专利名称：Led灯芯及其led照明灯的制作方法
技术领域：
本发明属于LED照明技术领域，特别涉及到采用太阳花散热片的LED照明灯。
背景技术：
LED照明，因其节能，长寿命而受到全球关注，被认为是下一代照明技术。但其散热
问题是当今LED照明技术发展中的一大障碍，并且占LED照明灯相当部分成本，而制约LED
照明普及应用就是整个灯的成本价高。当前的LED照明灯的散热装置，就其结构就种类繁
多，普遍的问题是结构形式不合理，不易更换，不能形成通用标准，造价高，散热效果也不理 术巨
发明内容
本发明提出的LED照明灯是针对散热问题，部件通用标准化，提出一种方案有效 提高散热量，减小散热用铝重量，制造工艺简单，便于整个灯装配，实现LED照明灯中的部 件通用标准化。 本发明的技术方案是LED照明灯主要部件包括有太阳花式结构散热片和LED灯 芯，LED灯芯包括有LED芯和导热芯，LED芯设置在导热芯上，用于LED照明灯中时，导热芯 被植入太阳花式结构散热片中。本发明的特征是导热芯采用了圆锥形结构，或螺纹柱结 构。 太阳花式结构散热片，由于可采用铝挤压工艺生产太阳花型材，其制造成本低，因 而广泛地被用于计算机CPU散热器中，也有不少LED照明灯采用这种散热片。
太阳花式散热片结构中心是导热柱，肋片围着导热柱伸出，热量就是通过肋片表 面，由对流(通常采用自然对流)过程传到空气中散出，对流传热系数小(特别是自然对 流)，因而要尽可能增加肋片散热面积，而太阳花结构则能在一定空间内有效的设置最多肋 片。LED芯(也就是发热源)设置在导热柱的断面上，发热源到肋片根部的距离短，则导热 热阻低，有利于散热。以上说明太阳花式散热片对于LED芯散热是最为合理的结构。
LED芯设置在导热芯上，导热芯植入散热片中，导热芯为导热柱中的一部分，LED 芯产生的热量经导热芯再传导到散热片上，LED芯和导热芯就可构成单独部件——LED灯 芯。采用这样的结构优点有一、便于LED芯和导热芯的封装与装配，便于解决其内的导热 问题；二、便于整个LED照明灯的装配；三、便于LED灯芯的维修和更换；四、更重要的是便 于实现标准化。 为解决导热芯与散热片(导热柱)之间的接触热阻问题。本发明提出导热芯采 用了圆锥形结构，或螺纹柱结构。导热芯采用锥形植入散热片中的结构，只要小的推挤力， 就可得到被放大数十倍的导热芯柱面与散热片之间的接触压力，因而接触热阻就被减小。 圆锥孔和圆锥柱面容易加工成型，配合精度容易保证，因而选圆锥形结构的导热芯。导热芯 采用螺纹植入散热片中的结构，由于螺纹柱面的表面积被放大，接触传热面积就被放大，接 触热阻就减小，比如采用普通的60°三角牙螺纹，其表面积为圆柱的两倍。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是一种外边缘为矩形的太阳花式散热片特征示意图。
图2是一种外边缘为六边形的太阳花式散热片特征示意图。 图3是一种外边缘为圆形，并且肋片为弧形的太阳花式散热片特征示意图。 图4是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，LED灯芯的导热芯为圆锥形
