專利名稱：高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種發(fā)光二極管照明燈具，特別是關(guān)于一種高功率發(fā)光二 極管照明燈具與其散熱模塊，可替代白熾燈泡以及熒光燈源。
背景技術(shù)：
1997年所舉行的防止地球暖化的京都會(huì)議中，日本被要求在2008年至 2012年期間其溫室效應(yīng)氣體排放量應(yīng)較1990年代減少6%，因此占有民生用 能源20%以上的照明用電，其節(jié)能照明技術(shù)的開(kāi)發(fā)就顯得極為重要。而發(fā)光 二極管(LED)是一種藉外加電壓激發(fā)電子而放射出光的光電半導(dǎo)體元件， 因其具有耗電量低及壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，各國(guó)無(wú)不積極研發(fā)其相關(guān)技術(shù)，目前實(shí)際應(yīng)用上大都只是運(yùn)用在低功率的指示燈范圍，但近年來(lái)高功率發(fā)光二極管 的技術(shù)蓬勃發(fā)展，發(fā)光瓦數(shù)也逐漸提高而有取代現(xiàn)行傳統(tǒng)白熾燈泡照明的趨 勢(shì)，且發(fā)光二極管的發(fā)光效率被期望在不久的未來(lái)能超過(guò)每瓦80流明，這 約為傳統(tǒng)白熾鎢絲燈泡發(fā)光效率的六倍。為了讓LED照明設(shè)備得到足夠的光 通量，目前設(shè)計(jì)有群組式的LED燈具，例如設(shè)計(jì)成一打或者數(shù)百盞集聚一起 的LED而被廣泛地運(yùn)用在戶外展示、照明。然而，隨著高功率發(fā)光二極管的發(fā)展，其所產(chǎn)生的熱亦逐漸提高，使得 散熱技術(shù)成為目前最重要的課題。由于高功率發(fā)光二極管的發(fā)光點(diǎn)區(qū)域會(huì)形 成高溫的熱點(diǎn)(Hot Spot),而目前高功率發(fā)光二極管的發(fā)光效率技術(shù)的所 以無(wú)法快速提升，其最大的瓶頸就在于無(wú)法有效「散熱」，以及當(dāng)接合點(diǎn)的 溫度超過(guò)120。C時(shí)會(huì)發(fā)生LED效能衰減、壽命減短乃至于有燒毀的危機(jī)。因此高功率發(fā)光二極管的發(fā)光材料遭受高溫破壞而導(dǎo)致發(fā)光效率驟降，其原因 即為溫度過(guò)高所致，若能提供有效的散熱機(jī)制，則便可提升照明燈具的效能、壽命及產(chǎn)品可靠度。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所欲解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高功率發(fā)光二極管照明燈具與 其散熱模塊，用以將高功率發(fā)光二極管所產(chǎn)生的熱能快速有效地逸散，以改 善或克服上述公知技術(shù)的缺陷。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊，其包括有一LED熱傳基座、至少一LED陣列、至少一熱管及一散熱模塊。 該LED熱傳基座具有至少一 LED配置面和至少一熱管套孔，該LED配置面位 于該LED熱傳基座的外側(cè)面。該LED陣列包括有數(shù)個(gè)LED，各LED以一預(yù)設(shè) 投射角度設(shè)置于該LED配置面。該熱管具有一受熱區(qū)段、 一冷凝區(qū)段及連接 于該受熱區(qū)段及冷凝區(qū)段的一傳導(dǎo)區(qū)段，且其內(nèi)部容置有一工作流體，該受 熱區(qū)段延伸套置在該LED熱傳基座的熱管套孔內(nèi)，該傳導(dǎo)區(qū)段由該LED熱傳 基座延伸出。而該散熱模塊設(shè)置于該熱管的冷凝區(qū)段。該LED所產(chǎn)生的熱能 會(huì)經(jīng)由該LED熱傳基座傳導(dǎo)至該熱管的受熱區(qū)段，而使該熱管的工作流體受 熱蒸發(fā)經(jīng)傳導(dǎo)區(qū)段流向該熱管的冷凝區(qū)段，設(shè)置于該熱管的冷凝區(qū)段的散熱 模塊再吸收該受熱蒸發(fā)的工作流體所攜帶的熱能并將其逸散。于本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，該散熱模塊為散熱鰭片，其可以鋁擠、鑄造、 射出或機(jī)械加工等方式制造，以利用一較大的熱管或多根不同尺寸的熱管配 合散熱鰭片優(yōu)異的解熱能力，而在自然對(duì)流的條件下有效消除高功率發(fā)光二 極管產(chǎn)品熱應(yīng)力集中的困擾。