RU2619912C2 - Светодиодный осветительный прибор - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение эффективности теплоотвода. Светодиодный осветительный прибор содержит печатную плату (ПП) планарной структуры, светодиодный чип, установленный на поверхности ПП, опору, связанную с другой поверхностью ПП, и радиатор, связанный с опорой и предназначенный для рассеивания тепла, выделяемого светодиодным чипом. Опора выполнена с несплошным сквозным отверстием, проходящим через обе поверхности опоры, и связана с радиатором. Радиатор содержит контур тепловой трубки, сформированной в виде капиллярных трубок, в которых расположена рабочая текучая среда, и имеет теплопроводящий участок, предназначенный для передачи тепла от опоры, и теплорассеивающий участок для рассеяния тепла. При этом контур тепловой трубки радиатора связан с опорой, когда теплопоглощающий участок радиатора, вставленный от поверхности опоры в указанное несплошное сквозное отверстие, входит в контакт с ПП. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к светодиодному осветительному прибору.

Уровень техники

В светодиодном осветительном приборе происходит большое выделение тепла вследствие тепла, генерируемого светоизлучающим диодом (СИД). Как правило, при перегреве светодиодного осветительного прибора может возникать операционная ошибка или повреждение самого светодиодного осветительного прибора. Таким образом, необходима схема тепловыделения, предотвращающая перегрев. Кроме того, подача питания на СИД также способствует выделению большого количества тепла, и при перегревании блока питания его ресурс значительно сокращается.

В публикации Корейской полезной модели №20-2009-0046370 раскрывается устройство, предшествующее идее настоящего изобретения.

Светодиодный осветительный прибор предшествующего уровня техники может содержать светодиодную сборку, включающую светодиодный чип, металлическую печатную плату (ПП), на верхней поверхности которой установлена светодиодная сборка, а на нижней поверхности металлической ПП смонтирован радиатор.

Согласно предыдущему уровню техники, тепло, генерируемое светодиодным чипом, проходит через подложку светодиодной сборки и металлическую ПП и передается в радиатор. Однако согласно предыдущему уровню техники, различные компоненты монтируются на пути передачи тепла, и тепловое сопротивление всех компонентов действует на пути передачи тепла; таким образом, может не обеспечиваться эффективное рассеяние тепла, выделяемого светодиодным чипом.

Кроме того, это может приводить к усложнению конструкции и способа изготовления светодиодного осветительного прибора, что является неэффективным с точки зрения производственных затрат и времени.

Известный уровень техники

Патентный документ

Корейская полезная модель №20-2009-0046370 (опубликована 11 мая 2009).

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Идея настоящего изобретения заключается в создании светодиодного осветительного прибора, обладающего простой конструкцией и высокими характеристиками теплового излучения.

Техническое решение

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предлагается светодиодный осветительный прибор, содержащий: печатную плату (ПП) планарной структуры; светодиодный чип, установленный на поверхности ПП; опору, прикрепленную к другой поверхности ПП; и радиатор, соединяемый с опорой, рассеивающий тепло, выделяемое светодиодным чипом, в котором опора содержит несплошное сквозное отверстие, проходящее через обе поверхности опоры, и радиатор соединяется с опорой, когда часть радиатора, вставляемая с поверхности опоры в сквозное отверстие, входит в контакт с ПП.

Радиатор может содержать контур тепловой трубки типа пульсационной капиллярной трубки, причем контур тепловой трубки сформирован в виде капиллярной трубки, в которую введена рабочая текучая среда, и контур тепловой трубки содержит теплопоглощающий участок, связанный с опорой, с тем чтобы передавать тепло, и теплорассеивающий участок, конфигурированный для рассеяния тепла, поглощенного теплопоглощающим участком, причем контур тепловой трубки связан с опорой, когда теплопоглощающий участок, вставленный со стороны поверхности опоры в указанное сквозное отверстие, входит в контакт с ПП.

Радиатор может содержать теплоизлучающую структуру, сформированную из теплопроводного металла в виде проволоки или катушки.

Опора и радиатор могут быть связаны друг с другом с помощью теплопроводного адгезива.

Контур тепловой трубки может иметь спиральную конструкцию и размещен он в виде петли таким образом, чтобы образовывать теплорассеивающий участок радиальной формы.

