TWI477714B - 發光二極體燈具 - Google Patents

Description

發光二極體燈具

本發明係有關於一種發光二極體燈具，特別是一種散熱效率高的發光二極體燈具。

隨著近年來發光二極體(LED,Light Emitting Diode)的製程技術日益進步，越來越多的產品開始運用發光二極體來作為其光源。例如，手電筒、路燈、紅綠燈和液晶顯示器的背光模組等。除此之外，發光二極體相較於傳統的鎢絲燈泡，其具有發光效率高、耗電量低、壽命長、體積小且不易破損等優點。

一般來說，習知的發光二極體燈泡係為將發光二極體設置於鋁或銅材質的圓盤上方，並且將此置有發光二極體的圓盤用一燈罩覆蓋而成。此種發光二極體燈泡為一種具有指向性的光源，只能產生朝向圓盤軸線方向的光線。另一種發光二極體燈泡則是將發光二極體配置於長方形柱狀體的四個垂直側面上，此種發光二極體燈泡則是能產生朝該垂直側面法線方向的光線。前述幾種習知發光二極體燈泡均僅能產生一個方向的光線，其他方向的照射效果則不佳，尤其朝向燈泡的下方的光線相當微弱。

其次，為了要滿足發光二極體燈泡的總發光亮度，驅動發光二極體的功率即需增加，因此，發光二極體所能產生的熱量亦隨之增加。散熱效率不佳將影響發光二極體的發光效率及使用壽命。在發光二極體燈泡的應用上，散熱一直是很重要的課題，尤其是既要顧及各方向光線的均勻，又要具有良好的散熱效能，實不易兩者兼顧。

鑒於以上的問題，本發明提供一種發光二極體燈具，藉以解決習用技術發光二極體燈泡散熱效能不佳的問題。

依據一實施例，發光二極體燈具包括多個基板、多個導熱片及多個發光二極體。基板環圍並相連成一中空板體。中空板體具有一中空部位及一中心軸。導熱片配置於中空部位。每一個導熱片的一端係各別連接於基板上且每一個導熱片係朝該中心軸延伸。發光二極體配置於基板上並於被致動時發出光線。

依據一實施例，中空板體在沿垂直於中心軸的一視角實質上係呈一等腰梯形。中空部位於梯形之二平行邊之一短邊處具有一窄口部，中空部位位於梯形之該二平行邊之一長邊處具有一寬口部。每一導熱片係凸出於該窄口部。

依據一實施例，每一基板之一主表面係與該中心軸夾一銳角。發光二極體係被配置於中空板體之外表面。每一導熱片之主表面係平行於中心軸。相鄰之導熱片之間具有一流道，流道平行於中心軸。

依據一實施例，發光二極體燈具另包含一燈罩，燈罩係覆蓋於中空板體。燈罩中有開孔。

依據一實施例，中空板體在沿垂直於該中心軸的一視角實質上係呈二個等腰梯形之一底邊相連接之一形狀，中空部位在該二等腰梯形之二平行的短邊處各別具有一窄口部。。

依據上述所揭露之發光二極體燈具，發光二極體所產生的熱量被熱傳導至位於中空部位的導熱片，再藉由導熱片間的空氣流道，以熱對流的方式將熱量帶走。由於導熱片呈漸擴狀並外凸出窄口部，使得導熱效果及熱傳效果有效提昇。

其次，發光二極體係被配置於中空板體之外表面，使得發光二極體所發出的光線呈環形放射狀射出。此種發光二極體的排列方式可以可得到全周光之照射效果。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖示作諸項實施例詳細說明如下。為使對本發明的目的、構造、特徵、及其功能有進一步的瞭解，茲配合實施例詳細說明如下。

[第一實施例]

請同時參考「第1圖」、「第2圖」及「第3圖」。「第1圖」為本發明第一實施例的立體分解示意圖。「第2圖」為本發明第一實施例的立體示意圖。「第3圖」為本發明第一實施例的側面示意圖。圖中可以見悉，根據本發明第一實施例的發光二極體燈具10係包含一燈頭60、一燈罩80，一電路板100、一中空板體30、多個導熱片40a,40b以及多個LED燈基板50a,50b。其中，燈頭60具有螺紋部62以及一電氣接點64。在本實施例中燈頭60可為E27燈頭或G10燈頭等，但並不以此為限。螺紋部62係使得發光二極體燈具10可固設於一燈座(圖中未表示)上。當發光二極體燈具10固設於一燈座上時，電氣接點64係連接至一外部電源(圖中未表示)，此外部電源可以是交流電或是直流電。其致使發光二極體燈具10獲得所需之電源進而發光。

