發(fā)光二極管燈具及其光引擎的制作方法

專利名稱：發(fā)光二極管燈具及其光引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體照明裝置，特別是關(guān)于一種發(fā)光二極管燈具及其所采用的 光引擎。
背景技術(shù)：
人們由于長(zhǎng)期過度依賴石化燃料，除造成能源短缺及石油價(jià)格高漲而牽絆經(jīng)濟(jì)發(fā) 展，更使全球二氧化碳與有害氣體的排放濃度日益增加，導(dǎo)致地球暖化所引起的氣候反常、 生態(tài)環(huán)境的破壞、以及對(duì)人類生存的危害日益顯現(xiàn)，為永續(xù)經(jīng)營(yíng)人類賴以生存的地球生態(tài) 環(huán)境，必須同時(shí)解決能源危機(jī)與環(huán)境污染問題，開發(fā)新能源及再生能源是推動(dòng)節(jié)約能源及 高效率使用能源最重要的策略，而傳統(tǒng)照明所消耗的能源極為可觀，發(fā)展照明節(jié)能將是最 重要的新能源科技，而半導(dǎo)體照明采用高功率高亮度的發(fā)光二極管(LED)為光源，該新光 源以其高發(fā)光效率、節(jié)能、長(zhǎng)壽、環(huán)保(不含汞)、啟動(dòng)快、抗震、指向性等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛取 代傳統(tǒng)照明光源的潛力。LED由于將輸入電能的80% 90%轉(zhuǎn)變成為熱量，只有10% 20%轉(zhuǎn)化為光 能，且由于LED芯片面積小發(fā)熱密度高，因此發(fā)展LED照明的關(guān)鍵必須先解決散熱問題；優(yōu) 良的LED燈散熱系統(tǒng)可在同等輸入功率下得到較低的工作溫度，延長(zhǎng)LED的使用壽命，或 在同樣的溫度限制范圍內(nèi)，增加輸入功率或芯片密度，從而增加LED燈的亮度；結(jié)點(diǎn)溫度 (Junction temperature)是衡量LED燈散熱性能的重要技術(shù)指標(biāo)，由于散熱不良導(dǎo)致的結(jié) 點(diǎn)溫度升高，將嚴(yán)重影響到發(fā)光波長(zhǎng)、光強(qiáng)、光效和使用壽命。應(yīng)用高功率高亮度LED在照明的新光源上，必須配合高效率的散熱機(jī)構(gòu)以盡量降 低LED的結(jié)點(diǎn)溫度，才能發(fā)揮上述諸多優(yōu)點(diǎn)，否則照明裝置的發(fā)光亮度、使用壽命將大打折 扣，影響所及將使該照明裝置的節(jié)能效果不彰，并直接沖擊該照明裝置的可靠度，引發(fā)嚴(yán)重 的光衰甚至使照明裝置失效。現(xiàn)有半導(dǎo)體照明裝置嘗試將光源發(fā)光時(shí)釋出的熱量通過增加散熱面積來達(dá)成，然 而，在有限的照明裝置容許空間內(nèi)，如何將該熱量快速而均勻的傳輸?shù)剿錾崦娣e上，以 及如何將傳輸?shù)剿錾崦娣e上的該熱量快速移除，成為降低LED光源結(jié)點(diǎn)溫度的重要指 標(biāo)；因此，提供一種輕巧、符合長(zhǎng)期穩(wěn)定、無須外加動(dòng)力，且可隨光源的發(fā)熱溫度變化自動(dòng)調(diào) 節(jié)移熱能力，并可在任何方位使用時(shí)均能將光源的熱量快速散發(fā)的自發(fā)式移熱裝置，成為 半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有高散熱效率的全方位發(fā)光二極管燈具，并提供一 種該發(fā)光二極管燈具所采用的光引擎?！N發(fā)光二極管燈具，包括一光學(xué)部、一電氣部及一散熱部。該光學(xué)部包括至少 一發(fā)光二極管光源及一出光通道，用以提供所需的照明亮度與發(fā)光特性及對(duì)發(fā)光二極管光 源保護(hù)；該電氣部包括一護(hù)罩及一電路板，用以提供發(fā)光二極管光源所需要的驅(qū)動(dòng)電源、控制電路及電源管理；該散熱部包括一設(shè)于電氣部的護(hù)罩與光學(xué)部之間的熱交換回路裝置。 該熱交換回路裝置包括一散熱器、一吸熱板、一筒狀的管件、一第一蓋板及一環(huán)形的第二蓋 板，該散熱器包括一筒狀的散熱基座及呈放射狀分布于該散熱基座的外周面的若干鰭片， 該吸熱板密封地設(shè)于散熱基座靠近光學(xué)部的一端部，所述發(fā)光二極管光源設(shè)于吸熱板朝向 光學(xué)部的一外表面上，該管件設(shè)于散熱基座內(nèi)并與散熱基座的內(nèi)周面間隔一距離，該第一 蓋板密封地設(shè)于管件靠近光學(xué)部的一端部并與吸熱板間隔一距離，該環(huán)形的第二蓋板設(shè)于 散熱基座及管件靠近護(hù)罩的一端部并與該散熱基座及管件密封接合，由所述散熱基座、吸 熱板、管件、第一蓋板及第二蓋板合圍形成一密閉的第一腔體，并于管件內(nèi)形成一朝向護(hù)罩 開口的第二腔體，該第一腔體的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)有多孔性的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有 工作流體。一種光引擎，包括至少一發(fā)光二極管光源及熱交換回路裝置。