TW201407091A - 提升散熱效率之發光二極體燈泡結構 - Google Patents

Abstract

一種提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，包括有一燈殼、一發光組件、一導熱體以及一散熱體。該發光組件包含有一設置於該燈殼內且承載至少一發光元件的光源基板。該導熱體包含有一接觸該光源基板的集熱部、一連接該集熱部的導熱部、以及複數個自該導熱部的表面向外放射狀延伸的導熱鰭片。該散熱體以該導熱體為基底一體射出成形，該散熱體包含有複數個設置於該散熱體的表面且其位置相對應該些導熱鰭片的散熱鰭片以將該些導熱鰭片包覆於其內。藉此，該光源基板所產生之熱能由該集熱部吸收後再經該些導熱鰭片傳導至該些散熱鰭片散熱。

Description

提升散熱效率之發光二極體燈泡結構

本發明係有關一種發光二極體燈具，尤指一種能夠提升散熱效率之發光二極體燈泡結構。

發光二極體係一種能電致發光的半導體電子元件，其係利用半導體內的電子與電洞結合所釋放出的能量作為光能，而並非以高電流與高電阻把鎢絲加熱至白熾。因此，相較於傳統的鎢絲燈泡具有省電、壽命長、以及高亮度的優點。綜觀眾多以發光二極體作為發光元件的燈具，最能夠承先啟後的燈具非發光二極體燈泡莫屬，其原因在於，發光二極體燈泡具有類似於傳統白熾燈泡的燈殼，其接電座亦適用於傳統的白熾燈泡燈座，且相較於傳統白熾燈泡又具有發光二極體的優點。

有鑒於此，發光二極體燈泡已經可廣泛的見於先前技術之中，在歸納眾多前案所欲解決的技術問題後，吾人可得知發光二極體燈泡所面臨的技術問題在於下述幾點；

第一點，為增加燈泡的亮度，製造商傾向於在一小面積的光源基板上佈設多個發光二極體晶粒。該些晶粒所產生的高熱若無法順利的散熱，長久下來將導致該些晶粒因高溫劣化而減少使用壽命。

第二點，為增加散熱效率，習知的作法係將該些晶粒所產生的高熱傳導至外部的金屬散熱座，且該金屬散熱座一體成型有複數個散熱鰭片。然而，金屬製的散熱座造價高昂，並不符合消耗品應有的低生產成本。

第三點，為避免高壓電導通該金屬散熱座而導致使用者有觸電的危險，一般習知作法係於該金屬散熱座與電路板之間設置一絕緣結構，但極高的電壓通常能夠突破絕緣，使得發光二極體燈泡無法通過高壓打電測試。

習知發光二極體燈泡前案，如中華民國第M394423號新型專利案所揭的LED燈，其包括有一LED模組、一具多孔隙結構的散熱片、以及一由非金屬材料製成的燈座，該散熱片一端面與LED模組結合，而其另端面則與該燈座結合。該LED模組所產生的熱可經該散熱片傳導至該燈座而散熱。然而，該散熱片僅以部分結構與該燈座結合，如散熱片的周緣。有限的接觸面積將導致散熱片與燈座之間的熱傳導效率低落，且該燈座係由非金屬材料製成，散熱效率亦不佳。

再如中華民國第201144667號公開專利案所揭示的一種LED照明裝置，其特徵在於包括有一搭載LED晶片的發光元件、一荷重變形溫度為100℃以上且體積固有電阻為103Ω‧cm以上的熱傳導性之熱塑性樹脂成形體、以及一設置於該熱塑性樹脂成形體的導電性構件。該前案係藉由在熱塑性樹脂成形體射出成型時於模內先配置金屬箔，其後再利用蝕刻而形成該導電性構件。由於該導電性構件與該熱塑性樹脂成形體緊密結合，故該LED照明裝置能夠克服熱傳導效率低落的缺點。然而，該導電性構件具有良好的導電性，若該LED照明裝置通有高電壓，該熱塑性樹脂成形體極有可能通電而導致使用者面臨觸電的危險。

