TW201700914A - 具高效散熱結構之發光二極體燈 - Google Patents

Abstract

本發明係一種具高效散熱結構之發光二極體燈，包括由導熱金屬板沖壓成型之燈罩，該燈罩係由頂端至底端呈漸擴構形，其底端設有一開口，頂端呈一組裝平板，內側面呈一反射面；發光二極體板之底側面佈設有複數個發光二極體，其頂側面能平貼在該組裝平板之內側面；散熱器(heat sink)係由鋁擠型製成，其導熱係數小於該導熱金屬板之導熱係數，其底側面能平貼在該組裝平板之外側面，其外凸設有複數散熱鰭片。如此，該燈罩除能反射發光二極體之光亮外，亦因具較佳之導熱能力，且因該組裝平板能分別平貼至發光二極體板及散熱器，而具備高效且絕佳之散熱能力。

Description

具高效散熱結構之發光二極體燈

本發明係關於一種發光二極體燈，尤指一種至少50瓦以上之高功率發光二極體燈，該高功率發光二極體燈之一燈罩除能反射其上發光二極體所發出之光亮外，尚因該燈罩之導熱能力較其上之散熱器(heat sink)為佳，且因該燈罩頂部之一組裝平板之內外側面能分別平貼至該散熱器及其上之發光二極體板，令該燈罩能與週遭之冷空氣進行熱交換，以有效降低該發光二極體板上發光二極體所產生之的高溫，進而有效降低該發光二極體的光衰，並有效延長其使用壽命。

近年來，隨著各式高亮度發光二極體不斷地被開發出來，且其製造成本日趨便宜的情況下，許多燈具製造廠商已開始利用發光二極體作為發光元件，生產兼具環保及節能訴求的高功率發光二極體燈，然而，由於該等高功率發光二極體燈一般均至少在50瓦以上，其上之複數顆發光二極體(若每顆發光二極體為1瓦，即需50顆以上)在發光過程中會產生難以忽略的高熱量，因此，一旦發光二極體燈無法將該等發光二極體所產生的高熱量順利排出，勢必將導致該等發光二極體本身之溫度居高不下，且在長時間持續高溫的使用狀況下，會迅速導致該等發光二極體發生嚴重的材質老化及光衰現像，因此，而大幅縮短其使用壽命。據此，為提高該等高功率發光二極體燈的散熱效果，以延長其使用壽命，業界遂發展出各種高功率發光二極體燈之散熱結構，茲謹配合第1圖所示，針對習知發光二極體燈中最普遍使用且最簡單之散熱結構，說明如下：

(1)第1及2圖所示乃一習知高功率發光二極體燈，該高功率發光二極體燈包括一燈罩10、一發光二極體板20、一散熱器30及一驅動電路40；其中，該燈罩10係金屬材料或塑化材料製成，該燈罩10內設有一容置 空間11，該燈罩10之底端設有一下開口12，該燈罩10之頂端則設有一上開口13，該下開口12及上開口13分別係與該容置空間11相連通，該燈罩10對應於該容置空間11之內側表面塗佈有一反射層18(圖中未示)，此外，因該容置空間11係由頂端至底端呈漸擴構形，故，該下開口12之直徑遠大於該上開口13之直徑；該發光二極體板20之底側面21佈設有複數顆發光二極體22，該發光二極體板20之頂側面23係呈平面狀；該散熱器30係由鋁擠型製成，其導熱係數遠大於該金屬材料或塑化材料之導熱係數，該散熱器30之底側面31係呈平面狀，使得該發光二極體板20之頂側面23能平貼在該散熱器30之底側面31，該燈罩10頂端之孔緣14能被鎖固至該散熱器30之底側面31，該發光二極體板20係位在該上開口13內，且該等發光二極體22面向該下開口12，該散熱器30之其餘部份則向外凸設有複數片間隔排列之散熱鰭片32；該驅動電路40係安裝且暴露在該散熱器30之頂側，其一端係與一供電端(圖中未示)相連接，其另一端則係藉一導線41，與該發光二極體板20相連接，以提供該等發光二極體22發光所需之電能。

