LED冷却系统

摘要

本发明公开了LED冷却系统，该LED冷却系统使用液体源来通过将LED直接安装到散热金属层、并使紧邻散热层的液体以足够的流速经过而提供对LED的冷却，以此将LED冷却到最优运行温度并由此得到最优运行效率。

权利要求

1.一种高强度LED发光二极管组件，包括金属基座，所述金属基 座被供电以产生以朗伯分布的部分相干光圆锥，其特征在于：安装所述LED的印刷电路板，由此所述LED的所述金属基座延伸经 过所述印刷电路板以实现安装；

金属热层，安装到印刷板的与所述LED的相对侧，并与所述LED的 所述金属基座紧密接触；以及使邻近散热层的流体经过以从所述散热层吸收热、并以所述LED的 最优有效温度实现所述LED的运行的装置。

2.根据权利要求1所述的二极管组件，其中，所述LED以近似1amp 的电汲取量运行，并输出720流明至1200流明之间的光强。

3.根据权利要求1所述的二极管组件，其中，所述印刷电路板的 厚度在1.0mm至1.5mm之间，所述散热层的厚度在1.0mm至2.5mm之间， 所述流体是以300至500ml/分钟之间的流速通过直径在1.0mm至1.75mm 之间的开口而经过所述散热层的水。

4.根据权利要求3所述的二极管组件，其中，所述二极管组件发 出近似40度的圆锥光图案，并进一步包括聚焦透镜以根据需要来对40 度光束聚焦。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及在运行过程中生成大量热的LED灯，更具体地 提供了一种在运行过程中冷却LED的方法，该方法促使LED的寿命更长， 确保在运行过程中的稳定光输出，并且以最小功率利用率运行。

[0002]一些现有技术设备使用相对高功率的LED以产生足以满足 照明需求的所需高光输出。这种LED典型地生成很多热以至于需要散热 装置。迄今为止，现有技术还不能满足对用于高强度LED光生成的合适 的散热器或冷却系统的需求。

背景技术

[0003]现有技术中为解决上述问题已经进行了若干尝试。例如， 2005年6月2日公开，2005年10月18日授予专利权的Sushil Gupta的 “Surgical Headlight”的公开美国专利No.6,955,444教导了头戴式 灯组件，该灯组件具有并排安装并且利用后反射器聚焦的至少两个 LED。这种后反射器的使用很大地降低了由LED生成的光的投射效率， 并且因此对于提供本发明设备的高强度聚焦或未聚焦光束是不令人满 意的。

[0004]发明人Shuhei Yamada和Takeshi Seto的题为“Light Source Unit and Projector”的美国专利No.7,108,400教导了用于高发光体 叠层的LED光源的使用，该LED光源包括用于生成大量热的此系统的冷 却系统。此设计利用两个液体热源吸收器并且是非常复杂的，并且此 外此设计更加难以应用本发明教导的冷却系统。

[0005]美国公开专利申请22005/0243539教导了包括光源的冷却 了的发光设备，该光源包括密集堆积的LED阵列和LED的冷却系统。该 冷却系统是以由传热器连接到光源和第二热交换系统的珀尔帖装置的 形式的热电冷却系统，所述第二热交换系统用于从珀尔帖装置去除热。 该热交换系统利用液体冷却剂来冷却珀尔帖装置以及热管构造的结 合。这与本发明教导的单一液体冷却系统相比远不能令人满意。

发明内容

[0006]根据本发明提供了一种高强度LED光源，所述高强度LED光 源因为其强度而在LED的运行过程中产生热。因此，本发明的目的是提 供一种液体源的使用，以通过将LED直接安装到散热金属层并使紧邻散 热层的液体以足够的流速经过而提供对LED的冷却，从而将LED冷却到 最优运行温度并由此得到最优运行效率。

[0007]本发明的进一步目的是将LED定位在印刷电路板上，其中 紧邻印刷电路板具有散热金属层，并且LED的基座是金属的并且与散热 层直接接触。

[0008]本发明的进一步目的是提供一种印刷电路板，LED安装到 所述印刷电路板上并且所述印刷电路板的厚度在1mm至1.5mm之间，散 热层优选地由铝制成并且厚度在大约2.0mm至2.5mm之间，并且冷却剂 液体优选地为水，并且与散热层相邻的水的流速近似为400ml/分钟。

