半导体照明装置的制作方法

专利名称：半导体照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体照明装置，特别是关于一种具有高散热效率的半 导体照明装置。
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, 为永续经营人类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 能的重要技术指标，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L ED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， 并直接沖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。
欲使该半导体照明装置能持续自外界引进较低温气流，必需在照明装置中建立一低流阻的冷却气流通道；在不使用风扇的状况下，由于自然循环的 驱动力只能利用存在于不同处的空气温差，该温差所导致的空气密度差会在 散热表面产生热浮力，若该热浮力能克服气流通道中的流阻则可使热空气上 浮形成气流而移热，并在散热面引进新的冷空气，如此在散热面形成冷热气 流交替的搅动现象，达到自然循环的散热功效。
然而，所述自然循环所产生有限的气流驱动力只能提供远低于强制对流 的热传系数，因此多应用于低输出功率的照明散热，否则在高输出功率的照 明应用，例如路灯，只能通过庞大的散热面积达成；在实际应用中，受限于 空间或重量及成本的考虑下，使用风扇冷却对轻化与缩小照明装置、降低支 撑与荷重负担、降低雪突的积雪负荷、降低风灾的风阻系数、精简产品成本 及提升散热效率具有显著的效益；现有半导体照明装置虽已见使用风扇的产 品，但由于风扇的吸风侧会将空气中浮悬的尘埃一并带入，日积月累的沉积 于照明装置的鳍片上，对散热效率的降低具有一定的影响，尤其路灯离地面 的高度造成清理的困难；另外，由于流道的设计不良无法导引绝大部分的冷 却气流进入鳍片侧，以致无法充分利用风扇的风量；再则，未充分利用自然 冷却资源的节能效益；上述缺点使现有半导体照明装置无法充分显现强制冷 却气流的效益，甚至影响照明品质的稳定性与使用的寿命。

发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能充分利用风扇强制循环散热的半导体照明装置。
一种半导体照明装置，包括一光学部、 一电气部、 一灯壳及一散热部， 该光学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；该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；该灯壳内具有一收容空间，所述灯壳上设有与该收容空间相连通的 入风口及出风口；该散热部包括一固设于该灯壳上的散热器及一风扇，该散 热器包括一散热底板及自该散热底板的一侧面向外延伸的若干鳍片，这些鳍 片收容于灯壳的收容空间内，所述鳍片呈间隔分布且在相邻鳍片之间形成有 流道，该散热底+反的另一相对侧面为一吸热面，所述光源i殳于该吸热面上并 与吸热面紧密热接触，以传输光源发光时所释放的热量；该风扇设于灯壳的收容空间内且位于散热器的 一端，用以引入冷空气流过相邻鳍片之间的流 道，所述灯壳的内壁在与鳍片相对的位置朝向鳍片设有若干导风片，所述导 风片于风扇运转时搅动灯壳内的气流并将流向导风片的气流导向相邻鳍片 之间的it道。
作为该散热装置的进一步改进，所述散热底板上设置鳍片的侧面于相邻 鳍片之间的部位设有若干凹槽。
作为该散热装置的进一 步政进，所述入风口与出风口处分别设有一 51流 罩，所述引流罩包括一设有复数开口的平板，该平板对应每一开口设有一凸 盖以使气流仅能沿开口方向进出灯壳。
本发明具有如下优点
提供一种能充分利用风扇强制循环散热的半导体照明装置，特别是在半 导体照明装置内利用建立有利于持续引进较低温气流并导出较高温气流的 低流阻通道，藉以强化散热效率并达缩小与轻化半导体照明装置的功效。
提供一种能充分利用自然冷却资源的高效率半导体照明装置，通过关灯 后半导体照明装置内外的温湿度平衡效应，自外界引进较低温的湿空气，并 冷凝附着于鳍片及储存于所述散热底板的凹槽内，以进一步利用自然冷却资 源强化移除光源发光时所释放的热量。
