专利名称：照明装置及其光引擎的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种照明装置及其光引擎，尤其是关于一种具有高散热效率的半导
体照明装置及其光引擎。
背景技术：
人们由于长期过度依赖石化燃料，除造成能源短缺及石油价格高涨而牵动经济发 展，更使全球二氧化碳与有害气体的排放浓度日益增加，导致地球暖化所引起的气候反常、 生态环境的破坏、以及对人类生存的危害日益显现，为永续经营赖以生存的地球生态环境， 必须同时解决能源危机与环境污染问题，开发新能源及再生能源是推动节约能源及高效率 使用能源最重要的策略，而传统照明所消耗的能源极为可观，发展照明节能将是最重要的 新能源科技，而半导体照明采用高功率高亮度的发光二极管(LED)为光源，该新光源以其 高发光效率、节能、长寿、环保(不含汞)、启动快、指向性等优点，具有广泛取代传统照明光 源的潜力。 LED由于输入电能的80% 90%转变成为热量，只有10% 20%转化为光能，且 由于LED芯片面积小，因此芯片散热是LED封装必须解决的关键问题；优良的散热系统可在 同等输入功率下得到较低的工作温度，延长LED的使用寿命，或在同样的温度限制范围内， 增加输入功率或芯片密度，从而增加LED灯的亮度；结点温度(Junction temperature)是 衡量LED封装散热性能的重要技术指针，由于散热不良导致的结点温度升高，将严重影响 到发光波长、光强、光效和使用寿命。 应用高功率高亮度LED在照明的新光源上，必须配合高效率的散热机构以尽量降 低LED的结点温度，才能发挥上述诸多优点，否则照明装置的发光亮度、使用寿命将大打折 扣，影响所及将使该照明装置的节能效果不彰，并直接冲击该照明装置的可靠度，引发严重 的光衰甚至使照明装置失效。 热管已广为电子产业作为散热应用的导热件，其基本构造是于密闭管材内壁衬以 易吸收作动流体的多孔质毛细结构层，而其中央的空间则为空胴状态，并在抽真空的密闭 管材内注入相当于毛细结构层细孔总容积的作动流体，依吸收与散出热量的相关位置可分 为蒸发段、冷凝段以及其间的绝热段。 热管的工作原理是当蒸发段吸收热量使蕴含于毛细结构层中的液相作动流体蒸 发，并使蒸汽压升高，而迅速将产生的高热焓蒸汽流沿中央的通道移往压力低的冷凝段散 出热量，凝结液则藉毛细结构层的毛细力再度返回蒸发段吸收热量，如此周而复始地藉由 作动流体相变化过程中吸收与释出大量潜热的循环，进行持续性的快速热传输，且由于作 动流体在上述过程中的液相与汽相共存，以致热管可在温度几乎保持不变的状况下扮演持 续快速传输热量的超导体角色而广为各种领域所应用。 现有LED照明装置中光引擎主要的散热结构是将光源的发热面贴设于散热器的 吸热面，惟，对于较大功率的光源而言，常因需要较大的散热面积及光源的集中应用而造成 其发热面远低于散热器的吸热面，以致无法充分利用吸热面周边的散热器所提供的大散热
4面积，且由于沿侧向热传的高热阻而使散热效率大打折扣；影响所及，除造成照明装置的横 向面积过大而影响外观、过重的散热器使材料浪费与成本提高及安装的不便、以及抗累积 环境负重的能力差，包括冰雪、沙尘、鸟粪等的长期累积对照明装置的负重外，散热效率的 降低更直接冲击该照明装置的可靠度与寿命，甚至引发严重的光衰而使照明装置失效。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有高散热效率的照明装置，并提供一种该照明装置 所采用的光引擎。 —种照明装置及其光引擎，该照明装置包括一光源部，由至少一光源及一出光通 道组成，用以提供所需的照明亮度与发光特性及光源保护；一电气部，用以提供该光源所需 要的驱动电源、控制电路及电源管理；及一散热部，设于光源部与电气部之间，包括至少 一热管，具有一蒸发段及由该蒸发段延伸的至少一冷凝段；至少一散热器，包括多个散热底 板及由该散热底板朝至少一侧面延伸的多个鳍片；热管的蒸发段及冷凝段分别穿设于该散 热器内，并藉由其中一散热底板上的吸热面与光源的发热面紧密热连接形成一光引擎，以 传输及移除光源发光时所释放的热量。 作为该照明装置的进一步改进，所述照明装置还包括一风扇，当光源的结点温度
