CN104791736B - 一种液冷散热的led光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液冷散热的LED光模组(100),其包括电路板安装部(1)和设置在电路板安装部下端的散热器(2)。电路板安装部(1)具有一中空半球结构,其中限定了一半球腔(103),电路板安装部(1)的球壁外表面固定有柔性电路板(3),在柔性电路板(3)上分布有多颗LED灯珠(301),一出光罩(4)套置在柔性电路板外围并被液密地固定至电路安装部(1)和/或散热器(2),从而在出光罩(4)与电路板安装部(1)之间形成一空腔(104),该空腔与半球腔(103)通过设置在电路板安装部(1)的球壁(101)上的多个通孔(102)彼此联通,在空腔(104)与半球腔(103)之内填充有冷却液(5)。

Description

一种液冷散热的LED光模组
技术领域
本发明本涉及LED照明领域的光模组技术,尤其涉及一种LED光模组,特别是涉及一种液冷散热的LED光模组。
背景技术
LED散热现行通常的做法下,导热路径可以这样解释:LED热沉--导热硅脂--与热沉同样大的铜箔--铝基板绝缘层--铝板--散热器。可以看出,LED到铝基板的导热路径仅仅和LED的热沉大小一样。对于大功率LED来说仅仅这样散热是不够的,但是怎样散热才能兼顾微型化,大功率,低成本,这是一个尚未解决的难题。
对此,中国专利申请公开CN201010247353.3公开了一种双层灯罩液冷散热的LED灯,其针对单层灯罩结合金属丝传热不均匀、散热效率有限,对LED使用寿命延长效果不明显的缺点,提供了一种双层灯罩液冷散热的LED灯。根据该发明,其包括灯座和灯罩,灯座上连接有LED基板,灯罩连接在灯座的一端,所述的灯罩包括双层的内罩和外罩,两灯罩之间形成灌有冷却液的储液腔,内罩的侧壁外表面贴覆有和灯座导热连接的导热件。本发明采用双层结构的内、外灯罩以及两者之间的冷却液结合导热件共同作用,实现高效传热,较现有单层灯罩结合金属丝散热结构散热均匀,效率高,降温效果好,能更有效的延长LED灯具的使用寿命,对LED重量和制造成本影响小。
但是该发明的缺点也十分明显,首先,该发明的散热是间接地通过从导热板延伸出来的导热件实现的;其次,它仅通过把热量散发至冷却液,但是冷却液腔的顶端容积很小,随着温度上升顶端反而会聚集大量热量造成LED芯片寿命明显降低;再次,内外双层灯罩导致光线损失严重,使得光效下降明显;最后,该灯具的特殊灯罩形态决定了出光角度很小,中间厚两侧薄的冷却液层起到了聚光作用,不利于光线均匀分布。
US5890794公开了一种LED液冷散热机构。虽然在其一个实施方式中提到了可以在LED安装部之内设置液体来增强散热。但是在其图10所公开的这种实施方式中,内外腔体的液体之间不能实现对流散热,导致集聚在中心空腔区域内的高温液体会逐渐升温,而外围区域的液体则保持相对较低的温度。此外,该专利公开所提供的技术方案具有大体积的缺点,它基本上不可能实现如灯泡这样体积的独立照明单元。
CN200910192453公开了一种液冷LED灯,它只是单纯利用了液体接触散热,没有利用对流散热效果。而且液体的存在直接或间接影响了出光效果。
此外在该领域中已知的技术问题还包括:
1.由于LED是方向性光源,需要有一种有效的光图形转换方式来实现将小角度的出光转换成全方位的出光,但是按照通常的做法,一种做法是使用透镜转换出光角度,但是涉及到出光效率降低及成本增加;另外的做法是通过改变LED灯珠的平面排布为立体多方位排布,但是随之带来散热路径减小热阻增加,散热效果变差及引起光效降低;
2.COB光源发出很大的热量,必须通过良好的热传导解决COB光源的发热问题热传导路径应尽可能的通畅,而按照传统做法,经过五六层介质层层传递,每一层都存在很大热阻,更不用说加工及装配造成的接触面不充分,进而造成巨大的空气热阻,如何能够最有效的把LED发光部产生的热量导出去,只有与发光部直接接触能够做到这一点。
发明内容
针对现有技术中的种种不足,本发明公开了一种液冷散热的LED光模组。
所述LED光模组包括电路板安装部和设置在所述电路板安装部下端的散热器,其特征在于,所述电路板安装部具有一中空半球结构,其中限定了一半球腔,所述电路板安装部的球壁外表面固定有柔性电路板,在所述柔性电路板上分布有多颗LED灯珠,一出光罩套置在所述柔性电路板外围并被液密地固定至所述电路安装部和/或所述散热器,从而在所述出光罩与所述电路板安装部之间形成一空腔,所述空腔与所述半球腔通过设置在所述电路板安装部的球壁上的多个通孔彼此联通,并且在所述空腔与所述半球腔之内填充有冷却液。
