CN108291692B - Led照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了LED照明装置，其利用复合材料制造散热器，利用具有比复合材料的热导率更高的热导率的其他材料形成与LED模块对应的区域，从而使得散热器与铝材料的散热器相比低廉、重量轻的同时确保相同或更好的散热性能。所公开的LED照明装置包括：LED模块，在所述LED模块的一表面上安装有多个LED元件；散热器，所述散热器接合至LED模块的另一表面上；以及辅助散热基底，所述辅助散热基底插入所述散热器中且所述辅助散热基底的一端接触LED模块的另一表面，其中，辅助散热基底具有比散热器的热导率更高的热导率。

Description

LED照明装置
技术领域
本发明涉及LED照明装置，更详细地涉及具有释放在用于照明的LED模块被驱动时产生的热的散热器的LED照明装置(LED LIGHTING DEVICE)。
背景技术
LED照明装置是将LED用作光源的照明装置。根据管理从光源产生的热的方式，LED照明装置的整体光效率和产品寿命差别很大。
参照图1，现有的LED照明装置被配置成包括LED模块和散热器(Heat Sink)。
LED模块是安装有多个LED元件12的基板。此时，基板可以由印刷电路板或柔性印刷电路板构成。
散热器与LED模块接触并将从LED模块产生的热释放到外部。散热器由铝(Al)材料制成并通过压铸(die casting)或挤压方式制造。
然而，由于现有的散热器由相对昂贵的铝形成，因此具有制造成本增加且重量较重的问题。
为了解决这样的现有问题，正在开发将复合材料的散热器与LED模块组合的LED照明装置。此时，散热器由金属、陶瓷、碳等导热填料与聚合物混合而成的复合材料制成。
由复合材料制成的散热器可以实现一般电子产品所需的热导率(例如，约1至30W/mK)，但是很难代替具有约230W/mK的热导率的铝。
此外，在LED照明装置中，在基板和散热器之间插入传热粘合剂，用于将从LED模块产生的热传递到散热器。此时，传热粘合剂主要使用热胶带和热油脂，但存在因热导率、厚度、粘合技术等而散热效果不同从而难以实现均匀的散热性能的问题。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述现有问题而提出的，本发明的目的在于提供通过利用复合材料制造散热器并利用具有比复合材料的热导率更高的热导率的其他材料形成与LED模块对应的区域来使得散热器与铝材料的散热器相比低廉、重量轻的同时确保相同或更好的散热性能的LED照明装置。
此外，本发明的目的在于提供通过将安装有LED模块的基座衬底插入散热器中的嵌入成型方式制造而不使用传热粘合剂且实现均匀的散热性能的LED照明装置。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的实施例的LED照明装置包括：LED模块，在所述LED模块的一表面上安装有多个LED元件；散热器，所述散热器接合至LED模块的另一表面上；以及辅助散热基底，所述辅助散热基底嵌入成型在散热器中且所述辅助散热基底的一端接触LED模块的另一表面，其中，辅助散热基底具有比散热器的热导率更高的热导率。
散热器可以是通过将作为填料的石墨填料和碳纳米管填料中的至少一者与聚合物材料混合而获得的复合材料。
辅助散热基底是铝、铜、银和镍中的任一者，或者可以是铝、铜、银和镍中的两者以上混合而成的混合材料。
辅助散热基底可以接触与形成有LED元件的区域相对的另一表面。
辅助散热基底形成为分成上部、下部和中央部的柱状，并且上部和下部中的至少一者的横向长度可以大于中央部的长度。此时，辅助散热基底可以在上部和下部中的至少一者的外周上形成有凹凸。
辅助散热基底形成为板状，并且辅助散热基底的一表面可以暴露于散热器的表面。此时，在辅助散热基底的外周可以形成至少一个弯曲部和槽中的至少一者。
