CN103185246B - 照明装置 - Google Patents

Abstract

提供一种小型、重量轻且可以高亮度发光的照明装置。在照明装置（1）中包括：发光单元（2）；散热器（6），其与发光单元（2）传热地接触，散热器扩散从发光单元（2）传来的热；热管（9），其一端与散热器（6）传热地接触，把热从上述一端输送到另一端；以及下部冷却片列（10）和上部冷却片列（11），下部冷却片列和上部冷却片列与热管（9）的另一端传热地接触，把从热管（9）传来的热释放到环境中。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及照明装置，特别是包括抑制发光元件温度上升的散热装置的照明装置。

背景技术

包括发光元件、且通过发光元件释放的可见光进行照明的装置称为照明装置。一般来说，发光元件是指发光二极管（LED）或其他的固态发光元件，但在本说明书中，发光元件是指所有把电能转换成可发出的可见光的装置。因此，在本说明书中，发光元件也包含白炽灯、荧光灯。另外，不限定本发明的照明装置的使用场所、照明对象。

如上述定义的，发光元件是把电能转换成可见光的装置，但其转换效率并不是100%。若向发光元件通电，则不能忽视的比例的电能被转换成热，发光元件的温度由此上升。发光二极管是转换效率较高的发光元件，尽管如此，仍会产生不能忽视的量的热。另外，若发光元件的温度上升，则发光元件的性能、寿命会下降。

为了解决该问题，已知有配备有散热片等热释放部件来冷却发光元件的照明装置。

例如，在专利文献1中，公开了这样一种照明装置，把LED发光单元安装在冷却板的一个面上，并且在该冷却板的另一个面上设置中空部，水管与该中空部连通以冷却LED发光单元。

另外，在专利文献2中，公开了这样一种照明装置，其包括与LED光源连接并积蓄由该LED光源产生的热的蓄热部、以及对积蓄在蓄热部上的热进行散热的散热片。该照明装置的蓄热部和散热片为铝的平板，散热片竖立设置在LED光源的与安装蓄热部的面相反的面上。

在先专利文献：

专利文献1日本特开2011-54529号公报

专利文献2日本特开2011-29205号公报

在专利文献1和专利文献2中公开的照明装置用水或者空气冷却发光元件，所以能防止发光元件的损伤或性能下降。另外，能够高亮度发光。换句话说，能够获得高照度的照明装置。

然而，专利文献1的照明装置存在这样的问题，由于冷却水流过水管，因此存在安装时需花费较大人力和成本的问题。另外，还存在这样的问题，是否允许冷却水流掉，即，如果把吸收了发光元件发出的热而升温的冷却水直接丢弃，则冷却水的消耗量较大。尽管通过使用把冷却水吸收的热释放到环境中的装置（例如散热器）而使冷却水循环能减小冷却水的消耗量，但是装置整体变大，并且成本进一步提高。

另一方面，专利文献2的照明装置包括散热片，该散热片由于用空气冷却发光元件，因而不会产生上述的问题。然而，发光元件发出的热向散热片的输送利用了固体中的热传导，所以传热性能存在限制。另外，由于没有特别考虑散热片周围的空气流动，散热性能也存在限制。因此，会产生这样的问题，即，如果想得到所希望的冷却能力，冷却装置的外形必须变大。

另外，包含了冷却装置的照明装置的外形尺寸受安装场所的条件的限制，所以不能无限制地加大。结果，照明装置的亮度受到安装场所的条件的限制。也就是说，在专利文献1和专利文献2中公开的现有技术中，存在这样的问题，在狭窄场所中，不能设置可高亮度发光的照明装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明是鉴于上述背景技术所存在的问题而提出，本发明的目的在于提供一种小型、重量轻且可以高亮度发光的照明装置。

解决技术问题的技术手段

为了实现上述目的，本发明的照明装置包括：发光元件；热扩散部件，其与上述发光元件传热地接触，以扩散从上述发光元件传来的热；热输送部件，其一端与上述热扩散部件传热地接触，把热从上述热输送部件的一端输送到热输送部件的另一端；以及热释放部件，其与上述热输送部件的另一端传热地接触，把从上述热输送部件传来的热释放到环境中。

