專利名稱：發(fā)光二極管燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置，尤其是涉及意圖用于エ業(yè)、公共、辦公室和起居室及空間的發(fā)光二極管燈(光源、發(fā)光物)。
背景技術(shù)：
與常用的電光源(白熾燈、熒光燈、氣體放電鹵素、鈉、汞等等的燈)相比，發(fā)光二極管群有以發(fā)光效率按10到20百分比的功率消耗的最高水平的發(fā)光效率(高達(dá)150流明/瓦)的特色的光源。在高功率發(fā)光二極管基礎(chǔ)上的LED燈，是能量效率高、環(huán)保、長壽命的光源。照明燈效率的主要指標(biāo)，是它的以[lm/W]為單位測量的發(fā)光效率，即，每單位電 功率消耗(以W為單位)的以流明為單位的發(fā)光通量。利用發(fā)光二極管的標(biāo)準(zhǔn)LED燈，還包括一些從屬的光學(xué)裝置(反射器、光學(xué)透鏡)、散熱器和電源。每ー上述部件在它們的組合中都影響結(jié)果的發(fā)光效率，以及可靠性和該LED燈的使用壽命。隨著時(shí)間推移，晶體(發(fā)光単元)的高溫，在不適當(dāng)熱耗散條件下，引起晶體的加速降質(zhì)，彩色再現(xiàn)的變化和光通量下降，結(jié)果是縮短LED燈的使用壽命。因此，在電源和光學(xué)透鏡效率的某些值上，發(fā)光效率能夠通過降低ニ極管的溫度，就是說，通過提高ニ極管的發(fā)光單元的冷卻效率而被改進(jìn)。確保發(fā)光二極管的最佳熱條件，是通向LED燈的最大發(fā)光效率、可靠性和使用壽命的主要問題。在目前所知LED燈的所有類型中，熱學(xué)模型被采用，它考慮了從發(fā)光二極管到散熱器的熱耗散，以及從散熱器到環(huán)境的自然(即，沒有強(qiáng)迫風(fēng)冷)對(duì)流熱傳遞。要求的熱耗散參數(shù)，基本上由散熱器的設(shè)計(jì)確定。由CREE 公司(美國)制造的 LRP-38LED 燈(www. creells. com/lrp-38. htm)是已知的。它的特色是用于連接到外部a. c.電源的E-26/27型螺ロ燈頭、在外側(cè)沿縱向有葉片的錐形金屬散熱器、以及被布置在LED透鏡中的發(fā)光二極管。這種燈的缺點(diǎn)是低效率對(duì)流系統(tǒng)，因?yàn)樵撋崞鲉为?dú)通過它的外側(cè)葉片被冷卻。同樣,CREE的LR6LED燈(www. creells. com)是已知的。該燈的特色是空心的金屬圓柱形散熱器，該散熱器由兩部分組成并在外側(cè)有縱向葉片。上面的部件通過熱學(xué)插件互聯(lián)。發(fā)光二極管被放置在與散熱器連接的印刷電路板上，電源被布置在該散熱器之內(nèi)。該燈的缺點(diǎn)是熱耗散的低效率系統(tǒng)，它從LED經(jīng)由PCB的金屬基座到大的鋁散熱器，単獨(dú)通過散熱器的外側(cè)葉片和在散熱器部件之間的熱學(xué)插件的可用性，使對(duì)流熱傳遞到環(huán)境。此外，在LED發(fā)射器ー側(cè)，該P(yáng)CB有濺射的涂層以確保LED和它們的電流傳遞條的適當(dāng)密封。SHARP的 DL-D007N LED 燈(http://sharp-world, com/corporate/news/080804_l. html),按它的技術(shù)要點(diǎn)，是最類似于要求的LED燈的裝置。它有圓柱形外殼，發(fā)光二極管被布置在其內(nèi)側(cè)的印刷電路板上的光學(xué)透鏡中。在外側(cè)，在容納PCB上的光學(xué)透鏡中的LED模塊的圓柱形外殼的平面上，散熱器被放置，堅(jiān)固地聯(lián)接到外売。該散熱器由垂直于公共內(nèi)壁的縱向平行的葉片組成。在葉片之上，用于分布來自散熱器的熱流的平面被安排。前述LED燈設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)如下-低的從發(fā)光二極管經(jīng)由PCB到外殼/散熱器的熱傳遞效率；-低的向環(huán)境的對(duì)流冷卻流強(qiáng)度；-散熱器上部的平面的可用性，使冷卻縱向?qū)α鞯乃俣染徛聛?。在上面所有的LED燈設(shè)計(jì)中，鋁基底上的印刷電路板(MCP CB)被用于LED的固定和ニ極管與電源的電連接，以及用于向外売/散熱器的熱傳遞。這樣的電路板的特色是最低的熱阻值(3. 4K/W)。用于LED燈的LED模塊的設(shè)計(jì)，包括具有安排在印刷電路板上的電連接的發(fā)光二極管，以及具有在其中的LED晶體的光學(xué)透鏡。為了防濕氣，LED到PCB的焊接連接點(diǎn)被漆和(或)合成材料覆蓋。

