专利名称：耦合高效率均热/散热模块的高功率丛集发光二极管照明设备的制作方法
技术领域：
本发明关于一种发光二极管照明设备(Light-emitting diode illuminating equipment),并且特别地，本发明关于一种高功率、高散热效率并且均匀分 布热的结构的发光二极管照明设备。
背景技术：
由于发光二极管(Light emitting diode, LED)具有如省电、耐震、反应快 以及适合量产等许多优点。因此，目前以发光二极管为光源的照明设备持续 被研究、发展。现有的高功率的发光二极管在持续发亮一段时间后，会有温 度过高的问题，使得发光二极管本身的发光效率下降，造成亮度无法提升。 因此，各种应用高功率的发光二极管的产品皆需要良好的导热、散热机制。 此外，传统应用多个发光二极管的照明设备，其在运作过程热会分布不均， 致使照明设备内那些长期受到热侵袭(Heat impact)的发光二极管其光电效能 会因结温(Junction temperature)过高而率先衰退(Decay)，进而造成发光效率下 降。此外，若照明设备散热不均，将使该照明设备内的每一个发光二极管寿 命不均，间接影响照明设备整体的照明亮度。
针对此散热问题，目前有一种利用散热鳍片散热的方法。请参阅图1A， 图1A为该方法的装置1示意图。该装置1包括一散热板元件(Heat-dissipating plate device)l 1 、多个散热鳍片(Heat-dissipating fin)12以及多个二极管发光装 置(Diode light-emitting apparatus)13。该散热板元件11具有一第一表面112 以及一为该第一表面112的反面的第二表面114。该散热板元件11该等二极 管发光装置13设置在该第一表面112上。该等散热鳍片12成形于该第二表 面114上。因此，每一个二极管发光装置13在运作过程中所产生的热由该 散热板元件11以及该等散热鳍片12散热。为使均匀散热，该等散热鳍片12 未端至该第二表面114的距离并不相同。如图1A所示，中间部分的散热鳍 片12较长，其可较旁边部分的散热鳍片12散较多的热。此目的是要避免热 点(Hot spot)产生，致使受到热侵袭的二极管发光装置13其光电效能会率先
衰退，进而造成发光效率下降。然而，仅以该等散热鳍片12仍无法十分均 匀散热，其温差程度可能达百分之十以上，并且散热效率亦不佳，致使仍有 热点产生，前述问题仍未解决。
另 一种解决方法利用蒸气腔体散热器(Vapor chamber)来散热。请参阅图 1B，图1B为该方法的装置2示意图。该装置2包括一散热板元件21、多个 散热鳍片22、多个二极管发光装置23以及一蒸气腔体散热器24。该散热板 元件21具有一第一表面212以及一为该第一表面212的反面的第二表面 214。该蒸气腔体散热器24设置在该第一表面212上。该散热板元件21该 等二极管发光装置23设置在该蒸气腔体散热器24上。该等散热鳍片22成 形于该第二表面214上。相较于前一种装置l,虽然该装置2解决了该等二 极管发光装置23的温度分布不均的问题，但该蒸气腔体散热器24成本过高 制作不易，使得该装置2不利于应用。
因此，有必要提供一种具高功率、高散热效率以及均匀散热的发光二极 管照明设备。
发明内容
本发明的一范畴在于提供一种具高功率、高散热效率以及均匀散热的发 光二极管照明设备。
根据一较佳具体实施例，本发明的发光二极管照明设备包括一散热板元 件、多个散热鳍片、N个第一二极管发光装置、M个第二二极管发光装置以 及多个高导热系数的条形导热元件(Heat-conducting device)。 N为一大于或等 于3的整数。M为一自然数。该散热板元件具有一第一表面以及一为该第一 表面的反面的第二表面。该等散热鳍片自该散热板元件的第二表面处延伸。 该N个第一二极管发光装置设置在该散热板元件的第一表面上并且围成一 区域。该等第一二极管发光装置中的每一个第一二极管发光装置将一电能 (Electric energy)转换成一第一光线(Light)。该M个第二二极管发光装置设置 在该散热板元件的第一表面上并且排列在该区域内。该等第二二极管发光装 置中的每一个第二二极管发光装置将该电能转换成一第二光线。该等高导热 系数的条形导热元件紧密贴合在该散热板元件的第二表面上并且安置在该 等散热鳍片之间，致使于每一个第一二极管发光装置以及每一个第二二极管 发光装置在运作过程中所产生的热均匀分布在该散热板元件以及该等散热