也可以是，上述热扩散部件具有与上述发光元件相对的中央部、包围上述中央部的一部分或全部的周缘部，上述热输送部件在上述周缘部与上述热扩散部件传热地接触。

另外，也可以是，上述热释放部件构成为在上述热扩散部件与热释放部件之间隔开间隙地配置，且沿所述热扩散部件流入并向下通过上述间隙的空气流过所述热扩散部件，然后向上方流动并离开上述热释放部件。

并且也可以是，上述热释放部件包括多列冷却片列，每个冷却片列包括其间具有间隔的多个冷却片，并且上述多列冷却片列上下层叠配置。

并且，也可以是，把上述多列冷却片列配置成从上方观察的情况下，相邻的两个冷却片列的一个冷却片列的冷却片与另一个冷却片列的冷却片交叉。

并且，也可以是，上述多列冷却片列配置成相邻的两个冷却片列的一个冷却片列的排列轴线相对于另一个冷却片列的排列轴线成为“扭转”的关系。

或者，也可以是，上述相邻的两个冷却片列的排列轴线配置成相互正交。

并且，也可以是，上述冷却片至少在一个侧缘上包括切口，上述相邻的冷却片列的一个冷却片列的冷却片的上述切口与另一个冷却片列的冷却片的上述切口嵌合。

并且，也可以是，上述相邻的冷却片的面积互不相同。

另外，也可以是，上述发光元件安装在基板上，并且上述基板与上述热扩散部件面接触。

另外，也可以是，包括与上述热扩散部件面接触的基体，并且上述热输送部件的一端与上述基体结合。

另外，也可将多个上述照明装置组合起来。

发明的有益技术效果

根据本发明，照明装置包括热扩散部件、热输送部件、以及热释放部件，由此可以高效地把发光元件产生的热释放到环境中，所以能使照明装置小型化、轻重量化。另外，照明装置能够高亮度发光。因此，即便在狭窄的场所，也能设置可高亮度发光的照明装置。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的照明装置的外形图，其中，（a）图为立体图，（b）图为从（a）图中箭头B的方向观察到的视图。

图2是表示发光单元的外形的立体图。

图3是表示基台的外形的立体图。

图4是表示热管的外形的立体图。

图5是表示下部冷却片列和上部冷却片列的外形的立体图。

图6是表示发光单元、散热器以及基台的位置关系的立体图，其中，（a）图为俯视图，（b）图为沿（a）图中的BB'线切断的剖视图。

图7是表示照明装置周围的冷却空气的流动的图。

图8是表示照明装置的变形例的立体图。

图9是表示照明装置的另一变形例的立体图。

图10是表示从图9示出的照明装置中去除一组散热单元的冷却片的状态的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图说明用于实施本发明的最佳实施方式。

图1是表示本发明实施方式的照明装置1的外形图。通过把冷却单元3安装在发光单元2上构成照明装置1。发光单元2是包括发光元件并且发出照明光的单元，冷却单元3是与发光单元2传热地接触以冷却发光单元2的单元。此外，在本说明书中，称“A与B传热地接触”是指A与B直接或间接地接触，热可在A与B之间可移动的状态。因此，在A与B之间存在输送热的物质或装置的情况也属于“传热地接触”。

如图2所示，发光单元2具有安装在基板4的一个面上的多个发光二极管（LED）5。另外，在基板4的另一个面上，即未安装发光二极管5的面与冷却单元3物理地接触（参照图1的（b））。另外，选择具有导热性的材料作为基板4的材料。因此，在发光二极管5产生的热通过基板4流动到冷却单元3。也就是说，发光二极管5与冷却单元3传热地接触。

如图1所示，冷却单元3包括散热器6和散热单元7，散热单元7包括基体8、热管9、下部冷却片列10以及上部冷却片列11。

散热器6是一种平板状热管，在铜制的框体的内部设有从框体的中央部延伸到周缘部的制冷剂流路，在制冷剂流路的内部封入有作为制冷剂起作用的流体（例如水、乙醇、甲醇、丙酮等）。此外，由于散热器6的具体结构已经是公知的，故省略对其的详细说明。如果需要，可参照例如专利第4047918号公报。

如图3所示，基体8是具有大致“口”字形的平面形状的实心金属部件，并开设有用于安装热管9的孔8a。

如图4所示，冷却单元3包括8根热管9。全部热管9都形成为“L”字形，且一个端部9a安装在基体8的孔8a（参照图3）中，全部热管9垂直地竖起，并在中途折弯成大致直角，插入穿过下部冷却片列10或上部冷却片列11（参照图1的（b）），与下部冷却片列10或上部冷却片列11传热地接触。也就是说，热管9插入穿过构成下部冷却片列10或上部冷却片列11的每一个冷却片10a或每一个冷却片11a（参照图5），并在插入穿过位置传热地接触下部冷却片列10或上部冷却片列11。由于这样的构成，能利用热管9把热从基体8输送到下部冷却片列10或上部冷却片列11。

