专利名称：用于led冷却的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)灯。更具体地，本发明涉及一种用于冷却在操作期间产生大量的热的LED的系统。
背景技术：
高发光度、鲜艳的颜色、光源组合中的变化以及低功耗是发光二极管(LED)流行的特征和原因。一般，通过使电流和脉冲通过红、蓝和绿的三个基本颜色获得颜色变化和组合，从而产生未被其他光源或发光设备超越的各种光源。此外，通过颜色的各种组合和发光度的变化，能够获得动态的发光效果。因此，LED被广泛地应用于各种显示设备、可见光投影仪和装饰设备。然而，LED具有低劣的散热问题。此外，随着环境温度升高，照明度降低。在高环境温度下过度驱动LED可能导致LED单元过热。因此，为了保持LED的高照明效率，必须将它们的温度保持在低点。一些现有技术装置使用LED来产生期望的发光需求的光输出，这种LED通常产生大量的热，使得需要散热片。直到现在，现有技术方案依然致力于满足足够的散热片或用于LED应用的冷却系统的需求，尤其在高强度LED光产生或者要求不受天气影响的密封的发光仪器中。当使用大量LED时，另一散热问题产生了。这些LED通常布置在不同图案中，在这些图案中，一个LED —般物理地接近其他LED。由于其周围的LED，这导致在一个LED上附加干扰性热负荷，从而限制了 LED设备的操作效率。本发明公开了一种用于散热/传热的新颖的LED冷却系统。该系统允许建筑、娱乐和其他发光应用(例如，诸如手电筒的便携式发光单元)中的LED的性能改进。
发明内容
根据本发明的实施方式，公开了一种LED冷却系统。该冷却系统包括板，该板包括用于定位多个LED的多个狭槽；以及至少一个间隙，用于使多个LED狭槽中的每个彼此充分隔离，使得来自多个LED中的每个的热具有朝向所述板的边缘的至少一个互不干扰的路径，从而一个LED的发热基本上不受多个LED中的其他LED的发热影响。根据本发明的另一实施方式，公开了一种用于冷却LED的盖,该盖包括第一盖和第二盖。所述第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上、在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着所述长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域，所述径向区域限定至少一个排放口。根据本发明的再一实施方式，公开了一种LED冷却系统。该系统包括:板，具有用于定位LED的狭槽；以及盖，包括第一盖和第二盖。所述第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上、在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着所述长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域，所述径向区域限定至少一个排放口。LED产生的热具有至少朝向第一盖的互不干扰的路径。根据本发明的又一实施方式，公开了一种高强度LED发光单元。所述单元包括:LED发光单元阵列，其中每个LED发光单元包括:板，具有用于定位多个LED的多个狭槽；盖，包括第一盖和第二盖，其中所述第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上、在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着所述长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域，所述径向区域限定至少一个排放口 ；以及LED产生的热具有至少朝向第一盖的互不干扰的路径。
结合附图，由下面的详细描述，可以更好地理解本发明的实施方式及其优点，在附图中:图1示出了根据本发明的实施方式的LED冷却系统；图2示出了根据本发明的实施方式的LED冷却系统；图3示出了根据本发明的实施方式的LED冷却系统的横截面；图4示出了根据本发明的各个实施方式的间隙。图4a示出了根据本发明的实施方式的空气间隙。图4b示出了根据本发明的实施方式的填充有二次物料(secondarymaterial)的间隙。图4c示出了根据本发明的实施方式的间隙的横截面，该间隙是板中的凹陷。图4d示出了根据本发明的实施方式的间隙的横截面，该间隙是多层板中的凹陷。
