专利名称：散热装置以及包括散热装置的发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种散热装置、特别是适于与强制气流发生器一起操作的散热装置， 并且涉及包括这种散热装置的发光装置。
背景技术：
通常地，对组装在小的区域上、即具有高功率密度的高功率光源(如包括发光二 极管(LED))的冷却是期望的但是难于实现的。小的可用区域进一步使得对发光装置的其 它功能部件(例如壳体、光学元件、驱动板等)之间的可用空间的有效利用成为必要。同时 还需要针对噪声以及热气流进行用户友好的热量管理。为了实现这些相互矛盾的目标，已知的在较低功率下操作的发光装置(如LED灯 泡)可以通过将LED布置在相对较大的区域上而将光亮分隔开以及由此将功率耗散分隔 开，并且大多数使用被动散热装置。被动散热装置通常围绕光源侧向布置或者布置在光源 下方，并且提供了间隔相对较宽的冷却翅片，形成了从底部通到最顶部的空气流动通道，从 而允许自然对流。热空气出口通常围绕着翅片，而热空气尾流与重力方向相反。然而，一些 发光装置采用主动冷却，将气流强行施加到散热装置上，该散热装置往往经由次粘着基台 (submoimt)基板与高温光源热连接。散热装置按惯例是一个单独制造的元件，其通过支承 结构(例如壳体)而被固定。已知的用于主动冷却的散热装置附连在热源下方，面对风扇。 尤其对于紧凑设计，各个部件的组装和调节变得复杂且花费很大。
发明内容
本发明的目标是提供一种紧凑、可靠、用户友好且易于组装的高功率发光系统。该目标是通过根据权利要求1的散热装置以及根据权利要求38的发光装置所实 现。所述散热装置包括照明区域，该照明区域包括适于安装光源的光源区域以及适 于反射从光源发出的光的反射区域。通过将光源功能与散热装置结合，制造及组装复杂度进而成本都大大地降低。有利地，所述光源包括LED次粘着基台/LED模块，以便有效地照明以及容易地组 装。次粘着基台(或者模块)使用基板，该基板包括一个或多个单独的LED或者LED芯片， 例如一组不同颜色的LED (例如使用红色、蓝色以及绿色LED，或者白色LED)。有利地，照明区域进一步包括光学元件固定装置，用于固定至少一个光学元件。这 更加便于组装。有利地，光学元件包括菲涅尔透镜和/或微透镜阵列和/或光透射盖。为了容易加工，有利地，反射区域包括散热装置的抛光或涂漆的表面。然而，反射区域还可以包括反射层。特别有利地是这样一种散热装置，其中，空腔壁包括反射区域，用于将光从光源反 射到空腔外部。有利地，至少空腔的侧向壁包括反射区域，其中反射区域最有利地覆盖侧向空腔壁的大部分或者全部。有利地，空腔底壁包括光源区域。特别是对于有效的冷却以及良好的照明特性而言，空腔的下述尺寸被发现是有利 的空腔的高度h在介于30mm与80mm之间范围内，特别是大约60mm ；空腔的底部宽度Ll在介于20mm与60mm之间的范围内，特别是大约40mm ；空腔的顶部宽度L2在介于80mm与120mm之间的范围内，特别是大约IOOmm ；宽度L2与宽度Ll的比值Rt在1.25 < Rt < 5的范围内；侧向空腔壁的厚度Dw在0. 5mm < Dw < IOmm的范围内。有利地，所述散热装置包括导热系数在150-240W/ (m · K)的范围内的材料。有利地，该材料包括Cu，Al，Mg或者它们的合金。为了从适合的光源(LED芯片)到散热装置的热量分布良好，有利地，所述至少一 个次粘着基台的基板包括导热系数大于240W/(m · K)的材料。有利地，所述至少一个次粘着基台的所述基板包括Cu或Cu合金作为材料。有利地，所述散热装置包括至少一个安装柱，用于将所述散热装置附连于发光装 置。这进一步降低了组装和制造成本并有利于容易的调节。有利地，所述至少三个安装柱以非对称方式布置，以允许切口。有利地，安装柱在与照明方向相反的方向上(向下)延伸。有利地，至少一个安装柱包括钻孔，该钻孔适于插入紧固元件。有利地，钻孔至少部分地包括螺纹区域，用于容易地紧固。有利地，至少一个安装柱包括附连区域，该附连区域适于在其上附连同轴塑料部 件或元件，用于稳定安装，以及用于低公差、机械吸收和电绝缘。有利地，所述至少一个安装柱在其自由端部处包括钻孔开口以及附连区域。有利地，所述散热装置包括至少一个安装柱，用于将所述散热装置附连于发光装 置。这进一步降低了组装和制造成本并有利于容易的调节。有利地，所述散热装置进一步包括传热及散热结构，其覆盖包括底部区域及侧向 区域的所述散热装置的外部的至少一部分。有利地，该传热及散热结构在顶部上被覆盖，以 避免照明方向上的气流。有利地，所述传热及散热结构包括从底部区域通往侧向区域的至少一个空气流动 通道，所述空气流动通道包括侧向出口。