Преимущества изобретения

Согласно одному или нескольким возможным вариантам изобретения, может быть изготовлен светодиодный осветительный прибор, имеющий простую конструкцию и обладающий высокими характеристиками теплового излучения, поскольку часть радиатора проходит сквозь опору для контакта с печатной платой, которая связана с опорой.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - перспективное изображение, демонстрирующее светодиодный осветительный прибор согласно примеру осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 - перспективное изображение светодиодного осветительного прибора с пространственным разделением деталей согласно примеру осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 - вид в разрезе светодиодного осветительного прибора согласно примеру осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - увеличенное изображение части светодиодного осветительного прибора согласно примеру осуществления изобретения, в котором печатная плата (ПП), опора и радиатор связаны друг с другом; и

Фиг. 5 - светодиодный осветительный прибор согласно примеру осуществления изобретения, в котором радиатор вставлен в сквозное отверстие в опоре.

Осуществление изобретения

Термины, используемые в настоящем описании, служат только для иллюстрации основной идеи изобретения, и их не следует интерпретировать как ограничивающие смысл или объем изобретения, которые определяются приложенной формулой изобретения. Термины в единственном числе, если не оговорено особо, подразумевают также значения во множественном числе.

Если указывается, что какая-либо деталь "включает в себя (содержит)" какой-либо элемент, если не оговорено особо, следует иметь в виду, что данная деталь может содержать и другие элементы. Кроме того, если указывается, что какой-либо элемент расположен "на" другом элементе, фактически он может располагаться как над, так и под данным элементом; не обязательно означает, что один элемент находится на другом элементе в направлении действия силы тяжести.

Если в настоящем описании указывается, что какой-либо составляющий элемент "связан" с другим составляющим элементом, это не обязательно означает, что первый элемент соединен со вторым непосредственно; указанные элементы также могут быть связаны по меньшей мере через один элемент, расположенный между ними.

Следует иметь в виду, что несмотря на использование терминов "первый", "второй" и т.д. для описания различных элементов, эти элементы не ограничиваются этими терминами. Эти термины используются лишь для того, чтобы разделять и отличать один элемент от другого.

Иными словами, поскольку размеры и толщина изображенных на фигурах компонентов являются произвольными, что сделано для удобства объяснения, описываемые примеры осуществления изобретения ими не ограничиваются.

Ниже приводится подробное описание светодиодного осветительного прибора согласно возможным вариантам со ссылками на прилагаемые чертежи. Общие компоненты отмечены одинаковыми ссылочными позициями, независимо от номера фигуры, повторные пояснения не приводятся.

На Фиг. 1 представлено перспективное изображение светодиодного осветительного прибора 2000 согласно примеру осуществления изобретения. На Фиг. 2 показано перспективное изображение светодиодного осветительного прибора 2000 с пространственным разделением деталей согласно примеру осуществления изобретения. На Фиг. 3 показан вид в разрезе светодиодного осветительного прибора 2000 согласно примеру осуществления изобретения. На Фиг. 4 приведено увеличенное изображение части светодиодного осветительного прибора 2000 согласно примеру осуществления изобретения, в котором печатная плата (ПП) 100, опора 300 и радиатор 400 связаны друг с другом. На Фиг. 5 показан светодиодный осветительный прибор 2000 согласно примеру осуществления изобретения, в котором радиатор вставлен в сквозное отверстие в опоре.

Как показано на Фиг. 1-5, светодиодный осветительный прибор 2000 содержит ПП 100, светодиодный чип 200, опору 300 и радиатор 400.

ПП 100 может иметь планарную структуру, а светодиодный чип 200 может устанавливаться на поверхности ПП 100; а опора 300 связана с другой поверхностью ПП 100. ПП 100 может быть сформирована на изоляционном слое, таком как FR-4, и схема может быть сформирована на изоляционном слое.

Светодиодный чип 200 установлен на одной поверхности ПП 100 и может излучать свет при использовании электроэнергии. В этом случае светодиодный чип 200 может представлять собой, например, светодиодную сборку, сформированную из подложки и светодиодного осветительного прибора, который установлен на подложке для формирования сборки. Структура, количество и расположение светодиодных чипов 200 могут выбираться разными, в зависимости от требований.

Опора 300 связана с другой поверхностью ПП 100; при этом может быть предусмотрен дополнительный элемент, позволяющий осуществить более стабильное соединение между ПП 100 и радиатором 400.

Радиатор 400 связан с опорой 300 таким образом, чтобы обеспечивалось рассеяние тепла, генерируемого светодиодным чипом 200, и рассеяние тепла светодиодного чипа 200, которое передается через ПП 100 и опору, за счет теплопроводности и конвективного теплообмена.

