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用于发光装置的冷却体

阅读：304发布：2020-05-13

专利汇可以提供用于发光装置的冷却体专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于发光装置(1)的冷却体(2)，该冷却体包括多个冷却体部件(3，4)，其中至少两个冷却体部件(3，4)由一种不同的冷却体材料制成。发光装置(1)特别可以设计为改型灯，该发光装置配有至少一个这样的冷却体(2)，其中在冷却体(2)上安装有至少一个光源 (6)。，下面是用于发光装置的冷却体专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于发光装置(1；15；20)的冷却体(2；16，17；22)，其中所述冷却体包括多个冷却体部件(3，4；16，17；23，27)，其中至少两个所述冷却体部件(3，4；16，17；23，27)由一种不同的冷却体材料制成。
2.根据权利要求1所述的冷却体(2；16，17；22)，其中在由第一冷却体材料制成的至少一个第一冷却体部件(3；16；23)上安装有至少一个光源(6)并且在由第二冷却体材料制成的至少一个第二冷却体部件(4；17；27)上不安装光源。
3.根据权利要求2所述的冷却体(2；16，17；22)，其中所述第二冷却体材料和所述第一冷却体材料相比热导率较低和/或密度较低。
4.根据权利要求3所述的冷却体(2；16，17；22)，其中所述第一冷却体材料的热导率大于10W/(m·K)，尤其是大于20W/(m·K)，特别是大于50W/(m·K)，以及尤其是大于100W/(m·K)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的冷却体(2；16，17；22)，其中所述第一冷却体材料具有至少一种金属、一种塑料和/或一种陶瓷。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的冷却体(2；16，17；22)，其中所述第二冷却体材料的热导率大于1W/(m·K)，尤其是大于5W/(m·K)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的冷却体(2；16，17；22)，其中所述第二冷却体材料具有一种塑料和/或一种陶瓷。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的冷却体(2；16，17；22)，其中所述第二冷却体材料是电绝缘的。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的冷却体(22)，其中至少一个冷却体部件(23，
27)具有用于容纳驱动器(28)的凹陷处(24)。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的冷却体(22)，其中对至少一个第二冷却体部件(27)在外侧进行结构化或进行涂层。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的冷却体(22)，其中一个驱动器(28)与至少一个冷却体部件(23，27)热连接。
12.根据前述权利要求中任一项所述的冷却体(20)，具有至少一个贯通的通道(21)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的冷却体(2；16，17；22)，其中至少两个冷却体部件(3，4；16，17；23，27)借助于一种导热材料(12)相互连接，尤其是平面地相互连接。
14.一种发光装置(1；15；20)、尤其是改型灯，具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的冷却体(2；16，17；22)，其中，在所述冷却体(2；16，17；22)上安装有至少一个光源(6)。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的冷却体(2；16，17；22)，其中至少一个光源(6)包括至少一个半导体光源、尤其是发光二极管。

说明书全文

用于发光装置的冷却体

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于发光装置的冷却体和一种具有这种冷却体的发光装置。

背景技术

[0002] 在许多发光装置中、尤其是在改型灯中，都应用冷却体来散热。这种冷却体通常由铝或另一种热导率高的金属制成。在LED发光装置中可以将一块装配了一个或多个发光二级管(LEDs)的电路板直接安装在冷却体上。然后，由LEDs产生的热量将直接从电路板传递到冷却体上并从冷却体散发到周围环境中去。然而，应用这种冷却体的缺点是灯的重量很高。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于，提供一种用于发光装置、尤其是改型灯的更轻的冷却体。