超过设定值时，由电气部中的控制电路启动风扇以强化散热能力，该风扇亦可持续转动以
冷却散热鳍片，达到进一步强化光引擎的散热效果，使该照明装置在启用中恒常维持在高
效率的稳定光输出状态。 本发明具有如下优点 本发明运用热管提供一种能延伸散热容量的模块化光引擎，可依光源的功率及不 同照明装置的应用需求，将照明装置中的散热器与热管在数量及配置上作弹性的组合，发 挥高效率照明装置在设计多样化及应用模块化的灵活性。 本发明提供一种具有多重散热鳍片的光引擎，以有效利用散热底板的吸热面积及 光源的散热面积，配合热管的最佳应用方位及较大的整体散热面积，使该光引擎应用在半 导体照明上可获致低结温的高效率散热与稳定的光输出照明效果。 本发明提供一种能一体成形的光引擎散热器，在制造上不但有利于采用铝挤成形 技术，达简化制程及降低成本的效果，且可强化光引擎结构的整体性。 本发明提供一种包含风扇的照明装置，除可藉由冷热空气的自然对流散热外，并 于光源的结点温度超过设定值时启动风扇以强化散热能力，该风扇亦可持续转动以冷却散 热鳍片，达到进一步强化光引擎的散热效果，使该照明装置在启用中恒常维持在高效率的 稳定光输出状态。 下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明照明装置及其光引擎第一实施例的组装立体示意图。
图2是图1的一平面示意图。 图3是本发明照明装置第二实施例中光引擎的一组装示意图。
图4是本发明照明装置及其光引擎第三实施例的一组装示意图。
图5是本发明照明装置及其光引擎第四实施例的一组装示意图。
具体实施例方式
图1是本发明照明装置及其光引擎第一实施例的组装立体示意图，图2是图1的 一平面示意图；该照明装置1主要包括一光源部10、一散热部20及一电气部30。其中
光源部10包括一光源11及一出光通道12，其是设置于散热部20前方，该光源11 包括由至少一半导体发光芯片组成的透明封装发光体(Emitter) 111、多个电极(图未示) 及位于发光体111底部的至少一散热基板113的一体成型件；该散热基板113与散热器23 上的吸热面2311之间的紧密热接触可先在其间涂抹一层热界面材料(TIM)，再将已套装电 绝缘垫片的多个螺丝(图未示)分别通过散热基板113上的多个固定孔(图未示)，以便锁 固于散热器23的吸热面2311所设螺孔(图未示)达成，亦可藉由回焊方式将散热基板113 直接黏贴(SMT)于该散热器23的吸热面2311上达成，以传输及移除该光源发光时释出的 热量；该光源11的发光可藉由电线连接光源11的电极与电气部中的电路板31以及藉由电 线连接电路板与外部电源达成；所述光源11与散热器23的吸热面2311之间的紧密热接触 还可藉由先对散热器23的吸热面2311进行电绝缘处理，然后在该经电绝缘处理的吸热面 2311上铺设金属基板电路如铜铂基板电路，再将半导体发光芯片与所述金属基板电路电连
接并于半导体发光芯片外包覆一透明封装体而达成，采用此种方式的光源不包含散热基板 113，从而避免散热基板113与散热器的吸热面2311之间产生接触热阻，光源11所产生的 热量可直接由散热器的吸热面2311吸收并予以快速散发，可进一步提升散热效率。为方便 叙述，本实施例及以下各实施例皆仅以包含有散热基板113的光源予以说明，实际上，各实 施例中的光源皆可用上述不含散热基板113的光源替代。 出光通道13为导引该光源11向外射出光线的通道，该通道底部设有对应于该至 少一光源的导光罩(图未示)，该导光罩为包括至少一光学镜片的罩盖，以提供照明装置所 需的照明分布、发光特性及光源保护的功能。 上述导光罩中的光学镜片亦可以在光源的封装过程中直接与该透明发光体一体 成型，又可将该导光罩中的光学镜片直接罩盖于个别的光源上，以避免二次光学造成的光 损耗。 在实际应用时，上述光源11亦可以由多个分离的个别光源组合而成，此时出光通 道中的导光罩可以是对应于该多个分离的光源分开设置，亦可以只用一个导光罩的配置。
