TW201002993A - Active heat dissipation LED lighting apparatus - Google Patents

Description

201002993 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種室外照明設備及使用其之室外照明 系統，尤指-種應用於道路照明之室外照明設備及室外照 5 明系統。 【先前技術】 it著旎源不足問題日趨嚴重，如何將目前現有的能源 發揮最大的功效已成為重要的課題之—。於照明產業中， 10發光二極體因其有發光效率高、耗電量少、使用壽命長、 及元件體積小等優點，使得發光二極體能應用於各種設備 中且有利於壞保。目前發光二極體普遍應用於交通號諸或 手電筒等照明設備中，且未來發光二極體更具有取代各式 各樣照明設備的潛力。 15 M、發光二極體具有極佳的發光效率，然而應用於需 要高亮度之公共照明設備上時，使用具有高功率之發光二 ϋ ㈣會面臨到難以散熱的問題。由於發光二極體本身的材 貝屬於熱ν率不间之陶瓷材料，因此使用發光二極體時， 熱量谷易累積於發光二極體元件内部而不易散出，若發光 20二極體元件半導體接面的溫度達到130至150。(：時，容易造 成發光二極體嚴重的劣化。 目前已知可應用散熱鰭片、流體導熱管、或風扇來幫 助發光二極體内部之熱量快速散出。如圖1所示，此為利用 風扇及散熱鰭片幫助散熱之發光裝置。此發光裝置之基板 5 201002993 11上具有線路圖案111，而發光二極體12則設置於基板11上 且與線路圊案111電性連接。於基板丨丨下方設置有一散熱鰭 片13，且於散熱鰭片13下方更設置有一風扇14。透過散熱 鰭片13及風扇14可讓熱快速地從高溫處傳遞至低溫處。 5 使用具有高功率之發光二極體時，已知可透過風扇及 流體熱導管的設計，快速降低發光二極體元件内部的溫 度。然而，應用於室外照明時，照明設備必須具有防濕、 防潮、防塵、以及防漏電等特性。故透過風扇來降低發光 一極體7L件内部的溫度，並無法達到防塵的目的；而透過 10流體熱導管則由於内部的流體含有乙醇及氨水等，很容易 使流體熱導官因溫差過大而破裂，導致產品失效的情形發 生。 因此，業界極需發展一種能有效利用高功率之發光二 極體且能快速將發光二極體元件内部熱量散出的室外照明 15 S又備，以期忐應用於公共照明場合，如道路、機場跑道、 或隧道等’並同時達到節約能源的目的。 【發明内容】 本發明之主要目的係在挺供一種室外照明設備，俾能 20快速將發光二極體發光單元所產生的熱量迅速排出，確保 室外照明設備之使用壽命與工作效率。 本發明之另一目的係在提供一種室外照明系統，俾能 控制發光一極體發光單元之溫度’且同時具有熱回館的功 201002993 效，以將發光二極體發光單元所產生的熱量轉換成電能， 達到節約能源之目的。 為達成上述目的，本發明提供一種室外照明設備，其 包括：一第一基板、至少一發光二極體發光單元、至少— 主動式散熱元件、以及一電源供應裝置。其中，第一基板 八包3 —上表面、以及一下表面，而上表面具有一第一電 路’且下表面具有一第二電路。至少一發光二極體發光單 元是設置於上表面，且與第-電路電性連接。而至少一主 動式散熱元件是設置於下表面，且與第二電路電性連接。 另外，電源供應裝置是透過第一電路與至少一發光二極體 ，光=元電性連接，且透過第二電路與至少—主動式散熱 早兀電性連接。 此外’本發明亦提供—種室外照明系統，其包括：一 15 20 =板二少一發光二極體發光單元、至少-主動式散 Z溫度感應元件、—控制單元、以及一電源 供應裝置。其中，第一基板包 而上表面具有—第表面、以及-下表面， 圖宰。至少務4· 圖案，且下表面具有-第二電路 Γ雷ΐ 體發光單元是設置於上表面，且與 第—電路圖案電性£表桩。丹 下表面，且盘第一雷㈣^、—主動式散熱元件是設置於 ^、第—電路電性i車。