此外，热管9是管状的热输送部件，其动作原理与散热器6相同。也就是说，在例如用铜这样的导热性较高的材料制成的管的热管9中封入例如水、乙醇、甲醇、丙酮等制冷剂，并且在上述管的内部形成有制冷剂蒸汽流过的蒸汽流路与液化的制冷剂流过的液体流路。此外，液体流路可以仅是管路，也可以是利用毛细现象的流路。如果能利用毛细现象，则无论热管9的姿势如何，都能使液体移动。例如液体能逆着重力（从下往上）移动。由于热管9已经是众所周知的装置，且能在市场上买到，所以省略热管9的结构、构成等的详细说明。

如图5所示，下部冷却片列10和上部冷却片列11是热扩散部件，且分别包括多个相互平行地隔开间隔而设置的冷却片10a、11a。下部冷却片列10与上部冷却片列11上下层叠配置，下部冷却片列10的排列轴线X（通过构成冷却片列的冷却片的几何学中心的轴线）与上部冷却片列11的排列轴线Y彼此正交。因此，排列轴线X与排列轴线Y处于相互“扭转”的关系。此外，冷却片10a、11a为铝材料制成的平板，但也可以是由具有导热性的任何材料（例如金属材料、高导热性塑料、工程塑料、石墨等）制成。另外，如图1的（b）所示，下部冷却片列10设置为与基台8间隔有一间隙。此外，下部冷却片列10和上部冷却片列11分别包括12片冷却片10a和12片冷却片11a，但为了避免繁琐，在图5中，仅在其中的一片上附加了附图标记。

发光单元2、散热器6以及基台8如图6所示结合在一起。即，发光单元2位于散热器6的一个面上，且接触和安装成使得发光二极管5位于散热器6的中央附近。下面，为了方便说明，把散热器6的与发光单元2接触的区域称为“接触部”。另外，基台8位于散热器6的另一面，并与散热器6的周缘直接接触和安装。下面，为了方便说明，把散热器6的与基台8接触的区域称为“扩散部”。若俯视散热器6，扩散部设置为包围接触部。

由于这样的构成，来自发光单元2的热通过接触部并流入散热器6，然后热被输送到扩散部并流到基台8。因此，抑制了接触部的温度上升。换句话说，接触部不会成为高温（不产生过热点）。因此，发光单元2与散热器6之间的热阻减少。

流入基台8的热通过热管9，被输送到下部冷却片列10和上部冷却片列11（下面，二者统称为“冷却片列”），从该冷却片列热被扩散，并被释放到环境中。这时，空气（冷却空气）以图7所示方式流动。即，冷却空气从基台8与下部冷却片列10之间的“间隙”流入，进入冷却片列之中，已从冷却片列吸收了热（也就是说升温）的冷却空气的密度变小，通过冷却片列上升，并从上部冷却片列11的上面最终排出。这样，通过从冷却片列释放的热，产生冷却空气的流动。

这样，冷却空气从下部冷却片列10的下方流入，在从冷却片10a吸取热的同时在冷却片10a之间上升，但在这期间，冷却片10a之间的冷却空气到达温度边界层。也就是说，温度边界层变厚。当温度边界层变厚，由于热较难传到温度边界层外的温度比较低的冷却空气中，冷却片10a的散热效率下降。但是，由于上部冷却片列11的排列轴线Y相对于下部冷却片列10的排列轴线X正交，所以当从下部冷却片列10（冷却片10a）逃出的冷却空气进入上部冷却片列11，位于下部冷却片列10的温度边界层外的温度比较低的空气与冷却片11a直接接触。因此，冷却片11a高效地散热。

这样，照明装置1能高效地把发光二极管5产生的热释放到环境中，并有效地冷却发光二极管5。因此，发光二极管5可高亮度发光。另外，如果亮度与以往的照明装置相同，则能把照明装置1构成为小型、轻重量。

