TWI603033B - 包含熱導體之發光模組、燈及燈具 - Google Patents

包含熱導體之發光模組、燈及燈具 Download PDF

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Description

包含熱導體之發光模組、燈及燈具
本發明係關於包含一發光元件之發光模組。
公開之專利申請案US 2009/0322208A1揭示一種發光器件。一發光二極體(LED)係提供於由一凹進之外殼形成之一錐形腔內。在該凹進之外殼之前側處，該錐形腔覆蓋有一透明熱導體層，在該透明熱導體層上提供有一耐熔磷光體層。在該凹進之外殼之底板處提供有一散熱片，且該凹進之外殼之側壁覆蓋有一金屬框架。該錐形腔可填充有一材料，例如聚矽氧。
該LED朝向磷光體層發射光。LED之光之一部分由該磷光體層轉換成另一色彩之光。儘管光色彩之轉換係相對高效的，但仍有某些能量被該磷光體層耗散。通常，經轉換光之能量之20%至30%由於磷光體層所誘發之斯托克斯(Stokes)移位而損耗且約2%至20%由於有限量子效率而損耗。尤其當使用高功率LED時，磷光體層可變得相對熱，此導致磷光體層之效率之降級。在發光器件之磷光體中產生之熱由透明熱導體層朝向金屬框架傳導，該金屬框架隨後將熱朝向散熱片排出。
儘管該發光器件提供金屬框架來遠離磷光體層傳導熱，但該磷光體層之中心區域(其係位於距金屬框架最遠的磷光體層之一區域)仍變得相對熱。
本發明之一目標係提供具有一發光元件之一發光模組，該發光元件之溫度在該發光模式處於操作中時保持相對低。
本發明之一第一態樣提供如技術方案1中所主張之一發光模組。本發明之一第二態樣提供如技術方案13中所主張之一燈。本發明之一第三態樣提供如技術方案14中所主張之一燈具。在附屬技術方案中定義了有利實施例。
根據本發明之第一態樣之一發光模組包含一外殼、一固態光發射體、一發光元件及一熱導體。該外殼包含在該外殼之一第一側處之一光出射窗，且該外殼包含在不同於該第一側的該外殼之一第二側處之一基座，該外殼包封包含係透光之腔材料之一腔。該固態光發射體係提供於該腔內且耦合至該基座。該固態光發射體經組態以將第一色彩範圍之光發射至該腔內。該發光元件係光學地配置在該固態光發射體與該光出射窗之間。該發光元件包含用於將該第一色彩範圍之光之至少一部分轉換成不同於該第一色彩範圍之一第二色彩範圍之光之發光材料。該熱導體配置在該腔內且具有高於該腔材料之一導熱率之一導熱率。該熱導體熱耦合至該發光元件且熱耦合至該基座。
該熱導體熱耦合至該發光元件及該基座，且因此，該熱導體在該發光元件與可耦合至一散熱片之基座之間提供具有一低熱阻之一導熱路徑。熱耦合意指經熱耦合之特徵具有一直接接觸或經由良好傳導熱之一耦合結構或材料之一接觸，換言之，在經熱耦合之特徵之間不存在熱絕緣。耦 合結構或材料亦應具有與腔材料之導熱率相比一相對良好之導熱率，或此一耦合結構或材料係相對薄，以使得其熱阻係相對低，此乃因穿過此一耦合結構或材料之熱路徑係相對短。因此，透過穿過熱導體之導熱路徑比穿過腔材料之導熱路徑更佳地將熱自發光元件朝向基座傳導。因此，若固態光發射體處於操作中且發光元件之溫度增加至熱耦合界面之溫度以上，則穿過熱導體將熱傳導至基座，以使得舉例而言可將熱提供至散熱片。因此，若固態光發射體處於操作中，則發光元件之溫度保持在可接受邊界內。此防止磷光體層之降級或磷光體層之效率之一降低。熱梯度之減小亦將導致該器件中之一減小之熱應力，此係有益的，此乃因熱機械應力可產生可靠性問題，例如由於層之分層或形成裂縫所致之器件故障。
應注意，該基座可具有一相對大的熱容量，且因此，該基座可充當一散熱片。此外，在其他實施例中，該基座可具有用於將所接收熱提供至發光模組之環境之鰭片。該基座本身係至少部分導熱的，且經組態以自熱導體接收熱。藉由經由熱導體之熱傳導所獲得之最小效應係發光元件與基座之間的溫度差減小，且若基座經組態以充當一散熱片或經組態以使熱離開而傳導至另一散熱片，則獲得對發光模組之元件之溫度之又一限制。在兩種情況下，發光元件之溫度皆保持在可接受邊界內。
該熱導體係提供於該腔內，此意指熱導體可係提供於該腔內之幾乎所有位置處，且因此，其可熱耦合至發光元件 之任何位置及基座之任何位置以獲得關於遠離該發光元件朝向熱耦合界面之熱傳導之一最佳效應。此係有利的，此乃因其允許使用最小(導熱)元件量之一發光模組之一設計獲得遠離發光元件之最佳熱傳導。
應注意，熟習此項技術者將不考量在腔內使用一熱導體，此乃因腔具有將光自光源朝向發光元件及/或至光出射窗透射之功能且腔具有混合不同色彩之光之功能。熟習此項技術者預期熱導體將干擾此等功能且因此熟習此項技術者將選擇均勻地填充有一種腔材料之一腔，該腔材料主要有益於光透射及光混合之功能。
視情況，基座包含用於將發光模組熱耦合至一散熱片之一熱耦合界面。因此，熱耦合界面熱耦合至熱導體且可朝向散熱片傳導發光元件之熱。
