CN109882810B - 全角度led投射灯的散热器装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种全角度LED投射灯的散热器装置，包括：光源基板，用于承载LED芯片；光源面，向散热器内凹陷，并且其侧壁向光线投射方向延伸，所述光源基板设置于光源面凹陷处，与光源面的第一面贴合；热疏导材料，与所述光源面的第二面接合，其表面带有微槽群，用于通过热传导将光源基板发出的热量传输到下方含液的微槽群；冷凝壁面，与所述光源面、热疏导材料连接形成密封真空的散热器内腔，所述散热器内腔内部注入有工作液。本公开通过结构设计解决了微槽群复合相变换热技术的太阳花散热器对使用方向敏感的缺点，满足了投射灯多角度照射的使用要求。

Description

全角度LED投射灯的散热器装置

技术领域

本发明涉及一种适用于全角度使用的，采用微槽群复合相变换热技术的散热器装置，尤其适用于大功率LED投射灯这种需要全角度照射甚至垂直朝上半球照射的使用条件。

背景技术

LED作为一种能够将电能转化为可见光的固体半导体器件，相对于其他传统光源如白炽灯、日光灯、卤素灯等，在易用性、安全性、环保性、使用寿命等方面具有明显优势，已成为被广泛接受的新一代替代光源。LED的应用领域非常广泛，投射灯便是其中之一，投射灯主要应用于建筑外墙照明、大楼内光外透照明、室内布景照明、绿化景观照明、广告牌照明、专门设施照明等。LED的发光效率虽高，但仍然有70％～80％的能量转换为热量，这部分热量若不及时散失出去将会导致LED结温过高，而过高的结温不但会使LED的寿命急剧衰减，还会影响LED的峰值波长、光功率、光通量等诸多性能参数，因此需要对LED光源，特别是大功率的LED光源进行专门的散热设计。

微槽群复合相变换热技术是近些年发展起来的一种新型冷却技术，作为一种被动式冷却方式，其取热的热流密度理论上可高达10⁴W/cm²，而目前LED的取热需求约为10⁰～10²W/cm²。微槽群复合相变换热技术是通过热沉表面加工微细尺度的开放槽道群，液体在开放槽道群弯月面薄液膜区域的高强度蒸发具有很强的换热效率，可以实现低温升的高热流密度取热。采用微槽群复合相变换热技术的大功率LED目前已经实现向下半球照射如球泡灯、工矿灯、场馆灯等，向侧面照射如诱鱼灯、轨道灯等的能力。

但是微槽群复合相变换热技术、热管技术等是(最佳使用方式是热源在下，冷源在上)对使用方向有要求的散热技术，不容易满足朝上半球照射(即热源在上，冷源在下)的使用条件，特别是需要大规模应用且对可靠性要求较高的工程应用领域。针对大功率LED投射灯这类照射角度多样，需要朝上半球照射的使用要求，本发明给出了适用于该照射要求的一种利用微槽群复合相变换热技术的散热器装置。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种全角度LED投射灯的散热器装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种全角度LED投射灯的散热器装置，包括：光源基板，用于承载LED芯片；光源面，向散热器内凹陷，并且其侧壁向光线投射方向延伸，所述光源基板设置于光源面凹陷处，与光源面的第一面贴合；热疏导材料，与所述光源面的第二面接合，其表面带有微槽群，用于通过热传导将光源基板发出的热量传输到下方含液的微槽群；冷凝壁面，与所述光源面、热疏导材料连接形成密封真空的散热器内腔，所述散热器内腔内部注入有工作液。

在本公开一些实施例中，所述的散热器装置还包括：多个翅片，垂直设置在冷凝壁面表面，以冷凝壁面中心为中心呈辐射状排布。

在本公开一些实施例中，所述光源面的凹陷程度满足LED光源二次配光的需求，凹陷的形状根据散热器的散热需求、光源的配光设计及光源不同投射角度的注液量确定。

在本公开一些实施例中，所述光源面竖直截面形状包括倒Ω形，矩形，梯形。

在本公开一些实施例中，所述热疏导材料选用导热系数高的金属材料或非金属材料。

在本公开一些实施例中，所述热疏导材料的外形包括圆柱、立方体、棱柱、棱锥，或采用多个柱体、片体并排的方式；并根据光源的不同投射角度，设置在散热器内腔的中心位置，或者偏向某一侧。

