TWI438371B - 發光二極體燈具 - Google Patents

Description

發光二極體燈具

本發明係有關一種發光二極體(LED)燈具，特別是一種以平板式熱管均熱之LED燈具。

由於高功率發光二極體(LED)發光時容易產生大量的廢熱，尤其當採用集中式芯片時，數量眾多的LED晶片密集配置在一基板上，集中的廢熱格外難以排出。若LED燈具無良好的散熱機制，會使LED晶片溫度過高，大幅降低LED的性能與壽命。如採用風扇做主動式散熱，雖然散熱能力較強，但牽涉到噪音與風扇壽命，尤其當風扇故障時，LED即會過熱而迅速燒壞；如採用被動式自然對流的散熱機制，雖可安靜且無壽命限制，但自然對流的散熱效能甚低，需搭配大面積的散熱鰭片方足以應付大量的廢熱。又由於集中的大量廢熱不易均勻分散至大面積的散熱鰭片上，為避免均熱的困難，一般多採用分散式設計，將眾多的晶片散佈在大面積上，避免熱量過於集中，得以在自然對流狀況下控制LED晶片溫度。然而，分散式設計在電路配置、防水處理及光型掌控等方面均較集中式設計複雜許多。

發明人先前已提出中華民國發明專利申請第98128179號，針對集中式高功率LED揭露一項技藝，如圖1所示，採用均熱性極佳之平板式熱管112，並將其設置於一密封容器壁110構成的氣密空間中。此外，LED模組130(包括LED芯片、LED基板及透光鏡等)的基板131與密封容器壁110之底板的接合面四周設置有密封物質134，以對LED基板131做密封性保護。此技藝除使廢熱能均勻散開至較大面積，進而能使大面積的散熱鰭片126充分發揮被動散熱的功能外，並使平板式熱管112與LED模組的基板131受到密封容器壁110與密封物質134的充分保護，與環境中的水或污染物隔絕，具有免於鏽蝕的優點。然而，在此先前技藝中，LED基板131與平板式熱管112間被密封容器壁110隔開，使兩者間的導熱路徑包含一層容器壁110與兩層導熱介面物質138，造成熱阻增加，對LED的溫控產生負面影響。

為了解決上述問題，本發明提出一種發光二極體燈具，其中平板式熱管與LED芯片係設置於一防水、防汽的氣密空間中，在此氣密空間中，平板式熱管的蒸發區藉一層導熱介面物質，直接與LED芯片之基板相接，而平板式熱管的冷凝區藉另一層導熱介面物質，直接與散熱鰭片結構底板相接，使得高功率之LED芯片所釋放出的熱量可藉由高均熱性的平板式熱管擴散至較大面積的散熱鰭片結構，再散至外界的大氣中，具有散熱效率高之優點，得以使LED晶片的溫度保持在較低的溫度。此外，平板式熱管與LED芯片均受到氣密空間的充分保護，與外界環境中的水或污染物隔絕，具有免於鏽蝕或性能衰退的問題。

為了達到上述目的，本發明一實施例之發光二極體燈具包含：一氣密空間，由一框架、散熱鰭片結構底板之一部份、一透光鏡共同組成，其中在各元件接合面處安置配緊元件，如o型環或墊片環，以防滲漏，並利用鎖固元件完成組裝與固定。氣密空間中至少包括一發光二極體芯片與一平板式熱管，平板式熱管下表面藉一層導熱介面物質貼抵於發光二極體芯片之基板，其上表面則藉另一層導熱介面物質貼抵於散熱鰭片結構底板。

圖2所示為本發明一實施例LED燈具之結構示意圖，如圖所示，一LED燈具5由至少一LED芯片15、一平板式熱管12、一散熱鰭片結構24、一框架16及一透光鏡14所組成。LED芯片15包含複數個發光二極體晶片及一基板。此LED燈具5中包括一密閉空間10，該密閉空間10由散熱鰭片結構24之底板25的一部份、框架16及透光鏡14所共同建構而成。空間內部至少包括該平板式熱管12與該LED芯片15。散熱鰭片結構底板25與框架16上表面間的接合面安置第一配緊元件21，且框架16下表面與透光鏡14外圍上表面的介面間安置第二配緊元件22，以確保氣密空間10具有水密及汽密性。透光鏡14採用一固定框17作固定，以貼抵於框架16之下表面。鎖固元件18則將固定框17、透光鏡14、框架16，連同內部的LED芯片15與平板式熱管12，一併鎖固在散熱鰭片結構底板25上。為加強透光鏡14下表面與固定框17間的密貼性，兩者間可安置第三配緊元件23。上述第一配緊元件21、第二配緊元件22與第三配緊元件23可分別採用圓形截面之o型環或扁平截面之墊片環。框架16與固定框17可為金屬或非金屬材質。LED芯片15邊緣壓合處亦可安置一墊片環20，以分散壓力而形成均勻的壓迫作用，使LED芯片15與平板式熱管12得以妥善固定。框架16與LED芯片15與平板式熱管12貼合面間置入一層第一導熱介面物質36，且平板式熱管12與散熱鰭片結構底板25貼合面間置入一層第二導熱介面物質38，以降低介面接觸熱阻，增加散熱性能。如果在透光鏡14外環中設置開孔，並將鎖固元件18通過開孔而直接完成鎖固目的，則可免除固定框17之必要性。前述之平板式熱管12係為一內含少量工作流體(圖中未示)的密封腔體，腔體內壁通常貼附一層毛細結構物(圖中未示)，且定義有一蒸發區，此處蒸發區係指平板式熱管12與LED芯片15的基板相貼合的區域；LED芯片15發光所產生的廢熱經第一導熱介面物質36傳至平板式熱管12的蒸發區，使該處的工作流體吸收熱源之熱量而成為蒸汽，蒸汽在管體內部均勻擴散並進而在大面積的冷凝區凝結，冷凝區此處係指平板式熱管12與散熱鰭片結構底板25相貼合的區域；凝結所釋放出的熱量經第二導熱介面物質38傳至散熱鰭片結構底板25，並進而分散至大面積的散熱鰭片26，再藉由自然對流作用散至外界大氣中。散熱鰭片結構24可做適當表面處理，如陽極處理、塗佈漆料或其他物質，以增加熱輻射散熱。散熱鰭片26亦可具凹凸不平表面，如波浪型等，以加強自然對流之散熱效果。上述LED燈具5可涵蓋一個以上的獨立氣密空間10，個別包括一平板式熱管12、一LED芯片15與一透光鏡14等元件；亦可涵蓋一個以上較大的獨立氣密空間10，個別包括複數個LED芯片15或複數個平板式熱管12。由於LED芯片需連接電源供應線路，上述氣密空間10需引入一電源線，只要在電源線通孔(未顯示)做好防滲漏措施，如使用螺絲、o環或密封物質作密封，將可輕易維持氣密空間10的氣密性。上述揭露之結構除具有水密及汽密性，亦有易於安裝、拆卸的方便性。