具体实施例方式出于图示的目的，示出了与手电筒的发光端有关的冷却系统。然而，所属领域的技术人员应该理解本发明在诸如建筑发光、交通灯等的其他应用中的应用也在本发明的范围内。避定径向区域:由封闭在第一盖和第二盖之间的容积空间限定。第二盖定位在第一盖的长度的一部分上以及在距第一盖的径向距离上。第二盖的长度限定径向区域的长度。在实施方式中，第一盖和第二盖是不同半径的同心圆柱体，其中第一盖的半径小于第二盖的半径。第二盖的半径和第一盖的半径差限定径向距离。排放口:由将径向区域分为多个子径向区域的分区限定。该分区沿着第二盖的长度并且平行于第二盖的纵轴。虽然冷却系统可以包括仅仅一个排放口，但是为了获得较高的通风效率，超过一个排放口通常是优选的。排放口允许空气/流体从第二盖的纵向末端流向第二盖的其他纵向末端。LED区域:由紧靠LED的板区域限定并且包括由于LED的操作而导致板温度略微增加的板区域。 板中的热流动路径或热流动方向:由热从高温(在LED/LED区域)朝向低温(在板的边缘)的移动或流动限定，以获得热平衡。互不干扰的路径:由从LED/LED区域通过导热板朝向板的边缘的热流动路径限定，从而一个LED/LED区域的热流动路径不与另一个LED/LED区域的热流动路径交叉。因此，一个LED/LED区域的发热充分地降低了例如25%、50%、75%，甚至基本上不受其他LED/LED区域的发热的影响，从而充分地降低了由于过热而导致LED故障的可能性。热或热量传导:用于其传统意义，S卩，通过单元厚度传输的热量。热传导也可以由传热系数表不。间隙:在一个实施方式中，由板中的空气开口限定。在另一实施方式中，间隙可以包括二次物料而不是空气间隙，在给定的应用或要求中该二次物料的导热性比空气的导热性低。在另一实施方式中，间隙包括板中的凹陷，从而板的厚度基本上沿着凹陷的宽度降低。这确保板的载热容量基本上横跨宽度而降低，原因在于板的厚度沿着凹陷的宽度降低。在又一实施方式中，板由横跨其厚度的两种材料制成，其中一种材料具有比另一种材料高很多的导热性。间隙包括横跨材料的整个厚度的凹陷，该材料具有非常高的导热性。在还一个实施方式中，空气可以由诸如氩的气体替代，其表现出比空气低的导热性。间隙充分地降低了热从LED/LED区域横跨间隙的流动，因此允许热流动路径仅仅通过板，所述板由具有高导热性或载热容量的材料制成，该板的高导热性或载热容量显著地高于空气、二次物料、厚度降低的板或由具有充分降低的导热性的材料制成的板的导热性或载热容量。来自LED的热传递在LED及其各自的LED区域处的多个LED的操作期间产生的热朝向板的边缘，在该边缘定位有多个LED。从LED/LED区域朝向板的边缘的热传递的原因在于LED/LED区域之间的温度差，与板的边缘处的温度相比，LED/LED区域具有较高的温度。多个LED中的每个彼此间通过至少一个间隙充分地隔离，在一个实施方式中，该至少一个间隙由板中的空气间隙限定。因为在间隙中没有热对流，所以空气起到热绝缘体的作用。因此，间隙充分地降低了热从LED/LED区域横跨间隙的流动，因此允许热基本上仅通过板流动，该板由具有高导热性的材料制成并且其导热性比空气的导热性显著高。因为该间隙使一个LED/LED区域与另一个充`分地热隔离，并且在一些实施方式中，该间隙包围LED/LED区域以这样隔离，所以消除了一个LED/LED区域上的由其他LED导致的附加的干扰性热负荷。因此，间隙结合导热板允许LED/LED区域仅管理其自身的温度。使用间隙使一个LED与另一个隔离给每个LED/LED区域提供了至少一个互不干扰的热流动路径，其允许热从LED/LED区域通过导热板朝向板的边缘流动，从而一个LED/LED区域的热流动路径不会与另一个LED/LED区域的热流动路径交叉。换句话说，一个LED/LED区域的温度不受多个LED的其他LED/LED区域的温度的影响。板的边缘落在盖内，盖包括第一盖和第二盖。因此，板的边缘与至少一个排放口热接触，该至少一个排放口通过第一盖和第二盖的相互作用而形成，在后续的说明书中将进行描述。该至少一个排放口允许环境空气/流体流过其自身。因为板的边缘紧邻至少一个排放口，因此，积累在板的边缘的热被空气/流体传递并带走，通过至少一个排放口流到环境。