[0009]本发明的进一步目的是利用LED的冷却系统而不管LED是否 聚焦，并且LED发出的光圆锥为近似80度的圆锥形状的光束。

附图说明

[0010]当结合以下详细说明进行考虑时，可通过参照附图得到对 本发明更完整的理解，其中：

[0011]图1是剖面图，该剖面图示出与安装印刷电路板相结合的 LED，并示出与散热材料邻近接触的LED，该散热材料与冷却流体流相 邻以向LED提供本发明的冷却效果。

[0012]图2是示出聚焦透镜的剖面图，该剖面图示出了从LED的发 光圆锥与由聚焦透镜实现的将发射聚集成聚焦光圆锥的结果聚集之间 的关系；以及

[0013]图3是以示意性形式示出设置在远处的冷却和电池供电系 统组件的侧视图。

[0014]为了简洁和清楚的目的，本发明设备的部件和元件在所有 附图中将具有相同的附图标记或标号。

具体实施方式

[0015]本发明提供高强度LED灯，因为结合了非常简化的冷却系 统以去除由LED的运行所产生的热，所以该高强度LED灯可以以其最佳 高强度效率运行，并且由此增进LED的寿命及其最优性能。

[0016]首先参照附图的图1，10总体指代LED，该LED为高强度光 源，该光源通常以至少大约1amp的电汲取量(electric draw)运行， 并输出700流明至1200流明之间的光强。这种类型的LED产生可影响运 行特性和寿命等的热。LED 10典型地具有聚合物外罩12、LED的实际结 构14、以及固定到印刷电路板18的金属底座16。板18直接与散热层20 接触，这意味着底座16的底表面直接且紧密地与散热层20接触。

[0017]由层20进行的热的冷却通过结合具有进入侧24和退出侧26 的流体流径22而实现。优选地，所利用的流体是水，并且水的流速优 选地在300至500ml/分钟之间。电路板18的厚度在1.0mm至1.5mm之间， 并且散热层的厚度在2.0mm至2.5mm之间。流体流径的开口24和26的直 径在1.0mm至1.75mm之间。

[0018]LED典型地产生如示出40度跨度的虚线28所示的大约40度 的圆锥光图案。产生近似40度图案的该LED可被用于亮度和部分相干 (semi-coherent)光由该LED发出的多重目的。如所示出并将结合图2 所述的那样，该LED可适用于光不被聚焦的一般照明需求。LED发出的 部分相干光呈朗伯(lamberton)分布。

[0019]图2类似于图1，除了加上聚焦透镜30。凡是需要对在聚焦 点处呈现为从特定的焦点到椭圆形或圆形的光束28进行聚焦，聚焦透 镜30都可实现。图2所示的例子示出了光束28被聚焦成6度从透镜30输 出，并且这对于发出光所需的最终结果的本质是完全灵活的。该聚焦 为6度的光束正好适用于手术头灯并与位于距离透镜30的光发射近似 20英寸的位置的圆周上的其他LED相结合来提供焦点。

[0020]图3示出了总体由40指代的便携电源组和流体泵，该便携 电源组和流体泵可与图1和/或图2的LED一起使用。应理解的是这仅绘 出了用于示出运行图1和图2的冷却系统的部件的装置，但这种系统可 为具有用于冷却流体的任意适合的储存系统的永久性电源和泵。

[0021]在图3中，电源组和泵30包括由虚线42指代的LED电源。电 源为传统的可再充电电池，其典型地用于任意便携系统并位于便于更 换或再充电的位置。箱或组件40还并入了也是以虚线示出的冷却剂容 器44，并且该容器还包含组件40内的也由虚线表示的冷却剂泵46。泵4 经过也由虚线表示的冷却剂管48传送冷却剂流体。柔性管52和冷却剂 管48之间具有快速连接或断开单元50，冷却剂流体在图1和图2中的24 处进入该柔性管52。

[0022]因为改变以适合具体运行需求和环境的其他修改和变化对 于本领域技术人员将是明显的，所以本发明不限于此或由此限制。此 外，本发明不应被认为限于针对目的或公开的例子，并且覆盖不偏离 本发明的真实精神和范围的所有变化和修改。期望获得专利保护的呈 现在所附权利要求中。