圖2亦揭露在散熱鰭片結構底板25中可設置複數個通氣貫穿孔27，以利於LED燈具5下方的冷空氣經貫穿孔27向上流入散熱鰭片26之間隙中，以加強散熱能力。

圖3所示為本發明另一實施例發光二極體燈具之結構示意圖，其中包括一電源控制器70，以供應LED芯片15所需電能(電源線路未顯示)；一燈罩60，其上設置複數個燈罩通氣開口61，便於上浮之對流氣體之流通。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

5．．．LED燈具

10．．．氣密空間

12．．．平板式熱管

14．．．透光鏡

15．．．LED芯片

16．．．框架

17．．．固定框

18．．．鎖固元件

110．．．密封容器

112．．．平板式熱管

126．．．散熱鰭片

130．．．LED模組

131．．．LED基板

134．．．密封物質

138．．．導熱介面物質

20．．．墊片環

21．．．第一配緊元件

22．．．第二配緊元件

23．．．第三配緊元件

24．．．散熱鰭片結構

25．．．散熱鰭片結構底板

26．．．散熱鰭片

27．．．貫穿孔

36．．．第一導熱介面物質

38．．．第二導熱介面物質

60．．．燈罩

61．．．燈罩通氣開口

70．．．電源控制器

圖1所示為一LED燈具之先前技術，採用密封容器與密封物質以保護平板式熱管與LED芯片。

圖2所示為本發明一實施例LED燈具之部分結構示意圖。

圖3所示為本發明一實施例LED燈具之結構示意圖。

5．．．LED燈具

10．．．氣密空間

12．．．平板式熱管

14．．．透光鏡

15．．．LED芯片

16．．．框架

17．．．固定框

18．．．鎖固元件

20．．．墊片環

21．．．第一配緊元件

22．．．第二配緊元件

23．．．第三配緊元件

24．．．散熱鰭片結構

25．．．散熱鰭片結構底板

26．．．散熱鰭片

27．．．貫穿孔

36．．．第一導熱介面物質

38．．．第二導熱介面物質

Claims (8)

1. 一種發光二極體燈具，包含：至少一發光二極體芯片，包含複數個發光二極體晶片連接於一芯片基板；一散熱鰭片結構，包含一底板及複數個散熱鰭片；至少一平板式熱管，具有一上表面及一下表面；一第二導熱介面物質設置於該熱鰭片結構底板及該平板式熱管上表面間；一第一導熱介面物質設置於該發光二極體芯片之基板及該平板式熱管下表面間；該第二導熱介面物質及該第一導熱介面物質分別貼抵於該散熱鰭片結構底板及該發光二極體芯片之基板；一框架，其上表面與該散熱鰭片結構底板相貼，貼合面處安置一第一配緊元件；一透光鏡，其外圍上表面與該框架下表面貼合，貼合面處安置一第二配緊元件；一固定框，固定該透光鏡貼抵於該框架下表面；複數個鎖固元件，將該框架、該固定框、連同該透光鏡、該發光二極體芯片及該平板式熱管一併鎖固；以及一氣密空間，由散熱鰭片結構底板之一部分、該框架內壁、該透光鏡內壁建構而成，該發光二極體芯片及該平板式熱管皆位於該氣密空間內部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該第一配緊元件為o型環或扁平墊片環。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該第二配緊元件為o型環或扁平墊片環。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該第一導熱介面物質係為導熱墊片、導熱膏或導熱膠。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該第二導熱介面物質係為導熱墊片、導熱膏或導熱膠。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該發光二極體芯片下方周圍區域與該框架之貼合介面間包括一墊片環。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，其中該散熱鰭片結構底板包含複數個貫穿孔，供該發光二極體燈具下方之冷空氣向上流入該散熱鰭片結構之間隙中。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈具，更包含一包含複數個通氣開口之燈罩，該燈罩置於該發光二極體燈具之上方。