根据本发明的实施例的LED照明装置还可以包括辅助散热延伸基底，辅助散热延伸基底嵌入成型在散热器中且辅助散热延伸基底的一端设置在辅助散热基底的另一表面上。此时，辅助散热延伸基底的至少一部分可以暴露于散热器的突起部的外部。
为了实现上述目的，根据本发明的另一实施例的LED照明装置包括：LED模块，在所述LED模块的一表面上安装有多个LED元件；以及散热器，所述散热器接合至LED模块的另一表面上，其中，LED模块嵌入成型在散热器中且具有比散热器的热导率更高的热导率。
LED模块可以包括基座衬底，基座衬底为包含铝和铜中的至少一者的金属衬底。
根据本发明的另一实施例的LED照明装置还可以包括辅助散热基底，辅助散热基底由具有比散热器的热导率更高的热导率的金属材料形成并嵌入成型在散热器中，且辅助散热基底的一端接触LED模块的另一表面。
辅助散热基底是铝、铜、银和镍中的一者，或者可以是铝、铜、银和镍中的两者以上混合而成的混合材料。
辅助散热基底的另一端的一部分可以暴露于散热器的突起部的外部。
辅助散热基底形成为分成上部、下部和中央部的柱状，并且上部和下部中的至少一者的横向长度可以大于中央部的长度。此时，辅助散热基底在上部和下部中的至少一者的外周上可以形成有凹凸。
有益效果
根据本发明，在LED照明装置中，利用复合材料制造散热器，利用具有比复合材料的热导率高的热导率的其他材料形成与LED模块对应的区域，从而具有使得散热器与完全由铝材料形成的散热器相比低廉、重量轻的同时能够确保比由复合材料形成的散热器更高的散热性能的效果。
此外，LED照明装置具有能够确保一般的电子部件所要求的散热性能且能够防止由劣化引起的光效率降低且延长照明产品的寿命的效果。
此外，LED照明装置具有即使不使用传热粘合剂也能够将基座衬底中产生的热有效地传递至散热器的效果。
此外，LED照明装置通过将具有比散热器的热导率更高的热导率的辅助散热基底插入安装在散热器上而具有能够确保比复合材料的散热器更高的热容量且能够改善热传递效率的效果。
此外，LED照明装置具有能够通过制造工艺的简单化而减少制造成本和原材料成本的效果。
附图说明
图1是用于说明现有的LED照明装置的图。
图2是用于说明根据本发明的第一实施例的LED照明装置的图。
图3是用于说明图2的散热器的图。
图4和图5是用于说明图2的辅助散热基底的一例的图。
图6是用于说明根据本发明的第一实施例的LED照明装置的图。
图7至图9是用于说明图2的辅助散热基底的另一例的图。
图10至图11是用于说明图2的辅助散热基底的又一例的图。
图12至图14是用于说明根据本发明的第二实施例的LED照明装置的图。
具体实施方式
以下，为了详细说明本发明以使本领域普通技术人员能够容易地实施本发明的技术思想，参照附图说明本发明的最优选实施例。首先，应当注意，在对各附图的各构成要素添加附图标记时，即使相同的构成要素在不同的附图中示出，也应尽可能使相同的构成要素具有相同的附图标记。此外，在说明本发明时，在判断为对关联的公知结构或功能的具体描述有可能使本发明的主旨不清楚时，省略该具体描述。
参照图2，根据本发明的第一实施例的LED照明装置被配置为包括LED模块110、散热器130、辅助散热基底150、垫圈170和反射构件190。
LED模块110被配置成在基座衬底112上安装有多个LED元件114。此时，作为一例，基座衬底112为形成有电路图案的印刷电路板和柔性印刷电路板。
散热器130作为释放在LED模块110中产生的热的散热构件，与LED模块110的一表面接合。参照图3，散热器130被配置成包括主体部131和突起部132。
主体部131由复合材料形成为板状并接合至LED模块110的一表面上。此时，在主体部131的一表面上还可以形成有供LED模块110插入的第一插入槽133。在主体部131上可以形成有与第一插入槽133以预定间隔间隔开且环绕第一插入槽133的外周而供垫圈170插入的第二插入槽134以及用于固定接合至一表面上的垫圈170和反射构件190的多个紧固孔135。