SL AL rr* , 元件是設置於上表面， ，至 >、一溫度感應 裝置，其，-性連接至控制單元。電源供應 發光二極體發光單元 2透過第—電路與至少一 一散熱單元電性連接。# ’以及透過第二電路與至少 7 201002993 因此’本發明之室外照明設備，透過主動式散熱元件 的設計’可迅速將發光二極體發光單元所產生的熱能排 出’而確保發光一極體發光單元之使用壽命及工作效率。 此外，透過溫度感應元件的設計，可感應發光二極體發光 5 單元的溫度，進一步透過控制單元，控制主動式散熱元件 之開啟或關閉。當發光二極體發光單元的溫度低於所設定 之溫度時，透過控制單元可使電源供應裝置不供應電能至 主動式散熱元件’使得主動式散熱元件呈現關閉的狀態。 而當溫度感應元件感應到發光二極體發光單元的溫度高於 10 或等於所設定之溫度時，則可透過控制單元讓電源供應裝 置供應電能至主動式散熱元件，使得主動式散熱元件呈現 開啟的狀態，而將二極體發光單元所產生的熱量散出。因 此，透過溫度感應元件以及控制單元的設計，可以減少不 必要之供應至主動式散熱元件之電能。 15 另一方面，本發明之室外照明設備更可包括一第二基 板，使主動式散熱元件位於第一基板與第二基板之間。 本發明之至外照明设備之第一基板更可包含至少一導 電通孔，且導電通孔是連接第一基板之上表面及下表面， 且導電通孔是與發光二極體發光單元電性連接。 20 本發明之室外照明設備之發光二極體發光單元，較佳 為高功率之發光二極體，即發光功率大於或等於lw之發光 二極體。 8 201002993 本發明之室外照明設備之第一基板之材質並無限制， 較佳為陶瓷材料或鋁合金，更佳為添加有氮化硼之陶瓷材 料。 本發明之室外照明設備之第二基板之材質並無限制， 5較佳為陶变材料或铭合金、更佳為添加有氮化刪之 料。 於本發明之室外照明設備中，第一基板與第二基板間 j填A保4層。其中，此保護層之材質並無限制，較 佳為矽膠（Silicc)ne)。 1〇 #者’本發明之室外照明系統更可包括-第二基板， 使主動式散熱S件是位於第—基板與第二基板之間。 本發明之室外照明系統更可包括一熱回收線路，且此 .、、、回收線路即為原第二電路。當發光二極體發光單元運作 產生熱，熱將經由第-基板傳導至主動散熱元件，主動散 15熱兀件繼而運作，將第一基板的熱抽至第二基板，因而發 _動放…的功效。散熱元件運作後，發光二極體發光單 I的溫度降到安全操作溫度，第-基板與第二基板產生溫 。此時主動散熱元件如為半導體熱電晶片，則會發生溫 差發電現象，雷+遊^ 抑 罨千藉由原本之第二電路收集並回饋至控制 !0 單元。 因此’本發明之室外照明系統，除了可感應發光二極 體發光單元之溫度，而將發光二極體所產生的熱量從主動 '政元件排出，同時由於主動式散熱元件可將熱能轉換 成電能，故透過熱回收線路的設計，可進一步將主動式散 9 201002993 熱元件所轉換出的電能回收至控制單元加以利用，而達到 熱回饋之功效’進而實現節約能源之目的。 【實施方式】 5 本發明之室外照明裝置及使用其之室外照明系統可應 用於道路、機場跑道、或是隧道等公共照明場合中。圖2即 為應用本發明之室外照明系統之路燈設備。其中，路燈之 燈罩21内所叹置的燈芯22即使用本發明之室外照明設備， 並透過發光二極體發光單元221發光，達到照明的效果。 10 接下來，將詳細說明本實施例之室外照明設備。如圖 3 A及圖3B所示，此為本實施例之室外照明設備之分解圖。 如圖3A所示，本實施例之室外照明設備其第一基板3ι之上 表面311上具有第一電路31Π，而發光二極體發光單元“是 設置於上表面311上，且與第一電路3111電性連接。另外， 15如圖3B所示，本實施例之室外照明設備其第一基板31之下 表面312上具㈣二電路3121 ’而主動式散熱元件^是設置 U 於下表面312上，且與第二電路3121電性連接。 