背景技術(shù)：

傳統(tǒng)室外照明器的外殼通常通過壓鑄工藝使用鋁材制成。所述壓鑄工藝可能具有較高的材料和刀具成本。具有發(fā)光二極管(led)光源的室外照明器通常將led光源設(shè)置在位于壓鑄外殼內(nèi)的印刷電路板(pcb)上。

安裝led光源的pcb通常小于外殼的內(nèi)部，這導(dǎo)致各個led光源設(shè)置成彼此靠近。這種led光源布置的密度需要使用高導(dǎo)熱材料(銅、鋁等)作為散熱器，以將熱量從pcb和led光源移除。可以向pcb與散熱器之間涂覆熱界面材料，例如，油脂，以改進熱接觸。這些傳統(tǒng)led室外照明器通常具有光學單元(例如，透鏡、反射器、罩、蓋等)，所述光學單元位于照明器的多個led光源的上方。

傳統(tǒng)led照明器具有塑料外殼，所述塑料外殼通常并非針對室外照明應(yīng)用而生產(chǎn)的。具有塑料外殼的一些led照明器由導(dǎo)熱塑料制成，或者使用設(shè)置在led光源pcb與外殼之間的散熱器，以便pcb不與塑料外殼直接熱接觸。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)一些實施例的室外led照明器的透視圖；以及

圖2示出了圖1中的led照明器的近視圖，其中示出了根據(jù)一些實施例的安裝在pcb上的一個led光源。

具體實施方式

根據(jù)實施例的系統(tǒng)和方法提供一種低成本室外led照明器，所述室外led照明器包括由塑料材料構(gòu)成的外殼，以及直接或者通過熱界面材料聯(lián)接和/或連接到外殼的ledpcb。此ledpcb與所述外殼熱接觸。

根據(jù)實施例，所述外殼可以由不具有增強導(dǎo)熱屬性的塑料材料(例如，諸如abs、pc、pa6.6等通過玻璃纖維、碳纖維等增強的技術(shù)塑料)構(gòu)成。在其他實施方案中，所述外殼可以由具有增強導(dǎo)熱屬性的塑料材料(例如，約>0.5w/m-k)構(gòu)成。

例如，在非詳盡列舉的前提下，所述外殼可以由各種熱塑樹脂、熱塑樹脂的混合物、熱固樹脂或者熱塑樹脂與熱固樹脂的混合物，以及包括前述各項中的至少一個的組合形成。所述塑料還可以是聚合物、共聚物、三元聚合物或者包括前述各項中的至少一個的組合的混合物。所述塑料還可以是低聚物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、交替嵌段共聚物、無規(guī)聚合物、無規(guī)共聚物、無規(guī)嵌段共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物、樹形聚合物或類似物質(zhì)，或者包括前述各項中的至少一個的組合。實例包括聚縮醛、聚烯烴、聚丙烯酸、聚(亞芳基醚)聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯(例如，環(huán)酯族聚酯、高分子量聚二醇對苯二酸鹽或間苯二酸酯等)、聚酰胺(例如，半芳香聚酰胺，例如pa4.t、pa6.t、pa9.t等)、聚酰胺酰亞胺、多芳基化合物、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并唑、聚苯酞、聚縮醛、聚酐、聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚鹵代乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸鹽、多硫化物、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氨烷、苯乙烯丙烯腈、丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物(abs)、聚乙烯對苯二甲酸酯(pet)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚氨基甲酸酯(pur)、三元乙丙橡膠(epr)、聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基乙烯、聚氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯或者類似物質(zhì)，或者包括前述有機聚合物中的至少一個的組合。聚烯烴的實例包括聚乙烯(pe)，包括高密度聚乙烯(hdpe)、線性低密度聚乙烯(lldpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、中密度聚乙烯(mdpe)、甲基丙烯酸縮水甘油酯改性聚乙烯、馬來酸酐官能化聚乙烯、馬來酸酐官能化彈性乙烯共聚物、乙烯丁烯共聚物、乙烯辛烯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物，例如乙烯-甲基丙烯酸鹽、乙烯乙基丙烯酸鹽和乙烯丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸縮水甘油酯官能化乙烯丙烯酸酯三元聚合物、酸酐官能化乙烯丙烯酸酯聚合物、酸酐官能化乙烯辛烯和酸酐官能化乙烯丁烯共聚物、聚丙烯(pp)、馬來酸酐官能化聚丙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯改性聚丙烯，以及包括前述各項中的至少一個的組合。

使用不具有增強導(dǎo)熱屬性的塑料材料可提供一種具有較低材料和處理成本的方法。體現(xiàn)本發(fā)明的室外led照明器可用于，但不限于照明器的光通量超過1000流明的大功率高照明度應(yīng)用中，例如街道照明、區(qū)域照明、停車場照明、泛光燈、建筑照明、運動場照明等。

