TWI500880B - 發光裝置及冷卻發光裝置的方法 - Google Patents

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Description

發光裝置及冷卻發光裝置的方法
本發明係關於一種發光裝置及一種冷卻發光裝置的方法。
美國專利公開案第2005/0174780 A1號揭露一種發光裝置，其包括發光二極體(LED)以作為光源。發光裝置包括一可電連接至一插座的燈座，以及一用以使空氣強制循環的冷卻風扇。冷卻風扇係容置於一主體中，主體具有複數個放射狀隔牆，該複數個放射狀隔牆係以彼此間具有狹縫狀以用於通風之一間隙的方式形成於主體外周邊表面。發光裝置的發光二極體係藉由冷卻風扇循環之空氣而冷卻。
藉由循環空氣之冷卻之缺點在於：灰塵及來自發光裝置之外部的其他污染會轉移到冷卻風扇、發光二極體與發光裝置的其他元件(例如，用於控制發光二極體與冷卻風扇的控制電子器件)。此污染會隨著時間降低冷卻效能及縮短發光裝置的壽命。
本發明之一目的係提供一種發光裝置及一種冷卻發光裝置的方法，其中使冷卻效能及壽命增加。
在本發明之第一態樣中係提出一種發光裝置，其中發光裝置包括：一光源；一通風單元；以及一密封之透明罩體，以自罩體的外部密封罩體之內部，其中光源及通風單元係位於罩體內，且通風單元經調適以產生一氣流，以將光源產生的熱傳輸至罩體之一內表面。
本發明係基於構想：藉由密封罩體之內部以及將通風單元設置於經密封之罩體內，通風單元可不被來自罩體外部的粒子(例如，灰塵)所污染，其中藉由產生一氣流使得光源產生的熱被轉移至罩體的內表面(冷卻氣流之處)而執行冷卻。由於通風單元不會被來自罩體之外部的粒子所污染，因此，這些粒子不使通風單元的操作性惡化且因而不會降低發光裝置的冷卻效能及壽命，即，增加冷卻效能與壽命。
在一較佳實施例中，發光裝置進一步包括一耦接至光源的散熱器，其中通風單元經調適以產生一氣流，以將光源產生的熱自光源與散熱器中至少一者傳輸至罩體之內表面。散熱器增加用以將所產生的熱傳輸至罩體內部之氣體的面積，從而進一步地改善冷卻效能。
較佳地，自罩體機械地解耦通風單元。藉由自罩體機械地解耦通風單元，通風單元的振動不會傳輸至罩體，從而限制結構產生的噪音。
更佳地，發光裝置經調適以致使操作期間使罩體內的溫度在空間內變化，且致使發光裝置之位於罩體內的元件係依據元件之熱阻而配置(即特別是熱穩定性或是在加熱期間的穩定性)，致使具有一較高熱阻之一元件位於罩體內之一第一區域，第一區域比一第二區域具有一較高溫度，而具有一較低熱阻之一元件係位於第二區域。發光裝置的元件例如為通風單元、光源，以及用以控制通風單元及光源的控制單元。藉由配置這些元件中的至少一些元件，使具有較高熱阻之元件位於具有較高溫度的區域，此溫度係高於具有較小熱阻之元件所在區域的溫度，冷卻經更佳地調適於不同元件的各別冷卻需求，從而進一步地改善發光裝置的冷卻效能及壽命。
更佳地，發光裝置經調適以致使操作期間使罩體內的溫度在空間內變化，且致使發光裝置之位於罩體內的元件係依據元件之熱阻而配置，致使對於具有類似熱阻之元件而提供具有類似溫度之區域。
在一較佳實施例中，罩體之至少部分提供介於罩體之內表面與罩體的外表面之間的電隔離。這允許諸如容易清潔罩體的外部，且人可以觸摸部分或是整個外部。
更佳地，發光裝置包括一位於罩體內之感測器。這允許給發光裝置提供額外的功能。舉例而言，感測器可為一曝露於光源所產生的光之光學感測器，以控制光發射，或感測器可為一遙控訊號的接收器，以遙控光發射。在這兩項示範實例中，感測器係優先連接至控制單元，以依據來自感測器之訊號控制光發射。
更佳地，罩體經調適以混合及/或引導光源產生的光。這可改善發光裝置的發光效能，特別是不需要一額外的光學元件以混合及/或引導光，增加罩體內可利用的空間。