(2)如此，當該驅動電路40驅動該等發光二極體22發出光亮時，由於該等發光二極體22所產生的熱能會經由該發光二極體板20之頂側面23，直接傳導至該散熱器30之底側面31，以透過該散熱器30及其上之該等散熱鰭片32，散發至周遭空氣中，因此，該散熱器30即能降低該等發光二極體22的工作溫度，進而使該等發光二極體22發射出理想的色光。

(3)由於，該燈罩10僅係藉由其頂端孔緣14之極小面積，被鎖固至該散熱器30之底側面31，且其所使用的金屬材料或塑化材料之導熱係數遠小於該散熱器30之導熱係數，故，該燈罩10僅能藉其內側表面塗佈之該反射層18，發揮其對該等發光二極體22發光之反射作用，卻完全無法藉其內外側表面與周遭冷空氣之大範圍接觸面積，發揮其對該等發光二極體22熱能之散熱作用，實殊為可惜。

(4)由於，該等發光二極體22之唯一散熱路徑係透過該散熱器30，因此，當該等高功率發光二極體燈之設計功率愈來愈高時，如：100、200、300… 瓦，甚至500瓦以上時，該散熱器30及其上之該等散熱鰭片32的尺寸亦將愈來愈大，導致該等高功率發光二極體燈之總重量常達數十公斤，不僅重的離譜，亦令人員不易對其進行安裝施工；另，由於，相鄰的該等散熱鰭片32之兩對應側面係彼此間隔，且係以90度角垂直地連接在該散熱器30之外側表面，導致相鄰的該等散熱鰭片32間形成空氣對流死角(特別是在該等散熱鰭片32之尺寸愈來愈大時)，該等對流死角內的空氣會因接受熱量，而使其溫度逐漸上升，並蓄積在該等散熱鰭片32周遭，除使該等散熱鰭片32產生極高溫度外，尚導致該等散熱鰭片32與其周遭空氣間的溫差逐漸縮小，進而令該等散熱鰭片32間空氣的對流效率不彰，而無法有效發散該等發光二極體22所產生之高熱能，造成該等發光二極體22的工作溫度始終居高不下，而易發生材質老化及光衰現像，大幅縮短了其使用壽命。

(5)最後，外露在該散熱器30頂側之該驅動電路40亦極易因經常性之塵垢沾污及曝曬雨淋，而導致其外側表面之絕緣保護層快速發生老化，進而因老化而龜裂破損，大幅降低了其使用壽命。

有鑑於此，如何利用該燈罩10之內外側表面與周遭冷空氣之大範圍接觸面積，而有效發揮其對該等發光二極體22熱能之散熱作用，使得該等高功率發光二極體燈之設計功率愈來愈高時，無需特別增加該散熱器30及其上該等散熱鰭片32之尺寸，令該等高功率發光二極體燈維持在便於安裝施工之最佳重量狀態下，仍能發揮高效之散熱功能，即成為本發明在此欲探討之一重要課題。

有鑑於前述問題與缺點，發明人根據多年實務經驗及研究實驗，終於開發設計出本發明之一種具高效散熱結構之發光二極體燈，期能有效改善前述散熱效率不彰、材質易老化及整體重量過大之問題。

本發明之一目的，係在提供一種具高效散熱結構之發光二極體燈，該發光二極體燈包括一第一燈罩、一發光二極體板、一散熱器及一驅動電路，其中，該第一燈罩係由一導熱金屬板經沖壓成型製成，其內設有一第一容置空間，該第一燈罩之底端設有一第一開口，該第一開口係與 該第一容置空間相連通，該第一燈罩之頂端係呈一第一組裝平板，且該第一容置空間由頂端至底端係呈漸擴構形，該第一燈罩對應於該第一容置空間之內側表面係呈一反射面；該發光二極體板之底側面佈設有複數顆發光二極體，該發光二極體板之頂側面則能平貼在該第一組裝平板之內側面；該散熱器係由鋁擠型製成，其導熱係數小於該導熱金屬板之導熱係數，該散熱器之底側面能平貼在該第一組裝平板之外側面，該散熱器之其餘部份則向外凸設有複數片間隔排列之散熱鰭片；該驅動電路之一端係與一供電端相連接，其另一端係與該發光二極體板相連接，以提供該等發光二極體發光所需之電能。如此，該第一燈罩除能藉其內側表面之該反射面，反射該等發光二極體所發出之光亮外，尚因該第一燈罩之導熱能力較該散熱器為佳，且因該第一燈罩頂端之該第一組裝平板之內外側面能分別平貼至該散熱器及該發光二極體板，令該第一燈罩能有效利用其內外側表面與周遭冷空氣間之大範圍接觸面積，而充分發揮其對該等發光二極體熱能之高效散熱作用，且在該等發光二極體燈之功率被設計成愈來愈高之情況下，完全無需特別增加該散熱器及其上之該等散熱鰭片之尺寸，仍能發揮其與週遭冷空氣之高效熱交換功能，有效降低該等發光二極體所產生之高溫，進而有效降低該發光二極體的光衰，並大幅延長其使用壽命。