此外，燈頭60內部具有一固定座66，電路板100設置於燈頭60內部的固定座66上，且電路板100與電氣接點64電性相連接。電路板100係可將外部電源轉換成直流電源或是交流電源，此一部份細節容後詳述。

在本實施例中，中空板體30係由四個基板36a,36b,36c,36d環圍並相連而成。中空板體30係具有一中空部位(或可稱為流道)32及一中心軸34。每一個基板36a,36b,36c,36d的板面係向內側傾斜一角度。基板36a,36b,36c,36d的板面與中心軸34呈現非平行的狀態，也就是說基板36a,36b,36c,36d的板面與中心軸34夾一銳角。前述板面係指基板36a,36b,36c,36d的主表面(或稱外表面)，也就是圖式中標號36a,36c所指的表面(或如「第4圖」中標號36a,36b,36c,36d所指的表面)。

中空板體30在沿垂直於中心軸34的一視角實質上可呈一等腰梯形，但並不以此為限。只要四個基板36a,36b,36c,36d能環圍並相連而成該中空板體30之形狀即可，前述垂直於中心軸34的視角係可以是但不限於「第3圖」所示的視角。從「第3圖」中可以見悉，中空板體30實質上呈一等腰梯形。等腰梯形具有二個平行的邊(即圖示中的上邊及下邊)。此二平行邊中的下邊為長邊，上邊為短邊。中空部位在梯形之短邊處具有一窄口部37。中空部位在梯形之長邊處具有一寬口部38。寬口部38與窄口部37係為一個矩形開口。

在本實施例中，中空板體30係為將基板36a,36b,36c,36d與基板36a,36b,36c,36d之間透過緊配或是銲錫等方式接合而成，但並不以此為限。基板36a,36b,36c,36d的材質可為鋁、銅或是鋁鎂合金等具有高導熱係數的金屬材料製作而成，但並不以此為限。

LED燈基板50a,50b係被配置於基板36a,36b,36c,36d上。雖然本實施例中，每一LED燈基板50a,50b係配置有一個發光二極體52a,52b(LED,Light Emitting Diode)，每個LED 52a,52b內可包含一個或複數個LED晶片。但並不以此為限，每一LED燈基板50a,50b亦可具有二個以上的發光二極體52a,52b。發光二極體52a,52b與LED燈基板50a,50b電性相連接，且LED燈基板50a,50b係與電路板100電性相連接，以藉由電路板100提供發光二極體52a,52b電能，致使發光二極體52a,52b發光。每一個基板36a,36b,36c,36d上各配置有一個LED燈基板50a,50b。由於基板36a,36b,36c,36d與中心軸34夾一銳角，因此，配置於LED燈基板50a,50b的發光二極體燈具10所發出的光線呈環形放射狀射出，以得到在燈具10上半部全周的光線。於每一個基板36a,36b,36c,36d配置LED燈基板50a,50b的數量亦可為兩個或兩個以上。若每一基板36a,36b,36c,36d需配置二個以上之發光二極體52a,52b，較佳者為，將此二發光二極體52a,52b配置於基板36a,36b,36c,36d即可。此外，發光二極體52a,52b係具有直流電發光二極體或是交流電發光二極體(例如反向並聯LED晶片之方式)。因此，電路板100係視發光二極體52a,52b的類型可將外部電源轉換成直流電源或是交流電源，以供應不同類型的發光二極體52a,52b之電源。

在此實施例中，發光二極體52a,52b係藉由LED燈基板50a,50b而被配置於基板36a,36b,36c,36d上的，但並不以此為限。發光二極體52a,52b亦可直接被配置於基板36a,36b,36c,36d上。

