CN102810625A - 液冷式发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液冷式发光装置，其包括至少一个发光二极管组件、至少一个第一基板及冷却液。该第一基板具有第一表面、第二表面及至少一个孔洞。该发光二极管组件位于该第一基板的该第一表面，该孔洞开口于该第一基板的该第二表面，且相对于该发光二极管组件。该冷却液用以在该孔洞内流动，以带走该发光二极管组件的热。由此，本发明可有效地降低该发光二极管组件的温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种液冷式发光装置。
背景技术
随着环保与节能的议题日渐受到重视，具有发光二极管(LED)的发光装置逐渐取代传统的灯泡。然而，发光二极管通常以多颗排列在一起，因此如何有效地散热则是一大课题。
参考图1，显示已知发光装置的剖视示意图。该发光装置1包括发光二极管(LED)组件10、基板12、容器16及冷却水14。该基板12为封装基板，且具有第一表面121、第二表面122。该发光二极管组件10位于该基板12的第一表面121。该基板12的第二表面122位于该容器16上。该冷却水14在该容器16内流动，以带走该发光二极管组件10发光所产生的热。
该已知发光装置1的缺点如下。该发光二极管组件10的热先通过该基板12及该容器16的侧壁之后才会进入该冷却水14，而被该冷却水14带走。由于该基板12及该容器16通常不是热的良导体，因此，该发光二极管组件10的热并无法快速地传导到该冷却水14，导致该已知发光装置1的散热效率并不高。换言之，已知技术的热阻过大。在实际量测时，该发光二极管组件10的发光功率为3W，该冷却水14的温度为35℃，所量得的接面温度为51.2℃，热阻为7.7℃/W。该接面温度指该发光二极管组件10与该基板12接触面(即该第一表面121)的温度。
此外，另一种已知发光装置加装铝散热基板于该基板12及该容器16之间，其所量得的接面温度为52℃，热阻为8.1℃/W。
发明内容
本发明提供一种液冷式发光装置，其包括至少一个发光二极管(LED)组件、至少一个第一基板及冷却液。该第一基板具有第一表面、第二表面及至少一个孔洞。该发光二极管组件位于该第一基板的该第一表面，该孔洞开口于该第一基板的该第二表面，且相对于该发光二极管组件。该冷却液用以在该孔洞内流动，以带走该发光二极管组件的热。由此，可有效地降低该发光二极管组件的温度。
在一实施例中，所述液冷式发光装置还包括第二基板，位于该至少一个第一基板的该第二表面，该第二基板具有至少一个通孔，该至少一个通孔连通该至少一个第一基板的该至少一个孔洞，使得该冷却液可以经由该至少一个通孔流进该至少一个孔洞。该至少一个孔洞为盲孔。该至少一个孔洞还开口于该至少一个第一基板的该第一表面，使得该冷却液可以接触该至少一个发光二极管组件。该第二基板是散热基板或电路板。
在一实施例中，所述液冷式发光装置还包括至少一个容器，用以容纳该冷却液，该至少一个容器具有开口，该至少一个第一基板的该至少一个孔洞连通该开口，使得该冷却液可以经由该开口流进该至少一个孔洞。所述液冷式发光装置还包括：循环管路，连接该容器，用以供该冷却液于其内流动；泵，位于该循环管路上，用以提供该冷却液流动所需的动能；及多个散热鳍片，位于该循环管路上，用以将该冷却液的热发散出去。
在一实施例中，所述液冷式发光装置还包括连接管路及泵，其中该发光二极管组件的数目为多个，该第一基板的数目为多个，该容器的数目为多个，每一发光二极管组件位于每一第一基板上，每一第一基板位于每一容器上，该连接管路连接这些容器，该泵位于该连接管路上，用以提供该冷却液流动所需的动能。所述液冷式发光装置还包括容置槽，位于该连接管路上，用以储存该冷却液。该容器包括：底板，具有中间凹槽、入口槽及出口槽，该入口槽及该出口槽连通该中间凹槽；及中介板，夹设于该第一基板及该底板之间，该中介板具有该开口、入口及出口，该开口、该入口及该出口贯穿该中介板，该入口及该出口连通该开口，且该开口、该入口及该出口分别对应该中间凹槽、该入口槽及该出口槽。
在一实施例中，所述液冷式发光装置还包括连接管路及泵，该连接管路连接该入口及该出口，该泵位于该连接管路上，用以提供该冷却液流动所需的动能。所述液冷式发光装置还包括容置槽，位于该连接管路上，用以储存该冷却液。
附图说明
图1显示已知发光装置的剖视示意图；