本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明對(duì)照先前技術(shù)的功效經(jīng)由本發(fā)明所采用的技術(shù)手段，可以將高功率發(fā)光二極管所產(chǎn)生的熱有 效迅速地傳導(dǎo)至易于散熱的材質(zhì)，再將其逸散至外界，避免熱量集中而形成 局部高溫，或因熱應(yīng)力不均而造成發(fā)光二極管元件的不穩(wěn)定及損壞。且因一般傳統(tǒng)式熱管及散熱鰭片在市面上取得容易，又因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，制程、組裝亦較簡(jiǎn)易，亦可衍生多樣的設(shè)計(jì)運(yùn)用，包括室內(nèi)照明、路燈、及 所有相關(guān)高功率發(fā)光二極管的散熱途徑等，以配合不同散熱形式的需求。


圖1為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例的立體圖；圖2為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例 的側(cè)視圖；圖3為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例 移除其燈罩后的立體圖；圖4為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例 移除其燈罩后各構(gòu)件的拆解示意圖；圖5為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例 移除其燈罩后各構(gòu)件的立體分解圖；圖6為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊的LED熱傳 基座與設(shè)置于其上的LED陣列的俯視圖；圖7為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例 移除其燈罩后的側(cè)視圖；圖8為顯示圖7中8 — 8斷面的剖視圖；圖9為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第二實(shí)施例 移除其燈罩后的立體圖；圖10為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第二實(shí)施 例移除其燈罩后各構(gòu)件的拆解示意圖；圖11為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第二實(shí)施 例移除其燈罩后的側(cè)視圖；圖12為顯示圖11中12—12斷面的剖視圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明100高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊2LED陣列1LED熱傳基座21LED11 LED配置面22電路板12熱管套孔221鏤空區(qū)域13光源輔助結(jié)構(gòu)3熱管14熱應(yīng)力抵緊壁結(jié)構(gòu)31受熱區(qū)段141貫孔32冷凝區(qū)段142連通道33傳導(dǎo)區(qū)段15 內(nèi)側(cè)環(huán)面4散熱模塊51散熱開(kāi)口5燈罩具體實(shí)施方式
本發(fā)明所采用的具體實(shí)施例，將藉由以下的實(shí)施例及附圖作進(jìn)一步的說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1至圖3所示，圖1為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具 與其散熱模塊第一實(shí)施例的立體圖，圖2為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照 明燈具與其散熱模第一實(shí)施例的側(cè)視圖，圖3為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例移除其燈罩后的立體圖。本發(fā)明高功 率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例100包括一 LED熱傳基座1、 至少一LED陣列2、 一熱管3、 一散熱模塊4和一燈罩5。