散热部20包括至少一热管21及至少一散热器23，本实施例中，所述热管21为一 U形热管，包括一底部的绝热段212及分别设于两侧的蒸发段211及冷凝段213，所述散热 器23包括一散热底板231及由该散热底板231朝至少一侧面延伸的多个鳍片233，该鳍片 的形式除图式的板形外，亦可以其它形式，例如多个柱状(Pin fin)达成；热管21的蒸发段 211及冷凝段213分别穿设于该散热器23的散热底板231内，并藉由一散热底板231上的 吸热面2311与光源11的发热面紧密热连接形成一光引擎，以传输及移除光源发光时所释 放的热量；为强化上述功效，本实施例以所述热管分别跨接于上述光引擎的散热器及另一 在其上方的散热器25，该二散热器23， 25的多个鳍片233， 253是朝相反的方向设置，以有效 分担光源发光时所释放的热量；另，该二散热器23，25的散热底板231,251相互平；其中， 该热管21的蒸发段211是穿设并密贴于与光源11紧密热连接的散热底板231所预设的孔道壁面，并以该热管21的冷凝段穿设并密贴于另一散热器25的散热底板251所预设的孔 道壁面；当所述热管21的蒸发段211管壁吸收光源11释放的热量，使蕴含于内壁毛细结构 层中的液相作动流体快速蒸发，并使蒸汽压升高，而迅速将产生的高热焓蒸汽流沿中央的 通道移往压力低的冷凝段，经鳍片冷却使蒸汽凝结并散出热量，凝结液则藉毛细结构层的 毛细力再度返回蒸发段吸收热量，如此周而复始地藉由作动流体相变化过程中吸收与释出 大量潜热的循环，进行持续性的快速热传输；由于所述热管的应用是配合光引擎的应用方 位，使蒸汽朝上而回流的冷凝液朝下的最佳传热方位，从而可使光引擎获致最大散热效果。
在实际应用中，所述热管21的数量与安装位置，可依光源11的散热需求沿散热底 板作弹性的配置；另外，所述二散热器23， 25的多个鳍片233， 253亦可设置成朝相同的方向 以縮短热管21的绝热段212长度；再则，该散热器23，25的散热底板231,251沿轴向另设 有贯通的通孔(图未示)供电线穿设，以电连接光源的电极及电路板；由上述的实施方式已 清楚说明。 本发明运用热管提供一种能延伸散热容量的模块化光引擎，可依光源的功率及不 同照明装置的应用需求，将照明装置中的散热器与热管在数量及排列上作弹性的组合，发 挥高效率照明装置在设计多样化及应用模块化的灵活性。 本发明提供一种具有多重散热鳍片的光引擎，以有效利用散热底板的吸热面积及 光源的散热面积，配合热管的最佳应用方位及较大的整体散热面积，使该光引擎应用在半 导体照明上可获致低结温的高效率散热与稳定的光输出照明效果。 该散热器23，25的散热底板231,251周边另有分别设置于端部的多个固定孔，在 该固定孔中可插入一固定螺杆40用以将散热部20与电气部30及光源部10结合成一照明 灯具l，其中该固定螺杆40的一端分别以二螺帽锁41固于电气部30的顶板周边两侧所设 对应的定位孔中，另一端则分别以二螺帽锁41固于散热器23，25的散热底板231，235周边 两侧设置对应的定位孔中达成。 为维持光引擎的整体性，并确保热管21在散热底板231，251的孔道中紧密热接 触，可藉由分别涂布锡膏于热管21及对应孔道之间的接触面，再通过回焊处理达成，以兼 顾良好的热传与结构强度；而使光源11底部的散热基板113与散热底板23的吸热面2311 之间的紧密热接触，除可藉由涂布锡膏于其间的接触面后，再通过回焊处理达成黏贴(SMT) 外，亦可于其间的接触面上涂布导热膏或其它导热接口材料(TIM)后，以锁固方式达成。