鳍片上，并且随后由该散热板元件以及该等散热鳍片散热，导致第一表面上 该等二极管发光装置皆有一致性的结温，以确保其发光二极管芯片的发光性 能以及寿命的一致性。
因此，本发明的发光二极管照明设备具有高功率、高散热效率特性，并 且能使热均匀分布以维持二极管发光装置的发光性能以及寿命的一致性。
关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及附图得到进一步 的了解。
图1A为利用散热鳍片散热的方法的装置示意图。
图1B为利用蒸气腔体散热器的方法的装置示意图。
图2示出根据本发明的一第一较佳具体实施例的发光二极管照明设备。
图3为沿图2中X-X线的剖面图。
图4为该较佳具体实施例的二极管发光装置配置示意图。 图5示出根据本发明的一第二较佳具体实施例的发光二极管照明设备的 剖面图。
主要元件符号说明
1:发光二极管照明设备2:发光二极管照明设备
3:发光二极管照明设备11:散热板元件
12散热鳍片13:二极管发光装置
21散热板元件22:散热鳍片
23二极管发光装置24:蒸气腔体散热器
31散热板元件32:散热鳍片
33第一二极管发光装置34:第二二极管发光装置
35高导热系数的条形导热元件
36罩体元件37:绝热环
38密封空间112:第一表面114:第二表面 212:第一表面
214:第二表面 312:第一表面
314:第二表面 S:区域
具体实施例方式
请参阅图2以及图3,图2示出根据本发明的一第一较佳具体实施例的 发光二极管照明设备。图3为沿图2中X-X线的剖面图。根据该第一较佳具 体实施例，本发明的发光二极管照明设备3包括一散热板元件31、多个散热 鳍片32、 N个第一二极管发光装置33、 M个第二二极管发光装置34、多个 高导热系数的条形导热元件35、 一罩体元件(Shield device)36和一绝热环 (Heat-isolating ring)37。 N为一大于或等于3的整数。M为一 自然数。
该散热板元件31具有一第一表面312以及一为该第一表面312的反面 的第二表面314。该等散热鳍片32自该散热板元件31的第二表面314处延 伸。该散热4反元件31具有N个形成在该第一表面312上的第一凹穴 (Cavity)3122以及M个形成在该第一表面312上的第二凹穴3124。每一个第 一二极管发光装置33对应该N个第一凹穴3122中一个第一凹穴3122，设 置在该对应的第一凹穴3122内，并且围成一区域S(未显示于图2中)。每一 个第二二极管发光装置34对应该N个第二凹穴3124中一个第二凹穴3124, 设置在该对应的第二凹穴3124内，并且排列在该区域S内。该等高导热系 数的条形导热元件35紧密贴合在该散热板元件31的第二表面314上并且安 置在该等散热鳍片32之间。
该等第一二极管发光装置33中的每一个第一二极管发光装置33将一电 能(Electricenergy)转换成一第一光线(Light)。该等第二二极管发光装置34中 的每一个第二二极管发光装置34将该电能转换成一第二光线。并且，该N 个第一二极管发光装置33中的一个第一二极管发光装置33包括至少一个发 光二极管芯片(Light-emitting diode chip)或至少一个激光二极管芯片(Laser diode chip)。该M个第二二极管发光装置34中的一个第二二极管发光装置 34包括至少一个发光二极管芯片或至少 一个激光二极管芯片。
该罩体元件36以该绝热环37与该散热板元件31的一周围衔接，以形 成一容纳该等第一二极管发光装置33以及该等第二二极管发光装置34的密 封空间(Sealed space)38。该罩体元件36具有一透明罩(Transparent shield)可 使由每一个第一二极管发光装置33以及每一个第二二极管发光装置34发射 出的光线穿透。
因为该等高导热系数的条形导热元件35紧密贴合在该散热板元件31的 第二表面314上并且安置在该等散热鳍片32之间，所以每一个第一二极管 发光装置33以及每一个第二二极管发光装置34在运作过程中所产生的热可