通过将气流导向侧向区域，可以获得紧凑且用户友 好的发光装置，原因是首先避免了热空气在光发射方向上的流动，其次可以使光学发射区 域的尺寸更大，再者即便使用主动冷却也能够获得减弱的噪音，其原因在于整个栅格区域 侧部的极限最大直径可以大于前部的极限最大直径，这样使得通过各个栅格开口的空气流 量较小，进而使得噪音较低。这些优点因使用主动冷却发生器(强制气流发生器)来产生 穿过散热结构的气流而特别地明显并且能够实现。然而，该散热装置还可用于自然对流。有利地，所述传热及散热结构包括多个竖直排列的翅片，用于确保容易的组装以 及强有力的空气流动。有利地，每个空气流动通道都至少部分地包括两个相邻翅片以及所述空腔壁的由 所述两个相邻翅片界定的部分。这使得能够得到可以根据期望而被覆盖或者不被覆盖的侧 向开口的侧面。
有利地，所述翅片成旋转对称关系布置，从而确保均勻的热量分布。特别是为了通过强制气流有效冷却，已经发现翅片具有下述尺寸是有利的两个相邻翅片之间的周向距离(空气流动通道的宽度)在0. 4mm < Cl < 8mm的 范围内；厚度在0. Imm < Fl < 3mm的范围内；侧向长度在5mm < F2 < 40mm的范围内； 翅片的总体高度Hc在Hb < Hc < h+Hb的范围内。散热装置的传热及散热结构的下述尺寸被发现是有利的侧向出口的高度He在0. IHc < He < 0. 6Hc的范围内。尽管翅片形状不局限于任一特定设计，但是认为如果翅片至少部分地显示出矩 形、弯曲形和/或尖头形横截面(例如三角形横截面)是有利的。有利地，翅片在空腔壁的底部处以平直的模式径向地延伸。有利地，基部翅片在空腔壁的底部处还可以以喷射流模式径向地延伸。有利地，所述至少一个空气流动通道在所述侧向空气出口处或者在所述侧向空气 出口附近包括扩大的空气流动横截面。有利地，散热装置包括实心的散热装置基座，散热装置基座从所述光源区域延伸 到外部并且从所述空腔壁突出，并且其中传热及散热结构与散热装置基座热连接。通过这 种设计，获得了特别有效的导热及散热。实心散热装置基座包括足够的空间，用以引导热量 快速地远离热源。通过突出的实心散热装置基座以及传热及散热结构与该散热装置基座热 连接，实现了在大面积上将热量强力地传导到传热及散热结构中。为了使热量良好地分布到翅片中并且使气流导引通畅，散热装置基座有利地呈锥 形形状并且锥形的底部定位在光源安装区域处。有利地，散热装置基座的锥形形状是圆锥形形状。有利地，散热装置基座的圆锥形 形状是截头圆锥形形状。通常地，圆锥形的底部可具有任意形状，并且顶尖可位于任何位 置。然而，通常认为底部是有边界的并且具有非零区域，而顶尖位于底部所在平面的外部。 圆锥形以及椭圆锥形分别具有圆形和椭圆形底部。如果圆锥体的轴线与其底部成直角，那 么可以称其为正圆锥体，否则其为斜圆锥体。金字塔是一种具有多边形底部的特殊锥体类 型。特别是对于有效的热量分布以及通畅的空气导引而言，散热装置基座的下述尺寸 被发现是有利的散热装置基座的基部宽度Lt在Ll < Lt < 1. 5L1的范围内；散热装置基座的顶尖宽度Lc在0 < Lc < Ll的范围内；散热装置基座的高度Hb在0. 05L1 < Hb < 0. 5L1的范围内。为了避免空气泄漏进而使更强的气流穿过空气流动通道，传热及散热结构至少部 分地被阻气板所覆盖。所述目标还通过包括这样的散热装置的发光装置而实现。所述发光装置可以被设 计成是高功率的、高效冷却的、紧凑的并且安静的。特别有利地，发光装置包括适于向散热装置供给强制气流的强制气流发生器，例 如风扇或者振动膜。强制气流发生器确保了高效冷却的气流。
有利地，强制气流发生器适于向所述空气流动通道的底部供给气流。有利地，气流发生器定位在散热装置下方。有利地，有利地，气流发生器通过导气结构与散热装置间隔开，从而避免了会降低 冷却性能以及增大噪声的湍流和空气分裂(air disruption) 0
有利地，导气结构包括开口空间。
有利地，该开口空间可具有直管的基本形状或者可以是沙漏形状。
为了高度紧凑性，所述发光装置进一步包括支承件，其适于支承至少一个印刷电
路板。对于紧凑性有利地，支承件为圆形形状并且围绕导气结构和强制气流发生器中的 一个定位。对于容易的组装和对准，支承件有利地包括至少一个钻孔，用于接收安装柱中的一个。对于紧凑性有利地，至少一个PCB垂直地连接到支承件。对于紧凑性有利地，多个PCB围绕着发光装置的纵向轴线以对称方式设置。有利地，强制气流发生器的钻孔与安装柱中一个的钻孔相对齐，用于接收共同的 紧固元件。上述散热装置和发光装置通过以下获得了显著的优点高度集成化(例如，安装 部件与功能部件(如风扇)、电子部件、光学结构之间的集成)，良好的机械稳定性，有效的 散热系统，紧凑性，组装灵活性以及与散热装置的互连(例如，容易的组装以及安装后的散 热装置的拆卸)，以及没有可见的固定结构。
