TW201420949A - 發光二極體燈泡之散熱器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種發光二極體燈泡之複合材料散熱器，包括：一金屬中空體，由一中空柱體與一蓋板所構成，其中該中空柱體係由一上表面、一下表面及一側壁所定義，該側壁具有一厚度，用以導熱，該蓋板設置於該中空柱體的該上表面或該下表面，該蓋板具有一貫穿孔且該蓋板與該中空柱體相接至具有導熱之程度；一外殼，與該金屬中空體套接，該外殼具有一外側表面及一內側表面；以及複數鰭片狀的散熱片，繞設於該外殼的外側表面，該複數散熱片係與該外殼一體成形。

Description

發光二極體燈泡之散熱器

本發明係關於一種燈泡之散熱器，特別是關於一種發光二極體(LED)燈泡之複合材料散熱器。

使用發光二極體(LED)作為光源之照明裝置，由於通常使用高功率LED，需要有良好的散熱機制，散熱不良時，除影響LED的壽命外，LED發光特性也會受到影響，尤其在照明的應用，內有多種高功率裝置(發熱體)，如燈源及電源驅動電路(Driver)，與燈源相比，電源驅動電路受到的熱影響更為劇烈，常因溫度過高而使Driver燒掉，是影響整燈壽命的最主要因素。一般散熱元件或散熱器(heat sink)，例如，如圖7所示由一底板2及複數鰭片3所構成之散熱器1，其材料通常為熱傳導率高之鋁合金(130~220W/mK)或銅金屬(380~400W/mK)，雖然具有高導熱能力，但是熱輻射率差(~0.03)，使得散熱器跟環境熱交換的散熱(heat disspation)能力不佳，所以在這些散熱器的表面需要塗佈散熱塗料或者配合風扇，以提高散熱能力，降低散熱器的表面溫度。

然而，發光二極體(LED)燈泡，例如MR16燈泡，使用高功率LED作為光源，需要有效率的散熱機構，但其使用環 境無法再配合風扇，而且通常在節能及設計上不適合使用風扇；若於燈泡的散熱器之表面，塗佈散熱塗料，雖然可降低散熱器的表面溫度，但會有塗佈均勻性不佳，品質難以控制的缺點，且受限於散熱塗料之材質，仍然有散熱效果不足的問題。

因此，仍需要具有良好散熱效率之發光二極體(LED)燈泡用的散熱器，以降低燈泡操作時的溫度，增加燈泡壽命及維持良好的LED發光特性。

鑒於上述之發明背景，為了符合產業上之要求，本發明之目的之一在於提供一種發光二極體燈泡之散熱器，提高導熱效率及輻射效率，使整體燈泡與環境之間的熱阻降低，如此可有效地降低燈泡操作時的溫度，增加燈泡壽命及維持良好的LED發光特性。

為了達到上述目的，根據本發明一實施態樣，提供一種發光二極體燈泡之散熱器，包括：一金屬中空體，由一中空柱體與一蓋板所構成，其中該中空柱體係由一上表面、一下表面及一側壁所定義，該側壁具有一厚度，用以導熱，該蓋板設置於該中空柱體的該上表面或該下表面，該蓋板具有至少一貫穿孔且該蓋板與該中空柱體相接至具有導熱之程度；一外殼，與該金屬中空體套接，該外殼具有一外側表面及一內側表面；以及複數鰭片狀的散熱片，繞設於該外殼的外側表面，該複數散熱片係與該外殼一體成形，構成該複數散熱片的材料係與構成 該外殼的材料相同。

於一實施例，該外殼的內側表面與該金屬中空體的側壁可為滑動配合(slide fit)。再者，於另一實施例，該外殼的內側表面與該金屬中空體的側壁可為緊密配合。於該外殼的內側表面與該金屬中空體的側壁之間，可具有導熱介面材料(TIM)，該導熱介面材料例如為散熱膏或接合劑。

於一實施例，該金屬中空體可由鋁、鋁合金、銅、銅合金或鎂鋁合金所構成。

於一實施例，該外殼可由選自下列族群之一材料所構成：氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、碳化矽及石墨。該外殼可由陶瓷材料燒結所構成較理想，陶瓷材料例如為氧化鋁或氮化鋁。再者，於另一實施例，於使用低功率LED時，該外殼可由導熱塑膠(2~10W/mK)所構成。

