TWI398602B

TWI398602B - High efficiency LED lights

Info

Publication number: TWI398602B
Application number: TW98129650A
Authority: TW
Inventors: Wen Lung Chin
Original assignee: Wen Lung Chin
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2013-06-11
Also published as: TW201109576A

Description

高效率LED燈

本發明屬高效率LED燈技術領域，提供照明使用，除具有極佳的散熱、電絕緣效果外，更具有不須更換燈具而可直接替換燈泡使用之功效。

按，LED是發光二極體(Light-emitting Diode)的縮寫，是半導體材料製成的固態發光元件，材料使用III-V族化學元素(如：磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)等)，發光原理是將電能轉換為光，也就是對化合物半導體施加電流，透過電子與電洞的結合，過剩的能量會以光的形式釋出，達成發光的效果，屬於冷性發光，壽命長達十萬小時以上。LED最大的特點在於：無須暖燈時間(idling time)、反應速度快、體積小、用電省、耐震、污染低、適合量產，具高可靠度，容易配合應用上的需要製成極小或陣列式的元件。惟因為LED是固態照明，即是利用晶片通電，量子激態回復發出能量(光)，但在發光的過程，晶片內的光能量並不能完全傳至外界，不能出光的能量，在晶片內部及封裝體內便會被吸收，形成熱。LED一般的轉換效率約只有10%~30%,所以1W的電，只有不到0.2W變成你可以看見的光，其它都是熱，若不散熱，這些熱量累積會對晶片效率及壽命造成損傷。故要以高效率LED運用於照明設備首先要解決散熱的問題。以LED散熱專利為例，新型M314505號「高功率LED燈泡散熱結構」專利(2007年06月21日專利公告資料參照)，主要係於一燈頭上固定有一底基板，該底基板的頂面支撐固定有至少一支熱導管，熱導管套設固定有複數散熱片及一頂基板，頂基板的頂面設有對應熱導管數量的高功率LED，該高功率LED的底面係黏結支撐於熱導管的頂端。新型第M314433號「發光二極體封裝之散熱模組」專利(2007年06月21日專利公告資料參照)，該散熱模組包含：一LED電路板；一散熱塊，包括複數個散熱片；以及一散熱膠材，藉以直接固定該LED電路板於該散熱塊上；其中在該LED電路板與該散熱塊之間，不具有一金屬基板。發明第I260798號「高散熱發光二極體」專利(2006年08月21日專利公告資料參照)，至少包括：一多孔隙材料層；一熱傳導層，設於該多孔隙材料層表面；以及一晶片，設於該熱傳導層，由該熱傳導層將該晶片所發出之熱量傳導至該多孔隙材料層，並由該多孔隙材料層將該熱量對流至外部。

由以上諸前案可知習用LED散熱大都採用金屬散熱片，或結合熱導管、致冷晶片、均熱板、散熱風扇等方式為之，普遍具有散熱效果不佳、散熱速度不夠迅速、散熱模組結構複雜、成本高、不具電絕緣性安規通過不易等缺失，且由於所需搭配之散熱結構為非規格化設計，故必需設計專用的燈具方能使用。此即為現行習用技術存有最大之缺失，此缺失乃成業界亟待克服之難題。

本發明研發人鑒於習用技術之缺失，積其多年實際從事精密陶瓷科技工業產品之設計製造專業知識，經不斷研究、改良後，終有本發明之研創成功，公諸於世。

緣是，本發明之主要目的在提供一種「高效率LED燈」，其主要係由交流電LED模組及散熱燈座所構成，該交流電LED模組具有導熱部及電連結部，散熱燈座為散熱性良好之非金屬直接成型成具多孔隙結構燈座外形，其具有內凹部來容設前述交流電LED模組，交流電LED模組之導熱部與散熱燈座結合，電連結部則連結外部電源，當點亮LED燈時，其產生的熱可迅速的被散熱燈座所傳導而散熱，本發明散熱燈座直接形成一般燈泡之燈座外形，並兼具散熱及電絕緣效能，可直接取代習用燈泡使用，除具有較佳的散熱效果外，更具有不須更換燈具可直接替換燈泡之功效。

