CN104344254A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

一种照明装置包含散热座、至少一发光模组及绝缘胶合层。发光模组设于该散热座的表面。绝缘胶合层位于该发光模组和散热座之间，用于将发光模组黏合固定于该散热座。其中该绝缘胶合层包含高分子成分及散布于该高分子成分中的导热填料，该高分子成分至少包含热固型树脂。绝缘胶合层的导热率大于0.5W/m-K，厚度为0.02～10mm，该绝缘胶合层与散热座和发光模组间的结合力大于300g/cm²，且可承受至少500伏特的电压。本发明的绝缘胶合层并无传统硅高分子黏合材料的流油和劣化等缺点，且本发明的绝缘胶合层具有高导热率及强黏着力，因此特别适用于例如LED照明的高导热需求场合。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及一种照明装置，特别是一种具有高导热及绝缘特性的照明装置。

背景技术

当发光二极体(LED)于60年代被使用后，过去因使用功率不高，只拿来作为显示灯及讯号灯，故封装散热问题并未产生。但近年来使用于电视背光或照明用途的LED，其亮度、功率皆持续提升，因此散热逐渐成为LED照明产业的首要问题。

传统白炽灯有70%以红外线辐射方式进行散热，所以灯泡本体热累积现象轻微。而LED产生的光，大多分布在以可见光或紫外光居多，不容易以辐射方式帮助散热，又因LED封装面积较小，难以将热有效散出，导致LED容易热衰减，由此得知LED热能是目前急待解决的问题。

早期LED热源透过金属架往基板散热，传统的封装热阻相当大，约达250～350℃/W。之后，进而由表面贴合方式(SMD)于PCB基板上封装，主要是通过与基板贴合一起的FR4载板来导热，利用增加散热面积的方式来大幅降低其热阻值。以FR4而言，虽然有导热系数不佳，因而在高功率的LED封装材料不易应用的缺点，但因具有便宜的优势，所以在低阶的产品中被使用。为改善导热性，也有使用陶瓷基板，但其有易脆的缺点且价格昂贵。另外也有使用铝基板的金属基电路板(metal core circuit board；MCPCB)，其导热性佳但绝缘性差，需搭配额外的绝缘设计。

对于LED或其他发热元件或电子零件而言，目前亦有使用一片热传介面材料(thermal interface material)，将上述电子零部件与散热模组结合。传统上，热传介面材料是采用有机硅高分子、有机相变化材料或导热膏等。虽然这些材料的导热性佳，但黏合性不佳。因此在安装时往往需使用螺丝、铆钉或卡榫固定。传统的材料在长时间使用后，容易因为材料劣化，进而产生小分子裂解产物，造成导热效能下降与电子元件污染。

虽然市面上有推出环氧树脂材料系统的导热膏或双面胶，但由于需兼顾涂布与制程特性，陶瓷粉末若添加过多，将导致材料黏度过高，不利材料涂布。或为顾及材料的导热性而添加较多陶瓷粉。但陶瓷粉若添加过多，将导致材料的黏着性大幅降低。

因此如何在兼顾绝缘性、导热性和黏着性，且不需螺丝等固定件的情况下，提供LED照明散热的有效解决方案，实为亟需克服的问题。

发明内容

本发明揭露一种照明装置，使用绝缘胶合层黏合固定照明装置中的发光模组及散热座，除了提供高导热性外，同时具有绝缘和黏着特性。发光模组及散热座的结合无须其他螺丝、卡榫、铆钉等固定件，可增加发光模组设计上的弹性，以提供大角度出光或全周光的照明装置。

本发明揭露一种照明装置，其包含散热座、至少一发光模组及绝缘胶合层。发光模组设于该散热座的表面。绝缘胶合层位于该发光模组和散热座之间，用于将发光模组黏合固定于该散热座。其中该绝缘胶合层包含高分子成分及散布于该高分子成分中的导热填料，该高分子成分至少包含热固型树脂，绝缘胶合层的导热率大于0.5W/m-K，厚度为0.02～10mm。该绝缘胶合层与散热座和发光模组间的结合力大于300g/cm²，且可承受至少500伏特的电压。