接下来通过结合示意性附图对示例性实施例进行描述，本发明得到进一步详述。 应当理解的是，本发明没有局限于这些实施例。图1显示了散热装置的倾斜视图2从相反方向显示了图1中的散热装置；
图3显示了图1中散热装置的侧视图4显示了图1中散热装置的俯视图5显示了包括图1中散热装置的发光装置第--实施方式的横截面侧视图
图6显示了图5中发光装置第一实施方式的另--个横截面侧视图7显示了图5中发光装置第一实施方式的又--个横截面侧视图8显示了图5中发光装置的水平横截面；
图9显示了图8的局部放大图10显示了包括图1中散热装置的发光装置第—二实施方式的横截面侧视图
图11是显示了冷却翅片形状草图的底视图12是显示了冷却翅片另一种形状的底视图13显示了发光装置第三实施方式的横截面侧视图14显示了与图13中的发光装置相关的尺寸关系；
图15显示了图13中发光装置的局部细节图。
具体实施例方式图1到图4显示了散热装置1，其不仅具有冷却特性而且具有照明特性、机械固定 特性以及导气特性。该散热装置包括由相应的空腔壁(散热装置本体)3——即底壁13和 轴向侧壁6——所形成的杯状空腔2。针对有效的冷却特性，散热装置1包括多个竖直排列的翅片(翼片)4，这些翅片整 体地连接到空腔壁3的外部，即连接到底壁13和侧壁6的外部。翅片4以关于散热装置1 的纵向轴线A旋转对称的方式连接于壁。相邻翅片4之间的各个间隙形成相应的空气流动 通道26。翅片4的顶部(相对于纵向轴线A)被周向突起(外缘)5所覆盖。翅片4填充杯 状空间，这能够很好地利用可用空间。翅片的厚度以及翅片4之间相应的间隙/距离/通 道宽度是传热能力与可用冷却表面之间的平衡，下面将会进一步说明。在空腔底壁3的下方，翅片4没有接触而是全部连接到共同的散热装置基座11，该 散热装置基座从空腔2的底部向下突出并且具有非零底部区域(散热装置中心)12。基座 11具有金字塔形横截面形状，用于将热量快速地传到主动翅片区域以及用于将强制气流通 畅地引导到通道中，从而避免无效的湍流进而使噪声最小化。宽度、厚度以及中心面积是传 热以及热量快速经过冷却表面(翅片4)之间的折衷选择。从散热装置基座11开始，翅片4以及由此翅片之间的空气流动通道26连续地沿 着侧向空腔壁6 (散热装置本体)上行，到达侧向出口 27，用于使导气通畅，从而实现有效的 空气冷却以及使主动冷却的噪声最小化。换句话说，空气流动通道26被构造成平滑弯曲的 通道，该通道将空气导向侧部开口 27，以便提供热空气的侧向、径向出口，从而避免热空气 在光发射方向上流动。旋转对称的空气出口 27由此降低了单位立体角的流量并且使得可 察觉到的热空气流动最小化，而且尽管主动冷却增强但仍能够减轻噪声。为达到相同的效 果，在端部上设置有空气通道26扩大部——由翅片4外部边缘中的台阶9实现，以便较低 的压力经过可选表壳栅格。翅片4的材料被选择成使得热量快速地传播到翅片4中。侧向空腔壁6也用作传热层，以克服由两个连接器切口 10以及安装特征(类似于 所示的安装柱8)所导致的通道中断。至少侧向空腔壁部分6的厚度是传热能力与空气流 动通道宽度(即冷却表面)之间折衷选择。对于照明特性，空腔2的底面13适于接收至少一个光源，例如一个或多个LED次 粘着基台或者LED模块。次粘着基台的厚度以及材料选择是成本与性能之间的折衷选择。 为了确保热量更好地远离LED次粘着基台传播，基板15的导热系数至少和散热装置1的材 料的导热系数相同。优选地，次粘着基台/LED模块的基板15的导热系数λ高于250W/(m · K)，例如 通过使用Cu或者Cu合金作为材料。继而优选地，散热装置的壁3的导热系数λ在150W/ (m · K)与240W/(m · K)之间，例如通过使用Al或Mg或者它们的合金作为材料。由于铜的 使用受限，这种组合还相对便宜。当然，也可以使用其它材料，特别是其它或者更多金属， 而且还有导热陶瓷，像通常导热系数λ在180W/(m · K)与190W/(m · K)之间的氮化铝陶 瓷(AlN)。此外，根据环境、可用空间以及要耗散的热量的多少，至少空腔壁3 (或者另一方 面整个散热装置1)的材质要是导体良好的材料，优选地是金属，其系数λ至少大约15W/ (m · K)，像不锈钢，特别地其系数λ至少大约IOOW/(m · K)，更优选地在150W/(m · K)与450W/(m · K)之间，进一步优选地在150W/(m · K)与250W/(m · K)之间。此外，如果LED模(dies)被直接放置在仅只一个次粘着基台上，那么后者必须电 绝缘，为此优选导热系数小于240W/(m*K)的材料。同时，LED模的电绝缘必须得到保证，用 于独立的多色彩操作。出于此目的，或者LED的外包装充当电绝缘体，或者必须将LED模放 置在导热系数尽可能高的第一电绝缘次粘着基台上，其例如为导热系数在180W/(m · K)范 围内的A1N。