本發明之另一目的，該發光二極體燈尚包括至少一第二燈罩，該第二燈罩亦係由該導熱金屬板經沖壓成型製成，該第二燈罩內設有一第二容置空間，該第二燈罩之底端設有一第二開口，該第二開口係與該第二容置空間相連通，該第二燈罩之頂端係呈一第二組裝平板，該第二組裝平板之底側面能平貼在該第一組裝平板之外側面，且該散熱器之底側面能平貼在該第二組裝平板之外側面，進而使該第二燈罩與該第一燈罩間形成之空隙係由頂端至底端呈漸擴狀。如此，在該等發光二極體燈之功率被設計成愈來愈高之情況下，僅需藉增設該第二燈罩，即能在不致大幅增加該發光二極體燈重量之情形下，充分利用其內外側表面與周遭冷空氣間之大範圍接觸面積，而充分發揮其對該等發光二極體熱能之高效散熱作用。

本發明之又一目的，該第一燈罩之外側表面或該第二燈罩之表面分別塗佈有由類鑽碳材料製成之一熱輻射層。如此，即能增加該第一 燈罩或該第二燈罩之熱輻射效果，使該第一燈罩或該第二燈罩能透過其內外側表面與周遭冷空氣間之大範圍接觸面積，更快速地將熱能輻射至冷空氣中。

本發明之又另一目的，該驅動電路係設置在該散熱器內，以確保該驅動電路不致遭塵垢沾污及曝曬雨淋，不僅能有效延長其外側表面絕緣保護層之使用壽命，尚能大幅增加該發光二極體燈在外觀上之整體性及視覺美感。

為便 貴審查委員能對本發明之目的、結構及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

〔習知〕

10‧‧‧燈罩

11‧‧‧容置空間

12‧‧‧下開口

13‧‧‧上開口

14‧‧‧燈罩頂端孔緣

18‧‧‧反射層

20‧‧‧發光二極體板

21‧‧‧發光二極體板之底側面

22‧‧‧發光二極體

23‧‧‧發光二極體板之頂側面

30‧‧‧散熱器

31‧‧‧散熱器之底側面

32‧‧‧散熱鰭片

40‧‧‧驅動電路

41‧‧‧導線

〔本發明〕

A10、B10‧‧‧燈罩

A11、B11‧‧‧容置空間

A12、B12‧‧‧下開口

A15、B15‧‧‧組裝平板

A16‧‧‧反射面

20‧‧‧發光二極體板

21‧‧‧發光二極體板之底側面

22‧‧‧發光二極體

23‧‧‧發光二極體板之頂側面

A30、B30、C30‧‧‧散熱器

A31、C31‧‧‧散熱器之底側面

A32、B32、C32‧‧‧散熱鰭片

A33、B33‧‧‧凹槽

C33‧‧‧貫穿孔

40‧‧‧驅動電路

41‧‧‧導線

50‧‧‧頂蓋

60‧‧‧熱輻射層

C35‧‧‧側蓋

第1圖係習知高功率發光二極體燈之立體分解圖；第2圖係習知高功率發光二極體燈之橫剖面示意圖；第3圖係本發明之第一較佳實施例的發光二極體燈之立體分解圖；第4圖係該第一較佳實施例的發光二極體燈之橫剖面示意圖；第5圖係本發明之第二較佳實施例的發光二極體燈之橫剖面示意圖；及第6圖係本發明之第三較佳實施例中散熱器之橫剖面示意圖。

