CN105633259B - 基于热管原理的大功率led光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种基于热管原理直接冷却LED芯片的大功率LED光源。该大功率LED光源包括发光部、存储有液态的绝缘工质的储液部和散热部；发光部用于通过毛细吸力原理将液态的绝缘工质吸入，使液态的绝缘工质充满在LED芯片周围，直接冷却LED芯片。绝缘工质吸热后气化相变后经毛细通道流入储液部；散热部用于降低气化后的绝缘工质的温度，使绝缘工质冷却液化。当LED芯片工作过程中产生热量时，吸收热量后气化的绝缘工质会流通到散热部，绝缘工质通过散热部将热量散发降温后液化。经过如此循环，绝缘工质能够将LED芯片产生的热量及时的传导出去，使LED芯片保持在绝缘工质气化温度的范围内。从而提高了LED芯片的使用寿命，并提高了发光效率。

Description

基于热管原理的大功率LED光源
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种基于热管原理的大功率LED光源。
背景技术
随着LED行业迅猛的发展，对其研究深入性更加完善，LED的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，光效低、寿命就短。依照阿雷纽斯法则，温度每降低10℃寿命会延长2倍。目前几乎绝大多数的LED灯具中都采用了铝基电路板。冷却降温部分位于金属基板的背面，间接冷却LED芯片。铝基板上电路的铜箔为了要导电和导热要有足够的厚度和宽度，其厚度在35μm-280μm之间。其宽度最好尽可能布满整个基板，以便把热传下去。而下面一层绝缘体则要求其绝缘性能很好，而且还要导热性能很好。然而这两个性能是矛盾的，通常都是导体的导热性能好，而绝缘体的导热性能差。又要导热好又要绝缘好是很难做到的。
发明内容
本发明提供了一种基于热管原理的大功率LED光源，直接冷却LED芯片，以解决上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于热管原理的大功率LED光源，包括发光部、存储有液态的绝缘工质的储液部和散热部，直接冷却LED芯片；
所述发光部内设置有第一腔室及位于所述第一腔室内的LED芯片；所述第一腔室内部间隙为0.01mm-2mm；所述发光部用于通过毛细吸力原理将液态的所述绝缘工质吸入，并使所述绝缘工质吸热后气化相变；
所述储液部设置有第二腔室；液态的所述绝缘工质存储在所述第二腔室内；所述散热部用于降低气化后的绝缘工质的温度，使气化后的绝缘工质液化相变。
优选地，所述第一腔室由两块透明材料夹持后将边缘密封而成。
优选地，所述第一腔室由金属基电路板与透明材料夹持后将边缘密封而成。
优选地，所述透明材料为透明玻璃或透明陶瓷或透明荧光陶瓷或荧光玻璃或荧光薄膜玻璃或点阵荧光薄膜玻璃或掺有荧光粉的高分子荧光薄膜或其它透明材料。
优选地，所述第一腔室内还设置有电路；所述电路及所述LED芯片在所述第一腔室内；所述LED芯片固定在所述电路上并于所述电路电连接。
优选地，所述发光部与所述储液部之间设置有具有毛细结构的连接部；所述连接部分别连通所述发光部和所述储液部。
优选地，储液部和散热部为金属一体化密封结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该大功率LED光源采用热管的毛细原理直接冷却LED芯片，发光部的第一腔室内部间隙为0.01mm-2mm，形成了毛细结构，利用热管原理，在第一腔室内及连接部形成毛细通道。第一腔室通过毛细吸力将储液部的液态的绝缘工质吸入，使液态的绝缘工质充满在LED芯片周围，直接冷却LED芯片。当LED芯片工作过程中产生热量时，液态的绝缘工质吸热后直接气化相变，经连接部的毛细通道流入冷却部和储液部，气化相变的过程会将热量吸收。吸收热量后的绝缘工质经连接部流通到储液部，绝缘工质通过散热部将热量散发降温后液化。经过如此循环，绝缘工质能够通过气化和液化将LED芯片产生的热量及时的传导出去，使LED芯片保持在绝缘工质气化温度的范围内。从而提高了LED芯片的使用寿命，并提高了发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的基于热管原理的大功率LED光源的结构示意图；
图2为本发明实施例的基于热管原理的大功率LED光源的侧面结构示意图；
图3为本发明实施例的基于热管原理的大功率LED光源加装散热装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施倒仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
热管的原理：在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体(工质)受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热(汽化热)，蒸汽从中心毛细通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力(表面张力)的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段快速传到散热段。热管原理简单的可以总结为：液态变气态吸热，气压作用传递气体，液态变气态放热。
实施例