图2显示本发明液冷式发光装置的一个实施例的剖视示意图；
图3显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的剖视示意图；
图4显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的剖视示意图；
图5显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的剖视示意图；
图6显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的示意图；
图7显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的示意图；
图8显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的分解示意图；
图9显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的组合示意图；
图10显示本发明液冷式发光装置的另一实施例的示意图；
图11显示发光二极管组件在不同接面温度下其所发出的光的波长及强度关系图；
图12显示发光二极管组件蓝光及黄光的强度与接面温度的关系图；及
图13显示发光二极管组件的蓝光/黄光强度比例与接面温度的关系图。
【附图标记说明】
1 已知发光装置
2 本发明液冷式发光装置的一个实施例
2a 本发明液冷式发光装置的一个实施例
2b 本发明液冷式发光装置的一个实施例
2c 本发明液冷式发光装置的一个实施例
5 本发明液冷式发光装置的一个实施例
6 本发明液冷式发光装置的一个实施例
7 本发明液冷式发光装置的一个实施例
8 本发明液冷式发光装置的一个实施例
10 发光二极管(LED)组件
12 基板
14 冷却水
16 容器
20 发光二极管(LED)组件
22 第一基板
24 冷却液
26 容器
28 第二基板
51 循环管路
52 泵
53 散热鳍片
54 容置槽
61 连接管路
62 泵
63 容置槽
71 中介板
72 底板
73 连接管路
74 泵
75 容置槽
81 底板
121 第一表面
122 第二表面
221 第一表面
222 第二表面
223 孔洞
261 开口
281 通孔
711 开口
712 入口
713 出口
721 中间凹槽
722 入口槽
723 出口槽
811 开口
812 入口
813 出口。
具体实施方式
请参考图2，显示本发明的液冷式发光装置的一个实施例的剖视示意图。该液冷式发光装置2包括至少一个发光二极管(LED)组件20、至少一个第一基板22及冷却液24。该发光二极管(LED)组件20至少包括晶粒(Die)(图中未示)及镜头(Lens)(图中未示)。该第一基板22具有第一表面221、第二表面222及至少一个孔洞223。该发光二极管组件20位于该第一基板22的该第一表面221。该孔洞223开口于该第一基板22的该第二表面222，且该孔洞223的位置相对于该发光二极管组件20。该冷却液24用以在该孔洞223内流动，以带走该发光二极管组件20发光所产生的热。
在本实施例中，该第一基板22具有三个孔洞223；然而，在其它实施例中，该第一基板22也可以仅具有一个孔洞223。这些孔洞223还开口于该第一基板22的该第一表面221。亦即，这些孔洞223贯穿该第一基板22，使得该冷却液24经由该第一基板22的该第二表面222进入这些孔洞223后，可以接触该发光二极管组件20，以直接带走该发光二极管组件20的热。
在本实施例中，该第一基板22为封装基板，其材质为树脂。该冷却液24为水、甲醇、乙醇、氨、丙酮或其任意组合。
较佳地，该液冷式发光装置2还包括至少一个容器26，用以容纳该冷却液24。该容器26具有开口261。该第一基板22的这些孔洞223连通该开口261，使得该冷却液24可以经由该开口261流进这些孔洞223。
在本实施例中，该发光二极管组件20的发光功率为3W，该冷却液24为水，且温度为35℃，所量得的接面温度为45℃，热阻为4.7℃/W。该接面温度指该发光二极管组件20与该第一基板22接触面(即该第一表面221)的温度。与已知技术相比，本发明可有效降低该发光二极管组件20的温度，并由此提升散热效率。