[0004] 该目的借助于根据各个独立权利要求所述的一种冷却体和一种发光装置来实现。尤其由从属权利要求中能得出优选的实施方式。

[0005] 冷却体用于和发光装置共同应用，其中冷却体包括多个(即两个或更多的)冷却体部件。至少两个冷却体部件由一种不同的材料制成、即由相应的冷却体材料制成。由此能按照不同的热导率范围和/或不同的重量范围对冷却体进行划分，并从而能够针对所需要的散热性和总重量对冷却体进行优化。原则上，冷却体部件的总数和由同一种冷却体材料制成的冷却体部件的数量是不受限制的。因此，冷却体例如可能具有：一个由第一冷却体材料制成的冷却体部件，两个由第二冷却体材料制成的冷却体部件和一个由第三冷却体材料制成的冷却体部件。冷却体部件可以预制并随后进行组装，制成一体(例如，采用压铸法或烧结法)，或者以一体的和组装的制造的组合方式来制造。例如，也可以通过将一个由第一金属冷却体材料制成的冷却体部件与另一个由第二塑料冷却体材料制成的冷却体部件挤压包封的方式进行制造。这样就省去了组装环节。

[0006] 尤其是为了实现简单且价廉的制造，可以在由第一冷却体材料制成的至少一个第一冷却体部件上安装有至少一个光源，而在由第二冷却体材料制成的至少一个第二冷却体部件上不安装光源。由此例如可以在空间可能较大时将第一冷却体部件设在靠近热源的高温位置上，并将第二冷却体部件设在离热源较远的温度相应较低的位置上。

[0007] 特别的是，第二冷却体材料和第一冷却体材料相比可能热导率较低和/或较轻(比重或密度较低)。由此可以在紧邻光源四周相对而言容积较小的空间里应用一种能够让光源的热量更好地散发出去的、但也是较昂贵和/或较重的冷却体材料(例如铝和/或铜)，而在距离较远且通常容积较大的空间内使用一种较便宜和/或较轻的并且散热性可能相对较弱的冷却体材料(例如塑料)就足够了。由此就可以提供一种和由第一冷却体材料制成的全容积的冷却体相比更轻而且更便宜的冷却体。

[0008] 为了实现有效散热，使用冷却体是优选方案，其中，第一冷却体材料的热导率大于10W/(m·K)，尤其是大于20W/(m·K)，特别是大于50W/(m·K)，以及尤其是大于100W/(m·K)。
同时，第一冷却体材料尤其可以具有一种金属、一种塑料和/或一种陶瓷。作为第一冷却体材料优选地可以应用铝、铜和/或镁或其合金。优选地也可以应用一种陶瓷、例如AlN。

[0009] 为了实现价格低廉的散热，优选可以应用一种冷却体，其中第二冷却体材料的热导率大于1W/(m·K)，尤其是大于5W/(m·K)。此时，第二冷却体材料尤其可以具有一种塑料和/或一种陶瓷。作为第二冷却体材料优选地可以应用一种导热塑料(例如，PMMA或聚碳酸酯)或一种陶瓷。

[0010] 光源的种类原则上不受限制，然而优选地以半导体光源、特别是发光二级管(LED)或激光器二极管作为发射极。光源可以具有一个或多个发射极。可以将这个或这些发射极安装在一个载体上，在这个载体上也还可以安装其它电子元件，如电阻器、电容器、逻辑组件等。例如可以借助于传统的焊接方式将发射极安装在电路板上。该电路板可以是利用例如FR4，FR2或CEM1制成的，或也可以是柔性电路板(“Flexboards”)，例如，由聚酰亚胺或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成。但是发射极也可以通过片级连接的方式，如压焊(丝焊，倒装芯片压焊)等与基板连接，例如通过为由AlN制成的基板装配LED芯片的方式。也可以把一个或多个子装配件安装在一块电路板上。

[0011] 当存在多个发射极时，它们可以发出颜色相同的光，例如白色，于是就实现能简单地区分出亮度等级。而这些发射极中至少有一部分还能发出一种不同颜色的光，例如红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、琥珀色(A)和/或白色(W)。由此就能够在必要时调谐光源所发出光线的颜色，而且可以调节出任意的色点。特别优选的是能够由发出不同颜色光线的发射极产生一白色混合光。要代替无机发光二极管或作为对无机发光二极管的补充，例如，基于InGaN或AlInGaP，通常也可以使用有机LEDs(OLEDs)。也可以使用例如二极管激光器。一般来说，同样也可以使用其它发射极，如紧凑型发光管等。

