照明設備的制作方法
【專利摘要】一種照明設備，包括能相對于彼此在打開配置與關閉配置之間移動的兩個殼體半件。底部殼體半件包括設置于其中的基底，基底本身承載至少一個LED，該LED發(fā)射穿過底部殼體半件中的窗口的光。當殼體處于關閉配置時，由至少一個各向異性的導熱石墨層制成的熱橋與基底和頂部殼體半件熱接觸，但是當殼體處于打開配置時其與基底或頂部殼體半件脫離。
【專利說明】照明設備

【背景技術】
[0001]LED照明方案已經變得越來越受個人和商業(yè)應用歡迎。因此，LED照明如今在形狀因數和光強度方面可獲得足夠小以用于桌燈或足夠大以用于停車場或街道照明。與白熾燈泡不同，LED照明是相對熱敏感的，如果超過溫度閾值則可能減少LED的工作壽命。為了對大面積應用(諸如停車場照明或街道照明)提供足夠的亮度，LED照明模塊必須具有相對高的功率。即使考慮到當與白熾燈或熒光照明相比LED照明的增加的效率，在這樣高功率光源的情況下，也會產生顯著的熱量。因此，為了這些較大應用，熱量管理在避免性能降級方面是重要的考慮。


【發(fā)明內容】

[0002]根據本發(fā)明的一個方面，照明設備包括具有窗口的底部殼體和可以相對于底部殼體在打開配置與關閉配置之間移動的頂部殼體。承載至少一個LED的基底被放置在底部殼體上并且來自至少一個LED的光透射穿過窗口。熱橋包括至少一個各向異性的導熱石墨層，并且當頂部殼體處于關閉配置時與基底和頂部殼體熱接觸。當頂部殼體處于打開配置時，熱橋脫離與基底或頂部殼體的熱接觸。
[0003]根據本發(fā)明的另一個方面，照明設備包括具有窗口的底部殼體和樞轉地緊固到底部殼體的頂部殼體。頂部殼體可以繞樞軸在打開配置與關閉配置之間移動?；壮休d至少一個LED?；妆辉O置在底部殼體中并且來自至少一個LED的光透射穿過窗口。熱橋包括至少一個各向異性的導熱石墨層，并且與基底和頂部殼體熱接觸。熱橋也被設置在樞軸附近并且當從關閉配置移動到打開配置時彎曲。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1是LED照明設備的側視圖。
[0005]圖2是根據所披露的實施例的一個方面的葉片和接收器的前部放大圖。
[0006]圖3是圖2的葉片和接收器的側視圖。
[0007]圖4是LED照明設備的第二實施例的側視圖。
[0008]圖5是熱橋的等距視圖。
[0009]圖6是圖5的熱橋的側視圖。
[0010]圖7是LED照明設備的第三實施例的側視圖。

【具體實施方式】
[0011]本披露涉及具有用于從LED模塊移除熱量的熱量管理系統(tǒng)的照明設備。具體來說，熱量管理系統(tǒng)將熱量直接移除到殼體的與熱源相對的側面上的外部殼體壁。照明設備可以是適配用于街道或停車場照明應用中的任何風格，但是有利地是大形狀因數的照明設備。LED模塊可以包括安裝在印刷電路板上的一個或多個LED，印刷電路板對(多個)LED的照明供電并進行控制。在一個實施例中，LED模塊產生至少約3，000流明。在另一個實施例中，LED模塊產生至少約5，OOO流明。在另一個實施例中，LED模塊產生至少約7，500流明。在其他實施例中，LED模塊產生至少約10，000流明。
[0012]在一個實施例中，熱量管理系統(tǒng)包括熱橋和可選的熱收集器。熱橋與LED模塊熱接觸以便將熱量從LED模塊移動到與LED模塊相對的殼體壁，從而減少熱量對LED模塊的部件的作用。在一個實施例中，熱橋橫跨殼體內部從LED模塊直接延伸到相對的殼體壁。以此方式，熱橋將熱量移動到殼體的相對遠的部分并且安全地遠離LED模塊。
[0013]在一個實施例中，熱橋被配置成在打開殼體時分離并且此后在關閉殼體時接合殼體壁或LED模塊。在這些或其他實施例中，熱橋在無需移除額外的機械緊固件的情況下分離。在一個實施例中，熱橋包括從一個殼體半件延伸并且接合緊固到LED模塊的接收部分的刀形件。在其他實施例中，熱橋包括在LED模塊與頂部殼體之間延伸的偏置構件，在關閉照明設備殼體時偏置構件被壓縮。在其他實施例中，熱橋包括設置在LED模塊與頂部殼體之間在樞軸附近的柔性構件。
