CN104613350A - 大功率半导体照明光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大功率半导体照明光源，其包括:LED模块、配光单元及散热器，所述LED模块将电能转换成光能，所述LED模块设置于所述配光单元与所述散热器之间，所述散热器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一个表面向远离该表面方向外延伸设置，所述LED模块设置于所述基板的设置有所述翅片的表面相对的另一表面，所述配光单元包括封装壳体和填充液体，所述封装壳体为中空壳体，所述填充液体填充在所述封装壳体和所述基板一并形成的空间内，所述LED模块位于所述空间，浸入所述填充液体内。本发明提供大功率半导体照明光源重量轻、成本低、具有优异的照明效果和散热效果。

Description

大功率半导体照明光源
技术领域
本发明涉及一种大功率半导体照明光源。
背景技术
由于节能、环保等优点，半导体照明已经列入我国的战略性新兴产业，并且已经广泛地应用在室内照明、室外照明和景观照明等通用照明领域。半导体照明技术发展迅速，目前高端商品化半导体照明光源的光效已经达到150lm/W级别。然而，即使对于如此高效率的半导体照明光源来说，输入的电功率也只有30％-60％转换为了光能，仍有70％-40％的电能转换成了热。如果这些热量不能及时散掉，就会导致LED芯片结温升高，进而导致其发光效率降低、寿命缩短、发光波长漂移。同时，会导致荧光粉效率降低、寿命缩短，这些结果又导致了半导体照明光源色温发生变化，颜色特性恶化。因此，散热技术是半导体照明光源实现高效率、高可靠、长寿命的关键技术。通常单颗LED芯片的功率较小、光通量小，很难满足通用照明需求，因此实际的照明光源通常需要将多颗LED芯片集成封装而成。故，实际应用的照明光源的散热问题更为突出。
实际应用的半导体照明光源中，以板上芯片集成封装(COB)为代表的LED面光源具有驱动电路设计简单、体积小、易模块化等优点，成为最具潜力的技术发展方向之一。这种LED面光源技术，LED器件的集成密度高，往往在平方厘米级的金属基板上就集成几十颗，甚至上百颗LED器件，其发光区域更为集中，这为减小光源体积、降低成本、模块化、光学设计等带来了更大的自由度。但是另一方面，这也造成了该种LED面光源的热流密度远高于分立式芯片组成的LED光源，散热的难度大大增加。由于主动散热技术会额外消耗能源且可靠性有待进一步提高，目前通常采用由铝、铜等金属材料构成的普通翅片散热器，依靠自然对流的被动散热方式进行散热。在自然对流散热器中，可以通过优化散热鳍片拓扑结构、增加鳍片数量或者增大其尺寸等方法以增加散热器表面积来增强自然对流热交换。为了增强热交换效果以保证适合的LED芯片结温，这种通过增大表面积来增强散热效果的方法，一方面会增加材料的用量从而带来高成本的问题，另一方面会导致半导体照明光源的体积大、重量大，给使用带来很大困难。
而且，由于常规封装的LED管芯通常是朗伯光源，其发光方向性强、照明均匀性差，如果直接用来作为照明光源，会导致目标照明区域光分布不均匀、不满足要求，并且很多光达到所需照明区域之外，造成光污染和浪费。对于LED球泡灯，可以将LED管芯环绕排布在一个棱台或者柱型杆的四周构成灯芯的设计来解决光分布不均匀的问题。但是，对于LED路灯、LED场馆灯等光源，上述设计就无法满足照明要求。故，对于LED路灯、LED场馆灯等光源如何才能将LED管芯发出的光线进行调控，使其光能量恰好覆盖给定的照明区域，消除光污染和光浪费，实现真正意义上的节能，也是一个迫切需要解决的技术问题。
目前为了解决上述问题一般采用的方法是在集成LED器件的正面设置光学系统，背面设置散热装置，以解决散热及照明需求的问题。
目前，大功率LED光源一般采用的光学透镜为玻璃、PC、PMMA等材料构成的实心光学系统。对于大功率、大发光面积的LED光源来说，相应的光学系统的体积也越大。一方面，由这些材料构成的光学系统的导热性较差，随着材料厚度、体积的增加，对散热的阻碍作用也越明显，这反过来进一步加重了LED光源背部散热器的负担。另一方面，随着光学系统材料厚度的增加，光学系统对LED器件发出的光线的吸收也增加，导致光能利用率降低。并且，随着光学系统的材料厚度以及体积的增加，LED光源背面的散热器的厚度以及体积也要相应地增加才能实现良好的散热，这种设计很大程度上增加了LED光源的体积及重量，进而导致LED光源成本增加且给应用带来诸多不便。
综上所述，目前尚缺乏重量轻、成本低、具有优异照明效果和散热效果的大功率(大于10W)半导体照明光源。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种重量轻、成本低、具有优异的照明效果和散热效果的大功率半导体照明光源。
一种大功率半导体照明光源，其包括：LED模块、配光单元及散热器，所述LED模块将电能转换成光能，所述LED模块设置于所述配光单元与所述散热器之间，所述散热器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一个表面向远离该表面方向外延伸设置，所述LED模块设置于所述基板的设置有所述翅片的表面相对的另一表面，所述配光单元包括封装壳体和填充液体，所述封装壳体为中空壳体，所述填充液体填充在所述封装壳体和所述基板一并形成的空间内，所述LED模块位于所述空间，浸入所述填充液体内。