请参考图3，显示本发明的液冷式发光装置的另一实施例的剖视示意图。本实施例的液冷式发光装置2a与图2的液冷式发光装置2大致相同，其中相同的组件赋予相同的附图标记。本实施例的该液冷式发光装置2a与图2的液冷式发光装置2的不同处在于，在本实施例中，这些孔洞223为盲孔。亦即，这些孔洞223不开口于该第一基板22的该第一表面221。综合所述，本发明的主要技术特征即在于去除该冷却液24与该发光二极管组件20之间的热阻，使得该冷却液24的冷却效果可以最大化。
请参考图4，显示本发明的液冷式发光装置的另一实施例的剖视示意图。本实施例的液冷式发光装置2b与图2的液冷式发光装置2大致相同，其中相同的组件赋予相同的附图标记。本实施例的该液冷式发光装置2b与图2的液冷式发光装置2的不同处在于，在本实施例中，该液冷式发光装置2b还包括第二基板28。该第二基板28的材质为铝、铜或陶瓷，该第二基板28散热基板或电路板，且其位于该第一基板22的该第二表面222与该容器26之间。该第二基板28具有至少一个通孔281。在本实施例中，该第二基板28具有三个通孔281。这些通孔281连通该第一基板22的这些孔洞223，使得该冷却液24可以经由这些通孔281流进这些孔洞223。
在本实施例中，该发光二极管组件20的发光功率为3W，该冷却液24为水，且温度为35℃，所量得的接面温度为50℃，热阻为7.1℃/W。因此，与已知技术相比，本发明可有效降低该发光二极管组件20的温度，并由此提升散热效率。
请参考图5，显示本发明的液冷式发光装置的另一实施例的剖视示意图。本实施例的液冷式发光装置2c与图4的液冷式发光装置2b大致相同，其中相同的组件赋予相同的附图标记。本实施例的该液冷式发光装置2c与图4的液冷式发光装置2b的不同处在于，在本实施例中，这些孔洞223为盲孔。亦即，这些孔洞223不开口于该第一基板22的该第一表面221。
请参考图6，显示本发明的液冷式发光装置的另一实施例的示意图。本实施例的液冷式发光装置5与图2的液冷式发光装置2大致相同，其中相同的组件赋予相同的附图标记。本实施例的该液冷式发光装置5与图2的液冷式发光装置2的不同处在于，在本实施例中，该容器26为水冷头，且该液冷式发光装置5还包括循环管路51、泵52及多个散热鳍片53。
该循环管路51连接该容器26的二端，用以供该冷却液24于其所形成的封闭回路内流动。该泵52位于该循环管路51上，用以提供该冷却液24流动所需的动能。这些散热鳍片53位于该循环管路51上，用以将该冷却液24的热发散出去，以得到较佳的散热效果。较佳地，该液冷式发光装置5还包括容置槽54，位于该循环管路51上，用以储存该冷却液24。
请参考图7，显示本发明的液冷式发光装置的另一实施例的示意图。本实施例的液冷式发光装置6与图6的液冷式发光装置5大致相同，其中相同的组件赋予相同的附图标记。本实施例的该液冷式发光装置6与图6的液冷式发光装置5的不同处在于，在本实施例中，该发光二极管组件20的数目为多个，该第一基板22的数目为多个，该容器26的数目为多个。每一发光二极管组件20位于每一第一基板22上，每一第一基板22位于每一容器26上。
液冷式发光装置6还包括连接管路61及泵62。该连接管路61连接这些容器26，该泵62位于该连接管路61上，用以提供该冷却液24流动所需的动能。较佳地，该液冷式发光装置6还包括容置槽63，位于该连接管路61上，用以储存该冷却液24。同样的，图6与图7所附加的技术特征可应用在图2的液冷式发光装置2上，当然这些附加技术特征也可应用在图3、图4及图5的液冷式发光装置2a、2b、2c上，于此不再赘述。
请参考图8及9，显示本发明的液冷式发光装置的另一实施例的分解及组合示意图。本实施例的液冷式发光装置7与图2的液冷式发光装置2大致相同，其中相同的组件赋予相同的附图标记。本实施例的该液冷式发光装置7与图2的液冷式发光装置2的不同处在于，在本实施例中，该容器包括底板72及中介板71。亦即，该容器为双层结构。该底板72具有中间凹槽721、入口槽722及出口槽723，该入口槽722及该出口槽723连通该中间凹槽721。该中介板71夹设于该第一基板22及该底板72之间，该中介板71具有开口711、入口712及出口713。该开口711、该入口712及该出口713贯穿该中介板71，该入口712及该出口713连通该开口711，且该开口711、该入口712及该出口713分别对应该中间凹槽721、该入口槽722及该出口槽723。该第一基板22的孔洞(图中未示)连通或对应该开口711。