[0014]在一些實施例中，熱橋由具有一個或多個支撐層的一個或多個壓縮顆粒的分層石墨片形成。在其他實施例中，熱橋包括具有一個或多個支撐層的一個或多個熱解石墨層。在其他實施例中，熱橋可以由熱解石墨和一個或多個壓縮顆粒的分層石墨片形成?！盁峤馐币馕吨木埘啺菲?，在專利號為5，091，025的美國專利中，該專利的披露內容以引用的方式并入本文。支撐層可以是具有足夠強度來支撐熱橋的任何材料，包括例如金屬或塑料材料。壓縮的分層石墨材料(諸如石墨片或箔)是具有良好操作強度地緊密結合的，并且通過例如棍壓而適當地壓縮到約0.05 mm至3.75 mm的厚度和約0.4g/cc至2.0g/cc或更高的典型密度。當用于根據當前披露的熱橋中時，壓縮顆粒的分層石墨片應具有至少約0.6 g/cc的密度,更優(yōu)選地至少約1.1 g/cc,最優(yōu)選地至少約1.6 g/cc的密度。石墨片散熱器的密度的上限為約2.0 g/cc。適用于本披露的熱橋中的一種石墨片為從俄亥俄州帕爾馬的GrafTech Internat1nal Holdings有限公司購得的eGRAF?材料。
[0015]如果需要，則可以用樹脂來處理壓縮顆粒的分層石墨片，并且吸收的樹脂在固化之后增強石墨物品的耐濕性和操作強度(即，硬度)以及“固定”物品的形態(tài)。適合的樹脂含量優(yōu)選地按重量計至少約為5%，更優(yōu)選地按重量計約為10%至35%，并且適合地按重量計高達約60%。發(fā)現尤其可用于本發(fā)明實踐中的樹脂包括基于丙烯酸、基于環(huán)氧的和基于酚醛的樹脂系統(tǒng)、基于氟代的聚合物或者其混合物。適合的環(huán)氧樹脂系統(tǒng)包括基于雙酚A的二環(huán)氧甘油醚(DGEBA)的那些樹脂系統(tǒng)和其他多功能樹脂系統(tǒng)；可以使用的酚醛樹脂包括可溶酚醛樹脂或酯醛樹脂?？蛇x地，作為樹脂的添加或替代樹脂，柔性石墨可以用纖維和/或鹽來浸潰。此外，樹脂系統(tǒng)可以使用反應性或非反應性添加劑來修改性質(諸如黏著性、物質流、疏水性等)。
[0016]在某些實施例中，可以將多個石墨片層壓成單一物品以用于本文披露的熱量管理系統(tǒng)中。壓縮顆粒的分層石墨片可以用其之間的適合的黏合劑來層壓，諸如壓敏或熱激活的黏合劑。選定的黏合劑應平衡粘合強度與最小化厚度，并且能夠在尋求傳熱的工作溫度維持充分的粘合。適合的黏合劑將會是本領域技術人員已知的，并且包括丙烯酸樹脂和酚醛樹脂。
[0017](多個)石墨片應具有至少150W/m*K的面內導熱率。在其他實施例中，石墨片呈現至少300 W/m*K的面內導熱率。在其他實施例中，石墨片呈現至少400 W/m*K的面內導熱率。在其他實施例中，石墨片呈現至少600 W/m*K的面內導熱率。在其他實施例中，石墨片呈現至少700 W/m*K的面內導熱率。在其他實施例中，石墨片呈現至少1500 W/m*K的面內導熱率。在一個實施例中，石墨片材料可以為10微米至1500微米厚。
[0018]熱量管理系統(tǒng)可以可選地包括設置成與LED模塊熱接觸并且位于LED模塊與熱橋之間的散熱器。在包括散熱器的實施例中，來自LED模塊的熱能由散熱器收集，并且此后通過熱橋傳遞到相對的殼體壁。散熱器應是各向同性的并且有利地是金屬元件，諸如銅或鋁或其合金。根據本披露，各向同性意味著形成熱收集器的材料具有不大于2.0、優(yōu)選地小于2.0、更優(yōu)選地不大于1.5并且甚至更優(yōu)選地約1.0的熱各向異性率。在某個實施例中，散熱器的熱各向異性比可以在約1.0直至約2.0的范圍內。
[0019]在包括散熱器的實施例中，散熱器可以設置成與LED模塊熱接觸。有利地，散熱器可以是基本平面形的并且設置成接近LED模塊的(多個)LED ;在本文披露的熱量管理系統(tǒng)的某些實施例中，散熱器與LED模塊的印刷電路板熱接觸，并且用作將熱量從(Sf)LED轉移到熱橋的中介。