該熱交換回路裝置 包括一散熱器、一吸熱板、一筒狀的管件、一第一蓋板及一環(huán)形的第二蓋板，該散熱器包括 一筒狀的散熱基座及呈放射狀分布于該散熱基座的外周面的若干鰭片，該吸熱板密封地設(shè) 于散熱基座的底端，所述發(fā)光二極管光源設(shè)于吸熱板的一外表面上，該管件設(shè)于散熱基座 內(nèi)并與散熱基座的內(nèi)周面間隔一距離，該第一蓋板密封地設(shè)于管件的頂端并與吸熱板間隔 一距離，該環(huán)形的第二蓋板設(shè)于散熱基座及管件的頂端并與該散熱基座及管件密封接合， 由所述散熱基座、吸熱板、管件、第一蓋板及第二蓋板合圍形成一密閉的第一腔體，并于管 件內(nèi)形成一朝向護(hù)罩開口的第二腔體，該第一腔體的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)有多孔性的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，所 述毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有工作流體。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)提供一種長(zhǎng)期穩(wěn)定、無須外加動(dòng)力，且可隨發(fā)光二極管光源的溫度變化而自發(fā)調(diào) 整散熱能力的高效率發(fā)光二極管燈具，通過回流到蒸發(fā)部的高次冷度冷凝液，將發(fā)光二極 管光源的熱量快速導(dǎo)離，確保發(fā)光二極管燈具發(fā)揮高光效、長(zhǎng)壽命、穩(wěn)定出光的功效。提供一種高散熱效率的發(fā)光二極管燈具，通過持續(xù)在熱交換回路裝置中以相變化 的潛熱交換及液相的顯熱交換，進(jìn)行自發(fā)式的高效率散熱循環(huán)，并能隨著輸入發(fā)光二極管 光源的高、低功率變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)第一腔體中的相變化程度，確保光引擎發(fā)揮全方位的解 熱功能。提供一種適用于不同方位使用的回路冷卻發(fā)光二極管燈具，通過毛細(xì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大 毛細(xì)力、散熱器及管件的大吸熱與大散熱面積，確保該發(fā)光二極管燈具在任何使用方位下 均能提供足夠的冷凝液回流至蒸發(fā)部，有效防止干化現(xiàn)象，使該發(fā)光二極管燈具在啟用中 恒常維持在高效率的穩(wěn)定出光狀態(tài)。提供一種高散熱效率的發(fā)光二極管燈具，通過持續(xù)在熱交換回路裝置中以相變化 的潛熱交換及液相的顯熱交換，將發(fā)光二極管光源的熱量快速而均勻的傳輸?shù)缴崞骷肮?件上，以及通過直接接觸冷凝機(jī)制及高次冷度冷卻液(highly subcooled coolant)的高效 率熱傳機(jī)制將傳輸?shù)剿錾崦娣e上的熱量快速移除。


下面參照附圖，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖1是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具第一實(shí)施例的組裝剖面示意圖。
圖2是圖1所示發(fā)光二極管燈具中光引擎的放大圖。圖3是圖2所示光引擎的立體分解圖。圖4是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具中光引擎另一實(shí)施例的組裝剖面示意圖。圖5是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具第二實(shí)施例的組裝剖面示意圖。圖6是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具第三實(shí)施例的組裝剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具100第一實(shí)施例的組裝剖面示意圖，圖2是圖1所示 發(fā)光二極管燈具100中光引擎21的放大圖，圖3是圖2所示光引擎21的立體分解圖。該 發(fā)光二極管燈具100主要包括一光學(xué)部10、一散熱部20及一電氣部30。光學(xué)部10設(shè)置于散熱部20前方，包括一發(fā)光二極管光源11及一出光通道12。該 發(fā)光二極管光源11為一體成型件，包括一導(dǎo)熱基板111以及設(shè)于該導(dǎo)熱基板111上的至少 一發(fā)光體112與若干電極(圖未示)，其中所述發(fā)光體112由至少一發(fā)光二極管芯片經(jīng)透明 封裝所形成。該發(fā)光二極管光源11與散熱部20中一吸熱板24的一吸熱面241之間的緊 密熱接觸，可先在發(fā)光二極管光源11與吸熱面之間涂抹一層熱界面材料(TIM)，再將已套 裝電絕緣墊片的若干螺絲(圖未示)分別穿過發(fā)光二極管光源11上的若干固定孔(圖未 示)，以便鎖固于該吸熱板24的吸熱面241上所設(shè)對(duì)應(yīng)螺孔(圖未示)達(dá)成，也可通過回焊 方式將發(fā)光二極管光源11直接黏貼(SMT)于該吸熱板24的吸熱面241上達(dá)成，以使發(fā)光 二極管光源11的發(fā)熱面與散熱部20的吸熱板24的吸熱面241緊密熱接觸。該發(fā)光二極 管光源11的發(fā)光可藉電線114電性連接發(fā)光二極管光源11的電極與電氣部30中的一電 路板31以及通過電線311電性連接該電路板31與外部電源達(dá)成。出光通道12包括至少一光杯121及設(shè)于該光杯121內(nèi)的一導(dǎo)光罩122，其中該光 杯121為向外擴(kuò)散的錐面以導(dǎo)引該發(fā)光二極管光源11向外射出光線，該光杯121底部設(shè)有 供該發(fā)光二極管光源11凸伸至該光杯121內(nèi)的通孔123，導(dǎo)光罩122為包括至少一光學(xué)鏡 片124的罩蓋，以提供發(fā)光二極管燈具100所需的照明分布、發(fā)光特性及對(duì)發(fā)光二極管光源 11保護(hù)的功能。上述導(dǎo)光罩122中的光學(xué)鏡片124也可在封裝過程中直接與該發(fā)光二極管 光源11 一體成型，以避免二次光學(xué)造成的光損耗。