提供一种包含有若干导风片的高效率半导体照明装置，所述导风片设于 灯壳的内壁，通过所述导风片于风扇转动时发挥搅动气流并驱使该气流朝鳍 片流动，以强化散热效率。
提供一种能确保在入风口与出风口设有能有效防尘防雨的引流罩，所述 引流罩设有若干凸盖式开口 ，所述开口还能通过开灯期间与关灯期间灯具的 内外温湿度差异，自动由该入风口与出风口引进外界较低温的湿空气，达到 有效防尘防雨及进一步强化散热的功效。
提供一种有效运用风扇以发挥节能效益的高效率半导体照明装置，通过 关灯后自动引进低温的湿空气在气流通道中加速发生冷凝现象，从而于再度 开灯后可藉以强化散热效率，并因此能延迟风扇启动或降低风扇转速，达到 提升风扇的可靠度及灯具的长寿命与节能功效。


下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明半导体照明装置第一实施例的组装剖面示意图。
图2是图1中光引擎的立体组装图。
图3是图2所示光引擎由另一视角所视的立体组装图。
图4是图1中导风片及部分灯罩的立体图。
图5是图1中入风口及出风口处所设引流罩的立体示意图。
图6是图5所示引流罩由另一视角所视的立体示意图。
图7是本发明半导体照明装置第二实施例中光引擎的立体组装图。
图8是图7所示光引擎由另一视角所视的立体组装图。
图9是配合图7中光引擎使用的导风片及部分灯罩的立体图。
具体实施例方式
图1是本发明半导体照明装置100第一实施例的组装剖面示意图，图2 是图1中光引擎21的立体组装图，图3是图2所示光引擎21由另一视角所 视的立体组装图，图4是图1中导风片421及部分灯罩42的立体图，图5 是图1中入风口 411及出风口 412处所设引流罩43的立体示意图，图6是 图5所示引流罩43由另一视角所视的立体示意图。该半导体照明装置100 主要包括一光学部10、 一散热部20、 一电气部30及一灯壳40，其中
光学部IO包括若干光源11及一出光通道12，其设置于散热部20下方， 本实施例中，所述光源11为一体成型件，包括一长条状的导热基板111、沿 纵向设置于导热基板111上的若干发光体112、以及设于该导热基板111两 端的若干电极113，其中所述发光体112是由至少一半导体发光芯片所组成 的透明封装体，本实施例中，半导体发光芯片采用发光二极管；该导热基板 111与散热器22的散热底板221上的吸热面223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若干螺丝(图未 示)分别通过导热基板111上的若干固定孔(图未示)，以便锁固于散热底 板221的吸热面223所设螺孔(图未示)达成，也可通过回焊方式将导热基 板111直接l占贴(SMT)于该散热底板221的吸热面223上达成，以传输及 務除该光源11发光时释出的热量；该光源11的发光可通过电线(图未示) 连接光源11的电极113与电气部30中的电路板31以及通过电线连接电路板31与电源(图未示)达成其中光学部IO的光源11与散热底板221上 的吸热面223之间的紧密热接触还可采用其它方式，例如通过先对散热底板 221上的吸热面223进行电绝缘处理，然后在该经电绝缘处理的吸热面223 上铺设可导电的基板电路如铜铂基板电路，再将半导体发光芯片设于吸热面 223上并与所述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导热基板111，从而避免导热基板111与 散热底板221之间接触热阻的产生，光源11所产生的热量可直接由散热底 板221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 例及以下实施例皆仅以包含有导热基板111及若干发光体112的长条形光源 11即光条(light bar)予以说明，实际上，各实施例中的光源还可以是由若 干包含有导热基板及单个发光体的光源组成，也皆可用上述不含导热基板 111的光源替代。
出光通道12包括若干光杯121及一导光罩122,其中所述光杯121为导 引该光源11向外射出光线的锥面，该光杯121底部设有对应于该至少一光 源11的通孔以供发光体112穿设并凸伸至该光杯121内，导光罩122为包 括至少一光学镜片的罩盖，以提供半导体照明装置100所需的照明分布、发 光特性及光源保护的功能。.