一实施例中，发光模组的涵盖面积小于该绝缘胶合层的涵盖面积。优选地，发光模组的涵盖面积除以绝缘胶合层的涵盖面积的值介于65%～95%。

一实施例中，该发光模组包含发光元件及电路载板，该发光元件设置于电路载板表面。

一实施例中，绝缘胶合层的涵盖面积大于发光模组的涵盖面积，特别是该发光模组的涵盖面积除以绝缘胶合层的涵盖面积的值介于25%～93%时，该发光元件可承受至少1～10kV的电压而不发生跳火。

一实施例中，绝缘胶合层的涵盖面积小于发光模组的涵盖面积，特别是该发光模组的涵盖面积除以绝缘胶合层的涵盖面积的值介于100%～300%时，该发光元件可承受至少0.8～3.4kV的电压而不发生跳火。

一实施例中，照明装置另包含基座外壳，而该散热座凸出于该基座外壳上缘。散热座可为圆柱形，该发光模组设于圆柱形的上表面及/或侧表面。该绝缘胶合层罩覆该圆柱形上缘且可向下延伸至超过发光模组设置的位置。另外，散热座可为多边柱形，该发光模组设于多边柱形的上表面及/或侧表面。该绝缘胶合层罩覆该圆柱形上缘且可向下延伸至超过发光模组设置的位置。

一实施例中，该高分子成分另包含热塑型塑胶。导热填料可包含氮化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、碳化硅、金、银、铝或其混合物。

一实施例中，该绝缘胶合层依据ASTM D2240A规范所测得的硬度介于65A～98A。该绝缘胶合层依据ASTM D5470规范所测得的热阻率小于0.5℃/W。

本发明的绝缘胶合层并无传统硅高分子黏合材料的流油和劣化等缺点，且本发明的绝缘胶合层具有高导热率及强黏着力，因此特别适用于例如LED照明的高导热需求场合。

附图说明

图1为本发明第一实施例的照明装置的立体示意图；

图2为本发明第一实施例的照明装置的侧剖示图；

图3为本发明第二实施例的照明装置的立体示意图；

图4为本发明第二实施例的照明装置的侧剖示图；

图5为本发明第三实施例的照明装置示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、20、30照明装置

11、21、31发光模组

12、22、32发光元件

13、23、33电路载板

14  散热座

15  绝缘胶合层

16  基座外壳

17  电连接座

18  透光罩体

19  容置空间

具体实施方式

为让本发明的上述和其他相关技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，作详细说明如下。

鉴于前述高功率照明装置所遭遇的热管理问题，本发明采用高导热及强黏合性的绝缘胶合层作为照明模组和散热座(heat sink)间的结合界面，可有效将照明模组产生的热传导至散热座，且一并考虑绝缘胶合层的覆盖方式，以提供较佳的绝缘耐电压特性，以防止跳火(arcing)发生。

图1及图2为本发明第一实施例的照明装置示意图，图1为照明装置的立体示意图，图2则为侧剖面示意图。照明装置10包含发光模组11、散热座14、绝缘胶合层15、基座外壳16、电连接座17以及透光罩体18。发光模组11主要是由发光元件12及电路载板13所组成，且设置于散热座14表面。发光元件12可为LED发光件，其数量至少有一个，且设置于电路载板13表面。透光罩体18可为一透明灯罩，下缘连接基座外壳16，而形成容置空间19，以容纳发光模组11、部分的散热座14及其间的绝缘胶合层15等。基座外壳16中可容纳发光驱动电路板或其他相关电子元件。基座外壳16下缘连接电连接座17，以连接电源。