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，上述發(fā)光二極管光源11也可由若干分離的發(fā)光體組合而成，此時(shí) 出光通道12中的光杯121及導(dǎo)光罩122可以是對(duì)應(yīng)于這些分離的發(fā)光體分開設(shè)置，也可以 只用一個(gè)光杯121及導(dǎo)光罩122的配置。電氣部30設(shè)置于散熱部20后方，包括電路板31、一護(hù)罩32及設(shè)于該護(hù)罩32頂端 的一燈頭33。該電路板31設(shè)于護(hù)罩32內(nèi)并與發(fā)光二極管光源11的電極及與外部電源電 連接，所述外部電源除可為電池或電瓶等直流電源外，也可透過電源轉(zhuǎn)換器將交流市電轉(zhuǎn) 換為適合該發(fā)光二極管光源11的直流電源，本實(shí)施例僅以燈頭33與市電連接的方式說明， 以搭配該電路板31提供該發(fā)光二極管光源11的驅(qū)動(dòng)電源及發(fā)光二極管燈具100的電源管 理；該護(hù)罩32為罩蓋該電路板31的一環(huán)狀的殼體，該護(hù)罩32底部鎖固有一底座34，該底座 34上設(shè)有連通電氣部30與散熱部20的若干通孔341，該護(hù)罩32內(nèi)壁設(shè)有若干定位座321 以便與電路板31上所設(shè)對(duì)應(yīng)的定位柱312接合以固定該電路板31 ；該護(hù)罩32頂部的壁面 上設(shè)有若干具較大開口的氣孔322，以供氣流進(jìn)出電氣部30，從而將電路板31產(chǎn)生的熱量一并散出；另外，該護(hù)罩32上還設(shè)置有一圍設(shè)于這些氣孔322的防塵蓋35，以防止外部的 灰塵進(jìn)入電氣部30的護(hù)罩32內(nèi)。散熱部20包括設(shè)于電氣部30的護(hù)罩32與光學(xué)部10之間的一熱交換回路裝置 22，并由發(fā)光二極管光源11與該熱交換回路裝置22組成一光引擎21。該熱交換回路裝置 22包括一散熱器23、一吸熱板24、一管件25、一第一蓋板26及一環(huán)形的第二蓋板27。由于本發(fā)明所述散熱器23的形狀可以隨燈具的設(shè)計(jì)形狀而有所不同，并達(dá)到相 同的散熱功效，因此以下僅以圓形筒體為例予以說明。該散熱器23由導(dǎo)熱性佳的材質(zhì)制成，包括一圓筒狀的散熱基座231及呈放射狀分 布于該散熱基座231的外周面的若干鰭片232，該吸熱板24為由導(dǎo)熱性佳的材質(zhì)制成的一 圓形的板體，所述吸熱板24密封地設(shè)于散熱基座231的底部(即靠近光學(xué)部10的一端部)， 該吸熱板24的外表面為吸熱面241，所述發(fā)光二極管光源11設(shè)于該吸熱面241上并與該吸 熱面241緊密熱接觸；該管件25呈圓筒狀，設(shè)于散熱基座231內(nèi)，該管件25的外周面251 與散熱基座231的內(nèi)周面233間隔一距離，從而在兩者之間形成一環(huán)狀的第一空間281 ；第 一蓋板26為由導(dǎo)熱性佳的材質(zhì)制成的一圓形板體，該第一蓋板26密封地設(shè)于管件25的底 部(即靠近光學(xué)部10的一端部)并與吸熱板24間隔一距離，從而在第一蓋板26與吸熱板 24之間形成一第二空間282，該第二空間282與第一空間281的底端連通；該第二蓋板27 為由導(dǎo)熱性佳的材質(zhì)制成的一圓環(huán)形的板體，設(shè)于散熱基座231及管件25的頂部(即靠近 護(hù)罩32的一端部)并將散熱基座231與管件25之間的第一空間281的頂端密封，從而由 所述散熱基座231、吸熱板24、管件25、第一蓋板26及第二蓋板27合圍形成一密閉的第一 腔體28，并于管件25內(nèi)形成一朝向護(hù)罩32開口的第二腔體252，所述第一腔體28包括位 于散熱基座231與管件25之間的第一空間281及位于吸熱板24與第一蓋板26之間的第 二空間282，該第一腔體28內(nèi)側(cè)壁面鋪設(shè)有多孔性的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，并于該毛細(xì)結(jié)構(gòu)中填充有 可隨發(fā)光二極管光源11的溫度變化而產(chǎn)生不同沸騰程度的工作流體226。該第一腔體28內(nèi)于吸熱板24、第一蓋板26及第二蓋板27的內(nèi)表面分別鋪設(shè)有數(shù) 層緊密排列的金屬網(wǎng)，以構(gòu)成多孔性的毛細(xì)結(jié)構(gòu)221、222、223，所述管件25的外周面251與 散熱基座231的內(nèi)周面233上也分別鋪設(shè)有數(shù)層緊密排列的金屬網(wǎng)，以構(gòu)成環(huán)狀的多孔性 毛細(xì)結(jié)構(gòu)224、225，該管件25的外周面251上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)224的頂端與底端分別延伸至 與第二蓋板27的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)223及第一蓋板26的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)222 相接，該散熱基座231的內(nèi)周面233上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)225的頂端與底端分別延伸至與第二 蓋板27的內(nèi)表面上所設(shè)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)223及吸熱板24的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)221相接。 