CN201028443Y - 大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置 - Google Patents

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Abstract

一种大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置，解决投影、射灯等特殊光源散热和聚焦两方面技术难题。散热方面采用双端散热方式，使散热器的风散端和光管聚焦板端进行散热，散热效果提高一倍；采用“峡谷”风道效应，使风扇的一部分风穿过底座的穿风孔，直达聚焦板进行散热；运用热管技术，显著提高散热效果，缩小光源体积。在聚焦方面采用聚焦板和单只透镜聚焦，聚焦透镜一体化整块方式以利于生产装配流程。整体光源聚焦使用了菲尼尔透镜，以缩小体积、降低成本。本实用新型亦适合于红外、紫外等不可见光的小体积、高效散热、高聚焦光源。

Description

大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置
所属技术领域
本实用新型涉及一种大功率发光二极管照明、投影光源，尤其是大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化热装置。
背景技术
近期以来，半导体发光二极管在高功率、高流明方面取得显著进展，特别在投影机方面大有取代传统UHP、金卤灯等玻璃灯光源的趋势。在2006年美国拉斯维加斯举办的CES国际消费电子产品展上，日本索尼、东芝、三菱，韩国三星纷纷推出袖珍式发光二极管作光源的投影机，尽管它们的亮度远不能达到实用商品的要求，但发光二极管光源在投影上的应用已是大势所趋，预测在2008年将达到和超过UHP灯的每瓦流明亮度，部分、或逐步取代UHP玻璃灯仅需短短几年时间。因而世界投影业界都抓紧开发这种“具有革命性意义”的新型光源。
目前发光二极管光源存在如下共同的问题：
尽管大功率发光二极管比传统光源具有发光效率高、寿命长、固体、环保等许多优点，但由于采用半导体制造工艺，其P-N结温度一般不超过150℃，不能承受传统玻璃灯大于1000℃的高温；其次，发光二极管采用的荧光粉、封装用环氧树脂也不允许较高温度，温度过高必然影响光源和投影机的工作稳定性，使发光二极管的寿命大为缩短。因此散热问题对于发光二极管的正常工作、防止过热老化而缩短寿命尤为重要。另外，由于发光二极管光辐射角一般大于120度，对于投影机、射灯等非常不适合，发光二极管光源呈多只组合阵列的面发光光源，横截面积较大，在小型、高聚焦方面有较难克服的结构性问题。散热和聚焦，是投影等类特殊光源亟待解决的新问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置，解决投影、射灯等特殊光源散热和聚焦两方面技术难题。本装置亦适合于红外、紫外等不可见光的小体积、高聚焦、高效散热光源。
本实用新型所采用的技术方案是
散热方面：1、双端散热通常散热器的结构分为元件安装底座和散热鳍片两部分。散热鳍片上安装有散热风扇。发光二极管安装在底座上。发光二极管的热量从其内部传导到散热器底座，再由底座传到散热鳍片，风扇吹出的冷风吹走鳍片上的热量使其散热。这是单向、路径较长的散热方式。本双端散热方式是：除了在元件安装座端、散热鳍片上安装散热风扇外，还利用每只发光二极管的聚焦管及它们组成的聚焦板作为散热器，聚焦管、板材料必须是铜或铝。聚焦管及聚焦板同时作聚焦和散热两用。
2、采用“峡谷”风道效应风洞力学得知：当某一恒定风速的风突然进入某一狭窄管道时，其风速将突变为它原来的n倍。n值由管道内径与外面的比值决定。若在散热器底座上钻若干个通风孔，使风扇的一部分风穿过底座并直达聚焦板，同时聚焦板上也钻有相对应的通风孔。那么，散热风扇的风穿过散热器底座的通风孔，再穿过聚焦板上的通风孔，将使散热效果显著提高。
3、热管技术  纯铜的热传导率(W/M.K)约为铝的1.7倍，而“热管”技术的传导率为普通散热方式的10倍以上。因此采用热管及热管技术将使散热效果显著提高，使整体光源的体积缩小。