發(fā)明內(nèi)容
按照要求保護(hù)的本發(fā)明的技術(shù)結(jié)果，是有如此的散熱器設(shè)計(jì)的LED燈的建立，它允許自然的快速運(yùn)動(dòng)對(duì)流，而LED模塊設(shè)計(jì)和LED模塊固定到散熱器的方式，當(dāng)被組合吋，確保每一 LED和該LED燈作為一體的最佳熱條件(容許熱循環(huán))，不降低整個(gè)壽命周期的發(fā)光度。當(dāng)這樣做時(shí)，LED的附件與散熱器必須確?？煽康臒峤佑|。在燈的熱回路中總的熱傳遞阻力，由LED的類型、LED到散熱器聯(lián)接組件的熱學(xué)性能和從適合于所討論LED燈的散熱器到空氣環(huán)境的熱對(duì)流確定。LED特有的熱傳遞阻力(在發(fā)光單元和LED外殼的熱耗散基座之間)，是依賴于LED的類型的特征，從而當(dāng)評(píng)價(jià)具體燈的熱耗散系統(tǒng)的總效率時(shí)，該量可能下降。LED燈的標(biāo)稱大小對(duì)應(yīng)于白熾燈的那些標(biāo)稱大小，該標(biāo)稱大小限制它們的幾何參數(shù)，并更大部分地確定熱耗散系統(tǒng)的形狀和尺寸，尤其是LED燈散熱器的那些形狀和尺寸。在散熱器有效表面的豎直安排的情形中，熱耗散被改進(jìn)，因?yàn)檫@樣的幾何配置促進(jìn)對(duì)流(有利于附加熱流動(dòng)的出現(xiàn)和它們的速度)。上面的技術(shù)結(jié)果，是在如下的LED燈中獲得的，該LED燈包括有空心的中央部分、形成該燈(散熱器)的外回路的徑向-縱向葉片的散熱器，同時(shí)，該LED被布置成確保接觸熱傳遞到達(dá)環(huán)形墊塊處的散熱器，該環(huán)形墊塊被制作在散熱器的端部，該徑向-縱向葉片的端部被連接到該環(huán)形墊塊。該散熱器能夠用鄰接環(huán)抱式(embraced)徑向-縱向葉片的端部的外壁制成，該徑向-縱向葉片被連接到相對(duì)于該外壁被放置成有間隙的環(huán)形墊塊。該散熱器能夠用被連接到該環(huán)形墊塊并跨越該徑向-縱向葉片的內(nèi)壁制成。該LED能夠被放置成允許接觸熱傳遞到達(dá)在散熱器端部處的兩個(gè)或更多環(huán)形墊塊處的散熱器。尤其是，環(huán)形墊塊能夠例如同心地被安排成相對(duì)于彼此有間隙。散熱器能夠用內(nèi)壁制成，每ー內(nèi)壁與環(huán)形墊塊之ー鄰接并跨越徑向-縱向葉片。每ー LED能夠被固定在板上，該板本身被放置在散熱器的環(huán)形墊塊上。在此情形下，板材料的熱導(dǎo)率高于散熱器的熱導(dǎo)率。燈的電源能夠被布置在散熱器的空心的中央部分內(nèi)，相對(duì)于該散熱器的相鄰的徑向-縱向葉片有間隙。
該燈能夠還包括環(huán)形墊塊上的印刷電路板(PCB)，用于LED到電源的連接。該P(yáng)CB能夠用剪切塊(cut-outs)制成，其中安置更高熱導(dǎo)率的LED或板和LED。該技術(shù)結(jié)果是在LED燈散熱器中獲得的，該散熱器用形成散熱器的外回路的徑向-縱向葉片、空心的中央部分和在散熱器端部的用于LED的環(huán)形墊塊制成，該徑向-縱向葉片的端部被連接到該環(huán)形墊塊。該散熱器能夠用鄰接環(huán)抱式徑向-縱向葉片的端部的外壁制成，該徑向-縱向葉片被連接到相對(duì)于該外壁被安排成有間隙的環(huán)形墊塊。該散熱器能夠用被連接到該環(huán)形墊塊并跨越該徑向-縱向葉片的內(nèi)壁制成。在散熱器的端部，兩個(gè)或更多環(huán)形墊塊能夠被提供，該兩個(gè)或更多環(huán)形墊塊被連 接到徑向-縱向葉片的端部，并尤其是被同心地安排和彼此有間隙。