圖4為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施 例移除其燈罩后各構(gòu)件的拆解示意圖，圖5為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管 照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例移除其燈罩后各構(gòu)件的立體分解圖，圖6 為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊的LED熱傳基座與設(shè) 置于其上的LED陣列的俯視圖，圖7為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第一實(shí)施例移除其燈罩后的側(cè)視圖，圖8為顯示圖7中8 — 8 斷面的剖視圖。該LED熱傳基座1具有至少一 LED配置面11、 一熱管套孔12、至少一 熱應(yīng)力抵緊壁結(jié)構(gòu)14以及一內(nèi)側(cè)環(huán)面15。該LED配置面11位于該LED熱傳 基座1的外側(cè)面。該熱管套孔12開(kāi)設(shè)于該LED熱傳基座1的內(nèi)部中央并貫 穿該LED熱傳基座1的頂面和底面，因而形成該內(nèi)側(cè)環(huán)面15。該熱應(yīng)力抵緊 壁結(jié)構(gòu)14包括一貫孔141和一連通道142,該貫孔141開(kāi)設(shè)于該LED熱傳基 座1內(nèi)部的選定位置，該連通道142連通該熱管套孔12和該貫孔141，并且 該熱應(yīng)力抵緊壁結(jié)構(gòu)14可供至少一電線穿設(shè)于其中。該LED陣列2包括有數(shù)個(gè)LED 21和電路板22，該LED 21設(shè)置于該電 路板22上，且該電路板22幵設(shè)有一鏤空區(qū)域221以使各LED 21的底面平 貼于該LED熱傳基座1的LED配置面11。其中該LED配置面11布設(shè)有一層 導(dǎo)熱介質(zhì)，以填平其與各LED 21之間接觸面的不平整并減低接觸熱阻，且 該LED熱傳基座1是以散熱的材質(zhì)所制成，可快速吸收、傳導(dǎo)和逸散該LED 21 所產(chǎn)生的熱能。并且該LED陣列2為可更換式，可更換不同型號(hào)的高功率、 高瓦數(shù)LED。該熱管3具有一受熱區(qū)段31、 一冷凝區(qū)段32及連接于該受熱區(qū)段31 及冷凝區(qū)段32的一傳導(dǎo)區(qū)段33，且其內(nèi)部容置有一工作流體，該受熱區(qū)段 31延伸套置在該LED熱傳基座1的熱管套孔12，該傳導(dǎo)區(qū)段33由該LED熱 傳基座l延伸出。當(dāng)該LED熱傳基座1與該熱管3逐漸升溫時(shí)，由于接觸壓 力增加、該LED熱傳基座1的內(nèi)側(cè)環(huán)面15與該熱管3的接觸面積增大，因 而該LED熱傳基座1的熱應(yīng)力抵緊壁結(jié)構(gòu)14會(huì)使該LED熱傳基座1夾扣于 該熱管3且可降低該LED熱傳基座1與該熱管3之間的接觸熱阻，以利其間 的熱能傳導(dǎo)。而該散熱模塊4設(shè)置于該熱管3的冷凝區(qū)段32。當(dāng)該LED陣列2的LED 21通電發(fā)光時(shí)，其所產(chǎn)生的熱能會(huì)經(jīng)由該LED 熱傳基座1傳導(dǎo)至該熱管3的受熱區(qū)段31，而使位于該受熱區(qū)段31的工作流體受熱蒸發(fā)，由于受熱蒸發(fā)的工作流體與位于該冷凝區(qū)段32的液態(tài)工作 流體之間存在壓力差，此壓力差會(huì)將受熱蒸發(fā)的工作流體迅速經(jīng)由該傳導(dǎo)區(qū) 段33推動(dòng)至該冷凝區(qū)段32。受熱蒸發(fā)的工作流體被推動(dòng)至該熱管3的冷凝區(qū)段32后，設(shè)置于該冷 凝區(qū)段32的散熱模塊4會(huì)吸收該受熱蒸發(fā)的工作流體所攜帶的熱能并將其 逸散，且使該受熱蒸發(fā)的工作流體冷卻凝結(jié)成液狀，冷卻凝結(jié)后的液狀工作 流體再藉該熱管3本身的毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力回流至該受熱區(qū)段31，如此反復(fù) 循環(huán)而快速有效地將該LED所產(chǎn)生的熱能逸散至外界。而該燈罩5遮蓋于該LED熱傳基座1、該LED陣列2、該熱管3和該散 熱模塊4的外部，且該燈罩5于該散熱模塊4外部的鄰近位置開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè)散 熱幵口 51，以利用空氣自然對(duì)流的方式而使該散熱模塊4所吸收的熱能逸 散。該燈罩5可與該散熱模塊4相接，其相接的介面布設(shè)一導(dǎo)熱的介面材質(zhì)， 此介面材質(zhì)可為黏稠的液體、可直接沾黏的貼片、相變化固體或其他介面材 質(zhì)，以利熱能的傳遞。且該燈罩5亦可與該散熱模塊4保持一預(yù)定距離，或 可加裝風(fēng)扇以加強(qiáng)空氣的對(duì)流而加速熱能的逸散，并在該燈罩5外部涂布、 黏貼或捆綁一層高放射率物質(zhì)，以利用其輻射將熱直接放射至遠(yuǎn)方。