視情況，該熱導體係為一透光材料且光學耦合至腔材料。熱導體可干擾由光源及/或由發光元件朝向光出射窗發射之光之光學路徑。此外，該熱導體可吸收光。若熱導體係為一透光材料且光學耦合至腔材料，則所發射光之路徑之變形減小且防止光損耗。此外，若熱導體亦光學耦合至發光材料，則經透射穿過熱導體之光可直接發射至發光元件中且因此防止朝向發光模組看去之一觀看者可在發光元件中看見暗點。
視情況，熱導體係由以下材料中之至少一者製成：銅、鋁、礬土陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化鋁陶瓷、氧化鈹陶瓷、氧化鋅陶瓷、鋅及銀。該等材料具有一高導熱率且因此， 可遠離發光材料傳導發光元件中產生之一相對大量熱，以使得將發光元件之溫度保持在可接受邊界內。此外，某些材料係反光的(舉例而言，某些金屬或具有一立方晶體結構之一緻密氮化硼陶瓷)且不吸收照射在熱導體上之太多光且因此，發光模組之效率未因熱導體而減小太多。
可用於熱導體之其他金屬實例係：鉬、鉻、鎢或合金，例如黃銅、青銅、鋼。可用於熱導體之其他陶瓷實例係藍寶石、氧化鉿、氧化釔、氧化鋯、釔鋁石榴石(YAG)。熱導體亦可由玻璃材料製造，例如，硼矽酸酯玻璃、鈉鈣玻璃、熔矽石、石英玻璃。熱導體亦可由聚合物製成，例如聚矽氧樹脂、熱黏合劑、填充有導熱顆粒之導熱聚合物。其他有利材料係碳、石墨或石墨烯。以上所給出之實例亦可以彼此組合之方式使用。熱導體之材料之最相關特性係熱導體之材料之導熱率比腔材料之導熱率佳。
視情況，面向腔的熱導體之一第一表面係反光的，或在該第一表面上提供一反光層。因此，熱導體與腔之間的界面係反光的。此防止自腔照射在熱導體上之彼光被吸收且藉此減小發光模組之效率。此在熱導體不透光時係尤其有利的。反光層可係圍繞較不反射光之一導熱材料之一塗層或一模製層或一反射殼***物。>可用在反光層中之材料係(舉例而言)一陶瓷殼，例如一反射Al2O3或氧化鋯；一金屬表面層，例如一薄膜銀或鋁層；或孔隙或顏料之一反射塗層，例如TiO2、Al2O3或BN；或嵌入在一黏結劑中之氧化鋯或氧化鉿或氧化釔，例如，黏結劑係聚合物(例如聚 醯胺，環氧樹脂、聚酯、聚矽氧樹脂)或矽酸酯或矽酸烷基酯或氟聚合物(例如鐵氟龍材料)。該反射層亦可係一多層反射體，例如一個二向色濾光器。反光層可係提供於該第一表面上之一塗層。
視情況，面向發光元件的熱導體之一第二表面係反光射或在該第二表面上提供一反光層。因此，發光元件與熱導體之間的界面係反光的。若熱導體不係透光的，則沒有光能夠在該熱導體接觸該發光元件之位置處進入發光材料，且因此，朝向發光模組看去之一觀看者可看到暗點。可在發光元件內對光進行光導引且發光元件之發光材料發射第二色彩範圍中之一色彩之光。經光導引之光及第二色彩範圍中之該色彩之光可照射在第二表面上且由於此光被反光第二表面反射，因此暗點減小，且可沿光出射窗獲得一更均勻之光輸出分佈。可用在反光層中之材料係顏料，例如(舉例而言)TiO2、Al2O3、BN及ZnO。該反光層可係基於一聚合黏結劑，例如聚矽氧、矽酸酯或矽酸烷基酯。該反光層可係提供於第二表面上之一塗層。此等塗層之實例係一鋁、銀層。此外，反光層可係一反射體，例如(舉例而言)一多層反射體或一二向色反射體。此外，反光層可係施加在熱導體與發光元件之間的反光之一黏合劑。上文論述了其他有利材料實例，其中論述欲用在熱導體之第一表面上之有利反光材料。
視情況，熱導體沿平行於基座之一假想平面之一剖面之一形狀係一圓形、一橢圓形或一六邊形。一圓形或橢圓形 剖面係有利的，此乃因其提供不具有反射表面之間的離散轉變之一有利光反射。該圓形剖面關於腔內空間之使用係相對有效。與圓形剖面形狀之熱導體相比，具有六邊形剖面之熱導體提供額外導熱材料來傳導更多熱，而同時腔內空間之使用係相對低。應注意，本發明並不限於上文所提及之熱導體之剖面之形狀。任何形狀可係可能的。熱導體之剖面之形狀之其他實例係：一方形、一矩形、一三角形、一星形等。應進一步注意熱導體之剖面可依據朝向發光元件之一距離而改變。舉例而言，熱導體可係錐形的且因此熱導體之剖面之圓形之直徑朝向發光元件減小。此外，基座附近之熱導體之剖面之形狀可係方形，而發光元件附近之熱導體之剖面係圓形。此外，熱導體可具有孔以允許穿過該等孔之光透射。
視情況，基座係一導熱印刷電路板。
一導熱基座或係一導熱印刷電路板之一基座在熱導體與熱耦合界面之間提供一有利熱耦合以使得朝向經耦合之一散熱片良好地傳導發光元件中所產生之熱。藉由使用基座自腔內側之熱導體朝向腔外側之該基座之一側傳導熱，可將熱耦合界面配置在發光模組之背側處。背側通常係散熱片之一有利位置，此乃因其距離光出射窗相對遠且因此相對容易覆蓋散熱片以使得觀看者不可看見散熱片。在另一實施例中，熱耦合界面係提供於另一位置處，例如(舉例而言)在插置於發光元件與基座之間的一壁之一外側表面處。
視情況，熱導體藉助一導熱黏合劑耦合至基座及/或發光元件以用於在熱導體與基座之間及/或在熱導體與發光元件之間提供一熱耦合。
