TWI412700B

TWI412700B - Thermal resistance parallel LED light source and contains the thermal resistance of parallel LED light source lamps

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Publication number: TWI412700B
Application number: TW99118328A
Authority: TW
Original assignee: Anteya Technology Corp
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2013-10-21
Also published as: TW201144678A

Description

熱阻並聯式LED光源及包含該熱阻並聯式LED光源的燈具

本發明是關於一種LED燈具，尤指一種包含有熱阻並聯式LED光源的燈具及該熱阻並聯式LED光源設計。

LED(發光二極體)具有體積小、效率高、反應時間快、產品壽其他光源長以及不含對環境有害的汞等功用，為現今照明產品的主要產品之一。

LED隨著LED晶片的發光功率的提升，其產生熱相對提高。由於散熱問題會影響LED發光效率、產品穩定度以及使用壽命等，故散熱設計為LED相關產品之研發中，為一項重大的問題。

目前習知的LED模組應用於照明產品(如燈具)等，為使其產生的熱得以散發，如圖12所示，其主要使用一組鋁基板式LED模組5以及作為散熱機構之散熱片6，前述鋁基板式LED模組5之LED元件50是設於鋁基板52上，該散熱片6抵接鋁基板52底面，如此令LED元件50中的LED晶片產生熱向下傳導至鋁基板52，再由鋁基板52熱傳導至該散熱片6。

如圖13所示的等效熱阻示意圖，其中，R₁ ’代表鋁基板式LED模組5的晶片PN介面(PN junction of die)一直到鋁基板52底面之間的熱阻值；而R₂ 則代表鋁基板52底面與散熱片6之間的熱阻值。於是由等效熱阻示意圖來看，最後PN介面到散熱片6之間的熱阻總值則為R=R₁ ’+R₂ 。此單向熱傳導的散熱機構，存在熱阻偏高，造成散熱效能不佳之缺點。

本發明之主要目的在於提供一種熱阻並聯式LED光源及包含該熱阻並聯式LED光源的燈具，希藉此設計，解決現有LED燈具之LED模組產生的熱能僅能單向傳導散熱不良的缺點。

為達成前揭目的，本發明所設計的熱阻並聯式LED光源是包含：一LED模組，其主要包含一具有導熱性的基座，於基座中絕緣設置複數電極腳延伸至基座下表面，於基座上表面黏著至少一LED晶片與電極腳電性連接，且於基座上表面形成一透光體將所述LED晶片及電極腳一端包覆於內，基座上表面於透光體外側形成平坦接觸部；一第一散熱構件，係接觸基座的上表面之平坦接觸部，第一散熱構件中具有一貫穿孔，透光體對應置於該貫穿孔中；以及一第二散熱構件，係接觸基座的下表面，第二散熱構件具有至少一通孔，電極腳穿過所述的通孔中，藉此，使LED晶片產生的熱可雙向同時分別傳導至第一散熱構件與第二散熱構件，達到並聯式散熱功能。

本發明另一設計包含該熱阻並聯式LED光源的燈具包含一組如上所述的熱阻並聯式LED光源、一電路板、一燈具後蓋以及一燈罩，該電路板電性連接該熱阻並聯式LED光源的電極腳，該燈具後蓋提供該電路板置設其中，該燈罩將該熱阻並聯式LED光源罩蓋於內。

本發明藉由前揭熱阻並聯式LED光源以及包含該熱阻並聯式LED光源的燈具設計，其主要的特點在於利用第一散熱構件與第二散熱構件分別接觸LED模組的基座上表面及下表面，而成熱阻並聯的構造，如此，LED晶片所產生的熱即能同時雙向分別傳導至第一散熱構件與第二散熱構件，及減少熱阻，藉此低熱阻的構造設計，使LED光源可以在良好散熱結構下充分發揮其發光效能，以及具有較長的使用壽命。

本發明是包含一種熱阻並聯式LED光源以及一種包含熱阻並聯式LED光源的燈具，其中，如圖1及圖2所示，是揭示本發明熱阻並聯式LED光源1之一較佳實施例，所述的熱阻並聯式LED光源1主要是包含一LED模組10、一第一散熱構件11以及一第二散熱構件12，其中：該LED模組10主要是包含：一基座101、複數電極腳102、至少一LED晶片103以及一透光體104，該基座101是導熱材質所成形的構件，其具有一上表面以及一下表面；該複數電極腳102係絕緣設置於基座101中，且伸出基座101的下表面；所述的LED晶片103係黏著於基座101的上表面，所述LED晶片103並與電極腳102電性連接，於本較佳實施例，LED晶片103係以金屬導線電性連接電極腳102；該透光體104係成形於基座101上表面，將所述LED晶片103及電極腳102一端包覆於內；如圖2所示，於本較佳實施例中，所述基座101上表面於透光體104外側形成平坦接觸部105。