并且該LED熱傳基座1具有至少一光源輔助結(jié)構(gòu)13，該光源輔助結(jié)構(gòu) 13是由該LED配置面11的兩旁鄰近位置向外延伸出一預(yù)定長(zhǎng)度，用以聚焦 或發(fā)散該LED陣列2的LED 21所投射的光源。于本實(shí)施例中，該LED 21的 底面平貼于該LED配置面11，且該LED配置面11平行于該熱管3，以使該 LED21所產(chǎn)生的光源的投射方向垂直于該熱管3而向其四周投射?；蛘撸?可經(jīng)由折彎該LED 21的支架、斜向嵌入該電路板22于該LED配置面11等 方式，而使該LED 21以一預(yù)設(shè)投射角度設(shè)置于該LED熱傳基座1的LED配 置面11，以使該LED 21所產(chǎn)生的光源向該LED熱傳基座1的斜下方或斜上 方等各方向投射。請(qǐng)參閱圖9至圖12所示，圖9為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第二實(shí)施例移除其燈罩后的立體圖，圖10為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第二實(shí)施例移除其燈罩后各構(gòu)件的 拆解示意圖，圖11為顯示本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第二實(shí)施例移除其燈罩后的側(cè)視圖，圖12為顯示圖11中12 — 12斷面的剖 視圖。本發(fā)明高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)大致上與前述第一實(shí)施例相同，故相同的構(gòu)件乃標(biāo)示以相同的元件編號(hào)， 以資對(duì)應(yīng)。其差異在于該LED熱傳基座1具有數(shù)個(gè)熱管套孔12，各熱管套孔 12環(huán)列地開(kāi)設(shè)于該LED熱傳基座1內(nèi)部的選定位置且貫穿該LED熱傳基座1 的頂面和底面，用以套置數(shù)個(gè)熱管3，亦即各熱管3環(huán)列地套置于該LED熱 傳基座l內(nèi)部，且各熱管套孔12鄰近于各LED配置面11，以利該LED陣列 2的LED 21所產(chǎn)生的熱能經(jīng)由該LED熱傳基座1傳導(dǎo)至該熱管3的受熱區(qū)段 31。舉凡熟悉此技藝者皆能輕易得知，本發(fā)明所提供的高功率發(fā)光二極管照 明燈具與其散熱模塊中，該熱管3可為管狀、矩形或平板狀等多種樣式，尺 寸可依需求改變且以導(dǎo)熱的材質(zhì)制造；而該散熱模塊4的樣式可為十字、圓 柱、鰭片狀等，且其可以鋁擠、鑄造、射出或機(jī)械加工等方式制造。由以上的實(shí)施例可知，本發(fā)明所提供的高功率發(fā)光二極管照明燈具與其 散熱模塊確具產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。以上的敘述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例說(shuō) 明，凡精于此項(xiàng)技藝者當(dāng)可依據(jù)上述的說(shuō)明而作其它種種的改良，但這些改 變?nèi)詫儆诒景l(fā)明的發(fā)明精神及所界定的專利范圍中。
權(quán)利要求
1. 一種高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊，其特征在于，包括一LED熱傳基座，具有至少一LED配置面以及至少一熱管套孔，該LED配置面位于該LED熱傳基座的外側(cè)面；至少一LED陣列，包括有數(shù)個(gè)LED，各個(gè)LED以一預(yù)設(shè)投射角度設(shè)置于該LED熱傳基座的LED配置面；至少一熱管，具有一受熱區(qū)段、一冷凝區(qū)段及連接于該受熱區(qū)段及冷凝區(qū)段的一傳導(dǎo)區(qū)段，且其內(nèi)部容置有一工作流體，該受熱區(qū)段延伸套置在該LED熱傳基座的熱管套孔內(nèi)，該傳導(dǎo)區(qū)段由該LED熱傳基座延伸出；一散熱模塊，設(shè)置于該熱管的冷凝區(qū)段；該LED所產(chǎn)生的熱能會(huì)經(jīng)由該LED熱傳基座傳導(dǎo)至該熱管的受熱區(qū)段，而使該熱管的工作流體受熱蒸發(fā)經(jīng)傳導(dǎo)區(qū)段流向該熱管的冷凝區(qū)段，設(shè)置于該熱管的冷凝區(qū)段的散熱模塊再吸收該受熱蒸發(fā)的工作流體所攜帶的熱能并將其逸散。