该液冷式发光装置7还包括连接管路73、泵74及容置槽75。该连接管路73连接该入口712及该出口713，用以供该冷却液24于其所形成的封闭回路内流动。该泵74位于该连接管路73上，用以提供该冷却液24流动所需的动能。该容置槽75位于该连接管路73上，用以储存该冷却液24。
请参考图10，显示本发明的液冷式发光装置的另一实施例的示意图。本实施例的液冷式发光装置8与图8的液冷式发光装置7大致相同，其中相同的组件赋予相同的附图标记。本实施例的该液冷式发光装置8与图8的液冷式发光装置7的不同处在于，在本实施例中，该容器为底板81，其具有开口811，且该开口811为弯曲的长沟槽，而在该底板81的边缘形成入口812及出口813。
该发光二极管组件20的数目为多个，且以数组方式排列于该第一基板22上。该第一基板22的孔洞(图中未示)连通或对应该开口811。
同样地，该液冷式发光装置8也可以包括连接管路(图中未示)、泵(图中未示)及容置槽(图中未示)。该连接管路连接该入口812及该出口813，用以供该冷却液24于其所形成的封闭回路内流动。该泵位于该连接管路上，用以提供该冷却液24流动所需的动能。该容置槽位于该连接管路上，用以储存该冷却液。同样的，图8、图9及图10所附加的技术特征可应用在图2的液冷式发光装置2上，当然该些附加技术特征也可应用在图3、图4及图5的液冷式发光装置2a、2b、2c上，于此不再赘述。
请参考图11，显示发光二极管组件在不同接面温度下其所发出的光的波长及强度关系图，其中附图标记31代表50.4℃的曲线，附图标记32代表51.9℃的曲线，附图标记33代表63.7℃的曲线，附图标记34代表72.0℃的曲线，附图标记35代表82.8℃的曲线，附图标记36代表87.1℃的曲线。在本发明中，该接面温度指该发光二极管组件与该基板接触面的温度。以图1为例，该接面温度指该发光二极管组件10与该基板12接触面(即该第一表面121)的温度；以图2至图5为例，该接面温度指该发光二极管组件20与该第一基板22接触面(即该第一表面221)的温度。由图11可知，如果该发光二极管组件的温度从87.1℃降到50.4℃，特定波长(550nm(纳米))的发光强度可以提高约30％。换言之，发光二极管组件的接面温度越高代表散热效果不明显，其发光强度自然无法维持而呈现慢慢衰减的状态。附带指出，图11的纵轴单位为任意单位(Any Unit)，意即图11仅表示不同温度下对应波长的相对强度。
请参考图12，显示发光二极管组件的蓝光及黄光的强度与接面温度的关系图，其中□代表蓝光，△代表黄光。由图可看出，接面温度越高，蓝光强度没有太大变化，但是黄光强度越低。请继续参考图13，显示发光二极管组件的蓝光/黄光强度比例与接面温度的关系图。由图可看出，接面温度越高，蓝光比例越高，因此发光二极管组件在高温时所发出的光线偏蓝，这并非蓝光强度增加，而是黄光强度衰减所致。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明。因此本领域一般技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如权利要求所列。
Claims (20)
1.一种液冷式发光装置，其特征在于，包括：
至少一个发光二极管组件；
至少一个第一基板，具有第一表面、第二表面及至少一个孔洞，该至少一个发光二极管组件位于该至少一个第一基板的该第一表面，该至少一个孔洞开口于该至少一个第一基板的该第二表面，且相对于该至少一个发光二极管组件；及
冷却液，用以在该至少一个孔洞内流动，从而带走该至少一个发光二极管组件的热。
2.如权利要求1所述的液冷式发光装置，其特征在于，该发光二极管组件的数目为多个，且位于该第一基板上。
3.如权利要求2所述的液冷式发光装置，其特征在于，这些发光二极管组件以数组方式排列于该第一基板上。
4.如权利要求1所述的液冷式发光装置，其特征在于，该至少一个孔洞为盲孔。
5.如权利要求1所述的液冷式发光装置，其特征在于，该至少一个孔洞还开口于该至少一个第一基板的该第一表面，使得该冷却液可以接触该至少一个发光二极管组件。
6.如权利要求1所述的液冷式发光装置，其特征在于，该冷却液为水、甲醇、乙醇、氨、丙酮或其任意组合。