在一較佳實施例中，罩體內的元件係藉由罩體之內表面上的導電跡線而互連，進一步增加罩體內可利用的空間。
在本發明之另一態樣中係提出一種冷卻發光裝置的方法，其中發光裝置包括：一光源；一通風單元；以及一透明罩體，以自罩體的外部密封罩體之內部，光源及通風單元係位於罩體內，其中一氣流經產生以將光源產生的熱傳輸至罩體之一內表面。
應瞭解的是，請求項1之發光裝置與請求項8之冷卻發光裝置的方法具有如附屬項中所定義之類似及/或相同的較佳實施例。
應瞭解的是，本發明之一較佳實施例亦可為附屬項與各別獨立項之任何組合。
圖1概要及示範地顯示根據本發明之發光裝置1。發光裝置1包括一光源2、一通風單元3以及一至少部分透明罩體4。在此實施例中，光源2係為耦接至一散熱器9的發光二極體之配置。在其他實施例中，可選擇地或是另外地，光源可包括其他種類的光產生單元，如基於雷射的光產生單元。發光二極體可為有機發光二極體。散熱器9優先地由金屬所製造，較佳為鋁。
通風單元3可為產生一氣流6、7以將光源2產生的熱傳輸至罩體4之一內表面8的任何組件。在此實施例中，通風單元3係為一風扇。
罩體4係藉由一安裝單元10而密封，該安裝單元10係用以將發光裝置1安裝至一插座。自罩體4的外部密封罩體4之內部，使來自罩體4之內部與外部的空氣不會交換。因此，來自罩體4之外部的粒子不污染罩體4內部的元件(如通風單元3與光源2)，且因此，穩定維持冷卻效能且不會因這些粒子而縮短壽命。而且，這些粒子會優先地不影響發射光之顏色的強度。此外，可在不需考慮粒子(如來自罩體之外部的灰塵)的狀況下而設計罩體4內之絕緣距離。再者，藉由罩體4之密封而消除或降低自通風單元3產生的噪音(特別是藉由通風單元3的振動及/或藉由罩體4內的氣流)。
當然，粒子仍會覆蓋罩體之外側。由於封閉的殼體，如果有需要，可容易地清潔殼體的外側，甚至使用液體。在先進的發光裝置中，其內部電子器件的零件及/或通風單元係曝露於外界空氣，而這會需要很多的努力。
由於封閉的殼體，不會有自通風單元發出之空氣噪音直接傳到使用者。罩體會使來自通風單元的空氣噪音減弱。
發光二極體發出的光可藉由一些光學元件而予以混合或引導或使之平行。這些可為由光學級塑膠或玻璃或是反射電鍍(reflective plated)材料所製成之額外元件。在此實施例中，光學元件為一反射器15，其圍繞發光二極體2且其剖面係概要地顯示於圖1。可選擇地或另外地，罩體或是其內或外表面可為光路徑的一部分。在這個狀況下，罩體可具有一反射塗層，或是可經配置以引導藉由在其內或外表面全反射的光。
罩體4係為透明，以使光源2產生的光離開罩體4。罩體4可為完全或部分透明。罩體優先形成一圍繞光源與通風單元的燈泡。
在此實施例中，安裝單元10係為一具有一用以連接至插座的螺紋之金屬燈座。安裝單元可為一密封罩體4的標準愛迪生E27燈座。在另一實施例中，安裝及電接觸的功能可為分開的，即罩體在某個位置可具有電接點，以例如供應能量給燈。然而，罩體在不同位置處可具有用以機械安裝的構件。
通風單元3產生一自光源2及散熱器9至罩體4之內表面8(即冷卻氣體之處)的氣流6。已在罩體4之內表面8處經冷卻的氣體藉由氣流7傳輸回光源2及散熱器9。圖1係概要及示範地顯示某些氣流6、7，自光源2及散熱器9至罩體4之內表面8的氣流6實質位於罩體4之中央，且從罩體4之內表面8回到光源2及散熱器9的氣流7實質鄰近於罩體4之側壁。在其他實施例中，氣流可以其他方式配置，舉例而言，從光源及散熱器至罩體4之內表面的氣流可位於鄰近於罩體之側壁，且從罩體之內表面至光源及散熱器的氣流可位於罩體的中央。再者，氣流可經導引至罩體之內表面的一個不同於圖1所示的位置。
