TWI635239B - 隔絕式發光二極體裝置及其冷卻方法與製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體(LED)裝置具有一發光二極體總成，該發光二極體總成連接至或鄰接一散熱片(heat sink)，該散熱片連接至一冷卻橋並視需要而封閉於隔絕之連接端帽及跨接端帽內以及一反射器罩及一側罩(side cover)內。該冷卻橋自該反射器罩及該側罩傳導熱量至該散熱片，其中該熱量可由一循環冷卻劑移除。

Description

隔絕式發光二極體裝置及其冷卻方法與製造方法
本發明係關於發光二極體，且具體而言，本發明係關於一種冷卻一使用發光二極體之裝置之方法，該等發光二極體係用於產生及射出輻射。
雖然發光二極體在產生用於工業用途(例如紫外光(UV)聚合之印刷油墨及塗層)之輻射方面係為一重大改良，然該等裝置會產生大量熱量。假若不自利用發光二極體之裝置中散失或移除此等熱量，此等熱量可使任何反射表面畸變並可嚴重地損壞發光二極體本身。因此，需要提供一種高效且結構簡單之設計以自利用發光二極體之裝置移除不需要之熱量。
本發明藉由為發光二極體裝置提供一種用於自運作中之發光二極體裝置移除熱量的結構簡單但高效之結構，而實質上滿足上述工業需求。
本發明提供一種發光二極體裝置，該發光二極體裝置包含一發光二極體總成、複數個冷卻橋、一散熱片、一反射器罩、一側罩、一反射器、一連接端帽、及一跨接端帽。該發光二極體總成可包含複數個發光二極體晶片。該等冷卻橋可附裝至或鄰接該散熱片。該反射器可由該反射器罩予以定位，用以引導來自該發光二極體總成之輻射。該等連接及跨接 端帽可包含一電隔絕或熱隔絕材料。
本發明亦提供一種製造一發光二極體裝置之方法，該方法包含1)附裝複數個冷卻橋至一水道，該水道具有一對沿軸向形成之通道；2)定位一反射器，以引導自該等發光二極體晶片發出之輻射；以及3)附裝一連接端帽及一跨接端帽至該水道，以形成一流體迴路。
本發明亦提供一種冷卻一發光二極體裝置之方法，該發光二極體裝置具有：一發光二極體陣列；一反射器，用於引導自該發光二極體陣列發出之輻射；一水道，附裝至或鄰接該發光二極體陣列，該水道亦附裝至或鄰接該冷卻橋，該方法包含：在形成於該水道中之複數軸向通道內循環一冷卻劑。
結合附圖閱讀以下說明，本發明之該等及其他特徵將變得一目了然。
100‧‧‧發光二極體裝置
102‧‧‧發光二極體總成
104‧‧‧冷卻橋
106‧‧‧水道
108‧‧‧反射器罩
110‧‧‧側罩
112‧‧‧連接端帽總成
114‧‧‧跨接端帽總成
122‧‧‧發光二極體晶片
124‧‧‧板
132‧‧‧通道
134‧‧‧通道
136‧‧‧鰭片
138‧‧‧鰭片
144‧‧‧端子板
150‧‧‧外部部分
152‧‧‧內部凸角
153‧‧‧通道
154‧‧‧唇形結構
155‧‧‧狹槽
156‧‧‧狹槽
158‧‧‧狹槽
160‧‧‧狹槽
162‧‧‧反射器
170‧‧‧通道
172‧‧‧延伸部
174‧‧‧狹槽
180‧‧‧視窗
190‧‧‧連接端帽
192‧‧‧連接隔絕板
194‧‧‧管接頭
200‧‧‧跨接端帽
202‧‧‧連接隔絕板
204‧‧‧狹槽
206‧‧‧狹槽
210‧‧‧導管
220‧‧‧熱接觸
222‧‧‧熱接觸
224‧‧‧熱接觸
第1圖係為本發明之隔絕式發光二極體裝置之一實施例之透視圖。
第2圖係為第1圖之隔絕式發光二極體裝置之分解圖。
第3圖係為第1圖之隔絕式發光二極體裝置之側視圖。
第4圖係為沿第3圖之線A-A截取之剖視圖。
應理解，上述圖式僅用以例示本發明，而非意欲限制本發明之範圍。