當本實施例之室外照明設備與一電源供應裝置（圖中 未示）連接時，電源供應裝置（圖中未示）可透過第一電路 20 31 1 1與發光二極體發光單元32電性連接，而透過第二電路 3121與主動式散熱元件33電性連接，以提供電源至發光二 極體發光單元32與主動式散熱元件33，使發光二極體發光 單元32能發揮其功能而提供照明，且主動式散熱元件遵 進一步排除發光二極體發光單元32發光時所產生的埶量。 10 201002993 此外，如圊4所示’此為本實施例之室外照明設備之剖 面圖。於本實施例之室外照明設備中，其第一基板3 i更包 含導電通孔34 ’而導電通孔34是貫穿第一基板31之上表面 311與下表面312’並與發光二極體發光單元32電性連接。 5 设置導電通孔34的原因’是為了電性連接發光二極體發光 單元32間與電源供應裝置（圖中未示）’可減少發光二極體發 光卓元32間與電源供應裝置（圖中未示）之線路設置。 於本實施例中，對於發光二極體發光單元32並無特殊 限制，但為了增加發光的效率，發光二極體發光單元32之 10 功率以大於或等於1W之高功率發光二極體為佳。於本實施 例中所採用的發光二極體發光單元32之功率為lw。 如圖4所示，本實施例之室外照明設備之主動式散熱元 件33是透過銀膠331固定於第一基板31之下表面312上。除 此之外，為了更加固定主動式散熱元件33，本實施例之室 15外照明設備更包括一第二基板35 ’使主動式散熱元件是 位於第一基板31與第二基板35之間。 於本實施例之室外照明設備中，第一基板31與第二基 板35的材料並無限制，較佳為陶瓷材料或鋁合金；而於本 實施例中，第一基板31與第二基板35的材料皆為陶曼材 20料。其中，由於發光二極體發光單元32必須透過第一基板 31將發光二極體發光單元32所產生的熱能傳導至主動式散 熱元件33，以順利將熱能排出.。同時，氮化硼這個化合物 具有良好的導熱效果，且能均勻分散於陶瓷材料中。因此， 11 201002993 本實施例之第一基板31與第二基板35之材料為添加有氮化 硼之陶瓷材料。 如圖4所不，當本實施例之室外照明設備運作時，熱能 會從發光二極體發光單元32擴散至第一基板31。接著藉 5由電性驅動主動式散熱元件33，可將第一基板”的熱能強 制擴散至第二基板35，亦即使第一基板31與帛二基板35間 產生溫差，使第一基板31上的發光二極體發光單元Μ維持 在較^安全的操作溫度。當第一基板31之溫度降到超過設 十之女王操作k度以下，可停止電性驅動主動散熱元件 接著弟一基板上累積的熱能會透過主動散熱元件 ^向第一基板31擴散回去。此時主動散熱元件μ則因熱勢 旎差使其内部分子晶格發生振動並釋放出電子，這些「熱 電子」再通過第一基板31之第二電路3121收集而產生所謂 的「熱電流」，並傳導至電儲存裝置371儲存。如此，此半 15導體熱電晶片便具備將「熱能」轉換為「熱電流」的特性， 此特〖生為已習知之技術，亦稱作溫差發電。 除此之外，如圖4所示，本實施例室外照明設備之主動 式散熱元件33,由於是採用半導體熱電晶片，而半導體氧 電晶片具有怕水氣的缺點。若水氣進入晶片内部，會在晶 表面、^路，不僅降低致冷能力，且亦可能造成晶片的腐 餘。因此，於本實施例之室外照明設備中，第一基板狀 第一基板35間填充有一保護層％，以防止水氣的進入。而 此保瘦層36的材料並無限制，以能夠隔絕水氣進入的材質 P可如密封膠或防水漆。於本實施例中，由於石夕膠（s川c〇ne) 12 201002993 ’、絕緣、防水、及抗高溫等特性，因此本實施例之保護層36 即採用矽膠。 因此，本實施例之室外照明設備，採用高功率發光二 極體做為發光單元，使得發光二極體發光單元運作時會產 5生大里的熱量。然而本實施例之室外照明設備透過主動式 散熱元件，能快速的將發光二極體發光單元所產生的熱量 消除，而不致於造成發光二極體發光單元之使用壽命及工 作效率降低的問題。 由上述可知，本實施例之室外照明設備採用半導體致 10冷晶片，達成降低發光二極體發光單元之溫度目的。