间，其中可充满工作流体，包括水和酒精中的至少一种。在另一个实施例中，均热板的封闭空间内部区域可包含一个空间，其中可包含多孔材料，该材料中可充满工作流体，包括水和酒精中的至少一种。多空材料能通过毛细作用在均热板的封闭空间内循环工作流体。
在另一个实施例中，提出了一种器件，包括一个或多个LED模块，用于在运转中发光发热；均热板，用于分散LED模块产生的热量；散热片，用于散发均热板的热量；以及壳体，用于将散热片与均热板相结合，构成一个封闭空间，以均匀地分散均热板中的热量并在散热片上形成一个温度均匀的区域，从而提供高效率的散热。
在另一个实施例中，提出了一种LED器件传热方法，包括：操控一个或多个发光二极管模块发光；发光二极管模块在工作过程中产生热量；并将该热量从发光二极管模块传递至一均热板；均热板通过在均热板的整个封闭空间中将发光二极管散发的热量分散，将热量从均热板传递至散热片，并将散热片上的热量分散。一方面，均热板可均匀地将发光二极管模块散发的热量分散，以便在散热片上形成一个温度均匀的区域，从而高效散热。
尽管已对目前公开的实施例做出描述，但这些实施例仅是为了示出而非为了限定本公开。应理解，本公开的实施例并不局限于这些实施例，在本公开所附权利要求的精神和范围内，本领域普通技术人员可以根据本公开的原理做出众多修改及变化。

Claims (10)

1.一种发光二极管器件，包括：
壳体，具有散热片和均热板，所述壳体用于将所述散热片与所述均热板进行结合，以组成介于所述散热片与所述均热板之间的封闭空间；以及
一个或多个发光二极管模块，与所述壳体连接，与所述均热板相邻，所述一个或多个发光二极管模块用于在工作过程中发光发热，
其中，所述均热板用于在所述封闭空间中分散由所述发光二极管模块散发的热量，从而在所述散热片上形成温度场，以便散热。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述壳体还包括：
控制盒，具有散热片，所述壳体用于连接至防水组件的所述控制盒；以及
盒盖，用于封装控制器和电源，
其中，所述控制器和电源用于连接至所述控制盒并由防水组件的所述盒盖封装，以及
其中，所述控制盒的散热片用于分散所述控制器和电源发出的热量。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述发光二极管是防水的，以及其中，每个发光二极管模块均包含一个或多个发光二极管部件，用于在所述电源向其施加电压时发光，以及其中，所述发光二极管模块通过一个或多个紧固件连接至所述壳体。
4.根据权利要求2所述的器件，其中，所述壳体还包括一个或多个电连接件，以及其中，每个发光二极管模块均包含至少一个电连接件，与所述壳体的至少一个电连接件相对应，从而使所述壳体电连接至所述发光二极管模块。
5.根据权利要求4所述的器件，其中，电连接件用于向每个发光二极管模块提供到所述控制盒内的所述控制器和电源的电连接，以使所述发光二极管模块工作。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述均热板用于将所述发光二极管模块发出的热量传递至所述散热片。
7.根据权利要求1所述的器件，其中，所述均热板的所述封闭空间的内部区域包含填充有流体的空间，所述流体包括水和酒精中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述均热板的所述封闭空间的内部区域包含填充有流体的多孔材料，所述流体包括水和酒精中的至少一种，
其中，所述多孔材料利用毛细原理循环所述均热板的所述封闭空间内部的流体。
9.一种器件，包括：
一个或多个发光二极管模块，用于在工作过程中发光发热；
均热板，用于分散所述发光二极管模块产生的热量；
散热片，用于散发从所述均热板传来的热量；以及
壳体，用于将所述散热片与所述均热板进行结合，以组成封闭空间来分散所述均热板内的热量，并在所述散热片上形成一个温度场，以便散热。
10.一种发光二极管传热的方法，该方法包括：
操控一个或多个发光二极管模块发光，所述发光二极管模块在工作过程中发热；
将所述发光二极管模块散发的热量传递至均热板；
在所述均热板的整个封闭空间中分散所述发光二极管模块传来的热量；
将热量从所述均热板传递至散热片；以及
分散所述散热片上的热量，
其中，所述均热板用于分散由所述发光二极管模块散发的热量，从而在所述散热片上形成温度场，以便散热。
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