在本公开一些实施例中，所述热疏导材料的横截面尺寸大于或等于光源基板尺寸。

在本公开一些实施例中，所述热疏导材料表面开设的微槽群通过铣削、电火花线切割、电解蚀刻、高能束光蚀刻方式加工。

在本公开一些实施例中，所述微槽形状包括矩形、三角形、梯形，微槽群的微槽道的宽度在0.05～2mm范围内，深度在0.05～2mm范围内，相邻微槽道的间距在0.05～5mm范围内。

在本公开一些实施例中，所述热疏导材料至封装孔距离大于1mm；热疏导材料底部浸没在工作液内，并且确定注液量时，保证散热器在任意角度热疏导材料表面的微槽能够接触到液体；优选地，所述热疏导材料底部浸没在工作液内1～5mm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开全角度LED投射灯的散热器装置至少具有以下有益效果其中之一：

(1)通过结构设计解决了微槽群复合相变换热技术的太阳花散热器对使用方向敏感的缺点，满足了投射灯多角度照射的使用要求；

(2)通过将散热器向内凹陷并通过热疏导材料将热量疏导至液体浸没区，一方面能缩小光源面到液位的距离，减小传热距离，减小传热热阻，另一方面减小了需安装反光杯等二次配光的整灯外形尺寸。

附图说明

图1为本公开第一实施例全角度LED投射灯的散热器装置的结构示意图。

图2是本公开第一实施例中图1中全角度LED投射灯的散热器装置的三维剖视图。

图3是本公开第一实施例中图1中全角度LED投射灯的散热器装置的俯视图。

图4为本公开第二实施例全角度LED投射灯的散热器装置的结构示意图。

图5为本公开第三实施例全角度LED投射灯的散热器装置的一种结构示意图。

图6为本公开第三实施例全角度LED投射灯的散热器装置的另一种结构示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1、翅片； 2、光源面

3、光源基板； 4、冷凝壁面

5、散热器内腔； 6、热疏导材料

具体实施方式

本发明提供一种适用于大功率全角度LED投射灯的散热器装置，散热器包括外部翅片、向散热器内凹陷的光源面、由内筒构成的冷凝壁面以及具备高导热系数的热疏导材料。LED光源芯片产生的热量经光源基板传输到向内凹陷的光源面，经高导热疏导材料将热量疏导至散热器下部含液区，高导热疏导材料的侧面开设微槽群结构，液体依靠毛细力爬升，受热后进行高强度蒸发及沸腾，蒸汽在冷凝壁面冷凝后将热量传导至散热器外部翅片依靠自然对流散失到环境中。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种适用于大功率全角度LED投射灯的散热器。图1为本公开第一实施例全角度LED投射灯的散热器装置的结构示意图。图2是本公开第一实施例中图1中全角度LED投射灯的散热器装置的三维剖视图。图3是本公开第一实施例中图1中全角度LED投射灯的散热器装置的俯视图。如图1-3所示，本公开全角度LED投射灯的散热器装置包括：翅片1、光源面2、光源基板3、冷凝壁面4、散热器内腔5和热疏导材料6，以下分别对本实施例全角度LED投射灯的散热器装置的各个组成部分进行详细描述：

光源基板3，用于承载LED芯片，常见的采用如铝材质、陶瓷材质，其作用主要有两个，一个是提供LED芯片封装时需要的一块平整的、并有一定刚度的平台，另一个是将LED芯片发出的热量传输出去。