第一腔體28內(nèi)位于吸熱板24與第一蓋板26之間的第二空間282被區(qū)隔為底部接近發(fā)光 二極管光源11并與毛細(xì)結(jié)構(gòu)221相對(duì)應(yīng)的一液相微流通道區(qū)2831、頂部與毛細(xì)結(jié)構(gòu)222相 對(duì)應(yīng)的一冷凝區(qū)284，以及位于該液相微流通道區(qū)2831與冷凝區(qū)284之間的一蒸汽通道區(qū) 2832，并由所述液相微流通道區(qū)2831與蒸汽通道區(qū)2832構(gòu)成一蒸發(fā)部283 ；散熱基座231 與管件25之間呈環(huán)狀的第一空間281則被區(qū)隔為內(nèi)側(cè)對(duì)應(yīng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)224的一環(huán)狀的冷凝 區(qū)286、外側(cè)對(duì)應(yīng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)225的一環(huán)狀的冷凝區(qū)287、位于該兩冷凝區(qū)286、287之間的一 環(huán)狀的低流阻蒸汽通道288、以及頂部對(duì)應(yīng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)223的一冷凝區(qū)289。組裝該熱交換回路裝置22時(shí)，首先，將圓筒狀的管件25與圓環(huán)狀的第二蓋板27接合，使中心設(shè)有一通孔271的第二蓋板27套設(shè)于管件25的頂端外緣所設(shè)的一凹槽253內(nèi)，將第一蓋板26的邊緣鑲嵌于該管件25的底端內(nèi)緣所設(shè)的一凹槽254內(nèi)，以封閉該管件 25的底部，并在第一蓋板26與第二蓋板27的內(nèi)表面及管件25的外周面251上鋪設(shè)毛細(xì)結(jié) 構(gòu)222、223、224 ；然后在散熱基座231的內(nèi)周面233鋪設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)225，將管件25與第一蓋 板26容置于散熱基座231內(nèi)，并將圓環(huán)狀的第二蓋板27的外緣鑲嵌于該散熱基座231的 頂端內(nèi)緣所設(shè)的一卡槽234中；在吸熱板24的內(nèi)表面鋪設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)221后，再將吸熱板24 的邊緣鑲嵌于散熱基座231的底端內(nèi)緣所設(shè)的一卡槽235中(圖2所示)，于第一腔體28 內(nèi)填充工作流體226并密封，從而形成所述的熱交換回路裝置22，其中上述任何接合處均 采用完全密封以防止工作流體226的泄漏。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)光二極管燈具100時(shí)，蘊(yùn)含于毛細(xì)結(jié)構(gòu)221中的液相工作流體226吸收 由發(fā)光二極管光源11傳至吸熱板24的熱量而迅速汽化膨脹升壓，并釋出蒸發(fā)潛熱成為高 熱焓的飽和蒸汽，隨即導(dǎo)引所述蒸汽快速流經(jīng)蒸發(fā)部283的低流阻的蒸汽通道區(qū)2832，并 朝周邊擴(kuò)散至具較低壓的環(huán)狀蒸汽通道288中，所述蒸汽通道288的周圍為布設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu) 224、225、223的冷凝區(qū)286、287、289 ；當(dāng)由蒸發(fā)部283產(chǎn)生的飽和蒸汽流直接與較冷的冷 凝區(qū)286、287、289接觸時(shí)，觸發(fā)直接接觸冷凝(direct contact condensation)的高效率 散熱機(jī)制，所述飽和蒸汽在此過程中被冷凝成飽和溫度的液相工作流體226而釋出蒸發(fā)潛 熱，該液相工作流體226隨即被吸入蒸汽通道288周邊的毛細(xì)結(jié)構(gòu)223、224、225中。進(jìn)入 毛細(xì)結(jié)構(gòu)225內(nèi)的冷凝液通過與散熱基座231的內(nèi)周面233直接接觸，將該冷凝液的熱量 傳導(dǎo)至所述散熱基座231的外周面所設(shè)具有大散熱面積的鰭片232，并通過冷熱空氣在鰭 片232間交互更替的自然循環(huán)而將該熱量散至大氣以進(jìn)一步降溫；進(jìn)入毛細(xì)結(jié)構(gòu)224內(nèi)的 冷凝液通過與管件25的外周面251直接接觸，并通過外界空氣與管件的內(nèi)周面255進(jìn)行熱 交換而將該冷凝液的熱量散至大氣；進(jìn)入毛細(xì)結(jié)構(gòu)223內(nèi)的冷凝液通過與第二蓋板27的內(nèi) 表面直接接觸，并通過外界空氣與第二蓋板27的外表面272進(jìn)行熱交換而將該冷凝液的熱 量散至大氣；進(jìn)入毛細(xì)結(jié)構(gòu)222內(nèi)的冷凝液通過與第一蓋板26的內(nèi)表面直接接觸，并通過 外界空氣與第一蓋板26的外表面261進(jìn)行熱交換而將該冷凝液的熱量散至大氣。另外，通 過毛細(xì)力及冷凝液自身的重力使該冷凝液回流至蒸發(fā)部283的毛細(xì)結(jié)構(gòu)221，從而避免蒸 發(fā)部283的冷卻液體供應(yīng)不足而導(dǎo)致干化現(xiàn)象，直接影響該熱交換回路裝置22的移熱極限 容量。該發(fā)光二極管燈具100中，通過第一腔體28內(nèi)的相變化工作流體226與熱源及熱 沉(heatsink)的大面積接觸，不但大幅提升移熱與散熱容量，且由于相變化工作流體226 與所述大面積熱源及熱沉(heat sink)的直接接觸，達(dá)到均勻分擔(dān)熱負(fù)荷而大幅提升移熱 與散熱效率。