TWI381128B - 發光二極體燈具 - Google Patents

Description

發光二極體燈具

本發明關於一種照明裝置，尤其是關於發光二極體燈具。

目前，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)因具光質佳、發光效率高、長壽命、低耗能等特性而逐漸取代冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)作為照明裝置之發光元件，廣泛應用于交通指揮燈、汽車車燈、室內照明燈、路燈等。

然而，LED本身發出光線的波長頻譜極窄，要使用LED製作照明燈具，通常要通過混合多種色光以獲得白光。例如，先利用藍光與螢光粉搭配組合成白光，再搭配紅色光提高其演色性，並同時提高其色溫度，或者利用藍光、藍綠色光、橘色光以及紅光組合成白光。然而，雖然搭配各種色光能獲得白光，但由於琥珀色LED、紅光LED、黃光LED、橘色光LED等LED之溫度特性變異很大，特別是使用AlInGaP與GaAs材料之LED其溫度變化影響其發光特性甚大，當由室溫(約20℃)升高至80℃時，其發光強度會衰減約45%，使得LED照明燈具之顏色、色溫度、混光後之照度都大幅改變。因此本發明希望能設計一種工作溫度穩定，從而產生穩定白光之發光二極體燈具。

有鑒於此，有必要提供一種能輸出穩定白光之發光二極體燈具。

一種發光二極體燈具，包括一第一發光二極體及一第二發光二極體，其中第一發光二極體之發光強度隨溫度之變化小於第二發光二極體，該發光二極體燈具還包括分離設置之第一、第二散熱器以及一主動式散熱裝置，其中第一散熱器與第一發光二極體熱性連接，第二散熱器與第二發光二極體熱性連接，該主動式散熱裝置用以輔助該第二散熱器散熱，該第二散熱器之散熱效率高於第一散熱器之散熱效率。

上述發光二極體燈具針對不同之發光二極體之不同溫度特性，利用分離式散熱器，使不同發光二極體均工作在適當之溫度，從而輸出穩定之白光。

下面將結合附圖對本發明實施例作進一步之詳細說明。如圖1所示，本發明發光二極體(Light Emitting Di-ode,LED)燈具100包括一基板30，設置於基板30上之LED陣列，設置於基板30上之散熱裝置，及一罩設於LED陣列上之反射罩40。

該實施例中，基板30為一金屬芯印刷電路板(Metal Core PCB,MCPCB)，該基板30通過對一鋁板進行絕緣處理，即於其表面上形成一絕緣層(圖未示)，而後於該絕緣層上建立一線路層而形成。可以理解的，基板30是為提供線路以安裝該LED陣列，該基板30也可以是一普通之印刷電路板(printed circuit board,PCB)、陶瓷電路板等。相對于普通之電路板，本實施例金屬芯印刷電路板具有更高之導熱係數，可以快速將LED產生之熱量 傳導出去。

所述LED陣列包括複數排布於基板30上之顏色不同之LED，所述LED通過打線方式(wire bonding)或者覆晶方式(flip chip)與基板30之線路實現電性連接。該實施例中，所述LED陣列包括兩種LED，即白光LED部分60與紅光LED部分50，白光LED部分60與紅光LED部分50所產生之光線在反射罩40內混合，產生白光照明。為達成高演色性之白光照明燈具100，白光LED部分60採用藍光LED晶片，該藍光LED晶片之表面設有黃色螢光粉，從而由藍光LED晶片激發黃色螢光粉產生黃光，藍光與黃光相混合而產生白光。該藍光LED晶片之材料可為GaInN(氮化銦鎵)或GaN(氮化鎵)，波長在450~470nm。紅光LED部分50採用紅光LED晶片，其材料可為AlInGaP(鋁銦鎵磷化物)或GaAs(砷化鎵)，波長610~635nm，通過紅光與白光之搭配，混合後燈具100所產生白光之演色性可達90以上。

