TWI593913B - 發光模組 - Google Patents

Description

發光模組

本發明係有關於具有高熱通量密度之大型陣列的冷卻技術。

背景

固態發光裝置，例如發光二極體(LED)，已在例如使用紫外線之固化應用中變得更常見。固態發光體具有優於傳統水銀弧光燈的多數優點，該等優點包括它們使用較少電力，通常比較安全，及當它們操作時較冷。

但是，即使它們通常以比弧光燈更冷之溫度操作，它們也會產生熱。由於該等發光體通常使用半導體技術，所多餘之熱會造成漏電流及其他問題，而這會使輸出下降。在這些裝置中之熱的管理已變得重要。

一傳統冷卻技術使用一散熱器，該散熱器通常由安裝在基板上之導熱材料構成，且該等發光體位在該等基板上。某種冷卻或熱傳送系統通常與如散熱鰭片、風扇、液體冷卻等之該散熱器之後側相互作用，以便由該發光體基板散熱。這些裝置之效率仍比所需者低，且液體冷卻系統會使封裝及尺寸限制複雜化。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種照明模組包括：一發光體陣列；一熱管，其具有一扁平部份，該發光體陣列係安裝在該扁平部份上；一液體，其在該熱管內， 該液體係選擇成在暴露於來自該陣列之熱時蒸發；及一冷卻單元，其與組配來冷卻該蒸發之液體的該熱管熱耦合。

圖式簡單說明

第1圖顯示具有一熱管之大面積發光體陣列的一實施例。

第2圖顯示一冷卻單元之一實施例。

第3圖顯示一冷卻單元之另一實施例。

第4圖顯示一冷卻單元之又一實施例。

實施例之說明

第1圖顯示具有一熱管22之一發光模組10。在這實施例中，該發光模組10由一大型發光體陣列20構成。該大型發光體陣列20包括數個例如12與14之基板，各基板包含多數獨立發光體之一陣列，且該等基板被對齊且組合以便形成該陣列20。該熱管22包含一板或扁平部份221、與該扁平部分221之一第一端222耦接之一第一非扁平端部224、以及與該扁平部分221之一第二端223耦接之一第二非扁平端部225。該熱管22之該第一非扁平端部224係從該扁平部份221的該第一端222延伸進入該冷卻單元30的一第一表面301，經過該冷卻單元30，並離開該冷卻單元30之後，終止於該冷卻單元30中與該第一表面301相對之該冷卻單元30的一相對側上之一第二表面302。該熱管22的該第二非扁平端部225係從該扁平部份221的該第二端223延伸進入該冷卻單元30的該第二表面302，經過該冷卻單元30，並在離開該冷 卻單元30之後，終止於該冷卻單元30之該第一表面301。該第一非扁平端部224和該第二非扁平端部225係在該冷卻單元30中在垂直方向上間隔成彼此遠離。該第一非扁平端部224和該第二非扁平端部225終止於該冷卻單元30的相對側之外，且該第一非扁平端部224的終端係與該第二非扁平端部225的終端垂直地間隔隔開。

應注意的是這只顯示一陣列之一例子且該陣列可具有少數之兩發光體並且對有多少發光體之唯一限制是未顯示之包含該陣列之封裝體的尺寸。此外，該構態可由一單線發射體，或以垂直與水平方向堆疊之多數基板，及在其間之任何組合構成。

該陣列之基板可直接安裝在該熱管22之該板或扁平部份上。在一實施例中，該等基板被硬焊或以其他方式直接安裝在該熱管上。在另一實施例中，在該等基板已安裝在該散熱器上之前或之後，一特別為該等陣列設計之散熱器被硬焊在該熱管上。在又一實施例中，該等基板使用例如熱油脂之一熱介面材料安裝在該管上。

該熱管22是中空的且可包含一液體並且可包括內芯吸結構。在其最簡單之形式中，該熱管只包含蒸發且由該陣列20散熱之液體。當氣體向該冷卻單元30上升時，它被冷卻且向下返回至該管與該陣列相鄰之區域。該液體可以是水，乙二醇，水銀，或一以氟碳化合物為主之冷卻流體，該以氟碳化合物為主之冷卻流體的一例包括Fluorinet®。

在一實施例中，該熱管包含當暴露於來自該陣列20之 熱時蒸發之少量液體。該蒸氣上升至該冷卻單元，轉變回液體且接著向下回流至該管與該陣列相鄰之區域。可使用不同液位且該等不同液位此時亦在該等實施例之範疇內。

為了促進由氣體至液體及反向之相轉換，該熱管之內部結構可包括一芯吸結構，例如一篩網或使該液體及/或氣體容易透過毛細作用移動之其他材料。

無論在該熱管內之機構為何，例如液體之種類及變化量，該熱管系統都大致是一沒有泵或將冷卻液體或氣體傳送至靠近該基板所需之其他機械裝置的封閉系統。這可用以簡化封裝需求，因為該冷卻單元可遠離使用該發光模組之真正裝置。它亦增加可靠性。

該冷卻單元30可採用許多形式。第2圖中所示之一實施例具有一將冷卻空氣吹過在遠離該等陣列20之部份之該熱管之風扇32。第2圖顯示該冷卻單元30之內側且遠離該等陣列20之後部已移除。該等熱管部份22a與22b亦可為該熱管之一部份。該風扇32可被定向於任何位置，以便在該圖中水平地沿該管吹送該空氣，或如在圖中定向地通過該等管將該空氣由頂部吹至底部。當然也可以是其他構態及位置。

