CN102927484B - 一种大功率led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率LED灯具，包括LED发光单元、均温板以及散热结构，其中，LED发光单元固定在均温板上方，散热结构固定在均温板下方，散热结构与均温板之间通过石墨贴片进行传热，所述均温板内部的支撑体由复数片蜂窝单边薄片组成，每片蜂窝单边薄片包括多个沟槽和多个连接部，任意两个沟槽之间通过连接部过渡，任意两片蜂窝单边薄片通过连接部之间的固定连接形成蜂窝孔或者通过沟槽底部之间的固定连接形成蜂窝孔；在每片蜂窝单边薄片上开有多个液体通行孔以使得相邻两个蜂窝孔之间存在一个液体通行孔。本发明在散热结构与均温板之间设有石墨贴片，石墨贴片具有良好的导热性，相比传统的结构减少一层导热硅胶的使用，大大提升了散热效率。

Description

一种大功率LED灯具

技术领域

本发明涉及一种LED灯具，尤其是涉及一种大功率LED灯具。

背景技术

随着LED发光芯片发光效率不断的提升，LED照明取代传统照明已是指日可待了。灯具的发光效率除了LED芯片自身的发光效率外，封装制程及灯具的光学、机构、驱动电源、散热等设计都很关键。

光学设计在于使用者的需要做出灯具光源配光的设计，另外在透镜及反光镜的透光及反射光设计即关系灯具的光效。驱动电源的转换效率高，代表功耗低，光效自然就提升。好的散热设计可以减少灯具的光衰、增加光校、延长灯具寿命。

集成封装光源的优势在于，接近传统的点光源、面积小、灯具组装方便，但缺点为芯片过于集中，对散热要求特别高，因此常见的集成封装光源，其功率都在60W以内，不敢做太高的功率。

均温板快速导热、短、小、轻便的优势从电子产品散热的应用，已经在LED灯具的散热慢慢被使用，但在每个散热接口都还需要用到导热膏以填补接口间的间隙，避免空气残留，导热膏其导热系数约在1—6之间，相较于铜、铝、陶瓷基板、均温板等的导热效果，导热膏反而成为一个热阻，并且导热膏长时间使用后，易于固化，影响导热效果，因此在追求灯具更佳的散热效果，如何减少或取代导热膏，对于灯具散热设计视很关键的。

另外，为应付LED灯具使用场合不同及散热要求，往往需要不同模具，造成模具多，成本居高不下。

在光学透镜方面，为了降低成本，一般使用塑胶材料，但容易造成老化变形，影响透光率及及直接接触外界空气时的防水性能。

如图1所示，将LED芯片4封装在光源电路基板3上，如果是白光光源，在LED芯片4上方再涂布上一层荧光粉6此时即形成LED集成光源封装芯片。再将封装好之光源底部涂上导热硅胶5，然后固定在均温板1上；最后，将均温板1底部涂上导热硅胶5，固定在散热机构2上，即完成一种光源模块的基本架构。

散热结构2：金属材料，一般为铝材料，结构为鳍片方式；

光源电路基板3：一般使用铜、铝、陶瓷等高导热材料；

均温板1：金属材料，一般为铜或铝材料，中空，里面有毛细组织、支撑体及工作流体。其外观形状可为方形、圆形及不规则形。

发明内容

本发明设计了一种大功率LED灯具，其解决的技术问题是：

（1）现有LED封装时，散热结构（2）与均温板（1）之间需要使用到导热硅胶层，导热硅胶的导热系数低特性使其成为热阻，影响散热效果。

（2）现有LED灯具中，各个LED芯片会相互反射和阻挡，容易造成光线耗损，造成低光效和高发热。

（3）现有室外使用的LED灯具中，密封防水效果不好容易导致灯具短路。

（4）现有LED灯具中的散热结构无法满足LED散热要求。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案： 

一种大功率LED灯具，包括LED发光单元、均温板（1）以及散热结构（2），其中，LED发光单元固定在均温板（1）上方，散热结构（2）固定在均温板（1）下方，散热结构（2）与均温板（1）之间通过石墨贴片（8）进行传热，所述均温板（1）内部的支撑体由复数片蜂窝单边薄片（111）组成，每片蜂窝单边薄片（111）包括多个沟槽（1111）和多个连接部（1112），任意两个沟槽（1111）之间通过连接部（1112）过渡，任意两片蜂窝单边薄片（111）通过连接部（1112）之间的固定连接形成蜂窝孔（112）或者通过沟槽（1111）底部之间的固定连接形成蜂窝孔（112）；在每片蜂窝单边薄片（111）上开有多个液体通行孔（1116）以使得相邻两个蜂窝孔（112）之间存在一个液体通行孔（1116）。