随后该LED组件被放置在第二次粘着基台上。第二次粘着基台在LED组件与 散热装置1之间的集成是冷却性能与材料成本之间的折衷选择。LED次粘着基台的电力线和信号线可以经由连接器切口 10引导。内部侧向表面6 至少部分地充当反射器，其中反射区域可以经过例如抛光、涂漆、通过材料沉积来分层或者 包括反射箔片等，由此用于镜面反射或者漫反射。侧向空腔壁6另外还包括容纳装置，用于 固定光学元件，如将会在下面进一步详细描述的。侧向空腔壁6是杯状的，以便最佳地利用 可用空间。对于机械固定特性，散热装置1进一步包括三个安装柱8，用于将其固定到发光装 置，如将会在下面进一步详细描述的。安装柱8不是关于轴线A成对称布置。对于导气特性，散热装置1可进一步包括导气装置，用于将气流导向其它构件，例 如驱动板。通常地，如果散热装置1是整体式元件、例如加工成一体是有利的，但不是必须 的。图5显示了发光装置14，该装置在壳体28内包括图1到图4中的散热装置1。对于照明特性，发光装置14进一步包括空腔2内的照明装置，该照明装置包括一 个LED次粘着基台，该LED次粘着基台又包括支承多个发光二极管(LED) 16的基板15，其中 LED次粘着基台15、16被安装在空腔2的底面13。照明装置还包括空腔2的顶盖，该顶盖 包括菲涅尔透镜17以及该菲涅尔透镜上的微透镜阵列18。侧向空腔表面6——即空腔壁3 的侧向部分的内表面——充当反射器，通过表面6反射由LED芯片16所发射出的光，并且 这种方式提高了穿过透镜17，18的光的量。反射器由此并非自身支承或者单独的结构，而 是多功能散热装置1的一部分。对于冷却特性，壳体28在周向上包括临近翅片4的顶部区域(排出区域)的侧向 空气出口 19。在所示实施方式中，壳体28对于散热装置1内的气流或者同样地对于发光装 置14没有显著的影响。散热装置1下方设置有流体动力学区域或者导气结构20，其使得强制气流发生器 21(例如风扇)与散热装置1分开。这种情况下的导气结构20被设计成开口的空间。气流 发生器与散热装置基座之间的导气结构20提供了用于形成强制气流的空间，来保证连续 的空气流动以及对风扇功率的充分使用，同时避免源于空气分裂的风扇噪声。侧壁可以以 不同方式成形、例如成形为直管或者呈沙漏形状，用于将冷空气有效地引导到散热装置通 道内。相对于导气结构20以及气流发生器21在侧旁设置有印刷电路板(PCB)23，该印刷 电路板上设置有电力或电子构件，用以控制发光装置14的操作，例如LED驱动器、风扇驱动 器等。PCB 23以旋转对称的方式竖直地放置在圆形/环形支承件24上，从而允许紧凑的设 计和对PCB 23的高效冷却。该环形支承件24又由壳体28来支承。环形支承件24围绕风扇21安置，实现了高度的紧凑性。对于机械固定特性，散热装置(散热装置结构)1可以将 环形支承件24固定和/或紧固到壳体，如将会在下面进一步详细描述的。阻气板25 (任选的)覆盖着散热装置1倾斜的外围定位，即覆盖着翅片4倾斜的 外部边缘定位。对于导气特性，该阻气板25强行使全部冷却空气穿过空气流动通道26，以 便对光源进行最有效的冷却。风扇21下方的壳体28包括圆形进气开口 22，出于清楚的缘故，仅给其中的一些标 有附图标记。图6显示了图5中的发光装置14，在此大体上由箭头C指示气流；通过阴影来强 调散热装置基座11 ；通过点划轮廓线来强调翅片4的轮廓；并且侧向空腔壁6被加重。在发光装置14的操作期间，风扇21经由下方的进气开口 22吸入空气并且通过流 体动力学区域/导气结构20在壳体28内形成气流。导气结构20将大部分层流式气流导引 到散热装置1的底部区域。在那里，空气进入到由相邻翅片4之间的相应间隙形成的空气 流动通道。在散热装置1的底部，特别是由于散热装置基座11的突出的锥形横截面形状， 因而空气转向侧旁，所以散热装置基座11也充当导气元件。空气随后向上流动穿过导气通 道，直到其分别经由侧向出气开口 19以及气流出口 27而被吹到外部。翅片4的顶部上覆 盖有沿侧向突出的散热装置缘5。空气出口 27以及侧向出气开口 19各自的侧向旋转对称 布置尤其地确保了紧凑的设计，使得在光发射方向上的可察觉到的热气流最小化，减少了 单位立体角的流量，并且由此尽管增强了主动冷却仍能够减轻噪音。散热装置翅片周围的 阻气板25只是可选的，它迫使全部冷却空气通过散热装置通道，从而对光源进行最有效的 冷却。在没有阻气板25的情况下，有利地通过从散热装置的空气流动通道泄露的空气 来实现对PCB 23的适度冷却，从而促进了导气特性。由于翅片4与LED次粘着基台15，16处于良好的热接触状态，因此所示的冷却设 计是非常有效的。这首先通过将翅片4在相对较长的长度上连接到散热装置基座11并且 同时基座11由于它相对较大的体积而将热量有效地远离LED次粘着基台15，16传递而得 以实现。