[0020]如本文所使用，熱接觸意味著第一部件相對于第二部件設置成使得在其之間傳遞熱量。實體接觸是熱接觸的優(yōu)選形式，然而殼體、電路板或熱傳遞元件(諸如熱界面材料或類似物)可以被設置在第一部件與第二部件之間以促進熱傳遞。在某些實施例中，可以使用黏合劑來將熱界面材料維持就位，或者在一些實施例中，可以使用黏合劑來確保散熱器或熱橋與LED模塊或者散熱器與熱橋之間的良好接觸得到維持。
[0021]在一個實施例中，用來形成散熱器的材料具有兩個主要表面和至少10 W/m*K的導熱率以便從LED模塊吸收充分的熱量。在其他實施例中，用來形成熱收集器的材料的導熱率為至少100 W/m*K。如已提到，在一些實施例中，金屬可以是鋁、銅或者其合金。
[0022]現在參照圖1，展示LED照明設備，并且其總體由數字10來指示。照明設備10包括可拆卸地連接到頂部殼體14的底部殼體12。因此，可以將照明設備放置成打開配置(例如，圖1)，其中暴露了照明設備10的內部部分。還可以將照明設備放置成關閉配置(未示出)，其中下部殼體12和上部殼體14以基本上封閉內部體積的方式緊固在一起。
[0023]在一個實施例中，底部殼體12可以在樞軸點16處樞轉地附接到頂部殼體14 (通過例如鉸鏈或類似物)。在其他實施例中，底部殼體12可以從頂部殼體14完全地拆卸。頂部殼體14可以由任何材料制成，但是在一個具體實施例中，由導熱材料制成。例如，頂部殼體14可以由金屬(諸如鋁或鋼)制成。替代地，頂部殼體可以由導熱塑料制成。塑料的導熱性可以通過例如向其添加導熱添加劑來增加。
[0024]底部殼體12承載LED燈模塊18，該模塊包括產生光的一個或多個LED，光透射穿過清澈的或半透明的保護性窗口 20。LED模塊18可以包括基底22，諸如像印刷電路板，(多個)LED或可選的功率和控制電子元件可以布置在該基底上?；?2可以是基本平面的并且大小被確定為裝在下部殼體12上或下部殼體12內部。由(Sf)LED和功率電子元件產生的熱量通過熱橋24有利地從LED模塊18移除。有利地，熱橋24將熱能從LED模塊18移到頂部殼體14，在頂部殼體處熱能被輻射或者以其他方式從照明設備10移除。
[0025]熱橋24可以通常包括葉片26和接收器28。葉片26被緊固到頂部殼體14并且從其朝向基底22向下延伸。接收器28從基底22向上延伸，并且被設置在其上以在下部殼體12與上部殼體14接合并且處于關閉配置時接合葉片26。應了解，葉片26和接收器28的配置可以顛倒，其中葉片26從基底22向上延伸而接收器28可以緊固到頂部殼體14并且從其向下延伸。
[0026]接收器28可以緊固到基底22上的任何位置。接收器28有利地緊固在基底22上接近向下面對的(多個)LED的位置處。在這個或其他實施例中，接收器28緊固在基底22上至少部分地覆蓋一個或多個LED的位置的位置處。在這個或其他實施例中，接收器28被設置在LED模塊18的產生最大熱量的部分上方。
[0027]現在參照圖2和3，葉片26可以是基本U形截面的，其具有內部結構層30和向層30外設置的一個或多個導熱層32。結構層30為葉片提供結構支撐并且可以由任何適當的材料制成。例如，層30可以是塑料材料或者諸如鋁的金屬。導熱層32可以由上文描述的基于石墨的材料制成。
[0028]盡管葉片26被展示為具有基本U形的截面，但是應了解，其他葉片配置也是適合的。例如，葉片26可以是基本平面的并且包括由塑料或金屬材料制成的單個內部結構支撐層和緊固到兩個主要表面的導熱層。在其他實施例中，不提供結構支撐層，并且葉片26由一個或多個導熱層制成。
[0029]接收器28包括大小被確定為將葉片26至少部分地接收于其中的通道34。接收器28包括基本L形截面的一對相對的支柱36。第一部分38近似地平行于基底22的至少一部分延伸。在一個實施例中，第一部分38直接緊固到基底22并且因此與其直接熱接觸。在另一個實施例中，可以在接收器28與基底22之間提供散熱器。第二部分40從第一部分38向上延伸以便限定通道34并接合葉片26。在一個實施例中，第二部分40以基本90度角從第一部分38向上延伸。通道34有利地大小被確定為截面稍小于葉片26的截面寬度，這樣使得干涉配合確保良好的熱聯接。為此目的，支柱36可以是有彈性的以便允許在插入葉片26的過程中的撓曲移動。
