CN101586797A - 高散热发光二极管模块及发光二极管灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高散热发光二极管模块，其包含基板及装设在该基板的一面上的复数发光二极管，该基板的另一面与一散热本体的结合面连接，该散热本体的内部具有收纳孔用以收纳热管，且该散热本体的结合面上设有与该收纳孔连通的开口，当该发光二极管基板结合于该散热本体的结合面上后，该热管的一部分的外表面可经由该开口而与该基板的该另一面形成直接热接触，进而吸收发光二极管产生的热且通过该热管位于散热本体外的另一部分所组装的鳍片散热器排放至外界环境。

Description

高散热发光二极管模块及发光二极管灯具

技术领域

本发明提供一种具有高散热结构发光二极管模块。本发明亦关于一种具有高散热效率的发光二极管灯具。

背景技术

由于发光二极管(LED)具有高亮度、省电及寿命长的优点，因而，由封装发光二极管构成的发光二极管灯具已广泛使用在显示或是照明用的产品上。就照明用途而言，设置在街道两旁用以提供夜间照明的水银路灯，亦有渐渐被发光二极管灯具取代的趋势。

发光二极管在运作时会产生高热，此热量必须移除才能确保发光二极管灯具的高照明功率与使用寿命，因而，高功率发光二极管灯源一般都设有散热装置用以将灯具内部产生的热量散发至外界环境。

习用发光二极管灯源的散热装置一般使用包含热管与散热鳍片的散热器，该散热器通过金属导热块连接至发光二极管所安装的电路板或是基板上，使得发光二极管产生的高热可经由金属导热块传递至散热器，再由散热器散发至外界环境。在美国专利第4204246号发明案揭示一种利用金属导热块来散发电子组件所产生的热量的技术手段。然而，为了避免散热装置的体积太大而不利该发光二极管灯具的安装，习用散热装置所配置的散热器数量通常难以提升，此外，金属导热块与散热器之间的传热路径不完善，造成散热效果尚无法令人满意。再者，习用发光二极管灯管的发光会因为相互间的干涉或是因为光线向四周分散而造成照明亮度降低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高散热发光二极管模块，该发光二极管模块具有快速散热的效果，同时具有结构简单的优点。

本发明的另一目的在于提供一种高亮度的发光二极管灯具，该发光二极管灯具可提供高亮度的照明，同时该发光二极管灯具有高散热的效果。

依据本发明构成的发光二极管模块包含装设有发光二极管的基板、散热本体、热管及散热器；该散热本体内部具有热管收纳孔，且散热本体具有可提供发光二极管基板结合的结合面，该结合面上设有与该热管收纳孔连通的开口，该热管具有套入该散热本体的热管收纳孔的第一部分及位于该散热本体外侧的第二部分，该热管第一部分的外表面的局部露在散热本体的开口处而与基板形成直接的热接触，该鳍片散热器装在该热管第二部分上用以散热。

在一实施例中，该散热本体为一金属制的长方块体，该块体的一侧面形成提供发光二极管的基板结合的结合面，该热管收纳孔为一沿该散热本体长度方向贯穿该块体的圆孔，且该散热本体上的开口沿该散热本体长度方向延伸并贯穿该结合面。

在另一实施例中，该散热本体为一金属薄板形成的管体，该管体在长度方向上具有一开口，该开口的二端边缘个别形成一折边，该二折边构成提供该发光二极管基板结合的结合面。

依据本发明构成的发光二极管灯具包含一灯壳、一发光二极管光源组件、一散热本体、复数第一热管及一散热器；该发光二极管光源组件收纳在该灯壳内部且包含一金属基板，该基板具有相对的一第一面及一第二面，该第一面提供复数发光二极管结合；该散热本体收纳在该灯壳内部且具有一结合面，该结合面提供该基板的第二面结合，该散热本体的内部具有复数相互隔开的第一收纳孔，各第一收纳孔具有一纵向轴线且邻近该结合面，且各第一收纳孔的面向该散热本体的结合面的孔壁部分与该基板的第二面的间隙小于0.5mm；各第一热管具有套入散热本体第一收纳孔的第一部分及位于散热本体外侧的第二部分；该散热器装在该数第一热管的第二部份上。