除非另有規定，否則本文中所用之所有科技術語皆具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所通常瞭解之含義相同之含義。下文將對適宜之方法及材料予以說明，但亦可使用類似於或等效於本文所述者之方法及材料來實踐本發明。本文所提及之所有出版物、專利申請案、專利及其他參考文獻皆以引用方式全文併入本文中。當存在衝突時，應以本說明書(包括定義在內)為準。另外，該等材料、方法及實例僅為例示性 而非限制性的。
任何所提及之相對性術語(例如「前」及「後」、「左」及「右」、「頂部」及「底部」、「上」及「下」、「水平的」及「垂直的」)皆旨在便於說明，而非意欲將本發明或其組件限定至任一位置或空間取向。在不背離本發明之範圍之情形下，附圖中各組件之尺寸可隨本發明之實施例之一潛在設計及預期用途而變化。
本文中所揭示之各該額外特徵及方法可單獨使用或與其他特徵及方法聯合使用，以提供本發明之改良裝置以及製造及使用該等裝置之方法。現在將參照附圖詳細說明本發明之教示之代表性實例，該等實例聯合利用許多此等額外特徵及方法。此詳細說明僅旨在教示熟習此項技術者關於實踐本教示內容之較佳態樣之詳情，而非意欲限制本發明之範圍。因而，以下詳細說明中所揭示之特徵及方法之組合對於實踐本發明而言並非必不可少，且教示該等特徵及方法之組合僅旨在具體闡述本發明之代表性及較佳實施例。
本發明之一隔絕式發光二極體裝置之一實施例在附圖中以編號100繪示，且包含一光引擎(例如一發光二極體總成102)、複數個冷卻橋104、一散熱片(例如一水道106)、一反射器罩108、一側罩110、一連接端帽總成112、及一跨接端帽總成114。此項技術中之通常知識者將易知，發光二極體總成102含有支撐於一銅板124上之複數個發光二極體晶片122。本發明中可存在發光二極體總成102之若干組態及材料。
在所繪示之實施例中，水道106可由例如鋁等熱傳導材料製成。然而，此項技術中之通常知識者將易知其他可接受的用於製造本發明之水道之材料。當連接至發光二極體總成102以及水道106時，該等冷卻橋104用以傳導來自發光二極體總成102之熱量並用以定位發光二極體總成102，以引導自本發明之發光二極體總成發出之輻射。複數個鰭片式通道(finned channel)132、134可沿軸向界定於水道106中。鄰近各別通道132、134而形成之鰭片(fin)136、138可增大鄰近通道132、134之水道106之表面積，藉此在一冷卻劑循環穿過通道132、134時更高效地自水道106提取熱量。如此循環之該冷卻劑可係為一液體或一氣體。適宜之液體包括水、 聚乙二醇-水溶液、液化氮等等。適宜之氣體則包括冷卻之大氣。
一端子板(terminal block)144可用以將各光引擎段跨接於一起，或用以對光引擎予以分組，俾使該等光引擎其中之一或多者可獨立於其他光引擎而受到控制，且端子板144可附裝至冷卻橋之一底側及/或附裝至反射器罩。端子板能達成光引擎與外部電源間之熱隔絕及電隔絕連接。
反射器罩108具有一外部部分(outer portion)150及自外部部分150延伸之複數內部凸角(inner lobe)152。外部部分150在一通道153處附裝至一唇形結構154，唇形結構154形成一軸向狹槽155。一狹槽156形成於外部部分150之一下部部分(lower portion)處。另一狹槽160向內側開口而形成於外部部分150之一下部位置。狹槽155、156被定位成可容納一反射器162。反射器162藉由在邊緣處設置於狹槽155、156內並藉由貼靠凸角152而維持一期望之位置及組態。
側罩110於一通道170處附裝至或接觸水道106。側罩110向上終止於一延伸部(extension)172處，並向下終止於一狹槽174處。延伸部172設置於反射器罩108之狹槽158內。然而，此項技術中之通常知識者將認識到，延伸部172及狹槽158可分別存在於反射器罩108及側罩110上。側罩110之狹槽174與反射器罩108之狹槽160協調容納及定位一視窗180。