此外，上述实施方式是表示本发明实施方式的一个实例，本发明的技术范围不由上述实施方式限定。在权利要求书记载的技术思想的范围内，能自由地应用、变形或改良实施本发明。

例如，照明装置1的形状、尺寸为例示，并不限定于各附图示出的内容。散热器6的平面形状也可以是矩形以外的多角形，也可以是圆形。冷却片10a、11a的平面形状也不限定于矩形。

另外，基板4或基台8是任意的构成元件，也可以省去这些部件。例如，发光二极管5也可直接安装在散热器6上。另外，热管9也可直接安装在散热器6上。

另外，照明装置1也可追加在上述实施方式中未例示的构成。例如也可包括框体、灯罩、透镜、反射板等。另外，也可内置用于点亮发光二极管5的电源电路、控制电路。

另外，在上述实施方式中，虽然例示了散热器6作为热扩散部件的具体例，但热扩散部件不限定于散热器6。也就是说，不限定于利用被密封在容器中的制冷剂的相变的热扩散部件。也可以是利用固体的热传导的部件，例如铜或铝的板或块。不过，如果包括散热器6作为热扩散部件，不言而喻的是，与包括铜或铝的板或块作为热扩散部件的情况相比，提高了照明装置1的冷却能力。

在上述实施方式中，虽然示出了配置在散热器6的周缘部的扩散部呈“口”字形包围配置在散热器6的中央部的接触部的例子，但只要扩散部位于散热器6的周缘部，其平面形状不限定于“口”字形。例如，也可以是，在散热器6的周缘部的一部分存在没有配置扩散部的部分。也就是说，扩散部的平面形状也可以是“コ”字形或“二”字形。

另外，在上述实施方式中，作为热释放部件的具体例，示出了下部冷却片列10和上部冷却片列11，但热释放部件的形态或形状不限定于这些。例如，冷却片列可以只包括一层，也可以包括三层以上。或者，也可交替地改变排列轴线的方向来堆叠三层以上的冷却片列。

例如，如图8所示，也可把四组散热单元7配置成“田”字形，把发光单元2（在图8中未图示）隔着散热器6（在图8中未图示）安装到各散热单元7上构成照明装置1（在图8中未图示）。另外，各散热单元7可包括堆叠成四层配置的冷却片列12～15，且冷却片列12、14的排列轴线与冷却片列13、15的排列轴线的方向相互成直角，因此相邻的排列轴线处于“扭转”关系。

另外，在图1的实施方式中，例如针对一个冷却片列10，包括两组以相互面对面的方式折弯的一对热管9，即共计四根热管9，但在图8的实施方式中，针对一个冷却片列12，包括一组以相互面对面的方式折弯的一对热管9，即共计两根热管9。同样地，针对各冷却片列13、14、15，均包括一组热管9，即共计两根热管9。这样，冷却片列12、13、14、15堆叠四层配置成的散热单元7包括合计8根热管9。

另外，如图9所示，也可相互重叠地配置冷却片列12～15的一部分。也就是说，也可在构成冷却片列的冷却片上设置切口，在该切口上插入相邻的其他冷却片列，因而降低散热单元7的高度。

此外，虽然在图1和图8的实施方式中说明的热管9整体上形成为“L”字状，在图9的实施方式中，如图10所示，把两根直管状的热管9相对于基台8配置在垂直方向和水平方向。另外，使用接头部件9b连接这两根热管9，并形成在垂直方向和水平方向上延伸的连接型热管。此外，图10是表示从图9示出的照明装置去除一组散热单元7的冷却片的状态的立体图。

另外，虽然在图10中示出的散热单元7由基底8、与该基底8传热地接触并在竖直方向上延伸的四根热管9、与冷却片列传热地接触并在水平方向上延伸的四根热管、以及把这些热管9相互连接起来的四个接头部件9b形成，但热管9、接头部件9b的数量不限定于上述数量。总而言之，基台8与冷却片列10～15经由热管传热地连接即可。

另外，虽然在图9和图10中，从外侧用固定部件8c将热管9固定在形成于基台8侧壁的凹部8b中，但只要热管9能与基台8至少热连接，也可以用任何方法连接。

另外，在图8和图9中示出的冷却片列12～15中的冷却片与相邻的冷却片的表面面积不同。具体而言，在图8和图9的散热单元7的冷却片列12中，相邻的冷却片12a的面积沿着冷却片的排列轴线逐渐减小。由此，如图8所示，若配置四组散热模块7，则照明装置1的整体形状为圆柱状，结果能使照明装置小型化和轻重量化。此外，如图8和图9所说明的，其他冷却片列13～15与冷却片列12同样地构成。