植入散热片中。 图5是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，LED灯芯的导热芯为螺纹植 入散热片中，LED芯设有灯芯罩。 图6是一种本发明的LED灯芯的特征结构示意图，导热芯为圆锥螺纹结构，并带灯 图7是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，散热片的上方设有对流罩，导 热芯为圆锥螺纹结构。 图8是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，散热片的上方设有对流罩， LED芯在散热片的上侧，导热芯为圆锥形植入散热片中。 图9是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，LED芯在散热片的上侧，对流 罩内设有反射镜，可以向四周水平照射。 图10是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，对流罩内设有反射镜，可单 方向水平照射，对流罩侧壁上端开有排气窗。 图11是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，对流罩可伸縮，LED芯设有 灯芯罩。 图12是一种本发明的LED照明灯采用的散热片的特征结构示意图，是由数个空心 太阳花散热片拼合成的，为蜂窝形结构。 图13是一种本发明的LED照明灯的特征结构示意图，散热片采用了蜂窝形的拼合 结构，可用于道路照明。 图中，1.LED芯2.导热柱3.肋片4.导热芯5.螺杆6.灯芯罩7.前透镜8.对 流罩9.对流腔10.表示光线的箭头11.螺钉12.反射镜13.排气窗14.驱动电器 15.螺母16.电极
实施例 图1、2、3分别示出了三种太阳花式散热片的特征示意图。它们结构特征(也就是 太阳花结构特征)，中心是导热柱2 (有实心和空心之分，图中为实心)，肋片3从导热柱2 的柱面伸出，导热柱的作用就是将LED芯的热量由导热柱的端面(也可称横截面)以导热 的方式，传到柱面上的肋片上。太阳花结构的优点导热部分(即导热柱)体积小，导热路 径短，肋片的散热面积大。 图4、5示出两种典型的本发明LED照明灯的特征结构，导热柱中有导热芯4， LED 芯1设置在导热芯4上，导热芯4植入散热片中，导热芯为导热柱中的一部分，LED芯1产生 的热量经导热芯4再传导到散热片上，LED芯1和导热芯4就构成单独部件——LED灯芯。
图4中，导热芯4为圆锥形，螺杆5设置在中心轴，固定在散热片上，通过旋转导热 芯使导热芯紧固植入散热片中。 图5示出导热芯4采用螺纹柱结构，导热芯采用螺纹植入散热片中的结构还有一 优点便于安装，可以无需工具就可以将导热芯植入散热片中，也就是将LED灯芯装入由散 热片等构成的灯具中。 图5中的LED芯1加设有灯芯罩6，灯芯罩6内表面可作为反光镜，LED芯1前还 设有前透镜7，灯芯罩6和前透镜7保护着这LED芯1。对于室外用的LED照明灯，要注意 防止雨水长期流经前透镜，减少前透镜表面生成水垢，灯芯罩应该设计成其下边缘或下边 缘凸起应低于前透镜。图5中的前透镜7成凹形，使得灯芯罩6的下边缘低于前透镜7。这 样的结构使得下雨时，水都从灯芯罩的下边缘流下，没有雨水流经前透镜。
图6示出了一种本发明的LED灯芯，带有灯芯罩6，导热芯4采用了圆锥螺纹结构， 因而具有圆锥结构和螺纹结构所具有的优点之和接触压力大，接触面积大，便于安装。
散热片的外形可以是矩形，多边形，圆形等，散热片的外形尺寸用当量外径来表 示，当量外径定义为散热片外形周长除以n (11= 3. 14)，如果散热片外形为圆形时，其当 量外径就等于其外形圆的直径。同样，导热柱的当量外径定义为导热柱横截面外形周长除 以TI。散热片的高，如图4、5所示肋片3竖立方向的尺寸，也可以称为散热片厚。