該第一散熱構件11係導熱材質所成形的構件，第一散熱構件11係接觸基座101上表面之平坦接觸部105，第一散熱構件11中具有一貫穿孔111，透光體104對應置於該貫穿孔111中。

該第二散熱構件12係導熱材質所成形的構件，第二散熱構件接觸基座101的下表面，第二散熱構件12具有至少一通孔121，電極腳102穿過所述的通孔121中，其中通孔121為一個時，該通孔121可供該複數電極102腳一同穿過其中，當通孔121為數個時，每一通孔121提供一電極腳102穿過其中；所述第一散熱構件11與第二散熱構件12之間可以複數螺絲加以鎖固。

前述熱阻並聯式LED光源1主要係利用第一散熱構件11、第二散熱構件12分別接觸LED模組10的基座101上表面及下表面，藉此使LED晶片103點亮時產生的熱可雙向同時分別熱傳導至第一散熱構件11與第二散熱構件12，達到並聯式散熱功能。

如圖3所示的等效熱阻示意圖，其中，R₁ 代表LED模組10的晶片PN介面)一直到基座101之間的熱阻值；而基座101分別與第一散熱構件11、第二散熱構件12之間的熱阻值皆以R₂ 代表。於是由等效熱阻示意圖來看，因為第一散熱構件11及第二散熱構件12分別提供了不同的熱傳路徑，所以熱流可同時分別由兩種路徑來傳導至散熱構件，形成了熱阻並聯的等效功能，該等效功能使得原熱阻R₂ 降低一半成為R₂ /2；最後PN介面到第一散熱構件11及第二散熱構件12之間的熱阻總值則為R=R₁ +(R₂ /2)。由上式與習知相比，可明顯看出第二項由原本的R₂ 變成R₂ /2，熱阻並聯式的光源結構因此大大降低其熱阻，而提升其散熱能力。

另外，除了上式總熱阻公式的第二項R₂ 可因此發明結構而降低之外，我們進一步探討此式中第一項R₁ 與R₁ ’的不同。首先我們先回到習知的鋁基板式LED模組應用於照明產品的熱阻示意圖13。其中R₁ ’又可以細部分解為：晶片PN介面與晶片基板(Substrate of die)間的熱阻(r₁ )、晶片基板(Substrate of die)與銀膠(silver paste)間的熱阻(r₂ )，以及銀膠(silver paste)與基座(Base)間的熱阻(r₃ )；LED元件50之基座(Base)與銲錫層之間具有熱阻(r₄ )，銲錫層與鋁基板52頂面之銅層(Copper layer of MCPCB)間具有熱阻(r₅ )；於鋁基板52其銅層(Copper layer of MCPCB)與絕緣層(Insulate layer of MCPCB)間具有熱阻(r₆ )、絕緣層與其鋁層(Aluminum of MCPCB)間具有熱阻(r₇ )。其中，我們可以把r₁ 、r₂ 及r₃ 的加總視為此傳統習知LED元件50所造成的熱阻值；r₄ 、r₅ 、r₆ 及r₇ 則可視為鋁基板52所造成之熱阻值。

因此，若把熱阻R₁ ’予以細部分解，則熱阻R₁ ’=r₁ +r₂ +r₃ +r₄ +r₅ +r₆ +r₇ ，故此習知結構有熱阻偏高，造成散熱效能不佳之缺點。

再反觀本發明LED模組10的熱阻值R₁ 細部分解，包含有晶片PN介面與晶片基板間的熱阻(r₁ )、晶片基板與銀膠間的熱阻(r₂ )，以及銀膠與基座(base)間的熱阻 (r₃ )，則R₁ =r₁ +r₂ +r₃ ，與習知結構R₁ ’=r₁ +r₂ +r₃ +r₄ +r₅ +r₆ +r₇ 相較之下，亦使熱阻大為降低而散熱能力大幅提升。

最後總結習知結構中的總熱阻值R=R₁ ’+R₂ =(r₁ +r₂ +r₃ +r₄ +r₅ +r₆ +r₇ )+R₂ ；而本發明結構LED模組10與並聯之第一散熱構件11、第二散熱構件12間具有熱阻(R₂ /2)，因此總熱阻值則R=R₁ +(R₂ /2)=r₁ +r₂ +r₃ +(R₂ /2)，兩者相較之下，確實具有降低熱阻的顯著功效。