在一实施例中，该散热本体的结合面上设有与该第一收纳孔连通的开口，使得第一收纳孔的面向该散热本体的结合面的孔壁部分与该基板的第二面的间隙为0，且各第一热管第一部分的外表面的局部露在该散热本体的开口处而与该基板形成直接的热接触。

在一实施例中，该散热本体的内部进一步具有复数相互隔开且平行的第二收纳孔，各第二收纳孔的延伸方向与该纵向轴线概呈垂直且延伸贯穿该散热本体的二侧面；又该发光二极管灯具进一步包含复数第二热管，各第二热管具有套入该散热本体的第二收纳孔的第一部分及位于该散热本体外侧的第二部分，该第二部分上装设一散热器。

在另一实施例中，该数发光二极管形成相互隔开的多排数组型态；该发光二极管光源组件并包含复数概呈条状的聚光组件，各聚光组件沿着与该纵向轴线平行的方向组装在基板第一面上且位于其中一排发光二极管上，且各聚光组件上设有复数分隔开的聚光孔，各聚光孔对准且收纳一发光二极管。该发光二极管光源组件并包含复数概呈条状的挡光墙，各挡光墙沿着与该纵向轴线平行的方向组装在该基板的第一面上且位于二排发光二极管之间。

关于本发明的其它目的、优点及特征，将可由以下较佳实施例的详细说明并参照附图来了解。

附图说明

图1为依据本发明第一实施例构成的发光二极管模块的组合立体图。

图2为图1的组件分解略图。

图3为图2的一组合平面图。

图4为沿图3的4-4线所取的剖视图。

图5为依据本发明第二实施例构成的发光二极管模块的组合立体图。

图6为图5的组件分解略图。

图7为图6的一组合平面图。

图8为沿图7的8-8线所取的剖视图。

图9为依据本发明第三实施例构成的发光二极管模块的组合立体图。

图10为图9的组件分解略图。

图11为显示依据本发明另一实施例构成的发光二极管模块装设在一灯壳内形成一灯具的立体图，并显示该灯具组装在一电线杆上。

图12为图11的灯具的组件分解略图。

图13为显示图12的发光二极管模块的部分组件分解图。

图14为图13的发光二极管模块的部份组件组合后的立体图。

图15为图12的灯具组合后的上视图。

图16为沿图15的16-16线所取的剖视图。

图16a为图16的局部放大图。

图17为沿图15的17-17线所取的剖视图。

图18为与图13类似的组件分解图，显示图11的散热本体的另一实施例结构。

图19为与图16类似的剖视图，显示图18的散热本体结构。

图19a为图19的局部放大图。

【主要组件符号说明】

1.散热组件            10.发光二极管模块

11.散热本体           111.收纳孔

112.结合面            114.开口

115.结合孔            116.边缘

117.折边              118.收纳孔

19.侧面               12.热管

121.第二部分          122.第三部分

123.第一部分          124.外表面

13.散热器             131.鳍片

14.传热介质           15.热管

151.第一部分          152.第二部分

153.第三部分          17.导热块

2.发光二极管光源组件  21.基板

211.第一面            212.第二面

213.穿孔              22.发光二极管

221.芯片              23.电路板

24.玻璃罩             25.框体

26.聚光组件           261.聚光孔

262.开口              27.挡光墙

271.底面              272.侧面

273.顶面              28.螺丝

3.连接件              4.电线杆

41.上端               5.灯壳

51.第一盖             52.第二盖

53.孔                 54.安装孔

55.安装板             56.开口

57.容室               58.凹部

6.发光二极管灯具      8.电源供应器

具体实施方式

请参阅图1至图4，显示依据本发明第一实施例构成的发光二极管模块10；该发光二极管模块10包含一发光二极管光源组件2及一散热模块1。

发光二极管光源组件2包含一由金属材料制成的基板21及复数发光二极管22；该金属基板具有相对的一第一面211及一第二面212，该第一面211上结合有电路板23，各发光二极管22结合在该基板第一面211上且包含与电路板23形成电性连接的至少一发光二极管芯片221。在本实施例中，基板21上设有复数穿孔213，且基板21的厚度为0.5-1mm。