在LED/LED区域处规律地产生热，同时，因为空气/流体流动通过至少一个排放口，热从板的边缘连续地传递到环境。因此，在较热的LED/LED区域和板的较冷的边缘之间一直存在热平衡，导致热根据下面的步骤从LED/LED区域连续传递到环境: 来自LED/LED区域的热沿着互不干扰热流动路径朝向板的边缘流动；以及 在板的边缘处积累的热由空气/流体传递并带走，通过至少一个排放口流到环境。因此，本发明的冷却系统允许将热从LED/LED区域传递走，使得LED周围的温度不超过下述水平:超过该水平，二极管的功能和寿命就被不可接受地降低。LED冷却系统根据实施方式公开了冷却系统，其在图1中示出。在图2和3中示出了系统的附加特征，并且在整个公开内容的适当部分中，分离地提及了这些元件。此外，附图使用相同的标号表不冷却系统的相同特征。开始参照图1，公开了根据本发明的实施方式的LED冷却系统100。冷却系统100包括板105，其包括用于定位多个LED115的多个狭槽110。板还包括至少一个间隙170，用于使多个LED狭槽110的每一个彼此充分隔离，使得来自多个LEDl 15中的每个的热具有朝向板105的边缘150的至少一个互不干扰的路径145，从而一个LED的发热基本上不受多个LED中的其他LED的发热的影响。互不干扰的路径由沿着热从LED/LED区域到边缘150的流动方向的虚线145表示。在本发明的另一实施方式中，冷却系统还可以包括盖120，其包括第一盖125和第二盖130。第二盖130固定放置在第一盖的长度的一部分上(参照图2和3，205)，在距第一盖125径向距离135处,从而限定沿着长度205的一部分在第一盖125和第二盖130之间的径向区域140。在再一实施方式中，第一盖125将板105保持在其中，使得板背离外盖130的纵向末端(参照图2和3，210和215)定位。虽然板可以适当地靠近纵向末端的任一末端定位，但是将板背离纵向末端210和215放置是优选的，因为这允许沿着在不同位置的至少一个排放口 175的更好的空气或流体循环，例如LED设备的面向下、面向上、面向侧面的LED。换句话说，背离纵向末端定位板在使用LED设备的同时确保灵活性和可靠性。在另一实施方式中，至少一个分隔件165可以将径向区域140分隔为至少一个排放口 175。分隔件沿着外盖130的长度205分布，从而限定在外壳130的一个纵向末端(参照图2和3，210)开始并结束于另一纵向末端(参照图2和3，215)的至少一个排放口 175。技术人员可以确定需要产生有效通风的分隔件的数量。例如，在圆板上具有7个LED位置的便携式手电筒中，一个LED由其他六个LED包围，如图1所示，冷却系统可以包括8个分隔件，从而将径向区域分隔为8个排放口，在所述便携式手电筒中。可以将诸如导槽的至少一个啮合装置(参照图3，305)设置在第一盖125的内表面310，以容纳板105的边缘150。在一个实施方式中，设置多个啮合装置(参照图3，305)，使得多个啮合装置在距内盖125的一个纵向末端(参照图2和3，220)的不同距离处。根据环境条件和/或发光应用，可以将板105定位在多个啮合装置305的任一个中，以获得较高的散热效率。在本发明的实施方式中，外盖130的纵向末端(参照图2和3，210和215)处的径向距离是相同的。但是，在另一实施方式中，在外盖130的纵向末端210和215处的径向距离是不同的。不同的径向距离可以包括纵向末端210处的比纵向末端215处的径向距离高的径向距离。备选地，不同的径向距离还可以包括在纵向末端210处的比纵向末端215处的径向距离小的径向距离。技术人员应该意识到两个纵向末端210和215处的不同的径向距离允许至少一个排放口的变化的横截面，从而在排放口中提供喷嘴型的表现，藉此可以控制各种空气/流体流动特性以更有效地散热。在本发明的实施方式中，径向距离在3mm至7mm的范围内，优选地4mm至6mm,例如约5_。在实施方式中，限定排放口的长度的、其上放置有第二盖的第一盖的长度的一部分在30mm至50mm的范围内，优选地35mm至45mm,更优选地37mm至44mm,例如约41mm。所属领域技术人员应该意识到根据应用和环境条件，选择径向距离和排放口长度，使得通过排放口的空气/流体具有通过排放口的层流或近似的层流，从而提供有效的通风。在各种发光应用中，诸如潜水员的手电筒，需要诸如LED和相关电子装置的所有元件密封防水。相似地，其他应用可能要求空气密封的发光仪器。