同时，空腔壁3显示出良好的传热特性，从而使得翅片4附加地从空腔壁3获得了 显著的热负载。这对于切口 10的区域内的翅片4尤其有用，在该区域内各个翅片的深度进 而传热能力被极大地减弱，但是翅片4仍然能够显著地促进热传递。通常地，散热装置基座 11的尺寸(例如其高度、宽度和大小)、尤其是体积以及空腔壁3的厚度是由较大传热体积 成就的强传热特性与建立一种低成本且轻质的发光装置的期望之间的平衡。图7显示出带有多个示例性设计尺寸的图5和图6中的发光装置14。发光装置 14特别地设计成使用40W+/-30%的光源功率，并且装置14的区域的直径为10-40mm。在光学区域内，已经发现空腔2的底部13处的直径Ll为大约40mm，空腔2的顶部 处的直径L2为大约100mm，以及空腔壁3的高度h为大约60mm能够使得具有非常良好的照 明特性。同时，已经发现，如果只为热量的原因使用而不管其它，那么次粘着基台/基板15 的材料相比用于散热装置1的材料显示出更好的热性能。有利地，次粘着基台/基板15的 宽度最大值为Li，而其厚度(沿纵向轴线)优选地在0.5mm到3mm的范围内。用于传热核 心的有利材料为铜。
对于截头圆锥形状的散热装置基座11，已经发现有利地，基座顶部宽度Lt在Ll
<Lt < 1. 5 X Ll的范围内；基座中心12的宽度Lc在尖端(point tip) < Lc < Ll的范围 内；以及基座11的高度Hb在0. 05XL1 < Hb < 0. 5XL1的范围内。图8以及作为详细图示的图9显示了位于空腔2的底部13与空气出口 19之间的 水平横截面。对于翅片4以及翅片之间形成的空气流动通道26，已经发现有利地，翅片4 的厚度Fl在0. Imm < Fl < 3mm的范围内；翅片4的长度F2在5mm < F2 < 40mm的范围 内；以及空气流动通道26的厚度Cl在0. 4mm < Cl < 8mm的范围内。现在转回参见图7，已经发现，有利地，空气流动通道26的总体高度Hc在Hb < Hc
<h+Hb的范围内。有利地，侧向气流出口 27的高度He在0. 1 XHc < He < 0. 6 XHc的范 围内。空腔壁3的厚度Dw优选地在0. 5mm < Dw < IOmm的范围内。导气结构20的高度Hg优选在介于强制气流发生器(这里是风扇21)的一半高度 与强制气流发生器的两倍高度之间的范围内。此外，确切的尺寸取决于可用空间、光学元件的空间需求、驱动器以及所要求的外 形轮廓，而且还取决于来自光源的总功率和功率密度，并且可以相应地进行改变。图8还显示了以对称方式布置的5个PCB 23的位置，并且进一步显示了带有LED 16的LED次粘着基台，LED 16安装在基板15上，而基板15放置在底部13处。没有显示出 穿过连接器切口 10连接次粘着基台15，16的电力线和信号线。如图9中的放大视图所示，翅片可以具有不同的形状，尽管优选地都为同一形状。 例如，翅片4可以具有矩形横截面形状，翅片29可以是弯曲形状和锥形形状，或者翅片30 可以是三角形形状。其它形式也落入本发明范围之内。图10以类似于图5的视图显示了发光装置31，其中流体动力学区域/导气结构 32在此为沙漏形状，也就是说，侧向壁41朝向中间逐渐变窄(在竖直方向(ζ-)上)。图11和图12显示了从下方观察时不同基本曲率的翅片，也就是，翅片4以平直的 方式从散热装置基座中心12侧向地延伸，而翅片33以喷射流形状延伸。当然，散热装置基 座中心12的区域尺寸可以改变并且甚至可以是尖头形状或者并没有延伸到翅片4，23的底 部边缘。图13以类似于图5的方式显示了发光装置34的横截面，但是穿过其中一个安装 柱8。图13的发光装置34与图5的发光装置14稍稍不同在于没有阻气板，并且此处散热 装置1的反射区域包括反射层35，除了包含LED 16的区域，该反射层35覆盖空腔壁3。其 它构件的形状和功能保持相同。在此按照四个功能区域(即区域A到区域D)对发光装置34进行描述，这些功能 区域作为结构性区域以及对发光系统34中的其它构件(例如风扇21)的功能性指向而被 引入。区域概念对于描述散热装置1的多功能性而言尤其有用，散热装置1的多功能包括 了许多互连功能，比如光学界面(区域A)、热(传导和对流)界面(区域B)、与强制气流的 界面(区域C)、与驱动板23和其它构件(例如风扇21)的外部机械固定以及最初的空气形 成区域(导气区域32)(区域D)。散热装置1可以容易地变化比例(scalable)和集成化， 从而能够实现紧凑的LED发光系统34。如图14中粗略绘制的，照明区域A包括横截面基本呈梯形形状的散热装置空腔2，其中Ll是较小(底)侧，光源36(例如LED次粘着基台)可以放置该侧并且位于其中央； L2是多个光学层17、18准直之后的最终发射表面的尺寸；L3是内部侧向散热装置侧表面 6(侧向空腔壁6)的长度，该表面被用作并塑造成光学反射器。