本实施例中，散热座14为凸出该基座外壳16上缘的圆柱形凸出平台，其具有一上表面，供发光模组11设置其上。散热座14凸出基座外壳16部分的高度大约为透光罩体18高度的1/5至1/2，且侧面可设计为略微倾斜的角度，如此可将发光模组11设置于较高位置以获得大出光角度或全周光的效果。绝缘胶合层15位于该发光模组11和散热座14之间，用于将发光模组11黏合固定于该散热座14上。实际应用上，为达到较佳的散热特性及结构刚性，散热座14通常会使用金属材料制作，但此设计也增加了发光模组11和散热座14间跳火的风险。为避免跳火，绝缘胶合层15较佳地相较于发光模组11或电路载板13有较大的面积，亦即该绝缘胶合层15的涵盖面积大于该发光模组11的涵盖面积。一实施例中，发光模组11或电路载板13的涵盖面积和绝缘胶合层15的涵盖面积的比值在65%～95%，或特别是90%、80%或70%。本实施例中，绝缘胶合层15罩覆散热座14的上缘且可延伸向下，也就是利用增加绝缘的罩覆面积的方式，进而增加发光元件12和散热座14间未有绝缘保护的距离，以避免跳火发生。经测试，如果发光元件12和未覆盖绝缘胶合层15的散热座14之距离达3mm以上时，至少可耐3kV的电压。

图3及图4显示本发明第二实施例的照明装置20示意图，图3为照明装置20的立体示意图，图4则为侧剖面示意图。类似于前述第一实施例，但本实施例中于散热座14的圆柱形侧面另设置有发光模组21，以加强侧面发光效能，进一步增加出光角度。发光模组21包含电路载板23及设置于电路载板23表面的发光元件22。类似地，发光模组11和21与散热座14间以绝缘胶合层15进行黏合固定，且绝缘胶合层15较佳地相较于发光模组11和21或电路载板13和23有较大的涵盖面积，特别是发光模组11和21或电路载板13和23的面积总和与绝缘胶合层15涵盖面积的比值在65%～95%，或特别是90%、80%或70%。本实施例中，绝缘胶合层15罩覆散热座14的上缘且可延伸向下至超过发光模组21所在的位置，也就是利用增加绝缘的罩覆面积的方式，进而增加发光元件22和散热座14间未有绝缘保护的距离，以避免跳火发生。特而言之，可视情况省略上方的发光模组11，例如将散热座14作为圆锥形的设计，而同样可得到大出光角度。

图5显示本发明第三实施例的照明装置30示意图。类似于前述第一实施例，但其中散热座14为多边形柱体(本实施例为六边形柱体)。该散热座14的上表面设置发光模组11，同时于每个侧表面设置发光模组31。发光模组31可包含发光元件32及电路载板33，其中发光元件32设置于电路载板33表面。类似地，发光模组11和31与散热座14间以绝缘胶合层15进行黏合固定，且绝缘胶合层15较佳地相较于发光模组11和31或电路载板13和33有较大的涵盖面积，特别是电路载板13和33的面积总和与绝缘胶合层15涵盖面积的比值在65%～95%，或特别是90%、80%或70%。本实施例中，绝缘胶合层15罩覆散热座14的上缘且可延伸向下至超过发光模组31所在的位置，也就是利用增加绝缘的罩覆面积的方式，进而增加发光元件32和散热座14间未有绝缘保护的距离，以避免跳火发生。特而言之，可视情况省略上方的发光模组11，例如可将散热座14设计为多边锥形，如此亦可获得大出光角度。

上述实施例以球泡灯为例进行说明，但本发明并非仅限于球泡灯的应用，其他需要高导热的照明装置若使用本发明的技术内容亦为本发明所涵盖。本发明的照明装置（特别是其中的散热座14）包含但不限于上述实施例，只要绝缘胶合层15具有以下的导热性、绝缘性及黏合性，他种结构变化亦在本发明的范围内。