由於LED在工作時部分電能轉化為熱能，導致LED之溫度升高，而在溫度上升時，各色LED之發光強度與波長之變動並不相同，如圖2所示為三種不同顏色LED之發光強度與溫度之關係圖，其中Tb線所示為藍光LED之發光強度隨溫度之變化，Tr線表示紅光LED之發光強度隨溫度之變化，Tg線表示綠光LED之發光強度隨溫度之變化，由圖示可知，隨溫度之變化藍光LED之發光強度改變最小，基本上不受溫度變化之影響；綠光LED在溫度由20℃上升至80℃時，發光強度大約下降15%，而紅光LED在溫度由20℃上 升至40℃時，發光強度已大約下降15%。因此當溫度上升時，應首先控制紅光LED之溫度，當綠光LED之環境溫度達到80℃時，若能控制紅光LED在40℃以下，即能夠將混色後白光之變異控制於較低之範圍。

根據各色LED之溫度特徵，本發明LED燈具100之散熱裝置包括對應各色LED設置之多個相分離之散熱器。該實施例中，對應白光LED部分60與紅光LED部分50分別設置一散熱器，即第一、第二散熱器10、20，該兩散熱器均為鋁材質散熱器，每一散熱器10、20包括一底板170、270及複數散熱鰭片180、280。每一散熱器10、20上分別設置一第一風扇70、一第二風扇80，當LED燈具工作時，通過一速度控制電路90控制該第一、第二風扇70、80之轉速，使第二風扇80之轉速高於第一風扇70之轉速，從而增強第二散熱器20熱量散發之速度，提升紅光LED部分50之散熱效率，使紅光LED部分50維持在較低之工作溫度，保證紅光LED部分50之發光強度與穩定性，從而維持LED燈具100所形成白光之穩定性。

上述實施例中，通過控制風扇70、80之轉速使白光LED部分60與紅光LED50之散熱效率不同，從而使紅光LED部分50具有更低之工作溫度。如圖3所示，為更準確地控制紅光LED部分50之工作溫度，可設置一溫度感測器200，如熱電偶，感測第二散熱器20之溫度，並輸出至控制電路90，從而根據第二散熱器20之溫度更準確地控制第二風扇80之轉速，使紅光LED部分50具有適當之工作溫度。

如圖4所示為本發明LED燈具300之再一實施例示意圖，該 實施例中，通過混合藍光LED、綠光LED、黃光LED與紅光LED四種不同比例之色光達成高演色性之白光照明燈，而不採用螢光粉。其中藍光LED與綠光LED構成第一發光部分360，該藍光LED與綠光LED之晶片均採用GaInN或GaN材料，藍光LED之波長在450~470nm，綠光LED之波長在510~540nm；紅光LED與黃光LED構成第二發光部分350，紅光LED與黃光LED之晶片均採用AlInGaP或GaAs材料，紅光LED之波長為610~635nm，黃光LED之波長為580~600nm。所有LED之外側罩設一散射片340，從而各色LED所產生之光線經散射片340混光後產生白光，本實施例LED燈具300能夠使演色性達到95以上。同樣，所述四色LED均設置於金屬芯印刷電路基板330上，基板330之另一側同時設置兩散熱器310、320，其中僅第二散熱器320上設置一風扇380，加強第二散熱器320熱量之散發，同樣該風扇380與一控制電路390相連，該第二散熱器320與一溫度感測器400相連並將第二散熱器320之溫度信號回饋至控制電路390以更準確之控制風扇380之轉速，從而使第二散熱器320具有更好之散熱效果，從而使紅光LED及黃光LED維持在較低之工作溫度。