散热片的 外形尺寸(当量外径)、导热柱的大小、散热片高、以及肋片的厚度和肋片之间的间隙，确定 这些代表散热片结构的尺寸时要考虑多种因素导热柱过大，所占空间大，铝材用量也大， 内部导热距离也可能加长，导热柱的当量外径应不大于35mm，导热柱应尽可能小，但不能太 小，要考虑LED灯芯的固定以及之间的接触热阻，导热柱当量外径不应小于10mm;散热片的 外径若太大，将导致增加导热柱的外径和肋片的长度，肋片长度过长(大于35mm时)，挤出 成形困难，散热片的当量外径不应大于lOOmm;从传热原理来说，肋片之间的间隙要小(小 于lmm)，但考虑到挤出成型难度以及长时间尘埃的污染问题，肋片之间的平均间隙(由于 间隙不均匀，因而取平均间隙)不小于1. 0mm，间隙如果太大，则空间利用率低，肋片之间的 平均间隙不应大于3. 5mm ;肋片的厚度应尽可能薄，但挤出成型困难，取平均厚度为0. 6mm 左右较合适。散热片的高度不应超过35mm，是因为散热片高度代表空气流经肋片的距离，过 高的散热片，则空气流动阻力大，导热柱内的导热距离也长，但散热片高度太小，散热面积 就小，不应小于6mm。 图7、8示出两种本发明LED照明灯的特征结构。图7中的LED芯1朝下，设置在 散热片的下侧，图8中的LED芯1朝上，设在散热片的上侧，但它们共同的特点是在散热片 的上方设置有对流罩8，在散热片的上方形成空腔，成为对流腔9。 自然对流传热过程空气受热后，比重下降，产生升力，向上流动的对流传热过程， 无机械运动机构，因而可靠性高，成本也低。在散热片的上方设置对流罩，利用烟囱抽吸原 理，提高空气流经散热片的流量，得到散热量的提高。对流罩的抽吸强度与对流罩内的有效 容积成正比，外观尺寸表现出与对流罩的高度(也就是指对流腔9的高度)成正比。对流 罩要达到散热片高度两倍以上，才有明显的散热提高效果。根据实验，当对流罩高为散热片 高的6倍时，其散热量可提高50%。对流罩内是一个空腔，外壳可以利用塑料制成，并且对 流罩可以与灯具合为一体，因而成本没有增加，整个灯的体积增加也有限。这说明加设对流 罩有效的提高了散热片的散热量，从另一角度来说，降低了散热所占的成本。
当散热片平放，对流罩竖立设置时，对流罩的抽吸作用最有效，但LED芯只朝上或 朝下。图9、10所示的本发明LED照明灯，就解决了灯光平射问题，LED芯1设置在散热片 的上侧，LED芯l朝上，对流罩8内设置有反射镜12，对流罩8的侧壁采用了透明材料制成， 从LED芯1发出的朝上光线，经反射镜12反射成平射，如果对流罩8内的反射镜12的角度 可调动，则就可调动照明灯的平射角(偏上或者偏下)。图10所示的LED照明灯是单侧平 射，而图9所示的为两侧，或四周平射。图10中，对流罩8上加有盖，在侧壁上端开有排气 窗13. 图8、9、10导热芯4采用圆锥结构，靠旋转螺钉11，将导热芯4紧固植入散热片中， 螺钉设置在中心轴线上，当然也可以采用在导热芯旁边设置多颗螺钉紧固植入结构。
图11所示的本发明的一种LED照明灯中，将LED芯1的驱动电器14设置在对流 罩8内，这样的设计虽然驱动电器14减小了对流腔9内的容积，但驱动电器14的发热器件 将提高对流腔9内的空气温度，有利于对流罩增加抽吸作用。图11中的对流罩8设计成两 段，上段可縮到下段内，即对流罩的高度可调动。这样的设计，有利于灯的安装，尽可能地增 加对流罩，比如，先将对流罩收縮，使LED照明灯的灯头露出，插入灯座固定后，再伸展对流 罩，这就有效利用灯头和灯座周围的空间，加大对流罩，提高抽吸作用，即提高散热量。也可 以将伸縮的对流罩设置固定在灯座上。 图11中所示的灯芯罩6的下边缘凸起低于前透镜；导热芯4采用圆锥结构，导热 芯4的顶部有段螺纹扣，螺母15固定在散热片上，通过旋转LED灯芯使导热芯紧固植入散 热片中，螺母15也可以与导热柱为一体结构。图4、8、9、10、11所示的三种圆锥形导热芯紧 固植入散热片的结构都是靠旋转螺纹扣，产生推挤力，因而通称为螺纹扣紧固植入散热片 结构。 