该散热模块1包含一散热本体11、一热管12及二鳍片散热器13；该散热本体11的内部具有一热管收纳孔111，且该散热本体11具有可提供基板21的第二面212结合的结合面112，该结合面112为一平坦的面，且结合面112上设有与该热管收纳孔111连通的开口114；在本实施例中，该散热本体11为一由例如铜的金属材料制成的长方块体，该块体的一平直侧面形成该结合面112，并在该结合面112上设有复数结合孔115，利用复数连接件3穿入该数穿孔213及该数结合孔115将该基板21结合在该散热本体11的结合面112上。

该热管12具有一外表面124、套在该散热本体11的热管收纳孔111内的第一部分123及位于散热本体11外侧的一第二部分121及一第三部分122；在本实施例中，该热管具有第一端、第二端及位于该二端之间的中间部分，中间部分构成该第一部分123，第一端构成第二部分121，第二端构成第三部分122。当该热管12插入该热管收纳孔111内后，该第一部分123的外表面124的局部会露在该散热本体11的开口114处而与基板21接触(见图4)。在本实施例中，该热管12由例如铜的金属材料制成的圆管，且该热管12内部充填有传热介质14，该传热介质最好为一种具有超导效率的传热材料。在本实施例中，传热介质包含一种盐的水溶液，该盐是由选自铜、银、金、镍、铬、锌、钛和钴的一种或多种金属离子与有机酸或无机酸形成的配合物。

各鳍片散热器13包含复数分隔开的鳍片，该鳍片可由铜材、铝材或是包含碳纤维与金属的复合材料制成。在本实施例中，该二鳍片散热器13为个别装设在该热管12的第二部分121与第三部分122上，各鳍片散热器13可利用空气对流来散发热量。

依据本发明构成的发光二极管模块10，其中，该散热模块1的散热本体11提供该发光二极管基板21便利地组装，且该散热本体11与该热管12具有宽大的接触区域而能有效地将该发光二极管产生的热量传递到该热管12，又该热管12的外表面的局部与该基板21形成直接热接触，使得发光二极管所产生的热量能迅速地通过该热管12及热管内部的传热介质14带离该基板21，接着再经由二鳍片散热器13与空气自然对流，以具有去热迅速的效果。

参阅图5至图8，显示依据本发明第二实施例构成的发光二极管模块10(该实施例中，关于和第一实施例说明中的相同或同等的构件，将附上同一标号并省略细部结构说明)；其中，该散热模块1包含一散热本体11、一热管12及二鳍片散热器13；该第二实施例与第一实施例的差异在于散热本体11是由金属薄板形成的管体构成，该管体在长度方向上具有一开口114，该开口114的二边缘117分别向外弯折而形成折边116，该二平坦折边116形成提供该发光二极管基板21结合的结合面112，又该管体的圆弧管壁形成收纳热管12的支撑部。本实施例的散热本体11的管壁相对较薄，能进一步提高该散热模块1的散热效率，而且该散热本体11有利热管12组装。

参阅图9及图10，显示依据本发明第三实施例构成的发光二极管模块10；在本实施例中，将第一实施例的热管第三部分122及装在该第三部分122上的散热器13删除，藉以降低散热模块1的长度及体积。亦即，热管12的第一端构成收纳在该热管收纳孔111内的第一部分123，而热管12的第二端构成位于散热本体11外侧的第二部分121。

参阅图11至图17，显示依据本发明另一实施例构成的发光二极管模块10及一具有该发光二极管模块10的发光二极管灯具6；本实施例中，发光二极管灯具6为一提供夜间照明的路灯。

该发光二极管灯具6包含一灯壳5、收纳在灯壳5内的发光二极管光源组件2及散热组件1。在本实施例中，关于和第一实施例说明者相同或同等的构件，将附上同一标号做说明。该灯壳5是由一第一盖(上盖)51及一第二盖(下盖)52相对结合而成，该第一盖51与第二盖52上个别设有复数可通风的孔53，且该第一盖51的一端具有一半圆形的安装孔54，该安装孔54内部组装一安装板55用以结合定位在一电线杆4的上端41。该第二盖52的靠中间处具有一可透光的开口56。该第一盖52内具有一容室57，该容室57内可提供装填冷却液用以冷却散热组件1(未图标)。该第一盖52内并具有一凹部58，该凹部58收纳一电源供应器8，该电源供应器8供应发光二极管灯具6的电力。