根據(jù)實施例，室外led照明器可包括：外殼，所述外殼由傳統(tǒng)塑料或技術(shù)塑料制成；以及直接安裝到所述外殼的ledpcb。通過為大功率輸出照明器的外殼使用塑料材料，可以實現(xiàn)較低制造和/或生產(chǎn)成本以及較輕重量和電絕緣。

具有塑料外殼的傳統(tǒng)led照明器造成問題的原因在于塑料外殼起到了絕熱體的作用，導(dǎo)致外殼內(nèi)的熱量累積。熱量累積因為led的結(jié)點溫度已經(jīng)較高而對led的長期可靠性和流明損耗產(chǎn)生負面影響。具有塑料外殼的傳統(tǒng)led照明器相對于金屬外殼而言，會進一步升高正在操作的led的溫度。

圖1示出了根據(jù)實施例的室外led照明器100的透視圖。照明器100包括外殼110和pcb120。根據(jù)實施例，所述外殼可以由不具有增強導(dǎo)熱屬性的塑料材料構(gòu)成。根據(jù)實施例，ledpcb可以安裝到外殼的外表面上，或者設(shè)置在所述外殼的內(nèi)部中或附近。pcb可以是至少一個表面上具有導(dǎo)電材料的襯底。多個led光源130安裝在pcb的一面上。所述pcb表面還具有導(dǎo)電通路或工藝圖跡線150，所述導(dǎo)電通路或工藝圖跡線通過從pcb表面蝕刻掉傳導(dǎo)材料來形成。導(dǎo)熱墊160設(shè)置在pcb的此表面上，位于led光源之間和/或周圍。導(dǎo)熱墊160也是從pcb的傳導(dǎo)層蝕刻而成。在一些實施方案中，導(dǎo)熱墊與導(dǎo)電跡線電隔離。在其他實施方案中，導(dǎo)熱墊和導(dǎo)電跡線可以電連接。照明器100還可以包括led驅(qū)動電路140。led驅(qū)動電路沿所述導(dǎo)電工藝圖路徑向led光源提供電力。

根據(jù)傅里葉熱傳導(dǎo)定律，最小化多個led光源130所產(chǎn)生的熱通量可降低溫度梯度，從而減小led光源130與其周圍環(huán)境之間的溫降(例如，根據(jù)焊接點與環(huán)境之間的測量值，最大溫降應(yīng)小于約80℃)。為實現(xiàn)低熱通量，led光源130分布在pcb上?；谠趯?dǎo)熱墊用作散熱器來消散led光源所產(chǎn)生的熱量時須考慮的熱學因素，led光源分布(即，隔開)在pcb的表面區(qū)域上。此pcb還包括高度導(dǎo)熱層，導(dǎo)熱墊從所述高度導(dǎo)熱層中蝕刻而成，以發(fā)散熱量。將led光源隔開可減小led光源所產(chǎn)生的熱通量，并且可減小照明器所產(chǎn)生的視覺眩光。根據(jù)一些實施例，每個led的最小導(dǎo)熱墊表面積可以通過方程式1計算：

a/qled＝2*10^-3m²/w，針對k*t>0.025w/k方程式1

這是面積a(以m²測量)與led的熱功率qled(以瓦特測量)的比率。led的熱功率是led所發(fā)射的廢熱功率，并且不包括其輻射光(紫外光或可見光)的功率。a是每led的最小導(dǎo)熱墊表面積。

如上所述，方程式(1)在k*t>0.025w/k的條件下適用，其中k是導(dǎo)熱墊材料的導(dǎo)熱性(以w/m-k測量)；并且t是導(dǎo)熱墊傳導(dǎo)層的厚度(以米測量)。

根據(jù)另一個實施方案，最小導(dǎo)熱墊表面積可以通過方程式2計算：

其中c是設(shè)置為14.75k/w的常數(shù)，并且c'是設(shè)置為0.05m^1.72889k^0.603w^-0.603的常數(shù)。

在方程式(2)中，a是每led的最小導(dǎo)熱墊表面(以m²測量)；δtjs是相對于焊料的led結(jié)點溫度的可接受溫度上升(單位：開爾文)；rjs是焊料到結(jié)點熱阻(單位：k/w)；qled是(如上所述)led所產(chǎn)生的熱功率(單位：w)；k是導(dǎo)熱墊材料的導(dǎo)熱性；t是導(dǎo)熱墊傳導(dǎo)層的厚度；并且aled-pcb是單個led的熱接觸表面積(單位：m²)。方程式(2)是通過使用多參數(shù)模擬形成的，在所述多參數(shù)模擬中，使用功率函數(shù)創(chuàng)建公式以計算最小表面積。