圖I是LED燈的一般視圖。圖2給出以有散熱器的豎直截面的垂直側(cè)向投影形式(orthogonal lateralprojection)的 LED 燈設(shè)計(jì)。圖3給出從LED模塊側(cè)看去的LED燈的視圖。有4給出在LED點(diǎn)上的LED燈設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式參考圖1，圖上示意畫出LED燈，它包括旋轉(zhuǎn)的空心狀散熱器1，有在該散熱器的外周的徑向-縱向葉片2，、被連接到葉片2端部的環(huán)形墊塊3 ;與葉片2的端部在墊塊3 —側(cè)相鄰的外壁4 ;被連接到環(huán)形墊塊3并跨越葉片2的內(nèi)壁5 ;在散熱器I中央部分中的電源6 ;螺ロ燈頭7 ;發(fā)光二極管8 ;銅板9 ;印刷電路板10和漫射器11。該燈能夠裝有蓋12，被置于LED 8—側(cè)的散熱器I上，并為了對(duì)流熱流動(dòng)自由通過的目的，在蓋12兩端和側(cè)面被打孔。蓋12是防止與LED燈的電流載運(yùn)單元的任何接觸，并阻止該燈的LED模塊的物理破壞的部件。此外，該蓋增加LED燈總體的款式設(shè)計(jì)。LED燈實(shí)施方式的例子，包括6個(gè)發(fā)光二極管8，但是，它們的數(shù)量可以改變(多于或少于6)。參考圖2，該LED燈設(shè)計(jì)以有散熱器I的豎直截面的垂直側(cè)向投影(orthogonallateral projection)方式和有孔的蓋12 (以虛線畫出)被展示。散熱器的形狀是錐形的。它向著LED被放置的一端變寬，而向著電源被放置的相反端變窄。葉片2的數(shù)量、它們的厚度和相鄰葉片之間的間距，是在數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上選擇的，以確保依賴于LED 8數(shù)量的熱耗散的最大效率。圖3給出從LED模塊側(cè)看去的LED燈的散熱器I的視圖。電源6被放在散熱器的空心部分。電源的外殼由塑料制成。LED 8被串聯(lián)，但它們可以被并聯(lián)或按某種組合。圖4給出在LED點(diǎn)上的LED燈設(shè)計(jì)。發(fā)光二極管的端子引線被連接到印刷電路板10的導(dǎo)體。熱耗散板9由銅制成并被放在PCB 10之下，有凸出部(在PCB 10中制成的孔中)借助使焊料合金通過加熱熱耗散板熔化，與非導(dǎo)電LED外殼接觸。
散熱器I能夠用鋁合金的壓カ模鑄制作。外熱耗散葉片2和內(nèi)熱耗散葉片7的數(shù)量、厚度和表面面積，依賴于LED 8的功率，而按Standard PAR 38，散熱器的形狀由LED燈的標(biāo)稱大小確定。散熱器I能夠是預(yù)制部件。例如，環(huán)形墊塊3和內(nèi)壁5能夠用鋁合金的壓カ模鑄制成，而散熱器其余部分由塑料制作。銅熱耗散板9和形成鋁合金散熱器I 一部分的環(huán)形墊塊3的配合表面，被做成高的幾何精度和高的表面光潔特征，這確保界面處最小的熱傳遞阻力。光學(xué)透鏡11能夠在LED被固定在散熱器I上之后，被放到LED 8上。銅熱耗散板9幾何尺寸，用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的某些數(shù)值計(jì)算方法確定，并應(yīng)當(dāng)與環(huán)形墊塊3的寬度相匹配。該要求保護(hù)的LED燈，按如下方式確保用于高功率LED 8的最佳熱條件。來自LED 8的熱，經(jīng)由銅熱耗散板9和環(huán)形墊塊3，被傳遞到鋁合金散熱器1， 后者被加熱并形成自然被分開的單向?qū)α?，在不同溫度和速度條件(經(jīng)由空心的中央部分的一個(gè)內(nèi)部流動(dòng)C ;兩個(gè)外部流動(dòng)，即，在墊塊3和外壁4之間的B，和該外壁4外部的A)下通過有孔的蓋12，該條件確保熱從外殼/散熱器I的有效去除。