TWI461634B - 發光裝置 - Google Patents

Description

發光裝置

本發明係關於一種發光裝置，詳言之，係關於一種可降低光源之工作溫度之發光裝置。

隨著環保與節能之議題日漸受到重視，具有發光二極體(LED)之發光裝置逐漸取代傳統之燈泡。然而，發光二極體通常以複數顆排列在一起，因此如何有效地散熱則是一大課題。

參考圖1，顯示習知發光裝置之剖視示意圖。該發光裝置1包括一發光二極體(LED)元件10、一基板12、一容器16及一冷卻水14。該基板12係為一封裝基板，且具有一第一表面121、一第二表面122。該發光二極體元件10係位於該基板12之第一表面121。該基板12之第二表面122係位於該容器16上。該冷卻水14係在該容器16內流動，以帶走該發光二極體元件10發光所產生之熱。

該習知發光裝置1之缺點如下。該發光二極體元件10之熱係先通過該基板12及該容器16之側壁之後才會進入該冷卻水14，而被該冷卻水14帶走。由於該基板12及該容器16通常不是熱的良導體，因此，該發光二極體元件10之熱並無法快速地傳導到該冷卻水14，導致該習知發光裝置1之散熱效率並不高。換言之，習知技術的熱阻過大。

本發明提供一種發光裝置，其包括至少一光源、至少一 基板、至少一底座、至少一熱管及一冷卻液。該基板具有至少一孔洞。該光源係位於該基板上，該孔洞係開口於該至基板之一表面，且相對於該光源。該底座具有一貫穿孔，該貫穿孔係貫穿該底座，該基板係鄰接於該底座，且該孔洞係連通該貫穿孔。該熱管係鄰接於該底座，且具有一熱管開口，該熱管開口係連通該貫穿孔。該冷卻液係位於該孔洞內，俾吸收該光源發光所產生之熱以形成一蒸發氣體而在該熱管內流動。

藉此，可有效地降低該光源之工作溫度。

請參考圖2，顯示本發明發光裝置之一實施例之立體示意圖。請參考圖3，顯示圖2之局部剖視示意圖。該發光裝置2包括至少一光源20、至少一基板22、至少一底座24、至少一熱管26、一冷卻液28、一接合元件30及至少一固定座32。

在本實施例中，該光源20係為發光二極體(LED)元件，其包括複數個晶粒201及一封膠材料202，且位於該基板22上。

在本實施例中，該基板22係為金屬基印刷電路板(Metal Core PCB,MCPCB)，其具有一第一表面221、一第二表面222及至少一孔洞223。該光源20係位於該基板22之該第一表面221，亦即該等晶粒201係附著至該第一表面221，且利用複數條導線203電性連接至該第一表面221，且該封膠材料202係包覆該等晶粒201及該等導線203。

該孔洞223之位置係相對於該光源20。在本實施例中，該孔洞223係開口於該基板22之該第二表面222及該第一表面221，亦即該孔洞223係貫穿該基板22，使得該冷卻液28而進入該孔洞223後，可以接觸該光源20之該等晶粒201，以直接帶走該光源20之該等晶粒201發光所產生之熱。然而，在其他實施例中，該孔洞223係僅開口於該基板22之該第二表面222，亦即該孔洞223係為盲孔。較佳地，該孔洞223之上端具有一上開槽224，其開口於該基板22之該第二表面222，且其係為錐狀外型。在本實施例中，該基板22具有9個孔洞223，其排列成3^＊ 3之矩陣；然而，在其他實施例中，該基板22也可以僅具有一個孔洞223。更詳盡地說，每一個該等晶粒201係配合著每一個該等孔洞223，有多少個該等晶粒201就會有多少個該等孔洞223。

該底座24具有一第一端241、一第二端242及一貫穿孔243。該貫穿孔243係貫穿該底座24，而分別開口於該第一端241及該第二端242。在本實施例中，該貫穿孔243於該第一端241及該第二端242分別具有一第一開口2431及一第二開口2432，且該第一開口2431之截面積係小於該第二開口2432之截面積，使得該貫穿孔243形成錐狀。

該基板22係鄰接於該底座24之第一端241，且該第一開口2431之截面積係涵蓋該等孔洞223，使得該等孔洞223連通該貫穿孔243。在本實施例中，該接合元件30係位於該基板22及該底座24之間，用以接合該基板22及該底座24，且該接合元件30係為填細孔之冷焊劑、陶瓷冷焊劑或摻螢 光粉的封裝膠。該接合元件30除了接合之功能外，其兼具密封之功能，以防止該冷卻液28滲出。