視情況，熱導體在腔內之一位置係按照以下準則中之至少一者來界定：i)熱導體在一特定點處接觸發光元件，在該特定點處，若固態光發射體處於操作中且若熱導體將不可用，則發光元件將具有最高溫度，ii)熱導體之長度在該位置處係最小，iii)與熱導體在腔內之另一位置相比，光輸出係最大，iv)與熱導體在腔內之另一位置相比，沿光出射窗之光輸出係最大程度均勻的。第一準則意指熱導體在一位置處熱耦合至發光元件，在該位置處，若熱導體不存在，則發光元件在該位置處之溫度將高於其中熱導體可耦合至發光元件之發光元件之其他位置。若熱導體耦合至此一位置，則與在熱導體在另一位置處耦合至發光元件時之熱流動相比，穿過熱導體朝向熱耦合間隔之熱流動將係相對大的。第二準則意指熱導體之位置經挑選以使得熱導體之長度係相對短且因此係一良好熱導體。第三及第四準則暗指該位置經最佳化以防止來自固態光發射體朝向發光元件之光束之變形。此意指，若將挑選另一位置，則變形將係較大，此意指(舉例而言)發光模組之效率減小或獲得一較不均勻光輸出。應注意，取決於發光模組之特定要求，可使用不同準則在不同參數之間找到一最佳參數。
視情況，發光模組包含複數個熱導體。每一熱導體皆配置在該腔內，且具有高於腔材料之一導熱率之一導熱率。每一熱導體熱耦合至發光元件且熱耦合至基座。使用複數個熱導體允許朝向基座傳導更多熱且因此，將發光元件內之溫度保持在可接受邊界內。此外，藉由使用較多熱導體，較多最佳化參數變得可用，該等最佳化參數可用於在發光元件內之溫度梯度在操作中係相對平緩(此意指發光元件內之溫度差係小的)之同時仍獲得來自發光模組之一相對高光輸出。
視情況，外殼包含具有高於腔材料之導熱率之一導熱率之一材料之一壁。該壁係插置於光出射窗與基座之間，且該壁熱耦合至發光元件及基座。導熱壁係用以遠離發光材料朝向熱耦合界面傳導熱之一額外措施。亦使用壁用於此目的在發光元件係覆蓋整個光出射窗之一層時且在光出射窗完全沿該壁延伸時係尤其有利的。應注意，在一實施例中，該壁之外側表面可係一熱耦合界面或可充當又一散熱片。
根據本發明之一第二態樣，提供包含根據本發明之第一態樣之一發光模組之一燈。
根據本發明之一第三態樣，提供一燈具，其包含根據本發明之第二態樣之一燈或包含根據本發明之第一態樣之一發光模組。
根據本發明之第二態樣之燈及根據本發明之第三態樣之燈具提供與根據本發明之第一態樣之發光模組相同之益 處，且具有與系統之對應實施例類似之具有類似效應之實施例。
本發明之此等及其他態樣根據後文中所述之實施例係顯而易見的並將參考該等實施例對其進行闡述。
熟習此項技術者將瞭解，可以認為有用之任何方式組合本發明之上文所提及之實施例、實施方案及/或態樣中之兩者或兩者以上。
對應於發光模組之所述修改形式及變化形式的發光模組、燈及/或燈具之修改形式及變化形式可由熟習此項技術者基於本發明說明來實行。
應注意，不同圖中由相同元件符號指示之物項具有相同結構特徵及相同功能，或係相同信號。在已解釋此一物項之功能及/或結構之情形下，沒有必要在實施方式中對其進行重複解釋。
該等圖純粹係圖解性的且未按比例繪製。尤其為清晰起見，極力誇張某些尺寸。
在圖1中展示一第一實施例。示意性地呈現一發光模組100。發光模組100具有包含壁107及一基座108之一外殼106。該外殼具有由一發光元件102形成之一光出射窗。在圖1之特定實施例中，將發光元件102繪製為一層。發光元件102包含(舉例而言)分散在或以分子形式溶解在一透明基質聚合物中之發光材料。在其他實施例中，發光元件102可具有不同形狀或可由其上提供有發光材料之一透明基板 形成。發光材料可係能夠將一第一色彩之光轉換成一第二色彩之光之任何材料，例如一有機發光材料、一無機磷光體、一量子點材料或其組合。發光元件102可由一單一層或多個層組成。每一層可含有一單一發光材料或不同發光材料之一組合。此外，該發光元件可係一陶瓷磷光體。外殼106包封一腔114。在基座108之一側(其係基座108之面向腔114之側)處提供有一固態光發射體112，固態光發射體112在操作中朝向發光元件102發射光。固態光發射體112發射在一第一色彩範圍中之光，且發光元件102中之發光材料吸收該第一色彩範圍中之光之一部分，且發射經吸收光之一部分作為一第二色彩範圍中之光。發光模組100之總光發射係由光發射體112發射之光之一部分(其係將未被發光元件102吸收之光)與由發光元件102之發光材料發射之光之一組合。外殼106具有在一側(其在圖1中繪製為發光模組100之背側)處之一熱耦合界面110。一散熱片可耦合至熱耦合界面110。舉例而言，熱耦合界面110係相對良好導熱的且熱耦合至固態光發射體112以接收由固態光發射體112產生之熱的一表面。腔114填充有一透光材料。該透光材料可係一氣體，例如空氣；一液體，例如聚矽氧油或一礦物油；或可係另一材料，例如聚矽氧、矽酸酯、矽酸烷基酯、玻璃或陶瓷。發光模組100進一步包含一圓柱形熱導體104。熱導體104定位在腔114中以使得其與發光元件102及基座108接觸。發光元件102與熱導體104之間的直接接觸產生發光元件102與熱導體104之間的一相對良 好熱耦合。基座108在熱導體104與熱耦合界面110之間提供熱耦合。在另一實施例(未展示)中，熱導體可朝向熱耦合界面延伸穿過基座108。該熱導體係為具有至少高於腔114中之材料之導熱率之一導熱率之一材料。