该发光二极管光源组件2包含由金属材料制成的基板21及设在该基板21上的复数发光二极管22。在本实施例中，该基板21包含复数平行并接的条状板体，该基板21具有相对的第一面211与第二面212，该第一面211上结合有电路板23，且该基板21上设有穿孔213。该数发光二极管22设在基板21的第一面211上且与电路板23形成电性连接；在本实施例中，该数发光二极管22形成平行隔开的多排数组型态，各排的发光二极管22具有一纵向轴线。在该基板21的外部并以一透光的玻璃罩24及一框体25覆盖，该透光的玻璃罩24对应地位于该第二盖52的透光开口56上，使得发光二极管22发射的灯光可经由该开口56向外或外下照射。

该发光二极管光源组件2进一步包含复数概呈条状的聚光组件26，各聚光组件26沿着与该纵向轴线平行的方向组装在该基板21的第一面211上且位于其中一排发光二极管22上，且各聚光组件26上设有复数分隔开的聚光孔261，各聚光孔261对准且收纳一发光二极管22，又该聚光孔261的内壁外端形成喇叭状的锥状开口262(见图16a)，使得发光二极管22向外发光照射时具有聚光的效果。

本实施例中，该发光二极管光源组件2进一步包含复数概呈条状的挡光墙27，各挡光墙27沿着与该纵向轴线平行的方向组装在该基板21的第一面211上且位于二排发光二极管22之间，在本实施例中，各挡光墙27利用螺丝28固定在基板21上。各挡光墙27具有结合在基板21的第一面211的底面271、一与该底面271相对的顶面273及二侧面272，该二侧面272形成向顶面273缩小宽度的斜面。当发光二极管22向外发光照射时，挡光墙27的二侧面272具有阻挡光线向外分散及反射光源以提高照光亮度的效果。

该散热组件1包含一散热本体11、复数第一热管12、复数第二热管15及复数散热器13；在本实施例中，该散热本体11由例如铜、铝等可导热的金属材料制成的长方块体，该散热本体11具有一平坦结合面112，该结合面112与该基板21的第二面212连结，该结合面112上设有复数结合孔115，利用复数连接件3穿入该基板21的穿孔213且延伸入该散热本体11的结合孔115中将该二者结合；该散热本体11的内部具有复数相互隔开且平行的第一收纳孔111，各第一收纳孔111具有一纵向轴线，该纵向轴线与发光二极管22的纵向轴线平行，在本实施例中，各第一收纳孔111的断面概呈圆形且邻近该结合面112；参阅图16a，各第一收纳孔111外周围的面向该散热本体11的结合面112的部分与该基板21的第二面212的间隙(D)小于0.5mm，亦即在0.5mm至0(即相连通)的范围内。

该散热本体11的内部进一步具有复数相互隔开且平行的第二收纳孔118，各第二收纳孔118的延伸方向与该第一收纳孔111的纵向轴线概呈垂直且延伸贯穿该散热本体11的相对二侧面119，在本实施例中，第二收纳孔118的断面概呈圆形。

本实施例中，第一热管12具有外表面124、收纳在散热本体第一收纳孔111内的一第一部分123及位于散热本体11外侧的一第二部份121(见图17)；当各第一热管12收纳在第一收纳孔111内后，第一部分外表面124的面向散热本体11的结合面112的部分邻近基板21的第二面212；而各第二热管15具有收纳在散热本体第二收纳孔118内的第一部分151及位于散热本体11外侧的一第二部分152及一第三部分153；本实施例中，各第一热管12与第二热管15由例如铜的金属材料制成的圆管且内部充填有例如超导液的传热介质。

各散热器13包含复数分隔开的鳍片131，在本实施例中，该鳍片131由包含碳纤维与金属的复合材料制成，具有高的散热效率。在本实施例中，在第一热管12的第二部分121以及第二热管15的第二部分152及第三部分153上个别装设一散热器13，各散热器13可利用空气对流来散发热量；又各散热器13的外端面设有导热块17，使得传递至各散热器13的热量能更快速的扩散至整个散热器。

