TW201445082A - 發光裝置 - Google Patents
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Abstract
一種發光裝置，包含一發光元件，該發光元件包括一電路板、至少一發光二極體、一波長轉換殼，及一第一導熱層，該發光二極體設置於該電路板上並與該電路板電性連接，該波長轉換殼罩覆該發光二極體且具有一鄰近該發光二極體的第一內壁面和一與該第一內壁面相對的第一外表面，該第一導熱層覆蓋於該第一內壁面、第一外表面或同時覆蓋於該第一內壁面和該第一外表面且由石墨烯構成。本發明藉由該石墨烯具有透光性及高熱傳導率的優點，使該發光元件發光時所產生的熱能有效地傳導散熱，以確保元件的正常運作，進而延長使用的壽命。
Description
本發明是有關於一種發光裝置，特別是指一種具有高導熱性和高散熱性的發光二極體發光裝置。
發光二極體是一種可將電能轉換為光能的半導體元件，由於其具有省電、體積小、轉換效率高、使用壽命長等優點，近年來已廣泛應用於照明用途，而其中，具有高亮度及高效率的高功率發光二極體，更是目前開發研究的主流。
然而，發光二極體在光電轉換的過程中會產生大量的熱能，若無法有效地將累積在發光二極體內的熱能釋除，便會造成發光二極體的劣化，進而降低發光二極體的使用壽命及產品穩定性。除此之外，為達到高亮度而設計的高功率發光二極體，其伴隨所產生的熱能將更加的可觀，因此，高功率發光二極體除了亮度的提升之外，其散熱的問題也是此技術領域者亟欲突破的瓶頸。
為了改善發光二極體熱能產生的問題，一種方法為利用導熱基板將發光二極體在運作時所產生的熱能，直接傳導至導熱基板進行散熱；或利用環氧樹脂與金屬粉
末(例如銀)的混合物進行發光二極體的封裝，但，環氧樹脂高分子材料的耐熱程度較差，曝露於高溫環境中容易產生變質或黃化，進而造成穿透率下降及光輸出量減少的問題，並不適用於高功率的發光二極體；再者，藉由所加入的銀粉雖能達到導熱的目的，但金屬材質為非透明亦會降低發光二極體的出光效率，且利用金屬粉末或導熱基板進行散熱的方式會受限於金屬材料或散熱材料的不透光性質和成本考量等因素，並無法得到有效地運用。
基於上述發光二極體的發展與應用，如何有效地克服高功率發光二極體散熱的問題，係為本發明研究改良的重要目標。
因此，本發明之目的，即在提供一種具有高導熱性和高散熱性的發光裝置。
於是，本發明發光裝置，包含一發光元件，該發光元件包括一電路板、至少一發光二極體、一波長轉換殼，及一第一導熱層。
該發光二極體設置於該電路板上並與該電路板電性連接；該波長轉換殼罩覆該發光二極體且具有一鄰近該發光二極體的第一內壁面和一與該第一內壁面相對的第一外表面；該第一導熱層覆蓋於該第一內壁面、該第一外表面，或同時覆蓋於該第一內壁面和該第一外表面，且該第一導熱層的構成材料選自石墨烯。
較佳地，前述發光裝置，其中，該第一導熱層是覆蓋於該第一外表面。
較佳地，前述發光裝置，其中，該第一導熱層是延伸至該電路板且直接接觸該電路板。
較佳地，前述發光裝置，其中，該第一導熱層的透光率大於93%。
較佳地，前述發光裝置，其中，該第一導熱層的構成材料進一步包含一金屬奈米線。
較佳地，前述發光裝置，其中，該金屬奈米線選自一銀奈米線。
較佳地，前述發光裝置，其中，該第一導熱層的構成材料進一步包含一奈米碳管。
較佳地，前述發光裝置，還包含一燈座，及一燈罩，該發光元件設置於該燈座上且可藉由該燈座對外電性連接，該燈罩罩覆該發光元件，並與該燈座可裝卸地連接。
較佳地，前述發光裝置，其中，該燈罩具有一鄰近該發光元件的第二內壁面和一與該第二內壁面相對的第二外表面，該發光裝置更包含一覆蓋於該第二內壁面、該第二外表面，或同時覆蓋於該第二內壁面和該第二外表面的第二導熱層，且該第二導熱層的構成材料選自石墨烯。
較佳地，前述發光裝置，其中，該第二導熱層是延伸至該燈座且直接接觸該燈座。
1‧‧‧燈座
11‧‧‧容置空間
2‧‧‧發光元件
21‧‧‧電路板
22‧‧‧發光二極體
23‧‧‧波長轉換殼
231‧‧‧第一內壁面
232‧‧‧第一外表面
24‧‧‧第一導熱層
3‧‧‧燈罩
31‧‧‧第二內壁面
32‧‧‧第二外表面
33‧‧‧第二導熱層
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一剖視示意圖，說明本發明發光裝置的一較佳實施例。