本發明另包括有導熱片，該導熱片設於交流電LED模組導熱部與散熱燈座間，當點亮LED燈時，其產生的熱可迅速的被導熱片所傳導，並藉導熱片與散熱燈座間之熱傳導及熱對流作用，使導熱片上之熱迅速的傳導至散熱燈座而散熱。

前述散熱燈座外緣設有燈泡專用的金屬套、絕緣套及電源接觸片，該金屬套及電源接觸片並與交流電LED模組之電連結部電性連結，以於習用燈泡燈具上使用。

前述交流電LED模組之電連結部設有投射燈座專用之連結端子，該連結端子並凸設出散熱燈座底部外緣，以於習用投射燈具上使用。

前述散熱燈座設有增加散熱表面積之紋路者。

本發明之另一主要目的在提供一種「高效率LED燈」，其主要係由預定數量的交流電LED模組、導熱件及散熱燈座所構成，該交流電LED模組具有導熱部及電連結部，各交流電LED模組係設於導熱件上，其導熱部與導熱件結合，電連結部則連結外部電源，散熱燈座為散熱性良好之非金屬直接成型成具多孔隙結構燈座外形，當點亮LED燈時，其產生的熱可迅速的被導熱件所傳導，並藉導熱件與散熱燈座間之熱傳導及熱對流作用，使導熱件上之熱迅速的傳導至散熱燈座而散熱，本發明散熱燈座直接形成一般燈泡外形，並兼具散熱、電絕緣效能，可直接取代習用燈泡使用，除具有極佳的散熱效果外，更具有不須更換燈具可直接替換燈泡之功效。

本發明前述散熱燈座具有內承部，導熱件係容設於內承部。

前述散熱燈座外緣設有燈泡專用的金屬套、絕緣套及電源接觸片，該金屬套及電源接觸片並與交流電LED模組電連結部電性連結，以於習用燈泡燈具上使用。

前述散熱燈座設有增加散熱表面積之紋路者。

本發明構裝基板係利用金屬具有高結構密度以及高比容熱之特性，所以具有較高之導熱能力(如：銅金屬之熱傳導率為382W/m℃)。而該散熱燈座係利用不同粒徑的高熱導率非金屬粉粒(如：碳化矽SiC熱傳導率為270W/m℃)，非金屬具有較低的比容熱，是一種相當好的散熱材料。固體材料導熱的機制有兩種，一種是通過自由電子進行熱的傳遞，這是金屬材料導熱的主要機制。另一種是通過點陣或晶格振動，即通過晶格波或熱波來進行熱的傳遞，這即是本發明散熱燈座的機制。

為達成本發明前述目的之技術手段，茲列舉一實施例，並配合圖式說明如後，貴審查委員可由之對本發明之結構、特徵及所達成之功效，獲致更佳之瞭解。

首先，請參閱第一、二、三圖所示，由圖可知本發明主要包括有：交流電LED模組(1)，為規格化商品，其具有導熱部(10)及電連結部(11)，交流電LED模組(1)之導熱部(10)與散熱燈座(2)結合，電連結部(11)則連結外部電源；散熱燈座(2)，為散熱性良好之具多孔隙結構(多孔隙結構即具有高比表面積結構)非金屬構成【散熱燈座(2)如可由熱導率高的非金屬粉體製成(如射出成型等)，熱導率高的非金屬粉體諸如：氧化鋁Al₂ O₃ 、氧化鋯Zr₂ O、氮化鋁AlN、氮化矽SiN、氮化硼BN、碳化鎢WC、碳化矽SiC、石墨C、結晶碳化矽、再結晶碳化矽RSiC等，而以氮化鋁及碳化矽為佳】，並直接成型成燈座外形，其具有內凹部(20)，內凹部(20)容設前述交流電LED模組(1)；當點亮LED燈時，其產生的熱可迅速的被散熱燈座(2)所傳導而散熱，本發明散熱燈座(2)直接形成一般燈泡之燈座外形，並兼具散熱及電絕緣效能，可直接取代習用燈泡使用，除具有較佳的散熱效果外，更具有不須更換燈具可直接替換燈泡之功效。