进一步，相邻两片蜂窝单边薄片（111）的连接部（1112）通过U型卡片（1115）进行固定，蜂窝单边薄片（111）与U型卡片（1115）实现过盈配合。

进一步，在所述LED发光单元上方还设有玻璃透镜（7），所述玻璃透镜（7）通过支撑环（6）、透镜压环（73）以及透镜压环螺丝（72）的配合进行固定，玻璃透镜（7）夹持在支撑环（6）与透镜压环（73）之间，透镜压环螺丝（72）穿过支撑环（6）和透镜压环（73）并固定在散热结构（2）上。

进一步，第一橡胶环（61）和第三橡胶环（71）分别设置在透镜压环（73）底部两个独立凹槽内；其中，第一橡胶环（61）密封支撑环（6）与透镜压环（73）之间的空隙，第三橡胶环（71）密封玻璃透镜（7）与密封支撑环（6）之间的空隙；第二橡胶环（62）设置在支撑环（6）底部凹槽内，第二橡胶环（62）密封支撑环（6）与散热结构（2）之间的空隙。

进一步，透镜压环螺丝（72）的螺帽下方设有梯形橡胶垫圈（723），梯形橡胶垫圈（723）的下方设有梯形面（722），螺丝杆上套有一与该梯形面（722）相配合的梯形橡胶垫圈（723），透镜压环（73）螺孔位置亦有梯形面，大小与橡胶垫圈（723）外梯形面形成相互干涉和密封。

进一步，散热结构（2）由多个散热鳍片（22）组成，散热结构（2）与均温板（1）的连接面上设有多个通风孔（21）。

进一步，LED发光单元包括电路层（31）、多个LED芯片（4）、金线（44）以及反光片支架（43），多个LED芯片（4）设置在电路层（31）上并被反光片支架（43）包围，每行LED芯片（4）通过金线（44）和多个电路层（31）连接成串联电路（311），每列所有的LED芯片（4）都并联连接在两个相邻的电路层（31）之间形成并联电路（312），在电路层（31）上设有与外界电源连接的正电极接点（313）和负电极接点（314）。

进一步，在每个LED芯片（4）上套有一反光杯（45），反光杯（45）内部为梯台结构或锥台结构。

进一步，在反光杯（45）中装填有荧光粉（41）。

进一步，电路层（31）上的正电极接点（313）和负电极接点（314）分别与电缆线（34）一端的两条电线（33）连接，电缆线（34）另一端设有一防水接头（341）；电缆线（34）穿过散热结构（2）并通过两个防水堵头（324）与散热结构（2）上通孔进行密封。

进一步，在均温板（1）边缘处设有均温板压环（15），均温板压环螺丝（16）依次穿过均温板压环（15）、均温板（1）边缘处、石墨贴片（8）以及散热结构（2）并进行固定。

该大功率LED灯具及其制作方法具有以下有益效果：

（1）本发明在散热结构与均温板之间设有石墨贴片，石墨贴片具有良好的导热性，相比传统的结构减少一层导热硅胶的使用，大大提升了散热效率。

（2）本发明由于通过芯片支架在每个LED芯片上形成一个反光杯，避免LED芯片发出的光线彼此阻挡，以增加LED芯片出光效率和降低了芯片的散热量。

（3）本发明中反光杯为倒锥形台结构或倒梯形台结构，相比现有白光LED灯具，可以减少荧光粉的使用量，但灯具的照明亮度反而提高了。

（4）本发明在透镜压环和支撑环上设有三个橡胶环，该三个橡胶环分别阻止了透镜压环与支撑环之间、透镜压环与玻璃透镜之间以及支撑环与散热结构之间进水，保证了电路的干燥性，避免了电路短路。