由於 習知透過風扇達到降溫之照明設備不能設置於密閉空間 中，而無法達成防塵的目的。故使用本實施例之室外照明 設備可解決上述之問題，並且更能應用於道路照明中。 另一方面，為了達到節約能源的目的，亦可將上述之 15 至外照明设備與溫度感應元件與控制單元連接，形成一室 外照明系統。 ί \ 如圖6所示，此為本發明另一較佳實施例之室外照明系 統示意圖。此室外照明系統包括：第一基板31、發光二極 體發光單元32、主動式散熱元件33、溫度感應元件39、控 20 制單元38、以及電源供應裝置37。其中，於第一基板31的 上表面311上具有一第一電路（圖中未示），而發光二極體發 光單元32亦設置於上表面311上並與第一電路（圖中未示）、 導電通孔34以及電源供應裝置37電性連接。此外，於第一 基板31之上表面311上並同時設置有溫度感應元件39,以感 13 201002993 應發光二極體發光單元32之溫度。另外，第一基板31之下 表面312上具有一第二電路（圖中未示），而主動式散熱元件 33則設置於下表面312上並與第二電路（圖中未示）舆電源供 應裝置37電性連接。再者，本實施例之室外照明系統其溫 5 度感應元件39與控制單元38電性連接，而控制單元38與電 源供應裝置37電性連接。 因此，當本實施例室外照明系統之發光二極體發光單 元32運作時，若溫度感應元件39感應到發光二極體發光單 7032的溫度小於一預設溫度時，透過控制單元38使得電源 10供應裝置37不會供應電源至主動式散熱元件33，使得主動 式散熱元件33呈現關閉的狀態，而不致於浪費電量。然而， 當發光二極體發光單元32的溫度等於或高於一預設溫度 時’會透過控制單元38使得電源供應裝置37供應電源至主 動式散熱元件33，使得主動式散熱元件33呈現開啟的狀 15 態，進而消除發光二極體發光單元32所產生的熱能。 除此之外，於本實施例之室外照明系統中，其主動式 散熱元件33係採用半導體致冷晶片，故可將發光二極體發 光單70 32所產生的熱能轉換成熱電流，藉由第二電路（圖中 未示）收集熱電流，並傳導至電儲存裝置371儲存等候使 20用。因此，本實施例之室外照明系統更包含第二基板35， 且主動式散熱元件33是位於第一基板31與第二基板35之 間。 因此，本實施例之室外照明系統，除了透過控制單元 38以及溫度感應元件39達到節約輪出至主動式散熱元件33 201002993 之電能，·同時利用主動式散熱元件33能將熱能轉換成電能 的特性，透過-第二電路3121將發光二極體發光單元則 產生的熱能再利用。 綜上所述，應用本發明之室外照明設備，除了能解決 5高效率之發光二極體其發光時溫度過高的問題外，同時應 用本發明室外照明設備之室外照明系統更能達到控溫以及 熱回饋的功效。因此，當應用本發明之室外照明系統時， 除發揮發光二極體具有高效率及低耗電量的優點夕卜，更能 達成節約能源之效果。此外，由於本發明之室外照明設備 1()及使用其之室外照明系統，並非利用傳統之風扇以及流體 導熱管來進行散熱，而是利用其他的主動式散熱元件，如 半導體熱電晶片，不再受限於如風扇必須設置於開放空間 的限制，故在應用於道路照明時，更能達成防濕、防潮、 防塵' 以及防漏電等目的。 15 i述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 20圖1係習知之具有散熱鰭片與風扇之發光裝置。 圖2係本發明—較佳實施例之路燈示意圖。 圖3係本發明一較佳實施例之室外照明設備立體圖。 圖4係本發明一較佳實施例之室外照明設備剖面圖。 圖5係本發明另一較佳實施例之室外照明系統示意圖 15 201002993 ' 圖6係本發明另一較佳實施例之室外照明系統示意圖。 【主要元件符號說明】 11基板 111線路圖案 12發光二極體 13散熱鰭片 14風扇 21燈罩 22燈芯 221發光二極體發光單元 31第一基板 311上表面 3111第一電路 312下表面 3121第二電路 32發光二極體發光單元 33主動式散熱元件 331銀膠 34導電通孔 35第二基板 36保護層 37電源供應裝置 371電儲存裝置 38控制單元 39溫度感應元件 16