視窗180可選自使所期望之輻射波長能夠穿過之材料，例如一丙烯酸樹脂或此項技術中之通常知識者所易知之其他材料。
連接端帽總成112具有一連接端帽190及一連接隔絕板(connection insulator block)192。連接端帽190係固定至反射器罩108及側罩110並用以定位反射器罩108及側罩110。連接隔絕板192係由例如乙醯基聚合物(acetyl polymer)等電隔絕材料製成，DelranTM即為一種適宜之材料。然而，此項技術中之通常知識者將易知，亦可使用其他適宜之材料。複數管接頭(fitting)194可附裝至連接隔絕板192，以連接至冷卻劑源並使冷卻劑可進出水道106。應認識到，管接頭194將根據所用冷卻劑以及所冷卻及維持之水道106之狀態而異。
跨接端帽總成114包含一跨接端帽200及一連接隔絕板 202。跨接端帽200界定一狹槽204，狹槽204容納並定位連接隔絕板202。該連接隔絕板可如針對隔絕板192所述由DelranTM或另一具有適當隔絕性之材料製成。連接隔絕板202界定一狹槽206，狹槽206之尺寸及位置被確定成可將流出通道132、134其中之一之冷卻劑引導至該等通道其中之另一者，藉此為本發明之發光二極體裝置100提供及接通一冷卻劑迴路。O形圈(圖未示出)於通道132、134之各開口處之存在可有助於達成不漏流體之密封。該隔絕板之一功能在於，使本發光二極體裝置中除發光二極體總成102、冷卻橋104、水道106以及反射器罩108及側罩110之外之其餘部分不被冷卻，藉此可更高效地冷卻需要維持於一期望溫度之本發明組件。
一可選導管210可含有電線，以對發光二極體總成102供電。導管210(若存在)亦可對發光二極體裝置100提供支撐及錨固作用。雖然圖中未示出，但此項技術中之通常知識者將知，可存在一可操作之冷卻劑供應裝置，用以提供循環冷卻劑至水道106及自水道106接收循環冷卻劑。該冷卻劑供應裝置將根據例如所用冷卻劑以及所期望之冷卻劑溫度及流速等而異。
來自反射器罩108、側罩110以及水道106之熱接觸220、222、224係藉由該等部件分別與冷卻橋104間之貼靠接觸而達成。一定百分比之輻射能量(例如熱量)被受輻射之擠壓件(extrusion)(罩106、108)及反射器162吸收，進而造成該等外部擠壓件之非所欲之加熱。本發明之冷卻橋104因而提供一路徑，將非所欲之熱量自反射器罩108及側罩110經由冷卻橋104傳導至水道106(其係為一散熱片)，藉此降低該等外部擠壓件之溫度。
冷卻橋104亦藉由將用以支撐反射器162之該等擠壓件沿本發明發光二極體裝置100之長度在若干位置處精確地連結至水道106而提供輻射源(發光二極體晶片122)與反射器162間之均勻光學對齊。
一個適宜之發光二極體總成具有複數個發光二極體晶片122，安裝至一耐熱且具電隔絕性之樹脂(例如非晶形熱塑性聚醚醯亞胺(polyetherimide))。一種適宜之此聚醚醯亞胺係為Ultem®(沙特基礎創新塑膠部(SABIC Innovative Plastics)製造)。該耐熱樹脂係安裝或黏結至一導 熱性但電隔絕性樹脂(例如SARCON®)，該導熱性但電隔絕性樹脂則黏結或連接至一導熱性及導電性板124(例如銅或鋁)。
除以上所揭示者外，其他適宜之聚合物或合成樹脂揭示並闡述於由Charles a Harper主編之「塑膠、彈性體與複合材料手冊」第3版(Handbook of Plastics,Elastomers,and Composites,Third Edition,Charles a Harper,Editor-in-Chief,McGraw-Hill New York(1996))中，該參考文獻以引用方式全文併入本文中。