聚焦方面：1、单只发光管聚焦  由于发光二极管的光辐射角约为120°，必须采取有效的聚焦措施使光束会聚。本方案用单只发光二极管聚焦方法在实践中取得较好的效果。具体措施是：在整体光管上安装一块聚焦板，板上分别有若干聚焦孔与每只发光二极管相对应；聚焦孔内壁呈圆管状或半球状，使120°光汇聚成为一束单向、柱状的光，再在每只光孔上端安装一只透镜进行再聚焦。透镜可设计为单只独立的、也可设计成整块一体化的两种方式，但一体化整块方式更有利于生产装配流程。为了解决发光管前端的散热，聚焦板采用铝或铜材，板孔内进行电、化学抛光工艺，使其反光、聚光效果最佳。这样，不仅解决聚焦问题，同时也解决散热两方面问题。
2、整体光源聚焦  以上形成的光还不能投射向液晶、DLP、Lcos的光路系统，因其发光面积过大，还必须再进行一次会聚，即整体光源会聚。所采取的方法可用透镜，但这样大面积的凸透镜厚度太厚，体积太大，成本较高，本实用新型采用菲尼尔(FRESNEL)光学透镜，使体积、成本控制下来，取得更好的效果。
本实用新型的有益效果是：
1、采用双端散热方式，除了在元件安装座端、散热鳍片上安装散热风扇外，还利用每只发光二极管的聚焦管及它们组成的铜或铝材的聚焦板作为散热器，散热效果提高一倍左右。聚焦板同时兼作聚焦和散热两用。
2、采用“峡谷”风道效应，散热风扇的风穿过散热器底座的通风孔，再穿过聚焦板上的通风孔，将使散热效果显著提高。
3、运用热管技术，其热传导率为普通散热方式的10倍，使整体光源的体积缩小。
4、采用聚焦板和单只发光管透镜聚焦，使每一支发光二极管的光发射角由120°汇聚成为一束单向、柱状的光。聚焦透镜一体化整块方式更有利于生产装配流程。
5、整体光源聚焦使用了菲尼尔透镜，以缩小体积、降低成本，取得更好的效果。
6、目前发光二极管每瓦的光功率(Lm/W)尚不及UHP灯光源，但在1、2年内将达到或超过UHP光源。即便如此，本实用新型聚焦、散热一体化装置仍然适用。
下面结合附图和实施例进一步说明。
附图说明
图1是本实用新型大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置结构图。
图2是聚焦透镜一体化整块结构图
图1中：1-散热鳍片，2-底座，3-穿风孔，4-发光二极管，5-透镜，6-聚焦板，7-聚焦孔，8-菲尼尔镜，9-固定螺栓，10-热管，11-风扇。
图2中：5-透镜，12-透镜底板。
具体实施例：
如图1所示，发光二极管(4)安装在散热器底座(2)上，聚焦板(6)上的聚焦孔(7)对准并固定发光二极管(4)，透镜(5)安装在聚焦板(6)上；菲尼尔镜(8)由固定螺栓(9)固定在散热器底座(2)上。热管(10)穿过散热器底座(2)和散热鳍片(1)，风扇(11)与散热鳍片(1)固定在一起。
图2中，是将所有透镜(5)与透镜底板(12)用模具制造或其它工艺制成一体，成为一体化聚焦透镜。

Claims (4)

1.一种大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置，风扇(11)安装在散热器鳍片(1)上、发光二极管(4)安装在散热器底座(2)上，其特征在于：散热器底座(2)上有穿风孔(3)，聚焦板(6)上的聚焦孔(7)对准并固定发光二极管(4)，透镜(5)安装在聚焦板(6)上；菲尼尔镜(8)由固定螺栓(9)固定在散热器底座(2)上。
2.根据权利要求1所述的大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置，其特征在于热管(10)穿过散热器底座(2)和散热鳍片(1)。
3.根据权利要求1所述的大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置，其特征在于所有透镜(5)与透镜底板(12)制成一体化聚焦透镜。
4.根据权利要求1所述的大功率发光二极管光源的聚焦、散热一体化装置，其特征在于聚焦板(6)为纯铜或铝材。
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