導熱片40a,40b配置於中空部位30。此處所述之「配置於中空部位30」並非表示導熱片40a,40b完全在中空部位30內部，而是指導熱片40a,40b的至少一部分位於中空部位30內部。導熱片40a,40b各別連接基板36a,36b,36c,36d並朝中心軸34延伸。每一導熱片40a,40b之板寬係從連接基板36a,36b,36c,36d處朝該中心34軸處呈漸擴狀。因此，發光二極體52a,52b發光時所產生的熱量，將可經由基板36a,36b,36c,36d而熱傳導至導熱片40a,40b。由於導熱片40a,40b的板寬係從連接基板36a,36b,36c,36d處朝該中心34軸處呈漸擴狀且導熱片40a,40b係凸出於窄口部37，因此，導熱片40a,40b可供散熱(熱對流)的面積將大幅增加，提昇散熱效果。

關於導熱片40a,40b之細部說明，請參照「第4圖」。「第4圖」為本發明第一實施例之發光二極體燈具的導熱片俯視圖。圖中可以見悉，每個導熱片40a,40b具有兩個板片(圖中相互垂直的二個板片)。兩個板片互相連接並且夾90度角，且每個導熱片40a,40b的兩端分別連接於二個相鄰的基板36a,36b,36c,36d。在此實施例中，導熱片40a,40b的配置係從窄口部37的四個角落配置第一組導熱片40a,40b，並朝著中空板體30的中心軸34延伸一共五組導熱片40a,40b。相鄰二個導熱片40a,40b之間的間隔距離係可為等距離或不等間距。相鄰二個導熱片40a,40b之間形成空氣流道。導熱片40a,40b的主表面(即「第4圖」中垂直於紙面的面)係與中心軸34平行。因此，空氣流道的方向(即氣流流通方向)即與中心軸34平行。是以，將燈具10以「第3圖」所示方式配置時，氣流將可以順利地從圖的下方流至上方，以藉熱對流方式將導熱片40a,40b表面的熱量帶走。

然熟悉此項技術者，亦可改變導熱片40a,40b設置於中空板體30的中空部位32之數量或是導熱片40a,40b之間的間隔距離。亦或者改變導熱片40a,40b的形狀。例如，導熱片40a,40b為不具彎折部位的板片，且導熱片40a,40b的兩端分別連接於兩相鄰的基板36a,36b,36c,36d。關於此實施例，請參考「第5圖」。「第5圖」為導熱片40a,40b的另一實施例。此實施例是沿中心軸34的視角，意即「第1圖」的俯視圖的視角。從此實施例可以看出，導熱片40a,40b為不具彎折部位的板片。

此外，依據導熱片40a,40b之又一實施例，請參照「第6圖」。導熱片40a,40b可呈一圓弧狀(從沿中心軸34之視角，意即)，且導熱片40a,40b的兩端分別連接於兩相鄰的基板36a,36b,36c,36d。

再者，依據導熱片40a,40b之再一實施例，請參照「第7圖」。同一導熱片40a/40b的兩端可連接於同一基板36a/36b/36c/36d。

依照所需要的導熱片40a,40b數量、導熱片40a,40b間的間距、導熱片40a,40b的形狀來做調整，故並不以本實施例所揭露為限。導熱片40a,40b的間距、數量、尺寸之考量，係可以散熱效果為主要考量。意即，需考慮前述空氣流道之熱對流效果及導熱片40a,40b的熱傳導效果。舉例而言，若間距太小，雖導熱片40a,40b之總表面積提高，但熱對流之氣流流速不佳。若間距太大，雖氣流流速提高，但導熱片40a,40b之總表面積卻非最佳化。

基於上述導熱片40a,40b之設計原則，前述導熱片40a,40b的板寬係從連接基板36a,36b,36c,36d處朝該中心34軸處呈漸擴狀且導熱片40a,40b係凸出於窄口部37之技術手段，亦可視情形而調整。例如，導熱片40a,40b的板寬可從連接基板36a,36b,36c,36d處朝該中心34軸處呈平行狀延伸且導熱片40a,40b係並未凸出於窄口部37。

導熱片40a,40b的材料，可以是鋁、銅、鋁鎂合金等具有高傳熱的金屬材料所製成，但並不以此為限。導熱片40a,40b的製作方式係可為鋁擠、壓鑄、扣片是接合法等機械加工方式，但並不以此為限。導熱片40a,40b與中空板體30係可為二次製程完成，意即先各別製作完成後，再將導熱片40a,40b配置於中空板體30的中空部位32。或者，中空板體30與導熱片40a,40b亦以一體成形的方式製作而成。