如上所述，本發明LED燈具根據各種LED不同之溫度特性，設置不同轉速之風扇，可有效保證各色LED均工作在適當之溫度，維持各色LED之發光效率，進而獲得更為穩定之白光照明。以上僅列舉本發明LED燈具之幾種具體實施方式，如各色LED之組合設置，可根據需要而變更。而散熱器材質之選擇並不限於鋁，其他熱傳導係數更高之材 料，如銅、銀等均可作為散熱器之材料，而兩散熱器也可採用不同材料，如第二散熱器採用銅、第一散熱器採用鋁，從而增強第二散熱器之效率，使LED維持適當之工作溫度。另外，以上均採用風扇輔助散熱器散熱，實際上，其他主動式散熱裝置，如熱電致冷器、壓縮-冷凝式散熱元件等均可應用于本發明中輔助散熱器散熱，提升紅光LED部分散熱器之散熱效率。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10、310‧‧‧第一散熱器

100、300‧‧‧LED燈具

170、270‧‧‧底板

180、280‧‧‧散熱鰭片

20、320‧‧‧第二散熱器

200、400‧‧‧溫度感測器

30、330‧‧‧基板

340‧‧‧散射片

40‧‧‧反射罩

50、350‧‧‧紅光LED部分

60、360‧‧‧白光LED部分

70‧‧‧第一風扇

80、380‧‧‧第二風扇

90、390‧‧‧控制電路

圖1為本發明發光二極體燈具之組合示意圖；圖2為紅光、藍光、綠光發光二極體之發光強度與溫度之關係圖；圖3為本發明發光二極體燈具另一實施例示意圖；圖4為本發明發光二極體燈具再一實施例示意圖。

10‧‧‧第一散熱器

100‧‧‧LED燈具

170、270‧‧‧底板

180、280‧‧‧散熱鰭片

20‧‧‧第二散熱器

30‧‧‧基板

40‧‧‧反射罩

50‧‧‧紅光LED部分

60‧‧‧白光LED部分

70‧‧‧第一風扇

80‧‧‧第二風扇

90‧‧‧控制電路

Claims (10)

1. 一種發光二極體燈具，包括一第一發光二極體及一第二發光二極體，第一發光二極體之發光強度隨溫度之變化小於第二發光二極體，其中該發光二極體燈具還包括分離設置之第一、第二散熱器以及一主動式散熱器，其中第一散熱器與第一發光二極體熱性連接，第二散熱器與第二發光二極體熱性連接，該主動式散熱器用以輔助該第二散熱器散熱，使得第二散熱器之散熱效率高於第一散熱器之散熱效率，該第一、第二散熱器以及主動式散熱器使得該第一發光二極體與該第二發光二極體分別工作在不同的溫度，從而使第一發光二極體產生的光線與第二發光二極體產生的光線混合後輸出穩定的白光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該主動式散熱器為一風扇或熱電致冷器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈具，其中還包括一連接於該風扇之速度控制電路及一溫度感測器，工作時該溫度感測器用以感測第二散熱器之溫度並回饋至該速度控制電路以控制該風扇之轉速。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任意一項所述之發光二極體燈具，其中該發光二極體燈具還包括另一主動式散熱器用以輔助第一散熱器散熱。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中每一散熱器均包括一與相應發光二極體熱連接之底座及自底座延伸之複數散熱鰭片，其中該第一散熱器之材料為鋁，第二散熱器之材料之熱傳導係數大於第一散熱器之熱傳導係 數。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該發光二極體燈具還包括一設置於第一及第二發光二極體與第一及第二散熱器之間之金屬芯電路基板，所述第一及第二發光二極體電連接於該金屬芯電路基板上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中所述第一發光二極體為藍光發光二極體，第二發光二極體為紅光發光二極體。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體燈具，其中該發光二極體燈具還包括一反射罩，該藍光發光二極體之表面設有黃色螢光粉，由藍光二極體產生之藍光激發黃色螢光粉產生黃光，藍光與黃光在該反射罩相混合而產生白光。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中第一發光二極體為綠光發光二極體與藍光發光二極體之組合；第二發光二極體為紅光發光二極體與黃光發光二極體之組合。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體燈具，其中該發光二極體燈具還包括一罩設于第一發光二極體與第二發光二極體外側之散射片，第一發光二極體與第二發光二極體所產生之光線經散射片混光產生白光。