如图1、图2和图3所示一种基于热管原理的大功率LED光源，包括发光部102、连接部103、存储有液态的绝缘工质107的储液部105和散热部106，直接冷却LED芯片；发光部102内设置有第一腔室及位于第一腔室内的LED芯片101；第一腔室内部间隙为0.01mm-2mm；发光部102用于通过毛细吸力原理将液态的绝缘工质吸入，并使绝缘工质吸热后气化相变；储液部105设置有第二腔室；液态的绝缘工质107存储在第二腔室内；散热部用于降低气化后的绝缘工质的温度，使气化后的绝缘工质液化相变。
该大功率LED光源采用热管的毛细原理直接冷却LED芯片，发光部的第一腔室内部间隙为0.01mm-2mm，形成了毛细结构，利用热管原理，在第一腔室内及连接部形成毛细通道。第一腔室通过毛细吸力将储液部的液态的绝缘工质吸入，使液态的绝缘工质充满在LED芯片周围，直接冷却LED芯片。当LED芯片工作过程中产生热量时，液态的绝缘工质吸热后直接气化相变，气化相变的过程会将热量吸收，经连接部的毛细通道流入连接有散热部的储液部，绝缘工质通过散热部将热量散发降温后液化。经过如此循环，绝缘工质能够通过气化和液化将LED芯片产生的热量及时的传导出去，使LED芯片保持在绝缘工质气化温度的范周内。从而提高了LED芯片的使用寿命，并提高了发光效率。
优选地，如图2所示，第一腔室由两块透明材料夹持后将边缘密封而成。另外，将边缘密封时，可以采用密封胶或玻璃胶胶接，也可以采用密封工艺和材料或者机械密封结构密封，只要确保第一腔室的边缘不漏气、不漏液。其中储液部和散热部可以为金属一体化密封结构。
另外，除了由两块透明材料而成外，第一腔室还可以由金属基电路板与透明材料夹持后将边缘密封而成。具体地，针对现有的常规LED光源的结构，本实施例的技术方案还可以在现有的LED光源结构上，采用金属基电路板如铝基电路板与透明材料夹持形成毛细结构。
其中透明材料为透明玻璃或透明陶瓷或透明荧光陶瓷或荧光玻璃或荧光薄膜玻璃或点阵荧光薄膜玻璃或掺有荧光粉的高分子荧光薄膜或其它透明材料。其中荧光薄膜玻璃及点阵荧光薄膜玻璃可以采用专利号为ZL201210228419.3的制备方法进行生产。
优选地，第一腔室内还设置有电路108；电路108及LED芯片101在第一腔室内；LED芯片固定在电路上并于电路电连接。具体地，电路可以印刷在第一腔室的内壁，或者直接游离在第一腔室内，同时电路从第一腔室内或连接部或第二腔室引出与外部的供电装置连接。由此LED芯片和电路在第一腔室内，绝缘工质在毛细吸力的作用下，进入到第一腔室内，填充在LED芯片周围，可以直接冷却LED芯片。
优选地，发光部与储液部之间设置有毛细结构的连接部103；连接部103分别连通发光部和储液部。具体地，连接部连通发光部和储液部。储液部的绝缘工质经连接部后进入到发光部，绝缘工质经加热后气化相变，然后再经连接部回流至储液部。
优选地，绝缘工质为二甲基硅油。工作介质的选择需要考虑不导电、低沸点、透光性、流淌性、传热系数、与玻璃没有任何亲和反应等因素，优选为低粘度硅油适合本发明的绝缘工质，尤其是二甲基硅油，当然工作介质还可以选用乙醇、乙醚等工质。
另外，绝缘工质的充装量对传热能力有较大的影响。如果充装的绝缘工质过多，那么过量的绝缘工质液体会积聚在储液部端部，大大增加储液部的热阻，使LED光源的温度升高。如果充入的绝缘工质过少，那么绝缘工质将不能完全使发光部内的空隙填满，造成发光部局部干涸，从而使传热能力下降。如果采用二甲基硅油做工质，由于二甲基硅油的沸点在100℃左右，因此，该大功率LED光源的LED芯片温度能长期保持在100℃以下。
为了进一步提高散热效果，避免散热部热量过大，如图3所示，该大功率LED光源还可以设置与储液部105连接的散热装置106。其中该散热装置106可以为铝基散热板。
对于本实施例的大功率LED光源，只要发光部及发光部与储液部之间通过毛细原理将绝缘工质吸入，形成吸热散热循环的热管形式直接冷却LED芯片结构，都属于本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施倒，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于热管原理的大功率LED光源，其特征在于，包括内部设置有LED芯片的发光部和存储有液态绝缘工质的储液部，所述绝缘工质用于直接冷却所述LED芯片；
所述发光部具有毛细结构，用于通过毛细吸力原理将液态的所述绝缘工质吸入，并使所述绝缘工质吸热后气化相变；
所述储液部设置有与所述毛细结构连通的第二腔室；液态的所述绝缘工质存储在所述第二腔室内；
所述发光部内设置有形成所述毛细结构的第一腔室，所述LED芯片设置在所述第一腔室内；
所述第一腔室由两块透明材料夹持后将边缘密封而成，或者由金属基电路板与透明材料夹持后将边缘密封而成；
所述第一腔室的内部间隙为0.01mm-2mm。
2.如权利要求1所述的基于热管原理的大功率LED光源，其特征在于，所述透明材料为透明玻璃或透明陶瓷。
3.如权利要求1所述的基于热管原理的大功率LED光源，其特征在于，所述第一腔室内还设置有电路；所述电路及所述LED芯片在所述第一腔室内；所述LED芯片固定在所述电路上并于所述电路电连接。
4.如权利要求1所述的基于热管原理的大功率LED光源，其特征在于，所述发光部与所述储液部之间设置有毛细结构的连接部；所述连接部分别连通所述发光部和所述储液部。
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