另外，接近中心軸34的四個導熱片40a,40b在板寬漸擴的最寬處可設置有一第一固定板124。第一固定板124分別與延伸至中心軸34的四個導熱片40a,40b相連接。此第一固定板124係用以與燈罩80相連接。

燈罩80係以一可拆卸的連結關係設置於中空板體60上，且燈罩80係連接於第一固定板124上。燈罩80開設有多個開孔82，開孔82係可提供發光二極體燈具10所發出的熱釋放至外界空間。且開孔82形狀可為圓形、橢圓、矩形或是任意形狀，並不以本實施例所揭露為限。燈罩80的材質可為強化玻璃、耐熱塑膠、壓克力或是耐熱矽膠等任何具有全透光或是半透光的耐熱材質，但並不以此為限。在此實施例中的發光二極體燈具10雖包含燈罩80及第一固定板124，但實際實施時，亦可不包含燈罩80及第一固定板124，亦能具有高散熱效能及單側全周光之效果。在「第1圖」中的燈罩80為了避免圖式過於混亂，故未以透明方式表示。

此外，在導熱片40a,40b與燈頭60之間另具有一固定蓋122。固定蓋122可蓋合於燈頭60並與導熱片40a,40b固接，係使得中空板體30可固設於燈頭60上。

[第二實施例]

請同時參考「第8圖」及「第9圖」。「第8圖」為本發明第二實施例的立體分解示意圖。「第9圖」為本發明第二實施例的立體示意圖。圖中可以見悉，根據本發明第二實施例的發光二極體燈具10’係包含一燈頭60、一燈罩80，一電路板100、多個基板36a,36b,36c,36d,35a,35b、多個導熱片40a,40b以及多個LED燈基板50a,50b。

基板36a,36b,36c,36d,35a,35b係環圍並相連成一中空板體120。此中空板體120具有中空部位32及中心軸34。請參閱「第9圖」，中空板體120在沿垂直於該中心軸34的視角實質上係呈二個等腰梯形39a,39b之底邊相連接之形狀，中空部位32在該二等腰梯形39a,39b之平行的二短邊處各別具有一窄口部37a,37b。也就是說，第二實施例的中空板體120係為二第一實施例的中空板體30在寬口部38(見於「第3圖」)相連接而形成的形狀。也就是將第一實施例的中空板體30鏡射後組合的形狀。

每一個基板36a,36b,36c,36d,35a,35b係向內側傾斜一角度，也就是說基板36a,36b,36c,36d,35a,35b的主表面與中心軸34夾一銳角。

每一個基板36a,36b,36c,36d,35a,35b的表面係配置有發光二極體52a,52b,53a,53b。發光二極體52a,52b,53a,53b係配置於中空板體120之外表面。因此，當發光二極體52a,52b,53a,53b被供給電能後，即能朝四面八方發出光線，得到全周光之光形。基板36a,36b,36c,36d,35a,35b上配置發光二極體52a,52b,53a,53b之數量係可視需求而定，並不限於一個。

請搭配「第4圖」、「第8圖」及「第9圖」閱覽之，「第4圖」雖然為第一實施例的俯視圖，但由於「第8圖」之俯視圖與「第4圖類同，故請同步參閱之。導熱片40a,40b配置於中空板體120中空部位32，每個導熱片40a,40b具有兩個板片。兩個板片互相連接並夾90度角，且每個導熱片40a,40b的兩端分別連接於二個相鄰的基板36a,36b,36c,36d,35a,35b。此外，導熱片40a,40b的配置係從窄口部37a,37b的四個角落配置第一組導熱片40a,40b，並朝著中空板體120的中心軸34延伸一共五組導熱片40a,40b。導熱片40a,40b與導熱片40a,40b之間的間隔距離係可為等距離或不等距離(請參照「第5圖」所示)。每一個導熱片40a,40b的板寬係從導熱片40a,40b與基板36a,36b,36c,36d,35a,35b連接處朝向中心軸34呈現漸擴狀，且導熱片40a,40b係凸出於中空板體120的二個窄口部37a,37b。導熱片40a,40b的主表面係平行於中心軸34。