2. 如權(quán)利要求1所述的高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊， 其特征在于，其還包括有一燈罩，該燈罩遮蓋于該熱管、LED熱傳基座、LED 陣列和散熱模塊的外部，且該燈罩于該散熱模塊外部的鄰近位置開(kāi)設(shè)有數(shù)個(gè) 散熱開(kāi)口，以利該散熱模塊所吸收的熱能逸散。
3. 如權(quán)利要求1所述的高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊， 其特征在于，該LED熱傳基座具有至少一光源輔助結(jié)構(gòu)，該光源輔助結(jié)構(gòu)是 由該LED配置面的兩旁鄰近位置向外延伸出一預(yù)定長(zhǎng)度，用以聚焦或發(fā)散該 LED陣列的LED所投射的光源。
4. 如權(quán)利要求1所述的高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊， 其特征在于，該熱管套孔開(kāi)設(shè)于該LED熱傳基座的內(nèi)部中央并貫穿該LED熱 傳基座的頂面和底面，而形成該LED熱傳基座的一內(nèi)側(cè)環(huán)面，該熱管套孔用以套置一熱管，且該LED熱傳基座還具有至少一熱應(yīng)力抵緊壁結(jié)構(gòu)，該熱應(yīng) 力抵緊壁結(jié)構(gòu)包括一貫孔和一連通道，該貫孔開(kāi)設(shè)于該LED熱傳基座內(nèi)部的 選定位置，該連通道連通該熱管套孔和該貫孔，當(dāng)該LED熱傳基座與該熱管 逐漸升溫時(shí)，該LED熱傳基座的內(nèi)側(cè)環(huán)面與該熱管的接觸面積增大，該熱應(yīng) 力抵緊壁結(jié)構(gòu)會(huì)使該LED熱傳基座夾扣于該一熱管且可降低該LED熱傳基座 與該一熱管之間的接觸熱阻，并且該熱應(yīng)力抵緊壁結(jié)構(gòu)可供至少一電線穿設(shè) 于其中。
5. 如權(quán)利要求1所述的高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊， 其特征在于，該熱管套孔環(huán)列地開(kāi)設(shè)于該LED熱傳基座內(nèi)部的選定位置，且 貫穿該LED熱傳基座的頂面和底面，用以套置數(shù)個(gè)熱管，且各熱管套孔鄰近 于各LED配置面，以利該LED陣列的LED所產(chǎn)生的熱能經(jīng)由該LED熱傳基座 傳導(dǎo)至該熱管的受熱區(qū)段。
6. 如權(quán)利要求1所述的高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊， 其特征在于，該LED配置面平行于該熱管，且該LED的底面平貼于該LED配 置面，以使該LED所產(chǎn)生的光源的投射方向垂直于該熱管而向其四周投射。
7. 如權(quán)利要求1所述的高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊， 其特征在于，該LED陣列包括有至少一電路板，該LED設(shè)置于該電路板上， 且該電路板開(kāi)設(shè)有一鏤空區(qū)域，以使該LED接觸于該LED熱傳基座的LED配 置面并使該LED陣列便于更換，且可更換不同的型號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高功率發(fā)光二極管照明燈具與其散熱模塊，包括有一LED熱傳基座、至少一LED陣列、至少一熱管及一散熱模塊。該LED熱傳基座具有至少一LED配置面和至少一熱管套孔。該LED陣列包括有數(shù)個(gè)LED，各LED是以一預(yù)設(shè)投射角度設(shè)置于該LED配置面。該熱管具有一受熱區(qū)段、一冷凝區(qū)段及一傳導(dǎo)區(qū)段，且內(nèi)部容置有一工作流體，該受熱區(qū)段套置在該熱管套孔內(nèi)。而該散熱模塊設(shè)置于該熱管的冷凝區(qū)段。該LED所產(chǎn)生的熱能會(huì)經(jīng)由該LED熱傳基座傳導(dǎo)至該熱管的受熱區(qū)段，而使該熱管的工作流體受熱蒸發(fā)經(jīng)傳導(dǎo)區(qū)段流向該冷凝區(qū)段，該散熱模塊再吸收該受熱蒸發(fā)的工作流體所攜帶的熱能并將其逸散。
文檔編號(hào)H01L23/34GK101281902SQ20071009581
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2007年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月4日
發(fā)明者康尚文, 簡(jiǎn)坤誠(chéng), 蔡孟昌 申請(qǐng)人:私立淡江大學(xué)