若固體光發射體112係處於操作中(此意指固態光發射體112發射在一第一色彩範圍中之光)，則發光元件102吸收該第一色彩範圍中之光中之某些光，且將經吸收光朝向一第二色彩範圍中之光轉換。如前文所述，該轉換不係100%高效的，且在發光元件102內產生某些熱。發光材料可具有(舉例而言)80%至90%之一有限量子效率，從而導致固態光發射體112之光之20%至10%係朝向熱轉換。此外，可約為20%至30%之一斯托克斯移位損耗導致自光朝向熱之轉換。當發光模組100之其他部分由於耦合至熱耦合界面110之一散熱片之冷卻而保持相對涼時，發光元件102可變得相對熱。由於沿熱導體之溫度梯度，因此將熱自發光元件102朝向熱耦合界面110傳送且因此傳送至散熱片。因此，發光元件102之溫度不會變得太高，此乃因若發光元件102之溫度增加，則遠離發光元件102朝向散熱片傳送更多熱。
可用在發光模組100中之固態光發射體之實例係一發光二極體、一雷射二極體或一有機發光二極體。
空氣具有0.027W/mK之一導熱係數，且若腔114填充有空氣，則熱導體104可係由(舉例而言)聚矽氧製成，聚矽氧具有0.1W/mK至0.3W/mK之一導熱係數。在此一情況 下，熱導體104之更多適合材料係：玻璃，其具有1W/mK之一導熱率；具有約30W/mK之一導熱係數之陶瓷礬土或藍寶石；具有160W/mK至270W/mK之一導熱係數之鋁或具有380W/mK之一導熱率之銅。聚矽氧或玻璃係透光的，且因此，其可用於形成透光熱導體104。應注意，熱導體104之適合材料並不限於所論述之材料。具有高於腔材料之導熱係數之一導熱係數之任何材料皆係一有利材料。此外，由於聚矽氧及玻璃係透光的，因此在一特定實施例中，其亦可用作腔材料。因此，在此特定實施例中，熱導體之材料之導熱係數必須高於聚矽氧或玻璃之導熱係數。
熱導體104亦可包含一散熱柵格(例如，一金屬柵格)及某些其他導熱元件。散熱柵格可係與發光元件102接觸，且其他導熱元件熱耦合至散熱柵格及基座108。
亦可在熱導體104與發光元件102接觸的熱導體104之頂部處使用一透明導熱材料。舉例而言，該透明導熱材料可係ITO或IZO材料之一膜或塗層。
圖2a示意性呈現圖1之發光模組100之沿一線A-A’之一剖視圖。發光模組100之外殼106由若干壁及基座108組成。基座108可具有一熱通孔209，熱通孔209填充有具有一相對高導熱係數之一材料。然而，若基座108係一相對良好熱導體或係極薄，則不需要此一熱通孔209。
外殼106包封一腔114且具有一光出射窗204。由發光模組100之元件產生之光穿過光出射窗204被發射至發光模組 100之周圍。在圖2a之實施例中，光出射窗204係由發光元件102形成。在其他實施例中，發光元件可係位於另一位置處，舉例而言，在較靠近固態光發射體112之一位置處。
腔114填充有透光材料206。此外，在腔114內側，在基座108上，提供有固態光發射體112，其在操作中朝向發光元件102發射第一色彩之光。在腔114內，進一步提供有熱導體104，熱導體104能夠自發光元件102朝向熱耦合界面110傳導熱202。
在圖2a之實施例中，熱耦合界面110係提供於基座108之一側處，該側與外殼之面向腔之一側相對。亦可將熱耦合界面110提供於外殼106之其他表面處。
一散熱片208耦合至熱耦合界面110以用於提供熱至發光模組100之周圍。
熱導體104連接至基座108中存在之導熱圖案及/或通孔209或係該導熱圖案及/或通孔之部分，舉例而言，如裝備有熱通孔209之一多層FR4印刷電路板上/中所擁有者。此外，熱導體104及具有通孔209之基座108可製造為一單一元件，且使得熱導體104變成基座108之一部分。
在一實施例中，熱導體104係透光的且光學耦合至腔材料206。因此，腔材料206及熱導體104光學上形成一個實體。透射穿過腔114之光亦可透射穿過熱導體104，且可在其中發光元件102與熱導體104接觸之一區域中透射至發光元件102中。此防止穿過腔114之光路徑之變形且防止朝向 發光元件102看去之一觀看者看見一暗點。此外，發光元件102可覆蓋光出射窗204之一部分，此允許來自固態光發射體112之光之某些直射透射。此外，發光元件102可包含多個發光材料及/或發光層。在發光材料及/或發光層之間，可存在中間載體或黏合劑層。發光材料中之一者或發光層中之一者亦可存在於腔114內側。
在圖2b中，呈現展示可如何配置熱導體104與發光元件102及/或基座108之間的接觸之兩個實施例。
