TW201339491A - 具液冷式驅動電子裝置的發光二極體（ｌｅｄ）燈泡 - Google Patents

具液冷式驅動電子裝置的發光二極體（ｌｅｄ）燈泡 Download PDF

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Abstract

一種填充了液體的發光二極體(LED)燈泡包括一柄本體、一殼，其連接至柄本體以形成一封圍的體積、及一或多個LED，其附裝至一支撐結構且被設置在該殼和該柄本體之間。該LED燈泡亦包括一驅動器電路，其被建構來電驅動該一或多個LED。一導熱液體及一液體體積補償機構亦和該封圍體積一起被設置。該一或多個LED及該驅動器電路被熱耦合至該導熱液體。

Description

具液冷式驅動電子裝置的發光二極體(LED)燈泡 [相關申請案]
本申請案和2011年12月9日提申之美國專利暫時申請案第61/569,192號有關，該申請案的內容藉此參照而被併於本文中。
本發明大體上係有關於填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，更明確地係有關於對LED燈泡的產熱構件提供改善的熱傳遞。
傳統上，照明係使用螢光燈泡及白熱燈泡來實施。雖然這兩種燈泡已被方便地使用，但每一種燈泡都有某些缺點。例如，白熱燈泡沒有效率，其只用到2-3%的功率來產生光，而其剩餘的97-98%的功率都以熱的形式被損失掉。螢光燈泡雖然比白熱燈泡有效率，但卻無法產生和白熱燈泡所產生之溫暖光線相同的光。此外，關於包含在螢光燈泡內的水銀存在著和健康及環境有關的顧慮。
因此，一替代性的光源是所想要的。一種替代物是使用LED的燈泡。一LED包含一半導體接點，其因為流經該接點的電流而發出光線。和傳統的白熱燈泡相較，在使用相同量的功率下，一LED燈泡能夠產生更多光。此外，LED燈泡的使用壽命比白熱燈泡的壽命長了許多倍， 例如，10000-100000小時對比於1000-2000小時。
雖然相較於使用白熱燈泡或螢光燈泡，使用LED燈泡有許多好處，但LED燈泡亦具有多項缺點，讓它們無法被廣泛地用來作為白熱燈泡及螢光燈泡的取代品。LED燈泡的一項缺點是，LED(作為一半導體)通常不被允許熱到超過約150℃。例如，A-型LED燈泡被侷限在很低的功率(即，低於約8W)，其產生的照明不足以作為白熱燈泡或螢光燈泡的取代物。
此一問題的一個潛在的解決方案是使用大型的金屬散熱器裝附在該LED上並從該燈泡延伸出去。然而，此解決方案是所不想要的，因為一大型的散熱器會將LED所產生的光的一部分遮擋住，減低了在靠近該燈泡的基座部分的光線輸出。大型的散熱器亦會讓LED燈泡很難安裝在預先存在的固定裝置內。
另一項解決方案是用導熱液體部分地填充該燈泡，用以將來自LED的熱傳遞至燈泡的殼。該熱然後可從該殼被傳遞出去到燈泡周圍的空氣中。描述於本文中的實施例係關於使用導熱液體將熱傳導離開LED燈泡構件的技術。
在一示範性的實施例中，一種填充了液體的LED燈泡包括一柄本體、一殼，其連接至柄本體以形成一封圍的體積、及一或多個LED，其附裝至一支撐結構且被設置在 該殼和該柄本體之間。該LED燈泡亦包括一驅動器電路，其被建構來電驅動該一或多個LED。一導熱液體和該封圍的體積一起被設置。該一或多個LED及該驅動器電路被熱耦合至該導熱液體。一液體體積補償機構亦被設置在該封圍的體積內。該液體體積補償機構被建構來補償該導熱液體的膨脹。
在一些實施例中，該液體體積補償機構被建構來從一第一狀態改變至一第二狀態以回應該導熱液體的膨脹。該液體體積補償機構的該第一狀態被建構來排開(displace)一第一體積的液體。該液體體積補償機構的該第二狀態被建構來排開一第二體積的液體，該第二體積的液體小於在該第一狀態中的該第一體積的液體。在一些實施例中，該液體體積補償機構是一裝滿了可壓縮的媒介物的囊袋。在一些實施例中，該液體體積補償機構是一隔膜。
在一些實施例中，該驅動器電路的至少一部分直接接觸該導熱液體。在一示範性的實施例中，該驅動器電路的一或多個AC構件被埋設在該導熱性嵌裝材料(potting material)中及該驅動器電路的一或多個DC構件和該導熱液體直接接觸。
在一示範性的實施例中，一驅動器外殼亦被設置在該封圍的體積內。該驅動器外殼被附裝至該支撐結構並將該驅動電路封圍起來。在一些例子中，該驅動器電路被熱耦合至該驅動器外殼且該驅動器外殼被熱耦合至該導熱液 體。該驅動器外殼可包括一或多個開口以便於該導熱液體的一被動式對流性液流冷卻該驅動器電路。
下面的描述被提出來讓一熟習此技藝者能夠製造及使用各式實施例。特定裝置、技術、及應用的描述只是被提供來作為例子。對於描述於本文中的例子的各種改變對於熟習此技藝者而言將是很明顯的，且界定於本文中的原理可被使用至其它的例子及應用，而不偏離各式實施例的精神及範圍。因此，各式實施例並沒有被侷限於描述及顯示於本文中的例子，而是和申請專利範圍所界定的範圍一致。