上述导光罩122中的光学镜片也可在光源11的封装过程中直接与透明 发光体112—体成型，又可将该导光罩122中的光学镜片直接罩盖于单个发 光体112上，以避免二次光学造成的光损耗。
在实际应用时，光源也可由若干分离的单个光源组合而成，此时出光通 道12中的光杯及导光罩可以是对应于这些分离的光源分开设置，也可以只 用一个光杯及导光罩的配置。
散热部20包括一散热器22及一风扇23，该散热器22包括一散热底板 221及自该散热底板221的一侧面224向外延伸的若干鳍片222，相邻两鳍 片222之间形成一流道225,所述侧面224于相邻两鳍片222之间的部位i殳 有若干凹槽226;该散热底板221的另一相对侧面为吸热面223,通过光源 11与所述吸热面223的紧密热接触，以传输光源11发光时所释放的热量； 上述光源11与散热器22相结合构成一光引擎21。
该灯壳40包括一灯座41及一灯罩42,其中所述灯罩42是由金属制成。灯罩42罩"^殳于灯座41上并于灯罩42与灯座41之间形成一收容空间44，光 引擎21通过散热底板221的相对两侧所设凸缘227与灯座41相固定，并使 散热器22的鳍片222收容于灯壳40的收容空间44内。另外，所述灯壳40 还设有一入风口 411与一出风口 412,所述入风口 411及出风口 412分别位 于散热器22的相对两侧且与收容空间44连通。
风扇23设于灯壳40的收容空间内且位于散热器22的一端，本实施例 中，风扇23位于散热器22靠电气部30的一侧。该风扇23运转时朝向鳍片 222吹风或自鳍片222吸风，用以自灯壳40外引入冷空气流过若干鳍片222 之间的流道225并与鳍片222进行热交换，以移除光源11发光时所释放的 热量；所述灯壳40的内壁于与鳍片222相对的位置朝向鳍片222设有的若 干导风片421,这些导风片421在鳍片222间流道225的延伸方向上呈高低 交错排布，所述导风片421于风扇23运转时搅动灯壳40内的气流并将流向 导风片421的气流由鳍片222的自由端228导入鳍片222之间的流道225内 以强化散热效率，为使所述导风片421发挥较好的功效，宜将导风片421占 据鳍片222的自由端228与灯壳40内壁之间的通道45，从而使通过该通道 45的气流的流阻增加；所述导风片421沿流道225的延伸方向排列成若干排， 每一排有若干片导风片421且相邻导风片421之间形成一间隙422，前一排 导风片421中相邻导风片421之间的间隙422与后一排导风片421中相邻导 风片421之间的间隙422在鳍片22间流道225的延伸方向上呈交4昔分布， 此种排布可更好地驱使气流朝鳍片222流动。
图1中箭头441所示为风扇23运转时灯壳40内气流的流动方向，本实 施例中，风扇23为朝鳍片222吹风，气流沿水平方向向右流向导风片421, 为达更好的效果，这些导风片421是朝气流的流动方向的前方倾斜设置，以 使沿水平方向直接流入鳍片222的气流与沿导风片421流向鳍片222的气流 在鳍片243之间的流道225内混合，达到在若干鳍片222之间增加紊流 (turbulentflow)效果以强化散热功效。反之，当风扇23自鳍片222吸风时， 风扇23运转时灯壳40内气流的流动方向与图1中箭头441所示方向相反， 气流沿水平方向向左流向导风片421，则此时导风片的倾斜方向与图1中导 风片421的倾斜方向相反，即导风片也是朝气流的流动方向的前方倾斜设置。
另夕卜，在亮灯期间相较于半导体照明装置IOO外的温度与湿度，半导体
9照明装置100内具有较高的温度与较低的湿度，而在关灯后半导体照明装置 100内外的温度与湿度会趋于平衡，从而能自动由外界引入较湿的低温空气， 并因金属制灯罩42的比热远高于水气的特性，使所述较湿的低温气流于接 触这些导风片421与灯罩42的内壁后快速散热而发生冷凝现象，冷凝液将 沿这些导风片421滑落，除以水膜状附着于鳍片222的表面，其余的冷凝液 则储存于所述散热底板221的若干凹槽226 (图1所示)中及这些鳍片222 之间，由于水膜冷却与池水冷却的热传系数均远高于空气流的冷却，可进一 步利用上述自然冷却资源强化移除光源ll发光时所释放的热量，使风扇23 运作得以降低转速或延迟启动时间，从而提升风扇23的可靠度，并使该半 导体照明装置100发挥稳定的光输出及长寿命与节能功效。