在圖2b之左端中，熱導體104之一第一表面塗佈有一反光材料211。第一表面面向腔114。一反光材料211之塗層防止光被熱導體104吸收。此外，熱導體104之一第二表面塗佈有一反光材料210。第二表面面向發光元件102。尤其當熱導體104係不透光時，有利地，在該第二表面上提供此一反光材料，以使得經導引穿過發光元件102之光或在發光元件102內產生之光被朝向光出射窗204反射以發射至發光模組100之周圍中。在圖2b中在位置215處指示光反射。此防止在發光元件102中在其中熱導體104接觸發光元件102之位置處看見一暗點。
第一表面可塗佈有反光材料211，或第二表面可塗佈有反光材料210，或兩個表面皆可塗佈有反光材料。第一表面亦可具有一反光層，該反光層係藉由圍繞熱導體104配置一反光材料之一圓柱體來製造，舉例而言，該圓柱體可係由一反光陶瓷製造且該熱導體可係配置在該圓柱體內之一金屬銷。
在圖2b之右端處，熱導體113藉助一導熱黏合劑212熱耦合至發光元件102，且熱導體104藉助另一類型或相同類型之導熱黏合劑214耦合至基座108。導熱黏合劑214可平行於發光元件102延伸以亦充當腔材料206與發光元件102之間的一黏合劑。尤其在熱導體104係透光時，具有一導熱透光黏合劑212係有利的，而在熱導體104係不透光時，具有導熱反光黏合劑212係有利的。此外，熱導體213之形狀係錐形。尤其在熱導體213係不透光時，具有一錐形熱導體213係有利的，此乃因熱導體213與發光元件102之間的接觸面積之大小係小且在光出射窗處看見僅小的較暗點，且該錐形形狀可輔助將光朝向發光元件102反射，以使得發光模組將最大量之光發射至周圍。
在另一實施例中，熱導體104可不與腔材料206熱接觸。腔材料可係聚矽氧、玻璃或配備有孔之一陶瓷之一固體層，且複數個熱導體104係提供於該等孔內且一氣隙可存在於熱導體104與腔材料206之間。此一氣隙產生腔材料206與空氣之間的界面處之額外強烈光反射之一光學優點，且因此，光與熱導體104之間的互動減小，此(舉例而言)減小當熱導體104不係反光時之光吸收。
在圖3a中，呈現一發光模組300之另一實施例。圖3a呈現沿實質上平行於外殼302之基座108或實質上平行於發光元件之一平面之一剖視圖。將該圖繪製為仿佛觀看者經由腔內側之光出射窗看去一般，且為清晰起見，未展示發光元件。發光元件係提供為一層且形成光出射窗，藉此與外 殼302一起包封腔。發光模組300具有在其上提供有在一基板304上之固態光發射體112之一基座。固態光發射體112朝向發光元件發射光。在該腔之中心提供有一熱導體104，熱導體104之剖面之一形狀係六邊形。熱導體104熱耦合至發光元件(未展示)，且熱耦合至熱耦合界面(未展示)。熱耦合界面可係提供於發光模組300之背側處。此外，發光模組300具有一外殼302，外殼302係為具有比該腔所填充有之一材料之一導熱率佳之一導熱率之導熱材料。外殼302之導熱率可與熱導體104之導熱率相當。外殼302亦熱耦合至發光元件且熱耦合至熱耦合界面。
發光元件(未展示)亦可提供於一(導熱)支撐結構上且熱導體可熱耦合至該支撐結構。
圖3b呈現在發光模組300之實施例中使用熱導體104之效應。在左端處，呈現一發射模組之係形成光出射窗之一層之一發光元件之一第一溫度梯度350。第一溫度梯度350與類似於發光模組300但在腔內不具有熱導體104之一發光模組相關。在操作中，發光元件之一中心之一第一區356變得相對熱。圍繞中心之一第二區354獲得一中間溫度，且最靠近導熱外殼之一第三區352獲得一相對低溫度。第一溫度梯度350可用於判定熱導體104在腔內之一位置。若第一區356經由熱導體104直接熱耦合至熱耦合界面，則在熱導體之兩個端之間獲得一相對大溫度差，且獲得自發光材料朝向熱耦合界面之一相對大熱流動。因此，如在圖3b之右端看到，若在圖3a之發光模組300中使用熱導體104，則 獲得一第二溫度梯度360。靠近發光元件之中心之一第一區366及靠近外殼302之一壁之一第三區362具有至熱耦合界面之具有一低熱阻之一熱路徑，且因此在光發射體112處於操作中時維持一相對低溫度。在第一區366與第三區362之間係一第二區364，該第二區在發光模組300處於操作中時獲得一中間溫度。因此，發光元件在任何特定區域處皆不變得相對熱，且因此，發光元件經受較少劣化且因此具有一較長壽命。
圖4a至圖4c呈現圖3a之發光模組300之變化形式之剖視圖。
在圖4a中呈現一發光模組400之一第一變化形式。外殼402之一壁並非特定地由良好傳導熱之一材料製成。在腔中提供有三個具有一方形剖面之熱導體406。此外，在發光模組之一基座上提供有複數個提供於一基板404上之固態光發射體405。熱導體406係定位在腔內之此等位置處以使得固態光發射體405朝向發光元件之光發射路徑受到最小干擾。
在圖4b中呈現一發光模組430之一第二變化形式。固態光發射體405未提供於一基板上，而係直接提供於外殼402之基座上。一個固態光發射體405定位在腔之中心，且其他固態光發射體405係配置成靠近外殼402之壁之一圓。在圖4b之實施例中，一熱導體432係由具有一高導熱率之一透光材料製成。此外，熱導體432係製造成一環之形狀，且將該環形熱導體配置在位於中心之一個固態光發射體 405與其他固態光發射體405之間。由於熱導體係透光的，因此光學上看起來，存在一個腔。此外，環形熱導體432具有與發光元件及熱耦合界面之一相對大接觸面積，且因此提供自發光元件朝向熱耦合界面的具有一低熱阻止之一熱路徑。