綜上所述，該發(fā)光二極管燈具100中，散熱部20的熱交換回路裝置22為一高效率 的散熱裝置，通過工作流體226持續(xù)在所述熱交換回路裝置22中以相變化的潛熱(latent heat)交換及液相的顯熱(sensible heat)交換進(jìn)行自發(fā)式的高效率熱交換循環(huán)；為達(dá)此 目的，除通過工作流體226在蒸發(fā)部283與冷凝區(qū)286、287、289的自發(fā)式相變化循環(huán)中， 液、汽分離且循單一方向傳熱外，并在第一腔體28內(nèi)的冷凝區(qū)286、287、289使冷凝液流 經(jīng)似海棉般的所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)224、225、223，通過其強(qiáng)大的毛細(xì)力迅速將該冷凝液朝蒸發(fā)部 283回流，并在該冷凝液的所述回流過程中進(jìn)行直接散熱降溫，使回流至蒸發(fā)部283的工作 流體226形成一高次冷度的冷卻液，以提升發(fā)光二極管光源11的冷卻效率；上述通過熱交換回路裝置22中工作流體226的自發(fā)式熱交換循環(huán)，確保持續(xù)以高散熱效率移除該發(fā)光二 極管光源U發(fā)光時(shí)所釋出的熱量。在所述熱交換回路裝置22的第一腔體28內(nèi)填充的工作流體226為采用具有低沸 騰溫度(或易汽化)及高蒸發(fā)潛熱的流體，例如酒精、冷凍劑、純水等，如將該回路裝置23 抽至適當(dāng)?shù)恼婵斩瓤蛇_(dá)到更佳的相變化效果，使工作流體226在高或低的操作溫度下均能 產(chǎn)生不同程度的沸騰，從而該熱交換回路裝置22的工作流體226可隨發(fā)光二極管光源11 的溫度變化而自發(fā)性的產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的蒸汽量，通過相變化的蒸發(fā)潛熱交換達(dá)到高效熱傳的功 效，從而可縮小散熱部20的尺寸及輕化發(fā)光二極管燈具100 ；在所述熱交換回路裝置22中 提供高毛細(xì)力的毛細(xì)結(jié)構(gòu)221、221、223、224、225，除金屬網(wǎng)外，也可采用粉沫燒結(jié)、金屬絲、 微細(xì)溝槽等方式或這些方式的組合；另外，所述散熱部20中，管件25及散熱基座231的形 狀并不局限于本實(shí)施所示的圓形筒體，也可以為其它形狀，如矩形筒體或多邊形筒體，所述 吸熱板24、第一蓋板26及第二蓋板27的形狀可根據(jù)管件25及散熱基座231的形狀進(jìn)行變 換。所述發(fā)光二極管燈具100可在不同操作方位下提供足夠的高次冷度的冷凝液回 流至蒸發(fā)部283，尤其將該發(fā)光二極管燈具100朝上照射時(shí)，冷凝區(qū)286、287、289的回流方 向與重力方向相反，通過本實(shí)施例所述蒸汽通道228周邊設(shè)置的毛細(xì)結(jié)構(gòu)224、225、223，可 提供高毛細(xì)力的吸液功效，以克服重力對(duì)回流冷凝液的流阻，確保隨時(shí)提供蒸發(fā)部283足 夠的低溫液相工作流體226，以防止干化現(xiàn)象的發(fā)生，從而可將該發(fā)光二極管燈具100的應(yīng) 用領(lǐng)域拓展至需要隨著動(dòng)態(tài)發(fā)光二極管光源11而自行調(diào)變其散熱容量的應(yīng)用，包括需要 隨時(shí)變化功率的輸出及需要隨時(shí)改變照射方向的狀況，例如舞臺(tái)燈、情境燈、探照燈及動(dòng) 態(tài)的洗墻燈等，發(fā)揮該發(fā)光二極管燈具100全方位的散熱功能。圖4是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具中光引擎21a另一實(shí)施例的組裝剖面示意圖；本實(shí) 施例的光引擎21a與第一實(shí)施例中光引擎21的結(jié)構(gòu)基本相同，主要區(qū)別在于本實(shí)施例中， 第一腔體252內(nèi)于管件25a的內(nèi)周面255上設(shè)有沿管件25a的軸向延伸的若干鰭片256， 第二蓋板27a的外表面272上也設(shè)有若干鰭片273，通過所述鰭片256、273以增加散熱面 積達(dá)到強(qiáng)化蒸汽冷凝的散熱效果；另外，在與底板26相對(duì)應(yīng)的蒸汽通道區(qū)2832的中間區(qū)域 內(nèi)填滿緊實(shí)排列的金屬網(wǎng)，以構(gòu)成多孔性毛細(xì)結(jié)構(gòu)227，通過所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)227將吸熱板24 的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)221與底板26的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)222相連接，以增強(qiáng)冷凝 液回流到蒸發(fā)部283的毛細(xì)力，達(dá)到發(fā)光二極管燈具在變動(dòng)出光方向時(shí)提升冷凝液回流的 抗重力能力，并使回流至第一蓋板26所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)222內(nèi)的冷凝液順利送達(dá)吸熱板24，進(jìn) 一步強(qiáng)化光引擎21a的散熱能力。