根据一个优选实施方式,所述电路板安装部包括基板,并且由导热材料制成的所述中空半球结构通过所述球壁固定至所述基板,从而形成所述半球腔,所述多个通孔设置在所述球壁上。
根据一个优选实施方式,多颗LED灯珠不均匀地布置在所述柔性电路板上,其中,与靠近所述散热器的区域相比,在远离所述散热器的所述柔性电路板区域中设有明显更多的LED灯珠。
根据一个优选实施方式,所述出光罩与所述电路安装部和/或所述散热器共同限定了冷却液容腔,所述冷却液容腔在靠近所述散热器一端的横截面明显大于远离所述散热器一端的横截面。
根据一个优选实施方式,所述散热器紧密地固定至所述基板的背对所述出光罩的一侧,并且所述散热器在背对所述出光罩的一侧设有多个散热片,所述柔性电路板通过粘接和/或通过导热硅胶固封在所述电路板安装部的球壁外表面。
根据一个优选实施方式,在所述电路板安装部的球壁上不均匀地布置所述多个通孔,其中,设置在远离所述散热器的球壁上的通孔的数量明显超过设置在靠近所述散热器的球壁上的通孔的数量。
根据一个优选实施方式,在所述电路板安装部与所述基板彼此对接的角部区域处设置多个矩形导流口。
根据一个优选实施方式,所述出光罩为PC出光罩、PMMA出光罩或玻璃出光罩,在所述出光罩上设置有荧光粉层,和/或在所述冷却液中悬浮有荧光粉。
根据一个优选实施方式,所述出光罩通过粘合、卡扣连接、螺纹连接和/或硫化硬化固定在所述电路板安装部的基板上,所述出光罩与所述电路板安装部的基板之间设置有密封橡胶圈。
根据一个优选实施方式,所述多个散热片是轴向长度相同但径向长度不同的、平行排布的多个散热片的,并且所述散热器与所述电路板安装部是一体成型的。
本方案采用冷却液体充满灯壳内部,流动起来的液体导热加上固体导热就能达到良好的导热效果,该冷却液体具有绝缘、阻燃,无毒、无腐蚀性、不对接触的零件产生氧化,热涨比低等特性。同时这种冷却液体的折射率和透光性很好。
本发明了利用液冷散热原理,液体无缝隙的填满灯体内部所有空间,使得散热通道宽广且直接,不存在热通道的接触面不均问题。LED芯片整体浸泡在液体内部,一方面向液体传导热量,另一方面通过基板直接向散热器传导热量。液体受热后分子会离开发热的金属基板表面向相对较冷的灯壳及散热器表面运动,通过灯壳及散热器把热量散发出去。经壳表面及散热器冷却后的分子会再次参与热交换,再把灯体内部金属基板附近的热量快速传递到灯壳及散热器表面温度较低的位置,加速完成液体的循环。这样流动起来的液体导热加上固体导热就能达到良好的导热效果。这一物理的对流运动过程,无需耗费电能,只要LED灯泡开始工作这一循环就会不断重复,从而保证LED的芯片结温处于一个较低的水平,保证了LED发光芯片的使用寿命。
附图说明
图1以分解图示意性示出根据本发明一个实施方式的液冷散热的LED光模组;
图2以剖视图示意性示出根据本发明一个实施方式的液冷散热的LED光模组;
图3以主视图示意性示出根据本发明一个实施方式的液冷散热的LED光模组;
图4以立体图示意性示出根据本发明一个实施方式的液冷散热的LED光模组;和
图5以另一视角的立体图示意性示出根据本发明一个实施方式的液冷散热的LED光模组。
具体实施方式
图3以主视图示意性示出根据本发明一个实施方式的液冷散热的LED光模组。根据图3可以看出,该LED光模组包括出光罩4和散热器2。散热器具有多个散热片201。参见图5,这些散热片是轴向长度相同但径向长度不同的,并且这些散热片201在轴向上是平行排布的;同时图5展示了本发明LED光模组的一种使用姿态。图4可以看出本发明LED光模组的大体外观形状,其大体上呈端部为半球形的杆状体。
下面参见图1和图2详细描述本发明的液冷散热的LED光模组。
图1以分解图示意性示出根据本发明一个实施方式的液冷散热的LED光模组。该液冷散热的LED光模组100包括电路板安装部1和设置在电路板安装部1下端的散热器2。根据一个优选实施方式,散热器2与电路板安装部1是一体成型的。