Claims (1)

1. 201002993 十、申請專利範圍： 1. 一種室外照明裝置，包括： 一第一基板，其包含一上表面、以及一下表面，該上 表面具有—第一電路，且該下表面具有一第二電路； 5 *至少一發光二極體發光單元，設置於該上表面，且與 該第一電路電性連接； 、 至少—主動式散熱元件，設置於該下表面，且與該第 二電路電性連接；以及 一電源供應裝置，係透過該第一電路與該至少一發光 10 一極體發光單元電性連接，且透過該第二電路與該至少— 主動式散熱單元電性連接。 2.如申請專利範圍第丨項所述之室外照明設備，其更 包括-第二基板，使該至少一主動式散熱元件係位於該第 一基板與該第二基板之間。 3 ·如申β專利範圍第1項所述之室外照明設備其更 包括至少一溫度感應元件，該至少一溫度感應元件係設置 於該上表面。 ^ 4.如申研專利範圍第3項所述之室外照明設備其更 20 叹置-控制單元，其電性連接於該電源供應裝置，且電性 連接至該溫度感應元件。 5.如申請專利範圍第旧所述之室外照明設備，其中 :第-基板更包含至少—導電通孔’該至少—導電通孔係 連接該上表面及該下表面，且該至少—導電通孔係與該至 發光二極體發光單元電性連接。 17 201002993 6. 如申請專利範圍第1項所述之室外照明設備，其中 該至少一發光二極體發光單元之功率係大於或等於1W。 7. 如申請專利範圍第1項所述之室外照明設備，其中 該至少一主動式散熱元件係為半導體熱電晶片。 5 8 ·如申請專利範圍第2項所述之室外照明設備，其中 該第二基板之材質為陶瓷材料或鋁合金。 9·如申請專利範圍第1項所述之室外照明設備，其中 該第一基板之材質為陶瓷材料或鋁合金。 1 〇_如申請專利範圍第1項所述之室外照明設備，其中 10該第一基板與第二基板之材質係為添加有氮化硼之陶瓷材 料。 11. 如申請專利範圍第2項所述之室外照明設備，其中 該第一基板與該第二基板間係填充一保護層。 12. —種室外照明系統，包括： 15 一第一基板，其包含一上表面、以及一下表面，該上 表面具有一第一電路，且該下表面具有一第二電路； 至少一發光二極體發光單元，設置於該上表面，且與 該第一電路電性連接； 至> 一主動式散熱元件，設置於該下表面且與該第 20 二電路電性連接； 至少一溫度感應元件，設置於該上表面； 一控制單元’其電性連接至該至少—溫度感應元件； 以及-電源供應裝置，其電性連接至該控制單元，且透過 18 201002993 該第一電路與該至少一發光二極體發光單元電性連接，以 及透過該第二電路與該至少一主動散熱單元電性連接。 13.如申請專利範圍第12項所述之室外照明系統，其更 包括一第二基板，使該至少一主動式散熱元件係位於該第 5 一基板與該第二基板之間。 14 _如申請專利範圍第12項所述之室外照明系統，其中 該第一基板更包含至少一導電通孔，該至少一導電通孔係 連接該上表面及該下表面，且該至少一導電通孔係與該至 Γ· 少一發光二極體發光單元電性連接。 10 I5·如申請專利範圍第12項所述之室外照明系統，其中 該至少一發光二極體發光單元之功率係大於或等於iw。 16·如申請專利範圍第12項所述之室外照明系統，其中 該至少一主動式散熱元件係為半導體熱電晶片。 17.如申請專利範圍第丨2項所述之室外照明系統，其中 15 該第一基板之材質為陶瓷材料或鋁合金。 )18.如申請專利範圍第12項所述之室外照明系統，其中 Q 忒第—基板之材質係為添加有氮化硼之陶瓷材料。 19.如申明專利範圍第丨3項所述之室外照明系統，其中 該第二基板之材質為陶瓷材料或鋁合金。 2〇 2〇·如申5青專利範圍第13項所述之室外照明系統，其 中該第基板與该第二基板間係填充一保護層。 19