在一實施例中，熱導體432係不透明的，且形成將腔劃分成兩個子腔之一壁。形成光出射窗之一個發光元件(未展示)係由兩個子腔共用，且由於發光元件或發光元件提供於其上之一載體層中之光導引，因此，抑制內部壁(由熱導體432形成)之可見性。此外，熱導體432可包含孔，該等孔允許光在子腔之間透射以允許光混合。
進一步應注意，熱導體432具有一環形剖面，然而，在其他實施例中，剖面之形狀可係不同的，舉例而言，矩形或三角形。此外，熱導體432可係該腔內側之一壁，該壁將該腔細分成兩個子腔。該壁可係由一透光材料製造，或可係不透明的，且具有某些孔或開口以允許光自一個子腔透射至另一子腔。
在圖4c中呈現一發光模組460之一第三變化形式。固態光發射體464係相對大的。舉例而言，固態光發射體係具有一大發光表面之有機發光二極體。此外，外殼462之壁係導熱的。在該腔中，提供有四個熱導體466，該四個熱導體466係靠近外殼462之壁定位，且更特定而言，熱導體466係熱耦合至外殼462之導熱壁。熱導體466與導熱壁之間的熱耦合提供具有一較低熱阻之一導熱路徑。此外，熱 導體466定位在其僅在較小程度上干擾固態光發射體464之光發射路徑之一位置處。
舉例而言，外殼462之導熱壁可係由例如鋁之一金屬製成，且面向腔之壁之一表面可塗佈有一反光材料。在其他實施例中，壁係由導熱塑膠製成，例如(舉例而言)填充有導熱顆粒之聚醯胺。
發光模組460之另一變化形式可係熱耦合界面不係提供於外殼462之背側(其係與光出射窗相對之發光模組460之側)處，而該熱耦合界面係提供於外殼462之壁之周圍處。在此一實施例中，舉例而言，外殼462之壁可提供有充當一散熱片之金屬鰭片。
圖5a呈現一熱導體500之另一實施例。熱導體500係交叉配置在彼此頂部上之導熱條502、506之一組合。發光元件可係提供於條502之頂部表面上，且因此，在發光元件與熱導體500之間存在一相對大的接觸表面，此因此產生熱導體500與發光元件之間的一良好熱耦合。此外，條506之底部表面可配置在腔之一基座504上，且可熱耦合至熱耦合界面，且因此提供至熱耦合界面之一良好熱耦合。在條502、506彼此交叉之點處，由上部條502自發光元件接收之熱510可被朝向下部條506傳送，下部條506經由基座提供熱510至熱耦合界面。為清晰起見，在圖5中示意性地呈現複數個固態光發射體508，且由固態光發射體508發射之光朝向發光元件透射穿過條502、506之間的空間。所呈現之構造用於兩個目的：條502、506之間的空間之間的光丟 失及透過發光模組之散熱。
圖5b呈現一發光模組550之一替代實施例之一剖視圖。發光模組550之外殼556在有限範圍內具有壁且主要由一基座558組成。一腔564係由外殼556及形成為一彎曲表面之一發光元件552包封。發光模組550之一光出射窗係由發光元件552形成。發光元件552之一邊緣與外殼556接觸。在該腔內提供有一固態光發射體，該固態光發射體可係一發光二極體或(舉例而言)一雷射發光二極體。此外，腔564填充有一腔材料。在該腔內側亦提供有熱導體554，熱導體554在熱導體554之一個端處熱耦合至基座且在熱導體554之另一端處熱耦合至發光元件552。熱導體554係一導熱材料之若干條，該導熱材料具有比腔材料之一導熱率佳之一導熱率。
圖6a呈現根據本發明之一第二態樣之一燈600。燈600具有一傳統燈泡之形狀，且燈泡之玻璃602可係散射半透明的。燈600之下部部分608含有一驅動電路以提供(舉例而言)幹線電源轉換及/或調光且驅動電路控制至固態光發射體之電流且用於連接燈600至電源且可由可用作一散熱片之金屬製造。另一選擇為，可圍繞插座存在額外散熱片，通常，使用具有來自鰭片之一大表面積之一鋁殼體。燈600包含根據本發明之第一態樣之至少一個發光模組604。發光模組604可藉助一導熱材料606連接至燈600之基座608。應注意，在燈600之其他實施例中，燈可具有一燈管之形狀。
圖6b展示根據本發明之第三態樣之一燈具650。燈具650包含根據本發明之第一態樣之至少一個發光模組604。若(舉例而言)燈具係由金屬製造，則發光模組604可熱耦合至燈具650，以使得燈具650充當一散熱片。
應注意，上述實施例圖解說明而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠設計出眾多替代實施例而不背離附隨申請專利範圍之範疇。
在申請專利範圍中，置於括號之間之任何參考符號皆不應被解釋為限制申請專利範圍。動詞「包含(comprise)」及其變形之使用並不排除存在除一項請求項中所陳述之元件或步驟之外的元件或步驟。一元件前面的冠詞「一(a或an)」並不排除存在複數個此種元件。本發明可藉助包含數個相異元件之硬體且藉助一經適宜程序化之電腦來實施。在列舉數個構件之器件請求項中，該等構件中之數個可由一個且相同硬體物項體現。在互不相同的附屬請求項中陳述某些措施此一事實本身並不指示不能有利地使用該等措施之一組合。
