照明设备的制作方法

本发明涉及一种照明设备。在优选实施例中，本发明涉及一种照明设备，该照明设备包括高亮度发光二极管(LED)和它的被动冷却。

背景技术：

在近年来，由于在传统荧光和白炽灯泡方面增加设备寿命和增加能量效率的可能性，发光二极管在消费者照明设备中的使用显著地增加。然而，相比于灯泡的这些类型，大量热量由发光二极管产生。如果这个热量没有从发光二极管移除，它将增加结温，也就是发光二极管运行时所处的温度。这对性能和发光二极管的设备寿命是有害的，而且对从发光二极管的光输出的颜色的随时间的一致性也是有害的。因此，尽可能地通过在操作中从发光二极管移除热量而降低发光二极管的结温度是重要的。

特别地，高亮度发光二极管阵列可被制造，其包括一百多发光二极管，被模制在单个封装中，具有仅仅几个平方厘米的光发射面积。尽管这个较小的光发射表面面积在发射的光的均匀性上是高度有益的，这导致大量的热量产生，集中在较小的区域，如果没有适当的管理其可导致结温的迅速增加。

本领域中所知的是使用由热传导材料(比如铝，铜或其他金属)形成的散热器。通常地，发光二极管可被安装在实心块上，多个散热片从该实心块延伸。这增加散热器的表面面积以允许更多的热量通过对流消散进入周围的空气。对于高亮度发光二极管，其中热量输出可为超过10瓦特，强制空气冷却常常被使用，其中风扇，压电式微型风机或类似物被用于增加散热器上的空气流动。然而，这些部件被包括在照明设备中将增加它的成本，复杂性和功率消耗。此外，这样的部件的包含将增加由该设备引起的噪音污染且增加该设备的养护需求。

本领域中所知的是创造更复杂的被动冷却回路，其通过热管技术结合多个散热器。例如WO2011/032554A1涉及一种用于热源(特别是发光二极管模块)的冷却设备，其中该发光二极管模块被连接到第一散热器，该第一散热器包括主金属块，散热片从该主金属块延伸。这个第一散热器通过延伸穿过第一散热器的主块的热导管热连接到第二较大的散热器。

根本地，然而，热量在这样的冷却回路中从发光二极管模块的移除受限于第一散热器。特别地，热量从发光二极管模块到第一散热器的传输中的任何低效会形成‘热瓶颈’，导致结温的增加。

本发明目的在于改善现有技术的这些和其他缺陷。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种照明设备，该照明设备包括：光源，至少一个热导管和热交换器件，该热导管被热连接到光源且延伸远离光源，该热交换器件远离光源且被热连接到该至少一个热导管，以便热量通过至少一个热导管从光源传输到热交换器件，且通过对流从热交换器件消散，其中该照明设备设置为使得光源局部的热量最小化且光源和该至少一个热导管之间的热路径被最小化。

该照明设备可包括多个热导管。该照明设备还包括热导管和热交换器件形成的结构，该结构支撑光源。该多个热导管在光源局部彼此机械接触和热接触。该光源可具有光发射侧部和热传导侧部，该热传导侧部与热导管热连通，该热导管与热传导侧部的区域大体对齐，该热传导侧部与光发射侧部的光发射区域对应。

根据本发明的另一方面，提供了一种照明设备，其包括：光源和多个热导管，该光源具有光发射侧部和热传导侧部，该热导管在光源局部彼此机械接触和热接触，且延伸远离光源，其中该热导管与光源的热传导侧部热连通且与热传导侧部的区域大体对齐，该热传导侧部与光发射侧部的光发射区域对应。

该照明设备设置为使得在光源局部热量被最小化且光源和热导管之间的热路径被最小化。该照明设备还可包括热交换器件，该热交换器件被热连接到热导管且远离光源。该照明设备还包括热导管和热交换器件形成的结构，该结构支撑光源。

根据本发明的又一方面，提供了一种照明设备，该照明设备包括：光源，被热连接到光源的多个热导管，被热连接到热导管的热交换器件，以及热导管和热交换器件形成的结构，该结构支撑光源。

该照明设备设置为使得光源局部处的热量被最小化且光源和热导管之间的热路径被最小化。该光源可具有光发射侧部和热传导侧部，该热传导侧部与热导管热连通，该热导管可与热传导侧部的区域大体对齐，该热传导侧部与光发射侧部的光发射区域对应。