本发明提供的大功率半导体照明光源中填充液体填充在封装壳体内，LED模块浸入在由封装壳体和散热器包围形成的空间内的填充液体中，封装壳体和填充液体共同形成的光学系统不仅为LED模块的配光单元，同时也有助于降低LED模块工作时的结温。与现有技术相比，本发明以较低的成本实现了优异的照明效果，保证了照明光源的稳定性，同时因重量轻、体积小，实现了很好的可替换性，可广泛应用于道路照明、隧道照明、夜景照明和大型场馆照明等领域。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的一种大功率半导体照明光源的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。
图3(a)～3(d)分别为图2所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。
图4(a)是图2所示大功率半导体照明光源的照度分布的平面图，图4(b)是图2所示大功率半导体照明光源的目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。
图5为图2所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。
图6为本发明实施例2提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。
图7(a)～7(d)分别为图6所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。
图8(a)是图6所示大功率半导体照明光源的照度分布的平面图，图8(b)是图6所示大功率半导体照明光源的目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。
图9为图6所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。
图10为本发明实施例3提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。
图11(a)～11(d)分别为图10所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。
图12(a)是图10所示大功率半导体照明光源的照度分布的平面图，图12(b)是图10所示大功率半导体照明光源的目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。
图13为图10所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。
图14为本发明实施例4提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。
图15(a)～15(d)分别为图14所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。
图16为图14所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。
图17为本发明实施例5提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。
图18(a)～18(d)分别为图17所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。
图19为图17所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。
图20为本发明实施例6提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。
图21(a)～21(d)分别为图20所示大功率半导体照明光源的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。
图22为图20所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。
图23为比较例1提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。
图24为图23所示大功率半导体照明光源的表面温度分布图。
主要元件符号说明
大功率半导体照明光源                       10
LED模块                                    11
配光单元                                   12
散热器                                     14