均匀分布在该散热板元件31上，并且随后由该散热板元件31以及该等散热 鳍片32散热。每一个高导热系数的条形导热元件35可为一热管(Heat Pipe) 或一蒸气腔体散热器。
须注意的是，该等第一二极管发光装置33围成的该区域S呈现一凸面 形，并且该等第一二极管发光装置33在该区域S的边界，而该等第二二极 管发光装置34则落于该区域S中，形成丛集的配置，如图4所示。在此种 情形，虽然可使整个照明亮度增加，但是在该区域S中的该等第二二极管发 光装置34因周围也有其他热源，也就是其他的二极管发光装置33、 34,容 易形成热点造成该等第二二极管发光装置34的芯片结温过高而使寿命缩短， 影响发光效率，间接地影响该发光二极管照明设备3的照明亮度。然而，根 据该第一较佳具体实施例，本发明的发光二极管照明设备3是直接将该等二 极管发光装置33、 34置于该散热板元件31的第一表面312上，增加热传导 效率。此外，该发光二极管照明设备3将该等高导热系数的条形导热元件35 紧密贴合在该散热板元件31的第二表面314上并且安置在该等散热鳍片32 之间，使热均匀散布，并且使得热得以迅速地由该散热板元件31以及该等 散热鳍片32散热出去。
根据该第一较佳具体实施例，该发光二极管照明设备3进一步包括一电 路板。该电路板固定在该第一表面312上并且具有多个焊垫(Bond pad)以及 多个孔洞(Hole)，其中该等第一二极管发光装置33以及该等第二二极管发光 装置34中的每一个二极管发光装置33、 34对应该等孔洞中的一个孔洞并且 穿过孔洞设置在该散热板元件31的第一表面312上，并且该等焊垫是用以 提供该等第一二极管发光装置33以及该等第二二极管发光装置34中的每一 个二极管的电极接线之用。
该发光二极管照明设备3进一步包括一控制电路(Contro1 circuit)。该控 制电路分别地电性连接至该等第一二极管发光装置33以及该等第二二极管 发光装置34,并且用以控制该等第一二极管发光装置33以及该等第二二极 管发光装置34的发光。其中该控制电路可设置在该密封空间38内，或是在 该密封空间38外。
请参阅图5，图5示出根据本发明的一第二较佳具体实施例的发光二极 管照明设备的剖面图。根据该第二较佳具体实施例，本发明的发光二极管照 明设备4包括一散热板元件41、多个散热鳍片42、 N个二极管发光装置43、
多个导热元件44、 一罩体元件45和一绝热环46。 N为一大于或等于3的整数。该散热板元件41具有一第一表面412以及一为该第一表面412的反面 的第二表面414。该等散热鳍片42自该散热板元件41的第二表面414处延 伸。该散热板元件41具有N个形成在该第一表面412上的第一凹穴4122。 每一个二极管发光装置43对应地设置在一凹穴4122内。该导热元件44紧 密贴合在该散热板元件41的第二表面414上并且安置在该等散热鳍片42之 间。并且，该N个二极管发光装置43中的一第三二极管发光装置43包括一 发光二极管芯片或至少 一个激光二极管。该罩体元件45以该绝热环46与该散热板元件41的一周围衔接，以形 成一容纳该N个二极管发光装置43的密封空间47。该罩体元件45具有一 透明罩可使由该N个二极管发光装置43发射出的光线穿透。因为该等导热元件44紧密贴合在该散热板元件41的第二表面414上并 且安置在该等散热鳍片42之间，所以每一个二极管发光装置43在运作过程 中所产生的热可均匀分布在该散热板元件41上，并且随后由该散热板元件 41以及该等散热鳍片42散热。该等导热元件44中的一个导热元件44可为 一热管或一蒸气腔体散热器。并且，当该N个二极管发光装置43中的一第 一二极管发光装置43与一第二二极管发光装置43以电流驱动发光时，该第 一二极管发光装置43以及该第二二极管发光装置43的温度差可控制在一定 的范围内。该范围的决定是由该等导热元件44如何布置于该散热板元件41 的第二表面414上决定。在一般的情况下，可控制在l(TC左右以内；若配合 散热模拟，更可控制在5。C或更小的温度范围内。值得一提的是，根据该第二较佳具体实施例，发光二极管芯片的温度控 制影响其发光性及寿命，并且温度控制的检验需要依赖温度测量，然而芯片 实际的结温并不容易以目前的技术测量，为了温度控制的实施可行性，本发 明中该N 二极管发光装置的表面温度可以为封装后的表面温度、或是二极管 发光装置与散热板元件41的接面温度。其次，该N二极管发光装置封装后 的表面温度亦可使用热电偶、红外线或其他可直接或间接测量得该表面温度 的装置。此外，替代结温的温度不限以二极管发光装置的表面，其他与结温 有直接或间接相关关系的温度亦可；若允许的话，在发光二极管的制程中可 加入温度测量线路亦是可行的。