与光发射侧部的光发射区域对应的光源的热传导侧部的区域的全部可与热导管对齐。

该热导管形成阵列，其中每个热导管与相邻热导管直接地热接触，以形成至少与包围光源的光发射区域的区域一致的区域。

该光源可仅仅通过该至少一个热导管与热交换器件热连通。

该热导管可适于提供大体平坦的安装表面。

该热导管可被连结到一起且该被连结的热导管可适于提供连续的大体平坦的安装表面。

该热导管可支撑光源。

该热交换器件包括多个大体平坦的散热片。

该照明设备可包括热传导板，其将光源连接到热导管。

该照明设备可包括支撑框架。该支撑框架，热导管和热交换器件可形成结构组件。

该照明设备可包括镜片和/或挡板。该支撑框架可支撑镜片和/或挡板。

该支撑框架可包括细长的构件，该构件连接到热交换器件的边缘或连接到热交换器件的拐角。该细长的构件可适于与被提供在热交换器件上的相应器件接合。

该支撑框架还可包括至少一个交叉支撑构件，该构件大体垂直于边缘构件。它们可包括用于连接的器件，其适于与细长的构件的朝内轮廓对应且与其接合。

至少一个交叉支撑构件可包括大体平坦的部分，该部分覆盖该至少一个热导管的一部分，其对应于光源。

热交换器件的每个散热片可包括接合器件，其可与相邻散热片上的相应接合器件接合。该接合器件可为凸片，该凸片适合于接收相邻散热片的凸片且与其接合。该凸片可包括边缘轮廓，其可与相邻散热片的凸片上的相应边缘轮廓接合。该接合器件可被布置在散热片的至少一个拐角上。

用于连接的器件还可适于连接到支撑结构。

该光源可被定位在热导管的每个的一端处。

优选地，散热片之间的间隔与散热片的高度的比例可为1:13和1:3.2之间。甚至更优选地，散热片之间的间隔与散热片的高度的比例可为约1:5.5。散热片的高度可为约4.5厘米。

其中该照明设备包括多于一个热导管，该热导管的至少一些弯曲远离它们最初从光源延伸所沿的轴线，且然后朝向它们最初延伸所沿的轴线向回弯曲，以致它们平行于彼此延伸穿过热交换器件且平行于它们最初延伸所沿的轴线。

该热交换器件可由与热导管的材料不同的材料形成。该热交换器件可由与安装板的材料不同的材料形成。

该照明设备可适于悬于空间中，其中热交换器件暴露于照明设备所悬挂的空间的空气。该照明设备可包括支撑器件，该支撑器件适合于连接到电缆，该照明设备被悬于该电缆。该支撑器件可被附接到热导管，热交换器件或支撑框架。

该光源可包括一个或多个发光二极管或，一个或多个发光二极管阵列。该光源可包括一个或多个有机发光二极管或，一个或多个有机发光二极管阵列。该光源可包括一个或多个激光二极管或激光二极管阵列。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例的方式说明根据本发明的照明设备的实施例,其中：

图1显示了完整的照明设备的透视图。

图2显示了照明设备的发光二极管阵列和冷却回路的透视图。

图3显示了照明设备的发光二极管阵列和冷却回路的下侧的视图。

图4显示了照明设备的发光二极管阵列和冷却回路的侧视图。

图5a显示了照明设备的发光二极管阵列和冷却回路的端视图。图5b和5c显示了照明设备的发光二极管和冷却回路的分别穿过图4中的轴线B-B和C-C截取的横截面视图。

图6显示了照明设备的发光二极管和冷却回路的平面图。

图7显示了完整的照明设备的侧视图。

图8a显示了组装的灯的端部视图。图8b和8c显示了完整的照明设备分别沿图7中的轴线D-D和E-E截取的横截面视图。

具体实施方式

图1显示了依照本发明的示例性实施例的照明设备200。该照明设备200包括光源30，其被连接到冷却回路100，该冷却回路包括热导管(heat pipe)10和散热片20。该冷却回路100由支撑框架围绕，该支撑框架包括细长支柱60、端部件70和中心支撑件80围绕。

在这个实施例中，光源30包括单个高密度，高亮度发光二极管阵列，特别为CXA3050发光二极管阵列。该发光二极管阵列在较小的区域中包括多个独立的发光二极管，以形成单个高亮度的光发射表面。该阵列被布置在陶瓷基底(其即电绝缘又具有高热传导性)上。

尽管在这里该光源30包括高亮度发光二极管阵列，其他光源可被使用对于本领域技术人员是显而易见的。例如，单个或多个高亮度发光二极管，多个发光二极管阵列，单个或多个有机发光二极管或有机发光二极管阵列，或单个或多个激光二极管或激光二极管阵列全部被预期。