[0030]每個支柱36可以包括結構支撐層42，結構支撐層為支柱36提供結構支撐并且可以由任何適當的材料制成。例如，層42可以是塑料材料或者諸如鋁的金屬。至少一個導熱材料的鄰接層44緊固到結構支撐層42的面對內部和面對底部的表面。以此方式，導熱層44與基底22熱接觸并且在將葉片26插入到通道34中時與葉片26的外部表面熱接觸。
[0031]在一個實施例中，可以在接收器28與基底22之間提供可選的界面材料46。界面材料46可以是如上文描述的石墨材料。在其他實施例中，界面材料46可以是如上文描述的散熱器。
[0032]如應了解，當降低頂部殼體14時，葉片26被至少部分地接收于通道34中。葉片26的導熱層32熱接合接收器28的導熱層44。以此方式，在基底22與上部殼體14之間形成熱橋，熱橋與基底22和上部殼體14熱接觸。隨后，熱能可以沿葉片26流動并且在上部殼體14處被消散。以此方式，移除了由基底22上的LED和功率電子元件產生的熱能。
[0033]現在參照圖4至6，展示第二實施例，其中相同的數字指示相同的元件。照明設備10包括可以是基本C形的熱橋50，其具有內部結構層52和向層52外設置的一個或多個導熱層54。結構層55為熱橋50提供結構支撐并且可以由基本彈性的材料制成。例如,層30可以由彈性塑料或者金屬制成。結構層52可以可選地是導熱的。導熱層54可以由上文論述的石墨材料制成。應了解，熱橋50的其他截面形狀是可以預期的。例如，橋50可以是基本T形的或基本L形的截面。
[0034]熱橋50的底部部分56有利地以任何方式(例如，黏合劑或機械緊固件)直接緊固到基底22。在其他實施例中，可以將散熱器(未示出)設置在熱橋50與基底22之間，以使得熱橋50通過散熱器與基底22熱接觸。熱橋50大小被確定為使得當在關閉配置頂部殼體14被緊固到底部殼體12時，熱橋50的頂部部分58接合頂部殼體14。因為熱橋50基本是彈性的，所以熱橋50將會彈性地變形，并且由于偏置力，使得導熱層54與頂部殼體14牢固地接合。以此方式，由LED和/或功率電子元件產生的熱能從基底22傳遞到頂部殼體14。
[0035]應了解，熱橋50可以替代地緊固到頂部殼體14。因此，當底部殼體12和頂部殼體14處于關閉配置時，熱橋50接合基底22并且被彈性地壓縮在其上以使得熱橋50與基底22形成熱接觸。
[0036]現在參照圖7，展示第三實施例，其中相同的數字指示相同的元件。照明設備10包括可以是基本C形的熱橋60。熱橋60被設置成接近樞軸點16并且緊固在分別與基底22和頂部殼體14相對的末端62a和62b處。在一個實施例中，熱橋60纏繞在樞軸點16周圍。在其他實施例中，熱橋60接近樞軸點16但是未纏繞在其周圍。熱橋60是柔性并且彈性的，并且因此當將頂部殼體14從關閉配置移動到打開配置時，熱橋60撓曲以使得能夠進行不受阻礙的樞轉運動。在一個實施例中，熱橋60使得頂部殼體14朝向打開配置偏置。以此方式，頂部殼體14可以在工作過程中保持打開。在其他實施例中,熱橋60對頂部殼體14提供最小的偏置力。
[0037]熱橋60可以包括諸如上文論述的石墨材料的一個或多個傳導層。另外，在一個實施例中，熱橋60可以額外地包括一個或多個結構層以便為熱橋60提供結構支撐并且可以由基本彈性的材料制成。例如，結構層可以由彈性塑料或金屬制成。如以上所論述，熱橋60的底部末端62a有利地以任何方式(例如，黏合劑或機械緊固件)直接緊固到基底22。在其他實施例中，可以將散熱器(未不出)設置在熱橋60與基底22之間，以使得熱橋60通過散熱器與基底22熱接觸。同樣地，熱橋60的至少一部分有利地緊固到頂部殼體14的內部表面。以此方式，由LED和/或功率電子元件產生的熱能從基底22傳遞到頂部殼體14。
[0038]本文描述的各種實施例可以用其任何組合來實踐。以上描述意欲使得本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明。并不意欲詳細描述在閱讀該說明之后將對于技術人員變得顯而易見的所有可能的變化和修改。然而，所有此類修改和變化意欲包括在由以上權利要求限定的本發(fā)明的范圍之內。權利要求意欲涵蓋以對于滿足本發(fā)明希望的目標有效的任何布置或順序所指示的元件和步驟，除非上下文有相反的具體指示。