圖5是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具IOOa第二實(shí)施例的組裝剖面示意圖；本實(shí)施例的發(fā) 光二極管燈具IOOa與第一實(shí)施例的發(fā)光二極管燈具100的主要區(qū)別在于該發(fā)光二極管燈 具IOOa采用圖4中所示的光引擎21a ；另外，該發(fā)光二極管燈具IOOa的散熱部20a還包括 設(shè)于熱交換回路裝置22a與電氣部30a的護(hù)罩32a之間的一風(fēng)扇29，該風(fēng)扇29包括一扇 框291及一扇輪292，該扇輪292可旋轉(zhuǎn)地安裝于扇框291的一頂板293上，該頂板293上 設(shè)有若干氣流開口 294，扇框291與電氣部30a的底座34a之間設(shè)有一筒狀的間隔件201， 該間隔件201上設(shè)有若干氣流開口 202作為風(fēng)扇29運(yùn)作時(shí)的進(jìn)風(fēng)或排風(fēng)口，所述底座34a 上未設(shè)置通孔341，從而將散熱部20a與電氣部30a相隔離，護(hù)罩32a的頂壁設(shè)有若干具較小開口的氣孔322a以供氣流進(jìn)出電氣部30a，從而將電路板31所產(chǎn)生的熱量散發(fā)。發(fā)光二極管燈具100a除可通過冷熱空氣的自然對(duì)流散熱外，并于發(fā)光二極管光源11的結(jié)點(diǎn)溫度 超過設(shè)定值時(shí)由控制電路啟動(dòng)風(fēng)扇29以強(qiáng)化散熱能力；本實(shí)施例針對(duì)高功率發(fā)光二極管 光源11的散熱需求而使用風(fēng)扇29，并由氣流開口 202引入外界的冷卻氣流吹向鰭片232、 273、256來強(qiáng)化散熱能力。另外，該發(fā)光二極管燈具100a也可以采用圖2中所示光引擎21。圖6是本發(fā)明發(fā)光二極管燈具100b第三實(shí)施例的組裝剖面示意圖；本實(shí)施例與 第一實(shí)施例的主要區(qū)別在于本實(shí)施例中，電氣部30b的一電路板31b設(shè)于管件25的第一 腔體252內(nèi)，并通過電路板31b上所設(shè)定位柱312b與管件25的內(nèi)周面255上所設(shè)定位座 321b的結(jié)合將該電路板31b固定于管件25的內(nèi)周面255，因電路板31b未設(shè)于護(hù)罩32b內(nèi)， 護(hù)罩32b相比于第一實(shí)施例中的護(hù)罩32具有一較短的長(zhǎng)度，從而使該發(fā)光二極管燈具100b 的整體長(zhǎng)度縮短而更加輕巧。另外，該發(fā)光二極管燈具100b也可以采用圖4中所示光引擎 21a。由上述的實(shí)施方式已進(jìn)一步清楚說明本發(fā)明的技術(shù)特征及達(dá)成的功效，包括(1)本發(fā)明提供一種長(zhǎng)期穩(wěn)定、無須外加動(dòng)力，且可隨發(fā)光二極管光源的溫度變化 而自發(fā)調(diào)整散熱能力的高效率發(fā)光二極管燈具，通過回流到蒸發(fā)部的高次冷度冷凝液，將 發(fā)光二極管光源的熱量快速導(dǎo)離，確保發(fā)光二極管燈具發(fā)揮高光效、長(zhǎng)壽命、穩(wěn)定出光的功 效。(2)本發(fā)明提供一種高散熱效率的發(fā)光二極管燈具，通過持續(xù)在熱交換回路裝置 中以相變化的潛熱交換及液相的顯熱交換，進(jìn)行自發(fā)式的高效率散熱循環(huán)，并能隨著輸入 發(fā)光二極管光源的高、低功率變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)第一腔體中的相變化程度，確保光引擎發(fā)揮 全方位的解熱功能。(3)本發(fā)明提供一種適用于不同方位使用的回路冷卻發(fā)光二極管燈具，通過毛細(xì) 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大毛細(xì)力、散熱器及管件的大吸熱與大散熱面積，確保該發(fā)光二極管燈具在任何 使用方位下均能提供足夠的冷凝液回流至蒸發(fā)部，有效防止干化現(xiàn)象，使該發(fā)光二極管燈 具在啟用中恒常維持在高效率的穩(wěn)定出光狀態(tài)。(4)本發(fā)明提供一種高散熱效率的發(fā)光二極管燈具，通過持續(xù)在熱交換回路裝置 中以相變化的潛熱交換及液相的顯熱交換，將發(fā)光二極管光源的熱量快速而均勻的傳輸?shù)?散熱器及管件上，以及通過直接接觸冷凝機(jī)制及高次冷度冷卻液的高效率熱傳機(jī)制將傳輸 到所述散熱面積上的熱量快速移除。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可于本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的 技術(shù)效果均可。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管燈具，包括一光學(xué)部，包括至少一發(fā)光二極管光源及一出光通道，用以提供所需的照明亮度與發(fā)光特性及對(duì)發(fā)光二極管光源保護(hù)；一電氣部，包括一護(hù)罩及一電路板，用以提供發(fā)光二極管光源所需要的驅(qū)動(dòng)電源、控制電路及電源管理；以及一散熱部，包括一設(shè)于電氣部的護(hù)罩與光學(xué)部之間的熱交換回路裝置，該熱交換回路裝置包括一散熱器、一吸熱板、一筒狀的管件、一第一蓋板及一環(huán)形的第二蓋板，該散熱器包括一筒狀的散熱基座及呈放射狀分布于該散熱基座的外周面的若干鰭片，該吸熱板密封地設(shè)于散熱基座靠近光學(xué)部的一端部，所述發(fā)光二極管光源設(shè)于吸熱板朝向光學(xué)部的一外表面上，該管件設(shè)于散熱基座內(nèi)并與散熱基座的內(nèi)周面間隔一距離，該第一蓋板密封地設(shè)于管件靠近光學(xué)部的一端部并與吸熱板間隔一距離，該環(huán)形的第二蓋板設(shè)于散熱基座及管件靠近護(hù)罩的一端部并與該散熱基座及管件密封接合，由所述散熱基座、吸熱板、管件、第一蓋板及第二蓋板合圍形成一密閉的第一腔體，并于管件內(nèi)形成一朝向護(hù)罩開口的第二腔體，該第一腔體的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)有多孔性的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有工作流體。