由于高亮度发光二极管阵列产生高至且超过70W的余热，发光二极管阵列的有效冷却被要求，以避免在发光二极管阵列中的热量累积，且相应的结温增加。光源30通过冷却回路100冷却。图2示出了绝缘的冷却回路100。该冷却回路100包括热导管10和散热片20。热导管被提供为从光源30吸收热量，将热量传输远离光源30，且将热量传输到散热片20，散热片提供较大的表面区域，热量可从该表面对流地逸散到周围空气。

每个热导管10用于有效地且均匀地传输热量远离光源30，且到散热片20。热导管通常具有在从5000到200000W/mK的范围之内的有效热传导率。热导管包括中空的，真空密封的密封管状结构，其包含少量的工作流体，且在它的内部具有毛细抽吸结构(未示出)。来自光源30的热量通过蒸发工作流体而被吸收。该蒸汽于是沿热导管10传输热量远离光源30到一区域，在该区域冷凝的蒸汽释放热量到散热片20。冷凝的工作流体然后通过毛细抽吸结构回到热导管10的最接近光源30的端部。在这个实施例中，该热导管由铜形成，尽管适当的高热传导性的任何热导管可被使用。

如图2和6中所示，每个热导管10在一端处与光源30热接触。该热导管10延伸远离光源30，且机械地和热连接到散热片20，其远离光源30。在这个实施例中，六个热导管10被提供，但其他数量的热导管10可根据特定光源30的热量消散需求而被提供。

图3示出了光源30所附接的冷却回路100的下侧。如上所述，在这种情况下，光源30是高亮度发光二极管阵列，其被布置在陶瓷基底上。这通过薄的热传导安装板40安装在热导管10上。如图3和图6中更好地示出，在光源30处，该热导管10彼此平行且与彼此机械和热接触。这使热导管10尽可能接近光源30。同样地，这意味着光源30的整个光发射表面32在光源30的背面侧上由至少一个热导管10覆盖。由于要产生的热量被局限在光发射表面32，由于光发射表面32和热导管10之间的热路径被最小化，这个布置能使最大量的热量被从光源30汲取。

该热导管10被联接到多个散热片20，其大体垂直于彼此且远离光源30。如图2、3和6中所示，热导管10首先被弯曲远离彼此，然后弯回以彼此平行地延伸穿过散热片20。以这种方式，该热导管10沿散热片20的宽度均匀地定位，其导致热量从热导管10均匀地消散到散热片20。

图5b示出了沿图4中B-B截取的横截面，也就是，穿过冷却回路100的中心的横截面。可从这个视图看出热导管10在一侧上被些微地扁平化以增加热导管的接触面积。如上所述，在这个实施例中，光源30通过安装板40(其在这个实施例中由铜形成)安装在热导管10上，且该安装板40提供了热导管10和光源30之间的热接触，也提供了用于光源30的平坦安装表面。这是重要的，因为高亮度发光二极管阵列包括陶瓷基底。在陶瓷提供电绝缘和适当的高热传导率的同时，它们通常比金属更易碎。由此，如果被安装在非平坦的表面上，它们易于机械损坏。尽管热导管10的侧部是大体平坦的，如果光源30被直接地安装在热导管10上，它们不能提供充分的平坦表面用于强的机械和热连接。因此，该传导安装板40被提供，其具有平坦表面，光源30被安装在该表面上，且更具延展性(malleable)且因此提供与热导管10的坚固机械接触，同时始终具有高热传导性以帮助将热量从光源30传输到热导管10。

优选地，如图5B中的放大区段所示，热导管10的弯曲表面和安装板40之间的间隙12充满热传导材料。例如，焊料可被使用在间隙12处以不仅仅结合热导管10到一起，还确保与安装板40的连续热接触跨热导管10的配置的宽度被提供。当然地，连续的热接触也可以在安装板40上具有带轮廓上表面的情形中，或替代地在热导管10具有具有大体‘方形’下部部分的横截面的情况中，使得间隙12的尺寸是可以忽略的而实现。

如图5B中所示，安装板40的厚度显著地小于热导管10自身的厚度。安装板40的厚度被最小化以便减少光源30和热导管10之间的热路径到最小，同时仍然提供光源30和热导管10之间的牢固的机械和热接触。这最大化热导管10从光源30汲取热量的效率。