關於LED燈泡的各式實施例被描述於下文中。當使用本文中時，“LED燈泡”係指至少一個LED被用來產生光之任何光產生裝置(如，燈泡)。因此，當使用於本文中時，“LED燈泡”並不包含燈絲被用來產生光的光產生裝置，譬如傳統的白熱燈泡。應被理解的是，該LED燈泡除了傳統的白熱光燈泡的燈泡狀A式形狀之外還可具有各種形狀。例如，該燈泡可具有管形、球形、或類此者。本發明的LED燈泡可進一步包括任何類型的連接器；例如，旋入式基座、雙叉腳式連接器、傳統的兩腳或三腳式壁出口插頭、刺刀式基座、愛迪生螺旋基座、單腳式基座、多腳式基座、下凹式基座、溝槽式基座、側基座、或類此者。
當使用於本文中時，“液體”係指能夠流動的物質。而且，被用作為該導熱液體的物質是液體或至少在該燈泡的操作溫度內是液態。該示範性的溫度範圍包括介於-40℃至+45℃之間的溫度。而且，當使用於本文中時，“被動式對流性流動”係指一液體在沒有風扇或其它用來驅動該導熱性液體的流動的機械裝置的幫助下的循環。
圖1顯示一示範性的填充了液體的LED燈泡。如圖1所示，該LED燈泡100包括一柄本體110及一殼101其將該LED燈泡100的各式構件包圍在裡面。該殼101被附裝至該柄本體110以形成一封圍的體積。一陣列的LED103被安裝至LED支撐結構107且被設置在該封圍的體積內。該封圍的體積被填充導熱液體111。
殼101及/或柄本體110可用任何透明的或半透明的材料(譬如，塑膠、玻璃、聚碳酸酯、或類此者)來製造。殼101及/或柄本體110可包括散光材料，其被散布在整個殼/柄部，用以將LED 103所產生的光分散。該散光材料防止LED燈泡100看起來像是有一或多個光源點。在此實施例中，該柄本體110是用透明的材料製成的。然而，在其它實施例中，該柄本體110可用不透明的塑膠或金屬材料來製造。
如上文中提到的，燈泡典型地符合一標準的形狀因子(form factor)，這可讓燈泡在不同的照明固定裝置及器具之間互換。因此，在此示範性的實施例中，該LED燈泡100包括一用來將該燈泡連接至一照明固定裝置的連接 器基座115。在此例子中，該連接器基座115是一傳統的燈泡基座，其具有用來插入到一傳統的燈座中的螺紋。然而，如上文中提到的，應被理解的是，該連接器基座115可以是用來將該LED燈泡100安裝或耦合至一電源之任何類型的連接器。例如，該連接器基座可藉由一旋入式基座、雙叉腳式連接器、傳統的兩腳或三腳式壁出口插頭、刺刀式基座、愛迪生螺旋基座、單腳式基座、多腳式基座、下凹式基座、凸緣式基座、溝槽式基座、側基座、或類此者來提供安裝。
在一些實施例中，該LED燈泡100可使用6W或更高的電功率來產生相當於40W白熱燈泡的光。在一些實施例中，LED燈泡100可使用20W或更高的功率來產生相當於75W白熱燈泡的光。當該LED燈泡100被點亮時，依據該LED燈泡100的效率而會有介於2W至20W之間的熱能被產生。
該LED燈泡100包括數個用來將LED 103所產生的熱排散掉的構件。例如，如圖1所示，該LED燈泡100包括一或多個用來固持該等LED 103的LED支撐結構107。該等LED支撐結構107可被建構成具有介於每一支撐結構之間的通道或開孔，用以讓流體通過。例示性的支撐結構可包括但不侷限於手指形突出部或短柱。該等LED支撐結構107可用任何導熱材料製成，譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅、或類此者。因為該等LED支撐結構107可用導熱材料來製成，所以該等LED 103所產生的熱可被 傳導地傳送至該等LED支撐結構107。因此，該等LED支撐結構107可當作用於該等LED 103的散熱器或熱散布器來用。
該等LED支撐結構107被附裝至該驅動器外殼117，其亦可用任何導熱材料製成，譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅、或類此者，以允許該等LED 103所產生的熱可經由該等LED支撐結構107被傳導至該驅動器外殼117。該等LED支撐結構107及該驅動器外殼117可被形成為一個構件或多個構件。
該驅動器外殼117將一被建構來提供電流至該等LED 103的驅動器電路封圍在其內。一舉例性的驅動器電路可參見美國專利第8,283,877號及第8,188,671號，這些專利藉此參照被併於本文中以為參考。此驅動器電路或其它驅動器電路可和該LED燈泡100一起使用且可被設置在該驅動器外殼117內。
在此實施例中，該驅動器電路被機械地及電性地耦合至該驅動器外殼117。詳言之，該驅動電路的至少一部分被埋設在一矽為基礎之被配製成導熱性的聚合物嵌裝材料中。該嵌裝材料的導熱性典型地是在0.5至2.0W/mK之間。其它的嵌裝材料，其包括環氧樹脂及聚氨酯材料，亦可被使用。藉由將該驅動器電路熱耦合至該驅動器外殼117，該驅動器電路所產生的熱可被傳導至該驅動器外殼117及該等LED支撐結構107。因此，驅動器外殼117及該等LED支撐結構107亦可作為該驅動器電路的散熱器 或熱散布器。
參考圖1，該柄本體110可包括一或多個構件，其提供用來安裝該燈泡殼101及該驅動器外殼117的結構特徵。該柄本體110的構件可包括，例如，密封墊片、凸緣、環圈、配適器、及類此者。該柄本體110亦可包括一用來將該燈泡連接至一電源或照明固定裝置的連接器基座115。該柄本體110亦包括一或多個壓鑄部件。