电源接头                                   15
基板                                       141
翅片                                       142
电极                                       116
封装壳体                                   121
填充液体                                   122
外表面                                     125
内表面                                     126
光源驱动器                                 17
铝柱                                       18
开孔                                       143
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
本发明的实施方式及实施例的附图中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施方式
请参阅图1，本发明实施方式提供的大功率半导体照明光源10，其包括：LED模块11、配光单元12、散热器14及其电源接头15。所述电源接头15与所述LED模块11电连接，所述LED模块11通过所述电源接头15接受外界电能，并将电能转换成光能。所述散热器14与LED模块11直接接触，将由LED模块11产生的热量散热至外界。所述配光单元12设置于LED模块11的与所述散热器14相对的一侧，用于由所述LED模块11出射的光线进行配光均匀出射至外界。
所述散热器14包括基板141和翅片142，所述基板141包括相对的二表面，所述翅片142由基板141的一个表面向外延伸设置，所述翅片142远离基板141的一端为自由端。所述LED模块11设置于所述基板141的设置有所述翅片142的表面相对的另一表面。所述基板141为矩形基板或方形基板等规则基板或不规则基板等等。所述散热器14的材料可为挤压铝，其导热系数为205W/(m·K)，表面热辐射系数为0.55。故，所述散热器14的基板141和翅片142可以均由挤压铝等相同的材料构成。或者，所述基板141和所述翅片142由不同的材料构成，例如所述基板141的材料为表面进行阳极氧化处理的挤压铝，所述翅片142由内部填充的液态金属和PMMA壳体结构构成。
所述散热器14为一长方体或方形体，其长宽高度范围分别如下:长度为120mm～160mm，宽度为93mm～160mm，高度为34mm～36mm，其中，所述散热器14的长度和宽度尺寸的取值可以一致，也可以不相同。所述散热器14的所述基板141的长度和宽度与所述散热器14的上述长度和宽度取值一致，所述基板141的厚度可为4mm～6mm。
所述LED模块11用芯片为LED芯片。所述LED模块11与所述散热器14的基板141直接接触设置。所述LED模块11的功率为10W～200W，例如可为100W，电光转换效率为50％，热功率为5W～100W，例如可为50W。所述LED模块11包括一电极116。这里需要声明的是，将本发明的光源称之为大功率半导体照明光源的原因是本发明所述LED模块11的耗电功率大于10W，甚至达到了200W，该大功率半导体照明光源能够同时满足重量轻、低成本、具有优异照明效果和散热效果好等条件，是目前所迫切需求的。
所述配光单元12包括封装壳体121和填充液体122，所述封装壳体121和所述散热器14的所述基板141一并容纳所述LED模块11及填充液体122。所述封装壳体121和填充液体122共同形成所述配光单元12，为所述LED模块11配光，可使LED模块11发出的光线均匀化并由所述大功率半导体照明光源10射出，也可使LED模块11发出的光线非均匀化，按照设定的模式由所述大功率半导体照明光源10射出。
所述封装壳体121为一端开口的中空壳体，该封装壳体121包括外表面125和内表面126。所述封装壳体121具有开口的一端与所述基板141相对设置。所述外表面125可以为三维自由光学曲面、圆形面、方形面或矩形面等。所述内表面126为半椭球面、半圆形面、方形面或矩形面等。所述封装壳体121的所述外表面125的中心高度可为40mm～100mm，长度可为108.4mm～206.6mm，宽度为91.2mm～204.5mm，其中，所述散热器14的长度和宽度尺寸的取值可以一致，也可以不相同。所述封装壳体121的内表面126的中心高度可为39mm～99mm，长度可为106mm～200mm，宽度为90mm～200mm。所述外表面125和内表面126的图形可以一致，也可以为不同的图形。所述封装壳体121由塑料或玻璃等透明材料构成，其中所述塑料可以为PMMA或PC等。