Rt是L2/L1的比值并且通 常范围从1. 25到5，取决于光源36的尺寸以及所需的散热装置散热面积(图14中的Rt大 约等于2，这归结于所需的辐射模式以及相应灯柱的最大直径)。冷却区域B包括金属薄层散热装置结构1，其内部承载安装在区域A中的LED光源 36并且提供有效的散热(被动的和主动的)。散热装置的侧向区域3的厚度DL = F2+Dw 根据固定轮廓尺寸可利用的最大区域来设计并且在几何学上与光源36尺寸相关。通常满 足DL = Ll/n，其中η与光源的瓦特数和尺寸的成比例并且通常处于大约0. 5，…，10的范 围内。对于高瓦特数LED光源36，η应当在较低的范围内。例如，如图14中所绘制，光源功 率为40W、Ll = 40mm并且η = 2. 7 (高功率光源)得出有利的DL为大约10mm。区域C(参见图13)被用作散热装置1的导气结构20、32。该导气结构20、32的高 度可以调节以设定从风扇21到散热装置1的气流层流性(雷诺数)。导气结构20，32的高 度Hg可以进行调节，从而得到最小尺寸，该最小尺寸与安置在导气结构下方的风扇高度有 关，例如是风扇21的高度的一半。该最小尺寸能够提供使密度最优以及在过渡区域之前保 持雷诺数的空气流速层流剖面。通过设定安装柱8的长度，散热装置1与风扇21之间的距 离可以容易地且精确地设定，避免了组装期间进行调整。安装柱8由此充当间隔元件。如图15所示，在区域D，散热装置1设置有安装柱8，用于外部固定以及将附加的 同轴塑料部件或元件37设置到柱8的自由端部(头部)上，其能够通过固定PCB支承件24 而提供对驱动板23的稳定安装，以及提供低公差、机械吸收和电绝缘。塑料元件37通过机 械干涉而被固定到安装柱中。该塑料元件37具有两个重要功能。第一个功能是在完成对 发光装置34的最终安装之前(机械干涉)通过同轴孔而对驱动板23进行定向和固定。第 二个功能是在散热装置1与驱动板23 (以及分别地，与支承件24)之间提供电绝缘，为此塑 料元件37的厚度在1. 2至1. 8mm的范围内。为了容易地组装，支承件24可以首先被按压 到塑料元件37上，由此在附连壳体28之前固定位置。同样的柱8还可被用于固定附加构 件(例如风扇21)，用于主动散热。为此，风扇21、塑料元件37以及安装柱8如图所示全都 分别具有钻孔38、39和40，而且它们彼此对准并适于接收紧固元件，例如螺栓或螺钉。随后 优选螺纹连接柱8的钻孔40。当然，本发明不局限于所示的示例性实施方式。例如，可以使用不同于LED的光源。可以使用超过一个次粘着基台。基座可以具 有其它形状，例如具有矩形横截面形状，例如取决于气流发生器。同时，强制气流发生器可 以不是风扇，而是例如包括振动膜。此外，导气结构20可包括结构化的空气流动通道。附图标记列表1散热装置2 空腔3 空腔壁4竖直翅片5 缘6内部侧向空腔壁
130137]8安装柱0138]9台阶0139]10连接器切口0140]11散热装置基座0141]12散热装置基座中心0142]13空腔底部0143]14发光装置0144]15基板0145]16LED0146]17菲涅尔透镜0147]18微透镜阵列0148]19侧向出气开口0149]20流体动力学区域/导气结构0150]21强制气流发生器0151]22进气开口0152]23印刷电路板0153]24支承件0154]25阻气板0155]26空气流动通道0156]27气流出口0157]28壳体0158]29翅片0159]30翅片0160]31发光装置0161]32流体动力学区域/导气结构0162]33翅片0163]34发光装置0164]35反射层0165]36光源0166]37塑料绝缘元件0167]38钻孔0168]39钻孔0169]40钻孔0170]41侧壁0171]Ll空腔底部直径0172]L2空腔顶部直径0173]h空腔壁的高度0174]Lt散热装置顶部宽度0175]Lc散热装置基座中心宽度(顶尖宽度)
Hb散热装置基座高度
Fl翅片的厚度
F2翅片的侧向长度
Cl空气流动通道的厚度
Hc空气流动通道的总体高度
He侧向气流出口的高度
Dw空腔壁的厚度
Hg导气结构的高度
权利要求
一种散热装置(1)，包括照明区域，所述照明区域包括适于安装光源(15，16)的光源区域(13)以及适于反射从所述光源(15，16)发射出的光的反射区域(6)。
2.如权利要求1所述的散热装置(1)，其中，所述光源包括至少一个LED次粘着基台 (15，16)。
3.如权利要求1或2所述的散热装置(1)，其中，所述照明区域进一步包括光学器件固 定装置，用于固定至少一个光学元件(17，18)。
4.如权利要求3所述的散热装置(1)，其中，所述光学元件包括菲涅尔透镜(17)。
5.如权利要求3或4所述所述的散热装置(1)，其中，所述光学元件包括微透镜阵列 (18)。