該LED燈泡100被填注一用來將該等LED 103及該驅動器電路所產生的熱傳導至該殼101的導熱液體111。該導熱液體111填滿被界定在該殼101和該柄本體110之間的該封圍的體積，讓該導熱液體111和該殼101及設置在該殼101與該柄本體110之間的構件熱傳導。例如，在一些實施例中，該導熱液體111和該等LED 103、該等LED支撐結構107、及該驅動器外殼117直接接觸。藉由將該等LED 103、該等LED支撐結構107、及該驅動器外殼117(包括該驅動器電路在內)浸在該導熱液體111內，從該等LED 103及該驅動器電路到該導熱液體111(及最終地到達該殼101及該LED燈泡100周圍的空氣)的熱傳遞可被增加。因此，在一給定的輸入功率下，該LED燈泡100的溫度可低於傳統的(未裝填液體的)LED燈泡。
該導熱液體111可包括任何導熱液體、礦物油、矽油、乙二醇(PAG)、氟碳、或其它能夠流動的材料。將該液體選擇成是非腐蝕性的介電質是所想要的。選擇此一 液體可降低該液體造成電短路的可能性及降低對於該LED燈泡100的構件造成的損害。
LED燈泡100包括一液體體積補償機構以允許裝在該LED燈泡100內的該導熱液體111的膨脹。在此示範性的實施例中，該液體體積補償機構是一或多個填充了可壓縮媒介的囊袋113。示範性的囊袋可見於美國專利申請案第13/525,227號中，該申請案的全部內容藉由此參照被併於本文中以為參考。在另一實施例中，該液體體積補償機構包括一或多個隔膜元件。示範性的隔膜元件可見於美國專利第8,152,341號，該專利案的全部內容藉此參照而被併於本文中以為參考。
關於圖1，該囊袋113被設置在一介於該等LED支撐結構107之間的穴室中。該穴室和產生在該殼101與該柄本體110之間的該封圍的體積流體地相連接。該穴室之未被該囊袋113佔據的部分典型地被填充該導熱液體111。因此，該囊袋113被浸在該導熱液體111中。
該囊袋113可由一或多種不透空氣的材料製成，該等材料可允許該囊袋113壓縮。例如，該囊袋113可用金屬箔材料、聚合物材料、橡膠材料、或類此者製成。在一些實施例中，該囊袋113是用一可提供該囊袋113膨脹以及壓縮的彈性材料製成。在一實施例中，該囊袋113是用套筒或管子材料製成，其兩端都被密封以產生一實質不透空氣的囊袋。該囊袋113被填注一可壓縮的媒介物，其包括例如氣體、氣體性的材料、發泡物、或可壓縮的凝膠。在 一些例子中，一稀有氣體可被用作為該可壓縮的媒介物以降低滲透性。
在示於圖1的該示範性實施例中，該囊袋113被建構成可允許該導熱液體111熱膨脹。例如，當該等LED 103及該驅動器外殼117內的驅動電路產生熱時，該導熱液體111的溫度會升高。當該導熱液體111的溫度升高時，該液體會膨脹且該導熱液體111的體積會變大。如上文中討論的，該囊袋113的一個表面的至少一部分被浸在該導熱液體111中。因為該囊袋113和該導熱液體係流體地相連接，所以該囊袋113能夠收縮以補償該導熱液體的體積的變大。
典型地，該囊袋113能夠從一第一移位狀態改變至一第二移位狀態以回應溫度的升高及該導熱液體111的體積的變大。例如，該第一移位狀態可在該導熱液體111是冷的(如，該LED燈泡100沒有在使用)時候發生。該第二移位狀態可在該導熱液體111是溫熱的(如，該LED燈泡100在使用中且已達到穩態溫度)時候發生。典型地，該囊袋在該第二狀態時候的體積小於該囊袋在該第一狀態時候的體積。
圖2A及2B顯示一可和該LED燈泡100一起使用的示範性柄130的圖式。該柄130包括柄本體110、電源線123、及填充管125。該柄本體110形成該用來容納該導熱液體111的封圍體的一部分。在此實施例中，該柄本體110是用譬如塑膠、玻璃、聚碳酸酯、或類此者的透明或 半透明材料製成。如上文中討論的，在其它實施例中，該柄本體110可用不透明的塑膠或金屬材料製成。在一些實施例中，該柄本體110具有一介於35至55mm之間(如，約42mm)的最大直徑151及該柄本體110具有一介於30至50mm之間(如，約40mm)的高度152。
電源線123將電力從一外部分的電源(譬如，一電力出口)傳送至該驅動器外殼117內的該驅動器電路。該等電源線123是用譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅或類此者之任何導導電材料製成。該填充管125可被用來將該導熱液體111填注至該LED燈泡100中且可用譬如塑膠、玻璃、聚碳酸酯、或類此者之任何不透液體的材料製成。該填充管125在此例子中是一單一填充管。在其它實施例中，該填充管125可包括兩根或多根填充管。
圖3A-D顯示在不同的製造階段的LED燈泡100。如圖3A所示，該柄130被耦合至該驅動器外殼117，其將該驅動器電路包在裡面。在此例子中，該等電源線123可被電耦合至該驅動電路且該驅動器外殼被機械地耦合至該柄130。該驅動器電路係使用例如一導熱性嵌裝材料而被機械地耦合至該驅動器外殼117。在一些例子中，只有一部分的驅動器電路被埋設在該導熱性嵌裝材料中。在一個例子中，該驅動電路的AC構件(其包括例如AC濾波器、AC保險絲、及整流器構件)被埋設在該導熱性嵌裝材料中。在此例子中，DC構件(其包括例如積體電路構件)並沒有被埋設在該導熱性嵌裝材料中。