突起部132形成在主体部131的另一表面上。突起部132为了使空气接触面积最大化而形成为销的形态，或可以形成为与主体部131竖直接合的板状。此时，可以根据散热性能、空间等各种因素而改变突起部132的形状。
其中，主体部131和突起部132可以由相同的复合材料形成。也就是说，主体部131和突起部132可以由将金属、陶瓷、碳等填料混合至聚合物(polymer)中而形成的复合材料形成。
此时，作为一例，复合材料是石墨填料或碳纳米管填料与聚合物材料混合而获得的复合材料。其中，石墨是在石墨中混合金属纳米融合物而形成的材料。填料(即，石墨、碳纳米管)可以约10％以上且70％以下的量混合。
通常，由于石墨材料的比重低，因此在与聚合物(例如塑料树脂)混合时，因石墨的均匀性降低而发生石墨聚集现象，从而会导致散热器130的散热特性不均匀。
因此，通过在形成复合材料时利用等离子体法和多巴胺施加法，能够改善石墨的混合均匀性并且均匀地形成散热器130的散热特性。
参照图4，辅助散热基底150可以通过嵌入成型工艺而插入安装在散热器130内部。也就是说，辅助散热基底150被嵌入成型而插入安装在散热器130的主体部131中。辅助散热基底150的一端暴露于散热器130的主体部131的表面(即，第一插入槽133的底面)，而能够与LED模块110直接接触。此时，辅助散热基底150接触与形成有LED元件114的区域相对的LED模块110的另一表面的一部分区域。
辅助散热基底150由具有比散热器130的热导率更高的热导率的金属材料形成。此时，作为一例，辅助散热基底150由铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)和镍(Ni)中的一者或者两者以上混合而成的混合材料形成。
辅助散热基底150通过嵌入成型工艺而插入安装在散热器130中。此时，辅助散热基底150的一端暴露于散热器130的主体部131的表面(即，第一插入槽133的底面)，而能够与LED模块110直接接触。
为了提高与散热器130的接合力，辅助散热基底150形成为在中央形成有凹部的哑铃形状。此时，为了提高与散热器130的接合力和接触面积，辅助散热基底150可以在外周上形成有弯曲部且在内部形成有开口。
作为一例，参照图5，辅助散热基底150形成为分成上部151、下部152和中央部153的柱状。此时，上部151、下部152和中央部153可以一体形成或分别制造后接合在一起。
辅助散热基底150的上部151和下部152的宽度(直径)大于中央部153的宽度(直径)，因此，辅助散热基底150形成为在中央部153的外周上形成有槽的哑铃形状。其中，在辅助散热基底150的上部151和下部152的外周上可以形成有具有诸如锯齿形态的凹凸。
为了提高与散热器130的接合力，辅助散热基底150上可以形成有贯通上部151、下部152和中央部153中的至少一者的开口154(或孔)。
辅助散热基底150的上部151和下部152中的至少一者的一表面暴露于散热器130的主体部131的表面(即，第一插入槽133的底面)，而能够与LED模块110直接接触。
由此，通过形成与LED模块110直接接触的辅助散热基底150，具有增大散热器130的热扩散面积，从而能够降低LED元件114的温度的效果。
对完全由铝(Al)形成的散热器130、完全由复合材料(例如石墨)形成的散热器130、以及由复合材料形成并且插入成型有辅助散热基底150的散热器130的散热特性和重量进行测量，其结果示于图6。
参照图6，应用于根据本发明实施例的LED照明装置的散热器130相比仅由铝制成的散热器130重量轻约81克，且相比仅由复合材料形成的散热器130散热特性提高约5％。也就是说，应用于根据本发明的实施例的LED照明装置的散热器130具有重量轻且提高散热特性的效果。
作为另一例，参照图7和图8，辅助散热基底150形成为具有预定面积的板状。也就是说，辅助散热基底150为了增大与散热器130的接触面积以确保热容量而形成为板状。此时，辅助散热基底150通过嵌入成型工艺而插入安装在散热器130内部。