Конструкция радиатора 400 не ограничивается типами конструкций, показанными на Фиг. 1-5, и в качестве радиатора 400 может быть использована теплоизлучающая конструкция, выполненная из теплопроводного металла, такого как медь, в виде проволоки или катушки. Радиатор 400 может быть модифицирован различными способами в зависимости от необходимости. В частности, радиатор 400 может иметь конструкцию, способную обеспечивать максимально эффективное тепловое излучение, такую как охлаждающее ребро.

В опоре 300 выполнено несплошное сквозное отверстие 310, проходящее через обе поверхности опоры 300, и часть радиатора 400 вставляется в сквозное отверстие 310 с одной поверхности опоры 300, чтобы таким образом входить в контакт с ПП 100, для связи радиатора 400 с опорой 300.

В данном случае несплошным сквозным отверстием 310 обозначено множество сквозных отверстий 310, которые дискретно образованы по одной поверхности опоры 300, без соединения одного отверстия с другим.

В частности, как показано на Фиг. 4 и 5, радиатор 400 имеет конструкцию с охлаждающими ребрами, в которой соответствующие охлаждающие ребра вставлены в сквозные отверстия 310 таким образом, чтобы непосредственно контактировать с ПП 100.

Таким образом, может быть сформирована конструкция с ребрами, внедренными в ПП (РВПП), в которой на одну поверхность ПП 100 наносится теплопроводный адгезивный слой, и соответствующие охлаждающие ребра заделываются в теплопроводный адгезивный слой таким образом, что они оказываются расположенными в ПП 100 или проходят сквозь опору, соединяясь с ПП 100.

В конструкции РВПП между светодиодным чипом 200 и ПП 100 дополнительно наносят материал теплового взаимодействия (МТВ), чем обеспечивается защита радиатора 400 с самого начала.

Как указывалось выше, в светодиодном осветительном приборе 2000 согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения, выделяемое светодиодным чипом 200, не проходит по сложному пути передачи, а рассеивается радиатором 400, непосредственно соединенным с ПП 100, за счет чего обеспечивается минимальная теплостойкость и повышается эффективность теплового излучения.

В светодиодном осветительном приборе 1000 согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения, радиатор 400 может содержать контур 410 тепловой трубки типа пульсационной капиллярной трубки, которая сформирована в виде капиллярных трубок, в которые введена рабочая текучая среда, и содержит теплопоглощающий участок, связанный с опорой 300, с тем чтобы передавать тепло, и теплорассеивающий участок, служащий для рассеяния тепла, поглощенного теплопоглощающим участком. Контур 410 тепловой трубки может быть связан с опорой 300, когда теплопоглощающий участок контура 410 тепловой трубки вставляется от одной поверхности опоры 300 в сквозное отверстие для вхождения в контакт с ПП 100.

Таким образом, при вставке теплопоглощающих участков в соответствующие сквозные отверстия 310 для связи с опорой 300, часть тепла, генерируемого тепловыделяющим элементом, может не проходить через опору 300, а передаваться непосредственно с ПП 100 к контуру 410 тепловой трубки.

В результате, положение теплопоглощающего участка может быть стабильно зафиксировано, и путь передачи тепла упрощается, что предотвращает снижение эффективности теплового излучения.

В рассматриваемом случае, как показано на Фиг. 1-5, частью контура 410 тепловой трубки, связанной с опорой 300, может быть теплопоглощающий участок, принимающий тепло от опоры 300. Кроме того, внешняя часть контура 410 тепловой трубки, отделенная от опоры 300, может быть основным теплорассеивающим участком.

В частности, контур 410 тепловой трубки выполнен в виде тепловой трубки типа пульсационной капиллярной трубки, в которой используется динамическое давление текучей среды, и, таким образом, может быстро рассеиваться большое количество тепла. Кроме того, контур тепловой трубки, имеющий конструкцию капиллярных трубок, обладает малым весом, и, таким образом, светодиодный осветительный прибор 2000 согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения может быть структурно устойчивым.

Тепловая трубка типа пульсационной капиллярной трубки заполняется рабочей текучей средой и пузырьками в определенном соотношении, а затем капиллярная трубка герметизируется. Тепловая трубка типа пульсационной капиллярной трубки имеет цикл теплопередачи, в соответствии с которым большое количество тепла передается в виде скрытого тепла путем расширения по объему и конденсации пузырьков и рабочей текучей среды.