接下來，如圖3B所示，殼101可被焊接或接合至由該柄130及該驅動器外殼117的耦合所形成的組件以形成一介於該殼101和該柄本體110之間的密封。該殼101可使用任何已知的焊接或密封技術來焊接或接合至該柄130及該驅動器外殼117以防止空氣進入該LED燈泡100及防止該導熱液體111從該LED燈泡100漏出來。例如，對接焊接、搭接、熔合、或類此者可被用來將殼101焊接或接合至該柄130及該驅動器外殼117。
接下來，如圖3C所示，該LED燈泡100可經由該填充管125被填注該導熱液體111。一但該LED燈泡100被填注該導熱液體111，該填充管125可被移走且該填充管125所留下來的孔可被封起來。
接下來，如圖3D所示，該連接器基座115可被電耦合至該等電源線123且可被機械地耦合至該柄本體110。
圖4顯示該LED燈泡100的一更詳細的剖面圖。如圖4所示，該LED燈泡100的構件可被建構成使得該導熱液體111的一部分被設置在該驅動器外殼117和該殼101之間。在此實施例中，該被設置在該驅動器外殼117和該殼101之間的部分能夠經由被動式對流來傳遞來自該驅動器外殼117的熱。如圖4所示，一寬度153被形成在該驅動器外殼117和該殼101之間及一距離154被沿著該柄本體110的一邊緣被形成。該等構件可被建構成使得該寬度153及該距離154大到足以促進被動式對流流動產生在該導熱液體111位在該驅動器外殼117和該殼101之間 的部分中。
在一些實施例中，該寬度153及該距離154亦被建構來防止該殼101(或其它對溫度敏感的構件)的溫度超過一所想要的最大值。該所想要的最大值可根據該殼101的材料(如，該殼101的熔化溫度)及/或對於人類的觸摸而言是安全或舒適的溫度來加以選擇。在一些實施例中，該寬度153及該距離154可被建構來在該LED燈泡100的正常操作期間將該殼101的溫度限制在約120℃。然而，其它的最大溫度值可根據所想要的應用被使用。熟習此技藝者可根據將該殼101(或其它對溫度敏感的構件)的溫度限制在所想要的最大值的需求來決定該寬度153及該距離154。
如圖4所示，該驅動器電路105被設置在該驅動器外殼117內。在一些實施例中，該驅動器外殼117可以是一完全密封的外殼，其可防止該驅動器電路105直接接觸到該導熱液體111。在一密封式外殼的實施例中，該驅動器電路105可藉由例如一導熱性嵌裝材料而被熱耦合至該驅動器外殼117。通常，該驅動器電路105所產生的熱被傳導通過該驅動器外殼117並進入到該導熱液體111。
在其它實施例中，該驅動器外殼117並未相對於該導熱液體111被密封。亦即，該導熱液體111填充該外殼的至少一部分且和該驅動器電路105直接接觸，造成至少一部分的驅動器電路105被浸在該導熱液體111中。例如，該驅動器外殼117可包括一或多個孔或通道，該導熱液體 111可經由它們進入該驅動器外殼117。在此一實施例中，該驅動器電路105可以或可以不經由其它傳導材料或熱導管(譬如，導熱性嵌裝材料)被熱耦合至該驅動器外殼117。
在另外其它實施例中，該驅動器電路被浸在該導熱液體中，但沒有被包圍在一驅動器外殼內。例如，該LED燈泡可包括一中央支撐結構(譬如，一中空的或完全填充的圓柱體)，其被設置在該燈泡的大致中心處且讓該驅動器電路附裝在該中央支撐結構的外表面上。
圖5顯示一填充了液體的LED燈泡的另一示範性實施例。如圖5所示，該LED燈泡200包括一柄本體210及一殼201其將該LED燈泡200的各種構件裝於其內。該殼201被附裝至該柄本體210以形成一封圍的體積。一陣列的LED 203被安裝至一LED支撐結構207且被設置在該封圍的體積內。該封圍的體積被填注一導熱液體211。如上文中討論的，該導熱液體211可包括任何導熱液體、礦物油、矽油、乙二醇(PAG)、氟碳、或其它能夠流動的材料。
殼201可用任何透明的或半透明的材料(譬如，塑膠、玻璃、聚碳酸酯、或類此者)來製造，且可包括散光材料，其被散布在整個殼201上，用以將LED 203所產生的光分散。該柄本體210亦可部分用透明或半透明的材料來製造。在此實施例中，該柄本體210被一用不透明的材料、聚碳酸酯材料所製成的塗料環212部分地覆蓋。
如上文中提到的，燈泡典型地符合一標準的形狀因子(form factor)，這可讓燈泡在不同的照明固定裝置及器具之間互換。因此，在此示範性的實施例中，該LED燈泡200包括一用來將該燈泡連接至一照明固定裝置的連接器基座215。
和上文中描述的LED燈泡100類似地，LED燈泡200包括數個用來將LED 203所產生的熱排散掉的構件。詳言之，如圖5所示，該LED燈泡200包括一用來安裝該等LED 203的LED支撐結構207。在圖5中，該LED支撐結構207是由單一材料件所形成，其具有多個用來安裝成對的LED 203的凸緣部分。介於每一凸緣部分之間有通道或開孔，用以提供一讓該導熱液體211通過的路徑。在此例子中，該LED支撐結構207是用複合的層合材料製成，其包括用於提供電路至該等LED 203的電跡線(electrical trace)及導熱材料，譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅、或類此者。