又如中華民國第M413814號新型專利案所揭的一種發光二極體散熱模組，其包括有一由金屬材質切削而成的鰭片座、以及複數個嵌設於該鰭片座的散熱鰭片，該鰭片座具有一平板以及一環繞於該平板周緣的環狀側壁，由於平板與環狀側壁為一體切削而成，故可加強熱傳導效果。

又如美國第US7,753,560號公告專利案所揭的一種發光二極體燈泡，其包括有一中空圓柱狀的熱吸收元件、複數個設置於該熱吸收元件之外側壁的LED模組、一定位於該熱吸收元件頂部的散熱座、以及複數個散熱管。該散熱管包含有一容納於該熱吸收元件之內側壁的蒸散部，以及一放射狀地設置於該散熱座的凝結部，其中，該凝結部由該散熱座的中心向外放射狀延伸。

前述所揭的專利案雖然利用各種不同的新穎結構來改善發光二極體燈泡的熱傳導效率。但該散熱模組與該散熱鰭片的接觸面積仍有所不足，故習知發光二極體燈泡的散熱效率仍具有改良的空間。

本發明之主要目的，在於克服習知發光二極體燈泡之散熱座造價高昂且散熱效率仍不佳的缺失。

本發明之次要目的，在於解決習知金屬製的散熱模組具有高導電性而令使用者暴露於觸電危險的缺失。

為達上述目的，本發明提供一種提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，包括有一燈殼、一發光組件、一導熱體、以及一散熱體。該發光組件包含有一設置於該燈殼內且承載至少一發光元件的光源基板、一電性連接該光源基板的電路板、以及一接收外部電力源且電性連接該電路板的接電座。該導熱體包含有一接觸該光源基板的集熱部、一連接該集熱部的導熱部、以及複數個自該導熱部的表面向外放射狀延伸的導熱鰭片。該散熱體以該導熱體為基底一體射出成形，該散熱體包含有複數個設置於該散熱體的表面且其位置相對應該些導熱鰭片的散熱鰭片，該些散熱鰭片將該些導熱鰭片包覆於該些散熱鰭片內，該散熱體包含有一容納該電路板的容置空間。該光源基板所產生之熱能由該集熱部吸收後再經該些導熱鰭片傳導至該些散熱鰭片散熱。

於一實施例中，該光源基板透過至少一導電線電性連接該電路板，該導熱體包含有一貫穿該集熱部且供該導電線由該光源基板延伸至該容置空間的連通孔。

於一實施例中，該散熱體的容置空間內設置有一絕緣體。

於一實施例中，該散熱體包含有一相對應該光源基板的承載平面、以及一用以連接該接電座的連接部、以及二設置於該散熱體內壁以定位該電路板的限位凹槽。

於一實施例中，該散熱體包含有至少一設置於該承載平面周緣的定位部，該燈殼包含有至少一嵌入該定位部的嵌設部。

於一實施例中，該散熱體一體成型有該些散熱鰭片，且該些散熱鰭片係呈放射狀等間隔設置。

於一實施例中，該導熱體一體成形有該些導熱鰭片，且該些導熱鰭片係呈放射狀等間隔設置。

於一實施例中，該些導熱鰭片的表面被該些散熱鰭片所完全包覆。

於一實施例中，該散熱體係由下述成份(A)以及下述成份(B)所組成，

成份(A)係選自由聚醯胺、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚鄰苯二甲醯胺，以及聚碳酸酯、聚芳硫醚、液晶聚合物、間規聚苯乙烯所組成的群組；

成份(B)係選自由氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、碳化矽、滑石、氮化硼所組成的群組。