所述填充液体122填充在所述封装壳体121的中空空间内，所述填充液体122的在所述封装壳体121内的填充量应满足的条件是所述半导体照明光源10应用时所述填充液体122仍能够浸润所述LED模块11，优选的是所述填充液体122充满所述封装壳体121和所述散热器14的所述基板141一并形成的中空空间，所述LED模块11位于所述封装壳体121的中空空间内，浸入所述填充液体122内。所述填充液体122为水或硅油基透明液体或矿物油基透明液体或纳米材料改性的液体等透明液体，其导热系数为5W/(m·K)，表面热辐射系数为0.94，折射率与所述封装壳体121的折射率相匹配。
所述电源接头15用于电连接所述LED模块11的所述电极116及光源驱动器17，具体的由所述电极116接出来的所述电源接头15与所述光源驱动器17一端进行连接，并从所述光源驱动器17的另一端引出，从而与外界电源进行电连接。
以下结合附图详细说明本发明实施例提供的大功率半导体照明光源的结构，以下实施例中变化不大的部分直接沿用实施方式的内容，不再赘述。
实施例1
图2为本发明实施例1提供的大功率半导体照明光源的结构示意图。本实施例的大功率半导体照明光源10包括LED模块11、配光单元12、散热器14及其电源接头15。所述LED模块11是边长为20mm的方形交流LED朗伯芯片，该LED模块11通过电源接头15直接接入市电。所述LED模块11与所述散热器14的基板141直接接触设置。该LED模块11的功率为100W，电光转换效率为50％，热功率为50W。所述配光单元12包括封装壳体121和填充液体122。所述封装壳体121为中空壳体，其包括外表面125和内表面126。本实施例中所述封装壳体121的外表面125为自由曲面，所述封装壳体121的内表面126为半椭球面。封装壳体121和在封装壳体121内填充的填充液体122共同形成的大功率半导体照明光源10进行配光，进而所述封装壳体121和填充液体122共同形成所述配光单元12、对从所述LED模块11发射出的光进行配光，距离大功率半导体照明光源10m远的20m×40m的矩形区域内形成均匀照度分布。本实施例中所述封装壳体121的材料为PMMA，导热系数为0.19W/(m·K)，表面热辐射系数为0.96，折射率为1.49。所述填充液体122为水或硅油基透明液体或矿物油基透明液体或纳米材料改性的液体等透明液体，导热系数设为5W/(m·K)，表面热辐射系数为0.94，折射率与所述封装壳体121相匹配，也为1.49。所述散热器14由基板141和翅片142组成。基板141与所述LED模块11紧贴设置，基板141与翅片142的材料都为挤压铝，导热系数为205W/(m·K)，表面热辐射系数为0.55。
图3(a)～3(d)分别为图2所示大功率半导体照明光源10的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。封装壳体121的外表面125为自由曲面，中心高度为50mm，长度为138.4mm，宽度为91.2mm。封装壳体121的内表面126为半椭球面，中心高度为49mm，长度为128mm，宽度为78mm。所述散热器14的基板141的长度为141mm，宽度为93mm，高度为4mm。所述散热器14的所述翅片142等间隔的分布在基板141上方，的长度为141mm，宽度为1mm，高度为30mm。
将本实施例的大功率半导体照明光源10通过以下方法测试其光照度及其照度分布状况。忽略大功率半导体照明光源10的材料吸收和所述配光单元12的菲涅尔损耗，基于蒙特卡洛光线追迹法，光通量为10000lm的边长为20mm的方形交流LED朗伯芯片对图2所示的大功率半导体照明光源10的照明效果进行仿真，仿真得到的目标平面内的照度分布如图4所示。图4(a)是照度分布的平面图，图4(b)是目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。可以看出，本实施例提供的大功率半导体照明光源10的光控制效率为73.0％，照度分布相对标准偏差为6.0％。基于有限元方法，对图2所示的大功率半导体照明光源10进行散热仿真，所述大功率半导体照明光源10表面的温度分布如图5所示。大功率半导体照明光源10表面的最高温度为70.2094℃，故，所述LED模块11的结温较低。
实施例2
图6为本发明实施例2提供的大功率半导体照明光源10的结构示意图。本实施例的大功率半导体照明光源10包括LED模块11、配光单元12、散热器14及其电源接头15。该实施例2提供的大功率半导体照明光源的结构与实施例1提供的大功率半导体照明光源的结构基本相同。不同之处如下:所述LED模块11是边长为20mm的方形LED朗伯芯片，通过电源接头15与设置在封装壳体121内的光源驱动器17的一端电连接，该电源接头15且从所述光源驱动器17的另一端引出接入市电。本实施例大功率半导体照明光源10的由封装壳体121和填充液体122共同形成的所述配光单元12、对从所述LED模块11发射出的光进行配光，距离大功率半导体照明光源10m远的半径为15m的圆形区域内形成均匀照度分布。所述封装壳体121的材料为PC，导热系数为0.2W/(m·K)，表面热辐射系数为0.95，折射率为1.59。所述填充液体122与实施例1的所述填充液体122不同的是折射率为1.59。所述散热器14的基板141和所述LED模块11之间进一步设置有一个方形截面的铝柱18，所述铝柱18的一端紧贴着所述基板141，所述LED模块11紧贴着所述铝柱18的另一端。所述封装壳体121和所述散热器14的所述基板141一并容纳收容所述LED模块11、所述铝柱18及填充液体122。所述基板141、翅片142与铝柱18的材料都为挤压铝，导热系数为205W/(m·K)，表面热辐射系数为0.55。