如圖5所示，該LED支撐結構207被附裝至該驅動器外殼217，其亦可用任何導熱材料製成，譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅、或類此者。該等LED 203所產生的熱可經由該LED支撐結構207被傳導至該驅動器外殼217。以此方式，該驅動器外殼217亦可作為用於該等LED 203的散熱器或熱散布器。該LED支撐結構207及該驅動器外殼217可被形成為一個構件或多個構件。
如上文中參考其它所討論的，該驅動器外殼217可將 一被建構來提供電流至該等LED 203的驅動器電路包封在其內。該驅動器電路可透過一導熱性嵌裝材料而被機械地耦合及熱耦合至該驅動器外殼217，如上文中參考圖3A-D所描述。該驅動器電路所產生的熱可被傳導至該驅動器外殼217，其亦作為用於該驅動器電路的散熱器或熱散布器。
該填充該LED燈泡200的導熱液體211習助將該等LED 203及該驅動器電路所產生的熱傳遞至該殼201。詳言之，該導熱液體211填充該被界定於該殼201和該柄本體210之間的封圍的體積以允許該導熱液體211和該殼201及設置在該殼201與該柄本體210之間的構件進行熱傳導。
如圖5所示，該驅動器外殼217包括多個垂直的通道220，其提供一讓該導熱液體211流通的路徑。因此，在此實施例中，該導熱液體211是和該等LED 203、該LED支撐結構207、該驅動器外殼217及該驅動器電路直接接觸。換言之，該驅動器電路及該等LED 203的至少一部分被浸在該導熱液體211內。該導熱液體211能夠將熱直接傳導離開這些構件的表面。在一些實施例中，該導熱液體211能夠藉由被動式對流來將熱傳遞離開該等LED 203及該驅動器路。
因為該等LED 203及該驅動器路被浸在該導熱液體211中，所以從該等LED 203及該驅動器路至該導熱液體211(及最終到達殼201及該LED燈泡200周圍的空氣) 的熱傳遞可被增加。因此，在一給定的輸入功率下，該LED燈泡200的溫度可低於傳統的LED燈泡。
LED燈泡200包括一液體體積補償機構以允許裝在該LED燈泡200內的該導熱液體211的熱膨脹。在此實施例中，該液體體積補償機構213包括一或多個囊袋及/或一或多個隔膜元件。該液體體積補償機構213係設置在該驅動器外殼217內且和界定於該殼201與該柄本體210之間的該封圍的體積流體地連接。
圖6A及6B顯示一填充了液體的LED燈泡的另一實施例。如圖6A及6B所示，LED燈泡300包括一基座310及一殼301其將該LED燈泡300的各種構件包封於其內。該殼301附裝至該基座310以形成一封圍的體積。一陣列的LED 303被安裝至一LED支撐結構307且被設置在該封圍的體積內。該封圍的體積被填注一導熱液體311。如上文中討論的，該導熱液體311可包括任何導熱液體、礦物油、矽油、乙二醇(PAG)、氟碳、或其它能夠流動的材料。
殼301可用任何透明的或半透明的材料(譬如，塑膠、玻璃、聚碳酸酯、或類此者)來製造，且可包括散光材料，其被散布在整個殼301上，用以將LED 303所產生的光分散。
如上文中提到的，燈泡典型地符合一標準的形狀因子(form factor)，這可讓燈泡在不同的照明固定裝置及器具之間互換。因此，在此示範性的實施例中，該LED燈 泡300包括一用來將該燈泡連接至一照明固定裝置的連接器基座315。
和上文中描述的LED燈泡100及200類似地，LED燈泡300包括數個用來將LED 303所產生的熱排散掉的構件。詳言之，如圖6A及6B所示，該LED燈泡300包括一用來安裝該等LED 303的LED支撐結構307。在圖6A及6B中，該LED支撐結構307是多個凸緣部分所形成。介於每一凸緣部分之間有一通道或開孔，用以提供一讓該導熱液體311流動的路徑。在此例子中，該LED支撐結構307是用複合的層合材料製成，其包括用於提供電力至該等LED 303的電跡線(electrical trace)及導熱材料，譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅、或類此者。
如圖6B所示，該等LED支撐結構307經由一轂件315被附裝至該座310，其亦可用導熱材料，譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅、或類此者來製造。該等LED 303所產生的熱可經由該LED支撐結構307被傳導至該轂件315。以此方式，該轂件315亦可作為該等LED 303的散熱器或熱散布器。該轂件315及該基座310可被形成為單一構件或多個構件。