光源面2，向散热器内处凹陷，光源基板3设置于光源面凹陷处，第一面与LED光源基板3贴合，并且其侧壁向光线投射相反方向延伸；优选地，所述光源面2材质为铝合金、铜合金。光源面2介于光源基板3和热疏导材料6中间，用于作为散热器内腔5的一部分，便于形成真空内腔，目的是尽量减少内腔的不凝结气体(如空气中的氮气、氧气、CO2等)；并且光源基板3是贴合在光源面2上的，可以将热量传输给热疏导材料，同时光源面上还设置有用于安装整灯的光源压盖、透镜压盖、反光杯等的螺丝孔。所述光源面2向散热器内凹陷的程度应满足LED光源二次配光的需求，凹陷的形状可根据散热器的散热需求、光源的配光设计以及不同光源投射角度的注液量确定，如向内凹陷截面形状包括倒Ω形，矩形，梯形等；凹陷后的位置可用于安装反光杯，从而减小了疏导材料的长度，减小了热量的传输距离及热阻，提高了光源热量的传输能力，以及了降低整灯的长度及外形尺寸；

本实施例中适用于大功率LED投射灯的散热器装置，其向内凹陷光源面2是喇叭口外形，其向内凹陷截面形状为梯形，优点是便于LED的二次配光设计以及反光杯的安装。比较适用于朝上照射以及倾斜一定角度照射的情况，因为倾斜角度过大，或者朝下照射使用时，需要较大的注液量才能满足全角度使用要求。

热疏导材料6，与所述光源面2的第二面接合，其表面带有微槽群，具有较强的导热能力，用于通过热传导将光源发出的热量传输到下方含液的微槽群；所述热疏导材料选用导热系数较高的金属材料如铜及其合金等，非金属材料如高导热石墨等。热疏导材料6的外形可以采用圆柱、立方体、棱柱、棱锥等，或采用多个柱体、片体并排的方式；优选地，所述热疏导材料的横截面尺寸通常大于或等于光源基板尺寸。

所述热疏导材料表面开设的微槽群可以通过铣削、电火花线切割、电解蚀刻、高能束光蚀刻等加工方式。微槽群的微槽道的宽度在0.05～2mm范围内，深度在0.05～2mm范围内，相邻微槽道的间距在0.05～5mm范围内。微槽形状有矩形、三角形、梯形等。

冷凝壁面4呈筒状，与所述光源面2、热疏导材料6连接形成密封的散热器内腔5，所述散热器内腔5上设置有封装孔，其内部注入有工作液；所述散热器内腔5内部抽真空，排除不凝结气体；所述热疏导材料6底部浸没在工作液内1～5mm高度，热疏导材料6的长度设计时以不影响封装孔封装为宜，热疏导材料至封装孔距离大于1mm。由于热疏导材料6表面开设微槽道，工作液靠微槽道毛细力爬升，依靠微槽群复合相变换热技术进行高强度取热，热量以汽化潜热的形式转移到蒸汽中；优选地，确定注液量时应保证散热器在任意角度，热疏导材料表面每个微槽均要接触到液体或者绝大多数微槽能够接触到液体；多个翅片1垂直设置在冷凝壁面4表面，以冷凝壁面4中心为中心呈辐射状排布。

投射灯朝上照射时，光源基板3产生的热量经热疏导材料6疏导至热疏导材料6底端，热疏导材料6底端部分浸没在液体中，液体通过毛细力作用沿热疏导材料6表面的微槽群爬升一定高度，通过微槽群复合相变换热技术的弯月面薄液膜区域的高强度蒸发带走热量，蒸汽在冷凝壁面4冷凝，热量导出到翅片1经自然对流散失到空气中。

至此，本公开第一实施例全角度LED投射灯的散热器装置介绍完毕。

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种全角度LED投射灯的散热器装置。其中，图4为本公开第二实施例全角度LED投射灯的散热器装置的结构示意图。如图4所示，其与第一个实施例的不同之处在于其向内凹陷的光源面2截面形状呈矩形，相对于第一个实施例，本实施例的散热器内部上部空间更小，优选地，所述散热器内腔上部与光源面截面之间的缝隙大于5mm，当投射灯朝下照射时，本实施例的设计方案以比较少的注液量满足朝下照射的需求。