請參閱第四、五圖所示，本發明另包括有導熱片(3)，該導熱片(3)為導熱性良好之金屬構成【導熱良好之金屬如金、銀、銅、鐵、鋁、鈷、鎳、鋅、鈦、錳等】，其係設於交流電LED模組導熱部(10)與散熱燈座(2)間，當點亮LED燈時，其產生的熱可迅速的被導熱片(3)所傳導，並藉導熱片(3)與散熱燈座(2)間之熱傳導及熱對流作用，使導熱片(3)上之熱迅速的傳導至散熱燈座(2)而散熱。

請再參閱第六、七圖所示，為提高散熱效率，前述導熱片(3)與散熱燈座(2)間另設有傳導板(30)，該傳導板(30)為導熱性良好之金屬構成【導熱良好之金屬如金、銀、銅、鐵、鋁、鈷、鎳、鋅、鈦、錳等】，使導熱片(3)之熱更迅速傳導至散熱燈座(2)而散熱。

本發明散熱燈座(2)係直接形成一般燈座外形，並兼具散熱、電絕緣效能，可直接取代習用燈泡使用，除具有極佳的散熱效果外，更具有不須更換燈具可直接替換燈泡之功效【即本發明可直接於舊的燈具上使用】。請參閱第一至七圖所示，該散熱燈座(2)外緣設有燈泡專用的金屬套(21)、絕緣套(22)及電源接觸片(23)【該燈泡專用的金屬套(21)、絕緣套(22)及電源接觸片(23)為國際通用規格，如E-27、E-14等】，該金屬套(21)及電源接觸片(23)並與交流電LED模組(1)之電連結部(11)電性連結。又，散熱燈座(2)上可設有燈罩(24)，而構成LED燈泡，如此即可以本發明直接螺合於習用燈泡之燈具上使用，而不必替換原有的舊燈具。

再請參閱第八、九、十、十一、十二圖所示，本發明交流電LED模組(1)之電連結部(11)連結有投射燈座專用之連結端子(25)【該投射燈座專用之連結端子(25)為國際通用規格，如MR16等】，該連結端子(25)並凸設出散熱燈座(2)底部外緣，散熱燈座(2)上設有反射罩(26)，而構成LED投射燈，如此即可以本發明直接插合於習用投射燈具上使用，而不必替換原有的舊投射燈具者。

又，本發明散熱燈座(2)設有增加散熱表面積之紋路(27)者。

本發明之另一實施例請參閱第十三、十五圖，由圖可知本實施例主要包括有：預定數量的交流電LED模組(1)【本實施例為一個】，為規格化商品，其具有導熱部(10)及電連結部(11)，交流電LED模組(1)之導熱部(10)與導熱件(4)結合，電連結部(11)則連結外部電源；導熱件(4)，可為導熱性良好之金屬構成【導熱良好之金屬如金、銀、銅、鐵、鋁、鈷、鎳、鋅、鈦、錳等】，或可為熱導率高之非金屬構成【熱導率高的非金屬諸如：氧化鋁Al₂ O₃ 、氧化鋯Zr₂ O、氮化鋁AlN、氮化矽SiN、氮化硼BN、碳化鎢WC、碳化矽SiC、石墨C、結晶碳化矽、再結晶碳化矽RSiC等，而以氮化鋁及碳化矽為佳】；散熱燈座(5)，為散熱性良好之具多孔隙結構(多孔隙結構即具有高比表面積結構)非金屬構成【散熱燈座(5)如由熱導率高的非金屬粉體製成(如射出成型等)，熱導率高的非金屬粉體諸如：氧化鋁Al₂ O₃ 、氧化鋯Zr₂ O、氮化鋁AlN、氮化矽SiN、氮化硼BN、碳化鎢WC、碳化矽SiC、石墨C、結晶碳化矽、再結晶碳化矽RSiC等，而以氮化鋁及碳化矽為佳】，並直接成型成燈座外形；當點亮LED燈時，其產生的熱可迅速的被導熱件(4)所傳導，並藉導熱件(4)與散熱燈座(5)間之熱傳導及熱對流作用，使導熱件(4)上之熱迅速的傳導至散熱燈座(5)而散熱者。