图7(a)～7(d)分别为图6所示大功率半导体照明光源10的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。封装壳体121的外表面125为自由曲面，中心高度为50mm，长度和宽度均为108.4mm。封装壳体121的内表面126为半球面，半径为46mm。所述散热器14的基板141的长度和宽度均为120mm，高度为4mm。所述散热器14的所述翅片142等间隔的分布在基板141上方，所述翅片142的长度为120mm，宽度为1mm，高度为30mm。所述铝柱18的长度和宽度均为20mm，高度为10mm。
将本实施例的大功率半导体照明光源10通过以下方法测试其光照度及其照度分布状况。忽略大功率半导体照明光源10的材料吸收和所述配光单元12的菲涅尔损耗，基于蒙特卡洛光线追迹法，光通量为10000lm的边长为20mm的方形交流LED朗伯芯片对图6所示的大功率半导体照明光源10的照明效果进行仿真，仿真得到的目标平面内的照度分布如图8所示。图8(a)是照度分布的平面图，图8(b)是目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。可以看出，本实施例提供的大功率半导体照明光源10的光控制效率为82.4％，照度分布相对标准偏差为5.0％。基于有限元方法，对图6所示的大功率半导体照明光源10进行散热仿真，所述大功率半导体照明光源10表面的温度分布如图9所示。大功率半导体照明光源10表面的最高温度为69.1415℃。
实施例3
图10为本发明实施例3提供的大功率半导体照明光源10的结构示意图。该实施例3提供的大功率半导体照明光源的结构与实施例2提供的大功率半导体照明光源的结构基本相同。不同之处如下:本实施例大功率半导体照明光源10的由封装壳体121和填充液体122共同形成的所述配光单元12、对从所述LED模块11发射出的光进行配光，距离大功率半导体照明光源10m远的边长为40m的方形区域内形成均匀照度分布。所述封装壳体121的材料为玻璃，导热系数为0.5W/(m·K)，表面热辐射系数为0.95，折射率为1.50。所述填充液体122与实施例2的所述填充液体122不同的是折射率与所述封装壳体121的折射率相匹配为1.50。所述散热器14的基板141为表面进行阳极氧化处理的挤压铝材料，该基板141的导热系数为205W/(m·K)，表面热辐射系数为0.95。所述散热器14的翅片142的外壳的材料为PMMA，导热系数为0.19W/(m·K)，表面热辐射系数为0.96。所述翅片142内部填充液态金属，导热系数为40W/(m·K)，表面热辐射系数为0.94。
图11(a)～11(d)分别为图10所示大功率半导体照明光源10的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。封装壳体121的外表面125为自由曲面，中心高度为50mm，长度为114.8mm，宽度为113.6mm。封装壳体121的内表面126为半球面，半径为48mm。所述散热器14的基板141的长度和宽度均为130mm，高度为4mm。所述散热器14的所述翅片142等间隔的分布在基板141上方，所述翅片142的长度为130mm，宽度为1mm，高度为30mm。另外，本实施例中，所述散热器14的基板141和所述LED模块11之间没有设置铝柱等，所述LED模块11直接设置与所述基板141上。
将本实施例的大功率半导体照明光源10通过以下方法测试其光照度及其照度分布状况。忽略大功率半导体照明光源10的材料吸收和所述配光单元12的菲涅尔损耗，基于蒙特卡洛光线追迹法，光通量为10000lm的边长为20mm的方形交流LED朗伯芯片对图10所示的大功率半导体照明光源10的照明效果进行仿真，仿真得到的目标平面内的照度分布如图12所示。图12(a)是照度分布的平面图，图12(b)是目标平面横向和纵向中心线上的照度分布线图。可以看出，本实施例提供的大功率半导体照明光源10的光控制效率为80.7％，照度分布相对标准偏差为5.5％。基于有限元方法，对图10所示的大功率半导体照明光源10进行散热仿真，所述大功率半导体照明光源10表面的温度分布如图13所示。大功率半导体照明光源10表面的最高温度为66.9414℃。
实施例4
图14为本发明实施例4提供的大功率半导体照明光源10的结构示意图。该实施例4提供的大功率半导体照明光源的结构与实施例3提供的大功率半导体照明光源的结构基本相同。不同之处如下:封装壳体121的外表面125与内表面126的形状相同均为自由曲面。