如上所述，熱的氣體例如藉由氣流6而傳輸至罩體的內表面，而在罩體的內表面使氣體冷卻。因此，罩體的壁是熱的，且罩體之外表面優先藉由自然對流予以冷卻，以將熱傳輸至四周環境。
在圖1(發光裝置1的剖視圖)中，罩體4為圓錐狀，其中罩體4之具有較小直徑的端部係耦接至安裝單元10，而罩體4之具有較大直徑的端部包括一平面圓形完成件(planar circular completion)。罩體通常係由一電絕緣材料(如玻璃)所製成，即罩體優先作為電絕緣，且在罩體內全部的內部電子器件可為耐久性零件，其中電絕緣是不需要的。
在先前技術中，發光裝置的耐久性零件與散熱器之間通常使用電絕緣但導熱的片或層。根據本發明，由於罩體作為電絕緣，因此，不再需要這些片或是層。可因此而改善介於光源與散熱器之間的熱界面，相較於先前技術之發光裝置，此舉會導致較低的接面溫度，以及一改良的冷卻效能。
在其他實施例中，罩體4可具有其他形狀(例如，球形)，且優先包括在內表面及/或外表面上的某些結構(例如，肋)，以擴大罩體4的冷卻面。
發光裝置1進一步包括一控制單元11，以控制通風單元3及/或光源2。
在此實施例中，通風單元3、光源2、散熱器9及控制單元11係非撓性地彼此連接且形成一組塊，組塊係藉由一附接單元12而附接於安裝單元10上。附接單元12經建構使自安裝單元10(且因此自罩體4)機械地解耦組塊。附接單元12可為任何將組塊附接至安裝單元10之組件，其中自安裝單元10(且因此自罩體4)機械地解耦組塊。在此實施例中，附接單元12係為一彈性橡膠安裝件。在其他實施例中，可以使用非自罩體4機械地解耦組塊(特別是通風單元)的安裝構件，以代替附接單元12。此外，在其他實施例中，上述組塊之僅某些元件可附接於罩體，如此，自罩體機械地解耦這些元件。特別地，僅通風單元可附接於罩體，使其自罩體機械地解耦。
在圖1中，若發光裝置1在操作中且發出光時，罩體4內之由參考數字13指示的第一區域比罩體4內之由參考數字14指示的第二區域冷。由於光源2的熱阻大於控制單元11的熱阻，因此，包括電子器件的控制單元11是位於第一區域13，而光源2是位於第二區域14。在其他實施例中，可選擇地或是另外地，發光裝置1之其他元件亦可根據其熱阻而配置於罩體內。
在此實施例中，罩體4內係填充一具有大於空氣之熱容量的氣體。具有大於空氣之熱容量的氣體係藉由氣流而改善罩體內熱的傳輸。優先地，罩體內之氣體為惰性氣體，特別是氦。
罩體可經調適(特別是成形)、結構化、著色及/或塗覆，以混合自光源所產生的光，及/或將光引導至一輸出埠，即光離開罩體以行進至感測器及/或其他位置。
雖然在上述實施例中，發光裝置1包括一散熱器9，在其他實施例中，發光裝置可在沒有這類散熱器的狀況下而予以建構，在這種狀況下，熱係直接自光源傳輸至罩體之內表面。
由於光源可在沒有或僅具有小的散熱器之情況下予以建構，因此，感測器可容易地安置於罩體中。在此實施例中，一感測器16係位於罩體4內。在平常的燈中，燈的大部分體積是用於熱傳導金屬。此已佔用的體積無法用於感測器、電子器件、光學器件等。舉例而言，RF天線(ZigBee控制的發光裝置)及/或一光學感測器可在沒有藉由大量金屬(其通常用以傳輸熱到發光裝置的外表面)存在而予以屏蔽及解調諧的狀況下而置於罩體中。因此，額外的功能可容易地加到光源中。在另一較佳實施例中，感測器是位於罩體之內表面，且藉由優先位於罩體之內表面的導電跡線17而連接至控制單元11。
在一較佳實施例中，通風單元包括一平行的通風結構，在此通風結構中，在氣流內的某些或所有元件係曝露於相同溫度。在這種實施例中，通風單元經優先調適以使通風單元所產生的氣流分成數個氣流，某些氣流經引導至光源，而其餘的氣流經引導至控制單元。若元件的熱阻為相似時，優先使用以此方式調適之通風單元。
罩體內之元件優先藉由罩體之內表面上的導電跡線而互連。在一更佳實施例中，RF天線亦藉由罩體之內表面上的導電跡線而製成。