7.如权利要求1所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括第二基板，位于该至少一个第一基板的该第二表面，该第二基板具有至少一个通孔，该至少一个通孔连通该至少一个第一基板的该至少一个孔洞，使得该冷却液可以经由该至少一个通孔流进该至少一个孔洞。
8.如权利要求7所述的液冷式发光装置，其特征在于，该至少一个孔洞为盲孔。
9.如权利要求7所述的液冷式发光装置，其特征在于，该至少一个孔洞还开口于该至少一个第一基板的该第一表面，使得该冷却液可以接触该至少一个发光二极管组件。
10.如权利要求7所述的液冷式发光装置，其特征在于，该第二基板是散热基板或电路板。
11.如权利要求1所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括至少一个容器，用以容纳该冷却液，该至少一个容器具有开口，该至少一个第一基板的该至少一个孔洞连通该开口，使得该冷却液可以经由该开口流进该至少一个孔洞。
12.如权利要求11所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括：
循环管路，连接该容器，用以供该冷却液于其内流动；
泵，位于该循环管路上，用以提供该冷却液流动所需的动能；及
多个散热鳍片，位于该循环管路上，用以将该冷却液的热发散出去。
13.如权利要求11所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括连接管路及泵，其中该发光二极管组件的数目为多个，该第一基板的数目为多个，该容器的数目为多个，每一发光二极管组件位于每一第一基板上，每一第一基板位于每一容器上，该连接管路连接这些容器，该泵位于该连接管路上，用以提供该冷却液流动所需的动能。
14.如权利要求13所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括容置槽，位于该连接管路上，用以储存该冷却液。
15.如权利要求11所述的液冷式发光装置，其特征在于，该容器包括：
底板，具有中间凹槽、入口槽及出口槽，该入口槽及该出口槽连通该中间凹槽；及
中介板，夹设于该第一基板及该底板之间，该中介板具有该开口、入口及出口，该开口、该入口及该出口贯穿该中介板，该入口及该出口连通该开口，且该开口、该入口及该出口分别对应该中间凹槽、该入口槽及该出口槽。
16.如权利要求15所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括连接管路及泵，该连接管路连接该入口及该出口，该泵位于该连接管路上，用以提供该冷却液流动所需的动能。
17.如权利要求16所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括容置槽，位于该连接管路上，用以储存该冷却液。
18.如权利要求11所述的液冷式发光装置，其特征在于，该容器为底板，且该开口为弯曲的长沟槽，该发光二极管组件的数目为多个，且以数组方式排列于该第一基板上。
19.如权利要求18所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括连接管路及泵，该连接管路连接该开口的二端，该泵位于该连接管路上，用以提供该冷却液流动所需的动能。
20.如权利要求19所述的液冷式发光装置，其特征在于，还包括容置槽，位于该连接管路上，用以储存该冷却液。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014146437A1 (zh) * | 2013-03-18 | 2014-09-25 | Feng Lin | 大功率液体散热led灯 |
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- 2011-07-11 CN CN2011101980751A patent/CN102810625A/zh active Pending
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| CN111656090B (zh) * | 2018-01-30 | 2022-07-12 | 海拉有限双合股份公司 | 带有用于半导体照明机构的冷却装置的用于车辆的前照灯 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121205 |