於一實施例，本發明之散熱器可為MR16的燈杯形狀。

於一實施例，該蓋板突出於該上表面的外緣。

再者，根據本發明另一實施態樣，提供一種發光二極體燈泡，其係包含上述散熱器及一發光二極體模組。

根據本發明的發光二極體燈泡之散熱器，藉由使用金屬與陶瓷的套件，提高導熱效率及輻射效率，可有效地降低燈泡操作時的溫度，增加燈泡壽命及維持良好的LED發光特性，且因為陶瓷絕緣體的外殼，即使LED損壞、短路時，也不會有漏電的問題，也由於陶瓷的耐電壓特性，對於安全規範裡的高 電壓測試(>3000V)可輕易達成，再者，燈泡破裂時驅動LED之驅動器不會有外露的問題。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。圖示中，相同的元件係以相同的符號表示。

根據本發明一實施例，揭露一種發光二極體燈泡之散熱器，包括：一金屬中空體，由一中空柱體與一蓋板所構成，其中該中空柱體係由一上表面、一下表面及一側壁所定義，該側壁具有一厚度，用以導熱及均熱，該蓋板設置於該中空柱體的該上表面或該下表面，該蓋板具有一貫穿孔且該蓋板與該中空柱體相接至具有導熱之程度；一外殼，與該金屬中空體套接，該外殼具有一外側表面及一內側表面；以及複數鰭片狀的散熱片，繞設於該外殼的外側表面，該複數散熱片係與該外殼一體成形，構成該複數散熱片的材料係與構成該外殼的材料相同。

具體地，圖1表示根據本發明一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的示意圖，其中(a)為剖面圖，(b)為側視立體圖。散熱器10包括金屬中空體200、外殼300及複數鰭片狀的散熱片400。

圖2表示根據本發明一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的構成元件之示意圖，其中(a)為側視立體圖，(b)為上視圖，(c)為側面示意圖，(d)為剖面圖。外殼300，與該金屬中空體200套接，外殼300具有外側表面300a及內側表面300b。外殼300及散熱片400為一體成形所構成。構成外殼300及散熱片400的材質(或材料)，例如氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、石墨或導熱塑膠，較理想為陶瓷材料，例如氧化鋁、氮化鋁等。構成金屬中空體200之材料，可為鋁、鋁合金、銅、銅合金或鎂鋁合金。金屬中空體200可迅速地將LED產生的熱傳導至外殼，再藉由外殼的高輻射特性，可快速散熱，具有高效率的散熱效果。金屬中空體200與外殼300之間，可為滑動配合(slide fit)，亦可為緊密配合。於外殼300的內側表面與金屬中空體的側壁之間，可具有導熱材料，充滿金屬中空體200與外殼300之間的間隙，導熱材料例如可為散熱膏或接合劑(或黏著劑)等，進一步增加熱傳導效率。於使用低功率LED時，外殼可由導熱塑膠所構成，例如可藉由射出成形，形成圖2(a)的形狀，導熱塑膠例如為添加金屬粒子之樹脂粒等。

圖3表示根據本發明一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的金屬中空體之示意圖，(a)為側視立體圖，(b)為剖面圖，(c)為上視圖。金屬中空體200，係由中空柱體201與蓋板202所構成，金屬中空體200的中空空間，可設置驅動LED 之驅動器，經過貫穿孔204(圖中顯示2個)，可與設置於蓋板202上之LED電連接。

再者，本發明的發光二極體燈泡之散熱器可為MR16及球泡燈的燈杯形狀。MR16規格為常用燈泡的規格中的一種，MR代表多重反射罩(Multifaceted Reflector)，16表示前直徑的長度；球泡燈為當初愛迪生發明燈泡的形狀，發光型式屬於全周光。

參考圖4~圖6，表示本發明的發光二極體燈泡之散熱器為MR16的燈杯形狀之具體例。圖4表示根據本發明另一實施例的發光二極體燈泡(MR16)之散熱器的側視立體示意圖。圖5表示圖4所示之發光二極體燈泡之散熱器的(a)剖面圖及(b)上視圖。圖6表示根據本發明另一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的金屬中空體之示意圖，其中(a)為下視圖，(b)為側視立體圖。散熱器20包括金屬中空體210、外殼300及複數鰭片狀的散熱片400。金屬中空體210係由中空柱體211與蓋板212所構成，金屬中空體210具有貫穿孔214(圖6中顯示4個)，可使圖5中的驅動器220與LED通過貫穿孔214進行電連接。