因此，在本发明的一个实施方式中，第一盖125包括在其内表面(参照图3，310)的密封狭槽(未示出)，以容纳密封板(未示出)。密封板密封冷却系统的所有元件以防气候条件。可理解的是，第一盖125和第二盖130之间的至少一个排放口 175未被密封，并且其依然允许空气/流体通过其自身流动。在具有该特征的简单应用中，密封板安装在密封狭槽内，该密封狭槽具有密封板的面对LED115的一个表面和面对并暴露于环境的另一表面。密封板由如下材料制成:允许光通过其自身但LED照明性能没有显著损失。图4示出了根据本发明的不同实施方式的间隙。图4a示出了间隙，其包括根据本发明的实施方式的空气间隙470’。在再一实施方式中，空气可以由诸如氩的气体替代，氩表现出比空气低的导热性。图4b示出了根据本发明的实施方式的填充有二次物料的间隙。间隙470”可以包括替代空气开口的二次物料，在给定应用或要求下，该二次物料的导热性比空气的导热性低。图4c示出了根据本发明的实施方式的间隙的横截面，该间隙是板中的凹陷。间隙包括具有在板内的固定深度420的凹陷470”’。凹陷使沿着凹陷的宽度410的板的厚度降低。这确保板的载热容量横跨宽度410充分地降低，原因在于板的厚度沿着凹陷的宽度降低。图4d示出了根据本发明的实施方式的间隙的横截面，该间隙是多层板中的凹陷。板由横跨其厚度415的两种材料制成，其中一种材料105具有相对于另一材料405很高的导热性。间隙包括横跨具有很高导热性的材料的整个厚度425的凹陷470””。此外，通常另一材料的厚度430比厚度425低。间隙通常围绕LED。但是，LED(图1中心的LED)也可以由与其他LED(图1中的6个围绕的LED)相关联的间隙围绕。虽然图1示出了 U型间隙170，但是应该理解间隙也可以包括不同的形状。唯一的标准在于间隙使一个LED/LED区域与其他LED/LED区域热隔离，并且因此充分地降低热从LED/LED区域横跨间隙的流动。因此，间隙允许热流动路径仅仅通过板，所述板由具有导热性的材料制成，与空气、二次物料、厚度降低的板或由具有充分降低的导热性的材料制成的板的导热性相比，该导热性显著地更高。在其他实施方式中，技术人员还可以使用间隙，该间隙围绕超过一个LED/LED区域。例如，在图1中，技术人员可以使用3个间隙，每个间隙围绕两个邻近的外围LED，而不是具有6个间隙,每个间隙围绕6个外围LED中的一个。在传统的LED布局中,其可以与图1相同但是不具有间隙，中心的LED承受最大的热负荷，因为其自身产生的热以及还因为来自其他6个LED的附加的干扰热负荷。因此，基于承受最大热负荷的LED的发热，技术人员可以决定间隙的数量和每个间隙围绕的LED的数量，以确保避免LED故障和LED设备的可
靠操作。根据本发明的实施方式的间隙的宽度在Imm至2.5mm的范围内，优选地1.3mm至2_，例如约1.6mm。选择间隙的宽度，以确保横跨间隙的热流动几近为零，或者与朝向板的边缘的热流动相比不明显。板、第一盖和第二盖由具有高导热性的材料制成，并且由金属(例如、铝、铜、银、钼、金)、导热塑料或具有如前面那些金属中的一个金属的热容量和/或导热性的合金制成。冷却系统还可以包括连接器155，用于将冷却系统连接至用于发光应用的基底。在实施方式中，该连接器可以包括在第一盖125的外围160处的洞，以允许固定件通过它并且使用固定件将冷却系统100附接至基底。其他可能的连接器在本发明的范围内。在本发明的实施方式中，公开了一种LED冷却系统。该冷却系统100包括具有用于定位LEDl 15的狭槽110的板105和包括第一盖125和第二盖130的盖120。第二盖130固定放置在第一盖125的长度2 05的一部分上，在距第一盖125的径向距离135处，从而限定沿着长度205的一部分在第一盖125和第二盖130之间的径向区域140。径向区域140被分隔为至少一个排放口 175，并且由LED115产生的热具有朝向第一盖的至少一个互不干扰的路径145。在再一实施方式中,冷却系统还包括多个狭槽110和至少一个间隙170,所述多个狭槽用于定位多个LED115,所述至少一个间隙用于使多个LED狭槽110中的每个彼此充分隔离，使得来自多个LED中的每个的热具有朝向板105/第一盖125的边缘150的至少一个互不干扰的路径145，从而使一个LED的发热不受其他LED发热的影响。