电气部30包括一电路板31及一顶板33，该电路板31是与光源11的电极及与电 源电连接，该散热底板113上设有供电线穿过以连接光源的多个通孔(图未示)；上述电气 部30中的电源除可为电池或电瓶等直流电源外，亦可透过电源转换器将交流市电转换为 适合该光源的直流电源，该电路板31提供该光源11的驱动电源及照明装置的控制电路与 电源管理；该顶板33是罩盖该电路板的一壳体，该顶板33内壁设有多个定位座35以便与 电路板31上所设对应的定位柱(图未示)接合以固定电路板31 ;藉由所述顶板33周边设 置对应的定位孔与固定螺杆40锁固，达到维持电气部30的结构强度以及强化与照明装置 的其它组件之间的整体性。 图3是本发明照明装置第二实施例中光引擎的一组装示意图；本实施例与第一实 施例的主要区别在于本实施例将第一实施例中两个分离的散热器23，25合而为一散热 器27，在制造上不但易于用铝挤(extrusion) —体成形，达简化制程及降低成本的效果，且可强化光引擎结构的整体性；另外，以多个热管21强化光源发光时所释放的热量的方式之 一，是以多个热管21的蒸发段211穿设并密贴于与光源紧密热连接的散热底板271所预设 的孔道壁面，并以该热管21的冷凝段213穿设并密贴于另一散热底板273所预设的孔道壁 面；另一方式是以所述热管21的全部或其中的一部分，将该等热管21的冷凝段213直接 穿设并密贴于多个鳍片272达成；再则，本实施例采用多个分布式光源13分布于散热底板 271的吸热面2711，以取代第一实施例的集成式(integrated)光源ll，可更有效分担散热 器的散热容量，强化整体散热效果及增加光源布设的弹性。 图4是本发明照明装置及其光引擎第三实施例的一组装示意图；本实施例与前述 实施例的主要区别在于本实施例将第二实施例中远离光源11的另一散热底板273上的鳍 片274作进一步的扩充，提供一种能一体成形的光引擎散热器，在制造上不但有利于采用 铝挤成形技术，达到简化制程及降低成本的效果，且可强化光引擎结构的整体性，且提供光 引擎更大的散热容量，达到进一步使该光引擎应用在半导体照明上可获致低结温的高效率 散热与稳定的光输出照明效果。 图5是本发明照明装置及其光引擎第四实施例的一组装示意图；本实施例与前述 第一实施例的主要区别在于提供一种包含风扇50的照明装置，该风扇50设置于散热部 20的一侧以冷却散热鳍片233，253，未启动该风扇50时可藉由冷热空气的自然对流散热， 并于光源11的结点温度超过设定值时由电路板的控制电路启动风扇以强化散热能力，该 风扇亦可在冷却高功率光源的照明应用中持续转动，进一步强化光引擎的散热效果，使该 照明装置在启用中恒常维持在高效率的稳定光输出状态。 由上述的实施方式已进一步清楚说明本发明的技术特征及达成的功效，包括
(1)本发明运用热管提供一种能延伸散热容量的模块化光引擎，可依光源的功率 及不同照明装置的应用需求，将照明装置中的散热器与热管在数量及配置上作弹性的组 合，发挥高效率照明装置在设计多样化及应用模块化的灵活性。
(2)本发明提供一种具有多重散热鳍片的光引擎，以有效利用散热底板的吸热面
积及光源的散热面积，配合热管的最佳应用方位及较大的整体散热面积，使该光引擎应用
在半导体照明上可获致低结温的高效率散热与稳定的光输出照明效果。
(3)本发明提供一种能一体成形的光引擎散热器，在制造上不但有利于采用铝挤
成形技术，达到简化制程及降低成本的效果，且可强化光引擎结构的整体性。
(4)本发明提供一种包含风扇的照明装置，除可藉由自然对流散热外，并于光源的
结点温度超过设定值时启动风扇以强化散热能力，该风扇亦可持续转动以冷却散热鳍片，
达到进一步强化光引擎的散热效果，使该照明装置在启用中恒常维持在高效率的稳定光输
出状态。
8
权利要求