同樣地，金屬中空體200與外殼300之間，可為滑動配合(slide fit)，亦可為緊密配合。於外殼300的內側表面與金屬中空體的側壁之間，可具有導熱材料，充滿金屬中空體200與外殼300之間的間隙，各構成元件所使用的材料，可與上述實 施例相同。

根據實際測試，發現使用金屬與陶瓷的套接構件(亦即金屬中空體200與外殼300套接所構成之散熱器)之發光二極體燈泡，操作時的溫度可有效地降低至少5℃。

綜上所述，根據本發明的發光二極體燈泡之散熱器，藉由使用金屬與陶瓷的套件，提高導熱效率及輻射效率，可有效地降低燈泡操作時的溫度，增加燈泡壽命及維持良好的LED發光特性，且因為陶瓷絕緣體的外殼，即使LED損壞、短路時，也不會有漏電的問題，再者，燈泡破裂時驅動LED之驅動器不會有外露的問題。

以上雖以特定實施例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，熟悉本技藝者瞭解在不脫離本發明的意圖及範圍下可進行各種變形或變更。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

10,20‧‧‧散熱器

200,210‧‧‧金屬中空體

201,211‧‧‧中空柱體

202,212‧‧‧蓋板

204,214‧‧‧貫穿孔

220‧‧‧驅動器

300‧‧‧外殼

300a‧‧‧外側表面

300b‧‧‧內側表面

400‧‧‧散熱片

圖1表示根據本發明一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的示意圖，其中(a)為剖面圖，(b)為側視立體圖。

圖2表示根據本發明一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的構成元件之示意圖，其中(a)為側視立體圖，(b)為上視圖，(c)為側面示意圖，(d)為剖面圖。

圖3表示根據本發明一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的金屬中空體之示意圖，(a)為側視立體圖，(b)為剖面圖，(c)為上視圖。

圖4表示根據本發明另一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的側視立體示意圖。

圖5表示圖4所示之發光二極體燈泡之散熱器的(a)剖面圖及(b)上視圖。

圖6表示根據本發明另一實施例的發光二極體燈泡之散熱器的金屬中空體之示意圖，其中(a)為下視圖，(b)為側視立體圖。

圖7表示根據先前技術的散熱器之示意圖。

10‧‧‧散熱器

200‧‧‧金屬中空體

400‧‧‧散熱片

Claims (14)

1. 一種發光二極體燈泡之散熱器，包括：一金屬中空體，由一中空柱體與一蓋板所構成，其中該中空柱體係由一上表面、一下表面及一側壁所定義，該側壁具有一厚度，用以導熱，該蓋板設置於該中空柱體的該上表面或該下表面，該蓋板具有至少一貫穿孔且該蓋板與該中空柱體相接至具有導熱之程度；一外殼，與該金屬中空體套接，該外殼具有一外側表面及一內側表面；以及複數鰭片狀的散熱片，繞設於該外殼的外側表面，該複數散熱片係與該外殼一體成形。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該外殼的內側表面與該金屬中空體的側壁為滑動配合(slide fit)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該外殼的內側表面與該金屬中空體的側壁為緊密配合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中於該外殼的內側表面與該金屬中空體的側壁之間，具有導熱介面材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該導熱介面材料為散熱膏或接合劑。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱 器，其中該金屬中空體係由鋁、鋁合金、銅、銅合金或鎂鋁合金所構成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該外殼係由選自下列族群之一材料所構成：氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、石墨及導熱塑膠。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該外殼係由陶瓷材料燒結所構成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該陶瓷材料為氧化鋁或氮化鋁。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該外殼係由導熱塑膠所構成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該散熱器為MR16的燈杯形狀。
12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該散熱器為球泡燈的形狀。
13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈泡之散熱器，其中該蓋板突出於該上表面的外緣。
14. 一種發光二極體燈泡，其係包含一散熱器及一發光二極體模組，其中該散熱器為如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述使用發光二極體燈泡之散熱器。