100‧‧‧發光模組
102‧‧‧發光元件
104‧‧‧熱導體
106‧‧‧外殼
107‧‧‧壁
108‧‧‧基座
110‧‧‧熱耦合界面
112‧‧‧光發射體
114‧‧‧腔
202‧‧‧熱
204‧‧‧光出射窗
208‧‧‧散熱片
209‧‧‧熱通孔
210‧‧‧反光材料
211‧‧‧反光材料
212‧‧‧黏合劑
213‧‧‧熱導體
214‧‧‧導熱黏合劑
215‧‧‧位置
300‧‧‧發光模組
302‧‧‧外殼
304‧‧‧基板
350‧‧‧第一溫度梯度
352‧‧‧第三區
354‧‧‧第二區
356‧‧‧第一區
360‧‧‧第二溫度梯度
362‧‧‧第三區
364‧‧‧第二區
366‧‧‧第一區
400‧‧‧發光模組
402‧‧‧外殼
404‧‧‧基板
405‧‧‧固態光發射體
406‧‧‧熱導體
430‧‧‧發光模組
432‧‧‧熱導體
460‧‧‧發光模組
462‧‧‧外殼
464‧‧‧固態光發射體
466‧‧‧熱導體
500‧‧‧熱導體
502‧‧‧條
504‧‧‧基座
506‧‧‧條
508‧‧‧固態光發射體
510‧‧‧熱
550‧‧‧發光模組
552‧‧‧發光元件
554‧‧‧熱導體
556‧‧‧外殼
558‧‧‧基座
564‧‧‧腔
600‧‧‧燈
602‧‧‧燈泡之玻璃
604‧‧‧發光模組
606‧‧‧導熱材料
608‧‧‧基座
650‧‧‧燈具
圖1示意性地展示根據本發明之對態樣之一發光模組之一實施例，圖2a示意性地展示圖1之發光模組之沿線A-A’之一剖視圖，圖2b示意性地展示根據本發明之第一態樣之發光模組之實施例之一部分之兩個剖視圖， 圖3a示意性地展示包含複數個發光模組且具有一導熱壁之一發光模組之一實施例之一剖視圖，圖3b示意性地展示熱導體對發光元件之一溫度梯度之影響，圖4a至圖4c示意性地展示一發光模組之三個變化形式之剖視圖，圖5a示意性地展示一熱導體之一實施例，圖5b示意性地展示一發光模組之一替代實施例，圖6a示意性地展示根據本發明之第二態樣之一燈，及圖6b示意性地展示根據本發明之第三態樣之一燈具。
100‧‧‧發光模組
102‧‧‧發光元件
104‧‧‧熱導體
106‧‧‧外殼
107‧‧‧壁
108‧‧‧基座
110‧‧‧熱耦合界面
112‧‧‧光發射體
114‧‧‧腔

Claims (14)

  1. 一種發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其包含一外殼(106、556)，其包含在該外殼(106、556)之一第一側處之一光出射窗(204)，及在不同於該第一側之該外殼(106、556)之一第二側處之一基座(108、504、558)，該外殼(106、556)包封包含係透光(light transmitting)之一腔材料(206)之一腔(114、564)，該腔材料係一液體(liquid)或係選自由聚矽氧(silicone)、矽酸酯(silicate)、矽酸烷基酯(alkylsilicate)、玻璃(glass)或陶瓷(ceramic)所組成之群組，一固態光發射體(112)，其提供於該腔(114、564)內且耦合至該基座(108、504、558)，該固態光發射體(112)經組態以將第一色彩範圍之光發射至該腔(114、564)中，一發光元件(102、552)，其光學地配置在該固態光發射體(112)與該光出射窗(204)之間，該發光元件(102、552)包含用於將該第一色彩範圍之該光之至少一部分轉換成不同於該第一色彩範圍之一第二色彩範圍之光之發光材料，一熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)，其配置在該腔(114、564)內且所具有之一導熱率高於該腔材料(206)之一導熱率，該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)熱耦合至該發光元件(102、552)且熱耦合至該基座(108、504、558)。
  2. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該基座(108、504、558)包含用於將該發光模組(100、300、400、430、460、550、604)熱耦合至一散熱片(208)之一熱耦合界面(110)。
  3. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)係為一透光材料且光學耦合至該腔材料(206)。
  4. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)係由以下材料中之至少一者製成：銅、鋁、礬土陶瓷、氮化硼陶瓷、氮化鋁、氧化鈹、氧化鋅、鋅及銀。