[0012] 为了实现灵活选择第一冷却体材料，例如也选用导电材料，优选地采用一种冷却体，其中第二冷却体材料是电绝缘的。

[0013] 为了使冷却体有效散热，可以对至少一个第二冷却体部件在外侧进行结构化，例如通过冷却突出部，如冷却肋片、冷却棒等。可替换地或补充地，可以对至少一个第二冷却体部件进行涂层，例如用暖气漆，以便加强散热。

[0014] 为了进一步减轻重量并改善散热，根据前述权利要求中任一项所述的冷却体可以具有至少一个贯通的通道。从而能够实现“烟囱效应”，另外还缩小了实心容积。

[0015] 为了减小在冷却体部件之间传导时的热阻抗，优选可以使用一种冷却体，其中至少两个冷却体部件借助于一种热传导材料或者说导热材料(“热界面材料”，TIM)相互连接，尤其是平面地相互连接。

[0016] 为了减小在至少一个热源(光源、驱动器等)和冷却体之间传导时的热阻抗，优选可以借助于至少一种导热材料(“热界面材料”，TIM)将至少一个热源与冷却体或其附属的冷却体部件相连接，尤其是平面地相互连接。

[0017] 第一冷却体部件可以与第二冷却体部件在一侧平面地连接，例如借助于TIM材料。这样的连接可以非常容易实现。特别也对于这种情况来说优选的是将第一冷却体部件设计成板状，即它的高度方向的延伸距离远远小于它的平面中的延伸距离。外轮廓不固定并且例如可以是角形的，特别是矩形的，尤其是正方形的，或也例如可以是圆形的或椭圆形的。第二冷却体部件优选地具有与第一冷却体部件相对应的接触面。

[0018] 第一冷却体部件也可以与第二冷却体部件在多个侧面上平面地连接，例如借助于TIM材料。这种做法比单面连接的情况费用高，然而可以因此扩大导热面积。特别也对于这种情况来说优选的是将第一冷却体部件设计成三维形状，即，与其在平面中的延伸尺寸相比，其高度方向的延伸距离在散热过程中所发挥的作用不可忽视。外轮廓不确定并且可以例如设计成立方形的或方形的。第二冷却体部件优选地具有用于第一冷却体部件的相应的凹陷处。

[0019] 为了在实现紧凑结构形式的同时也实现驱动器(作为较远的热源)的良好散热，以保证光源正常工作，优选的是一种冷却体，其中至少一个第一冷却体部件具有用于容纳驱动器的凹陷处。第一冷却体部件可以有利地设计为在一侧打开的空心体。在面对开口设置的空腔的封闭的一侧，可以将光源安装在背对空腔的侧面上，特别是这种光源的载体(电路板，基板等)。

[0020] 同样，为了在实现紧凑结构形式的同时实现驱动器的良好散热，优选的是一种冷却体，其中至少一个第二冷却体部件具有用于容纳驱动器的凹陷处。此时，可以将驱动器直接地或通过第一冷却体部件集成在第二冷却体部件中。

[0021] 为了实现有效散热，通常可以将一个驱动器和至少一个冷却体部件进行热连接，例如借助于至少一种TIM材料。

[0022] 发光装置配备至少一个这样的冷却体，其中，在冷却体上安装至少一个LED光源。尤其是该发光装置可以设计为改型灯，其适于替代传统的白炽灯，而且通常具有与白炽灯相似的外轮廓以及传统的供电用灯座。

[0023] 特别是该发光装置可以具有一个或多个向外打开的通道，其至少部分地包括冷却体中的通道。由此就能通过“烟囱效应”实现极为有效的散热。在存在多个通道的情况下，可以将它们设计成方向相同的通道或它们具有不同的位置、尺寸(长度，厚度)和/或形状。附图说明