Механизм теплопередачи работает таким образом, что в результате поглощения определенного количества тепла теплопоглощающим участком возникает пузырьковое кипение, так что пузырьки в теплопоглощающем участке увеличиваются в объеме. Поскольку внутренний объем капиллярной трубки остается неизменным, пузырьки в теплорассеивающем участке, который испускает свет, сжимаются на величину, соответствующую количеству тепла, поглощенного пузырьками, объем которых увеличился.

В результате, равновесие давления в капиллярной трубке нарушается, и в ней возникает поток, включающий колебание рабочей текучей среды и пузырьков, что приводит к росту температуры вследствие изменения объема пузырьков и передаче скрытой теплоты, в результате чего происходит рассеяние тепла.

Тепловая трубка типа пульсационной капиллярной трубки может включать капиллярную трубку из металла, такого как медь или алюминий, которая имеет высокую теплопроводность. Соответственно, тепло может передаваться быстро, и изменение объема пузырьков, введенных в тепловую трубку, может происходить быстро.

В светодиодном осветительном приборе 2000 согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения опора 300 и радиатор 400 могут быть связаны друг с другом с помощью теплопроводного адгезива 420. В этом случае опора 300 и радиатор 400 могут быть выполнены из различных материалов.

Если опора 300 и радиатор 400 выполнены из различных материалов, может быть применен адгезивный слой для соединения опоры 300 с радиатором 400, однако использование обычного адгезива может ухудшать характеристики теплопроводности.

Таким образом, благодаря связи опоры 300 и радиатора 400 с помощью теплопроводного адгезива 420, обладающего высокой теплопроводностью, предотвращается ухудшение характеристик теплопередачи.

В светодиодном осветительном приборе 2000 согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения другая поверхность опоры 300 может быть отполирована до состояния зеркала. В этом случае под полировкой понимается шлифование поверхности до гладкости, и указанная другая поверхность опоры 300 может быть доведена до образования зеркальной поверхности с относительно небольшим трением на указанной полировке.

Светодиодный осветительный прибор 2000 согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения может также содержать временную пластину (не показана), прикрепленную с возможностью отсоединения к указанной другой поверхности опоры 300, чтобы закрывать указанную другую поверхность опоры 300.

То есть временная пластина (не показана) может быть прикреплена к указанной другой поверхности опоры 300 для защиты указанной другой поверхности опоры 300 во время процесса изготовления, или для увеличения однородности поверхности. Кроме того, если в процессе изготовления дополнительный элемент, такой как ПП 100, должен быть соединен с указанной другой поверхностью опоры 300, временная пластина может быть отсоединена от указанной другой поверхности опоры 300, а впоследствии снова прикреплена к ней.

В этом случае, указанная другая поверхность опоры 300 формируется как зеркальная поверхность с относительно небольшим трением, и, таким образом, временную пластину можно легко отсоединить от указанной другой поверхности опоры 300.

В светодиодном осветительном приборе 2000 согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения контур 410 тепловой трубки может быть выполнен в виде спирали и расположен в виде петли, так чтобы образовывать теплорассеивающий участок радиальной формы.

Как подробно показано на Фиг. 1-3, контур 410 тепловой трубки образован единичными трубками, непрерывно соединенных одна с другой; и может иметь спиральную конфигурацию. Вышеупомянутая спиральная конфигурация, в которой капиллярные трубки намотаны плотно друг к другу, позволяет эффективно создать длинные капиллярные трубки в ограниченном объеме.

Кроме того, контур 410 тепловой трубки согласно рассматриваемому примеру осуществления изобретения может быть выполнен в виде петли, и два конца контура 410 тепловой трубки, который имеет со спиральную конфигурацию, могут быть соединены друг с другом. Таким образом, контур 410 тепловой трубки может иметь радиальную форму с полой центральной частью; такой контур 410 тепловой трубки может иметь высокую проницаемостью независимо от направления установки. Поэтому контур 410 тепловой трубки может обладать отличной характеристикой отвода тепла независимо от направления его установки.

В этом случае контур 410 тепловой трубки может быть выполнен открытым или замкнутым. Кроме того, при использовании нескольких контуров 410 тепловой трубки, все они или некоторые из них могут быть гидравлически соединены с рядом расположенными контурами 410. Таким образом, каждый из контуров 410 тепловой трубки может иметь открытую или замкнутую общую конфигурацию, в зависимости от предъявляемых к конструкции требований.