电气部30包括一电路板31、及一隔板32，该电路板31与光源11的电 极113及与电源电连接，所述电源除可为电池或电瓶等直流电源外，也可透 过电源转换器将交流市电转换为适合光源11的直流电源，并提供光源11的 驱动电源及半导体照明装置100的电源管理；所述电路板31及隔板32均设 于灯壳40内，该隔板32将电气部30与散热部20隔绝，该隔板32为导热 性良好的金属制成，通过经入风口 411进入灯壳40的气流将电路板31所产 生的热量散出。
该半导体照明装置100因使用风扇23而成为一开放系统，所述灯壳40 上设有入风口 411与出风口 412,为确保该半导体照明装置100于室外使用 时的防雨与防尘，所述入风口 411及出风口 412处分别设有一引流罩43，所 述引流罩43包括一设有若干开口 432的平板431及由该平板431的周缘朝 一侧延伸的一罩体433，该平板431对应每一开口 432设有一凸盖434,以 使入风口 411与出风口 412只允许气流朝特定的开口方向进出灯壳40。其中 所述凸盖434与罩体433位于平斧反431的同侧，且^:于入风口 411的引流罩 43的罩体433朝向灯壳40外，设于出风口 412的引流罩43的罩体朝向灯壳 40内，以更好地导引气流进出灯壳40。为进一步确保防雨与防尘的效果， 该平板431上还可设置至少一层纱网。本实施例应用于室外的路灯时，所述 半导体照明装置100还包括用于与一灯柱接合的一支撑接头46。
图7是本发明半导体照明装置第二实施例中光引擎51的立体组装图， 图8是图7所示光引擎51由另一视角所视的立体组装图，图9是配合图7中光引擎51使用的导风片541及部分灯罩54的立体图；本实施例与第一实 施例的主要区别在于本实施例中散热器52的散热底板521的横截面呈倒 V形，鳍片522设于散热底板521的倒V形的凸面523上，光源11设置于 散热底板521的倒V形的凹面即吸热面524上，以便于作不同于第一实施例 的汇聚式配光；实际应用中，所述的散热底板521的横截面可依配光需求制 作成其它形状，例如弧形、V形或波浪形等，以简化对光源11的导光调配， 从而使光源获致更准确的定位而优化光学的性能；本实施例的导风片541与 第一实施例的导风片相比，差别在于导风片541的高度及外形是配合散热底 板521的横截面及鳍片522的间距作相应的调整，以发挥前述的导流及充分 利用自然冷却资源的功能。
由上述的实施方式已清楚说明本发明的技术特征及达成的功效，包括 (1 )本发明提供一种能充分利用风扇强制循环散热的半导体照明装置， 特别是在半导体照明装置内利用建立有利于持续引进较低温气流并导出较 高温气流的低流阻通道，藉以强化散热效率并达缩小与轻化半导体照明装置 的功岁支。
(2) 本发明提供一种能充分利用自然冷却资源的高效率半导体照明装 置，通过关灯后半导体照明装置内外的温湿度平衡效应，自外界引进较低温 的湿空气，并冷凝附着于鳍片及储存于所述散热底板，以进一步利用自然冷 却资源强化移除光源发光时所释放的热量。
(3) 本发明提供一种包含有若干导风片的高效率半导体照明装置，所 述导风片设于灯壳的内壁，通过所述导风片于风扇转动时发挥搅动气流并驱 使该气流朝鳍片流动，以强化散热效率。
(4 )本发明半导体照明装置在入风口与出风口设有能有效防尘防雨的 引流罩，所述引流罩设有若干凸盖式开口，所述开口还能通过开灯期间与关 灯期间灯具的内外温湿度差异，自动由该入风口与出风口引进外界较低温的 湿空气，达到有效防尘防雨及进一步强化散热的功效。
(5)本发明提供一种有效运用风扇以发挥节能效益的高效率半导体照 明装置，通过关灯后自动引进低温的湿空气在气流通道中加速发生冷凝现 象，从而于再度开灯后可藉以强化散热效率，并因此能延迟风扇 动或降低 风扇转速，达到提升风扇的可靠度及灯具的长寿命与节能功效。另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离 本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发 明所要求保护的范围的内。
权利要求