所属领域技术人员应该意识到，为了产生高强度的LED发光，存在设计至少两个方案的可能性，这两个方案在本发明的范围内。 第一方案:使用大的LED发光单元。这种大的LED发光单元包括定位在大的导热板上并且具有大的LED冷却系统的大量的LED ;或者 第二方案:使用大量的较小的LED发光单元。这种较小的LED发光单元包括定位在相当小的导热板(例如图1中所示的导热板)上的多个LED。这种较小的LED发光单元的数量根据所需要的照明光强度确定，并且相当于第一方案的大的LED发光单元产生的光强度。在第二方案中，与第一方案中的最远的LED的可能距离相比，最远的LED(例如，图1中的中心LED)非常靠近板的边缘。因此，根据应用和环境条件，技术人员可以比第一方案更倾向于第二方案。因此，在本发明的另一实施方式中，公开了一种高强度LED发光单元。该单元包括LED发光单元阵列，其中每个LED发光单元包括具有用于定位多个LED的多个狭缝的板、包括第一盖和第二盖的盖。第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上，在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域，该径向区域限定至少一个排放口，由LED产生的热具有朝向第一盖的至少一个互不干扰的路径。阵列可以包括任何期望的顺序，例如两维阵列，其中LED发光单元彼此靠近地放置在矩形或方形图案中或者圆形图案中。也可以使用其他阵列来产生特定的效果，例如表示字母。高强度LED发光单元还包括至少一个间隙，用于使多个LED狭槽的每个彼此充分隔离，使得来自多个LED中的每个的热具有朝向板/第一盖的边缘的至少一个互不干扰的路径，从而一个LED的发热基本上不受其他LED的发热的影响。重要的是注意图1-3示出了本发明的具体应用和实施方式，其并不旨在将本公开内容的范围或者权利要求限制为这里所呈现的内容。在整个前述描述中，出于解释的目的，阐述了诸如圆形板、7个LED狭槽的多个具体细节，以提供贯穿整个发明的理解。但是，对于所属领域技术人员显而易见的是，本发明可以在这些具体细节之外通过使用相互结合的不同的实施方式来实现。可以使用实际上不受限的不同的组合来应用本发明的基本原理。因此，本发明的范围和精神应该根据所附的权利要求书来判断。
权利要求
1.一种LED冷却系统,其具有板,所述板包括: 多个狭槽，用于定位多个LED ；以及 至少一个间隙，用于使多个LED狭槽中的每个彼此充分隔离，使得来自多个LED中的每个的热具有朝向所述板的边缘的至少一个互不干扰的路径，从而一个LED的发热基本上不受其他LED的发热影响。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，还包括盖，所述盖包括第一盖和第二盖，其中: 所述第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上、在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着所述长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域。
3.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中第一盖将板保持在其中，使得所述板背离外盖的纵向末端定位。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却系统，还包括在第一盖的内表面处的至少一个啮合装置，例如导槽，用于容纳所述板的边缘。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却系统，其中该至少一个啮合装置在距内盖的一个纵向末端的不同距离处。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却系统，还包括用于分隔所述径向区域的至少一个分隔件，所述分隔件沿着外盖的长度分布，从而限定在一个纵向末端处开始并结束于外盖的另一纵向末端处的至少一个排放口。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却系统，其中在外盖的纵向末端处的径向距离选自由相同径向距离和不同径向距离组成的群组。