該熱管或冷卻單元可在這位置具有凸脊或鰭片以便透過增加產生強制對流之表面積協助散熱，如第3圖所示。如40之鰭片，其可位在該冷卻單元30上，如圖所示地延伸，或沿該管之長度垂直地延伸。

另一空氣冷卻方法是藉省略風扇使用自由空氣對流。

第4圖顯示該冷卻單元30之另一實施例，該冷卻單元30 是一被夾在該熱管四周之液體歧管，其中冷卻液體流動環繞該管以冷卻在內之物質且接著使變熱之液體循環流動遠離該熱管以便容許該變熱之液體被再冷卻。這可包括泵及其他移動該液體通過該等端口52與50之其他機械裝置，但是它進一步由該發光體基板分離而不是使該液體直接接觸靠近該陣列20之散熱器。如前所述，在此之熱管顯示為具有兩部份22a與22b，但可只由一部份構成。

熱管之一優點在於其等溫本質。由於所使用材料之本質，該熱管將“尋求”將每樣東西保持相同溫度。這固有之熱平衡特性在該被冷卻之裝置包含例如多數發光裝置基板之數個不同組件時具有特別之重要性。各基板本身可具有稍微不同之熱分布且一在該熱管之所有區域上尋求平衡之系統將平衡在該等組件上之溫度分布，改善不均一性。

另一優點由該熱管之較輕重量產生，使整體發光模組更輕。

依這方式，一發光模組可使用一熱管由該發光體陣列散熱。這容許該等發光體以一較冷之溫度更有效地操作，使用較少電力且具有更一致之效能並且具有一更長之使用壽命。

雖然到目前為止已對於使用一熱管之一固態發光體發光模組說明了一特定實施例，但是意圖不是讓這些特定參考資料被視為對這些實施例之範疇的限制。

10‧‧‧發光模組

12、14‧‧‧基板

20‧‧‧陣列

22‧‧‧熱管

221‧‧‧扁平部份

222‧‧‧第一端

223‧‧‧第二端

224‧‧‧第一非扁平端部

225‧‧‧第二非扁平端部

22a、22b‧‧‧熱管部份

30‧‧‧冷卻單元

301‧‧‧第一表面

302‧‧‧第二表面

32‧‧‧風扇

40‧‧‧鰭片

50、52‧‧‧端口

第1圖顯示具有一熱管之大面積發光體陣列的一實施 例。

第2圖顯示一冷卻單元之一實施例。

第3圖顯示一冷卻單元之另一實施例。

第4圖顯示一冷卻單元之又一實施例。

10‧‧‧發光模組

12,14‧‧‧基板

20‧‧‧陣列

22‧‧‧熱管

221‧‧‧扁平部份

222‧‧‧第一端

223‧‧‧第二端

224‧‧‧第一非扁平端部

225‧‧‧第二非扁平端部

30‧‧‧冷卻單元

301‧‧‧第一表面

302‧‧‧第二表面

Claims (16)

1. 一種發光模組，包含：一發光體陣列，其包含至少一基板，該基板具有配置於該基板上之多個發光體；一具有一扁平部份與第一和第二非扁平端部之熱管，該發光體陣列係安裝在該扁平部份上，該第一非扁平端部係與該扁平部份的一第一端耦接，且該第二非扁平端部係與該扁平部份的一第二端耦接；一在該熱管內之液體，該液體係選擇成在暴露於來自該陣列之熱時蒸發；及一與該熱管熱耦接之冷卻單元，其係組配來冷卻該蒸發之液體，該熱管的該第一非扁平端部係從該扁平部份的該第一端延伸進入該冷卻單元的一第一表面，經過該冷卻單元，並離開該冷卻單元之後，終止於該冷卻單元中與該第一表面相對之該冷卻單元的一相對側上之一第二表面，以及該熱管的該第二非扁平端部係從該扁平部份的該第二端延伸進入該冷卻單元的該第二表面，經過該冷卻單元，並在離開該冷卻單元之後，終止於該冷卻單元之該第一表面。
2. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該等第一和第二非扁平端部係在該冷卻單元中在垂直方向上間隔成彼此遠離。
3. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該發光體陣列包含多數基板，該等基板係以一垂直與水平兩個方向堆 疊或以一水平方向堆疊中之一者。
4. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該發光體陣列包含一單線發射體。
5. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該熱管包含銅，鋁或黃銅中之一者。
6. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該液體包含水，乙醇，乙二醇，或以氟碳化合物為主之流體中之一者。
7. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該冷卻單元包含在該冷卻單元內部並配置在該等非扁平部份上方之一風扇，該風扇係組配來將空氣吹過該等非扁平端部。
8. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該冷卻單元包含在遠離該等陣列之該熱管之一部份中的多數凸脊或多數鰭片中之一者。
9. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該冷卻單元包含一被夾在該熱管的該等非扁平端部四周的液體歧管，該液體歧管含有一冷卻液體。
10. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該發光體陣列係直接安裝在該熱管上。
11. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該發光體陣列係使用一介面材料安裝在該熱管上。
12. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該發光體陣列係安裝在該至少一基板上且該該至少一基板係安裝在該熱管上。
13. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該等第一和第二非扁平端部終止於該冷卻單元的相對側之外，且其中該第一非扁平端部的終端係與該第二非扁平端部的終端垂直地間隔隔開。
14. 如申請專利範圍第1項之發光模組，其中該熱管係一不具有泵之封閉系統。
15. 如申請專利範圍第1項之發光模組，進一步包含在該冷卻單元中的該等非扁平端部之間供一冷卻媒介用之一通路。
16. 如申請專利範圍第15項之發光模組，其中該冷卻單元進一步包含在該冷卻單元內部之一風扇，該風扇將空氣吹通過該等端部之間的該通路。