为了达到简要说明的目的，上述实施例1中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

至此，本公开第二实施例全角度LED投射灯的散热器装置介绍完毕。

在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种全角度LED投射灯的散热器装置。其中，图5、图6本公开第二实施例全角度LED投射灯的散热器装置的结构示意图。如图5、图6所示，其与第一、第二个实施例的不同之处在于热疏导材料6偏向一侧，特别地，热疏导材料6与光源面2的接合面可以与光源基板3与光源面2的接合面错开排布，还可以采用热疏导材料6上表面的一部分与光源面2接合。其优点是在散热器倾斜使用时(需向热疏导材料6偏置的一侧倾斜)，液体很容易接触到热疏导材料6，相比于第一、第二个实施例中的热疏导材料6的中心设计，此种设计可以减少注液量，或是在同种注液量的情况下液体更容易接触热疏导材料6，取热能力强。

至此，本公开第三实施例全角度LED投射灯的散热器装置介绍完毕。

由于本公开的散热器包括外部翅片、向散热器内凹陷的光源面、由内筒构成的冷凝壁面以及具备高导热系数的热疏导材料，LED产生的热量可以经光源基板传输到向内凹陷的光源面，经高导热疏导材料将热量疏导至散热器下部含液区，高导热疏导材料的侧面开设微槽群结构，液体依靠毛细力爬升，受热后进行高强度蒸发及沸腾，蒸汽在冷凝壁面冷凝后将热量传导至散热器外部翅片依靠自然对流散失到环境中。因此，本公开的散热器装置解决了采用微槽群复合相变换热技术的太阳花散热器对使用方向较为敏感，甚至LED灯朝上照射时散热器失效的问题。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种朝上照射的LED投射灯的散热器装置，包括：

光源基板(3)，用于承载LED芯片；

光源面(2)，向散热器装置的冷凝壁面内凹陷，所述光源面(2)的凹陷形状满足LED芯片二次配光的需求，所述光源基板(3)设置于所述光源面(2)凹陷处，与所述光源面(2)凹陷处的第一面贴合；

热疏导材料(6)，与所述光源面(2)凹陷处的第二面接合，其表面带有微槽群，所述热疏导材料(6)底部浸没在工作液内，并且确定注液量时，保证散热器装置在任意角度所述热疏导材料表面的微槽能够接触到液体；

呈筒状的所述冷凝壁面(4)，与所述光源面(2)、热疏导材料(6)和该散热器装置的底面连接形成密封真空的散热器内腔(5)，所述散热器内腔(5)内部注入有工作液。

2.根据权利要求1所述的散热器装置，还包括：

多个翅片(1)，垂直设置在冷凝壁面(4)表面，以冷凝壁面(4)中心为中心呈辐射状排布。

3.根据权利要求1所述的散热器装置，所述光源面(2)凹陷的形状根据散热器的散热需求、光源的配光设计确定。

4.根据权利要求1所述的散热器装置，所述光源面(2)竖直截面形状包括倒Ω形，矩形或梯形。

5.根据权利要求1所述的散热器装置，所述热疏导材料(6)选用导热系数高的金属材料或非金属材料。

6.根据权利要求1所述的散热器装置，所述热疏导材料(6)的外形包括圆柱、立方体、棱柱、棱锥，或采用多个柱体、片体并排的方式；并根据光源的不同投射角度，设置在散热器内腔(5)的中心位置，或者偏向某一侧。

7.根据权利要求1所述的散热器装置，所述热疏导材料(6)的横截面尺寸大于或等于光源基板尺寸。

8.根据权利要求1所述的散热器装置，所述热疏导材料(6)表面开设的微槽群通过铣削、电火花线切割、电解蚀刻或高能束光蚀刻方式加工。

9.根据权利要求1所述的散热器装置，所述微槽形状包括矩形、三角形、梯形，微槽群的微槽道的宽度在0.05～2mm范围内，深度在0.05～2mm范围内，相邻微槽道的间距在0.05～5mm范围内。

10.根据权利要求1所述的散热器装置，所述散热器内腔(5)上设置有封装孔，所述热疏导材料(6)至封装孔距离大于1mm；所述热疏导材料(6)底部浸没在工作液内1～5mm。