本發明前述導熱件(4)與交流電LED模組(1)之結合，可為交流電LED模組(1)構裝完成後再與導熱件(4)結合【請參閱第十三圖】，亦可於導熱件(4)上直接構裝交流電LED模組(1’)【請參閱第十四圖】。

本發明導熱件(4)可直接成形於散熱燈座(5)上【例如，請參閱第十六圖所示，以印刷或塗佈等方式直接於散熱燈座(5)結合部上形成金屬導熱層(40)】，以減少部件、降低成本。

請參閱第十七、十八圖所示，本發明前述散熱燈座(5)具有內承部(50)，導熱件(4)係容設於內承部(50)。

本發明散熱燈座(5)係直接形成一般燈座外形，並兼具散熱效能，可直接取代習用燈泡使用，除具有極佳的散熱、電絕緣效果外，更具有不須更換燈具可直接替換燈泡之功效【即本發明可直接於舊的燈具上使用】。請參閱相關圖面所示，該散熱燈座(5)外緣設有燈泡專用的金屬套(51)、絕緣套(52)及電源接觸片(53)【該燈泡專用的金屬套(51)、絕緣套(52)及電源接觸片(53)為國際通用規格，如E-27、E-14等】，該金屬套(51)及電源接觸片(53)並與交流電LED模組(1)之電連結部(11)電性連結。又，散熱燈座(5)上可設有燈罩(54)，而構成LED燈泡，如此即可以本發明直接螺合於習用燈泡之燈具上使用，而不必替換原有的舊燈具。

再請參閱第十九、二十、二十一圖所示，本發明交流電LED模組(1)之電連結部(11)連結有投射燈座專用之連結端子(55)【該投射燈座專用之連結端子(55)為國際通用規格，如MR16等】，該連結端子(55)並凸設出散熱燈座(5)底部外緣，散熱燈座(5)上設有固定板(58)，固定板(58)固定有反射罩(56)，而構成LED投射燈，如此即可以本發明直接插合於習用投射燈具上使用，而不必替換原有的舊投射燈具者。

本發明前述固定板(58)設有預定數量之穿孔(59)，以形成對流作用，提高散熱效能。散熱燈座(2)設有增加散熱表面積之紋路(57)者。

如此而達本發明設計目的，堪稱一實用之發明者。

綜上所述，本發明所揭露之一種「高效率LED燈」為昔所無，亦未曾見於國內外公開之刊物上，理已具新穎性之專利要件，又本發明確可摒除習用技術缺失，並達成本發明設計目的，亦已充分符合發明專利要件，並可供產業上利用，爰依法提出申請，謹請　貴審查委員惠予審查，並賜與本案專利，實感德便。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳可行實施例而已，並非用以拘限本發明之範圍，舉凡熟悉此項技藝人士，運用本發明說明書及申請專利範圍所作之等效結構變化，理應包括於本發明之專利範圍內。