尽管在这个实施例中，安装板40是由铜制造，对于本领域技术人员显而易见的是，大量热传导材料也是适用的。如上所述，光源30可根据用于特定光源30所需的机械和热连接替代地被直接安装在热导管上。

该热导管10直接地机械和热连接到多个散热片20。如图2、3和4中最佳所示，该散热片远离光源30，且被布置为沿热导管10的长度平行于彼此且垂直于热导管10。在这个实施例中，六个热导管10中的三个沿远离光源30的一个方向沿轴线A-A延伸，且被连接到散热片20的第一阵列，同时另三个热导管10远离光源沿轴线A-A沿相反方向延伸，且被连接到散热片20的第二阵列。

如图6中最佳所示，热导管延伸所沿的方向交替，也就是每个热导管10沿与相邻热导管10相反的方向延伸。这确保等量热量从光源30传输到散热片20的每个阵列。

每个散热片20是大体平坦的。在这个实施例中，散热片20是大体矩形的，尽管这并不是必须的。在这个特定实施例中，散热片20尺寸为13厘米的宽度和4.5厘米的高度，也就是散热片20的纵横比是约1:3，对应于三个热导管10，其沿散热片20的宽度均匀坐落且竖直方向上居中地定位在散热片20上。同样地，每个热导管10与散热片20的大致相等表面区域相关联。应该理解根据热导管的数量和通过对流消散热量进入冷却回路100周围的空气所需的总表面面积，被提供的散热片20的尺寸和散热片20的总数可与这个特定实施例中不同。

该散热片20还包括一体凸片22，其被布置在散热片20的每个拐角处。如图2中的放大图中最佳所示，每个凸片包括突出部23和凹处24。每个凸片22的突出部23由相邻散热片20的相应凸片22的凹处24接收，其中突出部23的边缘邻接凹处24的边缘。以这样的方式，阵列中的每个散热片20相对于相邻散热片20机械地定位，其总体上增加阵列的机械稳定性且确保散热片20保持垂直于彼此。由于凸片22被布置在散热片20的拐角上而不是散热片20的表面上，对散热片20之间的空气流的阻碍可被避免，增加穿过散热片阵列的对流效率。而且，这导致穿过散热片阵列的较少视线阻挡，增加照明设备200的审美情趣。

由于安装板40和热导管10的高热传导性，在一体凸片22处散热片20之间的连接对于冷却回路100的操作的影响可忽略。

在这个实施例中，该散热片20由铝形成。尽管铝具有相比于铜降低的热传导性，它具有显著低的密度，降低照明设备200的总重量。散热片可替代地由其他适当的材料形成(其具有足够高的热传导性和低重量)对于本领域技术人员是显而易见的。例如其他金属(比如钛或镍合金)可为适合的，或甚至非金属材料(包括石墨或其他高热传导性碳基材料)。散热片20还可由材料的组合制成。

现在回到图1，在装配照明设备200期间，冷却回路100由支撑框架围绕。支撑框架被提供以增加照明设备200的机械稳定性，且支撑镜片95和挡板90，以引导从光源30发射的光。重要地，散热片20之间的空气流没有被支撑框架阻塞，将热量从散热片20到周围空气的对流最大化。该支撑框架可由任何适当的材料制造，例如金属(比如铝)或热绝缘材料(比如塑料)。相似于散热片20的一体凸片22，尽管该支撑框架连接到散热片且与散热片形成结构，由于安装板40和热导管的高热传导性，它对于冷却回路100的影响可忽略。

该支撑框架包括边缘支柱60，端部支撑件70和中心支撑件80。

如图8c和1中最佳所示，边缘支柱60的横截面适合于通过凸片22在散热片20的拐角处压痕形成。该边缘支柱60被相似地连接到端部支撑件70和中心支撑件80。如图7a中最佳所示，该端部支撑件70包括臂72。臂74的端部被成形为与边缘支柱60的朝内的一侧互锁。

同样地，如图8b和1中最佳所示，中心支撑件80也包括臂82，其中端部84成形为与边缘支柱70的朝内的一侧互锁。该中心支撑件80还包括大体平坦的中心区域86。这个中心区域86不仅仅被提供为支撑框架的一部分，而且还支撑挡板90和镜片95。在这个实施例中，镜片95是塑料镜片，尽管对于本领域技术人员是显而易见的是，由其他透明材料制造的镜片将为适当的。挡板90被提供以引导光源发射的光，且当从侧部观察照明设备200时避免刺眼。该镜片95可被附接到中心支撑件80，如这个实施例中所示，或视情况替代地可被直接地附接到光源30或安装板40。由于挡板95从支撑件80悬垂，在不影响冷却回路100的操作的情况下，挡板95可被提供为任何适当的材料(比如硅树脂，塑料，或其他热绝缘材料)或可被提供为热传导材料(比如铝或其他金属)。