於一實施例中，該導熱體的材料係選自由金、銀、銅、鐵、鋁以及其合金所組成的群組。

於一實施例中，該導熱體係透過一壓鑄、鋁擠或沖壓成形製程而形成該集熱部、該導熱部、以及該些導熱鰭片。

本發明提升散熱效率之發光二極體燈泡結構的特點在於：

1. 降低生產成本。本發明之散熱體係以塑料混合陶瓷粉末作為材料一體射出成型而製成，相較於習知的散熱體係以金屬製成，本發明散熱體的製造成本更為低廉。
2. 降低使用者觸電的危險。本發明之散熱體係以塑料混合陶瓷粉末製成，相較於習知金屬製的散熱模組具有較低的導電性，故可降低使用者因發光二極體內部電路組件漏電而導致使用者碰觸到散熱體而觸電的危險。
3. 增加散熱效率。該導熱體包含有複數個自該導熱部的表面向外放射狀延伸的導熱鰭片。因此，在該散熱體以該導熱體為基底一體射出成形後，該散熱體會形成有複數個位於該散熱體的表面且其結構與位置皆相對應該些導熱鰭片的散熱鰭片，並將該些導熱鰭片包覆於該些散熱鰭片內。如此一來，本發明透過該些導熱鰭片擴充該導熱體與該散熱體的接觸面積，而該些散熱鰭片更可擴充該散熱體暴露於外界的表面積。因此，該導熱體自該光源基板所吸收的熱能能夠非常快速的傳導至該散熱體，再將熱能藉由設置於該散熱體表面的該些散熱鰭片導出。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請同時參閱『圖1』與『圖2』所示，係本發明一實施例之結構分解示意圖(一)、(二)，如圖所示：本發明揭露一種提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，主要包括有一燈殼10、一發光組件20、一導熱體30與一散熱體40。該發光組件20包含有一設置於該燈殼10內且承載至少一發光元件21的光源基板22、一電性連接該光源基板22的電路板23、以及一接收外部電力源且電性連接該電路板23的接電座24。

該燈殼10包含有一透光部11以及至少一延伸自該透光部11的嵌設部12。該散熱體40包含有一相對應該光源基板22的承載平面41，以及至少一設置於該承載平面41周緣的定位部44。該燈殼10的嵌設部12嵌入相對應的該定位部44，令該燈殼10與該散熱體40穩固結合。於本發明一實施例中，該燈殼10係為半球形，全球形，但亦可為橢圓形、火焰造型或冰淇淋造型等，該燈殼10的形狀可依不同需求而設計。

該光源基板22於承載該發光元件21的一面上佈線有一導電線路以供應該發光元件21電力，且該光源基板22電性連接該電路板23的二導電線25，該電路板23再電性連接該接電座24以擷取外部電力源，而令該發光元件21電致發光。

下述將詳細陳述本發明的散熱結構。該導熱體30包含有一接觸該光源基板22的集熱部31、一連接該集熱部31的導熱部32、以及複數個自該導熱部32的表面向外放射狀延伸的導熱鰭片33。該些導熱鰭片33的設置目的在於盡可能的提升該導熱體30將廢熱傳導至該散熱體40的效率。為使該導熱體30的散熱效率提高，該導熱體30較佳地由金、銀、銅、鐵、鋁以及其合金的任何一種具有高導熱性的金屬材料所組成。該導熱體30可透過一壓鑄、鋁擠、或沖壓成形製程而一體成形有該集熱部31、該導熱部32、與該些導熱鰭片33。在本發明一實施例中，該導熱體30的材料為鋁。然而，前述實施方式僅為本發明的其中一可能性，並不用以限定本發明。

為盡可能的增加該導熱體30與該散熱體40的接觸面積，本發明之散熱體40係以該導熱體30為基底一體射出成形而製成。在本發明一具體實施步驟中，該散熱體40在射出成形前，先於模內配置該導熱體30，令該散熱體40射出成形後將該導熱體30的該些導熱鰭片33嵌入該散熱體40內。因此，該散熱體40的表面形成結構與位置皆相對應該些導熱鰭片33的散熱鰭片42。藉此，該些散熱鰭片42將該些導熱鰭片33完全包覆於該些散熱鰭片42內。又，該些導熱鰭片33與該些散熱鰭片42皆係呈放射狀等間隔設置，以令空氣能充分流通於該些散熱鰭片42之間而將廢熱快速帶走。本發明透過該些導熱鰭片33擴充該導熱體30與該散熱體40的接觸面積，而該些散熱鰭片42更可擴充該散熱體40暴露於外界的表面積。在該些導熱鰭片33與該些散熱鰭片42的輔助作用下，本發明發光二極體燈泡的散熱效率得以進一步提升。