該熱管26係鄰接於該底座24之第二端242，且具有一熱管開口261，該熱管開口261係連通該貫穿孔243。在本實施例中，該熱管26係利用氬焊方式固設於該底座24之第二端242。該冷卻液28位於該孔洞223內，俾吸收該光源20發光所產生之熱以形成一蒸發氣體而在該熱管26內流動。在本實施例中，該冷卻液28係為水、甲醇、乙醇、氨、丙酮或其任意組合。該熱管26包括一外殼體262及一毛細結構263。該毛細結構263係位於該外殼體262之內側壁以定義出一中空容置空間264。較佳地，該外殼體262之材質係為金屬(例如：黃銅、鎳、不銹鋼、鎢或其他合金)，且該毛細結構263係為銅網、銅粉燒解或溝槽。

該熱管開口261係連通至該中空容置空間264，使得該冷卻液28所形成之蒸發氣體可以經過該熱管開口261而在該中空容置空間264內流動，進而隔著該外殼體262與外界環境形成熱交換，最終冷凝成液態冷卻液28。該冷凝而成之液態冷卻液28經由該毛細結構263回流經該底座24之貫穿孔243而回到該等孔洞223內，進而可連續性的帶走該光源20發光所產生之熱，俾形成一散熱循環。

該固定座32具有一中心透孔321，用以容置該底座24。在本實施例中，該固定座32及該底座24之材質係為金屬(例如：黃銅、鎳、不銹鋼、鎢或其他合金)，且該固定座32係固接於該底座24。然而，在其他實施例中，該固定座 32及該底座24係為一體成型。

該發光裝置2之作動方式如下。當該光源20發光產生熱時，位於該孔洞223內之冷卻液28吸收該光源20之熱而形成一蒸發氣體。該蒸發氣體會經過該底座24之貫穿孔243而在該中空容置空間264內流動至該熱管26之上方。由於該熱管26之上方是接觸到較低溫處，所以當該蒸發氣體到此端時，便開始產生冷凝作用，此時熱量就是由該蒸發氣體透過該外殼體262而傳到較低溫的熱管26外部。同時，該蒸發氣體會凝結成液體，而這些因冷凝後所產生的液冷卻液28經由該毛細結構263之毛細現象(Capillary Pumping)的作用而流回該底座24之貫穿孔243，之後再進入該等孔洞223內。如此循環會持續進行俾提升散熱效果。因此，本發明可去除該熱管26中該冷卻液28與該光源20之間的熱阻，使得該熱管26中該冷卻液28之散熱效果可以最大化，而可有效地降低該光源20之工作溫度，進而延長該光源20的使用壽命。

請參考圖4，顯示本發明發光裝置之另一實施例之立體示意圖。本實施例之發光裝置3與圖1及2之發光裝置2大致相同，其中相同之元件賦予相同之編號。本實施例之發光裝置3與圖1及2之發光裝置2之不同處在於，在本實施例中，該發光裝置3更包括至少一散熱元件33，其具有一中心管34及複數個散熱鰭片36。該中心管34係套設於該熱管26，較佳地，該中心管34係接觸該熱管26。該等散熱鰭片36係由該中心管34以放射狀方式向外延伸，且該中心管34 及該等散熱鰭片36係為一體成型。

請參考圖5，顯示在不同接面溫度情況下，發光二極體(LED)元件之相對光輸出(Relative Light Output)及使用壽命間之關係圖。該接面溫度係指該等晶粒201與該基板22接觸面(即該第一表面221)之溫度。發光二極體(LED)元件光輸出會隨著時間而衰減，相對光輸出為光輸出與初始光輸出的比值。在圖中，曲線51代表接面溫度69℃，曲線52代表接面溫度79℃，曲線53代表接面溫度85℃，曲線54代表接面溫度96℃，曲線55代表接面溫度107℃，曲線56代表接面溫度115℃。如圖所示，在同樣的相對光輸出情況下，接面溫度越低之發光二極體元件具有越長之使用壽命。