参阅图18及图19，显示图13至图17中的散热本体11的另一实施例，该散热本体11的结合面112上设有与该第一收纳孔111连通的开口114，使得第一收纳孔111的面向该散热本体11的结合面112的孔壁部分与该基板21的第二面212的间隙(D)为0(即相连通)，则插入该第一收纳孔111内的第一热管的第一部分123的外表面124的局部露在该散热本体11的开口114处而与基板21形成直接热接触，使得发光二极管所产生的热量能迅速地通过该第一热管12及第一热管内部的传热介质带离该基板21，接着再经由该第一热管12二端的二鳍片散热器13与空气自然对流而快速散热。

依据本发明构成的发光二极管模块10能使得发光二极管具有高散热效率，且有利数组散热模块1之间做连接以形成数组型态。再者，散热模块1之间可利用散热本体11的一侧面相互结合，且将二散热模块1的散热器13的鳍片相互间隔配置，就可扩充散热模块1的数量以提供更加优越的散热效果。此外，该散热本体11与第一热管12及第二热管15形成垂直交叉的矩阵型态，能有效地将该发光二极管22产生的热量传递到散热器13来散热，尤其是，该第一热管12的外表面的局部与该基板21相邻近或接触，使得发光二极管所产生的热量能迅速地通过第一热管12与第二热管15带离该基板21，而得高散热效率。

在前述说明书中，本发明仅是就特定实施例进行描述，而依本发明的设计特征当可做多种变化或修改是可了解的，例如，可利用散热本体11的一侧面做为基板而将发光二极管22直接组装在散热本体11上。所以，对于熟悉此项技艺人士可作的明显替换与修改，仍将属于本发明所主张的专利范围内。

Claims (20)

1、一种高散热发光二极管模块，其包含：

一金属基板，其具有相对的一第一面及一第二面，该第一面提供至少一发光二极管结合；

一散热本体，其具有一热管收纳孔及一结合面，该结合面与该基板的第二面结合，且该结合面上设有与该热管收纳孔连通的开口；

一热管，其具有套入该散热本体的热管收纳孔的一第一部分及位于该散热本体外侧的一第二部分，该热管具有外表面，该第一部分的外表面的局部露在该散热本体的开口处与该基板形成直接热接触；及

一鳍片散热器，其装在该热管的第二部分上。

2、如权利要求1所述的发光二极管模块，其中，该散热本体一金属材料制的块体，该块体的一侧面形成提供该基板结合的该结合面，该热管收纳孔为一沿该散热本体的长度方向穿过该块体的圆孔，该开口沿该散热本体的长度方向延伸。

3、如权利要求1所述的发光二极管模块，其中，该散热本体为一金属薄板形成的管体，该管体上具有一开口，该开口沿该散热本体的长度方向延伸，该开口二端分别形成一折边，该二折边形成该结合面。

4、如权利要求1所述的发光二极管模块，其中，该热管具有第一端及第二端，该第一端构成该第一部分，该第二端构成该第二部分。

5、如权利要求1所述的发光二极管模块，其中，该热管具有一第一端、一第二端及位于该二端之间的中间部分，该中间部分构成该热管第一部分，该第一端构成该热管第二部分，该第二端构成该热管之一第三部分，该第三部分位于该散热本体外侧且装设一散热器。

6、一种高散热发光二极管模块，其包含：

一发光二极管光源组件，其包含一金属基板，该基板具有相对的一第一面及一第二面，该第一面上设有复数发光二极管；

一散热本体，其具有一结合面，该结合面与该基板的第二面结合，该散热本体的内部具有复数相互隔开的第一收纳孔，各第一收纳孔的面向该散热本体的结合面的孔壁部分与该基板的第二面的间隙小于0.5mm；

复数第一热管，各第一热管具有套入该散热本体的第一收纳孔的一第一部分及位于该散热本体外侧的一第二部分，该第二部分装有散热器。

7、如权利要求6所述的发光二极管模块，其中，该数发光二极管形成相互隔开的多排数组配置，且各排的发光二极管具有一纵向轴线。

8、如权利要求6所述的发光二极管模块，其中，该散热本体的结合面上设有与该第一收纳孔连通的开口，使得该第一收纳孔的面向该散热本体的结合面的孔壁部分与该基板的第二面的间隙为0，且各第一热管的第一部分的外表面的局部露在该散热本体的开口处而与该基板接触。