位于led光源之間和/或周圍的導(dǎo)熱墊160擴散熱量，并且因此，減小pcb導(dǎo)熱層和襯底的邊界處的熱通量。由于熱通量減小，因此熱量可以以可接受的溫降穿過pcb的襯底材料和外殼，即便外殼和pcb襯底材料的熱屬性不良時也是如此(導(dǎo)熱性低于0.5w/m-k(瓦特/米-開爾文))。一部分熱量可以通過輻射和/或?qū)α鱾鬟f到光學元件，然后從所述光學元件向環(huán)境中消散。pcb自行冷卻，并且構(gòu)造成具有足以消散多個led光源所產(chǎn)生的熱量的表面積和傳導(dǎo)層厚度。本說明書中所用的術(shù)語“自行冷卻”是指led焊接點與環(huán)境之間的溫度下降低于可接受的限制，即便pcb未附接到除了本說明書中所述的導(dǎo)熱墊之外的任何照明器或散熱器。

圖2示出了圖1中的led照明器的近視圖，其中示出了根據(jù)一些實施例的單個led230以及pcb220的安裝led的一部分。安裝led光源的pcb表面包括導(dǎo)熱墊260，所述導(dǎo)熱墊從pcb的傳導(dǎo)材料包層蝕刻而成。led光源230由光學元件232包封，所述光學元件設(shè)置在具有l(wèi)ed光源的pcb表面的附近處。箭頭a表示穿過導(dǎo)熱墊260并且穿過pcb襯底進入外殼110中的熱傳導(dǎo)熱流。箭頭b表示沿光學元件232的方向的熱輻射和對流。

根據(jù)實施例，在確定用于導(dǎo)熱墊的傳導(dǎo)層的厚度、傳導(dǎo)層材料的導(dǎo)熱性以及照明器的導(dǎo)熱墊的具體表面積時，考慮安裝在pcb上的特定led光源的參數(shù)。這些考慮基于pcb上方的均勻溫度分布的選擇。導(dǎo)熱墊的數(shù)量取決于一個導(dǎo)熱墊的熱容量(基于方程式1)以及安裝到pcb的led光源的數(shù)量。

根據(jù)實施例，此布置可減小向環(huán)境的溫度梯度，從而能夠?qū)⒌蛯?dǎo)熱材料用于led照明的外殼并且還用于pcb襯底，同時維持led的令人滿意的結(jié)點溫度。因此，無需用于led光源的散熱器。根據(jù)實施例，塑料外殼和/或pcb襯底可由導(dǎo)熱材料制成。

根據(jù)實施方案，導(dǎo)熱墊的尺寸、導(dǎo)熱墊的厚度和導(dǎo)熱性選擇成使pcb上方的溫度分布大致均勻(例如，pcb表面上的平面內(nèi)溫度梯度大約小于15℃/25mm)。

此外，pcb安裝在照明器內(nèi)，以便外殼和pcb邊緣界面處的空氣間隙或氣泡最小。因此，能夠減小這兩者之間的熱接觸電阻，并且最小化其結(jié)點處的熱量累積。led光源之間的間隔選擇成使每個芯片的表面積能夠以可接受的溫度上升向環(huán)境消散熱量。例如，對于由導(dǎo)熱性λ大約是或等于0.5w/m-k的材料制成的照明器塑料外殼，在每個led光源的熱負載是1.6w的情況下，導(dǎo)熱墊尺寸應(yīng)為每個led光源大約55mm²。熱模擬顯示，此布置可減小向環(huán)境的溫度梯度，并且能夠?qū)⒌蛯?dǎo)熱材料用在led照明器的外殼中，并且還用在pcb120的襯底中。

更換室外照明器具時，考慮投資回收期(即，收回照明器具成本所需的時間)。相對于現(xiàn)有設(shè)計而言，根據(jù)實施例的具有傳統(tǒng)塑料外殼的輕質(zhì)、緊湊型led照明器具有較低成本。對于同等性能，體現(xiàn)本發(fā)明的led照明器將具有較短的投資回收期。

此外，體現(xiàn)本發(fā)明的led照明器不會對室內(nèi)天線產(chǎn)生電磁屏蔽影響，這對于實施無線通信和控制特征是一大優(yōu)勢。此外，體現(xiàn)本發(fā)明的led照明器的重量較輕，因此可相對于傳統(tǒng)照明器具，降低安裝照明器的相關(guān)燈桿的成本。

盡管本說明書中描述了特定硬件和方法，但是請注意，可以根據(jù)本發(fā)明的實施例提供任意數(shù)量的其他配置。因此，盡管本說明書中已圖示、描述并指出本發(fā)明的基本新穎特征，但是應(yīng)了解，所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下對圖示實施例的形式和細節(jié)以及這些實施例的操作做出各種省略、替代和改變。此外還充分計劃和考慮到了不同實施例之間的元素更替。本發(fā)明僅相對于隨附的權(quán)利要求書以及其中引述內(nèi)容的等效物來定義。