CN101101948A - 一种大功率led发光元件 - Google Patents

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Dajinjing Electric Energy Management Co., Ltd.
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朱建钦
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector

Abstract

本发明公开了一种具有表面液冷散热结构的大功率LED发光元件，将金属基板装载的LED元件整体设于一个透明罩内，在透明罩上设有冷却液循环进、出口，在冷却液循环进、出口连接一液冷循环散热装置。采用了在LED元件表面利用冷却液循环吸收热量的散热结构，它可消散LED元件表面、背面的热量，延长使用寿命。

Description

一种大功率LED发光元件
技术领域
本发明涉及大功率LED发光元件，尤其是指一种具有表面液冷散热结构的大功率LED发光元件。
背景技术
LED发光元件是由P型半导体和N型半导体构成的一种半导体发光元件，当P型半导体与N型半导体形成一个接面时，其能带结构并未施加任何电压(或称偏压)，此时P型半导体的费米能阶与N型半导体的费米能阶相互对齐，且在接触面形成一电场，即存在一电位能，这会使导电带和价电带弯曲，P、N型半导体电带的高度落差便是阻止电子流动的能障。当接合的两层半导体同属一材质时，此种接面称为同质接面；若两者分属不同材质，例如：氮化铝镓(AlGaN)/氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)/氮化镓(GaN)或氮化铝镓(AlGaN)/氮化铟镓(InGaN)，此种接面称为异质接面。
将正电压接到P型半导体，负电压接到N型半导体，此时负电压端的所有能阶皆会往上提升(相对于正电压端)，因而破坏原先的平衡状态(P型半导体的费米能阶与N型半导体的费米能阶不再相互对齐)，且电子在导电带中向左流动时所遇到的能障也降低，因而非常容易流通，在电路中形成导通状态，电流也因而急速上升。
在一个适当的顺向偏压下，电子、电洞分别注入N、P两端后，便会在P、N接面区域结合而发光，即电子由高能量状态掉回低能量状态与电洞结合，将能量以光和热的形式释放出来。外部会不断地由N侧注入电子，并由P侧注入电洞，使得电子、电洞结合而发光的动作持续进行，这就是发光二极体的基本发光原理。
目前，各界对于LED的研究主要在两方面，一是亮度的提升，一是白光的要求。在亮度提升方面，理论上我们将晶片的面积加大，并操作在大电流下，应该可以将LED的亮度成线性的成长。但实际上诸多发光效率不佳的原因在于，许多输入进LED的能量并没有办法以光的形式放射出来，反而以热的形式流窜在LED晶片里面。大家也都知道，热对于半导体的影响是非常大的，它会降低半导体元件的工作效率，所以如何提升发光效率或是如何将热快速的导出LED晶片都是很重要的课题。
目前均采用传导、辐射渠道，风冷、液冷等方式通过LED底部金属载板对LED芯片产生的热量进行消散。如图1所示，根据LED的发光原理，LED发光层3位于底层1和顶层2的中间，顶部和底部产生的热量是相等的，底部的热量是通过衬底层4直接传导到金属基板5，再经过传导、辐射、风冷、液冷等结构6进行消散，而顶部的热量却需要经过导热性较差的封装树脂7并只能通过辐射方式向外界的空气散发，顶层2的热量很容易积聚，极大的影响了发光效率。通过热红外成像对比实验证明，顶层2的热量只有约5％到8％能经底层比较顺畅的散热渠道消散。附图1中的空心箭头为热传导方向。
专利号为200420012318.3的中国实用新型专利中公开了“一种高功率LED散热结构”，以及专利申请号为200610054453.8的中国发明专利申请中公开了一种“LED微型液冷系统”，这两种针对于大功率LED的散热方式均采用成熟的液冷散热技术对底层1的热量进行消散，并没有解决顶层2的热量消散问题。