該基座310將一被建構來提供電流至該等LED 303的驅動器電路305包封於其內。該驅動器電路305所產生的熱可被傳導至該基座310，其亦作為該驅動器電路305的散熱器或熱散布器。如先前描述的，一導熱性嵌裝材料可被用來將該驅動器電路305機械地耦合及熱耦合至例如 該基座310的一圍體或穴室中。
填充該LED燈泡300的該導熱液體311協助將該等LED 303及該驅動器電路305所產生的熱傳遞至該殼301(及該LED燈泡300曝露於周圍的環境中的其它部分)。詳言之，該導熱液體311填充該被界定在該殼301和該基座310之間的封圍的體積及亦填充該基座310容納該驅動器電路305的部分。因此，該等LED 303以及該驅動器電路305這兩者都至少部分被浸在該導熱液體311中。
因為該液體和該等產熱構件直接接觸，所以該導熱液體311透過被動式對流及傳導來提供將熱帶離該等LED 303及該驅動器電路305之額外的熱傳遞。例如，熱可經由被動式對流而從該等LED 303及該驅動器電路305被直接傳遞至該導熱液體中。熱亦可經由和該等LED 303及該驅動器電路305熱連接的其它的構件(譬如，該基座310及該LED支撐結構307)而被傳遞至該導熱液體311中。被傳遞至該導熱液體311中的熱最終被傳遞至該殼301及周圍的環境。因此，在一給定的輸入功率下，該LED燈泡300的溫度可低於傳統的未被填注液體的LED燈泡。
LED燈泡300包括一液體體積補償機構以允許裝在該LED燈泡300內的該導熱液體311的熱膨脹。在此實施例中，該液體體積補償機構是一隔膜。該隔膜被置於該基座310內的一穴室中，其與界定在該殼301和該基座310之 間的該封圍的體積流體地連接。該隔膜典型地是由一或多片薄膜材料所形成。該隔膜亦可包括一或多個活塞元件及導桿元件以支撐該薄膜材料。
典型地，該隔膜的至少一側和該導熱液體311接觸及至少另一側被通風至外面的空氣。當該導熱液體311的溫度升高時，該液體會膨脹且該導熱液體311的體積會變大。在回應該導熱液體311的體積變大時，該隔膜會變形並補償該額外的液體體積。
典型地，該隔膜能夠從一第一移位狀態改變至一第二移位狀態以回應該導熱液體311的溫度升高及體積變大。如上文中參考先前的實施例所討論的，該第一移位狀態可在該導熱液體311是冷的(如，該LED燈泡300沒有在使用)時候發生。該第二移位狀態可在該導熱液體311是溫熱的(如，該LED燈泡300在使用中且已達到穩態溫度)時候發生。在該第一狀態中被該隔膜移位的體積典型地大於在該第二狀態中被該隔膜移位的體積。
在一替代的實施例中，一或多個囊袋可被用作為該液體體積補償機構以取代該隔膜。在此替代的實施例中，一或多個囊袋將被設置在該基座310的一穴室內，其與由該殼301及該基座310所界定的該封圍的體積流體地連接。如上文中參考ED燈泡100所描述的，因為該囊袋至少部分浸在該導熱液體311中，所以該囊袋能夠收所以補償液體體積的增加。
圖7A及7B顯示一填充了液體的LED燈泡的另一實 施例。如圖7A及7B所示，LED燈泡400包括一基座410及一殼401其將該LED燈泡400的各種構件包封於其內。該殼401附裝至該基座410以形成一封圍的體積。一陣列的LED 403被安裝至LED支撐結構407且被設置在該封圍的體積內。該封圍的體積被填注一導熱液體411。
與上文中描述的LED燈泡300類似地，LED燈泡400包括數個用來將LED 403所產生的熱排散掉的構件。詳言之，如圖7A及7B所示，該LED燈泡400包括由多個凸緣部分所形成的LED支撐結構407。介於每一凸緣部分之間有一通道或開孔，用以提供一讓該導熱液體411流動的路徑。
如圖7B所示，該等LED支撐結構407經由一轂件415被附裝至該基座410，其亦可用導熱材料，譬如鋁、銅、黃銅、鎂、鋅、或類此者來製造。該等LED 403所產生的熱可被傳導經過該等LED支撐結構407、經過該轂415、最終到達該基座410。該轂件415及該基座410可被形成為單一構件或多個構件。
如圖7A及7B所示，該基座410是由多個從一中央本體部分徑向地延伸的多鰭片所形成。該基座410的本體部分將一被建構來提供電流至該等LED 403的驅動器電路405包封於其內。該驅動器電路405所產生的熱可被傳導至該基座410，其亦作為該驅動器電路405的散熱器或熱散布器。如先前描述的，一導熱性嵌裝材料可被用來將該驅動器電路405機械地耦合及熱耦合至例如該基座410 的本體部分內。
如參考先前的實施例所討論的，填充該LED燈泡400的該導熱液體411協助將該等LED 403及該驅動器電路405所產生的熱傳遞至該殼401。詳言之，該導熱液體411填充該被界定在該殼401和該基座410之間的封圍的體積且亦填充該基座410容納該驅動器電路405的部分。因此，該等LED 403以及該驅動器電路405這兩者都至少部分被浸在該導熱液體411中。
因為該導熱液體411和該等產熱構件直接接觸，所以該導熱液體411提供透過被動式對流及傳導來將熱帶該等LED 403及該驅動器電路405之額外的熱傳遞。例如，熱可經由被動式對流而從該等LED 403及該驅動器電路405被直接傳遞至該導熱液體中。因此，在一給定的輸入功率下，該LED燈泡400的溫度可低於傳統的、未被填注液體的LED燈泡。