雖然在上述實施例中通風單元係為一冷卻風扇，在其他實施例中，其他種類的通風單元與技術可用於產生一氣流，以將光源2產生的熱傳輸至罩體之內表面。舉例而言，一產生合成射流(所謂的綜合噴射陣列(synjet))的單元(其依賴一連串的紊氣流(turbulent air puff))或是一利用振動使冷卻液體(例如，水)霧化的單元可作為通風單元使用。
雖然在上文描述之圖1中僅指示出發光裝置在操作時具有不同溫度的第一區域與第二區域，發光裝置在罩體內可包括具有不同溫度的兩個以上區域，其中發光裝置的元件可依據其熱阻而配置於罩體內的不同區域。
熟悉此項技術者於實行所請求之發明時，可藉由圖式、揭露內容及所附之申請專利範圍而推演及達成已揭示之實施例的其他變化。
在申請專利範圍中，「包括」不排除其他元件或步驟，且說明書中所提及的「一個」不排除複數個。
在申請專利範圍中的任何參考符號不應理解為限制其範圍。
1．．．發光裝置
2．．．光源/發光二極體
3．．．通風單元
4．．．罩體
5．．．內部
6．．．氣流
7．．．氣流
8．．．內表面
9．．．散熱器
10．．．安裝單元
11．．．控制單元
12．．．附接單元
13．．．第一區域
14．．．第二區域
15．．．反射器
16．．．感測器
17．．．導電跡線
圖1係概要及示範地顯示根據本發明之發光裝置的代表之剖視圖。
1．．．發光裝置
2．．．光源/發光二極體
3．．．通風單元
4．．．罩體
5．．．內部
6．．．氣流
7．．．氣流
8．．．內表面
9．．．散熱器
10．．．安裝單元
11．．．控制單元
12．．．附接單元
13．．．第一區域
14．．．第二區域
15．．．反射器
16．．．感測器
17．．．導電跡線

Claims (8)

  1. 一種用於插入於一燈座(socket)之發光裝置，其包括：一密封及至少部分地透明之罩體(casing)；且，置於該罩體中：一具有相對的一第一面及一第二面之光源，該光源經組態以實質地從該第一面發射光；及一通風單元，該通風單元近於該第二面且經組態以產生一至該第一面之氣流以將該光源產生的熱傳輸至該罩體之一內表面；該罩體形成一圓錐狀(conical shape)，其中一第一區域具有一相對於一第二區域較小的直徑且係鄰近於一安裝元件(mounting unit)，該第二區域具有一平面圓形完成件(planar circular completion)；當該發光裝置操作時該第一區域比該第二區域冷；該第一區域鄰近該安裝元件且定位於該通風單元及該安裝元件之間；該第二區域具有該發光裝置之該第一面；該第一面比該第二面操作於一較高的溫度；該第一區域與該第二區域在空間上分離。
  2. 如請求項1之發光裝置，其進一步包括一耦接至該光源的散熱器。
  3. 如請求項1之發光裝置，其中該通風單元係自該罩體機械地解耦。
  4. 如請求項1之發光裝置，其中該發光裝置經調適以致使操作期間使該罩體內的溫度在空間內變化，且其中該發 光裝置之位於該罩體內的元件係依據該等元件之熱阻而配置，以使具有一較高熱阻之一元件係位於該罩體內之一第一區域，該第一區域比一第二區域具有一較高溫度，而具有一較低熱阻之一元件係位於該第二區域。
  5. 如請求項1之發光裝置，其中具有大於空氣之一熱容量的一氣體係位於該罩體內。
  6. 如請求項1之發光裝置，其進一步包括一位於該罩體中之感測器。
  7. 如請求項1之發光裝置，其中該罩體經組態以混合及/或引導該光源產生的光。
  8. 如請求項1之發光裝置，其中該罩體內的元件係藉由該罩體之一內表面上的導電跡線而互連。
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