辅助散热基底150通过嵌入成型工艺而插入安装在主体部131中。此时，参照图9，辅助散热基底150在被嵌入成型时为了提高与散热器130的接合力而形成有多个弯曲部155和接合孔156。辅助散热基底150的一表面暴露于散热器130的主体部131的表面(即，第一插入槽133的底面)，而与LED模块110直接接触。
参照图10和图11，为了提高辅助散热基底150和散热器130的接合力和接触面积，LED照明装置还可以包括哑铃形状的多个辅助散热延伸基底160。
辅助散热延伸基底160通过压铸工艺与辅助散热基底150一体形成，或可以通过铆接工艺而接合至辅助散热基底150。
辅助散热延伸基底160被嵌入成型在散热器130中，其一端设置在辅助散热基底150的下表面上而与辅助散热基底150的另一表面接触。此时，辅助散热延伸基底160的另一端的一部分可以通过散热器130的突起部132而暴露至外部。
辅助散热延伸基底160的一端插入安装在散热器130的主体部131中且另一端插入安装在散热器130的突起部132中。此时，辅助散热基底150的一端暴露于主体部131的表面(即，第一插入槽133的底面)，而能够与LED模块110直接接触，辅助散热延伸基底160的另一端的一部分可以暴露于散热器130的突起部132外部。
由此，散热器130通过增大辅助散热基底150和LED模块110的接合面积而具有增大热扩散面积以能够降低LED元件114的温度的效果。
在垫圈170的一表面上形成有接合突起，接合突起插入主体部131的第二插入槽134中。此时，垫圈170阻止水分流入安装在散热器130中的LED模块110中。
反射构件190接合至垫圈170的上部151而将在LED模块110中生成的光反射到外部。
垫圈170和反射构件190通过接合构件(未图示)接合至散热器130。此时，作为一例，接合构件为螺母和螺栓，螺栓的一端贯通散热器130(即形成在主体部131上的紧固孔135)、垫圈170和反射构件190后紧固到螺母。
参照图12，根据本发明的第二实施例的LED照明装置被配置成包括LED模块210、散热器230、垫圈250和反射构件270。其中，垫圈250和反射构件270与上述第一实施例的垫圈170和反射构件190相同，因此省略其详细说明。
LED模块210被配置成在基座衬底212上安装有多个LED元件214。此时，LED模块210由形成有电路图案的金属材料的印刷电路板构成。LED模块210通过SMT(表面贴装技术)工艺而在基座衬底212上安装有多个LED元件214。
基座衬底212由具有比散热器230的热导率更高的热导率的金属材料形成。此时，作为一例，基座衬底212为包括铝、铜中的至少一者的金属衬底。其中，基座衬底212除了金属衬底还可以层压有各种材料的衬底，安装有LED元件214的一表面上形成有金属材料的电路图案(未图示)。
散热器230起到释放在LED模块110中产生的热的作用。散热器230中嵌入成型有LED模块210而与LED模块210一体形成。
散热器230被配置成包括主体部231和突起部232。
主体部231由复合材料形成为板状。主体部231在一面上嵌入成型有LED模块210而与LED模块210一体形成。此时，在主体部231的一表面上贯通形成有供垫圈250插入的插入槽以及用于固定垫圈250和反射构件270的多个紧固孔233。
在主体部231的另一表面上形成有多个突起部232。此时，突起部232为了使空气接触面积最大化而形成为销的形态，或可以形成为与主体部231竖直接合的板状。其中，可以根据散热性能、空间等各种因素而改变突起部232的形状。
其中，主体部231和突起部232可以由相同的复合材料形成。也就是说，主体部231和突起部232可以由将金属、陶瓷、碳等填料混合至聚合物(polymer)中而成的复合材料形成。此时，作为一例，复合材料是石墨填料或碳纳米管填料与聚合物混合而获得的复合材料。其中，石墨是在石墨中混合金属纳米融合物而形成的材料，在散热器230中，填料(即，石墨、碳纳米管)可以约10％以上且70％以下的量混合。