該正效應(yīng)的獲得歸因于作為整體的LED燈的綜合設(shè)計(jì)和技術(shù)方案，尤其是外殼/散熱器I的設(shè)計(jì)。在LED 8的標(biāo)稱功率上，作為要求保護(hù)的在LED燈中的銅熱耗散板9的溫度和鋁合金散熱器I的溫度之間的差值，不高于0. 5° C。在CREE的同類產(chǎn)品中最好的LED燈中(普遍地認(rèn)為保持全球最佳LED燈產(chǎn)品)，上述溫度差不小于I. 0° C。要求保護(hù)的LED燈在I. 3W的LED能量耗散上總的熱傳遞阻カ約為10. 6° C/W。因此，在要求保護(hù)的LED燈中，高功率LED能夠與它們的亮度増加一起被使用，該亮度増加是通過把LED 8的溫度降低到有穩(wěn)定維持的色溫(如，2，700K)的穩(wěn)定的最大發(fā)光效率達(dá)到的。該要求保護(hù)的LED燈，在最完全的范圍上滿足下面的消費(fèi)者需求-功率(發(fā)光通量、亮度)；-可靠性(使用壽命)；-節(jié)能性能(能量消耗)；-價(jià)格。該要求保護(hù)的發(fā)明，是優(yōu)選的但非窮盡的PAR-38LED燈實(shí)施例的設(shè)計(jì)例子，如以圖形在圖1-4給出的。
權(quán)利要求
1.ー種發(fā)光二極管燈，其中散熱器用形成該燈外回路的徑向-縱向葉片和空心的中央部分制成，同時(shí)，該發(fā)光二極管被布置成提供直接接觸傳遞熱傳遞到達(dá)環(huán)形墊塊處的散熱器的可能性，該環(huán)形墊塊被制作在散熱器的端部處，該徑向-縱向葉片的端部被連接到該環(huán)形墊塊。
2.權(quán)利要求I的燈，其中該散熱器用鄰接環(huán)抱式徑向-縱向葉片的端部的外壁制成，該徑向-縱向葉片被連接到相對(duì)于該外壁有間隙的環(huán)形墊塊。
3.權(quán)利要求I的燈，其中該散熱器用被連接到該環(huán)形墊塊并跨越該徑向-縱向葉片的內(nèi)壁制成。
4.權(quán)利要求I的燈，其中該發(fā)光二極管被定位成確保直接接觸熱傳遞經(jīng)由兩個(gè)或更多環(huán)形墊塊傳遞到達(dá)該散熱器，該兩個(gè)或更多環(huán)形墊塊被提供在該散熱器端部處。
5.權(quán)利要求4的燈，其中該散熱器用各鄰接于環(huán)形墊塊之一井跨越該徑向-縱向葉片 的內(nèi)壁制成。
6.權(quán)利要求I的燈，其中每ー發(fā)光二極管被安裝在板上，該板本身被放置在散熱器的環(huán)形墊塊上，該板的材料的熱導(dǎo)率高于散熱器的熱導(dǎo)率。
7.權(quán)利要求I的燈，其中電源被布置在散熱器的中央部分中，相對(duì)于該散熱器的相鄰徑向-縱向葉片有間隙。
8.權(quán)利要求I的燈，其中該燈還包括該在環(huán)形墊塊處的印刷電路板，用于發(fā)光二極管到電源的連接。
9.一種用于LED燈的散熱器，其中該散熱器用形成該燈外回路的徑向-縱向葉片、空心的中央部分、以及在散熱器端部處的環(huán)形墊塊制成，該徑向-縱向葉片的端部被連接到該環(huán)形墊塊。
10.權(quán)利要求9的散熱器，其中該散熱器包括鄰接環(huán)抱式徑向-縱向葉片的端部的外壁，該徑向-縱向葉片被連接到相對(duì)于該外壁有間隙的環(huán)形墊塊。
11.權(quán)利要求9的散熱器，其中該散熱器用被連接到該環(huán)形墊塊并跨越該徑向-縱向葉片的內(nèi)壁制成。
12.權(quán)利要求9的散熱器，其中該散熱器用在散熱器端部處的兩個(gè)或更多環(huán)形墊塊制成，該墊塊被連接到該徑向-縱向葉片。
全文摘要
一種發(fā)光二極管燈，包括有空心的中央部分、形成該燈外回路的徑向-縱向葉片(2)的散熱器(1)，該LED(8)被放置成確保直接接觸熱傳遞到達(dá)環(huán)形墊塊(3)處的散熱器的可能性，徑向-縱向葉片的端部被連接到該環(huán)形墊塊。
文檔編號(hào)F21K99/00GK102859256SQ201080063057
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者K·L·佩特羅斯安 申請(qǐng)人:奧斯曼·根納德維奇·庫耶夫