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述第一腔體包括位于散熱基 座與管件之間的一環(huán)狀的第一空間及位于吸熱板與第一蓋板之間的一第二空間，散熱基座 的內(nèi)周面上設(shè)有環(huán)狀的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該管件與散熱基座的內(nèi)周面相對(duì)的一外周面上設(shè)有環(huán)狀 的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該第一空間內(nèi)于散熱基座的內(nèi)周面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)與管件的外周面上所設(shè)毛 細(xì)結(jié)構(gòu)之間形成一呈環(huán)狀的蒸汽通道以供蒸汽流經(jīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述吸熱板的內(nèi)表面上設(shè)有毛 細(xì)結(jié)構(gòu)，該第一蓋板與吸熱板的內(nèi)表面相對(duì)的一內(nèi)表面上設(shè)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該第二空間內(nèi)于 吸熱板上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)與第一蓋板上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)之間形成供蒸汽流經(jīng)的一蒸汽通道區(qū)， 所述蒸汽通道區(qū)與第一空間內(nèi)的蒸汽通道相連通。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述蒸汽通道區(qū)的部分區(qū)域設(shè) 有毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通過該蒸汽通道區(qū)內(nèi)所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)將吸熱板上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)與第一蓋板上所 設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)相連接。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述第二蓋板朝向第一蓋板的 一內(nèi)表面上設(shè)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)，管件的外周面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的兩端分別延伸至與第二蓋板的 內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)及第一蓋板的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)相接，該散熱基座的內(nèi)周面上 所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的兩端分別延伸至與第二蓋板的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)及吸熱板的內(nèi)表面 上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)相接。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于該第二蓋板朝向護(hù)罩的一外表 面上設(shè)有若干鰭片。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述第二腔體 的內(nèi)周面設(shè)有沿軸向延伸的若干鰭片。
8.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述護(hù)罩呈環(huán) 狀，該護(hù)罩于靠近熱交換回路裝置的一端部設(shè)有一底座，該底座上設(shè)有連通電氣部與散熱 部的若干通孔，該護(hù)罩于遠(yuǎn)離熱交換回路裝置的一端的壁面上設(shè)有若干氣孔。
9.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述電氣部的電路板設(shè)于第二腔體內(nèi)或護(hù)罩內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管燈具，其特征在于所述散熱部還 包括一風(fēng)扇，該風(fēng)扇設(shè)于護(hù)罩與熱交換回路裝置之間。