发明内容
本发明的主要目的是针对现有大功率LED元件顶层散热技术存在的不足，而提供一种大功率LED元件，它可有效消散大功率LED元件顶层的热量。
本发明的另一个目的是形成一个能够控制光路的透镜。
为了达到上述目的，本发明由以下的技术方案来实现。
一种大功率LED元件，其特征在于：将金属基板装载的LED元件整体设于一个透明罩内，在透明罩上设有冷却液循环进、出口，在冷却液循环进、出口连接一液冷循环散热装置，通过液冷循环散热装置在透明罩内装满冷却液，使冷却液淹盖整个LED元件表面。
所述的透明罩具有光学特征外轮廓。
所述的液冷循环散热装置其具有一冷却液循环盘管，其两端连接透明罩上的冷却液循环进、出口；一驱动泵，连接在冷却液循环盘管上；一排散热片，设于冷却液循环盘管上。
所述的冷却液为透明、不导电、不腐蚀的冷却介质。
所述的驱动泵为磁力驱动冷却液循环。
本发明专利的有益效果在于，采用了在LED元件表面利用冷却液循环吸收热量的散热结构，它可消散LED元件表面、背面的热量，延长使用寿命。又利用折射系数比较理想的透明冷却液结合具有光学特征外轮廓的透明罩形成一个能够控制光路的透镜。
附图说明
图1是现有大功率LED元件的散热方式结构示意图
图2是本发明大功率LED元件的散热方式实施例1结构示意图
图3是图2驱动泵的结构剖视图
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。
实施例1
如图2所示的一种大功率LED元件，将金属基板装载的LED元件10整体设于一个透明罩11内。LED元件10整体包括顶层、底层及设于顶层、底层之间的发光发热层，底层下方设有衬底层，衬底层与一导热性较好的金属基板接触，在LED元件10可设树脂101封装，也可以直接不采用树脂封装。附图2LED元件10空心箭头为热传导方向。透明罩11具有光学特征外轮廓。在透明罩11上设有冷却液循环进、出口12、13，优先考虑将冷却液循环进、出口12、13设于透明罩11的底面，使其罩面形成一个密封的空间。在冷却液循环进、出口12、13连接一液冷循环散热装置14，通过液冷循环散热装置14在透明罩11内装满冷却液，使冷却液淹盖整个LED元件10表面。冷却液为透明、不导电、不腐蚀冷却介质，附图中的实心箭头指向为冷却液循环方向，但也可以采用反方向循环。
其中的液冷循环散热装置14可采用多种适用结构，本示范例给出的结构组合包括：
一冷却液循环盘管20，盘管20采用蛇形铜管，也可以采用其它适用的材料制作；盘管20两端连接透明罩11上的冷却液循环进、出口12、13。
一驱动泵30，驱动泵30连接在冷却液循环盘管20上。请结合图3所示，驱动泵30为磁力驱动，它在冷却液循环盘管20内设有一叶轮31，叶轮31用于拨动冷却液循环，叶轮31固定在一转轴32上，转轴32两端固定在盘管20上，在转轴32上设有永久磁铁33；在冷却液循环盘管20外设有线圈34，从而使电磁驱动部份与冷却液分离。在使用时，优先将驱动泵30垂直放置，这样转轴32的磨损会达到最小。
一排散热片40，散热片40设于冷却液循环盘管20上。

Claims (5)

1、一种大功率LED元件，其特征在于：将金属基板装载的LED元件整体设于一个透明罩内，在透明罩上设有冷却液循环进、出口，在冷却液循环进、出口连接一液冷循环散热装置，通过液冷循环散热装置在透明罩内装满冷却液，使冷却液淹盖整个LED元件表面。
2、根据权利要求1所述的大功率LED元件，其特征在于：透明罩具有光学特征外轮廓。
3、根据权利要求1所述的大功率LED元件，其特征在于：液冷循环散热装置其具有一冷却液循环盘管，其两端连接透明罩上的冷却液循环进、出口；一驱动泵，连接在冷却液循环盘管上；一排散热片，设于冷却液循环盘管上。
4、根据权利要求1所述的大功率LED元件，其特征在于：冷却液为透明、不导电、不腐蚀的冷却介质。
5、根据权利要求1所述的大功率LED元件，其特征在于：驱动泵为磁力驱动冷却液循环。
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