經實驗可測得圖4之發光裝置3之接面溫度為51.1℃(實驗條件如下：該冷卻液28為水；該等晶粒201之功率為10W；該中空容置空間264內之工作壓力為64托(Torr)；室溫為21.6℃)。此外，如果再加裝風扇橫向吹拂該等散熱鰭片36，可測得該發光裝置3之接面溫度為32.8℃(實驗條件如下：該冷卻液28為水；該等晶粒201之功率為9.6W；該中空容置空間264內之工作壓力為25托(Torr)；室溫為22℃)。相較之下，圖1之發光裝置1之發光二極體(LED)元件10排成3^＊ 3矩陣之情況下所測得之接面溫度約為70℃。因此，可知該發光裝置3之接面溫度比習知技術低，而可合理推算其使用壽命也會較長。

請參考圖6，顯示本發明發光裝置之另一實施例之立體 示意圖。本實施例之發光裝置3a與圖4之發光裝置3大致相同，其中相同之元件賦予相同之編號。本實施例之發光裝置3a與圖4之發光裝置3之不同處在於，圖4之發光裝置3之散熱元件33之散熱鰭片36向外延伸之寬度皆相等，而在外圍形成圓形外觀；反之，在本實施例中，該發光裝置3a之散熱元件33a之散熱鰭片36a向外延伸之寬度不完全相等，而在外圍形成矩形外觀。

請參考圖7，顯示圖2之發光裝置裝配於一承載板之示意圖。該承載板38具有一第一表面381、一第二表面382及複數個開口(圖中未示)，該等開口係貫穿該承載板38。複數個發光裝置2(圖2)係利用其固定座32而固設(例如利用螺絲鎖合)於該承載板38之第二表面382上，該等開口係對應該等發光裝置2之光源20，以顯露該等光源20。如此，可增加所發出之亮度，而可做為例如路燈使用。在本實施例中，該等發光裝置2係排成3^＊ 3矩陣，然而，在其他實施例中，該等發光裝置2也可以視實際需要而排成其他型式。

請參考圖8，顯示圖4之發光裝置裝配於一承載板之示意圖。在本實施例中，複數個發光裝置3(圖4)係利用其固定座32而固設(例如利用螺絲鎖合)於該承載板38之第二表面382上，且該承載板38之等開口係對應該等發光裝置3之光源20，以顯露該等光源20。在本實施例中，該等發光裝置3係排成3^＊ 3矩陣，然而，在其他實施例中，該等發光裝置3也可以視實際需要而排成其他型式。

請參考圖9，顯示圖6之發光裝置裝配於一承載板之示意 圖。在本實施例中，複數個發光裝置3a(圖6)係利用其固定座32而固設(例如利用螺絲鎖合)於該承載板38之第二表面382上，且該承載板38之該等開口係對應該等發光裝置3a之光源20，以顯露該等光源20。在本實施例中，該等發光裝置3a係排成3^＊ 3矩陣，然而，在其他實施例中，該等發光裝置3a也可以視實際需要而排成其他型式。

惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1‧‧‧習知發光裝置

2‧‧‧本發明發光裝置之一實施例

3‧‧‧本發明發光裝置之另一實施例

3a‧‧‧本發明發光裝置之另一實施例

10‧‧‧發光二極體(LED)元件

12‧‧‧基板

14‧‧‧冷卻水

16‧‧‧容器

20‧‧‧光源

22‧‧‧基板

24‧‧‧底座

26‧‧‧熱管

28‧‧‧冷卻液

30‧‧‧接合元件

32‧‧‧固定座

33‧‧‧散熱元件

33a‧‧‧散熱元件

34‧‧‧中心管

36‧‧‧散熱鰭片

36a‧‧‧散熱鰭片

38‧‧‧承載板

121‧‧‧基板之第一表面

122‧‧‧基板之第二表面

201‧‧‧晶粒

202‧‧‧封膠材料

203‧‧‧導線

221‧‧‧基板之第一表面

222‧‧‧基板之第二表面

223‧‧‧孔洞

224‧‧‧上開槽

241‧‧‧底座之第一端

242‧‧‧底座之第二端

243‧‧‧貫穿孔

261‧‧‧熱管開口

262‧‧‧外殼體

263‧‧‧毛細結構

264‧‧‧中空容置空間

321‧‧‧中心透孔

381‧‧‧承載板之第一表面

382‧‧‧承載板之第二表面

2431‧‧‧第一開口

2432‧‧‧第二開口

圖1顯示習知發光裝置之剖視示意圖；圖2顯示本發明發光裝置之一實施例之立體示意圖；圖3顯示圖2之局部剖視示意圖；圖4顯示本發明發光裝置之另一實施例之立體示意圖；圖5顯示在不同接面溫度情況下，發光二極體(LED)元件之相對光輸出及使用壽命間之關係圖；圖6顯示本發明發光裝置之另一實施例之立體示意圖；圖7顯示圖2之發光裝置裝配於一承載板之示意圖；圖8顯示圖4之發光裝置裝配於一承載板之示意圖；及圖9顯示圖6之發光裝置裝配於一承載板之示意圖。