通常，由于石墨材料的比重低，因此在与聚合物(例如塑料树脂)混合时，因石墨的均匀性降低而发生石墨聚集现象，从而会导致散热器230的散热特性不均匀。
因此，通过在形成复合材料时利用等离子体法和多巴胺施加法，能够改善石墨的混合均匀性并且均匀地形成散热器230的散热特性。
参照图13和图14，LED照明装置还可以包括插入安装在散热器230中的辅助散热基底290。
辅助散热基底290可以通过嵌入成型工艺而插入安装在主体部231内部。此时，辅助散热基底290由具有比散热器230的热导率更高的热导率的金属材料形成。此时，作为一例，辅助散热基底290由铜、铝、银和镍中的一者形成或由两者以上混合而成的混合材料形成。
辅助散热基底290的一端暴露于散热器230的主体部231外部，而能够与LED模块210直接接触。此时，辅助散热基底290的另一端也可以暴露至散热器230的突起突232外部。
为此，辅助散热基底290形成为分成上部、下部和中央部的柱状。此时，上部、下部和中央部可以一体形成或分别制造后接合在一起。
辅助散热基底290的上部和下部的宽度(直径)大于中央部的宽度(直径)，因此，辅助散热基底形成为在中央部的外周上形成有槽的哑铃形状。其中，在辅助散热基底290的上部和下部的外周上可以形成有具有诸如锯齿形态的凹凸。
由此，散热器230通过增大辅助散热基底290和LED模块210的接合面积而具有增大热扩散面积以能够降低LED元件214的温度的效果。
以上说明了根据本发明的优选实施例，但可以进行各种形式的变型，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的权利要求范围的情况下，可以实施各种变型例和修改例。

Claims (8)

1.一种LED照明装置，包括：
LED模块，在所述LED模块的一表面上安装有多个LED元件；
散热器，所述散热器接合至所述LED模块的另一表面上；以及
辅助散热基底，所述辅助散热基底嵌入成型在所述散热器中且所述辅助散热基底的一端接触所述LED模块的所述另一表面，
其中，所述辅助散热基底形成为板状，并且所述辅助散热基底的一表面暴露于所述散热器的表面，
所述LED照明装置还包括：辅助散热延伸基底，所述辅助散热延伸基底嵌入成型在所述散热器中且所述辅助散热延伸基底的一端设置在所述辅助散热基底的另一表面上，
其中，所述辅助散热基底具有比所述散热器的热导率更高的热导率，
其中，所述辅助散热延伸基底的至少一部分通过所述散热器的突起部的侧面而暴露于外部。
2.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中，所述散热器是通过将作为填料的石墨填料和碳纳米管填料中的至少一者与聚合物材料混合而获得的复合材料。
3.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中，所述辅助散热基底是铝、铜、银和镍中的任一者，或者是铝、铜、银和镍中的两者以上混合而成的混合材料。
4.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中，所述辅助散热基底接触与形成有所述LED元件的区域相对的另一表面。
5.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中，所述辅助散热基底形成为分成上部、下部和中央部的柱状，并且所述上部和所述下部中的至少一者的横向长度大于所述中央部的横向长度。
6.根据权利要求5所述的LED照明装置，其中，所述辅助散热基底在所述上部和所述下部中的至少一者的外周上形成有凹凸。
7.根据权利要求1所述的LED照明装置，其中，在所述辅助散热基底的外周上形成有至少一个弯曲部。
8.根据权利要求5所述的LED照明装置，其中，所述辅助散热基底形成有形成在所述辅助散热基底的中央部的外周上的槽。
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