(1)(1’)．．．交流電LED模組

(10)．．．導熱部

(11)．．．電連結部

(2)．．．散熱燈座

(20)．．．內凹部

(21)．．．金屬套

(22)．．．絕緣套

(23)．．．電源接觸片

(24)．．．燈罩

(25)．．．連結端子

(26)．．．反射罩

(27)．．．紋路

(28)．．．固定板

(29)．．．穿孔

(3)．．．導熱片

(30)．．．傳導板

(4)．．．導熱件

(40)．．．導熱層

(5)．．．散熱燈座

(50)．．．內承部

(51)．．．金屬套

(52)．．．絕緣套

(53)．．．電源接觸片

(54)．．．燈罩

(55)．．．連結端子

(56)．．．反射罩

(57)．．．紋路

(58)．．．固定板

(59)．．．穿孔

第一圖係本發明燈泡式實施例立體圖。

第二圖係本發明燈泡式第一實施例立體分解圖。

第三圖係本發明燈泡式第一實施例組立剖面圖。

第四圖係本發明燈泡式第二實施例立體分解圖。

第五圖係本發明燈泡式第二實施例組立剖面圖。

第六圖係本發明燈泡式第三實施例立體分解圖。

第七圖係本發明燈泡式第三實施例組立剖面圖。

第八圖係本發明投射燈式實施例立體圖。

第九圖係本發明投射燈式第一實施例立體分解圖。

第十圖係本發明投射燈式第一實施例組立剖面圖。

第十一圖係本發明投射燈式第二實施例立體分解圖。

第十二圖係本發明投射燈式第二實施例組立剖面圖。

第十三圖係本發明燈泡式第四實施例立體分解圖。

第十四圖係本發明燈泡式第五實施例立體分解圖。

第十五圖係本發明燈泡式第四實施例組立剖面圖。

第十六圖係本發明燈泡式第六實施例組立剖面圖。

第十七圖係本發明燈泡式第七實施例立體分解圖。

第十八圖係本發明燈泡式第七實施例組立剖面圖。

第十九圖係本發明投射燈式第三實施例立體圖。

第二十圖係本發明投射燈式第三實施例立體分解圖。

第二十一圖係本發明投射燈式第三實施例組立剖面圖。

(1)‧‧‧交流電LED模組

(10)‧‧‧導熱部

(11)‧‧‧電連結部

(2)‧‧‧散熱燈座

(20)‧‧‧內凹部

(21)‧‧‧金屬套

(22)‧‧‧絕緣套

(23)‧‧‧電源接觸片

(24)‧‧‧燈罩

(3)‧‧‧導熱片

Claims

一種高效率LED燈，主要包括有：一散熱燈座，該散熱燈座係形成一具有高散熱性質之非金屬多孔隙結構，其係被構造成具有一普通燈殼之外形，該散熱燈座具有一內凹部，該內凹部係可容置該交流電LED模組；一交流電LED模組，該交流電LED模組係裝設於該散熱燈座之中，包括有一導熱部以及兩電連接部，其導熱部係與該散熱燈座結合，之電連接部係與外部電源電氣連接；該高效率LED燈更進一步包括：一導熱片，該導熱片係裝設於該交流電LED模組的導熱部與該散熱燈座之間；一傳導板，該傳導板係裝設於該導熱片與該散熱燈座之間；該導熱片係由一具有高導熱率之金屬所製成；該交流電LED模組之導熱部係被該導熱片包覆；該導熱片將該交流電LED模組之導熱部與該散熱燈座隔開；該傳導板係由一具有高導熱率之金屬所製成；該傳導板具有一頂面與一底面，該頂面係抵靠該導熱片，該底面係抵靠該散熱燈座。
如申請專利範圍第1項所述之高效率LED燈，其中：該交流電LED模組之導熱部係部分容置於該散熱燈座的內凹部之中，並且部分突出於該散熱燈座的內凹部之外；該交流電LED模組之電連接部係完全容置於並且隱藏於該散熱燈座的內凹部之中；該導熱片係部分容置於該散熱燈座的內凹部之中，並且部分突出於該散熱燈座的內凹部之外；該傳導板係完全突出於該散熱燈座的內凹部之外；該散熱燈座之外緣係設置一螺柱，該螺柱係用以安裝一金屬套，一絕緣套以及一電源接觸片；該金屬套以及該電源接觸片係與該交流電LED模組之電連接部電氣連接。
如申請專利範圍第1項所述之高效率LED燈，其中該高效率LED燈更進一步包括：一燈罩，該燈罩係裝設於該散熱燈座上，以包覆該交流電LED模組。
如申請專利範圍第1項所述之高效率LED燈，其中該高效率LED燈更進一步包括：兩連結端子，該兩連結端子係與該交流電LED模組之電連接部電氣連接，其中，該兩連結端子係部分容置於該散熱燈座的內凹部之中，並且部分突出於該散熱燈座的內凹部之外。
如申請專利範圍第4項所述之高效率LED燈，其中該高效率LED燈更進一步包括：一反射燈罩，該反射燈罩係裝設於該散熱燈座上，以包覆該交流電LED模組。
如申請專利範圍第1項所述之高效率LED燈，其中該散熱燈座之一表面係設置多個散熱紋路，以增加該散熱燈座之散熱表面積。