[0024] 在以下附图中借助实施例对本发明进行示意性的更详细的描述。其中为了更加简明使用相同的参考标号来表示相同的或作用相同的元件。

[0025] 图1示出根据第一实施方式的改型灯的侧视剖面图；

[0026] 图2示出根据第二实施方式的改型灯的侧视剖面图；

[0027] 图3示出根据第三实施方式的改型灯的侧视剖面图；

[0028] 图4示出根据第四实施方式的冷却体的侧视剖面图；

[0029] 图5示出根据第四实施方式的冷却体的底部外观图。

具体实施方式

[0030] 图1示出根据第一实施方式的改型灯1的侧视剖面图。灯1具有冷却体2，该冷却体由两部分3，4构成，即由第一冷却体材料制成的第一冷却体部件3和与之平面地连接的、由第二冷却体材料制成的第二冷却体部件4。固定在第一冷却体部件3的顶面5上的光源6具有安装在电路板7上的发光二级管(LED)8。在这张视图中，LED 8的主要照射方向是向上的。在LED 8的光路中加入光学元件9(其因此在光学方面连接在LED 8后面)，该光学元件改变至少一部分由LED 8发射出来的光线的方向，例如聚焦或准直。为此，光学元件
9可以具有透镜形的区域。光线从灯1穿过透光的(透明或蔽光的)防尘盖10向外射出，因此该防尘盖连接在LED 8和光学元件9后面。在背对LED 8的背面或底面11上，第一冷却体部件3与第二冷却体部件4通过一种所谓的TIM材料12、例如导热膏连接。在第二冷却体部件4上又安装了为灯1供电的灯座13、例如螺旋灯座。

[0031] 为了利于LED 8散热，第一冷却体部件3的第一冷却体材料由一种铜合金制成，从而使由LED 8产生的热量能够高效地分散到第一冷却体部件3中。这样特别是分散到水平平面中的热量随后能传导至第二冷却体部件4上。因为分散到通向第二冷却体部件4的接口处的热量已经明显小于LED 8处的热量，所以对于其接下来的散热来说，第二冷却体材料已经足够，虽然它比第一冷却体材料的铜合金散热性弱，但是因此也便宜很多，例如PMMA或聚碳酸酯。在两个冷却体部件3，4之间的界面处的TIM材料12提供了良好的导热性。为了达到良好的热传导效果，也还要将光源6、更准确地说是电路板8，借助于一种TIM材料
14与第一冷却体部件3相连接。可以通过在冷却体2的外侧的辐射热或热对流向外散热。
为此可以选择对冷却体2在其外表面上，在其第一冷却体部件3和/或在其第二冷却体部件4上进行结构化，目的是增大表面积，和/或涂覆暖气漆或诸如此类的材料，以便使热辐射(辐射散热)加强(未示出)。

[0032] 图2示出根据第二实施方式的改型灯15的侧视剖面图。与图1中所示的第一实施方式相反，此处的第一冷却体部件16放在第二冷却体部件17中。也就是说，此处的第一冷却体部件16与第二冷却体部件17之间不仅是在一侧热连接，而是在多侧面热连接，即通过底面18和外侧面19连接。这样一来就增大了冷却体部件16，17之间的界面面积，从而改善热传导。此外，第一冷却体部件16不设计为板形(即高度延伸距离小)，而是设计为三维体，其高度延伸距离对于导热来说不可忽视，例如以长方体、立方体、圆柱体等的形式。两个冷却体部件16，17在其顶面处平面齐平地布置。