（5）本发明在散热结构与均温板的连接面上设有多个通风孔，因而使得散热结构不仅仅可以进行热传导，还可以利用空气对流进行热传递，提高了传热效果。

（6）本发明在光学透镜方面，采用玻璃材料，解决透镜老化、变形问题，不会有变形问题而造成透镜直接接触外界空气时的防水问题。

（7）本发明均温板内部使用蜂窝结构支撑体，利用蜂窝结构的坚固性和高强度的优点，避免了上、下盖板之间的坍塌，同时蜂窝的多孔结构不会对工作流体流动产生任何阻碍，工作流体可以在蜂窝腔体内进行高速流动及传热，因此可以实现支撑效果和传热效果的最大优化。

（8）本发明在每片蜂窝单边薄片上开有多个液体通行孔以使得相邻两个蜂窝孔之间存在一个液体通行孔，因而在注入工作流体时，不会因为蜂窝单边薄片阻挡而导致均温板内液体不均匀，同时也大大的提高了注液的效率。

（9）本发明相邻两片蜂窝单边薄片的连接部通过U型卡片进行固定，这种固定方式简单并且牢固，无需对蜂窝单边薄片进行更多的加工处理，减少了制造成本。 

附图说明

图1：现有LED集成封装使用均温板的示意图；

图2：本发明中LED芯片封装在均温板上的结构示意图；

图3：图2的俯视图；

图4：本发明中LED芯片封装在均温板上另一结构（加反光杯）侧视图；

图5：图4的俯视图；

图6：本发明中LED芯片封装在均温板的成品示意图；

图7：本发明板上芯片的大功率LED灯具光源模组侧视图；

图8：图7中的透镜压环螺丝结构示意图；

图9：图7的俯视图；

图10：本发明中支撑体的结构示意图；

图11：本发明中蜂窝单边薄片的结构示意图；

图12：图11的俯视图；

图13：本发明中蜂窝单边薄片的结构示意图；

图14：图13中相邻两个蜂窝单边薄片固定连接示意图。

附图标记说明：

1—均温板；11—支撑体；111—蜂窝单边薄片；1111—沟槽；1112—连接部；1113—卡接槽；1114—扣接薄片；1115—U型卡片；1116—液体通行孔；112—蜂窝孔；12—毛细组织；13—注入口；14—封口；15—均温板压环；16—均温板压环螺丝；2—散热结构；21—通风孔；22—散热鳍片；3—电路基板；31—电路层；311—串联电路；312—并联电路；313—正电极接点；314—负电极接点；32—绝缘介质层；33—电线；34—电缆线；341—防水接头；342—防水堵头；4—LED芯片；41—荧光粉；42—芯片支架；43—反光片支架；44—金线；45—反光杯；5—导热硅胶层；6—支撑环；61—第一橡胶环；62—第二橡胶环；7—玻璃透镜；71—第三橡胶环；72—透镜压环螺丝；721—螺丝垫圈；722—梯形面；723—梯形橡胶垫圈；73—透镜压环；8—石墨贴片。

具体实施方式

下面结合图2至图14，对本发明做进一步说明：

如图2所示，大功率LED灯具中的“板上芯片”是指将芯片直接封装在均温板上的，其具体结构如下：

将均温板1内壁贴附好毛细组织12，支撑,11之均温板密封好，并留有一个注入口13，在均温板1上盖表面涂覆一层高导热的绝缘介质，形成一个绝缘介质层32。

再在此绝缘介质层32上制作一电路层31，透过固晶、打金线、上反光片支架43、加萤光粉41（制作白光光源才需要）等制程，完成第一阶段制程。

将完成以上制程的结构，在注入口13加入工作流体及抽真空，接着将注入口13密封起来即完成板上芯片的制程。

均温板1：金属材料，一般为金属材料，如铜或铝。形状为方型、圆型或矩形。注入口13：为抽真空及注入工作流体用。

LED芯片4四周放置反光片支架43，将光集中起来，可增加光效。

如图3所示，多个LED芯片4设置在电路层31上并被反光片支架43包围，每行LED芯片4通过金线44和多个电路层31连接成串联电路311，每列所有的LED芯片4都并联连接在两个相邻的电路层31之间形成并联电路312，在电路层31上设有与外界电源连接的正电极接点313和负电极接点314。因此，电路层31电路设计为串并连方式，不会因为其中一颗芯片故障，不会影响其它LED芯片4正常发亮。