2‧‧‧本發明發光裝置之一實施例

20‧‧‧光源

22‧‧‧基板

24‧‧‧底座

26‧‧‧熱管

28‧‧‧冷卻液

30‧‧‧接合元件

32‧‧‧固定座

201‧‧‧晶粒

202‧‧‧封膠材料

203‧‧‧導線

221‧‧‧基板之第一表面

222‧‧‧基板之第二表面

223‧‧‧孔洞

224‧‧‧上開槽

241‧‧‧底座之第一端

242‧‧‧底座之第二端

243‧‧‧貫穿孔

261‧‧‧熱管開口

262‧‧‧外殼體

263‧‧‧毛細結構

264‧‧‧中空容置空間

321‧‧‧中心透孔

2431‧‧‧第一開口

2432‧‧‧第二開口

Claims (12)

1. 一種發光裝置，包括：至少一光源；至少一基板，具有至少一孔洞，該至少一光源係位於該至少一基板上，該至少一孔洞係開口於該至少一基板之一表面，且相對於該至少一光源；至少一底座，具有一貫穿孔，該貫穿孔係貫穿該至少一底座，該至少一基板係鄰接於該至少一底座，且該至少一孔洞係連通該貫穿孔；至少一熱管，鄰接於該至少一底座，且具有一熱管開口，該熱管開口係連通該貫穿孔；及一冷卻液，位於該至少一孔洞內，俾吸收該至少一光源之熱以形成一蒸發氣體而在該至少一熱管內流動。
2. 如請求項1之發光裝置，其中該至少一基板更具有一第一表面及一第二表面，該至少一光源係位於該至少一基板之該第一表面，該至少一孔洞係開口於該至少一基板之該第二表面；該至少一底座更具有一第一端及一第二端，該貫穿孔係分別開口於該第一端及該第二端，該至少一基板係鄰接於該至少一底座之該第一端；該至少一熱管係鄰接於該至少一底座之該第二端。
3. 如請求項1之發光裝置，其中該至少一光源係為發光二極體(LED)。
4. 如請求項1之發光裝置，其中該至少一孔洞係為盲孔。
5. 如請求項2之發光裝置，其中該至少一孔洞更開口於該 至少一基板之該第一表面，使得該冷卻液接觸該至少一光源。
6. 如請求項1之發光裝置，其中該冷卻液係為水、甲醇、乙醇、氨或丙酮。
7. 如請求項2之發光裝置，其中該貫穿孔於該至少一底座之第一端及第二端分別具有一第一開口及一第二開口，且該第一開口係小於該第二開口。
8. 如請求項1之發光裝置，更具有一接合元件，位於該至少一基板及該至少一底座之間，用以接合該至少一基板及該至少一底座，且該接合元件係為填細孔之冷焊劑、陶瓷冷焊劑或摻螢光粉的封裝膠。
9. 如請求項1之發光裝置，其中該至少一熱管包括一外殼體及一毛細結構，該毛細結構係位於該外殼體之內側壁以定義出一中空容置空間及該熱管開口，使得該蒸發氣體經過該熱管開口而在該中空容置空間內流動，進而隔著該外殼體與外界環境形成熱交換，最終冷凝成液態冷卻液。
10. 如請求項9之發光裝置，其中該外殼體之材質係為金屬，且該毛細結構係為銅網、銅粉燒解或溝槽。
11. 如請求項1之發光裝置，更包括至少一散熱元件，其具有一中心管及複數個散熱鰭片，該中心管係套設於該至少一熱管，該等散熱鰭片係由該中心管向外延伸，且該中心管及該等散熱鰭片係為一體成型。
12. 如請求項1之發光裝置，更包括至少一固定座及一承載 板，該至少一固定座具有一中心透孔，用以容置該底座，且該至少一固定座係固設於該承載板上，該承載板具有至少一至少一開口，用以顯露該至少一光源。