在本發明被詳細描述之前，應該注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明發光裝置的較佳實施例包含一燈座1、一發光元件2，及一燈罩3。該發光元件2設置於該燈座1上，該燈罩3罩覆該發光元件2，並與該燈座1可裝卸地連接。
該燈座1與該燈罩3共同界定出一用以容置該發光元件2的容置空間11，相反於該容置空間11的另一側設有一用以與外部電源連接的電路單元(圖未示)，用以提供該發光元件2所需電力。
該發光元件2設置於該燈座1上並位於該容置空間11內，該發光元件2包括一設置於該燈座1上並與該燈座1電性連接的電路板21、至少一設置於該電路板21上並與該電路板21電性連接的發光二極體22、一罩覆該發光二極體22的波長轉換殼23，及一覆蓋於該波長轉換殼23且由石墨烯材料構成的第一導熱層24。
要說明的是，該發光二極體22所裝設的數量可
依實際需求進行調整為一個或多個，且當為多個發光二極體22時，該等發光二極體22可選擇使用發出相同或不同的色光，於本較佳實施例中，是以一個且為可發出藍光的發光二極體22為例作說明。
該波長轉換殼23由具有透光性的高分子材料構成，可藉由摻雜不同的螢光材料，使該發光二極體22發出的光於穿過該波長轉換殼23時，激發該螢光材料而產生另一色光，經混光後向外發出。例如，該波長轉換殼23可搭配黃色螢光材料，當藍光通過該波長轉換殼23時，便激發該黃色螢光材料並經混光後向外發出白光，而可應用於照明用途。由於該發光二極體22及該波長轉換殼23的色光與材料搭配選用眾多，且為本技術領域者所熟知，因此不再多加贅述。
於本較佳實施例中，該波長轉換殼23是由聚碳酸酯構成，且摻雜有黃色螢光材料，具有一鄰近該發光二極體22的第一內壁面231，及一與該第一內壁面231相對的第一外表面232。
該第一導熱層24覆蓋於該波長轉換殼23的該第一內壁面231、該第一外表面232，或是同時覆蓋於該第一內壁面231和該第一外表面232。詳細的說，該第一導熱層24可選擇部分覆蓋或是全部覆蓋，可視成本需求或是製程考量做選擇。再者，該第一導熱層24亦可選擇僅覆蓋於該第一內壁面231或該第一外表面232，或同時覆蓋於該第
一內壁面231及該第一外表面232，可視實際需求加以調整，於此並不加以限制。於本較佳實施例中為了方便說明，是以該第一導熱層24同時全部覆蓋該第一內壁面231及第一外表面232為例，但並不以此為限。更佳地，當該第一導熱層24只形成於該第一外表面232時，能使製程上的加工最為容易達成，且同樣具有極佳的散熱與導熱效果。
該燈罩3罩覆該發光元件2，並與該燈座1可裝卸地連接，該燈罩3是由具有透光性的材料所構成(例如聚碳酸酯)，使該發光元件2產生的光線可經由該燈罩3照射至外部。其中，該燈罩3具有一鄰近該發光元件2的第二內壁面31和一與該第二內壁面31相對的第二外表面32，於本較佳實施例中，更包含一覆蓋於該第二內壁面31、該第二外表面32，或同時覆蓋於該第二內壁面31和該第二外表面32且由石墨烯材料構成的第二導熱層33。詳細的說，該第二導熱層33可選擇部分覆蓋或是全部覆蓋，可視成本需求或是製程考量做選擇。再者，該第二導熱層33亦可選擇僅覆蓋該第二內壁面31或第二外表面32，或同時覆蓋於該第二內壁面31及該第二外表面32，可視實際需求加以調整，於此並不加以限制。於本較佳實施例中為了方便說明，是以該第二導熱層33同時全部覆蓋該第二內壁面31及第二外表面32為例，但並不以此為限。更佳地，當該第二導熱層33只形成於該第二外表面32時，能使製程上的加工最為容易達成，且同樣具有極佳的散熱與導熱效果。
較佳地，前述該第一、二導熱層24、33具有熱傳導率大於45 W/mK，對於例如白光等光線的透光率大於93%的特性，且厚度可以小於10 nm，因此可獲得較佳的散熱和出光效果。除此之外，更佳地，該第一、二導熱層24、33還分別延伸至該電路板21及燈座1並直接接觸該電路板21及燈座1，利用該第一、二導熱層24、33與該電路板21及燈座1接觸，使該發光元件2產生的熱能可以快速地傳遞至設置於該電路板21及燈座1的散熱元件(例如散熱鰭片，圖未示)，以避免熱能累積於該發光元件2。