因為本發明的散熱效率已大幅提升，該散熱體30可不需完全使用金屬而能降低生產成本。更進一步地來說，本發明之散熱體30的材質並非採用純金屬或其合金，而係採用塑料(A)混合陶瓷粉末(B)，其中，塑料(A)可選擇自聚醯胺(Polyamide)、聚丙烯(Polypropylene)、聚對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene terephthalate)、聚鄰苯二甲醯胺(Polyphthalamide)，以及聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚芳硫醚、液晶聚合物、間規聚苯乙烯的任何一種或其組合，而陶瓷粉末(B)則可選擇自氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、碳化矽、滑石、氮化硼的任何一種或其組合。於本發明一實施例中，該塑料係為聚碳酸酯(PC)，而該陶瓷粉末係為氧化鋁，但並不用以限制本發明。且除了降低生產成本外，因為本發明非以金屬製的散熱體相較於習知金屬製的散熱模組具有較低的導電性，故可降低使用者因發光二極體內部電路組件漏電而導致使用者碰觸到散熱體而觸電的危險。

請復參閱『圖1』與『圖2』，於本發明一實施例中，該光源基板22係透過複數個鎖固元件60穿設複數個連接孔34而固定於該集熱部31。該光源基板22因該發光元件21電致發光所產生的熱能由該集熱部31吸收後，再經與該集熱部31連接的該導熱部32傳導至該些導熱鰭片33。該些導熱鰭片33再將熱能快速地傳導至該些散熱鰭片42散熱。藉此，本發明之發光二極體燈泡具有通暢的熱傳導路徑以及大面積的散熱表面，因此能夠大幅提升散熱效率。

請一併參閱『圖1』至『圖4』所示，以下將概述本發明發光二極體燈泡的組裝方式。需知悉的是，在『圖1』與『圖2』中，雖然該導熱體30與該散熱體40係為兩分開且獨立的構件，但其僅為達到清楚描述該導熱體30與該散熱體40具有相對應結構的目的。實際上，該散熱體40係以該導熱體30為基底一體射出成形，故該導熱體30的大部份結構包覆於該散熱體40內而令兩者無法分離。舉例來說，如『圖3』與『圖4』所示，該導熱體30的導熱部32與該些導熱鰭片33皆包覆於該散熱體40內，僅有該集熱部31暴露於該散熱體40外，而接觸該光源基板22。

就該散熱體40的結構而言，該散熱體40包含有一容納一電路板23或各式電子元件的容置空間43、一用以連接該接電座24的連接部45、以及二設置於該散熱體40內壁的限位凹槽46。該二限位凹槽46恰可供該電路板23插入，令該電路板23定位於該散熱體40內。而該容置空間43內更可設置一絕緣體47。在本發明一實施例中，該絕緣體47係為填充於該容置空間43內的一導熱膠，使容置於該容置空間43內的該電路板23或各式與該電路板23電性連接的電子元件完全包覆於該絕緣體47中，藉此，該絕緣體47作為該散熱體40與該電路板23及電子元件之間的絕緣物質，能夠避免前述電路漏電而將高壓電傳導至該散熱體40，故能提升本發明之使用安全性。除此之外，該絕緣體47更能將該電路板23及電子元件所產生的廢熱傳導至該散熱體40。另一方面，該接電座24以一機械手段固定於該連接部45。該電路板23電性連接該接電座24以外接一外部交流電力源，並將該交流電力源整流為一直流電力以驅使該發光元件21電致發光。前述所提的組裝方式僅為本發明之一實施例而已，任何針對組裝方式進行的簡單變化仍應在本發明之專利保護範圍內。

綜上所述，本發明提高散熱效率之發光二極體結構包含有一以金屬材料製成的導熱體，以及一以塑料混合陶瓷粉末作為材料製成的散熱體。該導熱體包含有複數個自該導熱部的表面向外放射狀延伸的導熱鰭片。在該散熱體以該導熱體為基底一體射出成形後，該散熱體會形成有複數個設置於該散熱體的表面且其結構與位置皆相對應該些導熱鰭片的散熱鰭片。透過前述架構，本發明以非金屬混合塑料取代金屬作為散熱體的材料而降低生產成本以及降低使用者觸電的危險，再透過該些導熱鰭片與該些散熱鰭片緊密接觸而增加兩者之間的導熱效率，故本發明所揭露之發光二極體結構能夠達到成本低廉、高安全性、且散熱效率佳的目的。因此，本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10．．．燈殼