[0033] 图3示出根据第三实施方式的改型灯20的侧视剖面图。与图2中所示的第二实施方式相反，此处的改型灯20中贯通有在各个侧面上都向外打开的通道21。这些通道21至少部分贯通冷却体16，17，也就是说穿过冷却体部件之一，此处指：第二冷却体部件17，或穿过两个冷却体部件，此处指：第一冷却体部件16和第二冷却体部件17。通过通道21首先能够实现，使空气能流过该通道，其中通过和冷却体16，17的至少部分的接触从而能实现“烟囱效应”，这实现通过通道21的非常高效的散热。在图中所示的情况下，通道21从下向上垂直地引导并因此也还穿过在冷却体17和防尘盖10之间的空间。通道21例如可以以管道的形式实现，其应用在改型灯20中并且然后借助于TIM材料固定；或者通道可以通过位于其中的凹陷处而至少在冷却体16，17的区域中形成。当然，通道21的数量、尺寸和/或位置不局限于图中所示的实施例。所以，通道也可以与图示的垂直的位置不同，和/或可以具有多种不同的位置。通道也不需要必须是直线形的并且也可以有分支。

[0034] 图4示出根据第四实施方式的冷却体22的侧视剖面图。冷却体22的第一冷却体部件23的基本形状为圆柱形，其中，第一冷却体部件23在背面设有圆柱形凹陷处24。光源6安装在第一冷却体部件23的正面25上，对于光源来说本图中只体现了电路板7和LED 8。
第一冷却体部件23的外侧面26被第二冷却体部件27包围。两个冷却体部件23，27在顶面侧与底面侧彼此平面齐平地布置。在凹陷处24中例如插入驱动器28，该驱动器借助于灯座供电并且驱动光源6或LED 8工作。另外，驱动器28通过至少一根电线29与光源6相连。为了实现与第一冷却体部件23热耦合，可以用至少一种导热材料30、例如一种TIM材料来填充、例如以泡沫填充具有包含在其中的驱动器28的凹陷处24。但是导热材料30原则上不受限制，并且例如可以是垫、膏、凝胶、泡沫，硬化液体等。也可以应用多种不同的导热材料30，例如用于加强驱动器的“高温”位置处的热传递的TIM垫，并通常与一种TIM泡沫结合使用。

[0035] 图5示出根据第四实施方式的冷却体22的底部外观图。为了扩大热辐射面积，这样对第二冷却体部件27的外侧面31进行结构化，即它具有带有三角形的横截面形状的纵向肋片32。此处的导热材料30具有TIM垫30a，用于实现驱动器28和处于相应的狭窄位置上的第一冷却体部件23之间的热接触，并通常与一种TIM泡沫30b结合使用。

[0036] 当然，本发明不局限于图中所示的实施例。

[0037] 因此，也可以将不同实施方式的特点相互结合，例如，将冷却肋片与图1至3所示任一灯具相结合。也可以将各种实施方式的特点与本说明其它部分(包括权利要求书)当中披露的内容结合。

[0038] 参考标号表

[0039] 1改型灯

[0040] 2冷却体

[0041] 3第一冷却体部件

[0042] 4第二冷却体部件

[0043] 5第一冷却体部件的顶面

[0044] 6光源

[0045] 7电路板

[0046] 8LED

[0047] 9光学元件

[0048] 10防尘盖

[0049] 11底面

[0050] 12TIM材料

[0051] 13灯座

[0052] 14TIM材料

[0053] 15改型灯

[0054] 16第一冷却体部件

[0055] 17第二冷却体部件

[0056] 18第一冷却体部件的底面

[0057] 19第一冷却体部件的外侧面

[0058] 20改型灯

[0059] 21通道

[0060] 22冷却体

[0061] 23第一冷却体部件

[0062] 24圆柱形凹陷处

[0063] 25第一冷却体部件的正面

[0064] 26第一冷却体部件的外侧面

[0065] 27第二冷却体部件

[0066] 28驱动器

[0067] 29电线

[0068] 30导热材料

[0069] 30a第一TIM材料

[0070] 30b第二TIM材料

[0071] 31外侧面

[0072] 32肋片

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