图15(a)～15(d)分别为图14所示大功率半导体照明光源10的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。封装壳体121的外表面125为自由曲面，中心高度为50mm，长度为114.8mm，宽度为113.6mm。封装壳体121的内表面126与外表面125形状相同，封装壳体121的厚度为1mm。
基于有限元方法，对图14所示的大功率半导体照明光源10进行散热仿真，所述大功率半导体照明光源10表面的温度分布如图16所示。大功率半导体照明光源10表面的最高温度为62.4195℃。
实施例5
图17为本发明实施例5提供的大功率半导体照明光源10的结构示意图。该实施例5提供的大功率半导体照明光源的结构与实施例4提供的大功率半导体照明光源的结构基本相同。不同之处如下:所述散热器14的基板141上等间隔挖取一系列的方形截面的开孔143，该开孔143内填充有液体。所述散热器14的基板141和所述LED模块11之间进一步设置有一个方形截面的铝柱18，所述铝柱18的一端紧贴着所述基板141，所述LED模块11紧贴着所述铝柱18的另一端。所述封装壳体121和所述散热器14的所述基板141一并容纳收容所述LED模块11、所述铝柱18及填充液体122。所述基板141、翅片142与铝柱18的材料都为表面进行阳极氧化处理的挤压铝，导热系数为205W/(m·K)，表面热辐射系数为0.95。所述翅片142内部填充有液体。
图18(a)～18(d)分别为图17所示大功率半导体照明光源10的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。封装壳体121的外表面125为自由曲面，中心高度为90mm，长度为206.6mm，宽度为204.5mm。封装壳体121的内表面126与外表面125形状相同，封装壳体121的厚度为1mm。所述散热器14的基板141的长度和宽度均为130mm，高度为6mm。所述基板141上方形开孔143的边长为5mm，深度为3mm。所述散热器14的所述翅片142等间隔的分布在基板141上方，所述翅片142的长度为130mm，宽度为1mm，高度为30mm。所述铝柱18的长度和宽度都为35mm，高度为4mm。
基于有限元方法，对图17所示的大功率半导体照明光源10进行散热仿真，所述大功率半导体照明光源10表面的温度分布如图19所示。大功率半导体照明光源10表面的最高温度为52.5564℃。
实施例6
图20为本发明实施例6提供的大功率半导体照明光源10的结构示意图。该实施例6提供的大功率半导体照明光源的结构与实施例5提供的大功率半导体照明光源的结构基本相同。不同之处如下:封装壳体121的材料为PMMA，导热系数为0.5W/(m·K)，表面热辐射系数为0.95，折射率为1.50。所述填充液体122为水或硅油基透明液体或矿物油基透明液体或纳米材料改性的液体等透明液体，导热系数设为5W/(m·K)，表面热辐射系数为0.94，折射率与所述封装壳体121相匹配，也为1.50。所述散热器14的所述翅片142的外壳的材料为PMMA，导热系数为0.19W/(m·K)，表面热辐射系数为0.96。翅片142内部填充液态金属，导热系数为40W/(m·K)，表面热辐射系数为0.94。
图21(a)～21(d)分别为图20所示大功率半导体照明光源10的正视图、侧视图、俯视图以及封装壳体的剖视图。封装壳体121的外表面125为自由曲面，中心高度为50mm，长度为114.8mm，宽度为113.6mm。封装壳体121的内表面126与外表面125形状相同，封装壳体121的厚度为1mm。所述散热器14的基板141的长度和宽度都为160mm，高度为6mm。所述基板141上方形开孔143的边长为5mm，深度为3mm。翅片142的长度为160mm，宽度为1mm，高度为30mm，等间隔的分布在基板141上方。
基于有限元方法，对图20所示的大功率半导体照明光源10进行散热仿真，所述大功率半导体照明光源10表面的温度分布如图22所示。光源表面的最高温度为62.2611℃。
比较例1
图23为比较例1所示的大功率半导体照明光源的结构示意图。比较例1所示的大功率半导体照明光源20的结构与本发明实施例1的所提供的大功率半导体照明光源10的结构基本相同。不同之处在于：所述配光单元22是由实体透镜构成，而非本发明所述之由封装壳体121和填充液体122构成之配光系统。换句话说就是，封装LED模块21用的封装壳体221为实心透镜体。所述封装壳体221和散热器24的基板241一并容纳收容LED模块21，所述封装壳体221和散热器24的基板241之间仅仅设置有LED模块21及其相关的电路，且该等元件无缝隙接触设置。同时，为了提高大功率半导体照明光源20的散热效果增加了散热器24的基板241的厚度。比较例1所示的大功率半导体照明光源20的封装壳体221为实体自由曲面透镜，材料为PMMA，导热系数为0.19W/(m·K)，表面热辐射系数为0.96，折射率为1.49。散热器24的基板241的厚度为40mm。其他元件的材料以及材料的参数与本发明实施例1的所提供的大功率半导体照明光源10的保持一致。