LED灯芯与灯具中的电的连接可采用电缆线引出连接方式，即LED灯芯有两根引 出电缆线。还可采用类似于图ll所示的，LED灯芯的导热芯4伸出的顶头有两电极16，驱 动电器14也有相对应电极，通过两相对应电极接触实现电的连接，两相对应的电极中的一 个应该采用弹性电极，即两相对应的电极是弹性接触。 单个太阳花散热片的散热量有限，对应的单个LED芯的功率(即光照度)也就有 限，对于像路灯这类大功率照明灯，可以采用类似图12所示的方案。采用数多太阳花式散 热片通过连接装置或互连机构拼合成一体，每个太阳花散热片带有LED芯，这就可以根据 需要拼合成多种光照度(功率)的照明灯。图12所示的单个太阳花式散热片为等六边形 外形，整个散热片拼合结构为蜂窝型结构，这种结构紧凑、牢固、便于拼合，便于各个散热片 之间互相连接。 图13示出了一种采用本发明的路灯，散热片为IO个等六边形太阳花式散热片，采 用蜂窝型结构拼合成。导热芯4采用了圆锥螺纹结构，每个LED芯1带有灯芯罩6和前透 镜7，前透镜7成凹形，灯的后外壳凸起，构成了对流罩8，内空腔就是对流腔9，顶盖开有由 数多小孔组成的排气窗13。 特别说明本发明中的LED芯包括了 OLED芯。
权利要求
一种用于照明的LED灯芯，包括有LED芯(1)和导热芯(4)、LED芯(1)设置在导热芯(4)上，用于LED照明灯中时，导热芯(4)被植入太阳花式结构散热片中，其特征在于导热芯(4)采用了圆锥形结构，或螺纹柱结构。
2. 根据权利要求1所述的LED灯芯，其特征在于导热芯(4)采用了圆锥螺纹结构。
3. 根据权利要求l所述的LED灯芯，其特征在于LED芯(1)设置有灯芯罩(6)，灯芯罩(6)下边缘或下边缘凸出低LED芯的前透镜(7)。
4. 一种采用了根据权利要求1、或2、或3所述的LED灯芯的LED照明灯，包括有LED灯芯和散热片，散热片采用了太阳花式结构，其特征在于散热片的高度不超过35mm，散热片的当量外径不大于100mm，导热柱(2)的当量外径不大于35mm，肋片之间的平均间隙不少于1. 0线不大于3. 5mm。
5. 根据权利要求4所述的LED照明灯，其特征在于圆锥形的导热芯(4)采用了螺纹扣紧固植入散热片结构。
6. 根据权利要求4所述的LED照明灯，其特征在于LED照明灯采用了数多个带LED灯芯的太阳花式散热片，它们通过连接装置或互连结构拼合成一体结构。
7. 根据权利要求6所述的LED照明灯，其特征在于散热片拼合采用了蜂窝形结构。
8. 根据权利要求4所述的LED照明灯，其特征在于在散热片的上方设置有对流罩(8)，对流罩(8)的高度是散热片高度的两倍以上。
9. 根据权利要求8所述的LED照明灯，其特征在于LED芯(1)设置在散热片的上侧，LED芯(1)朝上，对流罩(8)侧壁采用了透明材料制成，对流罩(8)内设置有反射镜(12)。
10. 根据权利要求8所述的LED照明灯，其特征在于对流罩(8)的高度采用了高度可调结构。
全文摘要
本发明针对LED散热问题，提出了一种LED灯芯及其LED照明灯。采用太阳花式散热片，将导热芯(4)和LED(1)设计成独立的部件-LED灯芯，便于灯芯内封装和整个灯装配，便于实现LED照明灯部件的标准通用化。通过采用圆锥和螺纹植入散热片结构，解决导热芯(4)与散热片之间的接触热阻问题，又便于LED灯的维护。通过增设对流罩(8)，利用烟囱抽吸原理，提高散热量，并有效降低成本。
文档编号F21Y101/02GK101713529SQ200910108928
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者秦彪 申请人:秦彪