9、如权利要求7所述的发光二极管模块，其中，各第一收纳孔具有一纵向轴线，该纵向轴线与各排发光二极管的纵向轴线平行；该散热本体内部并具有复数相互隔开且平行的第二收纳孔，各第二收纳孔的延伸方向与该第一收纳孔的纵向轴线垂直且延伸贯穿该散热本体的二侧面；该发光二极管灯具进一步包含复数第二热管，各第二热管具有套入该散热本体的第二收纳孔的第一部分及位于该散热本体外侧的第二部分，该第二部分上装设有散热器。

10、如权利要求7所述的发光二极管模块，其中，该发光二极管光源组件进一步包含复数概呈条状的聚光组件，各聚光组件沿着与各排发光二极管的纵向轴线平行的方向组装在该基板的第一面上且位于其中一排发光二极管上，且各聚光组件上设有复数分隔开的聚光孔用以收纳发光二极管。

11、如权利要求10所述的发光二极管模块，其中，各聚光孔的内壁外端形成喇叭状的锥面开口。

12、如权利要求7所述的发光二极管模块，其中，该发光二极管光源组件进一步包含复数概呈条状的挡光墙，各挡光墙沿着与各排发光二极管的纵向轴线平行的方向组装在该基板的第一面上且位于二排发光二极管之间。

13、如权利要求12所述的发光二极管模块，其中，各挡光墙具有结合在该基板的第一面的底面、一与该底面相对的顶面及二侧面，该二侧面形成向顶面缩小宽度的斜面。

14、如权利要求9所述的发光二极管模块，其中，该散热器包含复数鳍片，该鳍片由包含碳纤维与金属的复合材料制成。

15、一种发光二极管灯具，其包含：

一灯壳；

一发光二极管光源组件，其收纳在该灯壳内且包含一金属基板，该基板具有相对的一第一面及一第二面，该第一面提供至少一发光二极管结合；

一散热本体，其收纳在该灯壳内部且具有一结合面，该结合面与该基板的第二面结合，该散热本体的内部具有复数相互隔开的第一收纳孔，各第一收纳孔邻近该结合面且具有一纵向轴线，各第一收纳孔的面向该散热本体的结合面的孔壁部分与该基板的第二面的间隙小于0.5mm；

复数第一热管，各第一热管具有套入该散热本体的第一收纳孔的一第一部分及位于该散热本体外侧的一第二部分；及

一散热器，其装在该数第一热管的第二部分上。

16、如权利要求15所述的发光二极管灯具，其中，该散热本体的结合面上设有与该第一收纳孔连通的开口，使得该第一收纳孔的面向该散热本体的结合面的孔壁部分与该基板的第二面的间隙为0，且各第一热管的第一部分的外表面的局部露在该散热本体的开口处而与该基板接触。

17、如权利要求15所述的发光二极管灯具，其中，该散热本体的内部进一步具有复数相互隔开且平行的第二收纳孔，各第二收纳孔的延伸方向与该第一收纳孔的纵向轴线概呈垂直且延伸贯穿该散热本体的二侧面；又该发光二极管灯具进一步包含复数第二热管，各第二热管具有套入该散热本体的第二收纳孔的一第一部分及位于该散热本体外侧的一第二部份，该第二部份上装设一散热器。

18、如权利要求17所述的发光二极管灯具，其中，该数发光二极管相互隔开成多排数组型态，各排的发光二极管具有一纵向轴线，该纵向轴线与该第一收纳孔的纵向轴线平行。

19、如权利要求18所述的发光二极管灯具，其中，该发光二极管光源组件并包含复数概呈条状的聚光组件，各聚光组件沿着与各排发光二极管的纵向轴线平行的方向组装在该基板的第一面上且位于其中一排发光二极管上，且各聚光组件上设有复数分隔开的聚光孔用以收纳该发光二极管。

20、如权利要求19所述的发光二极管灯具，其中，该发光二极管光源组件并包含复数概呈条状的挡光墙，各挡光墙沿着与各排发光二极管的纵向轴线平行的方向组装在该基板的第一面上且位于二排发光二极管之间。

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