为同时达到导热性、绝缘性及黏合性的要求，本发明的绝缘胶合层15的导热率大于0.5W/m-K、厚度为0.02～10mm，且该绝缘胶合层15与散热座14和发光模组11间的结合力至少为300g/cm²。绝缘胶合层15所使用的黏合材料主要是于高分子成分中添加导热填料而成。高分子成分包括热固性环氧树脂，并可搭配热塑性塑胶、橡胶或其组合的改质聚合物，以针对热固性环氧树脂进行耐冲击性质改善。本发明的绝缘胶合层15的导热率约在0.5W/m-K至15W/m-K，例如1W/m-K、3W/m-K、5W/m-K、7W/m-K、8W/m-K、10W/m-K或12W/m-K。散热座14、发光模组11、21或31是在温度与压力使用黏合材料结合，黏合材料即形成绝缘胶合层15，其中结合温度大于50℃。因为绝缘胶合层15使用的黏合材料可填补发光模组11、21或31和散热座14间的孔隙而可进一步降低热阻，若将绝缘胶合层15使用的黏合材料制成200μm厚度的片状材料，依据ASTM D5470的规范所测得的热阻率小于0.5℃/W或0.4℃/W。另外，依据ASTM D2240A规范，本发明的绝缘胶合层15的硬度约在65A至98A之间，例如75A、85A或95A，而具有良好的耐冲击特性，非常适合于作为与金属材料间的黏合应用。金属材料可以为铜、铝、镍、铁、锡、金、银或其合金。当黏合材料与金属材料压着固化后，其间的黏着力至少300kg/cm²。其中又以于高分子材料中添加有热塑性塑胶的黏合材料对于提升黏着力更为明显。因热塑型塑胶的特性使该黏合材料可以拥有强韧不易脆裂的热塑型塑胶的特性，故可与金属材料，例如金属电极或基板产生强力接着，其黏着力甚至可大于350kg/cm²或400kg/cm²。绝缘胶合层15的厚度可以做的很薄，但通常厚度愈厚，其绝缘耐电压特性愈佳。绝缘胶合层15的厚度通常在0.02～10mm间，或可为0.1mm、0.5mm、1mm、5mm。通常厚度大于0.2mm时具有良好的耐电压特性。

绝缘耐电压特性除了与绝缘胶合层厚度有关外，也和绝缘胶合层涵盖面积与发光模组的涵盖面积有直接相关。当发光模组的整体涵盖面积小于绝缘胶合层的涵盖面积(即发光模组的涵盖面积除以绝缘胶合层的涵盖面积之比值A在25%至93%间)，并搭配不同绝缘胶合层厚度的情况下，绝缘耐电压的测试结果如下表1所示。由表1可知，比值A愈小且厚度愈厚，亦即绝缘胶合层的相对面积愈大或愈厚，绝缘耐电压效果愈佳。根据表1，本发明的照明装置的发光元件可承受约1kV至约10kV的电压而不发生跳火，非常适合于需要耐高电压的场合。

[表1]

本发明同样可应用于发光模组的涵盖面积大于绝缘胶合层的涵盖面积的情况，例如发光模组的涵盖面积除以绝缘胶合层的涵盖面积的比值A在100至300%间。不同比值A并搭配不同绝缘胶合层，其绝缘耐电压的测试结果如下表2所示。由表2可知，比值A愈小且厚度愈厚，亦即绝缘胶合层之相对面积愈大或愈厚，绝缘耐电压效果愈佳。根据表2，本发明的照明装置的发光元件可承受约0.8kV至约3.4kV的电压而不发生跳火，可适用于不需要耐特别高电压的场合。

[表2]

上述的热固型环氧树脂可包含未固化的液态环氧树脂、聚合环氧树脂、酚醛环氧树脂或酚甲烷树脂。热固型环氧树脂亦可由多种环氧树脂混合而成，其中，至少包括末端环氧官能基的环氧树脂、侧链型环氧官能基、或四官能基的环氧树脂或其组合物。一实施例中，热固型环氧树脂可为双酚A环氧树脂。热固型环氧树脂占该黏合材料的体积百分比介于30%至60%之间，或较佳介于35%至50%之间。优选地，高分子成分中可加入热塑性塑胶或橡胶。热塑性塑胶可包含苯氧树脂、聚堸、聚醚砜、聚苯乙烯、聚氧化二甲苯、聚苯硫醚、聚酰胺、聚亚酰胺、聚醚酰亚胺、聚醚酰亚胺与硅酮之块体共聚合物、聚氨酯、聚酯树脂、聚碳酸酯、压克力树脂、苯乙烯/丙烯及苯乙烯块体共聚合物。橡胶可选自丁腈橡胶((Nitrile-Butadiene Rubber；BNR)。