如图4和图5所示，将反光杯45套在每一个LED芯片4上方，使LED芯片4侧边光线得以反射出来，增加光效。反光杯45配合LED芯片4排列方式，以塑料成型方式一体成型。

如图6所示，均温板1与LED发光单元之间设有绝缘介质层32，LED发光单元包括电路层31、多个LED芯片4、金线44以及反光片支架43，多个LED芯片4设置在电路层31上并被反光片支架43包围。均温板1包括均温板上盖板和均温板下盖板组合而成的腔体，在腔体内壁附有一层毛细组织12。上、下盖板之间通过支撑体11进行支撑。

如图7所示，在LED发光单元上方还设有玻璃透镜7，玻璃透镜7通过支撑环6、透镜压环73以及透镜压环螺丝72的配合进行固定，玻璃透镜7夹持在支撑环6与透镜压环73之间，透镜压环螺丝72穿过支撑环6和透镜压环73并固定在散热结构2上。

LED发光单元通过以下设置进行密封防水：第一橡胶环61和第三橡胶环71分别设置在透镜压环73底部两个独立凹槽内；其中，第一橡胶环61密封支撑环6与透镜压环73之间的空隙，第三橡胶环71密封玻璃透镜7与密封支撑环6之间的空隙；第二橡胶环62设置在支撑环6底部凹槽内，第二橡胶环62密封支撑环6与散热结构2之间的空隙。

如图8所示，透镜压环螺丝72与透镜压环73也存在防水密封，通过以下机构和方式实现：透镜压环螺丝72的螺帽下方设有梯形橡胶垫圈723，梯形橡胶垫圈723的下方设有梯形面722，螺丝杆上套有一与该梯形面722相配合的梯形橡胶垫圈723，透镜压环73螺孔位置亦有梯形面，大小与橡胶垫圈723外梯形面形成相互干涉和密封。此外，透镜压环螺丝72的螺帽与透镜压环73之间还设有螺丝垫圈721，螺丝垫圈721的大于透镜压环73螺孔的面积。

由此可见，螺丝垫圈721可以起到防止雨水进入透镜压环73螺孔中，同时透镜压环螺丝72的螺帽设有梯形橡胶垫圈723可以进一步阻止雨水进入LED发光单元中。

如图9所示，散热结构2由多个散热鳍片22组成，散热结构2与均温板1的连接面上设有多个通风孔21。因而使得散热结构不仅仅可以进行热传导，还可以利用空气对流进行热传递，提高了传热效果。

如图10所示，均温板1包括上盖板本体和下盖板本体，上盖板本体和下盖板本体之间的支撑体11为蜂窝结构。均温板1内部支撑体11由复数片蜂窝单边薄片111组成，相邻两片蜂窝单边薄片111之间形成一排六边形蜂窝孔112。支撑体上的蜂窝孔112在上盖板本体和下盖板本体之间形成工作流体通道。

如图11所示，每片蜂窝单边薄片111包括多个沟槽1111和多个连接部1112，任意两个沟槽1111之间通过连接部1112过渡，任意两片蜂窝单边薄片11通过连接部1112之间的固定连接形成蜂窝孔112或者通过沟槽1111底部之间的固定连接形成蜂窝孔112。

如图12所示，在蜂窝单边薄片111上冲压出多条卡接槽1113，每两条卡接槽1113平行设置并且在两条卡接槽1113之间形成一个扣接薄片1114；相邻蜂窝单边薄片111上的扣接薄片1114相互通过扣接方式进行固定。

均温板1内部使用蜂窝结构支撑体11，利用蜂窝结构的坚固性和高强度的优点，避免了上、下盖板本体之间的坍塌，同时蜂窝的多孔结构不会对工作流体流动产生任何阻碍，工作流体可以在蜂窝腔体内进行高速流动及传热，因此可以实现支撑效果和传热效果的最大优化。

如图13所示，均温板1内部的支撑体由复数片蜂窝单边薄片111组成，每片蜂窝单边薄片111包括多个沟槽1111和多个连接部1112，任意两个沟槽1111之间通过连接部1112过渡，任意两片蜂窝单边薄片111通过连接部1112之间的固定连接形成蜂窝孔112或者通过沟槽1111底部之间的固定连接形成蜂窝孔112；在每片蜂窝单边薄片111上开有多个液体通行孔1116以使得相邻两个蜂窝孔112之间存在一个液体通行孔1116。