参见图2,电路板安装部1具有一中空半球结构,其中限定了一半球腔103。电路板安装部1的球壁外表面固定有柔性电路板3,在该柔性电路板3上分布有多颗LED灯珠301。一出光罩4套置在柔性电路板3外围并被液密地固定至电路安装部1和/或散热器2,从而在该出光罩4与该电路板安装部1之间形成一空腔104。该空腔104与该半球腔103通过设置在该电路板安装部1的球壁101上的多个通孔102彼此联通,并且在该空腔104与该半球腔103之内填充有冷却液5。通过上述实施方式,冷却液5位于半球腔103内外两侧,冷却液5可以在LED灯珠301点亮时产生的热量作用下循环流动,有效减少热点形成,同时具有大功率大出光角度的优点。
多颗LED灯珠301不均匀地布置在柔性电路板3上。与靠近散热器2的区域相比,在远离散热器2的柔性电路板3区域中设有明显更多的LED灯珠301。根据一个优选实施方式,该出光罩4与该电路安装部1和/或该散热器2共同限定了冷却液容腔,该冷却液容腔在靠近该散热器2一端的横截面明显大于远离该散热器2一端的横截面。根据一个优选实施方式,在该电路板安装部1的球壁101上不均匀地布置该多个通孔102,其中,设置在远离该散热器2的球壁101上的通孔102的数量明显超过设置在靠近该散热器2的球壁101上的通孔102的数量。该电路板安装部1包括基板105,并且由导热材料制成的该中空半球结构通过该球壁101固定至该基板105,从而形成该半球腔103,该多个通孔102设置在该球壁101上。
根据本发明的LED光模组通常以出光罩4向下的方式吊挂在灯具中或天花板上,因此采取上述这些方式可以使得被LED灯珠加热的冷却液5从靠近中间的部位进入到半球腔103内,然后被散热器2冷却。经过冷却后的冷却液5在重力作用下从径向靠外的区域中沿出光罩4返回到下端。如此循环往复,避免了在LED光模组100之内形成热点,可以大大延长LED灯珠的使用寿命。
此外,由于电路板安装部1具有中空半球结构,并且带有多颗LED灯珠301的柔性电路板3包裹在该中空半球结构上,同时出光罩4罩在该中空半球结构上,所以本发明的LED光模组100的出光效率不会受到冷却液的严重影响。而且,由于多颗LED灯珠301位于在该中空半球结构上,因此本发明的LED光模组兼具大功率、大角度出光的特性。
根据本发明的一个优选实施方式,在冷却液5中悬浮有荧光粉。通过这种措施可以随着灯光点亮,使得冷却液不规则流动,进而实现令人惊讶的多彩多姿的出光效果。该冷却液体具有绝缘、阻燃,无毒、无腐蚀性、不对接触的零件产生氧化,热涨比低等特性。
根据一个优选实施方式,该散热器2紧密地固定至该基板的背对该出光罩的一侧,并且该散热器2在背对该出光罩的一侧设有多个散热片201。该多个散热片201可以是轴向长度相同但径向长度不同的、平行排布的多个散热片。该散热器2可以与该电路板安装部1一体成型。散热片的散热能力明显高于出光罩4的散热能力,从而在内部形成对流效果。根据一个优选实施方式,在该电路板安装部1与该基板105彼此对接的角部区域处设置多个矩形导流口(图中未示出)。这种矩形导流口可以协助热流从中心向四周流动。实践表明,散热器2在径向外周的散热效果明显由于在中心的散热效果,因此随着热流上升,在半球腔103的靠近散热器的区域内会集聚高温冷却液5。所以在此区域设置矩形导流口可以明显加快冷却液5沿径向向外的流动速度,进而提升冷却效果和对流效果。
根据一个优选实施方式,该柔性电路板3通过粘接和/或通过导热硅胶固封在该电路板安装部1的球壁101外表面。该出光罩4可以是PC出光罩、PMMA出光罩或玻璃出光罩。如图2所示,柔性电路板3与出光罩4彼此之间保持了很小的间距,因此柔性电路板3上的LED灯珠301(也称之为LED芯片或LED发光元件)所发出的光线不会受到严重影响。尤其是,本发明不必额外设置第二层出光罩,明显提升了出光效率。
在该出光罩4上可以设置有荧光粉层。出光罩4上的荧光粉层可以不同于悬浮于冷却液5中的荧光粉层,从而可以通过荧光粉发光效应的组合产生更为多彩的效果。该出光罩4可以通过粘合、卡扣连接、螺纹连接和/或硫化硬化固定在该电路板安装部1的基板105上。该出光罩4可以与该电路板安装部1的基板105之间设置有密封橡胶圈。通过采取上述措施,出光罩就可以限定出用于冷却液5的密封空间。
需要注意的是,上述具体实施例是示例性的,在本发明的上述教导下,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形,而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白,上面的具体描述只是为了解释本发明的目的,并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种液冷散热的LED光模组(100),所述LED光模组(100)包括电路板安装部(1)和设置在所述电路板安装部(1)下端的散热器(2),