导热填料可包含陶瓷粉末或金属。例如：氮化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、碳化硅、金、银、铝或其混合物。导热填料均匀分散于该高分子成分中，且占该黏合材料的体积百分比介于40%至70%之间，较佳地在50%至65%之间。

综言之，本发明的照明装置利用绝缘胶合层将发光模组黏合固定于该散热座，且通过较大的绝缘覆盖面积，可有效防止跳火事件发生。该绝缘胶合层的导热率大于0.5W/m-K，厚度为0.02～10mm，且结合力至少为300g/cm²。本发明采用高黏合力的绝缘胶合层，因此不需要使用螺丝等固定件即可将发光模组固定于散热座上。另外，绝缘胶合层具有良好的耐冲击和绝缘特性，可耐至少500伏特以上电压，或甚至可耐至少1kV或甚至10kV以上的电压。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求书的保护范围所涵盖。

Claims (18)

1.一种照明装置，包含：

一散热座；

至少一发光模组，设于所述散热座的表面；

一绝缘胶合层，位于所述发光模组和所述散热座之间，用于将所述发光模组黏合固定于所述散热座；

其中，所述绝缘胶合层包含高分子成分及散布于所述高分子成分中的导热填料，所述高分子成分至少包含热固型树脂，所述绝缘胶合层的导热率大于0.5W/m-K，厚度为0.02～10mm，所述绝缘胶合层与所述散热座和所述发光模组间的结合力大于300g/cm²，且可承受至少500伏特的电压。

2.根据权利要求1的照明装置，其中，所述绝缘胶合层的涵盖面积大于所述发光模组的涵盖面积。

3.根据权利要求1的照明装置，其中，所述发光模组的涵盖面积除以所述绝缘胶合层的涵盖面积的值介于65%～95%。

4.根据权利要求1的照明装置，其中，所述发光模组包含发光元件及电路载板，所述发光元件设置于所述电路载板表面。

5.根据权利要求4的照明装置，其中，所述发光模组的涵盖面积除以所述绝缘胶合层的涵盖面积的值介于25%～93%，所述发光元件可承受至少1～10kV的电压而不发生跳火。

6.根据权利要求4的照明装置，其中，所述发光模组的涵盖面积除以所述绝缘胶合层的涵盖面积的值介于100%～300%，所述发光元件可承受至少0.8～3.4kV的电压而不发生跳火。

7.根据权利要求1的照明装置，其中，还包含基座外壳，所述散热座凸出于所述基座外壳上缘。

8.根据权利要求7的照明装置，其中，所述散热座为圆柱形，所述发光模组设于所述圆柱形的上表面及/或侧表面。

9.根据权利要求8的照明装置，其中，所述绝缘胶合层罩覆所述圆柱形上缘且向下延伸至超过所述发光模组设置的位置。

10.根据权利要求7的照明装置，其中，所述散热座为多边柱形，所述发光模组设于所述多边柱形的上表面及/或侧表面。

11.根据权利要求10的照明装置，其中，所述绝缘胶合层罩覆所述多边柱形上缘且向下延伸至超过所述发光模组设置的位置。

12.根据权利要求7的照明装置，其中，还包含一透光罩体，其下缘连接所述基座外壳，且所述散热座凸出所述基座外壳部分的高度为所述透光罩体高度的1/5至1/2。

13.根据权利要求1的照明装置，其中，所述热固型环氧树脂包含双酚A环氧树脂。

14.根据权利要求1的照明装置，其中，所述高分子成分还包含热塑型塑胶。

15.根据权利要求1的照明装置，其中，所述导热填料包含氮化锆、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、碳化硅、金、银、铝或其混合物。

16.根据权利要求1的照明装置，其中，所述绝缘胶合层依据ASTMD2240A规范所测得的硬度介于65A～98A。

17.根据权利要求1的照明装置，其中，所述绝缘胶合层依据ASTMD5470规范所测得的热阻率小于0.5℃/W。

18.根据权利要求1的照明装置，其中，所述散热座与所述发光模组于大于50℃的温度以所述绝缘胶合层进行结合。