【權利要求】
1.一種照明設備，其包括: 具有窗口的底部殼體； 能相對于所述底部殼體在打開配置與關閉配置之間移動的頂部殼體； 承載至少一個LED的基底，所述基底被設置在所述底部殼體中并且來自所述至少一個LED的光透射穿過所述窗口 ； 熱橋，其包括至少一個各向異性的導熱石墨層，并且當所述頂部殼體處于關閉配置時與所述基底和所述頂部殼體熱接觸；當所述頂部殼體處于打開配置時，所述熱橋脫離與所述基底或所述頂部殼體的熱接觸。
2.根據權利要求1所述的照明設備，其中所述熱橋進一步包括緊固到所述基底或所述頂部殼體的葉片和緊固到所述基底或所述頂部殼體中的另一個的接收器。
3.根據權利要求2所述的照明設備，其中所述接收器包括形成通道的一對相對的支柱，所述通道的大小被確定為將所述葉片至少部分地接收于其中。
4.根據權利要求2所述的照明設備，其中所述葉片包括內部結構層和在所述內部結構層的相對側面上的至少一個各向異性的導熱石墨層。
5.根據權利要求2所述的照明設備，其中所述葉片包括基本U形的截面，其具有內部結構層和從所述內部結構層向外設置的至少一個各向異性的導熱石墨層。
6.根據權利要求3所述的照明設備，其中每個所述支柱包括基本平行于所述基底緊固的第一部分和基本垂直于所述基底延伸的第二部分。
7.根據權利要求6所述的照明設備，其中每個所述支柱包括外部結構層和沿所述第一部分和所述第二部分延伸并且與所述基底熱接觸的至少一個各向異性的導熱石墨層。
8.根據權利要求1所述的照明設備，其中所述各向異性的導熱石墨包括一個或多個壓縮顆粒的分層石墨片。
9.根據權利要求1所述的照明設備，其中所述各向異性的導熱石墨包括一個或多個熱解石墨片。
10.根據權利要求1所述的照明設備，其進一步包括設置在所述熱橋與所述基底之間的散熱器。
11.根據權利要求1所述的照明設備，其中所述熱橋包括基本彈性的材料，其固定到所述基底并且設置成在所述頂部殼體處于關閉配置時壓縮到所述頂部殼體上。
12.根據權利要求11所述的照明設備，其中所述熱橋是基本C形的并且包括內部結構層和至少一個各向異性的導熱石墨外層。
13.根據權利要求1所述的照明設備，其中所述至少一個LED產生至少5000流明。
14.根據權利要求1所述的照明設備，其中所述至少一個LED產生至少10000流明。
15.根據權利要求1所述的照明設備，其進一步包括鉸鏈，其中所述底部殼體在所述鉸鏈處附接到所述頂部殼體。
16.—種照明設備,其包括: 具有窗口的底部殼體； 樞轉地緊固到所述底部殼體并且能繞樞軸在打開配置與關閉配置之間移動的頂部殼體； 承載至少一個LED的基底，所述基底被設置在所述底部殼體中并且來自所述至少一個LED的光透射穿過所述窗口 ； 熱橋，其包括至少一個各向異性的導熱石墨層，并且與所述基底和所述頂部殼體熱接觸并且設置成接近所述樞軸。
17.根據權利要求16所述的照明設備，其中所述熱橋纏繞在所述樞軸周圍。
18.根據權利要求16所述的照明設備，其中所述熱橋從所述樞軸向前設置而并未纏繞在所述樞軸周圍。
19.根據權利要求16所述的照明設備，其中所述熱橋提供將所述頂部殼體朝向所述打開配置推動的偏置力。
20.根據權利要求16所述的照明設備，其中所述熱橋是基本C形的并且包括內部結構層和至少一個各向異性的導熱石墨外層。
21.根據權利要求16所述的照明設備，其中所述各向異性的導熱石墨包括一個或多個壓縮顆粒的分層石墨片。
22.根據權利要求16所述的照明設備，其中所述各向異性的導熱石墨包括一個或多個熱解石墨片。
【文檔編號】F21V21/00GK204254530SQ201290000248
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2012年1月27日 優(yōu)先權日:2011年1月28日
【發(fā)明者】J.T.佩特羅斯基 申請人:格拉弗技術國際控股有限公司