如圖4至圖11所示，是揭示本發明包含熱阻並聯式LED光源的燈具之數種較佳實施例，該燈具主要是包含一組熱阻並聯式LED光源1、一電路板2、一燈具後蓋3以及一燈罩4，其中：所述熱阻並聯式LED光源1係如圖1及圖2所示者，該電路板2是與該熱阻並聯式LED光源1的電極腳102電性連接，該燈具後蓋3提供該電路板2置設其中，該燈罩4具有可透光材質所成形的透光部，且係設置於燈具後蓋3前端，該燈罩4將該熱阻並聯式LED光源1罩蓋於內。

如圖4、5所示，是揭示本發明燈具為燈泡型態的第一種較佳實施例，該燈具後蓋3具有一燈泡接頭30，燈泡接頭30上具有二電連接部電性連接電路板2，且燈具後蓋3於燈泡接頭30上端設有一蓋體31，提供電路板2以及熱阻並聯式LED光源1置設其中，該蓋體31上設有複數散熱槽311，提供空氣對流之用。

如圖6、7與圖8、9所示，是揭示本發明燈具為燈泡型態的第二、三種較佳實施例，該燈具後蓋3同樣具有一燈泡接頭30，燈泡接頭30上具有二電連接部電性連接電路板2，於燈泡接頭30上端具有一蓋部32，該第二散熱構件12周邊分佈設置複數散熱鰭片122，並以該複數散熱鰭片122後端連接蓋部32，燈罩4接設於該複數散熱鰭片122前端。

如圖10、11所示，是揭示本發明燈具為嵌燈型式的較佳實施例，於熱阻並聯式LED光源1中，該第一散熱構件11具有一燈杯112，貫穿孔111設於燈杯112底部，並以燈杯112底部接觸LED模組10的基座101上表面，第二散熱構件12外環段形成複數散熱孔123，提供氣流流通之用，燈杯112內表面為一反射面，用以集聚LED模組10所發出的光朝外投射，燈罩4具有一平板狀的透光部40設置於一罩框41中，以罩框41組設於第一散熱構件11上。

本發明藉由前述各式燈具設計，使其可外接電源，而令其中熱阻並聯式LED光源點亮，該熱阻並聯式LED光源的LED晶片所產生的熱可雙向同時分別熱傳熱至第一散熱構件與第二散熱構件，並可進一步傳導至燈具後蓋或散熱鰭片等等，使LED晶片所產生的熱得以有效散發，使燈具及其熱阻並聯式LED光源得以長久使用。

綜上所述，本發明已具備顯著功效增進，並符合專利要件，爰依法提起申請。本發明雖已於前述實施例中所揭露，但並不僅限於前述實施例中所提及之內容，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

1‧‧‧熱阻並聯式LED光源

10‧‧‧LED模組

101‧‧‧基座

102‧‧‧電極腳

103‧‧‧LED晶片

104‧‧‧透光體

105‧‧‧平坦接觸部

11‧‧‧第一散熱構件

111‧‧‧貫穿孔

112‧‧‧燈杯

12‧‧‧第二散熱構件

121‧‧‧通孔

122‧‧‧散熱鰭片

123‧‧‧散熱孔

2‧‧‧電路板

3‧‧‧燈具後蓋

30‧‧‧燈泡接頭

31‧‧‧蓋體

311‧‧‧散熱槽

32‧‧‧蓋部

4‧‧‧燈罩

40‧‧‧透光部

41‧‧‧罩框

5‧‧‧鋁基板式LED模組

50‧‧‧LED元件

52‧‧‧鋁基板

6‧‧‧散熱片

圖1為本發明熱阻並聯式LED光源之一較佳實施例的立體分解示意圖。

圖2為圖1所示熱阻並聯式LED光源較佳實施例的組合剖面示意圖。

圖3為圖1所示熱阻並聯式LED光源較佳實施例的等效熱阻示意圖。

圖4為本發明包含熱阻並聯式LED光源的燈具第一較佳實施例的立體分解示意圖。

圖5為圖4所示包含熱阻並聯式LED光源的燈具第一較佳實施例的組合剖面示意圖。

圖6為本發明包含熱阻並聯式LED光源的燈具第二較佳實施例的立體分解示意圖。

圖7為圖6所示包含熱阻並聯式LED光源的燈具第二較佳實施例的組合剖面示意圖。

圖8為本發明包含熱阻並聯式LED光源的燈具第三較佳實施例的立體分解示意圖。

圖9為圖8所示包含熱阻並聯式LED光源的燈具第三較佳實施例的組合剖面示意圖。

圖10為本發明包含熱阻並聯式LED光源的燈具第四較佳實施例的立體分解示意圖。

圖11為圖10所示包含熱阻並聯式LED光源的燈具第四較佳實施例的組合剖面示意圖。

圖12為習知鋁基板式LED模組及其串聯式散熱機構的立體分解示意圖。

圖13為圖12所示習知鋁基板式LED模組及其串聯式散熱機構的等效熱阻示意圖。