一种照明装置，包括一光源部，包括至少一光源及一出光通道，用以提供所需的照明亮度与发光特性及光源保护；一电气部，用以提供光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理；以及一散热部，设于光源部与电气部之间，包括至少一散热器，包括多个散热底板及由该散热底板朝至少一侧面延伸的多个鳍片；及至少一热管，具有一蒸发段及由该蒸发段延伸的至少一冷凝段，热管的蒸发段及冷凝段分别穿设于该散热器内，并藉由其中一散热底板上的吸热面与光源的发热面热连接。
2. 根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述至少一热管的蒸发段穿设于导 热面与光源热连接的散热底板内，冷凝段穿设于一远离所述光源的散热底板内或所述多个 鳍片内。
3. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于所述多个散热底板相互平行，相邻散 热底板的多个鳍片相向设置或朝相反的方向设置。
4. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于还包括固定螺杆，将所述电气部与所 述散热部固定。
5. 根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于所述固定螺杆的一端分别以螺帽锁 固于电气部的顶板外围所设对应的定位孔中，另一端则分别以螺帽锁固于散热器的散热底 板外围的定位孔中。
6. 根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于还包括一设置于所述散热部的一侧 的风扇。
7. 根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于所述光源为分布式光源或集成式光 源，并直接或通过一散热基板结合于所述散热底板的吸热面。
8. 根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于远离所述光源的散热底板的两相对 侧面均设有鳍片。
9. 一种光引擎，包括 至少一光源；至少一散热器，包括多个散热底板及由该散热底板朝至少一侧面延伸的多个鳍片；及 至少一热管，具有一蒸发段及由该蒸发段延伸的至少一冷凝段，热管的蒸发段及冷凝 段分别穿设于该散热器内，并藉由其中一散热底板上的吸热面与光源的发热面热连接。
10. 根据权利要求9所述的光引擎，其特征在于所述至少一热管的蒸发段穿设于导热 面与光源热连接的散热底板内，冷凝段穿设于一远离所述光源的散热底板内或所述多个鳍 片内。
11. 根据权利要求9所述的光引擎，其特征在于所述多个散热底板相互平行，相邻散 热底板的多个鳍片相向设置或朝相反的方向设置。
12. 根据权利要求9所述的光引擎，其特征在于还包括固定螺杆，将所述电气部与所 述散热部固定。
13. 根据权利要求9所述的光引擎，其特征在于所述光源为分布式光源或集成式光 源，并直接或通过一散热基板结合于所述散热底板的吸热面。
14. 根据权利要求9所述的光引擎，其特征在于远离所述光源的散热底板的两相对侧面均设有鳍片'
全文摘要
一种照明装置及其光引擎，该照明装置包括一光源部，由至少一光源及一出光通道组成，用以提供所需的照明亮度与发光特性及光源保护；一电气部，用以提供该光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理；及一散热部，设于光源部与电气部之间，包括至少一热管，具有一蒸发段及由该蒸发段延伸的至少一冷凝段；至少一散热器，包括多个散热底板及由该散热底板朝至少一侧面延伸的多个鳍片；热管的蒸发段及冷凝段分别穿设于该散热器内，并藉由其中一散热底板上的吸热面与光源的发热面紧密热连接形成一光引擎，以传输及移除光源发光时所释放的热量。
文档编号F21S2/00GK101749574SQ20081030642
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者刘泰健 申请人:富准精密工业(深圳)有限公司;鸿准精密工业股份有限公司