另要說明的是，該第一、二導熱層24、33可擇一存在或二者同時存在，可依產品實際使用狀況或生產成本等需求進行調整。於本較佳實施例中，是以該第一、二導熱層24、33同時存在為例來作說明。由於該第一、二導熱層24、33所選用的石墨烯材料，是由碳原子組成並呈六角形蜂巢晶格排列的單層二維結構，具有高散熱效率及透光性等優點，因此，能將熱量均勻的分佈在二維平面上而有效地將熱能轉移並向外排出。再者，由於該發光二極體22與波長轉換殼23之間具有間隙，可藉由存在於該間隙內的空氣作為介質，亦有助於增加散熱的效果。
要再說明的是，因為石墨烯可能非完整的覆蓋於該波長轉換殼23或燈罩3的第一、二內壁面231、31或第一、二外表面232、32，因此，在未覆蓋有石墨烯的表面容易成為熱源集中處，而影響整體的散熱效果，因此，該
第一、二導熱層24、33的構成材料除了石墨烯以外，還可具有一維結構的金屬奈米線，可利用該等一維結構的金屬奈米線的連接，而讓熱能經由該等金屬奈米線傳遞分散至相鄰的石墨烯而不累積，便可進一步提升整體的散熱效果。此外，由於石墨烯在製備的過程中的厚度難以精確的控制，在成膜的過程中易發生堆疊的問題，堆疊便會降低薄膜的透光性，而該等金屬奈米線因彼此間存在有較大的空隙，該些空隙亦有利於透光及散熱。較佳地，該等金屬奈米線選自金、銀、銅、鋁、鉑、氮化鋁、氮化鈦、碳化鈦，及前述其中之一組合，更佳地，該等金屬奈米線選自銀奈米線。除了該等金屬奈米線以外，該第一、二導熱層24、33也可使用同為一維結構的奈米碳管做連接，同樣可將熱能有效地傳遞分散至相鄰的石墨烯而不累積，以進一步提升整體的散熱效果。
本發明藉由該第一、二導熱層24、33的設置，使該發光元件2於發光時所產生的熱能經由該第一、二導熱層24、33傳導散熱，有效地降低整體的溫度，且該石墨烯與銅、鋁等金屬相比，更具有透光性、重量輕，且熱傳導率高等獨特的優勢，此外，利用石墨烯、銀奈米線，或奈米碳管等高熱傳導率以及導熱均勻之特點，更可提高整體的散熱效果，不僅可滿足散熱的需求，亦不影響該發光元件2的出光效果。
綜上所述，本發明利用該第一、二導熱層24、
33的設置，可即時將該發光元件2所產生的熱能傳導散熱，並可保護該發光元件2及其周遭元件免於高溫損害，以確保發光裝置的正常運作，進而延長使用的壽命，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧燈座
11‧‧‧容置空間
2‧‧‧發光元件
21‧‧‧電路板
22‧‧‧發光二極體
23‧‧‧波長轉換殼
231‧‧‧第一內壁面
232‧‧‧第一外表面
24‧‧‧第一導熱層
3‧‧‧燈罩
31‧‧‧第二內壁面
32‧‧‧第二外表面
33‧‧‧第二導熱層
Claims (10)
- 一種發光裝置，包含一發光元件，該發光元件包括：一電路板；至少一發光二極體，設置於該電路板上並與該電路板電性連接；一波長轉換殼，罩覆該發光二極體且具有一鄰近該發光二極體的第一內壁面和一與該第一內壁面相對的第一外表面；及一第一導熱層，覆蓋於該第一內壁面、該第一外表面，或同時覆蓋於該第一內壁面和該第一外表面，且該第一導熱層的構成材料選自石墨烯。
- 如請求項1所述的發光裝置，其中，該第一導熱層是覆蓋於該第一外表面。
- 如請求項1所述的發光裝置，其中，該第一導熱層是延伸至該電路板且直接接觸該電路板。
- 如請求項1所述的發光裝置，其中，該第一導熱層的透光率大於93%。
- 如請求項1所述的發光裝置，其中，該第一導熱層的構成材料進一步包含一金屬奈米線。
- 如請求項5所述的發光裝置，其中，該金屬奈米線選自一銀奈米線。
- 如請求項1所述的發光裝置，其中，該第一導熱層的構成材料進一步包含一奈米碳管。
- 如請求項1所述的發光裝置，還包含一燈座，及一燈罩，該發光元件設置於該燈座上且可藉由該燈座對外電性連接，該燈罩罩覆該發光元件，並與該燈座可裝卸地連接。
- 如請求項8所述的發光裝置，其中，該燈罩具有一鄰近該發光元件的第二內壁面和一與該第二內壁面相對的第二外表面，該發光裝置更包含一覆蓋於該第二內壁面、該第二外表面，或同時覆蓋於該第二內壁面和該第二外表面的第二導熱層，且該第二導熱層的構成材料選自石墨烯。
- 如請求項9所述的發光裝置，其中，該第二導熱層是延伸至該燈座且直接接觸該燈座。
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