该照明设备200通过悬挂器件65悬于房间空间中，该悬挂器件被附接到悬索66。在这个实施例中，两个悬挂器件65被提供，其被连接到热导管10。由于散热片70和支撑框架的轻质量特性，热导管10足够牢固以支撑照明设备200的重量。当然，支撑器件可替代地连接到散热片20或支撑框架。

在这个实施例中，用于光源30的驱动电子器件(未示出)是在照明设备200之外的。电流由电线(未示出)提供，其可被附接到悬索66或形成悬索66的一部分。替代地，该电线可独立于悬索66。该驱动电子器件可被安装在照明设备200上方的天花板上或嵌入照明设备200之上的天花板，或可完全远离照明设备。

当照明设备200被悬于房间空间内，其中冷却回路100被暴露，空气自由地在散热片之间流动。这能够实现围绕散热片的有效对流，将从冷却回路100传输到空间(照明设备200被悬于其中)的空气的热量最大化。而且，对流通过将散热片20竖直取向而得到促进，以便当空气受热时空气可上升穿过散热片阵列。散热片20之间的空间应该是足够小的以确保足够量的散热片20可被沿热导管10的长度布置，但不是小到使得空气流动被阻碍且通过对流从每个散热片消散的热量减少。换句话说，通过更密集地堆叠散热片而增加的表面面积必须和可接受的穿过散热片阵列的空气阻力保持平衡。这个空气阻力取决于穿过散热片对流路径的长度。优选地，对于4.5厘米高度的散热片20，0.3和1.4厘米之间的鳍状物间隔(也就是散热片间隔与散热片高度的比例在1:13和1:3.2之间)提供足够密集的散热片排，但不引入对于对流空气流的过多阻碍。更具体地说，如这个实施例中所示，对于4.5厘米高度的散热片20，0.8厘米的间隔特是别有利的，也就是，散热片间隔与散热片高度的比例是约1:5.5。

尽管这个特定实施例涉及向下照明设备，对于本领域技术人员是显而易见的是，其他配置是可能的。例如，照明设备200可在具有挡板90或在没有挡板90的情况下被反转，以充当向上照明设备。同样地，尽管在内部照明的情景中讨论了该照明设备200，该照明设备200能够同样被安装在外部空间中。

此外，尽管在本发明的这个实施例中，包括两个散热片20阵列，根据冷却回路上的热需求和照明设备的美观考虑，且对于本领域技术人员是显而易见的，其他数量的阵列可被使用且在其他配置中。例如，该散热片阵列可被相对彼此定位到不同的相对位置和取向中，举例来说该散热片阵列可被布置在相同的轴线上，如这里所描述，或该散热片阵列可平行于彼此或垂直于彼此。不同的相对位置的散热片阵列可根据冷却需求和设备的美观考虑被组合在照明设备中。例如，在一个纵向轴线上(光源位于该纵向轴线上)沿两个方向远离光源延伸的散热片阵列可被与被布置在它们之间的散热片阵列组合，其平行或垂直于纵向轴线以便光源被由散热片组成的座圈围绕。

而且，散热片的任何给出的阵列的配置可不同于这里所示的，例如散热片20可被布置为垂直于弯曲的热导管10以致它们不平行于彼此，而是形成扫掠曲线。

照明设备200(特别是冷却回路100)的总体效果是在光源30处的极低结温。

热导管定位到光源30的布置的效果是确保发光二极管阵列中的所有发光二极管和热导管之间的热路径被最小化。而且，由于热传导材料被保持最接近光源30，最小热量存在于光源30局部。结果，光源30和热导管10之间的热阻被最小化，以便优化热量通过热导管10远离光源30到散热片20的传输，在散热片处热量通过对流被消散进入周围空气。

结果，即使发光二极管阵列产生超过70W的热量，低至45℃的结温可被实现。尽管这个类型的发光二极管阵列可承受高至85℃的结温上，冷却回路100，作为照明设备200的一部分，提供显著更好的操作环境用于发光二极管阵列。这个较低的结温大大提高发光二极管阵列的操作寿命，且大大提高它的输出效率和长期颜色特性。

上述优选实施例仅通过举例的方式描述，本发明的范围在所附的权利要求中限定，且可在权利要求的范围内对实例进行修改。