根据该第二较佳具体实施例，该发光二极管照明设备4进一步包括一 电 路板。该电路板固定在该第一表面412上并且具有多个焊垫以及N个孔洞， 其中每一个二极管发光装置43 —个孔洞，并且该等焊垫是用以提供该N个 二极管发光装置43导电之用。该发光二极管照明设备4进一步包括一控制电路(Contro1 circuit)。该控 制电路分别地电性连接该N个二极管发光装置43,并且用以控制该N个二 极管发光装置43发光。其中该控制电路可设置在该密封空间47内，或是在 该密封空间47外。因此，根据该等较佳具体实施例，本发明的发光二极管照明设备不但具 有高功率照明，并且也有高效率的均热以及散热，并且该等二极管发光装置 皆有一致性的结温，其温差可控制在一定的范围内，以确保其发光二极管芯 片的发光性能以及寿命的一致性。此外，该等高导热系数的条形导热元件35、 44在该散热板元件31、 41 的第二表面上314、 414的配置不限图中所示。其配置应依实际产品来设计。 因此该等高导热系数的条形导热元件35、 44呈现辐射状或是依实验而得的 特定形状均有可能。借由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明的范畴 内。
权利要求
1.一种发光二极管照明设备，包括一散热板元件，该散热板元件具有一第一表面以及一为该第一表面的反面的第二表面；多个散热鳍片，该等散热鳍片自该散热板元件的第二表面处延伸；N个第一二极管发光装置，N为一大于或等于3的整数，该N个第一二极管发光装置设置在该散热板元件的第一表面上并且围成一区域；M个第二二极管发光装置，M为一自然数，该M个第二二极管发光装置设置在该散热板元件的第一表面上并且排列在由该N个第一二极管发光装置所围成的区域内；以及多个高导热系数的条形导热元件，该等高导热系数的条形导热元件紧密贴合于该散热板元件。
2. 根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中每一个高导热系数 的条形导热元件为一热管或一蒸气腔体散热器。
3. 根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中该散热板元件具有 N个形成在该第一表面上的第一凹穴以及M个形成在该第一表面上的第二 凹穴，每一个第一二极管发光装置对应该N个第一凹穴中一个第一凹穴并且 设置在该对应的第一凹穴内，每一个第二二极管发光装置对应该M个第二 凹穴中一个第二凹穴并且设置在该对应的第二凹穴内。
4. 根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中该N个第一二极管 发光装置中的一个第一二极管发光装置包括至少一个发光二极管芯片或至 少一个激光二极管芯片，并且该M个第二二极管发光装置中的一个第二二 极管发光装置包括至少一个发光二极管芯片或至少一个激光二极管芯片。
5. 根据权利要求4所述的发光二极管照明设备，进一步包括一电路板， 该电路板固定在该第一表面上，该电路板具有多个焊垫以及多个孔洞，其中 该等第一二极管发光装置以及该等第二二极管发光装置中的每一个二极管发光装置对应该等孔洞中的一个孔洞并且穿过孔洞设置在该散热板元件的 第一表面上，并且该等焊垫是用以提供该等第一二极管发光装置以及该等第 二二极管发光装置中的每一个二极管的电极接线之用。
6. 根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，进一步包括一罩体元件， 该罩体元件其结构与该散热板元件的一周围衔接，以形成一容纳该等第一二 极管发光装置以及该等第二二极管发光装置的密封空间，该罩体元件具有一 透明罩可使由每一个第一二极管发光装置以及第二二极管发光装置发射出 的光线穿透。