另外，虽然在上述实施方式中，示出了下部冷却片列10的排列轴线X与上部冷却片列11的排列轴线Y相互正交的例子，由于排列轴线X与排列轴线Y处于相互“扭转”的关系就足够，也可以其他角度相交。总而言之，只要可配置成在流过下部冷却片列10期间生成的位于温度边界层的外侧的空气碰到上部冷却片列11即可。

另外，虽然在上述实施方式中，例示了发光二极管5作为发光元件的具体例，但本发明的技术范围不限定于把发光二极管作为光源的照明装置。也可以把其他固态发光元件，例如EL（Electroluminescence：电致发光）元件作为光源。另外，也可以把白炽灯泡或放电（荧光）灯作为光源。也就是说，发光元件也可以是白炽灯泡或放电（荧光）灯。另外，也可以把将来出现的新的光源作为发光元件。

本发明的原始目的在于，包括发光二极管等的照明装置可高亮度发光，并且使照明装置小型、轻重量化，但是在高亮度发光与小型轻重量化是矛盾的白炽灯泡或放电（荧光）灯作为光源的照明装置中也同样可应用本发明。因此，在这样的照明装置中应用本发明也是具有意义的。

另外，虽然在上述实施方式的说明中，没有特别提及结合各构成元件的手段，但能够利用各种公知的手段，例如铆接、焊接、锡焊、螺纹紧固。另外，在热管与散热片的接合时，例如能使用压入、粘结、焊锡、焊接、焊结等手段。

附图标记列表

1照明装置

2发光单元

3冷却单元

4基板

5发光二极管

6散热器6

7散热单元

8基体

9热管

9b接头部件

10下部冷却片列

11上部冷却片列

12～15冷却片列

Claims (12)

1.一种照明装置，所述照明装置包括：

发光元件；

热扩散部件，所述热扩散部件与上述发光元件接触，并扩散从上述发光元件传来的热；

热输送部件，所述热输送部件的一端与上述热扩散部件传热地接触，把热从上述热输送部件的一端输送到上述热输送部件的另一端；以及

热释放部件，所述热释放部件与上述热输送部件的另一端传热地接触，把从上述热输送部件传来的热释放到环境中，上述热释放部件包括多列冷却片列，上述多列冷却片列沿垂直于所述热扩散部件与发光元件的接触面的上下方向层叠配置，其中每列冷却片列又包括多个间隔有间隙的冷却片的列，其中上述多个间隔有间隙的冷却片的列配置成从上方观察时，相邻的两个冷却片的列中的一个冷却片的列的冷却片与另一个冷却片的列的冷却片交叉。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中上述热扩散部件具有与上述发光元件相面对的中央部、包围上述中央部的至少一部分的周缘部。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其中上述多列冷却片列配置成相邻的两列冷却片列中的一列冷却片列的排列轴线相对于另一列冷却片列的排列轴线成为“扭转”的关系。

4.根据权利要求1所述的照明装置，其中每列冷却片列的冷却片在至少一个侧缘上包括切口，沿上下方向层叠配置的相邻的两列冷却片列的一列冷却片列的冷却片的上述切口配合到另一列冷却片列的冷却片的上述切口中。

5.根据权利要求4所述的照明装置，其中一个冷却片的列中的相邻的冷却片的表面面积互不相同。

6.根据权利要求5所述的照明装置，其中上述发光元件安装在基板上，并且上述基板与上述热扩散部件面接触。

7.根据权利要求6所述的照明装置，还包括与上述热扩散部件面接触的基体，并且上述热输送部件的一端与上述基体结合。

8.如权利要求2所述的照明装置，其中上述热输送部件在上述周缘部与上述热扩散部件接触。

9.根据权利要求8所述的照明装置，其中上述热释放部件设置为在所述热释放部件与上述热扩散部件之间隔开有间隙。

10.如权利要求9所述的照明装置，其中沿所述热释放部件通过上述间隙流入并向下的空气流过上述热释放部件，然后向上流动并离开所述热释放部件。

11.根据权利要求1所述的照明装置，其中上述热释放部件设置为在所述热释放部件与上述热扩散部件之间隔开有间隙。

12.如权利要求11所述的照明装置，其中沿所述热释放部件通过上述间隙流入并向下的空气流过上述热释放部件，然后向上流动并离开所述热释放部件。