該LED燈泡400亦包括一液體體積補償機構以允許裝在該LED燈泡400內的該導熱液體411的熱膨脹。一囊袋或一隔膜可被用作為一液體體積補償機構。該液體體積補償機構典型地被設置在該基座410的該本體部分內。
雖然一特徵會看起來像是關於一特定的實施例被描述，但熟習此技藝者將可瞭解的是，該等被描述的實施例的各種特徵可被結合。再者，關於一實施例加以描述的諸態樣可單獨存在。
100‧‧‧LED燈泡
101‧‧‧殼
110‧‧‧柄本體
103‧‧‧LED
107‧‧‧LED支撐結構
111‧‧‧導熱液體
115‧‧‧連接器基座
117‧‧‧驅動器外殼
113‧‧‧囊袋
130‧‧‧柄
123‧‧‧電源線
125‧‧‧填充管
151‧‧‧最大直徑
152‧‧‧高度
153‧‧‧寬度
154‧‧‧距離
200‧‧‧LED燈泡
201‧‧‧殼
210‧‧‧柄本體
203‧‧‧LED
207‧‧‧LED支撐結構
211‧‧‧導熱液體
212‧‧‧塗料環
215‧‧‧連接器基座
217‧‧‧驅動器外殼
213‧‧‧液體體積補償機構
300‧‧‧LED燈泡
301‧‧‧殼
310‧‧‧基座
303‧‧‧LED
307‧‧‧LED支撐結構
311‧‧‧導熱液體
315‧‧‧連接器基座(轂件)
317‧‧‧驅動器外殼
305‧‧‧驅動器電路
400‧‧‧LED燈泡
401‧‧‧殼
410‧‧‧基座
403‧‧‧LED
407‧‧‧LED支撐結構
411‧‧‧導熱液體
415‧‧‧轂件
405‧‧‧驅動器電路
圖1顯示一填充了液體的LED燈泡。
圖2A及2B顯示一LED燈泡的示範性柄本體。
圖3A-3D顯示在不同的製造階段的LED燈泡。
圖4顯示一填充了液體的LED燈泡的剖面圖。
圖5顯示一填充了液體的LED燈泡。
圖6A顯示一填充了液體的LED燈泡。
圖6B顯示一LED燈泡的分解圖。
圖7A顯示一填充了液體的LED燈泡。
圖7B顯示一LED燈泡的分解圖。
100‧‧‧LED燈泡
101‧‧‧殼
103‧‧‧LED
107‧‧‧LED支撐結構
110‧‧‧柄本體
111‧‧‧導熱液體
115‧‧‧連接器基座
113‧‧‧囊袋
117‧‧‧驅動器外殼

Claims (25)

  1. 一種填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，包含：一柄本體；一殼，其連接至柄本體以形成一封圍的體積；一或多個LED，其附裝至一支撐結構且被設置在該殼和該柄本體之間；一驅動器電路，其被建構來電驅動該一或多個LED；一導熱液體，其被設置在該封圍的體積內，其中該一或多個LED及該驅動器電路被熱耦合至該導熱液體；及一液體體積補償機構，其被設置在該封圍的體積內，其中該液體體積補償機構被建構來補償該導熱液體的膨脹。
  2. 如申請專利範圍第1項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該驅動器電路係被該導熱液體內的被動式對流性液流冷卻。
  3. 如申請專利範圍第1項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該液體體積補償機構被建構來從一第一狀態改變至一第二狀態以回應該導熱液體的熱膨脹；其中該液體體積補償機構的該第一狀態被建構來排開一第一體積的液體；及其中該液體體積補償機構的該第二狀態被建構來排開一第二體積的液體，該第二體積的液體小於在該第一狀態 中被排開的該第一體積的液體。
  4. 如申請專利範圍第1項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該液體體積補償機構是一裝滿了可壓縮的媒介物的囊袋。
  5. 如申請專利範圍第1項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該液體體積補償機構是一隔膜。
  6. 如申請專利範圍第1項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該驅動器電路的至少一部分直接接觸該導熱液體。
  7. 如申請專利範圍第1項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該驅動器電路的一或多個AC構件被埋設在導熱性嵌裝材料(potting material)中及該驅動器電路的一或多個DC構件和該導熱液體直接接觸。
  8. 如申請專利範圍第1項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其更包含：一驅動器外殼，其中該驅動器外殼被附裝至該支撐結構，及其中該驅動器外殼將該驅動電路封圍起來。
  9. 如申請專利範圍第8項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該驅動器電路被熱耦合至該驅動器外殼且該驅動器外殼被熱耦合至該導熱液體。