1.一种半导体照明装置，包括一光学部，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，用以提供该光源所需要的驱动电源、控制电路及电源管理；一灯壳，该灯壳内具有一收容空间，所述灯壳上设有将该收容空间与灯壳外相连通的入风口及出风口；以及一散热部，包括一散热器，固设于该灯壳上，包括一散热底板及自该散热底板的一侧面向外延伸的若干鳍片，这些鳍片收容于灯壳的收容空间内，所述鳍片呈间隔分布且在相邻鳍片之间形成有流道，该散热底板的另一相对侧面为一吸热面，所述光源设于该吸热面上并与吸热面紧密热接触，以传输光源发光时所释放的热量；及一风扇，设于灯壳的收容空间内且位于散热器的一端，用以引入冷空气流过相邻鳍片之间的流道，所述灯壳的内壁于与鳍片相对的位置朝向鳍片设有若干导风片，所述导风片于风扇运转时搅动灯壳内的气流并将流向导风片的气流导向相邻鳍片之间的流道。
2. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述导风片沿鳍片间 流道的延伸方向呈高低交错排布。
3. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述导风片沿鳍片间 流道的延伸方向排列成若干排，每一排有若干片导风片且相邻导风片之间 形成一间隙，前一排导风片中相邻导风片之间的间隙与后一排导风片中相 邻导风片之间的间隙呈交错分布。
4. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述风扇朝向鳍片吹 风或自鳍片吸风以驱动气流流经鳍片之间的流道，所述导风片朝气流的流 动方向的前方倾^H殳置。
5. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述灯壳包括一灯座 及一灯罩，该灯罩罩设于灯座上并于灯罩与灯座之间形成所述收容空间， 散热器的散热底板与灯座固定，所述导风片设于灯罩的内表面。
6. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述散热底板上设置 鳍片的侧面于相邻鳍片之间的部位设有若干凹槽。
7. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述入风口与出风口 处分别设有一引流罩，所述引流罩包括一设有若干开口的平板，该平板对 应每一开口设有一凸盖以使气流仅能沿开口方向进出灯壳。
8. 如权利要求7所述的半导体照明装置，其特征在于所述引流罩还包括一 罩体，所述罩体是由平板的周缘朝平板的一侧延伸形成，所述凸盖与该罩 体位于平板的同一侧。
9. 如权利要求l所述的半导体照明装置，其特征在于所述电气部包括设于 灯壳的收容空间的 一 电路板及一 隔板，该隔板将电气部与散热部隔绝。
10. 如权利要求9所述的半导体照明装置，其特征在于所述隔板由金属制成， 所述入风口与出风口分别设于散热器的相对的两端，且所述入风口与出风 口其中之一设于散热器与隔板之间。
11. 如权利要求9所述的半导体照明装置，其特征在于所述风扇设于散热器 与隔板之间。
12. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述散热器的散热底 板的4黄截面为平板形、弧形、V形或波浪形。
13. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述灯壳上还设有一 支撑接头用以与 一灯柱相接合。
14. 如权利要求1所述的半导体照明装置，其特征在于所述光源为发光二极管。
全文摘要
一种半导体照明装置，包括一光学部、一电气部、一灯壳及一散热部，光学部包括至少一光源及一出光通道；灯壳内部具有一收容空间；散热部包括一固设于灯壳的散热器及一风扇，散热器包括一散热底板及若干鳍片，所述鳍片设于散热底板的一侧面并收容于收容空间内，相邻鳍片间形成有流道，散热底板的另一相对侧面为一吸热面，光源设于该吸热面，风扇设于收容空间内且位于散热器的一端，灯壳的内壁在与鳍片相对的位置设有若干导风片，所述导风片于风扇运转时搅动灯壳内的气流并将流向导风片的气流导向相邻鳍片之间的流道。
文档编号F21S2/00GK101614325SQ20081006806
公开日2009年12月30日 申请日期2008年6月27日 优先权日2008年6月27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