6.如前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述反射区域(6)包括散热装 置(1)的被抛光或被涂漆的表面。
7.如权利要求1至5中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述反射区域(6)包括反射 层(35)。
8.如前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述照明区域包括由空腔壁 (3)、空腔底壁(13)以及侧向空腔壁(6)所形成的开口空腔(2)，所述空腔底壁(13)包括所 述光源区域，所述侧向空腔壁(6)包括所述反射区域。
9.如权利要求8所述的散热装置(1)，所述空腔(2)的高度(h)在介于30mm与80mm 之间的范围内，特别是大约60mm。
10.如权利要求8或9所述的散热装置(1)，所述空腔底部(13)的宽度(Li)在介于 20mm与60mm之间的范围内，特别是大约40mm。
11.如权利要求8至10中任一项所述的散热装置(1)，所述空腔(2)的顶部的宽度(L2) 在介于80mm与120mm之间的范围内，特别是大约100mm。
12.如权利要求8至11中任一项所述的散热装置(1)，所述空腔(2)的顶部的宽度(L2) 与所述空腔底部(13)的宽度(Li)的比值(Rt)处于1. 25彡Rt彡5的范围内。
13.如权利要求8至12中任一项所述的散热装置(1)，所述侧向空腔壁(6)的厚度(Dw) 在0. 5mm彡Dw彡IOmm的范围内。
14.如前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，包括导热系数在150-240W/(m· 的范围内的材料。
15.如前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，包括Cu、Al、Mg或者它们的合金。
16.如与权利要求2相结合的前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述 至少一个次粘着基台(15，16)的基板(15)包括导热系数高于250W/(m· 的材料。
17.如与权利要求2相结合的前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述 至少一个次粘着基台(15，16)的基板(15)包括Cu或者Cu合金作为材料。
18.如前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，进一步包括至少一个安装柱(8)， 用于将所述散热装置(1)附连于发光装置(14)。
19.如权利要求18所述的散热装置(1)，包括至少三个以非对称方式布置的安装柱⑶。
20.如权利要求18或19所述的散热装置(1)，其中，所述安装柱(8)在与照明方向相 反的方向上延伸。
21.如权利要求18至20中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述安装柱(8)中的至 少一个安装柱包括钻孔(41)，所述钻孔(41)适于插入紧固元件。
22.如权利要求21所述的散热装置(1)，其中，所述钻孔(41)至少部分地包括螺纹区域。
23.如权利要求18至22中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述安装柱中的至少一 个安装柱包括附连区域，所述附连区域适于在其上附连电绝缘元件(37)。
24.如权利要求21至23中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述至少一个安装柱(8) 在其自由端部处包括所述钻孔(41)的开口以及所述附连区域。
25.如权利要求18至24中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述至少一个安装柱(8) 适于紧固至少一个印刷电路板(23)。
26.如前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)，进一步包括传热及散热结构(4， 11)，所述传热及散热结构(4，11)覆盖包括底部区域及侧向区域的所述散热装置(1)的外 部的至少一部分。
27.如权利要求26所述的散热装置(1)，其中，所述传热及散热结构包括从底部区域通 往侧向区域的至少一个空气流动通道(26)，所述空气流动通道(26)包括侧向出口(19)。