其特征在于,
所述电路板安装部(1)具有一中空半球结构,其中限定了一半球腔(103),所述电路板安装部(1)的球壁外表面固定有柔性电路板(3),在所述柔性电路板(3)上分布有多颗LED灯珠(301),
一出光罩(4)套置在所述柔性电路板(3)外围并被液密地固定至所述电路安装部(1)和/或所述散热器(2),从而在所述出光罩(4)与所述电路板安装部(1)之间形成一空腔(104),
所述空腔(104)与所述半球腔(103)通过设置在所述电路板安装部(1)的球壁(101)上的多个通孔(102)彼此联通,并且在所述空腔(104)与所述半球腔(103)之内填充有冷却液(5);
所述出光罩(4)以向下的方式吊挂,使得被所述LED灯珠(301)加热的冷却液(5)从靠近中间的部位进入到所述半球腔(103)内,进而被所述散热器(2)冷却,经过冷却后的冷却液(5)在重力作用下从径向靠外的区域中沿所述出光罩(4)返回到下端;
所述电路板安装部(1)包括基板(105),在所述电路板安装部(1)与所述基板(105)彼此对接的角部区域处设置多个矩形导流口,以协助被所述LED灯珠(301)加热的冷却液(5)从中心向四周流动。
2.根据权利要求1所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,由导热材料制成的所述中空半球结构通过所述球壁(101)固定至所述基板(105),从而形成所述半球腔(103),所述多个通孔(102)设置在所述球壁(101)上。
3.根据权利要求2所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,多颗LED灯珠(301)不均匀地布置在所述柔性电路板(3)上,其中,与靠近所述散热器(2)的区域相比,在远离所述散热器(2)的所述柔性电路板(3)区域中设有明显更多的LED灯珠(301)。
4.根据权利要求3所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,所述出光罩(4)与所述电路安装部(1)和/或所述散热器(2)共同限定了冷却液容腔,所述冷却液容腔在靠近所述散热器(2)一端的横截面明显大于远离所述散热器(2)一端的横截面。
5.根据权利要求4所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,所述散热器(2)紧密地固定至所述基板的背对所述出光罩的一侧,并且所述散热器(2)在背对所述出光罩的一侧设有多个散热片(201),所述柔性电路板(3)通过粘接和/或通过导热硅胶固封在所述电路板安装部(1)的球壁(101)外表面。
6.根据权利要求1至5之一所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,在所述电路板安装部(1)的球壁(101)上不均匀地布置所述多个通孔(102),其中,设置在远离所述散热器(2)的球壁(101)上的通孔(102)的数量明显超过设置在靠近所述散热器(2)的球壁(101)上的通孔(102)的数量。
7.根据权利要求6所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,所述出光罩(4)为PC出光罩、PMMA出光罩或玻璃出光罩,在所述出光罩(4)上设置有荧光粉层,和/或在所述冷却液(5)中悬浮有荧光粉。
8.根据权利要求6所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,所述出光罩(4)通过粘合、卡扣连接、螺纹连接和/或硫化硬化固定在所述电路板安装部(1)的基板(105)上,所述出光罩(4)与所述电路板安装部(1)的基板(105)之间设置有密封橡胶圈。
9.根据权利要求5所述的液冷散热的LED光模组(100),其特征在于,所述多个散热片(201)是轴向长度相同但径向长度不同的、平行排布的多个散热片的,并且所述散热器(2)与所述电路板安装部(1)是一体成型的。
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