本發明係提供一種具高效散熱結構之發光二極體燈，在本發明之第一較佳實施例中，請參閱第3及4圖所示，該發光二極體燈包括一第一燈罩A10、一發光二極體板20、一第一散熱器A30及一驅動電路40，其中，該第一燈罩A10係由一導熱金屬板經沖壓成型製成，其內設有一第一容置空間A11，該第一燈罩A10之底端設有一下開口A12，該下開口A12係與該第一容置空間A11相連通，該第一燈罩A10之頂端係呈一第一組裝平板A15，且該第一容置空間A11係由頂端至底端呈漸擴構形，該第一燈罩A10對應於該第一容置空間A11之內側表面係透過真空電鍍或陽極處理，形成一反射面A16(請參閱第4圖所示)；該發光二極體板20之底側面21佈設有複數顆發光二極體22，該發光二極體板20之頂側面23則能平貼 在該第一組裝平板A15之內側面；該第一散熱器A30係由鋁擠型製成，其導熱係數小於該第一燈罩A10之導熱金屬板之導熱係數，該第一散熱器A30之底側面A31能平貼在該第一組裝平板A15之外側面，該第一散熱器A30之其餘部份則向外凸設有複數片間隔排列之散熱鰭片A32；該驅動電路40之一端係與一供電端(圖中未示)相連接，其另一端係與該發光二極體板20相連接，以提供該等發光二極體22發光所需之電能。

如此，復請參閱第4圖所示，當該驅動電路40驅動該等發光二極體22發出光亮時，該第一燈罩A10除能藉其內側表面之該反射面A16，反射該等發光二極體22所發出之光亮外，尚因該第一燈罩A10之該第一組裝平板A15之內外側面能分別平貼至該第一散熱器A30及該發光二極體板20，且因該第一燈罩A10之導熱金屬板之導熱能力較該第一散熱器A30為佳，使得該第一燈罩A10能有效利用其內外側表面與周遭冷空氣間之大範圍接觸面積，而充分發揮其對該等發光二極體22熱能之高效散熱作用。此外，在該等發光二極體22之功率被設計成愈來愈高之情況下，完全無需特別增加該第一散熱器A30及其上之該等散熱鰭片A32之尺寸，該第一燈罩A10即能發揮其與週遭冷空氣之高效熱交換功能，有效降低該等發光二極體22所產生之高溫，進而有效降低該發光二極體22的光衰，並大幅延長其使用壽命。

在該第一較佳實施例中，復請參閱第3及4圖所示，該第一散熱器A30之頂側凹設有一第一凹槽A33，該驅動電路40能被設置在該第一凹槽A33內，該發光二極體燈尚包括一頂蓋50，該頂蓋50係安裝在該第一散熱器A30之頂側，用以遮蔽該第一凹槽A33。如此，即能確保該驅動電路40不致外露而遭塵垢沾污及曝曬雨淋，不僅能有效延長該驅動電路40外側表面絕緣保護層之使用壽命，尚能大幅增加該發光二極體燈在外觀上之整體性及視覺美感。

在本發明之第二較佳實施例中，請參閱第5圖所示，該發光二極體燈尚包括至少一第二燈罩B10，該第二燈罩B10亦係由該導熱金屬板經沖壓成型製成，該第二燈罩B10內設有一第二容置空間B11，該第二燈罩B10之底端設有一下開口B12，該下開口B12係與該第二容置空間B11 相連通，該第二燈罩B10之頂端係呈一第二組裝平板B15，該第二組裝平板B15之底側面能平貼在該第一組裝平板A15之外側面，且該第一散熱器A30之底側面能平貼在該第二組裝平板B15之外側面，該第二容置空間B11亦係由頂端至底端呈漸擴構形，進而在該第二燈罩B10與該第一燈罩A10組裝成一體時，該第二燈罩B10與該第一燈罩A10間形成之空隙係由頂端至底端呈漸擴狀。

如此，在該等發光二極體燈之功率被設計成愈來愈高之情況下，僅需藉增設該第二燈罩B10，即能在不致大幅增加該發光二極體燈重量之情形下，充分利用該第二燈罩B10之內外側表面與周遭冷空氣間之大範圍接觸面積，而充分發揮其對該等發光二極體22熱能之高效散熱作用。