藉由導熱片40a,40b凸出於窄口部37a,37b及其板寬漸擴的特徵，即可使得導熱片40a,40b的總表面積(散熱面積)增加。其次，適當配置導熱片40a,40b之間距，使得導熱片40a,40b間的氣流流道能夠讓氣流順利流通。如此一來，即能具有良好的熱對流效果。由於導熱片40a,40b的主表面係平行於中心軸34，故氣流流道的方向亦平行於中心軸34。此點將使氣流流道更為通暢。

導熱片40a,40b的頂端(在「第9圖」的頂端)具有一第一固定板124。導熱片40a,40b的底端(在「第9圖」的底端)具有一第二固定板126。第一固定板124係可供燈罩80選擇性地固設於其上。第二固定板則可供燈頭60固接。

燈罩80開設有多個開孔82，開孔82係可提供發光二極體燈具10所發出的熱釋放至外界空間。

關於第二實施例之發光光形請參閱「第10圖」。「第10圖」為本發明第二實施例之發光二極體燈具10’的光型分佈圖。圖中放射狀的線條係表示角度，單位為度(degree)。同心圓的線條表示亮度值，單位為燭光(或稱坎德拉，candela,cd)。「第10圖」中虛線的曲線為以「第9圖」的視角、以燈具10’為中心，所量測而得的光形分佈圖。從圖中可以看出，在「第9圖」的各個角度的光強度都相當均勻。「第10圖」中實線的曲線為以「第8圖」頂視圖所量測而得的光形分佈圖。從「第10圖」中可以見悉所量測到的亮度值亦相當均勻，足見第二實施例在全周光方面的效果相當好。

接著，請同時參照「第11A圖」及「第11B圖」。「第11A圖」及「第11B圖」分別為本發明第二實施例之發光二極體燈具10’的氣流分子軌跡線圖(亦可解讀為熱流場圖)及熱流場等高線圖。圖中可以看出，熱量從發光二極體52b,53b傳導至基板36a,35a及導熱板40a,40b。而導熱板40a,40b間的空氣流道則供熱空氣向上流出，冷空氣由下方流入。圖中可以見悉，發光二極體52b,53b附近的熱流速可到達0.30m/sec(米/秒)(「第11B圖」)。此流速即可具有相當良好的熱對流效果。而在「第11A圖」中可以看見，導熱板40a,40b之間的氣流密度相對於旁側之氣流密度高出許多。同時，再從「第11B圖」中可以得知，導熱板40a,40b間的空氣流道至少有約0.1m/s之氣流運動速率。因此，從此從上述兩圖中可得知，本發明的技術手段能有效帶走發光二極體52b,53b、基板36a,35a及導熱板40a,40b上的熱量。

根據上述發光二極體燈具之第一、二實施例，係利用立體的中空板體30,120之結構設計，中空板體結構的每個面都可對稱的設置發光二極體52a,52b,53a,53b。因此，此發光二極體燈具可以呈現出360度角的均勻發光。此外，中空板體內部具有流道式的導熱片40a,40b結構，使得外界環境的冷空氣得以進入發光二極體燈具10,10’的內部產生氣流流動，將發光二極體52a,52b,53a,53b所產生的熱帶出。使得發光二極體燈具10,10’係可具有全周光與有效散熱的優點。