7. 根据权利要求6所述的发光二极管照明设备，其中该罩体元件以一绝 热环与该散热板元件的该周围衔接。
8. 根据权利要求6所述的发光二极管照明设备，进一步包括一控制电路， 该控制电路分别地电性连接该等第一二极管发光装置以及该等第二二极管 发光装置，用以控制该等第一二极管发光装置以及该等第二二极管发光装置 的发光。
9. 根据权利要求8所述的发光二极管照明设备，其中该控制电路设置在 该密封空间内。
10. 根据权利要求8所述的发光二极管照明设备，其中该控制电路设置在 该密封空间外。
11. 一种发光二极管照明设备，包括一散热板元件，该散热板元件具有一第一表面以及一第二表面； 多个散热鳍片，该等散热鳍片自该散热板元件的第二表面处延伸； N个二极管发光装置，N为一大于或等于3的整数，该N个二极管发光 装置以二维分布设置在该散热板元件的第一表面上；以及多个导热元件，该多个导热元件贴合在该散热板元件上，其中该N个二 极管发光装置中的一第一二极管发光装置与 一第二二极管发光装置发光时， 该第一二极管发光装置与该第二二极管发光装置的温度差小于l(TC。
12. 根据权利要求11所述的发光二极管照明设备，其中该等导热元件中 的一个导热元件为一热管或一蒸气腔体散热器。
13. 根据权利要求11所述的发光二极管照明设备，该散热板元件在该第 一表面上包括N个凹穴，其中每一个二极管发光装置对应地设置在一凹穴 内。
14. 根据权利要求11所述的发光二极管照明设备，其中该N个二极管发 光装置中的一第三二极管发光装置包括一发光二极管芯片或一激光二极管朴)X
15. 根据权利要求14所述的发光二极管照明设备，进一步包括一电路板， 该电路板具有多个焊垫以及N个孔洞，其中每一二极管发光装置对应一个孔 洞，且该等焊垫是用以提供该N个二极管发光装置导电之用。16. 根据权利要求11所述的发光二极管照明设备，进一步包括一罩体元 件，该罩体元件其结构与该散热板元件的一周围衔接，以形成容纳该N个二 极管发光装置的一密封空间，该罩体元件具有一透明罩可使由该N个二极管 发光装置发射出的光线穿透。17. 根据权利要求16所述的发光二极管照明设备，其中该罩体元件以一 绝热环与该散热板元件的该周围衔接。18. 根据权利要求16所述的发光二极管照明设备，进一步包括一控制电 路，该控制电路分别地电性连接该N个二极管发光装置，用以控制该N个 二极管发光装置发光。19. 根据权利要求18所述的发光二极管照明设备，其中该控制电路设置 在该密封空间内。20. 根据权利要求18所述的发光二极管照明设备，其中该控制电路设置 在该密封空间外。21. 根据权利要求11所述的发光二极管照明设备，该多个导热元件贴合 在该散热板元件的第二表面上并且安置在该等散热鳍片之间。22. 根据权利要求11所述的发光二极管照明设备，该多个导热元件贴合 在该散热板元件的第一表面上。23. 根据权利要求22所述的发光二极管照明设备，该散热板元件包括多 个凹槽借此该多个导热元件贴合在该散热板元件的第一表面上，该N个二极 管发光装置接触该多个导热元件借此该N个二极管发光装置以二维分布设 置在该散热板元件的第一表面上。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管照明设备。本发明的发光二极管照明设备包括一散热板元件、多个散热鳍片、多个二极管发光装置以及多个高导热系数的条形导热元件。该等散热鳍片自该散热板元件的表面处延伸。借由将该等导热元件紧密贴合在该散热板元件的表面上并且安置在该等散热鳍片之间，每一个二极管发光装置在运作过程中所产生的热均由该等导热元件高效率热传导作用而将热均匀分布在该散热板元件以及该等散热鳍片上，并且随后消散，致使该等二极管发光装置皆有一致性的结温，以确保其发光二极管芯片发光性能以及寿命的一致性。
文档编号H01L23/34GK101109500SQ20071010823
公开日2008年1月23日 申请日期2007年6月4日 优先权日2006年7月19日
发明者陈振贤 申请人:新灯源科技有限公司