在該第二較佳實施例中，復請參閱第5圖所示，該發光二極體燈尚包括一第二散熱器B30，該第二散熱器B30係由鋁擠型製成，其導熱係數小於該導熱金屬板之導熱係數，該第二散熱器B30之底側凹設有一第二凹槽B33，該第二散熱器B30之其餘部份則向外凸設有複數片間隔排列之散熱鰭片B32，該第二散熱器B30之底側係與該第一散熱器A30之頂側銜接成一體，以使該第二凹槽B33對應於該第一凹槽A33，共同形成一貫穿孔，以使該驅動電路40能被設置在該貫穿孔內，該發光二極體燈尚包括二側蓋(圖中未示)，該等側蓋係分別安裝在該第一散熱器A30及該第二散熱器B30之兩側，用以遮蔽該貫穿孔(即，該第一凹槽A33及該第二凹槽B33之兩端)，以確保該驅動電路40不致外露在該發光二極體燈之外，有效避免該驅動電路40遭塵垢沾污及曝曬雨淋。

在本發明之第三較佳實施例中，請參閱第5及6圖所示，亦能將該第二較佳實施例中所示之該第一散熱器A30及第二散熱器B30整合成一第三散熱器C30，該第三散熱器C30係由鋁擠型製成，其導熱係數小於該導熱金屬板之導熱係數，該第三散熱器C30之底側面C31能平貼在該第一組裝平板A15或該第二組裝平板B15之外側面，該第三散熱器C30之其餘部份則向外凸設有複數片間隔排列之散熱鰭片C32，該第三散熱器C30之中央開設有一貫穿孔C33，以使該驅動電路40能被設置在該貫穿孔C33內，該發光二極體燈尚包括二側蓋C35，該等側蓋C35係分別安裝在該第 三散熱器C30之兩側，用以遮蔽該貫穿孔C33，以確保該驅動電路40不致外露在該發光二極體燈之外，有效避免該驅動電路40遭塵垢沾污及曝曬雨淋。

在本發明之前述實施例之最佳實施態樣中，該導熱金屬板係一鋁板，該鋁板係以延壓成型製成，而令其導熱係數遠較由鋁擠型製成之該第一散熱器A30、第二散熱器B30或第三散熱器C30之導熱係數為高。此外，復請參閱第4及5圖所示，為能增加該第一燈罩A10及/或該第二燈罩B10本身之熱輻射效果，該第一燈罩A10之外側表面或該第二燈罩B10之內外側表面尚分別塗佈有由類鑽碳(Diamond Like Carbon)材料製成之一熱輻射層60，由於，該類鑽碳材料之組成包括鑽石形態的sp3四面體結構與石墨形態的sp2平面結構，因此，該類鑽碳材料可謂一種包含了部份鑽石結構的碳材，擁有極佳的耐蝕性、優異的抗沾黏性及高導熱效率等物理特性。據此，該第一燈罩A10或該第二燈罩B10不僅能藉該熱輻射層60，具備極佳的耐蝕性及優異的抗沾黏性，尚能透過該熱輻射層60，與其內外側表面大範圍之周遭冷空氣接觸，更快速地將該等發光二極體22之熱能輻射至周遭冷空氣中。另，該第一散熱器A30或第三散熱器C30之底側面A31或C31係平行於該第一散熱器A30或第三散熱器C30之鋁擠型方向，如此，增加該第一散熱器A30或第三散熱器C30沿鋁擠型方向之長度，即能使複數個第一燈罩A10之第一組裝平板A15及/或第二燈罩B10之第二組裝平板B15的外側面依序組裝至同一之該第一散熱器A30或第三散熱器C30之底側面A31或C31。

按，以上所述，僅為本發明之較佳具體實施例，不應視為本發明之限制，凡任何熟悉本發明相關領域之人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之其它變化或結構修飾，或利用其他結構或裝置加以實現之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

A10‧‧‧燈罩

A11‧‧‧容置空間

A12‧‧‧下開口

A15‧‧‧組裝平板

20‧‧‧發光二極體板

21‧‧‧發光二極體板之底側面

22‧‧‧發光二極體

23‧‧‧發光二極體板之頂側面

A30‧‧‧散熱器

A31‧‧‧散熱器之底側面

A32‧‧‧散熱鰭片

A33‧‧‧凹槽

40‧‧‧驅動電路

41‧‧‧導線

50‧‧‧頂蓋

Claims (16)