雖然本發明之實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10,10’．．．發光二極體燈具

30,120．．．中空板體

32．．．中空部位

34．．．中心軸

35a,35b,36a,36b,36c,36d．．．基板

37,37a,37b．．．窄口部

38．．．寬口部

39a,39b．．．等腰梯形

40．．．導熱片

50a,50b．．．LED燈基板

52a,52b,53a,53b．．．發光二極體

60．．．燈頭

62．．．螺紋部

64．．．電氣接點

66．．．固定座

80．．．燈罩

82．．．開孔

100．．．電路板

122．．．固定蓋

124．．．第一固定板

126．．．第二固定板

第1圖為本發明第一實施例的立體分解示意圖。

第2圖為本發明第一實施例之發光二極體燈具的立體示意圖。

第3圖為本發明第一實施例之發光二極體燈具的側面示意圖。

第4圖為本發明第一實施例之發光二極體燈具的導熱片俯視圖。

第5圖為本發明第一實施例之發光二極體燈具的導熱片之另一實施例的俯視圖。

第6圖為本發明第一實施例之發光二極體燈具的導熱片之又一實施例俯視圖。

第7圖為本發明第一實施例之發光二極體燈具的導熱片之再一實施例俯視圖。

第8圖為本發明第二實施例之發光二極體燈具的立體分解示意圖。

第9圖為本發明第二實施例之發光二極體燈具的立體示意圖。

第10圖為本發明第二實施例之發光二極體燈具的光型分佈圖。

第11A圖及第11B圖分別為本發明第二實施例之發光二極體燈具的氣流分子軌跡線圖及熱流場等高線圖。

10．．．發光二極體燈具

30．．．中空板體

32．．．中空部位

34．．．中心軸

36a,36b,36c,36d．．．基板

40a,40b．．．導熱片

50a,50b．．．LED燈基板

52a,52b．．．發光二極體

60．．．燈頭

62．．．螺紋部

64．．．電氣接點

66．．．固定座

80．．．燈罩

82．．．開孔

100．．．電路板

122．．．固定蓋

124．．．第一固定板

Claims (20)

1. 一種發光二極體燈具，其包括：多個基板，環圍並相連成一中空板體，該中空板體具有一中空部位及一中心軸；多個發光二極體，各別配置於該些基板；以及多個導熱片，配置於該中空部位，該些導熱片係各別連接該些基板並朝該中心軸延伸。
2. 如請求項1所述之發光二極體燈具，其中每一該些導熱片之一板寬係從連接該基板處朝該中心軸處呈漸擴狀。
3. 如請求項2所述之發光二極體燈具，其中該中空部位具有一寬口部及一窄口部，每一該些導熱片係凸出於該窄口部。
4. 如請求項3所述之發光二極體燈具，其中該中空板體在沿垂直於該中心軸的一視角實質上係呈一等腰梯形，該窄口部係位於該梯形之二平行邊之一短邊，該寬口部係位於該梯形之該二平行邊之一長邊。
5. 如請求項3所述之發光二極體燈具，其中每一該些基板之一主表面係與該中心軸夾一銳角。
6. 如請求項3所述之發光二極體燈具，其中每一該些導熱片包含二相連接之板片，同一該些導熱片之該些板片間係夾90度角。
7. 如請求項1所述之發光二極體燈具，其中每一該些導熱片之兩端係分別連接二個相鄰之該些基板。
8. 如請求項1所述之發光二極體燈具，其中每一該些導熱片在沿該中心軸的一視角係呈圓弧狀。
9. 如請求項1所述之發光二極體燈具，其中每一該些導熱片之一主表面係平行於該中心軸。
10. 如請求項9所述之發光二極體燈具，其中相鄰之該些導熱片之間具有一流道，該流道平行於該中心軸。
11. 如請求項1所述之發光二極體燈具，另包含一燈罩，該燈罩係覆蓋於該中空板體。
12. 如請求項11所述之發光二極體燈具，其中該燈罩中有至少一開孔。
13. 如請求項2所述之發光二極體燈具，其中該中空板體在沿垂直於該中心軸的一視角實質上係呈二個等腰梯形之底邊相連接之一形狀，該中空部位在該二等腰梯形之平行的二短邊處各別具有一窄口部。
14. 如請求項13所述之發光二極體燈具，其中每一該些導熱片係凸出於該些窄口部。
15. 如請求項13所述之發光二極體燈具，其中各該些基板之一主表面係與該中心軸夾一銳角。
16. 如請求項13所述之發光二極體燈具，其中每一該些導熱片之一主表面係平行於該中心軸。
17. 如請求項16所述之發光二極體燈具，其中相鄰之該些導熱片之間具有一流道，該流道之一方向平行於該中心軸。
18. 如請求項13所述之發光二極體燈具，另包含一燈罩，該燈罩係覆蓋於該中空板體。
19. 如請求項18所述之發光二極體燈具，其中該燈罩中有至少一開孔。
20. 如請求項13所述之發光二極體燈具，該些發光二極體係配置於該中空板體之一外表面。