  5. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中面向該腔(114、564)之該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)之一第一表面係反光的或在該第一表面上提供一反光層(211)。
  6. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中面向該發光元件(102、552)之該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)之一第二表面係反光的或在該第二表面上提供一反光層(210)。
  7. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)沿平行於該基座(108、504、558)之一假 想平面之一剖面之一形狀係一圓形、一橢圓形或一六邊形。
  8. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該基座(108、504、558)係一導熱印刷電路板。
  9. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)係藉助一導熱黏合劑(212、214)耦合至該基座(108、504、558)及/或該發光元件(102、552)以用於在該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)與該基座(108、504、558)之間及/或在該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)與該發光元件(102、552)之間提供一熱耦合。
  10. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)在該腔(114、564)內之一位置係按照以下準則中之至少一者來界定：i)該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)在一特定位置處接觸該發光元件(102、552)，在該特定位置處，若該固態光發射體(112)處於操作中且若該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)將不可用，則該發光元件(102、552)將具有最高溫度，ii)該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)之長度在該位置處係最小， iii)與該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)在該腔(114、564)內之另一位置相比，光輸出係最大，iv)與該熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)在該腔(114、564)內之另一位置相比，沿該光出射窗(204)之該光輸出係最大程度均勻的。
  11. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該發光模組(100、300、400、430、460、550、604)包含複數個熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)，每一熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)係配置在該腔內且所具有之一導熱率高於該腔材料(206)之一導熱率，每一熱導體(104、213、406、432、466、502、506、554)熱耦合至該發光元件(102、552)且熱耦合至該基座(108、504、558)。
  12. 如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)，其中該外殼(106、556)包含所具有之一導熱率高於該腔材料(206)之該導熱率之一材料之一壁(107、302、402、462)，該壁(107、302、402、462)插置於該光出射窗(204)與該基座(108、504、558)之間且該壁(107、302、402、462)熱耦合至該發光元件(102、552)及該基座(108、504、558)。
  13. 一種燈(600)，其包含如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)。
  14. 一種燈具(650)，其包含如請求項1之發光模組(100、300、400、430、460、550、604)或包含如請求項13之燈(600)。
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