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却系统，还包括在第一盖的内表面处的密封狭槽，其用于容纳密封板，所述密封板用于密封除了在第一盖和第二盖之间的该至少一个排放口之外的冷却系统的所有元件。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却系统，其中径向距离在3_至7_的范围内，优选地4_至6mm,例如约5mm, 3mm至7mm,例如5mm,并且排放口长度在30_至50_的范围内，优选地35mm至45mm,更优选地37mm至44m,例如约41mm。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却系统，其中间隙的宽度在Imm至2.5mm的范围内，优选地1.3mm至2mm,例如约1.6mm。
11.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中板、第一盖和第二盖由具有高导热性的材料制成，所述材料选自由诸如铝、铜、银、钼、金的金属和导热塑料以及具有类似于前述金属中一个金属的导热性的合金组成的群组。
12.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，还包括至少一个连接器，用于将冷却系统连接至用于发光应用的基底。
13.—种用于冷却LED的盖,包括: 第一盖和第二盖，其中: 所述第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上、在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着所述长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域，所述径向区域限定至少一个排放口。
14.根据权利要求13所述的盖，还包括权利要求3-12中的任一项所述的特征。
15.一种LED冷却系统，包括:板，具有用于定位LED的狭槽； 盖，包括第一盖和第二盖，其中: 所述第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上、在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着所述长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域，所述径向区域限定至少一个排放口 ；以及 LED产生的热具有至少朝向第一盖的互不干扰的路径。
16.根据权利要求15所述的冷却系统，还包括: 多个狭槽，用于定位多个LED ；以及 至少一个间隙，用于 使多个LED狭槽中的每个彼此充分隔离，使得来自多个LED中的每个的热具有朝向所述板/第一盖的边缘的至少一个互不干扰的路径，从而一个LED的发热基本上不受其他LED的发热影响。
17.根据权利要求15或16中任一项的冷却系统,还包括权利要求3-12中任一项所述的特征。
18.—种高强度LED发光单元，包括: LED发光单元阵列，其中每个LED发光单元包括: 板，具有用于定位多个LED的多个狭槽； 盖，包括第一盖和第二盖，其中所述第二盖固定放置在第一盖的长度的一部分上、在距第一盖的径向距离处，从而限定沿着所述长度的一部分在第一盖和第二盖之间的径向区域，所述径向区域限定至少一个排放口 ；以及 LED产生的热具有至少朝向第一盖的互不干扰的路径。
19.根据权利要求19所述的高强度LED发光单元，还包括权利要求15和16中任一项所述的特征。
全文摘要
根据本发明的实施方式，公开了一种LED冷却系统(100)。该冷却系统包括板(105)，该板(105)包括用于定位多个LED(115)的多个狭槽(110)；以及至少一个间隙(170)，用于使多个LED狭槽(110)中的每个彼此充分隔离，使得来自多个LED(115)中的每个的热具有朝向所述板(105)的边缘的至少一个互不干扰的路径，从而一个LED的发热基本上不受多个LED中的其他LED的发热影响。
文档编号F21K99/00GK103109130SQ201180036329
公开日2013年5月15日 申请日期2011年6月10日 优先权日2010年6月11日
发明者F·达林 申请人:智慧创新科技有限公司