进一步，还将比较例1所示的大功率半导体照明光源20与本发明实施例1的所提供的大功率半导体照明光源10进行了仿真。其中，比较例1所示的大功率半导体照明光源20照度分布与本发明实施例1的所提供的大功率半导体照明光源10的照度分布基本相同。基于有限元方法，对图23所示的大功率半导体照明光源20进行散热仿真，得到的大功率半导体照明光源20表面的温度分布如图24所示。大功率半导体照明光源20表面的最高温度为70℃，与图2所示的大功率半导体照明光源10表面的最高温度近似相同。PMMA的密度为1180Kg/m3，液体的密度为960Kg/m3，挤压铝的密度为2800Kg/m3，在相同散热效果的条件下，图2所示的大功率半导体照明光源10的总质量为1.13Kg，而图23所示的大功率半导体照明光源20的总质量为2.51Kg，质量相对增加了122.12％。在散热效果相同的条件下，图2所示的大功率半导体照明光源10的总体积近似为1.08×103cm3，而图23所示的大功率半导体照明光源20的总体积近似为1.55×103cm3，体积相对增加了43.84％。可以看出，在保持结温和照度均匀性等条件基本相同的条件下，本发明实施例1的大功率半导体照明光源10相比现有的大功率半导体照明光源20的重量降低了55％，体积降低了30％。因此，本发明不仅降低了成本，提高了可靠性，而且具有优异的照明效果和节电能力，可广泛用于道路照明、隧道照明、大型场馆照明等领域，具有明显的优势。
本发明提供的大功率半导体照明光源10具有以下优点：第一、本发明提供的大功率半导体照明光源10中填充液体填充在封装壳体121内，LED模块11浸入在由封装壳体121和散热器14包围形成的空间内的填充液体122中，封装壳体121和填充液体122共同形成的光学系统不仅为LED模块11的配光单元12，同时也有助于降低LED模块11工作时的结温；第二、大功率、大发光面积的LED模块11来说不仅背部散热器14为其散热，为LED模块11配光用的填充液体122还充当散热功能，因此，大大减小背部散热器14的负担，故可以减小散热器14的体积以及重量，进而减小半导体照明光源10的整体重量，并且可以使得LED模块11使用寿命更长；第三、大功率半导体照明光源的照明均匀性优异，节电效果明显。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种大功率半导体照明光源，其包括：LED模块、配光单元及散热器，所述LED模块将电能转换成光能，所述LED模块设置于所述配光单元与所述散热器之间，所述散热器包括基板和翅片，所述翅片由基板的一个表面向远离该表面方向外延伸设置，所述LED模块设置于所述基板的设置有所述翅片的表面相对的另一表面，其特征在于:所述配光单元包括封装壳体和填充液体，所述封装壳体为中空壳体，所述填充液体填充在所述封装壳体和所述基板一并形成的空间内，所述LED模块位于所述空间，浸入所述填充液体内。
2.如权利要求1所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述封装壳体为一端具有开口的透明曲面薄层，该封装壳体包括外表面和内表面。
3.如权利要求2所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述外表面为三维自由光学曲面、圆形面、方形面或矩形面。
4.如权利要求2所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述内表面为半椭球面、半圆形面、方形面或矩形面。
5.如权利要求2所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述外表面和内表面的图形可以一致。
6.如权利要求1所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述填充液体为水或硅油基透明液体或矿物油基透明液体或纳米材料改性的透明液体，所述填充液体与所述封装壳体共同为所述LED模块配光，使所述LED模块发出的光线均匀化再出射。
7.如权利要求1所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述封装壳体的折射率大于1小于3；热导率大于0.1W/(m·K)小于200W/(m·K)；光透过率为大于50％小于99％。
8.如权利要求1所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述填充液体为透明液体，其折射率大于1小于3；热导率大于0.1W/(m·K)小于200W/(m·K)。
9.如权利要求1所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述散热器的材质为金属材质或非金属材质，所述散热器的材质与所述封装壳体的材质相同。
10.如权利要求1所述的大功率半导体照明光源，其特征在于，所述LED模块的耗电功率大于10W小于200W，所述LED模块包括电极及光源驱动器，由所述LED模块的述电极接出一电源接头、与所述光源驱动器一端进行连接，并从所述光源驱动器的另一端引出，从而与外界电源进行电连接源接头直接连入市电。
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