此項技術中之通常知識者將易知，在不背離本發明之精神及範圍之條件下，本發明之各實施例中所示之各組件在一定程度上可以互換並可於其他實施例中添加或互換各組件。
由於可在不背離本發明之精神之條件下對本發明作出諸多修改，故本發明之範圍並不限於所示及所述之實施例。而是，本發明之範圍係由隨附申請專利範圍以及其等效內容加以限定。

Claims (18)

  1. 一種發光二極體(LED)裝置，包含：一發光二極體總成；一散熱片(heat sink)，熱耦接至該發光二極體總成；一反射器(reflector)，由一反射器罩(reflector cover)予以定位，用以引導來自該發光二極體總成之輻射，該散熱片熱耦接至該反射器罩；以及一連接端帽，設置於該發光二極體裝置的至少一端，其中該散熱片位於該反射器罩之內，以及其中該散熱片包括一冷卻劑通道。
  2. 如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該冷卻劑通道係跨距該散熱片之長度、且耦合至一管接頭，該管接頭設置於該連接端帽上。
  3. 如請求項1所述之發光二極體裝置，更包括一跨接端帽，設置於該發光二極體裝置之一端、相對於該連接端帽。
  4. 如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該散熱片包含一水道，該水道界定複數個供冷卻劑流動之通道。
  5. 如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該散熱片藉由一熱傳導冷卻橋而熱耦接至該發光二極體總成。
  6. 如請求項5所述之發光二極體裝置，其中該熱傳導冷卻橋包含一金屬材料。
  7. 如請求項5所述之發光二極體裝置，其中該熱傳導冷卻橋包含一鋁材料。
  8. 如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該至少一連接端帽包含一熱隔絕材料。
  9. 如請求項8所述之發光二極體裝置，其中該熱隔絕材料包含一乙醯基聚合物。
  10. 如請求項1所述之發光二極體裝置，其中該散熱片包括至少二冷卻劑通道，各別跨距該散熱片之長度。
  11. 如請求項1所述之發光二極體裝置，更包含一側罩，設置成相對於該反射器罩、且至少延伸於該散熱片之長度。
  12. 一種製造一發光二極體裝置之方法，包含：熱耦接一發光二極體總成至一散熱片；定位一反射器，以引導自該等發光二極體總成發出之輻射；定位該散熱片在一反射器罩之內；形成通過該散熱片之一冷卻劑通道；熱耦接該散熱片至該反射器罩；以及附裝一連接端帽至該散熱片。
  13. 如請求項12所述之方法，更包含：提供一管接頭至該連接端帽上；以及連接該冷卻劑通道至該管接頭。
  14. 如請求項12所述之方法，更包含耦合該發光二極體總成以及該散熱片之每一個，以熱耦接該發光二極體總成至該散熱片。
  15. 如請求項12所述之方法，更包含提供一視窗，其定位成使來自該反射器之輻射穿透該視窗。
  16. 一種冷卻一發光二極體裝置之方法，該發光二極體裝置包含一發光二極體總成、用於引導自該發光二極體總成發出之輻射之一反射器，該方法包含：熱耦接一水道至該發光二極體總成以及一反射器罩； 定位該水道在該反射器罩之內；以及使一冷卻劑流動通過形成於該水道中之一第一軸向通道。
  17. 如請求項16所述之方法，更包括使冷卻劑自該第一軸向通道循環至一定義於該水道中之第二軸向通道。
  18. 如請求項16所述之方法，更包括將冷卻劑通過一管接頭而引入至該第一軸向通道，其中該管接頭被提供至一連接端帽，該連接端帽設置於該發光二極體裝置之一端。
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