28.如权利要求8至27中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述散热装置(1)包括实 心的散热装置基座(11)，所述散热装置基座(11)从所述光源区域(13)延伸到外部并且从 所述空腔壁(3)突出，并且其中，所述传热及散热结构(4)与所述散热装置基座(11)热连 接。
29.如权利要求28所述的散热装置(1)，其中，所述散热装置基座(11)呈锥形形状，其 中锥形的底部定位在所述光源区域(13)处。
30.如权利要求29所述的散热装置(1)，其中，所述散热装置基座(11)的锥形形状是 圆锥形形状。
31.如权利要求28至30中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述散热装置基座(11) 的基部宽度(Lt)在Ll彡Lt彡1. 5L1的范围内。
32.如权利要求28至31中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述散热装置基座(11) 的顶尖宽度(Lc)在0彡Lc < Ll的范围内。
33.如权利要求28至32中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述散热装置基座(11) 的高度(Hb)在0. 05L1 ^ Hb < 0. 5L1的范围内。
34.如权利要求26或33所述的散热装置(1)，其中，所述传热及散热结构包括多个竖 直排列的翅片(4)。
35.如权利要求34所述的散热装置(1)，其中，两个相邻翅片⑷之间的周向距离(Cl) 在0. 4mm ^ Cl彡8mm的范围内。
36.如权利要求34或35所述的散热装置(1)，其中，所述翅片(4)的厚度(Fl)在 0. Imm ^ Fl ^ 3mm 的范围内。
37.如权利要求34至36中任一项所述的散热装置(1)，其中，所述翅片(4)的侧向长 度(F2)在5mm彡F2彡40mm的范围内。
38.一种发光装置(14 ;34)，包括如前述权利要求中任一项所述的散热装置(1)。
39.如权利要求38所述的发光装置(14;34)，包括气流发生器(21)，所述气流发生器(21)适于向所述散热装置(1)供给强制气流。
40.如权利要求39所述的发光装置(14;34)，其中，所述强制气流发生器(21)适于将 气流(C)供给到所述散热装置(1)的底部。
41.如权利要求40所述的发光装置(14;34)，其中，所述气流发生器(21)定位在所述 散热装置(1)下方。
42.如权利要求38至41中任一项所述的发光装置(14;34)，其中，所述气流发生器 (21)通过导气结构(20 ；32)与所述散热装置(1)间隔开。
43.如权利要求42所述的发光装置(14；34)，其中，所述导气结构(20 ；32)包括开口空间。
44.如权利要求42或43所述的发光装置(14)，其中，所述开口空间具有直管的基本形状。
45.如权利要求42或43所述的发光装置(34)，其中，所述开口空间为沙漏形状。
46.如权利要求42至45中任一项所述的发光装置(14；34)，其中，所述导气结构(20 ； 32)的高度(Hg)在介于所述强制气流发生器(21)的一半高度与所述强制气流发生器(21) 的两倍高度之间的范围内。
47.如权利要求38至46中任一项所述的发光装置(14；34)，进一步包括支承件(24)， 所述支承件适于支承至少一个印刷电路板。
48.如权利要求47所述的发光装置(14；34)，其中，所述支承件(24)为圆形形状，并且 围绕所述导气结构和所述强制气流发生器中的一个定位。
49.如权利要求47或48所述的发光装置(14；34)，其中，所述支承件(24)包括至少一 个通孔(39)，用于接收所述安装柱(8)中的一个安装柱。
50.如权利要求47至49中任一项所述的发光装置(14;34)，其中，至少一个PCB (23) 以与所述支承件(24)垂直的方式附连于所述支承件(24)。
51.如权利要求50所述的发光装置(14;34)，其中，多个PCB(23)围绕所述发光装置 (14 ；24)的纵向轴线(A)以对称方式布置。
52.如权利要求38至51中任一项所述的发光装置(14;34)，其中，所述强制气流发生 器(21)的钻孔(38)与所述安装柱⑶中的一个安装柱的钻孔(40)对准，以接收共同的紧 固元件。
全文摘要
一种散热装置(1)，该散热装置(1)包括照明区域，该照明区域包括适于安装光源(15，16)的光源区域(13)以及适于反射从光源(15，16)发射出的光的反射区域(6)。
文档编号F21K99/00GK101970935SQ200780101831
公开日2011年2月9日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者乔瓦尼·希拉, 亚历山德罗·斯科尔迪诺, 妮科尔·布赖德纳塞尔 申请人:奥斯兰姆有限公司