  10. 如申請專利範圍第8項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該驅動器電路及該驅動器外殼至少部分浸在該導熱液體中。
  11. 如申請專利範圍第8項之填充了液體的發光二極 體(LED)燈泡，其中該驅動器外殼包括一或多個開口以便於該導熱液體的一被動式對流性液流冷卻該驅動器電路。
  12. 一種製造一填充了液體的發光二極體(LED)燈泡的方法，該方法包含：取得一或多個LED；將該一或多個LED電耦合至一驅動器電路，其被建構來電驅動該一或多個LED；將該驅動器電路耦合至一或多根導線，其中該一或多根導線被設置在一柄本體內；將一液體體積補償機構安裝在一附裝至該柄本體的驅動器外殼內，其中該液體體積補償機構建構來補償該導熱液體的膨脹；將一殼連接至該柄本體以形成一封圍的體積；及用該導熱液體填充該封圍的體積，其中在填充之後，該一或多個LED及該驅動電路被熱耦合至該導熱液體。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中在填充該圍體之後，該一或多個LED及該驅動電路係至少部分浸在該導熱液體中。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該驅動器電路被設置在一驅動器外殼內，及其中在填充該圍體之後，該驅動器電路經由該驅動器外殼被熱耦合至該導熱液體。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其更包含將該 驅動器電路的至少一部分埋設在該驅動器外殼內的一導熱性嵌裝材料中。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該驅動器電路的一或多個AC構件被埋設在該導熱性嵌裝材料(potting material)中及該驅動器電路的一或多個DC構件沒有埋設在該導熱性嵌裝材料且至少部分浸在該導熱液體中。
  17. 一種填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，包含：一基座；一殼，其被連接至該基座以形成一封圍的體積；一導熱液體，其被設置在該封圍的體積內；一或多個LED，其被設置在該封圍的體積內；一驅動器電路，其被設置在該封圍的體積內且至少部分浸在該導熱液體中，該驅動器電路被建構來電驅動該一或多個LED；及一液體體積補償機構，其被設置在該封圍的體積內且和該導熱液體接觸，其中該液體體積補償機構被建構來補償該導熱液體的膨脹。
  18. 如申請專利範圍第17項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該驅動器電路係被該導熱液體內的被動式對流性液流冷卻。
  19. 如申請專利範圍第17項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡， 其中該液體體積補償機構被建構來從一第一狀態改變至一第二狀態以回應該導熱液體的熱膨脹；其中該液體體積補償機構的該第一狀態被建構來排開一第一體積的液體；及其中該液體體積補償機構的該第二狀態被建構來排開一第二體積的液體，該第二體積的液體小於在該第一狀態中被排開的該第一體積的液體。
  20. 如申請專利範圍第17項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該液體體積補償機構是一填滿了可壓縮的媒介物的囊袋。
  21. 如申請專利範圍第17項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該液體體積補償機構是一隔膜。
  22. 如申請專利範圍第17項之填充了液體的發光二極體(LED)燈泡，其中該驅動器電路的一或多個AC構件被埋設在該導熱性嵌裝材料中及該驅動器電路的一或多個DC構件和該導熱液體直接接觸。
  23. 一種製造一填充了液體的發光二極體(LED)燈泡的方法，該方法包含：取得一或多個LED，其被電耦合至一被建構來電驅動該一或多個LED的驅動電路；將該驅動器電路耦合至一或多根導線，其中該一或多根導線被設置在一基座內；將一液體體積補償機構安裝在該基座內，其中該液體體積補償機構被建構來補償一導熱液體的膨脹； 將一殼連接至該基座以形成一封圍的體積，其中該一或多個LED及該驅動器電路被設置在該封圍的體積內；及用該導熱液體填充該封圍的體積，其中在填充之後，該一或多個LED及該驅動器電路係至少部分地浸在該導熱液體中。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，其更包含將該驅動器電路的至少一部分埋設在該基座內的導熱性嵌裝材料中。
  25. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該驅動器電路的一或多個AC構件被埋設在該導熱性嵌裝材料中及該驅動器電路的一或多個DC構件沒有被埋設在該導熱性嵌裝材料中且至少部分地浸在該導熱液體中。
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