11．．．透光部

12．．．嵌設部

20．．．發光組件

21．．．發光元件

22．．．光源基板

23．．．電路板

24．．．接電座

25．．．導電線

30．．．導熱體

31．．．集熱部

32．．．導熱部

33．．．導熱鰭片

34．．．連接孔

35．．．連通孔

40．．．散熱體

41．．．承載平面

42．．．散熱鰭片

43．．．容置空間

44．．．定位部

45．．．連接部

46．．．限位凹槽

47．．．絕源體

60．．．鎖固元件

圖1，係本發明一實施例之結構分解示意圖(一)。

圖2，係本發明一實施例之結構分解示意圖(二)。

圖3，係本發明一實施例之部分結構剖面示意圖(未包含電路板與絕緣體)。

圖4，係本發明一實施例之結構剖面示意圖。

10．．．燈殼

11．．．透光部

12．．．嵌設部

20．．．發光組件

22．．．光源基板

23．．．電路板

24．．．接電座

25．．．導電線

30．．．導熱體

31．．．集熱部

32．．．導熱部

33．．．導熱鰭片

34．．．連接孔

35．．．連通孔

40．．．散熱體

42．．．散熱鰭片

43．．．容置空間

45．．．連接部

46．．．限位凹槽

60．．．鎖固元件

Claims (11)

1. 一種提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，包括有：
   　　一燈殼；
   　　一發光組件，包含有一設置於該燈殼內且承載至少一發光元件的光源基板、一電性連接該光源基板的電路板、以及一接收外部電力源且電性連接該電路板的接電座；
   　　一導熱體，包含有一接觸該光源基板的集熱部、一連接該集熱部的導熱部、以及複數個自該導熱部的表面向外放射狀延伸的導熱鰭片；
   　　一散熱體，以該導熱體為基底一體射出成形，該散熱體包含有複數個設置於該散熱體的表面且其位置相對應該些導熱鰭片的散熱鰭片，該些散熱鰭片將該些導熱鰭片包覆於該些散熱鰭片內，該散熱體包含有一容納該電路板的容置空間，該光源基板所產生之熱能由該集熱部吸收後再經該些導熱鰭片傳導至該些散熱鰭片散熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該光源基板透過至少一導電線電性連接該電路板，該導熱體包含有一貫穿該集熱部且供該導電線由該光源基板延伸至該容置空間的連通孔。
3. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該散熱體的容置空間內設置有一包覆該電路板的絕緣體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該散熱體包含有一相對應該光源基板的承載平面、一用以連接該接電座的連接部、以及二設置於該散熱體內壁以定位該電路板的限位凹槽。
5. 如申請專利範圍第4項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該散熱體包含有至少一設置於該承載平面周緣的定位部，該燈殼包含有至少一嵌入該定位部的嵌設部。
6. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該散熱體一體成形有該些散熱鰭片，且該些散熱鰭片係呈放射狀等間隔設置。
7. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該導熱體一體成形有該些導熱鰭片，且該些導熱鰭片係呈放射狀等間隔設置。
8. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該些導熱鰭片的表面被該些散熱鰭片所完全包覆。
9. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該散熱體係由下述成份(A)，以及下述成份(B)所組成，其中
   　　成份(A)係選自由聚醯胺、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚鄰苯二甲醯胺、聚碳酸酯、聚芳硫醚、液晶聚合物、間規聚苯乙烯所組成的群組；
   　　成份(B)係選自由氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、碳化矽、滑石、氮化硼所組成的群組。
10. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該導熱體的材料係選自由金、銀、銅、鐵、鋁以及其合金所組成的群組。
11. 如申請專利範圍第1項所述的提升散熱效率之發光二極體燈泡結構，其中，該導熱體係透過一壓鑄、鋁擠或沖壓成形製程而形成該集熱部、該導熱部、以及該些導熱鰭片。