11.一種光引擎，包括至少一發(fā)光二極管光源；及一熱交換回路裝置，該熱交換回路裝置包括一散熱器、一吸熱板、一筒狀的管件、一第 一蓋板及一環(huán)形的第二蓋板，該散熱器包括一筒狀的散熱基座及呈放射狀分布于該散熱基 座的外周面的若干鰭片，該吸熱板密封地設(shè)于散熱基座的底端，所述發(fā)光二極管光源設(shè)于 吸熱板的一外表面上，該管件設(shè)于散熱基座內(nèi)并與散熱基座的內(nèi)周面間隔一距離，該第一 蓋板密封地設(shè)于管件的底端并與吸熱板間隔一距離，該環(huán)形的第二蓋板設(shè)于散熱基座及管 件的頂端并與該散熱基座及管件密封接合，由所述散熱基座、吸熱板、管件、第一蓋板及第 二蓋板合圍形成一密閉的第一腔體，并于管件內(nèi)形成一朝向護(hù)罩開口的第二腔體，該第一 腔體的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)有多孔性的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有工作流體。
12.如權(quán)利要求11所述的光引擎，其特征在于該第一腔體包括位于散熱基座與管件 之間的一環(huán)狀的第一空間及位于吸熱板與第一蓋板之間的一第二空間，散熱基座的內(nèi)周面 上設(shè)有環(huán)狀的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該管件與散熱基座的內(nèi)周面相對(duì)的一外周面上設(shè)有環(huán)狀的毛細(xì)結(jié) 構(gòu)，該第一空間內(nèi)于散熱基座的內(nèi)周面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)與管件的外周面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)之 間形成一呈環(huán)狀的蒸汽通道以供蒸汽流經(jīng)。
13.如權(quán)利要求12所述的光引擎，其特征在于所述吸熱板的內(nèi)表面上設(shè)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)， 該第一蓋板與吸熱板的內(nèi)表面相對(duì)的一內(nèi)表面上設(shè)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該第二空間內(nèi)于吸熱板上 所設(shè)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)與第一蓋板上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)之間形成供蒸汽流經(jīng)的一蒸汽通道區(qū)，所述蒸 汽通道區(qū)與第一空間內(nèi)的蒸汽通道相連通。
14.如權(quán)利要求13所述的光引擎，其特征在于所述蒸汽通道區(qū)的部分區(qū)域設(shè)有毛細(xì) 結(jié)構(gòu)，通過該蒸汽通道區(qū)內(nèi)所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)將吸熱板上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)與第一蓋板上所設(shè)毛細(xì) 結(jié)構(gòu)相連接。
15.如權(quán)利要求13所述的光引擎，其特征在于所述第二蓋板朝向第一蓋板的一內(nèi)表 面上設(shè)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)，管件的外周面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的兩端分別延伸至與第二蓋板的內(nèi)表面 上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)及第一蓋板的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)相接，該散熱基座的內(nèi)周面上所設(shè)毛 細(xì)結(jié)構(gòu)的兩端分別延伸至與第二蓋板的內(nèi)表面上所設(shè)毛細(xì)結(jié)構(gòu)及吸熱板的內(nèi)表面上所設(shè) 毛細(xì)結(jié)構(gòu)相接。
16.如權(quán)利要求15所述的光引擎，其特征在于所述第二蓋板的一外表面上設(shè)有若干鰭片。
17.如權(quán)利要求11所述的光引擎，其特征在于所述第二腔體的內(nèi)周面設(shè)有沿軸向延 伸的若干鰭片。
18.如權(quán)利要求11所述的光引擎，還包括一風(fēng)扇，該風(fēng)扇設(shè)于熱交換回路裝置的第二 腔體的開口端。
全文摘要
一種發(fā)光二極管燈具及其所采用的光引擎，該發(fā)光二極體燈具包括一光學(xué)部、一電氣部及一散熱部。該光學(xué)部包括至少一發(fā)光二極管光源及一出光通道。該電氣部包括一護(hù)罩及一電路板。該散熱部包括一設(shè)于光學(xué)部與護(hù)罩之間的熱交換回路裝置。該熱交換回路裝置包括一散熱器、一吸熱板、一筒狀的管件、一第一蓋板及一環(huán)形的第二蓋板，散熱器包括一筒狀的散熱基座及呈放射狀分布于散熱基座的外周面的若干鰭片，由該散熱基座、吸熱板、管件、第一蓋板及第二蓋板合圍形成一密閉的第一腔體，并于管件內(nèi)形成一朝向護(hù)罩開口的第二腔體，該第一腔體的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)有多孔性的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有工作流體。
文檔編號(hào)H01L23/367GK101825235SQ20091030070
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者劉泰健 申請(qǐng)人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司