Кроме того, несмотря на то, что в рассматриваемом примере осуществления изобретения используется контур 410 тепловой трубки спиральной конфигурации, в которой единичные петли непрерывно соединены, варианты осуществления изобретения не ограничиваются данным примером, и контур 410 тепловой трубки может иметь различные формы, такие как конфигурация, в которой отдельные единичные петли расположены последовательно.

Блок питания 500 снабжает энергией светодиодный чип 200, и может содержать источник питания, подключенный к светодиодному осветительному прибору 2000, например, импульсный источник электропитания (ИИЭП).

Устройство может содержать защитный элемент 600 для защиты внутренних компонентов и создания эффективного воздушного потока. Защитный элемент 600 может быть выполнен из прозрачного материала, пропускающего свет, и может соединяться с основанием 800, так чтобы закрывать внутренние компоненты.

Защитный элемент 600 закрывает боковую поверхность и нижнюю часть светодиодного осветительного прибора 2000, так чтобы закрыть внутренние компоненты от возможного повреждения и загрязнения.

Основание 800 окружает боковую поверхность и верхнюю часть светодиодного осветительного прибора 2000, так чтобы закрыть внутренние компоненты светодиодного осветительного прибора 2000, чтобы в результате быть связанным с защитным элементом 600. Основание 800 может быть отформовано из изоляционного материала, например, из синтетической смолы.

Электросоединительный узел 700 может прикрепляться к торцовой части основания 800. В качестве электросоединительного узла 700 могут использоваться розетки с конструкцией типа Эдисона или типа Свана.

Сквозное отверстие может быть выполнено в верхней поверхности основания 800 по всем направлениям; воздух, протекающий в горизонтальном направлении относительно основания 800, также может проходить сквозь основание 800, чем обеспечивается дальнейшее улучшение отвода тепла.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано и объяснено со ссылками на конкретные примеры его осуществления, специалистам среднего уровня квалификации в данной области должно быть понятно, что могут быть произведены различные модификации и изменения данного изобретения без отклонения от сущности и выхода за рамки объема настоящего изобретения.

Ссылочные позиции

100: печатная плата

200: светодиодный чип

300: опора

310: сквозное отверстие

400: радиатор

410: контур тепловой трубки

420: теплопроводный адгезив

500: блок питания

600: защитный элемент

700: электросоединительный узел

800: основание

2000: светодиодный осветительный прибор

Claims (11)

1. Светодиодный осветительный прибор, содержащий печатную плату (ПП) планарной структуры; светодиодный чип, установленный на поверхности ПП; опору, связанную с другой поверхностью ПП; и радиатор, который связан с опорой и предназначен для рассеивания тепла, выделяемого светодиодным чипом,

при этом опора содержит несплошное сквозное отверстие, проходящее через обе поверхности опоры,

а радиатор связан с опорой, когда часть радиатора, вставленного от поверхности опоры в указанное сквозное отверстие, входит в непосредственный контакт с ПП,

при этом радиатор содержит контур тепловой трубки типа пульсационной капиллярной трубки, причем контур тепловой трубки сформирован в виде капиллярных трубок, в которые введена рабочая текучая среда, и содержит теплопоглощающий участок, связанный с опорой для передачи тепла, и теплорассеивающий участок, конфигурированный для рассеяния тепла, поглощенного теплопоглощающим участком,

при этом контур тепловой трубки связан с опорой, когда теплопоглощающий участок, вставленный от поверхности опоры в указанное сквозное отверстие, входит в контакт с ПП.

2. Светодиодный осветительный прибор по п. 1, в котором контур тепловой трубки имеет спиральную конфигурацию и расположен в виде петли, так чтобы формировать теплорассеивающий участок радиальной формы.

3. Светодиодный осветительный прибор, содержащий печатную плату (ПП) планарной структуры; светодиодный чип, установленный на поверхности ПП; опору, связанную с другой поверхностью ПП; и радиатор, который связан с опорой и предназначен для рассеивания тепла, выделяемого светодиодным чипом,

при этом опора содержит несплошное сквозное отверстие, проходящее через обе поверхности опоры,

а радиатор связан с опорой, когда часть радиатора, вставленного от поверхности опоры в указанное сквозное отверстие, входит в непосредственный контакт с ПП,

при этом радиатор содержит теплоизлучающую конструкцию, выполненную из теплопроводного металла в виде проволоки или катушки.

4. Светодиодный осветительный прибор по п. 1 или 3, в котором опора и радиатор связаны друг с другом с помощью теплопроводного адгезива.

Images