如图14所示，相邻两片蜂窝单边薄片111的连接部1112通过U型卡片1115进行固定，蜂窝单边薄片111与U型卡片1115实现过盈配合。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大功率LED灯具，包括LED发光单元、均温板（1）以及散热结构（2），其中，LED发光单元固定在均温板（1）上方，散热结构（2）固定在均温板（1）下方，散热结构（2）与均温板（1）之间通过石墨贴片（8）进行传热，其特征在于：所述均温板（1）内部的支撑体由复数片蜂窝单边薄片（111）组成，每片蜂窝单边薄片（111）包括多个沟槽（1111）和多个连接部（1112），任意两个沟槽（1111）之间通过连接部（1112）过渡，任意两片蜂窝单边薄片（111）通过连接部（1112）之间的固定连接形成蜂窝孔（112）或者通过沟槽（1111）底部之间的固定连接形成蜂窝孔（112）；在每片蜂窝单边薄片（111）上开有多个液体通行孔（1116）以使得相邻两个蜂窝孔（112）之间存在一个液体通行孔（1116）；相邻两片蜂窝单边薄片（111）的连接部（1112）通过U型卡片（1115）进行固定，蜂窝单边薄片（111）与U型卡片（1115）实现过盈配合。

2.根据权利要求1所述大功率LED灯具，其特征在于：在所述LED发光单元上方还设有玻璃透镜（7），所述玻璃透镜（7）通过支撑环（6）、透镜压环（73）以及透镜压环螺丝（72）的配合进行固定，玻璃透镜（7）夹持在支撑环（6）与透镜压环（73）之间，透镜压环螺丝（72）穿过支撑环（6）和透镜压环（73）并固定在散热结构（2）上。

3.根据权利要求2所述大功率LED灯具，其特征在于：第一橡胶环（61）和第三橡胶环（71）分别设置在透镜压环（73）底部两个独立凹槽内；其中，第一橡胶环（61）密封支撑环（6）与透镜压环（73）之间的空隙，第三橡胶环（71）密封玻璃透镜（7）与密封支撑环（6）之间的空隙；第二橡胶环（62）设置在支撑环（6）底部凹槽内，第二橡胶环（62）密封支撑环（6）与散热结构（2）之间的空隙。

4.根据权利要求3所述大功率LED灯具，其特征在于：透镜压环螺丝（72）的螺帽下方设有梯形橡胶垫圈（723），梯形橡胶垫圈（723）的下方设有梯形面（722），螺丝杆上套有一与该梯形面（722）相配合的梯形橡胶垫圈（723），透镜压环（73）螺孔位置亦有梯形面，大小与橡胶垫圈（723）外梯形面形成相互干涉和密封。

5.根据权利要求4所述大功率LED灯具，其特征在于：散热结构（2）由多个散热鳍片（22）组成，散热结构（2）与均温板（1）的连接面上设有多个通风孔（21）。

6.根据权利要求5所述大功率LED灯具，其特征在于：LED发光单元包括电路层（31）、多个LED芯片（4）、金线（44）以及反光片支架（43），多个LED芯片（4）设置在电路层（31）上并被反光片支架（43）包围，每行LED芯片（4）通过金线（44）和多个电路层（31）连接成串联电路（311），每列所有的LED芯片（4）都并联连接在两个相邻的电路层（31）之间形成并联电路（312），在电路层（31）上设有与外界电源连接的正电极接点（313）和负电极接点（314）。

7.根据权利要求6所述大功率LED灯具，其特征在于：在每个LED芯片（4）上套有一反光杯（45），反光杯（45）内部为梯台结构或锥台结构，在反光杯（45）中装填有荧光粉（41）。

8.根据权利要求6所述大功率LED灯具，其特征在于：电路层（31）上的正电极接点（313）和负电极接点（314）分别与电缆线（34）一端的两条电线（33）连接，电缆线（34）另一端设有一防水接头（341）；电缆线（34）穿过散热结构（2）并通过两个防水堵头（324）与散热结构（2）上通孔进行密封。

9.根据权利要求1至8中任何一项所述大功率LED灯具，其特征在于：在均温板（1）边缘处设有均温板压环（15），均温板压环螺丝（16）依次穿过均温板压环（15）、均温板（1）边缘处、石墨贴片（8）以及散热结构（2）并进行固定。

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