1. 一種具高效散熱結構之發光二極體燈，包括：一第一燈罩，係由一導熱金屬板經沖壓成型製成，該第一燈罩內設有一第一容置空間，該第一燈罩之底端設有一第一開口，該第一開口係與該第一容置空間相連通，該第一燈罩之頂端係呈一第一組裝平板，且該第一容置空間由該第一燈罩之頂端至底端係呈漸擴之構形，該第一燈罩對應於該第一容置空間之內側表面係呈一反射面；一發光二極體板，其底側面佈設有複數個發光二極體，其頂側面能平貼在該第一組裝平板之內側面；一第一散熱器，係由鋁擠型製成，其導熱係數小於該導熱金屬板之導熱係數，該第一散熱器之底側面能平貼在該第一組裝平板之外側面，該第一散熱器之其餘部份則向外凸設有複數片間隔排列之散熱鰭片；及一驅動電路，其一端係與一供電端相連接，其另一端係與該發光二極體板相連接，以提供該等發光二極體發光所需之電能。
2. 如請求項1所述之發光二極體燈，尚包括至少一第二燈罩，該第二燈罩亦係由該導熱金屬板經沖壓成型製成，該第二燈罩內設有一第二容置空間，該第二燈罩之底端設有一第二開口，該第二開口係與該第二容置空間相連通，該第二燈罩之頂端係呈一第二組裝平板，該第二組裝平板之底側面能平貼在該第一組裝平板之外側面，且該散熱器之底側 面能平貼在該第二組裝平板之外側面，進而使該第二燈罩與該第一燈罩間形成之空隙係由頂端至底端呈漸擴狀。
3. 如請求項2所述之發光二極體燈，其中，該第二燈罩之表面塗佈有由類鑽碳材料製成之一熱輻射層。
4. 如請求項1、2或3所述之發光二極體燈，其中，該第一燈罩之外側表面塗佈有由類鑽碳材料製成之一熱輻射層。
5. 如請求項1或2所述之發光二極體燈，其中，該第一散熱器之頂側凹設有一第一凹槽，該驅動電路係設置在該第一凹槽內。
6. 如請求項5所述之發光二極體燈，尚包括一頂蓋，該頂蓋係安裝在該第一散熱器之頂側，用以遮蔽該第一凹槽。
7. 如請求項6所述之發光二極體燈，該導熱金屬板係一鋁板，該鋁板係以延壓成型製成。
8. 如請求項7所述之發光二極體燈，該第一散熱器之底側面係平行於該第一散熱器之鋁擠型方向。
9. 如請求項5所述之發光二極體燈，尚包括一第二散熱器，該第二散熱器係由鋁擠型製成，其導熱係數小於該導熱金屬板之導熱係數，該第二散熱器之底側凹設有一第二凹槽，該第二散熱器之其餘部份則向外凸設有複數片序間隔排列之散熱鰭片，該第二散熱器之底側係與該第一散熱器之頂側銜接成一體面，以使該第二凹槽對應於該第一凹槽，共同形成一貫穿孔，該驅動電路係設置在該貫穿孔內。
10. 如請求項9所述之發光二極體燈，尚包括二側蓋，該等側蓋係分別安裝在該等散熱器之兩側，用以遮蔽該貫穿孔。
11. 如請求項10所述之發光二極體燈，該導熱金屬板係一鋁板，該鋁板係以延壓成型製成。
12. 如請求項11所述之發光二極體燈，該第一散熱器之底側面係平行於該第一散熱器之鋁擠型方向。
13. 如請求項1或2所述之發光二極體燈，其中，該散熱器之中央設有一貫穿孔，該驅動電路係設置在該貫穿孔內。
14. 如請求項13所述之發光二極體燈，尚包括二側蓋，該等側蓋係分別安裝在該散熱器之兩側，用以遮蔽該貫穿孔。
15. 如請求項14所述之發光二極體燈，該導熱金屬板係一鋁板，該鋁板係以延壓成型製成。
16. 如請求項15所述之發光二極體燈，該散熱器之底側面係平行於該散熱器之鋁擠型方向。